生物发酵反应釜的设计(机械CAD图纸)

摘要

本篇主要设计以玉米为原料生产活性高硒酵母的过程机械设备。将重点设计生物发酵反应釜及糖化罐，同时也包括实现生产高硒酵母工艺流程的其它过程设备：糖化罐、营养盐罐、酸碱罐，分离机、干燥机及管道、泵体，阀体，和电气控制等重要方面的研究设计和选型。本次设计是在确定高硒酵母的生产工艺流程及相关成产参数之后的基础上进行的。其生产工艺流程：加水——玉米粉——搅拌——蒸煮糊化——冷却——糖化——冷却上层清夜——冷却——发酵接种培养——离心分离——干燥。根据它们各个流程所需的化工设备的作用，把它们放在三个车间，各个车间用管道连接起来。酵母生产主要有三个生产车间，即原料制备车间、发酵反应车间和干燥分离车间。酵釜选为间歇式搅拌釜，供中室试验和工业生产流程数据放大用。整个过程分为三个主要阶段：备料阶段、发酵阶段和干燥分离阶段。而以设备型式为标准则可分为：硬件系统和软件系统。实现发酵系统的微机在线控制检测。在反应釜，糖化罐重点设备设计时，主要对釜（罐）体，换热装置，搅拌装置，传动装置和轴封结构进行设计。本次设计的过程中对电气控制部分也作扼要的阐述。希望设计出合理、稳定、安全，经济和实用的设备，能最佳的实现高硒酵母的生产。

关键词：玉米发酵过程在线控制

目录

中文摘要 (1)

1.概述 (2)

2.工艺分析 (2)

2.1糖液的制备 (2)

2.2营养盐的配 (3)

2.3酵母的培养 (3)

2.4酵母的分离和干燥 (3)

3.部分设备分析 (3)

4.发酵釜罐体的设计 (4)

4.1直径的计算 (4)

4.2封头厚度的设计 (5)

4.3保温设备的选择 (7)

4.4计算筒体的高度 (7)

5.发酵釜搅拌系统的设计选型 (8)

5.1搅拌混合机理 (8)

5.2搅拌器形式的选择 (8)

5.2.1叶轮在釜中的位置 (9)

5.2.2叶轮的个数和布置 (9)

5.2.3搅拌附件:挡板 (9)

5.3搅拌功率的计算 (9)

5.3.1功率关联式 (9)

5.3.2计算搅拌功率 (12)

5.4搅拌轴的设计 (12)

5.4.1设计计算 (12)

5.4.2搅拌轴刚度的校核 (13)

5.4.3搅拌轴的支持条件 (14)

5.5电动机功率确定 (15)

6.糖化罐设计概述 (16)

6.1糖化概论 (16)

6.2糖化罐的工作原理与结构 (16)

6.2.1釜体 (17)

6.2.2换热装置 (17)

6.2.3搅拌装置 (17)

6.2.4传动装置 (17)

6.2.5轴封结构 (18)

6.3糖化罐的设计计算 (18)

6.3.1糖化罐机械设计的依据 (18)

6.3.2糖化罐的基本要求 (18)

6.3.3糖化罐体积的确定 (18)

6.4确定筒体和封头形式 (19)

6.4.1罐体的直径和高度 (19)

6.4.2选择夹套的类型及尺寸 (20)

7.搅拌装置的机械设计 (23)

7.1原理及选型 (23)

7.2搅拌器的功率的计算 (24)

7.2.1搅拌器的功率 (24)

7.2.2搅拌器的强度计算 (25)

7.2.3搅拌轴设计 (26)

7.2.4搅拌轴刚度的校核 (27)

7.3传动装置的设计与选型 (29)

7.4轴封装置 (29)

8.工艺管口 (30)

9.营养盐罐的设计计算 (31)

10.酸、碱液罐的设计计算 (32)

11.传感器的设置和选取 (33)

12.总结 (33)

参考文献 (35)

1.概述

本设计是以玉米为原料生产高硒酵母的试验和工业化生产提供技术装备，同时稍加改装也可用于其他类型的化学，生物反应设备，其用途相当广泛。

我国是农业大国，但并不是农业强国。以玉米为例，玉米是我国的主要经济作物之一。种植面积广泛，产量较大，但其深加工量不到玉米产量的两成。致使玉米大量积压，严重影响综合效益和农民收入水平。

而我国现有的生产加工设备工艺落后自动化水平低，生产工艺及生产参数计算机控制应用不广泛。如果本设计能顺利实现工业化生产的要求，可以为我国居民的食品营养又添新色，同时也可以为玉米的深加工提供又一条途径，为解决“三农问题”，实现和谐社会的目标做出贡献

本次设计牵涉的知识面较广，要设计的是一个系统，而不是个单一的零件或者部件，要独立完成一定的功能。要求能满足发酵过程的全部工艺要求。而且要求有较高的自动化程度，能够实现微机处理的发酵过程在线检测、控制。这就将整个系统分为两大部分：硬件部分和软件部分。

硬件机械部分的设计、计算和选型应和系统的生产能力相匹配，不能使资源浪费，更不允许出现部件的选择达不到生产的需要。要求各生物发酵中设备的功能可以满足生物发酵工艺过程设计的需要，满足发酵的中试需要，并为将来放大为工业生产提供更确切的数据模型资料；机电一体化程度高，能够实现微机实时在线检测、控制；要求发酵各设备强度、刚度满足生产要求，运行可靠、稳定，无噪声；造型简洁美观，易于打扫、清洗。

软件部分各电器元件的选择应和要检测的物理量相适应，芯片的处理能力和速度能满足生产要求。电器元件和芯片的数模转换顺利，兼容性强，通用性好。各数据接口和硬件设计中开口衔接过渡合适，密封容易有效。各电气元件的数据接口和PLC控制芯片的数模转换对接、兼容性好。

2.工艺分析

2.1糖液的制备

把优质玉米粉放入蒸锅中，加入一定量的水煮一个小时左右。煮的过程中要不停的搅拌，防止玉米粉结成团块，出现内生外熟的现象。淀粉糊化后，冷却至