生物工程設(shè)備課程設(shè)計--75M3賴氨酸發(fā)酵罐設(shè)計

1、生物工程設(shè)備與原理 課程設(shè)計說明書題目：迤M3賴氨酸發(fā)酵罐設(shè)計院 系：生命科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級:75M-賴氨酸發(fā)酵罐設(shè)計任務(wù)書一、目的任務(wù)識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用這些知識分析和解決工程實際問 題的能力以及協(xié)作攻關(guān)的能力，為在學(xué)生掌握所學(xué)的工程制圖、化工 原理、生物工藝學(xué)、生物工程設(shè)備與原理等課程的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知 生物工程工廠設(shè)計專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文（設(shè)計）打下基礎(chǔ)。 二、設(shè)計題目與參數(shù)75m1的賴氨酸發(fā)酵罐設(shè)計設(shè)計參數(shù)和技術(shù)特性指標(biāo)：罐內(nèi)壓力0.15 MPa；夾套或蛇管壓力0. 25MPa；工作溫度：罐內(nèi)小于或等于120,蛇管或夾套小于等于150.工作介質(zhì)：罐內(nèi)輕微腐蝕性，蛇管或

2、夾套蒸汽（滅菌）；發(fā)酵溫度32傳熱面積按L bn!?/裝料量設(shè)計。攪拌器轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，攪拌器型式自定。H/DMX1.7-2.5；裝料系數(shù)r|取0. 60.8；通風(fēng)管通風(fēng)比（通氣 速率/發(fā)酵液體積）取0.5LOwm；發(fā)酵液密度為1076kg/,最大 粘度3義10-力 s/m2；冷卻水初始水溫25.三、設(shè)計任務(wù)及設(shè)計要求：進(jìn)行發(fā)酵罐的所有部件的計算及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成設(shè)計說明書。（1）進(jìn)行罐體及夾套（或內(nèi)部蛇管）設(shè)計計算（2）進(jìn)行攪拌裝置設(shè)計：攪拌器的選型設(shè)計；選擇軸承、聯(lián)軸 器，罐內(nèi)攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，攪拌軸計算和校核；（3）攪拌器功率（不通氣功率、通氣功率）、電機(jī)功率計算、傳 動系統(tǒng)的設(shè)計

3、計算：傳動設(shè)計采用V帶傳動；（4）密封裝置的選型設(shè)計（5）選擇支座形式并計算（6）手孔或人孔選型（7）選擇（進(jìn)料管、取樣管、冷卻水進(jìn)出口接管、排氣管、進(jìn) 氣管等）接管、管法蘭、設(shè)備法蘭。（8）設(shè)計機(jī)架結(jié)構(gòu)（9）設(shè)計凸緣及安裝底蓋結(jié)構(gòu)（10）空氣分布管、視鏡的選型設(shè)計（11）繪制發(fā)酵罐器裝配圖（A3號圖紙）。（12）每人撰寫總結(jié)1份。裝料量75 m3的（賴氨酸）發(fā)酵罐設(shè)計設(shè)計說明書1設(shè)計方案的擬定 2罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計2. 1罐體幾何尺寸的計算2. 2罐體幾何尺寸的驗算2. 3裝料量及裝料高度2. 4罐體材料2. 5罐體厚度2.6封頭壁厚的計算2.7罐體壓力計算3蛇管冷卻裝置1. 1冷卻方式53. 2

4、冷卻面積計算54. 3蛇管設(shè)計主要尺寸及固定55. 4蛇管進(jìn)出口設(shè)計64.攪拌器設(shè)計計算74.1 攪拌器選型和主要尺寸74. 2槳葉分布74. 3攪拌器的結(jié)構(gòu)形式與安裝74. 4攪拌器軸功率的計算84. 5攪拌軸設(shè)計96. 6攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的校核115通風(fēng)發(fā)酵罐的傳動裝置設(shè)計115.1電機(jī)的選擇115. 2減速機(jī)選型117. 3 V帶設(shè)計內(nèi)容及步驟125.4 聯(lián)軸器165.5 機(jī)架165.6 凸緣法蘭175.7 安裝底蓋186其它部件選型196. 3無菌空氣通風(fēng)管設(shè)計216. 4手孔及人孔226. 5支座226. 6視鏡256.7液面計266. 8儀表接口276. 9消泡器277.工藝設(shè)計計算

5、結(jié)果匯總及主要尺寸說明281設(shè)計方案的擬定本文對北京棒桿菌AS1. 563為原料合成賴氨酸的主要反應(yīng)設(shè)備作了設(shè)計 和計算，包括發(fā)酵罐的容積及主要部件尺寸的確定，攪拌器的選型及功率計 算，冷卻設(shè)備的計算等。我們組設(shè)計的是一臺751ns的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，發(fā)酵生產(chǎn)賴氨酸。經(jīng)查 閱資料得知生產(chǎn)賴氨酸的菌種有高絲氨酸缺陷、黃色短桿菌的蘇氨酸或蛋氨酸缺 陷、黃色短桿菌的高絲氨酸缺陷菌株，它們可分別積累賴氨酸50g/L、34g/L、 23g/L等，目前國內(nèi)所使用的賴氨酸生產(chǎn)菌主要有：中國科學(xué)院微生物研究所 的北京棒桿菌AS1. 563和鈍齒棒桿菌PI-3-2；上海工業(yè)微生物研究所選育的 黃色短桿菌AII

6、I：黑龍江輕工業(yè)研究所的241134：廣西輕工業(yè)研究所的 NO. G12-6 等。綜合溫度、PH等因素選擇北京棒桿菌AS1. 563菌種，該菌種最適發(fā)酵溫度 為32-34(, pH6. 5-7. 0,培養(yǎng)基為糖蜜、大豆餅粉。發(fā)酵罐主要由罐體和冷卻蛇管，以及攪拌裝置，傳動裝置，軸封裝置，人孔 和其它的一些附件組成。這次設(shè)計就是要對75m3發(fā)酵罐的幾何尺寸進(jìn)行計算： 考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料，確定罐體外形、罐體和封頭的壁厚： 根據(jù)發(fā)酵微生物產(chǎn)生的發(fā)酵熱、發(fā)酵罐的裝液量、冷卻方式等進(jìn)行冷卻裝置的設(shè) 計、計算；根據(jù)上面的一系列計算選擇適合的攪拌裝置，傳動裝置，和人孔等一 些附件的確定，完

7、成整個裝備圖，完成這次設(shè)計。這次設(shè)計包括一套圖樣，主要是裝配圖，還有一份說明書。而繪制裝配圖是 生物工程設(shè)備的機(jī)械設(shè)計核心內(nèi)容，繪制裝配圖要有合理的選擇基本視圖，和各 種表達(dá)方式，有合理的選擇比例，大小，和合理的安排幅面。說明書就是要寫清 楚設(shè)計的思路和步驟發(fā)酵罐主要設(shè)計條件項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注發(fā)醉產(chǎn)品賴氨酸設(shè)計要求發(fā)醉菌種北京棒桿菌AS1.563根據(jù)參考文獻(xiàn)選取罐內(nèi)壓力0. 15MPa設(shè)計要求蛇管及夾套壓力0. 25Ppa設(shè)計要求冷卻方式蛇管冷卻設(shè)計要求發(fā)醉溫度32設(shè)計要求發(fā)醉罐溫度120*C設(shè)計要求蛇管溫度150 T設(shè)計要求傳熱面積1. 5m2/m3設(shè)計要求攪拌器轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分標(biāo)準(zhǔn)型

8、攪拌器高徑比H/D2. 1設(shè)計要求裝料系數(shù)0.7設(shè)計要求通風(fēng)管通風(fēng)比1. Owm設(shè)計要求培養(yǎng)基玉米漿1.5%,豆餅粉2. 5%根據(jù)參考文獻(xiàn)選取發(fā)醉液密度p =1076kg/m5設(shè)計要求發(fā)醉液黏度p =3X1O_SN s/m2設(shè)計要求冷卻水初始水溫25 c設(shè)計要求2罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體由頂蓋、筒體和罐底組成，通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上，罐底常采用橢圓 形封頭，頂蓋在受壓狀態(tài)下操作，常選用橢圓形封頭。對直徑較小的種子罐，頂 蓋可采用薄鋼板制造的平蓋，并在薄鋼板上加設(shè)型鋼制的橫梁，用以支撐攪拌器 及其傳動裝置。頂蓋與罐底分別與筒體相連，罐底與筒體的連接采用焊接。筒體 與頂蓋的連接形式分為可拆連接和不可拆

9、連接，筒體內(nèi)徑Dl 1200mm,宜采用 可拆的法蘭連接，常采用甲型平焊法蘭連接。大型發(fā)酵罐一般采用焊接連接。2.1 罐體幾何尺寸的計算初步設(shè)計：設(shè)計條件給出的是發(fā)酵罐的公稱體積（751/）公稱體積V一一罐的筒身（圓柱）體積和底封頭體積之和全體積” 公稱體積和上封頭體積之和封頭體積V對二（#4）D2（hb+3D） 6V = （/4）D2Ho+O.15D3 （近似公式）假設(shè)H0/D=2L根據(jù)設(shè)計條件罐的公稱體積為75m3I 4VD « := 357Qnm計算罐體內(nèi)徑：、萬（H/D）取整為 3600111111查閱文獻(xiàn)，當(dāng)公稱直徑DN=3600mm時，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的曲面高%=900mm,

10、 直邊高度hb=40mm,總深度為H產(chǎn)940nun,容積 V封=S/4)D2(hb +-D)=0.785x0.362x(0.04+l/6x0.36)=6.511m3. 6計算罐體高度：H =Y+ = 6732nniY為1m高筒體的容積：Y為下封頭的容積取整為H=6800mm2. 2罐體幾何尺寸的驗算發(fā)醉罐的公稱體積：V=V + V? = D3 H + y,=O.785x3.62x6.8-H5.511=75.69m3發(fā)酵罐的全體積:Vo=Y +2V, = D2 -H + 2Vb=0.785x3.62x6.8-.5111x2=82.20 41113實際高徑比H:D = 6800皿】=189,復(fù)核結(jié)

11、果基本接近2,滿足要求。3600 inn2. 3裝料量及裝料高度裝料量：4 = 7% =57.541，( = 0.7)裝料高度：H。-VJ/Ym = (O 7x822O-6.511)/10.1788= 50132&nmHL = H0+Hf=501326+940= 595326mm，取=600QnmY為lm高筒體的容積；Y為下封頭的容積2.4罐體材料考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料和風(fēng)投材料，封頭結(jié)構(gòu)與罐體了 解方式。因賴氨酸是偏酸性，對罐體不會有太大腐蝕，所以罐體和封頭都使用 16MnR鋼為材料，封頭設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，因D>500min,所以采用雙面縫焊接 的方式與罐體連

12、接。2. 5罐體厚度PD -0.15x3600、t =4- C =4 3 = 5.47mm2cr-P 2xl37x 0.8-0.15取整為t=6mmD罐體直徑（n】in）P一耐受壓強(qiáng)（設(shè)計壓力取0.15MPa）0 一焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8,無縫焊取L01. 一罐體金屬材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150, 137MPa）C 一腐蝕裕度,當(dāng)b-CviOmm時,C=3mm2. 6封頭壁厚的計算裝料高度：Ho =（Z7 %-Vlt）/Ym =（0.7x8220-6.511）/10.1788= 501326mmY為1m高筒體的容積：Y為下封頭的容積發(fā)酵液產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)P=P

13、gh=1076X9. 8X5013=0.052Mpa 本設(shè)計采用設(shè)計壓力為安全網(wǎng)開啟壓力的L1倍。則下封頭設(shè)計壓力 P=L IX （0.052+0. 15） =0. 22Mpa»KPD2 0-0.5P+ 3 = 6.43mm0.95x0.22x36002xl37x 0.8-0.5x0.22取整t7minD罐體直徑（mm）P一耐受壓強(qiáng)（取0.15MPa）K-形狀系數(shù)，K=2 + （-）2 /6 = 0.95。一焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8,無縫焊取1.0o 一設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150, 137MPa）C 一腐蝕裕度，當(dāng)6-CviOmm時，C=3mm當(dāng)筒身壁厚

14、與封頭壁厚不一致時，應(yīng)取較大的值作為共同的壁厚，及筒身應(yīng) 與封頭的壁厚一致，且取較大值。所以最終取桶身壁厚和封頭壁厚t=td=7mni3. 7罐體壓力計算罐體壓力實驗校核，采用水壓試驗。試驗溫度t5,取20,屈服點強(qiáng) 度為235MPaMT= M此時，材料的許用應(yīng)力b = 137Mpa實驗公式為：Pt =L25P”二2.94xlOPa和PTuP + O.lSMPauZBSxl仃P(guān)a 司兩者中取最大耳= 2.94x102.(外加0.15MPa作為安全壓力)而且考慮下封頭靜壓：P, =X3gli= 1076x9.8x6000= 0.06dMPa 實驗壓力下筒體中的應(yīng)力：PTD + (td-O 2.9

15、4x105 x3600+(7-3)力仆小.a - -= 13 24MP a2(td-C)2x(7-3)b+P：,0.9x235MPa,所以在屈服點強(qiáng)度以內(nèi)，視為有效。表2-1罐體幾何尺寸表項目相關(guān)尺寸75m3設(shè)計要求罐體全容積82. 20m3計算罐體材料16MnR鋼根據(jù)設(shè)計選取罐體內(nèi)徑0 3600mm計算后按標(biāo)準(zhǔn)選取罐體直桶高6800mm計算罐體總高8680mm計算裝料高度6000mm計算封頭高度940mm計算封頭壁厚.nun計算H/D值1.89計算罐體壁厚.nun計算3蛇管冷卻裝置31冷卻方式發(fā)醉罐容量大，罐體的比表面積小。夾套不能滿足冷卻要求，使用列管或蛇 管冷卻，使用水作冷卻介質(zhì)。設(shè)計發(fā)

16、酵條件發(fā)酵條件：發(fā)酵液密度為1076kg/mS ,發(fā)酵溫度32C,冷卻水初始水溫25c.傳熱面積按L5mm3裝料曷設(shè)計。(77=0.7 )裝料量：V = >M=5754m357. 54ms的裝料量的傳熱面積為:A: 5 7.54x1.5= 86.3 hn24. 3蛇管設(shè)計主要尺寸及固定選取低壓流體輸送用焊接鋼管，其規(guī)格(GB390193),直徑為100/114mm.T A 8631L = 274.87m蛇管長度:Drp 3.14x0.1IRL= 275m已計算出發(fā)酵罐直徑D = 3600mn ：蛇管中徑與容器直徑之比Dc/D=0. 80;De = 3.6 x 0.80 = 2.88m蛇管

17、管子外徑與蛇管中徑之比Dco/Dc=0. 042;Deo = 2.88 x 0.042 = 0.12m每圈蛇管之間距與蛇管管子外徑之比Sc/Dco=l. 0;Sc = Dco= 0.12m蛇管距罐底的高度與容器直徑之比Hc/D=0. 10cHe = 3.6 x 0.10 = 0.36111每圈蛇管長度：L=7(DC)2+Se式中De蛇管圈直徑，mSc蛇管圈之間的距離取0. 12m;所以 L = J(3.14x 2.88f+ (0.12)2 w 9m蛇管總?cè)?shù)：N = t = £l = 30 取3 咽1 9考慮到蛇管中心直徑較大，圈數(shù)較多，采用(U型)法螺栓固定，并且采用三根支柱,碳鋼

18、角鋼規(guī)格L75X8。心蛇管高度與容器直徑之比Lc/D=1.00;臚Lc = 3.6 xl.00 = 3.6m)潮慢由2.3計算得筒體裝料高度5.0m,蛇管高度合適。國W3.4蛇管進(jìn)出口設(shè)計蛇管進(jìn)出口一般都設(shè)置在頂蓋上，有時考慮結(jié)構(gòu)上方便也可設(shè)置在筒體上。(a)用于蛇管與封頭一起抽出的情況；(b)可拆卸蛇管：(c)型結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠。(有襯里設(shè)備的蛇管進(jìn)出口結(jié)構(gòu)。®進(jìn)出口與頂蓋采用填料函密封： 型為適用于常壓設(shè)備。考慮到要采用機(jī)械密封裝置，擬采用 f型蛇管進(jìn)出口結(jié)構(gòu)。由6切蛇0選出匚姑構(gòu)4 ,攪拌器設(shè)計計算4.1攪拌器選型和主要尺寸漿式攪拌器的槳葉多為兩葉，有直槳、斜葉漿和孤葉槳之分

19、。攪拌器直徑與罐體 內(nèi)徑之比常取0.352.8。本次設(shè)計中選擇圓盤彎葉渦輪攪拌器，攪拌器直徑 D與罐體內(nèi)徑之比取1/3。槳葉材料選用：Q235-B扁鋼，槳葉數(shù)量z=6,初定槳葉 厚度 5 二 lOnnn o即：Dx=l/3D=l/3 x3600mm=l200mm.根據(jù)彎葉渦輪式攪拌器，槳徑Dk槳長L：槳寬b=20:5:4得：槳長 L=300mm,槳寬 b=240mm ；網(wǎng)盤直徑一般取，是槳徑的2/3,圓盤直徑為Dg=Dx X g=1200x | =800111111為保持一定的剛性及支持周邊的槳葉，取圓盤厚度為10mm.4. 2槳葉分布下層攪拌器與罐底的距離取C= (0.87.0) Di,JR

20、 C=lx D：=lx 1200 =1200nm兩攪拌器之間的距離s = (L52.5)D1取s= 2.5DX = 2.5 xl 200= 300Qnm為避免攪拌器工作時產(chǎn)生渦旋使攪拌器露在空氣中，因此第一個攪拌器距離料液 液面的高度不小于攪拌器外徑的L5倍：a >1.5Dx =1.5x1200=180011111,取最 終 a = 1800 nin4. 3攪拌器的結(jié)構(gòu)形式與安裝通過以上計算可得：罐徑 D = 360011111下層攪拌器與罐底的距離取C=1200mm兩攪拌器之間的距離S =3000mm罐體總高H=8.68m筒體裝料高度由23得Hr.Omm對于高徑比大的攪拌容器，采用單層

21、槳不能獲得好的混合能力時就需要采用多層 攪拌器由以上數(shù)據(jù)可取攪拌器設(shè)置為2層，其參數(shù)為：攪拌器直徑D|層數(shù)材料葉片1200mm2 IA16M6片其設(shè)置形式如右圖：H 罐總高.H。一罐身高.D罐徑.*Dr-攪拌葉輪直徑4 9c-下攪拌葉輪與罐底距.S-相鄰攪拌葉輪間距.94.4攪拌器軸功率的計算4.4.1 不通氣的情況下軸功率的計算 根據(jù)魯士頓公式：R=Np2D：已知在充分湍流狀態(tài)時，圓盤直葉渦輪攪拌器的功率準(zhǔn)數(shù)為Np= 4.7,轉(zhuǎn)速=100 (r/iiiin),發(fā)酵液粘度4 = 3乂1。玉 度112,發(fā)酵液密度耳=107翹/11/。Re =£l=(100/60)x1.2x1076=8

22、61x105/z3x10-3因Re"。,所以發(fā)酵系統(tǒng)在充分發(fā)醉狀態(tài)，查表有功率系數(shù)Np=4.7,故葉輪 不通氣時攪拌功率Po為Po =Npii3Pld15 =4.7x(100/60)3 x1076x1.25 =5&28Kw式中P0無通氣輸入的攪拌功率(W);Np功率準(zhǔn)數(shù)，式攪拌雷諾數(shù)的函數(shù)；n渦輪轉(zhuǎn)速(r/min),根據(jù)設(shè)計條件取100 (r/min)：Pi發(fā)酵液液密度，R=107&g/n】3；Di渦輪直徑(m);當(dāng)機(jī)械攪拌發(fā)酵反應(yīng)器的DQiw3,珥/0B3時需要校正:其中f時校正系數(shù)，它由下式?jīng)Q定:3600501312001200= 1.18P*= fP=1.18x

23、 58.28 = 68.77(Kw) 442兩層攪拌軸功率，通氣攪拌功率Pg的計算攪拌器設(shè)置為2層，其軸功率為：Pm - P * (0.4 4- 0.6ni) - 6 8 7 7 x (0.4 + 0.6 x 2) -11 a KV)一一式中m為攪拌器層數(shù)：根據(jù)設(shè)計Q取LOwm,罐壓為015Mpa,發(fā)酵溫度為32匕,發(fā)酵液密度為1076kg/m3, 則：Vo=VL X VVm=57 54 X 1 0=57.54m3/min=V0.()(0.0981+P+_HlX0 xlO-5*73+32、/0.0981、= 57.54x()x (r) = 16.47nr /min2730.0981+0.15

24、+ 0.5 x5.013xl076xl0"5根據(jù)Michal法計算:通氣功率PR X(修即=0.15 X (筆*>5 = 51.72RWVg10.47 '式中Pm通氣攪拌輸入的功率（KW）：C當(dāng) d/D=l/32/3 時,C 值為 0 1010 157 之間，式中 C 取。15n渦輪攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）：R渦輪攪拌直徑（m）；Q6通氣量（nf/min）：4. 5攪拌軸設(shè)計攪拌軸材料采用45鋼，下表是材料的一些參數(shù):材料A3、20A5、354510 Cr1 Cr 1312 2020 3030 4040 5218 2415 25確定攪拌軸的直徑：選擇攪拌器的材料為碳45鋼

25、，A為45鋼在121C,查表得在該條件下時的許應(yīng) 力為70MPa。同時P為軸的傳遞功率，在理想條件下，取軸的傳遞功率與通氣 攪拌輸入功率相等，即p= pg =51.72kw；攪拌軸的宜徑d的計算:圓整為d = 65nm 4. 5.1攪拌器支承尺寸圖根據(jù)經(jīng)驗軸的懸臂LI、軸徑d和兩軸承間距B應(yīng)滿足系列關(guān)系:L1/B<45;L1/d <40-50根據(jù)d=65mm得：L1/d = L1/65<40-50，< 260Qnm- 325Qnm取 Li=3200mni,則 B=800nun4.5.2底軸承由于攪拌軸較長，為了增加其穩(wěn)定性，需要設(shè)置底部軸承其結(jié)構(gòu)圖如下:攪拌軸的支撐常采

26、用滾動軸承。攪拌軸的滾動軸承通常根據(jù)轉(zhuǎn)速、載荷的大 小及軸徑d選擇，高轉(zhuǎn)速、輕載荷可選用角接觸球軸承：低速、重載荷可選用圓 錐滾子軸。4. 5. 3攪拌器的安裝攪拌器與軸的連接是通過軸套用平鍵或緊定螺釘固定，軸端加固定螺母。為 防螺紋腐蝕可加軸頭保護(hù)帽。4.6攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的校核轉(zhuǎn)速為100r/min,由于其轉(zhuǎn)速小于200r/min,所以不需要進(jìn)行攪拌軸臨界轉(zhuǎn) 速的校核。5通風(fēng)發(fā)酵罐的傳動裝置設(shè)計5.1電機(jī)的選擇根據(jù)攪拌功率Pm = 5L72KW選用電機(jī)時，應(yīng)考慮傳動裝置的機(jī)械效應(yīng)。p_Pm+PTPm一攪拌軸功率；丁一軸封摩擦損失功率；? 一傳動機(jī)構(gòu)；根據(jù)生產(chǎn)需要選擇三角皮帶電機(jī)。三角皮帶的效

27、率是0.96,滾動軸承的效 率是0. 995,滑動軸承的效率是0. 98,端面軸封摩擦損失功率為攪拌軸功率的1 %, 則電機(jī)功率：p = Pm +4=巴2x （1 +1%） = 5 5.8 IKw,查找相應(yīng)的電機(jī)功率，T 0.96x0.995x0.98選擇機(jī)型Y315M-8型，額定功率75Kw的電機(jī)。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表2-3：表2-3、電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)機(jī)型Y315LM-8額定功率Kw75額定電流A152轉(zhuǎn)速r/min740效率92.5最大轉(zhuǎn)矩1.6額定轉(zhuǎn)矩2.0質(zhì)量Kg10085. 2減速機(jī)選型根據(jù)電機(jī)的功率P=75KW、攪拌軸的轉(zhuǎn)速n=740r/min,傳動比1為740/100=7.4,選擇帶傳動減

28、速器其特點為：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，能防止過我，噪音小°但不適用于防爆場5.3 V帶設(shè)計內(nèi)容及步驟傳動機(jī)械0三加皮帶9095傘齒輪9095正齒輪9095渦輪（三線或四線）7090渦輪（雙線）60801）確定計算功率己知傳動額定功P： 75KW （ Y315M-8型電機(jī)）：小皮帶輪轉(zhuǎn)速川：740r/min：大皮帶輪轉(zhuǎn)速反：lOOr/niin；由下表得I：況系數(shù)Ka=L3：則設(shè)計功率 Pc：=KA P = 1.3x110= 97.5KWla以曳、直載修工|每天工作小廿款（hi<10126>16<101M6>16S：巷女為或小度修以升總工£老2LR

29、E、理心之力家三里久、總貞澧吟大相1.01.1u1.11213敢也交幼小三工筆ME不均勻上蒼）、遭網(wǎng)仄O- 5KV）,宜楚嗖X我宜三m，沒電或、至唐R削忸東，戰(zhàn)經(jīng)用，嚏木凡和木工償植1.1n1312131.4既愛交功咬*二式提H忙，住復(fù)式水泵 都三坡ft,亳叁七，生住譏、沖黃 K宋、尊攵也情、0克免、后跖機(jī) 國、sttwstr12131.41.41516京E交動歲氐桂忸（度茸孟摩士等）、S52仄俎魯、把君、營署）13141.5U16l.K機(jī)械工況系數(shù)表2）選擇V帶型號根據(jù)Pc = 97.5kw和111=74d /min,選擇V帶型號。查普型表，可得選擇SPD型V帶。3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑：帶輪結(jié)

30、構(gòu)小可使結(jié)構(gòu)緊湊，但另一方面彎曲壓力太大，使帶的壽命降低，設(shè)計時應(yīng)取小帶輪的基準(zhǔn)直徑Adg,d1nm的值查普通V帶基準(zhǔn)直徑圖得：怡YZABCDE205075125200500注：帶輪基盤基徑系列為 20. 214. 25. 28. 31$ 35.5. 40. 45. 50. 56. 63. 71. 75. S0. 85. 90.KM).106.112.118.I25,132.140.ISO.160.170.ISO.200. 212.224. 236.250.265.28。，3<M).315.33535,375-400-425-450.475.sw.530. 56aMM. 6W.670.7

31、10-750.800.9<M).ICXX).1060i. 1120. 1250.14(X1.1500.1600. 1800. 2000. 2240.2500c表V帶輪最小基準(zhǔn)直徑4 = 355111113考慮帶速不能偏低，所以取小帶輪的直徑dd =400mm;大帶輪的基準(zhǔn)直徑de = ±xddi x(1-0.02)=x400x(1-0.02)= 290Qnmih100取整為2900mm。4）驗算帶速：由V =/M 可知，維持適當(dāng)?shù)膸儆欣趥鲃雍脱娱L機(jī)器的壽命，所以帶速 60x100一般維持在V=5-25m/s內(nèi)為宜。則其帶速為：V = 21 = 3.14 X 40°

32、、74° = 15.49m/ s ,符合要求。60x10060x10005）初定中心距a。：由 0.7(% +dd2)< a。< 2(品 +dd。，即 231Omm<a0 < 680Qnm初定 a。=2500mm6)確定帶的基準(zhǔn)長度Lo：Ld0 a 2ao + y(ddl + dd2)+(d ddi) 24a0=2x 2500+ -(400+ 290。+ 0°°4一24x2500= 10806nm根據(jù)下表圓整后，取Ld=11200mm普通丫帶和窣V啼（基市寬度制）的基準(zhǔn)長度系列及帶長修正系數(shù)基淮長度K.L ITJftYZABCDESPZSP

33、ASPBSPC1UUU1. UbU. 89U. 84u. yU. 8511201.080.910. 860.930. 8712501. 110. 930. 880. 940. 890.8214001. 140. 960. 90.960. 910. 8416001.160. 990. 930.8410. 930.8618001. 181.010. 950.851.010. 950.8820001.030. 980.S81.020. 965 90.8122401.0610.911.050. 980.920. 8325001. 091.030.931.0710.940. 8628001. 111.0

34、50.950. 831.091.02U.960. 8831501. 131.070.970. 861.111.040.980.935501. 171. 10.980. 891. 131. 0610. 9240001.91. 131.020. 911.081.020. 9445001. 151.040. 930.91.091.040. 9650001. 181.070. 960. 921.060. 9856001.090. 980. 951.08163001.1210. 971. 11. 0271001.151. 0311. 121.0480001.181.061.021.141.0690001

35、.211. 081.051. 08100001.231. 111.071. 1112001.041. 11. 12125001. 171. 121. 14140001.21.15160001.221.18注；基港長度L按GB11544-89。 qa = ao +7） .確定中心距a：c 11200 -10806 r=2500 += 2697 nm安裝V帶是所需最小中心距和最大中心距amai：= a-0.015Ld = 2697-0.015x11200= 2529】ni小=a + 0.03Ld = 2697+0.03x11200= 3O3Anm8)小皮帶輪包角a：% = 18(f- dd2 dd

36、l x57.3° = 180°- 290°-400x57.3o = 126.9° a2697a >120。，符合要求。9）單根V帶額定功率均：主動輪轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)直徑 = 40Qnnh帶速v=15.49n】/s,由表查的Pi=16.45KWi"時，單根V帶額定功率增量AR：選擇D型V帶，主動輪轉(zhuǎn)速可=40r/min,傳動比i為740/100=7.4,由下表查 得蝴=0.62KW傳動比 L191.26 1.271.38 1.391.57 1.581.94 1.953.38 >=3.39 增量AP1（kw） 0330.40.470.530.5

37、80.62表單根普通SPD型V帶在主動輪轉(zhuǎn)速=730r/min時，i W1時傳動功率增加量AP】.包角修正系數(shù)Ka,由下表查的K&= 0.86“1180°175°170°165°160°155°150°1-5°140°135°130°125°120°110°100°90cK、10.990.980.960.950.930.920.910.890.880.860.840.820.780.740.69表包角修正系數(shù)Ka帶長修正系數(shù)K由表查得Kl

38、 =1.0210）確定V帶根數(shù):V帶根數(shù)z： z =Pc97.5(R +APJKa Kl (16.45 + 0.62)x0.86x1.02=6.68取整后，取z=7 （根），且z不大于10,符合要求。5.4聯(lián)軸器電動機(jī)或減速機(jī)輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通 過聯(lián)軸器連接，并傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩的。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大 類。攪拌軸分段時，其自身的連接必須采用剛性聯(lián)軸器。根據(jù)軸徑80nlm查閱資 料選取剛性凸緣聯(lián)軸器。電動機(jī)或減速機(jī)輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸 之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接，并傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩的。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸 器和彈性聯(lián)軸器兩大類。攪拌軸

39、分段時，其H身的連接必須采用剛性聯(lián)軸器。 根據(jù)軸徑65mm查閱資料選取GT-65型剛性凸緣聯(lián)軸器。其結(jié)構(gòu)圖如下：圖一一凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)3聯(lián)軸器尺寸閉/mm型號孔徑DgMm axDD：D：H：nr質(zhì)量GT-6565400020016011D264669.435kg5.5機(jī)架機(jī)架是安放減速器用的，它與安裝底座尺寸相匹配。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架有無支點機(jī)架、 單支點機(jī)架和雙支點機(jī)架。本次設(shè)備設(shè)計采用無支點機(jī)架。主要以及帶傳動的輸出軸（傳動軸的輸入軸） 直徑選用。攪拌軸直徑d=65mm°機(jī)架有關(guān)尺寸見表。單位/mm機(jī)架 型號H1H2H3H4輸入端接口輸出端接口町型D1D2D3Nl-nD4D5D6H質(zhì)量/kg

40、WJ653420663163604008T12350420460600965. 6凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于發(fā)醉罐上封頭上，用于連接攪拌傳動裝置，也可兼作安裝、檢修、檢 查用孔。凸緣法蘭分整體和襯里兩種結(jié)構(gòu)形式，密封面分為凸面（R）和凹面（M）兩種。凸 面優(yōu)點是安裝容易，密封性能較光滑面好，所以選擇凸緣法蘭。安裝法蘭時要求兩個法蘭保持平行，法蘭的密封面不能碰傷，并且要清理干凈。法蘭靠用螺栓將兩個法蘭盤拉緊與安裝底蓋緊密結(jié)合起來。附圖44 R嵬突面凸掾法蘭附圖45 M型凹面凸緣法蘭附表*6凸緣法蘭主果尺寸0公稱 立徑/心k由為船h.螺性義K：&GR盤M 9 數(shù) t紋463小h2卬2003

41、40295220245346548M202242192G63(2564.52503002452802G54453502803Go361226320304w325350533.5370(<43545400410565515430455285716M242646481462500430670620520560469082031025855667005308507806707206cli>014286419874572S5.59C。720104S990860920681101536M2730417945725根據(jù)選型表，選擇公稱直徑為700mm的凸緣法蘭，其尺寸如下公稱 直徑Kdi小d1

42、d：D6H1H2H3H1螺栓d.RIR2質(zhì) 量 Kg數(shù)量螺紋40051415643454848171M24246505051256264表凸緣法蘭的主要尺寸5. 7安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機(jī)架相連，下與凸緣法蘭（或底座）連接, 是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。安裝底蓋的公稱直徑與凸緣法蘭的公稱直徑相同。形式選取時，注意與凸緣法蘭 的密封面配合（凸面配凸面，凹面配凹面）。安裝底蓋采用螺柱等緊固件，上與幾架連接，卜與凸緣法蘭連接，是整個攪拌傳動裝 置與容器連接的主要連接。卜面是底蓋的尺寸參數(shù)：表底座的主要尺寸/mm底座公稱直徑機(jī)架公稱直徑d2kd5d6k2d7s400400

43、56551516-26415一一一50Wffi 4-7 RS和URS型安裝底，安校底僮公 辦備aUN航澳公a小(ftCh7)*1dy$200200340295822245-W402502M39535012-222904030030044540012-223205043250565sis162629。35012 M2。W>30032040012M2。40041S用改4 7 融的主貝尺寸mm圖安裝底蓋結(jié)構(gòu)圖6其它部件選型61密封裝置密封裝置是機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的一個重要組成部分，其任務(wù)是保證反應(yīng)器 處于正壓操作，防止發(fā)酵液泄露和污染雜菌。發(fā)酵罐軸封屬于動密封，軸封要求 較高，因此一般采用機(jī)械

44、密封（下伸軸為單端面，上伸軸采用雙端面）。機(jī)械密 封分為平衡型和非平衡型兩大類，常用的機(jī)械密封裝置己有標(biāo)準(zhǔn)系列，可根據(jù)要 求計算并選用。轉(zhuǎn)軸密封采用機(jī)械密封，機(jī)械密封是吧轉(zhuǎn)軸的密封從縱向改為徑向的密封，通 過動環(huán)和靜環(huán)兩個端面面的相互配合，并做相對運(yùn)動達(dá)到密封效果。機(jī)械密封的 泄漏率低，可靠性高，功耗小，使用壽命長。所以本發(fā)酵罐的設(shè)計采用機(jī)械密封。常用的機(jī)械密封裝置已有標(biāo)準(zhǔn)系列，可根據(jù)軸徑等要求直接選用。軸徑dD立D：0sK出ftHnM65653152802451854.5221001608-1816表機(jī)械密封的尺寸/mm對圖5 9 202勺標(biāo)電機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖機(jī)械軸封結(jié)構(gòu)6. 2法蘭選擇用于發(fā)

45、酵罐上的法蘭有容器法蘭和管法蘭。對應(yīng)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器法 蘭分平焊法蘭與對焊法蘭兩類。平焊法蘭分甲型和乙型兩種，其中甲型平焊法蘭 使用最廣泛。6. 2.1容器法蘭壓力容器法蘭的公稱直徑與壓力容器的公稱直徑取同一系列值，例如 DN1000的壓力容器，應(yīng)當(dāng)配用DN1000的壓力容器法蘭。法蘭公稱壓力的確定, 與法蘭的最大操作壓力與操作溫度以及法蘭材料有關(guān).由于我們組設(shè)計的發(fā)酵罐公稱直徑很大，所以不能采用容器法蘭。根據(jù)設(shè)計 要求選用焊接。6. 2. 2管法蘭與接管接管與管法蘭是用來與管道或其他設(shè)備連接的。標(biāo)準(zhǔn)管法蘭的主要參數(shù)是公 稱通徑（DN）和公稱壓力（PN）。接管的伸出長度一般為從法蘭密封面

46、到殼體外 徑為150mm。要求針對進(jìn)料管、取樣管、排料管、冷卻水（蒸汽）進(jìn)出口管、排空管、空 氣分布管等接管選擇管法蘭。以進(jìn)料口為例計算，設(shè)發(fā)酵醪液流速為：v = 1 m /s, 1小時排凈，發(fā)酵罐 裝料液體積:Vl=57. 54立方米物料體積流量：Q = vl/lh=57. 54/（3600*1）=0. 01598 立方米/秒則排料管載面積：F = Q/V=0. 01598/1=0. 01593平方米乂因為F=0.785，得D=0. 142M,曲無縫鋼管，查閱資料，平焊鋼管法蘭 HG20593-97,取公稱通徑為150mm。e150x4.5mm無縫管法蘭的尺寸是由法蘭的公稱直通徑DN,公稱壓

47、力PN確定的。本設(shè)計中采用鋼制法蘭結(jié)構(gòu)：設(shè)計選取的法蘭尺寸和結(jié)構(gòu)圖如卜.:公稱通徑DN=150mm鋼制管法蘭尺寸公稱通徑D1T管f外徑A連接尺寸六角頭螺瞼.螺柱密封面尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B坡U寬度b法蘭理論質(zhì)量KgDKLMTh1L1DF,150159265225188N1670902023201614. 65銅制管法蘭(摘自HG 20593 97)對圖4-12標(biāo)準(zhǔn)究而板式平焊框制管法蘭1 .進(jìn)料口：采用法蘭接【I,法蘭型號：管式平焊鋼制管型(HG2O593-97),接II百徑161 X4.5mm.大約在人孔與視鏡中間.角度垂克。2 .排料:采用法蘭接口,法蘭型號：管式平焊鋼制管型(HG2O5

48、93-97),接口直徑:161 X4.5mm.開在罐底中間通風(fēng)管旁。3 .進(jìn)氣11： (p 150X4. 5mm.開在封頭上，角度與水平線夾角45度4 .排氣門：(P 150X4. 5mm ,開在封頭上進(jìn)氣門以封頭很人孔中心連線為對稱軸的對稱位置 上，角度與水平線夾角45度。5 .冷卻水進(jìn)、出II：采用法蘭接II,法蘭型號：管式平焊鋼制管型(HG20593-97)接II直徑 (P 161X4. 5iraiu6 .補(bǔ)料口:(P 150X4. 5mm,角度與水平線夾角45度。7 .取樣11：(P 150X4. 5mm,開在封頭上：角度與水平線夾角90度6. 3無菌空氣通風(fēng)管設(shè)計確定空氣分布管的結(jié)構(gòu)

49、形式、材料以及空氣分布管的管徑。一般采用單管式空氣分布管。無菌空氣通風(fēng)管作用是向機(jī)械攪拌發(fā)酵罐內(nèi)吹 入無菌空氣，并使空氣分布均勻。發(fā)醉罐的裝料量為57.54m，通風(fēng)比(空氣流量與發(fā)酵液體積之比)為L0,發(fā) 酵溫度32,無菌壓縮空氣條件為：壓力3.5kg/cnR溫度25C.計算空氣流量：Qg=20 x 1.0=20m3/min計算壓縮空氣流量 V = 20x1.03/3.9 (273+25)/(27升 32)= 5.75m 八 3/nii) 取通風(fēng)管內(nèi)壓縮空氣流速為l(hn/s,則管徑為：d = J(5.75/(660.085x50)= 0.11m選用0110X4.0的20型無縫不銹鋼管，管外徑為118mm。6.4 手孔及人孔手孔和人孔的設(shè)置是為了設(shè)置安裝，拆卸，清洗和檢修設(shè)備的內(nèi)部裝置。手孔直徑一般為150200mm,應(yīng)使工人戴上手套并握有工具的手能方便的通 過。當(dāng)設(shè)備的直徑大于900mm，應(yīng)開設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。 圓形人孔制造方便，應(yīng)用比較廣泛，人孔的大小及位置應(yīng)以人進(jìn)出設(shè)備反方便為 準(zhǔn)則，對于反應(yīng)釜，還要考慮攪拌器的尺寸，以便攪拌器軸及攪拌器能通過人孔 放入罐內(nèi)。因為設(shè)備直徑大于900mln,所以開設(shè)人孔，其中圓形人孔