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一、通用式发酵罐的尺寸及容积计算
1. 发酵罐的尺寸比例
不 同容积大小的发酵罐，几何尺寸比例在设计时已经规范化，具体设计时可根据发酵
种类、厂房等条件做适 当调整。通用式发酵罐的主要几何尺寸如下图。
（1）高径比：H
0
︰D＝(1.7~4)︰1。
（2）搅拌器直径：D
i
＝
1
D。
3
（3）相邻两组搅拌器的间距：S＝3D
i
。
（4）下搅拌器与罐底距离：C＝（0.8~1.0）D
i
。
（5）挡板宽度：W＝0.1 D
i
，
挡板与罐壁的距离：B＝（
（6）封头高度：h＝h
a
＋h
b
，
式中，对于标准椭圆形封头，h
a
＝
11
~）W。
85
1
D。
4
当封头公称直径≤2 m时，h
b
＝25 mm；当封头
的公称直径＞2 m时，h
b
＝40 mm。
（7）液柱高度：H
L
＝H
0
η＋h
a
＋h
b
，
式中，η为装料系数，一般情况下，装 料高度取罐圆柱部分高度的0.7倍，极少泡沫
的物料可达0.9倍，对于易产生泡沫的物料可取0.6 倍。
2. 发酵罐容积的计算
圆柱部分容积V
1
：
V
1


4
D
2
H
0

式中符号所代表含义见上图所示，下同。
椭圆形封头的容积V
2
：
V
2


4
D
2
h
b


6
D
2
h
a


4
D
2
(h
b

1
D)

6
公称容积是指罐 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。
其计算公式如下：
V< br>公
V
1
V
2

罐的全容积V
0
：

4
2
D（H
0
h
b

1
D)

6
V
0
V
1
2V
2< br>

4
D
2
[H
0
2(h
b
1
D)]

6
如果填料高度为圆柱高度的η倍，那么液柱高度为：
H
L
H< br>0

h
a
h
b

装料容积V：
VV
1

V
2

装料系数η：
< br>4
D
2
(H
0

h
b

1
D)

6



二、通用式发酵罐的设计与计算
V
V
0

1. 设计内容和步骤
通用式发酵罐的设计已逐渐标准化，其设计内容及构件见表6-6。
表6-6 发酵罐设计内容及构件
设计内容
设备本体的设计
附件的设计与选取
构件的选取与计算
筒体、封头、罐体压力、容积等
接管尺寸、法兰、开孔及开孔补强、人孔、传热部件、挡板、中间轴承
等
传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌轴的临界
转速等
设备重 量载荷、设备地震弯矩、偏心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的
强度、裙座与筒体对接焊缝验算等
搅拌装置的设计
设备强度及稳定性检验
2. 发酵罐的结构及容积的计算
【例1】某厂间歇式发酵生产，每天需用发酵罐3个，发酵罐的发酵周期为80h，问需
配备多少个发 酵罐？
根据公式N =
n

1
可知：
24
N =
380
111
（个）
24

根据生产规模和发酵水平计算每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定发酵罐的容积。
【例 2】一年产5万吨柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为14%，提取总收率90%，
年生产日期为30 0天，发酵周期为96小时。问需要多少个发酵罐？
每日的产量：m
0
＝50000300=166.7（吨）
每日所需发酵液 的量：V
L
＝166.7（0.14×0.9）=1322.8（m
3
）
假定发酵罐的装液系数为85%，则每日所需发酵罐容积：
V
总
＝1322.80.85=1556（m
3
）
取发酵罐的公称容积为250 m
3
，则每日需要6个发酵罐，发酵周期为4天，考虑 放罐
洗罐等辅助时间，整个周期为5天。
则所需发酵罐的总数：n=5×6+1=31个（其中一个备用）

【例3】公称容积250m
3
柠檬酸发酵罐单罐的结构尺寸及容积计算。
（1）公称容积可近似为圆柱体的容积，设H
0
＝2.5D，则
V＝(π4) D
2
H
0


250＝0.785D
2
×2.5 D
罐直径：D＝[250(0.785×2.5)]
13
＝5.0（m）
罐圆柱高：H
0
＝2.5 D＝2.5×5＝12.5（m）
（2）搅拌器直径
采用六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径为
D
i
＝D3＝53＝1.7（m）

（3）罐体总高及上下封头高
由于罐直径D＞2 m，h
b
＝40 mm，则
封头高：h＝h
a
＋h
b
＝D4＋h
b
＝54＋0.04＝1.3（m）
罐总高：H＝H
0
＋2h＝12.5＋2×1.29＝15.1（m）
（4）椭圆封头容积
V
2


4
D
2< br>h
b


6
D
2
h
a
< br>
4
D
2
(h
b

1
D)
＝0.785×5
2
(0.04＋56)＝17.1（m
3
）
6
（5）圆柱部分容积
V
1
＝(π4) D
2
H
0
＝0.785×5
2
×12.5＝245（m
3
）
（6）罐的全容积
V
0
＝V
1
＋2V
2
＝245＋2×17.1＝279.2（m
3
）
（7）冷却面积
发酵罐采用内部列管式蛇管换热，外部表面采用喷淋冷却方式。
－－
按经验值，夏天主发酵时每小时发酵液升温⊿t＝12℃，液体比热容c为4 kJ·kg
1
·℃
1
，
装填系数η为0.7。
发酵液量：V＝（245+17.1）×0.7＝257（m
3
）
－
放出热量：Q＝mc⊿t＝257 × 1050 × 4 ×12＝1.3×10
7
（kJ·h
1
）
－
式中，发酵液密度ρ为1050 kg·m
3
。
采用井水或河水 冷却，进水温度为20℃，出水温度为30℃，醪液温度不超过36℃。对
数平均温差⊿t
m< br>为
(Tt
1
)(Tt
2
)(3620)(36 30)
⊿t
m
10.2(℃)

Tt
1
3 620
In2.3lg
Tt
2
3630
传热系数参考工厂测 定值及设计数据，k选用4.187×900 kJ·m
2
·h
1
·℃
1
。故传热面积F
－－－
为
2
Q
总
1.310
7
F338.2
（m）
k△ t
m
4.18790010.2
若用外淋罐壁方式辅助冷却，效果 相当50%的列管冷却面积，现圆筒外表面面积F
0
为：
F
0
＝π DH
0
＝3.14×5×12.5＝196.3（m
2
）
相当于列管面积为：196.3×50%＝98.2（m
2
）
所以，发酵罐内列管冷却面积为：338.2－98.2＝240（m
2
）
设安排6组列管冷却，则每排列管冷却面积为：240÷6＝40（m
2
）
根据上述数据，可绘制发酵罐的结构尺寸图。