课程设计75M3机械搅拌通风谷氨酸发酵罐的设计课程名称生物工程设备学生学院轻工化工学院专业班级生物工程一班学号学生姓名***指导教师***2010 年 6 月20 日广东工业大学课程设计任务书题目名称75M3机械搅拌通风谷氨酸发酵罐的设计学生学院轻工化工学院专业班级生物工程一班姓名***学号一、课程设计的内容1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。
2、进行工艺计算3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图5、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据设计75M3机械通风发酵罐，应用TG866菌株发酵生产谷氨酸，产物是次级代谢产物，非牛顿型流体，三级发酵。
发酵罐高径比为 2.6，生产场地为南方某地，蛇管冷却，初始水温：20℃三、课程设计应完成的工作1．课程设计说明书（纸质版和电子版）各1份2．设备装配图（A3号图纸）1张[1] 郑裕国. 生物工程设备[M]. 北京：化学工业出版社，2007.[2] 李功样，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备的设计[M]. 广州：华南理工大学出版社，2006.[3] 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005.[4] GB/T 14690-1993-1993，技术制图比例[S]．北京：中国标准出版社，1993．[5] 梁世中. 生物工程设备[M]. 北京: 中国轻工业出版社，2007.[6] 田洪涛. 现代发酵工艺原理[M]. 北京: 化学工业出版社，2007.[7] JBT4746-2002，钢制压力容器用封头[S]．北京：中国标准出版社，2002．发出任务书日期：2012 年 6 月11 日指导教师签名：计划完成日期：2012 年 6 月22 日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：课程设计考核表摘要本次设计的是一台75M3机械搅拌发酵罐，发酵生产谷氨酸。
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A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐，厚度为10mm。
采用标准椭圆封头，壁厚为16mm，与发酵罐采用双面缝焊接方式连接。
发酵罐的高9360mm，直径为3600mm，罐内采用二层，六弯叶涡轮式搅拌器。
搅拌轴直径为1200mm，由130KW电动机驱动，并采用轴封与罐体密封。
冷却装置为76×3.5mm的冷却蛇管342m，分6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，端面轴封，冷却装置目录1 设计方案的拟定 (1)2罐体主要尺寸的确定 (2)2.1 罐体体积 (2)2.2罐体总高度 (3)3 罐体主要部件尺寸的设计计算 (4)3.1 罐体 (4)3.2 罐体壁厚 (4)3.3 封头壁厚的计算 (4)3.4 搅拌器 (5)3.5 人孔和视镜 (5)3.6 接口管的选择 (6)3.6.1 排料管的选择计算 (6)3.6.2 气管直径的选择 (6)3.6.3 仪表接口 (7)3.7 管道接口 (7)3.8 支座的选择 (8)4 冷却装置的确定 (9)4.1 冷却方式 (9)4.2 装液量 (10)4.3 冷却水耗量 (10)4.4 冷却面积 (10)5 搅拌器轴功率的计算 (11)5.1不通气条件下的轴功率P0 (11)5.2通气搅拌功率Pg的计算 (12)5.3电机及变速装置选用 (12)6 结束语 (14)7 参考文献 (14)1 设计方案的拟定我设计的是一台75M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产谷氨酸。
L-谷氨酸是生物机体内按代谢的基本氨基酸之一，也是连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一，在代谢上具有比较重要的意义。
L-谷氨酸单钠盐，俗称味精，具有强烈的鲜味，是一种十分重要的调味品，广泛应用于烹调和食品加工。
目前国内谷氨酸发酵的主要菌种有：○1天津短杆菌及其诱变株FM8209、FM-415、CMTC-6282、TG863、TG866、S9144、D85等菌株；○2钝齿棒杆菌AS1.542及其诱变菌株B9、B9-17-36、F-263等菌株；○3北京棒杆菌AS.1299及其诱变菌株7338、D110、WTH-1等菌株。
综合温度、PH等因素选择菌株，该菌种最适发酵温度为32-37，pH为7.0-7.5。
主要生产工艺过程为如下：原料液的处理与培养基配制；种子制备与扩大培养；发酵；谷氨酸提取与精制。
其具体过程如图1:味精生产总工艺流程图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75m3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 1-1发酵罐主要设计条件项目及代号 参数及结果 备注发酵菌种 工作压力 设计压力 发酵温度 设计温度 冷却方式 培养基发酵液密度 发酵液粘度TG866 0.4MPa 0.4MPa 35℃ 120℃ 蛇管冷却玉米浆，马铃薯淀粉，豆饼粉ρ=1050Kg/m 3 μ=1.3×10-3N*s/m 2根据参考文献[6]选取 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由参考文献[6]确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由参考文献[6]确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定2罐体主要尺寸的确定2.1 罐体体积根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.6则H=2.6 初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（75m 3）公称体积V －－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全体积V 0－－公称体积和上封头体积之和封头体积()214h )6b V D D π=+封（()23040.15V D H D π=+ （近似公式）假设H 0/D=2.0,根据设计条件罐的公称体积为75m 3 由公称体积的近似公式()23040.15V D H D π=+ V=0.785×D 2×2D+0.15D 3=75，解得D=3519mm ,取整为3600mm ，2.2罐体总高度H=2.6D=2.6×3600=9360mm查阅文献[7] ，当公称直径DN=3600mm 时，标准椭圆封头的曲面高h a =900mm ，直边高度h b =40mm ，总深度为H f =940mm ，容积()214h )6b V D D π=+封（=0.785×0.362×(0.04+1/6×0.36)=6.5111mm可得罐直筒高度 H 0=H-2×940=7480mm则此时H 0/D=7480/3600≈2，与前面的假设相近， 故可认为D=3600是合适的 发酵罐的公称体积V=0.785×3.62×7.48+6.5111=82.61m 3 全体积V 0=0.785×3.62×7.48+6.5111×2=89.12 m 3 搅拌叶直径D i =1/3×D=1/3×3600=1200mm 搅拌叶间距S=3D I =3×1200=3600mm 底搅拌叶至底封头高度C= D I =1200mm表2-1 75m 3发酵罐的几何尺寸项目及代号 参数及结果 备注 公称体积m 3 75 设计条件 全体积m 3 59.12 计算 罐体直径mm 3600 计算 发酵罐总高度mm 9360 计算 发酵罐筒体高度mm 7480 计算 搅拌叶直径mm 1200 计算 椭圆封头半轴长mm 900 计算 椭圆封头直边高度mm 40 计算 底搅拌叶至底封头高度 1200 计算 搅拌叶间距mm3600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、与罐体连接方式因谷氨酸是为偏酸性，故选用使用A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐。
封头设计为标准椭圆封头因为D>500mm ，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。
3.2 罐体壁厚[]10.43600()39.58()221370.80.4pD C mm mm pδσϕ⨯=+=+≈-⨯⨯-取整为δ1=10mm D －罐体直径（mm ）p －耐受压强 (设计压力取0.4MPa)φ － 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0[σ ] －罐体金属材料在设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa ）C －腐蚀裕度，当δ －C<10mm 时，C ＝3mm 3.3 封头壁厚的计算[]20.43600 2.3()315.12-0.52137-0.50.4KPD C mm mm P δσ⨯⨯=+=+=⨯⨯取整δ2=16mm D －罐体直径（mm ） p －耐受压强 (取0.3MPa) K －开孔系数，取2.3φ － 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0[σ ] －设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa）C －腐蚀裕度，当δ－C<10mm时，C＝3mm3.4 搅拌器六弯叶涡轮式搅拌器采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅拌器层数，根据d确定h和b的值尺寸：六弯叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；叶径: d=1/3D=1/3×3600=1200盘径: di= 0.75 d=0.75×1260=945叶高: h = 0.3d=0.3×1260=378叶长: b = 0.25 d=0.25×1260=3153.5 人孔和视镜本次设计只设置了1个人孔，查阅文献，选取标准号HG21518－95、公称压力为2.5MPa、直径为500mm、高度为393mm的人孔，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴1380mm处。
本次设计设置了1个视镜，标准号HG21505－1992，直径为DN=100mm，高度为52mm，开在顶封头上，位于右边轴线离中心轴1380mm处，与人孔位于同一水平线上3.6 接口管的选择3.6.1 排料管的选择计算设装料系数为75%，3小时内排空，则有： 罐实际醪料量为 89.13×75%=66.85 m 3 物料体积流量31/366.85/(36003)0.0062/Q V h m s ==⨯=取流速v=1m/s 则排料管截面积F=Q/v=0.0062/1=0.0062(m 3) 又排料管截面积F=0.785d 2,算得d=0.089(m)取 φ108×4mm 无缝管,108mm>89mm,可以满足工艺要求。