第9章 反应设备.pptVIP

　　　2.1 机械搅拌通风发酵罐 　　考虑各方面因素，工厂及设计部门一般采用如下的比例尺寸 H／D　＝ 1．7～4．0 HO／D ＝ 2．0～3．0 Di／D ＝ 0．3～0．5 C／Di ＝ 0．8～1．0 B／D ＝ 0．08～0．1 HL／D ＝ 1．4～2．０ S／D ＝ 1或 S／Di ＝３ 　　　2.1 机械搅拌通风发酵罐 　　2．发酵罐的容积计算 　　（1）罐的容积V总 V总　＝　VO＋2Vl（m3） （4－1） 式中 VO——圆柱部分的体积，m3； Vl——上或下封头的体积，m 3。图4-7 罐体有关尺 寸符号表示 对于椭圆形封头 V总＝D2HOπ/4＋ 2×D2（hb+D/6） π/4 　＝D2[HO＋２（hb+D/6）] π/4 （4-2） 式中　ha――椭圆短半轴长度，对于标准椭圆形封头ha = 　　　1/4D（m） hb――椭圆封头的直边高度，m； D――罐的内径，m。 　　　2.1 机械搅拌通风发酵罐 　　（2）罐的有效容积V有效 罐的有效容积为罐的实际装料容积，它等于罐的总容积V总乘以罐的容积装满系数η，即 V有效　＝　V总·η　　　　　（4-3） 式中 η一－装满系数（一般取0．65～0．75）。 　　（3）罐的公称容积VN　 所谓“公称容积”是指罐的圆柱部分和底封头容积之和，其值为整数，一般不计入上封头的容积，平常所说的多少体积的发酵罐是指罐的“公称容积”。 　　　2.1 机械搅拌通风发酵罐 　　3．发酵罐的数量计算 　　根据物料平衡的原则，对于一定的生产能力，所需发酵罐的个数N可用下式算出 N ＝nqVd/ηV总＋l（个） （4-4） 式中 n——每个发酵周期相当的天数，d，周期（小时数） /24； η ——发酵罐的装满系数，0.65～0.75； V总——每个发酵罐的总容积，m3； qVd——每天需要生产的发酵液量，m3／d。 　　　2.1 机械搅拌通风发酵罐 　　4．发酵罐的冷却面积计算 　　生物反应过程有生物合成热产生，而机械搅拌通风发酵罐除了有生物合成热外，还有机械搅拌热，若不从系统中除去这两种热量，发酵液的温度就会上升，无法维持工艺所规定的最佳温度。发酵生产的产品、原料及工艺不同，其过程放热也不同。为了保证温度的调控，需按热量产生的高峰时期和一年中气温最高的半个月为基准进行热量衡算以及计算所需的换热面积。 　　　2.1 机械搅拌通风发酵罐 　　（1）发酵过程的热量计算 　　发酵过程所产生的净热量称之为“发酵热”，相应的发发过程总热量为： Q = Q1＋Q2—Q3—Q4 （4-5） 式中　Q1－一生物合成热，包括生物细胞呼吸放热和发酵热两部分。以葡 　　萄糖作基质时，呼吸放热为 15651kJ/kg（糖），发酵热为4 　　953 kJ/kg （糖）； Q2一－机械搅拌放热，其值为 3 600Pgη，kJ； Pg―― 搅拌功能，kＷ； η――功热转化率，经验值为η = 0.92； Q3――发酵过程通气带出的水蒸气所需的汽化热及气温上升所带出 　　　的热量，kJ ； Q4——发酵罐壁与环境存在温差而传递散失的热量，kJ 。 　　通常可近似计算： Q3＋Q4≈20% Q1 　　　2.1 机械搅拌通风发酵罐 　　（2）换热装置传热面积的计算 　　1）温度差△tm的计算 冷却水进出口温度为t1、t2。发酵液温度为t，一般取32～33℃。即 △tm ＝[(t-t1)-(t-t2)]/ln (t-t1)/ (t-t2) （4-6） 　　2）传热面积的计算 　　　　　　Ｆ= Q总／KΔtm　（m2） （4-7） 式中　Q总——主发酵期发酵液每小时放出最大的热量（发酵 热），kJ/h； K——换热装置的传热系数，kJ／（m2·h·℃）。 返回 　　 2.2 其他类型的通风发酵罐 2.2.1 气升环流式发酵罐 气升环流式发酵罐也是应用最广泛的生物反应设备。其特点为：无搅拌传动设备，结构简单，易于加工制造，省钢材，能耗低；反应溶液分布均匀，溶氧速率和溶氧效率高；传热良好，冷却面积小；剪切力小，对生物细胞损伤小；容积装料系数可达80～90%，而不须加消泡剂；操作、维修及清洗方便，杂菌感染少。 　　 2.2 其他类型的通风发酵罐 气升环流式发酵罐根据环流管安装位置可分为内环流式与外环流式两种，结构见图4-9。