生物工程设备课程设计

1、生物工程设备与原理课程设计说明书组别：18组题目: 75M3赖氨酸发酵罐设计院 系：生命科学与工程学院专业班级： 生物工程1202 成 员： 易 兴 20123729 曹 刚 20123762 罗鹏程 20123779 李汶忱 20123780指导教师： 黎先发 生命科学与工程学院2015年6月25日75M3赖氨酸发酵罐设计任务书一、目的任务识的基础上，培养学生综合运用这些知识分析和解决工程实际问题的能力以及协作攻关的能力，为在学生掌握所学的工程制图、化工原理、生物工艺学、生物工程设备与原理等课程的基础知识和专业知生物工程工厂设计专业课程的学习和毕业论文（设计）打下基础。二、设计题目与参数75

2、m3的赖氨酸发酵罐设计设计参数和技术特性指标： 罐内压力0.15 MPa；夹套或蛇管压力0.25 MPa；工作温度：罐内小于或等于120，蛇管或夹套小于等于150.工作介质：罐内轻微腐蚀性，蛇管或夹套蒸汽（灭菌）；发酵温度32传热面积按1.5m2/m3装料量设计。搅拌器转速为100转/分，搅拌器型式自定。H/D取1.7-2.5；装料系数取0.60.8；通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取0.51.0vvm；发酵液密度为1076kg/m3，最大粘度3×10-3N·s/m2；冷却水初始水温25.三、设计任务及设计要求：进行发酵罐的所有部件的计算及整体结构设计，完成设计说明书。

3、（1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算（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；（3）搅拌器功率（不通气功率、通气功率）、电机功率计算、传动系统的设计计算：传动设计采用V带传动； （4）密封装置的选型设计（5）选择支座形式并计算（6）手孔或人孔选型（7）选择（进料管、取样管、冷却水进出口接管、排气管、进气管等）接管、管法兰、设备法兰。（8）设计机架结构（9）设计凸缘及安装底盖结构（10）空气分布管、视镜的选型设计（11）绘制发酵罐器装配图（A3号图纸)。（12）每人撰写总结1份。装料量75 m3 的（赖氨酸）发酵罐设计设计说明书目

4、录1设计方案的拟定12罐体结构设计22.1罐体几何尺寸的计算22.2罐体几何尺寸的验算32.3装料量及装料高度32.4罐体材料32.5罐体厚度32.6封头壁厚的计算42.7罐体压力计算43蛇管冷却装置53.1 冷却方式53.2冷却面积计算53.3蛇管设计主要尺寸及固定53.4蛇管进出口设计64.搅拌器设计计算74.1搅拌器选型和主要尺寸74.2桨叶分布74.3搅拌器的结构形式与安装74.4搅拌器轴功率的计算84.5搅拌轴设计94.6搅拌轴临界转速的校核 115 通风发酵罐的传动装置设计 115.1电机的选择115.2减速机选型 115.3 V带设计内容及步骤125.4联轴器165.5 机架 1

5、65.6凸缘法兰 175.7安装底盖 186 其它部件选型196.1密封装置 196.2 法兰选择 206.3无菌空气通风管设计 216.4手孔及人孔 226.5支座 226.6视镜 256.7 液面计 266.8仪表接口 276.9消泡器 277.工艺设计计算结果汇总及主要尺寸说明28341设计方案的拟定本文对北京棒杆菌AS1.563为原料合成赖氨酸的主要反应设备作了设计和计算，包括发酵罐的容积及主要部件尺寸的确定，搅拌器的选型及功率计算，冷却设备的计算等。我们组设计的是一台75m3的机械搅拌通风发酵罐，发酵生产赖氨酸。经查阅资料得知生产赖氨酸的菌种有高丝氨酸缺陷、黄色短杆菌的苏氨酸或蛋氨酸

6、缺陷、黄色短杆菌的高丝氨酸缺陷菌株，它们可分别积累赖氨酸50g/L、34g/L、23g/L等，目前国内所使用的赖氨酸生产菌主要有：中国科学院微生物研究所的北京棒杆菌AS1.563和钝齿棒杆菌PI-3-2；上海工业微生物研究所选育的黄色短杆菌AIII；黑龙江轻工业研究所的241134；广西轻工业研究所的NO.G12-6等。综合温度、PH等因素选择北京棒杆菌AS1.563菌种，该菌种最适发酵温度为32-34oC，pH6.5-7.0，培养基为糖蜜、大豆饼粉。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75m3发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压

7、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发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵产品赖氨酸设计要求发酵菌种北京棒杆菌AS1.563根据参考文献4选取罐内压力蛇管

8、及夹套压力0.15MPa0.25Ppa设计要求设计要求冷却方式蛇管冷却设计要求发酵温度32oC设计要求发酵罐温度蛇管温度120oC150 oC设计要求设计要求传热面积搅拌器转速高径比H/D装料系数通风管通风比1.5m2/m3100转/分2.10.71.0vvm设计要求标准型搅拌器设计要求设计要求设计要求培养基玉米浆1.5%，豆饼粉2.5%根据参考文献4选取发酵液密度=1076kg/m3设计要求发酵液黏度冷却水初始水温=3×10-3N·s/m225设计要求设计要求2罐体结构设计罐体由顶盖、筒体和罐底组成，通过支座安装在基础或平台上，罐底常采用椭圆形封头，顶盖在受压状态下操作，

9、常选用椭圆形封头。对直径较小的种子罐，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支撑搅拌器及其传动装置。顶盖与罐底分别与筒体相连，罐底与筒体的连接采用焊接。筒体与顶盖的连接形式分为可拆连接和不可拆连接，筒体内径D11200mm，宜采用可拆的法兰连接，常采用甲型平焊法兰连接。大型发酵罐一般采用焊接连接。2.1罐体几何尺寸的计算初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（75m3）公称体积V罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全体积V0公称体积和上封头体积之和封头体积 （近似公式）假设H0/D=2.1,根据设计条件罐的公称体积为75m3，计算罐体内径：取整为3600mm查阅文献

10、，当公称直径DN=3600mm时，标准椭圆封头的曲面高ha=900mm，直边高度hb=40mm，总深度为Hf=940mm，容积=0.785×0.362×(0.04+1/6×0.36)=6.511m3.计算罐体高度：为1m高筒体的容积；为下封头的容积取整为H=6800mm2.2罐体几何尺寸的验算发酵罐的公称体积：V=0.785×3.62×6.8+6.511=75.69m3发酵罐的全体积:V0=0.785×3.62×6.8+6.5111×2=82.20 m3实际高径比，复核结果基本接近2，满足要求。2.3装料量及装料高

11、度装料量： （）装料高度: ,取为1m高筒体的容积；为下封头的容积2.4罐体材料考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和风投材料，封头结构与罐体了解方式。因赖氨酸是偏酸性，对罐体不会有太大腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR钢为材料，封头设计为标准椭圆封头，因D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。2.5罐体厚度取整为t=6mmD罐体直径（mm）P耐受压强 (设计压力取0.15MPa) 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（不锈钢焊接压力容器许用应力为150，137MPa）C 腐蚀裕度，当 C<10mm时，C3mm2.6封头壁厚的

12、计算 装料高度：为1m高筒体的容积；为下封头的容积发酵液产生的最大压强P=gh=1076×9.8×5013=0.052Mpa本设计采用设计压力为安全阀开启压力的1.1倍。则下封头设计压力P=1.1×（0.052+0.15）=0.22Mpa。取整td=7mmD罐体直径（mm）P耐受压强 (取0.15MPa)K形状系数，K=2+D2Hf2/6=0.95 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（不锈钢焊接压力容器许用应力为150，137MPa）C 腐蚀裕度，当 C<10mm时，C3mm当筒身壁厚与封头壁厚不一致时，应取较大的值作为共同的壁厚

13、，及筒身应与封头的壁厚一致，且取较大值。所以最终取桶身壁厚和封头壁厚t=td=7mm2.7罐体压力计算罐体压力实验校核，采用水压试验。试验温度，取20，屈服点强度为235MPa= 此时，材料的许用应力实验公式为：和两者中取最大.（外加作为安全压力）而且考虑下封头静压：实验压力下筒体中的应力：,所以在屈服点强度以内，视为有效。表2-1 罐体几何尺寸表项目相关尺寸75m3设计要求罐体全容积82.20m³计算罐体材料16MnR钢根据设计选取罐体内径3600mm计算后按标准选取罐体直桶高6800mm计算罐体总高8680mm计算装料高度6000mm计算封头高度940mm计算封头壁厚7mm计算H

14、/D值1.89计算罐体壁厚7mm计算3蛇管冷却装置3.1 冷却方式发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用列管或蛇管冷却，使用水作冷却介质。设计发酵条件发酵条件：发酵液密度为1076kg/m3 ，发酵温度32，冷却水初始水温25. 传热面积按1.5m2/m3装料量设计。3.2冷却面积计算装料量： （）57.54m3的装料量的传热面积为： A= 3.3蛇管设计主要尺寸及固定 选取低压流体输送用焊接钢管，其规格（GB3901-93），直径为100/114mm.蛇管长度： 已计算出发酵罐直径；蛇管中径与容器直径之比Dc/D=0.80; 蛇管管子外径与蛇管中径之比Dco/Dc=0.0

15、42; 每圈蛇管之间距与蛇管管子外径之比Sc/Dco=1.0; 蛇管距罐底的高度与容器直径之比Hc/D=0.10。每圈蛇管长度：式中Dc-蛇管圈直径，m Sc-蛇管圈之间的距离取0.12m;所以蛇管总圈数： 取考虑到蛇管中心直径较大，圈数较多，采用（U型）法螺栓固定，并且采用三根支柱,碳钢角钢规格L75×8。蛇管高度与容器直径之比Lc/D=1.00;由2.3计算得筒体装料高度5.0m，蛇管高度合适。3.4蛇管进出口设计蛇管进出口一般都设置在顶盖上，有时考虑结构上方便也可设置在筒体上。(a)用于蛇管与封头一起抽出的情况；(b)可拆卸蛇管；(c)型结构简单，使用可靠。(d) 有衬里设备的

16、蛇管进出口结构。(e)进出口与顶盖采用填料函密封；(f)型为适用于常压设备。 考虑到要采用机械密封装置，拟采用f型蛇管进出口结构。4.搅拌器设计计算4.1搅拌器选型和主要尺寸 浆式搅拌器的桨叶多为两叶，有直桨、斜叶浆和孤叶桨之分。搅拌器直径与罐体内径之比常取0.350.8。本次设计中选择圆盘弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径与罐体内径之比取1/3。桨叶材料选用：Q235-B 扁钢，桨叶数量z=6，初定桨叶厚度。即：=1/3D=1/33600mm=1200mm.根据弯叶涡轮式搅拌器，桨径Di：桨长L：桨宽b=20:5:4得：桨长L=300mm，桨宽b=240mm；圆盘直径一般取,是桨径的2/3，圆盘直径

17、为Dg=1200=800mm为保持一定的刚性及支持周边的桨叶，取圆盘厚度为10mm.4.2桨叶分布下层搅拌器与罐底的距离取C=（0.81.0）Di,取C=1=两搅拌器之间的距离取s=为避免搅拌器工作时产生涡旋使搅拌器露在空气中，因此第一个搅拌器距离料液液面的高度不小于搅拌器外径的1.5倍：，取最终4.3搅拌器的结构形式与安装 通过以上计算可得: 罐径 下层搅拌器与罐底的距离取C=1200mm 两搅拌器之间的距离3000mm 罐体总高H=8.68m 筒体装料高度由2.3得Hf=6.0mm 对于高径比大的搅拌容器,采用单层桨不能获得好的混合能力时就需要采用多层搅拌器 由以上数据可取搅拌器设置为2层

18、，其参数为： 搅拌器直径Di层数材料叶片1200mm2层16M6片 其设置形式如右图： ； ； ； ； ； ；4.4搅拌器轴功率的计算 4.4.1不通气的情况下轴功率的计算 根据鲁士顿公式：已知在充分湍流状态时，圆盘直叶涡轮搅拌器的功率准数为，转速=100（r/min），发酵液粘度，发酵液密度。因Re104，所以发酵系统在充分发酵状态，查表有功率系数Np=4.7，故叶轮不通气时搅拌功率 P0 为 式中 P0-无通气输入的搅拌功率（W）; -功率准数，式搅拌雷诺数的函数； n-涡轮转速（r/min），根据设计条件取100（r/min）； -发酵液液密度，； Di-涡轮直径（m）；当机械搅拌发酵反

19、应器的，时需要校正：其中f时校正系数，它由下式决定：=4.4.2两层搅拌轴功率，通气搅拌功率Pg的计算 搅拌器设置为2层，其轴功率为： 式中m为搅拌器层数；根据设计Q取1.0，罐压为0.15，发酵温度为32，发酵液密度为1076kg/m3，则： V0=VL×VVm =57.54×1.0=57.54m3/min 根据Michal法计算：通气功率Pg=式中-通气搅拌输入的功率（KW）； C-当d/D=1/32/3时，值为.1010.157之间，式中C取0.15 -涡轮搅拌转速(r/min)； -涡轮搅拌直径（m）； Qg-通气量（m2/min）；4.5搅拌轴设计搅拌轴材料采用4

20、5钢，下表是材料的一些参数：确定搅拌轴的直径： 选择搅拌器的材料为碳45钢，A为45钢在121，查表得在该条件下时的许应力为70MPa。同时P为轴的传递功率，在理想条件下，取轴的传递功率与通气搅拌输入功率相等，即51.72kw； 搅拌轴的直径d的计算： 圆整为4.5.1搅拌器支承尺寸图根据经验轴的悬臂L1、轴径d和两轴承间距B应满足系列关系：根据d=65mm得：取L1=3200mm,则B=800mm4.5.2底轴承 由于搅拌轴较长，为了增加其稳定性，需要设置底部轴承其结构图如下：搅拌轴的支撑常采用滚动轴承。搅拌轴的滚动轴承通常根据转速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；

21、低速、重载荷可选用圆锥滚子轴。4.5.3搅拌器的安装搅拌器与轴的连接是通过轴套用平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母。为防螺纹腐蚀可加轴头保护帽。 4.6搅拌轴临界转速的校核转速为100r/min，由于其转速小于200r/min，所以不需要进行搅拌轴临界转速的校核。5 通风发酵罐的传动装置设计5.1电机的选择根据搅拌功率选用电机时，应考虑传动装置的机械效应。搅拌轴功率；轴封摩擦损失功率；传动机构；根据生产需要选择三角皮带电机。三角皮带的效率是0.96，滚动轴承的效率是0.995，滑动轴承的效率是0.98，端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的1，则电机功率：，查找相应的电机功率，选择机型Y315M-

22、8型，额定功率75Kw的电机。相关数据如下表2-3：表2-3、电机相关数据机型Y315LM-8额定功率Kw75额定电流A152转速r/min740效率%92.5最大转矩1.6额定转矩2.0质量Kg10085.2减速机选型根据电机的功率P =75KW 、搅拌轴的转速n740r /min，传动比i为740/1007.4，选择带传动减速器。其特点为：结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪音小。但不适用于防爆场合。5.3 V带设计内容及步骤1）确定计算功率 已知传动额定功P：75KW（ Y315M-8型电机）；小皮带轮转速n1：740r/min；大皮带轮转速n2：100r/min； 由下表得工况

23、系数KA=1.3； 则设计功率Pc： 机械工况系数表2） 选择V带型号 根据和，选择V带型号。查普型表，可得选择SPD型V带。3） 确定带轮基准直径： 带轮结构小可使结构紧凑，但另一方面弯曲压力太大，使带的寿命降低，设计时应取小带轮的基准直径的值查普通V带基准直径图得： mm，考虑带速不能偏低，所以取小带轮的直径400mm; 大带轮的基准直径取整为2900mm。4）验算带速： 由可知，维持适当的带速有利于传动和延长机器的寿命，所以带速一般维持在内为宜。则其带速为： ， 符合要求。5）初定中心距：由，即2310mm<初定2500mm6）确定带的基准长度： 根据下表圆整后，取Ld=11200

24、mm表 7）.确定中心距a： 安装V带是所需最小中心距和最大中心距： 8）小皮带轮包角：，符合要求。 9)单根V带额定功率P1： 主动轮转速基准直径，带速v=15.49m/s，由表查的P1=16.45KW时，单根V带额定功率增量： 选择D型V带，主动轮转速n1=740r/min，传动比i为740/1007.4，由下表查得传动比 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 单根普通SPD型V带在主动轮转速=730r/min时，时传动功率增加量 .包角修正系

25、数，由下表查的 表 包角修正系数 带长修正系数，由表查得.0210）确定V带根数： V带根数z：取整后，取z=7（根），且z不大于10，符合要求。5.4联轴器电动机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接，并传递运动和转矩的。联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。 搅拌轴分段时，其自身的连接必须采用刚性联轴器。根据轴径80mm查阅资料选取刚性凸缘联轴器。电动机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接，并传递运动和转矩的。联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。 搅拌轴分段时，其自身的连接必须采用刚性联轴器。根据轴径65mm查阅资

26、料选取GT-65型刚性凸缘联轴器。 其结构图如下： 图 凸缘联轴器 联轴器 /mm型号孔径DgMmaxDD1D2Hnr质量GT-65654000200160110264669.435kg5.5 机架机架是安放减速器用的，它与安装底座尺寸相匹配。标准机架有无支点机架、单支点机架和双支点机架。本次设备设计采用无支点机架。主要以及带传动的输出轴（传动轴的输入轴）直径选用。搅拌轴直径d=65mm。机架有关尺寸见表。 单位/mm机架型号H1H2H3H4输入端接口输出端接口WJ型D1D2D3N1-mD4D5D6H质量/kgWJ653420663163604008-M12350420460600965.6凸

27、缘法兰 凸缘法兰一般焊接于发酵罐上封头上，用于连接搅拌传动装置，也可兼作安装、检修、检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分为凸面（R）和凹面（M）两种。凸面优点是安装容易，密封性能较光滑面好，所以选择凸缘法兰。 安装法兰时要求两个法兰保持平行，法兰的密封面不能碰伤，并且要清理干净。 法兰靠用螺栓将两个法兰盘拉紧与安装底盖紧密结合起来。根据选型表，选择公称直径为700mm的凸缘法兰，其尺寸如下 公称直径Kd1d2d3d2D6H1H2H3H4螺栓dsR1R2质量Kg数量螺纹40051541056543045548142854716M24264246 表 凸缘法兰的主要尺寸 5.7安装

28、底盖安装底盖采用螺栓等紧固件，上与机架相连，下与凸缘法兰（或底座）连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。 安装底盖的公称直径与凸缘法兰的公称直径相同。形式选取时，注意与凸缘法兰的密封面配合（凸面配凸面，凹面配凹面）。安装底盖采用螺柱等紧固件，上与几架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接。下面是底盖的尺寸参数:表 底座的主要尺寸 /mm底座公称直径 机架公称直径d2kd5d6k2d7s40040056551516-26415-50 图 安装底盖结构图6 其它部件选型 6.1密封装置密封装置是机械搅拌通风发酵罐的一个重要组成部分，其任务是保证反应器处于正压操作，

29、防止发酵液泄露和污染杂菌。发酵罐轴封属于动密封，轴封要求较高，因此一般采用机械密封（下伸轴为单端面，上伸轴采用双端面）。机械密封分为平衡型和非平衡型两大类，常用的机械密封装置已有标准系列，可根据要求计算并选用。转轴密封采用机械密封，机械密封是吧转轴的密封从纵向改为径向的密封，通过动环和静环两个端面面的相互配合，并做相对运动达到密封效果。机械密封的泄漏率低，可靠性高，功耗小，使用寿命长。所以本发酵罐的设计采用机械密封。常用的机械密封装置已有标准系列，可根据轴径等要求直接选用。轴径dDD1D2D3H1H2H3HnM65653152802451854.5221001608-1816表 机械密封的 /

30、mm图 机械轴封6.2 法兰选择 用于发酵罐上的法兰有容器法兰和管法兰。对应有不同的标准。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰两类。平焊法兰分甲型和乙型两种，其中甲型平焊法兰使用最广泛。 6.2.1容器法兰压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系列值，例如DN1000的压力容器，应当配用DN1000的压力容器法兰。法兰公称压力的确定，与法兰的最大操作压力与操作温度以及法兰材料有关。由于我们组设计的发酵罐公称直径很大，所以不能采用容器法兰。根据设计要求选用焊接。6.2.2管法兰与接管接管与管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称通径（DN）和公称压力（PN）。接管的伸

31、出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。要求针对进料管、取样管、排料管、冷却水（蒸汽）进出口管、排空管、空气分布管等接管选择管法兰。以进料口为例计算，设发酵醪液流速为：v = 1 m /s，1小时排净，发酵罐装料液体积:V1=57.54立方米物料体积流量：Q = v1/1h=57.54/(3600*1)=0.01598 立方米/秒则排料管截面积：F = Q/V=0.01598/1=0.01598 平方米又因为F =0.785d2,得D=0.142M,曲无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰HG20593-97,取公称通径为150mm。150×4.5mm无缝管 法兰的尺寸是由法兰的公

32、称直通径DN，公称压力PN确定的。本设计中采用钢制法兰结构；设计选取的法兰尺寸和结构图如下：公称通径DN=150mm钢制管法兰尺寸公称通径DN管子外径 A连接尺寸六角头螺栓、螺柱密封面尺寸法兰厚度 C 法兰内径 B坡口宽度 b法兰理论质量KgDKLMThlL1DF1150159265225188M167090202320161-4.651.进料口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型（HG20593-97），接口直径161×4.5mm，大约在人孔与视镜中间。角度垂直。2.排料口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型（HG20593-97），接口直径161×4.5mm

33、，开在罐底中间通风管旁。3.进气口：150×4.5 mm，开在封头上，角度与水平线夹角 45 度4.排气口：150×4.5 mm ，开在封头上进气口以封头很人孔中心连线为对称轴的对称位置上，角度与水平线夹角 45 度。5.冷却水进、出口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型（HG20593-97）接口直径161×4.5mm。6.补料口：150×4.5 mm，角度与水平线夹角 45 度。7.取样口：150×4.5 mm，开在封头上；角度与水平线夹角 90 度 6.3无菌空气通风管设计确定空气分布管的结构形式、材料以及空气分布管的管径。一般采用

34、单管式空气分布管。无菌空气通风管作用是向机械搅拌发酵罐内吹入无菌空气，并使空气分布均匀。 发酵罐的装料量为57.54m³，通风比（空气流量与发酵液体积之比）为1.0，发酵温度32，无菌压缩空气条件为：压力3.5kg/cm2，温度25.计算空气流量：Qg=20×1.0=20m3/min计算压缩空气流量取通风管内压缩空气流速为10m/s，则管径为：选用ø110×4.0的20型无缝不锈钢管，管外径为118mm。 6.4手孔及人孔手孔和人孔的设置是为了设置安装，拆卸，清洗和检修设备的内部装置。手孔直径一般为150200mm，应使工人戴上手套并握有工具的手能方便的

35、通过。 当设备的直径大于900mm,应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。圆形人孔制造方便，应用比较广泛，人孔的大小及位置应以人进出设备反方便为准则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，以便搅拌器轴及搅拌器能通过人孔放入罐内。 因为设备直径大于900mm，所以开设人孔，其中圆形人孔制造方便，所以选用圆形人孔。根据的筒体内设计的公称压力PN小于1MPa（0.15MPa），人孔选用公称直径为600mm（容器直径（3600>2600）。 技术要求：人孔的技术要求应符合HG21517-95中“技术条件”的规定。 公称压力PN1.0，公称直径600，=280，采用RF型密封面，A型盖轴耳，V2型

36、材料，其中垫片采用石棉橡胶板垫的回转盖带颈平焊法兰人孔，其规定标记符号为：人孔 RF V2（A.G） A 600-1.0 HG21517-95，总质量341Kg.6.5支座6.5.1支座的选型支座用于支承罐体，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），分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时，选B型，否则选A型。由于我们组设计的是75m3大型发酵罐，所以应该选择支承式支座。每台反应器常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。如果不考虑动载荷，支座承受的总重量为设备的总重量及工作介质及冷却介质的总重量之和。根

37、据我们发酵罐的直径，D=3600mm，所以选择钢管制作B型 支承式支座，结构如下图：6.5.2计算支座的总载荷：1）总料液的重量：2）设备总重量和冷凝水重量： 罐体重量，将罐体看做圆柱体，其公称直径，厚度，总高度，16MnR钢密度，；计算得： 蛇管重量，蛇管直径为100/114mm，蛇管长度,钢材密度，；计算得： 冷凝水重量，冷凝水密度，；管道内径，蛇管长度,钢密度为 ，冷凝水密度计算得： 电机及其他零部件重量Ml=mlg,电机质量M=1008Kg，联轴器质量35Kg，机架质量96Kg，凸缘法兰质量46Kg，管法兰质量4.65Kg，人孔质量341Kg等。计算得：总重量的计算综合计算得：支座的总

38、载荷为：6.5.3支座的型号和尺寸每台搅拌罐常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算个承重。所以每个支座的约为承重为500KN。按要求选择钢管制作的7号支承式式支座，支座高度为490mm，垫板厚度为9mm。钢管材料为45号钢，底板为Q235A，垫板为0Cr18Ni9：JB/T4712.4-2007,支座B7，h=490,=9材料：45钢，Q235A/ 0Cr18Ni9：支座号允许载荷Q，KN高度H，mm适用容器公称直径,mm底板,mm钢管，mm垫板，mmD1,mm支座质量Kgb1D22D3375004903600300300377949016242095

39、.5 表 B7型支承式支座主要尺寸6.6视镜视镜主要用来观察反应器内物料及其反应情况，一般安装在上封头。当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜，其主要尺寸可查手册。带灯有颈视镜1-视镜玻璃 2-衬垫 3-有颈接缘 4-压紧环5-双头螺栓 6-盖形螺母 7-视灯镜带灯有颈视镜主要尺寸根据上表选择视镜的尺寸为DN=150mm，尺寸如下：公称直径DN/ mm公称压力PN/mpaDhH（防腐型）视镜重/Kg总质量/Kg1500.62302001594.5902108M129.110.1本次设计设置1个视镜，标准号HG215051992，直径为DN=150mm，开在顶封头上，位于右边轴线离中心轴8

40、00mm处，与人孔位于同一水平线上6.7 液面计液面计是用来观察设备内部液面位置的装置。常见的液面计有板式液面计、玻璃管液面计、浮子式液面计、和磁性液面计4种类型，尤其以玻璃管液面计最为常用。液面计结构有多种型式，其中部分已经标准化，最常用的是玻璃管液面计、玻璃板液面计等。 其中玻璃板液位计具有读书清析、直观、可靠、结构简单、维修方便、经久耐用的特点，所以本次设计选用玻璃板液面计。其中T型液面计适用于公称压力2.5及6.3的情况，R型适用于公称压力4.0的情况，S型适用于常压及公称压力为0.6的情况。所以本次选用S型S0.6-Q由碳钢制成的。由于发酵罐装液高度HL=H0+Hf=5013+940

41、=5953mm,考虑到装液量溢出等原因，以液面计的顶端为基准点，因此取液面计的安装高度为6500mm。 6.8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；6.9消泡器发酵液中含有蛋白质等发泡物质，故在通气搅拌条件下回产生泡沫，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，且增加杂菌感染机会。 消泡器就是安装在机械搅拌发酵罐内转

42、动轴的上部或安装在机械搅拌发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置。从而达到消泡的目的。安装在机械搅拌通风发酵罐内的消泡器，最简单实用的消泡装置为耙式消泡器， 可直接安装在上搅拌的轴上，消泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。我们发酵罐的设计选择耙式消泡器，已由前面计算得装料高度6.0m，取耙式消泡器高度6.2m，其中耙式消泡器轴径取与搅拌轴直径一样，以下是其主要尺寸和安装高度。 型号直径中间圆孔直径材料安装高度(距罐底)耙式1200mm35mm16Mn6200mm7.工艺设计计算结果汇总及主要尺寸说明表一 罐体几何尺寸序号项目及代号参数及结果备注1全容积V, 82

43、.2计算2装液容积,57.54计算3传热面积F, 86.31计算4筒体型式圆筒形参考文献5封头型式标准椭圆形参考文献6封头高度，mm940计算7高径比i=1.89计算8圆整罐体内径D,mm3600计算9罐体装液高度,mm6800计算10圆整罐体筒体高度H,mm6800计算11罐体总高HZ，mm8680计算12筒体实际装液体积V, 57.54计算13罐体厚度，mm7计算14封头厚度，mm7计算15罐体材料MnR16钢参考文献表二 蛇管冷却装置序号项目及代号参数及结果备注1 蛇管规格，mm100/114参考文献2 蛇管圈中径，mm2880计算3 蛇管管总长，m275计算4 蛇管总圈数,圈30计算5

44、 每圈蛇管长度，m9计算6 蛇管距筒体距离，mm360计算表三 搅拌装置（两层搅拌器）序号项目及厚度参数及结果备注1最后一片叶轮距罐低的高度C，mm1200计算2桨径Di,mm1200计算4桨长L,mm300计算5桨宽b,mm240计算6两片叶轮之间的间距S，mm3000计算7搅拌轴直径d,mm65计算8不通气功率，kw58.28计算9两层搅拌功率，kw110计算10 通气搅拌功率，kw51.72计算表四 电机及V带设计序号项目及厚度参数及结果备注1机型Y315M-8计算后选型2额定功率Kw75参考文献3转速r/min740参考文献4质量Kg1008参考文献5V带型号及根数D×7计算

45、6小带轮直径/mm400计算7大带轮直径/mm2900计算表五 其他部件选型序号项目及厚度参数及结果备注1联轴器GT-65计算后选型2机架WJ-65计算后选型3凸缘法兰R型，DN=400mm计算后选型4安装底盖DN=400mm计算后选型5密封装置轴颈DN=65mm计算后选型6管法兰Ø150×4.5mm计算后选型7通气管Ø110×4.0mm计算后选型8人孔DN=400mm计算后选型9支座B7支承式支座，负荷500KN，4个计算后选型10视镜DN=150mm计算后选型11液面计S0.6-Q玻璃板式安装高度6500mm计算后选型12消泡器耙式，DN=1200mm安装高度6200mm计算后选型设计总结曹刚同学的设计总结这次我们完成的是装料量75 m3 的（赖氨酸）发酵罐设计，我担任组长的任务，进行了整个设计的分工配合的安排，本次设计中我们进行了分工合作，互相帮助的模式进行。我的主要工作内容是根据已有的设计任务的要求，查阅有关资料，搜集资料，进行总体设计方案的拟定和罐体主要结构的设计。首先我根据设计的要求，进行了总体方案的拟定，然后经过大家讨论进行确定。第二步，我负责罐体主要结构的设计，首先确定了本次75 m3 的（赖氨酸）发酵罐的主要结构组成，然后进行了关于罐体几何结构的计算以及验算，确定了罐体的几