200M3机械搅拌通风发酵罐设计方案.doc

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0.25MPa
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≈210m³
搅拌叶直径:Di/D=1/3，
Di=4140/3=1380mm
搅拌叶间距S=Di=1380mm
底搅拌叶至底封头高度C=Di=1380mm

3罐体主要部件尺寸的设计计算

3.1罐体
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。因有机酸是偏酸性（pH值为4.5），对罐体不会有太大腐蚀，所以罐体和封头都使用1