糖化罐的设计说明书

目录TOC\o"1-2"\h\u2421第一部分：设计任务书 225806题目 224759设计方案的拟定 224274第二部分：设计方案的确定与说明 231726设计方案的确定 222405设计方案的说明 3111第三部分：设计计算与论证 35453糖化罐罐体的确定 38140冷却形成的确定 432056冷却面积计算 49647搅拌装置设计 5968传动部分设计 721996糖化罐联结管道的计算 7353温度计 89172人孔 928344支座 921825糖化设备的进展 929244第四部分：设计结果概要 930461参考文献 1111603设计心得 12第一部分：设计任务书一、题目100立方米糖化罐的设计二、设计方案的拟定我组设计的是一个100立方米的糖化罐，罐内有搅拌器，盘管，底部备有直接蒸汽管。每管附装一支指针式温度计，搅拌转速为30r/min，盘管具有冷却和加热两种功能。直接蒸汽管可以作为快速加热用，也可以作为空罐消毒用。糖化罐是蛋白质分解和淀粉糖化的场所，一般采用不锈钢板制作，也有用碳钢或铜板制造。罐底周围设置一两圈通蒸汽的蛇管，或者是装设蒸汽夹套以保持糖化醪糖化所需的温度，罐内设有搅拌器以保持糖化醪液的浓度和温度均匀，使酶充分发挥作用。糖化罐的内壁常装有挡板以改变流型，提高搅拌效果。这次设计就是要对连续糖化罐的几何尺寸进行计算，考虑压力，温度和腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形，罐体和封头的壁厚；进行冷却装置的设计和计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置和人孔的一些附件的确定，完成整个装备图，完成整个设计。这次设计包括图样，主要是装配图和说明书。选择合理的比例和大小，安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤，把整个设计的运算过程列明。第二部分：设计方案的确定与说明一．设计方案的确定1、冷却装置的选定：采用竖式蛇管冷却竖式蛇管换热装置适用于冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。用铜管或钢管制成。2、搅拌装置设计：选平直叶搅拌器此类型为最基本的一种桨型，低速时为水平环流型，层流区操作：高速时为径流型。有挡板时，功率准数值Np明显升，为上下循环流，湍流加强，适用于低粘度液的混合、分散、固体悬浮、传热、液相反应等过程。μ＜2000cp，n=1－100rpm，V＝1－50m/s。常用规格DJ/D＝0.35－0.8，h/DJ＝0.10－0.25。当DJ/D＝0.9以上时可设置多层桨叶，适用于高粘度液搅拌：降低桨叶离底部高度可作刮板用，防止重组份沉附底部。有用于悬浮、结晶与萃取等过程。二.设计方案的说明本次设计的连续发酵罐可以连续的把糊化醪与水稀释，同时将糖化剂混合进去，通过维持一定的温度和时间，保持流动状态，使酶充分发挥作用。一般设有自动控制页面的装置，可以保证糖化醪的容量不变，从而保证糖化醪在罐内具有一定的停留时间，连续糖化采用40至45分钟或更长时间。一般在常压下操作，大多采用密闭式以避免染菌。第三部分：设计计算与论证一．糖化罐罐体的确定选容积为100m1．径高比取径高比D：H=1：1.15这样有利于液体循环和有更大的加热面积。则：由V=1/4πD2H得：罐径为D=[100/（0.785*1.15）]1/2=4.8（m）；罐高H=5.5（m）.为顺利地将煮沸而产生的水蒸气排出室外，糖化罐的顶盖做成弧形，罐底也做成弧形，原因在于弧形罐底对流体传热循环的影响，在罐底中心部位和靠近罐倾斜壁处各取一微小直径的液柱，中心部位的液柱较深，但相对应的加热面积较小，而靠近罐倾斜壁处的液柱较浅，相对应的加热面积较大，因此在罐底原为较快发生气泡将液体向上推而形成中心的液体向下的自然循环，为了节省搅拌动力消耗，罐底最好做成球形，能够促进液体循环，球形罐底还有利于清洗和液体排尽的优点3．罐内表面积圆筒内表面积F1=πDH1=3.14*4.8*5.5=83m4.罐筒容积糖化罐是圆柱形器身略向中间倾斜的容器，其容积v1可近似按下式计算V1=1/4πD2H1=20.25*3.14*（4.8）2*5.5=3D糖化锅直径，mH1糖化罐圆柱部分高度，m在实际生产中，糖化罐内径应留有适量的空间作为糖化醪液运转的余地，一般情况下实际有效容积按人孔门底边以下400--500mm计算。V=V1+V2=99.5+99.5*1/5=120m6．罐壁厚S=PD/（230[σ]φ-P）+C=1*4850/（230*8.75*0.8-1）+3=6.01，取6mm式中：P——罐压力（1atm）；D——罐的共称内径；φ——焊缝系数（0.8）；[σ]——许用应力，[σ]=σ/n，其中σ：钢板抗拉强度：35Kg/cm3，n=4（t〈250℃C——腐蚀粘度，C-C〈10mm时，C=3mm。二、冷却形成的确定糖化过程是一个放热的过程，同时，机械搅拌也产生热量，而从液化到糖化又是降温过程。因此，需在罐内有冷却装置。糖化罐内壁装备蛇管式冷却器，用铜管或钢管制成。为了避免冷却器妨碍醪液的流动，上下相邻的蛇管间距不小于60mm，相邻蛇管间距不应小于30cm.冷却面积的计算是根据1m³糖化罐的有效容积需3m³冷却面积。当夏季水温高时，可增用补充冷却器冷却糖化醪的水耗量约为1m³采用竖式蛇管冷却，同时兼起搅拌，档板作用，冷却水降温，使糖化液维持在60-65℃H=h1+h2—19.9）/[0.24*3.14*（4.8）2]+1+0.05=4.9（m）三、冷却面积计算二次喷射时液化温度为25℃，采用气液分离器，将其冷却到100℃，再用冷却水降温至60℃K总传热系数：1219——2930KJ/Kg·m2糖化醪液浓度为30%，液化醪进料时间30分钟，C干物质·k，C水：4.18KJ/Kg·k。C=0.30*1.1321+4.18*（1-0.3）=3.266（KJ/Kg·k）每小时冷却糖化醪量100*0.75*1000/（30/60）=150000（kg/h）3．冷却水终温设冷却水流量为液化液的3倍t=（273+20）+150000*3.266*（90-60）/（150000*4.18）=301（K）4．平均温差△t=（62-40）/ln（62/40）=50。2（K）冷却水热交换量总传热系数取2000KJ/k·h·m2，则Q=150000*3。266*（90-60）=14700000（KJ/h）6．冷却面积（忽略搅拌热量）Q=KA△t→A=Q/K·△t=14700000/（2000*50.2）=146。4（m2）K总传热系数,2000KJ/k·h·m2A冷却面积Q冷却水热交换量，14700000（KJ/h）7．取6组竖式蛇管换热器，每组换热器的换热面积为：146.4/6=24.4（m2）。以管壁中心面积作为传热面积，查《换热器》取YB8000-70Ф127*17的无缝钢管取其平均直径为：127-17=110（mm），所需管长：24.4/（3.14*0.11）=70.6（m），蛇管长度；85*（8-1）=595（mm），蛇管的螺旋间距：85*6=510（mm），支架宽：510+595=1105（mm）。四、搅拌装置设计糖化罐中，装有涡轮式、螺旋桨式或平桨式搅拌器。由轴中心至搅拌器边缘的长度应为糖化罐直径的15%~18%，其旋转方向与冷却水在蛇管中水流的方向相反。为了能使蒸煮醪与糖化剂混合均匀，以及糖化醪能迅速冷却起见，搅拌器的转速，一般要求每分钟80~100次左右。也有的要慢些，约每分钟50转。对于桨式搅拌器，一般在黏度大时取小值，速度范围20~40r/min。1.糖化罐选浆式搅拌，有利于调均液体，故选平直叶搅拌器。°直叶浆式搅拌器叶径：d=0.5D=0.5*4800=2400（mm）；叶宽：h=0.1d=240（mm）；曲轴转速为n=30rpm，浆叶面积：F=b*sinβ*h=（d/2）*sinβ*h=（2.4/2）*0.24*sin45°=0.204（m2）；N0=60*10-9*（ФZ/η）*F*d3*n3*W=60*10-9*（1.2*2/0.75）*0。204*23*303*1.08*103=9.14（kw）N电机=KN0*（1+10%+10%）/η1.2*9.14*（1+0.2）/0.96=13.78（kw）式中：K——安全系数1.2；10%——密封安装功率消耗；η——一级皮带传动0.96。查《化学工艺设计手册》P456，选HG5-220-65型查《发酵工程与设备》知道搅拌器的安装，下面搅拌器离罐底一般不超过一个搅拌器直径高度，上面一个搅拌器直径高度，上面一个搅拌器在液体下，则两搅拌器相距：5.05-0.5-1.5=3.05（m）。轴的设计主要以扭转强度和刚度计算轴径：d=10*（N/n）1/4=10*（13.7/30）1/4=8.22（cm）式中：d——轴径（cm）；N——搅拌功率（kw）；n——转速。轴分为3段，考虑到开槽影响，轴径加0.5%，液体对轴的腐蚀增加腐蚀裕量80mm。则轴径：d=82.2+82.2*0.05+80=166.3（mm）取轴径170mm，查《材料与零部件》轴上安装零件设计选用：A轴承搅拌器受轴向力和径向力的共同作用，故轴承的选择用双向心球面滚子轴承，查《材料与零部件》中P416，选GB28-6-64轻宽（5）系列3520。B．联轴器的选用轴分为三段，选用两个夹套联轴器连接，其优点在于装拆方便，拆卸时不需要做轴项运动，易对中，径向尺寸小，查《材料与零部件》中P547，选用AG5-213-65立式，夹壳联轴器。C．轴封采用封面轴封（其封面要求不高）。五、传动部分设计搅拌器用电机拖动，三角皮带转动，查《材料与零部件》，知三角皮带传动效率为η=0.94，因立式夹壳联轴器联结效率为0.98，罐内装两只磙子器轴承，传动效率为0.97，罐外装两只滑动轴承，传动效率为0.98，因此传动效率；N传=N022）*0.97]=11.56（kw）查《机械零件设计手册》选三间皮带B型。查《材料与零部件》选JO2-71-8型电机带动。用D1=160mm，实心轴带动，则大皮带轮直径：D2=m1/m2*D式中：m1——电机转速720rpm，经减速器减速至280rpm；m2——轴转速30rpm。D2=m1/m2*D=280/30*160=1493（mm）查直径尺寸系列，D取1500mm。六、糖化罐联结管道的计算管径的计算可根据物料衡算得知工艺过程所需的各类流动介质的流量和流速，计算出管道内径，也可应用化工手册的有关流速、流量、管径算图求得管径，在计算管径时，关键是流速的选用。根据输送介质的种类、性质和输送条件选择合适的流速。确定流速的原则是液体流速不超过3m/s，气体流速不超过100m/s。管道中除了管材外，还有许多其他构件，是组成管道不可缺少的部分。主要管件有弯头、三通、短接管、异型管、法兰、盲板和阀门。无缝钢管的质地均匀和强度高。在生物技术工厂中，无缝钢管常用于安装蒸汽管道、压缩空气管道、大口径水管道以及车间蒸汽灭菌的物料管道。无缝钢管可分为外径32~450mm，壁厚2.5~50mm的热轧管和外径4~150mm,壁厚1.0~12mm的冷轧管。100m3其流量：Q=100*0.75/（55*60）=3/s取流速：V=/s则管径：d=（1.272*Q/V）1/2=（1.272*0.023/1.2）1/2=156.2（mm）查《材料与零部件》P132，取Dg=175mm，Φ=194.6的无缝钢管，材料1Cr18Ni9Ti100m3，ΦQ=100*0.75/（35*60）=3/s，流速V=/s，管径：d=（1.272*Q/V）1/2=（1.272*0.036/1.2）1/2=195.4（mm）取Dg=200mm，Φ=219*6的无缝钢管，材料1Cr18Ni9Ti选Φ=3883.5的无缝钢管，材料1Cr18Ni9Ti选Φ=102*4的无缝钢管，材料1Cr18Ni9Ti为了使糖化液保持在60-65℃，罐外需加保温层，查《化工工艺设计手册》，保温层取100mm七、温度计采用热电偶温度计，查《材料与零部件》选用型号为WRK的温度计，测量范围0-600八、人孔查《材料与零部件》选用JB583-64水平吊盖人孔，公称直径Dg=800mm，人梯由施工单位定。九、支座根据罐体和装液量选4个JBH60-73支座，允许负荷量25/个。第四部分：设计结果概要参数名称参量值单位罐径m罐高5m圆筒内表面积83m2罐壁厚6m物料比热3.266KJ/Kg·k每小时冷却糖化醪量150000kg/h冷却水终温301K平均温差K冷却水热交换量14700000KJ/h冷却面积m2每组换热器的换热面积m2取其平均直径为110mm蛇管长度595mm蛇管的螺旋间距510mm支架宽1105mm