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。
发酵罐设备图课程设计
发酵罐设备图 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并描述发酵罐的基本结构及其工作原理；2. 学生能够掌握发酵罐设备图中各个部分的名称及功能；3. 学生能够了解发酵过程中涉及的生物化学知识。
技能目标：1. 学生能够通过观察和分析发酵罐设备图，提高空间想象和识图能力；2. 学生能够运用所学知识，解释发酵罐在实际生产中的应用；3. 学生能够运用发酵罐设备图，进行简单的发酵过程设计与优化。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对生物工程及发酵技术的兴趣，提高科学探究精神；2. 学生能够认识到发酵技术在生产和生活中的重要性，增强环保意识；3. 学生能够通过团队合作，培养沟通与协作能力，形成良好的团队精神。
课程性质：本课程为生物工程领域的一节实践性课程，旨在让学生通过观察和分析发酵罐设备图，掌握发酵罐的结构、原理和应用。
学生特点：学生处于高中阶段，具有一定的生物知识和空间想象力，对实际应用有较高的兴趣。
教学要求：教师需引导学生通过观察、分析、讨论等方式，将理论知识与实际应用相结合，提高学生的实践能力和创新能力。
在教学过程中，注重培养学生的团队合作精神和科学探究精神。
通过本课程的学习，使学生能够更好地理解和应用发酵技术。
二、教学内容1. 发酵罐的基本结构- 罐体、罐盖、搅拌装置、冷却装置、空气分布系统等部分的结构特点；- 发酵罐的材料选择及对发酵过程的影响。
2. 发酵罐的工作原理- 发酵罐内微生物的生长与代谢过程；- 搅拌、冷却、通气等对发酵过程的影响；- 发酵过程中涉及的生物化学原理。
3. 发酵罐设备图解读- 设备图中各部分的名称、位置及连接方式；- 通过设备图分析发酵罐的工作流程；- 设备图在实际工程中的应用。
4. 发酵罐在生物工程中的应用- 发酵罐在不同行业中的应用案例；- 发酵罐的选型与优化；- 发酵罐操作注意事项及安全防护。
教材章节：本教学内容基于教材中关于发酵工程技术、发酵设备及其应用的相关章节。
发酵设备课程设计
发酵设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握发酵设备的基本原理和结构，包括发酵罐、搅拌装置、温度控制系统的功能及操作方法。
2. 学生能够了解发酵过程中涉及的微生物种类及其对发酵设备的要求。
3. 学生能够掌握发酵过程中影响产品质量的关键因素，如温度、pH、溶氧等。
技能目标：1. 学生能够运用发酵设备进行简单的发酵实验，并能够正确操作设备，确保实验安全与准确性。
2. 学生能够通过观察和记录发酵过程中的现象，分析问题，提出改进措施。
3. 学生能够运用所学知识，设计并优化发酵工艺流程。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对生物工程领域的兴趣，增强对科学研究的热情。
2. 学生树立安全生产意识，养成良好的实验操作习惯。
3. 学生培养团队协作精神，学会与他人共同探讨、解决问题。
课程性质：本课程为生物工程专业的一门实践性课程，旨在帮助学生将理论知识与实际操作相结合，提高学生的实践能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的生物学基础和实验操作能力，对发酵技术有一定了解，但对发酵设备的具体操作和使用尚不熟悉。
教学要求：教师需结合课本内容，以实例为引导，注重理论与实践相结合，引导学生通过实验探索，掌握发酵设备的操作方法和发酵工艺流程。
同时，关注学生的情感态度和价值观的培养，提高学生的综合素质。
通过分解课程目标，为后续的教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容1. 发酵设备基本原理及结构- 发酵罐的设计原理与种类- 搅拌装置的功能与选型- 温度控制系统的作用与操作- 空气供给与排放系统的原理2. 发酵过程中的微生物及其要求- 常见发酵微生物的种类及特性- 微生物对发酵设备的要求- 发酵过程中的无菌操作技术3. 发酵过程中的关键因素- 温度、pH、溶氧对发酵过程的影响- 发酵过程中参数的检测与控制- 影响产品质量的因素分析4. 发酵设备操作与实验- 发酵设备的操作流程与注意事项- 发酵实验的设计与实施- 发酵过程中问题的分析与解决5. 发酵工艺流程设计与优化- 发酵工艺流程的组成与设计原则- 发酵工艺参数的优化方法- 发酵设备运行效率的提升策略教学内容依据课程目标制定，以教材相关章节为基础，注重科学性和系统性。
发酵工程及设备课程设计
发酵工程及设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解发酵工程的定义、原理及应用领域；2. 掌握发酵过程中常见的微生物种类及其功能；3. 了解发酵设备的基本结构、工作原理和操作方法；4. 学习发酵过程中关键参数的检测与控制方法。
技能目标：1. 能够运用发酵工程原理设计简单的发酵实验方案；2. 学会正确操作发酵设备，进行发酵过程的控制与优化；3. 能够分析发酵过程中出现的问题，并提出解决方案；4. 培养学生的实验操作能力、观察能力及团队合作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对发酵工程的兴趣，激发他们探索生物技术领域的热情；2. 增强学生的环保意识，使他们认识到发酵技术在环境保护和资源利用方面的重要性；3. 培养学生严谨的科学态度和良好的实验习惯，提高他们的责任心和自律性；4. 通过发酵工程课程的学习，使学生认识到生物技术在实际生产中的应用价值，提高他们的实践能力。
本课程旨在帮助学生掌握发酵工程的基础知识，培养他们在发酵技术方面的实际操作能力，同时激发学生对生物技术领域的兴趣，培养他们的情感态度和价值观。
课程内容紧密联系课本，注重实践性与实用性，确保学生在学习过程中能够达到预期的学习成果。
二、教学内容1. 发酵工程基础理论- 发酵工程的定义、原理及分类；- 常见发酵微生物的种类、特性及应用；- 发酵过程中微生物生长、代谢与产物形成的关系。
2. 发酵设备与工艺- 发酵设备的基本结构、工作原理及选型；- 发酵过程中的参数检测与控制方法；- 发酵工艺的优化与放大。
3. 发酵实验设计与操作- 发酵实验方案的设计与实施；- 发酵设备操作方法与注意事项；- 发酵过程中异常现象的分析与处理。
4. 发酵工程应用案例- 生物制药领域的发酵技术应用；- 食品工业中的发酵技术实例；- 环境保护和生物能源方面的发酵工程案例。
教学内容根据课程目标进行选择和组织，注重科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容的安排和进度，对应教材相关章节，确保教学内容与课本紧密关联。
75M3机械搅拌通风谷氨酸发酵罐的设计
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____________________学生姓名十_____________________指导教师__________________2010 年6 月20 日广东工业大学课程设计任务书75M 3机械搅拌通风谷氨酸发酵罐的设计轻工化工学院 生物工程一班 、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75M 3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 C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张题目名称学生学院 专业班级 姓 名 学 号四、课程设计进程安排五、应收集的资料及主要参考文献[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.⑸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:课程设计考核表摘要本次设计的是一台75M3机械搅拌发酵罐，发酵生产谷氨酸。
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。
发酵罐的设计PPT演示课件
4 空气分布管
作用：使通入的空气均匀分布
型式： 单管式 正对罐底，距罐底 40mm，罐底衬不锈 钢圆板，防空气冲击
环 式 不常用，易堵。
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5 传动装置 （1）变速装置：无级变速与皮带轮变速。10级
(500)，八级(750)，六级(1000)，从主动轮直径比 要小于7，以增加吃带面积。另外拉大主、从动 轮间距也可增加吃带面积。
时自动吸入空气。
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2.2.2 定子与转子的结构与类型
将液转 气体子 体甩的 吸出作 入，用 。形：
成将 内转 部子 真内 空的 ，
打体定 碎混子 ，匀的 促，作 进甩用 溶出： 氧，将 。将气
大体 气与 泡液
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2.2.3 自吸式发酵罐的优缺点
优点: 不需另设空气制备系统,投资少,能耗低,吸 入的气泡小,溶氧效果好,是通用罐的3倍.
5
2.1 通风机械搅拌发酵罐
2.1.1罐体尺寸 2.1.2罐的结构 2.1.3罐容积的计算 2.1.4罐的优缺点
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2.1.2 罐的结构
图6-1 小型发酵罐结构图 1.三角皮带转轴；2.轴承支柱；3.联轴节； 4.轴封；5.窥镜；6.取样口；7.冷却水出口； 8.夹套；9.螺旋片；10.温度计；11.轴；12. 搅拌器；13.底轴承；14.放料口；15.冷水进 口；16.通风管；17.热电偶接口；18.挡板； 19.接压力表；20.手孔；21.电动机；22.排 气孔；23.取样口；24.进料口；25.压力表接 口；26.窥镜；27.手孔；28.补料口
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6 轴封
型式：端面轴封和填料函式轴封 作用：密封搅拌轴与罐顶（底）间的
缝隙，防止泄漏和染菌 组成：
发酵罐设计
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0.4MPa；夹套0.25 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)iv 每组管长l和管组高度 (10)V 每组管子圈数n (10)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=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥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）、反应器用途用于味精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0.65-0.8②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.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2发酵罐6-9×10-6molO2⑤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。
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《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。
我们组设计的是一台75m3的机械搅拌通风发酵罐，发酵生产赖氨酸。
经查阅资料得知生产赖氨酸的菌种有高丝氨酸缺陷、黄色短杆菌的苏氨酸或蛋氨酸缺陷、黄色短杆菌的高丝氨酸缺陷菌株，它们可分别积累赖氨酸50g/L、34g/L、23g/L等，目前国内所使用的赖氨酸生产菌主要有：①中国科学院微生物研究所的北京棒杆菌AS1.563和钝齿棒杆菌PI-3-2；②上海工业微生物研究所选育的黄色短杆菌AIII；③黑龙江轻工业研究所的241134；④广西轻工业研究所的NO.G12-6等。
综合温度、PH等因素选择北京棒杆菌AS1.563菌种，该菌种最适发酵温度为32-34o C，pH6.5-7.0，培养基为糖蜜、大豆饼粉。
发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，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75m3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赖氨酸设计要求发酵菌种北京棒杆菌AS1.563根据参考文献[4]选取罐内压力0.15MPa 设计要求蛇管及夹套压力0.25Ppa 设计要求 冷却方式蛇管冷却 设计要求 发酵温度32o C 设计要求 发酵罐温度蛇管温度120o C 150 o C 设计要求 设计要求 传热面积搅拌器转速高径比H/D装料系数通风管通风比1.5m 2/m 3 100转/分2.1 0.7 1.0vvm 设计要求 标准型搅拌器 设计要求 设计要求 设计要求 培养基玉米浆1.5%，豆饼粉2.5% 根据参考文献[4]选取 发酵液密度ρ=1076kg/m 3 设计要求 发酵液黏度冷却水初始水温 μ=3×10-3N ·s/m 2 25℃设计要求 设计要求2罐体结构设计 罐体由顶盖、筒体和罐底组成，通过支座安装在基础或平台上，罐底常采用椭圆形封头，顶盖在受压状态下操作，常选用椭圆形封头。
对直径较小的种子罐，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支撑搅拌器及其传动装置。
顶盖与罐底分别与筒体相连，罐底与筒体的连接采用焊接。
筒体与顶盖的连接形式分为可拆连接和不可拆连接，筒体内径D1≤1200mm，宜采用可拆的法兰连接，常采用甲型平焊法兰连接。
大型发酵罐一般采用焊接连接。
2.1罐体几何尺寸的计算初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（75m 3）公称体积V －－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全体积V 0－－公称体积和上封头体积之和封头体积()214h )6b V D D π=+封（ ()23040.15V D H D π=+ （近似公式）假设H 0/D=2.1,根据设计条件罐的公称体积为75m 3，计算罐体内径：mm D H V D 3570/43=≈）（π取整为3600mm 查阅文献，当公称直径DN=3600mm 时，标准椭圆封头的曲面高h a =900mm ，直边高度h b =40mm ，总深度为H f =940mm ， 容积()214h )6b V D D π=+封（=0.785×0.362×(0.04+1/6×0.36)=6.511m 3.发酵罐的公称体积：V=b V +⋅⋅=+H D 4V V 221=0.785×3.62×6.8+6.511=75.69m 3 发酵罐的全体积:V 0=b V 2H D 4V 2V 221+⋅⋅=+π=0.785×3.62×6.8+6.5111×2=82.20 m 3考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和风投材料，封头结构与罐体了解方式。
因赖氨酸是偏酸性，对罐体不会有太大腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR 钢为材料，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。
2.5罐体厚度mm 47.5315.0-8.01372360015.0C P ][2PD t =+⨯⨯⨯=+-=φσ 取整为t=6mmD －罐体直径（mm ）P －耐受压强 (设计压力取0.15MPa)φ － 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0[σ ] －罐体金属材料在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 ＝3mm2.6封头壁厚的计算 装料高度：()()mm V V V H m 26.50131788.10/511.620.827.0/100=-⨯=-⋅=封η 1V 为1m 高筒体的容积；b V 为下封头的容积发酵液产生的最大压强P =ρgh =1076×9.8×5013=0.052Mpa本设计采用设计压力为安全阀开启压力的1.1倍。
则下封头设计压力P =1.1×（0.052+0.15）=0.22Mpa 。
mm 43.6322.05.0-8.01372360022.095.0P5.0]2[KPD t d =+⨯⨯⨯⨯⨯=+-=C φσ 取整t d =7mmD －罐体直径（mm ）P －耐受压强 (取0.15MPa)K －形状系数，K=[2+(D 2H f )2]/6=0.95 φ － 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0[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当筒身壁厚与封头壁厚不一致时，应取较大的值作为共同的壁厚，及筒身应与封头的壁厚一致，且取较大值。
所以最终取桶身壁厚和封头壁厚t=t d =7mm2.7罐体压力计算罐体压力实验校核，采用水压试验。
试验温度℃5t ≥，取20℃，屈服点强度为235MPaτσ][= ][σ此时，材料的许用应力MPa 137][=σ 实验公式为：Pa 1094.2][][P 25.1P 5T ⨯==τσσ和Pa 1035.2MPa 15.0P P 5T ⨯=+=两者中取最大Pa 1094.2P 5T ⨯=.（外加MPa 15.0作为安全压力）而且考虑下封头静压：Pa 063.060008.91076gh M P =⨯⨯==ρ静实验压力下筒体中的应力：Pa C t d M 4.132)37(2)]37(3600[1094.2)(2]C -t D [P 5d T =-⨯-+⨯⨯=-+=）（σ ,所以在屈服点强度以内，视为有效。
3蛇管冷却装置3.1 冷却方式发酵罐容量大，罐体的比表面积小。