食品机械与设备课程设计
年产3000吨搅拌型酸乳发酵罐设计
学院：海洋学院
专业班级：食品科学与工程食品102 学生姓名：学号：
指导教师：
2012年9 月20 日
正文要求:
小四号字,宋体
行间距20磅
1 前言
酸乳即酸奶，是在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳）的乳中（杀菌乳或浓缩乳），是利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌等微生物对乳的乳酸发酵作用而得到的凝乳状产品。酸乳能促进人体消化呼吸，提高人的免疫力，长期饮用即可保证钙质的需求，又可健肠胃，调节人体代谢，提高人的抗病能力，使人健康长寿，对儿童、老年人尤佳。乳酸菌的协同发酵作用不仅能使酸奶独具风味, 适口性强, 而且具有改善胃肠功能, 促进钙、磷吸收的作用, 在增强人类体质与营养健康方面起到食疗兼收的作用。随着生活水平的提高，人们对保健、营养食品的追求已成为现代生活中的主流，这种追求已反映在人们对食品种类的选择上。在我国“酸奶”以它特有的营养价值和风味越来越受到广大消费者的钟爱。通过选择年产3000吨搅拌型酸奶发酵罐的食品机械与设备课程设计题目，会让大家对食品机械与设备课程有更深的了解和学习，锻炼该课程设计能力。
1.1 酸乳的分类（中国农业推广网）
（1）按成品的组织状态分类
①凝固型酸乳：其发酵过程在包装容器中进行，从而使成品因发酵而保留其凝乳状态。
②搅拌型酸乳：发酵后的酸乳在灌装前搅拌呈黏稠状组织状态。
（2）按成品的口味分类
①天然纯酸乳不含任何辅料和添加剂，产品只由原料乳和菌种发酵而成。
②加糖酸乳产品由原料乳和糖加入菌种发酵而成。糖的添加量一般为6％～7％。
③调味酸乳在天然酸乳或加糖酸乳中加入香料而成。酸乳容器的底部加有果酱的酸乳称为圣代酸乳。
④果料酸乳成品是由天然酸乳与糖、果料混合而成。
⑤复合型或营养健康型酸乳通常在酸乳中强化不同的营养素(维生素、食用纤维素等)或在酸乳中混入不同的辅料(如谷物、干果、菇类、蔬菜汁等)而成。这种酸乳在西方国家非常流行，人们常在早餐中食用。
⑥疗效酸乳包括低乳糖酸乳、低热量酸乳、维生素酸乳或蛋白质强化酸乳。（3）按发酵的加工工艺分类
①浓缩酸乳将正常酸乳中的部分乳清除去而得到的浓缩产品。因其除去乳清的方式与加工干酪的方式类似，有人也叫它酸乳干酪。
②冷冻酸乳在酸乳中加入果料、增稠剂或乳化剂，并进行冷冻处理而得到的产品。
③充气酸乳发酵后在酸乳中加入稳定剂和起泡剂(通常是碳酸盐)，经过均质处理即得这类产品。这类产品通常是以充二氧化碳的酸乳饮料形式存在。
④酸乳粉使用冷冻干燥法或喷雾干燥法将酸乳中约95％的水分除去而制成酸乳
粉。
1.2 酸乳的生产特点
酸奶作为供人类饮用的奶制品，在生产过程中必须做到对每一步进行严格的质量控制。控制酸奶质量，关键步骤在于标准化和混料过程、热处理杀菌过程、均质过程、接种和发酵过程、冷却过程、灌装过程以及贮藏和运输过程。
一般的搅拌型酸奶，在存放一段时间（一般4天，甚至更短）后会出现乳清析出现象，或是使酸奶失去原有的风味。因此，将酸奶通过冷风通道迅速冷却至10℃以下后，应将其存放在4~6℃之间的冷库中贮藏，并在相同温度下运输，以防止因温度骤变影响产品的质量。
1.3酸乳的营养保健作用
1.3.1酸乳的营养价值
经过发酵后，牛奶中的蛋白质被乳酸菌部分消化，其消化吸收率极高，甚至较大的婴儿也能放心食用酸奶。每天喝1杯酸奶，可为人体提供6克优质蛋白质，相当于一个鸡蛋。
酸奶中的脂肪含量在0.5%~3%之间，每天喝一杯酸奶不会提高胆固醇和血脂。经过乳酸菌的作用，牛奶中的脂肪球更为细小，更易于小肠吸收。经过发酵之后，还使牛奶中本来存在的抗癌物质共轭亚油酸含量增加，从而提高了保健价值。
此外，牛奶中原来含有4.6%左右的乳糖，在制作酸奶的发酵过程中部分变成乳酸和其他有机酸，减少了“乳糖不耐”的发生；而且乳酸菌本身也会产生大量的“乳糖酶”帮助人体消化乳糖。因此，即使喝牛奶出现胀肚腹泻的人也可以毫无顾忌地喝酸奶。
乳酸菌消化乳糖之后，形成了大量的乳酸。乳酸是一种对健康有益的成分，它不仅赋予酸奶以清爽的酸味，帮助酸奶形成细嫩的凝乳，还能抑制有害微生物的繁殖，促进胃肠蠕动和消化液的分泌，提高多种矿物质的吸收率，是酸奶健康作用的重要组成部分。
牛奶本身就是B族维生素的宝库，乳酸发酵之后，B族维生素的含量有所提高，特别是维生素B12。同时，牛奶中的钙、磷溶解度也提高，吸收率大大改善。实验证明，酸奶是天然食品中钙吸收率最高的一种。每天喝一杯(250毫升)酸奶，就能有助于改善膳食钙缺乏的问题。
1.3.2酸乳的保健作用
一是调整肠道菌群，抑制有害菌，促进消化吸收，改善胃肠道功能。每天喝1-2杯酸奶，坚持几个月之后，可使消化吸收功能明显改善，便秘和腹泻等问题得到有效缓解，胃胀腹胀等不适感觉也渐渐消失。
二是改善乳糖不耐症，提高对乳制品的适应能力。酸奶中的乳酸菌可以分泌出“乳糖酶”，帮助人体消化乳制品中的乳糖，诱导人体肠道产生乳糖酶。经常喝酸奶，可以提高对乳制品的消化能力，渐渐适应牛奶、冰淇淋等其他含奶食品。
三是提高钙、铁等矿物质的吸收率。酸奶中含有促进矿物质吸收的乳酸，还有蛋白质分解产生的CPP等肽类物质，可以有效提高钙、磷、铁、锌等矿物质的吸收率。尤其是对于矿物质吸收能力较差的老年人来说，酸奶是极好的营养食品。
四是提高肠道免疫功能，防治肠道感染。人体和动物实验都证明，在摄入酸奶之后，对各种肠道致病菌和病毒的抵抗能力明显增强，腹泻发病率低，症状轻，恢复快。甚至有些国家已经开发出“旅行者用酸奶”，专门用于预防肠道疾病。
五是激活免疫系统功能，提高巨噬细胞的吞噬能力和T细胞功能。国内外研究都证明，摄入酸奶可以激活全身的免疫系统功能，并提高人体对各种逆境的抵抗能力，并有抑制肿瘤的作用。
六是降低血清胆固醇。摄入酸奶不仅不会升高血清甘油三酯和血胆固醇，反而具有降低血脂的作用。这种作用一方面来自其中的乳酸菌及其菌体碎片，另一方面来自酸奶中所含的蛋白质类成分。
七是减轻辐射损伤，抑制辐射后淋巴细胞数目下降。实验证明，摄入酸奶之后的小鼠受到辐射值后身体耐受力更强，免疫系统的破坏较轻。
https://www.doczj.com/doc/c117982316.html,/GB/26466/104366/104381/6689985.html中国农业大学食品学院范志红副教授
1.4酸乳的发展史及市场分析
1.4.1酸乳的发展历史及现状
公元前200年，印度、埃及和古希腊人等己掌握了酸奶的手工制作方
的居民来说，这种发酵乳制品被认可。在我国古代的《齐民要术》中也有关
20世纪初，俄国科学家伊·科夫提出了酸奶有益长寿。从此酸奶逐渐引起
到第二次世界大战，西班牙的一位商人将酸奶由当作药品出售转型为酸奶
口感风味逐渐被人们所接受。尽管欧洲近邻中东，但酸乳并没有因此收到
20世纪50年代，瑞士的酸奶生产取得突破性发展，即引进了果味调味型
从那时起，酸奶的消费量明显上升，人们对酸奶的认可可能有以下原因:
(l)健全的市场和好的广告运作提高了产品的形象，促进了消费;
(2)低脂酸乳迎合了人们追求苗条体形的心理;
(3)西欧和北美地区人们偏爱甜食，因此在这些地区甜酸乳更受欢迎
(4)酸乳被当作方便的甜食而不是正餐食物;
(5)一些酸乳厂广告针对不同人群设计，效果颇佳;
(6)正在进行的持续研究和开发促进了酸乳制品的创新，使之为更多
1.4.2国外酸乳市场情况
在欧美及其他发达国家，乳品是人们摄取动物蛋白的最主要食品之
人均消费量约为300k留年。根据FAO的统计数据:2000年世界的人均乳品消年，亚洲人均乳品消费量(不包括中国)约为40k岁年，日本、韩国、中
度的人均消费量均已超过60k留年。世界乳品的需求每年按2%的速度在增
增长率大约是1%，而酸乳的增长速度超过5%，从全世界范围来看，酸奶
乳制品，每年乳制品的新品种中有约7%是酸奶，每年约有近千种酸奶新
1.4.3国内酸乳市场状况
尽管目前我国的乳业市场不断扩大，乳品消费观念在不断提高，但我
不足20kg的消费量与世界人均1OOkg、发达国家人均140kg的消费量相比
中国的乳品消费在整体上并没有进入完全理性的轨道。由于营养知识的欠
解乳品对改善营养、平衡膳食、补钙和增强体质的重要作用，包括对酸乳
因而市场占有率也不太高，不过随着人们对酸乳营养价值的认识，人们对酸乳选择率也相应提高，20世纪80年代初，北京率先开始商业化生产，只用了8年时间，酸奶产量就增加了近30 倍。有关统计显示，近年我国酸奶产量逐年增加，2003年全国总产量近23万吨，产销量增长速度高达40%以上。虽然目前酸奶在我国乳制品总量中的比重不大，但其产销量增长速度不断加快，大大超过纯奶的增长率。目前，酸奶生产已成为我国液态奶中除巴氏杀菌乳外增加最快的乳制品之一，酸奶在我国大中城市已经相当普及。
1.5酸乳的发展前景
酸奶作为功能性食品的代表产品，正日益显示出其明显的优势。根据市场信息专家和国外专家对21 世纪奶业发展趋势的预测，高品质、健康、方便、嗜好是酸奶市场的发展趋势[2]。酸奶是在多学科和新技术的渗透及融合中发展起来的，今后也必将吸取一切新技术，特别是微生物分子生物学、食品材料学、预防医学、药膳学、电子学、计算机信息技术、基因技术、纳米技术等新技术、使酸奶产品成为人们日常生活中不可缺少的美味食品，并使酸奶为提高机体免疫力、增强机体活力和健康做出更大贡献[1]。
2 工艺流程
原料乳→净乳→标准化（脂肪标准化）→配料（强化乳固体，添加糖、
℃）～20.0Mpa）→
℃30min;90～95℃/5～10min;118～120℃/3～5s)→～
45 ℃)～3%) ～43℃，2.5～4h) →
迅速至20～30℃)
（0～4→
3操作要点
3.1 原料乳的选择
各种哺乳动物的乳都可用于生产酸奶，但是各种原料乳都应满足以下条件：酸度不高于18°T；杂菌数不超过50万个/毫升；总干物质含量不低于11%；具有新鲜乳的滋味和气味，不得有外来异味；不含抗生素和农药；不得使用乳腺炎乳。生产酸奶的原料奶也可用奶粉经复原调制而成。为保证产品的良好发酵, 原料奶中绝不能含有抗生素。因此在生产前, 原料奶经发酵试验短期发酵凝固良好者, 方可使用; 如加入稳定剂, 需先溶解。
3.2 原料乳的预处理
原料乳的预处理包括原料乳的收取、处理和贮存，乳脂肪的标准化及强化乳固体。在收取过程中，原料乳中可能含有细胞物质如上皮细胞和白细胞，也可能混入麦草、树叶、头发、泥土等杂质。原料乳的最初处理就是除去这些杂质保证最终产品的质量。
标准化的目的是在食品法规允许的范围内，根据所需酸奶成品的质量特征要求，对原料乳的化学组成进行改善，从而使其可能存有的不足的化学组成得以校正，保证各批成品质量稳定一致。标准化的方法主要有：1）、直接加混原料组成。2）、浓缩原料乳。3）、重组原料乳（复原乳）。现采用第一种方法，通过直接在原料乳中直接加混全脂或脱脂乳粉或强化原料乳中某一乳的组分（如乳清粉、酪蛋白粉、奶油、浓缩乳等）来达到原料乳标准化的目的。
3.3预热、均质、杀菌和冷却
1）预热物料通过泵进入杀菌设备，预热至55-65℃，再送入均质机。
2）均质物料通过均质机在15.0-20.0MPa压力下均质，均质后回到杀菌器中。3）杀菌经均质后的物料在杀菌器内继续升温并保持一定时间。
杀菌目的：a、杀灭物料中的致病菌和有害微生物，以保证食用安全。
b、为发酵剂的菌种创造一个杂菌少、有利于生长繁殖的外部条件。
c、提高乳蛋白质的水合力。
杀菌条件：
4）冷却杀菌后的物料，经杀菌器的预热段热交换，再在冷却段冷却至45℃左右。
3.4 接种发酵剂
所谓接种，就是在物料基液进入发酵罐的过程中，通过计量泵将工作发酵剂连续地添加到物料基液中，或将工作发酵剂直接添加到物料中，搅拌混合均匀。1）接种量
最适接种量：最适接种量是按2%-3%的比例。
2）接种方法
①接种前的搅拌：接种之前，将发酵剂进行充分搅拌，目的是使菌体从凝乳快中游离分散出来，所以要搅拌到使凝乳完全破坏的程度。
②发酵剂的添加：目前多是用特殊装置在密闭系统中以机械方式自动进行发酵剂的添加。近年来，也有的酸奶加工厂采用直接入槽式冷冻干燥颗粒状发酵剂，只需按规定的比例将这种发酵剂散入发酵罐中，或散入工作发酵剂发酵罐中扩大培养一次，即可用作工作发酵剂。
3.5 发酵
用保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的混合发酵剂发酵时，温度保持41-42℃，培养时间3-4小时（2%-3%的接种量）。如用乳酸链球菌作为发酵剂，培养温度为30-33℃，时间为10h左右，达到凝固状态时即可终止发酵。
发酵时应避免振动，否则会影响组织状态；发酵温度应恒定；掌握好发酵时间，防止酸度不够或过度以及乳清析出。
发酵点可按以下方法判断：①滴定酸度达到70°T以上；②pH低于4.6；
③乳变粘稠，凝固；④表面出现少量水痕
3.6 冷却、搅拌
搅拌型酸奶冷却的目的是快速抑制细菌的生长和酶的活性，以防止产酸过度及搅拌时缺水，降低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度。酸奶完全凝固时开始冷却。冷却温度的高低根据需要而定。冷却温度会影响灌装充填期间的酸度变化。为避免泵对酸乳凝乳组织的影响，冷却之后在往包装机输送时，应利用重力而不使用容积泵。
凝乳的破坏：
1）破坏依据：破坏凝乳是一个物理过程，在搅拌型酸乳中，凝乳粒子的直径是0.01-0.4mm，如果对凝乳施加的机械搅拌应力过于激烈，不仅会降低酸乳的粘度，而且会出现分层现象。如果对凝乳搅拌得当，不仅不出现乳清分离和分层现象，而且凝乳变得很稳定，其保水性大大增强。（凝乳的保水能力是凝乳微粒的表面积与凝乳微粒的重量之比决定的，这个比值越大，粘度越大。）2）破坏方法：搅拌法是破坏凝乳最常用的方法，包括机械搅拌和手工搅拌。手工搅拌只适用于小批量和小规模制作。
3.7 灌装
生产搅拌型酸乳时的灌装工艺条件受包装材料、产品特征和食用方法的限定。包装材料必须对人体无害、具有稳定的化学性质、良好的密封性和对产品有效的保护性能（防光性、抗挤压性、抗热变性）。
3.8 冷藏与后熟
为了把酸乳中酶的变化和其他生物化学变化抑制到最小限度，最好在0℃或再低一点的温度下进行冷藏。为进一步促进芳香物质的产生和改善粘稠度，应将灌装好的酸奶冷藏12-24h进行后熟。
4.物料衡算
年产3000t搅拌型酸奶
净乳处理损失率以0.1%计
配料:以加糖为乳含量的5%、稳定剂0.02%计
过滤损失：以0.05%计
均质损失：以0.1%计
杀菌损失：以1%计
接种发酵剂：以加发酵剂为乳含量的2.5%计
总管道损失率：以0.1%计
罐装损失率：以0.05%计
以一年300天，每天工作8h计，应以1250kg/h的工作量进行生产。因此，以1250kg/h作物料衡算，设原料乳用量为W（kg/h）则：
W(1-0.1%)(1+5.02%)（1-12%）(1-0.05%)(1-0.1%)(1-1%)(1+2.5%) (1-0.1%)(1-0.05%)=1250-196.61 解得W=1141.43（kg/h）
取罐装损失率为0.05%
则罐装前的物料量为1250÷（1-0.05%）=1250.63kg/h
取总管道损失率为0.1%
则搅拌前的物料量为1250.63÷（1-0.1%）=1251.88 kg
添加发酵剂为乳含量的2.5%
则冷却前物料为1251.88÷（1+2.5%）=1221.34 kg
杀菌损失率为1%
则杀菌前物料量为1221.34÷（1-1%）=1233.68 kg
均质损失率为0.1%
则均质前物料量为1233.68÷（1-0.1%）=1234.92 kg
过滤损失率为0.05%
则过滤前物料量为1234.92÷（1-0.05%）=1235.53 kg
浓缩损失率为12%
则浓缩前物料量为1235.53÷(1-12%)=1404.01 kg
添加蔗糖5%，稳定剂0.02%，
则添加配料前的物料量为1404.01÷（1+5.02%）=1336.90 kg
标准化：食用的原料鲜乳是脂肪含量为3.5%的原料乳。标准化时使用的脱脂奶粉含脂量0.1%，标准化后乳脂含量是3.0%，酸乳的平均密度为1.2g/ml。设标准化前原料乳的量为x，添加脱脂乳的量为y，标准化后原料量为1336.90kg,即 x+y=1336.90,
3.5x+0.1y=3*（x+y）
解得x=1140.29 y=196.61
因此，要添加含脂量0.1%的脱脂奶粉196.61kg
取净乳损失率为0.1%
则净乳前的物料量为1140.29÷（1-0.1%）=1141.43kg
所以需提供原料乳1141.43kg/h
原料乳（1141.43kg/h)
↓
净乳（1141.43kg/h）
↓-0.1%
标准化（1140.29kg/h）
↓添加脱脂乳196.61 kg/h
配料（1336.90 kg/h）
配料添加蔗糖+5%→↓←添加稳定剂+0.02%
浓缩（1404.01 kg/h）
↓-12%
过滤（1235.53 kg/h）
↓-0.05%
均质(1234.92kg/h)
↓-0.1%
杀菌(1233.68kg/h)
↓-1%
冷却（1221.34 kg/h）
↓←添加发酵剂 +2.5%
培养罐发酵(1251.88kg/h)
↓
搅拌(1251.88kg/h)
↓←总管道损失-0.1%
冷却(1250.63kg/h)
↓
灌装（1250.63 kg/h）
↓损失-0.05%
冷藏( 1250 kg/h）
5设备选型
5.1贮奶罐
根据物料衡算得，若想生产1.25t/h的搅拌型酸奶, 则原料量为1.142t/h，则按一天8小时工作计，一天贮奶量为9.136t/d，经计算需要8784.62L/d(密度约为1.04g/ml)。根据处理能力选用上海瑞派机械有限公司的型FW-8的贮奶罐1
5.2 净乳机
根据物料衡算得，一小时应净乳1141.43㎏，主要用于牛乳的脱脂，黄油、
干酪素、奶酪生产，无水黄油离心浓缩等生产工艺中，并去除牛奶中的外来杂质。
可选用廊坊顶天轻工机械有限公司生产的NRSDH270碟式分离机一台。
碟式分离机（牛奶净乳机）技术参数：
主要技术参数
生产厂家：廊坊顶天轻工机械有限公司（廊坊市）
网址：https://www.doczj.com/doc/c117982316.html,/st16138/product_203759.html
5.3配料罐
根据物料衡算可知，配料量为1336.90 kg/h，即1288.46 L/h。根据处理能力选用河南万达化工设备有限公司的WD2000配料罐1个。
型号WD2000
容量（升）2000
电机功率（kW） 1.5
工作压力内胆≤0.2 Mpa夹套≤0.3 Mpa 叶轮转速（R/MIN）18—200
外形直径（㎜）1580
高度（㎜）3300
5.4过滤器
根据物料衡算得，若需要生产1.25t/h的酸奶, 则原料量为1.24t/h，可以选用郑州玉祥机械设备有限公司的双联过滤器，其主要参数如下：
项目技术指标
过滤面积（㎡）0.75
过滤温度（℃）≤100
使用压力MPa 0.2
进口管径G2＂
出口管径G2＂
外形尺寸mm(长×宽×高) 1300 ×500 ×1300
5.5均质机
由物料衡算，均质处理量为1234.92kg/h,即1187.423L/h,所以选用上海集
美食品机械有限公司的GJB系列高压均质机一台。
生产厂家：上海集美食品机械有限公司（上海）
网址：https://www.doczj.com/doc/c117982316.html,/sell/index.php?itemid=184708
5.6杀菌设备
根据物料衡算，杀菌处理量为1233.68kg/h,选用上海宣辰机械设备有限公
司BR0.05型板式换热器，其具体参数如下：
规格BR 0.05
单片换热面积㎡0.05
板片尺寸㎜500 ×168
板片厚度㎜0.8
角孔直径㎜38
接管直径㎜28
波纹形状人字形波纹
平均板间距㎜ 3.8
可组合换热面积㎡0.5 ～ 5
最大允许使用压力Mpa 0.4 ～ 2
最高允许使用温度℃一般120 ～160 ℃特殊可达250 ℃传热系数W/ ㎡℃2000 ～6000
5.7发酵罐
机械搅拌通风发酵罐是发酵工业使用最为广泛的通风发酵设备。
工作原理
机械搅拌发酵罐利用机械搅拌器，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液内
的溶氧量。通过机械搅拌使发酵罐中溶解氧增多，体现在三个方面：将空气进入
初期的大气泡打碎成小气泡，使气液界面面积增大，提高了体积溶解氧系数；同
时，气泡经搅拌破碎后，上浮速度下降，在搅拌形成的液流影响下，气泡由直线上浮变成曲线上浮，因运动路径的延长增加气体与液体之间接触时间，提高了空气中氧的利用率；在搅拌器作用下产生强烈的液相湍流，使得液膜厚度变薄，传质系数增大，从而获得较大的体积溶解氧系数。
特点和基本要求
特点：（a）机械搅拌获得的溶氧系数较高，适合于各种发酵的溶氧要求；
（b）罐内液体和空气的混合效果较好，不易产生沉淀；
（c）搅拌作用形成的液体流型使氧气的利用率较高，所需通风量较小；
（d）既有通风又有搅拌，投资成本较大；
（e）单位溶氧功耗较大，操作费用较高；
（f）结构复杂，清洗及维修不便。
基本要求：（a）应有适宜的尺寸比例；
（b）罐体必须要有一定的强度，能承受一定的压力；
(c)搅拌通风装置要能使气泡细碎、分散，气液充分混合，保证发酵液必需的溶解氧量，提高氧的利用率；
(d)应有足够的冷却面积，以排出微生物代谢热，控制发酵中不同阶段所需温度;
(e)尽量避免死角，使清洗、灭菌方便，避免染菌；
(f)密封必须严密，尽量减少泄露。
选用设备
根据物料衡算，选用重庆钦王食品包装机械有限公司酸奶发酵罐1500L的一台，具体操作参数如下表所示：
5.8灌装设备
机械化灌装不仅可以提高劳动生产率，减少产品的损失，保证包装质量，而且可以减少生产环境与被装物料的相互污染。因此，现代化酒水生产行业一般都采用机械化灌装机。灌装机知识分类：不同的装填物料（含气液体、不含气液体、膏状体等）和不同的包装容器（瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌装机的品种也不尽相同。合理选择灌装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。一般来说，应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修
方便、体积小、重量轻的灌装机。
根据物料衡算，灌装处理量为1220.63kg/h,即1173.07L/h,因此，
根据处理能力选用江苏省镇江市丹徒区通达船舶附件厂无菌灌装机两台，主要参数如下:
5.9离心泵
根据处理能力选用上海贝工泵业制造有限公司的BAW-3-16酸奶离心泵，该设备具体参数如下；
生物工程设备课程设计200m3谷氨酸发酵罐设计 院系：生物与化学工程学院 专业：生物工程 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 日期：20XX年5月11日
生物反应工程与设备课程设计任务书 —机械搅拌生物反应器设计 一、课程教学目标 生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求学生综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养学生全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，对学生进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使学生初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法，树立正确的设计思想和实事求是，严肃负责的工作作风，为今后从事实际设计工作打下基础。 二、课程设计题目 设计200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器 三、课程设计内容 1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。 2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。 3、动力消耗、设备结构的工艺设计。 四、课程设计的要求 课程设计的规模不同，其具体的设计项目也有所差别，但其基本内容是大体相同，主要基本内容及要求如下： 1、工艺设计和计算 根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。主要包括： （1）工艺设计 ①设备结构及主要尺寸的确定（D，H，H L ，V，V L ，Di等） ②通风量的计算 ③搅拌功率计算及电机选择 ④传热面积及冷却水用量的计算
目录 前言 (2) 设计方案的拟定 (3) (1) ......................................................................................................................................... 、机械搅拌生物反应器的型式 ................................................... .3 (2) ......................................................................................................................................... 、反应器用途 . (3) (3) ......................................................................................................................................... 、冷却水及冷却装置 ........................................................ ..3 (4)、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa (4) 表-发酵罐主要设计........ (4) 工艺设计及计算 ........................................................... ..5 (1)生产能力、数量和容积的确定 (5) (2)主要尺寸计算 (5) (3)冷却面积的计算 (6) (4)搅拌器设计 (6) (5)搅拌轴功率的计算 (7) (6)i求最高热负荷下的耗水量W ....................................................................... .8 ii 冷却管组数和管径 (9) iii冷却管总长度L计算 (10) iv每组管长I o和管组高度 (10) V 每组管子圈数n0 (10) Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10) (7)设备材料的选择 (10) (8)发酵罐壁厚的计算 (11) (9)接管设计 (12) (10)支座选择 (13) 设计结果汇总 (14) 参考资料 (14) 发酵罐设计心得体会 (15)
安徽工程大学课程设计任务书 班级：课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计） 学生姓名： 指定参数： 1．全容：50m3 2．容积系数：75% 3．径高比：1：2 4．锥角：900 5．工作介质：啤酒 设计内容： 纸打印） 1．完成生物反应器设计说明书一份（要求用A 4 1)封面 2)设计任务书 3)生物反应器设计化工计算 4)完成生物反应器设计热工计算 5)完成生物反应器设计数据一览表 纸打印） 2．完成生物反应器总装图一份（用CAD绘图A 4 设计主要参考书： 1．生物反应器课程设计指导书 2．化学工艺设计手册 3．机械设计手册 4．化工设备 5．化工制图 接受学生承诺： 本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定任务 接受学生签字：生物工程教研室 2010-11-15
啤酒露天发酵罐设计 第一节 发酵罐的化工设计计算 一、发酵罐的容积确定 在选用时V 全=50m 3的发酵罐 则V 有效=Ｖ全×?=50×75%= 37.5m 3（?为容积系数） 二、基础参数选择 1．D:H: 选用D:H=1:2 2．锥角： 取锥角为900 3．封头：选用标准椭圆形封头 4．冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A 3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液 5．罐体所承受最大内压：2.5㎏/㎝3 外压：0.3㎏/㎝3 6．锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢 7．保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200㎜ 8．内壁涂料：环氧树脂 三、D 、H 的确定 由D:H=1：2，则锥体高度H 1=D/2tan450=D/2(450为锥角的一半) 封头高度H 2=D/4=0.25D 圆柱部分高度H 3=（2-0.5-0.25）D=1.25D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π×D 2/4×H 1+24π×D 3+ 4 π ×D 2×H 3 =50 m 3 得D=3.43m 查JB-T4746-2002《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm 再由V 全=50m 3，D=3.4m
食品工厂机械与设备 课程设计 （装料量53m机械搅拌发酵罐设计） 设计小组：第19组 组长：林挺（20103302） 组员：高鑫培（20103296） 李瑞轩（20103299） 李亮（20103298） 专业：食品科学与工程 指导老师：黎先发 设计成绩： 日期： 2012年1月16日 西南科技大学生命科学与工程学院
目录 一、设计任务 (2) 二、设计要求 (3) 三、概述 (3) 四、总体结构设计 (4) 4.1罐头设计 (4) 4.2罐头及封头的几何尺寸的计算 (4) 4.3罐头压力测试 (6) 4.4确定夹套的几何尺寸的计算 (7) 4.5夹套压力试验 (8) 五、搅拌装置及附件设计 (8) 5.1搅拌轴计算 (8) 5.2搅拌器选型及分布 (12) 六、传动装置的设计 (14) 6.1电动机选型 (15) 6.2减速器选型 (16) 6.3联轴器选型 (20) 七、其他辅助设备的选型 (21) 7.1支座的选择 (21) 7.2人孔的选择 (23)
7.3视镜的选择 (23) 7.4无菌空气通风管设计 (23) 7.5消泡器 (24) 八、各自的设计任务 (24) 一、设计任务 装料量53m机械搅拌发酵罐设计 接管建议（推荐）
二、设计要求 1.机械搅拌发酵罐计算及整体结构设计，完成设计说明书。 （1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算； （2）进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核； （3）传动系统的设计计算：尽可能采用V带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算； （4）密封装置的选型设计； （5）选择支座形式并计算； （6）手孔或人孔选型； （7）选择接管、管法兰、设备法兰； （8）设计机架结构； （9）设计凸缘及安装底盖结构； （10）视镜的选型设计； （11）消泡装置设计； （12）无菌空气分布管设计。 2.绘制搅拌罐装配图(2号或3号图纸)。 三、概述 机械搅拌发酵罐是生物制药工厂常用类型之一，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。 机械搅拌发酵罐可用于生产药用酵母、饲料酵母、活性干酵母、液体曲、谷氨酸、柠檬酸、抗生素、维生素、酶制剂、食用醋、赖氨酸等。机械搅拌发酵罐其实就是一种生物反应器，生物反应器是指为活细胞或酶提供适宜的反应环境，让他们进行细胞增殖或生产的装置系统。生物反应器为细菌的生长和繁殖提供适宜的生长环境，促进菌体生产人们需要的产物。广泛应用于乳制品、饮料、生物
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 ）（3m 2.1217.0/84.847.0/V 0== 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 （个））（）（总67.324*7.0*110/80*84.8424*V /V N 01===φτ 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： 年）（吨/1059.09330/3.54%71%21.57.0110=????? 富裕量 %91.51000 10001059=- 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： 3m 118V 2V =+=封全筒V 根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有： () 3221182414314V m D D H D =????+??=ππ全 () 332118242785.0m D D D V =+??=π全
解方程得： () 333118242m D D =+ππ ()m D 1.413 241183=??=π 直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数 [12]，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 取4.0m , H=2D=2×4.0＝8.0(m) 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： ）（m 05.105.00.1h H =+=+ 封头容积 ： V 封）（封33m 38.80.424V =?= π 圆柱部分容积： ） （筒32m 53.1000.420.44V =???=π 两者之和为全容积全 V ' 3m 118V 2V =+=封全筒V 全全 V V ≈' 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100m 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 搅拌器直径：D i =)(33.1343m D == （取1.4m ） 叶宽：B=8.24.12.0D 2.0=?=?i 弧长：)(525.04.1375.0375.0m D l i =?==
安徽工程大学课程设计任务书 课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计） 姓名：吕超绍 指定参数： 1．全容：40m3 2．容积系数：75% 3．径高比：1：3 4．锥角：700 5．工作介质：啤酒 设计内容： 1．完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印） 1)封面 2)设计任务书 3)生物反应器设计化工计算 4)完成生物反应器设计热工计算 5)完成生物反应器设计数据一览表 2．完成生物反应器总装图一份（用CAD绘图A4纸打印）设计主要参考书： 1．生物反应器课程设计指导书
2．化学工艺设计手册 3．机械设计手册 4．化工设备 5. 化工制图 露天发酵罐设计计算步骤 第一节发酵罐的化工设计计算 一、发酵罐的容积确定 在选用时V全=40m3的发酵罐 则V有效=Ｖ全×?=40×75%= 30m3（?为容积系数） 二、基础参数选择 1．D:H: 选用D:H=1:3 2．锥角：取锥角为700 3．封头：选用标准椭圆形封头 4．冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液 5．罐体所承受最大内压：2.5㎏/㎝3 外压：0.3㎏/㎝3 6．锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢 7．保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200㎜ 8．内壁涂料：环氧树脂 三、D、H的确定 由D:H=1：3，则锥体高度H1=D/2tan350=0.714D(350为锥角
的一半) 封头高度H 2=D/4=0.25D 圆柱部分高度H 3=（3.0-0.714-0.25）D=2.04D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π×D 2 /4×H 1+24 π×D 3 + 4 π×D 2 ×H 3 =0.187D 3+0.13D 3 +1.60D 3 =40 得D=2.75m 查JB-T4746-2002《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2800mm 再由V 全=40m 3 ，D=2.8m 得径高比为： D: H=1:2.9 由D=2800mm 查表得 椭圆封头几何尺寸为： h 1=700mm h 0=40mm F=8.85m 2 V=3.12m 3 筒体几何尺寸为： H=5712mm F=50.24m 2 V=35.17m 3 锥体的几何尺寸为： h 0=40mm r=420mm H=2169mm F=()220.70.3cos 0.644 sin d a a ππ ?? -++? ??? =0.619m 2
啤酒发酵罐设计：一罐法发酵，即包括主、后发酵和贮酒成熟全部生产过程在一个罐内完成。 1）发酵罐容积的确定： 根据设计，每个锥形发酵罐装四锅麦汁， 则每个发酵罐装麦汁总量V＝59.35×4＝237.4 m3 锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%， 则发酵罐体积至少应为237.4(1＋25%)＝296.75 m3, 为300 m3。 取发酵罐体积V 全 2）发酵罐个数和结构尺寸的确定： 发酵罐个数N＝nt/Z＝8×17/4＝34 个 式中n—每日糖化次数 t—一次发酵周期所需时间 Z—在一个发酵罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍 锥形发酵罐为锥底圆柱形器身，顶上为椭圆形封头。 设H﹕D＝2.5﹕1，取锥角为70°，则锥高h＝0.714D V全＝лD2H/4＋лD2h/12＋лD3/24 得D＝5.1 m H＝2.5D＝12.8 m h＝3.6 m 查表知封头高h封＝h a＋h b＝1275＋50＝1325 mm 罐体总高H总= h封＋H＋h＝1325＋12800＋3600＝17725 mm 3）冷却面积和冷却装置主要结构尺寸确定： 因双乙酰还原后的降温耗冷量最大，故冷却面积应按其计算。 已知Q＝862913 kJ/h 发酵液温度14℃3℃ 冷却介质（稀酒精）-3℃2℃ △t1＝t1－t2′＝14－2＝12℃ △t2＝t2－t1′＝3－（-3）＝6℃ 平均温差△t m＝(△t1－△t2)/㏑(△t1/△t2) ＝(12－6)/ ㏑(12/6) ＝8.66℃ 其传热系数K取经验值为4.18×200 kJ/(m2﹒h﹒℃) 则冷却面积F＝Q1/K△t m ＝862913/（4.18×200×8.66） ＝119.2 m2 工艺要求冷却面积为0.45～0.72 m2/ m3发酵液 实际设计为119.2/237.4＝0.50 m2/ m3发酵液
发酵工业存在的主要问题及解决措施 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 1 我国发酵工业的现状 我国发酵工业是将传统的发酵工艺和现代生物工程技术相结合的基础产业，也是现代工业生物工程技术的具体应用产业。我国发酵工业目前已发展形成了具有一定规模和技术水平的门类比较齐全的独立工业体系。其中，一部分产品的发酵生产工艺及技术已接近或达到世界先进水平，并且掌握了核心工艺技术拥有知识产权。目前，我国已经是味精、柠檬酸的世界第一大生产国。2013年我国发酵行业主要产品产量、出口量及同比增长率。 2013年我国生物发酵工业全年生产值约2780亿人民币，全年的产品总产量为2429万吨，比2012年略有增长。其中，味精、淀粉糖由于价格等原因导致产量下降，而氨基酸、酵母、酶制剂行业保持了持续增长。2013年，氨基酸产品年产量为400万吨，有机酸产品年产量为158万吨，功能发酵制品年产量为310万吨。2013年我国发酵工业主要产品出口总量为万吨，比2012年增长了%。
近年来，随着食品发酵工业的迅速发展和人口不断增长，工业用粮也在不断增加，工业大量使用粮食造成了与人类争粮的局面。与此同时，这些企业排放的废水、废渣也极污染了环境，不仅消耗了大量粮食、能源和水资源，而且也严重制约了自身的发展。发酵工业耗能多、排污大，采用新技术，优化发酵生产工艺，减少废水、废渣的排放量，提高发酵原料的综合利用率，把耗能降到最低水平，以期获得最佳产品和获得最好的效益，这一直以来都是发酵工业努力的目标。 2 我国发酵工业存在的主要问题 粮食短缺问题 我国用占世界耕地面积总量7%左右的耕地，养育了占世界人口总额21%的人口，而且我国的可耕地面积还在不断减少，人口在不断增长。2013年我国粮食国总消费量为60 133万吨，而发酵主要工业耗粮约为16 970万吨，我国人均粮食占有量约为420千克，但人均粮食消费量约500千克，尤其是近几年全国各地都有旱情，导致粮食减产，有的地方甚至颗粒无收，所以降低粮耗是目前我国发酵工业所面临的重要问题。因此，发酵工业首先要面临的问题就是优化发酵生产工艺、节约粮食。
目录 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (3) 一、概述 (3) 二、啤酒发酵罐的特点 (3) 三、露天圆锥发酵罐的结构 (4) 3.1罐体部分 (4) 3.2温度控制部分 (5) 3.3操作附件部分 (5) 3.4仪器与仪表部分 (5) 四、发酵罐发酵的动力学特征 (6) 第二章发酵罐的化工设计计算 (7) 一、发酵罐的容积确定 (7) 二、基础参数选择 (7) 三、D、H的确定 (7) 四、发酵罐的强度计算 (9) 4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (9) 五、锥体为外压容器的壁厚计算 (11) 六、锥形罐的强度校核 (13) 6.1内压校核 (13) 6.2外压实验 (14) 6.3刚度校核 (14)
第三章发酵罐热工设计计算 (14) 一、计算依据 (14) 二、总发酵热计算 (15) 第四章发酵罐附件的设计及选型 (19) 一、人孔 (19) 二、接管 (19) 三、支座 (20) 第五章发酵罐的技术特性和规范 (21) 一、技术特性 (21) 二、发酵罐规范表 (22) 参考文献 (24)
发酵罐设计实例 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 一、概述 啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。 就发酵罐的外形来分，主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱加斜底的朝日罐和球形罐等。 二、啤酒发酵罐的特点 1、单位占地面积的啤酒产量大；而且可以节约土建费用； 2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物（相对朝日罐、通用罐、贮就罐而言）；
目录 前言??????????????????????????????? 2 方案的 定 ................................................................................... (3) （1）、机械拌生物反器的型式?????????????????.3 （2）、反器用途????????????????????. ???? 3 （3）、冷却水及冷却装置?????????????. ??????? ..3 （4）、力罐内 0.4MPa；套 0.25 Mpa ????????????? 4 表- 酵罐主要? . ??????????????????????? 4 工及算??????????????????????.. ??? ..5 （1）生能力、数量和容的确定????????????????.. ?5 （2）主要尺寸算???????????????????????? 5 （3）冷却面的算??????????????????????? 6 （4）拌器??????????????????????.. ??? 6 （5）拌功率的算????????????????????.. ??7 （6）i 求最高荷下的耗水量 W?????????????? ... ??? .8 ii 冷却管数和管径?????????????????????9 iii 冷却管度 L 算??????????????????10 iv 每管 l0和管高度???????????????????10 V 每管子圈数n 0?????????????????????10 Vi 校核布置后冷却管的面?????????????10 （7）材料的???????????????????????10 （8）酵罐壁厚的算??????????????????????11 （9）接管??????????????????????????12 （10）支座??????????????????????????13 果???????????????????????????14 参考料 ... ???????????????????????????? .14 酵罐心得体会? .. ???????????????????? ..15 附及 前言 生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，
工程大学课程设计任务书 班级： 姓名： 课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计） 指定参数： 1.全容：m3 2.容积系数： 3.径高比： 4.锥角： 5.工作介质：啤酒 设计内容： 1.完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印） ⑴封面 ⑵完成生物反应器设计化工计算 ⑶完成生物反应器设计热工计算 ⑷完成生物反应器设计数据一览表 2.完成生物反应器总装图1份（用CAD绘图A4纸打印）设计主要参考书： 1.生物反应器课程设计指导书 2.化学工艺设计手册 3.机械设计手册 4.化工设备
5.化工制图 接受学生承诺： 本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定的任务。 接受学生签字： 生物工程教研室 2010-11-15
发酵罐设计 第一节 发酵罐的化工设计计算 一、 发酵罐的容积确定 由指定参数：V 全= 30m 3 ?=85% 则：V 有效=V 全*?= 25.5 m 3 二、 基础参数选择 1、D ：H ：由指定参数选用D ：H=1：4 2、锥角：由指定参数取锥角为900 3、封头：选用标准椭圆形封头 4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，槽钢材质为A 3 钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液） 5、罐体所承受最大内压：2.5KG/CM 3 外压：0.3KG/CM 3 6、锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不绣钢 7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm 8、内壁涂料：环氧树脂 三、D 、H 的确定 由D ：H=1：4，则锥体高度H 1 =D/2tg450 =0.5D 封头高度H 2=D/4=0.25D 圆柱部分高度H 3 =（4.0-0.5-0.25）D=3.25D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π×D 2/4×H 1+24 π×D 3 + 4 π ×D 2×H 3
摘要 发酵罐是化工生产中实现化学反应的主要设备。其作用：①使物料混合均匀； ②使气体在液相中很好分散；③使固体颗粒在液相中均匀悬浮；④使不均匀的另一液相均匀悬浮或充分乳化。目前已广泛地用于制药、味精、酶制、食品行业等。它的主要组成部分包括釜体、搅拌装置、传热装置、轴封装置。还根据需要加其他的附件，如装焊人孔、手孔和各种接管(为了便于检修内件及加料、排料)，安装温度计、压力表、视镜、安全泄放装置(为了操作过程中有效地监视和控制物料的温度、压力)等。釜体是由简体和两个封头组成，它的作用是为物料进行化学反应提供一定的空间。搅拌装置是由传动装置，搅拌轴和搅拌器组成，它的作用是参加反应的各种物料均匀混合，使物料很好地接触而加速化学反应的进行。搅拌装置可以分为非潜水型(仅驱动机和减速机及传动系统露在液体外面和潜水型(从驱动机至搅拌器全部潜入液体内)两种类型。传热装置是在釜体内部设置蛇管或在釜体外部设置夹套，它的作用是使控制物料温度在反应所需要范围之内。 本发酵罐的设计容积是63立方米，属于大型罐设计，采用蛇管传热，三级搅拌。 关键词：搅拌罐；搅拌器；釜体；传热装置；轴封装置；人孔
Abstract Fermentation is a chemical reaction to achieve the production of major equipment. Its role is:①to mixed materials; ②the gas is well dispersed in the liquid phase; ③ making uniform solid particles suspended in liquid;④souneven suspension or other liquid emulsified in uniform。For the uniform reaction, now is widely used in pharmaceutical, monosodium glutamate, enzyme system and food industries. Its main components include the reactor body, mixing equipment, heat transfer equipment and seal device. Also add other accessories needed, such as assembly and welding manhole, hand hole and all over (in pieces for ease of maintenance and feeding, nesting), install thermometers, pressure gauges, mirrors, safety relief device (for operation effectively monitor and control the material temperature, pressure) and so on. Mixing device is a gear, shaft and agitator stirring composition, its role is to participate in a variety of materials, reaction mixed evenly, so that good contact material to accelerate the chemical reaction. Mixing devices can be divided into non-diving type (only driven machines and gear and transmission system disclosed in the liquid outside and dive type (from the driving machine to sneak into a liquid blender all) types. Heat transfer device is set in the interior of reactor body coil or external tank set up in the jacket, its role is to control the materials needed in the reaction temperature range. The design of the fermentation tank volume is 63 cubic meters,and this is a large tank design with coil heat transfer and three mixings. Key words:mixing tank；mixer；kettle body；heat transfer equipment；seal device；manhole.
大型发酵罐设计及实例 上海医药工业设计院(200040) 石荣华 全国化工设备设计技术中心站(200040) 虞军 随着生化技术的提高和生化产品的需求量不断增加,对发酵罐的大型化、节能和高效提出了越来越高的要求。目前国际抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主,而轻工的氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3 ,国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵罐,其容积为10 万加仑,折合公称容积为380 米3 。众所周知发酵是一个无菌的通气(或厌氧) 的复杂生化过程,需要无菌的空气和培养基的纯种浸没培养,因而发酵罐的设计,不仅仅是单体设备的设计,而且涉及培养基灭菌、无菌空气的制备、发酵过程的控制和工艺管道配制的系统工程。 1 国内发酵罐现况 改革开放后,国内发酵罐的装备得到了显著改善,具体表现在: 容积:抗生素发酵扩大至100～150m3 。 赖氨酸发酵已达200m3 。 材质:逐步由碳钢改为不锈钢。 传热:由单一的罐内多组立式蛇管改为罐壁半圆形外盘管为主,辅之罐内冷却管。 减速机:由皮带减速改为齿轮减速机。 搅拌机:由单一径向叶轮改为轴向和径向组合型叶轮。 但由于发酵罐的系统设计没有受到人们普遍重视,有许多抗生素生产人员往往仅重视发酵工艺和菌种,或 限于资金和发酵厂房现状,对发酵罐的大型化和优化缺乏足够重视。就发酵罐而言,目前头国内基本上在原有50m3 基础上进行改革, 罐径为3.00 毫米,罐筒体略有变化,形成57m3 、60m3 等罐体,电机相应作些变化有75 、95 和1.5kW 不等,传热为立式蛇管和搅拌叶轮基本不变为六叶蜗轮,减速采用皮带轮。因而同国际上存在不少的差距,有必要通过对发酵罐系统设计的认识提高,将我国抗生素发酵装备水平向前推进。 2 发酵罐的设计 2.1 发酵罐的型式 发酵过程可以通过固体培养和深层浸没培养来完成,从生产工艺来说可分为间隙分批、半连续和连续发酵等,但是工业化大规模的发酵过程,则以通气纯种培养为主。 通过纯种培养的发酵罐有自吸式发酵罐、标准式发酵罐、气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。自吸式发酵罐系通过发酵罐内叶轮的高速转动,形成真空将空气吸入罐内,由于叶轮转动产生的真空,其吸入压头和空气流量有一定限制,因而仅适用对通气量要求不高的发酵品种;塔式发酵罐是将发酵液置于多层多孔塔板的细长罐体内,在罐底部通入无菌空气,通过气体分散进行氧的传递,但其供氧量也受到一定限度; 气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐均是通过无菌空气在罐内中央管或通过旋转的喷射管和罐外喷射泵将发酵液进行一定规律的运动,从而达到气液传质,目前气升式发酵罐在培养基较稀薄,供氧量要求不过分高的条件下(如(V1C 发酵) 得到了较为广泛使用,其它喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐也有一定的用途;但在发酵工业中,仍数兼具通气又带搅拌的标准式发酵罐用途最为普遍,标准式发酵罐被广泛使用抗生素、氨基酸、柠檬酸等各个领域。 2.2 标准式发酵罐 随着发酵产品需求量增加,发酵过程控制和检测水平提高,发酵机理的了解和最优化的机理认识水平提高,以及空气无菌处理技术水平的提高,发酵罐的容积增大已成为抗生素工业的趋势。 2.2.1 罐的几何尺寸 主要是关心发酵罐的H/ D ,一般随着罐体高度和液层增高、氧气的利用率将随之增加,容积传氧系数KLa 随之提高,但其增长关系不是线性关系,随着罐体增高, KLa 的数值增长速率随之减慢,而随着罐体容积增大,液柱增高,进罐的空气压力随之提高,伴随空压机的出口压力提高和能耗的增加,而且压力过大后,特别是 在罐底气泡受压后体积缩小,气液界面的面积可能受到影响,过高的液柱高度,虽增加了溶氧的分压,但同
第一章发酵车间设备得选型 一，酵罐得设计 谷氨酸发酵属于好氧型发酵,因此均用机械搅拌通风发酵罐进行生产。现在主要根据设计工厂得年产量以及工艺计算,考虑到生产管理操 作占地面积以及后续工程得配套方面,并通过对功率消耗利用率得分 析。本设计采用公称容积200立方米带有机械通风式发酵罐。 ⑴,发酵罐型得设计 1, 罐直径D 选高径比1:2 即 D/H = 1/2 由 2 H=2D 取D=5m 则 V=196、25m3 2,封头 发酵罐得封头有碟型与椭圆型两种。椭圆型封头中得曲率半径变化就是连续得,其中应力就是均匀得,因而在同样条件下,椭圆型封头产生得应力比碟型小,但制造困难。综合考虑本设计采用碟型封头。 由《化工设备机械设计基础》,得: D=5000mm h 1=1240mm h 2 =60mm M=1、0748D2=26、87m2 V =0、1227 D3 =15、34m3 ⑴,发酵罐得容积: ①公称容积指圆柱部分与底料容积之与 V 公称= V+ V =196、25+15、34=211、59 m3 ②罐得总容积 V 总= V+2 V =226、93 m3 ③罐得容积装料系数0、773 V= 0、773V 总 =175、42 m3 ⑵高度 ①罐体高度 h = H+=10000+=12600 mm=12、6 m ②圆筒高度 H=10 m ⑶表面积 ①圆柱得内表面积 M 1 ==3、14=157 m2
②罐得总表面积M=210、74 m2 3,罐壁厚得设计 发酵罐在使用过程中,其内部承受一定得压力,如灭菌蒸汽压力,运转时得保压,搅拌时得震动及装液负荷等,同时考虑到各接管口得影响罐体应有一定得强度。现取在过程中承受得最大压力0、4Mpa(表压)作为设计压力。 ⑴罐圆柱体部分壁厚,可有下式计算 其中:Pc :罐压 Di :罐径 :许用应力 :焊缝系数 、 =16 mm ⑵封头壁厚 标准碟型封头,参考《化工设备机械设计基础》第201页 4,支座 大型发酵罐由于重量大以及要求运转稳定,故采用裙式支座直接装在基础上。裙座为圆筒型,其内径与罐内径相等。群做筒体与罐封头应采用全焊缝对接连续焊裙座,底座高度现取600 m m 二，冷却装置得确定 1，冷却装置形式得确定采用列管式换热器 ⑴热负荷 m3 则总热负荷106W ⑵传热温度得计算 一般取醪液温度T=3233℃,本设计取33℃,因发酵为3334℃, 考虑到近年气温普遍升高,现采用地下水。冷却水进口温度10℃,出口20℃,则平均温度
生物反应器课程设计 -----啤酒露天发酵罐设计 姓名：周若飞 班级：生工091 学号：3090402130
目录 一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1、啤酒的概述 2、啤酒发酵容器的演变 3、啤酒发酵罐的特点 4、露天圆锥发酵罐的结构 5、发酵罐发酵的动力学特征 二、露天发酵罐设计 1、啤酒发酵罐的化工设计计算 2、发酵罐热工设计计算 3、发酵罐附件的设计及选型 三、发酵罐的计算特性和规范 1、技术特性 2、发酵罐规范表 四、发酵罐设计图
一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1、啤酒的概述 啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。 2、发酵罐的发展史 第一阶段：1900年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有简单的温度和热交换仪器。 第二阶段：1900-1940年，出现了200m3的钢制发酵罐，在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器，机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。 第三阶段：1940-1960年，机械搅拌，通风，无菌操作和纯种培养等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的pH电极和溶氧电极，计算机开始进行发酵过程的控制。发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。
一、名词解释 1、离心分离因数：是指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值。即f=FP/mg=rn2/900或f=vT2/gr 2、CIP清洗：就地清洗简称CIP，又称清洗定位或定位清洗。就地清洗是指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净的方法。 3、对数穿透定律：表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函数。lg(N2/N1)=-K'L 4、对数残留公式：2.303lgNo/Ns=kt lnNo/Ns=kt 5、全挡板条件：是指在一定的转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求： （b/D）n=（0.1-0.12）D/Dn=0.5 6、通气强度：每立方米发酵液每分钟通入的空气量 7、溶氧传递速率：是指单位体积发酵液单位时间溶氧量。OTR=Kla(c*-c) mol/(m3.h) 8、浓差极化：当溶液从膜一侧流过时，溶剂及小分子溶质透过膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留。并不断返回于溶液中，当这一返回速度低于大分子溶质在膜表面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层，这就是浓差极化。 9、溶氧传递系数（Kla）: 10、贴壁培养：是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式，主要适用于贴壁细胞，也适用于兼性贴壁细胞。
11、公称体积：是指罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。 12、连续发酵：连续不断地流加培养液，同时又连续不断地排除发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，（或静止期），从而缩短发酵周期。 二、填空题 1、目前植物细胞培养主要采用悬浮培养和固定化细胞系统 2、悬浮培养生物反应器主要包括机械搅拌式反应器和非机械搅拌式反应器 3、固定化细胞生物反应器主要包括填充床反应器、流化床反应器和膜反应器 4、生物反应器放大的目标是在大规模培养中能获得小规模条件下的研究结果 5、植物组织培养反应器主要包括发状根大规模培养和小规模的大规模快速繁殖 6、动物细胞培养方法有贴壁培养、悬浮培养和固定化培养 7、深层培养可分为分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式 8、分批培养过程中，细胞的生长可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期 9、动物细胞大规模培养反应器包括机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、中空纤维生物反应器、一次性生物反应器、空间生物反应器、大载体系统以及波浪反应器 10、目前膜分离设备主要有4种形式：板式、管式、中空纤维式和螺
中试放大的几点建议 因为本人从事这方面工作，所以也经常关注这方面的信息，偶尔发现有为仁兄慷慨把自己的经验拿了出来，感觉很好，拿来与大家分享。希望大家喜欢 我工作已经六年了，一直做研发工作，从实验室直接做到车间的那种。虽然感觉过得很快，但是六年还是一个很长的时间，至少当你真正沉下去做项目的时候，六年可以让你学到很多，我就把这六年在中试过程遇到的小麻烦总结一下，希望新人你吸取一下教训，更希望老手不要笑话我。 一个工艺在实验室小试成功了，这个只能代表他的工艺路线是通的，不代表他中试、工业化也能顺利，甚至中试工业化完全做不出来，小试和中试有很大的距离。 1：小试我们一般都是三口瓶、四口瓶，这个都是玻璃的，有什么现象清清楚楚，投料量也少，容易控制。但是生产就不行了，用的是搪玻璃、不锈钢反应釜，他是不透明的，看不到里面的东西。怎么办?就要在做小试、中试的时候多观察物料的变化情况，以便在工业化的时候做到什么步骤里面的情况能够心中有数，尽量的多增加计量点。 实例：有一个产品（不好意思，出于技术保密，所有物料产品不说名称，见笑），原药用到一个和水互溶的溶剂，合成结束后，脱去部分溶剂，加水析出。中试时怕溶剂脱干以后出安全事故，溶剂接受罐又没有计量装置，开始3批收率都偏低。查找原因是溶剂脱出太少，造成加水量不足，有部分产品还在水里。解决方法，规定脱出溶剂数量。 2：小试玻璃瓶温度计是可以升降的，即使够不着也可以看得到。但是反应釜就不同了，那个是定下来的。所以你要对你的设备心中有数。比如1000L的反应釜，最低多少物料锚能搅得到，多少物料能打到温度计套管。物料粘度怎么样，量大以后用不用加大电机功率等。 实例：有一个产品，结晶以后回收母液时候没有注意到溶剂脱出以后物料的量，里面液相温度显示不出，一直开汽加热，爆炸，所幸没有伤到人。解决方法：用热水加热。浓度低的产品用小釜多次吸入脱溶。 3：小试的时候物料少，后处理时间很短。但中试工业化就不同了，这个处理时间要延长很多，必须考虑。 实例：有一个产品用三乙胺水溶液做溶剂，反应完过滤。抽滤的时候，把物料都放在抽滤槽中，时间长了以后物料温度升高，三乙胺分层，产品随着滤液抽走。解决方法：冷却以后