2024年5月30日发(作者：)

4.1.2.1发酵罐个数的确定

年产1000吨琥珀酸,全年的生产天数为330天，则每天产1000/330=3.03

吨，需要发酵液的体积为：

28*3.03=84.84(m^3)

发酵罐的填充系数φ=70%；则每天总共有发酵罐的体积为V

0

V

0

/0.784.84/0.7121.（2m

3

）

发酵周期为48小时，生产周期为80小时

发酵罐个数的确定：现选取公称体积为100m

3

的发酵罐，总体积为

118m

3

/V

总

*24）84.84*80（/110*0.7*24）3.67（个）

N

1

V

0

（

取公称体积100m

3

发酵罐4个，其中1个留作备用。

实际产量验算：

1100.75.21%71%4330/3.51059.09（吨/年）

富裕量

10591000

5.91%

1000

能够满足生产需要。

4.1.2.2主要尺寸的计算

公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。并圆整为整数：上封头因

无法装液，一般不计入容积。

罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。

1 罐径与罐体高度

现在按公称容积100m3，全罐的体积为：118m3，取高径比为H：D=2，封

头与圆柱罐体的焊接处的直边高度不纳入体积，则：

V

全

V

筒

2V

封

118m

3

根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有：

D

2

1D

2

1

H

D2118m

3

V

全

4344



V

全

0.785D

2

2D

π

3

D118m

3

24



解方程得：

2

D

3

π

3

D118m

3

24



D

3

11824

4.1

m

13

[12]

直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数

取4.0

m

,

H=2D=2×4.0＝8.0(m)

，查吴思方的《生物工

程工厂设计概论》2007年版，附表25（281）通用式发酵罐系列尺寸表，则D

查阅文献，当公称直径D为4.0m时，标准椭圆封头的曲面高度H为D/4，即1.0m，

焊接处的直边高度h为0.05

则总深度为：

Hh1.00.051.05

（m）

封头容积 ：

V

封

V

封

圆柱部分容积：

V

筒

24

4.0

3

8.38（m

3

）

4

4.0

2

24.0100.53（m

3

）

两者之和为全容积

V

全

V

全

V

筒

2V

封

118m

3

V

全

V

全

则设计的发酵罐其尺寸符合要求，能够满足生产工艺的需要。

2 搅拌器的设计

由于琥珀酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此采用六弯叶涡

轮搅拌器。六弯叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环

量大，搅拌功率消耗也大，根据搅拌器型式及主要参数HG/T2123-1991标准，知

100

m

3

发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶，搅拌器：六弯叶涡轮搅拌

器,D

i

:d

i

:L:B=20:15:5:4，搅拌器直径：D

i

=D/3

D4

搅拌器直径：D

i

=

1.33(m)

33

（取1.4m）

叶宽：B=

0.2D

i

0.21.42.8

弧长：

l0.375D

i

0.3751.40.525(m)

底距

C1.0D

i

1.4

盘径

d

i

0.75D

i

0.751.41.05(m)

叶距Y=D=1.4(m)

叶弦长L=0.25D

i

=0.25×1.4=0.35(m)

弯叶板厚δ=14(mm)

相邻搅拌叶轮间距S=2D

i

=2.8(m)

取两档搅拌，转速可以50立方米罐的现有数据比例求得，已有数据：搅拌直径

D

1

1.05m,转速N

1

110r/min,以P

0

/V为基准求得

N

2

N

1

(

3 搅拌功率的计算

琥珀酸的发酵液为低浓度醪液，可视为牛顿液体，依据化工工艺设计手册用

修正的迈凯尔公式求得。

设计参数：醪液密度ρ=1050kg/m

3

D

1

2/3

1.05

2/3

)110()90(r/min)

D

2

1.4

醪液粘度μ=1.3×10

-3

N·s/m

2

搅拌器直径D=14m

搅拌器转速N=90/60=1.5(r/s)

I

计算Re

Re

m

D

2

N

1.41.51050

2.3710

6

10

4

3

1.310

可见把L-精氨酸发酵液视为牛顿液体是正确的，为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7

II

由Np可以算出不通气时发酵罐搅拌轴功率P

0

：

3535

P)

0

N

p

ND

4.71.51.4105089577.9(w)89.6(kw

因为搅拌轴有两档搅拌叶，所以搅拌轴总功率P为2P

0

=179.2（kw)

ш

电动机的功率

采用三角带传动η

1

=0.92；滚动轴承η

2

=0.99，滑动轴承η

3

=0.98；端面密封

增加功率为1%

[7]

；代入公式数值得

P

电

P

g

1

2

3

1.01

89.6

1.01101.39(kw)

0.920.990.98

查手册选取电机110kw一台。

4.1.2.3设备材料的选择

考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体

连接方式.琥珀酸发酵是在pH7.0中性环境中进行的，对罐体不会有太大腐蚀，

所以罐体和封头都使用A3钢为材料，以降低费用，封头设计为标准椭圆封头，

因D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。

I

发酵罐壁厚

计算法确定发酵罐的壁厚S

1

S

1

PD

内

C（cm）

2

P

式中，P——设计压力，取最高工作压力的1.05倍，P=0.4Mpa

D

内

——发酵罐内径，D=4000mm

[σ]——A3钢的许用应力，【σ】=127Mpa

φ焊缝系数，其范围为：0.5至1，现取φ=0.9

C——壁厚附加量，C=C

1

+C

2

+C

3

C

1

——钢板负偏差，取C

1

=0.8mm

C

2

——为腐蚀欲量，取C

2

=2mm

C

3

——加工减薄量，取C

3

=0，代入上式得

C=C

1

+C

2

+C

3

=0.8+2+0=2.8mm=0.28cm

S1=(0.4*400/(2*127*0.9-0.4))+0.28=1.18cm=1.18mm

选用12mm厚A

3

钢板制作，查《生物工程工厂设计概论》附录表17知，直径

5000mm，厚度12mm，高10m，每米高重约为：1186kg，则G

筒

=1186×8=9488(kg)。

II封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下：

S

2

PD

C（cm）

2

P

式中，P=0.4Mpa，D=5000mm，[σ]=127Mpa，C

1

=0.08cm，C

2

=0.2cm，C

3

=0.1cm

C=C

1

+C

2

+C

3

=0.38cm

代入上式，得

S2=(0.4*400/(2*127*0.9-0.4))+0.38=1.28cm=12.8mm

查附表18圆整为S

2

=14mm，则查《生物工程工厂设计概论》附录表18，

G

封

=1970(kg)则，两封头总重高：2×1970=3940(kg)。

III

人孔、档板、视镜和支座选择

人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。

本次设计只设置了1个人孔，标准号为： 人孔RFⅡ（R·G）450-0.6 HG21522-1995，

公称直径450，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴750mm处。

为增强发酵醪液湍动，通常设4到6块档板，本设计取4块，按全档

板的要求设计，则应该满足

b

n



0.5

D

式中： n——档板的数目

b——档板的宽度，mm

D——发酵罐的直径，mm

则有：

4*(b/4000)=0.5则b=500mm

档板自罐底至设计的液面高度为止，与罐壁的空隙为D/8≈0.500m。

视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2视镜，直径为DN80，开

在顶封头上，位于前后轴线离中心轴750mm处，标记为视镜Ⅱ PN1.0 DN80

HGJ501-86-17。

支座选择型：对于100

m

3

以上的发酵罐，应该根据设备的估计总重量，选用合适

的支座。

100m

3

发酵罐总重估算：

1

、

圆筒重G

筒

=9488(kg)

G

封

=3940(kg)

液

2

、

两封头重

3

、

最大装液量：G=118000(kg)

G

附

=2000(kg)

4

、

电机及附属设备重

则总量为：G

筒

+G

封

+G

液

+G

附

=133(t)

由于设备的总重比较大，所以选用裙式支座