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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 63.6.1管道接口（采用法兰接口） 63.6.2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 1 1第六章 结论 13参考文献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
2、生产糖化酶。糖化酶，也称葡萄糖淀粉酶（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、H等因素选择黑曲霉A.S.3.4309菌株，该菌种最适发酵温度为32-34C, pH为4.5,培养基为玉米粉2.5%，玉
3、米浆2%，豆饼粉2%组成。主要生产工艺过程为如下：菌种用蔡式蔗糖斜面于32C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32C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32C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32C，在合适的通气搅拌条件下发酵96小时酶活性可 达 6000u ml-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
4、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
5、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）33C根据参考文献1选取冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定咖氓甘培养基玉米粉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P = 1020kg / m3由工艺条件确定发酵液黏度卩=1.96 x 10 -3
6、 N - s / m2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
7、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 V 公称体积和上封头体积之和0n1 ）V = D 2H + 2h+ D0 4I b6 J封头体积（近似公式）nnn1V =-D 2 h + D 2 h = D 2（h + D）14 b 6 a 4 b 6假设Ho/D = 2，根据设计条件发酵罐的公称体积为30M3由公称体积的近似公式V丄;4）D2H0十0.15D3可以计算出罐体直径，D=2592.96862mm罐体总高度 H = .2.5D = 6482.4216mm取整为6480查阅文献，当公称直径DN = 2600mm时，标准椭圆封头
8、的曲面高度h = 1/4D = 575mm，直边高度h = 40mm，总深度为Hf = 690mm，内表面积Af = 7.65加， bff容积 Vf = 2.51 m3可得罐筒身高H 0 = H - 2 Hf = 6480 - 2 x 690 = 5100mm则此时 H 0/ D = 5100/2600 = 1.961538462，与前面的假设 H。/D = 2 相近，故可认为D = 2600mm是合适的发酵罐的全体积V = n/D2H0 + 2Vf = n/4x 26002 x5100 + 2x 2.51 = 32.097m3 沁 30.0m3搅拌叶直径取 D. = 800mm，其中 D /
9、 D = 800/2600 沁 0.31 符合 D / D = 1/21/3i1i根据文献搅拌叶间距S = 2 D. = 2 x 800 = 1600mmi底搅拌叶至底封头高度C = D. = 800mmiffi 1-2-11机械搅拌遢凤境醉flf的儿甸尺寸2鹰门一狂叶卷与鑒底距3柏郸権岸叫總向聊表2-1大中型发酵罐技术参数公称容量筒体高度筒体直径换热面积转速电机功率m3H(mm)mmm2r/minkw1032001800121507.521470022002115430306600240034180455070002800-300038-60160556080003000-320065160
10、6575800032008416510010094003600114170130200115004600221142215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m330设计条件全体积m332计算罐体直径mm2600计算发酵罐总高mm6500计算发酵罐筒体高度mm5100计算搅拌叶直径mm800计算椭圆封头短半轴长mm650计算椭圆封头直边高度mm40计算底搅拌叶至封头高度mm800计算搅拌叶间距mm1600计算第三章罐体主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，封头结构、与罐体连接方 式。因糖化酶是偏酸性（pH值为4.5）,
11、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。D 罐体直径（mm）p 耐受压强（取03MPa）焊缝系数，双面焊取0.8。设计温度下的许用应力（kgf/c m2） （16MnR钢焊接压力容器许用应力为150C,170MPa） C 一腐蚀裕度，当 6 C10mm 时，C = 3mm3.3封头壁厚计算D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150C, 170MPa）3.4搅拌器采用涡轮式搅拌器，
12、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；查阅文献可知30M3发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶，叶径d = 800mm， 则可以计算出盘径 di = 0.75d = 600mm，叶高 h = 0.3d = 240mm图6-1通用的涡轮式搅拌器hbd-:d = 4 : 5 :13:20hbd-:d = 4 :5.5:13:20ehb:d1:d=3:3.5 :5 :13 : 20a=38r弯=(1/2)d-r箭=(1/4)d1dl .da-六平叶b-六弯叶c-六箭叶叶长 b 二 0.25d 二 200m
13、m3.5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500mm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v = 1m / s， 2h排尽。发酵罐装料液体积：V = xv = 0.8 x 32
14、 = 25.6m310物料体积流量 Q 二 V /2h 二 25.6/（3600 x 2）= 0.00356m2 /s，1则排料管截面积 F 二 Q / v 二 0.00356/1 二 0.00356m2，又F = 0.785d2，得d=0.076m，取无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰HG20593-97, 取公称直径80mm， 80 x 4mm。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： 80 x 4mm，开在罐底中间通风管旁；进气口： 80x4mm，开在封头上，角度与水平线夹角45度；排气口： 80 x 4mm ，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： 80x4mm，开在罐身，角度与水平线夹角45度；补料口： 80x4mm，开在封头上，角度与水平线夹角45度；取样口： 80x 4m
