制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)課件

制藥設(shè)備課程設(shè)計(Ⅰ)——機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐設(shè)計制藥設(shè)備課程設(shè)計(Ⅰ)1一、設(shè)計目的（1）培養(yǎng)學(xué)生把所學(xué)的《制藥設(shè)備與工藝設(shè)計》、《機(jī)械制圖》、《化工原理》及其《制藥工藝學(xué)》等相關(guān)課程的理論知識，在課程設(shè)計中綜合地加以運用，鞏固和強(qiáng)化有關(guān)制藥設(shè)備與工藝設(shè)計程的基本理論和基本知識。（2）培養(yǎng)學(xué)生對制藥工程設(shè)計的技能以及獨立分析問題、解決問題的能力。樹立正確的設(shè)計思想，掌握機(jī)械攪拌通風(fēng)生物反應(yīng)器設(shè)計的基本方法和步驟，為今后創(chuàng)造性設(shè)計生物反應(yīng)器和相關(guān)技術(shù)改造工作打下一定的基礎(chǔ)。（3）培養(yǎng)學(xué)生熟悉、查閱并綜合運用各種有關(guān)的設(shè)計手冊、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖冊等設(shè)計技術(shù)資料；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識圖、制圖、運算、編寫設(shè)計說明書等基本技能；完成作為工程技術(shù)人員在機(jī)械設(shè)計方面所必備的設(shè)計能力的基本訓(xùn)練。一、設(shè)計目的（1）培養(yǎng)學(xué)生把所學(xué)的《制藥設(shè)備與工藝設(shè)計》、《2二、課程設(shè)計的要求（1）樹立正確的設(shè)計思想。在設(shè)計中自始至終本著對工程設(shè)計負(fù)責(zé)的態(tài)度，從難從嚴(yán)要求，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實用性、安全可靠性和先進(jìn)性，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行設(shè)計，高質(zhì)量完成設(shè)計任務(wù)。（2）具有積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度和進(jìn)取精神。在課程設(shè)計中遇到問題不敷衍，通過查閱資料和復(fù)習(xí)有關(guān)教科書，積極思考、提出個人見解，主動解決問題，注重能力培養(yǎng)。強(qiáng)調(diào)獨立思考，有創(chuàng)造性的設(shè)計。在課程設(shè)計中學(xué)會收集、理解、熟悉和使用各種資料，是培養(yǎng)設(shè)計能力的重要方面，也是設(shè)計能力強(qiáng)的重要表現(xiàn)。（3）學(xué)會正確的設(shè)計方法，統(tǒng)籌兼顧、抓住主要矛盾。對于初學(xué)者，往往把設(shè)計片面的理解為是理論上的強(qiáng)度、剛度等計算，認(rèn)為這些計算結(jié)果不可更改，實際上，對于設(shè)備的合理設(shè)計，其計算結(jié)果只是設(shè)計時某一方面的依據(jù)，設(shè)計是還要考慮結(jié)構(gòu)等方面的要求。二、課程設(shè)計的要求（1）樹立正確的設(shè)計思想。在設(shè)計中自始至終3三、課程設(shè)計的內(nèi)容1、準(zhǔn)備階段（1）設(shè)計前應(yīng)預(yù)先準(zhǔn)備好設(shè)計資料、手冊、圖冊、計算和繪圖工具、圖紙等；（2）認(rèn)真研究設(shè)計任務(wù)書，分析設(shè)計題目的原始數(shù)據(jù)和工藝條件，明確設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容；（3）設(shè)計前應(yīng)認(rèn)真復(fù)習(xí)有關(guān)教材，熟悉有關(guān)資料和設(shè)計步驟；（4）有條件的應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場參觀，熟悉典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)，比較其優(yōu)缺點，以便選擇出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)為己所用，沒有現(xiàn)場條件的也要先讀懂幾張典型設(shè)備圖。三、課程設(shè)計的內(nèi)容1、準(zhǔn)備階段4制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)ppt課件53、編制設(shè)計計算說明書設(shè)計計算說明數(shù)是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，是設(shè)計計算的整理和總結(jié)，是審核設(shè)計的技術(shù)文件之一，其內(nèi)容大致包括：目錄設(shè)計任務(wù)書設(shè)計方案的分析和擬定；各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計計算；設(shè)計總結(jié)（每人一份，獨立完成）；參考文獻(xiàn)。附件：發(fā)酵罐裝配圖1張3、編制設(shè)計計算說明書設(shè)計計算說明數(shù)是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，是6課程設(shè)計參考資料電子資源：學(xué)校數(shù)字化圖書館，主要包括：1）《典型化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)》；2）《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計》；3）《化工設(shè)備設(shè)計全書——攪拌設(shè)備設(shè)計》；4）《撓性傳動設(shè)計》；5）《發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備》；6）《發(fā)酵工程與設(shè)備》；紙本圖書資源：主要在老區(qū)圖書館借閱。主要包括化工機(jī)械設(shè)備及其設(shè)計等。課程設(shè)計參考資料電子資源：學(xué)校數(shù)字化圖書館，主要包括：7四、設(shè)計步驟（一）、發(fā)酵罐的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)工藝要求并考慮制造、安裝、維護(hù)檢修的方便，確定各部分的結(jié)構(gòu)形式，如封頭的形式，傳熱方式，傳動類型、軸封和各種附件的結(jié)構(gòu)形式。

四、設(shè)計步驟（一）、發(fā)酵罐的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計81罐體的設(shè)計1．1罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體由頂蓋、筒體和罐底組成，通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上，罐底通常采用橢圓形封頭，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(shè)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。筒體與頂蓋的連接形式分為可拆連接和不可拆連接，筒體內(nèi)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。1罐體的設(shè)計1．1罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計9發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)101.2罐體幾何尺寸的計算1．2．1確定筒體的內(nèi)徑D一般由工藝條件給定的公稱容積V、裝料系數(shù)和高徑比H/D，計算確定筒體的內(nèi)徑D。1．2．2．確定筒體的高度H。根據(jù)計算的罐體直徑計算H其中：Vb為下封頭的容積

V1為1米高筒體的容積，與內(nèi)徑有關(guān)，可查手冊確定。1.2罐體幾何尺寸的計算1．2．1確定筒體的內(nèi)徑D11壓力容器公稱直徑D的選擇括號為非優(yōu)先系列。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000

盡量不采用括號的直徑系列壓力容器公稱直徑D的選擇括號為非優(yōu)先系列。300(350)12攪拌罐尺寸關(guān)系d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0s/d=1.5~2.5攪拌罐尺寸關(guān)系131．2．3確定筒體的厚度根據(jù)工藝條件，筒體材料、內(nèi)壓力已確定的內(nèi)徑等參數(shù)，按強(qiáng)度計算公式確定筒體的設(shè)計厚度。其中td設(shè)計厚度，mm；p為設(shè)計壓力，MPa；D1為薄壁圓筒內(nèi)徑,mm[σ]τ材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；厚度附加量1．2．3確定筒體的厚度根據(jù)工藝條件，筒體材料、內(nèi)壓力已14設(shè)計壓力與工作壓力注意：設(shè)計任務(wù)書中給定壓力為最大工作壓力；使用安全閥時設(shè)計壓力不小于安全閥開啟壓力或取最大工作壓力1.05～1.10倍；使用防爆破膜時根據(jù)其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.4倍作為設(shè)計壓力。設(shè)計壓力與工作壓力注意：設(shè)計任務(wù)書中給定壓力為最大工作壓力；15許用應(yīng)力[σ]許用應(yīng)力是容器殼體等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，取材料極限強(qiáng)度σ與相應(yīng)的安全系數(shù)之比。材料的極限強(qiáng)度的選擇取決于容器材料的判廢標(biāo)準(zhǔn)，對于常溫或溫度不高的攪拌罐，為了防止在操作過程中出現(xiàn)過度塑性變形或斷裂等破壞形式，在工程設(shè)計中通常取屈服點σs和抗拉強(qiáng)度σb作為強(qiáng)度極限，σ與所選材料有關(guān)，可以通過查資料或手冊得到。nb、ns分別是抗拉強(qiáng)度、屈服點的安全系數(shù),安全系數(shù)是一個反映包括設(shè)計分析、材料試驗制造運行控制等水平不同的質(zhì)量保證參數(shù)，對于碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金鋼：nb≥3.0ns≥1.6許用應(yīng)力[σ]許用應(yīng)力是容器殼體等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，取16常用材料的許用應(yīng)力數(shù)據(jù)常用材料的許用應(yīng)力數(shù)據(jù)17焊接接頭系數(shù)焊接削弱而降低設(shè)計許用應(yīng)力的系數(shù)。根據(jù)接頭型式及無損檢測長度比例確定。焊接接頭形式無損檢測的長度比例100%局部雙面焊對接接頭或相當(dāng)于雙面焊的對接接頭1.00.85單面焊對接接頭或相當(dāng)于單面焊的對接接頭0.90.8符合《壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程》才允許作局部無損探傷。抽驗長度不應(yīng)小于每條焊縫長度的20％。焊接接頭系數(shù)焊接削弱而降低設(shè)計許用應(yīng)力的系數(shù)。焊接接頭形式單18厚度附加量滿足強(qiáng)度要求的計算厚度之外，額外增加的厚度量，包括由鋼板負(fù)偏差(或鋼管負(fù)偏差)Cl、腐蝕裕量

C2，即C＝

Cl十

C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～44.5～5.5負(fù)偏差0.130.140.150.160.180.20.2

厚度6～78～2526～3032～3436～4042～5052～60負(fù)偏差0.60.8

0.91

1.11.21.3

厚度附加量滿足強(qiáng)度要求的計算厚度之外，額外增加的厚度量，包19腐蝕速度＜0.05mm／a(包括大氣腐蝕)時：碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2＝1mm，雙面腐蝕取C2＝2mm，當(dāng)腐蝕速度＞0.05mm／a時，單面腐蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕取C2＝4mm。不銹鋼取C2＝0。腐蝕速度＜0.05mm／a(包括大氣腐蝕)時：201.3.4確定封頭厚度和結(jié)構(gòu)尺寸

封頭的設(shè)計已標(biāo)準(zhǔn)化，內(nèi)徑與筒體的內(nèi)徑一致，標(biāo)準(zhǔn)錐形封頭、橢圓標(biāo)準(zhǔn)封頭尺寸可查設(shè)計資料。封頭設(shè)計厚度按工藝條件，用強(qiáng)度計算公式進(jìn)行計算。對橢圓形封頭:

對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭:K=11.3.4確定封頭厚度和結(jié)構(gòu)尺寸封頭的設(shè)計已標(biāo)準(zhǔn)化，內(nèi)211.3罐體壓力試驗采用水壓試驗，試驗壓力公式為其中：[σ]為實驗溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；

[σ]t為設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。1.3罐體壓力試驗采用水壓試驗，試驗壓力公式為22試驗壓力下圓筒中的應(yīng)力為：查材料的屈服點強(qiáng)度σs如滿足σ＜0.9σs，則壓力試驗強(qiáng)度足夠。試驗壓力下圓筒中的應(yīng)力為：23例題1試設(shè)計一酒精發(fā)酵罐，工藝要求為：一次投入50t的發(fā)酵液，密度為1.076t/m3，要求裝料系數(shù)為0.8，發(fā)酵最高溫度為32℃,最高工作壓力為0.1MPa,試確定發(fā)酵的主要結(jié)構(gòu)尺寸和壁厚。解:1.選材對于生物加工工業(yè)，發(fā)酵罐的制造材料可以選用碳鋼、不銹鋼、合金鋼，相對于其他工業(yè)來說，發(fā)酵液對鋼材的腐蝕性不大，溫度不高，壓力為低壓，故可選用16MnR鋼材,材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為[σ]T=170MPa，查表16MnR鋼σb

=510MPAa，安全系數(shù)nb取3。例題1試設(shè)計一酒精發(fā)酵罐，工藝要求為：一次投入50t的發(fā)酵液242.發(fā)酵罐的主要尺寸發(fā)酵罐的總?cè)莘e為發(fā)酵罐為立式容器,上封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,下封頭為了考慮排料選用無折邊的錐形封頭,并選取筒體高度H與筒體半徑D1的比值為1.2:1。初選筒體直徑取Ｄ１＝3600mm,則標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積為Ｖ１＝6.62m3,設(shè)錐形封頭錐體高度為h,半錐頂角為30°,則h=故發(fā)酵罐的容積由上封頭容積Ｖ1、下封頭容積V2和筒體容積V3組成。2.發(fā)酵罐的主要尺寸發(fā)酵罐的總?cè)莘e為25解得D1=3530mm，經(jīng)圓整并取公稱直徑為D1=3600mm。3、發(fā)酵罐筒體壁厚計算：取設(shè)計壓力等于最高工作壓力的1.1倍，即1.1×0.1=0.11MPa。同時還需判斷是否需要考慮液體靜壓力。罐內(nèi)實裝發(fā)酵液為50/1.076=46.47m3，錐體部分的發(fā)酵液為，所以筒身部分實裝發(fā)酵液為46.47-10.57=35.9m3，故筒身部分液柱高度為，筒體底部靜壓力為：

解得D1=3530mm，經(jīng)圓整并取公稱直徑為D1=3600m26由上述計算可見，筒體部分液柱靜壓力已超過設(shè)計壓力的5%，應(yīng)計如設(shè)計壓力內(nèi)，計設(shè)計壓力為

p=0.11+0.037=0.147MPa

筒體的焊縫采用帶墊板的單面對接焊縫，局部無損傷，焊縫系數(shù)Φ=0.8。由上述計算可見，筒體部分液柱靜壓力已超過設(shè)計壓力的5%，應(yīng)計27筒體的計算壁厚為：根據(jù)容器最小壁厚的規(guī)定，最小壁厚應(yīng)不小于3mm，腐蝕裕度另加。由表14-7查得鋼板厚度負(fù)偏差c1=0.22mm，腐蝕裕量取c2=1mm，所以筒體的設(shè)計厚度為：td=t+c1+c2=3+0.22+1=4.22mm考慮安全裕量，圓整后取筒體的名義厚度為5mm。筒體的計算壁厚為：284.上封頭壁厚計算上封頭為標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭，其壁厚按前面公式計算，對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，形狀系數(shù)K=1，所以上封頭計算厚度為：根據(jù)容器最小壁厚的規(guī)定，其最小壁厚應(yīng)不小于3mm，腐蝕裕量另加，所以上封頭的設(shè)計厚度為：t上d=t上+C2=3+1=4mm。取與筒體一樣的厚度5mm。4.上封頭壁厚計算上封頭為標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭，其壁厚按前面公式295.下封頭的壁厚計算下封頭為無折邊錐形封頭(半頂角30°），椎體部分厚度可按下式計算：發(fā)酵液的高度為：由于靜壓在封頭底部產(chǎn)生的壓力為：p2=ρH2g＝1076×6.67×9.8＝0.07MPa5.下封頭的壁厚計算下封頭為無折邊錐形封頭(半頂角30°），30可見，錐形封頭部分液柱靜壓已超過了設(shè)計壓力的5%，應(yīng)計入設(shè)計壓力內(nèi)，即錐形封頭的設(shè)計壓力為：p=0.11＋0.07=0.18MPa錐體部分的計算厚度為：根據(jù)容器最小壁厚的規(guī)定，其最小壁厚應(yīng)不小于3mm，腐蝕裕量另加，錐體部分的設(shè)計厚度為：t下d=t＋C2=3＋1=4mm取與筒體一樣的厚度5mm?？梢姡F形封頭部分液柱靜壓已超過了設(shè)計壓力的5%，應(yīng)計入設(shè)計316.壓力試驗采用水壓試驗，試驗壓力公式為其中：[σ]為實驗溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；

[σ]t為設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。6.壓力試驗采用水壓試驗，試驗壓力公式為32試驗壓力下圓筒中的應(yīng)力為：而屈服點強(qiáng)度σs＝345MPa0.9σs＝0.9×345＝310.5MPa可見,σ＜0.9σs,所以壓力試驗強(qiáng)度足夠。試驗壓力下圓筒中的應(yīng)力為：332.換熱裝置設(shè)計換熱方式：中小型發(fā)酵罐優(yōu)先采用夾套換熱，當(dāng)夾套傳熱面積難以滿足工藝溫度的要求時，采用內(nèi)蛇管或列管換熱。2.換熱裝置設(shè)計換熱方式：342.1夾套換熱裝置

2.1.1夾套常用結(jié)構(gòu)形式發(fā)酵罐通常采用（b）這種結(jié)構(gòu)形式2.1夾套換熱裝置

2.1.1夾套常用結(jié)構(gòu)形式發(fā)酵352.1.2夾套幾何尺寸計算夾套的內(nèi)徑D2除根據(jù)工藝要求確定外，還需根據(jù)安裝和結(jié)構(gòu)要求合理確定，夾套的內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1，按經(jīng)驗選?。炈悖?。表夾套內(nèi)徑D2mmD1500-600700-18002000-3000D2D1+50D1+100D1+200當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)徑大于3000mm時，只能采用內(nèi)部蛇管或列管換熱。2.1.2夾套幾何尺寸計算夾套的內(nèi)徑D2除根據(jù)工藝要求確36夾套高度H2由傳熱面積確定，高度不低于料液高度，通常與裝料系數(shù)η有關(guān)。夾套高度H2可按下式計算：H2=(ηV-V封)/V1mV1m——1米高筒體容積，m3/m。夾套所包圍的罐體表面積(筒體表面積F筒+封頭表面積F封)一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即:夾套高度H2由傳熱面積確定，高度不低于料液高度，通常與裝料系37夾套的強(qiáng)度(厚度)計算按內(nèi)壓薄壁容器對夾套筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度計算，計算公式與釜體計算公式完全相同。最后對夾套進(jìn)行水壓校核計算。夾套的強(qiáng)度(厚度)計算按內(nèi)壓薄壁容器對夾套筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)382.1.3夾套與釜體連接與安裝夾套與釜體的連接可分為:不可拆卸的整體夾套；可拆卸的整體夾套。不可拆整體夾套2.1.3夾套與釜體連接與安裝夾套與釜體的連接可分為:不39可拆卸的整體夾套可拆卸的整體夾套40夾套的安裝夾套與筒體的焊接點與法蘭的距離要考慮裝拆法蘭螺栓的方便，一般不小于150~200mm。夾套的安裝夾套與筒體的焊接點與法蘭的41根據(jù)工藝要求溫度、總散熱量等確定冷卻裝置（設(shè)管、列管等）的冷卻面積、管徑、長度、高度等參數(shù)。2.2蛇管換熱裝置根據(jù)工藝要求溫度、總散熱量等確定冷卻裝置（設(shè)管、列管等）的冷42無擋板的渦輪攪拌反應(yīng)器

蛇管中徑與容器直徑之比Dc/D=0.80;蛇管高度與容器直徑之比Lc/D=1.00;蛇管管子外徑與蛇管中徑之比Dco/Dc=0.042;每圈蛇管之間距與蛇管管子外徑之比Sc/dco=1.0;蛇管距器底的高度與容器直徑之比Hc/D=0.10。無擋板的渦輪攪拌反應(yīng)器蛇管中徑與容器直徑之比Dc43立式蛇管立式蛇管44例2：已知一容積為50m3,罐徑D為4.5m的攪拌罐，其換熱裝置的傳熱面積（由傳熱量確定）不小于26m2,試進(jìn)行蛇管的結(jié)構(gòu)設(shè)計。選取管材：根據(jù)食品料液的性質(zhì)，選取不銹鋼管為換熱管，根據(jù)罐體容積選取公稱直徑為32mm的管材，壁厚為3.5mm。公稱直徑101520253240506580100125外徑141825323845577689108133壁厚3333.53.53.53.54444公稱直徑150175200225250300350400450500

外徑159194219245273325377426480530

壁厚4.5667889999

管材的工程直徑系列：例2：已知一容積為50m3,罐徑D為4.5m的攪拌罐，其換45計算蛇管的長度考慮蛇管由兩列蛇管組成，兩列蛇管的長度可根據(jù)公式計算：Dcp=0.031+0.007/2=0.0345mm計算蛇管的長度考慮蛇管由兩列蛇管組成，兩列蛇管的長度可根據(jù)公46根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，罐體直徑D=4.5m，蛇管中Dc=0.8D=0.8*4.5=3.6m根據(jù)蛇管高度與已知的裝料高度比較,確定是否需要對蛇管高度進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，罐體直徑D=4.5m，蛇管中Dc=0.8D=0473.發(fā)酵罐攪拌裝置設(shè)計攪拌裝置由攪拌器、軸及其支承組成。攪拌器的形式主要有：槳式、推進(jìn)式、渦輪式等，攪拌器型式根據(jù)攪拌器轉(zhuǎn)速、功率、發(fā)酵液性質(zhì)綜合考慮。當(dāng)攪拌器型式確定后，設(shè)計的主要內(nèi)容是確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)，進(jìn)行攪拌軸的強(qiáng)度設(shè)計和臨界轉(zhuǎn)速校核，選擇軸的支承結(jié)構(gòu)。攪拌器的直徑Dj與發(fā)酵罐D(zhuǎn)1內(nèi)徑之比根據(jù)文獻(xiàn)推薦值選取。3.發(fā)酵罐攪拌裝置設(shè)計攪拌裝置由攪拌器、軸及其支承組成。攪48槳式攪拌器槳葉多為兩葉，攪拌器內(nèi)徑與罐體內(nèi)徑之比常取0.35~0.8,多用于n≦100r/min的場合。槳式攪拌器常用螺栓對夾,當(dāng)軸徑大于50時,再加圓柱銷固定。3.1攪拌器的結(jié)構(gòu)形式及安裝槳式攪拌器槳葉多為兩葉，攪拌器內(nèi)徑與罐體內(nèi)徑之比常取0.3549槳式攪拌器的主要尺寸如下：槳式攪拌器的主要尺寸如下：50

推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器的結(jié)構(gòu)和主要尺寸:推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器的結(jié)構(gòu)和主要尺寸:51推進(jìn)式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。推進(jìn)式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52渦輪攪拌器一般采用帶圓盤的六葉（直葉、彎葉、箭葉）渦輪攪拌器，結(jié)構(gòu)及選型見網(wǎng)上資源。渦輪攪拌器一般采用帶圓盤的六葉（直葉、彎葉、箭葉）渦輪攪拌器53

發(fā)酵罐攪拌軸的機(jī)械設(shè)計內(nèi)容同一般傳動軸，主要是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括軸的支承結(jié)構(gòu)）和強(qiáng)度校核，對于轉(zhuǎn)速n≥200r/min的軸，還要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。

3.3攪拌軸設(shè)計發(fā)酵罐攪拌軸的機(jī)械設(shè)計內(nèi)容同一般傳動軸，主要是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計（543.3.1攪拌軸的結(jié)構(gòu)常用實心或空心直軸，結(jié)構(gòu)型式根據(jù)軸上安裝攪拌器類型、支承的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，以及與聯(lián)軸器的連接要求而定，還要考慮腐蝕等因素的影響。連接槳式和框式攪拌器的軸頭較簡單，因用螺栓對夾，所以用光軸即可；連接推進(jìn)式和渦輪式攪拌器的軸頭需車削臺肩，開鍵槽，軸端還要車螺紋。較長的攪拌軸，為加工和安裝的方便，常分段制造后用聯(lián)軸器連接起來。安裝攪拌器部分稱攪拌軸，與減速器輸出軸相聯(lián)的軸稱傳動軸，與聯(lián)軸器配合的軸頭部分，按聯(lián)軸器的要求而定。3.3.1攪拌軸的結(jié)構(gòu)常用實心或空心直軸，553.3.2攪拌軸強(qiáng)度校核計算攪拌軸的特點是細(xì)長,攪拌器安裝在軸的最遠(yuǎn)端,軸經(jīng)常受到的載荷是扭轉(zhuǎn)載荷、彎曲載荷和軸向載荷等組成的合成載荷。計算比較復(fù)雜。工程實際中常采用近似的方法進(jìn)行強(qiáng)度計算，假定軸只承受扭矩的作用，然后用增加安全系數(shù)以降低材料的許用應(yīng)力，彌補(bǔ)由于忽略彎曲載荷引起的誤差。3.3.2攪拌軸強(qiáng)度校核計算攪拌軸的特點是細(xì)長,攪56攪拌軸的直徑可按下式估算：mm式中：P為軸傳遞的功率，kW；n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min；A為隨許用剪應(yīng)力[]變化的系數(shù)；可查手冊選?。籟]為軸材料的許用剪切應(yīng)力，MPa。通常攪拌軸強(qiáng)度校核計算常與軸結(jié)構(gòu)設(shè)計同時進(jìn)行，邊畫圖、邊計算、邊修改。

攪拌軸的直徑可按下式估算：573.3.3攪拌軸的支承結(jié)構(gòu)

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(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；低速、重載荷可選用圓錐滾子軸承。3.3.3攪拌軸的支承結(jié)構(gòu)攪拌軸的支撐常采用滾動軸58一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。當(dāng)攪拌軸較長時，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂L1、軸徑d和兩軸承間距B應(yīng)滿足系列關(guān)系：L1/B≦4~5；L1/d≦40~50。 若軸封能起支承作用，式中B算至軸封處，當(dāng)d的裕量較大和軸轉(zhuǎn)速較低，L1/B及L1/d取偏大值，否則取偏小值。

一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。當(dāng)攪拌軸較長時，軸的593.3.4攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸上裝有攪拌器，往往由于結(jié)構(gòu)不對稱、加工安裝有誤差等原因，使回轉(zhuǎn)中心離開軸線而產(chǎn)生回轉(zhuǎn)離心力，使軸受到周期性載荷干擾。當(dāng)周期載荷的頻率與攪拌軸的自然頻率接近時，軸便發(fā)生劇烈振動，這種現(xiàn)象稱為軸的共振。產(chǎn)生共振時，攪拌軸的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。攪拌器的轉(zhuǎn)速n≥200轉(zhuǎn)/分時，都應(yīng)作臨界轉(zhuǎn)速校核，一般攪拌軸常設(shè)計呈剛性軸，使n﹤（0.75~0.8)nc1。

3.3.4攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸上裝有攪拌器，60軸的臨界轉(zhuǎn)速有許多階，分別是一階、二階、三階臨界轉(zhuǎn)速等。工程中將工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為剛性軸，超過一階臨界轉(zhuǎn)速的軸成為撓性軸。

當(dāng)軸上裝有單層且經(jīng)過很好平衡的攪拌器時，其一階臨界轉(zhuǎn)速nc1為：

軸的臨界轉(zhuǎn)速有許多階，分別是一階、二階、三階61制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)ppt課件624.通風(fēng)發(fā)酵罐的傳動裝置設(shè)計

通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌器由傳動裝置來帶動，傳動裝置通常設(shè)置在頂封頭的上部，傳動裝置設(shè)計內(nèi)容一般包括：電機(jī)、減速器的設(shè)計或選型；聯(lián)軸器選型；選用和設(shè)計機(jī)架和底座等。4.通風(fēng)發(fā)酵罐的傳動裝置設(shè)計通風(fēng)發(fā)酵罐的63發(fā)酵設(shè)備的攪拌裝置選用電機(jī)，主要是確定電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、型號以及安裝形式和防爆要求等內(nèi)容。最常用的為Y系列全封閉自扇式三相異步電動機(jī)，當(dāng)有防爆要求時，可選用YB系列。Y型三相異步電機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)查設(shè)計手冊。4.1常用電機(jī)及其連接尺寸發(fā)酵設(shè)備的攪拌裝置選用電機(jī)，主要是確定電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、型號以64電機(jī)功率可按確定其中：P為電機(jī)功率，KW；Pm為攪拌所需的軸功率，KW；PT為軸封摩擦損失功率，KW；η為傳動系統(tǒng)的效率。電機(jī)功率可按確定65攪拌器軸功率Pm計算根據(jù)第六章課件的公式計算。即：首先計算Rem,確定發(fā)酵液的流體狀態(tài)，再確定采用下列功率公式之一計算：或：攪拌器軸功率Pm計算根據(jù)第六章課件的公式計算。即：66制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)ppt課件67常見的傳動（減速）方式齒輪減速傳動帶傳動常見的傳動（減速）方式齒輪減速傳動帶傳動68

4.3V帶減速器

V帶減速器的特點：結(jié)構(gòu)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。V帶傳動減速器的基本型式和主要尺寸見圖。減速器的設(shè)計重點是V帶輪的設(shè)計以及普通V帶的截面形狀、尺寸及設(shè)計計算。4.3V帶減速器V帶減速器的特點：69普通V帶設(shè)計舉例見下表。已知某攪拌反應(yīng)器采用V帶傳動，選用Y132S-8電機(jī)，額定功率P=2.2KW,轉(zhuǎn)速n1=710轉(zhuǎn)/分,攪拌轉(zhuǎn)速n2=180轉(zhuǎn)/分,試設(shè)計V帶傳動。普通V帶設(shè)計舉例見下表。已知某攪拌反應(yīng)器采用V帶傳動，選用70帶的類型按截面形狀，傳動帶可分為：平帶、Ｖ形帶（又稱三角帶）、圓形帶等類型，如圖3－3所示。普通V形帶的工作面是兩側(cè)面，與平帶相比，由于截面的楔形效應(yīng)，其摩擦力較大，所以能傳遞較大的功率。普通Ｖ形帶無接頭，傳動平穩(wěn)，應(yīng)用最廣泛。本設(shè)計主要介紹Ｖ形帶傳動。

帶的類型按截面形狀，傳動帶可分為：平帶、Ｖ形帶（又稱三角帶）71

V形帶已標(biāo)準(zhǔn)化，按截面尺寸的不同，分為O、A、B、C、D、E、F七種型號，其截面尺寸見表。三角（V）帶尺寸V形帶已標(biāo)準(zhǔn)化，按截面尺寸的不同，分為O、A、B、C、D72單根三角帶傳遞的功率依據(jù)帶型號及帶速確定單根三角帶傳遞的功率依據(jù)帶型號及帶速確定73V帶傳動設(shè)計舉例

以普通V帶（三角帶）設(shè)計為例，已知某攪拌反應(yīng)器采用V帶傳動，選用Y132S-8電機(jī)，額定功率P=2.2KW,電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=710轉(zhuǎn)/分,攪拌轉(zhuǎn)速n2=180轉(zhuǎn)/分,試設(shè)計V帶傳動。V帶設(shè)計設(shè)計內(nèi)容、步驟及結(jié)果下表。V帶傳動設(shè)計舉例以普通V帶（三角帶）設(shè)計為例，已知某攪74制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)ppt課件75注意：計算的皮帶根數(shù)不宜過多，一般小于10根，否則需重選參數(shù)并計算。注意：計算的皮帶根數(shù)不宜過多，一般小于10根，否則需重選參數(shù)76齒輪傳動設(shè)計對于總傳動比大的減速系統(tǒng)可以采用二級齒輪傳動設(shè)計，設(shè)計的主要內(nèi)容包括二級齒輪傳動傳動比的分配，二級齒輪傳動的齒輪齒數(shù)及中心距等。本設(shè)計盡量采用帶傳動。齒輪傳動設(shè)計對于總傳動比大的減速系統(tǒng)可以采用二級齒輪傳動設(shè)計774.4聯(lián)軸器

電機(jī)與減速器輸出軸及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接的。常用的聯(lián)軸器有彈性塊式聯(lián)軸器、剛性凸緣聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。這些部件都已有標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，可以根據(jù)要求從手冊查取。4.4聯(lián)軸器電機(jī)與減速器輸出軸及傳動軸與攪拌軸之間的連接78兩種聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與尺寸兩種聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與尺寸794.5機(jī)架機(jī)架是安放加速器用的，它與減速器底座尺寸相匹配。V帶減速器自帶機(jī)架，選用其他類型標(biāo)準(zhǔn)釜用減速器按標(biāo)準(zhǔn)選配機(jī)架。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架有無支點機(jī)架、單支點機(jī)架和雙支點機(jī)架。不同的機(jī)架用于不同的減速傳動系統(tǒng)，具體查取使用見設(shè)計手冊。4.5機(jī)架機(jī)架是安放加速器用的，它與減速器底座尺寸相匹配。804.6底座底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接減速器和軸的密封裝置。為保證既與減速器牢固連接又使穿過密封裝置的攪拌軸運轉(zhuǎn)順利，要求軸的密封裝置與減速器安裝時有一定的同心度，為此常采用整體式底座。如果減速器底座與軸封底座的直徑相差很多，做成一體式不經(jīng)濟(jì)，則可采用分裝式底座。4.6底座底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接減速器和軸的密81底座結(jié)構(gòu)a_f為整體式底座；g-h為分體式底座。底座結(jié)構(gòu)a_f為整體式底座；824.7安裝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，是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。4.7安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機(jī)架相連，下83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，注意與凸緣法蘭的密封面配合（凸面配凸面，凹面配凹面）。安裝底蓋的公稱直徑與凸緣法蘭的公稱直徑相同。形式選取時，注意844.8凸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，結(jié)構(gòu)及主要尺寸見圖及表。注意：如果選擇底座，就不需要凸緣法蘭！4.8凸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85凸緣法蘭的結(jié)構(gòu)及主要尺寸凸緣法蘭的結(jié)構(gòu)及主要尺寸865.密封裝置軸封是機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的一個重要組成部分，其任務(wù)是保證反應(yīng)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(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)要求計算并選用。5.密封裝置軸封是機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的一個重要組成部分，其任87已知軸徑為70mm的軸，確定動、靜環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸。取靜環(huán)內(nèi)徑D1=70+2×2=74mm.取端面寬度為5mm，則靜環(huán)外徑為74+2×5=84mm，靜環(huán)呈錐形，一般高為50～60mm，取為60mm.錐底外徑比端面外徑大8～10mm，現(xiàn)取為10mm，則錐底外徑為94mm，摩擦面積=0.785×（8.42-7.42）=12.4cm2.動環(huán)外徑比端面外徑大2～10mm，取外徑=84+10=94mm.取動環(huán)內(nèi)徑比軸徑大1mm，則動環(huán)內(nèi)徑=70+2×1=72mm。動環(huán)上端內(nèi)徑根據(jù)密封圈材料決定，一般取6～7mm，現(xiàn)取7mm.則動環(huán)上端內(nèi)徑為70+7×2=84mm.動環(huán)高一般為30～250mm,現(xiàn)取為50mm.端面光潔度對硬材料取▽10～▽11，對軟材料取▽8～▽9。端面平直度對液體密封要求為0.0006～0.0009mm，對氣體密封要求為0.0001～0.0004mm。密封裝置結(jié)構(gòu)尺寸確定舉例已知軸徑為70mm的軸，確定動、靜環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸。密封裝置結(jié)構(gòu)尺88制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)ppt課件89標(biāo)準(zhǔn)釜用機(jī)械密封的標(biāo)記舉例如下：201DgMkT2-50/0.25HG5-754-78表示：動環(huán)材料為不銹鋼堆焊硬質(zhì)合金，靜環(huán)材料為浸漬呋喃石墨，與介質(zhì)接觸材料零件為碳鋼，密封圈材料為硅橡膠，軸徑d等于50mm，Pg=0.25Mpa，標(biāo)準(zhǔn)代號為：HG5-754-78的單端面大彈簧非平衡型機(jī)械密封。標(biāo)準(zhǔn)釜用機(jī)械密封的標(biāo)記舉例如下：906.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.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916.1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)。注意：并不是所有組的設(shè)計都需要容器法蘭！6.1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92試為操作溫度300℃，設(shè)計壓力0.6MPa的容器選配法蘭。材料15MnVR按公稱壓力0.6MPa查取。材料20R按公稱壓力1.0MPa查取尺寸。而16MnR按公稱壓力0.60MPa,最大工作壓力只有0.51，不能滿足要求。試為操作溫度300℃，設(shè)計壓力0.6MPa的容器選配法蘭。93制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)ppt課件946.2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）。接管的伸出長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。管法蘭分為：板式平焊法蘭（PN）、帶頸平焊法蘭（SO）、帶頸對焊法蘭（WN）等，法蘭密封面形式主要有突面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）種，附圖為標(biāo)準(zhǔn)突面板式平焊鋼制管法蘭（HG20593-97）。6.2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95制藥設(shè)備課程設(shè)計培訓(xùn)講學(xué)ppt課件967.發(fā)酵罐其他附件7．1進(jìn)無菌空氣分布管確定進(jìn)空氣管的結(jié)構(gòu)形式以及空氣管的管徑。一般采用單管式空氣分布管。設(shè)計內(nèi)容：進(jìn)空氣管直徑、結(jié)構(gòu)尺寸等。7.發(fā)酵罐其他附件7．1進(jìn)無菌空氣分布管97壓縮空氣通風(fēng)管設(shè)計舉例已知培養(yǎng)液為20m3，通風(fēng)比（空氣流量與發(fā)酵液體積之比）為0.2，發(fā)酵溫度20℃，無菌壓縮空氣條件為：壓力3.5kg/cm2，溫度25℃.計算空氣流量：Qg=20×0.2=4m3/min計算壓縮空氣流量：取通風(fēng)管內(nèi)壓縮空氣流速為10m/s，則管徑為：選用?60×3.5的無縫鋼管。壓縮空氣通風(fēng)管設(shè)計舉例已知培養(yǎng)液為20m3，通風(fēng)比（空氣流量987.2手孔及人孔手孔及人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。手孔直徑一般為150~250mm，應(yīng)使工人帶上手套并握有工具的手能方便通過。當(dāng)設(shè)備的直徑大于9