生物工程設備課程設計--75m3賴氨酸發(fā)酵罐設計

1、<p>　　《生物工程設備與原理》課程設計說明書</p><p>　　題目: 75M3賴氨酸發(fā)酵罐設計</p><p>　　院 系：生命科學與工程學院</p><p>　　專業(yè)班級： 生物工程1202 </p><p>　　75M3賴氨酸發(fā)酵罐設計任務書</p><p><b>　　一、

2、目的任務</b></p><p>　　識的基礎上，培養(yǎng)學生綜合運用這些知識分析和解決工程實際問題的能力以及協(xié)作攻關的能力，為在學生掌握所學的工程制圖、化工原理、生物工藝學、生物工程設備與原理等課程的基礎知識和專業(yè)知生物工程工廠設計專業(yè)課程的學習和畢業(yè)論文（設計）打下基礎。</p><p><b>　　二、設計題目與參數</b></p><

3、;p>　　75m3的賴氨酸發(fā)酵罐設計</p><p>　　設計參數和技術特性指標： 罐內壓力0.15 MPa；夾套或蛇管壓力0.25 MPa；</p><p>　　工作溫度：罐內小于或等于120℃，蛇管或夾套小于等于150℃.</p><p>　　工作介質：罐內輕微腐蝕性，蛇管或夾套蒸汽（滅菌）；發(fā)酵溫度32℃</p><p>　　傳熱

4、面積按1.5m2/m3裝料量設計。</p><p>　　攪拌器轉速為100轉/分，攪拌器型式自定。</p><p>　　H/D取1.7-2.5；裝料系數η取0.6～0.8；通風管通風比（通氣速率/發(fā)酵液體積）取0.5～1.0vvm；發(fā)酵液密度為1076kg/m3，最大粘度3×10-3N·s/m2；冷卻水初始水溫25℃.</p><p>　　三、設

5、計任務及設計要求：</p><p>　　進行發(fā)酵罐的所有部件的計算及整體結構設計，完成設計說明書。</p><p>　?。?）進行罐體及夾套（或內部蛇管）設計計算</p><p>　?。?）進行攪拌裝置設計：攪拌器的選型設計；選擇軸承、聯(lián)軸器，罐內攪拌軸的結構設計，攪拌軸計算和校核；</p><p>　?。?）攪拌器功率（不通氣功率、通氣功率

6、）、電機功率計算、傳動系統(tǒng)的設計計算：傳動設計采用V帶傳動； </p><p>　?。?）密封裝置的選型設計</p><p>　　（5）選擇支座形式并計算</p><p>　?。?）手孔或人孔選型</p><p>　　（7）選擇（進料管、取樣管、冷卻水進出口接管、排氣管、進氣管等）接管、管法蘭、設備法蘭。</p><p&g

7、t;<b>　?。?）設計機架結構</b></p><p>　?。?）設計凸緣及安裝底蓋結構</p><p>　?。?0）空氣分布管、視鏡的選型設計</p><p>　?。?1）繪制發(fā)酵罐器裝配圖（A3號圖紙)。</p><p>　?。?2）每人撰寫總結1份。</p><p>　　裝料量75 m3

8、 的（賴氨酸）發(fā)酵罐設計設計說明書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1設計方案的擬定………………………………………………………1</p><p>　　2罐體結構設計…………………………………………………………2</p><p>　　2.1罐體幾何尺寸的計算……………………………………

9、……2</p><p>　　2.2罐體幾何尺寸的驗算…………………………………………3</p><p>　　2.3裝料量及裝料高度……………………………………………3</p><p>　　2.4罐體材料………………………………………………………3</p><p>　　2.5罐體厚度………………………………………………………3</p>

10、;<p>　　2.6封頭壁厚的計算………………………………………………4</p><p>　　2.7罐體壓力計算…………………………………………………4</p><p>　　3蛇管冷卻裝置…………………………………………………………5</p><p>　　3.1 冷卻方式………………………………………………………5</p><p&g

11、t;　　3.2冷卻面積計算…………………………………………………5</p><p>　　3.3蛇管設計主要尺寸及固定……………………………………5</p><p>　　3.4蛇管進出口設計………………………………………………6</p><p>　　4.攪拌器設計計算………………………………………………‥……7</p><p>　　4.1攪拌器

12、選型和主要尺寸………………………………………7</p><p>　　4.2槳葉分布………………………………………………………7</p><p>　　4.3攪拌器的結構形式與安裝……………………………………7</p><p>　　4.4攪拌器軸功率的計算…………………………………………8</p><p>　　4.5攪拌軸設計…………………………

13、…………………………9</p><p>　　4.6攪拌軸臨界轉速的校核…………………………………… 11</p><p>　　5 通風發(fā)酵罐的傳動裝置設計……………………………………… 11</p><p>　　5.1電機的選擇……………………………………………………11</p><p>　　5.2減速機選型……………………………………………

14、…… 11</p><p>　　5.3 V帶設計內容及步驟…………………………………………12</p><p>　　5.4聯(lián)軸器…………………………………………………………16</p><p>　　5.5 機架………………………………………………………… 16</p><p>　　5.6凸緣法蘭…………………………………………………… 17&

15、lt;/p><p>　　5.7安裝底蓋…………………………………………………… 18</p><p>　　6 其它部件選型………………………………………………………19</p><p>　　6.1密封裝置…………………………………………………… 19</p><p>　　6.2 法蘭選擇………………………………………………… …20</p&

16、gt;<p>　　6.3無菌空氣通風管設計……………………………………… 21</p><p>　　6.4手孔及人孔………………………………………………… 22</p><p>　　6.5支座………………………………………………………… 22</p><p>　　6.6視鏡………………………………………………………… 25</p><

17、;p>　　6.7 液面計……………………………………………………… 26</p><p>　　6.8儀表接口…………………………………………………… 27</p><p>　　6.9消泡器……………………………………………………… 27</p><p>　　7.工藝設計計算結果匯總及主要尺寸說明…………………………28</p><p>

18、<b>　　1設計方案的擬定</b></p><p>　　本文對北京棒桿菌AS1.563為原料合成賴氨酸的主要反應設備作了設計和計算，包括發(fā)酵罐的容積及主要部件尺寸的確定，攪拌器的選型及功率計算，冷卻設備的計算等。</p><p>　　我們組設計的是一臺75m3的機械攪拌通風發(fā)酵罐，發(fā)酵生產賴氨酸。經查閱資料得知生產賴氨酸的菌種有高絲氨酸缺陷、黃色短桿菌的蘇氨酸或蛋氨

19、酸缺陷、黃色短桿菌的高絲氨酸缺陷菌株，它們可分別積累賴氨酸50g/L、34g/L、23g/L等，目前國內所使用的賴氨酸生產菌主要有：①中國科學院微生物研究所的北京棒桿菌AS1.563和鈍齒棒桿菌PI-3-2；②上海工業(yè)微生物研究所選育的黃色短桿菌AIII；③黑龍江輕工業(yè)研究所的241134；④廣西輕工業(yè)研究所的NO.G12-6等。</p><p>　　綜合溫度、PH等因素選擇北京棒桿菌AS1.563菌種，該菌種最

20、適發(fā)酵溫度為32-34oC，pH6.5-7.0，培養(yǎng)基為糖蜜、大豆餅粉。</p><p>　　發(fā)酵罐主要由罐體和冷卻蛇管，以及攪拌裝置，傳動裝置,軸封裝置，人孔和其它的一些附件組成。這次設計就是要對75m3發(fā)酵罐的幾何尺寸進行計算；考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料，確定罐體外形、罐體和封頭的壁厚；根據發(fā)酵微生物產生的發(fā)酵熱、發(fā)酵罐的裝液量、冷卻方式等進行冷卻裝置的設計、計算；根據上面的一系列計算選擇適合的攪

21、拌裝置，傳動裝置，和人孔等一些附件的確定,完成整個裝備圖，完成這次設計。</p><p>　　這次設計包括一套圖樣，主要是裝配圖，還有一份說明書。而繪制裝配圖是生物工程設備的機械設計核心內容，繪制裝配圖要有合理的選擇基本視圖，和各種表達方式，有合理的選擇比例，大小，和合理的安排幅面。說明書就是要寫清楚設計的思路和步驟</p><p><b>　　發(fā)酵罐主要設計條件</b&g

22、t;</p><p><b>　　2罐體結構設計</b></p><p>　　罐體由頂蓋、筒體和罐底組成，通過支座安裝在基礎或平臺上，罐底常采用橢圓形封頭，頂蓋在受壓狀態(tài)下操作，常選用橢圓形封頭。對直徑較小的種子罐，頂蓋可采用薄鋼板制造的平蓋，并在薄鋼板上加設型鋼制的橫梁，用以支撐攪拌器及其傳動裝置。頂蓋與罐底分別與筒體相連，罐底與筒體的連接采用焊接。筒體與頂蓋的連接

23、形式分為可拆連接和不可拆連接，筒體內徑D1≤1200mm，宜采用可拆的法蘭連接，常采用甲型平焊法蘭連接。大型發(fā)酵罐一般采用焊接連接。</p><p>　　2.1罐體幾何尺寸的計算</p><p>　　初步設計：設計條件給出的是發(fā)酵罐的公稱體積（75m3）</p><p>　　公稱體積V－－罐的筒身（圓柱）體積和底封頭體積之和</p><p>

24、　　全體積V0－－公稱體積和上封頭體積之和封頭體積 </p><p><b>　?。ń乒剑?lt;/b></p><p>　　假設H0/D=2.1,根據設計條件罐的公稱體積為75m3，</p><p><b>　　計算罐體內徑：</b></p><p><b>　　取整為3600mm<

25、;/b></p><p>　　查閱文獻，當公稱直徑DN=3600mm時，標準橢圓封頭的曲面高ha=900mm，直邊高度hb=40mm，總深度為Hf=940mm，</p><p>　　容積=0.785×0.362×(0.04+1/6×0.36)=6.511m3.</p><p><b>　　計算罐體高度：</b>

26、;</p><p>　　為1m高筒體的容積；為下封頭的容積</p><p>　　取整為H=6800mm</p><p>　　2.2罐體幾何尺寸的驗算</p><p>　　發(fā)酵罐的公稱體積：V==0.785×3.62×6.8+6.511=75.69m3</p><p>　　發(fā)酵罐的全體積:V0==0.

27、785×3.62×6.8+6.5111×2=82.20 m3</p><p>　　實際高徑比，復核結果基本接近2，滿足要求。</p><p>　　2.3裝料量及裝料高度</p><p><b>　　裝料量： （）</b></p><p><b>　　裝料高度:</b>

28、;</p><p><b>　　,取</b></p><p>　　為1m高筒體的容積；為下封頭的容積</p><p><b>　　2.4罐體材料</b></p><p>　　考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料和風投材料，封頭結構與罐體了解方式。因賴氨酸是偏酸性，對罐體不會有太大腐蝕，所以罐體和封

29、頭都使用16MnR鋼為材料，封頭設計為標準橢圓封頭，因D>500mm，所以采用雙面縫焊接的方式與罐體連接。</p><p><b>　　2.5罐體厚度</b></p><p><b>　　取整為t=6mm</b></p><p>　　D－罐體直徑（mm）P－耐受壓強 (設計壓力取0.15MPa) － 焊縫系數，

30、雙面焊取0.8，無縫焊取1.0[σ ] －罐體金屬材料在設計溫度下的許用應力（不銹鋼焊接壓力容器許用應力為150℃，137MPa）C －腐蝕裕度，當δ －C<10mm時，C＝3mm</p><p>　　2.6封頭壁厚的計算</p><p><b>　　裝料高度：</b></p><p>　　為1m高筒體的容積；為下封頭的容積</

31、p><p>　　發(fā)酵液產生的最大壓強P=gh=1076×9.8×5013=0.052Mpa</p><p>　　本設計采用設計壓力為安全閥開啟壓力的1.1倍。</p><p>　　則下封頭設計壓力P=1.1×（0.052+0.15）=0.22Mpa。</p><p><b>　　取整td=7mm</b

32、></p><p>　　D－罐體直徑（mm）P－耐受壓強 (取0.15MPa)</p><p>　　K－形狀系數，K= － 焊縫系數，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0[σ ] －設計溫度下的許用應力（不銹鋼焊接壓力容器許用應力為150℃，137MPa）C －腐蝕裕度，當δ －C<10mm時，C＝3mm</p><p>　　當筒身壁厚與封頭壁厚不一

33、致時，應取較大的值作為共同的壁厚，及筒身應與封頭的壁厚一致，且取較大值。</p><p>　　所以最終取桶身壁厚和封頭壁厚t=td=7mm</p><p><b>　　2.7罐體壓力計算</b></p><p>　　罐體壓力實驗校核，采用水壓試驗。試驗溫度，取20℃，屈服點強度為235MPa</p><p><b&

34、gt;　　= </b></p><p>　　此時，材料的許用應力</p><p>　　實驗公式為：和兩者中取最大.（外加作為安全壓力）</p><p>　　而且考慮下封頭靜壓：</p><p>　　實驗壓力下筒體中的應力：</p><p>　　,所以在屈服點強度以內，視為有效。</p><

35、;p>　　表2-1 罐體幾何尺寸表</p><p><b>　　3蛇管冷卻裝置</b></p><p><b>　　3.1 冷卻方式</b></p><p>　　發(fā)酵罐容量大，罐體的比表面積小。夾套不能滿足冷卻要求，使用列管或蛇管冷卻，使用水作冷卻介質。</p><p>　　設計發(fā)酵條件發(fā)酵條

36、件：發(fā)酵液密度為1076kg/m3 ，發(fā)酵溫度32℃，冷卻水初始水溫25℃. 傳熱面積按1.5m2/m3裝料量設計。</p><p><b>　　3.2冷卻面積計算</b></p><p><b>　　裝料量： （）</b></p><p>　　57.54m3的裝料量的傳熱面積為：</p><p&g

37、t;<b>　　A= </b></p><p>　　3.3蛇管設計主要尺寸及固定</p><p>　　選取低壓流體輸送用焊接鋼管，其規(guī)格（GB3901--93），直徑為100/114mm.</p><p>　　蛇管長度： </p><p>　　已計算出發(fā)酵罐直徑；</p><p>　

38、　蛇管中徑與容器直徑之比Dc/D=0.80;</p><p>　　蛇管管子外徑與蛇管中徑之比Dco/Dc=0.042;</p><p>　　每圈蛇管之間距與蛇管管子外徑之比Sc/Dco=1.0;</p><p>　　蛇管距罐底的高度與容器直徑之比Hc/D=0.10。</p><p><b>　　每圈蛇管長度：</b>&l

39、t;/p><p>　　式中Dc------蛇管圈直徑，m</p><p>　　Sc------蛇管圈之間的距離取0.12m;</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　蛇管總圈數：</b></p><p><b>　　取</b>&

40、lt;/p><p>　　考慮到蛇管中心直徑較大，圈數較多，采用（U型）法螺栓固定，并且采用三根支柱,碳鋼角鋼規(guī)格L75×8。</p><p>　　蛇管高度與容器直徑之比Lc/D=1.00;</p><p>　　由2.3計算得筒體裝料高度5.0m，蛇管高度合適。</p><p>　　3.4蛇管進出口設計</p><p&

41、gt;　　蛇管進出口一般都設置在頂蓋上，有時考慮結構上方便也可設置在筒體上。</p><p>　　(a)用于蛇管與封頭一起抽出的情況；</p><p><b>　　(b)可拆卸蛇管；</b></p><p>　　(c)型結構簡單，使用可靠。</p><p>　　(d) 有襯里設備的蛇管進出口結構。</p>

42、<p>　　(e)進出口與頂蓋采用填料函密封；</p><p>　　(f)型為適用于常壓設備。 </p><p>　　考慮到要采用機械密封裝置，擬采用</p><p>　　f型蛇管進出口結構。</p><p><b>　　4.攪拌器設計計算</b></p><p>　　4.1攪拌器選型和

43、主要尺寸</p><p>　　漿式攪拌器的槳葉多為兩葉，有直槳、斜葉漿和孤葉槳之分。攪拌器直徑與罐體內徑之比常取0.35~0.8。本次設計中選擇圓盤彎葉渦輪攪拌器，攪拌器直徑與罐體內徑之比取1/3。槳葉材料選用：Q235-B 扁鋼，槳葉數量z=6，初定槳葉厚度。</p><p>　　即：=1/3D=1/33600mm=1200mm.</p><p>　　根據彎葉渦輪

44、式攪拌器，槳徑Di：槳長L：槳寬b=20:5:4</p><p>　　得：槳長L=300mm，槳寬b=240mm；</p><p>　　圓盤直徑一般取,是槳徑的2/3，圓盤直徑為Dg==1200=800mm</p><p>　　為保持一定的剛性及支持周邊的槳葉，取圓盤厚度為10mm.</p><p><b>　　4.2槳葉分布<

45、;/b></p><p>　　下層攪拌器與罐底的距離取C=（0.8~1.0）Di,取C=1=</p><p>　　兩攪拌器之間的距離取s=</p><p>　　為避免攪拌器工作時產生渦旋使攪拌器露在空氣中，因此第一個攪拌器距離料液液面的高度不小于攪拌器外徑的1.5倍：，取最終</p><p>　　4.3攪拌器的結構形式與安裝</p

46、><p><b>　　通過以上計算可得:</b></p><p><b>　　罐徑</b></p><p>　　下層攪拌器與罐底的距離取C=1200mm</p><p>　　兩攪拌器之間的距離3000mm</p><p>　　罐體總高H=8.68m</p><

47、p>　　筒體裝料高度由2.3得Hf=6.0mm</p><p>　　對于高徑比大的攪拌容器,采用單層槳不能獲得好的混合能力時就需要采用多層攪拌器</p><p>　　由以上數據可取攪拌器設置為2層，其參數為： </p><p><b>　　其設置形式如右圖：</b></p><p><b>　??；

48、 </b></p><p><b>　?。?</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　??；<

49、;/b></p><p>　　4.4攪拌器軸功率的計算</p><p>　　4.4.1不通氣的情況下軸功率的計算</p><p><b>　　根據魯士頓公式：</b></p><p>　　已知在充分湍流狀態(tài)時，圓盤直葉渦輪攪拌器的功率準數為，轉速=100（r/min），發(fā)酵液粘度，發(fā)酵液密度。</p>

50、<p>　　因Re104，所以發(fā)酵系統(tǒng)在充分發(fā)酵狀態(tài)，查表有功率系數Np=4.7，故葉輪不通氣時攪拌功率 P0 為</p><p>　　式中 P0--------無通氣輸入的攪拌功率（W）;</p><p>　　-------功率準數，式攪拌雷諾數的函數；</p><p>　　n--------渦輪轉速（r/min），根據設計條件取100（r/min）

51、；</p><p>　　--------發(fā)酵液液密度，；</p><p>　　Di---------渦輪直徑（m）；</p><p>　　當機械攪拌發(fā)酵反應器的，時需要校正：</p><p>　　其中f時校正系數，它由下式決定：</p><p><b>　　=</b></p><

52、;p>　　4.4.2兩層攪拌軸功率，通氣攪拌功率Pg的計算</p><p>　　攪拌器設置為2層，其軸功率為：</p><p>　　——式中m為攪拌器層數；</p><p>　　根據設計Q取1.0，罐壓為0.15，發(fā)酵溫度為32℃，發(fā)酵液密度為1076kg/m3，則：</p><p>　　V0=VL×VVm =57.54

53、15;1.0=57.54m3/min</p><p>　　根據Michal法計算：</p><p><b>　　通氣功率Pg=</b></p><p>　　式中---------通氣攪拌輸入的功率（KW）；</p><p>　　C--------當d/D=1/3~2/3時，Ｃ值為０.101~0.157之間，式中C取0.1

54、5</p><p>　　--------渦輪攪拌轉速(r/min)；</p><p>　　--------渦輪攪拌直徑（m）；</p><p>　　Qg---------通氣量（m2/min）；</p><p><b>　　4.5攪拌軸設計</b></p><p>　　攪拌軸材料采用45鋼，下表是

55、材料的一些參數：</p><p><b>　　確定攪拌軸的直徑：</b></p><p>　　選擇攪拌器的材料為碳45鋼，A為45鋼在121℃，查表得在該條件下時的許應力為70MPa。同時P為軸的傳遞功率，在理想條件下，取軸的傳遞功率與通氣攪拌輸入功率相等，即51.72kw；</p><p>　　攪拌軸的直徑d的計算：</p>&

56、lt;p><b>　　圓整為</b></p><p>　　4.5.1攪拌器支承尺寸</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　根據經驗軸的懸臂L1、軸徑d和兩軸承間距B應滿足系列關系：</p><p>　　根據d=65mm得：</p><p>　　取L

57、1=3200mm,則B=800mm</p><p><b>　　4.5.2底軸承</b></p><p>　　由于攪拌軸較長，為了增加其穩(wěn)定性，需要設置底部軸承其結構圖如下：</p><p>　　攪拌軸的支撐常采用滾動軸承。攪拌軸的滾動軸承通常根據轉速、載荷的大小及軸徑d選擇，高轉速、輕載荷可選用角接觸球軸承；低速、重載荷可選用圓錐滾子軸。&l

58、t;/p><p>　　4.5.3攪拌器的安裝</p><p>　　攪拌器與軸的連接是通過軸套用平鍵或緊定螺釘固定，軸端加固定螺母。為防螺紋腐蝕可加軸頭保護帽。 </p><p>　　4.6攪拌軸臨界轉速的校核</p><p>　　轉速為100r/min，由于其轉速小于200r/min，所以不需要進行攪拌軸臨界轉速的校核。</p>&

59、lt;p>　　5 通風發(fā)酵罐的傳動裝置設計</p><p><b>　　5.1電機的選擇</b></p><p>　　根據攪拌功率選用電機時，應考慮傳動裝置的機械效應。</p><p><b>　　—攪拌軸功率；</b></p><p>　　—軸封摩擦損失功率；</p><

60、p><b>　　—傳動機構；</b></p><p>　　根據生產需要選擇三角皮帶電機。三角皮帶的效率是0.96，滾動軸承的效率是0.995，滑動軸承的效率是0.98，端面軸封摩擦損失功率為攪拌軸功率的1％，則電機功率：</p><p>　　，查找相應的電機功率，選擇機型Y315M-8型，額定功率75Kw的電機。相關數據如下表2-3：</p>&l

61、t;p>　　表2-3、電機相關數據</p><p><b>　　5.2減速機選型</b></p><p>　　根據電機的功率P =75KW 、攪拌軸的轉速n＝740r /min，傳動比i為740/100＝7.4，選擇帶傳動減速器。</p><p>　　其特點為：結構簡單，制造方便，價格低廉，能防止過載，噪音小。但不適用于防爆場合。<

62、/p><p>　　5.3 V帶設計內容及步驟</p><p><b>　　1）確定計算功率</b></p><p>　　已知傳動額定功P：75KW（ Y315M-8型電機）；小皮帶輪轉速n1：740r/min；大皮帶輪轉速n2：100r/min；</p><p>　　由下表得工況系數KA=1.3； </p>&

63、lt;p><b>　　則設計功率Pc：</b></p><p><b>　　機械工況系數表</b></p><p><b>　　選擇V帶型號</b></p><p>　　根據和，選擇V帶型號。</p><p>　　查普型表，可得選擇SPD型V帶。</p>&

64、lt;p><b>　　確定帶輪基準直徑：</b></p><p>　　帶輪結構小可使結構緊湊，但另一方面彎曲壓力太大，使帶的壽命降低，設計時應取小帶輪的基準直徑的值查普通V帶基準直徑圖得：</p><p>　　mm，考慮帶速不能偏低，所以取小帶輪的直徑400mm;</p><p><b>　　大帶輪的基準直徑</b>

65、</p><p>　　取整為2900mm。</p><p><b>　　4）驗算帶速：</b></p><p>　　由可知，維持適當的帶速有利于傳動和延長機器的壽命，所以帶速一般維持在內為宜。則其帶速為：</p><p><b>　　， 符合要求。</b></p><p>&

66、lt;b>　　5）初定中心距：</b></p><p>　　由，即2310mm<</p><p><b>　　初定2500mm</b></p><p>　　6）確定帶的基準長度：</p><p>　　根據下表圓整后，取Ld=11200mm</p><p><b>

67、　　表 </b></p><p>　　7）.確定中心距a：</p><p>　　安裝V帶是所需最小中心距和最大中心距：</p><p><b>　　8）小皮帶輪包角：</b></p><p><b>　　，符合要求。</b></p><p>　　9)單根V帶額定功

68、率P1：</p><p>　　主動輪轉速基準直徑，帶速v=15.49m/s，由表查的P1=16.45KW</p><p>　　時，單根V帶額定功率增量：</p><p>　　選擇D型V帶，主動輪轉速n1=740r/min，傳動比i為740/100＝7.4，由下表查得</p><p>　　傳動比 1.19～1.26 1.27～1.38 1

69、.39～1.57 1.58～1.94 1.95～3.38 >=3.39 </p><p><b>　　增量</b></p><p>　?。╧w） 0.33 0.4 0.47 0.53 0.58 0.62</p><p>　　表 單根普通SPD型V帶在主動輪轉速=7

70、30r/min時，時傳動功率增加量</p><p>　　.包角修正系數，由下表查的</p><p><b>　　表 包角修正系數</b></p><p>　　帶長修正系數，由表查得.02</p><p>　　10）確定V帶根數：</p><p><b>　　V帶根數z：</b>

71、;</p><p>　　取整后，取z=7（根），且z不大于10，符合要求。</p><p><b>　　5.4聯(lián)軸器</b></p><p>　　電動機或減速機輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接，并傳遞運動和轉矩的。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。 攪拌軸分段時，其自身的連接必須采用剛性聯(lián)軸器。根據軸徑80

72、mm查閱資料選取剛性凸緣聯(lián)軸器。電動機或減速機輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接，并傳遞運動和轉矩的。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。 攪拌軸分段時，其自身的連接必須采用剛性聯(lián)軸器。根據軸徑65mm查閱資料選取GT-65型剛性凸緣聯(lián)軸器。</p><p><b>　　其結構圖如下：</b></p><p>　　圖—— 凸緣聯(lián)軸器

73、 </p><p>　　聯(lián)軸器 /mm</p><p><b>　　5.5 機架</b></p><p>　　機架是安放減速器用的，它與安裝底座尺寸相匹配。標準機架有無支點機架、單支點機架和雙支點機架。</p><p>　　本次設備設計采用無支點機架。主

74、要以及帶傳動的輸出軸（傳動軸的輸入軸）直徑選用。攪拌軸直徑d=65mm。</p><p>　　機架有關尺寸見表。 單位/mm</p><p><b>　　5.6凸緣法蘭</b></p><p>　　凸緣法蘭一般焊接于發(fā)酵罐上封頭上，用于連接攪拌傳動裝置

75、，也可兼作安裝、檢修、檢查用孔。凸緣法蘭分整體和襯里兩種結構形式，密封面分為凸面（R）和凹面（M）兩種。凸面優(yōu)點是安裝容易，密封性能較光滑面好，所以選擇凸緣法蘭。</p><p>　　安裝法蘭時要求兩個法蘭保持平行，法蘭的密封面不能碰傷，并且要清理干凈。</p><p>　　法蘭靠用螺栓將兩個法蘭盤拉緊與安裝底蓋緊密結合起來。</p><p>　　根據選型表，選擇公

76、稱直徑為700mm的凸緣法蘭，其尺寸如下 </p><p>　　表 凸緣法蘭的主要尺寸 </p><p><b>　　5.7安裝底蓋</b></p><p>　　安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機架相連，下與凸緣法蘭（或底座）連接，是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。</p><p>　　安裝底蓋

77、的公稱直徑與凸緣法蘭的公稱直徑相同。形式選取時，注意與凸緣法蘭的密封面配合（凸面配凸面，凹面配凹面）。</p><p>　　安裝底蓋采用螺柱等緊固件，上與幾架連接，下與凸緣法蘭連接，是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接。下面是底蓋的尺寸參數:</p><p>　　表 底座的主要尺寸 /mm</p><p>　　圖 安裝底蓋結構圖

78、</p><p><b>　　6 其它部件選型</b></p><p><b>　　6.1密封裝置</b></p><p>　　密封裝置是機械攪拌通風發(fā)酵罐的一個重要組成部分，其任務是保證反應器處于正壓操作，防止發(fā)酵液泄露和污染雜菌。發(fā)酵罐軸封屬于動密封，軸封要求較高，因此一般采用機械密封（下伸軸為單端面，上伸軸采用雙端面

79、）。機械密封分為平衡型和非平衡型兩大類，常用的機械密封裝置已有標準系列，可根據要求計算并選用。</p><p>　　轉軸密封采用機械密封，機械密封是吧轉軸的密封從縱向改為徑向的密封，通過動環(huán)和靜環(huán)兩個端面面的相互配合，并做相對運動達到密封效果。機械密封的泄漏率低，可靠性高，功耗小，使用壽命長。所以本發(fā)酵罐的設計采用機械密封。</p><p>　　常用的機械密封裝置已有標準系列，可根據軸徑等

80、要求直接選用。</p><p>　　表 機械密封的 /mm</p><p><b>　　圖 機械軸封</b></p><p>　　6.2 法蘭選擇 </p><p>　　用于發(fā)酵罐上的法蘭有容器法蘭和管法蘭。對應有不同的標準。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭兩

81、類。平焊法蘭分甲型和乙型兩種，其中甲型平焊法蘭使用最廣泛。 </p><p><b>　　6.2.1容器法蘭</b></p><p>　　壓力容器法蘭的公稱直徑與壓力容器的公稱直徑取同一系列值，例如DN1000的壓力容器，應當配用DN1000的壓力容器法蘭。法蘭公稱壓力的確定，與法蘭的最大操作壓力與操作溫度以及法蘭材料有關。</p><p>　

82、　由于我們組設計的發(fā)酵罐公稱直徑很大，所以不能采用容器法蘭。根據設計要求選用焊接。</p><p>　　6.2.2管法蘭與接管</p><p>　　接管與管法蘭是用來與管道或其他設備連接的。標準管法蘭的主要參數是公稱通徑（DN）和公稱壓力（PN）。接管的伸出長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。</p><p>　　要求針對進料管、取樣管、排料管、冷卻水（蒸

83、汽）進出口管、排空管、空氣分布管等接管選擇管法蘭。</p><p>　　以進料口為例計算，設發(fā)酵醪液流速為：v = 1 m /s，1小時排凈，發(fā)酵罐裝料液體積:V1=57.54立方米</p><p>　　物料體積流量：Q = v1/1h=57.54/(3600*1)=0.01598 立方米/秒</p><p>　　則排料管截面積：F = Q/V=0.01598/1=

84、0.01598 平方米</p><p>　　又因為F =0.785d2,得D=0.142M,曲無縫鋼管，查閱資料，平焊鋼管法蘭HG20593-97,取公稱通徑為150mm。φ150×4.5mm無縫管</p><p>　　法蘭的尺寸是由法蘭的公稱直通徑DN，公稱壓力PN確定的。本設計中采用鋼制法蘭結構；</p><p>　　設計選取的法蘭尺寸和結構圖如下：&

85、lt;/p><p>　　公稱通徑DN=150mm鋼制管法蘭尺寸</p><p>　　1.進料口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型（HG20593-97），接口直徑φ161×4.5mm，大約在人孔與視鏡中間。角度垂直。</p><p>　　2.排料口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型（HG20593-97），接口直徑φ161×4.5mm

86、，開在罐底中間通風管旁。</p><p>　　3.進氣口：φ150×4.5 mm，開在封頭上，角度與水平線夾角 45 度</p><p>　　4.排氣口：φ150×4.5 mm ，開在封頭上進氣口以封頭很人孔中心連線為對稱軸的對稱位置上，角度與水平線夾角 45 度。</p><p>　　5.冷卻水進、出口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型

87、（HG20593-97）接口直徑φ161×4.5mm。</p><p>　　6.補料口：φ150×4.5 mm，角度與水平線夾角 45 度。</p><p>　　7.取樣口：φ150×4.5 mm，開在封頭上；角度與水平線夾角 90 度 </p><p>　

88、　6.3無菌空氣通風管設計</p><p>　　確定空氣分布管的結構形式、材料以及空氣分布管的管徑。</p><p>　　一般采用單管式空氣分布管。無菌空氣通風管作用是向機械攪拌發(fā)酵罐內吹入無菌空氣，并使空氣分布均勻。</p><p>　　發(fā)酵罐的裝料量為57.54m³，通風比（空氣流量與發(fā)酵液體積之比）為1.0，發(fā)酵溫度32℃，無菌壓縮空氣條件為：壓力3

89、.5kg/cm2，溫度25℃.</p><p><b>　　計算空氣流量：</b></p><p>　　Qg=20×1.0=20m3/min</p><p><b>　　計算壓縮空氣流量</b></p><p>　　取通風管內壓縮空氣流速為10m/s，則管徑為：</p>&l

90、t;p>　　選用ø110×4.0的20型無縫不銹鋼管，管外徑為118mm。 </p><p><b>　　6.4手孔及人孔</b></p><p>　　手孔和人孔的設置是為了設置安裝，拆卸，清洗和檢修設備的內部裝置。</p><p>　　手孔直徑一般為150~200mm，應使工人戴上手套并握有工具的手能方便的通過。

91、 當設備的直徑大于900mm,應開設人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔制造方便，應用比較廣泛，人孔的大小及位置應以人進出設備反方便為準則，對于反應釜，還要考慮攪拌器的尺寸，以便攪拌器軸及攪拌器能通過人孔放入罐內。 因為設備直徑大于900mm，所以開設人孔，其中圓形人孔制造方便，所以選用圓形人孔。根據的筒體內設計的公稱壓力PN小于1MPa（0.15MPa），人孔選用公稱直徑為600mm（容器直徑（3600>26

92、00）。</p><p>　　技術要求：人孔的技術要求應符合HG21517-95中“技術條件”的規(guī)定。</p><p>　　公稱壓力PN1.0，公稱直徑600，=280，采用RF型密封面，A型蓋軸耳，V2型材料，其中墊片采用石棉橡膠板墊的回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔，其規(guī)定標記符號為：人孔 RF V2（A.G） A 600-1.0 HG21517-95，總質量341Kg.</p&g

93、t;<p><b>　　6.5支座</b></p><p>　　6.5.1支座的選型</p><p>　　支座用于支承罐體，型式有耳式支座和支承式支座。小型罐一般用耳式支座（JB/T4725-29），分為A型和B型兩種。當設備需要保溫或直接支承在樓板上時，選B型，否則選A型。由于我們組設計的是75m3大型發(fā)酵罐，所以應該選擇支承式支座。</p>

94、;<p>　　每臺反應器常用4個支座，但作承重計算時，考慮到安裝誤差造成的受力情況變壞，應按兩個支座計算。如果不考慮動載荷，支座承受的總重量為設備的總重量及工作介質及冷卻介質的總重量之和。</p><p>　　根據我們發(fā)酵罐的直徑，D=3600mm，所以選擇鋼管制作B型 支承式支座，結構如下圖：</p><p>　　6.5.2計算支座的總載荷：</p><

95、p><b>　　1）總料液的重量：</b></p><p>　　2）設備總重量和冷凝水重量：</p><p>　?、俟摅w重量，將罐體看做圓柱體，其公稱直徑，厚度，總高度，16MnR鋼密度，；</p><p><b>　　計算得：</b></p><p>　?、谏吖苤亓浚吖苤睆綖?00/114

96、mm，蛇管長度,鋼材密度，；</p><p><b>　　計算得：</b></p><p>　?、劾淠亓?，冷凝水密度，；</p><p>　　管道內徑，蛇管長度,鋼密度為 ，冷凝水密度</p><p><b>　　計算得： </b></p><p>　?、茈姍C及其他零部件

97、重量Ml=mlg,電機質量M=1008Kg，聯(lián)軸器質量35Kg，機架質量96Kg，凸緣法蘭質量46Kg，管法蘭質量4.65Kg，人孔質量341Kg等。</p><p><b>　　計算得：</b></p><p><b>　?、芸傊亓康挠嬎?lt;/b></p><p><b>　　綜合計算得：</b>&l

98、t;/p><p><b>　　支座的總載荷為：</b></p><p>　　6.5.3支座的型號和尺寸</p><p>　　每臺攪拌罐常用4個支座，但作承重計算時，考慮到安裝誤差造成的受力情況變壞，應按兩個支座計算個承重。所以每個支座的約為承重為500KN。按要求選擇鋼管制作的7號支承式式支座，支座高度為490mm，墊板厚度為9mm。鋼管材料為45

99、號鋼，底板為Q235A，墊板為0Cr18Ni9：</p><p>　　JB/T4712.4--2007,支座B7，h=490,﹠=9</p><p>　　材料：45鋼，Q235A/ 0Cr18Ni9：</p><p>　　表 B7型支承式支座主要尺寸</p><p><b>　　6.6視鏡</b></p>

100、<p>　　視鏡主要用來觀察反應器內物料及其反應情況，一般安裝在上封頭。當視鏡需要斜裝或設備直徑較小時，采用帶頸視鏡，其主要尺寸可查手冊。</p><p><b>　　帶燈有頸視鏡</b></p><p><b>　　1-視鏡玻璃 </b></p><p><b>　　2-襯墊 </b>

101、</p><p><b>　　3-有頸接緣 </b></p><p><b>　　4-壓緊環(huán)</b></p><p><b>　　5-雙頭螺栓 </b></p><p>　　6-蓋形螺母 </p><p><b>　　7-視燈鏡<

102、;/b></p><p>　　帶燈有頸視鏡主要尺寸</p><p>　　根據上表選擇視鏡的尺寸為DN=150mm，尺寸如下：</p><p>　　本次設計設置1個視鏡，標準號HG21505－1992，直徑為DN=150mm，開在頂封頭上，位于右邊軸線離中心軸800mm處，與人孔位于同一水平線上</p><p><b>　　6.

103、7 液面計</b></p><p>　　液面計是用來觀察設備內部液面位置的裝置。常見的液面計有板式液面計、玻璃管液面計、浮子式液面計、和磁性液面計4種類型，尤其以玻璃管液面計最為常用。液面計結構有多種型式，其中部分已經標準化，最常用的是玻璃管液面計、玻璃板液面計等。 其中玻璃板液位計具有讀書清析、直觀、可靠、結構簡單、維修方便、經久耐用的特點，所以本次設計選用玻璃板液面計。其中T型液面計適用于公稱壓

104、力2.5及6.3的情況，R型適用于公稱壓力4.0的情況，S型適用于常壓及公稱壓力為0.6的情況。所以本次選用S型S0.6-ⅢQ由碳鋼Ⅲ制成的。</p><p>　　由于發(fā)酵罐裝液高度HL=H0+Hf=5013+940=5953mm,考慮到裝液量溢出等原因，以液面計的頂端為基準點，因此取液面計的安裝高度為6500mm。</p><p><b>　　6.8儀表接口</b>

105、</p><p>　　溫度計：PT100鉑電阻-DOCOROM常用溫度傳感器型號-TR/02125裝配式熱電阻，開在罐身上；</p><p>　　壓力表：彈簧管壓力表（徑向型），精度2.5，型號：Y150，開在封頭上；</p><p>　　液位計：采用HG5-1366-80反射式玻璃板液位儀，開在罐身上；</p><p>　　溶氧探頭：A1-

106、900MAX；</p><p>　　pH探頭：SBH03-871PH-3P1A-3型；</p><p><b>　　6.9消泡器</b></p><p>　　發(fā)酵液中含有蛋白質等發(fā)泡物質，故在通氣攪拌條件下回產生泡沫，發(fā)泡嚴重時會使發(fā)酵液隨排氣而外溢，且增加雜菌感染機會。</p><p>　　消泡器就是安裝在機械攪拌發(fā)酵

107、罐內轉動軸的上部或安裝在機械攪拌發(fā)酵罐排氣系統(tǒng)上的，可將泡沫打破或將泡沫破碎分離成液態(tài)和氣態(tài)兩相的裝置。從而達到消泡的目的。</p><p>　　安裝在機械攪拌通風發(fā)酵罐內的消泡器，最簡單實用的消泡裝置為耙式消泡器，</p><p>　　可直接安裝在上攪拌的軸上，消泡耙齒底部應比發(fā)酵液面高出適當高度。我們發(fā)酵罐的設計選擇耙式消泡器，已由前面計算得裝料高度6.0m，取耙式消泡器高度6.2m，

108、其中耙式消泡器軸徑取與攪拌軸直徑一樣，以下是其主要尺寸和安裝高度。</p><p>　　7.工藝設計計算結果匯總及主要尺寸說明</p><p><b>　　表一 罐體幾何尺寸</b></p><p><b>　　表二 蛇管冷卻裝置</b></p><p>　　表三 攪拌裝置（兩層攪拌器）</p

109、><p>　　表四 電機及V帶設計</p><p><b>　　表五 其他部件選型</b></p><p><b>　　設計總結</b></p><p><b>　　曹剛同學的設計總結</b></p><p>　　這次我們完成的是裝料量75 m3 的（賴氨酸

110、）發(fā)酵罐設計，我擔任組長的任務，進行了整個設計的分工配合的安排，本次設計中我們進行了分工合作，互相幫助的模式進行。我的主要工作內容是根據已有的設計任務的要求，查閱有關資料，搜集資料，進行總體設計方案的擬定和罐體主要結構的設計。首先我根據設計的要求，進行了總體方案的擬定，然后經過大家討論進行確定。第二步，我負責罐體主要結構的設計，首先確定了本次75 m3 的（賴氨酸）發(fā)酵罐的主要結構組成，然后進行了關于罐體幾何結構的計算以及驗算，確定了罐

111、體的幾何尺寸，進行了75 m3 的（賴氨酸）發(fā)酵裝料量及裝料高度的驗算，罐體材料及罐體厚度壁厚的計算等等。</p><p>　　在設計過程中發(fā)現(xiàn)了自己本身知識儲備的不足，對于外界資料的需求多，特別是進行一系列的計算的時候，有些時候會遇到卡殼的問題，幸好有團隊成員的幫助，才能完成這些驗算。認識到了討論交流對于一個團隊的重要性。最后我還進行了全部設計的收集排版，做出了這次的設計。通過這次設計的進行，學到了很多關于發(fā)酵

112、罐的知識，更了解了發(fā)酵過程中發(fā)酵罐的作用。認識到了團隊的重要性。</p><p>　　總結人： 曹剛 </p><p>　　學號： 20123762 </p><p>　　羅鵬程同學的設計總結</p><p>　　這次課程設計我們完成的是75m3賴氨酸發(fā)酵罐的設計，這個課程設計由我們小組的成員分工合作完成，其中我負責第三、四步的設計工作，

113、即蛇管冷卻裝置和攪拌器的設計及計算這兩方面的工作，這兩個方面的設計也是整個發(fā)酵罐設計中非常重要且必不可少的兩個部分。因此本著認真負責的態(tài)度，我查閱了很多關于這兩方面的紙質資料和電子資料。</p><p>　　由于我們小組參與設計的是75m3大型發(fā)酵罐，夾套換熱裝置不符合冷卻需求，因此只能采用蛇管冷卻方式。在蛇管冷卻裝置的設計方面，我參照資料和生物工程設備課程的PPT，認真選擇蛇管的材料和管徑。并合理運用公式對冷卻

114、面積、蛇管長度、蛇管內徑、蛇管圈數和蛇管高度等數據進行認真計算。最后參照課件對蛇管的進出口進行合理的設計。</p><p>　　在攪拌器的設計計算方面我認真閱讀了參考文獻7《攪拌設備設計》，并結合我們的設計任務，確定攪拌器的類型、主要尺寸和攪拌器層數，并根據已確定的攪拌器尺寸對攪拌器的軸功率進行計算，并根據攪拌器的軸功率確定攪拌軸的軸徑。</p><p>　　在設計過程中，我認識到了自己對

115、課程掌握方面的不足，知識點存在遺漏現(xiàn)象，也不能熟練地應用已掌握的知識點。在此，我必須認真感謝黎老師對我們課程設計說明書的兩次批改意見，給我們帶來了寶貴的經驗。通過這次課程設計任務，我學到了很多關于發(fā)酵罐的知識，更了解了發(fā)酵過程中發(fā)酵罐的作用。也鍛煉了我們的動手能力和團隊合作能力，認識到了合作在工作中的重要性。</p><p><b>　　總結人：羅鵬程</b></p><

116、p>　　學號：20123779</p><p>　　易興同學的課程設計總結</p><p>　　李汶忱同學的課程設計總結</p><p>　　在這次課程設計中，我的任務是畫圖，即用cad將設計好的發(fā)酵罐的裝配圖畫出來。整個過程是相當艱難的，因為我不僅要懂得前面同學所設計的每個部件的作用、位置、大致形狀還要懂得怎么將其畫出來，特別是一些形狀根本不懂怎么去畫，只有

117、慢慢摸索。最讓人頭痛的是畫了很長時間去就畫某一個位置，后來發(fā)現(xiàn)畫錯了只有重頭開始。后來通過百度，請教同學，看書終于明白了所有部件，也大致畫了出來，我知道肯定有什么地方的細節(jié)我沒處理好，但是這已經是現(xiàn)在的極限了，除非再花大量時間去完善。</p><p>　　現(xiàn)在所有的工作已經接近尾聲了，每個人都忙了許久，因為我們算是邊學邊設計，我雖然免去了計算工作，但依然不輕松，當然其中的收獲是很大的，在發(fā)酵罐的設計中，每一個方面

118、都要考慮到，比如要根據裝料量設計其高度厚度以及換熱方式，在比如攪拌槳的樣式和直徑安裝高度都有非常嚴格的技術要求，我額外的學習到更多CAD畫圖技巧，比如鏡像、整列、偏移等。</p><p><b>　　總結人：李汶忱</b></p><p>　　學號：20123780</p><p><b>　　參考文獻</b></p

119、><p>　　[1] 方書起.化工設備課程設計指導[M].化學工業(yè)出版社.2010.</p><p>　　[2] 周大軍.化工工藝制圖[M].化學工業(yè)出版社.2009.</p><p>　　[3] 蔡紀寧.化工設備機械基礎課程設計指導書[M].化學工業(yè)出版社.2011.</p><p>　　[4] 林大均.簡明化工制圖[M].化學工業(yè)出版社.20

120、10.</p><p>　　[5] 梁世中.生物工程設備[M].中國輕工業(yè)出版社.2011</p><p>　　[6]陳偕中.化工設備設計全書.化學工業(yè)出版社..北京:375-415</p><p>　　[7]陳乙崇.攪拌設備設計.化學工業(yè)出版社.北京.79-154</p><p>　　[8]化工設備機械基礎.化工出版社.2004</p