发酵罐搅拌工艺计算器
输入罐体几何、各层桨型与工况，即时算出搅拌功率、P/V、Re、叶端速度、混合时间与切剪率。
公式来源、推导与适用边界见 《发酵罐搅拌工艺计算》。
搅拌工况计算
输入几何、桨型与工况，算出功率、混合时间与剪切水平
罐体几何
桨叶配置
工况与介质
常规 40–150（生产罐）／200–600（小试）
常规 100–500；只参与「反算转速」
水 ≈ 1000；发酵液 1000–1100
水 1.0；稀发酵液 1–5
齿轮减速机 85–92
常规 110–125（留 10–25% 余量）
取值参考与名词含义
转速 n —— 搅拌轴实际转速，与桨径共同决定叶端速度 u_tip = πnD，是剪切水平的主控量。生产罐常规 40–150 rpm（中试 100–300、小试 200–600），超过 200 rpm 时须核对叶端速度是否超出菌体耐受。
目标 P/V —— 单位体积的搅拌输入功率（W/m³），是放大最常用的准则。细胞培养 10–50、一般细菌与酵母发酵 100–500、高密度或高需氧发酵 500–2000。此框只供「按目标 P/V 反算转速」使用；点「计算」时按转速正算 P/V，本框不参与。
液体密度 ρ —— 功率与密度成正比（P ∝ ρ）。水 20 ℃ ≈ 998 kg/m³，发酵液按 1000–1100 取，高盐或高固含料液可到 1200。
动力粘度 μ —— 决定雷诺数 Re，进而决定功率数是否已进入充分湍流区（湍流取值 vs 层流插值）。水 20 ℃ = 1.0 mPa·s（= 1 cP），稀发酵液 1–5，高粘多糖或淀粉浆料可达数百至数千。
传动总效率 η —— 电机 → 减速机 → 轴 → 桨的整体效率，装机轴功率 = 桨功率 ÷ η。齿轮减速顶入式常规 85–92，蜗轮或皮带式 70–85，磁力耦合因涡流损失通常更低，需按厂家曲线取值。
装机裕量 —— 电机选型的功率余量，装机功率 = 桨功率 ÷ η × 裕量。常规留 10–25%（即输入 110–125），高粘、易发泡或含固体系可留 130–150。
常用工况组合 —— 低剪切细胞培养：P/V 10–50、μ 1–2、η 87、裕量 120–130；一般细菌／酵母发酵：P/V 100–500、μ 1–5、η 87–90、裕量 110–125；高密度发酵或高固含料液：P/V 500–2000、μ 5–500、η 85–90、裕量 120–150。
功率数 Np 与流量数 Nq 取充分湍流区（Re > 10⁴）典型值，标准几何 D/T = 1/3、C/T = 1/3、4 挡板；层流常数 KL 用于过渡区插值。数值来源见下方「计算依据」。
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放大准则对比
给定目标罐内径，比较三种几何相似放大准则下的转速、功率与混合时间
按几何相似放大：D/T、C/T、H/T、挡板配置与桨型均保持不变。混合时间按第 4 节的关联式计算，放大后层数按液位高度自动调整。
报告包含输入参数、几何结果、功率与无量纲数、混合时间、剪切水平、放大准则对比与结论提示，可直接另存为 PDF 归档。
计算依据与适用条件
- 功率数 Np、流量数 Nq 典型值：Hall, Rules of Thumb for Chemical Engineers（Elsevier, 2018）搅拌功率数表；各桨型厂商公开技术资料。象耳桨（3 叶 45°）Np 取 2.1：Allegro STR 功率曲线实测 2.11（UP）/ 2.17（DP）（Chem. Eng. Sci., 2023），厂商样本 2.4（Pall 3.2 L SUB，OD60）。
- 层流常数 K_L：Doran, Bioprocess Engineering Principles, 表 8.1。
- 混合时间关联式：Grenville 与 Nienow（2004）；多层修正：Doran, 8.13 节。
- 适用条件：牛顿流体、单相、充分挡板罐、几何相似放大。非牛顿流体、通气、无挡板或带盘管的罐偏差会明显增大。
- 混合时间关联式与实验数据散差约 ±30%。本工具为工程量级估算，不替代实验与正式工程计算。
本计算器输出的全部工程量均经独立校核：解析式结果与高步数数值积分对照、跨页同源公式一致性检查、物理指数自检。
免责声明
本页所有计算结果基于公开文献中的经验关联式，仅用于方案比较、初步选型与技术交流，不构成性能保证，也不替代详细工程设计、厂商功率曲线标定、工艺验证与现场实测。关键设备请以正式工程计算、厂商测试数据与实验验证为准。