机械搅拌通风发酵罐设计书 第一章 设计方案的分析、拟定 我设计的是一台70M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产红霉素。经查阅资料得知生产红霉素的菌种有红色链霉菌、红霉素链霉菌、红色糖多孢菌，综合最适发酵温度、PH、等因素选择红霉素链霉菌，该菌种最适发酵温度为31，pH为6.67.2，培养基为发酵培养基，主要成分为淀粉10%、黄豆饼粉5%、硫酸铵0.5%、磷酸二氢钾0.2%、碳酸钙2%。发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。压力P除注明外，压力均指表压力，单位用MPa表示。工作压力指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力。设计压力指设定的容器顶部的最高压力。它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不小于工作压力。 一般在装有安全阀时Pd=(1.051.1)Pw 当无安全阀时，Pd=(1.01.05)*1、设计压力 容器的设计压力是指相应的设计压温度下，用以确定壳体厚度的压力，其值不得小于最高工作压力。容器的最高工作压力是指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高表压力。*2、设计温度 设计温度是指容器在正常操作情况，在相应的设计压力下设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。当元件的金属温度大于等于0时设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度，当元件金属温度低于0时设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。表1-1 发酵罐主要设计条件步骤项目及代号参数及结果备注1发酵菌种红色链霉菌由工艺条件确定2工作压力00.1MPa由工艺条件确定3设计压力0.20.3MPa由工艺条件确定4发酵温度31根据参考文献“现代工艺级生物学”选取5设计温度温度100140由工艺条件确定6冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定7培养基发酵培养基，主要成分为淀粉10%、黄豆饼粉5%、硫酸铵0.5%、磷酸二氢钾0.2%、碳酸钙2%根据参考文献“现代工艺级生物学”选取 第二章 机械通风发酵罐设计 2.1夹套反应釜的总体结构夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。2. 2 几何尺寸的确定 根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸； 高径比H/D=1.8 初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积。 公称体积 罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。1、 全体积公称体积和上封头体积之和：H/D=1.73.5Di/D=1/21/3B/D=1/81/12C/Di=0.81.0S/Di=25/D=1.3Di 搅拌叶直径D罐体直径 罐体直筒部位高度 B 挡板宽度ha 椭圆封头短半轴长度S 搅拌叶间距C 底搅拌叶至底封头高度hb椭圆封头的直边高度假设H0/D=1.3，根据设计条件罐的公称体积为70m3由公称体积的近似公式V=0.785D21.3D+0.15D3=70，解得D=3910mm ,取整为4000mm。H=1.8D=1.84000=7200mm查阅文献7 ，当公称直径DN=4000mm时，标准椭圆封头的曲面高ha=1000mm，直边高度hb=50mm，总深度为Hf=1050mm，容积=0.78542(0.05+1/64)=9.0013mm3可得罐直筒高度H0=H-21050=5100mm则此时H0/D=5100/4000=1.2753，与假设相近，故D=4000合适。发酵罐的公称体积V=0.785425.1+9.0013=73.07m3全体积V0=0.785425.1+9.00132=82.07 m3搅拌叶直径Di=1/3D=1/34000=1334mm搅拌叶间距S=3DI=4000mm底搅拌叶至底封头高度C= DI=1334mm表2：75m3发酵罐的几何尺寸项目及代号参数及结果备注公称体积m370设计条件全体积m382.07计算罐体直径D mm4000计算总高度H mm7200计算筒体高度H0 mm5100计算搅拌叶直径Di mm1334计算封头曲面高度ha mm1000计算椭圆封头直边高度hb mm50计算底搅拌叶至底封头高度C mm1334计算搅拌叶间距S mm4000计算2.3主要部件尺寸的设计计算2.3.1考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式 发酵罐材料可以选用碳钢、不锈钢、合金钢等。相对其他工业来说，发酵液对钢材的腐蚀不大，但必须能耐受一定的压力和温度，通常要求耐受130150 的温度和0.3MPa的压力。 例如：腐蚀性不大的发酵液，如酶制剂发酵可以选用16MnR钢；柠檬酸为弱酸，对罐体使用A3钢会有腐蚀，使用不锈钢成本较高。考虑使用A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐。即可达到要求，又降低成本。 综合各因素，该发酵罐发酵生产红霉素，由于发酵液腐蚀性不大，我们选择不锈钢16MnR钢2.3.2 罐体壁厚：取决于罐径及罐压的大小1=+C=+3=7.42mm 取整为1=8mmD罐体直径（mm）p耐受压强 (设计压力取0.4MPa) 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0 罐体金属材料在设计温度下的许用应力（16MnR钢焊接压力容器许用应力为150，137MPa）C 腐蚀裕度，当 C10mm时，C3mm 压力容器设计规范和制造技术标准全国压力容器标准化技术委员会： GB150钢制压力容器在1989年3月第一版，1998年第二版 JB4732钢制压力容器-分析设计标准 1995年 JB/T4735钢制焊接常压容器 1989年 JB/T4700-4707压力容器法兰 2000年 钢材的使用上限不超过GB150-1999的各许用应力表的各钢号所对应的上限温度。2.3. 3封头壁厚计算：常大于罐体壁厚2=+C=+3=13.15mm取整得2=14mmD罐体直径（mm）p耐受压强 (取0.3MPa)K开孔系数，取2.3 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0 设计温度下的许用应力（16MnR钢焊接压力容器许用应力为150，170MPa）C 腐蚀裕度，当 C89mm,可以满足工艺要求。核算：物料流量Q=0.0051 m3/s，流速v=1m/s;管道截面积F=0.7850.1082=0.0092m2在相同的流速下，流过物料因管径较原来计算结果大，则相应流速比为n=则排料时间：t=30.55=1.65h进料管径其管径与排料口相同。2.7.2 气管直径的选择 按通风管计算，压缩空气在0.3MPa下，支管气速为2025m/s。现通风比0.10.18vvm，为常温下20，0.1MPa下的情况，要折算0.3MPa、32 状态。风量Q1取大值Q1=250.18=4.5m3/min=0.075m3/s利用气态方程式计算工作状态下的风量QfQf=0.075=0.22m3/s取风速v=20m/s，则风管截面积Ff为Ff=Qf/v=0.22/20=0.0110m2则气管直径d气为：d气=取1594.5mm无缝管，159mm118.382mm,可满足工艺要求。2.7.3 仪表接口温度计：PT100铂电阻-DOCOROM常用温度传感器型号-TR/02125装配式热电阻，开在罐身上；压力表：弹簧管压力表（径向型），精度2.5，型号：Y150，开在封头上；液位计：采用HG5-1366-80反射式玻璃板液位仪，开在罐身上；溶氧探头：A1-900MAX；pH探头：SBH03-871PH-3P1A-3型；2.8 管道接口进料口： 1084mm排料口： 1084mm进气口： 1594mm排气口： 1594mm冷却水进、出口： 1084mm补料口： 1084mm取样口： 1084mm2.9 支座的选择根据技术，查阅文献，要求选择序号