50M3机械搅拌通风发酵罐的设计说明书

出水温度26℃。我设计的是一台50M³机械搅拌通风发酵罐，发酵生产柠檬酸。经查阅资料1,得知生产链霉素的菌种有黑曲霉、温氏曲霉、梨形毛霉、淡黄青霉、二歧拟青霉、棒曲霉、泡盛曲霉、芬曲霉、丁二烯酸曲霉、斋藤曲霉及宇佐美曲霉、绿色目霉、黑粉霉等，综合生产能力、菌种稳定性、传统经验等因素选择黑曲霉，该菌种最适发酵温度为30℃,pH为2-3,发酵罐主要由罐体、封头、冷却蛇管、搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔和其它温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本视图和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤，把整个步骤项目及代号参数及结果备注1发酵菌种黑曲霉根据参考文献【1】选取2工作压力由工艺条件确定3设计压力由工艺条件确定4发酵温度根据参考文献【1】选取5设计温度由工艺条件确定6冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定7培养基根据参考文献【1】选取8由工艺条件确定93由工艺条件确定2罐体几何尺寸的确定2.1夹套反应釜的总体结构夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。2.2几何尺寸的确定根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.8,则H=2.8D初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积(50m³)公称体积V—一罐的筒身(圆柱)体积和底封头体积之和发酵罐全体积近似：(公称体积+上封头体积)根据直径D查文献资料[7]可得封头总高度765mm,封头体积3.12m³,由此可得D₁=1/3D=1/3×2900=966.77mmhb一椭圆封头的直边高度C一底搅拌叶至底封头高度Di一搅拌叶直径D一罐体直径Ho一罐体直筒部位高度取整970mmB一挡板宽度ha—椭圆封头短半轴长度S一搅拌叶间距图1-2-11机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸表2-1大中型发酵罐技术参数公称容筒体高度筒体直换热面转速电机功1表2-250m³发酵罐的几何尺寸1步骤项目及代号参数及计算结果备注2公称体积全体积D计算2公称体积全体积D计算计算3计算计算3计算2.3罐体主要部件尺寸的设计计算2.3.1罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式因柠檬酸呈酸性(pH值为2-3),对金属罐体很容易腐蚀腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR钢，内涂环氧树脂防腐，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。2.3.2罐体壁厚D一罐体直径(mm)p一耐受压强(取0.25MPa)φ一焊缝系数，双面焊取0.8,无缝焊取1.0[o]-[o]一设计温度下的许用应力(kgf/cm²)(不锈钢焊接压力容器许用应力为2.3.3封头壁厚计算D一罐体直径(mm)p一耐受压强(取0.25MPa)y一开孔系数，取2.3φ一焊缝系数，双面焊取0.8,无缝焊取1.0[o]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)2.4、挡板挡板宽度b取0.1D,装设4~6块即可满足全挡板条件。根据下式计算挡板数n:由此可得n=52.5搅拌器采用涡轮式搅拌器，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：六弯叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大；查阅文献³可知50m³发酵罐采用6-6-6箭叶式搅拌叶盘径：di=13/20d=13/20×1000=650mm叶高：h=3.5/20d=3.5/20×1000=175mm叶长：b=0.25d=0.25×1000=2.6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，标准号为：HG21520—1995人孔(R·A—2707)500-1.0,直径为φ600mm,高度为260mm,开在顶封头上，左边轴线位于离中心轴1000mm处视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2个视镜，标准号为ⅡPN1.6,DN100AHG21505-1992直径为DN150mm,高度为52mm,开在顶封头上，位于俯视面左下45度和右上45度距离中心轴线1200mm处2.7接口管进料口：法兰型号为PNO.6DN150,接口管规格159×4.5mm,开在封头上。排料口：法兰型号为PNO.6DN200,接口管规格209×4.5mm,开在罐底。进气口：法兰型号为PNO.6DN150,接口管规格159×4.5mm,开在封头上。排气口：法兰型号为PNO.6DN150,接口管规格159×4.5mm,,开在封头上补料口：法兰型号为PNO.6DN150,接口管规格159×4.5mm,开在封头上。取样口：法兰型号PNO.6DN65,接口管规格，开在封头上。液位计：采用标准：HG5-1368型直径：φ550(260×14)mm,开在罐身上；步骤项目及代号参数及结果备注116MnR钢由工艺条件确定2罐体壁厚计算3封头壁厚计算4人孔一个DN600根据参考文献【2】选取5两个DN150根据参考文献【2】选取6六箭叶根据参考文献【2】选取73层根据参考文献【2】选取8搅拌器直径根据参考文献【2】选取9根据参考文献【3】选取排料口直径根据参考文献【3】选取冷却水进、出口根据参考文献【3】选取进气口根据参考文献【3】选取15取样口DN65mm16温度计DN32mm17压力表DN25mm19溶氧探头DN63mm20PH探头DN60mm2.8冷却装置设计发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用蛇管冷却，综合比较列管的冷却效果好，在使用水作冷却介质时，选用列管。2.8.2装液量发酵罐装料系数：80%发酵罐装料液体积：v1=全体积×装料系数=53.12×80%=42.5m³不计算下封头时的装液体积：v柱=v1-下封头体积装液高度：h=v柱/(0.785×D²)=39.0/(0.78单位时间传热量=发酵热×装料量，即：发酵液发酵热(KJ/m³·h)青霉素丝状菌青霉素球状菌四环素红霉素谷氨酸酶制剂2.8.3冷却水耗量(W)由课题给出进出口水温为18℃、26℃,则Q一单位时间传热量Cp一冷却水的平均比热，取4.186kJ/(kg·℃)t₂-t₁一冷却水进出口温度差对数平均温度差，由工艺条件知道t,=30℃,t1—冷却水进口温度t2一冷却水出口温度t,一发酵温度2.8.4冷却面积(A)△tm一对数平均温度差K一传热总系数，取1.931×10³kJ/(m²·h·℃)冷却面积(m²)A=πdL冷却蛇管总长度(m)取整L=220m,分为4组，每组长取55md一蛇管内径，d=外径一壁厚φ60×3.5mm外径取60mm,壁厚取3.5mm蛇管一般分为4组，则每组长度：L/6=55m每圈蛇管长度D一蛇管圈直径，3mhp一蛇管圈之间的距离，取0.10m蛇管总圈数取整24圈，每组24/4=6圈蛇管总高度H=(N,-1)h,=(24-1)×0d’=2d蛇=1.92m,再加上搅拌叶的直径Di=0.97m,靠近筒壁的蛇管与筒壁之间的距离为0.1m,即D'=d’+Di+(0.1—d外径/2)=1.92+0.97+(0.1—0.06/2)=2.91m.因D’<D=3.4m,所以蛇管能全部放进发酵罐内部，而且高度低于液柱高度，故蛇管的设计符合要求。步骤项目及代数参数及结果备注1发酵罐装料系数由工艺条件确定2计算3单位时间传热量计算4冷却水耗量(W)计算5冷却面积(m³)计算6冷却蛇管规格(mm)根据参考文献【2】选取7冷却蛇管总长度(m)计算8冷却蛇管高度(m)计算2.9搅拌器轴功率的计算2.9.1不通气条件下的轴功率P₀计算w—涡轮转速(r/min);PL一液体密度(kg/m3)因发酵液不同而不同，一般取800—1650kg/m3;D—涡轮直径(m);因此搅拌功率可用下式校正：f为校正系数，它由下式来确定：发酵罐直径(D)、搅拌器直径(d)、液柱高度(H₁)对于多层搅拌器的轴功率可按下式估算：Pm=P(0.4+0.6m)=53.65×(0.4+0.6×3)=1m-------搅拌器层数。2.9.2通气搅拌功率Pg的计算根据设计Q取3m³/minP0一无通气搅拌输入的功率(kW)w一涡轮转速(r/min)Di一涡轮直径(m)Q一通气量(m³/min),可取1-6m³/min2.9.3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。Pm一搅拌轴功率P₁一轴封摩擦损失功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%,则电机的功率步骤项目及代号参数及结果备注1不通气条件下的轴功率P,kw计算计算根据参考文献【2】选取4多层搅拌器的轴功率计算型号：Y335-8计算根据参考文献【2】选取根据参考文献【2】选取三角皮带根据参考文献【2】选取根据参考文献【2】选取根据参考文献【2】选取根据参考文献【2】选取3设计小结柠檬酸的发酵生产，发酵温度为31℃。反应器的材料为16M罐体几何尺寸为公称直径2900mm,总高812分为4组。通过这次设计，我学会设计机械搅拌通风发酵罐的一般过程，学会一些基本的设计的步骤和过程，以及认真的态度。这次我的设计是由最开始的确定课题到计算数据的整理再到画图，以及在后来的说明书的的拟订，用了两周的时间。虽然经历了一开始资料和数果。应该说，做课程设计是锻炼一个人的整体能力，而不仅仅是课本知识，是将知识运用本次设计还要画装配图，虽然可以选择用autoCAD电脑画或者手工画，但基于现在还熟悉了