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按式Di?34V?im估算
HDi3I——长径比，i=(按物料类型选取，见参考文献【8】表4.2)取i=2.4
初算筒体内径Di?4V?i?34?50=2982m
??2.0 圆整筒体内径Di=3000㎜ 2.2.3封头尺寸
封头形式：椭圆形 其内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见参考文献【11】表1，其质量见表B.1 2.2.4筒体高度H1
封头容积V封=3.817m3 见参考文献【11】表B.1 1米高筒体容积V1m=7.03m3见参考文献【8】附表4.1 筒体高度H1=
V?V封V1m=
50?3.8177.03=6.569m
圆整筒体高度H1=7000㎜
3 发酵罐的搅拌装置
3.1 搅拌器的选定
3.1.1搅拌器的功能
搅拌器的功能概括地说就是提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状以达到搅拌过程的目的。
搅拌器的搅拌作用由运动着的叶轮所产生，因此，叶轮的形状、尺寸、数量以及转速就影响搅拌器的功能。同时搅拌器的工作环境有关。搅拌介质的物性的影响已如上文所述。另外，搅拌罐的形状、尺寸、挡板的设置情况、物料在罐中的进出方式都属于工作环境的范畴，这些条件以及搅拌器在罐内的安装位置及方
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式都会影响搅拌器的功能。
3.1.2搅拌器与罐径的几何关系
从搅拌器的功能可以知道，叶轮的大小不是任意决定的，它可以影响叶轮的排出流量，也可以影响动力消耗，也就是可以影响向液体中输入能量的大小，说明叶轮的大小直接影响搅拌过程所需要的动力，还能提供良好的流动状态，完成预期的操作。叶轮的大小一般以浆径的大小（所谓桨径是指叶轮回转时前端轨迹圆的直径）和叶轮的宽度来衡量。桨径的选择和搅拌器的种类有关，与罐径的大小有关。涡轮式叶轮的d/D一般为0.25～0.5。桨式之所以将d/D的范围取大些，是因为它的转速较低，还常用在黏度较高的条件下。考虑到具体的操作目的，还可将桨径尺寸选择更合理些。例如对于液-液分散操作时，为使轻相组分不致集中在轴的附近，要使罐的中心部分和四周部分的分散相能同时分散，取d/D=1/3最合适。对气-液分散操作，也取d/D=1/3。据认为在这个条件下，当动力消耗一定时，传质速率较大。当固-液相悬浮操作时，为使罐底的固体颗粒易于搅起，对于同类型的罐底可取不同的桨径。桨径罐径比分别为：平底圆罐d/D=0.45～0.5,椭圆形底圆罐d/D=0.4,半球形底圆罐d/D=0.3。对于特殊的液-液乳化搅拌，为取得高的剪切能力，叶轮要高速回转，其桨径罐径比更小，一般为1/6～1/10。
3.1.3搅拌器的选型
设计的优劣可使搅拌设备的效益相差很大，为此有必要在明确的搅拌目的和物料性质的基础上，对搅拌设备的各个要素，例如叶轮的形状、叶轮直径、叶轮的层数、叶轮的安装位置、转速、设备的形状、挡板的尺寸和个数等进行优化。一般，搅拌设备的设计顺序为：
搅拌条件是设定和确认→搅拌叶轮型式及内构件的选定→确定叶轮尺寸及转速→计算搅拌功率→搅拌装置机械设计
要设定的搅拌条件包括搅拌罐的容积、罐型、罐内物料的性质、搅拌目的、操作温度和压力，是分批式操作还是连续式操作等。无疑，这是设计搅拌设备的基础，通常须由搅拌设备的用户提供。然后对于有些条目，用户往往不能确切地提出，需要与设计者进行沟通后才能确定，特别是对于物料的性质和搅拌目的两项。例如，对于像聚合物熔融体那样的非牛顿流体，其操作状态的黏度与在操作
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状态下所受的剪切速率有关，而剪切速率与搅拌器的形式和转速有关；又如对于固-液悬浮、气-液分散等操作，搅拌设备设计者需要用户提出所需的搅拌强度等级，而这些等级又往往是设计者人为划分的。遇到这些情况，设计者与用户之间必须协调和沟通，最终双方对搅拌条件进行确认。
在搅拌条件确定后，搅拌叶轮型式的选定是非常重要的一步,而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切力都较强，几乎是应用最广的桨型。涡轮式叶轮随叶片形状和安装的角度不同其名称和用途也不同。从形式上看有两大类，一类是有一个圆盘安装在轮毂上，叶片再安装在圆盘上，称圆盘涡轮式，另一种是叶片直接安装在轮毂上，称开启涡轮式。若叶片垂直安装的称径向流涡轮，叶片倾斜安装的称轴向流涡轮。若叶片呈弯曲形的还可称作弯曲叶涡轮。
径向流涡轮功率消耗大，剪切力强，又具有排出能力。因此它适用于既要有强的剪切，又要有一定循环流量的场合，如在液-液体系用于乳化、乳液聚合、悬浮聚合、萃取等；涡轮式叶轮的叶径与罐径之比通常为0.25～0.5,转速为50～300r/min,适应的最高黏度为30Pa·s左右。
表3.1 搅拌器型式选用表（摘自HG/T 20569-94） 工艺过程类型 控制因素 使用搅拌器型式 Di/DJ H0/DJ 剪切作用、容传热 积循环速率、高速度
桨式：1.25：1～2：桨式、推进1 1：1～2：1 式、涡流式 推进式：3：1～4：1 涡轮式：3：1～4：1
图3.1 箭叶可拆圆盘涡轮式搅拌器
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箭叶的叶面都是用圆弧状，其半径为桨径的1/10，相当于平直叶桨宽的箭叶宽度b=(1/5)dj，箭叶在圆盘平面上的投影宽度为桨径的1/10，桨叶长为桨径的1/4，圆盘的直径为桨径的3/4。当箭叶是由两个圆弧面焊在一起的时候，前端用一个垫块，而桨叶的宽度要比(1/5)dj大出一个垫块的厚度。箭叶圆盘涡轮简图如图3.1
对于直径大于700㎜的圆盘涡轮，为了装拆方便，有时要制成对开式圆盘，各焊在对开式轮毂上，然后用螺栓将对开轮毂夹紧在搅拌轴上，并用螺栓将两半圆盘相连接。
由Di/DJ=3.52：1 DJ=则选用DJ=850㎜ 键槽的宽度b=32㎜ 搅拌器桨叶的宽度B=170㎜ 轮毂内径d=110㎜ 轮毂外径d2=180㎜
搅拌器桨叶连接螺栓孔径d0=M10 搅拌器紧定螺钉孔径d1=M16 搅拌器圆盘的直径D1=570㎜ 搅拌器桨叶的厚度?=8㎜ 搅拌器圆盘的厚度?1=10㎜ 轮毂高度h=170㎜
圆盘到轮毂底部的高度h2=40㎜ 搅拌器叶片的长度L=212㎜
弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径R=85㎜ 键槽的宽度b=32㎜
轮毂内径与键槽深度之和t=116.4
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Di4=
3000=850㎜ 3.5南华大学机械工程学院毕业设计
搅拌器许用扭矩M=9843MPa 参考质量GJY=74.7kg
Mnmax=4537.68MPa 3.2 搅拌轴的设计 轴是传递运动和动力的重要零件、工作时既受弯曲、又承受扭矩的轴称为转轴，如减速器中齿轮轴;只传递扭矩的轴称为传动轴，只受弯曲不受扭转作用的轴称为心轴，如自行车上的前轴。传动轴的形式由机架形式、传动轴安装形式和釜内联轴器形式确定。传动轴的规格则由轴径和机架的公称直径确定。 筒体高度H=7850㎜,传动轴过长则分成几个部分由联轴器连接。上轴连接电动机为传动轴。中轴装刮沫板。下轴装三个搅拌器由两个支架轴承固定。可按扭转强度设计传动轴轴径 这种方法只按轴所受的扭拒来计算轴的强度；如果还受有不大的弯矩时，则用降低扭转切应力的方法予以考虑。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴的最小直径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为： ?T= TWT?[?]T 式中 T——轴所受扭矩，在已知轴的转速n(r/min)和传递功率P（kW）的条件下，T=9.55×106PN(N·㎜)； ?16WT= WT——轴的抗扭截面模量（mm3），对轴径为d的圆形轴， d3?0.2d3。 [?]T——许用扭转切应力，MPa， 见表3-5. 按扭转强度设计轴径d：d?A03Pn㎜ 式中A0= 39.55?106/(0.2[?]T)，可直 接由表3.2查得，A0取法是当弯矩的作用较扭矩小，或轴只受扭矩作用时，取小值；反之取大值。 表3.2 轴常用材料的[?]T及A0值 第 10 页 共 55 页