食品工厂课程设计

1、食品工厂机械与设备课程设计装料量15m3机械搅拌发酵罐设计设计小组：第二十一小组专 业：食品科学与工程指导教师：老师生命科学与工程学院食品科学与工程教研室目录一.设计任务书-21.1设计内容-31.2 设计参数和技术特性指标-41.3 设计要求-4二.绪论-4三.进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算-53.1罐体的结构设计-53.2罐体几何尺寸计算-53.2.3确定搅拌罐筒体的厚-73.2.3.1筒体的选-73.2.3.2搅拌罐筒体壁厚计-83.2.3.3上下封头壁厚计算-83.2.3.4压力试验-9四换热管装置设-94.1夹套设-94.1.1夹套几何尺寸计算-9五.搅拌装置设-105.1搅拌

2、器的选型设-105.2罐内搅拌轴的结构设-115.3 搅拌轴计算和校核-115.4选择搅拌轴轴承联轴-12六.传动系统的设计-136.1电机减速器的计算与选型-136.2联轴器选-186.2.1传动轴联轴器-186.3选用和计算机架结-186.4设计凸缘及安装底盖结-20七.密封装置的选型设计-227.1机械密封的选取-22八.发酵罐的其他附件-248.1选择支座形式并计算-248.2手孔或人孔选型-258.3视镜的选型设计-268.4无菌空气分布管设计-278.5消泡装置设计-27九.选择接管管法兰设备法兰-279.1管道接口（采用法兰接口）-299.2仪表接口-299.3挡板-30十.参考

3、文献-30一、带换热装置的搅拌罐（机械搅拌发酵罐）设计任务书1.1设计内容15m3机械搅拌发酵罐设计设计参数和技术特性指标序号名称指标（1）工作压力罐内0.3Mpa夹套（蛇管）内0.5Mpa（2）工作温度罐内121夹套（蛇管）内<150（3）工作介质罐内轻微腐蚀性物料夹套内蒸汽（4）组别21（5）装料量（m3）15（6）传热面积（m2）18（7）搅拌器型式直叶圆盘涡轮（8）搅拌器转速/rmp220(9)（参考）搅拌轴功率kw20（10）其它夹套换热时，至少应装四块挡板（根据需要设置）。（11）罐体材料16Mn1.2设计参数和技术特性指标建议：H/D取1.72.5；装料系数取0.60.8；

4、 罐内料液密度为1076kg/m3接管建议（推荐）：出料口 冷凝液出口 蒸汽进口 温度计插口 视镜 进料口 人孔 手孔 Dg80 Dg57 Dg30 Dg70 Dg80 Dg50 400 100 1.3设计要求：1、搅拌罐（机械搅拌发酵罐）计算及整体结构设计，完成设计说明书。（1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算（2）进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核；（3）传动系统的设计计算：尽可能采用V带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算； （4）密封装置的选型设计（5）选择支座形式并计算（6）手孔或人孔选型（7）选择接管、管法兰、

5、设备法兰（8）设计机架结构（9）设计凸缘及安装底盖结构（10）视镜的选型设计对于发酵罐设计：还需要进行消泡装置、无菌空气分布管设计。2、绘制搅拌罐装配图(2号或3号图纸)。二、绪论机械搅拌式发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促进氧的溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。它是借搅拌涡轮输入混合以及相际传质所需要的功率。这种反应器的适应性最强，从牛顿型流体直到非牛顿型的发酵液，都能根据实际情况和需要，为之提供较高的传质速率和必要的混合速度。缺点是机械搅拌器的驱动功率较高。机械搅拌发酵罐的基本要求：1.发酵罐应该具有适宜的径高比。2.发酵罐要

6、能承受一定的压力。3.发酵罐的搅拌装置能使氧气和发酵液充分混合，保证发酵液必需的溶氧。4.发酵罐应该具有足够的冷却面积。5.发酵罐内减少死角，方便清洗，保证卫生安全。6.发酵罐的轴封应严密，尽量减少泄露。7.机械搅拌发酵罐被广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业。三、进行罐体及夹套设计计算3.1罐体的结构设计罐体由顶盖、筒体和罐底组成，一般由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接，材料一般为不锈钢。顶盖与罐底分别与筒体相连，罐底与筒体的连接采用焊接。且筒体与顶盖的连接形式分为可拆连接和不可拆连接。为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手孔。中大型发酵

7、罐则装有快开人孔及清洗用的快开手孔。大型搅拌发酵罐一般情况下采用焊接连接。罐顶还装有视镜和灯镜。在罐顶上的接管有进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口。3.2罐体几何尺寸的计算321 确定罐体的内径D（公称直径）选取发酵罐装料系数为=0.8。装料量V0=15m3则罐的发酵罐总容积为 V=V0/ =15/0.8=18.75m3 发酵罐为立式容器,上下封头选用标准椭圆形封头，对于发酵罐搅拌器，取高径比为Ho/D=2.5初选筒体直径取D=2000mm,查表得标准椭圆形封头的容积为V封=1.18m3故搅拌罐的容积由上下封头容积

8、V封和筒体容积V筒组成。V=2V封+4D筒2×2.5D筒即D=3V-2V封4×2.5=318.75-2×1.180.785×2.5=2029mm故筒体与顶盖采用焊接方式，将计算结果圆整至公称直径标准系列，取筒体内径D=2000mm 322确定筒体的高度Ho和罐体高度H查阅文献：当公称直径DN=2000时，标准椭圆封头的曲面高度h1=500mm，直边高度,h2=40mm总深度h=540mm,封头容积Vb=1.18m3,表面积Fb=4.57m2筒体身高Ho=V-2V封4D筒2=5.220m筒体高度圆整为5m。则实际高径比Ho/D=5/2=2.5，与前面的假设

9、符合。故可认为D=2000mm是合适的实际发酵罐体积:V=2V封+4D筒2Ho=18.06m3罐体高度 H=H0+2h=5+2×0.54=6.08m忽略搅拌器的体积，假设发酵液最高不超过筒体上端，则发酵罐内溶液体积满足：V=V封+4D筒2h 式h中为筒体部分发酵液的高度，h取0.8则有h=V-V封V1=4.2m< H=5m 说明假设成立。发酵液高度 Hf=h+ha=4.2+0.54=4.7m323 确定搅拌发酵罐筒体的厚度323. 1罐体选材对于食品工业，搅拌罐的制造材料可以选用碳钢、不锈钢、合金钢，相对于其他工业来说，食品液体对钢材的腐蚀性不大，温度不高，压力为低压，故可选用

10、16Mn钢材, 查表16MnR钢b =510MPa，安全系数nb取3，则材料在设计温度下121的许用应力为T=170MPa。封头设计为标准椭圆封头，因D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。323. 2搅拌发酵罐筒体壁厚计算根据工艺条件，筒体材料、内压力已确定的内径等参数，按薄壁内压容器强度计算公式确定筒体的设计厚度。取设计压力等于最高工作压力的1.1倍（1.11.4），即1.1×0.3=0.33MPa。同时还需判断是否需要考虑液体静压力。装满物料时，筒体内任一点静压强 P=P0+gx，取 x 极限值，即 x=H0+h=5+0.54=5.54m ,g 取9.8N/k

11、g 。则筒体底部液柱静压强 P1=gx=1076×5.54×9.8=0.058MPa由上述计算可见，筒体部分液柱静压力0.058MPa已超过设计压力的5%，应计如设计压力内，计设计压力为p=0.33+0.058=0.388MPa筒体的焊缝采用带垫板的单面对接焊缝，/106局部无损伤，焊缝系数=0.8。=3.14mm根据容器最小壁厚的规定，最小壁厚应不小于3mm，腐蚀裕度另加。由表查得钢板厚度负偏差c1=0.16mm，腐蚀裕量取c2=2mm，所以筒体的设计厚度为：td=t+c1+c2=3.14+0.16+2=5.3mm考虑安全裕量，圆整后取筒体的名义厚度为6mm。323. 3

12、上下封头壁厚计算上下封头为标准的椭圆形封头，其壁厚按前面公式计算，对于标准椭圆形封头，形状系数K=1，所以上封头计算厚度为：1×0.33×20002×170×0.8-0.5×0.33=2.43mm根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚应不小于3mm，腐蚀裕量另加，由结果取厚度附加量负偏差 上封头由于外无夹套，故为单面腐蚀度所以上封头的设计厚度为： t上d=t上+C2=3+1+0.16=4.16mm。为了便于制造和焊接，封头常与筒体的厚度相同，即筒体和上封头的厚度都为6mm对于下封头，由于静压在封头底部产生的压力为：P2=gx=1076×5

13、.54×9.8/106=0.058MPa可见，下椭圆封头部分液柱静压已超过了设计压力的5%，应计入设计压力内，即下封头的设计压力为：p=0.330.058=0.388MPa下封头部分的计算厚度为：t下=1×0.388×20002×170×0.8-0.388×0.5=2.85m根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚应不小于3mm，腐蚀裕量另加，由结果取厚度附加量负偏差 双面腐蚀度。则下封头部分的设计厚度为：t下d=t+C1+C2=32+0.16=5.16mm取与筒体一样的厚度6mm 。323. 4压力试验采用水压试验，试验压力公式为Pt=1

14、.25p t其中：为实验温度下材料的许用应力，MPa；t为设计温度下材料的许用应力，MPa。Pt=1.25p t=1.25×0.388×170170=0.48MPa试验压力下圆筒中的应力为：=ptD1+(tn-c)2(tn-c)=0.48×2000+5-2.162×5-2.16×0.8=212MPa而屈服点强度s345MPa0.9 s0.9×345310.5MPa可见,0.9s,所以压力试验强度足够。 3.3换热装置设计3.3.1 夹套设计中小型搅拌罐优先采用夹套换热，当夹套传热面积难以满足工艺温度的要求时，采用内蛇管或列管换热，对特

15、别大型的搅拌罐可以把采用外部夹套和内部蛇管或列管联合换热。故设计采用夹套换热。3.3.2夹套几何尺寸计算夹套的内径D2除根据工艺要求确定外，还需根据安装和结构要求合理确定，夹套的内径D2可根据筒体内径D1，按经验选取（验算）。当D超过3000时，则不能采用夹套换热。表为夹套内径D2 mmD1500-600700-18002000-3000D2D1+50D1+100D1+2003.3.2.1确定夹套的直径和高度对于筒体内径D1=2000-3000mm,夹套的内径D2=D1+200因此D1=2000+200=2200mm，符合压力容器公称直径。估算夹套的高度为H1=V-V封V1=4.2m选取夹套高

16、度H1=4400mm,H0H-H1=200mm,这样的便于筒体法兰螺栓装拆的。验算夹套传热面积为 F=F1H1+Fb=6.28×4.4+1.18=18.812m2>18m2夹套传热面积符合设计要求。3.3.2.2确定夹套的材料和壁厚为便于制造，同样选用16MnR为夹套材料，查文献对板厚为4.5-16mm时得16MnR钢b =510MPa，安全系数nb取3，则材料在设计温度下150的许用应力为T=170MP，夹套加热蒸汽系统装有安全阀。选取夹套设计压力p=1.1pw，即p=0.55MPa, 夹套的焊缝采用单面对接焊缝，局部无损伤，夹套筒体与内筒的焊接缝系数=0.80.取壁厚附加量

17、中的钢板厚度负偏差c1=0.2mm,单面腐蚀取腐蚀裕量c2 =1mm夹套的壁厚计算如下：考虑安全裕量，选取夹套的壁厚为6mm夹套封头壁厚采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取c=1.2mm圆整至钢板规格并查阅封头标准，考虑安全裕量，选取夹套的筒体和封头的壁厚均为6mm3.3.2.3夹套压力试验采用水压试验，试验压力公式为屈服点强度，可见压力试验强度足够四、 搅拌装置设计搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。当搅拌器型式确定后，设计的主要内容是确定搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构，进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核，选择轴的支承结构。搅拌器直径Dj与发酵罐D1内径之比选取4.1搅拌器的选型设计典型的搅

18、拌器有旋桨式、推进式、涡轮式等。设计时，搅拌器形式的选择一般根据工艺要求或由任务书给定。本设计选用直叶圆盘涡轮式搅拌器搅拌器的安装形式：中心式、偏心式、倾斜式、旁入式等，一般采用中心式。涡轮式搅拌器有开启涡轮与圆盘涡轮两种结构型式。涡轮式搅拌机的主要特点是：于搅拌多种物料，尤其对中等粘度液体特别有效；混合生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率较高；有较高的局部剪切效应；容易清洗和造价较高。涡轮式搅拌机常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液。按搅拌目的及适用条件，选用有挡板的涡轮式搅拌器。涡轮式搅拌器与轴的连接是通过轴套用平键或螺钉固定，轴端加固定螺母。涡轮式搅拌器Dj常取内径的0.2-0.5.

19、故可取系数为0.33.DjD×0.332000×0.33=660mm,根据标准取Dj=700mm直叶角度=30° 桨叶宽度Z=6搅拌器直径Dj0.33D=700mm 桨叶宽度b=0.2Dj=350mm桨叶长度l=0.25Dj=175mm 桨叶厚度=0.02Dj=35mm圆盘直径rd=0.65Dj=455mm 圆盘厚度d=0.02Dj=35mm第一层搅拌桨距离发酵罐底C=0.8D=1600mm第二层搅拌桨距离第一层搅拌桨L=2.5Dj=1750mm第二层搅拌器距离料液高度a=1.5Dj=1050mm搅拌器的安装形式：中心式搅拌器的钢材选用 Q235-B。其力学性能如

20、下：屈服强度RehN/mm2抗拉强度bMPa伸长率 A/%许用应力MPa搅拌器直径DJ层数重量厚度16mm厚度16mm厚度40mm厚度16mm温度1507002390.5kg225375500261134.1.2桨叶强度校核桨叶材料选用：Q235-B 扁钢，桨叶数量z=6，初定桨叶厚度，按照许用弯曲应力进行校核。许用弯曲应力：Q235 材料的为375MPa，故选取安全系数=3，计算得：=125MPa 桨叶强度计算功率：式中：桨叶强度计算功率启动时电机的过载系数，即：最大转矩/额定转矩，查电机特性表查的传动系统的机械效率，取0.95PT 密封装置摩擦损失功率，通常为P的1%（KW)（1）桨叶上承

21、受的弯矩：桨叶上液体阻力的合力作用位置，r1=350mm,r2=175mm,r3=235mm涡轮圆盘的半径，mm（2）弯曲应力： 抗弯截面模数： 弯曲应力： 可见，桨叶强度满足要求。4.2罐内搅拌轴的结构设计根据轴上安装搅拌器类型、支承的结构和数量，以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。采用用实心直轴。涡轮式搅拌器的轴头需车削台肩，开键槽，轴端还要车螺纹。 较长的搅拌轴，为加工和安装的方便，常分段制造后用联轴器连接起来。安装搅拌器部分称搅拌轴，与减速器输出轴相联的轴称传动轴，与联轴器配合的轴头部分，按联轴器的要求而定。4.3搅拌轴计算和校核搅拌轴的特点是细长,搅拌器安装在轴的最

22、远端,轴经常受到的载荷是扭转载荷、弯曲载荷和轴向载荷等组成的合成载荷。计算比较复杂。工程实际中常采用近似的方法进行强度计算，假定轴只承受扭矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料的许用应力，弥补由于忽略弯曲载荷引起的误差。4.3.1搅拌轴功率的计算对于搅拌轴的工作性质及材料的要求，出于介质具有腐蚀性，并且工作的温度不太高，故选轴材料为45号碳素钢。其力学性能如下表：技术条件界面尺寸mmbMPanMPas%kJ/cm2MPaAE/MPaG/MPaJB755-85100588294153930407.85g/cm31181072.1×1068.1×10410058828415搅拌

23、轴的直径可按下式估算：dA3Pn式中：P为轴传递的功率，kW；n为轴的转速，r/min；A为随许用剪应力变化的系数；为轴材料的许用剪切应力，MPa。料液密度，料液黏度，则在不通气条件下，即发酵液处于湍流状态，且/3，Hf/d=1,B/d=1/5, 在ReM>10000，全挡板条件，六直叶圆盘涡轮BC，查得k=3.4 不通气条件下的轴功率P为式中，K为功率特征数，p为发酵罐液体密度。因此对于2层搅拌器的轴功率可按下式估算：=30.31×(0.4+0.6×2)=48.5kw在通气条件下，汽-液分散状态下涡轮式搅拌器的表观气速VG一般为0.025-0.04m/s,最大时可达

24、到0.1-0.12m/s,则通气速率QG= A×VG=2.5×106ml/min，因为是牛顿流体，所以用以下公式计算=34.6kW搅拌轴直径，n为转速（单位为转/分），系数A可以取107-118，取A=112已知P=54.38kW，n=220 r/min ，则得d=112×334.6/220=60.46mm，考虑键槽对轴的强度的削弱、物料对轴的腐蚀和由搅拌器参数表确定的搅拌轴直径，取搅拌轴的直径d=65mm4.3.2搅拌轴临界转速校核由于转速220r/min>200r/min,因此需要做搅拌轴临界转速校核。当轴上装有2层且经过很好平衡的搅拌器，其一阶临界转速

25、nc1的近似计算式为nc19503EIWdL12（L+B） E为轴材料的弹性模量，2.1×106MPa I为轴的惯性距，I=1/64（d4）,m d为轴径，65mmWd为轴和搅拌器的等效重量载荷，NWd=W1+W2（L2/L1）+0.24W0=3827+3827×（1.53.25）+0.24×942.76=4430NW1，W2，为各层搅拌器重，390.5×9.8=3827N （1） W0为外伸端轴重量载荷，搅拌轴有效质量的计算刚性轴（不包括带锚式和框式搅拌器的刚性轴）有效质量的计算等于轴自身的重量加上轴附带的液体的质量。其中选用实心轴内外径的比值=1对单

26、跨轴： 故 W0=96.2×9.8=942.76NL2，L1为各层搅拌器外伸端长度，L1=40d=3.25m L2=1.5m B为两支点间距离，B=0.8mnc19503EIWdL12（L+B）=295m/s则可得 对于液-液混合，由下表可知其抗振条件为nnK0.7 n<(0.75-0.8) nc1 符合要求，采用刚性轴，因此，设计符合要求4.3.3按扭矩计算轴的强度校核式中： 截面上最大剪切应力，MPa；轴传递的扭矩，Nm；抗扭断面系数， 3 m ； 降低后的扭转许用剪应力，MPa。搅拌轴材料采用45钢，则=30-404.4选择搅拌轴轴承、联轴器搅拌轴的支撑常采用滚动轴承。搅

27、拌轴的滚动轴承选型通常根据转速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。本设计用角接触球轴承。4.4.1搅拌器支承尺寸及底轴承根据经验轴的悬臂L1、轴径d和两轴承间距B应满足系列关系：根据d=80mm得：取L1=3250mm,则B=800mm由于搅拌轴较长，故在底部增加一个底轴承。根据轴径65mm在文献选取。其示意图见图，参数见表。.五、传动系统的设计计算搅拌罐的搅拌器由传动装置来带动，传动装置通常设置在顶封头的上部，传动装置设计内容一般包括：电机、减速器的计算与选型；联轴器选型；选用和设计机架和底座等。5.1电机、减速器的计算与选型5.1.1

28、电机功率的计算与选型根据搅拌功率选用电动机时，应考虑传动装置的机械效率。 pw搅拌轴功率 pT轴封摩擦损失功率，一般为1%pw 传动机构效率 根据生产需要选择三角皮带电机。三角皮带的效率是 0.95，滚动轴承的效率是 0.99，滑动轴承的效率是0.98，端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的 1%，则电机的功率 ×（1+1%）=37.92kW选型号为：Y280M-8-B3,B3型安装，功率为45KW，电机同步转速750r/min，满载转速740r/min.5.1.2减速器的计算与选型减速装置的类型主要有：两级齿轮传动减速器、三角皮带减速器、摆线针齿行星减速器、蜗杆传动减速器和谐波减速器，

29、本设计选择三角皮带减速器。普通形带无接头，传动平稳，应用最广泛。通常V形带用于功率小于100kW、带速530m/s、传动比i7(少数可达10)、传动比要求不十分准确的中小功率传动。带传动设计计算的主要内容有：确定带的型号、根数、长度、带轮直径、中心距及带轮的结构尺寸等。电机为8级电机 Y280M-8电机 额定功率45kw小皮带轮转速为n1=740r/min大皮带轮转速为n2=220 r/min工况系数KA=1.3 滑动率 =0.02则：设计功率kw 选择V带型号为D型速度比设：小皮带直径预算带速 一般普通V带 ，所以符合要求大皮带轮计算直径圆整，取初定中心距a0 取带的基准长度：圆整取确定中心

30、距小皮带轮包角符合要求单根V带传递功率的增量：Kb 弯曲影响系数，查表可知：D型带的Kb=14.24kwK1传动比系数，当i2.95时 Ki=1.14kw单根V带额定功率，P1=5.84kw包角修正系数=0.92带长修正系数=0.93V带根数：V带根数Z=4根，且z<10，符合要求。5.2联轴器选型5.2.1传动轴联轴器电机与减速器输出轴及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。考虑到发酵罐中中轴的载荷平稳，转速稳定，且联轴器的安装能保证被两轴线相对偏移极小，选用刚性凸缘联轴器。本次轴的使用是在搅拌轴分段间的使用，根据轴径d=65mm，查阅文献，选取相应凸缘联轴器，其示意图见图，

31、参数见表凸缘联轴器GK-656540002001601102641322625M126M1669.45.3选用和设计机架结构机架是安放加速器用的，它与减速器底座尺寸相匹配。V带减速器自带机架，选用其他类型标准釜用减速器按标准选配机架。标准机架有无支点机架、单支点机架和双支点机架。不同的机架用于不同的减速传动系统，已知传动轴轴径为d=65mm、搅拌容器公称直径为DN2000m，查阅文献，得机架公称直径DN为400mm，由V带减速器的尺寸决定机架型号为WJ65其示意图如图所示，其性能参数见表。5.4设计凸缘及安装底盖结构5.4.1凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于发酵罐上封头上，用于连接搅拌传动装置，也可

32、兼作安装、检修、检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分为凸面（R）和凹面（M）两种，根据机架选择凸缘法兰。机架和凸缘法兰的公称直径相等，查阅文献，选择公称直径DN400凸缘法兰，示意图如图，性能参数见表。凸缘法兰400410565515430455428571624264310258545.4.2安装底盖结构安装底盖采用螺栓等紧固件，上与机架相连，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的公称直径与凸缘法兰的公称直径相同。已知传动轴轴径为d=65mm搅拌容器公称直径为DN2200m，查阅文献，得安装底盖公称直径DN为400mm，选择RS型安装底盖，其示

33、意图如图所示，其性能参数见表。安装底盖公称直径机架公称直径d2K螺柱孔D6（h7）.螺纹孔Sd5K1d740040056551526415_50六、 密封装置的选型设计轴封是食品加工用搅拌罐的一个重要组成部分，其任务是保证润滑介质不会泄露到食品原料中。密封装置有填料函密封和机械密封，一般采用机械密封。机械密封分为平衡型和非平衡型两大类，常用的机械密封装置已有标准系列，可根据轴径等要求直接选用。轴封的目的是避免介质通过转轴从搅拌容器泄漏或外部杂质渗入搅拌器内。机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并做相对运动达到密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，密

34、封性能可靠，功耗小，使用寿命长，在搅拌反应器中得到广泛的应用。故选机械密封。6.1机械密封的选取机械密封的选取中单面密封结构简单，制造容易，维修方便，应用广泛，用于介质本身润滑性好和允许有微量泄漏的场合，是较常用的机械密封形式。适用条件;设计压力不大于0.5Pa,设计温度-20-150由上分析，选用单端面平衡型机械密封202型，如图轴径ddDD1D2D3H螺柱孔Mn656531528024518516081816七、发酵罐的其他附件7.1选择支座形式并计算发酵设备常用支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又分为支腿，圈型支座，鞍型支座三种。立式支座也分为三种即：悬挂支座，支撑式和裙式支座。搅

35、拌罐一般为立式安装，型式有耳座、支承式支座 、裙式支座（多用于塔设备）等。最常用的支座为耳式支座（JB/T4725-29），分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时，选B型，否则选A型，故本设计选A型。耳式支座的形式及尺寸见图所示。图 A型支座支座号支座本体允许载荷Q,kN使用容器公称直径DN高度h底板垫板l1b11S1l3b3346020002502001401470315250840地脚螺栓A型筋板支座质量/kgd规格l2b22A型30M24160160811.17.2人孔选型人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。因为设备的直径大于900mm，所以选择开设人孔

36、。其中圆形人孔制造比较方便，所以选择圆形人孔。根据的筒体内设计的公称压力PN小于1MPa，人孔选用公称直径为400mm。（容器直径3000>2400技术要求:人孔的技术要求应符合HG21517-95中“技术条件”的规定。公称压力PN1.0，公称直径400，H1=220采用RF型密封面，A型盖轴耳，VII类材料，其中垫片采用石棉橡胶板垫的回转盖带颈平焊法兰人孔，其规定标记符号为：人孔RF VII（AG）A 4001.0 HG21517-957.3视镜的选型设计视镜用于观察发酵罐内部的情况。公称直径DN/mm公称压力PN/mPaDDIdH×ShH（防腐型）n×d视镜重/k

37、g总质量/kg 100 0.6180150108×4842048×M124.75.7本次设计设置了2个视镜，标准号HG215051992，直径为DN=100mm，开在顶封头上，位于右边轴线离中心轴500mm处，与人孔位于同一水平线上。7.4无菌空气分布管设计菌空气分布管采用空气分布装置，其作用是吹入无菌空气，使空气分布均匀。采用单管装置，单管装置简单实用，单次通入量大。计算空气流量：在通气条件下，汽-液分散状态下涡轮式搅拌器的表观气速VG一般为0.025-0.04m/s,最大时可达到0.1-0.12m/s,则通气速率QG= A×VG=2.5×106ml/

38、min 7.5消泡装置的设计常用的机械消泡装置分为罐内消泡装置和罐外消泡装置。本设计是设计一个搅拌发酵罐选用罐内消泡装置。最简单的是在搅拌轴上加上一个消泡浆，通过转动产生的剪切力打碎泡沫，也有利用泡沫旋转产生的离心力破泡的形式。装置结构主要有耙式，旋转圆板式，冲击反射式等。常用消泡装置介绍：（1） 耙式消泡桨，固定在搅拌轴上，安装在液面略上部位，随搅拌轴一起转动，利用耙齿将泡沫打碎，消泡效果有限，辅助消泡，与消泡剂配合使用。（2） 旋转圆板式消泡装置，在发酵罐内的气相中，与发酵液面保持平行。圆板旋转的同时将槽内发酵液注入圆板的中央，通过离心力将破碎成微小泡沫散向槽壁，达到消泡的目的。但需要动力

39、装置，本着节约能量的原则本设计不选用此种消泡装置。（3） 变径孔式消泡桨，消泡桨安装在发酵液液面略上的搅拌轴上，依靠原来电机提供动力，变径孔氏消泡桨主要是依靠泡沫通过变径时所产生的压力变化以及转动时所产生的剪切力来消除泡沫。此种消泡装置节省能源，消泡效果较好，适用于本次所设计的装置。变径孔式消泡桨其中消泡装置的轴径与搅拌轴d一样为90mm。安装在发酵液液面略上。为能适应搅拌压力选择与搅拌轴一样的材料制作。7.6液面计的选择液面计是用来观察设备内部液面位置的装置。常见的液面计有板式液面计、玻璃管液面计、浮子式液面计、和磁性液面计4种类型，尤其以玻璃管液面计最为常用。液面计结构有多种型式，其中部分

40、已经标准化，最常用的是玻璃管液面计、玻璃板液面计等。 其中玻璃板液位计具有读书清析、直观、可靠、结构简单、维修方便、经久耐用的特点，所以本次设计选用玻璃板液面计。其中T型液面计适用于公称压力2.5及6.3的情况，R型适用于公称压力4.0的情况，S型适用于常压及公称压力为0.6的情况。所以本次选用S型S0.6-Q由碳钢制成的玻璃板式液面计。7.7计算总载荷 （1）求M总料液的重量MVg=1076×15×9.8=158kN（2）M设备总重量 罐体重量mg将为罐体近似为圆柱体公称直径D2000mm，厚度为d6mm, 高度H5000mm,16Mn钢密度为重力加速度g=9.8N/kg 夹套重量和冷凝水重量夹套的高度，厚度，夹