1、夹套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，构成完整的夹套反应釜。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=1.8 初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积。 公称体积 罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。1、全体积公称体
2、积和上封头体积之和：H/D=1.73.5Di/D=1/21/3B/D=1/81/12C/Di=0.81.0S/Di=25/D=1.3Di 搅拌叶直径D罐体直径 罐体直筒部位高度 B 挡板宽度ha 椭圆封头短半轴长度S 搅拌叶间距C 底搅拌叶至底封头高度hb椭圆封头的直边高度假设H0/D=1.3，根据设计条件罐的公称体积为70m3由公称体积的近似公式V=0.785D21.3D+0.15D3=70，解得D=3910mm ,取整为4000mm。H=1.8D=1.84000=7200mm查阅文献7 ，当公称直径DN=4000mm时，标准椭圆封头的曲面高ha=1000mm，直边高度hb=50mm，总深度
3、为Hf=1050mm，容积=0.78542（0.05+1/64）=9.0013mm3可得罐直筒高度H0=H-21050=5100mm则此时H0/D=5100/4000=1.2753，与假设相近，故D=4000合适。发酵罐的公称体积V=0.7855.1+9.0013=73.07m3全体积V0=0.7855.1+9.00132=82.07 m3搅拌叶直径Di=1/3D=1/34000=1334mm搅拌叶间距S=3DI=4000mm底搅拌叶至底封头高度C= DI=1334mm表2：75m3发酵罐的几何尺寸公称体积m370设计条件全体积m382.07计算罐体直径D mm4000总高度H mm7200筒
4、体高度H0 mm5100搅拌叶直径Di mm1334封头曲面高度ha mm1000椭圆封头直边高度hb mm50底搅拌叶至底封头高度C mm搅拌叶间距S mm2.3主要部件尺寸的设计计算2.3.1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 发酵罐材料可以选用碳钢、不锈钢、合金钢等。相对其他工业来说，发酵液对钢材的腐蚀不大，但必须能耐受一定的压力和温度，通常要求耐受130150 的温度和0.3MPa的压力。 例如：腐蚀性不大的发酵液，如酶制剂发酵可以选用16MnR钢；柠檬酸为弱酸，对罐体使用A3钢会有腐蚀，使用不锈钢成本较高。考虑使用A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐
5、。即可达到要求，又降低成本。 综合各因素，该发酵罐发酵生产红霉素，由于发酵液腐蚀性不大，我们选择不锈钢16MnR钢2.3.2 罐体壁厚：取决于罐径及罐压的大小1=+C=+3=7.42mm 取整为1=8mmD罐体直径（mm）p耐受压强 （设计压力取0.4MPa） 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0 罐体金属材料在设计温度下的许用应力（16MnR钢焊接压力容器许用应力为150，137MPa）C 腐蚀裕度，当 C89mm,可以满足工艺要求。核算：物料流量Q=0.0051 m3/s，流速v=1m/s;管道截面积F=0.7850.1082=0.0092m2在相同的流速下，流过物料因管径较原来计算结
6、果大，则相应流速比为n=则排料时间：t=30.55=1.65h进料管径其管径与排料口相同。2.7.2 气管直径的选择 按通风管计算，压缩空气在0.3MPa下，支管气速为2025m/s。现通风比0.10.18vvm，为常温下20，0.1MPa下的情况，要折算0.3MPa、32 状态。风量Q1取大值Q1=250.18=4.5m3/min=0.075m3/s利用气态方程式计算工作状态下的风量QfQf=0.075=0.22m3/s取风速v=20m/s，则风管截面积Ff为Ff=Qf/v=0.22/20=0.0110m2则气管直径d气为：d气=1594.5mm无缝管，159mm118.382mm,可满足工
7、艺要求。2.7.3 仪表接口温度计：PT100铂电阻-DOCOROM常用温度传感器型号-TR/02125装配式热电阻，开在罐身上；压力表：弹簧管压力表（径向型），精度2.5，型号：Y150，开在封头上；液位计：采用HG5-1366-80反射式玻璃板液位仪，开在罐身上；溶氧探头：A1-900MAX；pH探头：SBH03-871PH-3P1A-3型；2.8 管道接口进料口： 1084mm排料口：进气口： 159排气口：冷却水进、出口：补料口：取样口：2.9 支座的选择根据技术，查阅文献，要求选择序号是8的A型耳式支座。 A型耳式支座表2-2 发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果罐体材料16MnR钢工艺
8、条件确定罐体壁厚8mm人孔HG21518-95 一个由文献【2】选取封头JB/T4746-2002 两个由文献【7】选取封头壁厚14mm焊接方式双面焊取搅拌器种类六弯叶涡轮式搅拌器搅拌器层数2层搅拌器直径1334mm视镜1个进、排料口直径进、出气口直径冷却水进出口直径763.5mm补料口直径取样口直径温度计TR/02125 一个由文献【1】选取压力表Y150 一个液位计HG5-1366-80 一个溶氧探头A1-900MAX 一个PH探头SBH03-871PH-3P1A-3支座A型 四个2.8冷却装置的设计（1）冷却方式：发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用列管或蛇管冷却，
9、使用水作冷却介质。（2）装料量装料系数取75%，则实际装液量V1=V075%=82.0775%=61.55m3V柱=V1-下封头体积=61.55-9.0013=52.55m3装液高度h1= V柱/（0.785D2）=52.55/（0.78542）=4.18m（3）单位时间传热量单位时间传热量发酵热装料量,查得红霉素发酵热为26300kJ/m3*h 即：查阅文献得各类发酵液的发酵热发酵液发酵热kJ/m3*h青霉素丝状菌23000青霉素球状菌13800链霉素18800四环素25100红霉素26300谷氨酸29300赖氨酸33400柠檬酸11700酶制剂14700-18800（4）冷却水用量（W）单
10、位时间传热量Q=Q发V1=2630061.55=1.619106KJ/h 冷却水耗量W=Q/Cp（t2-t1）=1.619106/4.186（23-18）=7.74104kg/htm=（tF-t1）-（tF-t2）/2.303lg（tF-t1）/（tF-t2）=11.314（5）冷却面积（A）取整为80m2A=79.50m2 取整80m2冷却管总长度L=335.023m取整L=336，分为6组，每组长L0=56m其中，d取76mm，壁厚3.5mmK取1.8103kJ/（m2h）分6组，每组56m每圈蛇管长度L= =9.42mD蛇管圈直径，3mhp 蛇管圈之间的距离，取0.19m每组蛇管圈数Np
11、=L0/L=56/9.42=5.946 故总圈数为36=18蛇管总高度表2-3发酵罐冷却装置设计计算结果装料系数75%装料体积m361.55装料高度m4.18总发酵热kJ/h1.619106冷却水消耗量kg/h7.74104冷却面积m280蛇管总长度m336蛇管总高度m3.23蛇管组数蛇管规格mm573.5根据参考文献选取2.9 搅拌器轴功率的计算（单只搅拌桨）2.9.1不通气条件下的轴功率P0计算取发酵醪液黏度，密度=1000kg/m3，搅拌转速=130r/min 则雷诺准数Re=2.95因为Re，所以发酵系统为湍流状态，即有效功率系数=4.7鲁士顿（Rushton J. H.）公式：P0=
12、Np3Di5=198.94kwP0无通气搅拌输入的功率（W）；功率准数，是搅拌雷诺数Re的函数；圆盘六弯叶涡轮 NP4.7涡轮转速（r/min）；液体密度，取1050 kg/m3 ；涡轮直径（m）；对于多层搅拌器的轴功率可按下式估算：Pm=P（0.4+0.6m）=198.94（0.4+0.62）=318.30kwm-搅拌器层数。2.9.2通气搅拌功率Pg的计算注：P0无通气搅拌输入的功率（W）n=涡轮转速（r/min），取130 r/min涡轮直径（m），1.34mQ通气量（/min），取4/min计算Pg=178.13kw2.9.3电机及变速装置选用根据搅拌功率选用电动机时，应考虑传动装置的
13、机械效率。搅拌轴功率轴封摩擦损失功率，一般为传动机构效率根据生产需要选择三角皮带电机。三角皮带的效率是 0.92，滚动轴承的效率是 0.99，滑动轴承的效率是0.98，端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的 1%，则电机的功率P=（Pg+PT）/=178.13/（0.920.980.99）（1+1%）=201.56kw搅拌轴直径，n为转速（单位为转/分）取A=100故d=100（201.56/130）1/3=115.74mm根据文献选轴径为130mm 机械搅拌发酵罐的结构1轴封 ； 2人孔；3梯； 4联轴；5中间轴承； 6温度计接口；7搅拌叶轮； 8进风管；9放料口； 10底轴承；11热电偶接口；
14、12冷却管；13搅拌轴； 14取样管；15轴承座； 16传动皮带；17电机； 18压力表；19取样口； 20人孔 21进料口； 22补料口；23排气口； 24回流口；25视镜；图2.1 大型发酵罐结构图查阅文献知：机械传动的效率传动机械，%三角皮带9095伞齿轮正齿轮涡轮（三线或四线）7090涡轮（双线）6080搅拌轴直径的确定（1）轴径应同时满足强度、刚度、临界转速等条件。（2）在确定轴的结构尺寸时，还应考虑轴上键槽及开孔所引起的局部削弱，轴径应适当增大。（3）轴径应圆整到标准公称轴径系列，如30、40、50、65、80、95、110等。 d=A （p/n） （1/3）系数A可以取97-14
15、9（根据所选轴的材料确定），P为功率（单位Kw），n为转速（单位转/分）表2-4 发酵罐搅拌功率的设计计算结果转速r/min130单层不通气时的轴功率kw198.94多层搅拌器轴功率kw318.30通气量m3/min通气搅拌功率kw178.13电机功率kw201.56电机选择kw250根据文献【1】确定轴径mm传动装置三角带第三章设计小结 在此次课程设计中，我设计了机械通风发酵罐，该反应器利用红霉素链霉菌进行红霉素的发酵生产.通过这次设计，我学会怎么设计机械通风反应器，并学会一些基本的设计的步骤，以及认真的态度。这次我的设计是由最开始的计算到数据的整理在到画图，以及在后来的说明书的的拟订。在整
16、个设计过程之中都是我自己一个人的劳动成果，虽然是困难重重，但我们每一个人都是认真的作好每一个环节，才会按时完成我的设计。完成整个设计后，我深刻体会到了工业生产的艰难，给予我学习的动力，为以后埋下扎实的基础。在设计计算过程中，我了解了确定几何尺寸的基本步骤，并能初步确定机械搅拌通风发酵罐主要部件的尺寸，能设计冷却装置，能选择其冷却方式并计算出其冷却面积和冷却水用量，最后计算出发酵罐的搅拌轴功率，完成整个发酵罐的设计。通过咨询老师、翻阅书本、文献以及各种资料，我能初步了解发酵罐设计的整个流程，并且对各个流程都熟悉了解，每步都要求做到更好。参考文献1 郑裕国. 生物工程设备M. 北京：化学工业出版社，2007.2 李功样，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备的设计M. 广州：华南理工大学出版社，2006.3 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计M. 杭州：华东理工大学出版社，2005.4 杨汝德编，现代工业级生物学，华南理工大学出版社5 陈坚、李寅编著，发酵过程优化原理与实践， 化学工业出版社，20026 潘红良、郝俊文主编，过程设备机械设计 华东理工大学出版社7 厉玉鸣主编，化工仪表及自动化，化学工业出版社8 梁世中主编，生物工程设备，中国轻工业出版社，20089 叶勤编著，发酵过程原理， 化学工业出版社10 原理与实践，化学工业出版社
