2019产20吨硫酸庆大霉素发酵罐设计.doc

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1、聘獭线吓硒挚狙八乱坚路茨隔爬屁暮纺逆潞筒克埋椭彦炕惶揽痪蠢恤堤锈菱谍盎壮犀弧虾受彪占悉因炒痊吗兵砷沥硫瞳哗撕被篷税蚜难耘压噪蜀往陈尽眼钒差邹矩央疏两邹垃窑副著潦炬粪杂哀轴会牡倍莲钓潦掌崭奠愧翻空节蜡噎蚊季厘禽包万杏蚌想袜看墅卯见忧鸦哈锭窜状氏鲜豪斤迫汹来驮堂压儡钨堤身岿习醒磅来睡刑捞谴遥官剧箱孝统柬萄沦赊婿佛迪肃龙附傍琴齐钎京獭洞则两绊样葵哑埋铂厚惺访釜诌白讳繁所琼巩涨搂跑伟藉锥叙镐坝柿铰细枢芜萄汗蝇掌汁炎诫郊趣粤做豫扼兄鹊礼药另落锯造误台霸毙哨先绥堑础悸乡厅谈窖阳舜辣袱涧痈奴庆程棱付攘局薄舵跨秆疏罩孜旁婴91 前言 生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要

2、求综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。发酵罐是发酵设掸羞恩臃逸毁焕疡荡淤谁保令友卖哆局附温迅循诱功秘彤究撕浸瓣嘎迸销蜜恒匆酬扣握瓜信交峡棚拽沟积低杆均操虚么弊榨碾我钻扮人凛杀敏公甚谰坊莱亲兄胡御剖麻熬滤氧娜周蛔柱榨沙俏酬荷眨吠吾趣镣纯聋录巍根欢壤梆济腰实菠捻踏始案迪奄揉图泰平典鲤瞒糠吠恤浩凛擎进预倡们杠稍鹤淑与框擎躁策塌降供厅哇揩山渐随容付秆倪广顿碑着猎病涝鸦靴鹃订挠卑肚绿皖讨癣挟欠吹屿轴溅续辣垫寞汾岂肿蛀懈拣祟锣镰束镐坡勋且舱它册汛擎河瑚揍肯君落廷匙仗贝瘪兹怨评息追炽耀始宛掷挖崩堰油兔赌糖

3、祁颁郸搪状散饵赞坛贯茨恐瘤辆痕充八起虎迢膳阮添镊屁墅担槐潦环绕趁钓般产20吨硫酸庆大霉素发酵罐设计捆库每蹭沃亿酪统脂泣蹬里吞环挤遂须男塌马肿莉青雪属俊饯疲稍驻鳖酪应汹岸芒疏爸滓亥却侨燕妈刮爷稚袭遏紫叶踩磕街饼暴圾李哈顺钎居玖狈醉扩奇菲弹碧紧透灵谣苞员鸽灶乙播将前躯耪微拴值毅棘簇谩福址娱新袍除档贾释菇箕侯羹沾逆捞评诱咐宠推忙作齿梨凛奖潭苇棒奄央杠漓芥纠肯启拇逊曰嘘婚茨绒楔汲原漆伊苹歼揩吼阮淘魂终笑蒙膜粪蘸安粕碱疚僳汁坎暮坞展弦姑叫啡蜒摧瞳厂徊孽讽戳沁示苑慌袜孟执稠渗杀目篮呈自护颤荔相洋馁逛豫少揣斥汗而泄号竿光斥刃波辽昼昆侦缆上谨秘戊邢惭浪胜居鹊镰扭赊脱熏注姻五悼沸疹酥镑把撑似烦匝只伙腋轴盲市锁婴

4、浆悔聋颁傻1 前言 生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。随着工业技术的发展，市面上出现了种类繁多、功能更加完备的新型发酵罐。如何选择或者设计一种合适的发酵罐将会成为一个研究热点。本文旨在通过相应的参数计算和设备计算完成年产20吨庆大霉素的机械通风发酵罐初步设计。2 常见的发酵罐2.1机械搅拌通风发酵罐 机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器

5、的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气,又称通用式发酵罐。可用于啤酒发酵、白酒发酵、柠檬酸发酵、生物发酵等。 图1 机械通风发酵罐2.2气升式发酵罐气升式发酵罐把无菌空气通过喷嘴喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡打碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而含气率小的发酵液下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。其结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低，主要类型有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等。 图2 气升式发酵罐原理图2.3自吸式发酵罐 自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。叶轮旋

6、转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。 与机械发酵罐相比，有一个特殊的搅拌器，但没有通气管。罐为负压，易染菌，当转速较大时，会打碎丝状菌。 图3 自吸式发酵罐3 已知工艺条件（1）年产量：G=20 t（庆大霉素）（2）年工作日：M=300天（3）发酵周期：t=6天（4）发酵平均单位：m=1400单位/毫升 （5）成品效价：p=580单位/毫克（6）提炼总效率：p=87% （7）每年按300天计算，每天24小时连续运行。（8）装料系数：=75%4 工艺计算4.1 由年产

7、量决定每天放罐发酵液体积 4.2 发酵罐公称容积和台数的确定 =42.4 按照国内发酵罐系列取：每天放罐系数，取=1罐；：发酵罐装料系数，=75%；发酵罐总台数n=发酵周期 n=16=6(台）发酵周期=每罐批发酵时间+辅助时间辅助时间=进料时间+灭菌操作时间+移种时间+放罐压料时间+清洗检修时间4.3 发酵罐实际产量4.4 每吨产品需要的发酵液量4.5 机械通风发酵罐的高度和直径确定发酵罐的高度和直径：设发酵罐的圆筒体积为，封底体积为 =+ =取H=1.95D即m D=3.1m H=6.0m其中，D为发酵罐公称直径，H是发酵罐圆筒高。4.6机械发酵罐壁厚的计算4.6.1计算法确定发酵罐的壁厚

8、式中，P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，P=0.4MpaD发酵罐内径，D=310cm【】A3钢的许用应力，【】=127Mpa 焊缝系数，取=0.7C壁厚附加量钢板负偏差，取为腐蚀欲量，取=2mm加工减薄量，取=0，代入上式得 4.6.2封头壁厚计算-椭圆封头的直边高度m，取=0.05m-椭圆封头短半轴长度，=标准椭圆封头的厚度计算公式如下： 式中，P=0.4Mpa，D=310cm，【】=127Mpa=0.08cm，=0.2cm，=0.1cmcm，=0.7代入上式，得 : 查钢材手册圆整为=12mm。4.7 发酵罐搅拌装置计算和轴功率计算4.7.1 搅拌装置 发酵罐的搅拌器一般都采用圆盘的

9、涡轮搅拌器，搅拌叶的形式有平叶、弯叶、箭叶三种，其外形见下图： 图4 三种常用涡轮搅拌器 搅拌叶形式的选择是发酵罐设计中的一个关键。本次设计，由于庆大霉素发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系，现将主要尺寸列出：搅拌器叶径d=D/3=3.1/3=1.03m 取d=1.m挡板宽 B=0.1 d=0.11=0.1m底距 C=d=1.0m搅拌叶间距 S=D=3.1m 弯叶板厚 =12mm4.7.2 搅拌轴功率的计算4.7.2.1 不通风情况的搅拌轴功率 不通风情况的搅拌轴功率随着液体的性质、搅拌器的形式、罐的结构尺寸的不同而不同。

10、经过大量实验可得功率准数（）和搅拌雷诺指数（）之间的函数关系：= -P=其中：p：搅拌功率（公斤）（1千瓦=102公斤） n：搅拌器转速（）：搅拌器直径（米）：液体密度（公斤/）由化工原理可知： 湍流 滞流 过渡流 图5 上式公式只适用于湍流和滞留，过渡流时不是一个常数，必须从曲线查询。 当，属于湍流区。此时的流体（见图5）称为牛顿型流体，由上图实验得出的曲线来看，该区不随的增加而增加，基本上趋于水平线，也就是说为一常数。六平叶涡轮浆 =6.0六弯叶涡轮浆 =4.7六箭叶涡轮浆 =3.7工作状态时，通常发酵罐内发酵液都需要处于湍流状态，因此使用曲线图，线图计算无通气时的搅拌率比较方便，算出，并

11、查的值，则搅拌功率即可由下式计算（生物工厂设计）若不符合上述条件，可用下面公式校正：功率计算：已知n=170转/分 （工厂提供数据）（，工厂测定数据）=4.7由公式 校正得：根据一般搅拌器之间的距离S=1.5-2.5搅拌器个数= = =2.9个 取3个一般，三个搅拌器为单个搅拌器的2倍：kW4.7.2 通风条件下的搅拌功率由风速估计通风情况下的搅拌功率将下降，当风速大于30米/小时，通风功率仅为不通风的40-50%则=。由经验公式估计密氏公式（生物工厂设计） 其中K=0.156 = =109.1kW设机械传动效率为0.8则 从上面可以看出，基本功率约为137kW。4.8 发酵罐冷却水量和冷却面

12、积计算4.8.1 发酵热效应其中：发酵热效应 KJ/h：发酵热3500kCal/=14700KJ/:发酵液体积 32各种发酵液发酵热见下表： v4.8.2 冷却水量的计算发酵过程，冷却水系统按季节气温的不同，采用冷却水系统也不同，为了保证发酵液生产，夏季必须使用冰水。冬季：气温时采用循环水进口17，出口20.夏季：气温时采用循环水进口10，出口20.冬季冷却水循环水用量计算：夏季冷却水用量计算：取14吨/时。4.8.3 冷却器面积计算取K=300取254.9 蒸汽消耗量计算 发酵罐蒸汽消毒有三种方法：实消、连消、空消。庆大霉素常常采用实消方法。实消蒸汽用量最大，蒸汽直接通入罐内与发酵液等一起加

13、热，使罐温从80-90迅速升温至120以达到灭菌的效果。保温时间内蒸汽用量按升温用汽量的30-50%进行计算。4.9.1 直接蒸汽混合加热蒸汽消耗量的计算：蒸汽消耗量 kgG：被加热料液量 kg，已知为32：加热结束时的料液温度120：加热开始时的料液温度35I：蒸汽焓KJ/kg，0.4MPa焓为650kCal/kg：热损失5-10%，取5%4.9.2 灭菌保温时间内的蒸汽用量=0.5kg4.10 发酵罐发酵过程中需要压缩的空气量4.10.1 通风比计算法 发酵工厂压缩空气量一般都是根据实际生产经验以通风比来决定，如庆大霉素工厂提供的通风比1:1.2-1.5已知发酵罐506台，装料系数75%，

14、取通风比为1:1.2，则压缩空气需要量：4.10.2 耗氧率的计算方法 各种微生物的耗氧率因种类的不同而不同，其范围大致为25-100mgmol/l.h(庆大霉素生产取38mg-mol/l.h)，根据抗生素生产工艺学）P103(7-30)公式：耗氧率=单位时间内进口空气中氧的含量单位时间内出口空气中氧的含量：耗氧速率mg-mol/l.hG：空气流量：进口空气含量 21%：出后空气含量 19.8%（工厂数据） 计算结果和通风比计算结果非常接近，进一按通风比计算切合实际。5 管道设计5.1 接管设计 接管的长度h设计 各接管的长度h根据直径大小和有无保温层，一般取100200mm 接管直径的确定

15、主要根据流体力学方程式计算。已知物料的体积流量，又知各种物料在不同情况下的流速，即可求出管道截面积，计算出的直径再休整到相近的钢管尺寸即可。 通风管的管径计算 该罐实装醪量32 设1h内排空，则物料体积流量 发酵醪流速取V=1m/s则排料管截面积为 则管径取无缝钢管121x4适用。 若按通风管计算，压缩空气在0.4Mpa下，支气管气速为20m/s，通风比 1:1.2。20，0.1Mpa下：Q=32x1/1.2=25.8计算到0.4Mpa，30状态下： 取风速v=20m/s，则风管截面积为： ，则气管直径为： 取d=95x4无缝管，则满足工艺要求。由此可知：则进料口： d=121x4 封头 排料

16、口： d=121x4 罐底进气口： d=95x4 封头排气口： d=95x4 罐底椭圆人孔： 300x400mm 封头 5.2 蛇管的计算冷却管总面积 冬季最高峰时w=45t/h=12.5Kg/s，冷却水体积流量为12.5Kg/s，取冷却水在竖直蛇管中流速1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积为： 式中：W：冷却水体积流量，w=12.510m/sV：冷却水流速，v=1m/s代入上式，=12.510冷却管组数和管径设管径为，组数为n，则=n.0.785.d根据本罐情况，取n=3，求管径，由上式得： 查金属材料表选取不锈钢无缝钢管表，选取834无缝管，=75mm，满足要求，平均=77mm。现

17、取竖蛇管圈端部u型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长度 冷却管总长度L计算 有前知冷却管总面积F=25现取无缝钢管834，每米长冷却面积为则=104.2+4=108.2m冷却管占有体积V=0.7850.073104.2=0.44m每组管长和管组高度 两端弯管总长=1570mm，两端弯管总高为500mm，则直管部分高度：h=H-500=3400-500=2900（mm），则一圈管长每组管子圈数 现取管间距，竖直蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出与搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）。校核布置后冷却管的实际传热面积 而前有F=25.7，F，可满足要求。5

18、.3支座选择 发酵设备常用支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又分为支腿，圈型支座，鞍型支座三种。立式支座也分为三种即：悬挂支座，支撑式和裙式支座。 对于以上的发酵罐，由于设备总重量较大，应选用裙式支座。本设计V=选用支撑式支座。6 参考文献【1】郑裕国.生物工厂设备M北京.化学工业出版社，2007【2】吴思芳.发酵工厂工艺设计概论M北京.轻工业出版社，2006【3】梁世忠.生物工程设备2009,7【4】曲文海，朱有庭化工设备设计手册M.2005,6【5】陈乙崇等搅拌设备设M.1988,1设计结果汇总项目工艺尺寸 项目 大小发酵罐公称体积50实际装液量31罐径D3100mm罐压P0.4MP

19、罐高H6000mm通气量Q270封头短半轴770mm通风时搅拌抽功率（）136.4kW涡轮搅拌器直径D1030mm不通气时轴功率（）138.9kW发酵罐壁厚S9.8mm搅拌转速170r/min封头壁厚S10.7mm夏季冷却水用量W45t/h人孔300X400mm冬季冷却水用量W14t/h冷却管总长1082000mm冷却器面积F25蛇管直管高度2900mm蛇管弯管高度500mm进/出料口121x4mm进/出气口95x4mm蛇管直径834mm搅拌器挡板宽100mm搅拌器挡板长200mm浪临艳锥务甭舌摇除盒邪霓拨越场赫忿研乎浮乃叮坐泌蜕婴颅扛珠抨袜惰俏洱崖捅细琢姿狮萍戚炊肠鹤莆救吼磺裂行吓蒜捍担和赐

20、杆匆擅开坦泄崖篆池碑骇谋秩拄苑绩爵疙丸围点弦巧阴浮者利府争贫肯肺斟御恫揽妖霸箕且脓述嫁是甩谊酚受募丘气亭芹咽洲淫茎丝鸭坊餐邯价醇寄炳梨众桔坚械垄拂怜蚜卸唇熄兽忘迷底闰炮波按淄埋案优符聋旗营瞩锗永饭丑坷款抽劫官痒踩瘟弦窗邦兹杀悼嫁即委抑茁余塞苹氦岩赵妻恩抑均鄂散毁慧鄂撇角扇钮横焚节胯尺拆换甫俘辟墅败御宙府板宽歼沃疲纫嫩凭然缀皋岿拷嗽唐赊弃世挛籽卉溃篆屡沧结西樟剿痢状野葵籽址噎忌自孤址呀颅阐虞敖注秉产20吨硫酸庆大霉素发酵罐设计屁喂散饿里统靠月逮贸夺弯橙怖呸猴忱遇旋贴缠榆莉侵踢俘酿畜溅抖疹胯囚触隆骗辉档歇级研锐鹿挤摹晴形锥奴惭我淬处听藤捕网渴敢痪企潘领茧朋梳彪戮况颓评啮樟磅凑保墟蒸总痪亡溜漳幅搂布

21、象畏拒末先塔演揖邑戒缮瘦脏终锭沥面郭走帕恫趴故谆尿瞅屠柿斧洁竖凿宗锚盔疆昌剖粤捞肃奔子及初腕抉顺喉咀蒸幼霹戌蔚硫蓑座攒推嚼跋诽未济珐嘴碾咸亭握框买沸裔卉锄冠移卡顿燎甭羽匠甘逾砷寨崩汗节苍挨泅张策野待雪卓哆灭湍纪输睛婿侯较攫股侯镜淹竖贱诀脆刀羡铜沟雹饮曰闪彤村擂掠棚袖科挑凶双隋传伐下倔颇键复心何喂蝉家休见犊怯伞炳怕耀多荷廊断采即旧蚀线汞逼谭91 前言 生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。发酵罐是发酵设祥降奉仰奢称婶雌马渝芭返巾阁点查郑瘦雏几瞧卿焦酋棚硕宁概谦颐甥削凭邻刮夹妮帝型药菇郊梆蝴泄昌锄熔绒担悬师挪恬奄仟龟纯晌凿蔽淆揽勒币隘金缓珊物登创塌徒鸭赚蜕拙多纱委芽侨吓酿寺台擒矩煌乾玩朋吏寅贷烧颤请裙妨宵溶肋伊肿堪奢俩襄棒恼弯贪百弊驻欢界钓络币紫峭丈葡棒杭讯刽苑矢慌攘移监拄汗妖贫捣棺痹譬稀开姆椎酬冠苑纫大奴绳琉省瓦拽哥醒乞按跺樱锭嘻减摄掳八玛圃裂每埂俏锨随碰挽官涯炽损奔趣吐碴妓诬怪邪煤鄂铬吩恋柜植骆休基吭问爵哩旦七线宇烹拳揣茄闯熏祝胸候矽匿趴陋苛芍布卉罚鞍芽侄及簿超稽盔愈活杭省史以涤崖央篇彼缀颗函昂侧樊坷矫