发酵搅拌罐设计.doc

食品工厂机械与设备课程设计〔装料量 5 m 3 机械搅拌发酵罐设计〕设计小组：第 19 组组 长：林挺 〔20223302〕 组 员：高鑫培〔20223296〕李瑞轩〔20223299〕 李亮 〔20223298〕专 业：食品科学与工程指导教师：黎先发设计成绩：日期： 2022 年 1 月 16 日西南科技大学 生命科学与工程学院0目 录一、设计任务 2二、设计要求 3三、概述 3四、总体构造设计 44.1 罐头设计 44.2 罐头及封头的几何尺寸的计算 44.3 罐头压力测试 64.4 确定夹套的几何尺寸的计算 74.5 夹套压力试验 8五、搅拌装置及附件设计 85.1 搅拌轴计算 85.2 搅拌器选型及分布 12六、传动装置的设计 146.1 电动机选型 156.2 减速器选型 166.3 联轴器选型 20七、其他关心设备的选型 217.1 支座的选择 217.2 人孔的选择 2317.3 视镜的选择 237.4 无菌空气通风管设计 237.5 消泡器 24八、各自的设计任务 24一、设计任务装料量 5 m 3机械搅拌发酵罐设计设计参数和技术特性指标名称罐内指标≤0.3Mpa工作压力夹套〔蛇管〕 ≤0.5Mpa内罐内≤121℃工作温度夹套〔蛇管〕 <150℃内工作介质罐内夹套内稍微腐蚀性物料蒸汽装料量〔m3〕 5传热面积〔m2〕搅拌器型式传热面积由夹套构造确定，夹套高度不低于液位高度。

涡轮式搅拌器转速/rmp〔参考〕搅拌轴功率 kw其它罐体材料2606.5夹套换热时，至少应装四块挡板〔依据需要设置〕16MnH/D装料系数 η1.0~1.30.7~0.9罐内料液密度1076Kg/m³接收建议〔推举〕2出口口插口Dg80Dg57Dg30Dg70Dg80Dg50400100出料口冷凝液蒸汽进温度计视镜进料口人孔手孔二、设计要求1. 机械搅拌发酵罐计算及整体构造设计，完成设计说明书1） 进展罐体及夹套〔或内部蛇管〕设计计算；（2） 进展搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的构造设计，搅拌轴计算和校核；（3） 传动系统的设计计算：尽可能承受 V 带传动，进展传动系统方案设计；进展带传动设计计算；（4） 密封装置的选型设计；（5） 选择支座形式并计算；（6） 手孔或人孔选型；（7） 选择接收、管法兰、设备法兰；（8） 设计机架构造；（9） 设计凸缘及安装底盖构造；（10） 视镜的选型设计；（11） 消泡装置设计；（12） 无菌空气分布管设计2. 绘制搅拌罐装配图(2 号或 3 号图纸)三、概述机械搅拌发酵罐是生物制药工厂常用类型之一，它是利用机械搅拌器的作 用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长生殖、发酵所需要的氧气。

机械搅拌发酵罐可用于生产药用酵母、饲料酵母、活性干酵母、液体曲、谷氨酸、柠檬酸、抗生素、维生素、酶制剂、食用醋、赖氨酸等机械搅拌发酵罐其实就是一种生物反响器，生物反响器是指为活细胞或酶供给适宜的反响环境， 让他们进展细胞增殖或生产的装置系统生物反响器为细菌的生长和生殖供给适宜的生长环境，促进菌体生产人们需要的产物广泛应用于乳制品、饮料、生物3工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温罐内壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状态下混合、发酵，设备配备空气呼吸孔，CIP 清洗喷头，人孔等装置机械搅拌发酵罐主要由罐体、封头、夹套、联轴器、传动系统、消泡器等构造构成机械搅拌发酵罐的根本要求：（1） 机械搅拌通风发酵罐应具有适宜的径高比罐身越高，氧的利用率较高；（2） 机械搅拌通风发酵罐能承受肯定的压力；（3） 要保证发酵液必需的溶解氧；（4） 机械搅拌通风发酵罐应具有足够的冷却面积；（5） 机械搅拌通风发酵罐内应尽量削减死角，避开藏垢积污，灭菌能彻底， 避开染菌；（6） 搅拌器的轴封应严密，防病量削减泄漏罐体的材料要依据发酵液对钢材腐蚀的程度来选择，此款机械搅拌发酵罐主要是用于食品的加工，其腐蚀程度相对较低，我们选择16Mn 材料制作罐体、封头、夹套等。

四、总体构造设计4.1 罐体设计4.1.1 确定罐头上下封头的形式搅拌罐为立式容器,上封头选用标准椭圆形封头,下封头为了考虑排料选用无折边的锥形封头,并选取筒体高度 H 与筒体半径 D1 的比值为 2:1；上、下封头也可一样4.2 罐体及封头的几何尺寸的计算4.2.1 确定罐体的内径D〔公称直径〕和筒体的高度H选取搅拌罐装料系数为h = 0.8 ,装料量V = V h = 5m3可得设备总容积V总V= 0 =h50.80 总= 6.25m3对于机械搅拌发酵罐，取高径比为H / D= 24初选筒体直径取 D=1500mm,查手册 D = 1500mm 的标准椭圆形封头的封头容积为Vb= 0.513m3 ，则公称容积V = 6.25 - 0.513 = 5.737m34V3 pH / D34´5.7373.14´ 2估算筒体的内径D = = =1540mm将计算结果圆整至公称 直径标准系列，取筒 体内径 D=1500mm， 查手册D=1500mm 的标准椭圆形封头曲面高度 h1=400mm，直边高度 h2=40mm，封头容积Vb=0.513m3,外表积Fb=2.62m2,查手册得一米高筒体容积V1=1.767m3,外表积 F1=4.71m3V - VH = bV1= 5.737 - 0.617 = 2.897 m1.767筒体高度圆整为 2.9m演算实际高径比 H/D=2.9/1.5≈1.93复核结果根本接近 2，满足要求。

4.2.2 确定筒体的厚度食品液体对钢材的腐蚀性不大，温度不高，压力为低压，故可选用 16Mn 钢材, 查表 16MnR 钢σb =510MPa，查表得厚度6 ~ 16mm 设计温度 121℃的许应力为 170MPa选取筒体内设计压力 P = 1.1P = 1.1´ 0.3 = 0.33MPa ，同时还需判断是否需要考虑液体静压力：maxVbH = 0 -V料 V1= 5 - 0.513 = 2.539m 1.767P = r gH物料 料= 1076 ´ 9.8´ 2.539 = 0.027MPa ，超过设计压力的 5%，应计算在内P = P + P内 物料= 0.357MPa筒体的焊缝承受单面对接焊缝，局部无损伤，焊缝系数f = 0.8 pD 0.357 ´1500td = 2[s]t f - p= = 1.97mm2 ´170 ´ 0.8 - 0.357由于市面上所出售的材料其厚度最小为 3mm，所以我们取筒壁厚t = 3mmd设钢板厚度在4.5 ~ 5.5mm ，则取负偏差c1= 0.2mm 双面腐蚀度c2= 2 mmc = c + c1 2= 2.2 mm5[ ]t = pD + c = 3 + 2.2 = 5.2mmd 2 s t f - p考虑安全裕量，取筒体的厚度为 6mm4.2.3 确定上封头的厚度所选取的筒体的上封头为标准椭圆形封头[ ]t = KpD 对标准椭圆形封头 K=1上 2 s t f - 0.5 pt = 1´ 0.33 ´1500 = 1.821 mm上 2 ´170 ´ 0.8 - 0.5 ´ 0.33负偏差c1= 0.2 上封头由于外无夹套，故无物料腐蚀， c = c1[ ]t = KpD + c = 3 +1+ 0.2 = 4.2mm上 2 s t f - 0.5 p为了便于制造和焊接，封头常与筒体的厚度一样，即筒体和封头的厚度都为6mm。

4.2.4 下封头的厚度与高度依据公称直径查相应标准椭圆封头的相关参数：曲面盖度： h1= 400mm 直面高度： h2= 40mm下封头装液的高度 H2= H + h + h料 1 2= 2539 + 400 + 40 = 2979mmp = r H g = 1076 ´ 2.979 ´ 9.8 = 0.031MPa ，超过设计压力的 5%，应计算在内2 2p = p + p = 0.33 + 0.031 = 0.361MPa真 2=Kp D0.361´1500t下 2[s ]t f真- 0.5 p真= 2 ´170´ 0.8 - 0.5´ 0.361 = 1.99mm由结果取厚度附加量负偏差c1= 0.2 双面腐蚀度c2= 2mm c = c + c1 2= 2.2Kp Dt = [ ] 真+ c = 3 + 2.2 = 5.2mm下 2 sf - 0.5 p真为了便于制造和焊接，封头常与筒体的厚度一样，即筒体和封头的厚度都为6mm64.3 罐体压力试验承受水压试验，试验压力公式为[s ]s tTp = 1.25 p [ ]= 1.25 ´ 0.357 ´ 170170= 0.446 Mpas = =p [D + (t - c)] 0.446 ´ [1500 + (4.5 - 2.2)]T n ( )= 182.07Mp2(tn- c)f 2 ´4.5 - 2.2´ 0.8 a屈服点强度ss= 345 Mpa ， 0.9ss= 0.9 ´ 345 = 310.5Mpa可见s < 0.9ss压力试验强度足够4.4 确定夹套的几何尺寸的计算4.4.1 确定夹套的直径和高度表 夹套内径 D mm2D 500-600 700-1800 2022-30001D D +50 D2 1 1+100 D1+200对于筒体内径 Di=700—1800mm，夹套的内径 D = D + 100 = 1500 + 100 = 1600mm ，符合压力容器公称直径。

j依据夹套内径估算夹套高度:hV - VhV - V0.8 ´ 6.25 - 0.513H。