100M3机械搅拌通风式发酵罐

课程设计

课程名称：机械搅拌通风式生物反应器学生学院：化学工艺与技术学院

专业班级：生物工程0901

学号：200922153035

学生：桂文涛

指导教师：忠华

2012 年10 月14 日

目录

设计任务书 ............................................

设计方案的分析和拟定..................................................

工艺设计...................................................

1.反应器的总体结构设计...........................................

2. 设备结构部件设计.........................................

2.1罐体的设计.........................................

2.2 搅拌装置设计.......................................

2.3零部件..............................................

2.4传热面积及冷却水用量的计算..............................

2.5冷却装置....................................

2.6 密封装置的选型设计....................................

设计结果

设计小结

参考文献

100m3 机械搅拌通风式生物反应器设计任务书设计者：学号：班级：

指导老师：日期：

设计容：

1.设计一套机械搅拌通风式生物反应器。

2.设计参数和技术特征指标

100m3机械搅拌通风式生物反应器课程设计说明书正文

一：设计方案的分析和拟定

设计的发酵罐公称容积为100m³。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100m3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；根据设计任务的传热面积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。设计包含设计说明书和装配图二部分，装配图应包含总图和部分截面图，选用计算机辅助作图，装配图的要求按照工程制图的指标严格制作。说明书主要是记录设计的思路和过程以及相关参考依据。

根据任务，汇总相关设计条件如下表：

二工艺设计

1.反应器的总体结构设计

反应器主要由搅拌容器、搅拌装置、蛇管加热装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器主要由封头和筒体组成，筒体和封头的连接采用焊接焊死，选用椭圆形封头，为中低压压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，搅拌器类型根据要求为弯叶涡轮；传动装置主要包括电机、减速器、联轴器和传动轴组成；轴封装置为双端面机械动环轴封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的机械搅拌生物反应器。

2.设备结构部件设计 2.1 罐体的设计 2.1.1 罐体几何尺寸计算 （1）筒体径

发酵设计为圆柱椭圆封头发酵罐，材质选用不锈钢板，型号为16MnR.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 初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（100m ³）

公称体积V 0－－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

假设H/D=2.5，根据设计条件发酵罐的公称体积为100m ³， 由公称容积的近似公式V=（π/4）D 2H+0.15D ³, 代入公式则可得 解得: D=3.6m ， 封头体积

()2

14h )

6b V D D π=+封（

全体积 V0=V 公+V 封

查阅文献《钢制压力容器用封头》（JB/T 4746-2002）标准，当公称直径D=3600mm 时，标准椭圆封头的曲面高度h=900mm ，直边高度 hb=50mm ，总深度为ha=950mm ，表面积A f =14.6m ²，容积V f =6.62m ³

罐筒身高 :H 0 = 错误!未找到引用源。=8.5m,圆整到9m 此时:H 0/D=9000mm/3600mm=2.5，与前面的假设符合， 故可认为D=3600mm 是合适的.

实际发酵罐体积:V=π/4D ²H 0+2V f =104.8m ³ （2）封头规格

查《钢制压力容器用封头》（JB/T 4746-2002）标准，由发酵罐工程径可得封

头规格如下：

罐体

高度H 和筒体高度H 0

筒体高度 H=H 0+2h a =9.0+2×0.95=10.9m

忽略搅拌器的体积，假设发酵液最高不超过筒体上端，则发酵罐溶液体积满足： V ‘

V a

错误!未找到引用源。

式h 中为筒体部分发酵液的高度，取0.75

则有h=7.07m< H 0= 9 m 说明假设成立。 发酵液高度 Hf=h+ha=7.07+0.95=8.02m

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。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D>500mm ，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。

2.1.2 壁厚计算 （1）筒体设计厚度δd

计算厚度计算式: δd = 错误!未找到引用源。

式中， Pc ——计算压力，罐体最大工作压力 P0=0.2MPa ，取设计压力

P=0.2×1.1=0.22MPa 。装满液体时，筒体任一点静压强 P=P 0+错误!未找到引用源。gx ，取 x 极限值，

即 x=H 0+ha=9+0.95=9.95m ,g 取9.87N/kg 。则筒体底部液柱静压强

P=1000错误!未找到引用源。/106=0.098MPa ，超过设计压力的5%，因此计算压力 Pc 应 计算液柱静压力在，即 Pc=0.22+0.098=0. 318MPa ；

[错误!未找到引用源。]t ——材料在设计温度下的许用应力，根绝设计任务的要求，选

用16MnR 钢，在温度低于 150℃时，其许用应力为 170MPa ；

错误!未找到引用源。——焊接接头系数，取 0.85（双面对接焊，局部无损伤害）； 得到筒体计算厚度

mm

圆整为4（mm ）

介于发酵液是轻微腐蚀性液体，取腐蚀浴量 3.5，则设计厚度 δd =7.5mm 查表钢材厚度负偏C 1=0.5mm,取钢材圆整量 2.5mm,因此δn =10.5mm,圆整为11mm

公称直径 曲面直度 直边高度

表面积 容积 3.6m

0.90m

0.05m

14．6㎡

6．62m ³