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1、 目录第一章 绪论1第二章 罐体几何尺寸的确定22.1夹套反应釜的总体结构22.2 几何尺寸的确定2第三章 罐体主要部件尺寸的设计计算53.1 罐体53.2 罐体壁厚53.5人孔和视镜63.6接口管6 3.6.1 管道接口 （采用法兰接口）6 3.6.2 仪表接口7第四章 冷却装置设计84.1 冷却方式84.2 装液量84.3 冷却水耗量94.4 冷却面积9第五章 搅拌器轴功率的计算105.1不通气条件下的轴功率P0105.2通气搅拌功率Pg的计算115.3电机及变速装置选用11第六章 结论12参考文献13第一章 绪论我设计的是一台30M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产糖化酶。糖化酶，也称葡萄糖
2、淀粉酶（EC3.2.1.3），主要用途是作为淀粉糖化剂。它与a-淀粉酶结合可将淀粉酶转化为葡萄糖，可供葡萄糖工业，酿酒工业和氨基酸工业等应用，是工业生产中最重要的酶类之一，也是我国产量最大的酶制剂产品。黑曲霉A.S.3.4309是国内糖化酶活性最高的菌株之一。糖化酶生产菌重要的有：雪白根霉，德氏根霉，河内根霉，爪哇根霉，台湾根霉，臭曲霉，黑曲霉，河枣曲霉，宇佐美曲霉，红曲霉，扣囊拟内孢霉，泡盛曲霉，头孢霉，甘薯曲霉，罗耳伏革菌。综合温度、PH等因素选择黑曲霉A.S.3.4309菌株，该菌种最适发酵温度为32-34，pH为4.5，培养基为玉米粉2.5%,玉米浆2%，豆饼粉2%组成。主要生产工艺过
3、程为如下：菌种用蔡式蔗糖斜面于32培养6天后，移植在以玉米粉2.5%,玉米浆2%.组成的一级种子培养基中，与32摇瓶培养24-36h，再接入（接种量1%）种子罐（培养基成分与摇瓶发酵相同），并与32通气培养搅拌24-36h，然后再接入（接种量5%-7%）发酵罐。发酵培养基由玉米粉2.5%,玉米浆2%，豆饼粉2%组成（先用a-淀粉酶液化），发酵温度为32，在合适的通气搅拌条件下发酵96小时酶活性可达6000uml-1 。发酵液滤去菌体，如有影响糖化效率的葡萄糖甘转移酶存在， 则通过调节滤液PH等方法使其除去，再通过浓缩将酶调整到一定单位，并加入防腐剂（如苯甲酸）。如制备粉状糖化酶，则可通过盐析或
4、加酒精使酶沉淀，沉淀经过压滤，滤泥再通过压条烘干，粉碎，即可制成商品酶粉。发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，以及搅拌装置，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20M3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視
5、图，和各种表达方式，有合理的选择比例，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。表1-1 发酵罐主要设计条件 项目及代号参数及结果备注 发酵菌种黑曲霉A.S.3.4309菌株根据参考文献1选取 工作压力0.3MPa由工艺条件确定 设计压力0.3MPa由工艺条件确定 发酵温度（工作温度）33根据参考文献1选取 冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定 培养基 玉米粉2.5%,玉米浆2% 豆饼粉2%组成 根据参考文献1选取发酵液密度由工艺条件确定发酵液黏度由工艺条件确定第二章 罐体几何尺寸的确定2.1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
6、艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，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=2.5，则H=2.5D初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（30M3） 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，根据设
7、计条件发酵罐的公称体积为30M3由公称体积的近似公式 可以计算出 罐体直径，D=2592.96862mm罐体总高度取整为6480查阅文献2 ，当公称直径时，标准椭圆封头的曲面高度，直边高度，总深度为，内表面积，容积可得罐筒身高 则此时，与前面的假设相近，故可认为是合适的发酵罐的全体积搅拌叶直径取，其中符合根据文献3搅拌叶间距底搅拌叶至底封头高度 表2-1大中型发酵罐技术参数公称容量 筒体高度 H(mm) 筒体直径 mm 换热面积 转速 r/min 电机功率 kw 10 3200 1800 12 150 7.5 21 4700 2200 21 154 30 30 6600 2400 34 180
8、 45 50 7000 2800-3000 38-60 160 55 60 8000 3000-3200 65 160 65 75 8000 3200 84 165 100 100 9400 3600 114 170 130 200 11500 4600 221 142 215 表2-2 30m3发酵罐的几何尺寸项目及代号 参数及结果备注公称体积30设计条件全体积32计算罐体直径2600计算发酵罐总高6500计算发酵罐筒体高度5100计算搅拌叶直径800计算椭圆封头短半轴长650计算椭圆封头直边高度40计算底搅拌叶至封头高度800计算搅拌叶间距1600计算第三章 罐体主要部件尺寸的设计计算3.
9、1 罐体考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式。因糖化酶是偏酸性（pH值为4.5），对罐体不会有太大腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR钢为材料，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。3.2 罐体壁厚，取D罐体直径（mm）p耐受压强 (取0.3MPa) 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，当 C10mm时，C3mm3.3 封头壁厚计算，取。Di罐体直径（mm） P耐受压强 (取0.3MPa)K开孔系数，取2.3 焊缝系数，双面
10、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）3.4 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：六平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2可知30M3发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶,叶径，则可以计算出盘径，叶高叶长3.5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，查阅文献，选取标准号为： HG21518-95、公称压力为2.5MPa、直径为500mm、高度为393mm的人孔， 开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴500
11、mm处视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了1个视镜，标准号HG21505-1992，直径为DN=100mm，高度为52mm，开在顶封头上，位于右边轴线离中心轴500mm处，与人孔位于同一水平线上3.6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：物料体积流量，则排料管截面积，又，得d=0.076m，取无缝钢管，查阅资料3，平焊钢管法兰HG20593-97，取公称直径80mm，。其他管道也是如此计算。3.6.1 管道接口 （采用法兰接口）进料口：直径角度与水平线夹角45度，开在封头上，大约人孔与视镜中间，角度垂直；排料口：，开在罐底中间通风管旁；进气口：，开在
12、封头上，角度与水平线夹角45度；排气口：，开在封头上进气口以封头跟人孔中心连线为对称轴的对称位置上，角度与水平线夹角45度；冷却水进、出口：，开在罐身，角度与水平线夹角45度；补料口：，开在封头上，角度与水平线夹角45度；取样口：，开在封头上，角度与水平线夹角90度；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：采用标准： 型号： 直径：，开在罐身上；溶氧探头：；pH探头：型；表3-1 发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果项目及代号参数及结果备注罐体材料16MnR钢由
13、工艺条件确定焊接方式双面缝焊接由工艺条件确定罐体筒壁厚计算封头壁厚计算搅拌器类型六弯叶涡轮式搅拌器根据参考文献3选取搅拌叶直径计算搅拌器层数3由工艺条件确定人孔1个，标准号HG21518-95根据参考文献3选取视镜1个，标准号HG21505-1992根据参考文献3选取进、排料口直径根据参考文献3选取进、出气口直径根据参考文献3选取冷却水进、出口直径由工艺条件确定补料口直径根据参考文献3选取取样口直径由工艺条件确定温度计装配式热电阻温度传感器Pt100 D100mm压力表液位计溶氧探头pH探头型第四章 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。夹套不能满足冷却要求，使用蛇管冷却，使用水作冷却介质。4.2 装液量 设计发酵罐装料系数：取80%发酵罐装料液体积：不计算下封头时的装液体积：装液高度：
