毕业设计（论文）-60m3发酵罐的设计.doc

密级： 科学技术学院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（2012 2016 年）题 目 60m3发酵罐的设计 学 科 部： 理工学科部 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 过程装备与控制工程121班 学 号： 7012412007 学生姓名： 指导教师： 起讫日期： 2015年10月 - 2016年5月 科学技术学院毕业设计任务书题 目： 60m3发酵罐的设计 学 科 部： 理工学科部 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 过程装备与控制工程121班 学 号： 学生姓名： 起讫日期： 2015年10月 - 2016年5月 学科部主任： 审核日期： 二一五年十月 说 明1. 毕业设计任务书由指导教师填写，并经系或专业学科组审定，下达到学生。2. 进度表由学生填写，每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业设计工作检查的主要依据。3. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，1个月内提交给指导教师批阅。4. 本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。一、毕业设计的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求）1、题目：60m3发酵罐的设计2、原始数据及技术要求 二、毕业设计图纸内容、张数及要求 1、绘图不少于折合成图幅为A0号图纸3张 2、图纸有设计条件图、零件图、部件图、管口方位图、装配图等 3、反应釜装配图使用图幅为A0号图纸1张，要求如下：（） 视图表达完整、图面安排合理、总体布局美观。（） 标注尺寸正确、焊缝表达清晰、支座满足标准。（） 零部件号和管口符号准确、设计数据表和技术要求正确。（） 标题栏符合标准，使用正确的标准及代号。 4、零件图、部件图、管口方位图使用图幅为A1号或A2号图纸 5、必须含有反应釜搅拌轴的零件图。三、毕业设计计算书、实物内容及要求 设计方案简介，对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要论述。 根据确定参数（原始数据）进行设备结构的设计和工艺尺寸的设计计算。 主要受压元件强度计算；计算反应釜各部件尤其受压部件（如壳体、夹套等）的应力大小，检查其强度是否在允许范围内。在考虑强度时，应该尽量采用中国生产的标准材料和部件，按照国家压力容器安全技术规定进行计算或核算。 计算机绘图及说明书的编写；利用 Auto CAD 软件绘制出设备的装配图及对应的零件图，并编写说明书。四、毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备 注1搜索文献资料，完成外文翻译第 1-2 周2完成开题报告第 3-4 周3查询各方面资料，熟悉课题，对课题形成直观的了解，实地考察搜集资料第 5-6 周4整理资料，对设计中可能用到的软件进行熟悉，查找相关专业资料第 7-8 周5初步设定设计方案，通过反复比较验证从中并选择最优方案第 9-10 周6初步进行设计，结合专业资料，反复论证设计的合理性，依据设计步骤绘制简图等第 11-12 周7论文初稿提交指导老师审阅，论文正式稿提交第 13-14 周8答辩前的准备，毕业答辩第 15-16 周9答辩后的修改、更正，材料整理、汇集，刻录光盘等第 17-18 周五、主要参考资料1 濮良贵，纪名刚机械设计M 北京：高等教育出版社，20062 冯连芳,王嘉骏反应釜M北京：化学工业出版社，20103 郑津洋，董其伍，桑芝富过程设备设计M 北京：化学工业出版社，20114 林大钧，于传浩，杨静化工制图M 北京：高等教育出版社 20085 中华人民共和国国家标准压力容器GB 150-2011S 北京：中国标准出版社，20126 中华人民共和国行业标准压力容器用封头GB/T25198-2010S北京：中国标准出版社，2011.7 中华人民共和国行业标准容器支座JB/T4712-2007S 北京：中国标准出版社，20078 中华人民共和国行业标准钢制管法兰、垫片、紧固件HG/T20592-20635-2009S 北京：中国标准出版社，20099 中华人民共和国行业标准压力容器法兰NB/T4702047027-2012S 北京：中国标准出版社，2012六、毕业设计进度表（本表每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）第一、二周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第三、四周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第五、六周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第七、八周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第九、十周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第十一、十二周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第十三、十四周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第十五、十六周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日第十七、十八周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：年 月 日七、其他（学生提交）1开题报告1份 2外文资料译文1份（1200字以上，并附资料原文） 3毕业设计说明书1份（4000字以上） 4毕业设计计算书及图纸1份。 指 导 教 师： 系 负 责 人： 学生开始执行任务书日期： 学 生 姓 名： 送交毕业设计日期： 科学技术学院毕业设计（论文）开题报告题 目： 60m3发酵罐的设计 学 科 部： 理工学科部 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 过程装备与控制工程121班 学 号： 7012412007 姓 名： 郝鸿飞 指导教师： 张玲艳 填表日期： 2015 年 12 月 26 日一、 选题的依据及意义：人类进入21世纪后，将会遇到从利用有限的矿物资源时代向利用无限的生物资源时代过度而产生的一系列新问题，由于微生物细胞不仅是一个比面值（specificsurface）大、生化转化能力强、能进行快速自我复制的生命系统，而且它们还具有物种、遗传、代谢和生态类型的多样性，使得它们能够在解决人类面临的各种危机中发挥其不可替代的独特作用。微生物技术作为21世纪重要的生物技术之一，不仅在人类解决危机中体现出重要的使用价值，还给人类带来了巨大的经济利益。微生物发酵技术是21世纪生物技术的基础和重要组成部分，也是生物技术产业化的重要环节。随着上世纪青霉素等药物的发明，发酵技术开始在工业生产中大规模应用，随后扩展到化工、制药、食品、日化、能源、高分子等工业领域，已经成为当今工业生产中最为核心的生物技术之一。发酵罐是一种反应压力容器，是发酵过程中最关键的设备，其主体一般是用不锈钢板制成的圆筒，其容积一般在1m至数百m。在设计和加工过程中要特别注意结构严密与合理性，能耐受蒸汽灭菌、有一定的操作弹性、内部附件应尽量减少（避免死角）、物料和能量传递性要强，除此之外，可以进行一定量的调节以便于清洗，减少罐内发酵液的污染，适用于多种产品的生产而且减少能量消耗。因此，提高对发酵罐系统设计的认识，对我国的发酵装备向高效化、大型化和节能化方向推进具有重要意义。发酵设备是为菌种在合适的温度，适宜的通气条件下，在液体培养基中能大量繁殖并且分泌抗生素的生化反应设备，也是设备工厂中最重要最基本的设备。发酵的目的就是让微生物大量的分泌抗生素。大规模的工业化发酵过程，以通气纯种培养为主。目前通过纯种培养的发酵罐有自吸式发酵罐、标准式发酵罐、气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。自吸式发酵罐系通过发酵罐内叶轮的高速转动,形成真空将空气吸入罐内,由于叶轮转动产生的真空,其吸入压头和空气流量有一定限制,因而仅适用对通气量要求不高的发酵品种; 塔式发酵罐是将发酵液置于多层多孔塔板的细长罐体内,在罐底部通入无菌空气,通过气体分散进行氧的传递,但其供氧量也受到一定限度; 气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐均是通过无菌空气在罐内中央管或通过旋转的喷射管和罐外喷射泵将发酵液进行一定规律的运,从而达到气液传质。目前气升式发酵罐在培养基较稀薄,供氧量要求不过分高的条件下得到了较为广泛使用。气升式发酵罐与鼓泡塔式发酵罐相似，所不同的是气升式罐含有导流筒，鼓泡塔式罐没有。导流筒内置称内循环式，外置称外循环式。内循环气升式发酵罐是以压缩空气鼓泡与罐内导流装置作用实现气液混合。有关这类罐型的功耗指标，一般是内循环气升式发酵罐功耗为35kw/m3，而机械搅拌罐的功耗为5一lOkw/m3。内循环气升式罐分为三个区域：气体上升区；液体下降区；气液分离区。进入上升区的空气被分散，上升的气泡引起液体向上流动。气泡在分离区逸出液体，液体向上的力被抵消，转而向下流动，由此导致液体循环并促进混合。导流筒的主要功能：1 增强罐内整个液体的混合；2 降低气泡的聚并；3 平均了整个罐内的剪切力；这最后一条被认为是气升式罐产出高于机械搅拌罐的主要理由。 综上所述，为了克服机械搅拌罐存在的缺点及根据设计内容的要求，本课题进行了60m气升式发酵罐的系统设计。二、 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：近些年，伴随着发酵罐生化技术的不断提高和生化产品需求量的持续增加，对发酵罐的高效化、大型化和节能化提出了越来越高的要求。目前国际上抗生素发酵罐的容积主要以80200m为主，而生产柠檬酸、氨基酸较普遍使用150400m的发酵罐，其中美国ADM公司设计的赖氨酸发酵罐的容积为105u.s.gal,折合公称容积约为380m，我国自行设计的柠檬酸发酵罐已经达到450m。发酵是在无菌空气通入(或厌氧)条件下进行的复杂生化过程，也可称为在通气条件下纯种浸没培养过程，因而发酵罐的设计，不仅仅是单体设备的设计，而且涉及培养基灭菌、无菌空气的制备、发酵过程的控制和工艺管道配制的系统工程。对气升式发酵罐而言，开发了多种多样的结构，设计者根据产品的特点相应研究开发出利用空气鼓泡作用的气升式发酵罐。如：微孔环隙式气升双环流式、内外双环流式、高位筛板式、气升折流式等不同结构的发酵罐。国内应用于生产实际中的有微孔环隙和气升折流发酵罐。主要应用在300t维生素C、50t利福霉素、100t山梨醇，200t以上谷氨酸、400t衣康酸、柠檬酸等发酵生产中，都取得了比较显著的效果。技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国发酵罐市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外发酵罐生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。就发酵罐来讲，目前国内多数工厂在原来50m的基础上进行了优化，罐径变为3100mm，罐的筒体稍有变化，容积多变为为57m、60m等。三、 本课题研究内容（1） 题目：60m发酵罐的设计（2） 设计参数（原始数据）：介质：罐内为发酵液，冷却排管为冷却水；工作温度：罐内150,冷却排管150；工作压力：罐内0.2MPa,冷却排管0.4MPa；设计温度：罐内150，冷却排管150；设计压力：罐内0.2MPa,冷却排管0.4MPa。（3） 设计内容：发酵罐是一个反应压力容器,也应按GB150钢制压力容器、GB/T 25198-2010压力容器封头、JB/T4712-2007容器支座等进行制造、试验和验收，发酵罐属于第一类压力容器。发酵罐包括主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管、传热系统、通气系统组成。罐体上设有测温口、进水口、出水口、视镜、人孔、取样口、进空气口、出料口、二次蒸汽出口、移种接口、补料接口、冲视镜管口等。所以此次的设计主要从以下几个方面入手：1 发酵罐的工艺设计计算；包括设计温度、设计压力、以及工作压力、工作温度等2 发酵罐的结构设计与主要受压软件的强度计算；包括发酵罐的结构选型与设计、筒体及封头的强度设计与选型、筒体支承设计与计算、传热系统设计、安全附件的选型设计等；3 使用SW6（过程设备强度计算软件）电算程序对发酵罐的主体另部件（筒体、封头、开孔补强、支承等）结构设计与强度计算的结果进行验算，并出具相应的电算说明书；利用Auto CAD软件绘制出设备的装配图及对应的零件图，并编写说明书。（4） 完成一份1200字词以上的外文翻译。四、 本课题研究方案 查阅相关文献收集各种发酵罐简图确定样机形式和整体结构选择合适的制作材料研究内部细节结构确定全部具体尺寸确定具体内部结构参数用CAD绘制设备图纸用Word文档编写论文五、 研究目标、主要特色及工作进度：1. 研究目标 由于目前发酵罐的系统设计没有受到人们普遍的重视，大多数生物发酵产品的生产人员通常重视发酵工艺和菌种，或者限于资金和发酵厂房现状，对发酵罐的大型化和他的优化缺乏足够重视。用于抗生素、维生素、有机酸等生物技术产品的发酵罐，主要结构形式仍然是以机械涡轮搅拌通风发酵罐为主。这种发酵罐使用的历史较长，资料齐全，设计制造和实际运行都积累了丰富的成功经验，其形式几乎接近标准，因此被称为通用式发酵罐。机械搅拌罐的优点已被广泛接受，但是，由于不同的发酵产品其发酵工艺不近相同，每个菌种都有其最适宜的发酵条件，发酵罐的多样化也是必然的。虽然，在深层培养过程中机械搅拌是加速氧溶解的重要条件之一，但机械搅拌的不利方面也十分明显：1 消耗功率过大；2 剪切作用影响某些微生物的菌丝生长形态；3 生产制造和运行费用较高；4 存在不易解决的传热、混合、反应问题；5 罐容积受到限制。 为了克服机械搅拌罐存在的缺点，使气升式发酵罐的生产水平要高于或等于机械搅拌罐，节省能源，从而降低发酵成本，提高产品的竞争力，让人们对气升式发酵罐的研究开发日益系统化。因此将气升式发酵罐的研究目标定位为：高效、节能、可靠。2. 主要特色本次设计需要综合运用所学的过程设备设计、化工原理、过程装制造与检测、过程装备控制技术及应用等课程知识。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。本次设计采用常规设计方法，参考相关标准，系统性的将气升式发酵罐按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。3. 工作进度1-2周利用中国知网的中外文数据库搜索文献资料，了解国内外发酵罐特别是气升式发酵罐的研究与发展状况，并完成一份外文翻译；3-4周进行文献的初步阅读与消化工作，拟定小论文研究的主要内容并完成毕业设计开题报告；5-6周查询各方面资料，熟悉课题，对课题形成直观的了解，实地考察搜集资料7-8周整理上述查阅的资料，对在设计中可能用到的软件（Word、Excel、PPT、AutoCAD和1SW6-1998等）进行熟悉，查找相关专业资料；9-10周初步设定气升式发酵罐的设计方案，通过反复比较验证并从中选择最优方案；11-12周初步对气升式发酵罐进行设计，结合相关的专业资料，反复论证设计的合理性，依据设计步骤根据设计计算的结果通过AutoCAD绘图软件绘制出设备完整的装备图以及对应的零件图、部件图、管口方位图等；13-14周根据设计计算的结果书写毕业设计说明书初稿，自行检查无误后提交指导老师进行审阅，若有问题再根据指导老师的意见对毕业设计说明书进行修改，直到指导老师满意为止，然后提交毕业设计说明书正式稿；15-16周对自己的毕业设计再次进行熟悉，准备答辩；17-18周 答辩后再对毕业设计图纸、说明书进行修改、更正，整理相关资料进行汇集，最后刻录光盘上交。六、参考文献：1 濮良贵，纪名刚机械设计M 北京：高等教育出版社，20062 冯连芳,王嘉骏反应釜M北京：化学工业出版社，20103 郑津洋，董其伍，桑芝富过程设备设计M 北京：化学工业出版社，20114 林大钧，于传浩，杨静化工制图M 北京：高等教育出版社 20085 中华人民共和国国家标准压力容器GB 150-2011S 北京：中国标准出版社，20126 中华人民共和国行业标准压力容器用封头GB/T25198-2010S北京：中国标准出版社，2011.7 中华人民共和国行业标准容器支座JB/T4712-2007S 北京：中国标准出版社，20078 中华人民共和国行业标准钢制管法兰、垫片、紧固件HG/T20592-20635-2009S 北京：中国标准出版社，20099 中华人民共和国行业标准压力容器法兰NB/T4702047027-2012S 北京：中国标准出版社，201210 陈余浅谈发酵罐的选型设计J化学工程与装备，2011，（10）：86 8911 刘晓光，王志刚，张伟志型生物反应器-内循环气升式发酵罐J节能，1998，（6）：22 2412 孙效东，乔晓明1250m超大型氨基酸发酵罐的开发与利用J发酵科技通讯，2015，44（3）：34 4613 彭守兴大型发酵罐的改进设计J医药工程设计杂志，2002，23（3）：7 1014 张胜利，徐青松，刘恒记柠檬酸发酵罐结构的改进设计J河南化工，1988，（2）：32 3415 于建永浅谈发酵罐结构设计J化工设备设计，1998，35（1）：31 3216 魏洪普通用发酵罐设计与强度分析D河北：河北科技大学，201417 李建生，贾进才，王敏大发酵罐内冷却盘管的制作工艺J 机械与电子，2009，（23）：85518 黄德华大型焦炭塔裙座对接结构优化设计与分析J石油化工设备技术，2014 ,35（1）：8 1019 刘书志，卜欣立，李瑞珍，张华工业气升式生物反应器结构和设计J现代化工，2007，27（2）：484 48620 季维英内压蛇管的设计计算J化工装备技术，25（4）：23 2421 N.K. Gill ，M. Appleton ， F. Baganz ，G.J. LyeDesign and characterisation of a miniature stirred bioreactor system for parallel microbial fermentationsJBiochemical Engineering Journal ，2008 ，(39)：164 17622 Peter M. Kilonzo，Argyrios MargaritisThe effects of non-Newtonian fermentation broth viscosity and small bubble segregation on oxygen mass transfer in gas-lift bioreactors: a critical reviewJBiochemical Engineering Journal ，2004 ，(17) ：27 4023 J.I. Colombo ， J.L. AlmaznSeismic reliability of continuously supported steel wine storage tanks retrofitted with energy dissipation devicesJEngineering Structures ，2015，(98) ：201 21124 Y.O. Fouad，G.F. Malash,，A.A. Zatout,，G.H. SedahmedMass and heat transfer at an array of vertical tubes in a square stirred tank reactorJchemical engineering research and design ，2013，( 91 ) ：234 24325 Dimple K. Kundiyana，Raymond L. Huhnke，Mark R. WilkinsSyngas fermentation in a 100-L pilot scale fermentor:Design and process considerationsJJournal of Bioscience and Bioengineering，2010 ，(5)：492 498南昌大学 科学技术学院学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名：郝鸿飞 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ，在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名：郝鸿飞 日期：导师签名： 日期：目 录摘要：Abstract：第一章 发酵罐的概况11.1 发酵罐简介11.2 气升式发酵罐的简介1第二章 气升式发酵罐的工艺设计及主体材料的选择32.1 设计条件32.2 罐体材料选择3第三章 发酵罐的结构设计和强度计算53.1 筒体的设计计算53.2 封头的设计计算7 3.3 接管、法兰、垫片和螺栓的选择93.4 内置蛇管的设计153.5 支承式支座选择和结构的设计193.6 焊接结构的设计20第四章 开孔补强设计224.1补强设计方法判断22第五章 容器强度校核255.1筒体强度校核255.2封头强度校核26第六章 SW6电算说明书28第七章 发酵罐的安装调试和维护说明书297.1产品概述297.2产品结构和特征297.3产品技术特性307.4 安装与调试307.5设备保养和维修31毕业设计总结32致 谢33摘 要60m3发酵罐的工程设计专 业：过程装备与控制工程 学 号：7012412007学生姓名： 郝鸿飞 指导教师：张玲艳讲师摘要：近些年，伴随着发酵罐生化产品需求量的持续增加和生化技术的不断提高，对发酵罐的大型化、高效化和节能化提出了愈来愈高的要求。但由于目前大多数生物发酵产品的生产人员一般重视菌种和发酵工艺，发酵罐的系统设计没有受到人们普遍的重视，因此发酵罐的合理系统设计成为人们的关注的焦点。本论文就是在这种情况下立题的。本文首先介绍了发酵罐在国内外发展趋势和研究现状，接着对发酵罐作了简单的介绍。本文的重点是对60m发酵罐进行工艺设计和结构设计。本文是关于60m3发酵罐的设计，设计中的几个关键环节包括：罐体选材、工艺设计、结构设计，补强计算及强度校核。本文设计的主要内容：工艺设计包括设计压力，设计温度，设计储量；结构设计包括筒体与封头的结构设计，接管与接管法兰的设计、人孔、测温口、进水口、出水口、视镜、取样口、进空气口、出料口、二次蒸汽出口、移种接口、补料接口、冲视镜管口等的结构设计，支座结构设计，焊接接头设计；开孔补强计算；强度计算及校核等。 关键词：60m发酵罐；结构设计；工艺设计；补强；强度IAbstractThe Engineering design of 60m fermentation tankAbstract：recent years，Along with the continuous increase of the biochemical product requirement of fermentation tank demand of the fermentation tank and the continuous improvement the biochemical tec -hnology, and the large-scale, highly efficient and energy saving for the fermentation tank is put forward more and more high demand.However, due to the current production of most of the biological fermentat -ion products of production personnel generally pay attention to bacteria and fermentation process,the s -ystem design of the fermentation tank are being ignored by people generally,So the reasonable system design of the ferm -entation tank has become the focus of peoples attention.This thesis is established un -der this situation.Firstly this paper introduces the research status and development trend of fermentation tank at home and abroad, and fermentation tanks are briefly introduced here. Then the structure design and process design of 60m fermentation tank were studied in detail.This article introduce the design of 60m fermentation tank. In the design, several key links are: material, structure design, process design, reinforcement calculation and strength check of the fermentation tank.The main contents of this paper include: the process design including the design pressure, design temperature, design reserves; The structure design including the design of the tube body and head, nozzles and nozzle flange design, manhole, Temperature measuring port,water inlet, outlet ,sight glass,air scoop, discharge hole, moving interface,feeding interface,and blunt lens nozzle. And the design of support structure, welding joint ; opening reinforcement calculation; strength calculation and checking and so on.Keywords: 60mfermentation tank; process design; structure design; strength; reinforcementII第一章 发酵罐的概况第一章 发酵罐的概况1.1 发酵罐简介1.1.1发酵罐的用途随着上世纪青霉素等药物的发明，发酵技术开始在工业生产中大规模应用。发酵设备是为菌种在合适的温度，适宜的通气条件下，在液体培养基中能大量繁殖并且分泌抗生素的生化反应设备，也是设备工厂中最重要最基本的设备。发酵的目的就是让微生物大量的分泌抗生素。大规模的工业化发酵过程，以通气纯种培养为主。发酵罐是一种反应压力容器，是发酵过程中最关键的设备，其主体一般是用不锈钢板制成的圆筒，其容积一般在1m至数百m。在设计和加工过程中要特别注意结构严密与合理性，能耐受蒸汽灭菌、有一定的操作弹性、内部附件应尽量减少（避免死角）、物料和能量传递性要强，除此之外，可以进行一定量的调节以便于清洗，减少罐内发酵液的污染，适用于多种产品的生产而且减少能量消耗。因此，提高对发酵罐系统设计的认识，对我国的发酵装备向高效化、大型化和节能化方向推进具有重要意义。1.2 气升式发酵罐的简介1.2.1 发酵罐分类 目前通过纯种培养的发酵罐有自吸式发酵罐、标准式发酵罐、气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。气升式发酵罐与鼓泡塔式发酵罐相似，所不同的是气升式罐含有导流筒，鼓泡塔式罐没有。导流筒内置称内循环式，外置称外循环式。内循环气升式发酵罐是以压缩空气鼓泡与罐内导流装置作用实现气液混合。有关这类罐型的功耗指标，一般是内循环气升式发酵罐功耗为35kw/m3，而机械搅拌罐的功耗为5一lOkw/m3。内循环气升式罐分为三个区域：气体上升区；液体下降区；气液分离区。进入上升区的空气被分散，上升的气泡引起液体向上流动。气泡在分离区逸出液体，液体向上的力被抵消，转而向下流动，由此导致液体循环并促进混合。导流筒的主要功能：1. 增强罐内整个液体的混合；2. 降低气泡的聚并；3. 平均了整个罐内的剪切力；这最后一条被认为是气升式罐产出高于机械搅拌罐的主要理由。1.2.2 此次论文设计内容此发酵罐的焊接结构主要设计了筒体壁厚，支座，封头，法兰，加强圈等。根据储存介质的要求来进行发酵罐的选材，本次设计的介质为液化石油气，罐体选用不锈钢S30408。根据施工现场的环境要求及罐体厚度等选择合适的焊接方法。设计的封头为标准椭圆形封头。气升式发酵罐设计的特点，应按GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收;并接受劳动部颁发的压力容器安全技术监察规程(简称容规)的监督。发酵罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。发酵罐上设有人孔、测温口、进水口、出水口、视镜、取样口、进空气口、出料口、二次蒸汽出口、移种接口、补料接口、冲视镜管口等。4第二章 气升式发酵罐的工艺设计及主体材料的选择第2章 气升式发酵罐的工艺设计及主体材料的选择2.1 设计条件 根据题目60m发酵罐的设计，其工艺参数如下：表2-1给定的工艺参数管内冷却排管介质发酵液冷却水介质特性工作温度 150150工作压力 MPa0.20.4设计温度 150150设计压力 MPa0.20.42.1.1 设计温度根据给定的设计工艺要求，工作温度小于150，故取设计温度为：150。2.1.2 设计压力查文献5可知：当压力容器的设计文件没有给出最高允许工作压力时，则可以认为该容器的设计压力就是最高工作压力所以：P1= 0.2 MPa P2= 0.4 MPa PW1=0.2 MPa PW2=0.4 MPa2.1.3 焊接接头系数焊接接头系数是以焊接强度与母材强度之比值表示的。它与焊缝位置、焊接方法以及检验等因素有关。查资料可知不需100%无损检测，又查文献5 取焊接接头系数为0.85。2.1.4 装量系数本文中发酵罐的工作容积V0=60m，查相关文献得知，存在发泡或者沸腾的发酵罐，其装量系数=0.6-0.7，本文的装量系数取0.6。2.2 罐体材料选择查文献5 中，表5高合金钢钢板许用应力，又参考文献3，可知根据发酵液物性选择罐体材料，高合金钢有良好的耐腐蚀性，腐蚀率可达0mm/年，又根据液发酵罐的工作压力、工作温度和介质的性质可知该设备为一低压设备。故选材料时，主要考虑发酵液的清洁问题，所以可以考虑高合金钢。同时考虑材料的机械加工性能、强度、塑性指标、刚度、抗腐蚀能力等方面的性能所以储罐主体材料选择S30408。筒体机构设计为圆筒形，因为圆柱形筒体制造简单，安装内件方便，承压能力较好，且这类容器应用最广。第三章 发酵罐的结构设计和强度计算第三章 发酵罐的结构设计和强度计算3.1 筒体的设计计算3.1.1 确定筒体内直径Di 如果发酵罐的工作容积为V0，总容积为V，填充系数为，则 （3-1） 为了有效提高筒体的刚性，且从美观角度考虑，发酵罐的筒体长度与筒体内径之比（H0/Di）一般取优化值在1.72.5之间。此处取 H0/Di = 2。按公式（3-2）估算筒体内径（此处忽略封头容积）： （3-2）式中： Di 筒体内径 ，mm ； H0 筒体高度 ，mm ；由公式解得：Di =3993.6 mm ；由于罐体的设计压力较低，选择标准椭圆形封头，当DN2000mm时，椭圆封头直边高度一般取ha=40mm,标准椭圆形封头的容积按下式计算： （3-3）则发酵罐的全容积计算公式如下： （3-4）式中： V 发酵罐全容积 ，100 m ； ha 封头直边高度 ，40 mm ； Di 筒体内径 ， mm ； H0 筒体高度 ，mm ；将H0/Di = 2带入得筒体内径Di=3782mm，圆整到Di=3800mm，罐体高H0=2Di=7600mm，取H0=7500mm。按照Di=3800mm，H0=7500mm，ha=40mm重新核算全容积得V=100.28m，高径比H0/Di = 1.9737，填充系数=0.598，都符合要求。3.1.2 确定计算压力3.1.2.1 液柱静压力根据设