试验三-发酵罐.doc

试验三、发酵罐的构造及初步设计—— 发酵系统的组成及发酵罐几何结构计算与初步设计 一、目的要求熟悉和掌握发酵罐的基本结构和工作原理。 二、基本原理 发酵罐是进行液体发酵的特殊设备。生产上使用的发酵罐容积大，均用钢板或不锈钢板制成；实验室使用的小型发酵罐，其容积可从约1L至数百升或稍大些。一般来说，10L以下是用耐压玻璃制作罐体，10L以上用不锈钢板或钢板制作罐体。发酵罐配备有控制器和各种电极，可以自动地调控试验所需要的培养条件，是微生物学、工程、医药工业等科学研究所必需的设备。各厂家生产的发酵罐有所差别，但基本原理是相同。现以镇江东方生物工程设备技术有限责任公司L罐为例，说明 空气系统（制备无菌空气）、蒸汽系统（在发酵前对设备及培养基进行灭菌、发酵中进行保温和相关管路封堵和灭菌，如取样阀灭菌；以及定期对空气系统进行灭菌）、发酵罐系统（完成生物细胞的生长繁殖和代谢发酵过程，罐体、搅拌、控制、测量、附属）及控制系统（实现发酵过程的检测与控制） 四、发酵罐几何结构计算与初步设计 基于上述对发酵系统的基本认识，在下述给定条件下，对生产用机械通风搅拌用发酵罐几何结构进行初步计算，并画出相应比例的发酵罐结构图示。 某年产5万吨柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为14%(W/V)，提取总收率90%(W/W)，年生产日期为300天，发酵周期为96小时，冷却水的初、终温分别为20℃和25℃，发酵罐壁最高温可达到40℃，生产厂区夏季平均温度为33℃。发酵罐采用蛇管进行冷却（冷却管规格为53/60mm，管壁厚3.5mm），发酵液传给冷却蛇管的传热系数为2500 kJ/m2·h·℃，主发酵时的温度为36℃。主发酵期每小时糖降为发酵液量的0.5%糖分消耗中发酵占80%，呼吸占20%，1kg糖发酵时产生的呼吸热为15660KJ（或产生的发酵热为4860KJ）采用Qg=0.2VL。设发酵液密度ρ=1080kg/m3 ，粘度μ= 2×10-3 Pa?s，发酵罐的装液系数为85%，发酵罐的全容积为250米3。 1．发酵罐个数和罐容积的计算 根据该规模和发酵水平计算该厂每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定每日所需要的发酵罐的容积及所需要的发酵罐总数。 2．结构尺寸的计算 根据已确定的发酵罐容积计算的近似公式及常见机械通风搅拌发酵罐几何尺寸比例，可由下式计算发酵罐圆柱体的直径D，罐身高H，罐高H0，搅拌叶轮直径Di，挡板宽度B，下搅拌叶与罐底距离C及相邻两个搅拌叶间距S。 3.搅拌功率及电机功率计算（取D/Di = 3.5） 考虑传动部分功率损失及端面轴封增加功率损耗等因素，则所需电机功率为 (这部分先板书这个公式①) (再写这两个公式②) 则通风准数Na为：(再写这个公式③) （） 搅拌器叶端圆周线速度取值范围一般在3-8m/s，取7.5m/s，则搅拌转速 三层搅拌器时的搅拌功率为： (再写上述公式④) 校正系数为， 单层无通风状态小的搅拌功率，它与液体状态有关 当Rem10，X=-1，液体处于滞流状态， 若Rem104，属湍流状态， （六弯叶涡轮搅拌器K=4.8，N 单位为米/秒） 发酵液密度ρ=1080kg/m3 ，粘度μ= 2×10-3 Pa?s， 则雷诺准数为 4.冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的计算(把公式板书出来) (1)冷却水耗量 ； Q1=msq=ms1q1+ ms1q1； Q2=3600Pgη (η=0.92)； Q3=0.2×Q1； Q4=AKC(TW-TB)=0.05 Q1 (2)冷却面积 ； K1=2500 kJ/m2·h·℃ 发酵热传递给冷却管的传热系数 冷却水在管内的传热系数， A=6.45(查水温表可得) 水垢热阻，一般取 冷却管壁热阻中，代表管壁厚，为钢管的传热系数取188 kJ/m2·h·℃ (2)冷却装置 ①蛇管总长度（卷制蛇管前钢管的总长度） 为冷却管的平均直径 ② 每圈蛇管的长度 蛇管圈直径，蛇管的圈之间的间距 ③ 蛇管的总圈数 ④最后计算出每组蛇管的圈数和各组蛇管的高度 5.根据上述计算结果按比例绘出发酵罐结构示意图，并标注罐圆柱体的直径D，罐身高H，罐高H0，搅拌叶轮直径Di，挡板宽度B，下搅拌叶与罐底距离C及相邻两个搅拌叶间距S的具体数值，及冷却装置和挡板示意图。 五、简要说明发酵系统的基本组成及各自功能。