生物发酵反应釜的设计Word文档下载推荐.docx

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在反应釜，糖化罐重点设备设计时，主要对釜（罐）体，换热装置，搅拌装置，传动装置和轴封结构进行设计。

本次设计的过程中对电气控制部分也作扼要的阐述。

希望设计出合理、稳定、安全，经济和实用的设备，能最佳的实现高硒酵母的生产。

关键词：

玉米发酵过程在线控制

中文摘要……………………………………………………………………………1

1.概述……………………………………………………………………………2

2.工艺分析…………………………………………………………………………2

2.1糖液的制备…………………………………………………………………2

2.2营养盐的配………………………………………………………………3

2.3酵母的培养…………………………………………………………………3

2.4酵母的分离和干燥……………………………………………………………3

3.部分设备分析……………………………………………………………………3

4.发酵釜罐体的设计…………………………………………………………4

4.1直径的计算……………………………………………………………4

4.2封头厚度的设计………………………………………………5

4.3保温设备的选择………………………………………………7

4.4计算筒体的高度……………………………………………………………7

5.发酵釜搅拌系统的设计选型……………………………………………8

5.1搅拌混合机理……………………………………………………………………8

5.2搅拌器形式的选择…………………………………………………………8

5.2.1叶轮在釜中的位置………………………………………………………9

5.2.2叶轮的个数和布置…………………………………………………9

5.2.3搅拌附件:

挡板……………………………………………………9

5.3搅拌功率的计算…………………………………………………9

5.3.1功率关联式……………………………………………………………9

5.3.2计算搅拌功率…………………………………………………12

5.4搅拌轴的设计……………………………………………………………12

5.4.1设计计算………………………………………………………12

5.4.2搅拌轴刚度的校核………………………………………………………13

5.4.3搅拌轴的支持条件…………………………………………………………14

5.5电动机功率确定………………………………………………………15

6.糖化罐设计概述…………………………………………………………16

6.1糖化概论…………………………………………………………………16

6.2糖化罐的工作原理与结构…………………………………………16

6.2.1釜体………………………………………………………………………17

6.2.2换热装置……………………………………………………………17

6.2.3搅拌装置……………………………………………………………………17

6.2.4传动装置………………………………………………………………17

6.2.5轴封结构……………………………………………………………………18

6.3糖化罐的设计计算………………………………………………………………18

6.3.1糖化罐机械设计的依据……………………………………………………18

6.3.2糖化罐的基本要求………………………………………………………………18

6.3.3糖化罐体积的确定…………………………………………………18

6.4确定筒体和封头形式………………………………………………………19

6.4.1罐体的直径和高度……………………………………………………19

6.4.2选择夹套的类型及尺寸……………………………………………………20

7.搅拌装置的机械设计………………………………………………………23

7.1原理及选型………………………………………………………………………23

7.2搅拌器的功率的计算……………………………………………………………24

7.2.1搅拌器的功率…………………………………………………………………24

7.2.2搅拌器的强度计算…………………………………………………………25

7.2.3搅拌轴设计…………………………………………………………26

7.2.4搅拌轴刚度的校核……………………………………………………………27

7.3传动装置的设计与选型……………………………………………………29

7.4轴封装置……………………………………………………………………29

8.工艺管口……………………………………………………………30

9.营养盐罐的设计计算……………………………………………………31

10.酸、碱液罐的设计计算…………………………………………………32

11.传感器的设置和选取…………………………………………………………33

12.总结……………………………………………………………………33

参考文献………………………………………………………………………35

1.概述

本设计是以玉米为原料生产高硒酵母的试验和工业化生产提供技术装备，同时稍加改装也可用于其他类型的化学，生物反应设备，其用途相当广泛。

我国是农业大国，但并不是农业强国。

以玉米为例，玉米是我国的主要经济作物之一。

种植面积广泛，产量较大，但其深加工量不到玉米产量的两成。

致使玉米大量积压，严重影响综合效益和农民收入水平。

而我国现有的生产加工设备工艺落后自动化水平低，生产工艺及生产参数计算机控制应用不广泛。

如果本设计能顺利实现工业化生产的要求，可以为我国居民的食品营养又添新色，同时也可以为玉米的深加工提供又一条途径，为解决“三农问题”，实现和谐社会的目标做出贡献

本次设计牵涉的知识面较广，要设计的是一个系统，而不是个单一的零件或者部件，要独立完成一定的功能。

要求能满足发酵过程的全部工艺要求。

而且要求有较高的自动化程度，能够实现微机处理的发酵过程在线检测、控制。

这就将整个系统分为两大部分：

硬件部分和软件部分。

硬件机械部分的设计、计算和选型应和系统的生产能力相匹配，不能使资源浪费，更不允许出现部件的选择达不到生产的需要。

要求各生物发酵中设备的功能可以满足生物发酵工艺过程设计的需要，满足发酵的中试需要，并为将来放大为工业生产提供更确切的数据模型资料；

机电一体化程度高，能够实现微机实时在线检测、控制；

要求发酵各设备强度、刚度满足生产要求，运行可靠、稳定，无噪声；

造型简洁美观，易于打扫、清洗。

软件部分各电器元件的选择应和要检测的物理量相适应，芯片的处理能力和速度能满足生产要求。

电器元件和芯片的数模转换顺利，兼容性强，通用性好。

各数据接口和硬件设计中开口衔接过渡合适，密封容易有效。

各电气元件的数据接口和PLC控制芯片的数模转换对接、兼容性好。

2.工艺分析

2.1糖液的制备

把优质玉米粉放入蒸锅中，加入一定量的水煮一个小时左右。

煮的过程中要不停的搅拌，防止玉米粉结成团块，出现内生外熟的现象。

淀粉糊化后，冷却至55~60摄氏度。

糖液用水稀释至20~25度巴林。

离心分离得到上层清夜作为培养液。

糖液的制备过程中所加入的淀粉酶的量应与原料的量相对应，就得到生产所须的糖液。

2.2营养盐的配置

酵母的生产制作过程中所须要的营养盐主要是含氮，含磷的无机盐类。

常用的磷盐有过磷酸钙，正磷酸钙。

溶解配置时按盐和水的比例为

的比例配制成营养盐液，先取一定量的过磷酸钙盐溶于8倍的水中，然后再取相同质量的硫酸铵。

在混合液中，硫酸铵和过磷酸钙发生反应，生产硫酸钙沉淀和磷酸二氢铵，经过澄清以后，去掉沉淀，得到澄清液体便可供使用。

2.3酵母的培养

在发酵反应器中，首先把糖液和营养盐在一定的稳定下灭菌，然后进行冷却。

在培养的过程中不断加入糖液，同时不断的搅拌，使得酵母有足够的氧气，以利于酵母更好的生长。

接种时要保证严格的无菌条件，接种所用的器具要经彻底的灭菌，以防止培养时受到杂菌的污染。

发酵时要严格控制反应器内的温度，因为稳定是影响微生物生命活动的重要条件，所以要选择和控制最合适的温度。

反应液PH值的高低也对酵母的生产影响较大。

如果PH值过高或者过低都会影响酵母的新陈代谢的进行，以致影响产品的质量和产量。

2.4酵母的分离和干燥

酵母生产中采用的分离方法有化学、生物和机械法。

实际生产中常用的是机械法，主要设备是离心机，转速为4800~6500转/分钟。

利用酵母和发酵液中其他物质质量的不同，在高速旋转的转鼓产生的离心作用力下，把酵母提取出来。

我们的设计工艺流程所用的就是机械的离心分离法。

在离心分离机的离心杯下可以得到酵母泥，然后干燥酵母。

为了使酵母具有充分的活性，必须在低温下进行干燥。

把酵母泥置于热风干燥箱中，通入温度为34~35摄氏度的空气流进行干燥。

在这种条件下，只能除掉细菌表面及细菌内的水分，所以能使酵母具有充分的活性。

水分含量高时，酵母保持活力的时间会变短。

所以要控制好通入的热空气的流量。

3.部分设备分析

本设计中以硬件计算为主，实现发酵系统的微机在线控制检测。

微机控制利用现有的传感测量装置和软件，只涉及各系统元件与控制软件的接口兼容性，而不进行控制系统的编程，编程部分有从事计算机专业设计。

备料阶段的主要设备：

糖罐：

设计计算获得。

营养盐罐：

酸、碱罐：

发酵阶段的主要设备：

发酵罐：

干燥阶段的主要设备：

实施三阶段分离，需八台保留固体式离心机，及其配套的电动机经计算选型后外购。

干燥塔：

外购。

各泵，管道，阀门和电器元件经计算选型后外购。

需要实现的在线控制、检测的数据包括：

温度、液体流量、空气流量、速度、PH值、液位和压力。

具体体现在各阶段的参数测定：

备料阶段：

糖罐内压力、液位、温度、流量;

营养盐罐内压力、液位、温度、流量；

碱液罐内液位、流量；

酸液罐内液位、流量。

发酵阶段：

发酵罐内压力、空气流量、温度、液位、PH值和搅拌转速。

干燥分离阶段：

八个分离机各泵流量、干燥空气温度和流量。

可见各罐体为本设计的重点，又以发酵罐为发酵系统的主要设备作为本设计的重中之重。

而对发酵系统工艺数据的数据建模在发酵罐中的应用和发酵罐在保证安全使用前提下的优化设计以及各控制、测量装置和电器元件的数模转换和控制系统的兼容性则为本次设计的难点，但不是本设计的重点。

4.发酵釜罐体的设计

搅拌反应器的机械设计是在工艺设计后进行的，本设计以体积100L的发酵釜为设计样本，发酵釜选为间歇式搅拌釜，供中试试验和工业生产流程数据放大用。

4.1直径