乳酸发酵车间工艺设计.doc

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1、课程设计 课 程 名 称: 生物工程设备设计课程设计 设 计 题 目: 乳酸发酵车间工艺设计 学院(直属系) : 生物工程学院 年级 、专业: 09级生物二班 学 生 姓 名: 杨 帆 学 号: 312009081801204 指 导 教 师: 张 良 开 始 时 间: 2012 年 6 月 26 日完 成 时 间: 年 月 日目 录摘要1设计任务书21.1概述31.1.1产品概述31.1.2 乳酸的命名与分子结构31.1.3乳酸的性质31.1.4乳酸的用途4 1.1.5乳酸的生产方法.5 1.1.6乳酸生产方法的比较.6 1.1.7国内外生产情况.71.2设计概述.7 1.2.1技术条件.7

2、 1.2.2设计内容.71.3乳酸发酵常用菌种及选择.81.4发酵原料的选择.8 1.4.1根霉三角瓶孢子的制备.8 1.4.2发酵培养基.81.5生产流程简述.81.6物料衡算.9 1.6.1发酵设备选择及各部件尺寸.9 1.6.2发酵罐总容积计算.9 1.6.3发酵罐个数的确定.9 1.6.4发酵罐的直径及罐体高度计算.9 1.6.5发酵罐壁厚计算.11 1.6.6搅拌器类型选择及设计.11 1.6.7搅拌器参数计算.11 1.6.8多只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算.121.7 搅拌轴直径计算.12 1.7.1轴的刚度计算.12 1.7.2轴的刚度计算.131.8冷却面积计算.13致谢

3、.13参考文献.13 摘要 乳酸是一种极具发展潜力的精细化学品。目前全世界的产量为10 万吨。我国占世界产量的10 %。由于聚乳酸产品的研究和开发,乳酸将有可能代替目前困扰世界各国的白色热塑污染产品,成为名副其实的“绿色”环保制品。乳酸可通过生物发酵法和化学合成法生产制造。采用生物发酵法制得的L - 乳酸是目前乳酸生产的重点,但要同热塑产品在价格上形成竞争,乳酸发酵生产的成本必须大幅度下降,生产规模要扩大。本设计说明书拟就设计乳酸发酵车间工艺设备设计。关键词: 乳酸发酵; 聚乳酸； 机械搅拌发酵罐 生物工程设备课程设计任务书 学院名称：生物工程 专业：生物工程 年纪：2009 一、设计题目 乳

4、酸发酵车间工艺设备设计二、设计任务本课程是生物技术专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学习本课程的日的是使学生在完成相关专业课程后，尤其是在完成生物工程设备这门课程后，综合运用3年所学的知识，进行工厂的初步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。使学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。本课程任务是:1.撰写简要设计说明书，内容包括前言、工艺选择及论证、关键设备计算等2.绘制产品工艺方案流程图一张和关键设备及车间平面布置图一张。三、原始资料1.技术条件：生产规模: 30000吨/年; 产品规格:92%聚合级乳酸; 产酸水平:18%(g/m

5、l)糖酸转化率:92%; 发酵周期:72h; 发酵罐接种量:10%(V);提取总收率:90%; 发酵罐装料系数:85%; 全年生产天数:300天2.设计内容和要求(1)根据设计任务，查阅有关资料、文献,搜集必要的技术资料及工艺参数，进行生产方法的选择与比较，工艺流程与工艺条件的确定和论证，确定工艺过程的重要参数。(2)工艺流程图，按工艺流程图绘制要求完成有一定控制工点的流程详图，包括设备、物料管线、主要管件、控制仪表等内容。(3)发酵罐主要结构尺寸、搅拌装置及冷却装置计算，根据工艺要求选取相应发酵罐类型，进行发酵罐种子罐数量计算，发酵罐几何结构尺寸计算，同时完成发酵罐搅拌装置及冷却装置的选型和

6、计算。(4)根据计算结果按相应比例尺寸绘制发酵罐及冷却装置示意图,并在同一张图纸上完成发酵车间平面布置图。四、完成后应该上交的材料1、设计说明书 1份2、画出产品生产的带控制点工艺流程图 1张（要求用AUTOCAD绘图）3、画出蒸煮糖化车间的设备布置图 1张（要求用AUTOCAD绘图）五、参考资料：1、生物工程工厂设计概论2、酒精与蒸馏酒工艺学3、发酵设备1.1概述1.1.1产品概述产品为92%聚合级乳酸，其中含有8%左右的杂志，成分为菌体碎片、蛋白质、淀粉以及少量的有机酸副产物（醋酸、丁二酸、酒石酸和柠檬酸）等。1.1.2乳酸的命名与分子结构 乳酸因存在于酸牛奶中而得名，它广泛存在于人体、动

7、物、植物和微生物中，其产、消量仅次于柠檬酸。乳酸，英文名为(Lactic acid)，学名为a-羟基丙酸(a-hydrxy-propionic acid)，结构式为CH3CHOHCOOH，相对分子质量为90.08，是一种天然存在的有机酸。由于分子内含有一个不对称碳源子，因此具有旋光异构现象。乳酸按其旋光性可分为D(-)-乳酸、L(+)-乳酸和DL-乳酸三种。由于人体只能代谢利用其中的L(+)-乳酸，因此世界卫生组织(WHO)明确规定，成人每天摄入D(-)-乳酸的量不得超过100 mg/kg体重，对于三个月以下的婴儿食品中不应加入D(-)-乳酸，而对于L(+)-乳酸则不加限制。尤其是利用L一乳酸

8、生产的聚合物生物塑料不但具有较好的机械强度及耐腐、抗菌性，而且在一定时期内可以在正常环境中降解成为H 0、COz，因而成为最有前途的取代塑料的绿色环保产品。 D(-)-乳酸 L(+)-乳酸 图11.1.3乳酸的性质 L-乳酸是一种有机强酸，能与水、酒精和乙醚以任意比互溶。60%以上浓度的乳酸具有很强的吸湿性。乳酸通常为无色或微黄色粘稠状液体，在67133Pa的真空条件下反复分馏，可以得到纯品的乳酸结晶。纯净的无水乳酸是白色的晶体，熔点为16.8，沸点为122(2kPa)，相对密度为1.24g。由于乳酸含有一个羟基和一个羧基，因此可以参与多种反应，如氧化反应、还原反应、酯化反应、缩合反应等，其中

9、由L-乳酸充分脱水可缩聚成聚L-乳酸。另外，加热乳酸使其自动酯化，可形成乳交酯。乳酸市售品无论是发酵法或合成法的制品均为外消旋体。外消旋体为无色糖浆状液体或晶体，无臭、有酸味，有吸湿性，光学性不活泼，即使在极冷条件下也不凝固，相对密度1.4392(20/40)，熔点18，沸点122(5mmHg)，有防止腐败发酵的作用，不侵犯健全的组织，但对病变组织敏感 乳酸是世界公认的三大有机酸之一，自从1780年Scheele发现乳酸以来，乳酸的生产及应用技术得到大规模的提高。L-乳酸、L-乳酸盐及其聚合物广泛应用于食品、医药、农业、化学工业等领域。此外，以L乳酸聚合的聚乳酸(PLA)，凭借其可生物降解，生

10、物相容等特性，越来越受到广泛的研究和关注。1.1.4乳酸的用途、食品工业 （食品工业用含量为50%）由于L-乳酸对人体无毒副作用，且易吸收，可直接参与体内代谢，因此被广泛的应用于酸味剂、防腐剂(代替苯甲酸钠)、pH调节剂和食品强化剂。乳酸可解除疲劳、松弛肌肉。饮料、果汁、奶制品中用作酸味剂；调味品如酱油、醋、咸菜中用作防腐保鲜和调味剂，使酸味自然；蛋糕、面包、肉制品、果冻、奶酪、果酱、冰淇淋、腌制品等食品中用来调节pH、抑菌、延长保质期、调味等；面包、糕饼等食品中作膨松剂；发酵工业，加入的目的是控制pH值，作灭菌剂以防止杂菌繁殖，促进菌体发育。乳酸可使食品具有微酸性且不影响水果和蔬菜天然味和芳

11、香，故广泛用于水果和蔬菜等罐头食品中。、医药工业乳酸作为消毒剂用在病房、手术室、实验室等场所。在医药方面广泛用作防腐剂、载体剂、助溶剂、药物制剂、pH 调节剂等。可直接制成药或制成盐类，用作含漱剂、涂布剂、膀胱注入剂等，还可内服用于肠内消毒。它能溶解蛋白质和角质，对病变组织的腐蚀作用特别敏感，可用于治疗喉头结核、白喉、狼疮等病。利用乳酸亲水性的特点与难溶性药物结合，可增加药物的吸收量，防止副作用产生。乳酸除了可以直接用作消毒剂外，还可以制成乳酸钠，配成输液，治疗酸中毒及高钾血症。L(+)-乳酸钙、L(+)-乳酸亚铁、L(+)-乳酸锌都是补充金属元素的良好药品，此外由聚乳酸制成的手术缝合线、生物

12、植片等在临床上都被广泛应用。、化妆品工业在化妆品中其用量也逐渐增大。乳酸本身含有天然润肤成分，刺激皮肤细胞再生效果明显，在皮肤、头发的护理中起到保湿滋润，替代甘油作保湿剂，调节酸碱性、抗微生物等作用，对皮肤无刺激性，兼有剥离性能、抗菌性能和增白性能，对改善皮肤组织结构，消除皱纹、色斑，治疗皮肤干燥、痤疮等有显著疗效。、香料和香精、皮革、卷烟工业乳酸乙酯是重要的食用香料，用来配制酒和食用香精，在盛产清香型酒国家，乳酸用量很大。制革工业用它来除去柔皮中的石灰和钙质，使皮革柔软光滑。用乳酸比其它酸脱灰质量好，因此高级皮革都用乳酸脱灰。一般皮革用的乳酸含量为40%，对乳酸的质量要求低，深色和带臭味的均

13、可使用。卷烟生产中用乳酸调节烟草味道，清除苦辣味且防霉变，并利用乳酸的引湿性保持水分，增加烟丝的柔软性，降低尼古丁含量。也常用乳酸处理低档烟草来提高档级。、化学工业在化学领域中，由于L(+)-乳酸是生物可降解塑料聚乳酸的原料而备受关注。聚乳酸有望在不久的将来代替PVC、PP等各种不可降解的塑料，以消除“白色污染”所造成的环境危机。此外聚乳酸还具有良好的机械性能、透明性、透气性等而被大量应用于农业、制造业等领域。、其他行业纺织业中乳酸用于pH值调整，是良好的媒染剂；农药中用作除草剂的原料；因其具有清洁除垢等作用，用于洗涤清洁产品；在涂料墨水工业中用作pH 调节剂和合成剂；L-乳酸在塑料纤维工业中

14、是可降解新型材料聚乳酸PLA的原料。在饲料中L-乳酸用于调节动物肠道的pH，促进饲料的消化吸收，可提高牛羊的产奶量。 聚乳酸（PLA）：在人体内降解成L-乳酸；在自然界中，可在微生物作用下，最终变成C02和水，有利于环保。聚乳酸具有与聚苯乙烯相似的光泽度和加工性能，还具有优良的生物相容性和生物分解吸收功能，因此广泛用于生产生物降解塑料、绿色包装材料(例如购物袋、保鲜膜、餐盒、桌布、餐巾)、农用薄膜、抗癌药物、缓释胶囊制剂、手术缝合线等。聚乳酸纤维强度高，延伸度较大，可用分散染料常压染色，制成的织物光泽柔和亮丽，抗皱防缩性能好，有吸湿排汗和抗紫外线功能，是近年来研究开发的纺织服装新材料。由于人和

15、动物体内只有代谢L-乳酸的酶，因此若过量摄入D-乳酸或DL-乳酸，会导致D-乳酸在血液中积聚，引起疲劳、代谢紊乱甚至酸中毒。因此，世界卫生组织规定人体每天摄入的D-乳酸量不能超过100mgkg体重，且禁止在3个月以下婴儿食品中添加D-乳酸或DL-乳酸，而对L-乳酸则不加限制。于是近年来L-乳酸的研究与开发引起了人们的广泛兴趣。特别是在当今重视环保的绿色浪潮中，用L-乳酸生产的聚乳酸，具有良好的加工性能和可生物降解性，是理想的生态循环使用的新型高分子材料，用于生产生物降解塑料和纤维制品，具有广阔的市场日前景。 1.1.5乳酸的生产方法发酵法发酵法分为传统发酵法和连续发酵法。 传统发酵法控制发酵温

16、度一般在4050，pH值在6.0左右，用碱式钙化物中和，用硫酸酸解乳酸钙为游离乳酸，再经提纯得乳酸产品； 连续法为美国加利福尼亚大学开发成功的，特点是菌体循环，产率高，但该技术尚未经大规模生产装置的考验，菌体寿命也还有限。 发酵法生产乳酸是以淀粉、葡萄糖等糖类原料经微生物发酵而得来，按照发酵微生物的种类可分为细菌发酵和根霉发酵。合成法工业上化学合成乳酸的方法是乙醛氢氰酸法(也叫乳腈法或醛、酮和HCN 加成法)和丙酸法。 乙醛法该法是以乙醛、氢氰酸和乙醇(或甲醇)为原料。由于原料价格低廉，因此国外合成乳酸主要采用此法。该法为乙醛和氢氰酸加成、乳腈水解得粗乳酸，粗乳酸与乙醇酯化生成乳酸酯，乳酸酯再

17、水解生成稀乳酸及稀乳酸浓缩等工序。丙酸法以丙酸为原料，经氯化得2-氯丙酸，再与氢氧化钠反应得粗乳酸，再经酯化、精镏、水解得产品，该法原料价格较贵，仅日本大赛路公司等少数厂家采用。酶法生产L-乳酸氯丙酸酶法转化日本东京大学的木畸等人研究了用酶法生产乳酸，他分别从恶臭假单孢菌和假单孢菌113细胞中纯化出L-2-卤代酸脱卤酶(简称为L-酶)和DL-2-卤代酸脱卤酶(简称为DL-酶)，使之作用于底物DL-2-氯丙酸，就可得到L-乳酸或D-乳酸。丙酮酸酶法转化Hummel等从D-乳酸脱氢酶活力最高的乳杆菌DSM20196菌体中得到D-乳酸脱氢酶，然后以无旋光性的丙酮酸为底物得到D-乳酸 。1.1.6乳酸

18、生产方法的比较 化学合成法由于所用的原料是乙醛和剧毒物质氢氰酸，因而合成法生产乳酸大大受到限制，其生产成本也较高。 酶法生产乳酸虽然可以专一性得到旋光乳酸，但工艺比较复杂，应用到工业上还有待于进一步研究。 微生物发酵法生产乳酸，可通过菌种和培养条件的选择而得到具有专一性的D-乳酸、L-乳酸或是DL-乳酸。乳酸菌发酵温度高，产酸率相对较高，对糖利用率高，且发酵时不需通氧气，但其营养要求复杂，且无菌操作严格，给实际生产带来操作不便。根霉营养要求简单，菌丝体比细菌大，易于分离，有利于制得高质量的乳酸产品。尤其是根霉属发酵可得到光学纯度很高的L(+)-乳酸，这对进一步生产乳酸聚合物极为重要，而乳酸菌发

19、酵乳酸常因消旋作用而得到DL-乳酸。1.1.7国内外生产情况国内：我国乳酸目前都为发酵法生产，乳酸及其衍生物的年产量在2万t左右，大部分是DL-乳酸及其衍生物，L-乳酸及其衍生物产量少，乳酸钙的年产量在7 000 t左右。全国乳酸厂已达70多家，现有生产能力大约2万t/a。90%的产品是DL-乳酸，由于精制技术落后，产品质量不高，特别是产品的颜色无法达到国外客户的要求，因此出口难度大，价格也比较低。近年来，我国L-乳酸生产已开发出具有国际水平的“嗜热乳酸杆菌”技术，使每吨L-乳酸的淀粉消耗降低到1.3 t左右，远远低于DL-乳酸的消耗水平(约2.4 t)，同时在L-乳酸的精制方面采用了先进的“

20、短程蒸馏”技术，如果将这几项先进技术整合实施，实现工业化大规模生产，可使我国L-乳酸工业生产达到国际先进水平。美国：美国有2个乳酸生产厂，它们是美国最大的发酵生产商ADM 公司和荷兰PURAC与美国Cargill公司的合营公司，生产能力分别为3.1万t/a和3.4万t/a，产品全部为L-乳酸。1998年Cargill公司建成7 300 t/a聚乳酸生产装置，2001年又与DOW化学公司组建了Cargill Dow Polymer公司，在Blaiir建设一套14万t/a聚乳酸装置，并于2002年4月投产。日本：日本曾有用发酵法生产乳酸的工厂，但由于原料成本太高，早已停产。目前仅有武藏野化学所一家

21、采用化学法生产乳酸，生产能力1万t/a，产品全部为DL-乳酸。西欧：西欧生产乳酸的公司有荷兰的PURAC公司和比利时GALACTICSA 公司，生产能力分别为1万t/a和3.5万t/a。荷兰PURACSA公司是全球最大的生产厂商，分别在巴西和西班牙建有生产装置，均以糖蜜为原料，产品全部为L-乳酸。该公司不仅生产原料乳酸，还大量生产乳酸衍生物。近年来，该公司又建了一套乳酸钙生产装置。1.2设计概述 本设计是关于30000吨/年乳酸发酵车间的工艺设计，包括确定工艺流程和工艺参数，物料衡算和能量衡算，确定各种设备的体积、数目和规格等参数，带控制点的工艺流程图、主要设备图，撰写设计说明书1.2.1技术

22、条件生产规模: 30000吨/年; 产品规格:92%聚合级乳酸; 产酸水平:18%(g/ml)糖酸转化率:92%; 发酵周期:72h; 发酵罐接种量:10%(V);提取总收率:90%; 发酵罐装料系数:85%; 全年生产天数:300天1.2.2设计内容发酵工艺设计物料衡算设备选择及参数计算发酵罐冷却装置1.3乳酸发酵常用菌种及选择1.3.1菌种的选择常用细菌：德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌、植物氏乳杆菌常用根霉：米根霉、黑根霉、爪哇根霉、小麦曲根霉、华根霉. 此处对转化率要求较高、产酸水平要求一般，对比之下选择米根霉菌更加满足条件，而且米根霉菌产L(+)-乳酸较多，淀粉酶活力极强，对糖的利用率高，也具

23、有酒精发酵能力及蛋白质分解能力，可利用无机氮源。1.4发酵原料的选择1.4.1根霉三角瓶孢子的制备 把湿米糠或麸皮培养基放入三角瓶,在120 灭菌30 min ,冷却至30 ,接入斜面成熟的孢子,培养4 d。当孢子充分长出后,加无菌水制成孢子悬浮液作为种子。1.4.2发酵培养基种子培养基( %) :葡萄糖10g (或葡萄糖5g ,淀粉3g) ,适量营养盐,CaCO3 1g , pH 中性。发酵培养基( %) :薯干淀粉1315g ,硫酸铵0. 5g ,适量无机盐,CaCO3 过量添加。(碳酸钙分开灭菌，CaCO3受热要分解失去作用)。1.5生产流程简述 本次生产工艺设计以薯干为原料，采用直接粉

24、碎、调浆、液化，进行好气液体深层发酵， 图2钙盐法提取，最后结晶、干燥得到L-乳酸。 本次生产工艺的基本过程是：在接收糖浆后，根据糖浆组成作适当的处理或配制，配成发酵原料，进行连续杀菌并冷却后，进入发酵罐，加入菌种和净化压缩空气后进行发酵；发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐，用CaCO3中和处理；再经过过滤洗涤，得到L-乳酸钙固体，送入酸解罐，再添加H2SO4酸解，并加入活性炭进行脱色；然后，通过带式过滤机过滤、酸解过滤，除去CaSO4及废炭；酸解过滤液经离子交换处理后，进行蒸发、浓缩，再进行结晶；结晶后，用离心机进行固液分离，对得到的湿L-乳酸晶体进行干燥与筛选，最后得到成品L-乳酸，如图

25、21.6物料衡算 技术条件：已知年操作日300天，生产规模30000吨/年，即100吨/天已知发酵周期72h，即可以生产100个周期，已知三天为一周期，即一个周期内要完成300吨的生产量才能满足条件 以下是以一个周期为例计算需要的辅料、其他物质、发酵罐数量等等的需求1.6.1发酵设备选择及各部件尺寸 因为乳酸发酵是属于厌氧发酵，所以选择机械搅拌发酵罐，目前比较常用的发酵罐体积有25、50、75、100、125、150（单位-立方米）。1.6.2发酵罐总容积计算发酵罐总容积，决定于年工作日、每天生产乳酸量、发酵产酸水平、乳酸发酵周期、乳酸提取率、乳酸精致等。 1）平均每天产量=30000300=

26、100 吨/天 2）平均每天发酵液装量=平均每天产量聚合乳酸含量产酸水平糖酸转化率提取总收率 平均每天发酵液装量=10092%18%92%90%8=938 m3 3）每次发酵液装量=平均每天发酵液装量发酵周期24h/天 每次发酵液装量=9387224=2188 m31.6.3发酵罐个数的确定 为了节约成本，提高产率选取最大体积150立方米的发酵罐 1）单罐有效容积的计算 2）发酵罐数n=每次发酵液装量 1.6.4发酵罐的直径及罐体高度计算根据发酵罐的公称容积，确定发酵罐的尺寸。已知发酵罐直径D，筒体部分高，发酵罐总高H。通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下： 高径比：H/D=1.74.

27、0； 搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器，DidilB = 201554； 搅拌器直径：Di = D/3； 搅拌器间距：S = (0.951.05)D = 3(0.951.05)Di； 最下一组搅拌器与罐底的距离：C = (0.81.0)Di； 挡板宽度：B = 0.1D，当采用列管冷却时，可用列管冷却代替挡板 取H/D=2.0，采用标准椭圆形封头。已知罐公称容积为150m3 通常，对一个发酵罐的大小用“公称体积”表示。所谓“公称体积”， 是指罐的通身（圆柱）体积和底封头体积之和。其中底封头体积可根据封头形状、直径及壁厚从有关化工设计手册中查得。标准椭圆形封头体积为： 式中：椭圆封头的直边高度，椭圆短半

28、轴长度，标准椭圆。故发酵罐全体积为： 近似计算式为： （m3） 发酵罐公称体积： 其中 取发酵罐直径D=4.5m 故发酵罐高=2D=9 m 取封头直角边，一般取值范围为5055mm，此处取封头直边为50mm. 发酵罐公称容积=(H+) =4.52(9+0.05+4.5)=156m3发酵罐总高度=+2(+)=9+2(0.05+4.54)=11.35m封头体积：发酵罐全容积V=+=156+14=170m3 与查表得公称体积一致1.6.5发酵罐壁厚计算使用不锈钢0Cr19Ni9，其中钢板许用应力P设计压力，取最大工作压力的1.1倍，灭菌压力即最大工作压力；焊缝系数，双面焊缝取=0.85（局部无损探伤

29、）；C= +对不锈钢当介质的腐蚀性极微时，取=0，查表14-7（生物工程设备）取 =0.6mm。许用应力（kg/cm2）取不锈钢板厚7mm。1.6.6搅拌器类型选择及设计 搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。搅拌叶轮大多采用涡轮式，因为一般说来，涡轮式搅拌器的功率分配对湍流脉动有利，而旋桨式搅拌器对总体流动有利。对于同一类型的搅拌器来说，在功率消耗相同的条件下，大直径、低转速的搅拌器，功率主要消耗于总体流动，有利于宏观混合。小直径、高转速的搅拌器，功率主要消耗于湍流脉动，有利于微观混合。此处选择六弯叶圆盘涡轮搅拌器。主要原因有：成本低，设计简单，搅拌效果应力小对细胞伤害小，

30、搅拌效果突出等等最常用的是六直叶圆盘涡轮搅拌器、六弯叶圆盘涡轮搅拌器、六箭叶圆盘涡轮搅拌器，圆盘作用是避免底部通入的空气从罐中心上升走短路。 为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌体系。 为了拆装方便，大型搅拌叶轮可做成两半型，用螺栓连成整体装配于搅拌轴上。1.6.7搅拌器参数计算 搅拌叶轮直径与罐径之比Di/D=1/21/3。搅拌叶轮类型的选择主要考虑功率准数，混合特性以及叶轮所产生的液流作用力的大小与种类等等。 取Di/D=1/3，即：Di=4.53=1.5m。由标准六弯叶涡轮搅拌器尺寸Di：d：L：B=20:15:5:4得： 涡轮直径d= Di 15/20=1.515/20

31、=1.125m, 桨叶长L= Di 5/20=1.55/20 =0.375 m， 桨叶宽B= Di 4/20=1.54/20=0.3 m1.6.8多只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算设转速为n 转/min取KW，即：若是多档搅拌器，两档间距S，非牛顿流体S取2D，牛顿流体S取2.5-3D；静液面至上档间距取0.5-2D, 下档搅拌器至罐底距离C取0.5-1D。符合以上条件，两档搅拌器输出的功率 就是单只涡轮搅拌器的2倍：式中： -不通气时的搅拌功率，单位kW。 -功率准数 -搅拌器直径（m） -搅拌转数（rps） -发酵液密度 设=1080 kg/m3则 r/min则选用130kw的电机。1.

32、7 搅拌轴直径计算 搅拌轴直径决定于搅拌轴的材料、转速、搅拌功率等。轴的计算主要是确定轴的最小截面尺寸，进行强度、刚度计算，以便保证搅拌轴能安全平稳的运转。1.7.1轴的强度计算对搅拌轴而言，承受扭转和弯曲联合作用，其中以扭转作用为主，所以在工程应用中常用近似的方法进行强度计算。它假定轴只承受扭矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。轴受扭转时，其截面上产生剪应力。采用45号钢，则取=360=，取d=140mm.1.7.2轴的刚度计算=N.m, =根据搅拌设备设计计算,取B=10, 1.8冷却面积计算按每立方米发酵液1m2冷却面积计算，即： d 取

33、规格为653的管子做冷却管 所以，L= 大型发酵罐一般对称取8组冷却管，每组冷却管累积长度取7，每一排上下有2个冷却管。故冷却管子根数N=1156/(862)=12.04,取12根。冷却管体积：，取V=4 m3 致谢 通过这次的课程设计，我们受益匪浅。巩固了我们在课堂上所学的生物工程设备、发酵工程学、化工原理的基本理论，使其用于实践设计，理解的淋漓透彻。并提高了我们分析问题，解决问题的能力，也能较好的运动AutoCAD来绘制图形，更熟悉了Word的某些功能，增强了我们的计算能力，提升了专业知识的掌握水平，也使我们的独立工作能力、设计能力、动手能力得到了极大的提高。在设计的过程中锻炼我们的统筹、

34、综合运用知识的能力；在反复演算的过程中锻炼了我们的耐性。而且锻炼了我们互相合作的精神，在完成的过程中相互学习，一起想办法，找资料解决不懂的问题。为我们以后的工作学习打下坚实的基础。 感谢张老师在整个设计过程中对于我们的帮助和指导，使我们能以顺利完成设计。 【参考文献】梁世忠、生物工程设备、北京、中国轻工业出版社、2004徐清华、生物工程设备、北京、科学出版社、2006自编、发酵工程设备设计指导书、成都、西华大学出版社徐忠，汪群慧，姜兆华.L-乳酸的制备及其应用的研究进展J.化学与粘合，2004王蓉，王元亮，陈国平等.米根霉发酵生产L-乳酸研究进展J.重庆大学钱志良、胡军、雷肇祖、乳酸的工业化生产、应用和市场、上海新立工业微生物科技有限公司,上海200233方蕾、乳酸生产工艺的改进、(山西省轻工业设计院，太原03000吴宇琼、李定、吴元欣、发酵法生产乳酸的提取与精制研究进展、武汉化工学院化工系，武汉(8)汪多仁.L-乳酸的开发与应用进展J.化工中间体，2004