制藥設備課程設計

制藥設備課程設計(Ⅰ)——機械攪拌通風發(fā)酵罐設計一、設計目的（1）培養(yǎng)學生把所學的《制藥設備與工藝設計》、《機械制圖》、《化工原理》及其《制藥工藝學》等相關課程的理論知識，在課程設計中綜合地加以運用，鞏固和強化有關制藥設備與工藝設計程的基本理論和基本知識。（2）培養(yǎng)學生對制藥工程設計的技能以及獨立分析問題、解決問題的能力。樹立正確的設計思想，掌握機械攪拌通風生物反應器設計的基本方法和步驟，為今后創(chuàng)造性設計生物反應器和相關技術改造工作打下一定的基礎。（3）培養(yǎng)學生熟悉、查閱并綜合運用各種有關的設計手冊、規(guī)范、標準、圖冊等設計技術資料；進一步培養(yǎng)學生識圖、制圖、運算、編寫設計說明書等基本技能；完成作為工程技術人員在機械設計方面所必備的設計能力的基本訓練。二、課程設計的要求（1）樹立正確的設計思想。在設計中自始至終本著對工程設計負責的態(tài)度，從難從嚴要求，綜合考慮經濟性、實用性、安全可靠性和先進性，嚴肅認真地進行設計，高質量完成設計任務。（2）具有積極主動的學習態(tài)度和進取精神。在課程設計中遇到問題不敷衍，通過查閱資料和復習有關教科書，積極思考、提出個人見解，主動解決問題，注重能力培養(yǎng)。強調獨立思考，有創(chuàng)造性的設計。在課程設計中學會收集、理解、熟悉和使用各種資料，是培養(yǎng)設計能力的重要方面，也是設計能力強的重要表現。（3）學會正確的設計方法，統(tǒng)籌兼顧、抓住主要矛盾。對于初學者，往往把設計片面的理解為是理論上的強度、剛度等計算，認為這些計算結果不可更改，實際上，對于設備的合理設計，其計算結果只是設計時某一方面的依據，設計是還要考慮結構等方面的要求。三、課程設計的內容1、準備階段（1）設計前應預先準備好設計資料、手冊、圖冊、計算和繪圖工具、圖紙等；（2）認真研究設計任務書，分析設計題目的原始數據和工藝條件，明確設計要求和設計內容；（3）設計前應認真復習有關教材，熟悉有關資料和設計步驟；（4）有條件的應結合現場參觀，熟悉典型設備的結構，比較其優(yōu)缺點，以便選擇出適當的結構為己所用，沒有現場條件的也要先讀懂幾張典型設備圖。2、工藝計算和機械設計階段根據設備的工藝條件，圍繞設備內、外附件的選型進行結構設計、圍繞著確定厚度大小進行強度、剛度和穩(wěn)定性設計和校核計算，一般步驟如下：（1）全面考慮按壓力大小、溫度高低和腐蝕性大小等因素來選材。（2）選用零部件。（3）強度、剛度、穩(wěn)定性設計和校核計算。（4）傳動設備的計算與選型。（5）繪制設備總裝配圖。對初學者，常采用“邊算、邊選、邊畫、邊改”的作法，初步計算后，確定大體結構尺寸，分配圖紙幅面，繪出視圖初稿，待尺寸確定后再加深成正式圖紙。（6）繪制零部件圖。（7）提出技術要求。對設備制造、裝配、檢驗和試車等工序提出合理的要求，以文字形式標注在總裝配圖上。3、編制設計計算說明書設計計算說明數是圖紙設計的理論依據，是設計計算的整理和總結，是審核設計的技術文件之一，其內容大致包括：目錄設計任務書設計方案的分析和擬定；各部分結構尺寸的確定和設計計算；設計總結（每人一份，獨立完成）；參考文獻。附件：發(fā)酵罐裝配圖1張課程設計參考資料電子資源：學校數字化圖書館，主要包括：1）《典型化工設備機械設計指導》；2）《化工設備機械基礎課程設計》；3）《化工設備設計全書——攪拌設備設計》；4）《撓性傳動設計》；5）《發(fā)酵生產設備》；6）《發(fā)酵工程與設備》；紙本圖書資源：主要在老區(qū)圖書館借閱。主要包括化工機械設備及其設計等。四、設計步驟（一）、發(fā)酵罐的總體結構設計根據工藝要求并考慮制造、安裝、維護檢修的方便，確定各部分的結構形式，如封頭的形式，傳熱方式，傳動類型、軸封和各種附件的結構形式。

1罐體的設計1．1罐體的結構設計罐體由頂蓋、筒體和罐底組成，通過支座安裝在基礎或平臺上，罐底通常采用橢圓形封頭，頂蓋在受壓狀態(tài)下操作，常選用橢圓形封頭，對直徑較小的種子罐，頂蓋可采用薄鋼板制造的平蓋，并在薄鋼板上加設型鋼制的橫梁，用以支撐攪拌器及其傳動裝置。頂蓋與罐底分別與筒體相連，罐底與筒體的連接采用焊接。筒體與頂蓋的連接形式分為可拆連接和不可拆連接，筒體內徑D1≤1200mm，宜采用可拆的法蘭連接，常采用甲型平焊法蘭連接。大型發(fā)酵罐一般采用焊接連接。發(fā)酵罐的結構1.2罐體幾何何尺寸的的計算1．2．1確定筒體體的內徑徑D一般由工工藝條件件給定的的公稱容容積V、裝料系系數和高高徑比H/D，計算確確定筒體體的內徑徑D。1．2．2．確定筒筒體的高高度H。根據計算算的罐體體直徑計計算H其中：Vb為下封頭頭的容積積V1為1米高筒體體的容積積，與內內徑有關關，可查查手冊確確定。壓力容器器公稱直直徑D的選擇括號為非非優(yōu)先系系列。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000

盡量不采采用括號號的直徑徑系列攪拌罐尺尺寸關系系d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0s/d=1.5~2.51．2．3確定筒體的厚厚度根據工藝條件件，筒體材料料、內壓力已已確定的內徑徑等參數，按按強度計算公公式確定筒體體的設計厚度度。其中td設計厚度，，mm；p為設計壓力力，MPa；D1為薄壁圓筒筒內徑,mm[σ]τ材料在設計計溫度下的的許用應力力，MPa；厚度附加量量設計壓力與與工作壓力力注意：設計計任務書中中給定壓力力為最大工工作壓力；；使用安全閥閥時設計壓壓力不小于于安全閥開開啟壓力或或取最大工工作壓力1.05～1.10倍；使用用防防爆爆破破膜膜時時根根據據其其型型式式，，一一般般取取最最大大工工作作壓壓力力的的1.15～1.4倍作作為為設設計計壓壓力力。。許用用應應力力[σ]許用用應應力力是是容容器器殼殼體體等等受受壓壓元元件件的的材材料料許許用用強強度度，，取取材材料料極極限限強強度度σ與相相應應的的安安全全系系數數之之比比。。材料料的的極極限限強強度度的的選選擇擇取取決決于于容容器器材材料料的的判判廢廢標標準準，，對對于于常常溫溫或或溫溫度度不不高高的的攪攪拌拌罐罐，，為為了了防防止止在在操操作作過過程程中中出出現現過過度度塑塑性性變變形形或或斷斷裂裂等等破破壞壞形形式式，，在在工工程程設設計計中中通通常常取取屈屈服服點點σs和抗拉拉強度度σb作為強強度極極限，，σ與所選選材料料有關關，可可以通通過查查資料料或手手冊得得到。。nb、ns分別是是抗拉拉強度度、屈屈服點點的安安全系系數,安全系系數是是一個個反映映包括括設計計分析析、材材料試試驗制制造運運行控控制等等水平平不同同的質質量保保證參參數，，對于于碳素素鋼、、低合合金鋼鋼、鐵鐵素體體高合合金鋼鋼：nb≥3.0ns≥1.6常用材材料的的許用用應力力數據據焊接接接頭系系數焊接削削弱而而降低低設計計許用用應力力的系系數。。根據接接頭型型式及及無損損檢測測長度度比例例確定定。焊接接頭形式無損檢測的長度比例100%局部雙面焊對接接頭或相當于雙面焊的對接接頭1.00.85單面焊對接接頭或相當于單面焊的對接接頭0.90.8符合《壓力容容器安安全技技術檢檢察規(guī)規(guī)程》才允許許作局局部無無損探探傷。。抽驗驗長度度不應應小于于每條條焊縫縫長度度的20％。厚度附附加量量滿足強強度要要求的的計算算厚度度之外外，額額外增增加的的厚度度量，，包括括由鋼鋼板負負偏差差(或鋼管管負偏偏差)Cl、腐蝕蝕裕量量C2，即C＝Cl十C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～44.5～5.5負偏差0.130.140.150.160.180.20.2厚度6～78～2526～3032～3436～4042～5052～60負偏差0.60.8

0.91

1.11.21.3

腐蝕速度度＜0.05mm／a(包括大氣氣腐蝕)時：碳素鋼和和低合金金鋼單面面腐蝕C2＝1mm，雙面腐腐蝕取C2＝2mm，當腐蝕速速度＞0.05mm／a時，單面面腐蝕取取C2＝2mm，雙面腐腐蝕取C2＝4mm。不銹鋼取取C2＝0。1.3.4確定封頭頭厚度和和結構尺尺寸封頭的設設計已標標準化，，內徑與與筒體的的內徑一一致，標標準錐形形封頭、、橢圓標標準封頭頭尺寸可可查設計計資料。。封頭設計計厚度按按工藝條條件，用用強度計計算公式式進行計計算。對對橢圓形形封頭:對標準橢橢圓形封封頭:K=11.3罐體壓力力試驗采用水壓壓試驗，，試驗壓壓力公式式為其中：[σ]為實驗溫溫度下材材料的許許用應力力，MPa；[σ]t為設計溫溫度下材材料的許許用應力力，MPa。試驗壓力力下圓筒筒中的應應力為：：查材料的的屈服點點強度σs如滿足σ＜0.9σs，則壓力力試驗強強度足夠夠。例題1試設計一一酒精發(fā)發(fā)酵罐，，工藝要要求為：：一次投投入50t的發(fā)酵液液，密度度為1.076t/m3，要求裝裝料系數數為0.8，發(fā)酵最最高溫度度為32℃,最高工作作壓力為為0.1MPa,試確定發(fā)發(fā)酵的主主要結構構尺寸和和壁厚。。解:1.選材對于生物物加工工工業(yè)，發(fā)發(fā)酵罐的的制造材材料可以以選用碳碳鋼、不不銹鋼、、合金鋼鋼，相對對于其他他工業(yè)來來說，發(fā)發(fā)酵液對對鋼材的的腐蝕性性不大，，溫度不不高，壓壓力為低低壓，故故可選用用16MnR鋼材,材料在設設計溫度度下的許許用應力力為[σ]T=170MPa，查表表16MnR鋼σb=510MPAa，安全系系數nb取3。2.發(fā)酵罐的的主要尺尺寸發(fā)酵罐的的總容積積為發(fā)酵罐為為立式容容器,上封頭選選用標準準橢圓形形封頭,下封頭為為了考慮慮排料選選用無折折邊的錐錐形封頭頭,并選取筒筒體高度度H與筒體半半徑D1的比值為為1.2:1。初選筒體體直徑取取Ｄ１＝3600mm,則標準橢橢圓形封封頭的容容積為ＶＶ１＝6.62m3,設錐形封封頭錐體體高度為為h,半錐頂角角為30°,則h=故發(fā)酵罐罐的容積積由上封封頭容積積Ｖ1、下封頭頭容積V2和筒體容容積V3組成。解得D1=3530mm，經圓整整并取公公稱直徑徑為D1=3600mm。3、發(fā)酵罐罐筒體壁壁厚計算算：取設計壓壓力等于于最高工工作壓力力的1.1倍，即1.1××0.1=0.11MPa。同時還還需判斷斷是否需需要考慮慮液體靜靜壓力。。罐內實裝裝發(fā)酵液液為50/1.076=46.47m3，錐體部部分的發(fā)發(fā)酵液為為，，所以以筒身部部分實裝裝發(fā)酵液液為46.47-10.57=35.9m3，故筒身身部分液液柱高度度為，，筒體底底部靜壓壓力為：：由上述計計算可見見，筒體體部分液液柱靜壓壓力已超超過設計計壓力的的5%，應計如如設計壓壓力內，，計設計計壓力為為p=0.11+0.037=0.147MPa筒體的焊焊縫采用用帶墊板板的單面面對接焊焊縫，局局部無損損傷，焊焊縫系數數Φ=0.8。筒體的計算壁壁厚為：根據容器最小小壁厚的規(guī)定定，最小壁厚厚應不小于3mm，腐蝕裕度另另加。由表14-7查得鋼板厚度度負偏差c1=0.22mm，腐蝕裕量取取c2=1mm，所以筒體的設設計厚度為：：td=t+c1+c2=3+0.22+1=4.22mm考慮安全裕量量，圓整后取取筒體的名義義厚度為5mm。4.上封頭壁厚計計算上封頭為標準準的橢圓形封封頭，其壁厚厚按前面公式式計算，對于于標準橢圓形形封頭，形狀狀系數K=1，所以上封頭頭計算厚度為為：根據容器最小小壁厚的規(guī)定定，其最小壁壁厚應不小于于3mm，腐蝕裕量另另加，所以上上封頭的設計計厚度為：t上d=t上+C2=3+1=4mm。取與筒體一一樣的厚度度5mm。5.下封封頭頭的的壁壁厚厚計計算算下封封頭頭為為無無折折邊邊錐錐形形封封頭頭(半頂頂角角30°°），，椎椎體體部部分分厚厚度度可可按按下下式式計計算算：：發(fā)酵酵液液的的高高度度為為：：由于于靜靜壓壓在在封封頭頭底底部部產產生生的的壓壓力力為為：：p2=ρH2g＝1076×6.67×9.8＝0.07MPa可見見，，錐錐形形封封頭頭部部分分液液柱柱靜靜壓壓已已超超過過了了設設計計壓壓力力的的5%，應應計計入入設設計計壓壓力力內內，，即即錐錐形形封封頭頭的的設設計計壓壓力力為為：：p=0.11＋0.07=0.18MPa錐體體部部分分的的計計算算厚厚度度為為：：根據據容容器器最最小小壁壁厚厚的的規(guī)規(guī)定定，，其其最最小小壁壁厚厚應應不不小小于于3mm，腐腐蝕蝕裕裕量量另另加加，，錐錐體體部部分分的的設設計計厚厚度度為為：：t下d=t＋C2=3＋1=4mm取與與筒筒體體一一樣樣的的厚厚度度5mm。6.壓力力試試驗驗采用用水水壓壓試試驗驗，，試試驗驗壓壓力力公公式式為為其中中：：[σ]為實實驗驗溫溫度度下下材材料料的的許許用用應應力力，，MPa；[σ]t為設設計計溫溫度度下下材材料料的的許許用用應應力力，，MPa。試驗驗壓壓力力下下圓圓筒筒中中的的應應力力為為：：而屈屈服服點點強強度度σs＝345MPa0.9σs＝0.9×345＝310.5MPa可見見,σ＜0.9σs,所以以壓壓力力試試驗驗強強度度足足夠夠。。2.換熱熱裝裝置置設設計計換熱熱方方式式：：中小小型型發(fā)發(fā)酵酵罐罐優(yōu)優(yōu)先先采采用用夾夾套套換換熱熱，，當當夾夾套套傳傳熱熱面面積積難難以以滿滿足足工工藝藝溫溫度度的的要要求求時時，，采采用用內內蛇蛇管管或或列列管管換換熱熱。。2.1夾套換熱裝置置2.1.1夾套常用結構構形式發(fā)酵罐通常采采用（b）這種結構形形式2.1.2夾套幾何尺寸寸計算夾套的內徑D2除根據工藝要要求確定外，，還需根據安安裝和結構要要求合理確定定，夾套的內內徑D2可根據筒體內內徑D1，按經驗選取?。炈悖?。。表夾套套內徑D2mmD1500-600700-18002000-3000D2D1+50D1+100D1+200當發(fā)酵罐內徑徑大于3000mm時，只能采用用內部蛇管或或列管換熱。。夾套高度H2由傳熱面積確確定，高度不不低于料液高高度，通常與與裝料系數η有關。夾套高度H2可按下式計算算：H2=(ηV-V封)/V1mV1m——1米高筒體容積積，m3/m。夾套所包圍的的罐體表面積積(筒體表面積F筒+封頭表面積F封)一定要大于工工藝要求的傳傳熱面積F，即:夾套的強度(厚度)計算按內壓薄壁容容器對夾套筒筒體和封頭進進行強度計算算，計算公式式與釜體計算算公式完全相相同。最后對夾套進進行水壓校核核計算。2.1.3夾套與釜體連連接與安裝夾套與釜體的的連接可分為為:不可拆卸的整整體夾套；可拆卸的整體體夾套。不可拆整體夾夾套可拆卸的整體體夾套夾套的安裝夾套與筒體的的焊接點與法法蘭的距離要要考慮裝拆法法蘭螺栓的方方便，一般不不小于150~200mm。根據工藝要求求溫度、總散散熱量等確定定冷卻裝置（（設管、列管管等）的冷卻卻面積、管徑徑、長度、高高度等參數。。2.2蛇管換熱裝置置無擋板的渦輪輪攪拌反應器器蛇管中徑與容容器直徑之比比Dc/D=0.80;蛇管高度與容容器直徑之比比Lc/D=1.00;蛇管管管子外外徑與與蛇管管中徑徑之比比Dco/Dc=0.042;每圈蛇蛇管之之間距距與蛇蛇管管管子外外徑之之比Sc/dco=1.0;蛇管距距器底底的高高度與與容器器直徑徑之比比Hc/D=0.10。立式蛇蛇管例2：已知知一容容積為為50m3,罐徑D為4.5m的攪拌拌罐，，其換換熱裝裝置的的傳熱熱面積積（由由傳熱熱量確確定））不小小于26m2,試進行行蛇管管的結結構設設計。。選取管管材：：根據據食品品料液液的性性質，，選取取不銹銹鋼管管為換換熱管管，根根據罐罐體容容積選選取公公稱直直徑為為32mm的管材材，壁壁厚為為3.5mm。公稱直徑101520253240506580100125外徑141825323845577689108133壁厚3333.53.53.53.54444公稱直徑150175200225250300350400450500

外徑159194219245273325377426480530

壁厚4.5667889999

管材的的工程程直徑徑系列列：計算蛇蛇管的的長度度考慮蛇蛇管由由兩列列蛇管管組成成，兩兩列蛇蛇管的的長度度可根根據公公式計計算：：Dcp=0.031+0.007/2=0.0345mm根據結結構設設計，，罐體體直徑徑D=4.5m，蛇管管中Dc=0.8D=0.8*4.5=3.6m根據蛇蛇管高高度與與已知知的裝裝料高高度比比較,確定是是否需需要對對蛇管管高度度進行行調整整。3.發(fā)酵罐罐攪拌拌裝置置設計計攪拌裝裝置由由攪拌拌器、、軸及及其支支承組組成。。攪拌拌器的的形式式主要要有：：槳式式、推推進式式、渦渦輪式式等，，攪拌拌器型型式根根據攪攪拌器器轉速速、功功率、、發(fā)酵酵液性性質綜綜合考考慮。。當攪拌拌器型型式確確定后后，設設計的的主要要內容容是確確定攪攪拌器器直徑徑、攪攪拌器器與攪攪拌軸軸的連連接結結構，，進行行攪拌拌軸的的強度度設計計和臨臨界轉轉速校校核，，選擇擇軸的的支承承結構構。攪拌器器的直直徑Dj與發(fā)酵酵罐D1內徑之之比根根據文文獻推推薦值值選取取。槳式攪攪拌器器槳葉多多為兩兩葉，，攪拌拌器內內徑與與罐體體內徑徑之比比常取取0.35~0.8,多用于于n≦100r/min的場合。。槳式攪拌拌器常用用螺栓對對夾,當軸徑大大于50時,再加圓柱柱銷固定定。3.1攪拌器的的結構形形式及安安裝槳式攪拌拌器的主主要尺寸寸如下：：推進式攪攪拌器推進式攪攪拌器的的結構和和主要尺尺寸:推進式攪攪拌器的的安裝攪拌器與與軸的連連接是通通過軸套套用平鍵鍵或緊定定螺釘固固定，軸軸端加固固定螺母母。為防防螺紋腐腐蝕可加加軸頭保保護帽。。渦輪攪拌拌器一般采用用帶圓盤盤的六葉葉（直葉葉、彎葉葉、箭葉葉）渦輪輪攪拌器器，結構構及選型型見網上上資源。。發(fā)酵罐攪攪拌軸的的機械設設計內容容同一般般傳動軸軸，主要要是進行行結構設設計（包包括軸的的支承結結構）和和強度校校核，對對于轉速速n≥200r/min的軸，還還要進行行臨界轉轉速的校校核。3.3攪拌軸設設計3.3.1攪拌軸的的結構常用實心心或空心心直軸，，結構型型式根據據軸上安安裝攪拌拌器類型型、支承承的結構構和數量量，以及及與聯軸軸器的連連接要求求而定，，還要考考慮腐蝕蝕等因素素的影響響。連接槳式式和框式式攪拌器器的軸頭頭較簡單單，因用用螺栓對對夾，所所以用光光軸即可可；連接接推進式式和渦輪輪式攪拌拌器的軸軸頭需車車削臺肩肩，開鍵鍵槽，軸軸端還要要車螺紋紋。較長的攪攪拌軸，，為加工工和安裝裝的方便便，常分分段制造造后用聯聯軸器連連接起來來。安裝裝攪拌器器部分稱稱攪拌軸軸，與減減速器輸輸出軸相相聯的軸軸稱傳動動軸，與與聯軸器器配合的的軸頭部部分，按按聯軸器器的要求求而定。。3.3.2攪拌軸強強度校核核計算攪拌軸的的特點是是細長,攪拌器安裝在在軸的最遠端端,軸經常受到的的載荷是扭轉轉載荷、彎曲曲載荷和軸向向載荷等組成成的合成載荷荷。計算比較較復雜。工程程實際中常采采用近似的方方法進行強度度計算，假定定軸只承受扭扭矩的作用，，然后用增加加安全系數以以降低材料的的許用應力，，彌補由于忽忽略彎曲載荷荷引起的誤差差。攪拌軸的直徑徑可按下式估估算：mm式中：P為軸傳遞的功功率，kW；n為軸的轉速，，r/min；A為隨許用剪應應力[]變化的系數；；可查手冊選選?。籟]為軸材料的許許用剪切應力力，MPa。通常攪拌軸強強度校核計算算常與軸結構構設計同時進進行，邊畫圖圖、邊計算、、邊修改。3.3.3攪拌軸的支承承結構攪拌軸的支撐撐常采用滾動動軸承。攪拌拌軸的滾動軸軸承通常根據據轉速、載荷荷的大小及軸軸徑d選擇，高轉速速、輕載荷可可選用角接觸觸球軸承；低低速、重載荷荷可選用圓錐錐滾子軸承。。一般攪拌軸可可依靠減速器器內的一對軸軸承支承。當當攪拌軸較長長時，軸的剛剛度條件變壞壞。為保證攪攪拌軸懸臂穩(wěn)穩(wěn)定性，軸的的懸臂L1、軸徑d和兩軸承間距距B應滿足系列關關系：L1/B≦≦4~5；L1/d≦≦40~50。若軸封封能起起支承承作用用，式式中B算至軸軸封處處，當當d的裕量量較大大和軸軸轉速速較低低，L1/B及L1/d取偏大大值，，否則則取偏偏小值值。3.3.4攪拌軸軸臨界界轉速速校核核攪拌軸軸上裝裝有攪攪拌器器，往往往由由于結結構不不對稱稱、加加工安安裝有有誤差差等原原因，，使回回轉中中心離離開軸軸線而而產生生回轉轉離心心力，，使軸軸受到到周期期性載載荷干干擾。。當周周期載載荷的的頻率率與攪攪拌軸軸的自自然頻頻率接接近時時，軸軸便發(fā)發(fā)生劇劇烈振振動，，這種種現象象稱為為軸的的共振振。產產生共共振時時，攪攪拌軸軸的轉轉速稱稱為臨臨界轉轉速。。攪拌器器的轉轉速n≥200轉/分時，都應應作臨臨界轉轉速校校核，，一般般攪拌拌軸常常設計計呈剛剛性軸軸，使使n﹤（0.75~0.8)nc1。軸的臨臨界轉轉速有有許多多階，，分別別是一一階、、二階階、三三階臨臨界轉轉速等等。工工程中中將工工作轉轉速低低于一一階臨臨界轉轉速的的軸稱稱為剛剛性軸軸，超超過一一階臨臨界轉轉速的的軸成成為撓撓性軸軸。當軸上上裝有有單層層且經經過很很好平平衡的的攪拌拌器時時，其其一階階臨界界轉速速nc1為：4.通風發(fā)發(fā)酵罐罐的傳傳動裝裝置設設計通風發(fā)發(fā)酵罐罐的攪攪拌器器由傳傳動裝裝置來來帶動動，傳傳動裝裝置通通常設設置在在頂封封頭的的上部部，傳傳動裝裝置設設計內內容一一般包包括：：電機機、減減速器器的設設計或或選型型；聯聯軸器器選型型；選選用和和設計計機架架和底底座等等。發(fā)酵設設備的的攪拌拌裝置置選用用電機機，主主要是是確定定電機機功率率、轉轉速、、型號號以及及安裝裝形式式和防防爆要要求等等內容容。最最常用用的為為Y系列全全封閉閉自扇扇式三三相異異步電電動機機，當當有防防爆要要求時時，可可選用用YB系列列。。Y型三三相相異異步步電電機機主主要要技技術術數數據據查查設設計計手手冊冊。。4.1常用用電電機機及及其其連連接接尺尺寸寸電機機功功率率可可按按確確定定其中中：：P為電電機機功功率率，，KW；Pm為攪攪拌拌所所需需的的軸軸功功率率，，KW；PT為軸軸封封摩摩擦擦損損失失功功率率，，KW；η為傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的效效率率。。攪拌拌器器軸軸功功率率Pm計算算根據據第第六六章章課課件件的的公公式式計計算算。。即即：：首先先計計算算Rem,確定定發(fā)發(fā)酵酵液液的的流流體體狀狀態(tài)態(tài)，，再再確確定定采采用用下下列列功功率率公公式式之之一一計計算算：：或：：常見見的的傳傳動動（（減減速速））方方式式齒輪輪減減速速傳傳動動帶傳傳動動4.3V帶減減速速器器V帶減減速速器器的的特特點點：：結構構簡簡單單，，制制造造方方便便，，價價格格低低廉廉，，能能防防止止過過載載，，噪噪音音小小。。但但不不適適用用于于防防爆爆場場合合。。V帶傳動減減速器的的基本型型式和主主要尺寸寸見圖。。減速器器的設計計重點是是V帶輪的設設計以及及普通V帶的截面面形狀、、尺寸及及設計計計算。普通V帶設計舉舉例見下下表。已已知某攪攪拌反應應器采用用V帶傳動，，選用Y132S-8電機，額額定功率率P=2.2KW,轉速n1=710轉/分,攪拌轉速速n2=180轉/分,試設計V帶傳動動。帶的類類型按截面面形狀狀，傳傳動帶帶可分分為：：平帶、、Ｖ形帶（（又稱稱三角角帶））、圓圓形帶帶等類型型，如如圖3－3所示。。普通通V形帶的的工作作面是是兩側側面，，與平平帶相相比，，由于于截面面的楔楔形效效應，，其摩摩擦力力較大大，所所以能能傳遞遞較大大的功功率。。普通通Ｖ形帶無無接頭頭，傳傳動平平穩(wěn)，，應用用最廣廣泛。。本設設計主主要介介紹ＶＶ形帶帶傳動動。V形帶已已標準準化，，按截截面尺尺寸的的不同同，分分為O、A、B、C、D、E、F七種型型號，，其截截面尺尺寸見見表。三角（（V）帶尺尺寸單根三三角帶帶傳遞遞的功功率依依據帶帶型號號及帶帶速確確定V帶傳動動設計計舉例例以普通通V帶（三三角帶帶）設設計為為例，，已知知某攪攪拌反反應器器采用用V帶傳動動，選選用Y132S-8電機，，額定定功率率P=2.2KW,電機轉轉速n1=710轉/分,攪拌轉轉速n2=180轉/分,試設計計V帶傳動動。V帶設計計設計計內容容、步步驟及及結果果下表表。注意：：計算算的皮皮帶根根數不不宜過過多，，一般般小于于10根，否否則需需重選選參數數并計計算。。齒輪傳動設設計對于總傳動動比大的減減速系統(tǒng)可可以采用二二級齒輪傳傳動設計，，設計的主主要內容包包括二級齒齒輪傳動傳傳動比的分分配，二級級齒輪傳動動的齒輪齒齒數及中心心距等。本設計盡量量采用帶傳傳動。4.4聯軸器電機與減速速器輸出軸軸及傳動軸軸與攪拌軸軸之間的連連接，都是是通過聯軸軸器連接的的。常用的聯軸軸器有彈性性塊式聯軸軸器、剛性性凸緣聯軸軸器、夾殼殼聯軸器等等。這些部部件都已有有標準化產產品，可以以根據要求求從手冊查查取。兩種聯軸器器的結構與與尺寸4.5機架機架是安放放加速器用用的，它與與減速器底底座尺寸相相匹配。V帶減速器自自帶機架，，選用其他他類型標準準釜用減速速器按標準準選配機架架。標準機機架有無支支點機架、、單支點機機架和雙支支點機架。。不同的機架架用于不同同的減速傳傳動系統(tǒng)，，具體查取取使用見設設計手冊。。4.6底座底座焊接在在罐體的頂頂蓋上，用用以連接減減速器和軸軸的密封裝裝置。為保保證既與減減速器牢固固連接又使使穿過密封封裝置的攪攪拌軸運轉轉順利，要要求軸的密密封裝置與與減速器安安裝時有一一定的同心心度，為此此常采用整整體式底座座。如果減減速器底座座與軸封底底座的直徑徑相差很多多，做成一一體式不經經濟，則可可采用分裝裝式底座。。底座結構a_f為整體式底底座；g-h為分體式底底座。4.7安裝底蓋安裝底蓋采采用螺栓等等緊固件，，上與機架架相連，下下與凸緣法法蘭（或底底座）連接接，是整個個攪拌傳動動裝置與容容器連接的的主要連接接件。安裝底蓋的的公稱直徑徑與凸緣法法蘭的公稱稱直徑相同同。形式選選取時，注注意與凸緣緣法蘭的密密封面配合合（凸面配配凸面，凹凹面配凹面面）。4.8凸緣法蘭凸緣法蘭一一般焊接于于發(fā)酵罐上上封頭上，，用于連接接攪拌傳動動裝置，也也可兼作安安裝、檢修修、檢查用用孔。凸緣緣法蘭分整整體和襯里里兩種結構構形式，密密封面分為為凸面（R）和凹面（（M）兩種，結結構及主要要尺寸見圖圖及表。注意：如果果選擇底座座，就不需需要凸緣法法蘭！凸緣法蘭的的結構及主主要尺寸5.密封裝置軸封是機械械攪拌通風風發(fā)酵罐的的一個重要要組成部分分，其任務務是保證反反應器處于于正壓操作作，防止發(fā)發(fā)酵液泄露露和污染雜雜菌。發(fā)酵酵罐軸封屬屬于動密封封，軸封要要求較高，，因此一般般采用機械械密封（下下伸軸為單單端面，上上伸軸采用用雙端面））。機械密密封分為平平衡型和非非平衡型兩兩大類，常常用的機械械密封裝置置已有標準準系列，可可根據要求求計算并選選用。已知軸徑為70mm的軸，確定動動、靜環(huán)結構構尺寸。取靜環(huán)內徑D1=70+2×2=74mm.取端面寬度為為5mm，則靜環(huán)外徑徑為74+2×5=84mm，靜環(huán)呈錐形形，一般高為為50～60mm，取為60mm.錐底外徑比端端面外徑大8～10mm，現取為10mm，則錐底外徑徑為94mm，摩擦面積=0.785×（8.42-7.42）=12.4cm2.動環(huán)外徑比端端面外徑大2～10mm，取外徑=84+10=94mm.取動環(huán)內徑比比軸徑大1mm，則動環(huán)內徑徑=70+2××1=72mm。動環(huán)上端內內徑根據密封封圈材料決定定，一般取6～7mm，現取7mm.則動環(huán)上端內內徑為70+7×2=84mm.動環(huán)高一般為為30～250mm,現取為50mm.端面光潔度對對硬材料取▽▽10～▽11，對軟材料取取▽8～▽9。端面平直度度對液體密封封要求為0.0006～0.0009mm，對氣體密封封要求為0.0001～0.0004mm。密封裝置結構構尺寸確定舉舉例標準釜用機械械密封的標記記舉例如下：：201DgMkT2-50/0.25HG5-754-78表示：動環(huán)材材料為不銹鋼鋼堆焊硬質合合金，靜環(huán)材材料為浸漬呋呋喃石墨，與與介質接觸材材料零件為碳碳鋼，密封圈圈材料為硅橡橡膠，軸徑d等于50mm，Pg=0.25Mpa，標準代號為為：HG5-754-78的單端面大彈彈簧非平衡型型機械密封。。6.法蘭選擇用于發(fā)酵罐上上的法蘭有容容器法蘭和管管法蘭。對應應有不同的標標準。壓力容容器法蘭分平平焊法蘭與對對焊法蘭兩類類。平焊法蘭分甲甲型和乙型兩兩種，其中甲甲型平焊法蘭蘭使用最廣泛泛。6.1容器法蘭壓力容器法蘭蘭的公稱直徑徑與壓力容器器的公稱直徑徑取同一系列列值，例如DN1000的壓力容器，，應當配用DN1000的壓力容器法法蘭。法蘭公稱壓力力的確定，與與法蘭的最大大操作壓力與與操作溫度以以及法蘭材料料有關。注意：并不是是所有組的設設計都需要容容器法蘭！試為操作溫度度300℃，設計壓力0.6MPa的容器選配法法蘭。材料15MnVR按公稱壓力0.6MPa查取。材料20R按公稱壓力1.0MPa查取尺寸。而16MnR按公稱壓力0.60MPa,最大工作壓力力只有0.51，不能滿足要要求。6.2管法蘭與接管管接管與管法蘭蘭是用來與管管道或其他設設備連接的。。標準管法蘭蘭的主要參數數是公稱通徑徑（DN）和公稱壓力力（PN）。接管的伸伸出長度一般般為從法蘭密密封面到殼體體外徑為150mm。管法蘭分為：：板式平焊法法蘭（PN）、帶頸平焊焊法蘭（SO）、帶頸對焊焊法蘭（WN）等，法蘭密密封面形式主主要有突面（（RF）、凹凸面（（MFM）、榫槽面（（TG）種，附圖為為標準突面板板式平焊鋼制制管法蘭（HG20593-97）。7.發(fā)酵酵罐罐其其他他附附件件7．1進無無菌菌空空氣氣分分布布管管確定定進進空空氣氣管管的的結結構構形形式式以以及及空空氣氣管管的的管管徑徑。。一般般采采用用單單管管式式空空氣氣分分布布管管。。設計計內內容容：：進進空空氣氣管管直直徑徑、、結結構構尺尺寸寸等等。。壓縮空空氣通通風管管設計計舉例例已知培培養(yǎng)液液為20m3，通風風比（（空氣流流量與與發(fā)酵酵液體體積之之比）為0.2，發(fā)酵酵溫度度20℃℃，無無菌壓壓縮空空氣條條件為為：壓壓力3.5kg/cm2，溫度度25℃℃.計算空空氣流流量：：Qg=20×0.2=4m3/min計算壓壓縮空空氣流流量：：取通風風管內內壓縮縮空氣氣流速速為10m/s，則管管徑為為：選用?6