15立方米通風(fēng)式發(fā)酵罐設(shè)計課程設(shè)計

15立方米通風(fēng)式發(fā)酵罐設(shè)計課程設(shè)計#公稱體積m3 15 設(shè)計條件全體積m3 15.14 計算罐體直徑mm 2000 計算發(fā)酵罐總高mm 5154 計算發(fā)酵罐筒體高4000 計算度mm攪拌葉直徑mm 700 計算橢圓封頭短半500 計算軸長mm橢圓封頭直邊50 計算高度mm底攪拌葉至封700 計算頭高度mm攪拌葉間距mm2100 計算3主要部件尺寸的設(shè)計計算3.1罐體考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料和風(fēng)投材料，封頭結(jié)構(gòu)與罐體了解方式。因賴氨酸是偏酸性，對罐體不會有太大腐蝕，所以罐體和封頭都使用16MnR鋼為材料，封頭設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，因D>500mm，所以采用雙面縫焊

接的方式與罐體連接。3.1.1罐體筒壁厚opD 0.3x20005= +C（mm）= +3=5.208mm,取6mmi2［o蚱一p 2x170x0.8-0.3D—罐體直徑（mm）p一耐受壓強（設(shè)計壓力，MPa）”一焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8,無縫焊取1.0［。］一罐體金屬材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150℃,137MPa）C一腐蝕裕度，當(dāng)6—C<10mm時，C=3mm3.1.2封頭壁厚的計算?KPD, - 2.3x0.3x2000t= i +Cmm= +3=9.3mm,取10mmd2［o］t—0.5P 2x137x0.8-0.5x0.3D—罐體直徑（mm）p一耐受壓強（取0.3MPa）K一開孔系數(shù)，取2.3“一焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8,無縫焊取1.0［。］一設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150℃,137MPa）C一腐蝕裕度，當(dāng)6—C<10mm時，C=3mm圖6T通用的渦輪式攪掛寄h!b!d-!d=4j&j13圖6T通用的渦輪式攪掛寄h!b!d-!d=4j&j13!.20h:b: : =4 -13:20e;h;b J.5;d;13;2dr彎=(1/2)d-i■前=1采用渦輪式攪拌器，選擇攪拌器種類和攪拌器層數(shù)，根據(jù)d確定h和b的值。尺寸：六平葉渦輪式攪拌器已標(biāo)準(zhǔn)化，稱為標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器；攪動液體的循環(huán)兩大，攪拌功率消耗也大查閱文獻知15m3發(fā)酵罐采用6-6彎葉式攪拌葉徑d=670mm,則可以計算出盤徑d=0.75d=502.5葉高h(yuǎn)=0.3d=201

葉長葉長b=167.5圖3-1人孔和視鏡人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。本次設(shè)計只設(shè)置了1個人孔，查閱文獻，選取標(biāo)準(zhǔn)號HG21518—97、公稱壓力為2.5MPa、直徑為500mm、高度為393mm的人孔，開在頂封頭上，位于左邊軸線離中心軸500mm處。視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計設(shè)置了2個視鏡，標(biāo)準(zhǔn)號HG21505—1992,直徑為DN=100mm,高度為52mm,開在頂封頭上，位于右邊軸線離中心軸500mm處，與人孔位于同一水平線上。接口管以進料口為例計算:液體進料流速一般為u=1?l.5m/s,取u=lm/s,1.3h液體進料流速一般為u=1?l.5m/s,取u=lm/s,1.3h排盡。取發(fā)酵罐裝料系數(shù)為0.7,則發(fā)酵罐裝料液體積:V=10.5996m31物料體積流量：Q=V1/1.3=8.153m3/h則排料管的直徑d=14Q-='L3=53.7mmnu卜3600x3.14取無縫鋼管，查閱資料，平焊鋼管法蘭和HG20593-97,取公稱直徑50,@57X。其他管道也是如此計算管道接口(采用法蘭接口)進料口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型(HG20593-97),接口直徑，大約人孔與視鏡中間。角度垂直。排料口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型(HG20593-97),接口直徑,開在罐底中間通風(fēng)管旁。進氣口：@57X3.5,開在封頭上，角度與水平線夾角45度排氣口：@57X3.5，開在封頭上進氣口以封頭很人孔中心連線為對稱軸的對稱位置上，角度與水平線夾角45度。冷卻水進、出口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型(HG20593-97)接口直徑”57義3.5,角度與水平線夾角45度。補料口： @57X3.5,開在封頭上；角度與水平線夾角45度。取樣口：@57X3.5,開在封頭上；角度與水平線夾角9。度儀表接口溫度計；裝配式熱電阻溫度傳感器Pt100型，D=100mm,開在罐身上；壓力表；彈簧管壓力表(徑向型)，d=20mm,精度2.5,型：Y—250Z，開在封1頭上溶氧探頭：SE-N-DO-F；pH探頭：PHS型；液位計：采用標(biāo)準(zhǔn)：HG5-1368,型號：R6-1；法蘭型號：管式平焊鋼制管型(HG20593-97)3.5擋板擋板寬度：B=0.1D=200mm,裝設(shè)4—6個即可滿足全擋板條件。根據(jù)下式計算擋板數(shù)n：(D)n=(0DD)=0.5,由此可得n=5式中，B—擋板寬度，mm；D一罐內(nèi)經(jīng)，mm；n—擋板數(shù)表3-1發(fā)酵罐主要部件尺寸的實設(shè)計計算結(jié)果項目及代號 參數(shù)及結(jié)果 ^5 罐體材料 16MnR鋼 由工藝條件確焊接方式 雙面縫焊接 定罐體筒壁厚―封頭壁厚攪拌器類型攪拌葉直徑攪拌器層數(shù)人孔視鏡進、排料口直徑進、出氣口直徑冷卻水進、出口直徑補料口直徑取樣口直徑溫度計壓力表液位計

6mm10mm六彎葉渦輪式攪拌器700mm31個，標(biāo)準(zhǔn)號HG21522-972個，標(biāo)準(zhǔn)HGJ501-86-17巾57X3.5巾57X3.5巾57X3.5巾57X3.5巾57X3.5裝配式熱電阻溫度傳感器，

由工藝條件確定計算計算根據(jù)參考文獻[1]選取計算由工藝條件確定根據(jù)參考文獻[4]選取根據(jù)參考文獻[1]選取根據(jù)參考文獻[4]選取根據(jù)參考文獻[4]選取溶氧探頭 PtlOO型，由，藝條件確pH探頭D=100mm定擋板數(shù)Y-250Z 根據(jù)參考文獻擋板數(shù)R-61 [4]選取SR-N-DO-F 由工藝條件確PHS-2型 定5計算4冷卻裝置的設(shè)計4.1冷卻方式發(fā)酵罐容量大，罐體的比表面積小。夾套不能滿足冷卻要求，使用蛇管冷卻，綜合比較蛇管的冷卻效果好，在使用水作冷卻介質(zhì)是，選用蛇管。

4.2裝液量設(shè)計發(fā)酵罐的裝料系數(shù)：取70%發(fā)酵罐裝料液體積：V1=全體積X80%=15.138X0.7=10.5996m3不計算下封頭時的裝液體積：V柱=V1-下封頭體積兀 1 Vv-_D2(h+_D=10.5996-1.2043=9.3923m3柱14 、b6 4V 4V裝液高度：h=柱1兀D24x9.3923二2.99m兀*22單位時間傳熱量二發(fā)酵熱火裝料量Q=Q發(fā)義匕=33400*10.5996=354026.644表4—1各類發(fā)酵液的發(fā)酵熱發(fā)酵液 發(fā)酵熱(kj/m3?h)青霉素絲狀菌 23000 TOC\o"1-5"\h\z青霉素球狀菌 13800鏈霉菌 18800四環(huán)素 25100紅霉素 26300谷氨酸 29300賴氨酸 33400檸檬酸 11700酶制劑14700-18800

酶制劑冷卻水耗量354026.6二12079kg/h由實際情況選用進出口水溫為19￡、26oC,則354026.6二12079kg/hC(t-1) 4.187x(26-19)p2 1Q—單位時間傳熱量Cp—冷卻水的平均比熱，取4.187kJ/(kg?℃)t2-t1—冷卻水進出口溫度差對數(shù)平均溫度差，由工藝條件知tF=33oC,(t-1(t-1)-(t-1)_(33-19)-(66-26)―F 1 F 2—= t—t2.3031g-f一1t—tF2t1—冷卻水進口溫度t2一冷卻水出口溫度t發(fā)一發(fā)酵溫度33-192.303lg(____)33-26=10.1oC冷卻面積A=-Q-= 54026.8 =18.45m2,根據(jù)實際情況取整為20m2K-At 1.9x103x10.1m△tm一對數(shù)平均溫度差K—傳熱總系數(shù)，取1.9X103kJ/(m2?h?℃)A20L=一= 0一=127.39m,取整L=120m,分為四組，每組長L=30mnd3.14x0.05 od—蛇管內(nèi)徑，d=外徑一壁厚外徑取50—80mm,壁厚取3.5—5mm每圈蛇管長度l=.j(nD)2+h2"p l=.j(nD)2+h2"p pDp蛇管圈直徑，3mhp蛇管圈之間的距離，取0.15m每組蛇管圈數(shù)L30N=—=3-'3圈，則總?cè)?shù)為3X4=12圈pl9.3蛇管總高度H=(N-1)h=(12-1)*0.15:1.65mpp表4-215m3發(fā)酵罐冷卻裝置設(shè)計計算結(jié)果項目及代號 參數(shù)及結(jié)果 ^5 裝料系數(shù) 70% 由工藝條件確定裝料體積 10.5996m3 計算裝料高度 2.99m 計算總發(fā)酵熱 354026.6kJ/h計算冷卻水耗量 12079kg/h 計算冷卻面積 20m2 計算冷卻蛇管總長120m 計算度冷卻蛇管總高1.65m 計算15蛇管組數(shù)4組 由工藝條件確定每組蛇管圈數(shù)3圈 計算冷卻蛇管規(guī)格巾57X3.5 根據(jù)參考文獻[4]選取5攪拌器軸功率的計算5.1不通氣條件下的軸功率Po取發(fā)酵醪液黏度u=2.0X103,密度p=1080kg/m3,攪拌轉(zhuǎn)速3=200r/min則雷諾準(zhǔn)數(shù)3DP.（200/60）x0.73x1080一Re= 」l= =8.82X105>10000四 2.0x10-3因為ReN104，所以發(fā)酵系統(tǒng)充分湍流狀態(tài)，即有效功率系數(shù)N=4.7P魯士頓（RushtonJ.H.）公式:P=N33pD5=4.7X（200/60）3X1080X0.75=31.6kW0pLiP0—無通氣攪拌輸入的功率（W）；N一功率準(zhǔn)數(shù)，是攪拌雷諾數(shù)ReM的函數(shù)；圓盤六彎葉渦輪NP'4.7P■—渦輪轉(zhuǎn)速（r/min）；p—液體密度（kg/m3）因發(fā)酵液不同而不同，一般取800—1650kg/m3；LD—渦輪直徑（m）i對于多層攪拌器的軸功率可按下式估算：

P=P(0.4+0.6m)=3L6X(0.4+0.6X3)=69.52kwm攪拌器層數(shù)。通氣攪拌功率Pg的計算因為是牛頓流體，所以用以下公式計算69.522x200x703__14200000.0869.522x200x703__14200000.08)0.39=50kWP=2.25X10-3(_m———)0.39=2.25*10-3(g Q0.08Po-無通氣條件下的功率（kW）3-攪拌器轉(zhuǎn)速（r/min）Di-攪拌渦輪直徑（m）Q-通氣量（m3/min）,取1-6m3/min,通氣量的大小取決于菌種需氧量及發(fā)酵液黏度大小。電機及變速裝置選用根據(jù)攪拌功率選用電動機時，應(yīng)考慮傳動裝置的機械效率。P—攪拌軸功率gP一軸封摩擦損失功率，一般為1（/PT fCiT 0gn—傳動機構(gòu)效率根據(jù)生產(chǎn)需要選擇三角皮帶電機。三角皮帶的效率是0.92,滾動軸承的效率是0.99,滑動軸承的效率是0.98,端面軸封摩擦損失功率為攪拌軸功率的1%,則電機的功率X（1+1%）P+P 50P=——T= x（1+1%）=56.58kWn0.92x0.99X0.98攪拌軸直徑d=Ax（P/n）1/3,n為轉(zhuǎn)速（單位為轉(zhuǎn)/分），系數(shù)A可以取97-149,取A=100,已知P=56.58kW,n=200rpm,則得d=100X(56.58/200)i/3=65.64mm,根據(jù)文獻選軸徑為70mm。

表2-4發(fā)酵罐攪拌功率的設(shè)計計算結(jié)果項目及代號~~參數(shù)及結(jié)果w 200r/min 根據(jù)參考文獻不通氣條件下的軸功率多層攪拌器軸率通氣量通氣攪拌功率電機的功率電機的選擇31.6kW69.52kW不通氣條件下的軸功率多層攪拌器軸率通氣量通氣攪拌功率電機的功率電機的選擇31.6kW69.52kW1.42m3/min50kW56.58kW軸徑傳動裝置三角皮帶型號型號Y280S-8,功率55kW轉(zhuǎn)速740r/min70mm三角皮帶。乂6根[3]選取計算計算由工藝條件確定計算計算根據(jù)參考文獻[3]選取根據(jù)參考文獻[3]選取根據(jù)參考文獻[3]選取根據(jù)參考文獻[3」選取小皮帶輪直徑①300mm 根據(jù)參考文獻[3]選取大皮帶輪直徑①1100mm 根據(jù)參考文獻[3]選取6設(shè)計小結(jié)在此次課程設(shè)計中，我設(shè)計了機械通風(fēng)發(fā)酵罐，該反應(yīng)器利用北京棒桿菌AS1.563菌種進行賴氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)，發(fā)酵溫度為33C，反應(yīng)器的材料為16MnR鋼；采用渦輪六彎葉式三層攪拌器，利用55kW的電動機通過70mm的軸驅(qū)動；冷卻方式為蛇管冷卻，冷卻蛇管總長為120m，分為4組。通過這次設(shè)計，我學(xué)會怎么設(shè)計機械通風(fēng)反應(yīng)器，并學(xué)會一些