25m3机械搅拌发酵罐的设计

工艺设计及计算：

（1） 生产能力、数量和容积的确定 ①发酵罐容积 V=25m3 ②生产能力计算：现每天产99%纯度的味精2t ，谷氨酸发酵周期为48h（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间），则每天需糖化液体积为V糖。每天产纯度为99%的味精2t，每吨100%的味精需糖液15.66m3。

V糖=15.66×2×99%=31m3

设发酵罐填充系数φ=70%，则每天需要发酵罐的总容积为V0（发酵周期为48h）

V0= V糖/φ=31/0.7=44.3m3

③发酵罐个数的确定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确。

a、 装液高度系数，指圆筒部分高度系数，封底则与冷却管、辅助设备体积相抵消。

b、公称容积，指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数。 c、罐的全容积，指罐的圆柱部分和两封头容积之和。

0?本次设计所需发酵罐个数为：N=VV=3.5个 总24 取圆整得：N=4个

25?0.7?2?300=677.42t/a 实际产量验算：

15.5677.42?600?100%=12.9% 能满足产量要求。 富裕量：

600（2） 主要尺寸计算

发酵罐全体积为V0=25m3 椭圆形封头体积：V1=

?46式中：hb-椭圆封头的直边高度，m hb=0.05m 1 ha-椭圆封头短半轴长度，ha=D

4D2hb??D2ha

而，V0=

?4D2H?2V1≈

?43D2H?0.26D(忽略hb)=25

将H/D=2代入上式得：D=2.4m，H=2D=4.8m

V1=

?6D2ha??46

D2hb≈2m3

公称体积VN= V0-V封=25-2=23m3 验算全容积 V全： V’=V筒+2 V封 全D2H?2?(D2hb?D2ha)

4460.0521.2????0.2?） =D（

2 ≈25.7 （3） 冷却面积的计算：为了保证发酵罐在最旺盛、微生物消耗基质最多

以及环境气温最高时也能冷下来，必须按发酵生成热量高峰、一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能达到最高温度的恶劣条件下，设计冷却面积。

=

???Q总 计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即：F=

k??m 发酵过程的热量计算有许多方法，但在工程计算时更可靠的方法仍然是

实际测得的每1m3发酵液在每1h传给冷却器的最大热量。对谷氨酸发

酵：高峰期发酵热，3×104KJ/h.m3

采用竖式蛇管换热器，取经验值 K=4.18×500KJ/（m3.h.℃） 平均温差△tm：△tm=

?t1??t2 ?t1ln?t2 32℃→32℃ 20℃→26℃

12 6

12?6 代入 △tm==8.656℃

12ln6 对总容量为25m3的发酵罐，每罐实际装液量为V，0=31/2=15.5m3 Q总=Q×15.5=3×104KJ/h.m3×15.5m3 =4.65×105KJ

Q总4.65?105 换热面积：F===25.7㎡

k??tm4.18?500?8.656

（4） 搅拌器设计

机械搅拌通风发酵管的搅拌涡轮有三种形式，可根据发酵特点、基质以及菌体特性

7

选用。本次设计，由于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。

该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系，现将主要尺寸列出： 搅拌器叶径Di=D/3=2.4/3=0.8m 取d=0.8m

叶宽 B=0.2 Di=0.2×0.8=0.16m 弧长 l=0.375d=0.375×0.8=0.3m 底距 C=0.8D=0.8×2.4=1.9m 盘径 di=0.75×Di=0.75×0.8=0.6m 叶弦长 L=0.25D=0.25×0.8=0.2m 叶距 S=D=2.4m 弯叶板厚 δ=12mm

取两档搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌器直径1.05m，转速N1=110r/min，

D131.053以等P0/V为基准放大求得：N2=N（）?110?（）=132（r/min） 1D20.8（5） 搅拌轴功率的计算

通风搅拌发酵罐，搅拌轴功率的计算有许多种方法，现用修正的迈

凯尔式求搅拌轴功率，并由此选择电机。

淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体，计算步骤如下：

① 计算Rem Rem=

22D2NP?

式中 D—搅拌器直径，D=0.8m N---搅拌器转速，N=132r/h ρ---醪液密度，ρ=1080Kg/m3

μ—醪液粘度，μ=2.0×10?3N.S/㎡ 将数代入上式：Rem=

104

视为湍流 ② 计算不通气时的搅拌轴功率P0：

D2NP?0.82?132?10807=4.56×10＞??32.0?10

P0?NpN3D5?，

7

式中 Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N ——搅拌转速，N=132r/h D=0.8m，ρ=1080Kg/m3

代入上式，得：P0 =4.7?2.23?0.85?1080?17.7Kw 两档搅拌：P0=2P0=35.42Kw

③ 计算通风时的轴功率Pg：

,,p0ND30.39 Pg?2.25?10?(0.08)（Kw）

Q?3式中， P0——不通风时轴功率（Kw），P0=35.42Kw Q—— 通风量（ml/min），取通风比为0.2，则

Q=0.2×15.5×106=3.1×106ml/min

Q0.08=3.306

p0ND30.39 代入上式，得 Pg?2.25?10?(0.08)

Q?325.422?132?8030.39) =2.25?10?(3.306?3 =25.8Kw

④ 求电机功率P电：

P电=

Pg?1?2?3?1.01

=0.99，滚动轴承η

=0.98，端面

采用三角带传动η1=0.92，滚动轴承η密封增加的功率为1%，代入公式得 P电=

23Pg?1?2?3?1.01