生物工程設(shè)備課程設(shè)計(jì)

1、生物工程設(shè)備與原理課程設(shè)計(jì)說明書組別：18組題目: 75M3賴氨酸發(fā)酵罐設(shè)計(jì)院 系：生命科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級： 生物工程1202 成 員： 易 興 20123729 曹 剛 20123762 羅鵬程 20123779 李汶忱 20123780指導(dǎo)教師： 黎先發(fā) 生命科學(xué)與工程學(xué)院2015年6月25日75M3賴氨酸發(fā)酵罐設(shè)計(jì)任務(wù)書一、目的任務(wù)識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用這些知識分析和解決工程實(shí)際問題的能力以及協(xié)作攻關(guān)的能力，為在學(xué)生掌握所學(xué)的工程制圖、化工原理、生物工藝學(xué)、生物工程設(shè)備與原理等課程的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知生物工程工廠設(shè)計(jì)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)題目與參數(shù)75

2、m3的賴氨酸發(fā)酵罐設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)特性指標(biāo)： 罐內(nèi)壓力0.15 MPa；夾套或蛇管壓力0.25 MPa；工作溫度：罐內(nèi)小于或等于120，蛇管或夾套小于等于150.工作介質(zhì)：罐內(nèi)輕微腐蝕性，蛇管或夾套蒸汽（滅菌）；發(fā)酵溫度32傳熱面積按1.5m2/m3裝料量設(shè)計(jì)。攪拌器轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，攪拌器型式自定。H/D取1.7-2.5；裝料系數(shù)取0.60.8；通風(fēng)管通風(fēng)比（通氣速率/發(fā)酵液體積）取0.51.0vvm；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25.三、設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)要求：進(jìn)行發(fā)酵罐的所有部件的計(jì)算及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)說明書。

3、（1）進(jìn)行罐體及夾套（或內(nèi)部蛇管）設(shè)計(jì)計(jì)算（2）進(jìn)行攪拌裝置設(shè)計(jì)：攪拌器的選型設(shè)計(jì)；選擇軸承、聯(lián)軸器，罐內(nèi)攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，攪拌軸計(jì)算和校核；（3）攪拌器功率（不通氣功率、通氣功率）、電機(jī)功率計(jì)算、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：傳動(dòng)設(shè)計(jì)采用V帶傳動(dòng)； （4）密封裝置的選型設(shè)計(jì)（5）選擇支座形式并計(jì)算（6）手孔或人孔選型（7）選擇（進(jìn)料管、取樣管、冷卻水進(jìn)出口接管、排氣管、進(jìn)氣管等）接管、管法蘭、設(shè)備法蘭。（8）設(shè)計(jì)機(jī)架結(jié)構(gòu)（9）設(shè)計(jì)凸緣及安裝底蓋結(jié)構(gòu)（10）空氣分布管、視鏡的選型設(shè)計(jì)（11）繪制發(fā)酵罐器裝配圖（A3號圖紙)。（12）每人撰寫總結(jié)1份。裝料量75 m3 的（賴氨酸）發(fā)酵罐設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書目

4、錄1設(shè)計(jì)方案的擬定12罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22.1罐體幾何尺寸的計(jì)算22.2罐體幾何尺寸的驗(yàn)算32.3裝料量及裝料高度32.4罐體材料32.5罐體厚度32.6封頭壁厚的計(jì)算42.7罐體壓力計(jì)算43蛇管冷卻裝置53.1 冷卻方式53.2冷卻面積計(jì)算53.3蛇管設(shè)計(jì)主要尺寸及固定53.4蛇管進(jìn)出口設(shè)計(jì)64.攪拌器設(shè)計(jì)計(jì)算74.1攪拌器選型和主要尺寸74.2槳葉分布74.3攪拌器的結(jié)構(gòu)形式與安裝74.4攪拌器軸功率的計(jì)算84.5攪拌軸設(shè)計(jì)94.6攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的校核 115 通風(fēng)發(fā)酵罐的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 115.1電機(jī)的選擇115.2減速機(jī)選型 115.3 V帶設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟125.4聯(lián)軸器165.5 機(jī)架 1

5、65.6凸緣法蘭 175.7安裝底蓋 186 其它部件選型196.1密封裝置 196.2 法蘭選擇 206.3無菌空氣通風(fēng)管設(shè)計(jì) 216.4手孔及人孔 226.5支座 226.6視鏡 256.7 液面計(jì) 266.8儀表接口 276.9消泡器 277.工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總及主要尺寸說明28341設(shè)計(jì)方案的擬定本文對北京棒桿菌AS1.563為原料合成賴氨酸的主要反應(yīng)設(shè)備作了設(shè)計(jì)和計(jì)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(jì)算，冷卻設(shè)備的計(jì)算等。我們組設(shè)計(jì)的是一臺75m3的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，發(fā)酵生產(chǎn)賴氨酸。經(jīng)查閱資料得知生產(chǎn)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酸

6、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(nèi)所使用的賴氨酸生產(chǎn)菌主要有：中國科學(xué)院微生物研究所的北京棒桿菌AS1.563和鈍齒棒桿菌PI-3-2；上海工業(yè)微生物研究所選育的黃色短桿菌AIII；黑龍江輕工業(yè)研究所的241134；廣西輕工業(yè)研究所的NO.G12-6等。綜合溫度、PH等因素選擇北京棒桿菌AS1.563菌種，該菌種最適發(fā)酵溫度為32-34oC，pH6.5-7.0，培養(yǎng)基為糖蜜、大豆餅粉。發(fā)酵罐主要由罐體和冷卻蛇管，以及攪拌裝置，傳動(dòng)裝置,軸封裝置，人孔和其它的一些附件組成。這次設(shè)計(jì)就是要對75m3發(fā)酵罐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算；考慮壓

7、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(jìn)行冷卻裝置的設(shè)計(jì)、計(jì)算；根據(jù)上面的一系列計(jì)算選擇適合的攪拌裝置，傳動(dòng)裝置，和人孔等一些附件的確定,完成整個(gè)裝備圖，完成這次設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)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(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)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(dá)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(jì)的思路和步驟發(fā)酵罐主要設(shè)計(jì)條件項(xiàng)目及代號參數(shù)及結(jié)果備注發(fā)酵產(chǎn)品賴氨酸設(shè)計(jì)要求發(fā)酵菌種北京棒桿菌AS1.563根據(jù)參考文獻(xiàn)4選取罐內(nèi)壓力蛇管

8、及夾套壓力0.15MPa0.25Ppa設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求冷卻方式蛇管冷卻設(shè)計(jì)要求發(fā)酵溫度32oC設(shè)計(jì)要求發(fā)酵罐溫度蛇管溫度120oC150 oC設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求傳熱面積攪拌器轉(zhuǎn)速高徑比H/D裝料系數(shù)通風(fēng)管通風(fēng)比1.5m2/m3100轉(zhuǎn)/分2.10.71.0vvm設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求培養(yǎng)基玉米漿1.5%，豆餅粉2.5%根據(jù)參考文獻(xiàn)4選取發(fā)酵液密度=1076kg/m3設(shè)計(jì)要求發(fā)酵液黏度冷卻水初始水溫=3×10-3N·s/m225設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求2罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)罐體由頂蓋、筒體和罐底組成，通過支座安裝在基礎(chǔ)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，

9、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(shè)型鋼制的橫梁，用以支撐攪拌器及其傳動(dòng)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。筒體與頂蓋的連接形式分為可拆連接和不可拆連接，筒體內(nèi)徑D11200mm，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。2.1罐體幾何尺寸的計(jì)算初步設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)條件給出的是發(fā)酵罐的公稱體積（75m3）公稱體積V罐的筒身（圓柱）體積和底封頭體積之和全體積V0公稱體積和上封頭體積之和封頭體積 （近似公式）假設(shè)H0/D=2.1,根據(jù)設(shè)計(jì)條件罐的公稱體積為75m3，計(jì)算罐體內(nèi)徑：取整為3600mm查閱文獻(xiàn)

10、，當(dāng)公稱直徑DN=3600mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的曲面高h(yuǎn)a=900mm，直邊高度hb=40mm，總深度為Hf=940mm，容積=0.785×0.362×(0.04+1/6×0.36)=6.511m3.計(jì)算罐體高度：為1m高筒體的容積；為下封頭的容積取整為H=6800mm2.2罐體幾何尺寸的驗(yàn)算發(fā)酵罐的公稱體積：V=0.785×3.62×6.8+6.511=75.69m3發(fā)酵罐的全體積:V0=0.785×3.62×6.8+6.5111×2=82.20 m3實(shí)際高徑比，復(fù)核結(jié)果基本接近2，滿足要求。2.3裝料量及裝料高

11、度裝料量： （）裝料高度: ,取為1m高筒體的容積；為下封頭的容積2.4罐體材料考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料和風(fēng)投材料，封頭結(jié)構(gòu)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，所以罐體和封頭都使用16MnR鋼為材料，封頭設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，因D>500mm，所以采用雙面縫焊接的方式與罐體連接。2.5罐體厚度取整為t=6mmD罐體直徑（mm）P耐受壓強(qiáng) (設(shè)計(jì)壓力取0.15MPa) 焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0 罐體金屬材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150，137MPa）C 腐蝕裕度，當(dāng) C<10mm時(shí)，C3mm2.6封頭壁厚的

12、計(jì)算 裝料高度：為1m高筒體的容積；為下封頭的容積發(fā)酵液產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)P=gh=1076×9.8×5013=0.052Mpa本設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)壓力為安全閥開啟壓力的1.1倍。則下封頭設(shè)計(jì)壓力P=1.1×（0.052+0.15）=0.22Mpa。取整td=7mmD罐體直徑（mm）P耐受壓強(qiáng) (取0.15MPa)K形狀系數(shù)，K=2+D2Hf2/6=0.95 焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0 設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150，137MPa）C 腐蝕裕度，當(dāng) C<10mm時(shí)，C3mm當(dāng)筒身壁厚與封頭壁厚不一致時(shí)，應(yīng)取較大的值作為共同的壁厚

13、，及筒身應(yīng)與封頭的壁厚一致，且取較大值。所以最終取桶身壁厚和封頭壁厚t=td=7mm2.7罐體壓力計(jì)算罐體壓力實(shí)驗(yàn)校核，采用水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度，取20，屈服點(diǎn)強(qiáng)度為235MPa= 此時(shí)，材料的許用應(yīng)力實(shí)驗(yàn)公式為：和兩者中取最大.（外加作為安全壓力）而且考慮下封頭靜壓：實(shí)驗(yàn)壓力下筒體中的應(yīng)力：,所以在屈服點(diǎn)強(qiáng)度以內(nèi)，視為有效。表2-1 罐體幾何尺寸表項(xiàng)目相關(guān)尺寸75m3設(shè)計(jì)要求罐體全容積82.20m³計(jì)算罐體材料16MnR鋼根據(jù)設(shè)計(jì)選取罐體內(nèi)徑3600mm計(jì)算后按標(biāo)準(zhǔn)選取罐體直桶高6800mm計(jì)算罐體總高8680mm計(jì)算裝料高度6000mm計(jì)算封頭高度940mm計(jì)算封頭壁厚7mm計(jì)算H

14、/D值1.89計(jì)算罐體壁厚7mm計(jì)算3蛇管冷卻裝置3.1 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，使用列管或蛇管冷卻，使用水作冷卻介質(zhì)。設(shè)計(jì)發(fā)酵條件發(fā)酵條件：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(shè)計(jì)。3.2冷卻面積計(jì)算裝料量： （）57.54m3的裝料量的傳熱面積為： A= 3.3蛇管設(shè)計(jì)主要尺寸及固定 選取低壓流體輸送用焊接鋼管，其規(guī)格（GB3901-93），直徑為100/114mm.蛇管長度： 已計(jì)算出發(fā)酵罐直徑；蛇管中徑與容器直徑之比Dc/D=0.80; 蛇管管子外徑與蛇管中徑之比Dco/Dc=0.0

15、42; 每圈蛇管之間距與蛇管管子外徑之比Sc/Dco=1.0; 蛇管距罐底的高度與容器直徑之比Hc/D=0.10。每圈蛇管長度：式中Dc-蛇管圈直徑，m Sc-蛇管圈之間的距離取0.12m;所以蛇管總?cè)?shù)： 取考慮到蛇管中心直徑較大，圈數(shù)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。蛇管高度與容器直徑之比Lc/D=1.00;由2.3計(jì)算得筒體裝料高度5.0m，蛇管高度合適。3.4蛇管進(jìn)出口設(shè)計(jì)蛇管進(jìn)出口一般都設(shè)置在頂蓋上，有時(shí)考慮結(jié)構(gòu)上方便也可設(shè)置在筒體上。(a)用于蛇管與封頭一起抽出的情況；(b)可拆卸蛇管；(c)型結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠。(d) 有襯里設(shè)備的

16、蛇管進(jìn)出口結(jié)構(gòu)。(e)進(jìn)出口與頂蓋采用填料函密封；(f)型為適用于常壓設(shè)備。 考慮到要采用機(jī)械密封裝置，擬采用f型蛇管進(jìn)出口結(jié)構(gòu)。4.攪拌器設(shè)計(jì)計(jì)算4.1攪拌器選型和主要尺寸 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(nèi)徑之比常取0.350.8。本次設(shè)計(jì)中選擇圓盤彎葉渦輪攪拌器，攪拌器直徑與罐體內(nèi)徑之比取1/3。槳葉材料選用：Q235-B 扁鋼，槳葉數(shù)量z=6，初定槳葉厚度。即：=1/3D=1/33600mm=1200mm.根據(jù)彎葉渦輪式攪拌器，槳徑Di：槳長L：槳寬b=20:5:4得：槳長L=300mm，槳寬b=240mm；圓盤直徑一般取,是槳徑的2/3，圓盤直徑

17、為Dg=1200=800mm為保持一定的剛性及支持周邊的槳葉，取圓盤厚度為10mm.4.2槳葉分布下層攪拌器與罐底的距離取C=（0.81.0）Di,取C=1=兩攪拌器之間的距離取s=為避免攪拌器工作時(shí)產(chǎn)生渦旋使攪拌器露在空氣中，因此第一個(gè)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4.3攪拌器的結(jié)構(gòu)形式與安裝 通過以上計(jì)算可得: 罐徑 下層攪拌器與罐底的距離取C=1200mm 兩攪拌器之間的距離3000mm 罐體總高H=8.68m 筒體裝料高度由2.3得Hf=6.0mm 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(shí)就需要采用多層攪拌器 由以上數(shù)據(jù)可取攪拌器設(shè)置為2層

18、，其參數(shù)為： 攪拌器直徑Di層數(shù)材料葉片1200mm2層16M6片 其設(shè)置形式如右圖： ； ； ； ； ； ；4.4攪拌器軸功率的計(jì)算 4.4.1不通氣的情況下軸功率的計(jì)算 根據(jù)魯士頓公式：已知在充分湍流狀態(tài)時(shí)，圓盤直葉渦輪攪拌器的功率準(zhǔn)數(shù)為，轉(zhuǎn)速=100（r/min），發(fā)酵液粘度，發(fā)酵液密度。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(shù)Np=4.7，故葉輪不通氣時(shí)攪拌功率 P0 為 式中 P0-無通氣輸入的攪拌功率（W）; -功率準(zhǔn)數(shù)，式攪拌雷諾數(shù)的函數(shù)； n-渦輪轉(zhuǎn)速（r/min），根據(jù)設(shè)計(jì)條件取100（r/min）； -發(fā)酵液液密度，； Di-渦輪直徑（m）；當(dāng)機(jī)械攪拌發(fā)酵反

19、應(yīng)器的，時(shí)需要校正：其中f時(shí)校正系數(shù)，它由下式?jīng)Q定：=4.4.2兩層攪拌軸功率，通氣攪拌功率Pg的計(jì)算 攪拌器設(shè)置為2層，其軸功率為： 式中m為攪拌器層數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)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： V0=VL×VVm =57.54×1.0=57.54m3/min 根據(jù)Michal法計(jì)算：通氣功率Pg=式中-通氣攪拌輸入的功率（KW）； C-當(dāng)d/D=1/32/3時(shí)，值為.1010.157之間，式中C取0.15 -渦輪攪拌轉(zhuǎn)速(r/min)； -渦輪攪拌直徑（m）； Qg-通氣量（m2/min）；4.5攪拌軸設(shè)計(jì)攪拌軸材料采用4

20、5鋼，下表是材料的一些參數(shù)：確定攪拌軸的直徑： 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(shí)的許應(yīng)力為70MPa。同時(shí)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； 攪拌軸的直徑d的計(jì)算： 圓整為4.5.1攪拌器支承尺寸圖根據(jù)經(jīng)驗(yàn)軸的懸臂L1、軸徑d和兩軸承間距B應(yīng)滿足系列關(guān)系：根據(jù)d=65mm得：取L1=3200mm,則B=800mm4.5.2底軸承 由于攪拌軸較長，為了增加其穩(wěn)定性，需要設(shè)置底部軸承其結(jié)構(gòu)圖如下：攪拌軸的支撐常采用滾動(dòng)軸承。攪拌軸的滾動(dòng)軸承通常根據(jù)轉(zhuǎn)速、載荷的大小及軸徑d選擇，高轉(zhuǎn)速、輕載荷可選用角接觸球軸承；

21、低速、重載荷可選用圓錐滾子軸。4.5.3攪拌器的安裝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(hù)帽。 4.6攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的校核轉(zhuǎn)速為100r/min，由于其轉(zhuǎn)速小于200r/min，所以不需要進(jìn)行攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的校核。5 通風(fēng)發(fā)酵罐的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)5.1電機(jī)的選擇根據(jù)攪拌功率選用電機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮傳動(dòng)裝置的機(jī)械效應(yīng)。攪拌軸功率；軸封摩擦損失功率；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；根據(jù)生產(chǎn)需要選擇三角皮帶電機(jī)。三角皮帶的效率是0.96，滾動(dòng)軸承的效率是0.995，滑動(dòng)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(jī)功率：，查找相應(yīng)的電機(jī)功率，選擇機(jī)型Y315M-

22、8型，額定功率75Kw的電機(jī)。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表2-3：表2-3、電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)機(jī)型Y315LM-8額定功率Kw75額定電流A152轉(zhuǎn)速r/min740效率%92.5最大轉(zhuǎn)矩1.6額定轉(zhuǎn)矩2.0質(zhì)量Kg10085.2減速機(jī)選型根據(jù)電機(jī)的功率P =75KW 、攪拌軸的轉(zhuǎn)速n740r /min，傳動(dòng)比i為740/1007.4，選擇帶傳動(dòng)減速器。其特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價(jià)格低廉，能防止過載，噪音小。但不適用于防爆場合。5.3 V帶設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟1）確定計(jì)算功率 已知傳動(dòng)額定功P：75KW（ Y315M-8型電機(jī)）；小皮帶輪轉(zhuǎn)速n1：740r/min；大皮帶輪轉(zhuǎn)速n2：100r/min； 由下表得工況

23、系數(shù)KA=1.3； 則設(shè)計(jì)功率Pc： 機(jī)械工況系數(shù)表2） 選擇V帶型號 根據(jù)和，選擇V帶型號。查普型表，可得選擇SPD型V帶。3） 確定帶輪基準(zhǔn)直徑： 帶輪結(jié)構(gòu)小可使結(jié)構(gòu)緊湊，但另一方面彎曲壓力太大，使帶的壽命降低，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取小帶輪的基準(zhǔn)直徑的值查普通V帶基準(zhǔn)直徑圖得： mm，考慮帶速不能偏低，所以取小帶輪的直徑400mm; 大帶輪的基準(zhǔn)直徑取整為2900mm。4）驗(yàn)算帶速： 由可知，維持適當(dāng)?shù)膸儆欣趥鲃?dòng)和延長機(jī)器的壽命，所以帶速一般維持在內(nèi)為宜。則其帶速為： ， 符合要求。5）初定中心距：由，即2310mm<初定2500mm6）確定帶的基準(zhǔn)長度： 根據(jù)下表圓整后，取Ld=11200

24、mm表 7）.確定中心距a： 安裝V帶是所需最小中心距和最大中心距： 8）小皮帶輪包角：，符合要求。 9)單根V帶額定功率P1： 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)直徑，帶速v=15.49m/s，由表查的P1=16.45KW時(shí)，單根V帶額定功率增量： 選擇D型V帶，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1=740r/min，傳動(dòng)比i為740/1007.4，由下表查得傳動(dòng)比 1.191.26 1.271.38 1.391.57 1.581.94 1.953.38 >=3.39 增量（kw） 0.33 0.4 0.47 0.53 0.58 0.62 表 單根普通SPD型V帶在主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速=730r/min時(shí)，時(shí)傳動(dòng)功率增加量 .包角修正系

25、數(shù)，由下表查的 表 包角修正系數(shù) 帶長修正系數(shù)，由表查得.0210）確定V帶根數(shù)： V帶根數(shù)z：取整后，取z=7（根），且z不大于10，符合要求。5.4聯(lián)軸器電動(dòng)機(jī)或減速機(jī)輸出軸與傳動(dòng)軸之間及傳動(dòng)軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接，并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)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(shí)，其自身的連接必須采用剛性聯(lián)軸器。根據(jù)軸徑80mm查閱資料選取剛性凸緣聯(lián)軸器。電動(dòng)機(jī)或減速機(jī)輸出軸與傳動(dòng)軸之間及傳動(dòng)軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接，并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)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(shí)，其自身的連接必須采用剛性聯(lián)軸器。根據(jù)軸徑65mm查閱資

26、料選取GT-65型剛性凸緣聯(lián)軸器。 其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 凸緣聯(lián)軸器 聯(lián)軸器 /mm型號孔徑DgMmaxDD1D2Hnr質(zhì)量GT-65654000200160110264669.435kg5.5 機(jī)架機(jī)架是安放減速器用的，它與安裝底座尺寸相匹配。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架有無支點(diǎn)機(jī)架、單支點(diǎn)機(jī)架和雙支點(diǎn)機(jī)架。本次設(shè)備設(shè)計(jì)采用無支點(diǎn)機(jī)架。主要以及帶傳動(dòng)的輸出軸（傳動(dòng)軸的輸入軸）直徑選用。攪拌軸直徑d=65mm。機(jī)架有關(guān)尺寸見表。 單位/mm機(jī)架型號H1H2H3H4輸入端接口輸出端接口WJ型D1D2D3N1-mD4D5D6H質(zhì)量/kgWJ653420663163604008-M12350420460600965.6凸

27、緣法蘭 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(dòng)裝置，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(jié)構(gòu)形式，密封面分為凸面（R）和凹面（M）兩種。凸面優(yōu)點(diǎn)是安裝容易，密封性能較光滑面好，所以選擇凸緣法蘭。 安裝法蘭時(shí)要求兩個(gè)法蘭保持平行，法蘭的密封面不能碰傷，并且要清理干凈。 法蘭靠用螺栓將兩個(gè)法蘭盤拉緊與安裝底蓋緊密結(jié)合起來。根據(jù)選型表，選擇公稱直徑為700mm的凸緣法蘭，其尺寸如下 公稱直徑Kd1d2d3d2D6H1H2H3H4螺栓dsR1R2質(zhì)量Kg數(shù)量螺紋40051541056543045548142854716M24264246 表 凸緣法蘭的主要尺寸 5.7安裝

28、底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機(jī)架相連，下與凸緣法蘭（或底座）連接，是整個(gè)攪拌傳動(dòng)裝置與容器連接的主要連接件。 安裝底蓋的公稱直徑與凸緣法蘭的公稱直徑相同。形式選取時(shí)，注意與凸緣法蘭的密封面配合（凸面配凸面，凹面配凹面）。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(gè)攪拌傳動(dòng)裝置與容器連接的主要連接。下面是底蓋的尺寸參數(shù):表 底座的主要尺寸 /mm底座公稱直徑 機(jī)架公稱直徑d2kd5d6k2d7s40040056551516-26415-50 圖 安裝底蓋結(jié)構(gòu)圖6 其它部件選型 6.1密封裝置密封裝置是機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的一個(gè)重要組成部分，其任務(wù)是保證反應(yīng)器處于正壓操作，

29、防止發(fā)酵液泄露和污染雜菌。發(fā)酵罐軸封屬于動(dòng)密封，軸封要求較高，因此一般采用機(jī)械密封（下伸軸為單端面，上伸軸采用雙端面）。機(jī)械密封分為平衡型和非平衡型兩大類，常用的機(jī)械密封裝置已有標(biāo)準(zhǔn)系列，可根據(jù)要求計(jì)算并選用。轉(zhuǎn)軸密封采用機(jī)械密封，機(jī)械密封是吧轉(zhuǎn)軸的密封從縱向改為徑向的密封，通過動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩個(gè)端面面的相互配合，并做相對運(yùn)動(dòng)達(dá)到密封效果。機(jī)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(shè)計(jì)采用機(jī)械密封。常用的機(jī)械密封裝置已有標(biāo)準(zhǔn)系列，可根據(jù)軸徑等要求直接選用。軸徑dDD1D2D3H1H2H3HnM65653152802451854.5221001608-1816表 機(jī)械密封的 /

30、mm圖 機(jī)械軸封6.2 法蘭選擇 用于發(fā)酵罐上的法蘭有容器法蘭和管法蘭。對應(yīng)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭兩類。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。 6.2.1容器法蘭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(yīng)當(dāng)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(guān)。由于我們組設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐公稱直徑很大，所以不能采用容器法蘭。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用焊接。6.2.2管法蘭與接管接管與管法蘭是用來與管道或其他設(shè)備連接的。標(biāo)準(zhǔn)管法蘭的主要參數(shù)是公稱通徑（DN）和公稱壓力（PN）。接管的伸

31、出長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。要求針對進(jìn)料管、取樣管、排料管、冷卻水（蒸汽）進(jìn)出口管、排空管、空氣分布管等接管選擇管法蘭。以進(jìn)料口為例計(jì)算，設(shè)發(fā)酵醪液流速為：v = 1 m /s，1小時(shí)排凈，發(fā)酵罐裝料液體積:V1=57.54立方米物料體積流量：Q = v1/1h=57.54/(3600*1)=0.01598 立方米/秒則排料管截面積：F = Q/V=0.01598/1=0.01598 平方米又因?yàn)镕 =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。150×4.5mm無縫管 法蘭的尺寸是由法蘭的公

32、稱直通徑DN，公稱壓力PN確定的。本設(shè)計(jì)中采用鋼制法蘭結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)選取的法蘭尺寸和結(jié)構(gòu)圖如下：公稱通徑DN=150mm鋼制管法蘭尺寸公稱通徑DN管子外徑 A連接尺寸六角頭螺栓、螺柱密封面尺寸法蘭厚度 C 法蘭內(nèi)徑 B坡口寬度 b法蘭理論質(zhì)量KgDKLMThlL1DF1150159265225188M167090202320161-4.651.進(jìn)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161×4.5mm，大約在人孔與視鏡中間。角度垂直。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161×4.5mm

33、，開在罐底中間通風(fēng)管旁。3.進(jìn)氣口：150×4.5 mm，開在封頭上，角度與水平線夾角 45 度4.排氣口：150×4.5 mm ，開在封頭上進(jìn)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。5.冷卻水進(jìn)、出口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型（HG20593-97）接口直徑161×4.5mm。6.補(bǔ)料口：150×4.5 mm，角度與水平線夾角 45 度。7.取樣口：150×4.5 mm，開在封頭上；角度與水平線夾角 90 度 6.3無菌空氣通風(fēng)管設(shè)計(jì)確定空氣分布管的結(jié)構(gòu)形式、材料以及空氣分布管的管徑。一般采用

34、單管式空氣分布管。無菌空氣通風(fēng)管作用是向機(jī)械攪拌發(fā)酵罐內(nèi)吹入無菌空氣，并使空氣分布均勻。 發(fā)酵罐的裝料量為57.54m³，通風(fēng)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3.5kg/cm2，溫度25.計(jì)算空氣流量：Qg=20×1.0=20m3/min計(jì)算壓縮空氣流量取通風(fēng)管內(nèi)壓縮空氣流速為10m/s，則管徑為：選用ø110×4.0的20型無縫不銹鋼管，管外徑為118mm。 6.4手孔及人孔手孔和人孔的設(shè)置是為了設(shè)置安裝，拆卸，清洗和檢修設(shè)備的內(nèi)部裝置。手孔直徑一般為150200mm，應(yīng)使工人戴上手套并握有工具的手能方便的

35、通過。 當(dāng)設(shè)備的直徑大于900mm,應(yīng)開設(shè)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(yīng)用比較廣泛，人孔的大小及位置應(yīng)以人進(jìn)出設(shè)備反方便為準(zhǔn)則，對于反應(yīng)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(nèi)。 因?yàn)樵O(shè)備直徑大于900mm，所以開設(shè)人孔，其中圓形人孔制造方便，所以選用圓形人孔。根據(jù)的筒體內(nèi)設(shè)計(jì)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>2600）。 技術(shù)要求：人孔的技術(shù)要求應(yīng)符合HG21517-95中“技術(shù)條件”的規(guī)定。 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

36、材料，其中墊片采用石棉橡膠板墊的回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔，其規(guī)定標(biāo)記符號為：人孔 RF V2（A.G） A 600-1.0 HG21517-95，總質(zhì)量341Kg.6.5支座6.5.1支座的選型支座用于支承罐體，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(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支承在樓板上時(shí)，選B型，否則選A型。由于我們組設(shè)計(jì)的是75m3大型發(fā)酵罐，所以應(yīng)該選擇支承式支座。每臺反應(yīng)器常用4個(gè)支座，但作承重計(jì)算時(shí)，考慮到安裝誤差造成的受力情況變壞，應(yīng)按兩個(gè)支座計(jì)算。如果不考慮動(dòng)載荷，支座承受的總重量為設(shè)備的總重量及工作介質(zhì)及冷卻介質(zhì)的總重量之和。根

37、據(jù)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(jié)構(gòu)如下圖：6.5.2計(jì)算支座的總載荷：1）總料液的重量：2）設(shè)備總重量和冷凝水重量： 罐體重量，將罐體看做圓柱體，其公稱直徑，厚度，總高度，16MnR鋼密度，；計(jì)算得： 蛇管重量，蛇管直徑為100/114mm，蛇管長度,鋼材密度，；計(jì)算得： 冷凝水重量，冷凝水密度，；管道內(nèi)徑，蛇管長度,鋼密度為 ，冷凝水密度計(jì)算得： 電機(jī)及其他零部件重量Ml=mlg,電機(jī)質(zhì)量M=1008Kg，聯(lián)軸器質(zhì)量35Kg，機(jī)架質(zhì)量96Kg，凸緣法蘭質(zhì)量46Kg，管法蘭質(zhì)量4.65Kg，人孔質(zhì)量341Kg等。計(jì)算得：總重量的計(jì)算綜合計(jì)算得：支座的總

38、載荷為：6.5.3支座的型號和尺寸每臺攪拌罐常用4個(gè)支座，但作承重計(jì)算時(shí)，考慮到安裝誤差造成的受力情況變壞，應(yīng)按兩個(gè)支座計(jì)算個(gè)承重。所以每個(gè)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號鋼，底板為Q235A，墊板為0Cr18Ni9：JB/T4712.4-2007,支座B7，h=490,=9材料：45鋼，Q235A/ 0Cr18Ni9：支座號允許載荷Q，KN高度H，mm適用容器公稱直徑,mm底板,mm鋼管，mm墊板，mmD1,mm支座質(zhì)量Kgb1D22D3375004903600300300377949016242095

39、.5 表 B7型支承式支座主要尺寸6.6視鏡視鏡主要用來觀察反應(yīng)器內(nèi)物料及其反應(yīng)情況，一般安裝在上封頭。當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時(shí)，采用帶頸視鏡，其主要尺寸可查手冊。帶燈有頸視鏡1-視鏡玻璃 2-襯墊 3-有頸接緣 4-壓緊環(huán)5-雙頭螺栓 6-蓋形螺母 7-視燈鏡帶燈有頸視鏡主要尺寸根據(jù)上表選擇視鏡的尺寸為DN=150mm，尺寸如下：公稱直徑DN/ mm公稱壓力PN/mpaDhH（防腐型）視鏡重/Kg總質(zhì)量/Kg1500.62302001594.5902108M129.110.1本次設(shè)計(jì)設(shè)置1個(gè)視鏡，標(biāo)準(zhǔn)號HG215051992，直徑為DN=150mm，開在頂封頭上，位于右邊軸線離中心軸8

40、00mm處，與人孔位于同一水平線上6.7 液面計(jì)液面計(jì)是用來觀察設(shè)備內(nèi)部液面位置的裝置。常見的液面計(jì)有板式液面計(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子式液面計(jì)、和磁性液面計(jì)4種類型，尤其以玻璃管液面計(jì)最為常用。液面計(jì)結(jié)構(gòu)有多種型式，其中部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，最常用的是玻璃管液面計(jì)、玻璃板液面計(jì)等。 其中玻璃板液位計(jì)具有讀書清析、直觀、可靠、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、經(jīng)久耐用的特點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)選用玻璃板液面計(jì)。其中T型液面計(jì)適用于公稱壓力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-Q由碳鋼制成的。由于發(fā)酵罐裝液高度HL=H0+Hf=5013+940

41、=5953mm,考慮到裝液量溢出等原因，以液面計(jì)的頂端為基準(zhǔn)點(diǎn)，因此取液面計(jì)的安裝高度為6500mm。 6.8儀表接口溫度計(jì)：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；壓力表：彈簧管壓力表（徑向型），精度2.5，型號：Y150，開在封頭上；液位計(jì)：采用HG5-1366-80反射式玻璃板液位儀，開在罐身上；溶氧探頭：A1-900MAX；pH探頭：SBH03-871PH-3P1A-3型；6.9消泡器發(fā)酵液中含有蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，故在通氣攪拌條件下回產(chǎn)生泡沫，發(fā)泡嚴(yán)重時(shí)會使發(fā)酵液隨排氣而外溢，且增加雜菌感染機(jī)會。 消泡器就是安裝在機(jī)械攪拌發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)

42、動(dòng)軸的上部或安裝在機(jī)械攪拌發(fā)酵罐排氣系統(tǒng)上的，可將泡沫打破或?qū)⑴菽扑榉蛛x成液態(tài)和氣態(tài)兩相的裝置。從而達(dá)到消泡的目的。安裝在機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐內(nèi)的消泡器，最簡單實(shí)用的消泡裝置為耙式消泡器， 可直接安裝在上攪拌的軸上，消泡耙齒底部應(yīng)比發(fā)酵液面高出適當(dāng)高度。我們發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)選擇耙式消泡器，已由前面計(jì)算得裝料高度6.0m，取耙式消泡器高度6.2m，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。 型號直徑中間圓孔直徑材料安裝高度(距罐底)耙式1200mm35mm16Mn6200mm7.工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總及主要尺寸說明表一 罐體幾何尺寸序號項(xiàng)目及代號參數(shù)及結(jié)果備注1全容積V, 82

43、.2計(jì)算2裝液容積,57.54計(jì)算3傳熱面積F, 86.31計(jì)算4筒體型式圓筒形參考文獻(xiàn)5封頭型式標(biāo)準(zhǔn)橢圓形參考文獻(xiàn)6封頭高度，mm940計(jì)算7高徑比i=1.89計(jì)算8圓整罐體內(nèi)徑D,mm3600計(jì)算9罐體裝液高度,mm6800計(jì)算10圓整罐體筒體高度H,mm6800計(jì)算11罐體總高HZ，mm8680計(jì)算12筒體實(shí)際裝液體積V, 57.54計(jì)算13罐體厚度，mm7計(jì)算14封頭厚度，mm7計(jì)算15罐體材料MnR16鋼參考文獻(xiàn)表二 蛇管冷卻裝置序號項(xiàng)目及代號參數(shù)及結(jié)果備注1 蛇管規(guī)格，mm100/114參考文獻(xiàn)2 蛇管圈中徑，mm2880計(jì)算3 蛇管管總長，m275計(jì)算4 蛇管總?cè)?shù),圈30計(jì)算5

44、 每圈蛇管長度，m9計(jì)算6 蛇管距筒體距離，mm360計(jì)算表三 攪拌裝置（兩層攪拌器）序號項(xiàng)目及厚度參數(shù)及結(jié)果備注1最后一片葉輪距罐低的高度C，mm1200計(jì)算2槳徑Di,mm1200計(jì)算4槳長L,mm300計(jì)算5槳寬b,mm240計(jì)算6兩片葉輪之間的間距S，mm3000計(jì)算7攪拌軸直徑d,mm65計(jì)算8不通氣功率，kw58.28計(jì)算9兩層攪拌功率，kw110計(jì)算10 通氣攪拌功率，kw51.72計(jì)算表四 電機(jī)及V帶設(shè)計(jì)序號項(xiàng)目及厚度參數(shù)及結(jié)果備注1機(jī)型Y315M-8計(jì)算后選型2額定功率Kw75參考文獻(xiàn)3轉(zhuǎn)速r/min740參考文獻(xiàn)4質(zhì)量Kg1008參考文獻(xiàn)5V帶型號及根數(shù)D×7計(jì)算

45、6小帶輪直徑/mm400計(jì)算7大帶輪直徑/mm2900計(jì)算表五 其他部件選型序號項(xiàng)目及厚度參數(shù)及結(jié)果備注1聯(lián)軸器GT-65計(jì)算后選型2機(jī)架WJ-65計(jì)算后選型3凸緣法蘭R型，DN=400mm計(jì)算后選型4安裝底蓋DN=400mm計(jì)算后選型5密封裝置軸頸DN=65mm計(jì)算后選型6管法蘭Ø150×4.5mm計(jì)算后選型7通氣管Ø110×4.0mm計(jì)算后選型8人孔DN=400mm計(jì)算后選型9支座B7支承式支座，負(fù)荷500KN，4個(gè)計(jì)算后選型10視鏡DN=150mm計(jì)算后選型11液面計(jì)S0.6-Q玻璃板式安裝高度6500mm計(jì)算后選型12消泡器耙式，DN=1200mm安裝高度6200mm計(jì)算后選型設(shè)計(jì)總結(jié)曹剛同學(xué)的設(shè)計(jì)總結(jié)這次我們完成的是裝料量75 m3 的（賴氨酸）發(fā)酵罐設(shè)計(jì)，我擔(dān)任組長的任務(wù)，進(jìn)行了整個(gè)設(shè)計(jì)的分工配合的安排，本次設(shè)計(jì)中我們進(jìn)行了分工合作，互相幫助的模式進(jìn)行。我的主要工作內(nèi)容是根據(jù)已有的設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，查閱有關(guān)資料，搜集資料，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)方案的擬定和罐體主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先我根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行了總體方案的擬定，然后經(jīng)過大家討論進(jìn)行確定。第二步，我負(fù)責(zé)罐體主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先確定了本次75 m3 的（賴氨酸）發(fā)酵罐的主要結(jié)構(gòu)組成，然后進(jìn)行了關(guān)于罐體幾何結(jié)構(gòu)的計(jì)算以及驗(yàn)算，確定了罐體的幾