50M3机械搅拌通风发酵罐的设计说明书Word格式.docx

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5设计温度150

6冷却方式蛇管冷却

7培养基蔗糖发酵培养基

8工作pH2—3

9设定pH 

3

2罐体几何尺寸的确定

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=2.8，则H=2.8D

初步设计：

设计条件给出的是发酵罐的公称体积（50）

公称体积V－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和

发酵罐全体积近似：

可得罐体直径D2879mm，取整D=2900mm，H=2.8D=8120mm

根据直径D查文献资料[7]可得封头总高度765mm，封头体积3.12m3，

H0=8120-765×

2=6590mm，

由此可得Di=1/3D=1/3×

2900=966.77mm取整970mm

B=0.1D=0.1×

2900=290mm

S=3Di=3×

970=2910mm

C=Di=970mm

Ha=0.25D=0.25×

2900=725mm

Hb=765-725=40mm

hb－椭圆封头的直边高度

C－底搅拌叶至底封头高度

Di－搅拌叶直径

D－罐体直径

Ho－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

表2-1大中型发酵罐技术参数

公称容筒体高度筒体直换热面转速电机功

量H（mm）径mm积r/min率kw

1032001800121507.5

21470022002115430

30660024003418045

5070002800--300038-6016055

6080003000--32006516065

758000320084165100

10094003600114170130

200115004600221142215

表2-250m3发酵罐的几何尺寸

计算

步骤项目及代号参数及计算结果备注

1公称体积50m3

2全体积53.12m3

3D2900mm

4H8120mm

5H06190mm

6B290mm

7S2910mm

8C970mm

9Ha725mm

10Hb40mm

2.3罐体主要部件尺寸的设计计算

2.3.1罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式

因柠檬酸呈酸性（pH值为2-3），对金属罐体很容易腐蚀腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR钢，内涂环氧树脂防腐，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。

2.3.2罐体壁厚

D－罐体直径（mm）

p－耐受压强（取0.25MPa）

φ－焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0

[σ]－[σ]－设计温度下的许用应力（kgf/c）（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa）

C－腐蚀裕度，当δ－C<

10mm时，C＝3mm

2.3.3封头壁厚计算

y－开孔系数，取2.3

[σ]－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）

2.4、挡板

挡板宽度b取0.1D，装设4~6块即可满足全挡板条件。

根据下式计算挡板数n：

由此可得n=5

式中b——挡板宽度，mm；

D——罐内径，mm；

n——挡板数，mm。

2.5搅拌器

采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅拌器层数，根据d确定h和b的值尺寸：

六弯叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；

搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大；

查阅文献[3]可知50发酵罐采用6-6-6箭叶式搅拌叶

叶径:

d=1000mm

盘径:

di=13/20d=13/20×

1000=650mm

叶高:

h=3.5/20d=3.5/20×

1000=175mm

叶长:

b=0.25d=0.25×

1000=250mm

2.6人孔和视镜

人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。

本次设计只设置了1个人孔，标准号为：

HG21520－1995人孔（R·

A－2707）500-1.0，直径为600mm，高度为260mm，开在顶封头上，左边轴线位于离中心轴1000mm处

视镜用于观察发酵罐内部的情况。

本次设计只设置了2个视镜，标准号为ⅡPN1.6，DN100AHG21505-1992直径为DN150mm，高度为52mm，开在顶封头上，位于俯视面左下45度和右上45度距离中心轴线1200mm处

2.7接口管

2.7.1管道接口：

（采用法兰接口）

进料口：

法兰型号为PN0.6DN150,接口管规格159×

4.5mm，开在封头上。

排料口：

法兰型号为PN0.6DN200,接口管规格209×

4.5mm，开在罐底。

进气口：

排气口：

4.5mm，，开在封头上

冷却水进、出口：

89×

4mm，开在罐身；

补料口：

取样口：

法兰型号PN0.6DN65,接口管规格，开在封头上。

2.7.2仪表接口：

温度计：

DN32mm

压力表：

DN25mm

液位计：

采用标准：

型号：

R-61

直径：

550（26014）mm，开在罐身上；

溶氧探头：

TN-2509

pH探头：

YP-100A

表2-3 

发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果

根据参考文献【2】选取

根据参考文献【3】选取

根据参考文献【4】选取

1罐体材料16MnR钢

2罐体壁厚6.3mm

3封头壁厚10.6mm

4人孔一个DN600

5视镜两个DN150

6搅拌器种类六箭叶

7搅拌器层数3层

8搅拌器直径1000mm

9进料口直径Ф159×

4.5mm

10排料口直径Ф159×

11冷却水进、出口Ф89×

4mm

12进气口Ф159×

13排气口Ф159×

14补料口Ф159×

15取样口DN65mm

16温度计DN32mm

17压力表DN25mm

18液位Ф550（26014）mm

19溶氧探头DN63mm

20PH探头DN60mm

2.8冷却装置设计

2.8.1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，使用蛇管冷却，综合比较列管的冷却效果好，在使用水作冷却介质时，选用列管。

2.8.2装液量

发酵罐装料系数：

80%

发酵罐装料液体积：

v1=全体积×

装料系数=53.12×

80%=42.5

不计算下封头时的装液体积：

v柱=v1-下封头体积

装液高度：

单位时间传热量＝发酵热×

装料量，即：

Q==11700×

42.5=4.98KJ/

表2-4各类发酵液的发酵热

发酵液发酵热（KJ/·

h）

青霉素丝状菌23000

青霉素球状菌13800

链霉素18800

四环素25100

红霉素26300

谷氨酸29300

赖氨酸33400

柠檬酸11700

酶制剂14700-18800

2.8.3冷却水耗量（W）

由课题给出进出口水温为18℃、26℃，则

Q－单位时间传热量

Cp－冷却水的平均比热，取4.186kJ/（kg·

℃）

－冷却水进出口温度差

对数平均温度差，由工艺条件知道=30℃，

℃

t1－冷却水进口温度

t2－冷却水出口温度

－发酵温度

2.8.4冷却面积（A）

△tm－对数平均温度差

K－传热总系数，取1.931×

kJ/（m2·

h·

℃）

冷却面积（）A=πdL

冷却蛇管总长度（m）

d－蛇管内径，

d＝外径－壁厚60×

3.5mm

外径取60mm，壁厚取3.5mm

蛇管一般分为4组，则每组长度：

L/6=55m

每圈蛇管长度

D－蛇管圈直径，3m

hp－蛇管圈之间的距离，取0.10m

蛇管总圈数

取整24圈