15立方米通风式发酵罐设计课程设计

15立方米通风式发酵罐设计课程设计#公称体积m3 15 设计条件全体积m3 15.14 计算罐体直径mm 2000 计算发酵罐总高mm 5154 计算发酵罐筒体高4000 计算度mm搅拌叶直径mm 700 计算椭圆封头短半500 计算轴长mm椭圆封头直边50 计算高度mm底搅拌叶至封700 计算头高度mm搅拌叶间距mm2100 计算3主要部件尺寸的设计计算3.1罐体考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和风投材料，封头结构与罐体了解方式。因赖氨酸是偏酸性，对罐体不会有太大腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR钢为材料，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。3.1.1罐体筒壁厚opD 0.3x20005= +C（mm）= +3=5.208mm,取6mmi2［o蚱一p 2x170x0.8-0.3D—罐体直径（mm）p一耐受压强（设计压力，MPa）”一焊缝系数，双面焊取0.8,无缝焊取1.0［。］一罐体金属材料在设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃,137MPa）C一腐蚀裕度，当6—C<10mm时，C=3mm3.1.2封头壁厚的计算・KPD, - 2.3x0.3x2000t= i +Cmm= +3=9.3mm,取10mmd2［o］t—0.5P 2x137x0.8-0.5x0.3D—罐体直径（mm）p一耐受压强（取0.3MPa）K一开孔系数，取2.3“一焊缝系数，双面焊取0.8,无缝焊取1.0［。］一设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃,137MPa）C一腐蚀裕度，当6—C<10mm时，C=3mm图6T通用的涡轮式搅挂寄h!b!d-!d=4j&j13图6T通用的涡轮式搅挂寄h!b!d-!d=4j&j13!.20h:b: : =4 -13:20e;h;b J.5;d;13;2dr弯=(1/2)d-i■前=1采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅拌器层数，根据d确定h和b的值。尺寸：六平叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环两大，搅拌功率消耗也大查阅文献知15m3发酵罐采用6-6弯叶式搅拌叶径d=670mm,则可以计算出盘径d=0.75d=502.5叶高h=0.3d=201

叶长叶长b=167.5图3-1人孔和视镜人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了1个人孔，查阅文献，选取标准号HG21518—97、公称压力为2.5MPa、直径为500mm、高度为393mm的人孔，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴500mm处。视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计设置了2个视镜，标准号HG21505—1992,直径为DN=100mm,高度为52mm,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。接口管以进料口为例计算:液体进料流速一般为u=1〜l.5m/s,取u=lm/s,1.3h液体进料流速一般为u=1〜l.5m/s,取u=lm/s,1.3h排尽。取发酵罐装料系数为0.7,则发酵罐装料液体积:V=10.5996m31物料体积流量：Q=V1/1.3=8.153m3/h则排料管的直径d=14Q-='L3=53.7mmnu卜3600x3.14取无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰和HG20593-97,取公称直径50,@57X。其他管道也是如此计算管道接口(采用法兰接口)进料口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型(HG20593-97),接口直径，大约人孔与视镜中间。角度垂直。排料口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型(HG20593-97),接口直径,开在罐底中间通风管旁。进气口：@57X3.5,开在封头上，角度与水平线夹角45度排气口：@57X3.5，开在封头上进气口以封头很人孔中心连线为对称轴的对称位置上，角度与水平线夹角45度。冷却水进、出口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型(HG20593-97)接口直径”57义3.5,角度与水平线夹角45度。补料口： @57X3.5,开在封头上；角度与水平线夹角45度。取样口：@57X3.5,开在封头上；角度与水平线夹角9。度仪表接口温度计；装配式热电阻温度传感器Pt100型，D=100mm,开在罐身上；压力表；弹簧管压力表(径向型)，d=20mm,精度2.5,型：Y—250Z，开在封1头上溶氧探头：SE-N-DO-F；pH探头：PHS型；液位计：采用标准：HG5-1368,型号：R6-1；法兰型号：管式平焊钢制管型(HG20593-97)3.5挡板挡板宽度：B=0.1D=200mm,装设4—6个即可满足全挡板条件。根据下式计算挡板数n：(D)n=(0DD)=0.5,由此可得n=5式中，B—挡板宽度，mm；D一罐内经，mm；n—挡板数表3-1发酵罐主要部件尺寸的实设计计算结果项目及代号 参数及结果 ^5 罐体材料 16MnR钢 由工艺条件确焊接方式 双面缝焊接 定罐体筒壁厚―封头壁厚搅拌器类型搅拌叶直径搅拌器层数人孔视镜进、排料口直径进、出气口直径冷却水进、出口直径补料口直径取样口直径温度计压力表液位计

6mm10mm六弯叶涡轮式搅拌器700mm31个，标准号HG21522-972个，标准HGJ501-86-17巾57X3.5巾57X3.5巾57X3.5巾57X3.5巾57X3.5装配式热电阻温度传感器，

由工艺条件确定计算计算根据参考文献[1]选取计算由工艺条件确定根据参考文献[4]选取根据参考文献[1]选取根据参考文献[4]选取根据参考文献[4]选取溶氧探头 PtlOO型，由，艺条件确pH探头D=100mm定挡板数Y-250Z 根据参考文献挡板数R-61 [4]选取SR-N-DO-F 由工艺条件确PHS-2型 定5计算4冷却装置的设计4.1冷却方式发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用蛇管冷却，综合比较蛇管的冷却效果好，在使用水作冷却介质是，选用蛇管。

4.2装液量设计发酵罐的装料系数：取70%发酵罐装料液体积：V1=全体积X80%=15.138X0.7=10.5996m3不计算下封头时的装液体积：V柱=V1-下封头体积兀 1 Vv-_D2(h+_D=10.5996-1.2043=9.3923m3柱14 、b6 4V 4V装液高度：h=柱1兀D24x9.3923二2.99m兀*22单位时间传热量二发酵热火装料量Q=Q发义匕=33400*10.5996=354026.644表4—1各类发酵液的发酵热发酵液 发酵热(kj/m3•h)青霉素丝状菌 23000 TOC\o"1-5"\h\z青霉素球状菌 13800链霉菌 18800四环素 25100红霉素 26300谷氨酸 29300赖氨酸 33400柠檬酸 11700酶制剂14700-18800

酶制剂冷却水耗量354026.6二12079kg/h由实际情况选用进出口水温为19£、26oC,则354026.6二12079kg/hC(t-1) 4.187x(26-19)p2 1Q—单位时间传热量Cp—冷却水的平均比热，取4.187kJ/(kg•℃)t2-t1—冷却水进出口温度差对数平均温度差，由工艺条件知tF=33oC,(t-1(t-1)-(t-1)_(33-19)-(66-26)―F 1 F 2—= t—t2.3031g-f一1t—tF2t1—冷却水进口温度t2一冷却水出口温度t发一发酵温度33-192.303lg(____)33-26=10.1oC冷却面积A=-Q-= 54026.8 =18.45m2,根据实际情况取整为20m2K-At 1.9x103x10.1m△tm一对数平均温度差K—传热总系数，取1.9X103kJ/(m2・h・℃)A20L=一= 0一=127.39m,取整L=120m,分为四组，每组长L=30mnd3.14x0.05 od—蛇管内径，d=外径一壁厚外径取50—80mm,壁厚取3.5—5mm每圈蛇管长度l=.j(nD)2+h2"p l=.j(nD)2+h2"p pDp蛇管圈直径，3mhp蛇管圈之间的距离，取0.15m每组蛇管圈数L30N=—=3-'3圈，则总圈数为3X4=12圈pl9.3蛇管总高度H=(N-1)h=(12-1)*0.15:1.65mpp表4-215m3发酵罐冷却装置设计计算结果项目及代号 参数及结果 ^5 装料系数 70% 由工艺条件确定装料体积 10.5996m3 计算装料高度 2.99m 计算总发酵热 354026.6kJ/h计算冷却水耗量 12079kg/h 计算冷却面积 20m2 计算冷却蛇管总长120m 计算度冷却蛇管总高1.65m 计算15蛇管组数4组 由工艺条件确定每组蛇管圈数3圈 计算冷却蛇管规格巾57X3.5 根据参考文献[4]选取5搅拌器轴功率的计算5.1不通气条件下的轴功率Po取发酵醪液黏度u=2.0X103,密度p=1080kg/m3,搅拌转速3=200r/min则雷诺准数3DP.（200/60）x0.73x1080一Re= 」l= =8.82X105>10000四 2.0x10-3因为ReN104，所以发酵系统充分湍流状态，即有效功率系数N=4.7P鲁士顿（RushtonJ.H.）公式:P=N33pD5=4.7X（200/60）3X1080X0.75=31.6kW0pLiP0—无通气搅拌输入的功率（W）；N一功率准数，是搅拌雷诺数ReM的函数；圆盘六弯叶涡轮NP'4.7P■—涡轮转速（r/min）；p—液体密度（kg/m3）因发酵液不同而不同，一般取800—1650kg/m3；LD—涡轮直径（m）i对于多层搅拌器的轴功率可按下式估算：

P=P(0.4+0.6m)=3L6X(0.4+0.6X3)=69.52kwm搅拌器层数。通气搅拌功率Pg的计算因为是牛顿流体，所以用以下公式计算69.522x200x703__14200000.0869.522x200x703__14200000.08)0.39=50kWP=2.25X10-3(_m———)0.39=2.25*10-3(g Q0.08Po-无通气条件下的功率（kW）3-搅拌器转速（r/min）Di-搅拌涡轮直径（m）Q-通气量（m3/min）,取1-6m3/min,通气量的大小取决于菌种需氧量及发酵液黏度大小。电机及变速装置选用根据搅拌功率选用电动机时，应考虑传动装置的机械效率。P—搅拌轴功率gP一轴封摩擦损失功率，一般为1（/PT fCiT 0gn—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0.92,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X（1+1%）P+P 50P=——T= x（1+1%）=56.58kWn0.92x0.99X0.98搅拌轴直径d=Ax（P/n）1/3,n为转速（单位为转/分），系数A可以取97-149,取A=100,已知P=56.58kW,n=200rpm,则得d=100X(56.58/200)i/3=65.64mm,根据文献选轴径为70mm。

表2-4发酵罐搅拌功率的设计计算结果项目及代号~~参数及结果w 200r/min 根据参考文献不通气条件下的轴功率多层搅拌器轴率通气量通气搅拌功率电机的功率电机的选择31.6kW69.52kW不通气条件下的轴功率多层搅拌器轴率通气量通气搅拌功率电机的功率电机的选择31.6kW69.52kW1.42m3/min50kW56.58kW轴径传动装置三角皮带型号型号Y280S-8,功率55kW转速740r/min70mm三角皮带。乂6根[3]选取计算计算由工艺条件确定计算计算根据参考文献[3]选取根据参考文献[3]选取根据参考文献[3]选取根据参考文献[3」选取小皮带轮直径①300mm 根据参考文献[3]选取大皮带轮直径①1100mm 根据参考文献[3]选取6设计小结在此次课程设计中，我设计了机械通风发酵罐，该反应器利用北京棒杆菌AS1.563菌种进行赖氨酸的发酵生产，发酵温度为33C，反应器的材料为16MnR钢；采用涡轮六弯叶式三层搅拌器，利用55kW的电动机通过70mm的轴驱动；冷却方式为蛇管冷却，冷却蛇管总长为120m，分为4组。通过这次设计，我学会怎么设计机械通风反应器，并学会一些