50立方米发酵罐设计说明书.docx

1、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)2 2.几何尺寸的确定4 3.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7 4. 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9 5.拌轴功率的计算10 5.1不通气条件下的轴功率P0计算10 5.2通气搅拌功率Pg的计算11 5.3电机及变速装置选用12 6.设计小结12 7.参考文献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

2、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

3、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，

4、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=750mm hb=40 V封=3.82 H=2.2D=6600mm h=750+40=790 ho=H-2h=6600-2790=5020 ，,223V筒D

5、h,0.785，3，5.02,35.47=m 043V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=800mm hb=40 V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=m 043V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

6、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01D,D,1070mm i3H,0.25D,800mm a4 h,H-h,40mmba封S,3D,3200mmiC,D,1070mmi3.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.

7、8,0.60D,罐体直径(mm) P,耐受压强 (取0.60MPa) , 焊缝系数，现用无缝焊取0.8 2,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,3mm 3. 3 封头壁厚计算 PDy0.60，3200，2.3, ,，C,，3,21.7mm2,2,P2，127，0.8,0.6D,罐体直径(mm) p,耐受压强 (取0.60MPa) y,开孔系数，取2.3 , 焊缝系数，无缝焊取0.8 2,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

8、度，当mm时，C,3mm 3. 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 V 47.69m03全体积V 计算 52.3m罐直径D 3200mm 计算 筒体高 H5360mm 计算 07040mm 计算 罐总高H 搅拌叶间距S 3200mm 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 b3. 5搅拌器 1D,D,1060mm叶径: i3盘径: d,0.75D,826.4mm ii叶宽,0.2D,212mm i叶弦长: ,0.2

9、5D,265mm il,0.375D,461mm叶弧长: iY,D,1060mm叶距: i3.6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(PN1.0MPa DN400)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?PN1.0 112DN150 HGJ 501,86,20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

10、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，603.5，开在罐身; 取样口: DN60，开在封头上; 补料口: DN1

11、00，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HG 21517-95人孔

12、 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=31.38 V13不计算下封头时的装液体积:V柱=-下封头体积 ,36.61-4.61,34.615mV122装液高度: ，h,V0.785，D

13、,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,t4.186，28,20p12Q,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,6.156C m，t,t31,20F12.303lg2.303lg，31,28t,tF2t1,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,43.25m K,t3100，6.156m8 ,对数平均温度差 ,tmK,传热总系数，取3100 kJ/(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,d3.14，69，10d,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