发酵罐设计原则 课件.ppt

第二节：机械搅拌通风发酵罐设计;;(4)发酵系统的某些部分能单独灭菌。 (5)与发酵罐相通的任何连接都应蒸汽密封，如采样口的阀门在不使用时，其出口处应有流动蒸汽通过。 (6)所用阀门应易于清洗、维修和灭菌。 (7)发酵罐应始终保持正压以排除渗漏。 (8)几乎所有的发酵罐都由玻璃或不锈钢制成。玻璃只限用在小于20～30L的发酵罐。 (9)多数发酵罐的底部和顶部都是碟形或椭圆形，小于500L的发酵罐也可用平顶，但必须符合压力标准的规定。过去丙酮丁醇发酵罐容积在400m3以上，40年代抗生素的发酵罐一般采用40～60m3的不锈钢发酵罐，目前常采用200m3或更大的发酵罐。 (10)发酵罐的功率输入为：实验室小型罐为8～10W/L，中间工厂中型罐为3～5W／L，工厂大型罐为1～3W／L ;二、机械搅拌发酵罐的设计;（一）、设计内容和步骤： 设备本体的设计： 罐体的设计 筒体的设计、计算 封头的设计、计算 罐体压力试验时应力校核及容积验算 附件的设计选取 接管尺寸的选择 法兰的选取 开孔及开孔补强 人孔及其它 传热部件的计算 挡板、中间支承、扶梯的选取;搅拌装置的设计： 传动装置的设计、 搅拌轴的设计、 联轴器的选取、 轴承的选取及其轴承寿命的核算、 密封装置的选取、 搅拌器的设计、 搅拌轴的临界转速。;设备的强度及稳定性检验 设备承受各种载荷的计算 设备重量载荷的计算 设备地震弯矩的计算 偏心载荷的计算 塔体强度及稳定性检验 裙座的强度计算及校核 裙座计算 地脚螺栓计算 等 裙座与筒体对接焊缝验算;（二）、发酵罐的结构计算;例如，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。 每日的产量=50000/300=166.7 t 每日所需发酵液的量=166.7/（0.14×0.9） =1322.8 m3 假定发酵罐的装液系数为85% 则每日所需发酵罐容积=1322.8/0.85=1556m3;取发酵罐的公称容积为250米3 则每日需要6个发酵罐 发酵周期为4天，考虑放罐洗罐等辅助时间1天，整个周期为5天。 则所需发酵罐的总数=5×6+1=31 个;2、结构尺寸的计算 根据已确定的发酵罐公称容积，可由下式计算发酵罐圆柱体的直径。 ;封头的???积的计算 椭圆形封头的容积可查手册或按下式计算：;罐的全容积 ;;液柱高度： ;（二）、附属结构的计算;搅拌器的设计计算 首先根据生产菌种和发酵类型选定搅拌器的类型，再从已计算出的发酵罐的直径计算搅拌器相应的结构尺寸。;发酵罐罐体的尺寸比例Di = 1/3DHo = 2 DB = 1/8--1/12 DS = 2—5 DiC = 0.8-1.0Di H = 1.7-3.5 D ;（三）、冷却面积的计算;(1)通过冷却水带走的热量进行计算 根据工艺设计的要求，选定同类型的发酵罐，于气温最热的季节，选择主发酵期产生热量最快最大的时刻，测定冷却水进口的水温及冷却水出口的水温，并测定此时每小时冷却水的用量，按下式计算单位体积发酵液每小时传给冷却器的最大热量。;根据不同类型的发酵液测得每m3发酵液每小时传给冷却器最大的热量为： 对青霉素的发酵约为4.186×6000KJ／m3·h， 对链霉素的发酵约为4.186×4500KJ／米3 ·h，对四环素发酵约为4.186×5000KJ／m·h， 对肌苷发酵约为4.186×4200KJ／m3.h， 对谷氨酸发酵约为4.186×7500KJ／m3 ·h。;(2)通过发酵液的温度升高进行计算 于气温最热的季节选择主发酵期产生热量最快最大的时刻，通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，关闭冷却水，观察罐内发酵液在半小时内上升的温度，再换算为一小时内上升的温度，则可按下式计算出单位体积发酵液每小时放出最大热量的近似值。;(3) 通过燃烧热进行计算生物热 根据赫斯定律：热效应决定于系统的初态和终态，而与变化的途径无关。反应的热效应，等于产物的生成热的总和减去作用物的生成热的总和。;搅拌器所产生的热量可用下列近似公式计算:; 汽化热Q3的计算：;2、冷却面积的计算 根据经验： 蛇管的K值为4.186×(300~450)KJ／m3·h·?C. 如管壁较薄，对冷却水进行强制循环时， 根据查定， K值约为4.186×(800~1000)KJ／m3 ·h· ? C。;冷却排管的传热系数可按下式计算：; 计算题：一个年生产10万吨赖氨酸的发酵工厂，发酵产酸水平为15％，提取总收率为90％，年生产时间为300天，发酵周期为48小时，洗罐准备时间为24小时，设发酵