生物发酵罐设计报告
发酵罐设计报告
《生物工艺原理》课程设计报告专业：生物工程班级：生工092姓名：沈峰指导老师：熊涛2011 年12 月24日目录1课程设计目的 (2)2课程设计题目描述与要求 (2)3课程设计报告内容 (2)4总结 (8)5参考资料 (8)1设计目的了解机械搅拌通风发酵罐在实际生产的应用。
了解机械搅拌通风发酵罐的优缺点。
了解机械搅拌通风发酵罐的概念及其特点。
了解机械搅拌通风发酵罐的工作原理。
通过设计机械搅拌通风发酵罐，培养理论结合实际的能力。
学习了解发酵罐的知识，了解发酵罐的结构。
2课程题目描述与要求自主设计一个机械搅拌通风发酵罐。
说明其工作原理，并说明发酵罐构造。
3课程设计报告内容3.1发酵罐的基本条件.罐体密闭，而且可以承受一定压力。
2要搅拌，空气，降温，蒸汽系统。
3罐内光滑，无死角。
4配有压力表。
空气流量器。
根据情况可以添加容氧电极，PH电极，温度自控，补料系统。
3.2发酵罐的基本要求1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；2）有良好的气-液-固接触和混合性能与高效的热量、质量、动量传递性能；3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度；5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。
3.3机械搅拌通风发酵罐设计图温度计41 23 56 789101112131415211617181920接口3.4发酵罐的特点优点：适用性强，保障氧气的供应，通入的是无菌的空气，减少杂菌污染缺点：成本较高3.5发酵罐的主要部件罐体、搅拌装置、挡板、轴封、消泡器、传动装置、冷却装置、通气装置、人孔、视镜、进料口、出料口、取样口、补料口、消泡剂流加口，压力表、安全阀、温度计等。
3.5酵罐结构 (1)罐体由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成。
材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。
罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。
课程设计--年产350吨土霉素发酵罐设计
内蒙古科技大学课程设计题目：年产350吨土霉素发酵罐设计学院：数理与生物工程学院班级：10级生物工程（1）班指导老师：郑春丽学生姓名：学号：土霉素是一种广谱抗生素，有一定的副作用。
目前，中国已经成为世界上最大的土霉素生产国，占世界产量70%，主要应用与畜牧业。
土霉素是微生物发酵产物，在国内土霉素提取工艺为用草酸或磷酸做酸化调节PH值，利用黄血盐-硫酸锌做净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质，然后用122#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。
本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。
由于时间有限及设计要求，此次仅设计年产350吨土霉素的发酵罐和其上相关必要设备。
第一章绪论1.1节引言 (3)1.2节设计目标任务 (4)1.3节设计基本内容 (5)第二章物料衡算2.1节总物料衡算 (6)2.2节发酵工序物料衡算 (6)第三章设备选型3.1.发酵罐的选型 (10)3.2生产能力、数量和容积 (10)第四章接管设计4.1冷却面积的计算 (12)4.2 搅拌器设计 (12)4.3 搅拌轴功率的确定 (13)4.4设备结构的工艺设计 (15)4.5发酵罐壁厚的计算 (19)第五章设计结果与讨论 (21)第六章发酵罐结构图 (22)第七章结论 (23)参考文献第一章 绪论1.1 引言：土霉素Terramycin (Oxytetracycline)是四环类抗生素，其在结构上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同而构成不同种类的四环素类抗生素。
分子式如图一所示，化学名：6-甲基-4-（二甲氨基）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11二氧代-1,4,4a,5,5a,6，11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。
土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。
许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。
其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等亦较敏感。
生物工程设备课程设计--75M3赖氨酸发酵罐设计
《生物工程设备与原理》课程设计说明书题目: 75M3赖氨酸发酵罐设计院系：生命科学与工程学院专业班级：75M3赖氨酸发酵罐设计任务书一、目的任务识的基础上，培养学生综合运用这些知识分析和解决工程实际问题的能力以及协作攻关的能力，为在学生掌握所学的工程制图、化工原理、生物工艺学、生物工程设备与原理等课程的基础知识和专业知生物工程工厂设计专业课程的学习和毕业论文（设计）打下基础。
二、设计题目与参数75m3的赖氨酸发酵罐设计设计参数和技术特性指标：罐内压力0.15 MPa；夹套或蛇管压力0.25 MPa；工作温度：罐内小于或等于120℃，蛇管或夹套小于等于150℃.工作介质：罐内轻微腐蚀性，蛇管或夹套蒸汽（灭菌）；发酵温度32℃传热面积按1.5m2/m3装料量设计。
搅拌器转速为100转/分，搅拌器型式自定。
H/D取1.7-2.5；装料系数η取0.6～0.8；通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取0.5～1.0vvm；发酵液密度为1076kg/m3，最大粘度3×10-3N·s/m2；冷却水初始水温25℃.三、设计任务及设计要求：进行发酵罐的所有部件的计算及整体结构设计，完成设计说明书。
（1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）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，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核；（3）搅拌器功率（不通气功率、通气功率）、电机功率计算、传动系统的设计计算：传动设计采用V带传动；（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（进料管、取样管、冷却水进出口接管、排气管、进气管等）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）空气分布管、视镜的选型设计（11）绘制发酵罐器装配图（A3号图纸)。
（12）每人撰写总结1份。
装料量75 m3的（赖氨酸）发酵罐设计设计说明书目录1设计方案的拟定 (1)2罐体结构设计 (2)2.1罐体几何尺寸的计算 (2)2.2罐体几何尺寸的验算 (3)2.3装料量及装料高度 (3)2.4罐体材料 (3)2.5罐体厚度 (3)2.6封头壁厚的计算 (4)2.7罐体压力计算 (4)3蛇管冷却装置 (5)3.1 冷却方式 (5)3.2冷却面积计算 (5)3.3蛇管设计主要尺寸及固定 (5)3.4蛇管进出口设计 (6)4.搅拌器设计计算......................................................‥ (7)4.1搅拌器选型和主要尺寸 (7)4.2桨叶分布 (7)4.3搅拌器的结构形式与安装 (7)4.4搅拌器轴功率的计算 (8)4.5搅拌轴设计 (9)4.6搅拌轴临界转速的校核 (11)5 通风发酵罐的传动装置设计 (11)5.1电机的选择 (11)5.2减速机选型 (11)5.3 V带设计内容及步骤 (12)5.4联轴器 (16)5.5 机架 (16)5.6凸缘法兰 (17)5.7安装底盖 (18)6 其它部件选型 (19)6.1密封装置 (19)6.2 法兰选择 (20)6.3无菌空气通风管设计 (21)6.4手孔及人孔 (22)6.5支座 (22)6.6视镜 (25)6.7 液面计 (26)6.8仪表接口 (27)6.9消泡器 (27)7.工艺设计计算结果汇总及主要尺寸说明 (28)1设计方案的拟定本文对北京棒杆菌AS1.563为原料合成赖氨酸的主要反应设备作了设计和计算，包括发酵罐的容积及主要部件尺寸的确定，搅拌器的选型及功率计算，冷却设备的计算等。
发酵罐的设计范文
发酵罐的设计范文发酵罐是用来进行微生物发酵过程的设备，广泛应用于食品、医药、饲料、酒精等行业。
它的设计对于保证发酵过程的顺利进行具有重要意义。
首先，在设计发酵罐时，需要考虑容器的材质选择。
常见的发酵容器材质有玻璃、不锈钢、塑料等。
其中，不锈钢是目前最常用的材料，因为它具有良好的耐腐蚀性能和机械强度，能够适应不同的发酵工艺和条件。
此外，不锈钢材质还易清洗，能够保证发酵过程的卫生安全。
其次，发酵罐的设计应考虑容器的形状和尺寸。
一般而言，发酵罐的形状可以是圆柱形、椭圆形或立方形，尺寸则根据实际需要而定。
圆柱形发酵罐具有较小的基底面积，体积利用率较高，适用于大规模的发酵过程；而椭圆形发酵罐能够减小搅拌时的死角和液流的旋转，有利于发酵物料的均匀混合；立方形发酵罐则容易进行工艺控制和操作。
根据实际需要选择合适的形状和尺寸，以满足发酵工艺的要求。
同时，发酵罐的设计还需要考虑气体供应和排出的设施。
发酵过程中，微生物需要氧气进行呼吸，因此罐体需要有合适的进气装置，以保证微生物的正常生长。
常见的进气装置有机械式搅拌、气体通道等。
同时，还需要考虑废气的排出，避免微生物产生过量气体而影响发酵过程。
此外，温度和酸碱度是影响发酵过程的关键因素，因此在设计发酵罐时需要考虑温度和酸碱度的控制设备。
发酵罐通常会设置恒温装置，以保持适宜的发酵温度。
常见的恒温设备有水浴、电热传导等。
对于酸碱度的控制，可以通过添加酸碱溶液等方式进行调节。
最后，发酵罐的设计还需要考虑搅拌和控制系统。
搅拌过程有助于增加氧气传递、混合反应物料和促进产物的分散。
搅拌系统通常包括电机、搅拌桨和传动装置等。
对于控制系统，需要设置相应的传感器和控制器，以对温度、酸碱度、溶解氧等过程参数进行监测和控制。
总之，发酵罐的设计是一项复杂而重要的任务，需要考虑容器材质选择、形状尺寸、气体供应排出、温度酸碱度控制以及搅拌控制系统等方面。
只有合理设计，才能满足发酵过程的要求，保证产品的质量和产量。
发酵罐设计实验报告
80m3 通用式发酵罐的设计第一章设计方案1.1发酵罐体积确实定1.2发酵罐散热方式确实定1.3搅拌桨的选择和搅拌层数确实定其次章设备参数确实定2.1发酵罐搅拌器搅拌功率的计算2.2发酵罐散热设备的计算第三章设计计算汇总表3.1 设计数据汇总表附图：80m3通用式发酵罐工艺条件图0 第一章 设计方案1.1 发酵罐体积确实定所设计发酵罐为通用式发酵罐，且公称容积为 80m ³。
公称容积近似为圆柱体容积，设 H =3D由于是通用式发酵罐，所以可得D =V =3√π D 2H 4V 0解得发酵罐直径D = 3.24m 取发酵罐直径D = 3.5m通用式发酵罐主要尺寸如下：0.785 × 31. 本设计取H 0 = 3即H = 3D = 10.5mD取发酵罐高H 0 = 10m 2. 搅拌器直径承受六弯叶涡轮搅拌器，直径为D i = D/3 = 3.5 ÷ 3 = 1.2m3. 相邻两组搅拌器的间距本设计S = 3D i = 3.5m 4. 下搅拌器与罐底距离：故本设计取C = D i = 1.2m 5. 挡板宽度和与罐壁距离挡板宽度：W = 0.1D i = 0.12m 挡板与罐壁的距离：B = W /5 = 0.02m 6. 封头高度h = h a + h b当封头公称直径2m 时，h b = 25mm当封头的公称直径大于2m 时，h b = 40mm 。
4本设计D ＞ 2m ，h b = 40mm式中，h a 当为标准封头时取h a = 0.25D = 3.5= 0.9 。
7. 装罐系数h = h a + h b = 0.04 + 0.9 = 0.94m本设计取装罐系数ŋ = 0.7 8. 液柱高度9. 椭圆封头容积H L = ŋH + h a + h b = 0.7 × 10 + 0.94 = 7.94mπ D π3.5 V 2 = 4 D 2(h b + 6) = 4 × 3.52 × (0.04 + 6) = 6m ³10. 全罐高度1.2 发酵罐散热方式确实定H = H 0 + 2h = 11.880m参考有关资料可知大于 5 m ³的发酵罐应承受列管式散热器。
毕设开题报告(发酵罐)
但由于发酵罐的系统设计没有受到人们普遍重视，有许多生物发酵产品的生产人员往往重视发酵工艺和菌种，或限于资金和发酵厂房现状，对发酵罐的大型化及其优化缺乏足够重视。就发酵罐而言，目前国内许多工厂在原有50m³基础上进行改进，罐径为3100mm，罐筒体略有变化，罐休容积为57m³、60m³等电机功率为75kW、95kW和115kW等，传热为立式蛇管，搅拌叶轮为六叶蜗轮，减速采用皮带轮，因而有必要通过对发酵罐系统设计认识的提高，将我国发酵装备沿着高效、大型和节能方向推进一步。
了解和掌握机械方面的设计及创新技术，一个企业的发展除了工业生产还有最重要的一点就是创新与设计，创新和改革是企业创新决策的前提和依据。通过创新和改革，可使企业在竞争日益激烈的现在和未来占有一席之地，从而使企业蒸蒸日上，掌握自己的命运好前途。本设计是在完成基本设计的基础上进行变型和优化，得到更好的效率和经济。
三、参考文献
[1]郑津洋，董其五，桑芝富编著，过程设备设计（第四版）[M]．北京：化学工业出版社，2010
[2]杨可桢、程光蕴主编．机械设计基础（第五版）[M]．北京：高等教育出版社，2006
[3]朱有庭，曲文海，于浦义主编．化工设备设计手册[M]．北京：化学工业出版社，1993
[4]毛晓东主编．典型化工设备机械设计指导[M]．上海：华东理工大学出版社，1995
四、毕业设计所使用的方法
应用计算机PROE绘图软件绘制主要装配图和零件图，手工绘制部分零件图。通过导师提供的资料和图书馆及网上的资料，以导师指导和自己努力来完成。说明书先手写后打印。五、指导Βιβλιοθήκη 师指导意见指导教师签名：年月日
六、学院毕业设计领导小组审核意见
领导小组组长签名：年月日
发酵罐设计结果的讨论与说明
发酵罐设计结果的讨论与说明发酵罐设计结果的讨论与说明一、引言发酵罐是一种用于生物发酵过程的设备，广泛应用于食品、制药、化工等行业。
在发酵过程中，发酵罐的设计对产品质量和产量有着重要影响。
本文将对发酵罐设计结果进行讨论与说明。
二、发酵罐设计要求1. 容量：根据生产需求确定发酵罐的容量大小，确保能够满足预定产量。
2. 材料：选择适合生物发酵过程的材料，如不锈钢等，具有良好的耐腐蚀性和可清洁性。
3. 结构：考虑到操作便捷性和安全性，发酵罐应具备合理的结构设计，包括进出料口、排气孔、温度控制装置等。
4. 混合方式：根据不同的发酵过程选择适当的混合方式，如机械搅拌、气体搅拌等。
5. 温度控制：提供恒定且可调节的温度控制系统，确保发酵过程中温度稳定。
三、设计结果讨论1. 容量选择：根据生产需求和经济成本考虑，发酵罐的容量应适当。
如果容量过大，会增加设备投资和能耗；如果容量过小，会限制产量。
在设计中，我们综合考虑了预定产量、产品特性和设备投资等因素，最终确定了合适的容量。
2. 材料选择：在发酵罐的材料选择上，我们优先考虑了不锈钢材料。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性和可清洁性，能够满足生物发酵过程对材料的要求。
同时，不锈钢也具有较高的强度和耐用性，在使用寿命方面更加可靠。
3. 结构设计：为了提高操作便捷性和安全性，我们在发酵罐的结构设计上做出了一些改进。
在进出料口的设计上考虑了操作人员的便利性，并增加了相应的防护装置；在排气孔设置上采用了可调节大小的设计，以满足不同发酵过程中气体排放需求；在温度控制装置方面引入了自动化控制系统，可以实现精确且稳定的温度控制。
4. 混合方式选择：根据不同的发酵过程，我们选择了适当的混合方式。
对于一些需要较高氧气传递效率的发酵过程，我们采用了气体搅拌方式，通过增加气体流量和设计合理的搅拌装置来提高混合效果；对于一些需要较高剪切力的发酵过程，我们采用了机械搅拌方式，通过调节搅拌速度和设计合理的搅拌器形状来实现混合效果。
发酵罐的设计(word文档良心出品)
工程大学课程设计任务书班级：姓名：课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计）指定参数：1.全容：m32.容积系数：3.径高比：4.锥角：5.工作介质：啤酒设计内容：1.完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印）⑴封面⑵完成生物反应器设计化工计算⑶完成生物反应器设计热工计算⑷完成生物反应器设计数据一览表2.完成生物反应器总装图1份（用CAD绘图A4纸打印）设计主要参考书：1.生物反应器课程设计指导书2.化学工艺设计手册3.机械设计手册4.化工设备5.化工制图接受学生承诺：本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定的任务。
接受学生签字：生物工程教研室2010-11-15发酵罐设计第一节 发酵罐的化工设计计算一、 发酵罐的容积确定由指定参数：V 全= 30m 3∅=85% 则：V 有效=V 全*∅= 25.5 m 3二、 基础参数选择1、D ：H ：由指定参数选用D ：H=1：42、锥角：由指定参数取锥角为900 3、封头：选用标准椭圆形封头4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，槽钢材质为A 3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液）5、罐体所承受最大内压：2.5KG/CM 3外压：0.3KG/CM 36、锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不绣钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D 、H 的确定由D ：H=1：4，则锥体高度H 1=D/2tg450=0.5D封头高度H 2=D/4=0.25D圆柱部分高度H 3=（4.0-0.5-0.25）D=3.25D又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π×D 2/4×H 1+24π×D 3+ 4π×D 2×H 3=0.131D 2+0.131D 2+2.551D 2=30得D=2.20m查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm 再由V 全=30cm 2，D=2.4m得径高比为：D:H=1：2.8由D=2400mm 查表得椭圆封头几何尺寸为：h 1=600mm （曲面高度）h 0=25mm （直边高度）F=6.41m 2 （内表面积）V=1.93m 3（容积） 筒体几何尺寸为：H=6624mmF=36.90m 2V=22.14m 3锥体的几何尺寸为：h 0=25mmr=360mmH=1200mm F=()220.70.3cos 0.644sin d a a ππ⎡⎤-++⎢⎥⎣⎦=3.705m 2V=()230.70.3cos 0.7224d a tga ππ⎡⎤++⎢⎥⎣⎦=2.80m 2 则：锥形罐总高：H=600+25+4896+25+1200=6746mm 总容积：V=1.93+22.14+2.80=26.87m 3实际充满系数ψ：25.5/26.87=94.9%罐内液柱高：H 丿= （25.5-2.80）*4*102/2.42+（1200+25）=6260mm 三、 发酵罐的强度计算（一） 罐体为内压容器的壁厚计算1、 标准椭圆封头设计压力为1.1*2.5=2.75KG/cm 2S= []2t PDgC P +σϕ-式中：P=2.75 KG/cm 2[]t σ：A3钢工作温度下的许用力取1520 KG/cm 2 ϕ ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无 探伤0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3 查表得：C1;钢板厚度的负偏差取0.8mm 负偏差 C 2:腐蚀裕量取2mmC 3;制造减薄量取0.6则；S=[2.75*2400/(2*1520*0.9-2.75)]+3.4=5.8取S 0=6mm直角边h0=25mm校核∂=(PD中/4S)*(D中/2h)=[2.75*(2400+6)/（4*6）]*[(2400+6)/（2*600）]=552.75<=[∂]t2.筒体P设=1.1*（p工作+p静）=1.1*（2.5+0.61）=3.42kg/cm2 S=[PD/([∂]℘-P)]+C（C2=0.6,C2=2,C3=0.6）=[(3.42*2400)/(2*1520*0.9-3.42)]+3.4=6.4mm 取S=8mm校核∂=PD中/2S=588<=[∂]t℘3.锥形封头1）过渡区壁厚S=[（K P设Dg）/(2[∂]t-0.5P)]+CP设=1.1*(2.5+0.9)=3.74kg/cm2（其中0.9为静压）K=0.75S=[（K P设Dg）/(2[∂]t-0.5P)]+C=(0.75*3.74*2400)/(2*1520*0.9-0.5*3.74)+C=2.46+C=2.46+0.6+0.246=5.31mm2）锥体S=[（f* P设Dg）/( [∂]t-0.5P)]+CS0=[（f* P设Dg）/( [∂]t-0.5P)]=(0.60*3.74*2400)/(1520*0.9-0.5*3.74)(f查表为0.60) 依据《化工设备机械基础》=3.94S=S0+C=3.94+0.6+2+0.394=6.937取S=8mm h0=25mm校核锥体所受的最大压力处∂=PD中/2Scos450=3.74*（2400+8）/2*10* cos450=636.81<=[∂]t(二)、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设S0=5mmR内=0.9Dg=2160mmR内/100S0=2160/100*5=4.32查表4-1及B=260（依据化工容器设备设计手册）[P]=B*S0/ R内=260*5/2160=0.6kg/cm2>0.3 kg/cm2满足要求取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm则S=S0+C=8mm2.筒体设S0=6mm L/D=0.69 D=2400/6=400查表4-1及B=200【P】=200*6/2400=0.5 kg/㎠S0=6mm故可取C1=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm则S=S0+C=9.2mm，取S=10mm3.锥形封头因为：α=45°所以22.50°﹤α﹤60°按第四章发酵罐设计中的封头设计可知，加强圈间中椎体截面积最大直径为：2*2740/2*tan45°=1918.6mm取加强圈中心线间椎体长度为1370mm设S0=6mm L/D=1370/2400=0.57D/ S0=2400/6=400查图表4-1可知及B=250【P】=BS0/D=250*6/2400=0. 625﹥0.3 kg/㎠故取S0=6mm C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm所以S=S0+C=9.2mm综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为10mm h0=25mm圆筒壁厚10mm标准形封头壁厚12mm h0=25mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核液压试验P试=125P设由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力P=3.74KG/cm2液压实验P试=1.25P=4.68KG/cm2查得A3钢σ=2400kg/cm2σ试=[]()2()Dg S CS C⎛⎫+-⎪-⎝⎭=4.68 ⨯（2400+12-3.2）/2*(12-3.2) =563.6kg/cm20.9ϕσ=0.9*0.9*2400=1944kg/cm2>σ试可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压P=1.5*（0.3+1.2）=2.25kg/cm2P试=1.25P=2.8kg/cm2<P内试故可知试压安全3、刚度校核本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm而设计时取壁厚为S=10mm，故符合刚度要求（公式：S最小=21000D内）第二节发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A3钢作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg ／cm2冷媒为20%（v／v）酒精溶液，T进=-4℃，T出为-2℃，麦汁发酵温度维持12o（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，锥底部分为98mm）二、总发酵热计算Q=q*v=119*24=8330kg/hrq每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量；v为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面积为A=hb-截面积=8*4.3-10.24=24.16cm2冷却剂流量为（三段冷却）3*24.16*10-4*1=7.284*10-3m3/s查得20%（v／v）酒精溶液△t平=-3℃下的=976kg/m3C=1.04kcal/kg·o C冷却剂的冷却能力为：Q=7.248×103×976×1.041×2×3600=53021.4kcal/hr﹥8330kcal/hr故可选取8号槽钢为冷却夹套四、发酵罐冷却面积的计算考虑生产过程中，随着技术的改进，工艺曲线可能更改，按目前我国工艺曲线看，日降温量较大的为13℃→5℃，为了将来工艺更改留下余量，设计取13-5=8℃为设计的日降温量，取0.6℃/hr为设计的小时降糖量，则由Q6=KA △t m求得冷却面积。
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课程设计报告课程名称：生物工艺原理题目：10kg/d SCP连续发酵恒化器装置的设计学院：生命科学与食品工程学院专业班级：XXXX学号：学生姓名：起讫日期：指导教师：XXX教授20XX 年 XX 月XX 日目录一、课程设计目的 (3)二、课程设计要求 (3)三、课程设计内容 (3)1、有关SCP的介绍 (3)1.1SCP概述 (3)1.2单细胞蛋白的含义及氨基酸组成 (3)1.3生产单细胞蛋白的原料 (4)1.4单细胞生产的特点 (4)2、有关恒化器介绍 (4)2.1恒化器设计原理 (4)2.2恒化器装置的基本要求 (5)3、发酵罐的设计计算 (5)3.1发酵罐的工作原理 (5)3.2发酵罐的主体结构 (5)3.3发酵罐的具体结构 (5)3.4工艺参数的计算 (7)四、简易工艺流程图 (8)五、发酵罐设备图 (9)六、课程设计心得体会 (9)七、参考文献 (9)一、课程设计目的（1）结合所学的生物工艺学的理论知识完成连续发酵恒化器课程设计；（2）通过该设计学会并掌握常用发酵装置参数的选择和调控方法；（3）提高自己综合分析问题和解决问题的能力。
二、课程设计要求（1）恒化器中的SCP含水量为80%；（2）细胞的比生长速率μ=0.45；（3）必须采用连续稳态恒化操作。
三、课程设计内容1、有关SCP的介绍1.1 SCP概述单细胞生物产生的细胞蛋白质称为单细胞蛋白(single cell protein简称SCP)，这一词是1966年在美国麻省理工学院命名的。
它所包含的产品有饲用酵母，食用酵母和药用酵母三大类。
单细胞蛋白是解决世界蛋白质不足的一个重要途径。
与用农牧业生产的蛋白质相比，它的生产占用土地甚少，投资较省。
它的营养丰富．售价亦较适宜，是良好的饲用和食用蛋白资源。
对于人多地少的我国来说，建立单细胞蛋白产业对改善人民食物构成和生物技术的开发，都具有重要的意义。
1.2 单细胞蛋白的含义及氨基酸组成单细胞蛋白是从酵母或细菌等微生物菌体中获取的蛋白质。
微生物细胞中含有丰富的蛋白质，例如酵母菌蛋白质含量占细胞干物质的45%～55%；细菌蛋白质占干物质的60%～80%；霉菌丝体蛋白质占干物质的30%～50%；单细胞藻类如小球藻等蛋白质占干物质的55%～60%，而作物中含蛋白质最高的是大豆，其蛋白质含量也不过是35%～40%。
单细胞蛋白的氨基酸组成不亚于动物蛋白质，如酵母菌体蛋白，其营养十分丰富，人体必需的8种氨基酸，除蛋氨酸外，它具备7 种，故有“人造肉”之称。
一般成人每天吃干酵母10～15g，蛋白质的需要量就足够了。
微生物细胞中除含有蛋白质外，还含有丰富的碳水化合物以及脂类、维生素、矿物质，因此单细胞蛋白营养价值很高。
1.3 生产单细胞蛋白的原料生产单细胞蛋白的原料种类很多，大体分为3类。
（1）工业废液类包括造纸废液、酒精废液、味精废液、淀粉废液、生产柠檬酸废液、糖蜜废液、木材水解废液、豆制品废液等。
（2）工农业糟渣类包括白酒糟、啤酒糟、果酒渣、醋糟、酱油糟、豆渣、粉渣、玉米淀粉渣、药渣、甜菜渣、甘蔗渣、果渣、饴糖渣等。
（3）化工产品类包括石油、石蜡、柴油、天然气、正烷烃、甲醇、乙醇、醋酸等。
除以上所介绍的外，农作物秸秆、批壳、饼粕类、畜禽粪便、有机垃圾、风化煤等也可作为原料生产单细胞蛋白。
1.4 单细胞蛋白的生产特点（1）原料来源广泛生产单细胞蛋白可利用工农业废弃物与下脚料、石油化工副产品等作为原料，既可变废为宝，又可获得高层次的综合经济效益，起到保护环境、减少农田及江河污染的作用。
（2）工业化生产与有关工业产品配套生产，不与粮食和牧草争地，不受季节和气候条件的限制。
同时，因单细胞生物的培养过程是生物学过程，所用菌种均安全无毒，不会引起环境污染。
（3）生产周期快、效率高在适宜条件下，细菌O.5～1h，酵母1～3h，微型藻2～6h即可增殖一倍。
单细胞生物合成蛋白质的速度比植物快数百倍，比动物快数千倍。
在良好培养条件下，接种100kg酵母菌种，一天之后可得2500kg干酵母，增长竞达25倍。
根据实际情况和经济方面的考虑，最终选择了酿酒酵母作为我们生产菌种，玉米淀粉渣作为菌种发酵所用的材料。
2、有关恒化器的介绍2.1 恒化器设计原理恒化器通过控制某一营养物浓度（如碳源、氮源、生长因子等），使其始终成为生长限制因子，而达到控制培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行连续生长繁殖。
当多种微生物在同一反应器中混合连续培养时，各种微生物竞争利用限制性基质，从而具有优势的微生物得以保留不具优势的微生物则被淘汰。
当某一种微生物在连续培养是发生变异，则原出发菌与变异菌之间发生竞争。
2.2 恒化器装置的基本要求（1）保证系统内的培养基和培养物不受污染；（2）新的培养基以可调控的速度逐滴加入培养罐，同时有相应数量的老培养液排出，保持培养物总量恒定；（3）培养罐内培养物应充分搅拌，保持均一，使流入的新培养基在瞬间即可均匀的分布到整个培养物中；（4）以某一营养成分为生长限制底物的液体培养基；（5）根据需要对温度、通气程度、培养物PH的监测和调节设相应的附加装置。
3、发酵罐的设计计算3.1 发酵罐的工作原理液体菌种在制种时在罐体内有两个过程：（1）首先要把培养基在罐体内加热到120℃左右并保温三个小时，主要目的是为了杀死培养基中的杂菌。
（2）加入菌种后，保持温度在28"C左右7-9天，待菌种完全长成菌丝球、培养基营养消耗殆尽后，就可接种菌丝接种。
3.2 发酵罐的主体结构发酵罐主要由内外两层罐体构成。
其中，外筒工作时加入水，下接有加热管和热电偶，可以把水加热并保持到预期的温度；内筒工作时从上加入培养基和菌种。
利用内层筒体进行传热虽然会降低热效率，但这样既可以防止培养基因达到沸点而沸腾起来，又可防止加热管直接加热到菌丝而造成菌体死亡。
3.3 发酵罐的具体结构3.3.1 外筒外筒是作为水的容器，对它的主要要求是有一定的强度和刚度，能够承受加热时产生的饱和蒸汽的压力而不破坏、能承受住容器和水的重力而不产生过大的变形。
这其中，强度是最主要的问题。
为了能够使容器能够减轻自重、便于制造、降低成本，采用了标准椭圆形封头。
内筒只有下端采用了封头，上端与外筒的上封头焊接在一起。
对于压力容器而言，这种焊接方式会产生巨大的附加应力，受力情况较差相当于旧式的无折边锥形封头和球面形封头。
但是由于内外筒工作中温度相关不大，物料相近。
所以内筒几乎不受力。
无需考虑强度闯题。
而内筒的材料应选择不锈钢。
因为内筒工作时接触菌种，如果有锈的话，会污染菌种。
3.3.3 液位计液位计的作用是观察外筒的水位高低，采用玻璃管式液位计即可。
3.3.4 加料口加料口与内简相连。
为了加入菌种时灭菌的效果，直径不能太大，且要求有良好的密封，故采用焊接短接管并加工外螺纹，上配以旋盖。
3.3.5 放气阀因为在加热过程中会有大量的水蒸汽产生从而使简内压力持续升高，物料的沸点也会随之上升造成过热，所以需要开启放气阀放气。
放气阀采用铜制或不锈钢制球阀，因为这样开、闭都比较迅速，而且不会生锈造成污染。
3.3.6 安全阀因为内筒的物料含有大量固体颗粒且在加热时易起泡，有可能会造成放气阀的堵塞，所以需要设置安全阀。
安全阀的开启压力设置在设计压力的1．05～1．1倍。
3.3.7 进气管酵母菌属于兼性厌氧性性生物，菌丝在进行物质代谢的同时伴随着能量代谢的进行。
所以在菌丝的整个生长过程中都应有一定的氧通气量。
有些物料的粘度不大，如果进行机械搅拌，效果不是很理想，而且搅拌器的会增加成本。
因此，发酵罐下设进气管，与小型空气压缩机相连，这样既起到搅拌的作用，又能输送新鲜空气。
但是，如果在菌丝生长过程中出现停电而使压缩机停转，则物料会从进气管回流，从而造成菌种与外界接触被污染。
因此，在进气管外，外接止回阀。
3.3.8 出料管由于罐体封闭，内部不易清洗，故出料管接于内筒的最下方，这样可以避免培养基残余在罐内滋生杂菌。
出料管排料时，由于发酵罐内部压力要大于外部压力，故而有很大的推动力。
但是，当罐内压力降低到一定程度时，推动力会几乎消失。
这时，生成的菌丝球很容易堵塞出料管上的阀门，故而，在出料管上适合采用球阀一类孔径较大的阀门。
3.3.9 搅拌系统发酵罐的搅拌系统多种多样,首要作用是发酵液通过搅拌流动,增加气液交换的机会以提高溶氧值,其次使发酵液充分混和,并使液体中的固形物料保持均匀的悬浮状态,有利于营养物质的吸收和代谢物的分散。
各类发酵罐的搅拌侧重不同,搅拌器可以使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动,不同的叶桨所产生的液体流向差别很大。
为了使发酵液充分地被搅动,根据发酵罐的容积,在同一搅拌轴上常配置多个搅拌叶桨,三层搅拌桨是常用的方法。
3.4 工艺参数的计算根据设计要求可知：发酵罐中的一天可生产的SCP湿重＝10kg/(1-0.8)＝50kg故料液的流速F＝50kg/24h＝2.08kg/h在稳态条件下，dX/dt＝0,即uX＝DX由于稀释率D＝F/V，那么uX·V＝F＝2.08kg/h又因为细胞浓度要保持在20—50g/L，取细胞浓度为30g/L则Vp·Cc＝2.08/0.45(其中Vp是发酵液的体积，Cc是细胞浓度)综合以上数据求得Vp＝154.1L设定发酵液只占用发酵罐的体积的3/4，则发酵罐的体积为V＝Vp÷0.75＝205.5规定发酵罐的体积为 V实际＝200L四、简易工艺流程图五、发酵罐设备图○1加料口○2安全阀开口○3外筒○4内筒○5液位计接管口○6进气管○7出料管○8加热管热电偶○9机械搅拌器○10视镜○11中间轴承○12排气管开口六、课程设计心得体会一个礼拜的时间，我从图书馆找了三本有关发酵罐生产设计的资料书，从网上下载了10多份文献，再结合我们书本上的知识，算出了发酵罐的合适体积。
在这段时间里，我遇到过很多问题，我不明白要怎么去设计这个发酵罐，发酵罐的结构非常复杂，我一开始不知道如何写课程设计报告，通过参考很多文献，我对发酵罐的结构有了一定的了解，所以，我算出参数之后根据文献中的资料，因为这个装置非常负载，所以我只用画图软件画出了一个简要的发酵罐设备图。
通过这次课程设计，我了解到了微生物对发酵罐设备以及发酵液环境的高要求，微生物发酵在实际生活中应用非常广，与各个行业都有密切联系。
这次课程设计很好的使我把自己学到的理论知识结合于生产设计中，让我对连续培养、发酵罐结构、恒化器以及培养基配制有了更深的了解。
七、参考文献[1] 赵钢. 通用实验室生物发酵罐罐体及搅拌桨设计. 中国医学科学院医学生物学研究所，2002[2] 舒涛，钟佩思，张云新. 液体菌种发酵罐计算机辅助设计系统. 山东科技大学硕士学位论文，2005[3] 储炬,李友荣. 现代生物工艺学. 华东理工大学出版社，2007[4] 郑艳琳，王雪梅，吕濯缨. 双恒化器系统的最优设计. 山东科技大学科学技术与工程科学报. 2010。