12立方米攪拌裝置畢業(yè)設(shè)計1

第頁1.2m3反應(yīng)釜設(shè)計摘要帶攪拌的夾套反應(yīng)釜是化學(xué)、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型反應(yīng)設(shè)備之一。它是一種在一定壓力和溫度下，借助攪拌器將一定容積的兩種（或多種）液體以及液體或氣體物料混勻，促進(jìn)其反應(yīng)的設(shè)備。一臺帶攪拌的夾套反應(yīng)釜。它主要由攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。本文主要介紹的時一種推進(jìn)式夾套反應(yīng)釜設(shè)計，包括整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度校核以及一些工藝設(shè)計。夾套反應(yīng)釜分罐體和夾套兩部分，主要有封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置有攪拌器和攪拌軸組成，其形式通常由工藝而定；傳動裝置主要有電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和傳動軸等組成；軸封裝置一般采用機(jī)械密封或填料密封；它們及支座、人孔、工藝接管等附件一起，構(gòu)成完整的夾套反應(yīng)釜。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)釜、筒體設(shè)計、夾套設(shè)計、法蘭、接管、焊縫、開孔補(bǔ)強(qiáng)

1.2m3reactordesignAbstractAstirredjacketedreactoristhechemical,pharmaceuticalandfoodindustriesinthetypicalreactiontooneofthedevicesused.Itisacertainpressureandtemperature,bymeansofastirrertoavolumeoftwo(ormore)ofliquidandtheliquidorgas,Bodymaterialmix,promotingthereactionofthedevice.Ajacketedstirredreactor.Itmainlyconsistsofmixingvessel,astirringdevice,transmissiondevice,theshaftsealingdevice,bearing,manholes,pipeconnectionandsomeaccessories.Thispaperdescribestime-jacketedreactoronekindpushdesign,includingtheoverallstructuraldesign,strengthcheck,andsomeprocessdesign.Jacketedreactortankandajacketoftwoparts,themaincompositionandthecylinderhead,mostlyinlowpressurevessel;stirringmeanswithastirrerandthestirringshaft,whoseformisusuallydeterminedbytheprocessand;transmissionmainmotor,reducer,couplingsanddriveshaftsandothercomponents;sealdevicecommonlyusedmechanicalsealorpackingseal;themwithsupport,manholes,andotheraccessoriestakeoverprocess,togetherconstituteacompletejacketedreactor.Keywords:reactor、cylinderdesign、jacketdesign、flange、receivership、welds,openingreinforcement

引言反應(yīng)釜的廣義理解即有物理或化學(xué)反應(yīng)的不銹鋼容器，根據(jù)不同的工藝條件需求進(jìn)行容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)配置，設(shè)計條件、過程、檢驗及制造、驗收需依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配反應(yīng)功能。壓力容器必須遵循GB150{鋼制壓力容器}的標(biāo)準(zhǔn)，常壓容器必須遵循NB/T47003.1-2009{鋼制焊接常壓容器}的標(biāo)準(zhǔn)。隨之反應(yīng)過程中的壓力要求對容器的設(shè)計要求也不盡相同。生產(chǎn)必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加工、檢測并試運行。不銹鋼反應(yīng)釜根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、操作條件等不盡相同，反應(yīng)釜的設(shè)計結(jié)構(gòu)及參數(shù)不同，即反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)樣式不同，屬于非標(biāo)的容器設(shè)備。不銹鋼反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型用戶和各種科研實驗項目的研究，用來完成水解、中和、結(jié)晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應(yīng)等工藝過程的容器。反應(yīng)釜是綜合反應(yīng)容器，根據(jù)反應(yīng)條件對反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設(shè)計。從開始的進(jìn)料-反應(yīng)-出料均能夠以較高的自動化程度完成預(yù)先設(shè)定好的反應(yīng)步驟，對反應(yīng)過程中的溫度、壓力、力學(xué)控制（攪拌、鼓風(fēng)等）、反應(yīng)物/產(chǎn)物濃度等重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控。

第1章緒論1.1反應(yīng)釜的用途反應(yīng)釜的廣義理解即有物理或化學(xué)反應(yīng)的不銹鋼容器，根據(jù)不同的工藝條件需求進(jìn)行容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)配置，設(shè)計條件、過程、檢驗及制造、驗收需依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配反應(yīng)功能。壓力容器必須遵循GB150{鋼制壓力容器}的標(biāo)準(zhǔn)，常壓容器必須遵循NB/T47003.1-2009{鋼制焊接常壓容器}的標(biāo)準(zhǔn)。隨之反應(yīng)過程中的壓力要求對容器的設(shè)計要求也不盡相同。生產(chǎn)必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加工、檢測并試運行。不銹鋼反應(yīng)釜根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、操作條件等不盡相同，反應(yīng)釜的設(shè)計結(jié)構(gòu)及參數(shù)不同，即反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)樣式不同，屬于非標(biāo)的容器設(shè)備。不銹鋼反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型用戶和各種科研實驗項目的研究，用來完成水解、中和、結(jié)晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應(yīng)等工藝過程的容器。反應(yīng)釜是綜合反應(yīng)容器，根據(jù)反應(yīng)條件對反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設(shè)計。從開始的進(jìn)料-反應(yīng)-出料均能夠以較高的自動化程度完成預(yù)先設(shè)定好的反應(yīng)步驟，對反應(yīng)過程中的溫度、壓力、力學(xué)控制（攪拌、鼓風(fēng)等）、反應(yīng)物/產(chǎn)五濃度等重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控。反應(yīng)釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復(fù)合材料。反應(yīng)釜可采用SUS304、SUS316L等不銹鋼材料制造。攪拌器有錨式、框式、槳式、渦輪式，刮板式，組合式，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)可采用擺線針輪減速機(jī)、無級變速減速機(jī)或變頻調(diào)速等，可滿足各種物料的特殊反應(yīng)要求。密封裝置可采用機(jī)械密封、填料密封等密封結(jié)構(gòu)。加熱、冷卻可采用夾套、半管、盤管、米勒板等結(jié)構(gòu)，加熱方式有：蒸汽、電加熱、導(dǎo)熱油，以滿足耐酸、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等不同工作環(huán)境的工藝需要。而且可根據(jù)用戶工藝要求進(jìn)行設(shè)計、制造。1.2反應(yīng)釜的常見類型根據(jù)反應(yīng)釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜三大類。反應(yīng)釜按材質(zhì)及用途可分為不銹鋼反應(yīng)釜,搪玻璃反應(yīng)釜。每一種結(jié)構(gòu)都有他的適用范圍和優(yōu)缺點。其主要類型有以下幾種：不銹鋼反應(yīng)釜不銹鋼反應(yīng)釜由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置、支承等組成。材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復(fù)合材料；根據(jù)反應(yīng)釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜三大類。不銹鋼反應(yīng)釜攪拌形式一般有錨式、槳式、渦輪式、推進(jìn)式或框式等，攪拌裝置在高徑比較大時，可用多層攪拌槳葉，也可根據(jù)用戶的要求任意選配.。不銹鋼反應(yīng)釜的密封型式不同可分為：填料密封機(jī)械密封和磁力密封。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導(dǎo)熱油循環(huán)加熱、外(內(nèi))盤管加熱等，冷卻方式為夾套冷卻和釜內(nèi)盤管冷卻。不銹鋼反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品，用來完成硫化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程的壓力容器，例如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、聚合釜等。搪玻璃反應(yīng)釜搪玻璃反應(yīng)釜是將含高二氧化硅的玻璃，襯在鋼制容器的內(nèi)表面，經(jīng)高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復(fù)合材料制品。因此搪玻璃反應(yīng)釜具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強(qiáng)度的雙重優(yōu)點，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設(shè)備。搪玻璃反應(yīng)釜技術(shù)規(guī)范：使用壓力：0.20.8Mpa。耐酸性：對各種有機(jī)酸、無機(jī)酸、有機(jī)溶劑均有較好的抗蝕性。耐堿性：搪玻璃對堿性溶液抗蝕性較酸溶液差。但將我廠搪玻璃試樣置于1N氫氧化鈉溶液腐蝕，試驗溫度80℃時間48h。操作溫度：搪玻璃設(shè)備加熱和冷卻時，應(yīng)緩慢進(jìn)行。我廠制造的搪玻璃設(shè)備使用溫度為-20－200℃，耐溫急變性≥200℃。瓷層厚度：玻璃設(shè)備的瓷層厚度0.8-2.3mm，搪玻璃設(shè)備附件的瓷層厚度0.6-1.8mm。耐壓電：搪玻璃具有良好的絕緣性，當(dāng)搪玻璃在規(guī)定厚度內(nèi)用20KV高頻電火花檢查瓷層時，高頻電火花不能擊穿瓷層。耐沖擊性：玻璃層的內(nèi)應(yīng)力越小，彈性越好，硬度越大，抗彎抗壓強(qiáng)度越高，則耐沖擊就越好。我廠之玻璃層在規(guī)定厚度內(nèi)，用直徑30mm，重量112g鋼球沖擊時，其沖擊功為282×10-3J（優(yōu)等品指標(biāo)為260×10-3J）磁力攪拌反應(yīng)釜采用靜密封結(jié)構(gòu)，攪拌器及電機(jī)傳動間采用磁力偶合器聯(lián)接，由于其無接觸的傳遞力矩，以靜密封取代動密封，能徹底解決以前機(jī)械密封及填料密封無法解決的泄漏問題，使整個介質(zhì)各攪拌部件完全處于絕對密封的狀態(tài)中進(jìn)行工作，因此，更適合用于各種易燃易爆、劇毒、貴重介質(zhì)及其它滲透力極強(qiáng)的化學(xué)介質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，是石油、化工、有機(jī)合成、高分子材料聚合、食品等工藝中進(jìn)行硫化、氟化、氫化、氧化等反應(yīng)最理想的無泄漏反應(yīng)設(shè)備。不飽和聚酯樹脂全套設(shè)備不飽和聚脂樹脂設(shè)備由立式冷凝器、臥式冷凝器、反應(yīng)釜、儲水器、分餾柱五部分組成適用范圍：用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、ABS樹脂、油漆的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)反應(yīng)釜的密封型式不同可分為：填料密封，機(jī)械密封和磁力密封。蒸汽反應(yīng)釜使用的前提是客戶本身備有外加入源（如蒸汽）或冷卻源（如自來水）。必須注意，蒸汽加熱方式為上進(jìn)下出液體加熱或冷卻為下進(jìn)上出。在各種方式出口管路無閥門，保證暢通。電加熱反應(yīng)釜電加熱反應(yīng)釜具有加熱迅速、耐高溫、耐腐蝕、無環(huán)境污染等特點，廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)，也用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、縮合、聚合等工藝過程。電加熱反應(yīng)釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾、因康鎳）合金及其它復(fù)合材料；根據(jù)反應(yīng)釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜三大類，每一種結(jié)構(gòu)都有他的適用范圍和優(yōu)缺點。根據(jù)反應(yīng)釜的密封型式不同可分為：填料密封，機(jī)械密封和磁力密封。種子罐、發(fā)酵罐發(fā)酵設(shè)備是廣泛用于微生物生長的一種反應(yīng)設(shè)備。在發(fā)酵種子罐內(nèi)各種微生物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中生長，新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。因此該設(shè)備廣泛地用于制藥、味精、酶制劑、食品等行業(yè)。1.3反應(yīng)釜基本特點反應(yīng)釜體普遍采用鋼制(或襯里)、鑄鐵或搪玻璃。反應(yīng)釜所用的材料、攪拌裝置、加熱方法、軸封結(jié)構(gòu)、容積大小、溫度、壓力等各有異同、種類很多，它們的基本特點分述如下：結(jié)構(gòu)：反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)基本相同，除有反應(yīng)釜體外，還有傳動裝置、攪拌和加熱(或冷卻)裝置等，可改善傳熱條件，使反應(yīng)溫度控制得比較均勻，并不強(qiáng)化傳質(zhì)過程。操作壓力：反應(yīng)釜操作壓力較高。釜內(nèi)的壓力是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生或由溫度升高而形成，壓力波動較大，有時操作不穩(wěn)定，突然的壓力升高可能超過正常壓力的幾倍，因此，大部分反應(yīng)釜屬于受壓容器。操作溫度：反應(yīng)釜操作溫度較高，通?；瘜W(xué)反應(yīng)需要在一定的溫度條件下才能進(jìn)行，所以反應(yīng)釜既承受壓力又承受溫度。獲得高溫的方法通常有以下幾種：水加溫要求溫度不高時可采用，其加熱系統(tǒng)有敞開式和密閉式兩種。敞開式較簡單，它由循環(huán)泵、水槽、管道及控制閥門的調(diào)節(jié)器所組成，當(dāng)采用高壓水時，設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度要求高，反應(yīng)釜外表面焊上蛇管，蛇管及釜壁有間隙，使熱阻增加，傳熱效果降低。蒸汽加熱加熱溫度在100℃以下時，可用一個大氣壓以下的蒸汽來加熱；100~180℃范圍內(nèi)，用飽和蒸汽；當(dāng)溫度更高時，可采用高壓過熱蒸汽。用其它介質(zhì)加熱若工藝要求必須在高溫下操作或欲避免采用高壓的加熱系統(tǒng)時，可用其它介質(zhì)來代替水和蒸汽，如礦物油(275～300℃)、聯(lián)苯醚混合劑(沸點258℃)、熔鹽(140～540℃)、液態(tài)鉛(熔點327℃)等。電加熱將電阻絲纏繞在反應(yīng)釜筒體的絕緣層上，或安裝在離反應(yīng)釜若干距離的特設(shè)絕緣體上，因此，在電阻絲及反應(yīng)釜體之間形成了不大的空間間隙。前三種方法獲得高溫均需在釜體上增設(shè)夾套，由于溫度變化的幅度大，使釜的夾套及殼體承受溫度變化而產(chǎn)生溫差壓力。采用電加熱時，設(shè)備較輕便簡單，溫度較易調(diào)節(jié)，而且不用泵、爐子、煙囪等設(shè)施，開動也非常簡單，危險性不高，成本費用較低，但操作費用較其它加熱方法高，熱效率在85%以下，因此適用于加熱溫度在400℃以下和電能價格較低的地方。反應(yīng)釜攪拌結(jié)構(gòu)：在反應(yīng)釜中通常要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，為保證反應(yīng)能均勻而較快的進(jìn)行，提高效率，通常在反應(yīng)釜中裝有相應(yīng)的攪拌裝置，于是便帶來傳動軸的動密封及防止泄漏的問題。反應(yīng)釜的工作：反應(yīng)釜多屬間隙操作，有時為保證產(chǎn)品質(zhì)量，每批出料后都需進(jìn)行清洗；釜頂裝有快開人孔及手孔，便于取樣、測體積、觀察反應(yīng)情況和進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部檢修。1.4安裝使用1、應(yīng)安裝在堅固、平整的工作臺上，工作臺高度根據(jù)使用情況決定，設(shè)備及工作臺四周應(yīng)留有一定的空間（≥360cm），以便安裝及后期維修。2、安裝時要求傳動軸及地水平面垂直，不垂直度（傾斜度）不得大于設(shè)備總高度的1/1000。3、設(shè)備本身各工藝接管上的自備件，安全閥，必須按反應(yīng)釜的要求配備。4、安裝完畢檢查各連接部件及傳動部位是否牢固可靠，各連接管道、管口、密封件及整機(jī)做氣密試驗，應(yīng)無泡、冒、滴、漏現(xiàn)象。5、開機(jī)前減速機(jī)注入46#機(jī)械油，打開電機(jī)防護(hù)罩用手轉(zhuǎn)動風(fēng)葉檢查有無卡怠現(xiàn)象，攪拌槳有無刮壁現(xiàn)象，清理釜內(nèi)污物，方可開機(jī)?？哲囘\轉(zhuǎn)30分鐘無不正常噪音、振動，方可正式投料生產(chǎn)。另視生產(chǎn)情況定期更換減速機(jī)油。1.5反應(yīng)釜的發(fā)展趨勢1、大容積化，這是增加產(chǎn)量、減少批量生產(chǎn)之間的質(zhì)量誤差、降低產(chǎn)品成本的有效途徑和發(fā)展趨勢。染料生產(chǎn)用反應(yīng)釜國內(nèi)多為6000L以下，其它行業(yè)有的達(dá)30m3；國外在染料行業(yè)有20000～40000L，而其它行業(yè)可達(dá)120m3。2、反應(yīng)釜的攪拌器，已由單一攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加泵強(qiáng)制循環(huán)。反應(yīng)釜發(fā)展趨勢除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。3、以生產(chǎn)自動化和連續(xù)化代替笨重的間隙手工操作，如采用程序控制，既可保證穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加收益，減輕體力勞動，又可消除對環(huán)境的污染。4、合理地利用熱能，選擇最佳的工藝操作條件，加強(qiáng)保溫措施，提高傳熱效率，使熱損失降至最低限度，余熱或反應(yīng)后產(chǎn)生的熱能充分地綜合利用。熱管技術(shù)的應(yīng)用，將是今后反應(yīng)釜發(fā)展趨勢。

第2章反應(yīng)釜釜體的設(shè)計2.1釜體、的確定2.1.1釜體的確定將釜體視為筒體，取L/D=1.1由V=(π/4)，L=1.1則（1-1）圓整由表8-1查得釜體的2.1.2釜體PN的確定因操作壓力＝0.2，故：＝0.252.2釜體筒體壁厚的設(shè)計2.2.1設(shè)計參數(shù)的確定設(shè)計壓力：＝0.22Mpa工作壓力：0.2；設(shè)計溫度：150℃；焊縫系數(shù)：＝1.0（雙面對接焊，100%無損探傷）；許用應(yīng)力：根據(jù)材料Q235-A、設(shè)計溫度150℃，由文獻(xiàn)[2]252頁表知＝113；鋼板負(fù)偏差：＝0.25（GB6654）腐蝕裕量：＝1.0（雙面腐蝕）。2.2.2筒體壁厚的設(shè)計由公式得：(1-2)考慮，則=+=2.41，圓整剛度校核：不銹鋼的考慮筒體的加工壁厚不小于5mm，故筒體的壁厚取12.3釜體封頭的設(shè)計2.3.1封頭的選型由文獻(xiàn)316頁表16-3選釜體的封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，代號EHA、標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746—2019。設(shè)計參數(shù)的確定＝0.22Mpa；0.2；＝1.0（整板沖壓）；＝0.25（GB6654）；＝1.0。2.3.2封頭的壁厚的設(shè)計由公式得：(1-3)考慮，圓整得根據(jù)規(guī)定，取封頭壁厚及筒體壁厚一致23.3封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定根據(jù)，由文獻(xiàn)[2]196頁表8-27知：直邊高度;體積V：V=0.2545曲面：內(nèi)表面積f：f=1.665質(zhì)量m:m=63.5kg2.3.4筒體長度的設(shè)計筒體長度H的設(shè)計==0.836圓整得:H=8402.3.5釜體長徑比的復(fù)核在1.0~1.3之間，滿足要求。2.4外壓筒體壁厚的設(shè)計設(shè)計外壓的確定由設(shè)計條件單可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為常壓，設(shè)計外壓=0.3。2.4.1設(shè)計筒體的壁厚查文獻(xiàn)449表18-4當(dāng)DN=1200mm，時。不能滿足要求。同理查上述文獻(xiàn)可知當(dāng)時，，滿足外壓的要求。因為＝0.3<＝0.4，所以假設(shè)＝8合理，取封頭的壁厚＝8。。2.5外壓封頭壁厚的設(shè)計2.5.1設(shè)計外壓的確定封頭的設(shè)計外壓及筒體相同，即設(shè)計外壓=0.3。2.5.2封頭壁厚的計算設(shè)封頭的壁厚=8，則:=–=5-1.25=6.75，對于標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭=0.9，＝0.9×1200=1080，=1080/6.75=160計算系數(shù)：==7.8125×10-4由文獻(xiàn)[2]中圖14-3中選取，在水平坐標(biāo)中找到=7.8125×10-4點，由該點做豎直線及對應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點再做水平線及右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù)的值為值為：≈80、=2.0×105根據(jù)=得：==0.5（）．因為＝0.3<＝0.5，所以假設(shè)＝8偏大，考慮到及筒體的焊接，取封頭的壁厚及筒體一致，故?。?。由在文獻(xiàn)[2]317中表,釜體封頭的結(jié)構(gòu)如圖1-1，封頭質(zhì)量：106（）圖1-1釜體封頭的結(jié)構(gòu)及尺寸

第3章反應(yīng)釜夾套的設(shè)計3.1夾套的、的確定3.1.1夾套的確定由夾套的筒體內(nèi)徑及釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知：＝1200+100=13003.1.2夾套的確定由設(shè)備設(shè)計條件單知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，?。?.33.2夾套筒體的設(shè)計夾套筒體壁厚的設(shè)計因為為常壓0.3，所以需要根據(jù)剛度條件設(shè)計筒體的最小壁厚。又因為＝1300＜3800，取min＝2/1000且不小于3另加，所以min＝3+1=4（），圓整=5。對于碳鋼制造的筒體壁厚取＝6。夾套筒體長度的初步設(shè)計圓整后=660mm3.3夾套封頭的設(shè)計封頭的選型夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，內(nèi)徑及筒體相同（＝1300）。代號EHA，標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746—2019。橢球形封頭壁厚的設(shè)計因為為常壓0.3，所以需要根據(jù)剛度條件設(shè)計封頭的最小壁厚。∵＝1300＜3800，取min＝2/1000且不小于3另加，∴min＝3+1=4（）對于碳鋼制造的封頭壁厚?。?。橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定由文獻(xiàn)[1]頁表8－27。見表2-1表2-1封頭尺寸直邊高度深度容積質(zhì)量253750.3977102.9封頭的下部結(jié)構(gòu)如圖2-1。由設(shè)備設(shè)計條件單知：下料口的＝50，封頭下部結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)尺寸＝100。圖2-1下封頭的結(jié)構(gòu)3.4傳熱面積的校核=1200mm釜體下封頭的內(nèi)表面積=1.665=1200mm筒體（1高）的內(nèi)表面積=4.772夾套包圍筒體的表面積=×=4.77×0.66=3.1482（2）+=1.6552+3.9878=4.8132>3故滿足傳熱面積要求。

第4章反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗4.1釜體的水壓試驗4.1.1水壓試驗壓力的確定水壓試驗的壓力：且不小于(+0.1)，查.0，（+0.1）=0.32，取=0.324.1.2液壓試驗的強(qiáng)度校核由得：＝（4-1）0.9=0.9×235×1.0=211.5（）由＝28.60<0.9=211.5故液壓強(qiáng)度足夠4.1．3壓力表的量程壓力表的最大量程：=2=2×0.32=0.64或1.5PT4PT即0.48MPa1.284.1.4水壓試驗的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.32，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.2，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。4.2釜體的氣壓試驗4.2.1氣壓試驗壓力的確定氣壓試驗的壓力：(4-2)=1.15×0.22×1.0=0.253（）取=0.264.2.2氣壓試驗的強(qiáng)度校核由得：＝=23.24(4-3)因為＝23.24＜0.8=0.8×235×1.0=159.8（）所以氣壓強(qiáng)度足夠4.2.3氣壓試驗的操作過程做氣壓試驗時，將壓縮空氣的壓力緩慢將升至0.06，保持5min并進(jìn)行初檢。合格后繼續(xù)升壓至0.1，其后按每級的0.04級差，逐級升至試驗壓力0.26，保持10，然后再降至0.16，保壓足夠長時間同時進(jìn)行檢查，如有泄露，修補(bǔ)后再按上述規(guī)定重新進(jìn)行試驗。釜體試壓合格后，再焊上夾套進(jìn)行壓力試驗。4.3夾套的液壓試驗4.3.1液壓試驗壓力的確定液壓試驗的壓力：且不小于(+0.1)，查=1.0=1.25×0.3×1.0=0.375，(+0.1)=0.4＜(+0.1)，取=0.44.3.2液壓試驗的強(qiáng)度校核由得：＝=35.75（4-4）因為＝35.75＜0.9=0.9×235×1.0=211.5所以液壓強(qiáng)度足夠4.3.3壓力表的量程壓力表的量程：=2=2×0.4=0.8或1.5PT4PT即0.6MPa1.6MPa4.3.4液壓試驗的操作過程在保持夾套表面干燥的條件下，首先用水將夾套內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.4，保壓不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.168，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將夾套內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。

第5章反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計5.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計內(nèi)容包括：法蘭的設(shè)計、密封面形式的選型、墊片設(shè)計、螺栓和螺母的設(shè)計。5.1.1法蘭的設(shè)計根據(jù)＝1200mm、＝0.25，由文獻(xiàn)[1]254頁表10-2確定法蘭的類型為甲型平焊法蘭。標(biāo)記：法蘭、 RF1200-0.25JB/T4701材料：0Cr18Ni10Ti5.1.2法蘭的結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖5—1如表5—1圖5—1甲型平焊法蘭表5-1法蘭的主要尺寸公稱直徑DN/法蘭/螺栓規(guī)格數(shù)量12823M20485.1.3密封面形式的選型根據(jù)＝0.25＜1.6、介質(zhì)溫度120℃和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻(xiàn)[1]331頁表16－14知密封面形式為光滑面。5.1.4墊片的設(shè)計由文獻(xiàn)【1】表331頁16-14得墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板（GB/T539），結(jié)構(gòu)及尺寸見圖5—2和。尺寸見表5-2圖4-2墊片的結(jié)構(gòu)表4-2墊片的尺寸12405.1.5螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格本設(shè)計選用六角頭螺栓（C級、GB/T5780-2000）、Ⅰ型六角螺母（C級、GB/T41-2000）平墊圈（100HV、GB/T95-2019）5.1.6螺栓長度的計算：螺栓的長度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度（）、螺母的厚度（）、墊圈厚度（）、螺栓伸出長度確定。其中=44、=2、=30、=34、螺栓伸出長度取=0.3×23螺栓的長度為：=132.9（）?。?33螺栓標(biāo)記：GB/T5780-2000螺母標(biāo)記：GB/T41-2000墊圈標(biāo)記：GB/T95-201924-100HV5.1.7法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料根據(jù)甲型平焊法蘭、工作溫度=130℃的條件，由文獻(xiàn)[3]附錄8法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進(jìn)行選材，結(jié)果如表4—2所示。表4—3法蘭、墊片、螺栓、螺母的材料法蘭墊片螺栓螺母墊圈0Cr18Ni10Ti耐油橡膠石棉3520100HV5.2工藝接管的設(shè)計由GB_T_17395查無縫鋼管水蒸氣進(jìn)口、水蒸氣出口采用573.5無縫鋼管，罐內(nèi)的接管及夾套內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL50-0.25RF0Cr18Ni10Ti。5.2.2安全閥進(jìn)口采用27×1.0無縫鋼管，接管及封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL25-0.25RF0Cr18Ni10Ti。5.2.3溫度計接口采用21×0.5無縫鋼管，伸入釜體內(nèi)一定長度。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592-2009法蘭PL20-0.5RF0Cr18Ni10Ti。5.2.4放料口采用無縫鋼管，接管及封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL50-3.0RF0Cr18Ni10Ti。及其配套的是手動下展式鑄不銹鋼放料閥，標(biāo)記：放料閥6-100HG5-11-81-3.5.2.5進(jìn)料口采用573.5無縫鋼管，罐內(nèi)的接管及下封頭內(nèi)表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL50-0.25RF20。5.2.6冷凝器接口采用無縫鋼管，罐內(nèi)的接管及下封頭內(nèi)表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL80-0.1RF20。5.2.7視鏡采用無縫鋼管，接管及封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL80-4RF0Cr18Ni10Ti。5.3管法蘭尺寸的設(shè)計工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的結(jié)構(gòu)如圖。由文獻(xiàn)【3】311表10-25得并根據(jù)、和接管的，由板式平焊管法蘭標(biāo)準(zhǔn)（HG20592）確定法蘭的尺寸。管法蘭的尺寸見表4-3。圖5—3板式平焊管法蘭5.3墊片尺寸及材質(zhì)工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的墊片尺寸、材質(zhì)文獻(xiàn)【4】49頁表5-2查如表6-5所示。墊片的結(jié)構(gòu)圖4-4管道法蘭用軟墊片

密封面形式及墊片尺寸表4-5密封面形式及墊片尺寸接管名稱密封面型式墊片尺寸()墊片材質(zhì)外徑內(nèi)徑厚度安全閥接口RF64342耐油石棉橡膠板水蒸氣的進(jìn)出口RF96612耐油石棉橡膠板有機(jī)溶劑的進(jìn)出口RF96642耐油石棉橡膠板溫度計接口RF54272耐油石棉橡膠板冷凝器接口視鏡1、2RF132892油石棉橡膠板5.4視鏡的選型由于釜內(nèi)介質(zhì)壓力較低（＝0.2）且考慮，本設(shè)計選用兩個=80的帶頸視鏡。其結(jié)構(gòu)見圖4-6。由文獻(xiàn)【5】4-159頁表4-5-7確定視鏡的規(guī)定標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)圖號、視鏡的尺寸及材料。標(biāo)記：視鏡Ⅱ0.25，80標(biāo)準(zhǔn)圖號：HG502-1986-8。圖4-6視鏡的結(jié)構(gòu)型式

表4-7視鏡的尺寸視鏡玻璃雙頭螺柱數(shù)量直徑801631408M12表4-8視鏡的材料件號名稱數(shù)量材料件號名稱數(shù)量材料1視鏡玻璃1硼硅玻璃(SJ-6)4壓緊環(huán)1Q235-A2襯墊2石棉橡膠板5雙頭螺柱8Q235-A3接緣11Cr18Ni9Ti6螺母16Q235-A5.5支座的選型及設(shè)計5.5.1支座的選型及尺寸的初步設(shè)計：文獻(xiàn)632頁表22-25所以選耳式B型支座，支座數(shù)量為4個反應(yīng)釜總質(zhì)量的估算：式中：—釜體的質(zhì)量（）；—夾套的質(zhì)量（）；—攪拌裝置的質(zhì)量（）—附件的質(zhì)量（）；查文獻(xiàn)可知物料總質(zhì)量的估算：式中：—釜體介質(zhì)的質(zhì)量（）；—夾套內(nèi)水蒸氣的質(zhì)量（）反應(yīng)釜的總質(zhì)量估算為500，物料的質(zhì)量為1200（以水裝滿釜體計算），夾套的質(zhì)量和水約為1500kg裝置的總質(zhì)量：每個支座承受的重量約為：3200×9.81/4＝7.9（）根據(jù)由文獻(xiàn)[1]632表22-25初選B型耳式支座，支座號為3。標(biāo)記：JB/T4725-92耳座B3材料：Q235-A·F系列參數(shù)尺寸如表6—16。底板筋板墊板地腳螺栓支座重量規(guī)格220083030248.3表6—16B型耳式支座的尺寸5.5.2支座載荷的校核計算耳式支座實際承受的載荷按下式近似計算：式中D支座的安裝尺寸，mmg重力加速度，取D==1533.2，＝9.81，=3200，，=4，=0，將已知值代入得因為＜[Q]=30KN，所以選用的耳式支座滿足要求。

第5章反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式很多，根據(jù)任務(wù)說明書的要求，本次設(shè)計采用的是推進(jìn)式攪拌器。推進(jìn)式攪拌器的特點是能使液體產(chǎn)生激烈流動及湍流運動的性能很高。推進(jìn)式攪拌器的主要運用范圍是攪拌及混合絕對粘度小于36000厘泊的各種流動性的液體，以及制成乳濁液或懸浮液。推進(jìn)式攪拌器機(jī)械設(shè)計的主要內(nèi)容是：確定攪拌軸的直徑、攪拌器直徑、攪拌器及攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。進(jìn)行攪拌軸的強(qiáng)度設(shè)計和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)及材料的選用。由于介質(zhì)具有一定的腐蝕性，攪拌裝置的材料選用及反應(yīng)罐主體材料相同的材料06Gr19Ni10同一數(shù)字代號S30403。由前四章的相關(guān)設(shè)計得知反應(yīng)釜凈直徑Di=1200mm，凈高H=1440mm；工作溫度：100℃；工作壓力：0.2MPa。5.1攪拌器形式的確定根據(jù)實際生產(chǎn)要求，初步設(shè)定攪拌器為兩層攪拌，采用三葉開啟渦輪式攪拌器(又稱為螺旋推進(jìn)式攪拌器）。攪拌器直徑Dj取標(biāo)準(zhǔn)值，即攪拌容器直徑的三分之一：[4]底間距（C）即攪拌器距容器底部高度，通常底間距及攪拌容器內(nèi)徑比值一般在0.05-0.3范圍內(nèi)選取[4]。則因為底間距比值越小，固相完全離底懸浮臨界轉(zhuǎn)數(shù)越小，所以在滿足底層槳軸向排量的前提下，該比值盡量取得最小。但是考慮到實際生產(chǎn)中容器底部會出現(xiàn)一定量的沉積物，C值不能太?。籆值太大攪拌效果不足，結(jié)合實際取C=200mm攪拌器浸入攪拌容器液面下的深度（S），攪拌器浸入液體內(nèi)的最佳深度為：[2]S=對于雙層攪拌器，攪拌器層間距（Sp）及槳徑之比一般為0.5~2范圍內(nèi)，由攪拌槳的軸向作用范圍和反應(yīng)釜的高度決定攪拌槳層數(shù)。對于兩層以上的多層槳，要調(diào)整槳徑和層數(shù)取得合理的層間距，達(dá)到攪拌效果好，軸功率低的效果。故：取Sp=400mm攪拌器和容器的幾何參數(shù)條件如表3-1[5]：

表3-1攪拌器容器幾何參數(shù)條件擋板數(shù)量無攪拌器距容器底部距離擋板寬度無攪拌器潛液深度S=960擋板及容器內(nèi)壁間距無攪拌器直徑Dj=400攪拌器槳葉數(shù)量Zj=3攪拌器槳葉的螺距表3-2推進(jìn)式槳葉尺寸表Djdd1螺釘δ1δ1h鍵槽aP/n不大于d2bt4005090M16148951655.135°19′0.0315.2攪拌軸的設(shè)計攪拌軸將電動機(jī)的動力傳遞給攪拌器。它承受的是以扭轉(zhuǎn)為主的扭—彎聯(lián)合作用。5.2.1攪拌軸軸徑的設(shè)計計算攪拌軸的材料：選用1Cr18Ni9Ti；攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸攪拌軸功率：P=4Kw攪拌軸轉(zhuǎn)速：n=200r/min

表3-4傳動裝置各零部件的傳動效率η1類別傳動形式傳動效率η1圓柱齒輪傳動開式傳動，鑄齒（考慮軸承損失）0.9—0.93開式傳動，鐵齒（考慮軸承損失）0.95單級圓柱齒輪減速器0.97—0.98雙級圓柱齒輪減速器0.95—0.96行星齒輪減速器0.9—0.93圓錐齒輪傳動開式傳動，鑄齒（考慮軸承損失）0.9—0.93開式傳動，鐵齒（考慮軸承損失）0.9—0.93單級圓錐齒輪減速器0.9—0.93雙級圓錐—圓柱齒輪減速器0.9—0.935.2.2攪拌軸直徑的初步計算（1）攪拌軸直徑的設(shè)計電機(jī)的功率＝4，攪拌軸的轉(zhuǎn)速＝200，文獻(xiàn)[1]235表11-1取用材料為1Cr18Ni9Ti，[]＝40，剪切彈性模量＝8.1×104，許用單位扭轉(zhuǎn)角[]＝1°/m。由得：=（） 利用截面法得：由得：=由于攪拌軸為實心軸，則：得≥28.79mm?。?0mm（2）攪拌軸剛度的校核由得：=0.556（）因為最大單位扭轉(zhuǎn)角max＝0.556＜[]＝1所以圓軸的剛度足夠。考慮到攪拌軸及聯(lián)軸器配合，＝30可能需要進(jìn)一步調(diào)整。5．2.3攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計算由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=201900，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計算。5.3攪拌器及攪拌軸的連接連接方式的選取攪拌器的軸套及攪拌軸采用鍵連接并用止動螺釘將其固定攪拌器軸套的外徑d1取d1=70由攪拌軸的公稱直徑d=40，查文獻(xiàn)[4]表12-11可知見得公稱尺寸深度t=5，工作長度L=50mm。

第6章傳動裝置的選型和尺寸計算6.1電動機(jī)的選型由于反應(yīng)釜里的物料一定的腐蝕性，故選用隔爆型三相異步電機(jī)（防爆標(biāo)志Ⅱ）。根據(jù)電機(jī)的功率＝4、攪拌軸轉(zhuǎn)速＝200，由文獻(xiàn)16-52頁表16-1-28選用的電機(jī)型號為：Y112M-4kw電動機(jī)。6.2減速器的選型減速器的選型根據(jù)電機(jī)的功率＝4、攪拌軸的轉(zhuǎn)速＝200、傳動比為1500/200＝7.5選用LC100（JB/T2982-1994），由文獻(xiàn)【6】1218頁表9-2-35確定其安裝尺寸。6.2.1減速機(jī)的外形安裝尺寸6.3機(jī)架的設(shè)計由于反應(yīng)釜傳來的軸向力不大，減速機(jī)輸出軸使用了C型凸緣聯(lián)軸器，且反應(yīng)釜使用不帶內(nèi)置軸承的機(jī)械密封，故選用單支點機(jī)架（HG21566—95）。由攪拌軸的直徑＝40mm可知，機(jī)架的公稱直徑250。結(jié)構(gòu)如圖6—2所示。圖6—2WJ型無支點機(jī)架6.4底座的設(shè)計對于不銹鋼設(shè)備，本設(shè)計如下底座的結(jié)構(gòu)，其上部及機(jī)架的輸出端接口和軸封裝置采用可拆相聯(lián)，下部伸入釜內(nèi)，結(jié)構(gòu)及尺寸如圖6-3所示。圖6-3底座的結(jié)構(gòu)6.5反應(yīng)釜的軸封裝置設(shè)計

ProductionofxylanasebyAspergillusawamorioncomplexmediuminstirredtankandairlifttowerloopreactorsAbstractAspergillusawamoriwascultivatedoncomplexmediumcontainingwheatbranassolecarbonsourceinthepreculturesaswellasinthemainculturesinstirredtankandairlifttowerloopreactors.Thedecompositionofthewheatbranparticlesbyh-amylaseandxylanaseproducedbythefunguswasinvestigatedbymonitoringtheenzymeactivities,theCO2productionrate,theconcentrationsofreducingsugars,glucose,xylose,phosphateandammoniumaswellasbyapplyingtransmissionelectronmicroscopy.Byapplyingsyntheticmediuminthepreculture,thetimelagwaslonger,thegrowthfaster,thexylanaseactivityhigherinthemainculture,thanbyusingwheatbraninthepreculture.Withincreasingthestirrerspeedtheintimatecontactbetweenthepelletsandthewheatbranwasreduced,whichcausedadecreaseofthegrowthandthexylanaseproduction.Byapplyinggroundwheatbran,?lamentousmyceliumwasformed,thegrowthandthesubstrateuptakeratesincreased,butthexylanaseproductiondecreasedduetothelessintimatecontactbetweenthefungusandthewheatbran.Intheairlifttowerloopreactor?lamentousmyceliumwasformedduetothelowspeci?cpowerinput.Inspiteofthehighmediumviscosity,highxylanaseproductivitywasobtained.Withgroundwheatbrantheparticleswerecompletelycoveredby?lamentousmycelium,mediumviscositystronglyincreasedandasconsequencethegrowthandxylanaseproductiondecreased.?2019ElsevierScienceB.V.Keywords:Aspergillusawamori;Wheatbran;Stirredtank;Airlifttowerloopreactor;Filamentousmycelium;Pellets;Xylanase;Amylase1IntroductionInthepreviouspapers(Siedenbergetal.,2019a,b)Aspergillusawamoriwascultivatedonsyntheticmediumandthexylanaseproductionwasinducedbyxylan,whichwasaddedtothemediumatdifferenttimes.However,inindustrialproduction,complexmediawerepreferred,be-causeofthehighcostsofthesyntheticmediaandtheinductors.Themostpopularcomplexmediacontainagri-culturalbyproducts,whichconsistofcellulose,hemicellulose,starch,pectinandseveralothercompoundsinlowerconcentrations(SmithandWood,1991).Whencultivatingafungusonthesecomplexmedia,severalenzymesareinduced.,e.g.incaseofanAspergillusstraincellulases,pecting-lycosidases,h-glucosidase,i-glucosidase,i-galac-tosidase,galactomannase,xylanase,xylobiaseandvariousproteaseswithdifferentactivitiesweredetermined(Uhlig,1991).Whichoftheseenzymeswillbeproducedinlargeamount,dependsonthestrain,mediumcompositionandcultivationconditions.Itiswellknownthathemicelluloses,especiallyxylanfromvarioussources,areexcellentinductorsforxylanase.Wheat(straw)branisaninexpensivebyproduct,whichcontainsalotofxylan.Therefore,itisoneofthemostpopularcomponentsofcomplexmediaforxylanaseproduction(DeschampsandHuet,1985;Ghoshetal.,1993;Hoqetal.,1994).However,thewheatbranparti-clessuspendedinthecultivationmediumhavetobedecomposedtosolublecompoundstobeusedbythefungus.Theaimofthepresentedprojectwastoinvestigatetheinteractionbetweenthemoldandthewheatbranandthedecompositionofthewheatbranbytheenzymesproducedbythefungusinstirredtankandairlifttowerloopreactorsatvariousoperatingconditions.2.Materialsandmethods2.1Strain,precultureandmainculturesAspergillusawamoriCBS111.52wasusedfortheinvestigations.Thestrainwasmaintainedat4°Conpotato-dextrose-agar.Newstockcultureswereobtainedbyuseofsporesfromtheoldstockculturesandincubatingthemat30°Cfor7days.Theisolatedsporesfromstockcultureswereusedtoinoculatethemediumoftheprecultures.Atotalof50volumepartsofthecomplexmediumwereinoculatedwith1volumepartofpreculture.Forthepreparationofthesporesuspensions(Siedenberget2019a).AspergillusawamoriCBS111.52wasusedfortheinvestigations.Thestrainwasmaintainedat4°Conpotato-dextrose-agar.Newstockcultureswereobtainedbyuseofsporesfromtheoldstockculturesandincubatingthemat30°Cfor7days.Theisolatedsporesfromstockcultureswereused2.2.BioreactorsShake?asks,a2-lbioreactorwith1.5-lworkingvolume(BiostatMBraunDiesselInternationalMelsungen),a30-lBioreactorwith20l-workingvolume(BiostatB20,BraunDiesselInternational,Melsungen)anda100-lairlifttowerloop(ATL)reactorwith65lworkingvolume(TCI,UniversityofHannover)wereusedforcultivations.Fordescriptionofthereactorsandtheiroperation(Siedenbergetal.,2019b).2.3.ProcessmonitoringTheon-lineandoff-lineanalysesfortheprocessmonitoringweredescribedalreadyinSiedenbergetal.(2019b).Inadditiontothesemethods;thewheatbranwasinvestigatedwithtransmissionelectronmicroscopy(Adolphetal.,1996)andwith?uorescencemicroscopy(Freudenbergetal.,1996).3.Results3.1.Culti6ationsinthestirredtankreactor3.1.1.DecompositionofwheatbranThedecompositionofwheatbranwasinvestigatedunderfollowingstandardoperationconditions:Precultureswereincubatedinshaked?askculturesat150rpm,30°C,for9.5h.Maincultureswereperformedinastirredtankreactorwith7×104sporesml?1,atastirrerspeedof300rpm,temperature:25°C,pH4.5andaerationrate:1vvm.Inthecultivationmediumthewheatbranisthesolecarbonsourceandthesourceofthegrowthfactorsandtheinductors.Thewheatbranconsistsof28%hemicellulose,9%starch.8.7%cellulose,3.2%ligninand3%pectin(AndersonandClydesdale,1980;Weizenkleie,1995).Thefungususedthesesoleenergyandcarbonsourcesforgrowthbydecomposingthemwithparticularenzymes.Duringthedecompositionofthewheatbrannocellulaseandpectinaseactivitiy,butonlyh-amylaseandxylanasecouldbedetected.Onaccountofthepresenceofthesolidwheatbranandbecauseoftheadherenceofthefungustothewheatbranaswellasbytheinclusionofthefungusbythewheatbran(Adolphetal.,1996),itwasnotpossibletodeterminethefungalcellmassconcentrationintheculture.However,becauseofthecloserelationshipbetweenthegrowthrateandtheCO2productionrate(CPR),thecellmasscanbeestimatedbytheintegrationoftheCPRoverthetime.Accordingtothetransmissionelectonmicroscopicinvestigations,thefungusgrewinsidethebran.Itusedthemechanicaldamageofthebrantoevadeit.Inparticular,thelayerbetweentheinnerandtheouterpericarpwascolonized.Afterthedissolutionofthepectin-containingstructuresandthepenetrationintothisspace,thefungus?lledthewheatbranwithdensemycelium.Freudenbergetal.(1996)haveshown,thatinsideoflargepelletsandclumpsnomRNAcouldbeobserved.Thusnoproteinsynthesisoccurred.Itissomewhatunexpected,thatthecellsinthedensemyceliuminsidethewheatbranshellstillwereprovidedwithsuf?cientoxygenandnutrienttoproducexylanase.Beforethexylanaseappearedinthemedium,itcouldbealreadydetectedwithinthecytoplasmaandattheplasmamembranebyimmunogoldassay.After50hthexylanaseappearedonthesurfaceofthewheatbranfragmentsandatthewheatbran-hyphae-interfaceaswell(Adolphetal.,1996).Theconcentrationsoforthophosphateandammonium,originatingpartlyfromthenutrientsaltandpartlyfromthewheatbran,wereconsumedduringthe?rst60handthanincreasedagain,astheolderhyphaestartedtostarveandlyseTheir?nalconcentrationssurpassedtheirstartingconcentrationsinthenutrientmedium.Thedifferenceoftheir?nalandoriginalconcentrationsisameasurefortheirshareoriginatingfromthewheatbran.3.1.2.In?uenceoftheprecultureThepreculturewaspreparedwithsporesinthecomplexmediumcontainingwheatbranassolecarbonsource.Thesporesneededfortheirgerminationthecarbonsourcefromthewheatbran.Forthispurposetheyadheredtothesurfaceofthewheatbrananddevelopedwithin24htohyphae.Thelargestpartofthefungalcellmassformedpelletsandwereboundtothewheatbran.Thedurationofthegerminationandthepenetrationofthehyphaeintothewheatbranaswellasthefungalmorphologywereindependentofthesporeconcentration.3.1.4.In?uenceofthestirrerspeedTheinvestigationswerecarriedoutunderstandardoperationconditions,exceptthestirrerspeed,whichwasmaintainedat300,500and750rpm,respectively.Bychangingthestirrerspeedthemorphologydidnotchange:pelletswereformed,whichweresurroundedbythewheatbran.Onlyatlatecultivationtime(after100h),whenthewheatbranpartlydecomposed(thealeuronlayerwasseparatedfromthestomaanddisintegrated)andthefungushyphaewerepartlylysed,theeffectofthestirrerspeedwasobservable.Theattachmentofthefungusonthewheatbransurfacewasreducedathigherstirrerspeeds.Onaccountofthesuspendedaleuronparticles,anaccelerationofthegrowthcouldbeexpected.However,theshortesttimelag,thefastestgrowthocurredattheloweststirrerspeed.(Fig.4A).Neithertheammoniumuptake,northephosphateuptakewashigherathighstirrerspeeds,thanatlowerones.Thesugaruptakewasconsiderablylowerat750rpm,thanat500or300rpm.(Fig.4B).Thexylanaseactivitywasthehighestat300rpm,andwithincreasingstirrerspeed,itdecreased(Fig4C).Thelowxylanaseactivityathighstirrerspeedcanbeexplainedbythelessintimatecontactbetweenthefungalmyceliumandthewheatbran.3.2.Culti6ationsintheairlifttowerloopreactor，Therunsintheairlifttowerloopreactorwereperformedunderfollowingconditions:Thepreculturewasincubatedat150rpm,and30°Cfor10hincomplexmedium.Theculturemediuminthereactorwasinoculatedwith5×104sporesml?1,andcultivatedat25°C,pH4.5and0.5vvm.Thespeci?cpowerinputandtheshearstressonthecellswerelowinthisreactor,incomparisonwiththoseinthestirredtankreactor.The?lamentousmyceliumformedwaspartlyfreelysuspendedinthemedium,partlyattachedtothewheatbranparticles.Withincreasingcellmassconcentration,theviscosityofthecultivationmediumincreasedconsiderably.Inspiteofthat,thesupplyofthecellswithoxygenwassatisfactory,ascanbeseeninFig.5A,whichshowsthecoursesoftherelativedissolvedoxygenconcentrationspO2(withrespecttothesaturation)intheriseranddowncomerduringthebatchcultivation.Thegrowthrate,thereducingsugarsandglucoseuptakeratesandxylanaseproductionratewereinthisreactorconsiderablyhigherthaninthestirredtankreactor(Fig.5B,C).Aftertheglucosewasusedup,thexylanaseactivityquicklyincreasedandattainedaconstantandveryhighvaluealreadyat100h.Thephosphateandammoniumconcentrationsdecreasedduringthe?rst40h,thenbetween40and60htheyincreasedanddecreasedandat70h(phosphate)and80h(ammonium),respectively,thentheyincreasedagain(Fig.5D,E).Themaximaofthephosphateandammoniumconcentrationsbetween40and80hcouldnotbeobservedinthestirredtankreac-tor.Theinvestigationswereperformedintheairlifttowerloopreactorwithgroundwheatbran,un-derthesamecultivationconditionsasusedwithnongroundwheatbran.Filamentousmyceliumwasformed,butincontrarytothenongroundwheatbranrun,thewheatbranfragmentswerecompletelycoveredbythemycelium.Theypartlyformedclumpsandpellets.This?lamentousnet-workincreasedthemediumviscosityconsider-ably,whichcausedareductionofthemediumcirculationandthedissolvedoxygenconcentra-tion(Becauseofthecellgrowthonthemembraneoftheoxygenelectrode,theexactmeasurementofpO2wasnotpossible).Acomparisonoftherunswithnongroundandgroundwheatbransindicated,thatwiththelatterthegrowthrateandCPRweremuchlower(Fig.6A),butthereleaseofreducingsugarsandglu-coseandtheirconsumptionratedifferedonlyslightly(Fig.6B,C).However,thexylanaseactiv-itywasmuchhigherwithnon-groundwheatbranthanwithgroundone(Fig.6D).4.Discussion4.1.Fungalmorphologyandproductformationi