制药设备与工程设计课程设计--公称容积30 m3缬氨酸发酵罐设计

制药设备与工程设计课程设计--公称容积30 m3缬氨酸发酵罐设计制药设备与工程设计课程设计题目：公称容积30 m3缬氨酸发酵罐设计设计小组：专业班级：制药班设计组成员：指导教师：生命科学与工程学院二〇一三年十二月目录一、设计任务书………………………………………………………………1.1设计内容………………………………………………………………1.2设计参数和技术特性指标……………………………………………………1.3设计要求………………………………………………………………二、概述………………………………………………………………2.1设计目的………………………………………………………………2.2设计思想及依据………………………………………………………………2.3设计原则………………………………………………………………2.4发酵罐设计概述………………………………………………………………三、罐体及传热装置的设计………………………………………………………………3.1罐体及换热装置的设计………………………………………………………3.1.1确定罐体高径比………………………………………………………3.1.2罐体容积计算…………………………………………………………3.1.3管体厚度的确定………………………………………………………3.1.4上封头厚度的确定…………………………………………………………3.1.5下封头厚度的确定………………………………………………………3.1.6罐体压力试验…………………………………………………………3.2夹套直径和高度的确定………………………………………………………3.3夹套材料和壁厚的确定………………………………………………………3.3.1夹套封头厚度的确定……………………………………………………3.3.2夹套压力试验………………………………………………………四、搅拌装置及附件设计………………………………………………………………4.1搅拌轴计算………………………………………………………………4.1.1搅拌轴功率计算…………………………………………………………4.1.2按扭矩计算轴的强度………………………………………………………4.1.3搅拌器支撑尺寸计算………………………………………………………4.2搅拌器选型及分布………………………………………………………………4.2.1搅拌器基本尺寸计算………………………………………………………4.2.2搅拌器结构………………………………………………………………4.3挡板设置………………………………………………………………五、传动装置设计及部分其它装置选型设计………………………………………………5.1电动机选择………………………………………………………………5.2减速机选5.2.1 V带设计………………………………………………………………5.3联轴器选型………………………………………………………………5.4密封装置选型………………………………………………………………5.5机架选型………………………………………………………………5.6安装底盖………………………………………………………………5.7凸缘法兰选型………………………………………………………………5.8罐体上接管口………………………………………………………………5.9人孔选型………………………………………………………………5.10接管法兰………………………………………………………………5.11支座设计和计算………………………………………………………………5.11.1支座选5.11.2计算总载荷…………………………………………………………六、剩余其它装置选型设计………………………………………………………………6.1视镜选型设计………………………………………………………………6.2消泡装置选型设计………………………………………………………………6.3液面计设计………………………………………………………………6.4无菌空气分布管设计…………………………………………………………七、设计总结………………………………………………………………7.1设计组成员信息………………………………………………………………7.2设计分工………………………………………………………………7.3组员个人总结………………………………………………………………八、公称容积30 m3缬氨酸发酵罐设计装配图（附图）九、参考文献………………………………………………………………一、设计任务书1.1设计内容公称容积缬氨酸发酵罐设计项目名称参数或指标工作压力罐内0.15Mpa夹套（蛇管）内0.25Mpa工作温度罐内≤121℃夹套（蛇管）内≤150℃工作介质罐内轻微腐蚀性物料夹套内蒸汽组别 6装料量（m3）26传热面积（m2）39搅拌器型式直叶圆盘涡轮搅拌器转速/rmp200搅拌轴功率kw9.061.2建议设计参数和技术特性指标取；装料系数取；通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取发酵液密度为，最大粘度；初始水温.接管建议（推荐）：出料口冷凝液出口蒸汽进口温度计插口视镜进料口人孔手孔压缩空气入口1.3设计要求1.3.1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。

1.3.1.1进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算1.3.1.2进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构其它夹套换热时，至少应装四块挡板（根据需要设置）罐体材料16Mn设计，搅拌轴计算和校核；1.3.1.3搅拌器、电机功率计算、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；1.3.1.4密封装置的选型设计1.3.1.5选择支座形式并计算1.3.1.6手孔或人孔选型1.3.1.7选择接管、管法兰、设备法兰1.3.1.8设计机架结构1.3.1.9设计凸缘及安装底盖结构1.3.1.10空气分布管、视镜的选型设计1.3.2绘制搅拌式生物反应器装配图(3号图纸)。

二、概述2.1设计目的本设计涉及到《化工原理》、《制药工艺学》、《工程制图》以及《制药设备与工程设计》等多门课程所学知识，通过这次课程设计我们对所学各科知识有一个具体的运用机会，同时达到温故知新的目的。

在设计过程中会遇到不同的问题，需要靠组员的积极协调与配合才能保质保量的完成设计，所以此设计要求我们要在发现问题后积极独立的分析问题并讨论出解决问题的办法。

设计要求各组员按各自专长进行分工，已达到资源充分合理的利用。

2.2设计思想及依据本机械搅拌发酵罐的设计主要是按照指导老师给定的设计任务书进行设计，在设计过程中遇到的问题先是组员之间协商解决，若不能再与其他组成员进行交流，希望能够尽量独立完成这次设计。

对于设备的参数选择及选型严格按照《机械设计手册》和相关参考资料进行选择设计。

2.3设计原则本设计中遵循“边算、边选、边改，最后绘图”的原则，设备参数选择及选型多从生产要求出发考虑经济效益进行选择，已达到经济高效的生产目的。

2.4发酵罐设计概述发酵罐是用于培养微生物或细胞的封闭容器或生物反应装置。

因材料、大小和形状的差异，发酵罐有很多种类，可用于研究、分析和生产。

本缬氨酸发酵罐的设计根据工艺要求并考虑制造、安装、维护检修的方便，需要确定换热装置、传热装置、搅拌装置和其他附件的参数和型号。

由设计题目，我组设计的缬氨酸发酵罐总容积，装料量约，总高度约，罐体公称直径。

采用夹套换热器、带减速器、直叶涡轮圆盘式搅拌器，联轴器设计在罐体内部，还包括接管、支座、轴封、法兰、安装底座、人孔、试镜、液面计、消泡器等附件。

三、罐体及换热装置的设计3.1罐体及封头几何尺寸计算图1 罐体结构简图图中：罐直筒部分高度，；罐直径，;搅拌器直径，；搅拌器桨距离罐底距离，；多个搅拌桨时的桨距，；选取标准椭圆形封头，封头的公称直径与筒体相同，结构如图：图2 封头结构3.1.1确定罐体高径比种类釜内介质接触形式H/Di一般反应釜液-液相或液-固相物料1 ～1.3气-液相物料 1 ～2 发酵罐类气-液相物料 1.7 ～2.5 表 1 几种搅拌釜的长径比值对于机械搅拌发酵罐，这里取高径比为3.1.2罐体容积计算已知公称容积，选取高径比罐体内径：，圆整取公称直径查手册得，的标准椭圆形封头曲面高，直边高度，封头容积，表面积，查手册得一米高筒体容积，表面积计算筒高：筒体高度圆整得由计算结果得实际高径比复核结果与选取高径比相同，满足要求。

3.1.2.1全容积：罐的圆柱体部分体积和上下封头体积之和即：3.1.2.2公称容积：罐的圆柱体部分体积和下封头的体积之和（取整数）即：3.1.2.3设备总容积：装料量：（装料量系数）传热面积：（传热面积按装料量计算）3.1.3筒体厚度的确定3.1.3.1设计要求罐内压力；夹套或蛇管压力；工作温度:罐内小于或等于，蛇管或夹套小于或等于；工作介质：罐内轻微腐蚀性，蛇管或夹套蒸汽；搅拌器转速，物料密度3.1.3.2筒体厚度计算选用钢材，查表得钢，厚度，设计温度的许应力为。

选取筒内设计压力，同时需判断是否考虑液体静压力，超过设计压力的，应计算在设计压力内筒体的焊缝采用单面对接焊缝，几部无损伤，焊缝系数设钢板厚度，则取负偏差，双面腐蚀度所以考虑安全裕量，并参考筒体容积、面积和质量的关系，取筒体厚度3.1.4上封头厚度的确定在上封头厚度计算公式中，对标准椭圆形封头根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚不应小于，腐蚀裕量另加，负偏差上封头外面无夹套，所以无物料腐蚀，所以上上封头的设计厚度为：为了便于制造，上封头与筒体设计为相同厚度，即：3.1.5下封头厚度的确定据公称直径查相应标准椭圆形封头的参数得：曲面高度：，直面高度：所以下封头装液的高度：，超过设计压力的，应计算在设计压力内，故，取负偏差，双面腐蚀度为了便于制造，下封头与筒体设计为相同厚度，即：3.1.6罐体压力试验采用水压试验，试验压力公式：屈服点强度，所以得到，所以压力试验强度足够3.2夹套直径和高度的确定D1D2表 2对于筒体内径，在范围内夹套内径，符合压力容器公称直径查手册得：的标准椭圆形封头的封头容积，表面积，一米高筒体容积，表面积根据夹套内径计算夹套高度：夹套高度不得低于料液高度，为保证安全，选取夹套高度验算夹套传热面积：符合设计要求3.3夹套材料和壁厚的确定为便于制造，同样选取为夹套材料查表得：厚度在罐内温度的许应力，选取夹套设计压力，焊接系数，取负偏差，单面腐蚀取腐蚀裕量，所以考虑安全裕量，选取夹套厚度3.3.1夹套封头厚度的确定采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取取夹套的筒体和封头的壁厚均为3.3.2夹套压力试验采用水压试验，试验压力公式：屈服点强度，所以得到，所以压力试验强度足够四、搅拌装置及附件设计4.1搅拌轴计算4.1.1搅拌轴功率计算由于设计搅拌发酵罐，搅拌器既要有较强剪切力，又要有较大的流体循环特性，涡轮式适于搅拌多种物料，尤其对中等粘度液体特别有效；混合生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率较高；有较高的局部剪切效应；容易清洗和造价较高。