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-1-《生物工程设备与原理》课程设计说明书题目:20M3机械搅拌通风发酵罐设计院系：生命科学与工程学院专业班级：生物工程1002班成员：潘华国、胡华鑫、胡博强何恩东、张海叶指导教师：黎先发老师2013年6月7日-2-20M3机械搅拌生物反应器设计任务书第八组：装料量为20M3机械搅拌通风发酵罐姓名班级学号备注潘华国生工1002班20103115设计，计算胡博强生工1002班20103110收集资料胡华鑫生工1002班20103111画图何恩东生工1002班20103108收集资料张海叶生工1002班20103137整理主要设计参数：1工作压力罐内≤0.2MPa夹套（蛇管）内≤0.3MPa2工作温度罐内≤121℃夹套（蛇管）内150℃3工作罐内轻微腐蚀性物料介质夹套内（或蛇管）蒸汽4体积装料体积20M35面积传热面积24M26产物糖化酶7搅拌器直叶涡轮8搅拌转速/rmp2009挡板全挡板四块10罐体材料型号16MnR钢11发酵温度33℃建议：H/D取1.7-2.5；装料系数η取0.6～0.8；通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取0.5～0.9vvm发酵液密度为1076kg/m3，最大粘度3×10-3N·s/m2；给出的搅拌功率为参考值，实际通风搅拌功率需计算确定。初始水温20℃，出口温度为28℃。-3-设计要求：1、机械搅拌生物反应器机械计算及整体结构设计，完成设计说明书。（1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算（2）进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核；（3）传动系统的设计计算：尽可能采用V带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算；（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）选择接管、管法兰、设备法兰（8）设计机架结构（9）设计凸缘及安装底盖结构（10）视镜的选型设计2、绘制搅拌式生物反应器装配图(3号图纸)。课程设计考核表组别第八组班级生物工程1002班设计（论文）起始时间2013年6月至3013年7月设计完成情况：独立完成，达到要求能够完成，达到要求能够完成，基本达到要求不能按时完成，达不到基本要求说明书（论文）叙述清楚比较清楚基本清楚不清楚工作态度情况（学生对设计的认真程度、纪律及出勤情况）：认真较认真一般不认真图面是否清晰清晰比较清晰基本清晰不清晰计算是否正确正确基本正确不正确设计（论文）是否符合规范要求规范基本规范不规范成绩评定:优秀良好中等及格不及格指导教师签字：年月日-4-西南科技大学课程设计成绩评定表学生姓名：学号：专业班级：生物工程1002班课程设计题目：指导教师评语：成绩：指导教师：年月日目录-5-1设计方案的拟定--------------------------------------------------62罐体几何尺寸的确定------------------------------------------------72.1夹套反应釜的总体结构---------------------------------------------72.2几何尺寸的确定--------------------------------------------------73罐体主要部件尺寸的设计计算----------------------------------------83.1罐体------------------------------------------------------------93.2罐体壁厚------------------------------------------------------93.3封头壁厚计算---------------------------------------------------103.4搅拌器---------------------------------------------------------103.5人孔和视镜------------------------------------------------------103.6接口管----------------------------------------------------------113.6.1管道接口-----------------------------------------------------113.6.2仪表接口-----------------------------------------------------114冷却装置设计----------------------------------------------------124.1冷却方式-----------------------------------------------------124.2装液量---------------------------------------------------------134.3冷却水耗量-----------------------------------------------------134.4冷却面积-----------------------------------------------------135搅拌器轴功率的计算----------------------------------------------145.1不通气条件下的轴功率P0计算-------------------------------------155.2通气搅拌功率Pg的计算-------------------------------------------155.3电机及变速装置选用----------------------------------------------155.4支座的选取------------------------------------------------------165.5传动装置和减速装置----------------------------------------------175.5.1传动装置------------------------------------------------------185.5.2减速装置------------------------------------------------------206设计小结---------------------------------------------------------217参考文献---------------------------------------------------------218设计装配图---------------------------------------------------------------22-6-20M3机械搅拌生物反应器课程设计说明书正文摘要：本次设计的是一台20M3机械搅拌发酵罐，发酵生产链霉素。发酵罐主要由罐体和冷却装置、搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔和其它的一些附件组成。罐体材料为16MnR钢，厚度为7mm。采用标准椭圆形封头，壁厚为9mm，与发酵罐采用法兰方式连接。发酵罐的高5280mm，直径为2400mm，罐内采用二层六弯叶涡轮式搅拌器。搅拌轴直径为80mm，由110KW电动机驱动，轴封与罐体密封。冷却装置为的冷却蛇管160m，分4组安装在罐内。最后绘制了该发酵罐的装配图。关键词：机械搅拌发酵罐封头搅拌器链霉素1、设计方案的拟定我们设计的是一台20M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产链霉素。糖化酶生产菌重要的有：雪白根霉，德氏根霉，河内根霉，爪哇根霉，台湾根霉，臭曲霉，黑曲霉，河枣曲霉，宇佐美曲霉，红曲霉，扣囊拟内孢霉，泡盛曲霉，头孢霉，甘薯曲霉，罗耳伏革菌。综合温度、PH等因素选择黑曲霉A.S.3.4309菌株，该菌种最适发酵温度为32-34℃，pH为4.5，培养基为玉米粉2.5%,玉米浆2%，豆饼粉2%组成。主要生产工艺过程为如下：菌种用蔡式蔗糖斜面于32℃培养6天后，移植在以玉米粉2.5%,玉米浆2%.组成的一级种子培养基中，与32℃摇瓶培养24-36h，再接入（接种量1%）种子罐（培养基成分与摇瓶发酵相同），并与32℃通气培养搅拌24-36h，然后再接入（接种量5%-7%）发酵罐。发酵培养基由玉米粉2.5%,玉米浆2%，豆饼粉2%组成（先用a-淀粉酶液化），发酵温度为33℃，在合适的通气搅拌条件下发酵96小时酶活性可达6000u·ml-1。发酵液滤去菌体，如有影响糖化效率的葡萄糖甘转移酶存在，则通过调节滤液PH等方法使其除去，再通过浓缩将酶调整到一定单位，并加入防腐剂（如苯甲酸）。如制备粉状糖化酶，则可通过盐析或加酒精使酶沉淀，沉淀经过压滤，滤泥再通过压条烘干，粉碎，即可制成商品酶粉。发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，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20M3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、-7-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。表1-1发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵产物糖化酶根据参考文献[4]选取工作压力0.2MPa设计任务设计压力0.3MPa设计任务发酵温度（工作温度）33℃根据参考文献[4]选取设计温度150℃由工艺条件确定冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定培养基葡萄糖4%，黄豆饼粉0.8%，玉米浆1.5%，（NH4）2SO40.5%根据参考文献[4]选取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夹套反应釜的总体结构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=2.2，则H=2.2D初步设计：设计条件给出的是发酵罐的装料体积（）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-8-封头体积（近似公式）假设/D=2.2，根据设计条件发酵罐的装料体积为20M3由公称体积的近似公式可以计算罐体直径圆整后D=2400mm罐体总高度，经查阅资料，当公称直径DN=2400mm时，标准椭圆封头的曲面高度=600，直边高度，总深度为mm，内表面积，容积可得罐筒身高发酵罐的全体积拌叶直径取搅拌叶间距mm底搅拌叶至底封头高度挡板宽度表2-1大中型发酵罐技术参数公称容量筒体高度H(mm)筒体直径mm换热面积转速r/min电机功率kw1032001800121507.52147002200211543030660024003418045表2-220m3发酵罐的几何尺寸-9-项目及代号参数及结果备注装料体积20设计条件全体积28.57计算罐体直径2400计算发酵罐总高5280计算发酵罐筒体高度4000计算搅拌叶直径800计算椭圆封头短半轴长600计算椭圆封头直边高度40计算底搅拌叶至封头高度800计算搅拌叶间距1600计算挡板宽度mm240计算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。因适合链霉菌菌丝生长的pH约为6