200M3機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐

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1、1 設(shè)計方案的擬定 我設(shè)計的是一臺200M機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，發(fā)酵生產(chǎn)有機酸。 設(shè)計基本依據(jù) （1） 、機械攪拌生物反應(yīng)器的型式 通用式機械攪拌生物反應(yīng)器，其主要結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)如下： ① 高徑比： H/D=1.7-4.0 ② 攪拌器：六彎葉渦輪攪拌器，Di：di：L:B=20:15:5:4 ③ 攪拌器直徑： Di =D/3 ④ 攪拌器間距： S=（ 0.95-1.05 ） D ⑤ 最下一組攪拌器與罐底的距離： C=（0.8-1.0 ）D ⑥ 擋板寬度：B=0.1D,當(dāng)采用列管式冷卻時，可用列管冷卻代替擋板 （2） 、反應(yīng)器用途 用于有機酸生產(chǎn)的各級種子罐或發(fā)酵罐，有關(guān)設(shè)計參數(shù)如下：

2、 ① 裝料系數(shù)：種子罐0.50-0.65 發(fā)酵罐 0.65-0.8 ② 發(fā)酵液物性參數(shù)：密度1080kg/m3 2 粘度 2.0 x 10-3N.s/m 導(dǎo)熱系數(shù)0.621W/m「C 比熱 4.174kJ/kg. C ③ 高峰期發(fā)酵熱 3-3.5 x104kJ/h.m3 ④ 溶氧系數(shù)：種子罐 5-7 x 10-6molQ/ml.min.atm 發(fā)酵罐 6-9x10-6molO2/ml.min.atm ⑤ 標(biāo)準(zhǔn)空氣通風(fēng)量：種子罐 0.4-0.6vvm 發(fā)酵罐 0.2-0.4vvm （3）、冷卻水及冷卻裝置 冷卻水：地下水 18-20C 冷卻水出口溫度： 23-26C

3、 發(fā)酵溫度： 32-33C 冷卻裝置：種子罐用夾套式冷卻，發(fā)酵罐用列管冷卻 （4）、設(shè)計壓力罐內(nèi)0.4MPa；夾套0.25 MPa 發(fā)酵罐主要由罐體和冷卻列管，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(shè)計就是要對200M通風(fēng)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(jù)發(fā)酵微生物產(chǎn)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(shè)計、計算；根據(jù)上面的一系列計算選擇適合 的攪拌裝置，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(shè)計。 這次設(shè)計包括一套圖樣，主要是裝配圖，還有一份說

4、明書。而繪制裝配圖是生物工程 設(shè)備的機械設(shè)計核心內(nèi)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(shè)計的思路和步驟 表-發(fā)酵罐主要設(shè)計條件 項目及代號 參數(shù)及結(jié)果 備注 發(fā)酵產(chǎn)品 有機酸 工作壓力 0.4MPa 由任務(wù)書確定 設(shè)計壓力 0.4MPa 由任務(wù)書確定 發(fā)酵溫度（工作溫度） 33 C 根據(jù)任務(wù)書選取 設(shè)計溫度 150C 由工藝條件確定 冷卻方式 列管冷卻 由工藝條件確定 發(fā)酵液密度 ? =1080Kg/m3 由工藝條件確定 發(fā)酵液黏度 ?i =2.0 10‘N

5、?s/m2 由工藝條件確定 2罐體幾何尺寸的確定 2.1發(fā)酵反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu) 發(fā)酵反應(yīng)釜主要由攪拌容器，攪拌裝置，傳動裝置，軸封裝置，支座，人孔，工藝 接管和一些附件組成。攪拌容器分罐體和夾套兩部分，主要由封頭和筒體組成，多為中、 低壓壓力容器；攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成，其形式通常由工藝設(shè)計而定；傳動裝置 是為為帶動攪拌裝置設(shè)置的，主要由電機，減速器，聯(lián)軸器和傳動軸等組成；軸封裝置為 動密封，一般采用機械密封或填料密封；它們與支座，人孔，工藝接管等附件一起，構(gòu)成 完整的發(fā)酵反應(yīng)釜。 2.2幾何尺寸的確定 根據(jù)工藝參數(shù)和高徑比確定各部幾何尺寸；高徑比 H/D=4,則H=4D

6、 初步設(shè)計：設(shè)計條件給出的是發(fā)酵罐的公稱體積（200M） 公稱體積V--罐的筒身（圓柱）體積和底封頭體積之和 全體積Vo——公稱體積和上封頭體積之和 1 封頭體積 V封=［曲4 D2（hb ?-D） 6 V 畛4 D2Ho 0.15D3 （近似公式） 假設(shè)H/D=3.9，根據(jù)設(shè)計條件發(fā)酵罐的公稱體積為 200M 幾何尺寸 HA-H位虞 礎(chǔ)一宦課艸輪血徑 （7下援芥葉鴕勺麗 5蚪和推抄廿軽岡距 由公稱體積的近似公式V= ;4 D2H0 0.15D3可以計算出 罐體直徑D=3964mm 罐體總高度 H=4D=4< 3964=15855mm 查閱文獻【2】，當(dāng)公稱直徑

7、Dn=4000m時，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的 曲面高度ha=1000mm直邊高度hb=50mm總深度為Hf=ha+hb,內(nèi) 表面積 A=17.9 叭容積Vf=9.02m3, 可得罐筒身高， HL=H-2H =15855-2 < 1050=13755mm H 13755 則此時 —L = =3.43875，與前面的假設(shè)不相近, D 4000 又設(shè) HL/D=3.4， 所以 V = 4 D2H。0.15D3， 則可知，D=4306m，圓整取 D=4140m， H=4D=< 4140=16560mm HL=H-2H =16560-2 < 1050=14460mm Hl D 14

8、460 4140 =3.49，與前面的假設(shè)相近 故可認為D=4140m是合適的 發(fā)酵罐的全體積 由 V=(n /4)D2HL+2V，得 V=207.4m3~ 210 m3 攪拌葉直徑：Di/D=1/3 , D=4140/3=1380mm 攪拌葉間距 S= D=1380mm 底攪拌葉至底封頭高度C= D=1380mm 3罐體主要部件尺寸的設(shè)計計算 3.1罐體 考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料和封頭材料，封頭結(jié)構(gòu)、與罐體連接方 式。因有機酸是偏酸性（pH值為4.5），對罐體不會有太大腐蝕，所以罐體和封頭都使用 16M nR鋼為材料，封頭設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，因 D>

9、500mm所以采用雙面縫焊接的方式與 罐體連接。 3.2罐體壁厚 pD 2 卜-：-p 其中C為壁厚附加量 C=C+C+C Ci-鋼板負偏差，其范圍為0.13-1.3，取G=1mm C2-為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm雙面腐蝕取2mm G-加工減薄量，對冷加工 G=0,熱加工封頭 G=ScX 10% 取G=0,代入上式 C=1+2+0=3mm 0.4 4140 2 170 0.8 —0.4 + 3 = 9.1m m，圓整取 10mm D—罐體直徑（mm p—耐受壓強（取0.4MPa） —焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8 [c ]—設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（kgf/c

10、m2） （16MnR鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為 150C，170MPa C -腐蝕裕度 選用 10mm勺 16MnR鋼板制作查附表 17 知，D=4.14m Si=10mrp H=16.56m 每米筒重 988 kg, M筒=988X 16.56=16361.28 kg 3.3封頭壁厚計算 pDy 0.4x4140x2.3 聞齢怖 c — S2 C 3= 17mm，圓整取 S2=18mm 2 2 170 0.8 D—罐體直徑（mm p —耐受壓強（取0.4MPa） y —開孔系數(shù)，取2.3 —焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8 [c ]—設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（16MnR鋼焊接

11、壓力容器許用應(yīng)力為150C, 170MPa 選取18mm的16MnR鋼板制作 3.4攪拌器 a-六平葉 b- 六彎葉 c- 六箭葉 圖6-1通用的渦輪式攪拌器 h : b : d- : d = 4 : 5 : 13 : 20 h : b : d- : d = 4 :5.5 :13 :20 e : h : b :d1:d=3:3.5 : 5 : 13 : 20 a=38 r 彎=(1/2)d- r 箭=(1/4)d1 采用渦輪式攪拌器，選擇攪拌器種類 和攪拌器層數(shù)，根據(jù)d確定h和b的值 尺寸：六平葉渦輪式攪拌器已標(biāo)準(zhǔn)化， 稱為標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器；攪動液體的循環(huán) 量大，攪拌功率消耗也

12、大；查閱文獻[2]可 知2oom3發(fā)酵罐采用6-6-6彎葉式攪拌葉 攪拌葉輪直徑 D=1380mm 盤徑 d=0.75Di=0.75 X 1380=1035mm D/L=4,則葉長 L= Di/4=1380/4=345mm 葉寬 B= D/5=1380/5=276mm 3.5人孔和視鏡 人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。 本次設(shè)計只設(shè)置了 1個人孔，標(biāo)準(zhǔn)號為： 人孔RFH（ R- G） 450-0.6 HG21522-1995 公稱直徑450,開在頂封頭上，位于左邊軸線離中心軸 750mm處 視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計只設(shè)置了 2視鏡，直徑為DN8

13、0開在頂封 頭上，位于前后軸線離中心軸 750mm處，標(biāo)記為視鏡U PN1.0 DN80 HGJ501-86-17 3.6接口管 以進料口為例計算， 設(shè)發(fā)酵醪液流速為v=1m/s, 2h排盡。發(fā)酵罐裝料液體積：Vi =210X 0.75=157.5 m3 物料體積流量 Q=W2=157.5/2 X 3600=0.022m3/s , 則進料管截面積F=Q/V=0.022/1=0.022叭 又 F =0.785d2, 得 d = J0022 = 0.17mm = 170mm, Y 0.785 ， 取無縫鋼管，查閱資料，平焊鋼管法蘭GB8163-87,取公稱直徑170mm 18

14、0X 5mm。 以排氣管為例計算如下： 若壓縮空氣在0.4MPa以下，支管氣速為20~25m/s,標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)比為0.2~0.4vvm,為常 溫下20C, 0.1Mpa下的情況，要這算為0.4Mpa, 33C下。通風(fēng)量取大值。 Q1= V1 X 0.4=157.5X 0.4=63m3/min=1.05 m3/s 利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的通風(fēng)量 Qf: 270 33 273 20 3 =0.27m / s 0.1 Qf =1.05 0.4 取風(fēng)速V =25m/s 風(fēng)管截面積尸「號=儲=0.0說 又Ff=0.785d2氣，則氣管直徑d氣為： 0.018 :0.7

15、85 =0.12m 因通風(fēng)管也是進料管，故取兩者的大值。取 d=185X 5mm無縫鋼管可滿足工藝要 求。 復(fù)核： 物料流量 Q= 0.022m3/s,流速：=1m/s , 管道截面積 F=0.785d =0.785 0.17 = 0.023m , 在相同流速下，流過物料因管徑較原來的計算結(jié)果大，則相應(yīng)的流速低, Q 也22 0.96（倍），則排料時間 t=2X 0.96=1.92h F 0.023 1 其他管道也是如此計算。 361管道接口 （采用法蘭接口） 進料口 ：直徑 ①180 x 5mm開在封頭上， 排料口：①180X 5mm開在罐底； 進氣口：①

16、180X 5mm開在封頭上； 排氣口：①180X 5mm開在封頭上； 冷卻水進、出口：①127X 3mm開在罐身; 補料口：①180X 5mm開在圭寸頭上； 取樣口：①180X 5mm開在圭寸頭上； 362儀表接口 溫度計；裝配式熱電阻溫度傳感器 Pt100型，D = 100mm,開在罐身上； 壓力表；彈簧管壓力表（徑向型），di=20mm,精度2.5,型號：Y—250Z，開在封頭 上; 液位計：采用標(biāo)準(zhǔn)：HG5 —1368 型號：R—61 直徑：550（260 14）mm，開在罐身上; 溶氧探頭：SE—N —DO -F ； pH探頭：PHS -2型； 4冷卻裝置設(shè)計 4

17、.1冷卻方式 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，綜合比較列管的冷卻 效果好，在使用水作冷卻介質(zhì)時，選用列管式冷卻裝置。 4.2裝液量 設(shè)計發(fā)酵罐裝料系數(shù)：取75% 發(fā)酵罐裝料液體積： M=210X 75%=157.5m 不計算下圭寸頭時的裝液體積：V柱工乂 -下圭寸頭體積 V主二M -下封頭體積=157.5-9.02=148.48m 3 裝液高度：0 148.48 丄冗D2 1 3.14 4.142 4 =11.04m  單位時間傳熱量=發(fā)酵熱X裝料量 即：Q=QX Vi=3.5 X 104 X 157.5=5512500KJ/h 4.3

18、冷卻水耗量 由實際情況選用進出口水溫為18 C、26 C,則 Q _ 5512500 Cp t2 -ti - 4.186 26-18 = 164611.204Kg/h Q-單位時間傳熱量 Cp-冷卻水的平均比熱，取 4.186 kJ/ (kg ? C) t2-t1 —冷卻水進、出口溫度差 對數(shù)平均溫度差，由工藝條件知道tF=33 C, (t F -b ) - (ty - t2 ) 2.沁打： (33 -18)-(33 -26) 2.303lg 號 = 10.53C t1 —冷卻水進口溫度 t2 —冷卻水出口溫度 tF —發(fā)酵溫度 4.4冷卻面積 551250

19、0 2090 10.53 = 250.48 川 ■■■：tm —對數(shù)平均溫度差 K—傳熱總系數(shù)，取 2090 kJ/(m 2 ? h ?C) 冷卻面積(m2) A= n dL 冷卻列管總長度(m): 冷卻水的流量 W=164611.204kg /h Vs W _ 164611.204 P 1000 3 3 =164.6m /h = 0.046m /s 取冷卻水在列管中的流速v=1m/s 根據(jù)流體力學(xué)方程冷卻管總截面積 S總 Vs  設(shè)冷卻管管徑為do，組數(shù)為n 2 又 S總=n O.785do 取 n=4, 」 / 0.046 …彳 do 0.12

20、1m 則 ，4 0.785 ?、?127X 3mm無縫鋼管，d 內(nèi)=0.121m=121mm 取冷卻管總高度為L 250.48 3.14 0.121 :660m 10 # 取每組15根，則每根長度"黑" 冷卻管的排列方式: 取管間距2.5d外=2.5 X 0.12仁0.3025m，列管與罐內(nèi)壁的最小間距為 0.3m 罐外徑D=4.14m,葉輪直徑Di=1.38m 葉輪外邊沿到罐壁的距離為 D ~Di = 1.38m 2 每組列管采用轉(zhuǎn)角正三角形排列，每邊排則 5根管 復(fù)核：正三角形的邊長為 4X 0.3025 X 0.127=0.1537<<葉輪外

21、邊沿到罐壁的距離 故采用轉(zhuǎn)角正三角形符合要求且每組管管間距為 0.3025m,列管與罐壁的最小間距為 0.3m，四組管間采用轉(zhuǎn)角正方形排列。 由于采用列管式冷卻，故無需擋板。 5攪拌器軸功率的計算 5.1不通氣條件下的軸功率P) 取發(fā)酵醪液黏度 ―2.0 10-3N?s/卅，密度 —1080kg /m3， 攪拌轉(zhuǎn)速： 取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N可根據(jù)50n3罐，攪拌器直徑1.05，轉(zhuǎn)速N=110r/min. 以等RN為基準(zhǔn)放大: 2 2 D1、3 1.05； -N1 (丄)3 =110 ( )3 D/ 1.38 = 91.6r/min : 92r/min 則雷諾準(zhǔn)

22、數(shù) D2r (92) 1.382 1080 = 1.576 106 104，為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù) N=4.7 2.0 10’ Re —D「 60 魯士頓(Rushton J. H.) 公式: P。 =NpN3D5 心47 i92 1.385 1 080 =9.086 104W =90.86KW 60 P0 =2P0 =2 90.86 =181.72KW P?！獰o通氣攪拌輸入的功率（W; Np —功率準(zhǔn)數(shù)，是攪拌雷諾數(shù) ReM的函數(shù)；圓盤六彎葉渦輪 NP" 4.7 .< —渦輪轉(zhuǎn)速（r/min ）； 「—液體密度（kg/m3）因發(fā)酵液不同而不同，一般取 800 —165

23、0 kg/m3 ,本設(shè)計取 r = 1080kg/m3; Di —渦輪直徑（m; 5.2通氣攪拌功率Pg的計算 因為是非牛頓流體，所以用以下公式計算 P 2nd 3 0.39 Pg -2.25 10’ （ 0q0.08i ） Q ?0 —兩層攪拌輸入的功率（kW X —渦輪轉(zhuǎn)速（r/min ），為92r /min Di —渦輪直徑（m，1.38m Q-通氣量（ml/min ），已知標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)比為0.2~0.4vvm。取低極限，如果通風(fēng)量變大 ，Pg變小。為安全起見，現(xiàn)取0.2vvm， 心 Q =157.5 0.2 106 =3.15 107ml/min 則 Q0.0

24、8=（3.15 1O7）0.08 =3.98 計算 Pg =2.25 苗（P0 二甲廠=2.25 10^ （181.72 92 1380 ）0.39 =141.085 g Q 3.98 5.3電機及變速裝置選用 根據(jù)攪拌功率選用電動機時，應(yīng)考慮傳動裝置的機械效率 Pg Pt n Fg —攪拌軸功率 Pt —軸封摩擦損失功率，一般為1oPg n —傳動機構(gòu)效率 根據(jù)生產(chǎn)需要選擇三角皮帶電機。三角皮帶的效率是0.92，滾動軸承的效率是0.99， 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%,則電機的功率 -U4"8 1% 141.oJ59.64Z □

25、 0.92 x 0.99x0.98 攪拌軸直徑d =A （P N）、 乂為轉(zhuǎn)速(r/min)，系數(shù) A 可以取 97-149,取 A =100,已知 m =159.64」，N=92r/min， 1 v 159 64 - 則d 二 A (P N) 3 =100 ( )3 = 119.95mm 92 圓整取軸徑d = 120mm 6附屬設(shè)備 （1） 空氣分布器：對于好氣發(fā)酵罐，分布器主要有兩種形式，即：多孔管和單孔管，對 通風(fēng)量較小的（如Q=0.2~0.5ml/s）的設(shè)備，應(yīng)加環(huán)形或直管型空氣分布器；而對通氣量大的 發(fā)酵罐，則使用單管進風(fēng)，由于進風(fēng)速度高，又有渦輪板阻擋，葉輪打碎

26、、溶氧是沒有問題 的。本罐使用單管進風(fēng)，風(fēng)管直徑計算見接口管設(shè)計。 （2） 密封方式：本罐采用雙端面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。 （3） 支座選擇：發(fā)酵工廠設(shè)備常用支座分為臥式支座和立式支座，其中臥式支座又分為 支腿，圈型支座、鞍型支座。立式支座也分為三種，即：懸掛支座、支撐支座和裙式支座。 對于75n3以上的發(fā)酵罐，由于設(shè)備總重量較大，應(yīng)選用裙式支座，本設(shè)計選用裙式支座。 7自我評價 在此次課程設(shè)計中，我設(shè)計了機械通風(fēng)發(fā)酵罐，該反應(yīng)器用于有機酸的生產(chǎn)，發(fā)酵溫 度為33C,反應(yīng)器的材料為16MnF鋼；采用渦輪六彎葉式三層攪拌器，利用 160kw電動機 通過120mn的軸驅(qū)動

27、；冷卻方式為列管冷卻，冷卻列管總長為 660m，分為4組。 這次生物工程設(shè)備課程設(shè)計是以小組為單位，然后組員進行分工合作來查取資料、進行 過程和設(shè)備的計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最 理想的設(shè)計。 通過本次設(shè)計，我學(xué)會了根據(jù)工藝過程的條件查找相關(guān)資料，并從各種資料中篩選出較 適合的資料，根據(jù)資料確定主要設(shè)備，以及如何計算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項參數(shù)及數(shù) 據(jù)，學(xué)會怎么設(shè)計機械通風(fēng)反應(yīng)器，并學(xué)會一些基本的設(shè)計的步驟，以及認真的態(tài)度。通過 課程設(shè)計可以鞏固對主體設(shè)備圖的了解，以及學(xué)習(xí)如何用 CAD畫設(shè)備圖，并對CAD有一定的 了解和簡單的運用。對生物工程

28、設(shè)備設(shè)計的有關(guān)步驟及相關(guān)內(nèi)容有一定的了解。通過本次設(shè) 計熟悉了生物工程設(shè)備課程設(shè)計的流程，加深了對發(fā)酵設(shè)備的了解。在設(shè)計的過程培養(yǎng)了大 膽假設(shè)，小心求證的學(xué)習(xí)態(tài)度。通過本次課程設(shè)計，我還認識到，組員之間一定要多溝通， 多交流意見，要不然，一個人的能力再怎么強，在團體工作中也是不能夠出色完成設(shè)計任務(wù)。 但由于本課程設(shè)計時間比較倉促，查閱文獻有限，本課程設(shè)計還不夠完善，不能夠進行有效 可靠的計算。這次我的設(shè)計是由最開始的計算到數(shù)據(jù)的整理在到畫圖，以及在后來的說明書 的的擬訂。雖然是困難重重，但終于完成了?？偟母杏X就的好累啊，可是深切體會到書到用 時方恨少，真的不能臨時抱佛腳。在這里要感謝的指導(dǎo)老師

29、，同學(xué)的幫助。非常感謝我的同 組人員，正是有他們在一起討論，有了他們的幫助，才使我更快更順利地在較短時間內(nèi)完成 本設(shè)計。 參考文獻： [1] 齊香君 . 現(xiàn)代生物制藥工藝學(xué) [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2003.9 [2] 潘紅良 赫俊文 . 過程設(shè)備機械設(shè)計 [M]. 杭州：華東理工大學(xué)出版社， 2006.4 [3] 吳思芳 . 發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論 [M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社， 2006.7 [4] 鄭裕國. 生物工程設(shè)備 [M] . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2007 [5] 鄭裕國 薛亞平 金利群等. 生物加工過程與設(shè)備 [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004

30、.7 [6] 李功樣, 陳蘭英, 崔英德. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計 [M] . 廣州：華南理工大學(xué) 出版社， 2006 [7] 陳英南, 劉玉蘭. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計 [ M]. 杭州：華東理工大學(xué)出版社， 2005 附錄: I ■符號說明 P-- 壓力，KPa ; Q 通風(fēng)量，n3/s ; K-- 總傳熱系數(shù)，kJ/(m ? h ?C) ； Re ――雷諾準(zhǔn)數(shù)； A— 傳熱面積，卅； t ――冷卻水進、出口溫度，c； D-- 罐內(nèi)徑，mm 流速，m/s; Di - -—攪拌葉輪直徑， m; Vi ——裝液體積，m3 十一 - 公稱直

31、徑，mm; S ――壁厚，m A 粘度，N *s/ m2 ； : 密度，kg /m3; Pg,Po 功率，kw N p 攪拌功率準(zhǔn)數(shù)； H-- 罐身高，m； H l 罐高，m S — 攪拌葉間距，m; W 質(zhì)量流速，kk /h; ――平均溫差，C ; V s 體積流量，m3/s; C-- 底攪拌葉輪至底封頭高度， m;  n ■設(shè)計結(jié)果匯總 表1 200m3發(fā)酵罐的幾何尺寸 項目及代號 參數(shù)及結(jié)果 備注 公稱體積m3 200 設(shè)計條件 全體積m3 210 計算 罐體直徑mm 4140 計算 發(fā)酵罐總高m

32、m 16560 計算 發(fā)酵罐筒體高度mm 14460 計算 攪拌葉直徑mm 1380 計算 橢圓封頭短半軸長mm 1000 計算 橢圓封頭直邊高度mm 50 計算 底攪拌葉至封頭高度mm 1380 計算 攪拌葉間距mm 1380 計算  表2發(fā)酵罐主要部件尺寸的設(shè)計計算結(jié)果 項目及代號 參數(shù)及結(jié)果 備注 罐體材料 16MnR鋼 由工藝條件確定 焊接方式 雙面縫焊接 由工藝條件確定 罐體筒壁厚 10mm 計算 封頭壁厚 18mm 計算 攪拌器類型 六彎葉渦輪式攪拌器 根據(jù)參考文獻［3］選取 攪拌葉直徑 1380

33、mm 計算 攪拌器層數(shù) 2 由工藝條件確定 人孔 1個，標(biāo)準(zhǔn)號 根據(jù)參考文獻［3］選取 HG21522-1995 視鏡 2 個，標(biāo)準(zhǔn)號 根據(jù)參考文獻［3］選取 HGJ501-86-17 進、排料口直徑 ① 180 x 5mm 根據(jù)參考文獻［3］選取 進、出氣口直徑 ① 180X 5mm 根據(jù)參考文獻［3］選取 冷卻水進、出口直徑 ① 127X 3mm 由工藝條件確定 補料口直徑 ① 180x 5mm 根據(jù)參考文獻［3］選取 取樣口直徑 ① 180x 5mm 由工藝條件確定 溫度計 裝配式熱電阻溫度傳 感器 Pt

34、100型，D = 100mm 壓力表 Y - 250Z 液位計 R -61 溶氧探頭 SE - N - DO - F pH探頭 PHS -2 型  表3 200 m3發(fā)酵罐冷卻裝置設(shè)計計算結(jié)果 項目及代號 參數(shù)及結(jié)果 備注 裝料系數(shù) 75% 由工藝條件確定 裝料體積 157.5m3 計算 裝料高度 11.04m3 計算 總發(fā)酵熱 5512500 kg /h 計算 冷卻水耗量 164611.204 kg /h 計算 冷卻面積 250.48 m2 計算 冷卻列管總長度 660m 計算 冷卻列管總高度 11

35、m 計算 列管組數(shù) 4組 由工藝條件確定 每組列管數(shù) 15根 計算 組內(nèi)列管排列方式 轉(zhuǎn)角正三角形 組間排列方式 轉(zhuǎn)正正方形  表4發(fā)酵罐攪拌功率的設(shè)計計算結(jié)果 項目及代號 參數(shù)及結(jié)果 備注 轉(zhuǎn)速 92 r/mi n 根據(jù)參考文獻［3］選取 不通氣條件下的軸功率 90.86 kW 計算 兩層攪拌器軸率 181.72 kW 通氣量 3.15 x io7ml/min 由工藝條件確定 通氣攪拌功率 141.08 kW 計算 電機的功率 159.64 kW 計算 電機的選擇 型號 Y315L1-2 根據(jù)參考文獻［3］

36、選取 功率160 kW 轉(zhuǎn)速 2980 r/min 軸徑 120mm 根據(jù)參考文獻［3］選取 傳動裝置 三角皮帶 根據(jù)參考文獻［3］選取 二角皮帶型號和根數(shù) DX 6根 根據(jù)參考文獻［3］選取 小皮帶輪直徑 ① 300mm 根據(jù)參考文獻［3］選取 大皮帶輪直徑 ① 1100mm 根據(jù)參考文獻［3］選取 18 m.設(shè)計任務(wù)書 生物反應(yīng)工程與設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書 —機械攪拌生物反應(yīng)器設(shè)計 一、課程教學(xué)目標(biāo) 生物反應(yīng)工程與設(shè)備課程設(shè)計是生物工程專業(yè)一個重要的、綜合性的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要 求學(xué)生綜合運用所學(xué)知識如生化反應(yīng)工程與生物工程設(shè)

37、備課程來解決生化工程實際問題，對 培養(yǎng)學(xué)生全面的理論知識與工程素養(yǎng)， 健全合理的知識結(jié)構(gòu)具有重要作用。 在本課程設(shè)計中， 通過生化過程中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備，如機械攪拌發(fā)酵罐、氣升式發(fā)酵罐、動植物細胞培養(yǎng) 反應(yīng)器，蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備、蒸餾設(shè)備等的設(shè)計實踐，對學(xué)生進行一次生化過程發(fā)酵設(shè)備設(shè)計的 基本訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握發(fā)酵設(shè)備設(shè)計的基本步驟和主要方法，樹立正確的設(shè)計思想和實 事求是，嚴(yán)肅負責(zé)的工作作風(fēng)，為今后從事實際設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。 二、 課程設(shè)計題目 （任選一） 3 3 3 3 3 3 3 機械攪拌發(fā)酵罐： 25m3,50m3,75m3,100m3,150m3,200m3,500m3 三、

38、課程設(shè)計內(nèi)容： 1、 設(shè)備所擔(dān)負的工藝操作任務(wù)和工作性質(zhì)，工作參數(shù)的確定。 2、 容積的計算，主要尺寸的確定，傳熱方式的選擇及傳熱面積的確定。 3、 動力消耗、設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計。 四、 課程設(shè)計的要求 課程設(shè)計的規(guī)模不同，其具體的設(shè)計項目也有所差別，但其基本內(nèi)容是大體相同，主要 基本內(nèi)容及要求如下： 1、工藝設(shè)計和計算 根據(jù)選定的方案和規(guī)定的任務(wù)進行物料衡算，熱量衡算，主體設(shè)備工藝尺寸計算和簡單 的機械設(shè)計計算，匯總工藝計算結(jié)果。主要包括： （1）工藝設(shè)計 ① 設(shè)備結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定（D, H, HL, V, Vl, Di等） ② 通風(fēng)量的計算 ③ 攪拌功率計算及電機

39、選擇 ④ 傳熱面積及冷卻水用量的計算 （ 2）設(shè)備設(shè)計 ① 壁厚設(shè)計（包括筒體、封頭和夾套） ② 攪拌器及攪拌軸的設(shè)計 ③ 局部尺寸的確定（包括擋板、人孔及進出口接管等） ④ 冷卻裝置的設(shè)計 （ 包括冷卻面積、列管規(guī)格、總長及布置等 ） 2、 設(shè)計說明書的編制 設(shè)計說明書應(yīng)包括設(shè)計任務(wù)書，目錄、前言、設(shè)計方案論述，工藝設(shè)計和計算，設(shè)計結(jié) 果匯總、符號說明，設(shè)計結(jié)果的自我總結(jié)評價和參考資料等。 3、 繪制設(shè)備圖一張 設(shè)備圖繪制，應(yīng)標(biāo)明設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)與尺寸。 五、設(shè)計基本依據(jù) 1、 機械攪拌生物反應(yīng)器的型式 通用式機械攪拌生物反應(yīng)器，其主要結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)如下： ① 高徑比： H

40、/D=1.7-4.0 ② 攪拌器：六彎葉渦輪攪拌器，Di：di：L:B=20:15:5:4 ③ 攪拌器直徑： Di =D/3 ④ 攪拌器間距： S=（ 0.95-1.05 ） D ⑤ 最下一組攪拌器與罐底的距離： C=（0.8-1.0 ） D ⑥ 擋板寬度：B=0.1D,當(dāng)采用列管式冷卻時，可用列管冷卻代替擋板 2、 反應(yīng)器用途 用于有機酸生產(chǎn)的各級種子罐或發(fā)酵罐，有關(guān)設(shè)計參數(shù)如下： ① 裝料系數(shù)：種子罐0.50-0.65 發(fā)酵罐 0.65-0.8 ② 發(fā)酵液物性參數(shù)：密度1080kg/m3 2 粘度 2.0 x 10-3N.s/m 導(dǎo)熱系數(shù)0.621W/m「C 比熱

41、4.174kJ/kg. C ③ 高峰期發(fā)酵熱 3-3.5 x104kJ/h.m3 ④ 溶氧系數(shù)：種子罐 5-7 x 10-6molQ/ml.min.atm 發(fā)酵罐 6-9x10-6molO2/ml.min.atm ⑤ 標(biāo)準(zhǔn)空氣通風(fēng)量：種子罐 0.4-0.6vvm 發(fā)酵罐 0.2-0.4vvm 3、冷卻水及冷卻裝置 冷卻水：地下水18-20 C 冷卻水出口溫度：23-26 C 發(fā)酵溫度：32-33 C 冷卻裝置：種子罐用夾套式冷卻，發(fā)酵罐用列管冷卻。 4、設(shè)計壓力 罐內(nèi) 0.4MPa；夾套 0.25 MPa 五、課程設(shè)計的基本環(huán)節(jié) : 1 、設(shè)計動員、發(fā)題、介紹設(shè)計題目的實際工業(yè)背景。 2、 閱讀設(shè)計指導(dǎo)書，查閱資料，擬定設(shè)計程序和進度計劃。 3、 調(diào)查，收集有關(guān)數(shù)據(jù)，了解設(shè)備制造，安裝和操作的有關(guān)知識，奠定設(shè)計感性基礎(chǔ) 4、 設(shè)計計算，繪圖和編制設(shè)計說明書。 IV ■附圖（見后頁） 21