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1、设计50M3机械通风发酵罐，应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，产物是初级代谢产物，牛顿型流体，二级 发酵。发酵罐高径比为，生产场地为南方某地，蛇管冷却，初始水温：18C,出水温度 26 C。1.设计方案的拟定我设计的是一台50M机械搅拌通风发酵罐，发酵生产柠檬酸。经查阅资料（1），得知生产链霉素的菌种 有黑曲霉、温氏曲霉、梨形毛霉、淡黄青霉、二歧拟青霉、棒曲霉、泡盛曲 霉、芬曲霉、丁二烯酸曲霉、斋藤 曲霉及宇佐美曲霉、绿色目霉、黑粉霉等，综合生产能 力、菌种稳定性、传统经验等因素选择黑曲霉，该菌种 最适发酵温度为30C, pH为2-3，培养基为蔗糖发酵培养基，主要由蔗糖、硝酸铵、盐酸和水合硫酸镁
2、等所组成。发酵罐主要由罐体、封头、冷却蛇管、搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔和其它 的一些附件组成。 这次设计就是要对机械搅拌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，确 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，和人孔等一些附件的确定 ， 完成 整个装备图，完成这次设计。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，有合理 的选择比例，
3、大小，和合理的安排幅 面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤，把整个 设计的运算过程和相应的表格列明。表 1-1 发酵罐主要设计条件步骤项目及代号参数及结果备注1发酵困种黑曲霉根据参考文献【1】选取2工作压力由工艺条件确定3设计压力由工艺条件确定4发酵温度30 C根据参考文献【1】选取5设计温度150 C由工艺条件确定6冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定7培养基庶糖发酵培养基根据参考文献【1】选取由工艺条件确定8工作pH23由工艺条件确定9设定pH32 罐体几何尺寸的确定夹套反应釜的总体结构夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接 管和一些附件组 成。搅拌容器分罐
4、体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低 压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅 拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是 为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器 和传动轴等组成；轴封装置为动 密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一 起，构成完 整的夹套反应釜。2. 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=,则日= 初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（50m3） 公称体积 V -罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和n 21n 2V D hb 2D D Ho 50246o4n发酵罐全体积近似：（公称体积 上封
5、头体积） Vo-D2H 0.15D2可得罐体直径 D2879mm 取整 D=2900m， H=8120mm根据直径D查文献资料7可得封头总高度765mm封头体积，H =8120-765 X 2=6590mm0由此可得 D = 1/3D= 1/3X 2900=取整 970mmB = = X 2900=290mmS = 3Di=3 X 970=2910mmC = Di=970mmHa=x 2900=725mmHb=765-725=40mmhb椭圆封头的直边高度C -底搅拌叶至底封头高度Di 搅拌叶直径D-罐体直径B挡板宽度ha -椭圆圭寸头短半轴长度S 搅拌叶间距Ho -罐体直筒部位高度1-2-U
6、图 机械境样通曲 发醉诵的几何尼寸H 觸热离 h 截仓鹫D鸟高一蜒桎梶畀叶耗白径甘一科费世AS下 艸 叶驼马 底斷 占一相邻憧件叶轮剛駆表 2-1 大中型发酵罐技术参数公称容筒体高度筒体直换热面转速电机功量m3H（mm）径mm积m2r/mi n率kw10320018001215021470022002115430306600240034180455070002800-300038-60160556080003000-3200651606575800032008416510010094003600114170130200115004600221142215表 2-2 50m3 发酵罐的几何尺寸步
7、骤项目及代号参数及计算结果备注1公称体积50m3计算2全体积53.12 m3计算3D2900mm计算计算计算45678910HoBHaHb8120mm6190mm290mm2910mm970mm725mm40mm罐体主要部件尺寸的设计计算2.3.1 罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式因柠檬酸呈酸性（PH值为2-3），对金属罐体很容易腐蚀腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR钢, 内涂环氧树脂防腐，封头设计为标准椭圆封头，因D500mm 所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。2.3.2 罐体壁厚PDC（mm）2PD罐体直径（mmp-耐受压强（取0.25 29002 137 0.8 0.25
8、3 6.3(mm)-焊缝系数，双面焊取，无缝焊取c c 设计温度下的许用应力（150C，137MPakgf/c m2）（不锈钢焊接压力容器许用应力为2PDy C(mm)2 25 2900 2 3 二.3 10.6(mm)2 137 0.8D罐体直径（mr）P耐受压强（取y开孔系数，取C 腐蚀裕度，当S C10mm寸，C= 3mm 233封头壁厚计算-焊缝系数，双面焊取，无缝焊取(7 设计温度下的许用应力(不锈钢焊接压力容器许用应力为150C, 137MPaC 腐蚀裕度，当 S C10mm 寸， C= 3mm、挡板挡板宽度b取，装设46块即可满足全挡板条件。根据下式计算挡板数n0.1 Dn D
9、0.5由此可得 n=5式中b 挡板宽度，mmD罐内径，mm n挡板数，mm搅拌器采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅拌器层数，根据d确定h和b的值尺寸：六弯叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也 大；查阅文献3 可知 50m 3发酵罐采用 6-6-6箭叶式搅拌叶叶径：d=1000mm盘径： di= 13/20d=13/20 x 1000=650mm叶高： h = 20d =20 x 1000=175mm叶长:b = d= x 1000=250mm人孔和视镜 人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了 1个人孔，标准号为：HG21
10、520- 1995人孔(R- A 2707)，直径为600mm高度为 260mm开在顶圭寸头上，左边轴线位于离中心轴1000mn处视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2个视镜，标准号为 U, DN100AHG21505-1992直径为DN150mm高度为52mm开在顶封头上，位于俯视面左下45度和右上45度距 离中心轴线 1200mn 处接口管2.7.1 管道接口：（采用法兰接口）进料口：法兰型号为 排料口：法兰型号为 进气口：法兰型号为 排气口：法兰型号为 冷却水进、出口:补料口：法兰型号为取样口：法兰型号2.7.2 仪表接口 ：DN150,接管规格DN200,接管规格DN150,
11、接管规格DN150,接管规格89X 4mm 开在罐身;DN150,接管规格159 X, 开在封头上209 X,开在罐底。159 X, 开在封头上159 X,开在封头上159 X,开在封头上。DN65,接管规格，开在封头上。温度计:DN32mm压力表:DN25mm液位计:米用标准:HG5 1368 型号： R-61直径:550 (26014） mm ,开在罐身上;溶氧探头：TN-2509pH 探头：YP-100A表2-3发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果步骤项目及代号参数及结果备注1罐体材料16MnR 钢由工艺条件确定2罐体壁厚计算3封头壁厚计算4人孔个 DN600根据参考文献【2】选取5视镜两个
12、DN150根据参考文献【2】选取6搅拌器种类八箭叶根据参考文献【2】选取7搅拌器层数3层根据参考文献【2】选取8搅拌器直径1000mm根据参考文献【2】选取9进料直径 159X根据参考文献【3】选取10排料直径 159X根据参考文献【3】选取11冷却水进、出口 89 X 4mm根据参考文献【3】选取12进气口 159X根据参考文献【3】选取根据参考文献【3】选取根据参考文献【3】选取13排气口 159X根据参考文献【3】选取14补料口15取样口16温度计17压力表18液位19溶氧探头20PH探头 159XDN65mmDN32mmDN25mm 550（260 14）mmDN63mmDN60mm冷
13、却装置设计2.8.1 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。2.8.2装液量发酵罐装料系数：80%发酵罐装料液体积：v仁全体积x装料系数=乂 80%=m3不计算下圭寸头时的装液体积：v柱=v1-下圭寸头体积V1兀D贮D4b42.52.922 10.046 2.939.0m35.91m装液高度：A v 柱 / 0.785 D 39.0/(0.785 2.9 )单位时间传热量=发酵热 x 装料量，即：Q = q 发 x=11700X = 105 m3表2-4各类发酵液的发酵热青霉素丝状菌23000青霉素球状菌13800链霉素18800
