第二節：機械攪拌通風發酵罐設計,設計好的發酵罐，在操作時應當是無雜菌的，即保證發酵過程不被污染。 下面為發酵罐設計時的基本原則： (1)盡量減少法蘭連接。因為設備震動和熱膨脹，會引起法蘭連接處移位，而導致污染。 (2)盡可能采用全部焊接結構。所有焊接點必須切實磨光，消除蓄積耐熱菌的固體物質的場所。 (3)防止死角、裂縫，因為固體物質可在這些地方蓄積，為污染菌提供避開滅菌的絕熱環境。,一、設計基本原則,(4)發酵系統的某些部分能單獨滅菌。(5)與發酵罐相通的任何連接都應蒸汽密封，如采樣口的閥門在不使用時，其出口處應有流動蒸汽通過。(6)所用閥門應易于清洗、維修和滅菌。(7)發酵罐應始終保持正壓以排除滲漏。 (8)幾乎所有的發酵罐都由玻璃或不銹鋼制成。玻璃只限用在小于2030L的發酵罐。(9)多數發酵罐的底部和頂部都是碟形或橢圓形，小于500L的發酵罐也可用平頂，但必須符合壓力標準的規定。過去丙酮丁醇發酵罐容積在400m3以上，40年代抗生素的發酵罐一般采用4060m3的不銹鋼發酵罐，目前常采用200m3或更大的發酵罐。(10)發酵罐的功率輸入為：實驗室小型罐為810W/L，中間工廠中型罐為35WL，工廠大型罐為13WL,二、機械攪拌發酵罐的設計,機械攪拌發酵罐主要由攪拌裝置、軸封和罐體三部分組成。三個組成部分各起如下的作用:攪拌裝置：由傳動裝置、攪拌軸、攪拌器組成 ,由電動機和皮帶傳動驅動攪拌軸使攪拌器按照一定的轉速旋轉 ,以實現攪拌的目的。軸封：為攪拌罐和攪拌軸之間的動密封 ,以封住罐內的流體不致泄漏。罐體：罐體、加熱裝置及附件。它是盛放反應物料和提供傳熱量的部件。,（一）、設計內容和步驟：設備本體的設計：罐體的設計筒體的設計、計算封頭的設計、計算罐體壓力試驗時應力校核及容積驗算附件的設計選取接管尺寸的選擇法蘭的選取開孔及開孔補強人孔及其它傳熱部件的計算擋板、中間支承、扶梯的選取,攪拌裝置的設計：傳動裝置的設計、攪拌軸的設計、聯軸器的選取、軸承的選取及其軸承壽命的核算、密封裝置的選取、攪拌器的設計、攪拌軸的臨界轉速。,設備的強度及穩定性檢驗設備承受各種載荷的計算設備重量載荷的計算設備地震彎矩的計算偏心載荷的計算塔體強度及穩定性檢驗裙座的強度計算及校核裙座計算地腳螺栓計算 等裙座與筒體對接焊縫驗算,（二）、發酵罐的結構計算,罐容積的計算 根據生產規模和發酵水平計算每日所需發酵液的量，再根據這一數據確定發酵罐的容積。,例如，一年產5萬檸檬酸的發酵廠，發酵產酸水平平均為14%，提取總收率90%，年生產日期為300天，發酵周期為96小時。每日的產量=50000/300=166.7 t每日所需發酵液的量=166.7/（0.140.9） =1322.8 m3假定發酵罐的裝液系數為85%則每日所需發酵罐容積=1322.8/0.85=1556m3,取發酵罐的公稱容積為250米3則每日需要6個發酵罐發酵周期為4天，考慮放罐洗罐等輔助時間1天，整個周期為5天。則所需發酵罐的總數=56+1=31 個,2、結構尺寸的計算 根據已確定的發酵罐公稱容積，可由下式計算發酵罐圓柱體的直徑。,封頭的容積的計算橢圓形封頭的容積可查手冊或按下式計算：,罐的全容積,發酵罐總高度,液柱高度：,（二）、附屬結構的計算,擋板數量和尺寸計算,攪拌器的設計計算 首先根據生產菌種和發酵類型選定攪拌器的類型，再從已計算出的發酵罐的直徑計算攪拌器相應的結構尺寸。,發酵罐罐體的尺寸比例Di = 1/3DHo = 2 DB = 1/8-1/12 DS = 25 DiC = 0.8-1.0DiH = 1.7-3.5 D,Di-攪拌器葉輪直徑D-罐徑Ho-罐高B-擋板高C 下攪拌葉輪與罐底距S- 相鄰攪拌葉輪間距,（三）、冷卻面積的計算,1、發酵過程的熱量計算 通常以一年中最熱的半個月中每小時放出的熱量作為設計冷卻面積的根據。 發酵過程中放出熱量的計算方法有：通過冷卻水帶走的熱量進行計算；通過發酵液的溫度升高進行計算；通過生物合成熱進行計算；通過燃燒熱進行計算,(1)通過冷卻水帶走的熱量進行計算 根據工藝設計的要求，選定同類型的發酵罐，于氣溫最熱的季節，選擇主發酵期產生熱量最快最大的時刻，測定冷卻水進口的水溫及冷卻水出口的水溫，并測定此時每小時冷卻水的用量，按下式計算單位體積發酵液每小時傳給冷卻器的最大熱量。,根據不同類型的發酵液測得每m3發酵液每小時傳給冷卻器最大的熱量為：對青霉素的發酵約為4.1866000KJm3h，對鏈霉素的發酵約為4.1864500KJ米3 h，對四環素發酵約為4.1865000KJmh，對肌苷發酵約為4.1864200KJm3.h，對谷氨酸發酵約為4.1867500KJm3 h。,(2)通過發酵液的溫度升高進行計算 于氣溫最熱的季節選擇主發酵期產生熱量最快最大的時刻，通過罐溫的自動控制，先使罐溫達到恒定，關閉冷卻水，觀察罐內發酵液在半小時內上升的溫度，再換算為一小時內上升的溫度，則可按下式計算出單位體積發酵液每小時放出最大熱量的近似值。,(3) 通過燃燒熱進行計算生物熱 根據赫斯定律：熱效應決定于系統的初態和終態，而與變化的途徑無關。反應的熱效應，等于產物的生成熱的總和減去作用物的生成熱的總和。,Q發酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發-Q輻射,攪拌器所產生的熱量可用下列近似公式計算:,3600：機械能轉變為熱能的熱功當量（kJ/kW.h）,汽化熱Q3的計算：,2、冷卻面積的計算 根據經驗： 蛇管的K值為4.186(300450)KJm3hC. 如管壁較薄，對冷卻水進行強制循環時， 根據查定， K值約為4.186(8001000)KJm3 h C。,冷卻排管的傳熱系數可按下式計算：,計算題：一個年生產10萬噸賴氨酸的發酵工廠，發酵產酸水平為15，提取總收率為90，年生產時間