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1、编号 夹套发酵罐设计题目： 夹套发酵罐设计 机械工程 学院 过程设备与控制工程专业学 号 学生姓名 付永生 指导教师 崔政伟 专家 石秀东 副专家 目录一、 课程设计的目的和规定-3二、 课程设计的学时和学分-3三、 课程设计的重要内容1.夹套好氧发酵罐设计-32. 重要设备的工艺设计计算-3四、 计算及说明-5（一）搅拌装置的设计-51.传动装置的设计-5 （1）电动机的选型-5 （2）减速机的选型-6 （3）机架-62. 搅拌轴的设计-7 （1）搅拌轴的材料-7 （2）搅拌轴的结构-8（3）搅拌轴的强度校核-83. 联轴器的选取-94. 轴承3的选取及其轴承寿命的核算-95. 密封装置的选
2、取-106. 搅拌器的设计-10 （1）搅拌器的类型及应用场合-11（2）搅拌器的计算-127. 搅拌轴的临界转速-13（二）设备本体的设计-131. 罐体的设计-13（1）罐体，夹套的筒体，封头的直径，长度设计、计算-13（2）罐体及夹套的厚度计算及稳定性校核-15（3）罐体压力实验时应力校核及容积验算-182. 附件的选取-19（1）工艺接管及观测部件-19（2） 法兰的选取-20（3）人孔及手孔-21（4）传热部件的计算-21（5）挡板、中间支承、扶梯的选取-21（6） 设备支座设计-22参考文献-22一. 课程设计的目的和规定目的：通过开设本课程设计，可使学生全面综合应用机械CAD、热
3、工学、传热与传质、过程设备设计及化工机器等课程的知识，将理论和实践结合起来，使学生所学的知识得到更深刻的理解和升华规定：全面结识掌握传热的工程计算，化工设备的结构设计和强度计算，熟悉并掌握化工设备图的画法及有关的规范、标准和手册，为毕业设计打下坚实的基础。二. 课程设计的学时和学分学时：3 周学分：1.5三.课程设计的重要内容1.夹套好氧发酵罐设计设计参数及规定容器内夹套内工作压力/MPa0.150.12设计压力/ MPa0.180.15工作温度/50-7020设计温度/11080介质有机发酵液水腐蚀情况无无推荐材料304不锈钢304不锈钢搅拌器形式组合桨全容积/1 m3 /第一组100升 /
4、第二组30 升 /第三组操作容积/75%全容积/75%全容积/75%全容积/传热面积轴功率4 KW1.5-2.2 KW0.75-1.1 KW搅拌器的转速5060 r/min6080 r/min100 r/min搅拌器的传动形式顶部机械搅拌顶部机械搅拌底部磁力驱动机械搅拌接管表符号公称尺寸DN连接面型式用途a蒸汽入口b加料口C1c2视镜d温度计接口epH计接口f溶氧计接口g罐压压力表接口h取样口i压缩空气入口j放料口k冷凝水出口结构示意图见课本。温度、转速、pH、溶氧、消泡、补料、空气流压力、罐压2. 重要设备的工艺设计计算搅拌反映器重要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三部分组成。三个组成部分各起如下的
5、作用: 搅拌装置: 由传动装置、搅拌轴、搅拌器组成, 由电动机和皮带传动驱动搅拌轴使搅拌器按照一定的转速旋转, 以实现搅拌的目的。轴封: 为搅拌罐和搅拌轴之间的动密封, 以封住罐内的流体不致泄漏。搅拌罐: 罐体、加热装置及附件。它是盛放反映物料和提供传热量的部件。搅拌设备设计涉及化学工程和机械结构两个部分, 化学工程设计提出了机械设计的原始条件,即给出生产量、操作方式、最大工作压力最高工作温度、工作介质物性和腐蚀情况等。有时还需提出传热面的型式和传热面积、搅拌器的形式、搅拌的转速和功率, 对于机械设计, 应对搅拌设备的容积、搅拌装置、传动装置和轴封装置进行合理的选型，强度计算和结构计算、设计。
6、计算和说明（一）搅拌装置的设计1.传动装置的设计传动装置涉及电动机，减速机，联轴器及机架。（1）电动机的选型。由搅拌功率计算电动机的功率可根据公式Pd=(P+Pm)/ 计算，根据化工设备课程设计指导表7-7 传动机械效率取圆柱齿轮传动的效率1=0.95，轴承的传动效率为2=0.99，可求得组合装置的传动效率为。填料密封功率损失约为搅拌器的10%，Pm=2x0.1=0.2kw 本装置选用填料密封因此求电动机功率Pd=(P+Pm)/ =（2+0.2）/0 .875=2.514kw。查表机械手册表12-1，选取电机的尺寸如下：型号：Y132M2-8额定功率：3kw满载转速：710r/min堵转转矩：
7、2.0kw最大转矩：2.0kw质量79kg。（2）减速机的选型。立式减速器重要类型有摆线针轮减速器、齿轮减速器和带传动减速器三大类。在此通过计算选用齿轮减速器，其重要特点是传动比准确，使用寿命长，在相同速比范围内，较之于其他传动装置，具有体积小、效率高、制导致本低、结构简朴、装配检修方便等特点。齿轮减速器允许正反旋转，不允许承受外加轴向载荷或只允许在搅拌轴向力较小的场合，可用于有防爆规定的场合，与电动机直连供应。由化工设备课程设计指导表7-8减速器如下:根据转速n=6080 r/min，取n=80,则传动比为710/80=8.875，故可选用YK系列LC100二级圆柱齿轮减速器:传动比8.85
8、，中心距a=100，轴径d=40k6，输出轴许用转矩T=328Nm，轴承间距G=160，F=66，D=316，B=398，H=681，H=818，H”=495（3）机架立式搅拌设备传动装置大多是通过机架、安装底盖安装在搅拌设备封头上的。机架上端与减速器连接尺寸相匹配，下端采用螺柱与安装底盖连接。机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。机架一般有无支点机架，单支点机架，双支点机架。无支点机架的选用条件：电动机或减速机具有两个支点，并经核算确认轴承可以承受由搅拌轴传递而带来的径向和轴向载荷者；电动机或减速机有一个支点，但釜内设有底轴承，中间轴承或轴封本体设有可以作为支点的轴承，上下组成一对
9、轴支撑者。无支点机架一般仅合用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。减速器输出的轴联轴器形式为夹壳式联轴器或刚性凸缘联轴器。单支点机架单支点机架的选用条件：电动机或减速机有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷；搅拌容器内设立底轴承，作为一个支点；轴封本体设有可以作为支点的轴承；在搅拌容器内，轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点者。在不宜采用无支点或单支点机架的时候采用双支点机架，但减速器输出轴与搅拌轴之间必须采用弹性联轴器连接。按上述条件选用无支点机架J-A-50机座。轴径d=40，D1=340,D2=305,D3=270,D4=395,D5=360,D6=290,H=460,H1=248,b1=1
10、8,b2=20,f1=5,f2=6,n1=8,d1=18,n2=8,d2=18,s=10,质量33.1kg。2. 搅拌轴的设计搅拌轴的设计涉及材料的选用、结构拟定、支承条件拟定和强度计算等内容。（1）搅拌轴的材料搅拌轴的材料以45钢应用最广，当介质有腐蚀等规定期，应采用不锈钢材料。当搅拌轴分段安装时，搅拌轴和传动轴可根据其接触介质的情况，分别采用不同的材料。本发酵罐的腐蚀情况为无腐蚀，因此选用304不锈钢。（2）搅拌轴的结构搅拌轴的结构可采用实心轴或空心轴，结构形式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量以及与联轴器的连接规定而定，还要考虑腐蚀等条件。本发酵罐搅拌轴的结构型式选用实心直轴。（3）搅拌轴的强度校核a. 轴的强度计算，按扭矩计算轴的强度实心轴直径查表76，30MPa得=34.36mmb. 轴的刚度计算，按扭转角计算扭转的刚度实心轴直径对于合金钢一般传动和搅拌轴取得综上所述，取d=40mm。3. 联轴器的选取联轴器的选择：电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器，夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器等。在本发酵罐中采用刚性凸缘联轴器。查机械设计课程设计手册表8-2 凸缘联轴器，其重要尺寸如下：标准符号孔径公称转矩/Nm重要尺寸(mm)质量kg转动惯量/（kg.m2）DD1b
