发酵设备课程设计——1000m³内循环气升式生物酒精发酵罐设计.docVIP

目 录 一、绪论 - 1 - 1．气升式发酵罐概况 - 1 - 2.气升式发酵罐的类型及原理 - 1 - 3.气升式发酵罐特点 - 3 - 4.气升式发酵罐的应用 - 4 - 二、设计概况 - 5 - 1. 发酵设备课程设计的目的 - 5 - 2.发酵设备课程设计步骤 - 5 - 3.带控制点的工艺流程图的绘制 - 5 - 4.主体设备工艺条件图 - 6 - 三、气升循环式发酵罐设计任务及要求 - 6 - 1.课程设计题目 - 6 - 2. 气升循环式发酵罐设计要求 - 6 - 3.设计基本依据 - 7 - 4.课程设计的基本环节 - 7 - 四、反应器基本设计参数设计 - 7 - 1.液体喷射循环反应器基本设计参数 - 7 - 2.液体喷射循环反应器的循环阻力 - 10 - 3. 驱动循环的功率和效率 - 10 - 五、设备工艺结构计算 - 10 - 1.发酵罐直径 - 10 - 2．发酵罐总高 - 11 - 3．发酵罐的材料 - 11 - 4．椭圆封头的设计 - 11 - 5．圆柱筒体的设计 - 14 - 六、辅助设备设计选型 - 16 - 1.正压保护阀 - 16 - 2.真空阀 - 16 - 3.CIP清洗装置 - 16 - 4.温度传感器 - 16 - 5.液位高度传感器 - 16 - 6.压力传感器 - 16 - 7.最低液位和最高液位探头 - 16 - 8.人孔 - 17 - 9.视镜 - 17 - 10.洗涤液接管 - 17 - 11.CO2回收压缩空气接管 - 17 - 12.冷却剂进出接管 - 17 - 13.出料管 - 17 - 14.支座 - 17 - 15.上升管高度及提升高度 - 18 - 16.喷嘴直径 - 18 - 七、热量衡算 - 18 - 1.冷却面积的确定 - 19 - 2.冷却水耗量的计算 - 19 - 八、设计数据 - 20 - 九、设计总结 - 20 - 参考文献 - 21 - 一、绪论： 1．气升式发酵罐概况 生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧生化反应设备的核心和基础。虽然目前应用最广泛的通风发酵罐是机械搅拌式的，但这种类型的发酵罐功率消耗大，加工困难，投资高，维修麻烦，轴封易泄漏，易染菌，搅拌剪切力大，大型化后混合不均匀，传质效率下降，因而难于超大型化。因此，非机械搅拌发酵罐的研究和应用得到迅速发展，特别是气升式发酵罐。 气升式发酵罐是20世纪70年代开始发展应用的一种新型生物反应器。因为无机械搅拌机构，所以最大限度地减少了染菌率；同时因为没有了机械剪切力，对长菌丝的各种真菌尤为适宜；由于气体提升，充分的气液混合使氧气的传递利用极大提高，特别适合高黏度培养基和对于溶氧要求高的产品。 影响气升式发酵罐性能的三个主要结构即循环管长度、循环管与罐身截面构成的环隙面积比和空气分布器都影响反应器的性能，并随风量的增加而愈显示其重要性。这就提示我们在设计时不但要对上述单个因素及其相互协调进行研究，才能设计出效率更高、更适用的气升式生物反应器，以满足生化工程和发酵工业不断发展的需要。 2.气升式发酵罐的类型及原理 1）带升式发酵罐 带升式发酵罐的特点是：结构简单，冷却面积小；不需要交半设备，节省动力月50%；装料系数达80%~90%；维修操作及清洗简便，减少杂菌污染。 带升式发酵罐的工作原理：其主要工作原理是在管外装置上升罐，上升罐两端与罐底及上部相连接，构成一个循环体系。在上升管的下部装置空气喷嘴，空气以250~300m/s的高速喷入上升管，使空气分割细碎，与上升罐的发酵液密切接触。由于上升罐内部发酵液密度相对较小，加上压缩空气的功能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复循环，有内循环（图1中a）和外循环（图1中b）两种。 2）气升及外循环发酵罐 其原理是：空气从罐底内进入，利用气体分布器使空气分散与液体充分混合上升，经带升官回流返回罐的底部，下部的发酵液经循环泵热交换器送至灌顶的喷淋器喷淋器起消泡作用。这种罐适用于石蜡为原料的发酵。罐内压力可维持500kPa。样的传递系数较高，可用于高浓度培养，菌体质量分数可达6%以上。 图1 带升式发酵罐 1—人孔；2—视镜；3—空气管；4—上升管； 5—冷却器；6—单向阀门；7—空气喷嘴； 8—带升管；9—罐体; 3）气升环流发酵罐 气升环流发酵罐的形式较多，常用的有高位发酵罐、低位发酵罐及压力发酵罐几种。罐的结构简单，易于放大，罐的高度增大可以提高样的传递系数增大对流体的驱动力，驱动力的调节是通过气体的流量控制的。 具有外循环冷却的气升环流式发酵罐，通气管与罐底的距离是通气管直径的0.5~1.5倍 气体经多空管送入罐内，多空板之下是气液分离带，此处回流培养液的泡气率降至10%以下。从罐底引出培养液，用离心泵送到热交换器后