50立方米发酵罐设计说明书.docx
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50立方米发酵罐设计说明书
50立方米发酵罐设计说明书
1.设计条件（设计方案的分析）………………………………………………22.几何尺寸的确定………………………………………………………………43.主要部件尺寸的设计计算……………………………………………………5
3.1罐体………………………………………………………………………5
3.2罐体筒壁厚………………………………………………………………5
3.3封头壁厚…………………………………………………………………5
3.4挡板………………………………………………………………………5
3.5搅拌器……………………………………………………………………6
3.6人孔和视镜………………………………………………………………6
3.7管道接口…………………………………………………………………6
3.8仪表接口…………………………………………………………………74.冷却装置设计…………………………………………………………………8
4.1冷却方式选择……………………………………………………………8
4.2冷却面积计算……………………………………………………………8
4.34.3蛇管参数计算………………………………………………………95.拌轴功率的计算………………………………………………………………105.1不通气条件下的轴功率P0计算…………………………………………105.2通气搅拌功率Pg的计算…………………………………………………115.3电机及变速装置选用……………………………………………………126.设计小结………………………………………………………………………127.参考文献………………………………………………………………………13
1.设计条件
我设计的是一台50立方米发酵罐,发酵生产红霉素。
经查阅资料得知生产红霉素的菌种有红霉素链霉菌，灰平链霉菌和小单孢菌，综合……等因素选择红霉素链霉菌，该菌种最适发酵温度为31?
，pH为6.9，培养基为酵母膏10g，买牙膏10g，葡萄糖4g，琼脂20g，蒸馏水1000ml.
本发酵罐的冷却设备是蛇管式换热器，蛇管式换热器是把管子弯成螺旋弹簧状或平面螺旋状。
蛇管式换热器主要应用于反应器内液体进行热交换，因为这种换热器结构简单，易于制造。
对需要换热面不大的场合比较适用，同时因管子能承受高压而不易泄漏，常被高压流体的加热或冷却所采用。
优点是:
（1）结构简单;
（2）价格低廉;（3）可用任何材料制造;（4）蛇管能承受高的压力，常用于高压流体的冷却。
使用水作冷却介质，设计简单，使用方便、廉价。
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视图，和各种表达方式，合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。
说明书主要用于写清楚设计的思路和步骤。
项目项目及代号参数及结果备注
红霉素链霉发酵菌种由工艺条件确定菌
常压工作压力由工艺条件确定
0.60MP设计压力由工艺条件确定
31?
发酵温度（工作温度）根据参考文献选取
31?
设计温度由工艺条件确定
冷却方式水冷由工艺条件确定
酵母膏10g，
麦芽膏10g，
葡萄糖4g，琼培养基根据参考文献选取
脂20g，蒸馏
水1000ml
2
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
C,底搅拌叶至底封头高度hb,椭圆封头的直边高度
3
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=2.2
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
3设计公称体积:
50m查附表，取D=3000mm此时，ha=750mmhb=40V封=3.82
H=2.2D=6600mm
h=750+40=790
ho=H-2h=6600-2790=5020，
223V筒Dh,0.785，3，5.02,35.47=m04
3V公=V筒+V封=35.47+3.82=39.29m
3由于与所要求公称体积V公=50m相差太大，故取D=3200此时，ha=800mmhb=40V封=4.61
H=2.2D=7040mm
h=800+40=840
ho=H-2h=7040-2840=5360，
223Dh,0.785，3.2，5.36,43.08V筒=m04
3V公=V筒+V封=43.08+4.61=47.69m
3同理，若取D=3400，按同样的方法计算得V公=57.14m
3经以上验证，当D取3200时与公称体积所要求50m最为接近，故D取3100mm
3公称体积调整为V公=V筒+V封=43.08+4.61=47.69m
3全体积V,V，V,47.69，4.61,52.3m封0
1D,D,1070mmi3
H,0.25D,800mma
4
h,H-h,40mmba封
S,3D,3200mmi
C,D,1070mmi
3.主要部件尺寸的设计计算
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，发酵液PH为近中性，对罐体使用A3钢会有点腐蚀，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。
3.2罐体壁厚
PD0.60，3200,,，C,，3,12.0mm1,,,,2,P2，127，0.8,0.60
D,罐体直径（mm）
P,耐受压强（取0.60MPa）
φ,焊缝系数，现用无缝焊取0.8
2〔σ〕,设计温度下的许用应力（），A3钢焊接压力容器许用应力为kgfcm150?
，127Mpa
-C,10mmC,腐蚀裕度，当时，C,3mm3.3封头壁厚计算
PDy0.60，3200，2.3,,，C,，3,21.7mm2,,,,2,P2，127，0.8,0.6
D,罐体直径（mm）
p,耐受压强（取0.60MPa）
y,开孔系数，取2.3
φ,焊缝系数，无缝焊取0.8
2〔σ〕,设计温度下的许用应力（），A3钢焊接压力容器许用应力为kgfcm150?
，127Mpa
-C,10mmC,腐蚀裕度，当mm时，C,3mm3.4挡板
5
本设计用内冷凝水管，可以省略挡板。
表2-1××m3发酵罐的几何尺寸
参数及计算项目备注结果
3设计条件公称体积V47.69m0
3全体积V计算52.3m
罐直径D3200mm计算
筒体高H5360mm计算0
7040mm计算罐总高H
搅拌叶间距S3200mm计算
1070mm计算底搅拌叶至底封头高度C
800mm计算椭圆封头短半轴长度ha
椭圆封头直边高度h40mm计算b
3.5搅拌器
1D,D,1060mm叶径:
i3
盘径:
d,0.75D,826.4mmii
叶宽,0.2D,212mmi
叶弦长:
0.25D,265mmi
l,0.375D,461mm叶弧长:
i
Y,D,1060mm叶距:
i
3.6人孔和视镜
本次设计只设置了1个人孔，标准号为:
HG21517,1995回转盖带颈平
焊法兰人孔RF型（PN1.0MPaDN400）开在顶封头上。
本次设计只设置了2个视镜，公称压力PN1.0，公称直径DN150，D,250mm，
D,215mm，b,40mm，b,30mm，材料为不锈钢，标准号为:
视镜?
PN1.0112
DN150HGJ501,86,20开在顶封头上。
3.7管道接口:
6
进出料口、进排气口、补料口、温度计平焊法兰:
HG20592,1997，DN100，外径108
冷却管进出口、取样口平焊法兰:
HG20592,1997，DN60，外径68
压力表平焊法兰:
HG20592,1997，DN15，外径21.3
进料口:
采用管法兰接口，冷扎钢管DN100，3.4kg/m，厚度4mm，开在封头上;
排料口:
采用管法兰接口，冷扎钢管DN100，3.4kg/m，厚度4mm，开在罐底;
进气口:
采用管法兰接口，冷扎钢管DN100，3.4kg/m，厚度4mm，开在罐身;
排气口:
采用管法兰接口，冷扎钢管DN100，3.4kg/m，厚度4mm，开在封头上;
冷取水进、出口:
采用管法兰接口，合金钢管，Φ60×3.5，开在罐身;
取样口:
DN60，开在封头上;
补料口:
DN100，开在封头上;
3.8仪表接口:
温度计:
装配式热电阻温度传感器Pt100型，D,100mm，开在罐身上;
压力表:
弹簧管压力表（径向型），d=20mm，精度2.5，型号:
Y,250Z，1
开在封头上
液位计:
采用HG5型反射式玻璃板液位计标准号:
HG5-1364-80型号:
AT25-I-2000直径:
2000mm，开在罐身上;
溶氧探头:
SE,N,DO,F;
pH探头:
PHS,2型;
表2-2发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果
项目及代号参数及结果备注
A3钢罐体材料由工艺条件确定
罐体壁厚,12mm计算1
回转盖带颈
平焊法兰人根据参考文献HG21517-95
人孔孔RF型
选取（PN1.0MPa
DN400）
21.7mm封头壁厚计算
六平叶涡轮搅拌器种类根据参考文献选取
搅拌器层数2计算
1060mm搅拌器直径计算
7
4.冷却装置设计
4.1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，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。
4.2冷却面积的计算
发酵罐装料系数:
60%
52.3，0.60,发酵罐装料液体积:
=全体积×装料系数=31.38V1
3不计算下封头时的装液体积:
V柱=-下封头体积,36.61-4.61,34.615mV1
22装液高度:
，，，，h,V0.785，D,320.785，3.2,4.3m柱1
单位时间传热量,发酵热×装料量
3即:
Q,Q，V,26300，36.61,825294kjm,h发1
冷却水耗量（W）
Q825294W,,,24644.78kgh，，，，Ct,t4.186，28,20p12
Q,单位时间传热量
0Cp,冷却水的平均比热，取4.186，，kjkg,Ct2,t1,冷却水进出口温度差
平均温度差
t,t,t,t，，，，31,20,31,28，，，，0F1F2,t,,,6.156Cm，，，，t,t31,20F12.303lg2.303lg，，，，31,28t,tF2
t1,冷却水进口温度
t2,冷却水出口温度
t,发酵温度F
冷却面积（A）
Q8252942A,,,43.25mK,,t3100，6.156m
8
对数平均温度差,tm
K,传热总系数，取3100kJ/（m2?
h?
?
）
2A,,dL冷却面积（）:
m
冷却蛇管取,76，3.5mm
冷却蛇管总长度（m）
A43.25（）L,,,199.6m,3,d3.14，69，10
d,蛇管内径，
d,外径,壁厚
外径取50,80mm，壁厚取3.5,5mm
4.3蛇管参数计算
蛇管一般分为4组或6组，则每组长度:
L/4或L/6
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