畢業設計-50l通用式厭氧發酵罐的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ℃下 的比熱容： Cp2= kg1 K1 設計計算參數 廚余垃圾發酵工藝采用間歇式進料，其進料量 Va的粗略計算如下： V= (21) V:攪拌容器容積， . Va：每晝夜處理的物料體積 ， （ m3/24h） . t：每批物料的處理時間， 5 24h. η :攪拌器的備用系數，取 . Ф：裝料系數，攪拌狀態平穩其取值范圍 m： 發酵罐臺數， 1. 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 7 頁 將各個系數代入式中，應用 MATLAB 求得 va=24**1*(5*24*(1+)) %m3/24h va = 所以間歇式進料量 Va=。 反應器的傳熱計算 攪拌反應的傳熱粗略過程可以用下式描述： （ 22） Q:流體傳遞的熱量， W； K：總傳熱系數， W/(m2 K)； F:傳熱面積， m2； Δ t：被攪拌液和 熱載體之溫差， K。 而發酵反應器中 (23) Q 發 ：每小時 1m3發酵液反應的產熱值，取值 20MJ(m3 h)； V：發酵液體積， m3； 求得 Q=20 1MJ/h 采用夾套逆流傳熱， K取 120J/m2 s1℃ 1 冷熱流體的溫差計算（ MATLAB） ： clc clear T1=37,T2=37,t1=20,t2=30。 t=((T2t1)(T1t2))/log((T2t1)/(T1t2)) 運行后得到結果 t = 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 8 頁 所以Δ t=℃ 。 傳熱面積 F=Q/(K Δ t)== 。 改進料 50L 反應容器的傳熱面積為 F 反應器 = 有 F 反應器 ，所以傳熱設計合理。 確定夾套里水的質量流量 物料的產熱量計算： Q 總 =ms2 Cp2（ t1t2） =1MJ/h 夾套的水流量計算： Ms2=Q 總 /（ Cp2（ t1t2）） = 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 9 頁 第三章 發酵罐的 結構設計 發酵罐尺寸的初 選 發酵罐體積的近似計算： （ 31） V0：發酵罐的公稱容積，已知 V0為 ； Vb：發酵罐的筒身容積 ， ； Vd：發酵罐的下封頭容積 ， ； D：發酵罐的筒體直徑 ， ； H：發酵罐的筒體高度 ， ； 由 表知道 H/D 的取值范圍為 ，取值 H/D=2 代入 31式求得 D=， H=。 取 整得： D=， H= ， H/D= 在取值范圍內符合要求。 表 幾種攪拌罐的 H/Di值 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 10 頁 發酵罐攪拌器的選型 發酵罐的攪拌速度為 300r/min，攪拌液為固 液懸浮， PH 值為 6，且粘度較低，設計壓力為 ，故采用單層六葉開啟渦輪式攪拌器，不銹鋼材質。又因固液密度差較小，故采用平槳（見圖 ）。 圖 六葉開啟渦輪式攪拌槳 葉輪直徑的選取： DJ/D=，取值 求得 d=150m。查表 可得到其具體參數如下 : 攪拌器結構參數（ mm） 攪拌槳 直徑：DJ 軸套內徑： d 軸套外徑：d1 軸套上端高：h2 dm1/dm2 槳高： h 軸套整體高：h1 槳寬：δ 槳的質量： m（ kg） 150 35 60 8 M6/ 30 55 6 表 六葉開啟渦輪式攪拌器的主要尺寸 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 11 頁 發酵罐傳熱元件的設計 發酵罐的攪拌過程常常伴有放熱或吸熱現象，有時還需將容器內的物料維持在一定的溫度下，以利于反應的進行。這樣多數的攪拌設備就需要設置傳熱原件。 傳熱元件的選取 由于本設計工作壓力僅為 ，容積也只有 50L，換熱 量不大，所以易采用夾套式傳熱，材質為 0Cr18Ni9Ti 不銹鋼。這樣可減少容器內構件，又不占用容器的有效容積。同時傳熱介質為水，不需要時常清洗筒壁所以采用整體式 U型夾套， U 型夾套筒身和封頭都包有夾套，傳熱面積大，是最常用的結構（圖 ）。 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 12 頁 圖 U 型整體夾套 夾套的尺寸及連接型式 表 整體夾套直徑的確定 由表 可知筒體直徑為 300mm 時候夾套的直徑 Dj為 340mm。夾套的高度一般壁料液高 50100mm。 HL=HФ =610 H 夾 =HL+50=538mm 取整得 H 夾 =490mm。 整體夾套的結構如圖 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 13 頁 （ a） （ b） 圖 整體夾套的尺寸及連接型式 ，（ a）封頭的上連接形式（ b）封頭的下連接形式。 發酵罐的具體尺寸的設計計算 發酵罐筒體厚度設計計算 發酵罐的筒體材料是 0Cr18Ni9Ti，查閱 GB15098知改不銹鋼的許用應力[σ ]t=137 容器的壁厚計算及校核運用 MATLAB 求解： clc clear P=。 %輸入初始設計壓力 b=137。 %輸入材料的許用應力 d=850。 %輸入物料密度 D=300。 %輸入筒體直徑， mm g=。 h=。 %輸入料液高度 C1=。 %厚度設計的負偏差， mm C2=2。 %腐蝕余量， mm t=1。 %焊縫系數，全焊透取值為 1 不銹鋼 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 14 頁 Pc=P+(b*d*h)*10^(6)。 %計算容器總壓力 Pc， MPa th=Pc*D/(2*b*tPc)。 %計算厚度 fprintf(39。計算厚度 th=%\n39。,th)。 %輸出計算厚度 th1=th+C1+C2。 %計算名義厚度 th1=ceil(th1)。 %圓整名義厚度 fprintf(39。名義厚度 th1=%dmm\n39。,th1)。 % 輸出名義厚度 th2=th1C1C2。 %計算名義厚度 b2=Pc*(D+th2)/(2*th2)。 if b2=b*t disp(39。設計厚度符合要求，正確 39。)。 else disp(39。設計錯誤，請重新計算 39。)。 end 運行結果如下： 計算厚度 th= 名義厚度 th1=3mm 設計厚度符合要求，正確 所以筒體的壁厚（名義壁厚）δ =3mm。 封頭厚度計算 發酵罐的壓力值只有 ，容積 V,為了滿足攪拌裝置的安裝檢修和料液的進出等要求，攪拌器的上封頭選擇開蓋式橢圓封頭，下封頭選用橢圓封頭。材料都為 1Cr18Ni9Ti。 其計算及校核通過 MATLAB 編程設計如下： clc clear 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 15 頁 P=。 %輸入初始設計壓力， MPa b=137。 %輸入材料的許用應力， MPa d=850。 %輸入物料密度， kg/m3 D=300。 %輸入筒體直徑， mm g=。 h=。 %輸入料液高度， m C1=。 %厚度設計的負偏差， mm C2=2。 %腐蝕余量， mm t=1。 %焊縫系數，全焊透取值為 1 Pc=P+(b*d*h)*10^(6)。 %計算容器總壓力 Pc， MPa th=Pc*D/(2*b**Pc)。 %計算封頭厚度 fprintf(39。封頭的計算厚度 th=%\n39。,th)。 %輸出計算厚度 th1=th+C1+C2。 %計算名義厚度 th1=ceil(th1)。 %圓整名義厚度 fprintf(39。封頭的名義厚度 th1=%dmm\n39。,th1)。 % 輸出名義厚度 th2=th1C1C2。 %計算名義厚度 b2=*D/100。 if b2th2 disp(39。封頭的設計厚度符合要求，正確 39。)。 else disp(39。封頭的厚度設計錯誤，請重新計算 39。)。 end 運行結果如下： 封頭的計算厚度 th= 封頭的名義厚度 th1=3mm 封頭的設計厚度符合要求，正確 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 16 頁 所以有封頭厚度取值δ =3mm。 夾套的壁厚計算 由于夾套里的壓力也為 ， 其壁厚可以和筒體的壁厚 取值 相等3mm。 發酵罐攪拌功率計算及電機的選型 攪拌功率計算 攪拌過程進行時需要動力，籠統地稱這動力時可叫作攪拌 功率。其具體計算公式如下： P=NPρ n3d5 （ 32） P：攪拌功率 ， W； NP：攪拌功率準數 ， r/min； ρ：物料密度， 850kg/m3； n：轉速， 300r/min； d： 葉輪直徑， 150mm； NP的確定可以運用 Bates 的算圖來確定：由攪拌雷諾數 Re 查閱 NP。 Re （ 33） 代入數值求得 Re=。查閱 Bates 算圖得 NP=。 將 NP代入 32式求得P=,圓整后 P=30W。 電機的選型 根據攪拌所需功率 P=，可選擇 YX40（表 ）微型電機。采用 V1貴州大學本科畢業論文（設計） 第 17 頁 型（立式，機座不帶底角，頂蓋附有凸緣）安裝。 表 YX4O型電機 額定 頻率 額定 轉速 軸徑 軸高 電機 中間