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1、 .食品深加工类机械与设备 工艺设计（装料量5机械搅拌发酵罐设计） 设计小组：第2组 组 长：张超 组 员：田林亮 王金凯 张 亮 专 业：食品科学与工程 部 门：生物研发部 日 期： 2013年7月20日德州市鸿泰环保设备有限公司研发部 .页脚. 目 录1、 设计任务.22、 设计要求.33、 概述.34、 总体结构设计.44.1罐头设计.44.2罐头及封头的几何尺寸的计算.44.3罐头压力测试.64.4确定夹套的几何尺寸的计算.74.5夹套压力试验.85、 搅拌装置及附件设计.85.1搅拌轴计算.85.2搅拌器选型及分布.126、 传动装置的设计.146.1电动机选型.156.2减速器选型
2、.166.3联轴器选型.207、 其他辅助设备的选型.217.1支座的选择.217.2人孔的选择.237.3视镜的选择.237.4无菌空气通风管设计.237.5消泡器.24八、各自的设计任务.24一、设计任务 装料量5机械搅拌发酵罐设计设计参数和技术特性指标名称指标工作压力罐内0.3Mpa夹套（蛇管）内0.5Mpa工作温度罐内121夹套（蛇管）内150工作介质罐内轻微腐蚀性物料夹套内蒸汽装料量（m3）5传热面积（m2）传热面积由夹套结构确定，夹套高度不低于液位高度。搅拌器型式涡轮式搅拌器转速/rmp260（参考）搅拌轴功率kw6.5其它夹套换热时，至少应装四块挡板（根据需要设置）。罐体材料16
3、Mn H/D装料系数罐内料液密度1.01.30.70.91076Kg/m接管建议（推荐）出料口冷凝液出口蒸汽进口温度计插口视镜进料口人孔手孔Dg80Dg57Dg30Dg70Dg80Dg504001002、 设计要求1. 机械搅拌发酵罐计算及整体结构设计，完成设计说明书。（1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算；（2）进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核；（3）传动系统的设计计算：尽可能采用V带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算；（4）密封装置的选型设计；（5）选择支座形式并计算；（6）手孔或人孔选型；（7）选择接管、管法兰、
4、设备法兰；（8）设计机架结构；（9）设计凸缘及安装底盖结构；（10）视镜的选型设计；（11）消泡装置设计；（12）无菌空气分布管设计。2.绘制搅拌罐装配图(2号或3号图纸)。三、概述机械搅拌发酵罐是生物制药工厂常用类型之一，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。机械搅拌发酵罐可用于生产药用酵母、饲料酵母、活性干酵母、液体曲、谷氨酸、柠檬酸、抗生素、维生素、酶制剂、食用醋、赖氨酸等。机械搅拌发酵罐其实就是一种生物反应器，生物反应器是指为活细胞或酶提供适宜的反应环境，让他们进行细胞增殖或生产的装置系统。生物反应器为细菌的生长和
5、繁殖提供适宜的生长环境，促进菌体生产人们需要的产物。广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐内壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状态下混合、发酵，设备配备空气呼吸孔，CIP清洗喷头，人孔等装置。机械搅拌发酵罐主要由罐体、封头、夹套、联轴器、传动系统、消泡器等结构构成。 机械搅拌发酵罐的基本要求： （1）机械搅拌通风发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的利用率较高； （2）机械搅拌通风发酵罐能承受一定的压力； （3）要保证发酵液必须的溶解氧； （4）机械搅拌通风发酵罐应具有足够的冷却面积； （5）机械搅
6、拌通风发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌； （6）搅拌器的轴封应严密，防病量减少泄漏。 罐体的材料要根据发酵液对钢材腐蚀的程度来选择，此款机械搅拌发酵罐主要是用于食品的加工，其腐蚀程度相对较低，我们选择16Mn材料制作罐体、封头、夹套等。四、总体结构设计4.1罐体设计4.1.1确定罐头上下封头的形式 搅拌罐为立式容器,上封头选用标准椭圆形封头,下封头为了考虑排料选用无折边的锥形封头,并选取筒体高度H与筒体半径D1的比值为2:1；上、下封头也可相同。4.2罐体及封头的几何尺寸的计算4.2.1确定罐体的内径D（公称直径）和筒体的高度H选取搅拌罐装料系数为,已知装料量可得设备
7、总容积对于机械搅拌发酵罐，取高径比为初选筒体直径取D=1500mm,查手册的标准椭圆形封头的封头容积为，则公称容积估算筒体的内径 将计算结果圆整至公称直径标准系列，取筒体内径D=1500mm，查手册D=1500mm的标准椭圆形封头曲面高度h1=400mm，直边高度h2=40mm，封头容积Vb=0.513m3,表面积Fb=2.62m2,查手册得一米高筒体容积V1=1.767m3,表面积F1=4.71m3筒体高度圆整为2.9m演算实际高径比H/D=2.9/1.51.93复核结果基本接近2，满足要求。 4.2.2确定筒体的厚度食品液体对钢材的腐蚀性不大，温度不高，压力为低压，故可选用16Mn钢材,
8、查表16MnR钢b =510MPa，查表得厚度 设计温度121的许应力为170MPa。选取筒体内设计压力，同时还需判断是否需要考虑液体静压力：，超过设计压力的5%，应计算在内筒体的焊缝采用单面对接焊缝，局部无损伤，焊缝系数。因为市面上所出售的材料其厚度最小为3mm，所以我们取筒壁厚设钢板厚度在，则取负偏差 双面腐蚀度mm mm考虑安全裕量，取筒体的厚度为6mm4.2.3确定上封头的厚度所选取的筒体的上封头为标准椭圆形封头 对标准椭圆形封头 K=1mm负偏差上封头由于外无夹套，故无物料腐蚀，为了便于制造和焊接，封头常与筒体的厚度相同，即筒体和封头的厚度都为6mm。4.2.4下封头的厚度与高度根据
9、公称直径查相应标准椭圆封头的相关参数：曲面盖度： 直面高度：下封头装液的高度，超过设计压力的5%，应计算在内由结果取厚度附加量负偏差 双面腐蚀度 为了便于制造和焊接，封头常与筒体的厚度相同，即筒体和封头的厚度都为6mm4.3罐体压力试验采用水压试验，试验压力公式为屈服点强度，可见压力试验强度足够4.4确定夹套的几何尺寸的计算4.4.1确定夹套的直径和高度 表 夹套内径mm500-600700-18002000-3000+50+100+200对于筒体内径Di=7001800mm，夹套的内径，符合压力容器公称直径。根据夹套内径估算夹套高度: ，故符合。4.4.2确定夹套的材料和壁厚为便于制造，同样
10、选用16Mn为夹套材料，查表得厚度为616mm罐内温度150的许应力t=170MPa，选取夹套设计压力,夹套的焊缝采用单面对接焊缝，局部无损伤，焊缝系数。取负偏差c1=0.6mm，单面腐蚀取腐蚀余量c2=1mm。mmd=考虑安全裕量，选取夹套的壁厚为6mm。4.4.3确定夹套封头的厚度采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取c=1.6mmd封=考虑安全裕量，圆整到钢板规格厚度，并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头的壁厚均为6mm。4.5夹套压力试验采用水压试验，试验压力公式为屈服点强度，可见压力试验强度足够五、搅拌装置及附件设计5.1 搅拌轴计算搅拌装置的主要作用是混合和传质，即使通入的空气分散成气泡并与发酵罐充分混合，气泡细碎以增大气液界面，获得所需要的溶氧速率，并使生物细胞悬浮于发酵体系中，以维持适当的气液固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。为实现这些目的，搅拌装置的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向流动。 5.1.1搅拌器的结构形式与安装根据设计任务要求，我们采取推进式搅拌器，中心式安装。由于，取搅拌器直径为，圆整取根据发酵罐尺寸关系： 发酵罐尺寸关系图 我们通过初步计算，确定搅拌器层数为2层。搅拌器参数表我们可以得出搅拌器的一些参数：搅拌器直径DJ层数材料叶片500mm2层16M3片查表得转速为260r/min，由于其转速大于200r/min，所以需要进
