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10
m3
发酵
设计
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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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充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸10 发酵罐设计3m摘 要:本文主要介绍了 发酵罐的主要设计步骤。在工艺计算中，大致计算了发酵310罐筒体的筒径，高度。选定了封头形状，确定了夹套高度和搅拌桨叶的分布。对搅拌功率进行了试算，选定了电机功率。参照相关的标准和参考资料对 发酵罐受内外3m10压情况下的筒体壁厚，封头壁厚，受内压的夹套壁厚进行设计计算。对支座，凸缘，安装底盖，法兰，人孔等进行了选型。参考 机械搅拌设备对搅20569/THG拌桨进行了设计和强度校核。同时，按扭转变形，根据临界转速，强度计算，和轴封处允许的径向位移四种方法对轴径进行计算和强度校核。参照国标规则，运用等面积补强的方法对接管开孔进行了开孔补强，最后对搅拌设备的制造，检验安装进行了简要说明设计结果：设计出了工作容积为 10m3 的发酵罐，筒体材料为 ，内筒壁厚3048S为 ，内径为 ，夹套厚度为 。筒体高度 ，采用机械密封及三4m180m1m6m9层搅拌桨形式搅拌。机架采用机械密封和单点支架的配合，支座采用支撑式支座支座。搅拌轴轴径为 。3关键词：发酵罐；搅拌桨；搅拌轴；强度校核；开孔补强充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸The design of 10 cubic meters fermentation tank Abstract:Fermentation technology has become an indispensable technology in food, chemical and pharmaceutical industries.Besides,the Fermentation tank takes a large place in Fermentation process. The main steps in the design of a 10 cubic meter fermenter are detailed introduced in this paper,and I choose the design and strength check of the agitator shaft as my main research direction.In my opinions,my research will have a certain significance in practical engineering design.In the process calculation, the diameter and height of the cylinder of the fermentor were roughly calculated.In this part,i has also sclected the shape of the head and have confirmed the height of the jack,the position of the impeller. the stirring power was calculated and the motor power was selected.With reference to the relevant standards and reference materials, the wall thickness of the cylinder, the wall thickness of the head, and the wall thickness of the jacket subjected to internal pressure are designed and calculated for the fermenter under the conditions of internal and external pressure.Also,I designed and checked the strength of the mixing paddle.The type of bearing, flange, bottom cover, flange and manhole are selected.At the same time, according to the four ways,including torsional deformation, the critical speed, strength calculation, and the radial displacement allowed at the shaft seal, I calculate the shaft diameter and check the strength.With reference to the national standard rules, the opening of the nozzle was reinforced by the method of equal area reinforcement.In the end, I did a simple introduction about the manufacture, inspection and installation of the mixing equipment.Design result: I have designed a fermentation tank with a working volume of 10 .The 3mcylinder body material is S30408. The inner wall thickness is 14mm.The inner diameter is 1800mm and the height of the cylinder body is 3900mm.The equipment is mechanically sealed and stirred in the form of a three-layer mixing paddle.The rack is equipped with a mechanical seal and a single point bracket, and the support is supported by a support bracket and the stir shaft diameter is 130mm.Key words: Fermentation tank;impeller;Agitator shaft;Strength Check;Reinforcement充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸目 录中文 摘要 .英文 摘要 .目录 .1 前言 .11.1 设计任务 .11.2 发展趋势 .11.3 结构和材料选择 .12 工艺计算 .22.1 确定筒体内径 .22.2 确定上下封头几何参数 .22.3 重新确定筒体高度 .22.4 轴封损耗功率计算 .32.5 单个搅拌桨功率计算 .32.6 三层搅拌桨功率计算 .42.7 接管计算 .52.8 搅拌罐工艺参数 .53 结构强度计算 .63.1 受内压的筒体壁厚计算 .63.2 受外压的筒体壁厚计算 .63.3 封头内压计算 .103.4 封头外压计算 .113.5 带夹套筒体的壁厚计算 .12充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸3.6 带夹套封头的壁厚计算 .123.7 支座选择 .133.8 法兰的选择 .163.9 安装底盖的选用 .173.10 机架的选择 .183.10 人孔选择 .193.11 密封形式 .204 搅拌轴设计 .214.1 按扭转变形计算搅拌轴直径 .214.2 根据临界转速校核搅拌轴轴径 .214.2.1 搅拌轴有效质量计算 .214.2.2 圆盘有效质量计算 .224.2.3 单跨轴一阶临界转速的计算 .234.3 按强度计算搅拌轴的轴径 .254.4 应按轴封处允许径向位移验算轴径 .285 搅拌桨计算 .295.1 确定搅拌桨设计功率 .295.2 每层搅拌桨的设计功率 .295.3 搅拌桨桨叶材料的许用应力 .305.4 圆盘涡轮式搅拌桨计算 .306 接管开孔补强 .317 制造、检验、安装、使用、维修 .387.1 轴的加工要求 .387.2 搅拌器加工要求 .387.3 搅拌设备壳体的制造要求及检验 .38充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸7.4 搅拌轴的试运转 .388 结束语 .39参 考 文 献 .40致 谢 .41充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 1 页 共 41 页1 前言1.1 设计任务发酵罐设计，釜内的工作介质为发酵液，操作容积为 ，搅拌转速为30m 310m，工作温度 133，工作压力 0.2MPa；夹套内的工作介质为饱和水蒸气,工in/16r作压力 0.3MPa；盘管内的工作介质为饱和水蒸气、冷却水，工作压力 0.6MPa,工作温度 165/25。1.2 发展趋势现在国内外发酵罐主要的研究方向在于改进反应釜设计，搅拌器，传动装置，传热装置设计等，在发酵罐的结构设计方面进行创新从而提高工作效率。在理论方面，许多国家就搅拌釜内的流场 1问题进行研究。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%）、美国 NBS、韩国、日本、瑞士比欧、江苏理工和华东理工。我国发酵工业的发展不仅在于产量的提升，更在于发酵技术和发酵工艺的巨大进步。当前取得的成果：经济技术指标的明显提高、工艺技术的重大改进、装备水平的改善。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。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投入操作和检修人员。实现密3m4083106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。1.3 结构和材料选择经过设计，确定发酵罐筒径 ，筒高 。封头为标准椭圆形封头。夹m180390套高度定为 ，夹套直径 ，材料选择 ，机架选取 单支点m2509BQ2590LDJ机架，轴端密封选取单端面机械密封。接管由于所设计的设备是间歇性操作，不考虑流量，按经验法选取。接管材料选择 。支座选择支撑式支座，B 系列 B4 型。减4S速器经计算，选取额定功率为 的减速器，搅拌轴直径定为 ，长度 ，kw37m13546充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 2 页 共 41 页材料为 不锈钢，内容器与封头材料选取 不锈钢。3048S 3048S2 工艺计算2.1 确定筒体内径设计要求给定的操作体积 取装料系数3m10操V85.0实际体积：3m7.1./操实 V（2.1） 取高径比：（2.2）3/DH内径：（2.3）m1706)3/(.14)/(433 vD取圆整数据为 。m180高度：（2.4）m540318DH2.2 确定上下封头几何参数选取 的标准椭圆封头，查表 2m180DN387.0V图 1 标准椭圆形封头充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 3 页 共 41 页190m=+D=直 径夹 套 直 径2.3 重新确定筒体高度 （2.5）m3904/8.12707.4/-2 VH下上实此时 ,在规定范围内。16.80/39/D装料系数：864.027.8.0934.1)4/ 22 下上实操 （ VHV（2.6） 2.4 轴封损耗功率计算选取单端面机械密封,轴封处消耗功率 32.10dPm其中： 搅拌轴直径 试取od30kw4.32.1（2.7） 2.5 单个搅拌桨功率计算 2功率准数：2.1)/35.0(6.0sin)Re231(Re Dbpp HBAN（2.8）其中： 为方程式参数，可由 和 计算。BA、 Db/d/雷诺数 ：Re查找相关文献 4得一般发酵液的密度 ， 黏度 ，选取六3kg/m950sPa1023叶直叶涡轮， ， 浆直径 ，浆宽 ，挡板数 ， 搅拌轴的o907b144N转速 ， 挡板宽度取 。167.2min/16sr 26充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 4 页 共 41 页存在挡板时 符合全挡板条件。35.04)18/236()/( 2.2.1 bbKnDW10749.2048.)1/4(.0).8()/(5./.Re2 Dbd（2.9）该流动属于层流流动。71.3085)6.0187(6)04(1.2DdbA（2.10）39.101 )80/7(14.)5.018/4(3.)/(14.)5.0/(43.22 DdbB（2.11）380.1)5.1807(.241.5.)(. 24）（ bp（2.12）当 则 的算式中包含四次方的项可忽略。3.0/dbp24.3118039)74.2310(9.7.0(sin()Re.Re 80/1435.60. 2.1)/35.06.0 ）（）（ Dbpp HBAN（2.13）kwdNPp 813.9706.295.3535 充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 5 页 共 41 页（2.14）2.6 三层搅拌桨功率计算液面高度计算：mHHVD3281 827.0.8.14402 下上（2.15）最下一层离罐底 ，上面二层均 以安装D25.06.0/DL当 1,6./3.0iih当 48.0/.9/8.4,3.0/125. 2）（）（ hhiiii表 1 搅拌桨位置设定表i 1 2 3 4 5 6hi 0.25D 0.33D 0.33D 0.33D 0.33D 0.49Di 0.945 1 1 1 1 163.924.)95.0(5.0.1 PipN（2.16）kwdp 17.67.23.95353（2.17）搅拌功率：321P（2.18）任务书XXX 学院 XXX 专业 XXX 班 XXX 同学：现给你下达毕业设计（论文）任务如下，要求你在预定时间内，完成此项任务。一、毕业设计（论文）题目10m3 发酵罐设计二、毕业设计（论文）依据及参数用于微生物反应过程的发酵罐，在生物、制药及食品等方面都有着广泛的应用。对于加热、冷却和气体吸收等物理变化过程，往往要采用搅拌操作才能得到理想的效果，搅拌型式的选择对气液分散和整体混合效果有较大的影响。设计参数:釜内：工作介质为发酵液等，操作容积 10 m3，搅拌转速 160r/min，工作温度 133，工作压力0.2MPa；夹套：工作介质为饱和水蒸气,工作压力 0.3MPa；盘管：工作介质为冷却水，工作压力 0.6MPa,工作温度 2540。三、毕业设计（论文）目标及内容1. 设备的结构论述及尺寸设计；2. 完成与课题密切相关的外文资料翻译；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. 绘制施工图；6. 完成完整的毕业设计说明书（含中英文摘要）7. 对本设计进行评述，最终掌握发酵罐设计的整个过程四、课题所涉及主要参考资料1 国家质检总局.GB/T150-2011 压力容器S. 北京: 中国标准出版社， 2012.022 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，2014.063 国家质检总局.TSG 21-2016 固定式压力容器安全技术监察规程S.北京:新华出版社，2016.064 国家医药管理局上海医药设计院 .化工工艺设计手册（上、下册，第二版）M. 北京：化学工业出版社，1994.125 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，2013.026 国家工业和信息化部.HG/T20592-2009 钢制管法兰、垫片、紧固件S.北京:中国计划出版社，2009.057 国家工业和信息化部.HG/T2058020580-2011 钢制化工容器设计基础规定S.北京:中国计划出版社，2011.078 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， 2003.08五、进度安排学期 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6-11 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2017-2018-216 对答辩发现的问题进行整改 网上提交全套完善的资料六、毕业设计（论文）时间 2017 年 12 月 25 日 2018 年 6 月 18 日七、本毕业设计（论文）必须完成的内容1调查研究、查阅文献和搜集资料。2阅读和翻译与课题内容有关的外文资料（外文翻译不能少于 2 万印刷字符，约合 5000 汉字）。3撰写文献综述，确定设计方案。4工艺计算；结构和强度设计计算；材料的选择等。5撰写毕业设计说明书。6绘制图纸（总装配图、部件图、零件图） 。八、备注本任务书一式三份，学院、教师、学生各执一份。XXXXXXXXXX 系（教研室） 指导教师 系（教研室）主任 主管院长 10 发酵罐设计3m摘 要:本文主要介绍了 发酵罐的主要设计步骤。在工艺计算中，大致计算了发酵310罐筒体的筒径，高度。选定了封头形状，确定了夹套高度和搅拌桨叶的分布。对搅拌功率进行了试算，选定了电机功率。参照相关的标准和参考资料对 发酵罐受内外3m10压情况下的筒体壁厚，封头壁厚，受内压的夹套壁厚进行设计计算。对支座，凸缘，安装底盖，法兰，人孔等进行了选型。参考 机械搅拌设备对搅20569/THG拌桨进行了设计和强度校核。同时，按扭转变形，根据临界转速，强度计算，和轴封处允许的径向位移四种方法对轴径进行计算和强度校核。参照国标规则，运用等面积补强的方法对接管开孔进行了开孔补强，最后对搅拌设备的制造，检验安装进行了简要说明设计结果：设计出了工作容积为 10m3 的发酵罐，筒体材料为 ，内筒壁厚3048S为 ，内径为 ，夹套厚度为 。筒体高度 ，采用机械密封及三4m180m1m6m9层搅拌桨形式搅拌。机架采用机械密封和单点支架的配合，支座采用支撑式支座支座。搅拌轴轴径为 。3关键词：发酵罐；搅拌桨；搅拌轴；强度校核；开孔补强The design of 10 cubic meters fermentation tank Abstract:Fermentation technology has become an indispensable technology in food, chemical and pharmaceutical industries.Besides,the Fermentation tank takes a large place in Fermentation process. The main steps in the design of a 10 cubic meter fermenter are detailed introduced in this paper,and I choose the design and strength check of the agitator shaft as my main research direction.In my opinions,my research will have a certain significance in practical engineering design.In the process calculation, the diameter and height of the cylinder of the fermentor were roughly calculated.In this part,i has also sclected the shape of the head and have confirmed the height of the jack,the position of the impeller. the stirring power was calculated and the motor power was selected.With reference to the relevant standards and reference materials, the wall thickness of the cylinder, the wall thickness of the head, and the wall thickness of the jacket subjected to internal pressure are designed and calculated for the fermenter under the conditions of internal and external pressure.Also,I designed and checked the strength of the mixing paddle.The type of bearing, flange, bottom cover, flange and manhole are selected.At the same time, according to the four ways,including torsional deformation, the critical speed, strength calculation, and the radial displacement allowed at the shaft seal, I calculate the shaft diameter and check the strength.With reference to the national standard rules, the opening of the nozzle was reinforced by the method of equal area reinforcement.In the end, I did a simple introduction about the manufacture, inspection and installation of the mixing equipment.Design result: I have designed a fermentation tank with a working volume of 10 .The 3mcylinder body material is S30408. The inner wall thickness is 14mm.The inner diameter is 1800mm and the height of the cylinder body is 3900mm.The equipment is mechanically sealed and stirred in the form of a three-layer mixing paddle.The rack is equipped with a mechanical seal and a single point bracket, and the support is supported by a support bracket and the stir shaft diameter is 130mm.Key words: Fermentation tank;impeller;Agitator shaft;Strength Check;Reinforcement目 录中文 摘要 .英文 摘要 .目录 .1 前言 .11.1 设计任务 .11.2 发展趋势 .11.3 结构和材料选择 .12 工艺计算 .22.1 确定筒体内径 .22.2 确定上下封头几何参数 .22.3 重新确定筒体高度 .22.4 轴封损耗功率计算 .32.5 单个搅拌桨功率计算 .32.6 三层搅拌桨功率计算 .42.7 接管计算 .52.8 搅拌罐工艺参数 .53 结构强度计算 .63.1 受内压的筒体壁厚计算 .63.2 受外压的筒体壁厚计算 .63.3 封头内压计算 .103.4 封头外压计算 .113.5 带夹套筒体的壁厚计算 .123.6 带夹套封头的壁厚计算 .123.7 支座选择 .133.8 法兰的选择 .163.9 安装底盖的选用 .173.10 机架的选择 .183.10 人孔选择 .193.11 密封形式 .204 搅拌轴设计 .214.1 按扭转变形计算搅拌轴直径 .214.2 根据临界转速校核搅拌轴轴径 .214.2.1 搅拌轴有效质量计算 .214.2.2 圆盘有效质量计算 .224.2.3 单跨轴一阶临界转速的计算 .234.3 按强度计算搅拌轴的轴径 .254.4 应按轴封处允许径向位移验算轴径 .285 搅拌桨计算 .295.1 确定搅拌桨设计功率 .295.2 每层搅拌桨的设计功率 .295.3 搅拌桨桨叶材料的许用应力 .305.4 圆盘涡轮式搅拌桨计算 .306 接管开孔补强 .317 制造、检验、安装、使用、维修 .387.1 轴的加工要求 .387.2 搅拌器加工要求 .387.3 搅拌设备壳体的制造要求及检验 .387.4 搅拌轴的试运转 .388 结束语 .39参 考 文 献 .40致 谢 .41第 1 页 共 41 页1 前言1.1 设计任务发酵罐设计，釜内的工作介质为发酵液，操作容积为 ，搅拌转速为30m 310m，工作温度 133，工作压力 0.2MPa；夹套内的工作介质为饱和水蒸气,工in/16r作压力 0.3MPa；盘管内的工作介质为饱和水蒸气、冷却水，工作压力 0.6MPa,工作温度 165/25。1.2 发展趋势现在国内外发酵罐主要的研究方向在于改进反应釜设计，搅拌器，传动装置，传热装置设计等，在发酵罐的结构设计方面进行创新从而提高工作效率。在理论方面，许多国家就搅拌釜内的流场 1问题进行研究。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%）、美国 NBS、韩国、日本、瑞士比欧、江苏理工和华东理工。我国发酵工业的发展不仅在于产量的提升，更在于发酵技术和发酵工艺的巨大进步。当前取得的成果：经济技术指标的明显提高、工艺技术的重大改进、装备水平的改善。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。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投入操作和检修人员。实现密3m4083106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。1.3 结构和材料选择经过设计，确定发酵罐筒径 ，筒高 。封头为标准椭圆形封头。夹m180390套高度定为 ，夹套直径 ，材料选择 ，机架选取 单支点m2509BQ2590LDJ机架，轴端密封选取单端面机械密封。接管由于所设计的设备是间歇性操作，不考虑流量，按经验法选取。接管材料选择 。支座选择支撑式支座，B 系列 B4 型。减4S速器经计算，选取额定功率为 的减速器，搅拌轴直径定为 ，长度 ，kw37m13546第 2 页 共 41 页材料为 不锈钢，内容器与封头材料选取 不锈钢。3048S 3048S2 工艺计算2.1 确定筒体内径设计要求给定的操作体积 取装料系数3m10操V85.0实际体积：3m7.1./操实 V（2.1） 取高径比：（2.2）3/DH内径：（2.3）m1706)3/(.14)/(433 vD取圆整数据为 。m180高度：（2.4）m540318DH2.2 确定上下封头几何参数选取 的标准椭圆封头，查表 2m180DN387.0V图 1 标准椭圆形封头第 3 页 共 41 页190m=+D=直 径夹 套 直 径2.3 重新确定筒体高度 （2.5）m3904/8.12707.4/-2 VH下上实此时 ,在规定范围内。16.80/39/D装料系数：864.027.8.0934.1)4/ 22 下上实操 （ VHV（2.6） 2.4 轴封损耗功率计算选取单端面机械密封,轴封处消耗功率 32.10dPm其中： 搅拌轴直径 试取od30kw4.32.1（2.7） 2.5 单个搅拌桨功率计算 2功率准数：2.1)/35.0(6.0sin)Re231(Re Dbpp HBAN（2.8）其中： 为方程式参数，可由 和 计算。BA、 Db/d/雷诺数 ：Re查找相关文献 4得一般发酵液的密度 ， 黏度 ，选取六3kg/m950sPa1023叶直叶涡轮， ， 浆直径 ，浆宽 ，挡板数 ， 搅拌轴的o907b144N转速 ， 挡板宽度取 。167.2min/16sr 26第 4 页 共 41 页存在挡板时 符合全挡板条件。35.04)18/236()/( 2.2.1 bbKnDW10749.2048.)1/4(.0).8()/(5./.Re2 Dbd（2.9）该流动属于层流流动。71.3085)6.0187(6)04(1.2DdbA（2.10）39.101 )80/7(14.)5.018/4(3.)/(14.)5.0/(43.22 DdbB（2.11）380.1)5.1807(.241.5.)(. 24）（ bp（2.12）当 则 的算式中包含四次方的项可忽略。3.0/dbp24.3118039)74.2310(9.7.0(sin()Re.Re 80/1435.60. 2.1)/35.06.0 ）（）（ Dbpp HBAN（2.13）kwdNPp 813.9706.295.3535 第 5 页 共 41 页（2.14）2.6 三层搅拌桨功率计算液面高度计算：mHHVD3281 827.0.8.14402 下上（2.15）最下一层离罐底 ，上面二层均 以安装D25.06.0/DL当 1,6./3.0iih当 48.0/.9/8.4,3.0/125. 2）（）（ hhiiii表 1 搅拌桨位置设定表i 1 2 3 4 5 6hi 0.25D 0.33D 0.33D 0.33D 0.33D 0.49Di 0.945 1 1 1 1 163.924.)95.0(5.0.1 PipN（2.16）kwdp 17.67.23.95353（2.17）搅拌功率：321P（2.18）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
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