機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的設(shè)計

1、作業(yè):機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的設(shè)計生物反應(yīng)器是生物加工過程的關(guān)鍵設(shè)備。我們將通過一個實際設(shè)計的過程來考察同學(xué)們對本節(jié)的掌握情況。發(fā)酵罐設(shè)計基本原則（）在發(fā)酵系統(tǒng)的已滅菌部分與未滅菌部分之間不應(yīng)直接連通。（）盡量減少法蘭連接。（）盡可能采用全部焊接結(jié)構(gòu)（）防止死角，裂縫，因為固體物質(zhì)可在這些地方蓄積，為污染菌提供避開菌的絕熱環(huán)境。（）發(fā)酵系統(tǒng)的某些部分能單獨滅菌。（）與發(fā)酵罐相通的任何連接都應(yīng)蒸汽密封。如采樣口的閥門在不使用時，其出口處應(yīng)有流動蒸汽通過。（）所用閥門應(yīng)易于清洗，維修和滅菌。（）發(fā)酵罐始終保持正壓以排除滲漏。（）幾乎所有的發(fā)酵罐都有由玻璃或不鋼制成。（）多數(shù)發(fā)酵罐的底部和頂部都有是碟形

2、或橢圓形。（）由罐頂部進(jìn)入的軸由于軸較長容易顫抖。因而往往采用底式攪拌軸，應(yīng)很好地解決滲漏和污染問題。（）發(fā)酵罐的功率輸入為：實驗室小型罐為810 W/L，中型罐35 W/L，大型罐13 W/L。設(shè)計要求:1. 幾何尺寸的確定2. 罐體壁厚（見P22)3. 冷卻面積計算4. 攪拌軸功率的計算并確定軸徑（略）5. 選用電機(jī)及變速裝置（估選） 生物工程：高徑比為2.5，南方某地，初始水溫：181應(yīng)用基因工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)賴氨酸，此產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物。牛頓型流體，二級發(fā)酵。1-4號：3000L種子罐； 5-8號：50M3發(fā)酵罐2應(yīng)用基因工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，此產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物。牛頓型流體，二級發(fā)酵

3、。9-12號：5000L 種子罐 13-16號 100 M3發(fā)酵罐3應(yīng)用黑曲霉菌株發(fā)酵生產(chǎn)糖化酶，此產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物。非牛頓型流體，三級發(fā)酵。17-20號：500L 種子罐 21-24號 20 M3發(fā)酵罐 25-27號：200 M3發(fā)酵罐制藥一；生技高徑比為2，南方某地，初始水溫：201應(yīng)用基因工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)慶大霉素產(chǎn)品，此產(chǎn)物是次級代謝產(chǎn)物。非牛頓型流體，三級發(fā)酵。1-4號：2000L種子罐； 5-8號：30M3發(fā)酵罐： 9-12號： 300 M3發(fā)酵罐2應(yīng)用基因工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)右旋葡萄糖苷，此產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物。非牛頓型流體，三級發(fā)酵。13-16號：50L種子罐； 17-20號：3M3

4、發(fā)酵罐： 21-25號： 40 M3發(fā)酵罐制藥二；高徑比為3，北方某地，初始水溫：141應(yīng)用基因工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)纈氨基酸原料（復(fù)方氨基酸注射液的單體），此產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物。牛頓型流體，三級發(fā)酵。1-4號：2000L種子罐； 5-8號：30M3發(fā)酵罐： 9-12號： 300 M3發(fā)酵罐2應(yīng)用基因工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)肌苷酸原料，此產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物。牛頓型流體，三級發(fā)酵。13-16號：50L種子罐； 17-20號：3M3發(fā)酵罐： 21-25號： 40 M3發(fā)酵罐附錄1 小型發(fā)酵罐技術(shù)參數(shù)公稱容積 筒體高度H(mm)筒體直徑D1(mm)夾套直徑D2(mm)轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)功率KW50L81

5、33004003400.55200L11105006003400.75500L1400700800321 1.5800L16008009002002.21000L1600900100028023 1200L1800900100020032000L21001100120025043000L2200120013002005.55000L3000140015001807.5附錄2 大中型發(fā)酵罐技術(shù)參數(shù)公稱容量m3 筒體高度H(mm) 筒體直徑mm 換熱面積m2 轉(zhuǎn)速r/min 電機(jī)功率kw 10 3200 1800 12 150 7.5 21 4700 2200 21 154 30 30 6600

6、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 附錄3 冷卻面積計算舉例某抗菌素廠需新建30M3種子罐，裝料系數(shù)為60%，已計算出主發(fā)酵期生物合成熱Q1=4.4×105kj/h，攪拌熱Q2=7.2×104 kj/h，查有關(guān)資料可知汽化熱Q3 =1×104 kj/h，醪液的比重為=1.04×103 kg/M

7、3，發(fā)酵溫度為32，冷卻水進(jìn)口溫度為16，出水溫度為25，冷卻水的平均比熱Cp=4.186 kj/ (kg · )， 罐內(nèi)采用豎式蛇管冷卻，蛇管為水煤管，其規(guī)格為 53/60 (mm)，壁厚3.5mm，其導(dǎo)熱系數(shù)=188 kj/ (M · h · )，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)可取傳熱系數(shù)1和2分別為2.7×103 kj/(M2 · h · )和 1.45×103kj/(M2 · h · )，另外管壁水垢層的熱阻取 1/16750 M2 · h · /kj，試求發(fā)酵罐冷卻面積、豎式蛇管總長度和冷卻水耗量。 做題時所用到的公式發(fā)酵熱Q=Q1+Q2-Q3Q=WCp(t2-t1)Q=KAtm 冷卻面積A=dL 傳熱總系數(shù)K值 對數(shù)平均溫度差解:1.總的熱量 Q=Q1+Q2-Q3 =4.4×105+7.2×104-1×104 =5.02×105(kJ/h)2.冷卻水耗量=1.33×104 (kg/h)3.對數(shù)平均溫度差4.K值的計算= 1.931×103 kJ/(M2 ·h·)5.冷卻面積根據(jù)生產(chǎn)實際情況取整A=25M26.冷卻蛇管總長度