机械搅拌通风发酵罐设计方案

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1、1 设计方案的拟定我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产有机酸。设计基本根据（1）、机械搅拌生物反映器的型式通用式机械搅拌生物反映器，其重要构造原则如下：高径比：H/D=1.7-4.0搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4搅拌器直径：Di=D/3搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却替代挡板（2）、反映器用途用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下：装料系数：种子罐0.50-0.65 发酵罐0.65-0.8发酵液物性参数：密度1080

2、kg/m3 粘度2.010-3N.s/m2 导热系数0.621W/m. 比热4.174kJ/kg.高峰期发酵热3-3.5104kJ/h.m3溶氧系数：种子罐5-710-6molO2/ml.min.atm 发酵罐6-910-6molO2/ml.min.atm原则空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm 发酵罐0.2-0.4vvm（3）、冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20冷却水出口温度：23-26发酵温度：32-33冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa发酵罐重要由罐体和冷却列管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其他的某些

3、附件构成。这次设计就是要对200M3通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，拟定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等某些附件的拟定,完毕整个装备图，完毕这次设计。这次设计涉及一套图样，重要是装配图，尚有一份阐明书。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視图，和多种体现方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。阐明书就是要写清晰设计的思路和环节表-发酵罐重要设计条件项目及代号参数及成果备注发酵产品

4、有机酸工作压力0.4MPa由任务书拟定设计压力0.4MPa由任务书拟定发酵温度（工作温度）33根据任务书选用设计温度150由工艺条件拟定冷却方式列管冷却由工艺条件拟定发酵液密度由工艺条件拟定发酵液黏度由工艺条件拟定2 罐体几何尺寸的拟定2.1发酵反映釜的总体构造 发酵反映釜重要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和某些附件构成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，重要由封头和筒体构成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴构成，其形式一般由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设立的，重要由电机，减速器，联轴器和传动轴等构成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料

5、密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的发酵反映釜。2.2 几何尺寸的拟定 根据工艺参数和高径比拟定各部几何尺寸；高径比H/D=4，则H=4D；初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（200M3） 公称体积V罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全体积V0公称体积和上封头体积之和封头体积 （近似公式）假设HL/D=3.9，根据设计条件发酵罐的公称体积为200M3由公称体积的近似公式可以计算出 罐体直径D=3964mm，罐体总高度H=4D=43964=15855mm，查阅文献【2】 ，当公称直径Dn=4000mm时，原则椭圆封头的曲面高度ha=1000mm，直边高度hb=50mm

6、，总深度为Hf=ha+hb，内表面积Af=17.9，容积Vf=9.02m，可得罐筒身高，HL=H-2Hf=15855-21050=13755mm则此时，与前面的假设不相近，又设HL/D=3.4，因此，则可知，D=4306mm，圆整取D=4140mm，H=4D=44140=16560mm，HL=H-2Hf=16560-21050=14460mm，与前面的假设相近故可觉得D=4140mm是合适的发酵罐的全体积由V=(/4)DHL+2Vf，得V=207.4m210 m搅拌叶直径:Di/D=1/3，Di=4140/3=1380mm搅拌叶间距S= Di=1380mm底搅拌叶至底封头高度C= Di=138

7、0mm3 罐体重要部件尺寸的设计计算3.1 罐体考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头构造、与罐体连接方式。因有机酸是偏酸性（pH值为4.5），对罐体不会有太大腐蚀，因此罐体和封头都使用16MnR钢为材料，封头设计为原则椭圆封头，因D500mm，因此采用双面缝焊接的方式与罐体连接。3.2 罐体壁厚其中C为壁厚附加量C=C1+C2+C3C1-钢板负偏差，其范畴为0.13-1.3，取C1=1mmC2-为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mmC3-加工减薄量，对冷加工C3=0，热加工封头C3=S010%；取C3=0，代入上式C=1+2+0=3mmD罐体直径（mm）p耐受压强 (

8、取0.4MPa) 焊缝系数，双面焊取0.8 设计温度下的许用应力（kgf/c）（16MnR钢焊接压力容器许用应力为150，170MPa）C 腐蚀裕度 选用10mm的16MnR钢板制作查附表17知，D=4.14m，S1=10mm，H=16.56m每米筒重988，M筒=98816.56=16361.283.3 封头壁厚计算，圆整取S2=18mmD罐体直径（mm） p耐受压强 (取0.4MPa)y开孔系数，取2.3 焊缝系数，双面焊取0.8 设计温度下的许用应力（16MnR钢焊接压力容器许用应力为150，170MPa）选用18mm的16MnR钢板制作3.4 搅拌器采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅

9、拌器层数，根据d拟定h和b的值尺寸：六平叶涡轮式搅拌器已原则化，称为原则型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大；查阅文献2可知200m发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶搅拌叶轮直径Di=1380mm，盘径di=0.75Di=0.751380=1035mm，Di/L=4,则叶长L= Di/4=1380/4=345mm叶宽B= Di/5=1380/5=276mm3.5人孔和视镜人孔的设立是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设立了1个人孔，原则号为： 人孔RF（RG）450-0.6 HG21522-1995，公称直径450，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴750mm处视镜用

10、于观测发酵罐内部的状况。本次设计只设立了2视镜，直径为DN80，开在顶封头上，位于前后轴线离中心轴750mm处，标记为视镜 PN1.0 DN80 HGJ501-86-173.6接口管以进料口为例计算，设发酵醪液流速为，2h 排尽。发酵罐装料液体积：V1 =2100.75=157.5物料体积流量Q=V1/2=157.5/23600=0.022m/s，则进料管截面积F=Q/V=0.022/1=0.022，又，得，取无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰GB8163-87，取公称直径170mm，1805mm。以排气管为例计算如下：若压缩空气在0.4MPa如下，支管气速为2025m/s，原则通风比为0.20

11、.4vvm，为常温下20，0.1Mpa下的状况，要这算为0.4Mpa，33下。通风量Q1取大值。Q1= V10.4=157.50.4=63m/min=1.05 m/s运用气态方程式计算工作状态下的通风量Qf：取风速风管截面积 又，则气管直径d气为：因通风管也是进料管，故取两者的大值。取d=1855mm无缝钢管可满足工艺规定。复核：物料流量 ，管道截面积 ，在相似流速下，流过物料因管径较本来的计算成果大，则相应的流速低，则排料时间t=20.96=1.92h其她管道也是如此计算。3.6.1 管道接口 （采用法兰接口）进料口：直径1805mm，开在封头上，排料口：1805mm，开在罐底；进气口：18

12、05mm，开在封头上；排气口：1805mm，开在封头上；冷却水进、出口：1273mm，开在罐身；补料口：1805mm，开在封头上；取样口：1805mm，开在封头上；3.6.2 仪表接口温度计；装配式热电阻温度传感器Pt100型，D100mm，开在罐身上；压力表；弹簧管压力表（径向型），d1=20mm，精度2.5，型号：，开在封头上；液位计：采用原则： 型号： 直径：，开在罐身上；溶氧探头：；pH探头：型；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。夹套不能满足冷却规定，综合比较列管的冷却效果好，在使用水作冷却介质时，选用列管式冷却装置。4.2 装液量 设计发酵罐装料系数：

13、取75%发酵罐装料液体积：V1=21075%=157.5m不计算下封头时的装液体积：=157.5-9.02=148.48m装液高度：单位时间传热量发酵热装料量 即：Q=Q发V1=3.5104 157.5=5512500KJ/h4.3 冷却水耗量由实际状况选用进出口水温为 、，则Q单位时间传热量Cp冷却水的平均比热，取4.186 kJ/ (kg ) t2-t1冷却水进、出口温度差 对数平均温度差 ，由工艺条件懂得=， t1冷却水进口温度t2冷却水出口温度 发酵温度 4.4 冷却面积 对数平均温度差K传热总系数，取2090 kJ/(m2 h)冷却面积() A=dL 冷却列管总长度(m)： 冷却水的

14、流量W=164611.204/h则 取冷却水在列管中的流速=1m/s根据流体力学方程冷却管总截面积设冷却管管径为，组数为n又取n=4，则 取1273mm无缝钢管，d内=0.121m=121mm取冷却管总高度为L取每组15根，则每根长度冷却管的排列方式：取管间距2.5d外=2.50.121=0.3025m，列管与罐内壁的最小间距为0.3m罐外径D=4.14m，叶轮直径Di=1.38m叶轮外边沿到罐壁的距离为每组列管采用转角正三角形排列，每边排则5根管复核：正三角形的边长为40.30250.127=0.1537叶轮外边沿到罐壁的距离故采用转角正三角形符合规定且每组管管间距为0.3025m，列管与罐壁的最小间距为0.3m，四组管间采用转角正方形排列。由于采用列管式冷却，故无需挡板。