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1 设计方案的拟定
我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产有机酸。
设计基本依据
(1)、机械搅拌生物反应器的型式
通用式机械搅拌生物反应器,其主要结构标准如下:
①高径比:H/D=1.7-4.0
②搅拌器:六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4
③搅拌器直径:Di=D/3
④搅拌器间距:S=(0.95-1.05)D
⑤最下一组搅拌器与罐底的距离:C=(0.8-1.0)D
⑥挡板宽度:B=0.1D,当采用列管式冷却时,可用列管冷却代替挡板
(2)、反应器用途
用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐,有关设计参数如下:
①装料系数:种子罐0.50-0.65
发酵罐0.65-0.8
②发酵液物性参数:密度1080kg/m3
粘度2.0×10-3N.s/m2
导热系数0.621W/m.℃
比热4.174kJ/kg.℃
③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3
④溶氧系数:种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm
发酵罐6-9×10-6molO2/ml.min.atm
⑤标准空气通风量:种子罐0.4-0.6vvm
发酵罐0.2-0.4vvm
(3)、冷却水及冷却装置
冷却水:地下水18-20℃
冷却水出口温度:23-26℃
发酵温度:32-33℃
冷却装置:种子罐用夹套式冷却,发酵罐用列管冷却。
(4)、设计压力罐内0.4MPa;夹套0.25 MPa
发酵罐主要由罐体和冷却列管,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200M3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-发酵罐主要设计条件
项目及代号 参数及结果 备注 发酵产品 有机酸 工作压力 0.4MPa 由任务书确定 设计压力 0.4MPa 由任务书确定 发酵温度(工作温度) 33℃ 根据任务书选取 设计温度 150℃ 由工艺条件确定 冷却方式 列管冷却 由工艺条件确定 发酵液密度 由工艺条件确定 发酵液黏度 由工艺条件确定
2 罐体几何尺寸的确定
2.1发酵反应釜的总体结构
发酵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,构成完整的发酵反应釜。
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=4,则H=4D;
初步设计:设计条件给出的是发酵罐的公称体积(200M3)
公称体积V--罐的筒身(圆柱)体积和底封头体积之和
全体积V0--公称体积和上封头体积之和
封头体积
(近似公式)
假设HL/D=3.9,根据设计条件发酵罐的公称体积为200M3
由公称体积的近似公式可以计算出
罐体直径D=3964mm,
罐体总高度
H=4D=4×3964=15855mm,
查阅文献【2】 ,当公称直径Dn=4000mm时,标准椭圆封头的曲面高度ha=1000mm,直边高度hb=50mm,总深度为Hf=ha+hb,内表面积Af=17.9㎡,容积Vf=9.02m3,
可得罐筒身高,
HL=H-2Hf=15855-2×1050=13755mm
则此时,与前面的假设不相近,
又设HL/D=3.4,
所以,
则可知,D=4306mm,圆整取D=4140mm,
H=4D=4×4140=16560mm,
HL=H-2Hf=16560-2×1050=14460mm,
,与前面的假设相近
故可认为D=4140mm是合适的
发酵罐的全体积
由V=(π/4)D2HL+2Vf,得
V=207.4m3≈210 m3
搅拌叶直径:Di/D=1/3,
Di=4140/3=13
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