目录第一章绪论 (1)第二章罐体几何尺寸的确定 (2)2.1夹套反应釜的总体结构 (2)2.2 几何尺寸的确定 (2)第三章罐体主要部件尺寸的设计计算 (5)3.1 罐体 (5)3.2 罐体壁厚 (5)3.5人孔和视镜 (6)3.6接口管 (6)3.6.1 管道接口（采用法兰接口） (6)3.6.2 仪表接口 (7)第四章冷却装置设计 (8)4.1 冷却方式 (8)4.2 装液量 (8)4.3 冷却水耗量 (9)4.4 冷却面积 (9)第五章搅拌器轴功率的计算 (10)5.1不通气条件下的轴功率P0 (10)5.2通气搅拌功率Pg的计算 (11)5.3电机及变速装置选用 (11)第六章结论 (12)参考文献 (13)第一章绪论我设计的是一台30M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产糖化酶。
糖化酶，也称葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3），主要用途是作为淀粉糖化剂。
它与a-淀粉酶结合可将淀粉酶转化为葡萄糖，可供葡萄糖工业，酿酒工业和氨基酸工业等应用，是工业生产中最重要的酶类之一，也是我国产量最大的酶制剂产品。
黑曲霉A.S.3.4309是国内糖化酶活性最高的菌株之一。
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32℃，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、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黑曲霉A.S.3.4309菌株根据参考文献[1]选取工作压力0.3MPa 由工艺条件确定设计压力0.3MPa 由工艺条件确定发酵温度（工作温度）33℃根据参考文献[1]选取冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定培养基玉米粉2.5%,玉米浆2%豆饼粉2%组成根据参考文献[1]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第二章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=2.5，则H=2.5D初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（30M3）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1020/kg mρ=321.9610/N s mμ-=⨯⋅封头体积 )61(4642221D h D h D h D V b a b +=+=πππ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=D h H D V b 612420π （近似公式） 假设2/=D H o ，根据设计条件发酵罐的公称体积为30M 3由公称体积的近似公式 ()23040.15V D H D π=+ 可以计算出 罐体直径，D=2592.96862mm罐体总高度取整为6480查阅文献[2} ，当公称直径mm DN 2600=时，标准椭圆封头的曲面高度mm D h a 5754/1==，直边高度40b h mm =，总深度为mm H f 690=，内表面积m A f 65.72=，容积m V f 351.2=可得罐筒身高mm H H H f 51006902648020=⨯-=-=则此时961538462.12600/5100/0==D H ，与前面的假设2/=D H o 相近， 故可认为mm D 2600=是合适的 发酵罐的全体积m m V H V f 332020.30097.3251.22510026004/2D π/4≈=⨯+⨯⨯=+=π搅拌叶直径取mm D i 800=，其中31.02600/800/≈=D D i 符合3/1~2/1/=D D i 根据文献[3]搅拌叶间距mm D S i 160080022=⨯== 底搅拌叶至底封头高度mm D C i 800==mm D H 4216.64825.2.==表2-1大中型发酵罐技术参数表2-2 30m 3发酵罐的几何尺寸公称容量3m筒体高度 H(mm) 筒体直径 mm 换热面积转速 r/min 电机功率 kw 10 3200 1800 12 150 7.5 21 4700 2200 21 154 30 30 6600 240034180 45 50 7000 2800-3000 38-60 160 55 60 8000 3000-3200 65 160 65 75 8000 3200 84 165 100 100 9400 3600 114 170 130 200115004600221142215项目及代号 参数及结果备注 公称体积3m 30 设计条件 全体积3m 32 计算 发酵罐总高mm 6500 计算 发酵罐筒体高度mm 5100 计算 搅拌叶直径 800 计算 椭圆封头短半轴长mm 650 计算 椭圆封头直边高度mm 40 计算 底搅拌叶至封头高度mm 800 计算 搅拌叶间距mm1600 计算2m第三章 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。
因糖化酶是偏酸性（pH 值为4.5），对罐体不会有太大腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR 钢为材料，封头设计为标准椭圆封头，因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[]()()mm mm C p pD 87.533.08.0170226003.021≈+-⨯⨯⨯=+-=ϕσδ，取mm 6D －罐体直径（mm ） p －耐受压强 (取0.3MPa) φ － 焊缝系数，双面焊取0.8[σ]－设计温度下的许用应力（kgf/c 2m ）（16MnR 钢焊接压力容器许用应力为150℃，170MPa ） C －腐蚀裕度，当δ －C<10mm 时，C ＝3mm3.3 封头壁厚计算[]()()mm mm C KPD t i d 6.938.017023.226003.02=+⨯⨯⨯⨯=+=ϕσ，取mm 10。
D i －罐体直径（mm ） P －耐受压强 (取0.3MPa) K －开孔系数，取2.3 φ － 焊缝系数，双面焊取0.8[σ ] －设计温度下的许用应力（16MnR 钢焊接压力容器许用应力为150℃，170MPa ）3.4 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：六平叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大；查阅文献[2]可知30M 3发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶,叶径mm d 800=，则可以计算出盘径mm d d i 60075.0==， 叶高mm d h 2403.0==叶长mm d b 20025.0==3.5人孔和视镜人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。
本次设计只设置了1个人孔，查阅文献，选取标准号为： 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500mm 处视镜用于观察发酵罐内部的情况。
本次设计只设置了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500mm 处，与人孔位于同一水平线上3.6接口管以进料口为例计算，设发酵醪液流速为1/v m s =，2h 排尽。
发酵罐装料液体积：3016.25328.0m V =⨯=⨯=νφ 物料体积流量()s m h V Q /00356.023600/6.252/21=⨯==， 则排料管截面积200356.01/00356.0/m v Q F ===，又20.785F d =，得d=0.076m ，取无缝钢管，查阅资料[3]，平焊钢管法兰HG20593-97，取公称直径80mm ，mm 480⨯φ。
其他管道也是如此计算。
3.6.1 管道接口 （采用法兰接口）进料口：直径角度与水平线夹角45度，开在封头上，大约人孔与视镜中间，角度垂直；排料口：mm 480⨯φ，开在罐底中间通风管旁；进气口：mm 480⨯φ，开在封头上，角度与水平线夹角45度；排气口：mm 480⨯φ，开在封头上进气口以封头跟人孔中心连线为对称轴的对称位置上，角度与水平线夹角45度；冷却水进、出口：mm 480⨯φ，开在罐身，角度与水平线夹角45度； 补料口：mm 480⨯φ，开在封头上，角度与水平线夹角45度； 取样口：mm 480⨯φ，开在封头上，角度与水平线夹角90度；3.6.2 仪表接口温度计；装配式热电阻温度传感器Pt100型，D ＝100mm ，开在罐身上；压力表；弹簧管压力表（径向型），d 1=20mm ，精度2.5，型号：250Y Z -，开在封头上； 液位计：采用标准：51368HG - 型号：61R - 直径：550(26014)mm φ⨯，开在罐身上； 溶氧探头：SE N DO F ---；pH 探头：2PHS -型；表3-1 发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果项目及代号 参数及结果 备注罐体材料 16MnR 钢 由工艺条件确定 焊接方式 双面缝焊接由工艺条件确定 罐体筒壁厚 6mm 计算 搅拌器类型 六弯叶涡轮式搅拌器根据参考文献[3]选取 搅拌叶直径 mm 800计算搅拌器层数 3由工艺条件确定 人孔 1个，标准号HG21518-95 根据参考文献[3]选取 视镜1个，标准号HG21505-1992根据参考文献[3]选取 进、排料口直径 mm 480⨯ 根据参考文献选取 进、出气口直径 mm 480⨯φ 根据参考文献[3]选取 冷却水进、出口直径 mm 480⨯φ 由工艺条件确定 补料口直径 mm 480⨯φ 根据参考文献[3]选取 取样口直径 mm 480⨯φ由工艺条件确定 温度计装配式热电阻温度传感器Pt100 D ＝100mm压力表 250Y Z - 液位计 61R -溶氧探头 SE N DO F ---pH 探头2PHS -型第四章 冷却装置设计4.1 冷却方式发酵罐容量大，罐体的比表面积小。