设发酵罐的填充系数φ=80%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V0（发酵周期为40h）。
V0?V糖/φ?3
1382?1727.5m3 0.8??现选用公称容量为300 m机械搅拌通风发酵罐，其全容量为330 m。
33
③发酵罐个数的确定：公称体积为300m的发酵罐，总体积为330 m
3
每天需要330 m发酵罐N0个：
N0 =1727.5÷330=6个
共需要的发酵罐数：
3
N1?V0τ1727.5?40??10.9?个?
V总φ?24330?0.8?243
取公称体积300 m 发酵罐12个，其中一个留作备用。
实际产量验算：
330?0.8?6?300?68769.9?t/a?
6.91富裕量
68769.9?60000?14.6%
60000能满足产量要求。
（3）主要尺寸的计算：取高径比 H：D=2：1
V全?V筒?2V封?330m3；则有：
V全?0.785D2?2D?解方程得：
π3D?2?330 24H=2D；
1.57D3?0.26D3?330 D?3330?5.65?m? 1.83 取D=5.65m H=2D=11.3m；
封头高：
H封?ha?hb?1300?mm?封头容积 ：
V封=23.60（m3）
圆柱部分容积：
V筒=283.17 m
验算全容积V全：
3
‘3?? V?V?2V?283.17?2?23.60?330.37m全筒封
V全=V’全
符合设计要求，可行。 （4）冷却面积的计算
33 [5]
对谷氨酸发酵，每1m发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m·h)。
3
采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500 kJ/(m·h·℃)。 平均温差Δtm：
Δtm?Δt1?Δt2Δtln1Δt2
32℃ 32℃ 20℃ 27℃
12 5 代入
Δtm?12?5?8℃12ln5
对公称容量330 m的发酵罐，每罐实际装液量为
330×80%=264 m
换热面积
3
3
F?Q4.18?6000?264??396m2
KΔtm4.18?500?8??（5）搅拌器计算 由于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡
轮搅拌器。
该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系 搅拌器叶径
Di?叶宽 ：
D5.65??1.88?m? 33
B?0.2d?0.2?1.88?0.376?m?
弧长：
l?0.375d?0.375?1.88?0.705?m?
底距：
C?盘踞 ：
D5.65??1.88?m? 33di?0.75Di?0.75?1.88?1.41?m?
叶弦长：
L?0.25Di?0.25?1.88?0.47?m?
叶距 ：
Y?D?5.65?m?
弯叶板厚：
δ=12（mm） 3
取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。以等P0/V为基[6]
准放大求得：
?D1N2?N1??D?2????2/3?1.05??110????1.88?2/3
?75?r/min?（6）搅拌轴功率的确定
搅拌轴功率可按单位体积搅拌轴功率相等的计算方法和经验式进行计算确定。
333
通常谷氨酸发酵按1kW/ m发酵醪；对于330 m发酵罐，装液量264 m则应选取功率≥264kW的电机。
（7）设备结构的工艺计算
①空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径φ133×4mm。 ②挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。
③密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 ④冷却管布置：采用竖式蛇管。 Ⅰ 最高负荷下的耗水量W
W?3
Q总cP?t2?t1?
式中 Q总——每1m醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积
Q总?4.18?6000?264?6.62?106?kJ/h?
cp——冷却水的比热容，4.18kJ/（kg·K） t2——冷却水终温，t2=27℃ t1——冷却水初温，t1=20℃ 将各值代入上式
6.62?106W?4.18??27?20??2.26?105?kg/h??62.78?kg/s?3
冷却水体积流量为0.1m/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：
S总?式中 W——冷却水体积流量，W=0.1m/s
3
Wv
V——冷却水流速，v=1m/s 代入上式：
S总?进水总管直径 ：
0.1?0.1m2 1??d总?S总0.785?0.1?0.357?m?,取Dg350×9
0.785Ⅱ 冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d0，组数为n，则： 取n=12，求管径。由上式得：
d0??S总n?0.785
0.1?0.103?m?12?0.785d?d0[9]
查金属材料表选取φ108×4mm无缝管，d内?100mm g?5.12kg/m，内，认为可
满足要求，d平均?104mm。
现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长度为l0：
2
Ⅲ 冷却管总长度L计算： 由前知冷却管总面积F=396 m现取无缝钢管φ108×4，每米长冷却面积为
l0??D?3.14?500?1570?mm?F0?3.14?0.08?1?0.251m2
则:
??L?冷却管占有体积：
F396??1577.69?m? F00.251V?0.785?0.1082?1577.69?14.45m3
Ⅳ 每组管长L0和管组高度：
??L0?另需连接管4.2m：
L1577.69??131.47?m? n12L实?L?4.2?131.47?4.2?127.27?m?
可排竖式直蛇管的高度设为静液面高度，下部可伸入封底300mm。设发酵罐内附件占有体积为
3
0.8m，则：总占有体积为
V总?V液?V管?V附件则筒体部分液深为：
?264?14.45?0.8?279.25?m3?
V总?V封S竖式蛇管总高
?279.25?23.60?10.20?m?
0.785?5.652H管?10.20?1.0?11.20?m?；
又两端弯管总长l0?1570mm，两端弯管总高为500mm， 则直管部分高度：
h?H管?500?11200?500?10700?mm?
则一圈管长：
l?2h?l0?2?10700?1570?22970?mm?
Ⅴ 每组管子圈数n0：
n0?L0131.47??5.72?圈?；取6圈。 l22.970L实=（22.970×6×12）＋（4.2×12）=1704.24>1577.69
现取管间距为2.5D外?2.5?0.108?0.27?m?，竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）。
Ⅵ.校核布置后冷却管的实际传热面积：
?3.14?0.104?1704.24?556.54?m2
而前有F=396m，F实?F，可满足要求。
F实??d平均?L实2?
（8）设备材料的选择
选用A3钢制作，以降低设备费用。 （9）发酵罐壁厚的计算
①计算法确定发酵罐的壁厚S
[10]
S?PD?C （cm）
2?????P式中 P——设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPa D——发酵罐内经，D=565cm 〔σ〕——A3钢的应用应力，〔σ〕=127MPa φ——焊接缝隙， φ=0.7 C——壁厚附加量（cm）
C?C1?C2?C3