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10
m3
发酵
设计
图纸
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10m3发酵罐设计【含三维及XX张CAD图带文献综述+中期检查表+外文翻译】
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- 内容简介：
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题目：10 发酵罐设计3m一、前言1. 课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势发酵罐一般是指在工业上用作微生物发酵的装置，广泛应用于食品，能源，化工，制药等行业，主要起发酵作用，是当今的热门研发项目之一。发酵罐以体积分类可从 1到 100 都有，从功能上看，有沼气发酵罐 1，啤酒发酵罐 2,酶发酵罐 3等，发酵3m3罐的研究发展有益于以上提到的多个领域的发展，对减少工业上能源消耗，减少污染，提高生产效率等都有帮助。发酵罐的研发已然成为工业行业中不可忽视的生物技术研究项目之一。作为发酵罐中的主要作用装置，搅拌装置可使多种不同物质互相分散融合，使之均匀混合。化学工业中的很多反应都要以物质的充分混合为前提，即使是加热、冷却或萃取等物理变化，通过搅拌的方法，往往能得到更好的结果。由于搅拌设备操作条件的可控范围很广，所以其应用范围非常广泛。搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌 4。气流搅拌中，气体鼓泡通过液体层产生搅拌作用。也可利用气泡集体上升产生气升作用促进液体对流循环由于气流搅拌的搅拌作用较机械搅拌弱，不能适用于高黏度流体，但气流搅拌没有运动部件，在处理腐蚀性液体或高温高压条件下的液体搅拌很有优势。在实际的工业生产中，还是以机械搅拌为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成，具体如下:搅拌设备的研究，功率问题和搅拌设备的流体动力学研究有着重大意义，正确的功率研究 5计算，可避免造成大量浪费和发动机的错误选型，导致负荷率低的不合理现象。但由于使用介质不同，物理化学性能差异等因素的影响，使研究困难。流体力学的研究则已投入了大量的研究，搅拌釜内流场的问题是研究热点，通过建立三维模型 6模拟流场研究是主要研究方法。在液体中进行搅拌会产生湍动，湍动与搅拌器使液体旋转产生旋涡现象 7,使液体被剧烈搅拌。这对流体力学研究有重大意义。现在国内外发酵罐研究的主要在于改进反应釜设计，搅拌器，传动装置，传热装置设计等 8，在发酵罐的结构设计方面进行创新从而提高工作效率。国内外发酵设备做的比较好的公司是德国贝朗（占中国市场的 80%） 、瑞士比欧、美国 NBS、韩国、日本、华东理工和江苏理工，这虽是多年前的情况但近几年也未发生很大变化，而我国发酵工业的巨大发展不仅在于产量的巨大提升，更在于发酵技术和发酵工艺的巨大进步。当前发酵技术进步表现为：技术经济指标有明显提高、工艺技术有重大改进、装备水平大大改善。为了适应时代的发展，发酵罐的设计也在不断改进。智能与全能化始终是第一要题，而在需求的推动下，发酵罐的巨大化成了技术主流。国外的聚合容积已由之前的增加到 。大型聚合釜的使用可减少操作和检修人员，有利于减少成3m4083106本，实现密闭或开放式发酵容器的转变，增大产量，提高生产效率，从而使处理大量或超大量的物料成为可能。所以低价值产品的巨大化，能以几十或数百吨的产量来取胜是现在许多企业关心的地方。随着发酵罐体积的逐渐巨大化，发酵罐也向矮胖型聚合釜发展，采用底部搅拌方式的发酵罐越来越多，其中，三叶后掠式搅拌器是目前最好的选择之一，拥有排出量大，聚合釜内液相循环充分等的特点。而另一方面，高价值转基因产品的小型化也成为热门话题，能把基因工程技术与发酵技术完美结合是一大难题。可适应多相物料的反应也是发酵罐未来的发展趋势之一，现在的工业反应大多不是单纯的单相反应，为了适应多相反应系统的需要，目前在工业上主要采用机械搅拌型，输液泵型和气升式发酵罐，但都还存在维修不方便、实现放大化难度大、适用范围小等的缺点，所以都还有很大改进的空间。2. 课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题本课题的研究目标是进行 10 的发酵罐设计，以探讨中小型发酵罐的研究设计问3m题为主。研究内容：1.了解学习发酵罐的作用，结构组成，在行业内的发展2运用所学知识进行发酵罐的结构论述和尺寸设计3根据所学相关知识进行工艺计算4学习相关设计规范，并依照其进行强度计算和机械设计5绘制 CAD 图，进行三维分析6掌握发酵罐设计的整个内容关键问题：1需要熟悉国家标准，并严格按照国标 9进行设计2校核过程尤为重要，当不符合强度要求时需要即时拟定修改方法 3发酵罐内流场问题的分析 二、设计方案的确定1方案的原理、特点与选择依据参考过往课程设计的经验进行工艺，结构，强度等计算，并根据课题要求，考虑发酵罐的容积，工作温度，工作压力，所处环境，发酵罐的传热面积，搅拌功率，转速和装配方式等进行设计。在选择材料时，要严格按照国标 10要求，以经济，合理，安全等理念进行选材。图 2 搅拌设备结构1搅拌器；2罐体；3夹套；4搅拌轴；5压出管；6支座；7人孔；8轴封；9 传动装置发酵罐的基本工作原理：利用机械搅拌的方式进行搅拌物料，从而产生轴向和径向的流动，使发酵罐内物料良好混合，液体中的固态物质保持悬浮状态，使固体和营养物质充分接触，便于营养吸收；另一方面，打碎气泡，增加气液两相接触面积，提高气液间的传质速率，加强氧的传递效果及消除泡沫。同时通入无菌空气维持菌体氧气需要，满足好氧菌的生长发酵。2设计步骤2.1 物 料 衡 算对 发 酵 罐 进 行 工 艺 计 算 ， 从 而 确 定 其 主 要 结 构 参 数 。2.2 确 定 结 构 形 式 及 尺 寸根 据 工 艺 的 要 求 ， 按 照 物 料 的 体 积 、 质 量 、 特 性 、 传 热 的 方 式 、 安 装 和 维 修 的要 求 ， 确 定 发 酵 罐 的 结 构 形 式 和 外 形 尺 寸 11， 如 选 择 何 种 封 头 ， 简 体 的 大 小 、 轴封 形 式 选 择 等 12。2.3 选 择 材 料根 据 发 酵 罐 所 处 的 工 作 情 况 、 所 处 压 力 、 温 度 、 化 学 腐 蚀 等 条 件 ， 严 格 按 照 压 力 容 器 的 规 定 ， 从 材 料 的 供 应 状 况 和 经 济 性 的 原 则 出 发 选 材 13。2.4 结构设计和强 度 计 算根 据 零 部 件 的 结 构 、 受 力 情 况 及 材 料 的 机 械 性 能 和 抗 腐 蚀 能 力 14， 进 行 强 度 计算 ， 确 定 其 结 构 尺 寸 。计 算 内 容 包 括 ：2.4.1 罐 体 的 长 度 、 容 积2.4.2 筒 体 内 径 与 筒 体 长 度2.4.3 筒 体 封 头 壁 厚 的 计 算2.4.4 水 压 试 验 校 核 152.4.5 开 孔 补 强 计 算2.4.6 接 管 选 择2.4.7 搅 拌 装 置 设 计2.4.8 支 座 设 计其中开孔补强的原因是如果在容器上设计开孔，其开孔部位的强度会下降，而且会破坏容器的连续稳定性，使开孔和接管部位变形，需要增加壳体的厚度。2.5 零 件 的 选 用发 酵 罐 搅 拌 釜 所 使 用 的 搅 拌 、 传 动 、 密 封 、 传 热 等 装 置 及 其 他 零 部 件 大 多 已 系 列化 、 标 准 化 。 因 此 根 据 所 给 工 况 条 件 ， 严 格 按 照 国 家 标 准 选 用 搅 拌 釜 所 使 用 的 零 部件 。2.6 施 工 图 设 计2.6.1 根 据 计 算 结 果 ， 绘 制 施 工 图 ， 确 定 制 造 要 求 ， 给 出 各 零 件 的 重 量 及 设 备 总重 量 、 材 料 的 类 型 、 规 格 、 使 用 量 及 标 准 件 等 。2.6.2 所需施工图纸包 括 ： CAD 设 备 总 图 、 装 配 图 、 零 部 件 图 以 及 三 维 图 。2.6.3 根据课题提供的实际工作情况，提 出 制 造 、 装 配 、 检 验 、 维 护 、 修 理 等 技 术要 求 。三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值阶段性计划：学期 周 次 工 作 内 容 检 查 方 式2017-2018-1 17-19课题介绍、熟悉课题、查阅文献、翻译外文资料、学习标准规范、撰写文献综述至少收集十五篇相关资料，翻译一篇英文资料（要求为近五年发表） ，完成文献综述。网上提交正稿1-2 确定设计方案, 确定结构尺寸，搅拌功率计算 网上提交搅拌功率计算结果3-5 方案论证，设备强度计算 完成计算书，网上提交计算书2017-2018-26-11 画 CAD 装配图，零部件图及三维图网上提交电子版12-14 编写设计说明书，准备答辩 设计说明书 1 份，网上提交说明书15毕业答辩提交答辩材料，包括：撰写规范的毕业设计说明书电子版、纸质版16 对答辩发现的问题进行整改 网上提交全套完善的资料设计目标：根据要求，通过计算获得 10 发酵罐的结构参数并通过强度校核，从而设3m计出符合要求的发酵罐。并通过这次设计掌握发酵罐设计的整个过程，锻炼我们的设计能力，为以后适应工作打下基础。应用价值：本课题为 10 发酵罐设计，属于中小型发酵罐的设计范围。目前发酵罐已3经应用于多个领域，而进行实验室发酵罐的设计研究可以为工业发酵罐的发展打下理论基础，包括发酵罐放大技术的研究，搅拌装置结构设计的优化，理论上研究发酵罐多相流体运动的分析等，具有很高的研究价值和很好的发展前景。四、参考文献1 河吉先沼气发酵罐的设计J化工装备技术, 2014，35（5） 2 何吕奇姝啤酒发酵罐结构与设计分析综述D四川成都: 四川大学轻纺与食品学院，2014.3 王涛30 立方米植酸酶发酵罐设计J.四川成都；四川龙蟒福生科技责任有限公司，2014.4 王凯, 虞军等化工设备设计全书-搅拌设备M北京：化学工业出版社，2003.085 丁健华，马腾, 陈涛，等搅拌釜内流场三维数值模拟及功率预测J化工装备技术, 2015，36（1） 6 樊梨明，李庆生，卢建新发酵罐内流场的数值模拟及桨叶优化J轻工机械, 2016，34（3）：1005-2895.7 D. P. Karadimou, P. A. Papadopoulos, N. C. Markatos. Mathematical modelling and numerical simulation of two-phase gas-liquid flows in stirred-tank reactors,2017,Journal of King Saud University Science.8魏洪普通用发酵罐设计与强度分析J河北：河北科技大学，201459 中国天辰工程有限公司HG/T 20569-2013 机械搅拌设备S 中国计划出版社，2014.0610 国家质检总局 GB/T150-2011 压力容器S北京: 中国标准出版社，20120211 国家能源局NB/T47020-47027-2012 压力容器法兰、垫片、紧固件S北京:新华出版社，20130212 国家工业和信息
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