100立方米糖化罐的設(shè)計

1、目錄第一部分：設(shè)計任務(wù)書2題目2設(shè)計方案的擬定2第二部分：設(shè)計方案的確定與說明2設(shè)計方案的確定2設(shè)計方案的說明3第三部分：設(shè)計計算與論證3糖化罐罐體的確定3冷卻形成的確定4冷卻面積計算4攪拌裝置設(shè)計6傳動部分設(shè)計7糖化罐聯(lián)結(jié)管道的計算8溫度計9人孔9支座9糖化設(shè)備的進展9第四部分：設(shè)計結(jié)果概要9參考文獻10設(shè)計心得11第一部分：設(shè)計任務(wù)書 一、題目100立方米糖化罐的設(shè)計二、設(shè)計方案的擬定 我組設(shè)計的是一個100立方米的糖化罐，罐內(nèi)有攪拌器，盤管，底部備有直接蒸汽管。每管附裝一支指針式溫度計，攪拌轉(zhuǎn)速為30r/min，盤管具有冷卻和加熱兩種功能。直接蒸汽管可以作為快速加熱用，也可以作為空罐消毒

2、用。糖化罐是蛋白質(zhì)分解和淀粉糖化的場所，一般采用不銹鋼板制作，也有用碳鋼或銅板制造。罐底周圍設(shè)置一兩圈通蒸汽的蛇管，或者是裝設(shè)蒸汽夾套以保持糖化醪糖化所需的溫度，罐內(nèi)設(shè)有攪拌器以保持糖化醪液的濃度和溫度均勻，使酶充分發(fā)揮作用。糖化罐的內(nèi)壁常裝有擋板以改變流型，提高攪拌效果。 這次設(shè)計就是要對連續(xù)糖化罐的幾何尺寸進行計算，考慮壓力，溫度和腐蝕因素，選擇罐體材料，確定罐體外形，罐體和封頭的壁厚；進行冷卻裝置的設(shè)計和計算；根據(jù)上面的一系列計算選擇適合的攪拌裝置，傳動裝置和人孔的一些附件的確定，完成整個裝備圖，完成整個設(shè)計。 這次設(shè)計包括圖樣，主要是裝配圖和說明書。選擇合理的比例和大小，安排幅面。說明

3、書就是要寫清楚設(shè)計的思路和步驟，把整個設(shè)計的運算過程列明。第二部分：設(shè)計方案的確定與說明一 設(shè)計方案的確定1、冷卻裝置的選定：采用豎式蛇管冷卻 豎式蛇管換熱裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。用銅管或鋼管制成。2、攪拌裝置設(shè)計：選平直葉攪拌器 此類型為最基本的一種槳型，低速時為水平環(huán)流型，層流區(qū)操作：高速時為徑流型。有擋板時，功率準(zhǔn)數(shù)值Np明顯升，為上下循環(huán)流，湍流加強，適用于低粘度液的混合、分散、固體懸浮、傳熱、液相反應(yīng)等過程。2000cp，n=1100rpm，V150m/s。常用規(guī)格DJ/D0.350.8，h/DJ0.100.25。當(dāng)DJ/D0.9以上時可設(shè)置多層槳葉，適用于高

4、粘度液攪拌：降低槳葉離底部高度可作刮板用，防止重組份沉附底部。有用于懸浮、結(jié)晶與萃取等過程。二. 設(shè)計方案的說明 本次設(shè)計的連續(xù)發(fā)酵罐可以連續(xù)的把糊化醪與水稀釋，同時將糖化劑混合進去，通過維持一定的溫度和時間，保持流動狀態(tài)，使酶充分發(fā)揮作用。一般設(shè)有自動控制頁面的裝置，可以保證糖化醪的容量不變，從而保證糖化醪在罐內(nèi)具有一定的停留時間，連續(xù)糖化采用40至45分鐘或更長時間。一般在常壓下操作，大多采用密閉式以避免染菌。第三部分：設(shè)計計算與論證一糖化罐罐體的確定 選容積為100m3，裝料系數(shù)0.751徑高比取徑高比D：H=1：1.15 這樣有利于液體循環(huán)和有更大的加熱面積。則：由V=1/4D2H 得

5、：罐徑為D=100/（0.785*1.15）1/2 =4.8（m）； 罐高H=5.5（m）.2.取圓形頂和底 為順利地將煮沸而產(chǎn)生的水蒸氣排出室外，糖化罐的頂蓋做成弧形，罐底也做成弧形，原因在于弧形罐底對流體傳熱循環(huán)的影響，在罐底中心部位和靠近罐傾斜壁處各取一微小直徑的液柱，中心部位的液柱較深，但相對應(yīng)的加熱面積較小，而靠近罐傾斜壁處的液柱較淺，相對應(yīng)的加熱面積較大，因此在罐底原為較快發(fā)生氣泡將液體向上推而形成中心的液體向下的自然循環(huán)，為了節(jié)省攪拌動力消耗，罐底最好做成球形，能夠促進液體循環(huán)，球形罐底還有利于清洗和液體排盡的優(yōu)點3罐內(nèi)表面積 圓筒內(nèi)表面積F1=DH1=3.14*4.8*5.5=

6、83m24. 罐筒容積 糖化罐是圓柱形器身略向中間傾斜的容器，其容積v1可近似按下式計算 V1=1/4D2H1 =20.25*3.14*（4.8）2*5.5=99.5m3 D-糖化鍋直徑，m H1-糖化罐圓柱部分高度，m5.罐的有效容積 在實際生產(chǎn)中，糖化罐內(nèi)徑應(yīng)留有適量的空間作為糖化醪液運轉(zhuǎn)的余地，一般情況下實際有效容積按人孔門底邊以下400-500mm計算。 V=V1+V2=99.5+99.5*1/5=120m36罐壁厚 S=PD/（230 -P）+C=1*4850/（230*8.75*0.8-1）+3=6.01，取6mm 式中：P罐壓力（1atm）； D罐的共稱內(nèi)徑； 焊縫系數(shù)（0.8）

7、； 許用應(yīng)力，= /n， 其中：鋼板抗拉強度：35Kg/cm3，n=4（t250時； C腐蝕粘度，C-C10mm時，C=3mm。二、冷卻形成的確定 糖化過程是一個放熱的過程，同時，機械攪拌也產(chǎn)生熱量，而從液化到糖化又是降溫過程。因此，需在罐內(nèi)有冷卻裝置。 糖化罐內(nèi)壁裝備蛇管式冷卻器，用銅管或鋼管制成。為了避免冷卻器妨礙醪液的流動，上下相鄰的蛇管間距不小于60mm，相鄰蛇管間距不應(yīng)小于30cm.冷卻面積的計算是根據(jù)1m糖化罐的有效容積需3m冷卻面積。當(dāng)夏季水溫高時，可增用補充冷卻器冷卻糖化醪的水耗量約為1m，糖化醪需4m水。水由下方引入上方排出。連續(xù)糖化過程冷卻面積略小于此數(shù)。 采用豎式蛇管冷卻

8、，同時兼起攪拌，檔板作用，冷卻水降溫，使糖化液維持在60-65，糖化液的高度： H=h1+h2+h=（120*0.7519.9）/0.24*3.14*（4.8）2+1+0.05=4.9（m）三、冷卻面積計算 二次噴射時液化溫度為25，采用氣液分離器，將其冷卻到100， 再 用冷卻水降溫至60左右，冷卻水溫20左右。 K總傳熱系數(shù)：12192930KJ/Kgm2 糖化醪液濃度為30%，液化醪進料時間30分鐘， C干物質(zhì)：1.1321KJ/Kgk，C水：4.18 KJ/Kgk。1.物料比熱C=0.30*1.1321+4.18*（1-0.3）=3.266 （KJ/Kgk）2. 每小時冷卻糖化醪量 1

9、00*0.75*1000/（30/60）=150000（kg/h）3冷卻水終溫 設(shè)冷卻水流量為液化液的3倍t=（273+20）+150000*3.266*（90-60）/（150000*4.18）=301（K）4平均溫差t=（62-40）/ln（62/40）=50。2（K）5 冷卻水熱交換量 總傳熱系數(shù)取2000KJ/khm2，則 Q=150000*3。266*（90-60）=14700000（KJ/h）6冷卻面積（忽略攪拌熱量） Q=KAt A=Q/Kt=14700000/（2000*50.2）=146。4（m2） K-總傳熱系數(shù),2000KJ/khm2 A-冷卻面積 Q-冷卻水熱交換量，1

10、4700000（KJ/h）7取6組豎式蛇管換熱器，每組換熱器的換熱面積為：146.4/6=24.4（m2）。 以管壁中心面積作為傳熱面積，查換熱器取YB8000-70127*17的無縫鋼管取其平均直徑為：127-17=110（mm），所需管長：24.4/（3.14*0.11）=70.6（m），蛇管長度；85*（8-1）=595（mm），蛇管的螺旋間距：85*6=510（mm），支架寬：510+595=1105（mm）。四、攪拌裝置設(shè)計 糖化罐中，裝有渦輪式、螺旋槳式或平槳式攪拌器。由軸中心至攪拌器邊緣的長度應(yīng)為糖化罐直徑的15%18%，其旋轉(zhuǎn)方向與冷卻水在蛇管中水流的方向相反。為了能使蒸煮醪與

11、糖化劑混合均勻，以及糖化醪能迅速冷卻起見，攪拌器的轉(zhuǎn)速，一般要求每分鐘80100次左右。也有的要慢些，約每分鐘50轉(zhuǎn)。對于槳式攪拌器，一般在黏度大時取小值，速度范圍2040r/min。1.糖化罐選漿式攪拌，有利于調(diào)均液體，故選平直葉攪拌器。 2.選45直葉漿式攪拌器 葉徑：d=0.5D=0.5*4800=2400（mm）； 葉寬：h=0.1d=240（mm）； 曲軸轉(zhuǎn)速為n=30rpm， 漿葉面積：F=b*sin*h=（d/2）* sin*h=（2.4/2）*0.24*sin45 =0.204（m2）； N0=60*10-9*（Z/）*F*d3*n3*W =60*10-9*（1.2*2/0.7

12、5）*0。204*23*303*1.08*103 =9.14（kw） N電機=KN0*（1+10%+10%）/1.2*9.14*（1+0.2）/0.96=13.78（kw）式中：K安全系數(shù)1.2；10%密封安裝功率消耗；一級皮帶傳動0.96。3.攪拌器選擇 查化學(xué)工藝設(shè)計手冊P456，選HG5-220-65型 查發(fā)酵工程與設(shè)備知道攪拌器的安裝，下面攪拌器離罐底一般不超過一個攪拌器直徑高度，上面一個攪拌器直徑高度，上面一個攪拌器在液體下0.5m，則兩攪拌器相距：5.05-0.5-1.5=3.05（m）。3.1攪拌軸設(shè)計 軸的設(shè)計主要以扭轉(zhuǎn)強度和剛度計算軸徑：d=10*（N/n）1/4=10*（1

13、3.7/30）1/4=8.22（cm）式中： d軸徑（cm）； N攪拌功率（kw）； n轉(zhuǎn)速。 軸分為3段，考慮到開槽影響，軸徑加0.5%，液體對軸的腐蝕增加腐蝕裕量80mm。則軸徑：d=82.2+82.2*0.05+80=166.3（mm）取軸徑170mm，查材料與零部件軸上安裝零件設(shè)計選用：A 軸承 攪拌器受軸向力和徑向力的共同作用，故軸承的選擇用雙向心球面滾子軸承，查材料與零部件中P416，選GB28-6-64輕寬（5）系列3520。B聯(lián)軸器的選用 軸分為三段，選用兩個夾套聯(lián)軸器連接，其優(yōu)點在于裝拆方便，拆卸時不需要做軸項運動，易對中，徑向尺寸小，查材料與零部件中P547，選用AG5-2

14、13-65立式，夾殼聯(lián)軸器。C軸封 采用封面軸封（其封面要求不高）。五、傳動部分設(shè)計1.皮帶形式設(shè)計 攪拌器用電機拖動，三角皮帶轉(zhuǎn)動，查材料與零部件，知三角皮帶傳動效率為=0.94，因立式夾殼聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)效率為0.98，罐內(nèi)裝兩只磙子器軸承，傳動效率為0.97，罐外裝兩只滑動軸承，傳動效率為0.98，因此傳動效率；N傳=N0/（0.942）*（0.982）*0.97=11.56（kw） 查機械零件設(shè)計手冊選三間皮帶B型。1.1皮帶輪直徑 查材料與零部件選JO2-71-8型電機帶動。用D1=160mm，實心軸帶動，則大皮帶輪直徑：D2=m1/m2*D式中：m1電機轉(zhuǎn)速720rpm，經(jīng)減速器減速至2

15、80rpm； m2軸轉(zhuǎn)速30rpm。 D2=m1/m2*D=280/30*160=1493（mm）查直徑尺寸系列，D取1500mm。六、糖化罐聯(lián)結(jié)管道的計算 管徑的計算可根據(jù)物料衡算得知工藝過程所需的各類流動介質(zhì)的流量和流速，計算出管道內(nèi)徑，也可應(yīng)用化工手冊的有關(guān)流速、流量、管徑算圖求得管徑，在計算管徑時，關(guān)鍵是流速的選用。根據(jù)輸送介質(zhì)的種類、性質(zhì)和輸送條件選擇合適的流速。確定流速的原則是液體流速不超過3m/s，氣體流速不超過100m/s。 管道中除了管材外，還有許多其他構(gòu)件，是組成管道不可缺少的部分。主要管件有彎頭、三通、短接管、異型管、法蘭、盲板和閥門。無縫鋼管的質(zhì)地均勻和強度高。在生物技

16、術(shù)工廠中，無縫鋼管常用于安裝蒸汽管道、壓縮空氣管道、大口徑水管道以及車間蒸汽滅菌的物料管道。無縫鋼管可分為外徑32450mm，壁厚2.550mm的熱軋管和外徑4150mm,壁厚1.012mm的冷軋管。6.1進料管 100m3罐填充系數(shù)為0。75，55分鐘進料則 其流量：Q=100*0.75/（55*60）=0.023m3/s 取流速：V=1.2m/s 則管徑：d=（1.272*Q/V）1/2=（1.272*0.023/1.2）1/2=156.2（mm） 查材料與零部件P132，取Dg=175mm，=194.6的無縫鋼管，材料1Cr18Ni9Ti6.2排料管 100m3，=75%，35分鐘排完，

17、則 Q=100*0.75/（35*60）=0.036m3/s，流速V=1.2m/s， 管徑：d=（1.272*Q/V）1/2=（1.272*0.036/1.2）1/2=195.4（mm） 取Dg =200mm，=219*6的無縫鋼管，材料1Cr18Ni9Ti6.3取樣管 選=3883.5的無縫鋼管，材料1Cr18Ni9Ti6.4排氣管 選=102*4的無縫鋼管，材料1Cr18Ni9Ti6.5保溫層設(shè)置 為了使糖化液保持在60-65，罐外需加保溫層，查化工工藝設(shè)計手冊，保溫層取100mm，材料選用玻璃絲棉外涂樹脂。七、溫度計 采用熱電偶溫度計，查材料與零部件選用型號為WRK的溫度計，測量范圍0-

18、600八、人孔 查材料與零部件選用JB583-64水平吊蓋人孔，公稱直徑Dg=800mm，人梯由施工單位定。九、支座根據(jù)罐體和裝液量選4個JBH60-73支座，允許負(fù)荷量25/個。第四部分：設(shè)計結(jié)果概要 參數(shù)名稱 參量值 單位罐徑4.8m罐高5m圓筒內(nèi)表面積83m2罐壁厚6m物料比熱3.266 KJ/Kgk每小時冷卻糖化醪量150000kg/h冷卻水終溫301K平均溫差50.2K冷卻水熱交換量14700000KJ/h冷卻面積146.4m2每組換熱器的換熱面積24.4m2取其平均直徑為110mm蛇管長度595mm蛇管的螺旋間距510mm支架寬1105mm管長70.6m直葉漿式攪拌器葉徑2400mm曲軸轉(zhuǎn)速為n30rpm漿葉面積F 0.204m2攪拌器相距：3.05m軸徑170mm傳動效率 11.56kw大皮帶輪直徑 150