目录一、设计任务书1.1 设计内容1.2 设计参数和技术特性指标1.3 设计要求二、概述2.1 设计目的2.2 设计思想及依据2.3 设计原则2.4 发酵罐设计概述三、罐体及传热装置的设计3.1 罐体及换热装置的设计3.1.1 确定罐体高径比3.1.2 罐体容积计算3.1.3 管体厚度的确定3.1.4 上封头厚度的确定3.1.5 下封头厚度的确定3.1.6 罐体压力试验3.2 夹套直径和高度的确定3.3 夹套材料和壁厚的确定3.3.1 夹套封头厚度的确定3.3.2 夹套压力试验四、搅拌装置及附件设计4.1 搅拌轴计算4.1.1 搅拌轴功率计算4.1.2 按扭矩计算轴的强度4.1.3 搅拌器支撑尺寸计算4.2 搅拌器选型及分布4.2.1 搅拌器基本尺寸计算4.2.2 搅拌器结构4.3 挡板设置五、传动装置设计及部分其它装置选型设计5.1 电动机选择5.2 减速机选型5.2.1 V 带设计5.3 联轴器选型5.4 密封装置选型5.5 机架选型5.6 安装底盖5.7 凸缘法兰选型5.8 罐体上接管口5.9 人孔选型5.10 接管法兰5.11 支座设计和计算5.11.1 支座选型5.11.2 计算总载荷六、剩余其它装置选型设计6.1 视镜选型设计6.2 消泡装置选型设计6.3 液面计设计6.4 无菌空气分布管设计七、设计总结7.1 设计组成员信息7.2 设计分工7.3 组员个人总结八、公称容积 30 m3缬氨酸发酵罐设计装配图（附图）九、参考文献0一、设计任务书一、设计任务书1.11.1 设计内容设计内容公称容积缬氨酸发酵罐设计1.21.2 建议设计参数和技术特性指标建议设计参数和技术特性指标取；装料系数取；通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取发酵液密度为，最大粘度；初始水温.接管建议（推荐）：出料口冷凝液出口蒸汽进口温度计插口视镜进料口人孔手孔压缩空气入口项目名称参数或指标罐内0.15Mpa工作压力夹套（蛇管）内0.25Mpa罐内121工作温度夹套（蛇管）内150罐内轻微腐蚀性物料 工作介质 夹套内蒸汽组别6装料量（m3）26传热面积（m2）39搅拌器型式直叶圆盘涡轮搅拌器转速/rmp200搅拌轴功率 kw9.06其它夹套换热时，至少应装四块挡板（根据需要设置）罐体材料16Mn11.31.3 设计要求设计要求1.3.11.3.1 机械搅拌生物反应器机械计算及整体结构设计，完成设计说明书。1.3.1.11.3.1.1 进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算1.3.1.21.3.1.2 进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核；1.3.1.31.3.1.3 搅拌器、电机功率计算、传动系统的设计计算：尽可能采用 V 带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算； 1.3.1.41.3.1.4 密封装置的选型设计1.3.1.51.3.1.5 选择支座形式并计算1.3.1.61.3.1.6 手孔或人孔选型1.3.1.71.3.1.7 选择接管、管法兰、设备法兰1.3.1.81.3.1.8 设计机架结构1.3.1.91.3.1.9 设计凸缘及安装底盖结构1.3.1.101.3.1.10 空气分布管、视镜的选型设计1.3.21.3.2 绘制搅拌式生物反应器装配图(3 号图纸)。二、概述二、概述2.12.1 设计目的设计目的本设计涉及到化工原理 、 制药工艺学 、 工程制图以及制药设备与工程设计等多门课程所学知识，通过这次课程设计我们对所学各科知识有一个具体的运用机会，同时达到温故知新的目的。在设计过程中会遇到不同的问题，需要靠组员的积极协调与配合才能保质保量的完成设计，所以此设计要求我们要在发现问题后积极独立的分析问题并讨论出解决问题的办法。设计要求各组员按各自专长进行分工，已达到资源充分合理的利用。2.22.2 设计思想及依据设计思想及依据本机械搅拌发酵罐的设计主要是按照指导老师给定的设计任务书进行设计，在设计过程中遇到的问题先是组员之间协商解决，若不能再与其他组成员进行交流，希望能够尽量独立完成这次设计。对于设备的参数选择及选型严格按照机械设计手册和相关参考资料进行选择设计。2.32.3 设计原则设计原则2本设计中遵循“边算、边选、边改，最后绘图”的原则，设备参数选择及选型多从生产要求出发考虑经济效益进行选择，已达到经济高效的生产目的。2.42.4 发酵罐设计概述发酵罐设计概述发酵罐是用于培养微生物或细胞的封闭容器或生物反应装置。因材料、大小和形状的差异，发酵罐有很多种类，可用于研究、分析和生产。本缬氨酸发酵罐的设计根据工艺要求并考虑制造、安装、维护检修的方便，需要确定换热装置、传热装置、搅拌装置和其他附件的参数和型号。由设计题目，我组设计的缬氨酸发酵罐总容积，装料量约，总高度约，罐体公称直径。采用夹套换热器、 带减速器、直叶涡轮圆盘式搅拌器，联轴器设计在罐体内部，还包括接管、支座、轴封、法兰、安装底座、人孔、试镜、液面计、消泡器等附件。三、罐体及换热装置的设计三、罐体及换热装置的设计3.13.1 罐体及封头几何尺寸计算罐体及封头几何尺寸计算图中：罐直筒部分高度，；罐直径，;搅拌器直径，；搅拌器桨距离罐底距离，；多个搅拌桨时的桨距，；选取标准椭圆形封头，封头的公称直径与筒体相同，结构如图：3.1.13.1.1 确定罐体高径比确定罐体高径比种类釜内介质接触形式H/Di 液-液相或液-固相物料1 1.3一般反应釜气-液相物料1 2发酵罐类气-液相物料1.7 2.5表表 1 1 几种搅拌釜的长径比值对于机械搅拌发酵罐，这里取高径比为3.1.23.1.2 罐体容积计算罐体容积计算已知公称容积 ，选取高径比3罐体内径：，圆整取公称直径查手册得，的标准椭圆形封头曲面高，直边高度，封头容积，表面积，查手册得一米高筒体容积，表面积计算筒高：筒体高度圆整得由计算结果得实际高径比复核结果与选取高径比相同，满足要求。3.1.2.13.1.2.1 全容积：罐的圆柱体部分体积和上下封头体积之和即：3.1.2.23.1.2.2 公称容积：罐的圆柱体部分体积和下封头的体积之和（取整数）即：3.1.2.33.1.2.3 设备总容积： 装料量： （装料量系数）传热面积： （传热面积按装料量计算）3.1.33.1.3 筒体厚度的确定筒体厚度的确定3.1.3.13.1.3.1 设计要求罐内压力；夹套或蛇管压力；工作温度:罐内小于或等于，蛇管或夹套小于或等于；工作介质：罐内轻微腐蚀性，蛇管或夹套蒸汽；搅拌器转速，物料密度43.1.3.23.1.3.2 筒体厚度计算选用钢材，查表得钢，厚度，设计温度的许应力为。选取筒内设计压力，同时需判断是否考虑液体静压力，超过设计压力的，应计算在设计压力内筒体的焊缝采用单面对接焊缝，几部无损伤，焊缝系数设钢板厚度，则取负偏差，双面腐蚀度所以考虑安全裕量，并参考筒体容积、面积和质量的关系，取筒体厚度3.1.43.1.4 上封头厚度的确定上封头厚度的确定在上封头厚度计算公式中，对标准椭圆形封头根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚不应小于，腐蚀裕量另加，负偏差上封头外面无夹套，所以无物料腐蚀，所以上上封头的设5计厚度为：为了便于制造，上封头与筒体设计为相同厚度，即：3.1.53.1.5 下封头厚度的确定下封头厚度的确定据公称直径查相应标准椭圆形封头的参数得：曲面高度：，直面高度：所以下封头装液的高度：，超过设计压力的，应计算在设计压力内，故取负偏差，双面腐蚀度，下封头设计厚度为：为了便于制造，下封头与筒体设计为相同厚度，即：3.1.63.1.6 罐体压力试验罐体压力试验采用水压试验，试验压力公式：屈服点强度，所以6得到，所以压力试验强度足够3.23.2 夹套直径和高度的确定夹套直径和高度的确定表表 2 2对于筒体内径，在范围内夹套内径，符合压力容器公称直径查手册得：的标准椭圆形封头的封头容积，表面积，一米高筒体容积，表面积根据夹套内径计算夹套高度：夹套高度不得低于料液高度，为保证安全，选取夹套高度验算夹套传热面积：符合设计要求3.33.3 夹套材料和壁厚的确定夹套材料和壁厚的确定为便于制造，同样选取为夹套材料查表得：厚度在罐内温度的许应力，选取夹套设计压力，焊接系数，取负偏差，单面腐蚀取腐蚀裕量，所以考虑安全裕量，选取夹套厚度1D2D73.3.13.3.1 夹套封头厚度的确定夹套封头厚度的确定采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取取夹套的筒体和封头的壁厚均为3.3.23.3.2 夹套压力试验夹套压力试验采用水压试验，试验压力公式：屈服点强度，所以得到，所以压力试验强度足够四、搅拌装置及附件设计四、搅拌装置及附件设计4.14.1 搅拌轴计算搅拌轴计算4.1.14.1.1 搅拌轴功率计算搅拌轴功率计算由于设计搅拌发酵罐，搅拌器既要有较强剪切力，又要有较大的流体循环特性，涡轮式适于搅拌多种物料，尤其对中等粘度液体特别有效；混合生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率