50M3机械搅拌通风发酵罐的设计说明书
设计50M3机械通风发酵罐，应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，产物是初级代谢产物，牛顿型流体，二级发酵。发酵罐高径比为，生产场地为南方某地，蛇管冷却，初始水温：18℃，出水温度26℃。
1.设计方案的拟定
我设计的是一台50M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产柠檬酸。经查阅资料[1]，得知生产链霉素的菌种有黑曲霉、温氏曲霉、梨形毛霉、淡黄青霉、二歧拟青霉、棒曲霉、泡盛曲霉、芬曲霉、丁二烯酸曲霉、斋藤曲霉及宇佐美曲霉、绿色目霉、黑粉霉等，综合生产能力、菌种稳定性、传统经验等因素选择黑曲霉，该菌种最适发酵温度为30℃，pH为2-3，培养基为蔗糖发酵培养基，主要由蔗糖、硝酸铵、盐酸和水合硫酸镁等所组成。
发酵罐主要由罐体、封头、冷却蛇管、搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。
这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本视图和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤，把整个设计的运算过程和相应的表格列明。
表1-1 发酵罐主要设计条件
步骤项目及代号参数及结果备注
1发酵菌种黑曲霉
2工作压力
3设计压力
4发酵温度30C
5设计温度150C
6冷却方式蛇管冷却
7培养基蔗糖发酵培养基8工作pH 2—3
9设定pH 3 根据参考文献【1】选取由工艺条件确定
由工艺条件确定
根据参考文献【1】选取由工艺条件确定
由工艺条件确定
根据参考文献【1】选取由工艺条件确定
由工艺条件确定
2 罐体几何尺寸的确定
夹套反应釜的总体结构
夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。
2. 2 几何尺寸的确定
根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H /D=，则H=
初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（503
m）
公称体积V －－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和
可得罐体直径D2879mm，取整D=2900mm，H==8120mm
根据直径D查文献资料[7]可得封头总高度765mm，封头体积，
H
=8120-765×2=6590mm，
由此可得D
i
= 1/3D= 1/3×2900= 取整970mm
B = =×2900=290mm
S = 3Di=3×970=2910mm
C = Di=970mm
Ha==×2900=725mm
Hb=765-725=40mm
hb－椭圆封头的直边高度C －底搅拌叶至底封头高度Di －搅拌叶直径
D－罐体直径
Ho －罐体直筒部位高度B－挡板宽度
ha －椭圆封头短半轴长度S －搅拌叶间距
公称容 筒体高度 筒体直 换热面 转速 电机功 量 3m H （mm ） 径 mm 积 2m r/min 率 kw 10 3200 1800 12 150 21 4700 2200 21 154 30 30 6600 2400 34 180 45 50 7000 2800--3000 38-60 160 55 60 8000 3000--3200 65 160 65 75 8000 3200 84 165 100 100 9400 3600 114 170 130 200 11500 4600 221 142 215
表2-2 50m 3发酵罐的几何尺寸
步骤 项目及代号 参数及计算结果 备注
表2-1大中型发酵罐技术参数
4 H 8120mm
5 H 0 6190mm
6 B 290mm
7 S 2910mm
8 C 970mm
9 H a 725mm 10 H b 40mm
罐体主要部件尺寸的设计计算
2.3.1 罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式
因柠檬酸呈酸性（pH 值为2-3），对金属罐体很容易腐蚀腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR 钢，内涂环氧树脂防腐，封头设计为标准椭圆封头，因D>500mm ，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。
2.3.2 罐体壁厚
D －罐体直径（mm ） p －耐受压强 (取
φ － 焊缝系数，双面焊取，无缝焊取
[σ ] －[σ ] －设计温度下的许用应力（kgf/c 2m ）（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa ）
C －腐蚀裕度，当δ －C<10mm 时，C ＝3mm
2.3.3 封头壁厚计算
D －罐体直径（mm ） p －耐受压强 (取 y －开孔系数，取
10.252900()3 6.3()
221370.80.25pD C mm mm p
20.252900 2.3
()310.6()
221370.8
pDy
C mm mm
φ － 焊缝系数，双面焊取，无缝焊取
[σ ] －设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa ） C －腐蚀裕度，当δ －C<10mm 时，C ＝3mm 、挡板
挡板宽度b 取，装设4~6块即可满足全挡板条件。根据下式计算挡板数n ：
0.10.5b D n n D D
由此可得n=5 式中 b ——挡板宽度，mm ； D ——罐内径，mm ； n ——挡板数，mm 。
搅拌器
采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅拌器层数，根据d 确定h 和b 的值尺寸：六弯叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大；查阅文献[3]可知503m 发酵罐采用6-6-6箭叶式搅拌叶 叶径: d=1000mm
盘径: di= 13/20d=13/20×1000=650mm 叶高: h = 20d =20×1000=175mm 叶长: b = d=×1000=250mm
人孔和视镜
人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。
本次设计只设置了1个人孔，标准号为： HG21520－1995 人孔（R ·A －2707） ，直径为 600mm ，高度为260mm ，开在顶封头上，左边轴线位于离中心轴1000mm 处
视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2个视镜，标准号为Ⅱ，DN100A HG21505-1992直径为DN150mm ，高度为52mm ，开在顶封头上，位于俯视面左下45度和右上45度距离中心轴线1200mm 处
接口管
2.7.1 管道接口：（采用法兰接口）
进料口：法兰型号为 DN150,接口管规格 159×，开在封头上。
排料口：法兰型号为 DN200,接口管规格 209×，开在罐底。
进气口：法兰型号为 DN150,接口管规格 159×，开在封头上。
排气口：法兰型号为 DN150,接口管规格 159×，，开在封头上
冷却水进、出口： 89×4mm，开在罐身；
补料口：法兰型号为 DN150,接口管规格 159×，开在封头上。
取样口：法兰型号 DN65,接口管规格，开在封头上。
2.7.2 仪表接口：
温度计：DN32mm
压力表：DN25mm
液位计：采用标准：51368
HG 型号：R-61
直径： 550（260 14）mm ，开在罐身上；
溶氧探头：TN-2509
pH探头：YP-100A
表2-3 发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果
步骤项目及代号参数及结果备注
13 排气口 Ф159× 14 补料口 Ф159× 15 取样口 DN65mm 16 温度计 DN32mm 17 压力表 DN25mm 18 液位 Ф550（260 14）mm 19 溶氧探头 DN63mm 20 PH 探头 DN60mm
冷却装置设计
2.8.1 冷却方式：
发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用蛇管冷却，综合比较列管的冷却效果好，在使用水作冷却介质时，选用列管。
2.8.2 装液量 发酵罐装料系数：80%
发酵罐装料液体积：v1=全体积×装料系数=×80%=3m 不计算下封头时的装液体积：v 柱=v1-下封头体积
2123
146142.5 2.90.04 2.94639.0m b v v D h D
柱π
装液高度：
2
2
1/0.78539.0/(0.785 2.9) 5.91h v D
m 柱
单位时间传热量＝发酵热×装料量，即：
Q=1×
Q v 发=11700×=510 3m
表2-4各类发酵液的发酵热
发酵液 发酵热（KJ/3m ·h ）
青霉素丝状菌 23000 青霉素球状菌 13800 链霉素 18800 四环素 25100 红霉素 26300 谷氨酸 29300 赖氨酸 33400 柠檬酸 11700 酶制剂
2.8.3 冷却水耗量（W ）
由课题给出进出口水温为18℃ 、26℃，则
Q －单位时间传热量
Cp －冷却水的平均比热，取 kJ/ (kg · ℃)
12t t －冷却水进出口温度差
对数平均温度差 ，由工艺条件知道F t =30℃，
1212
()()(3018)(3026)
7.283018
2.303lg 2.303lg
3026F F m F F t t t t t t t t t
℃
t1－冷却水进口温度 t2－冷却水出口温度
F t －发酵温度
2.8.4 冷却面积（A ）
5
421 4.9810 1.4910(/)
() 4.186(2618)
p Q W kg h C t t
5
33
4.98103
5.4210m Q A m K t △tm －对数平均温度差
K －传热总系数，取×310 kJ/(m 2 ·h ·℃) 冷却面积(2m ) A=πdL 冷却蛇管总长度(m)
d －蛇管内径，
d ＝外径－壁厚 60×3.5mm 外径取60mm ，壁厚取
蛇管一般分为4组，则每组长度：L/6 =55m 每圈蛇管长度
9.42l m
D －蛇管圈直径，3m
hp －蛇管圈之间的距离，取0.10m 蛇管总圈数
24023.359.42
p L N l
圈 取整24圈，每组24/4=6圈 蛇管总高度
(1)(241)0.10 2.3p p H N h m
验算每组蛇管堆叠的厚度：m d 蛇
因蛇管对称分布，则
d ’=2d 蛇 =,再加上搅拌叶的直径Di=，靠近筒壁的蛇管与筒壁之间的距离为0.1m ，即D ’=d ’+Di+（－d 外径／2）=++（－／2）=．因D ’ 表2-4 3 50m 发酵罐冷却装置设计计算结果 35.42212.8,220,3.140.053A L m L m m d 取整分为4组，每组长取55 步骤 项目及代数 参数及结果 备注 搅拌器轴功率的计算 2.9.1不通气条件下的轴功率0P 计算 鲁士顿(Rushton J. H.)公式： 35 03 51353.7()10440.9737.7860 p L i P N D kw 0P －无通气搅拌输入的功率（W ）； p N －功率准数，是搅拌雷诺数ReM 的函数； ω－涡轮转速（r/min ）； L －液体密度（kg/m3）因发酵液不同而不同，一般取800－1650 kg/m3 ； D －涡轮直径（m ）； 圆盘六平直叶涡轮 NP ≈6 圆盘六弯叶涡轮 NP ≈ 圆盘六箭叶涡轮 NP ≈ 由于一般发酵罐中 ， /3D d 3 L H 因此搅拌功率可用下式校正： f 为校正系数，它由下式来确定： 发酵罐直径（D ）、搅拌器直径(d)、液柱高度(H L ) 对于多层搅拌器的轴功率可按下式估算： m-------搅拌器层数。 2.9.2通气搅拌功率Pg 的计算 根据设计Q 取3 3m /min P0－无通气搅拌输入的功率（kW ） ω－涡轮转速（r/min ） Di －涡轮直径（m ） Q －通气量（3m /min ），可取1－6 3m /min 2.9.3电机及变速装置选用 根据搅拌功率选用电动机时，应考虑传动装置的机械效率。 m T P P P m P －搅拌轴功率 T P －轴封摩擦损失功率 η－传动机构 *0 1.42P fP kw (0.40.6)53.65(0.40.63)118.03m P P m kw 02323i 30.393 0.39g 0.080.0837.78135972.2510) 2.2510()34.333000000P D P kw Q （ 1.42 f 根据生产需要选择三角皮带电机。三角皮带的效率是 ，滚动轴承的效率是 ，滑动轴承的效率是，端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的 1%，则电机的功率 118.03 11%kw 0.920.990.98 m T P P P （）=134 表2-5 发酵罐搅拌功率的设计计算结果 步骤 项目及代号 参数及结果 备注 1 不通气条件下的轴功率P,kw 计算 2 通气条件下的轴功率P,kw 计算 3 轴转数n,r/min 135 r/min 根据参考文献【2】选取 4 多层搅拌器的轴功率 计算 5 电动机功率 134kw 计算 型号：Y335-8 根据参考文献【2】选取 6 电动机选择 功率:145kw 转速： 轴径 125 根据参考文献【2】选取 8 传动装置 三角皮带 根据参考文献【2】选取 9 减速装置 三角皮带型号和根数 D ×8根 根据参考文献【2】选取 小皮带轮直径/mm 335 根据参考文献【2】选取 大皮带轮直径/mm 1860 根据参考文献【2】选取 3 设计小结 在此次课程设计中，通过设计了350m 机械通风发酵罐，该反应器利用黑曲霉菌种进行柠檬酸的发酵生产，发酵温度为310C 。反应器的材料为16MnR 钢，内涂环氧树脂防腐蚀；罐体几何尺寸为公称直径2900mm,总高8120mm,；采用箭叶式3层搅拌器，利用型号为Y335-8额定功率为145kw 电动机通过135mm 的轴驱动；冷却方式为蛇管冷却，冷却蛇管总长220m ，分为4组。 通过这次设计，我学会设计机械搅拌通风发酵罐的一般过程，学会一些基本的设计的步骤和过程，以及认真的态度。这次我的设计是由最开始的确定课题到计算数据的整理再到画图，以及在后来的说明书的的拟订，用了两周的时间。虽然经历了一开始资料和数据处理的不准确导致用CAD 画图时出现很大的问题，经过重新计算后，得出比较理想的结 果。应该说，做课程设计是锻炼一个人的整体能力，而不仅仅是课本知识，是将知识运用到实践中一个很好的过程。 本次设计还要画装配图，虽然可以选择用auto CAD电脑画或者手工画，但基于现在PC普遍应用下，我还是选择用auto CAD画装配图，这样不仅可以学习到设计的基本思维，还熟悉了auto CAD的使用。在电脑绘图过程中，通过查询资料也学到了很多知识。 这次设计还要谢谢老师的指导！ 4 参考文献 [1] 吴松钢.微生物工程[M].北京：科学出版社， [2] 郑裕国. 生物工程设备[M]. 北京：化学工业出版社，2007 [3] 夏清，陈常贵.化工原理上册修订版[M].天津：天津大学出版社， [4] 郑裕国，薛亚平，金利群等.生物加工过程与设备[M]. 北京：化学工业出版社， [5] 潘红良，郝俊文.化工容器设计[M]杭州：华东理工大学出版社， [6] 陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005 [7] 钢制压力容器用封头JBT4746-2002 课程设计报告 题目： 学院 专业 班级 姓名 学号 指导老师 年月日 目录 第一章前言 青霉素是一类抗生素的总称。自从被发现以来，就被人们广泛应用于医疗行业。是用应得最多的一类抗生素，从此很多医学难题迎刃而解。也使人们致力于青霉素及其相关技术的研究。 青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。它的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。 青霉素发酵是通气发酵[2]，该生产工艺和设备具有很强的典型性，本设计对味青霉素发酵罐的选型及计算作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。 第二章绪论 2．1 青霉素的概述. 青霉素(Benzylpenicillin/Penicillin)又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。 2.2 青霉素的应用 青霉素类抗生素的毒性很小，由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类只有细胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显，是化疗指数最大的抗生素。 临床应用：主要控制敏感金黄色葡糖球菌、链球菌、肺炎双球菌、淋球菌、脑膜炎双球菌、螺旋体等引起感染，对大多数革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和某些革兰氏阴性细菌及螺旋体有抗菌作用。青霉素针剂和口服青霉素能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。 工业应用：可用于生产柠檬酸、延胡索酸、葡萄糖酸等有机酸和酶制剂。 2.3 青霉素的发酵工艺流程 （1）丝状菌三级发酵工艺流程 冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C，种子培养56h,1:1.5vvm）——一级种子培养液（27°C，种子培养，24h,1:1.5vvm）——二级种子培养液（27~26°C,发酵,7天,1:0.95vvm）——发酵液 （2）球状菌二级发酵工艺流程 冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天）——亲米（25°C，孢子培养，8~10天）——生产米（28°C，孢子培养，56~60h,1:1.5vvm）——种子培养液（26~25-24°C，发酵，7天，1：0.8vvm）——发酵液 发酵罐使用注意事项： 1)在操作工程中严格遵循发酵罐使用说明书进行操作，不得私自更改操作规范。 2)罐体灭菌前务必检查其中液面高度，要求所有的电极都没于液面以下。 3)打开发酵罐电源前务必检查冷却水、压缩空气是否已打开，温度探头是否已插入槽中，否则会烧坏加热电路。 4)发酵过程中一定要保持工作台的清洁，用过的培养瓶及其它物品及时清理，因故溅出的酸碱液或水应立即擦干。 5)对罐体安装，拆卸和灭菌时要特别小心pH电极和罐体的易损又昂贵部件；谨防锐利零部件造成人身损伤；谨防高温烫伤。 6)必须确保所有单件设备能正常运行时使用本系统。 7) 在空消及实消时，尽量排空管道内冷凝水，防止其进入夹层对罐体造成损伤。 8)在实消过程中，夹套通蒸汽预热时，必须控制进汽压力在设备的工作压力范围内(不应超过0.15MPa)，否则会引起发酵罐的损坏。 9)在空消及实消时，一定要排尽发酵罐夹套内的余水。否则可能会导致发酵罐内筒体压扁，造成设备损坏;在实消时，还会造成冷凝水过多导致培养液被稀释，从而无法达到工艺要求。 10)在空消、实消结束后冷却过程中，严禁发酵罐内产生负压，以免造成污染，甚至损坏设备。 11)在发酵过程中，罐压应维持在0.2～0.3bar之间，以免引起污染。 12)在各操作过程中，必须保持空气管道中的压力大于发酵罐的罐压，否则会引起发酵罐中的液体倒流进入过滤器中，堵塞过滤器滤芯或使过滤器失效。 13)在空消过程中，及时打开底阀向罐内进入蒸汽，防止空消过程中因内壁干燥损伤罐体。 14)发酵罐在日常清洁过程中应双人进行，发酵罐盖再升起或下降过程中严谨将身体任何部位置于发酵罐盖下方，防止因设备失灵造成人身损伤。 15)如果遇到自己解决不了的问题请直接与公司售后服务部门联系。请勿强行拆卸或维修。 课程设计 75M3机械搅拌通风谷氨酸发酵罐的设计 课程名称生物工程设备 学生学院轻工化工学院 专业班级生物工程一班 学号 学生姓名*** 指导教师*** 2010 年 6 月20 日 广东工业大学课程设计任务书 题目名称75M3机械搅拌通风谷氨酸发酵罐的设计 学生学院轻工化工学院 专业班级生物工程一班 姓名*** 学号 一、课程设计的内容 1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。 2、进行工艺计算 3、主要设备工作部件尺寸的设计 4、绘制装配图 5、撰写课程设计说明书 二、课程设计的要求与数据 设计75M3机械通风发酵罐，应用TG866菌株发酵生产谷氨酸，产物是次级代谢产物，非牛顿型流体，三级发酵。发酵罐高径比为2.6，生产场地为南方某地，蛇管冷却，初始水温：20℃ 三、课程设计应完成的工作 1．课程设计说明书（纸质版和电子版）各1份 2．设备装配图（A3号图纸）1张 四、课程设计进程安排 [1] 郑裕国. 生物工程设备[M]. 北京：化学工业出版社，2007. [2] 李功样，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备的设计[M]. 广州：华南理工大学出版 社，2006. [3] 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005. [4] GB/T 14690-1993-1993，技术制图比例[S]．北京：中国标准出版社，1993． [5] 梁世中. 生物工程设备[M]. 北京: 中国轻工业出版社，2007. [6] 田洪涛. 现代发酵工艺原理[M]. 北京: 化学工业出版社，2007. [7] JBT4746-2002，钢制压力容器用封头[S]．北京：中国标准出版社，2002． 发出任务书日期：2012 年 6 月11 日指导教师签名： 计划完成日期：2012 年 6 月22 日基层教学单位责任人签章： 主管院长签章： 300L发酵自动机械搅拌发酵罐系统招标书 （JDBS 10-21） 根据工作需要，上海交通大学农业与生物技术学院需要购置300L发酵系统及相关公用工程系统改造壹套。 该套设备包括完整的300L的发酵罐，可进行小批量的目标产品中试研究和生产。发酵罐上除了常规的温度、搅拌转速、消泡、pH、溶解氧浓度（DO）等测量控制以外，需要在软件中预留多种关联控制：如DO与转速、pH与补料等。厂家要有深厚的发酵过程优化与放大研究的实力，能提供在重组细胞培养表达方面经验和真实案例，给予深层的技术支持，以便配合指导设备的顺利使用。 同时需要供应商有能力对现有的设备生产系统的公用工程进行适当的技术改造，具体包括公用工程管路、空气过滤系统、移种管道、龙门管架、操作踏步、屋顶面槽钢及检修吊装结构、系统重新整合等。 现将技术及商务要求列举如下。 1技术要求 2商务部分 1)报价方式：人民币 2)交货期要求签订合同后2个月内 3)交货地点：上海交通大学闵行校区 4)付款方式：合同签订后50%，到货后40%，验收合格并运行一个月后10%。 如果实质性响应招标文件的所有投标商的投标价格均超过上海交通大学本项目预算，上海交通大学将保留在发出中标通知书之前拒绝所有投标的权利，投标商应考虑高校的特殊性给予最大的优惠。 根据项目研究需要和系统配置的情况，评标方法将采取综合议标的方法，择优录取。标书内必须附有供应商的营业执照、经营范围等资质证明的复印件。 根据学校规定：中标单位需支付中标金额1%的中标服务费。 请各投标单位根据标书的要求，将投标书一式六份（一正五副）于2010年7月1日（星期四）下午15:00前交于闵行东川路800号上海交通大学实验室与设备处进口科（新行政楼B楼407室），邮编200240，联系人：朱斌雄（34205924*181）、张伟新（34205924*180），逾期未交者，被视为放弃投标。 技术联系人：陈捷教授 电话：021- 手机：13 Email: jiechen59 地址：[200240] 东川路800号上海交通大学农业与生物技术学院 一、工程简介： 工程内容为4只480 M3不锈钢发酵罐制作、安装。480 M3不锈钢发酵罐直径为Φ5700 mm,总高度达23m,总重量约为38.5吨，不但体积庞大，且单重重，运输困难。为此，总体上考虑封头、锥体、夹套等部件成型安排在厂内制造，分件运至建设单位厂内罐区现场组焊，筒体在建设单位现场卷制。 二、施工依据及技术质量标准： 1、合同； 2、设计图纸； 3、《压力容器安全技术监察规程》; 4、GB150-98《钢制压力容器》； 5、HG20584-98《钢制化工容器制造技术规定》； 6、GB3274-88《碳素钢和低全金钢热轧中厚钢板和钢带》； 7、JB4729-95《旋转压封头》； 8、GB/T14976-94《流体输送用不锈钢无缝钢管》； 9、JISG4303《不锈钢热轧钢板》； 10、GB/14957-94《熔化焊用钢丝》； 11、GB4242-84《焊接用不锈钢丝》； 12、GB/T983-95《不锈钢焊条》； 13、GB4842-84《氩气》； 14、JB3223-83《焊条质量管理规程》； 15、《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》（国质检锅（2002）109号）； 16、JB4730-94《压力容器无损检测》； 三、施工工艺技术措施和质量控制： 1、投产前准备工作： 1.1、组织工艺技术人员认真阅读，分析其结构特点，召开技术交底会，充分理解设计意图，做到心中有数，并做好审图记录。 1.2、编制指导生产的制造工艺和焊接工艺，重点交待清楚夹套蜂窝塞焊焊缝的焊接工艺. 1.3、采购质量可靠的SUS304钢板等主材，并选择合格的钢材供应商。 1.4、选择技术过硬的专业施工队伍，配备足够数量的技术熟练的工人，焊工必须是经考试合格的并具有相应资格的有效持证焊工。 2、制造工序流程： 3、工艺过程及质量控制： 3.1、编制指导生产的工艺：技术工艺人员根据设计图纸、技术标准及现场情况编制指导生产的专业制造、焊接工艺过程卡及检验工艺文件。 3.2、检验人员对钢板和焊材进行入库前的检验和标志移植，确认合格后方可投放生产使用。 3.3、划线下料：对筒节用料钢板进行四边直线度和垂直度检查，若边与边不垂直必须划垂线切割，保证边与边的相互垂直。并严格掌握筒节坯板的下料长度准确以利环焊缝组装错边量的控制。 3.4、成型：封头坯板下料后，拼接焊缝采用埋弧自动焊。焊缝检验合格后压制之前，对处于压制面焊缝的余高，应打磨至母材齐平，并对外圆周切割边缘的棱角打磨成过渡小圆弧，防止压制过程中撕裂。采用先进的旋压成型工艺使封头旋压成型、平边，对拼接焊缝进行1 00%RT检查并应符合III级要求，合格后运送至现场。 锥体采用分片成型后拼接成整体的工艺方法，但与筒节结合的上部轴向过渡园弧，也要旋压成型，以保证质量，工艺上预先安排锥体分为三部分，需旋压部分高度掌握在1m左右（旋 目录 前言 (1) 第一章、概述 (2) 1.1、柠檬酸 (2) 1.2、柠檬酸的生产工艺 (2) 1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3) 1.3.1、通用型发酵罐的几何尺寸比例 (3) 1.3.2、罐体 (3) 1.3.3、搅拌器和挡板 (3) 1.3.4、消泡器 (4) 1.3.5、联轴器及轴承 (4) 1.2.6、变速装置 (4) 1.3.7、通气装置 (4) 1.3.8、轴封 (5) 1.3.9、附属设备 (5) 第二章、设备的设计计算与选型 (5) 2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (5) 2.1.1、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (5) 2.1.2、圆筒体的壁厚 (7) 2.1.3、封头的壁厚 (7) 2.2、搅拌装置设计 (8) 2.2.1、搅拌器 (8) 2.2.2、搅拌轴设计 (8) 2.2.3、电机功率 (10) 2.3、冷却装置设计 (10) 2.3.1、冷却方式 (10) 2.3.2、冷却水耗量 (10) 2.3.3、冷却管组数和管径 (12) 2.4零部件 (13) 2.4.1 人孔和视镜 (13) 2.4.2 接管口 (13) 2.4.3、梯子 (15) 2.5发酵罐体重 (15) 2.6支座的选型 (16) 第三章、计算结果的总结 (16) 设计总结 (17) 附录 (18) 符号的总结 (18) 参考文献 (19) 生物工程设备课程设计任务书 一、课程设计题目 “1000m3的机械搅拌发酵罐”的设计。 二、课程设计内容 1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。 2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。 3、动力消耗、设备结构的工艺设计。 三、课程设计的要求 课程设计的规模不同，其具体的设计项目也有所差别，但其基本内容是大体相同，主要基本内容及要求如下： 1、工艺设计和计算 根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。主要包括： （1）工艺设计 ①设备结构及主要尺寸的确定（D，H，H L ，V，V L ，Di等） ②通风量的计算 ③搅拌功率计算及电机选择 ④传热面积及冷却水用量的计算 （2）设备设计 ①壁厚设计（包括筒体、封头和夹套） ②搅拌器及搅拌轴的设计 ③局部尺寸的确定（包括挡板、人孔及进出口接管等） ④冷却装置的设计(包括冷却面积、列管规格、总长及布置等) 2、设计说明书的编制 设计说明书应包括设计任务书，目录、前言、设计方案论述，工艺设计和计算，设计结果汇总、符号说明，设计结果的自我总结评价和参考资料等。 3、绘制设备图一张 4、设备图绘制，应标明设备的主要结构与尺寸。 课程设计 课程名称:生物工程设备课程设计 题目名称:100M3机械搅拌通风发酵罐班级: 学号: 姓名: 指导老师： 年月日 大学课程设计任务书 一、课程设计的内容 机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，或者产品分离设备等的设计（任选一）。 机械搅拌发酵罐： 25m3,50m3,75m3,100m3,125m3,150m3 气升式发酵罐: 50m3,75m3,100m3,125m3,150m3,200m3 气升式光生物反应器：15升，30升，50升。 该设备可以用于发酵生产以下产品：PHA，谷氨酸，柠檬酸，淀粉酶，糖化酶，抗生素，抗体及紫草细胞等（任选一）。也可以进行相应分离设备的设计。 根据设备所担负的工艺操作任务和工作性质，确定工作参数；容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定；动力消耗、设备结构的工艺设计。 二、课程设计的要求与数据 课程设计的规模不同，其具体的设计项目也有所差别，但其基本内容是大体相同，主要基本内容及要求如下： 1）人员分组及分工 建议以4－6人一小组，每组题目略有不同，每组完成全部设备工艺设计，每人应当完成一个主体设备的工艺及结构设计，若干典型辅助设备选型设计。 2）工艺设计和计算 根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。 3）设计说明书的编制 设计说明书应包括设计任务书，目录、前言、设计方案论述，工艺设计和计算，设计结果汇总、符号说明，设计结果的自我总结评价和参考资料等。 绘制设备图一张。设备图采用工程制图或计算机AUTOCAD绘制。简装图应标明设备的主要结构与尺寸。 三、课程设计应完成的工作 1．课程设计说明书（纸质版和电子版）各1份 2．设备装配图（A2号图纸420*594mm）1张 四、课程设计进程安排 五、应收集的资料及主要参考文献 1、梁世中.生物工程设备.北京，中国轻工业出版社，2004 一、电控箱面板上按钮和指示灯说明 电控柜面板图 在电控箱面板上有以下按钮和指示灯：进料阀开、进料阀关、排料阀开，排料阀关，系统运行和系统停止以及急停。具体的使用说明如下： 1、进料阀开/关：当按下进料阀开按钮时，进料电动阀打开，当阀门全部打开后， 进料阀开的按钮上的绿色指示灯亮，同时进料泵自动启动，当按下进料阀关时，进料阀关闭，同时进料泵停，当进料阀完全关闭后，进料阀关的按钮上的红色指示灯亮。 2、排料阀开/关：当按下排料阀开按钮时，排料电动阀打开，当阀门全部打开后， 排料阀开的按钮上的绿色指示灯亮；当按下排料阀关时，排料阀关闭，当排料阀完全关闭后，排料阀关的按钮上的红色指示灯亮。 3、排料阀开/关：当按下系统运行按钮后，整个系统按照设定的参数自动运行， 同时系统运行指示灯亮；当按系统停止按钮后，系统停止运行，同时系统停止运行指示灯亮。 4、急停按钮：出现紧急情况时可以按下急停按钮，使整个系统停机。 二、触摸屏上相应的参数设定说明 主画面 1、系统上电后，触摸屏自动进入主画面，此画面中显示发酵罐内 当前的温度，压力以及搅拌的转速和热水罐的温度以及液位状态；进出料状态也在此画面中显示。按下参数设定键进入参数设定画面。 参数设定一 2、在此画面中设定热水罐和发酵罐的工作参数，说明如下：（参数 都在系统运行时生效） 1）热水罐加热器启动/停止温度：当热水管内温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，电加热器自动启动，加热到设定的停止温度后，电加热器自动停止运行。注意：停 止温度应大于启动温度。 2）发酵罐加热泵启动/停止温度：当发酵罐内的温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，加热泵启动循环， 给发酵罐加热，当温度到停止温度时，加热泵停止。注意：停 止温度应大于启动温度。 3）发酵罐排气阀开/关压力：当发酵罐内的压力大于开阀压力时，排气电磁阀自动打开，当发酵罐内压力降到关阀压力时，排气 电磁阀自动关闭。注意：开阀压力应大于关阀压力。 4）搅拌器转速设定：通过此参数来设定变频器的频率。从而设定发酵罐搅拌器的转速。 按下一页进入参数设定二画面，按返回，回到主画面。 第六章发酵设备 本章学习目标 ?了解常见嫌气发酵设备及其流程的类型与特点 ?掌握通风发酵设备的类型、结构及性能特性 ?了解空气过滤除菌原理、常见设备流程及其应用特点 ?掌握常见发酵设备的应用特点和选用原则 目录 发酵设备的类型和基本构成 发酵设备的基本要求 发酵设备的功能： 发酵设备的要求： 发酵设备的分类 ?发酵设备的功能和要求 功能：按照发酵过程的要求，保证和控制各种发酵条件，主要是适宜微生物生长和形成产物的条件，促进生物体的新陈代谢，使之在低消耗(原料消耗、能量消耗、人工消耗)获得较高的产量。 要求： ?良好的传递质量、能量、热量性能 ?结构应尽可能简单，操作方便，易于控制 ?便于灭菌和清洗，能维持不同程度的无菌度 ?能适应特定要求的各种发酵条件，以保证微生物正常的生长代谢 ?发酵设备的分类 按发酵用培养基状况：固体发酵设备和液体发酵设备 按微生物类型：嫌气(酒精、啤酒和丙酮、丁醇)和好气(谷氨酸、柠檬酸、酶制剂和抗生 素，发酵过程中需不断通入空气) 按发酵过程所使用的生物体：微生物反应器（主流）、酶反应器（固定化酶反应器和溶液酶反应器）和细胞反应器 嫌气发酵设备 一、间隙式发酵罐 间歇式发酵是指生长缓慢期、加速期、平衡期和衰落期四个阶段的微生物培养过程全部在一个罐内完成 特点：罐内环境和发酵过程易于控制。目前在工业生产中仍然占据主要地位 二、水洗装置 特点，水压不大洗涤不彻底 水平喷水管与水平面呈20°夹角，水流喷出时使喷水管以48～56r/min的速度自动旋转，洗涤一次约需5min 三、连续发酵设备 连续发酵：通过在发酵罐内连续加入培养液和取出发酵液，可使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，同时降低代谢产物的积累，培养液浓度和代谢产品含量相对稳定，微生物在整个发酵过程中即可始终维持在稳定状态，细胞处于均质状态。 特点：产品产量和质量稳定、发酵周期短、设备利用率高、易对过程进行优化等优点，微生物在整个发酵过程中始终维持在稳定状态，细胞处于均质状态。技术要求较高、容易造成杂菌污染，易发生微生物变异、发酵液分布与流动不均匀等。 四、单罐连续发酵设备 连续搅拌发酵器 连续细胞回用发酵器 塔式发酵器 膜式发酵器 固定化细胞反应器 五、连续搅拌发酵器 300L-3000L 发酵系统操作说明 一、使用前的技术准备 1、操作人员应熟悉设备的结构，各部分的功能用途及使用调整方法。 2、阅读各仪表的使用说明，熟悉其操作方法。 3、使用设备之前，应先检查电源是否正常，空气源、蒸汽源及各仪表是否能正常工作。 4、检查系统上的阀门、接头及紧固螺钉是否拧紧。 5、开动空压机，用0.15Mpa压力检查发酵罐、过滤器、管路、阀门的密封性能是否良 好。 二、空消 在投料前，气路、料路、发酵罐必须用蒸汽进行灭菌，消除所有死角的杂菌，保证系统处于无菌状态。 1、空气管路的灭菌 1)空气管路上各罐前有一套一级预过滤器和一套二级除菌过滤器，蒸汽灭菌至除 菌过滤器前端阀门小排气口。 2)除菌过滤器的滤芯不能承受过高的温度和压力，因此，灭菌时蒸汽压力保持在 0.12Mpa,不得超过0.15Mpa.。 3)灭菌过程中，除菌过滤器下端的排气阀应微微开启，排除蒸汽冷凝水。 4)灭菌时间应持续30~40分钟左右。 5)灭菌后的过滤器，应在管路保压状态下迅速关闭蒸汽阀，开启空气阀，并打开 过滤器后端阀门小排气阀，吹除空气过滤芯中水气。通气约20~30分钟吹干后， 然后将阀门小排气阀关闭，空气过滤系统保压备用。 2、发酵罐、各附助罐空消 1)空消前拿下DO电极，用堵头代替。操作面板：发酵罐工况转换（灭菌），各 空消罐温度显示需打开，别的功能可暂时关闭。 2)空消是将蒸汽直接通入罐内进行空罐灭菌，灭菌前罐内应先用清水洗净。 3)空罐灭菌时，应将罐上的排气阀及物料管路阀门微微打开，使蒸汽通过这些阀 门排出，同时保持罐压为0.1Mpa,温度121℃。 4)空消时间为30~40分钟，特殊情况下，可采用间歇空消。 5)罐灭菌前时，打开夹套下口排污阀将夹套内的水放掉。 6)空罐灭菌结束后，关闭蒸汽阀，必须缓缓打开排气阀，否则罐体冷却后会发生 瘪罐事故！待罐压跌至零压后，将罐内冷凝水排掉备用。 7)空罐灭菌时搅拌电机不得开启。 三、实罐灭菌 实罐灭菌是当罐内加入培养基后，用蒸汽对培养基进行灭菌的过程，也称实消。 1、将配好的培养基从加料口加入罐内，开关箱上的功能转换开关设定在灭菌状态。 2、培养基在进罐之前应先糊化，调好PH，一般培养基的装料量以罐容积的70％左右 计算（泡沫多的培养基为65％左右，泡沫少的培养基可达到75-80％），并应考虑到 灭菌冷凝水和接种量等因素预先扣除。冷凝水一般会增加到15-20％，请预先用水 进行试验。 3、打开夹套蒸汽阀和夹套下口（列管）排污阀，进入夹套（列管）预热，并打开搅拌 电机，控制在较低转速，对培养基进行预热，当罐内温度升到90-95℃时，关闭夹 设计50M3机械通风发酵罐，应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，产物是初级代谢产物，牛顿型流体，二级发酵。发酵罐高径比为，生产场地为南方某地，蛇管冷却，初始水温：18℃，出水温度26℃。 1.设计方案的拟定 我设计的是一台50M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产柠檬酸。经查阅资料[1]，得知生产链霉素的菌种有黑曲霉、温氏曲霉、梨形毛霉、淡黄青霉、二歧拟青霉、棒曲霉、泡盛曲霉、芬曲霉、丁二烯酸曲霉、斋藤曲霉及宇佐美曲霉、绿色目霉、黑粉霉等，综合生产能力、菌种稳定性、传统经验等因素选择黑曲霉，该菌种最适发酵温度为30℃，pH为2-3，培养基为蔗糖发酵培养基，主要由蔗糖、硝酸铵、盐酸和水合硫酸镁等所组成。 发酵罐主要由罐体、封头、冷却蛇管、搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。 这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本视图和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤，把整个设计的运算过程和相应的表格列明。 表1-1 发酵罐主要设计条件 步骤项目及代号参数及结果备注 1发酵菌种黑曲霉 2工作压力 3设计压力 4发酵温度30C 5设计温度150C 6冷却方式蛇管冷却 7培养基蔗糖发酵培养基8工作pH 2—3 9设定pH 3 根据参考文献【1】选取由工艺条件确定 由工艺条件确定 根据参考文献【1】选取由工艺条件确定 由工艺条件确定 根据参考文献【1】选取由工艺条件确定 由工艺条件确定 第二章通气发酵设备 常用的通气发酵罐：机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式和自吸式。 一、机械搅拌通气发酵罐 1.主要部件：罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管 （或夹套）、消泡剂、人孔、视镜等。 罐体：由圆柱体和椭圆形或蝶形封头焊接而成，为满足工艺要求，罐体必须能承受一定压力和温度，通常要求耐受130C和0.25MPa(绝压) 搅拌器：常用的由平叶式或弯叶式圆盘涡轮搅拌器。主要作用为混合和传质，同时强化传热过程。 挡板：防止液面中央形成旋涡流动，增强其湍动和溶氧传质。 轴封：防止染菌和泄漏。大型发酵罐常用的轴封为双端面机械轴封，由三部分构成，动环和静环、弹簧加荷装置、辅助密封元件。 空气分布器：主要分为环形管式和单管式，喷气孔向下以尽可能减少培养液在环形分布管上滞留。对机械搅拌通气发酵罐，分布管内空气流速取 20m/s左右。 消泡装置：在通气发酵生产中有两种消泡方法，一是加入化学消泡剂，二是使用机械消泡装置。通常，两种方法联合使用，最简单实用的消泡装 置为耙式消泡器。 2.传统的双模理论 （1）气泡中的氧通过气象边界层传递到气-液界面上 （2）氧分子由气相侧通过扩散穿过界面传递到液相侧 （3）氧分子在界面液相侧通过液相滞流层传递到液相主体 （4）在液相主体中进行对流传递到生物细胞表面液膜外面 （5）通过生物细胞表面的液相滞流层扩散进入生物细胞内 3.体积溶氧系数KLa 此值表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则KLa值低，反之KLa值高 4. 影响KLa的主要因素有： （1）操作条件，如搅拌转速、通气量等 （2）发酵罐的结构及几何参数，如体积、通气方法、搅拌叶轮结构和尺寸等 1 设计方案的拟定 我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产有机酸。设计基本依据 （1）、机械搅拌生物反应器的型式 通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下： ①高径比：H/D=1.7-4.0 ②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,D i :d i :L:B=20:15:5:4 ③搅拌器直径：D i =D/3 ④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D ⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D ⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途 用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下： ①装料系数：种子罐0.50-0.65 发酵罐0.65-0.8 ②发酵液物性参数：密度1080kg/m3 粘度2.0×10-3N.s/m2 导热系数0.621W/m.℃ 比热4.174kJ/kg.℃ ③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3 ④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO 2 /ml.min.atm 发酵罐6-9×10-6molO 2 /ml.min.atm ⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm 发酵罐0.2-0.4vvm （3）、冷却水及冷却装置 冷却水：地下水18-20℃ 冷却水出口温度：23-26℃ 发酵温度：32-33℃ 冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。 （4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa 发酵罐主要由罐体和冷却列管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对200M 3 通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。 这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤 表-发酵罐主要设计条件 项目及代号 参数及结果 备注 发酵产品 有机酸 工作压力 0.4MPa 由任务书确定 设计压力 0.4MPa 由任务书确定 发酵温度（工作温度） 33℃ 根据任务书选取 设计温度 150℃ 由工艺条件确定 冷却方式 列管冷却 由工艺条件确定 发酵液密度 3/1080m Kg =ρ 由工艺条件确定 发酵液黏度 23/100.2m s N ??=-μ 由工艺条件确定 2 罐体几何尺寸的确定 2.1发酵反应釜的总体结构 发酵反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的发酵反应釜。 编号 夹套发酵罐设计 题目：夹套发酵罐设计 机械工程学院过程设备与控制工程专业 学号1040212205 学生姓名付永生 指导教师崔政伟教授 石秀东副教授 目录 一、课程设计的目的和要求---------------------------------3 二、课程设计的学时和学分---------------------------------3 三、课程设计的主要内容 1.夹套好氧发酵罐设计---------------------------------3 2. 主要设备的工艺设计计算----------------------------3 四、计算及说明-------------------------------------------5 （一）搅拌装置的设计--------------------------------------5 1.传动装置的设计-------------------------------------5 （1）电动机的选型---------------------------------5 （2）减速机的选型---------------------------------6 （3）机架-----------------------------------------6 2. 搅拌轴的设计--------------------------------------7 （1）搅拌轴的材料----------------------------------7 （2）搅拌轴的结构----------------------------------8 （3）搅拌轴的强度校核------------------------------8 3. 联轴器的选取--------------------------------------9 4. 轴承3的选取及其轴承寿命的核算--------------------9 5. 密封装置的选取-----------------------------------10 6. 搅拌器的设计-------------------------------------10 （1）搅拌器的类型及应用场合------------------------11 发酵罐空消实消操作 一、设备结构和维护清洗 1.设备结构： 内部设备组件有电机、搅拌器、挡板、各类探头、底部输气管；外部组件有夹套、压力表、空气过滤管道、排气管等。 2.维护清洗：开启控制柜，检查设备各功能是否正常能够运行，如搅拌、各探头显示等；经常检查各接口的O型圈是否完好，各接口、法兰或阀门是否泄漏；培养罐拆开后，各个组件用水清洗干净后，加入2%碱水泡至一定时间，然后用自来水冲洗干净待用。 二、空消操作 1.通无菌空气，调压力至0.02MPa；开排污阀。同时开底阀排水后关闭。 2.检查与罐体接触的各阀门开关情况，开搅拌器（100r/m），通蒸汽入夹套预热罐温至80o C后，关搅拌，再关入夹套蒸汽后，开始通蒸汽入发酵罐，按以下顺序进行： ①开进过滤器蒸汽（先开过滤器排污阀），再开进入罐底管道和旁通管。逐步调大进气量。 ②开进取样蒸汽阀，再打开取样后调大蒸汽量。 ③开进底阀蒸汽阀，再开底阀后调大蒸汽量。 工艺要求：系统设置 压力：0.11~0.12MPa 温度：121O C 时间：30min 注意事项：按上述顺序蒸汽入罐，操作时关注罐压，通过蒸汽总阀和罐顶排气阀调整压力。 3.空消完毕后，按以下顺序关闭蒸汽进入阀。 ①开底阀排污阀，关底阀后再关蒸汽阀，然后关小排污 ②开取样排污阀，关取样阀后关蒸汽阀，再关排污。 ③关进过滤器管路蒸汽的同时开空气，即关蒸汽阀的同时开无菌空气阀，维持压力至0.05~0.1MPa 4.关蒸汽总阀，当罐降压80 O C可开夹套冷却罐。 三、实消操作 1.接上述操作，当罐温降至28 O C后开底阀排污冷凝水。 2.按发酵需要加入培养基。完毕后关好进料口。 3.系统设置：自动执行 转速：50~100R/min（90 O C时停止转动）灭菌时间：30min 灭菌温度：121 O C 压力：0.11MPa 3.通入无菌空气以助搅拌（0.05MPa） 4.先关冷凝水，通入蒸汽进夹套预热罐温至80 O C，关夹套蒸汽和无菌空气。 5.进气灭菌操作、灭菌完毕后操作和空消时第2、3小点相同。 6.调整罐压至0.05~0.08MPa进行保压，罐温降至28 O C时开始接种培养。 发酵实验（二） 实验八 3 M3机械搅拌通风发酵罐结构的认识 机械搅拌通风发酵罐在制药、生物制品的生产开发中起着特别重要的作用。在众多类型的发酵设备中，兼具通气又带机械搅拌的标准式发酵罐用途最为普遍，广泛使用于抗生素、氨基酸、有机酸、酶制剂等领域，在生物制品工厂广泛使用。据不完全统计，占发酵罐总数的70%-80%，故又称通用式发酵罐。 一、实验目的通过实地观察，了解机械搅拌式发酵罐的内部结构组成，各装置的配备安装及功能。 二、实验原理机械搅拌式发酵罐主体包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器、中间轴承，空气分布器、挡板、冷却装置、人孔等，配套装置：各工艺参数监测系统、空气除菌系统、蒸汽热力系统等。发酵罐主体各装置依据设计规范达到各自设置的作用。 三、实验设备3M3机械搅拌通风发酵罐. 四、实验方法与步骤 1. 打开人孔及内视灯观察以下各装置。 1.1罐体的材料、高径比、封头形式。 1.2搅拌器组数、叶轮类型。 1.3挡板的组数及安装。 1.4空气分布装置的形式。 1.5轴封的类型和结构。 1.6消泡装置类型和安装。 1.7冷却装置的类型。 1.8进料、进气、排料、出料、取样装置。 1.9加热、冷却装置。 1.10压力、温度、pH、溶氧控制接口。 2. 作出3 M3机械通风搅拌式生物反应器的结构示意图 3. 考察本设备配备的蒸汽系统组成。 4. 考察本设备所配备的空气除菌系统组成，并作出空气除菌流程示意图。 五、实验结果 1.作出3 M3机械通风搅拌式生物反应器的结构示意图，标注以上各装置名称。 五、思考题 1.小型和大型生物反应器设计上有什么不同点？2.本设备所选用的搅拌叶轮、机械消泡装置、冷却装置分别为何种形？除此之外分别还有哪些类型？3.本设备配备的蒸汽系统蒸汽生产量多大？4.本设备所配备的空气除菌系统为几级？分别采用何种过滤器？ 实验九 3 M3机械搅拌通风发酵罐的操作 发酵车间实地训练是培养技能型人才，增强工程意识的必要途径。通过中试发酵设备全方位的直接操作真正提高学生的适应能力和实战技能。 一、实验目的 1.通过发酵中试车间实训，体验上罐操作的全过程。2.熟悉车间管路布置及各设备性能。3.掌握空气过滤系统操作、冷却系统操作、工艺参数控制。4.加深对分批培养的基本原理及过程的理解。 二、实验原理微生物技术产品从实验室到工业生产的开发过程中，需要进行小试、中试、生产逐级放大培养，中试培养已经近似于生产发酵。其工艺环节包括：空消、实消、空气除菌、接种、移钟、消泡、进料、取样、出料等； 三、实验设备与材料1M3机械搅拌通风发酵罐。 四、实验操作步骤 1 .灭菌： （1）灭菌之前，通常将与罐相连的空气过滤器用蒸汽灭菌，并用空气吹干。 （2）先将输料管路的污水放掉冲净。 （3）然后将配好的培养基泵送到发酵罐（及种子罐或料罐），将各排气阀打开。 食品深加工类机械与设备 工艺设计 （装料量53m机械搅拌发酵罐设计） 设计小组：第2组 组长：超 组员：田林亮 王金凯 亮 专业：食品科学与工程 部门：生物研发部 日期： 2013年7月20日 市鸿泰环保设备研发部 目录 一、设计任务 (2) 二、设计要求 (3) 三、概述 (3) 四、总体结构设计 (4) 4.1罐头设计 (4) 4.2罐头及封头的几何尺寸的计算 (4) 4.3罐头压力测试 (6) 4.4确定夹套的几何尺寸的计算 (7) 4.5夹套压力试验 (8) 五、搅拌装置及附件设计 (8) 5.1搅拌轴计算 (8) 5.2搅拌器选型及分布 (12) 六、传动装置的设计 (14) 6.1电动机选型 (15) 6.2减速器选型 (16) 6.3联轴器选型 (20) 七、其他辅助设备的选型 (21) 7.1支座的选择 (21) 7.2人孔的选择 (23) 7.3视镜的选择 (23) 7.4无菌空气通风管设计 (23) 7.5消泡器 (24) 八、各自的设计任务 (24) 一、设计任务 装料量53m机械搅拌发酵罐设计 二、设计要求 1.机械搅拌发酵罐计算及整体结构设计，完成设计说明书。 （1）进行罐体及夹套（或部蛇管）设计计算； （2）进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核； （3）传动系统的设计计算：尽可能采用V带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算； （4）密封装置的选型设计； （5）选择支座形式并计算； （6）手孔或人孔选型； （7）选择接管、管法兰、设备法兰； （8）设计机架结构； （9）设计凸缘及安装底盖结构； （10）视镜的选型设计； （11）消泡装置设计； （12）无菌空气分布管设计。 2.绘制搅拌罐装配图(2号或3号图纸)。 三、概述 机械搅拌发酵罐是生物制药工厂常用类型之一，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。 机械搅拌发酵罐可用于生产药用酵母、饲料酵母、活性干酵母、液体曲、谷氨酸、柠檬酸、抗生素、维生素、酶制剂、食用醋、赖氨酸等。机械搅拌发酵罐其实就是一种生物反应器，生物反应器是指为活细胞或酶提供适宜的反应环境，让他们进行细胞增殖或生产的装置系统。生物反应器为细菌的生长和繁殖提供适宜的生长环境，促进菌体生产人们需要的产物。广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状 课程设计 课程名称：机械搅拌通风式生物反应器学生学院：化学工艺与技术学院 专业班级：生物工程0901 学号： 200922153035 学生姓名：桂文涛 指导教师：杨忠华 2012 年10月14 日 目录 设计任务书 ............................................ 设计方案的分析和拟定.................................................. 工艺设计................................................... 1.反应器的总体结构设计........................................... 2. 设备结构部件设计......................................... 2.1罐体的设计......................................... 2.2 搅拌装置设计....................................... 2.3零部件.............................................. 2.4传热面积及冷却水用量的计算.............................. 2.5冷却装置.................................... 2.6 密封装置的选型设计.................................... 设计结果 设计小结 参考文献 发酵罐设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 目录 前言 (2) 设计方案的拟定 (3) （1）、机械搅拌生物反应器的型式 (3) （2）、反应器用途 (3) （3）、冷却水及冷却装置 (3) （4）、设计压力罐内；夹套 Mpa (4) 表-发酵罐主要设计 (4) 工艺设计及计算 (5) （1）生产能力、数量和容积的确定 (5) （2）主要尺寸计算 (5) （3）冷却面积的计算 (6) （4）搅拌器设计 (6) （5）搅拌轴功率的计算 (7) （6）i求最高热负荷下的耗水量W (8) ii 冷却管组数和管径 (9) iii冷却管总长度L计算 (10) l和管组高度 (10) iv 每组管长 n (10) V 每组管子圈数 Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10) （7）设备材料的选择 (10) （8）发酵罐壁厚的计算 (11) （9）接管设计 (12) （10）支座选择 (13) 设计结果汇总 (14) 参考资料 (14) 发酵罐设计心得体会 (15) 附录及设计图 前言 生化工程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，要求我们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。在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，对我们进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使我们初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法，树立正确的设计思想和实事求是，严肃负责的工作作风，为今后从事实际设计工作打下基础。 设计方案的拟定 我们设计的是一台25M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产味精。 设计基本依据 （1）、机械搅拌生物反应器的型式 通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下： ①高径比：H/D=搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,D i:d i:L:B=20:15:5:4 ③搅拌器直径：D i=D/3机械搅拌通风发酵罐的设计
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L发酵自动机械搅拌发酵罐系统招标书(1)
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厌氧发酵罐操作说明(供参考)
发酵设备
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50M3机械搅拌通风发酵罐的设计说明书
通气发酵设备小结
200M3机械搅拌通风发酵罐
课程设计--夹套发酵罐的设计
机械搅拌通气发酵罐操作方法
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发酵罐设计