发酵罐计算举例.ppt

第一节　机械搅拌通风发酵罐 2 计算：换热面积、搅拌功率、KLa、放大 二、搅拌功率计算 搅拌器轴功率 搅拌器以既定的速度转动时，用以克服介质的阻力所需要的功率，即搅拌器输入搅拌液体的功率。 1.单层搅拌器、不通气条件下输入搅拌液体的功率计算 搅拌器所输入搅拌液体的功率取决于下列因素： 搅拌罐直径　D 搅拌器直径d 液体高度　HL 搅拌转速　N 液体粘度 μ 液体密度 ρ 搅拌器形式、有无档板等 P＝F（N，d, ρ， μ ） 在全档板条件下，对于牛顿型流体，由因次分析与实验验证，得： 式中 P0：不通气时搅拌器的功率（瓦，即牛.米/秒） ρ：液体的密度（公斤/米3） μ：液体的粘度（牛.秒/米2，即 帕.秒）或公斤.秒/米2 d：搅拌器涡轮直径（米） N：转速（转/秒） 经验系数K，m：由搅拌器的型式，挡板的尺寸及 流体的流态决定 　 　　　　是一个无因次数，称为 功率准数 NP 。 　　　　是一个无因次数，称为 搅拌雷诺数 ReM NP ~ ReM 的关系：实测找出规律，即经验系数K，m 当ReM＜10时，液体为层流状态，m=-1； 当ReM＞104时，液体为湍流状态， m=0； 多数发酵罐搅拌器在此范围，故Np=常数＝K，查图得Np 。 由搅拌雷诺数ReM，可查图表得到的搅拌功率准数NP。 故，常用到的搅拌轴功率计算公式为： P0 = NP d5 N3 ρ = K d5 N3 ρ 例1.3 问题1.　今有一发酵罐，内径为2米，安装一个六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径为0.7米，转速为150转/分，设发酵液密度为1050 kg/m3，粘度为0.1Pa*s，试求不通气状态下搅拌器功率。 解：由题： 　　d=0.7 米 　　n=150/60＝2.5 转/秒，　　　 　　ρ＝ 1050 kg/m3 ， 　　μ＝ 0.1Pa*s NP 由查ReM ~ Np图表 （中的3号曲线） 得 4.7，即 故不通气下的搅拌功率 ： 2. 搅拌功率的修正 若各种参数如D/d、HL/d等不符合所查图表中(在17页表中表示为T/D, HL/D)的曲线特性，则先查出值，计算后再进行修正： P＊＝f×P0 其中，P0为按图查出的Np值算得的功率； f为修正系数， 3.多层搅拌器的功率Pm计算 在单层搅拌器功率计算的基础上，乘上一个系数。 一种简单的估算方法是， Pm：多层搅拌器的功率， m：搅拌器的层数。 4.通气状态下的搅拌功率 Pg 不通气时的功率P0已知，再用包含通气量的经验公式（形式多样）求得Pg 如，发酵液密度: 800~1650 kg/m3，粘度: 0.0009~0.1 pa·s ，d/D=1/3时，涡轮搅拌器　有： P0　、Pg：不通气、通气时的搅拌功率，单位均为kW d，搅拌叶轮直径，m N，转/分 Q，工作状况下的通气量，m3 /min， Q 的换算： 只知道标准状态通气量时 Q与标准状况下（温度为273K、压力为101325Pa）的通气量 Q0 之间的换算关系，可按气体状态方程： t：度；　密度：kg/m3；　HL：m；　Pt：表压，Pa 因分子单位为Mpa，故分母上有10-6 通气比 VVM 定义：每分钟的通气体积（以标准状态计，即为Q0）与实际料液体积之比。 1/min 如已知 例1.3 中通气量Q＝1.40米3／分，则代入上式得，Pg=10.82 KW＜P0＝12.9 KW 单位换算 作业1 一年产5万柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为14%，提取总收率90%，年生产日期为300天，发酵周期为96小时。假定发酵罐的装液系数为85%，问每天需要多少发酵液？选用合适大小的发酵罐，并计算所需数量。 注：发酵产酸水平，指成熟发酵液中产品的质量百分含量。 牛顿型流体与非牛顿型流体 牛顿型流体：剪切力与速度梯度（　　）成正比 塑性流体： 拟塑性流体：m1 胀塑性流体：m1 发酵罐的搅拌电机配置 每 m3 培养液 3 kW 电机功率左右 P电机＝（Pm＋PT）/η，其中PT为轴封的摩擦损失功率， η为传动效率，按传动机构不同取 0.85－0.9。 Pm，根据不同情况选取： 若采用连续灭菌，则用通气功率Pg 若采用实罐灭菌，则用不通气功率P0 另一个讨论：搅拌功率的分配 搅拌功率，即单位时间所做的功 可以分配为翻动量Q（单位时间所输送的流量）与动压头H（对单位重量流体所做的功，或单位重量流体