机械搅拌器直径大小与罐径的比例
第六章-通风发酵设备-第二节搅拌器轴功率的计算
Np= K ReM m
圆盘六平直叶涡轮 Np＝0.6 圆盘六弯叶涡轮 Np≡4.7 圆盘六剪叶涡轮 Np≡3.7
（二）多只涡轮在不通气条件 下输入搅拌液体的功率计算
在相同的转速下，多只涡轮比单只涡轮输出更 多的功率，其增加程度除叶轮的个数之外，还 决定于涡轮间的距离。
Pn＝nP0
（三）通气情况下的搅拌功率 Pg的计算
同一搅拌器在相等的转速下输入通气液 体的功率比不通气流体的为低。
可能的原因是由于通气使液体的重度降 低导致搅拌功率的降低。
功率下降的程度与通气量及液体翻动量 等因素有关，主要地决定于涡轮周围气 流接触的状况。
通气准数：
Na＝Q/ND3来关联功率的下降程度 Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Q——通气量 m3/min
生物工程设备
第六章 通风发酵设备
第二节 搅拌器轴功率的计算
一、搅拌器轴功率的计算 轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率，
是指搅拌器以既定的速度运转时，用以 克服介质的阻力所需的功率。它包括机 械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不 是电动机的轴功率或耗用功率。
（一）搅拌功率计算的基本方 程式
单只涡轮在不通气条件下输送搅拌液体 的功率计算，
牛顿型流体：粘度μ只是温度的函数，与 流动状态无关。服从牛顿粘性定律。
非牛顿流体：粘度μ不仅是温度的函数， 随流动状态而变化。
（一）非牛顿型发酵醪的流变 等特性
牛顿型流体的流态式为直线，服从牛顿特性定 律：
=dw/dr
所有气体以及大多数低分子量的液体都属于牛 顿型流体，（2）彬汉塑型性流体
机械搅拌设备的设计方法及要点分析
机械搅拌设备的设计方法及要点分析管永俊摘要：文章介绍了机械搅拌设备进行设计时的思路，在满足工艺条件下进行搅拌设备结构设计。
分析了搅拌过程原理、搅拌器型式和搅拌罐体及搅拌轴的设计计算。
关键词：搅拌设备；设计方法；设计计算搅拌操作可以使两种或两种以上的物料在外界力的作用下加速流动，从而使不同的物料在彼此之间相互分散，达到均匀混合，加速传热和传质的目的。
搅拌的物料可以是液相、固相和气相，其中液相流体较多。
通过搅拌设备的工艺过程可以使相溶的液相物料均匀混合，使不相溶的另液相均匀乳化，使气体在液相中均匀的分散，使固体粒子在液相中均匀悬浮。
搅拌设备在工业生产中被用于物料混合、溶解、乳化、吸收、萃取、化合以及传热等工艺过程。
在食品、医药、化工、水处理等工业生产中，带有搅拌装置的化工设备应用范围很广。
由于机械搅拌操作条件可控范围较大，能适应多样化的工业生产，因此机械搅拌设备得到广泛应用。
机械搅拌设备由搅拌罐体和搅拌装置两大部分组成。
搅拌罐体是搅拌液相流体为主体介质进行各种物理、化学过程的容器。
搅拌装置由搅拌器、搅拌轴、轴封和传动装置组成，传动装置包括驱动电机、减速机、联轴器和机架。
机械搅拌设备在工作中，由搅拌器的运动加速物料在罐体中完成物理、化学工艺过程。
由于搅拌设备的使用目的不同，机械搅拌操作可用于不同的行业，搅拌设备的结构也是多种多样，但都是通过物料的流动达到搅拌的目的。
在搅拌罐体内，物料的流动状态与搅拌罐体的形状、有无挡板及搅拌器的形状、安装位置、转速等因素相关。
因此在设计机械搅拌设备时，应对这些相关的因素进行设计，在满足所需工艺参数的前提下，利用最小的功率消耗达到搅拌的目的。
1 工艺参数的设定为了设计机械搅拌设备应有工艺条件参数。
了解搅拌设备的工作条件，如压力、温度，熟悉在工作条件下的物料特性，如密度、粘度、毒性、腐蚀性等。
同时还应确定搅拌的目的及相应的操作方法，如加料方式。
搅拌物料中是否有固体粒子，若有应确定固体粒子的存在形式，如溶解、悬浮、沉淀等。
搅拌器长计算公式
搅拌器长计算公式搅拌器是一种常见的厨房电器，用于搅拌、混合食材，制作各种美食。
在家庭厨房和商业厨房中都有广泛的应用。
搅拌器的性能和效果与其长度有很大关系，因此搅拌器长的计算公式成为了很多厨师和厨房设计师关注的焦点。
搅拌器的长度对于搅拌效果有着重要的影响。
一般来说，搅拌器的长度越长，搅拌的范围就越广，搅拌效果也就越好。
因此，搅拌器长的计算公式成为了厨房设计师们在设计厨房时需要考虑的重要因素之一。
搅拌器长的计算公式主要是根据搅拌器的工作原理和搅拌食材的特点来确定的。
一般来说，搅拌器的长度可以通过以下公式来计算：L = D + 2S。
其中，L代表搅拌器的长度，D代表搅拌器的直径，S代表搅拌器的搅拌范围。
在这个公式中，搅拌器的直径是一个很重要的参数。
一般来说，搅拌器的直径越大，搅拌效果就会越好。
因此，在设计搅拌器时，厨房设计师们一般会根据需要搅拌的食材的特点和搅拌器的使用场景来确定搅拌器的直径。
搅拌器的搅拌范围也是一个很重要的参数。
一般来说，搅拌器的搅拌范围越大，搅拌效果就会越好。
因此，在设计搅拌器时，厨房设计师们一般会根据需要搅拌的食材的特点和搅拌器的使用场景来确定搅拌器的搅拌范围。
通过以上公式的计算，厨房设计师们可以确定搅拌器的长度，从而为厨房的设计和搅拌器的选择提供参考。
在实际的厨房设计和搅拌器选择中，厨房设计师们还需要考虑到搅拌器的材质、电机功率、搅拌方式等因素，以确保搅拌器能够满足厨房的实际需要。
在商业厨房中，搅拌器的长度也是一个很重要的参数。
一般来说，商业厨房中需要处理的食材量比家庭厨房大得多，因此搅拌器的长度也需要相应地加长。
商业厨房中常见的搅拌器长度一般在1米以上，以满足大量食材的搅拌需求。
总之，搅拌器长的计算公式是厨房设计师们在设计厨房和选择搅拌器时需要考虑的重要因素之一。
通过合理地计算搅拌器的长度，厨房设计师们可以为厨房的设计和搅拌器的选择提供参考，从而确保搅拌器能够满足厨房的实际需要。
200M3机械搅拌通风发酵罐
1 设计方案的拟定我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产有机酸。
设计基本依据（1）、机械搅拌生物反应器的型式通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下：①高径比：H/D=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下：①装料系数：种子罐0.50-0.65发酵罐0.65-0.8②发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.0×10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm发酵罐6-9×10-6molO2/ml.min.atm⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm（3）、冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20℃冷却水出口温度：23-26℃发酵温度：32-33℃冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa发酵罐主要由罐体和冷却列管，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200M 3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。
机械搅拌器直径大小与罐径的比例 (2)
机械搅拌器直径大小与罐径的比例从机械搅拌器的功能可以知道,叶轮叶片的直径大小不就是任意决定的,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的进行。
如果叶轮的大小选择合理,就能供给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。
叶轮叶片的大小一般以桨径的大小(所谓桨径就是指叶轮回转时前端轨迹圆的直径)与叶轮的宽度来衡量。
桨径的选择与机械搅拌器的种类有关,与罐径的大小有关。
当搅拌罐中出现“圆柱状回转区”漩涡时,这个部分的混合很差,致使混合时间较长,不利于搅拌过程,所以一般都要设法缩小这个区域。
如果减小桨径就可以缩小“圆柱状回转区”的半径。
如果因为种种原因,不方便更改桨径,那么除了通过减小浆径来缩小“圆柱状回转区”外,还可以通过以下两种方法:安装搅拌器装置附件——挡板| 搅拌器的偏心式安装在低黏度液时,由于液体流动性好,能量传递较容易,所以不必担心由于桨径的减小会造成叶轮外围出现死区。
此时,只要叶轮的搅动液量范围够,就应将桨径取小些,以桨径与罐内径之比叫桨径罐径比d/D,一般桨式叶轮的d/D=0,35~0、8。
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,就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,要使罐的中心部分与四周部分的分散相能侧时分散,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,对不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,叶轮要高速同转,其桨径罐径比更小,一般为1/6~1/10。
搅拌机设计
第一节 罐体的尺寸确定及结构选型 （一）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 （二）确定内筒体和封头的直径发酵罐类设备长径比取值范围是 1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取/ 2.5i H D =根据工艺要求，装料系数0.7η=，罐体全容积39V m =，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）390.7 6.3g V V m η=•=⨯=。
初算筒体直径iii D H D H D V 442ππ=≈34ηπi gi D H V D ≈即m D i 66.17.05.214.33.643≈⨯⨯⨯=圆整到公称直径系列，去mm DN 1700=。
封头取与内筒体相同内经，封头直边高度mm h 402=， （三）确定内筒体高度H当mm h mm DN 40,17002==时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积30.734v m =224(90.734)3.643.14 1.74i V vH m D π--===⨯，取 3.7H m = 核算/i H D 与η/ 3.7/1.7 2.18i H D ==，该值处于1.7~2.5之间，故合理。
226.30.69'1.7 3.70.73444g gi V V V D H vηππ====+⨯⨯+该值接近0.7，故也是合理的。
（四）选取夹套直径表1 夹套直径与内通体直径的关系由表1，取10017001001800j i D D mm =+=+=。
夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 （六）校核传热面积工艺要求传热面积为211m ，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积23.34,3.7i A m m =高筒体表面积为21 3.7 3.14 1.7 3.719.75i A D m π=⨯=⨯⨯=总传热面积为3.1419.7523.0911A =+=>故满足工艺要求。
第二节 内筒体及夹套的壁厚计算 （一）选择材料，确定设计压力按照《钢制压力容器》（15098GB -）规定，决定选用0189Cr Ni 高合金钢板，该板材在150C 一下的许用应力由《过程设备设计》附表1D 查取，[]103t MPa σ=，常温屈服极限137s MPa σ=。
发酵罐设计说明书
目录前言 (1)第一章、概述 (2)1.1、我酸 (2)1.2、賊酸的新工艺 (2)1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3)1.3.1、通用型发酵罐的几彳可尺寸比例 (3)1.3.2、罐体 (3)133、搅拌器和挡板 (3)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (4)126、变速装置 (4)1.3.7、通气装置 (4)138、轴封 (5)139、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (5)2.1.1、圆筒体的径、高度与封头的高度 (5)2.1.2、圜筒体的壁厚 (7)2.1.3、封头的壁厚 (7)2.2、搅拌装置设计 (8)2.2.3、电痕率 (10)2.3、冷却装置设计 (10)2.3.1、 冷却方式 (10)2.3.2、 冷却水耗臺 (10)2.3.3、 冷却管组数和管径 (12)2.4零部件 (13)2.4.1人孔和视谯 (13)2.4.2 接管口 ................................................................. 13 243、梯子 (15)2.6支座的选型蹄总结 附录 (18)符号的总结 ...................................................................... 18 参考文献 . (20)生物工程设备课程设计任务书―、课程设计题目”1000计的机械搅拌发酵罐”的设计。
2.5®体重 ..................................................................15 16 第三章、计算结果的总、结 ............................................................16 17二课程设计容1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质,工作参数的确定。
发酵设计相关计算
发酵罐的工艺尺寸常用的机械通风发酵罐的结构和主要几何尺寸已标准化设计。
其几何尺寸比例如下：H0/D=1.7～3.5 H/D=2～5 d/D=1/3～1/2 W/D=1/12～1/8B/D=0.8～1.0 h/D=1/4 单位全部为m发酵罐大小用公称体积表示，V0=∏D2×H/4+0.15D3其中：H0-发酵罐圆柱形筒身高度D-发酵罐内径H-罐顶到罐底的高度D-搅拌器直径W-挡板宽度B-下搅拌器距罐底的距离S-搅拌器间距h-底封头或顶封头高度香菇多糖包括胞内与胞外多糖，以每100ml发酵液中菌丝体干重2.5克计，则每100ml发酵液中粗多糖总量为52.2mg即0.522kg/m3 。
按标准曲线绘制方法，依据粗多糖在蒸馏水中的吸光度可知，其纯多糖含量为80.96％，最终纯化产品纯度96％。
年生产香菇多糖1吨，年生产日300天，发酵周期为96h,清理及维修发酵罐的总时间为1天，则总的发酵时间为5天，装料系数为70%。
一年需放罐的次数：300/5=60次所需发酵罐体积：1000/60/0.522/70％/80.96％×96％=54.09m3所以选用V=10m3发酵罐，则需6个。
发酵罐中，高径比为1.74，取H/D=2.5；搅拌器直径为1/3直径；取d/D=1/3；档板为0.1倍直径，取d1/D=0.1；下部搅拌器到底部距离为：B/D=1；S/D=2.5；W/D=1/8由公式V全=πD2[H+2(hb+D/6)]/4，H=2D， hb可忽略， V全=10m3，代入得2.224D3=10，得出：D=1.65mH=2×1.7=3.4md=1.65/3=0.55md1=0.1×1.7=0.17mW=1.7/8=0.2125mB=D=1.65S=2×1.65/3=1.1mh=D/4=0.4125液面高度=0.7×（H+h）=2.66875m本发酵过程中选用机械搅拌式发酵罐，国内普遍采用六弯叶或六箭叶圆盘涡轮式，本设计中因罐小要求加强轴向混合，故选用六箭叶圆盘涡轮式。
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机械搅拌器直径大小与罐径的比例
机械搅拌器直径大小与罐径的比例
从机械搅拌器的功能可以知道，叶轮叶片的直径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的进行。
如果叶轮的大小选择合理，就能供给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。
叶轮叶片的大小一般以桨径的大小（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。
桨径的选择与机械搅拌器的种类有关，与罐径的大小有关。
当搅拌罐中出现“圆柱状回转区”漩涡时，这个部分的混合很差，致使混合时间较长，不利于搅拌过程，所以一般都要设法缩小这个区域。
如果减小桨径就可以缩小“圆柱状回转区”的半径。
如果因为种种原因，不方便更改桨径，那么除了通过减小浆径来缩小“圆柱状回转区”外，还可以通过以下两种方法：
安装搅拌器装置附件——挡板| 搅拌器的偏心式安装
在低黏度液时，由于液体流动性好，能量传递较容易，所以不必担心由于桨径的减小会造成叶轮外围出现死区。
此时，只要叶轮的搅动液量范围够，就应将桨径取小些，以桨径与罐内径之比叫桨径罐径比d/D，一般桨式叶轮的
d/D=0,35~0.8。
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侧时分散，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，对不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，叶轮要高速同转，其桨径罐径比更小，一般为1/6~1/10。
在液体黏度很大，大到使流动进入层流状态时，轴附近的“圆柱状回转区”几乎变小到零，但因液体黏滞力很大，罐内易出现死区，所以桨径要取得很大，如采用锚式、框式及螺带式等，其d/D都在0.9以上。
推进式叶轮轴向流量大，体积循环能力强，一般桨径都不大，多取d=0,2-0.5其中以d/D=1/3为最常用。
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可将机械搅拌器根据转速区分为快速型与慢速型两类，它们的桨径罐径比不同。
以经常使用在过渡区与湍流区的为快速型，如涡轮式、推进式、鼠笼式与桨式等；以经常用在层流区的为慢速型，如螺带式、锚式、螺杆式等等。
对快速型搅拌器直径大小一般取2.0≤D/d≤8.0，即0.125≤d/D≤0.5；对慢速型的一般取1.04≤D/d≤2.0，即0.5≤d/D≤0.96。
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关于一个叶轮上叶片的数量，一般在桨式中常用双叶。
各种涡轮式的叶轮以6叶及8叶为多，最少的用3叶，最多有用16叶。
推进式有2叶、3叶和4叶，以3叶居多。
关于叶轮宽度的影响．可从机械搅拌器的动力消耗方面来分析。
可这样概括地说，在高黏度液体中，层流范围内动力消耗几乎和桨宽成正比，而在低黏度液中，仅在叶轮宽度范围较小时，动力消耗随桨宽增加而增加，当桨宽大到一定范围以上，动力消耗就不再因桨宽增大而增大了。
这里介绍一些常用桨宽b的数据。
对涡轮式，在不互溶液-液中搅拌时，取d/D=1/3，叶片数=4，桨宽b=(0.05~0.1)D。
在气-液分散操作中，取d/D=1/3．则取（b/D）n=0.15~0.3。
桨式的b=（0.1~0.25）D。
锚式、框式及螺带式其桨宽b=0.1D。
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关于机械搅拌器在搅拌轴上的安装层数，一般都是从叶轮的搅动范围来考虑的，液层过高则要考虑设置多层叶轮。
对于低黏度液体，如黏度小于5000mPa.s 时径流型叶轮可搅动罐内上下范围为桨径的4倍，所以对常用的液层降度H=D时，只要一层叶轮即可。
推进式叶轮一般也在粘度大于110mPa.s及液层深度H>4d时才取积层。
对于高黏度液体，当黏度达到50000mPa.s时，上下可搅动的液体范围但是桨径的1/2，所以这时必须增加机械搅拌器层数。
多层搅拌如下图。
快速型机械搅拌器一般在H>1.3D时设置多层机械搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d。
一般情况下，我们也可以利用螺带螺杆搅拌器来加强液体在上下方向的循环，但是如果液体高度过高，那么多层搅拌器就是首选了。
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搅拌器技术参数
机械搅拌器在圆形罐中心直立安装时，桨式与涡轮式下层叶轮离罐底面的高度C一般为桨径的1~1.5倍。
如果为了防止底部有沉淀，也可将叶轮放置低些，如离底高度C=D/10。
最上层叶轮高度离液面至少要有1,5d的深度，特别是不设挡板液面中心有下陷时更要注意。
搅拌器过于接近液面会目液面下陷而使叶轮外露。
推进式叶轮的C值一般也等于1/3液层深度。
为了防止底部沉淀的产生也可以安装底挡板，下面是底挡板相关内容：底挡板和指形挡板
推进式搅拌器在倾斜安装和侧面安装时，其安装尺寸参见图2-9。
按照此图上的数据安装，可不致使被搅拌的液体产生固定的旋涡，有利于混合过程。
上面介绍的这些几何关系都是一些最常用的。
如图2-10上的几何尺寸关系可称为涡轮式的标准型尺寸。
只有尺寸选择合理，才有可能良好地发挥机械搅拌器的功能，特别是高黏度液体的搅拌，其叶轮尺寸、安装尺寸尤其重要，应当慎重选择。