賴氨酸生產裝置二級種子罐工藝及設備設計-預覽頁

　

【正文】 第三章 種子罐釜體結構的設計計算本節內容將主要設計種子罐的釜體結構。罐體在規定的操作溫度和操作壓力下，為菌種的繁殖提供了一定的空間。 則有效容積 解得： 由壓力容器公稱直徑標準（HG/T90192001）圓整到公稱直徑。一般二級種子液體積為發酵液量的10%，三級種子液量為二級種子液量的2%。所以需要二級種子罐的個數為一個。 工藝條件 種子罐內操作溫度 操作壓力； 外盤管操作溫度 操作壓力； 設備材料選取：設備在消毒滅菌期間，會有較強的腐蝕性，所以種子罐筒體和封頭都選取防腐性能好的不銹鋼00Cr19Ni10。 ＜ ，所以強度滿足要求。 t－物料進入或離開設備的溫度（℃），分別為20℃和37℃則物料帶入熱量 物料帶出熱量 過程熱效應，過程熱效應主要包括生物合成熱和攪拌熱 即 種子罐的高峰發酵熱為，為了保證換熱過程穩定，取高峰發酵熱等于。 即設備需要冷卻。半圓形外盤管具有較高的傳熱系數，而且外螺旋管使罐體剛度大大增加，使罐身用材相對減少。傳熱系數。當攪拌器沿容器中心線安裝且攪拌物料粘度不大時，液體將隨著槳葉旋轉方向運動，形成漩渦。擋板寬度，取擋板與攪拌容器內壁的間隙：當攪拌液體的粘度＜100時，=0；當＞100時，的大小根據不同的攪拌器而定。本設計中，可以選用耳式支座或支撐式支座，但由于種子罐筒體上焊接有半圓形外盤管，所以不適合耳式支座的安裝，故本設計采用支撐式支座。圖2支撐式支座支座實際承受的載荷按下式計算 式中 —支座支撐的載荷，；—設備總質量，（包括殼體及其附件，內部介質及保溫層質量），； —偏心載荷，； —不均勻系數，安裝3個支座是取；安裝3個以上支座時，取；本設計安裝4個支座，故； —支座數量 ； —水平力，取和的大值，； —偏心距，； —水平力作用點至底板高度， ； —支座安裝尺寸，對于A型支座，①、 確定設備總質量設備總質量包括殼體及其附件，內部介質及保溫層質量：封頭質量筒體質量 = =內部介質（水）質量假設其他附件的質量則設備總質量②、 選用4號支撐式支座，支座本體允許支撐載荷。支座的詳細尺寸見下表：表4支座安裝高度公稱直徑高度容器封頭名義厚度安裝高度200050010804表5 支座的尺寸支座本體允許載荷／適用公稱直徑高度底板10020005002301801690筋板墊板地腳螺栓支座質量規格27020014320146030M24750圖3 支座安裝高度 人孔、視鏡的選擇與校核 人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內部的裝置，而視鏡是用來觀察設備內部情況的。表6 檢查孔開孔表內徑檢查孔最少數量檢查孔最小尺寸備注人孔手孔300＜≤500手孔兩個圓孔長圓孔500＜≤1000人孔一個當容器無法開人孔時；手孔兩個圓形長圓形圓孔長圓孔＞1000圓孔長圓孔球形人孔由標準（HG 20592）規定，公稱壓力≤，可選用板式平焊法蘭。② 開孔所需補強面積封頭計算厚度 開孔補強面積 先計算強度削弱系數，補強材料，接管材料與筒體材料相同，所以，接管有效厚度為開孔所需補強面積按下式計算 ③ 有效補強范圍有效寬度按下式計算 取大值 故 有效高度 外側有效高度按下式計算 取小值 （實際外伸高度）故。因＞，所以補強圈在有效補強范圍內。結合本設計的具體情況，種子罐選取帶頸視鏡。② 開孔所需補強面積封頭計算厚度 開孔補強面積 先計算強度削弱系數，補強材料，接管材料與筒體材料相同，所以，接管有效厚度為開孔所需補強面積按下式計算 ③ 有效補強范圍有效寬度按下式計算 取大值 故 有效高度 外側有效高度按下式計算 取小值 （實際外伸高度）故。因＞，所以補強圈在有效補強范圍內。而法蘭連接便是一種能較好地滿足上述要求的可拆連接，法蘭連接結構是一個組合件，它由一對法蘭、數個螺栓、螺母和一個墊片所組成。材料為不銹鋼00Cr19Ni10。管法蘭的選用標準為；，查表得選用管法蘭的類型為：公稱通徑，公稱壓力為的突面板式平焊管法蘭。 種子入口、流糖加入口管法蘭和接口形式的選擇種子入口、流糖加入口管法蘭和接口形式相同。接管尺寸為，材料為不銹鋼00Cr19Ni10。接管尺寸為，材料為不銹鋼00Cr19Ni10。本節內容的設計計算主要包括以下內容：種子罐攪拌器形式的確定；種子罐攪拌器尺寸的確定；種子罐攪拌器攪拌功率的計算；種子罐攪拌軸的設計及強度校核。機械攪拌通風發酵管的攪拌渦輪有三種形式，可根據發酵特點、基質以及菌體特性選用。另外，在同樣的雷諾數條件下，圓盤渦輪攪拌器將比其他形式的攪拌器消耗更多的功率，因此僅在氣液相條件下使用該攪拌器，使得攪拌功率不至于太大。標準的六彎葉渦輪攪拌器的尺寸已經系列化，如下圖所示：圖4 彎葉渦輪攪拌槳已知種子罐的內徑，所以葉輪直徑，取，由葉輪、葉片的尺寸比例關系可得：圓盤直徑葉片長度葉片寬度攪拌槳間距攪拌槳距種子罐罐底距離考慮到攪拌器的強度，設計圓盤和葉片的厚度為，采用兩個相同的攪拌器。上述因數綜合起來可用流體力學的納維爾斯托克斯方程來表示各因數的關系。種子罐中流體的雷諾數有下式計算 種子罐內流體處于湍流狀態查表得：則攪拌功率為由于一般的發酵罐中，攪拌功率可用下式校正 式中，為校正系數，由下式確定 則攪拌功率對于多層攪拌，攪拌功率可按下式計算 式中 為攪拌器層數。很多場合下，電動機與減速器一并配套供應，設計時可根據選定的減速器選用配套的電動機。粗略估計，填料密封的功率損失約為攪拌器功率的10%左右。 電機功率。軸轉矩的剛度條件為 式中 —攪拌軸直徑，m； —軸材料剪切彈性模量，Pa； —軸傳遞的最大彎矩，； —攪拌軸轉速，r/min； —電機功率，kW； —空心軸內徑和外徑的比值，本設計為實心軸，所以=0； —傳遞裝置效率； —許用扭轉角，對于懸臂梁，對于單跨梁，本設計為單跨軸，所以。代入數據解得： （2）作用集中質量的單跨軸一階臨界轉速的計算① 兩端簡支的等直徑單跨軸，軸的有效質量在中點S處的相當質量為： 第個攪拌器有效質量在中點S處的相當質量為： 式中 —夾持系數。 攪拌軸的強度條件是 式中 —截面上最大切應力，Pa； —軸上扭轉和彎矩聯合作用時的當量轉矩，； —轉矩。軸上扭矩對于單跨軸，徑向力引起的軸上彎矩按下式計算： 第個攪拌器上的流體徑向力按下式計算 式中：—流體徑向力系數； —第個攪拌器功率產生的扭矩；； —第個攪拌器的設計功率， —攪拌器直徑。所以，彎矩； 當量彎矩 攪拌軸直徑 所以，軸徑取，強度足夠。 選用Y系列三相異步電動機，型號為：Y225M8。因為機器啟動時動載荷和運作中可能出現的過載現象，因此，應按照軸上的計算扭矩選擇聯軸器的型號。標記為：HG 21565 底蓋 RS4004008000Cr19Ni10。攪拌軸底軸承具體尺寸如下表所示：表16 攪拌軸底軸承尺寸表/ mm軸徑806595105360200235135240901303102501010817M16第六章 種子罐的制造、安裝與調試、檢驗與驗收本設備按照GB1502011《鋼制壓力容器》進行制造、檢驗和驗收，并接受國家質量技術監督局《固定式壓力容器安全技術監察規程》的監督。焊接接頭分為A、B、C、D四類：A類焊接接頭主要包括筒體部分的縱向接頭球形封頭與圓筒連接的環向接頭；B類焊接接頭主要包括殼體部分的環向焊接接頭；C類焊接接頭主要包括平蓋、管板與筒體非對接連接接頭；D類焊接接頭主要包括接管、人孔、凸緣、補強圈與殼體連接的接頭。另外，對于發酵罐，如果罐體內有突起，或者焊縫毛刺，都會容易染菌，污染菌種，從而使發酵異常，所以在嚴格按照現行有關技術要求制造的基礎上，要對內表面進行拋光。封頭沖壓前，模具安裝要正確，無偏心現象。筒節加工工藝流程如下：筒節：劃線→切割→縱縫坡口加工→卷圓→縱縫焊接→矯圓→無損檢測、調試及維護 安裝種子罐的基礎必須足以使種子罐不發生下沉，種子罐采用混凝土基礎，使種子罐通過支撐式支座由地腳螺栓將其與基礎牢固連接起來。 種子罐安裝后必須進行試運轉（空轉和以水代料），不能有不正常的噪音和較大的振動等不良現象。焊接和操作人員進行安全技術培訓。設備運行的工作條件比較苛刻：（1） 設備使用溫度和壓力波動的加載和卸載，使筒體受到較大的交變壓力，從而使容器整體結構不連續部位（如焊接接頭）處引起疲勞裂縫；（2） 介質對筒體的作用使壁厚減薄從而使薄膜應力增大，或由于晶間腐蝕使材料塑性韌性降低；（3） 容器器壁長期受壓力載荷作用，材料將產生蠕變；（4） 由于容器支座、管道等的安裝不當，對容器產生附加應力；（5） 容器停運時維護不當，器壁內外將受到腐蝕，而且腐蝕速度較使用時更快。設計中得種子罐筒體和封頭厚度為10mm，采用V帶減速器的上裝式攪拌釜。反應釜采用支撐式支座，上封頭接人孔、視鏡以及接管和壓力計。致 謝本人從本學期開始進行畢業設計，論文從開題到最后完稿都是在姜老師的悉心指導下完成的。在兩個多月的畢業設計過程中，姜老師教會我許多學習和以后工作的道理，本人在學校中學到的理論知識也得到了運用，在此我要向姜老師表示最崇高的敬意！在大學的四年中，學院的馬書記，呂碩教授，高陽老師，劉天霞老師，湯占祁等老師對我一直關懷有加，他們教會了我很多東西，在此，我也要特別的感謝各位老師，愿各位老師身體健康，工作順利！本人衷心地感謝參考文獻中的所有作者，同時也對那些引用其著作但未能在參考文獻中列出的作者表示最真誠的歉意和誠摯的