南华大学机械工程学院毕业设计
1.设计题目
V50m3发酵罐设计
1.1课题介绍
1.1.1 设计内容
1.罐体体直径、厚度计算； 2.罐内件及有关附件计算； 3.筒体选材及壁厚计算；
4.上下封头型式、材料的确定以及厚度的计算与校核；5.顶部和底部空间计算； 6.裙座设计及校核； 7.罐总高的计算； 8.载荷分析及强度校核
1.1.2 操作参数
装置参数：
内筒 工作压力(MPa)： 0.3 0.4 操作温度 (℃)： 35 20/135 物料名称： 发酵液 腐蚀余量(mm) 0 0 换热面积(m2) 55 电机功率(KW) 55 搅拌转速(rpm) 110 基本风压(MPa) 0.35 地震烈度 7
1.2课题研究背景及发展趋势
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管内 蒸汽 水 南华大学机械工程学院毕业设计
随着生化技术的提高和生化产品的需求量不断增加,对发酵罐的大型化、
节能和高效提出了越来越高的要求。目前国际抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主,而轻工的氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3 ,国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵罐,其容积为10 万加仑,折合公称容积为380 米3 。众所周知发酵是一个无菌的通气(或厌氧) 的复杂生化过程,需要无菌的空气和培养基的纯种浸没培养,因而发酵罐的设计,不仅仅是单体设备的设计,而且涉及培养基灭菌、无菌空气的制备、发酵过程的控制和工艺管道配制的系统工程。 ※ 国内发酵罐现况
改革开放后,国内发酵罐的装备得到了显著改善,具体表现在: 容积:抗生素发酵扩大至100～150m3 。 赖氨酸发酵已达200m3 。 材质:逐步由碳钢改为不锈钢。
传热:由单一的罐内多组立式蛇管改为罐壁半 圆形外盘管为主,辅之罐内冷却管。 减速机:由皮带减速改为齿轮减速机。 搅拌机:由单一径向叶轮改为轴向和径向组合 型叶轮。
但由于发酵罐的系统设计没有受到人们普遍重视,有许多抗生素生产人员往往重视发酵工艺和菌种,或限于资金和发酵厂房现状,对发酵罐的大型化和优化缺乏足够重视。就发酵罐而言,目前头国内基本上在原有50m3 基础上进行改革, 罐径为3100 毫米,罐筒体略有变化,形成57m3 、60m3 等罐体,电机相应作些变化有75 、95 和115kW 不等,传热为立式蛇管和搅拌叶轮基本不变为六叶蜗轮,减 速采用皮带轮。因而同国际上存在不少的差距,有必要通过对发酵罐系统设计的认识提高,将我国抗生素发酵装备水平向前推进。
2 罐体的设计
2.1 罐体的结构设计
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图2.1
（如图2.1）发酵罐包括罐体和焊接在其上的各种附件。常用的罐体是立式圆筒形容器，它有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐体在规定的操作温度和操作压力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。
为了满足不同的工艺要求，或者因为发酵罐本身结构上的需要，罐体上装有各种不同用途的附件。但是随着附件的增加，往往会给设备是制造和维修带来很多麻烦，增加设备的制造和维修费用。所以在确定发酵罐的结构的时候应全面考虑，使设备既满足生产工艺要求有做到经济合理，实现最佳化设计。
2.2 罐体几何尺寸计算
2.2.1按设计压力计算筒体和封头厚度
工作压力 p=0.3MPa
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设计压力【p】=1.1?0.3=0.33Mpa 工作温度 t=35℃
H/D=2.4（1.7~2.5）V<80M3取上限 V=50M3
装料系数取0.65
Di???2.4Di?4?50
2内径 Di=2982㎜ 圆整 Di=3000mm 焊接接头系数 Φ=0.85 筒体材料：1Cr18Ni9Ti 计算厚度：δ=
PcDi2[σ]tφ?Pc=
0.33?3.0=0.0056m
2?103?0.85?0.33名义厚度：?n=10㎜
有效厚度：?e=?n?C1?C2=10-0-0.8=9.2㎜ 钢材厚度负偏差：C1=0.8㎜ 腐蚀裕量：C2=0㎜
厚度附加量：C=C1?C2=0+0.8=0.8㎜
上下封头都为标准椭圆封头（如图2.2.1 ） 符合JB/T4746-2002《压力容器封头》要求 设计压力 P=0.3MPa 设计温度 t=35℃
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δ n
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图2.2.1 内径 Di=3000㎜ 焊接接头系数 ?=0.85 有Di?2hi?2 曲面高度 hi=750mm 材料1Cr18Ni9Ti(钢板) 试验温度许用应力[?]=124MPa 设计温度许用应力[?]t=103MPa 钢板负偏差 C1=0.8㎜ 腐蚀裕量 C2=0 形状系数
?Di1?K=?2???2h6??i?????2?1?=6??2??3660????=1 ?2???2?915?????计算厚度
?=
KPcDi2[?]t??0.5Pc=
0.33?3.0=0.0059m
2?103?0.85?0.5?0.33有效厚度
?e=?n-C1-C2=10-0-0.8=9.2㎜
名义厚度 ?n=10㎜ 2.2.2筒体内径 工艺条件给定： 全容积V=54m3 操作容积V1=50m3 传热面积F=55㎡ 罐体形式：圆筒形
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