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：第六组
专业班级：制药 班
设计组成员：
指导教师：黎先发
西南科技大学
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
1.1设计内容 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.2设计参数和技术特性指标 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.3设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
二、概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.1设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.2设计思想及依据 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.3设计原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.4发酵罐设计概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
三、罐体及传热装置的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3.1罐体及换热装置的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3.1.1确定罐体高径比 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
3.1.2罐体容积计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
3.1.3罐体厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.1.4上封头厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.1.5下封头厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.1.6罐体压力试验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.2夹套直径和高度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.3夹套材料和壁厚的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
3.3.1夹套封头厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
3.3.2夹套压力试验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
四、搅拌装置及附件设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.1搅拌轴计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.1.1搅拌轴功率计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.1.2按扭矩计算轴的强度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
4.1.3搅拌器支撑尺寸计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
4.2搅拌器选型及分布 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
4.2.1搅拌器基本尺寸计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
4.2.2搅拌器结构 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
4.3挡板设置 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
五、传动装置设计及部分其它装置选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
5.1电动机选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
5.2减速机选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
5.2.1 V带设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
5.3联轴器选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
5.4密封装置选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
5.5机架选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
5.6安装底盖 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
5.7凸缘法兰选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
5.8罐体上接管口 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22
5.9人孔选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22
5.10接管法兰 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
5.11支座设计和计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
5.11.1支座选型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
5.11.2计算总载荷„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25
六、剩余其它装置选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
6.1视镜选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
6.2消泡装置选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
6.3液面计设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
6.4无菌空气分布管设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
七、设计总 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
7.1设计组成员信息 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
7.2设计分工 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
7.3组员个人总结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
八、公称容积30 m缬氨酸发酵罐设计装配图（附图）
九、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 3
一、设计任务书
1.1设计内容
公称容积错误！未找到引用源。缬氨酸发酵罐设计
1.2建议设计参数和技术特性指标
错误！未找到引用源。取错误！未找到引用源。；装料系数错误！未找到引用源。取错误！未找到引用源。；通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取错误！未找到引用源。 发酵液密度为错误！未找到引用源。，最大粘度错误！未找到引用源。；初始水温错误！未找到引用源。.
接管建议（推荐）：
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》、《机械制图》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
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》、《机械制图》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，以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错误！未找到引用源。，装料量约错误！未找到引用源。，总高度约错误！未找到引用源。，罐体公称直径错误！未找到引用源。。采用夹套换热器、错误！未找到引用源。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：错误！未找到引用源。罐直筒部分高度，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。罐直径，错误！未找到引用源。;
错误！未找到引用源。搅拌器直径，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。搅拌器桨距离罐底距离，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。多个搅拌桨时的桨距，错误！未找到引用源。；
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
表 1 几种搅拌釜的长径比值
对于机械搅拌发酵罐，这里取高径比为错误！未找到引用源。
3.1.2罐体容积计算
已知公称容积错误！未找到引用源。 ，选取高径比错误！未找到引用源。
罐体内径：错误！未找到引用源。，圆整取公称直径错误！未找到引用源。
查手册得，错误！未找到引用源。的标准椭圆形封头曲面高错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。 ，封头容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。，查手册得一米高筒体容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。
计算筒高：
筒体高度圆整得错误！未找到引用源。
由计算结果得实际高径比错误！未找到引用源。
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：错误！未找到引用源。
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： ,取整得错误！未找到引用
源。
3.1.2.3设备总容积：错误！未找到引用源。
装料量：
误！未找到引用源。） 错误！未找到引用源。 （装料量系数错
传热面积：错误！未找到引用源。 （传热面积按错误！未找到引用源。装料量计算）
3.1.3筒体厚度的确定
3.1.3.1设计要求
罐内压力错误！未找到引用源。；夹套或蛇管压力错误！未找到引用源。；工作温度:罐内小于或等于错误！未找到引用源。，蛇管或夹套小于或等于错误！未找到引用源。；工作介质：罐内轻微腐蚀性，蛇管或夹套蒸汽；搅拌器转速错误！未找到引用源。，物料密度错误！未找到引用源。
3.1.3.2筒体厚度计算
选用错误！未找到引用源。钢材，查表得错误！未找到引用源。钢错误！未找到引用源。，厚度错误！未找到引用源。，设计温度错误！未找到引用源。的许应力为错误！未找到引用源。。
表2
选取筒内设计压力错误！未找到引用源。，同时需判断是否考虑液体静压力
错误！未找到引用源。 ，超过设计压力的错误！未找到引用源。，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，焊缝系数错误！未找到引用源。
设钢板厚度错误！未找到引用源。，则取负偏差错误！未找到引用源。，双面腐蚀度错误！未找到引用源。
所以错误！未找到引用源。
考虑安全裕量，取筒体厚度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。
3.1.4上封头厚度的确定
在上封头厚度计算公式中，对标准椭圆形封头错误！未找到引用源。
根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚不应小于错误！未找到引用源。，腐蚀裕量另加，负偏差错误！未找到引用源。上封头外面无夹套，所以无物料腐蚀，错误！未找到引用源。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：错误！未找到引用源。，直面高度：错误！未找到引用源。
所以下封头装液的高度：错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，超过设计压力的错误！未找到引用源。，应计算在设计压力内，故错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
取负偏差错误！未找到引用源。，双面腐蚀度错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。 下封头设计厚度为：
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：
错误！未找到引用源。
屈服点强度错误！未找到引用源。，所以错误！未找到引用源。 得到错误！未找到引用源。，所以压力试验强度足够 3.2夹套直径和高度的确定
表3
对于筒体内径错误！未找到引用源。，在错误！未找到引用源。范围内, 所以换热装置选择夹套换热。
夹套内径错误！未找到引用源。，符合压力容器公称直径
查手册得：错误！未找到引用源。的标准椭圆形封头的封头容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。，曲边高度错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。，一米高筒体容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。 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（从夹套下封头至夹套顶高度）错误！未找到引用源。 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，同样选取错误！未找到引用源。为夹套材料
查表得：厚度在错误！未找到引用源。罐内温度错误！未找到引用源。的许应力错误！未找到引用源。，选取夹套设计压力错误！未找到引用源。，焊接系数错误！未找到引用源。，取负偏差错误！未找到引用源。，单面腐蚀取腐蚀裕量错误！未找到引用源。，所以错误！未找到引用源。
考虑安全裕量，选取夹套厚度错误！未找到引用源。 3.3.1夹套封头厚度的确定
采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取错误！未找到引用源。
取夹套的筒体和封头的壁厚均为错误！未找到引用源。 3.3.2夹套压力试验
采用水压试验，试验压力公式：
屈服点强度错误！未找到引用源。，所以错误！未找到引用源。 得到错误！未找到引用源。，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。
涡轮式搅拌机常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液。所以选用直叶圆盘涡轮式搅拌器。当高径比小于错误！未找到引用源。时一般采用单层搅拌器，此后每多错误！未找到引用源。倍，就加一层搅拌器,由于错误！未找到引用源。，则搅拌器层数取错误！未找到引用源。
已知错误！未找到引用源。，一般
错误！未找到引用源。,取
错
误！未找到引用源。
下层搅拌器与罐底的距离高度错误！未找到引用源。，取错误！未找到引用源。 所以错误！未找到引用源。
两搅拌器之间的间距错误！未找到引用源。，取找到引用源。
为避免搅拌器工作时产生漩涡，应使搅拌器暴露在空气中，第一个搅拌器距离料液液面的高度不小于搅拌器外径的1.5倍，所以圆整取由于
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，料液浓度错误！未找到引
错误！未找到引用源。，
错误！未
用源。，料液粘度错误！未找到引用源。，则
所以，料液流动状态为湍流 搅拌功率计算：
表4 湍流时各搅拌的功率准数
氨基酸发酵搅拌过程为气体分散，所以搅拌功率系数取
对于多层搅拌器来说，其功率用下列公式计算
式中错误！未找到引用源。为搅拌层数，故错误！未找到引用源。 4.1.2按扭矩计算轴的强度
搅拌轴材料采用45钢，45钢的许用应力错误！未找到引用源。，计算系数错误！未找到引用源。，则搅拌轴直径估算
错误！未找到引用源。
考虑到键槽和腐蚀取裕量错误！未找到引用源。，取4.1.3搅拌器支撑尺寸
错误！未找到引用源。
图3 搅拌轴结构
根据经验轴的悬臂错误！未找到引用源。、轴径错误！未找到引用源。和两轴承间距错误！未找到引用源。应满足系列关系：
错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。 根据所以
错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，
错误！未找到引用源。,则取
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
取错误！未找到引用源。，所以
由于搅拌轴较长，故在底部增加一个底轴承。
4.2搅拌器选型及分布
4.2.1搅拌器基本尺寸设计 由于浆径
错误！未找到引用源。，所以采用六叶可拆的圆盘式涡轮
根据直叶圆盘涡轮式搅拌器，桨径dj：桨长l：桨宽b错误！未找到引用源。 则错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。
圆盘直径一般取浆径错误！未找到引用源。,所以圆盘直径错误！未找到引用源。, 取整得错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 为保持一定的刚性及支持周边的桨叶，取圆盘厚度为
4.2.2搅拌器结构
错误！未找到引用源。
图4 直叶圆盘搅拌器结构
4.3挡板设置
由于釜内物质粘度不大，选择把挡板装在壁上，挡板类型选择错误！未找到引用源。型，挡板数量错误！未找到引用源。，挡板材料选取错误！未找到引用源。材料。
挡板宽度错误！未找到引用源。，取错误！未找到引用源。 挡板与筒体壁的缝隙错误！未找到引用源。
挡板高度应由罐底起至设计液面高度为止，由错误！未找到引用源。， 取整得挡板高度错误！未找到引用源。
五、传动装置的设计
搅拌釜的传动装置一般包括：电动机、减速器、联轴器、机架及传动轴。电动机经减速器将转速降低，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，从而带动搅拌器转动。整个传动装置连同机架及轴封装置都安装在底座上。
5.1 电动机的选择
电动机用错误！未找到引用源。带传动，由下表选择传动系统的效率错误！未找到引用源。
表5
电动机功率：P
PmPT
公式中：错误！未找到引用源。为电机功率，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。为搅拌所需的轴功率，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。为轴封摩擦损失功率,一般为错误！未找到引用源。的1%，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。为传动系统的效率，取0.95 搅拌所需要的轴功率轴封摩擦损失功率电动机功率
:
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
由上表得选择电动机型号为：
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，电机同
即：电动机按错误！未找到引用源。型安装，功率为步转速错误！未找到引用源。，满载转速错误！未找到引用源。
表6 电动机安装代号
图5 电动机结构
单位：错误！未找到引用源。
表7 电动机安装及外形尺寸
5.2减速机选型
根据电机的功率动比
错误！未找到引用源。，搅拌转速错误！未找到引用源。，传
错误！未找到引用源。，所以选择带传动减速器
错误！未找到引用源。带减速器的特点具有结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪音小。但不适用于防爆场合。传动带按照截面形状可分为：平带、错误！未找到引用源。形带（又称三角带）、圆形带等类型。普通V形带的工作面是两侧面，与平带相比，由于截面的楔形效应，其摩擦力较大，所以能传递较大的功率。普通Ｖ形带无接头，传动平稳，应用最广泛。由于设计的电动功率小于错误！未找到引用源。，传动比错误！未找到引用源。，故本设计采用普通错误！未找到引用源。形带传动。
带传动设计和计算主要内容：带的选型、根数、长度、带轮直径、中心距及带轮的结构尺寸等。 5.2.1V带设计
图6 带传动组成
5.2.1.1传动额定功率错误！未找到引用源。： 错误！未找到引用源。（电动机错误！未找到引用源。）
5.2.1.2小皮带轮转速错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。
5.2.1.3大皮带轮转速错误！未找到引用源。：错误！未找到引用源。 5.2.1.4工况系数选择
表8
根据上表，由于是液体搅拌机，生产时工作时长大于错误！未找到引用源。，载荷几乎无变动，所以工况系数选择错误！未找到引用源。 5.2.1.5设计功率错误！未找到引用源。：
5.2.1.6错误！未找到引用源。带型号选择
表9
根据上表，由设计功率错误！未找到引用源。和小带轮转速错误！未找到引用源。决定选择D型
5.2.1.7速度比错误！未找到引用源。：
5.2.1.8小皮带轮计算直径错误！未找到引用源。 由手册初选错误！未找到引用源。 5.2.1.9验算带速错误！未找到引用源。：
通常V型带的带速错误！未找到引用源。，所以求
5.2.1.10滑动率错误！未找到引用源。：对于V形带错误！未找到引用源。，本设计选取错误！未找到引用源。
5.2.1.11大皮带轮计算直径错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。,根据手册圆整取错误！未找到引用源。 5.2.1.12初定中心距错误！未找到引用源。： 因为错误！未找到引用源。，
错误！未找到引用源。，即得：错误！未找到引用源。 所以初定错误！未找到引用源。
5.2.1.13带的基准长度错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。符合要
查手册，圆整后取
错误！未找到引用源。
5.2.1.14初定中心距错误！未找到引用源。：
安装V带时所需要的最小中心距错误！未找到引用源。和最大中心距错误！未找到引用源。计算
5.2.1.15小皮带轮包角错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。，符合要求
5.2.1.16单根V带额定功率错误！未找到引用源。： 查手册得，错误！未找到引用源。
5.2.1.17 错误！未找到引用源。时，单根V带额定功率增量错误！未找到引用源。： 查手册得，错误！未找到引用源。
5.2.1.18包角修正系数错误！未找到引用源。 查手册得，包角修正系数错误！未找到引用源。
5.2.1.19带长修正系数错误！未找到引用源。： 查手册得，带长修正系数错误！未找到引用源。
5.2.1.20V带根数错误！未找到引用源。：
取整得错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，所以符合要求
5.3联轴器选型
选择联轴器时主要考虑以下几个方面：载荷的大小及性质，轴转速的高低，两轴相对位移的大小及性质，工作环境，装拆、调整维护要求及价格等。对载荷平稳的低速轴，如两轴对中精确，轴本身刚度较好时，可选用刚性联轴器。本设计根据要求选择立式夹壳联轴器错误！未找到引用源。
图7 立式夹壳联轴器错误！未找到引用源。结构图 由于搅拌轴的轴径错误！未找到引用源。
，所以选择轴径为错误！未找到引用源。
的联轴器，手册可得所选联轴器错误！未找到引用源。
和联轴节
错误！未找到引用源。主要结构尺寸参数：
单位：错误！未找到引用源。
表10 联轴器结构尺寸
验算联轴器的扭矩：查手册得,工况系数错误！未找到引用源。
对联轴器计算名义扭矩：
确定计算扭矩：
符合要求
5.4密封装置选型
密封装置有填料函密封和机械密封，一般采用机械密封。机械密封分为平衡型和非平衡型两大类，常用的机械密封装置已有标准系列，可根据轴径等要求直接选用。轴封是搅拌轴与机架间的密封装置，本设计选择机械密封。机械密封的密封性能良好，摩擦功率损失小，对轴的磨损轻微，工作状态稳定，维修周期长，能满足多种特殊工艺条件的需要。选择轴径为错误！未找到引用源。的202型标准机械密封
图8 202型标准机械密封结构
单位：错误！未找到引用源。
表11 机械密封结构尺寸 5.5机架选型
机架是安放加速器用的，它与减速器底座尺寸相匹配。标准机架有无支点机架、单支点机架和双支点机架。本设计中选用的V带减速器直径较小的齿轮连接在传动机轴上，较大的选用单点无支点机架。由于罐体封头为椭圆型，选择Ⅰ型底面螺孔布置。由于联轴器的
错误！未找到引用源。，所选择得机架的内径应大于错误！未找到引用源。，考
虑到空间和成本，选择公称直径为错误！未找到引用源。的WJ型机架错误！未找到引用源。。
图9 WJ型无支点机架
单位：错误！未找到引用源。
表12 机架尺寸
5.6安装底盖
安装底盖采用螺栓等紧固件，上与机架相连，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的公称直径与机架公称直径相同，机架公称直径错误！未找到引用源。，所以安装底盖公称直径错误！未找到引用源。
图10 RS和LRS型安装底盖
单位：错误！未找到引用源。
表13 安装底盖尺寸
5.7凸缘法兰选型
错误！未找到引用源。型突面凸缘法兰较错误！未找到引用源。型凹面凸缘法兰与安装底盘能更紧密的结合，更合理的配合，所以本设计选择错误！未找到引用源。型突面凸缘法兰。安装底盖公称直径错误！未找到引用源。，所以对应的错误！未找到引用源。型突面凸缘法兰的公称直径也为错误！未找到引用源。。
图11 R型突面凸缘法兰结构
表14 凸缘法兰尺寸
5.8罐体上接管口
进料口接管伸入设备内部并制成错误！未找到引用源。斜口可避免物料沿罐体内壁流动，减少料液对壁面的磨损和腐蚀。本设计选用如图所示进料管结构，进料管插入液面 ，以减少冲击液面而产生泡沫，管上部液面以上分开错误！未找到引用源。小孔，以防料液虹吸。
出料管有上出料（压料管）和下出料两种，当罐体壁温度与夹套壁温度相等时采用如图所示出料管结构。
出料口
进料口
图12 接管图
仪表的接管和罐体的安装都用插入式，处于常低压条件下采用单面或双面角焊接，否则采用开坡口的单面或双面焊。温度计应深入料液中，由于受到料液的冲击，常采用多层套管加强保护。
5.9人孔选型
罐体直径大于错误！未找到引用源。可开设人孔，若直径较小则应开设手孔。因为设备的直径大于错误！未找到引用源。，所以选择开设人孔。又圆形人孔制造比较方便，所以选择圆形人孔。设计技术要求人孔直径错误！未找到引用源。，满足容器直径错误！未找到引用源。的要求，但因手册建议括号中公称直径尽量不采用，所以改选直径为错误！未找到引用源。人孔，同时，也满足错误！未找到引用源。。
公称压力错误！未找到引用源。，公称直径错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。型盖轴耳，采用错误！未找到引用源。型密封面，其中垫片采用石棉橡胶板垫的回转盖带颈平焊法兰人孔
图13 回转盖带颈平焊法兰人孔结构图
单位：mm
表15 人孔尺寸表
5.10接管法兰
据手册法兰选用错误！未找到引用源。突面板式平焊钢制管法兰
图14 突面板式平焊钢制管法兰结构
根据设计任务书结合手册上突面板式平焊钢制管法兰理论尺寸对实际设计接管尺寸进行合理调整得到：
单位：错误！未找到引用源。
表16
单位：错误！未找到引用源。
表17 接管法兰尺寸
5.11支座设计和计算
5.11.1支座选型
最常用的支座为耳式支座错误！未找到引用源。，分为错误！未找到引用源。型和错误！未找到引用源。型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时，选错误！未找到引用源。型，故本设计选错误！未找到引用源。型。
图15 A型耳式支座结构
5.11.2计算总载荷 5.11.2.1料液总重量
5.11.2.2设备总重量
将罐体近似为圆柱体计算其重量，公称直径错误！未找到引用源。，厚度错误！未找到引用源。，高度错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。钢的密度错误！未找到引用源。， 错误！未找到引用源。 所以，罐体重量：
错误！未找到引用源。
夹套高度错误！未找到引用源。，厚度错误！未找到引用源。,夹套外径错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。钢的密度错误！未找到引用源。，冷凝水密度错误！未找到引用源。
所以，夹套重量：
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 冷凝水重量
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
其余部件的重量较小，可以忽略不计，所以设计的机械搅拌发酵罐设备总重量
:
加满料液后发酵罐的总重量：
5.11.2.3支座选型
每台搅拌罐常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。如果不考虑动载荷，支座承受的总重量为设备的总重量及工作介质及冷却介质的总重量之和。 按两个支座计算允许载荷：
所选支座的允许载荷应大于计算允许载荷，所以选择允许载荷为错误！未找到引用源。的支座
单位：错误！未找到引用源。
表18 错误！未找到引用源。型耳式支座主要尺寸
六、剩余其他装置选型设计
6.1视镜选型设计
视镜主要用来观察搅拌罐内物料混合情况，也可作液面指示镜。根据HG/T 21575-94选择带灯有颈视镜尺寸
图16 带灯有颈视镜结构
表19 带灯有颈视镜尺寸
6.2消泡装置选型设计
常用的机械消泡装置分为罐内消泡装置和罐外消泡装置。本设计是设计一个搅拌发酵罐选用罐内消泡装置。
最简单的是在搅拌轴上加上一个消泡浆，通过转动产生的剪切力打碎泡沫，也有利用泡沫旋转产生的离心力破泡的形式。装置结构主要有耙式，旋转圆板式，冲击反射式等。
常用消泡装置介绍：
（1）耙式消泡桨，固定在搅拌轴上，安装在液面略上部位，随搅拌轴一起转动，利用耙齿将泡沫打碎，消泡效果有限，辅助消泡，与消泡剂配合使用。
（2）旋转圆板式消泡装置，在发酵罐内的气相中，与发酵液面保持平行。圆板旋转的同时将槽内发酵液注入圆板的中央，通过离心力将破碎成微小泡沫散向槽壁，达到消泡的目的。但需要动力装置，本着节约能量的原则本设计不选用此种消泡装置。
（3）变径孔式消泡桨，消泡桨安装在发酵液液面略上的搅拌轴上，依靠原来电机提供动力，变径孔氏消泡桨主要是依靠泡沫通过变径时所产生的压力变化以及转动时所产生的剪切力来消除泡沫。
此种消泡装置节省能源，消泡效果较好，适用于本次所设计的装置。
图17
6.3液面计设计
液面计是用来观察设备内部液面位置的装置。常见的液面计有板式液面计、玻璃管液面计、浮子式液面计、和磁性液面计4种类型，尤其以玻璃管液面计最为常用。液面计结构有多种型式，其中部分已经标准化，最常用的是玻璃管液面计、玻璃板液面计等。
其中玻璃板液位计具有读数清析、直观、可靠、结构简单、维修方便、经久耐用的特点，所以本次设计选用玻璃板液面计。其中T型液面计适用于公称压力2.5及6.3的情况，R型适用于公称压力4.0的情况，S型适用于常压及公称压力为0.6的情况。所以本次选用S型S0.6-ⅢQ由碳钢Ⅲ制成的玻璃板式液面计。
因发酵罐的筒体高度错误！未找到引用源。，采用标准椭圆形封头的曲边高度错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。，第一个搅拌器距离料液液面的高度错误！未找到引用源。，所以液面计的长度最大为错误！未找到引用源。（注：为避免触底，液面计长度实际值应小于此值）
图18
根据上述液面计型号，液面计长度为错误！未找到引用源。，所以为了观察结果，选择多节液面计连接结构。
液面计节数计算：错误！未找到引用源。，取整得错误！未找到引用源。.即选择错误！未找到引用源。个该类型的液面计连接起来读数，其总长度为：错误！未找到引用源。，所以符合要求。
液面计安装高度：第一个液面计安装高度应刚好为发酵液液面高度，即距离第一个搅拌桨错误！未找到引用源。
6.4无菌空气分布管设计
无菌空气分布管采用空气分布装置，其作用是吹入无菌空气，使空气分布均匀。采用单管装置，单管装置简单实用，单次通入量大。
因为培养液体积为错误！未找到引用源。，通风管通风比（通气/发酵液体积）取错误！未找到引用源。，本设计取0.2
则计算空气流量：错误！未找到引用源。
计算压缩空气流量：
通风管中压缩空气流速为错误！未找到引用源。，则管径
选用错误！未找到引用源。的无缝钢管
七、设计总结
7.1设计组成员信息（按学号先后排序）
表20
7.2设计分工
表21
7.3组员个人总结
aaa ：这次的课程设计让我学到很多，首先我被大家推选为组长，那我就不得不考虑到每个同学的实际情况，扬长避短，比如李晓萱同学擅长绘画，那作图的事情自然分配给她，彭湖同学仔细细心，第一步开工事情就交给她，因为这个是“牵一发动全身”的，如果刚开始的数据有错，极有可能影响到下面同学的计算等。最大的难处就在于尽量把任务分的均匀，因为不仅要公平而且最后的工作量要牵扯到每位同学的得分，这是很现实的问题。在做的过程中当然避免不了很多的问题，首先是公式的问题，虽然老师给了很多的参考资料和一些模版题型，但是不全，还有非常多的需要自己去找。我主要是负责第四和第六部分，很多数据不仅没有还要根据实际情况自己去挑选，我们的设备要考虑——涡轮式搅拌机常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液，所以选用直叶圆盘涡轮式搅拌器，还有很多的数据是在一个范围里面，还要根据实际情况去挑选，比如
选出的数据尽量最后算出来是整数，方便下面的同学算。在做的过程的还有
很多小插曲错误，因为有些步骤是在仿照老师给的参考资料做，而老师的参考资料数据和我们实际做的有偏差，有时候偷懒直接借鉴，算到最后才发现，只得前功尽弃重来。其实我印象最深的是大家团队协作，因为这不是一个人单独做，这样自己想什么时候做就什么时候做，每个人分配的是一个部分，自己的部分不做完就会耽误了下一个同学，所以大家都非常勤奋，而且很有责任心，虽然名义上是下一个做的同学要核实上一位同学的计算数据，因为不同的人更容易发现错误。但是大家都非常自觉的反复检查不愿意麻烦别人，真的很感动，我们的数据几乎在检查的时候没有发现过计算错误。这很有可能是大家大学最后一次的合作，真的很难忘，而且我觉得搞工科的真的，耐力毅力以及恒心非常重要。
aa：在本次设计中我主要负责概述、传动装置设计和部分其它装置设计以及整个电子文档的编辑。因为上学期做过化工原理课程设计，所以一开始觉得不会很难，但是从一开始我们就遇到了问题，这时真的觉得老师安排四人一组是很有道理的，团队的力量的确比一个人强大很多。在彭湖进行她的工作时，我就开始着手传动装置部分的准备工作，去老区图书馆借回了《机械设计手册》单行本中的机械传动、润滑与密封、机架设计等六本书，还有一本《机械设计》书，因为上面有设计实例，可以作为具体参考进行传动装置设计。刚开始不是很清楚各装置之间的安装顺序，设计时有点不知从何下手，经过分析明白了各部分之间的关联，终于可以开始了。在设计过程中遇到了很多问题，比如前面同学计算的搅拌轴功率过大导致没有可选的电动机，小皮带轮直径的确定要跟据要求初选并反复核算，发酵罐壁厚太小没有相应的1米高筒体质量等等，但是我们都努力找出原因，并解决好了，即使重新来过也没有说过泄气的话，最后设计出了我们统一认为比较合理的发酵罐。这次设计运用到了很多其他学科的知识，很多都记得不很清楚了，借此我又好好地温习了一下。在编辑电子文档时，真的体验到了耐心和细心的重要性，看到大家计算后的纸质稿，密密麻麻的数据字符，真的有点头皮发麻，而且在编辑的时候要特别细心，不能出错（不仅是计算公式和数据，而且还有相应的配图和表格），不然就对不起我们这个团队。装置选型后的尺寸表有时会因版面调整而变动，最后想出一个办法完美解决，将制作好的表格截图再粘贴在文档中，这样还方便调整大小，使版面协调美观。总之，这次课程设计给我的收获很多，无论是知识掌握还是分析解决问题，尤其在团队协作方面，我们即将参加工作，团队协作很重要，还有就是无论做什么都要抱着认真负责的态度。
信心满满的交了初稿，看到老师回复的修改要求真有点受打击，但是不得不说老师很负责，改的很认真仔细，修改时遇到问题发邮件向老师请教，老师也是很及时的给予指导，这
都很值得我学习。
ddd团队中我担任的工作主要是计算过程的验算核对和设计最终敲定后的制图。之前做化工原理换热器设计时，已经让我觉得完成一项设计的不易，如今发酵罐的设计中，除了设计换热器，还有关于罐体、封头、搅拌桨、挡板等等环节的设计和选型。繁杂的草稿经过我们队员每一个人认真的核算，确保每一个环节计算精确，因为往往一个环节验算不达标，之前和之后的所有计算都将重新开始。这一期间我一边备战考研，一边同队员密切交流设计流程。我将设计书里所有的尺寸都在一张纸上单独列出，换算好制图时最合适的比例，对照工程制图的教材绘制了一份草稿，但很快我发现布图不合理，比例也不是很协调，导致发酵罐画好后，有几部分的部分尺寸没有地方标。于是又从机械专业的研友那里借来了第六版机械制图，并咨询了一些绘图时候的注意事项，调整比例和各个配件的大小、间隙，最终绘制出了设计初稿。里面还有些细节如取料口、液面计的绘制，发动机传动的具体部件，没有做具体的体现。请老师在初审后提出修改的意见，然后我在终稿时最后完善。这次设计对于我来说更像是一项考验，既要协调好考研前最后一个月的各种安排，保证每天的复习计划按时完成，又要和团队一起讨论合作、解决问题，努力做好大学最后一次课程设计。让我感动的是，任务期间队员们尽量协调我的复习时间，给予了我莫大的支持和鼓励，让我深深体会到团队精神的宝贵意义，也让我意识到，必须在繁杂的事务中抓住重点，各个击破，按部就班的把一件件事情都做好，才能在混乱中保持一个清醒的头脑，才能在处理复杂问题时不会临阵乱了手脚。这是对我们专业素质的检验以及学习能力的提升，也是对团队意识的培养以及团队精神的磨练，更是对自身素质的拷问以及对处理问题能力的挑战，真的是受益匪浅。
ddd：我担任的工作主要是罐体及传热装置设计工作和后面同学数据计算审核。本次课程设计收获很大，需要安排工作并协调同学们的工作，自己的责任心得到了提升。在罐体及封头的几何尺寸的计算中，一开始不是很能明白，只有在阅读课件和参考文献后尝试计算，然后在计算中也遇到了很多问题，像高径比的选择，由于给的是一个范围，所以在选择使用的时候就是一个尝试的过程，需要在最后进行验算，增加了计算的不确定性，这个过程培养了我们的耐心和对数字的敏感性，在这部分的设计中，计算量是比较大的，并且很多地方需要查手册来确定参数，比如筒体厚度的计算，夹套厚度的计算，在查手册中查出来的数据也存在两个或三个，这又需要在其中选择一个更合适的数据，这个过程我学到了择优选用的原则，在计算夹套厚度的时候我遇到的问题最大，在查手册确定数据到最后计算出厚度的过程都很容易，但是算到的结果和最开始选择的范围相差比较大一点，我就犹豫了，担心了，最后经过小组同学的讨论，觉得这样算没问题，相差比较大的原因是给的压强比较小，所以算
到的厚度比较小，但是最后选择的厚度是在范围之内，对于计算中所用到的公式，不是每个公式都理解的很透彻，但是相比以前就理解的深入多了，此次课程设计培养了我们对工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力。掌握了罐体及传热装置设计的基本方法和步骤，为今后从事制药领域和相关技术改造工作打下一定的基础。在设计中，同学们都很积极，我们也经常交流讨论，真正体现出了团队合作的精神，也深深领悟到了团队合作的重要性，更重要的是学会了在一个团队中怎样和队友相处，怎样才能顺利的进行工作，深刻的体会到了要做好一个设计很不容易。
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
[1] 朱宏吉，张明贤. 制药设备与工程设计[M].第二版.北京：化学工业出版社，2013
[2] 成大先.机械设计手册[M].第五版. 北京：化学工业出版社，2004
[3] 陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋.化工原理[M].第三版. 北京：化学工业出版社，2012
[4] 马江权，冷一欣.化工原理课程设计[M].第二版.北京.中国石化出版社，2012
[5] 何铭新，钱可强，徐祖茂.机械制图[M].第六版.北京.高等教育出版社，2010
[6] 吴梧桐.生物制药工艺学[M].第二版.北京.中国医药科技出版社，2012
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：第六组
专业班级：制药 班
设计组成员：
指导教师：黎先发
西南科技大学
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
1.1设计内容 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.2设计参数和技术特性指标 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.3设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
二、概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.1设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.2设计思想及依据 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.3设计原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.4发酵罐设计概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
三、罐体及传热装置的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3.1罐体及换热装置的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3.1.1确定罐体高径比 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
3.1.2罐体容积计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
3.1.3罐体厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.1.4上封头厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.1.5下封头厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.1.6罐体压力试验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.2夹套直径和高度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.3夹套材料和壁厚的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
3.3.1夹套封头厚度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
3.3.2夹套压力试验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
四、搅拌装置及附件设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.1搅拌轴计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.1.1搅拌轴功率计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.1.2按扭矩计算轴的强度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
4.1.3搅拌器支撑尺寸计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
4.2搅拌器选型及分布 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
4.2.1搅拌器基本尺寸计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
4.2.2搅拌器结构 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
4.3挡板设置 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
五、传动装置设计及部分其它装置选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
5.1电动机选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
5.2减速机选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
5.2.1 V带设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
5.3联轴器选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
5.4密封装置选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
5.5机架选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
5.6安装底盖 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
5.7凸缘法兰选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
5.8罐体上接管口 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22
5.9人孔选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22
5.10接管法兰 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
5.11支座设计和计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
5.11.1支座选型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
5.11.2计算总载荷„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25
六、剩余其它装置选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
6.1视镜选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
6.2消泡装置选型设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
6.3液面计设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
6.4无菌空气分布管设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
七、设计总 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
7.1设计组成员信息 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
7.2设计分工 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
7.3组员个人总结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
八、公称容积30 m缬氨酸发酵罐设计装配图（附图）
九、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 3
一、设计任务书
1.1设计内容
公称容积错误！未找到引用源。缬氨酸发酵罐设计
1.2建议设计参数和技术特性指标
错误！未找到引用源。取错误！未找到引用源。；装料系数错误！未找到引用源。取错误！未找到引用源。；通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取错误！未找到引用源。 发酵液密度为错误！未找到引用源。，最大粘度错误！未找到引用源。；初始水温错误！未找到引用源。.
接管建议（推荐）：
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》、《机械制图》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
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》、《机械制图》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，以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错误！未找到引用源。，装料量约错误！未找到引用源。，总高度约错误！未找到引用源。，罐体公称直径错误！未找到引用源。。采用夹套换热器、错误！未找到引用源。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：错误！未找到引用源。罐直筒部分高度，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。罐直径，错误！未找到引用源。;
错误！未找到引用源。搅拌器直径，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。搅拌器桨距离罐底距离，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。多个搅拌桨时的桨距，错误！未找到引用源。；
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
表 1 几种搅拌釜的长径比值
对于机械搅拌发酵罐，这里取高径比为错误！未找到引用源。
3.1.2罐体容积计算
已知公称容积错误！未找到引用源。 ，选取高径比错误！未找到引用源。
罐体内径：错误！未找到引用源。，圆整取公称直径错误！未找到引用源。
查手册得，错误！未找到引用源。的标准椭圆形封头曲面高错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。 ，封头容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。，查手册得一米高筒体容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。
计算筒高：
筒体高度圆整得错误！未找到引用源。
由计算结果得实际高径比错误！未找到引用源。
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：错误！未找到引用源。
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： ,取整得错误！未找到引用
源。
3.1.2.3设备总容积：错误！未找到引用源。
装料量：
误！未找到引用源。） 错误！未找到引用源。 （装料量系数错
传热面积：错误！未找到引用源。 （传热面积按错误！未找到引用源。装料量计算）
3.1.3筒体厚度的确定
3.1.3.1设计要求
罐内压力错误！未找到引用源。；夹套或蛇管压力错误！未找到引用源。；工作温度:罐内小于或等于错误！未找到引用源。，蛇管或夹套小于或等于错误！未找到引用源。；工作介质：罐内轻微腐蚀性，蛇管或夹套蒸汽；搅拌器转速错误！未找到引用源。，物料密度错误！未找到引用源。
3.1.3.2筒体厚度计算
选用错误！未找到引用源。钢材，查表得错误！未找到引用源。钢错误！未找到引用源。，厚度错误！未找到引用源。，设计温度错误！未找到引用源。的许应力为错误！未找到引用源。。
表2
选取筒内设计压力错误！未找到引用源。，同时需判断是否考虑液体静压力
错误！未找到引用源。 ，超过设计压力的错误！未找到引用源。，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，焊缝系数错误！未找到引用源。
设钢板厚度错误！未找到引用源。，则取负偏差错误！未找到引用源。，双面腐蚀度错误！未找到引用源。
所以错误！未找到引用源。
考虑安全裕量，取筒体厚度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。
3.1.4上封头厚度的确定
在上封头厚度计算公式中，对标准椭圆形封头错误！未找到引用源。
根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚不应小于错误！未找到引用源。，腐蚀裕量另加，负偏差错误！未找到引用源。上封头外面无夹套，所以无物料腐蚀，错误！未找到引用源。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：错误！未找到引用源。，直面高度：错误！未找到引用源。
所以下封头装液的高度：错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，超过设计压力的错误！未找到引用源。，应计算在设计压力内，故错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
取负偏差错误！未找到引用源。，双面腐蚀度错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。 下封头设计厚度为：
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：
错误！未找到引用源。
屈服点强度错误！未找到引用源。，所以错误！未找到引用源。 得到错误！未找到引用源。，所以压力试验强度足够 3.2夹套直径和高度的确定
表3
对于筒体内径错误！未找到引用源。，在错误！未找到引用源。范围内, 所以换热装置选择夹套换热。
夹套内径错误！未找到引用源。，符合压力容器公称直径
查手册得：错误！未找到引用源。的标准椭圆形封头的封头容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。，曲边高度错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。，一米高筒体容积错误！未找到引用源。，表面积错误！未找到引用源。 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（从夹套下封头至夹套顶高度）错误！未找到引用源。 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，同样选取错误！未找到引用源。为夹套材料
查表得：厚度在错误！未找到引用源。罐内温度错误！未找到引用源。的许应力错误！未找到引用源。，选取夹套设计压力错误！未找到引用源。，焊接系数错误！未找到引用源。，取负偏差错误！未找到引用源。，单面腐蚀取腐蚀裕量错误！未找到引用源。，所以错误！未找到引用源。
考虑安全裕量，选取夹套厚度错误！未找到引用源。 3.3.1夹套封头厚度的确定
采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取错误！未找到引用源。
取夹套的筒体和封头的壁厚均为错误！未找到引用源。 3.3.2夹套压力试验
采用水压试验，试验压力公式：
屈服点强度错误！未找到引用源。，所以错误！未找到引用源。 得到错误！未找到引用源。，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。
涡轮式搅拌机常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液。所以选用直叶圆盘涡轮式搅拌器。当高径比小于错误！未找到引用源。时一般采用单层搅拌器，此后每多错误！未找到引用源。倍，就加一层搅拌器,由于错误！未找到引用源。，则搅拌器层数取错误！未找到引用源。
已知错误！未找到引用源。，一般
错误！未找到引用源。,取
错
误！未找到引用源。
下层搅拌器与罐底的距离高度错误！未找到引用源。，取错误！未找到引用源。 所以错误！未找到引用源。
两搅拌器之间的间距错误！未找到引用源。，取找到引用源。
为避免搅拌器工作时产生漩涡，应使搅拌器暴露在空气中，第一个搅拌器距离料液液面的高度不小于搅拌器外径的1.5倍，所以圆整取由于
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，料液浓度错误！未找到引
错误！未找到引用源。，
错误！未
用源。，料液粘度错误！未找到引用源。，则
所以，料液流动状态为湍流 搅拌功率计算：
表4 湍流时各搅拌的功率准数
氨基酸发酵搅拌过程为气体分散，所以搅拌功率系数取
对于多层搅拌器来说，其功率用下列公式计算
式中错误！未找到引用源。为搅拌层数，故错误！未找到引用源。 4.1.2按扭矩计算轴的强度
搅拌轴材料采用45钢，45钢的许用应力错误！未找到引用源。，计算系数错误！未找到引用源。，则搅拌轴直径估算
错误！未找到引用源。
考虑到键槽和腐蚀取裕量错误！未找到引用源。，取4.1.3搅拌器支撑尺寸
错误！未找到引用源。
图3 搅拌轴结构
根据经验轴的悬臂错误！未找到引用源。、轴径错误！未找到引用源。和两轴承间距错误！未找到引用源。应满足系列关系：
错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。 根据所以
错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，
错误！未找到引用源。,则取
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
取错误！未找到引用源。，所以
由于搅拌轴较长，故在底部增加一个底轴承。
4.2搅拌器选型及分布
4.2.1搅拌器基本尺寸设计 由于浆径
错误！未找到引用源。，所以采用六叶可拆的圆盘式涡轮
根据直叶圆盘涡轮式搅拌器，桨径dj：桨长l：桨宽b错误！未找到引用源。 则错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。
圆盘直径一般取浆径错误！未找到引用源。,所以圆盘直径错误！未找到引用源。, 取整得错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 为保持一定的刚性及支持周边的桨叶，取圆盘厚度为
4.2.2搅拌器结构
错误！未找到引用源。
图4 直叶圆盘搅拌器结构
4.3挡板设置
由于釜内物质粘度不大，选择把挡板装在壁上，挡板类型选择错误！未找到引用源。型，挡板数量错误！未找到引用源。，挡板材料选取错误！未找到引用源。材料。
挡板宽度错误！未找到引用源。，取错误！未找到引用源。 挡板与筒体壁的缝隙错误！未找到引用源。
挡板高度应由罐底起至设计液面高度为止，由错误！未找到引用源。， 取整得挡板高度错误！未找到引用源。
五、传动装置的设计
搅拌釜的传动装置一般包括：电动机、减速器、联轴器、机架及传动轴。电动机经减速器将转速降低，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，从而带动搅拌器转动。整个传动装置连同机架及轴封装置都安装在底座上。
5.1 电动机的选择
电动机用错误！未找到引用源。带传动，由下表选择传动系统的效率错误！未找到引用源。
表5
电动机功率：P
PmPT
公式中：错误！未找到引用源。为电机功率，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。为搅拌所需的轴功率，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。为轴封摩擦损失功率,一般为错误！未找到引用源。的1%，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。为传动系统的效率，取0.95 搅拌所需要的轴功率轴封摩擦损失功率电动机功率
:
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
由上表得选择电动机型号为：
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，电机同
即：电动机按错误！未找到引用源。型安装，功率为步转速错误！未找到引用源。，满载转速错误！未找到引用源。
表6 电动机安装代号
图5 电动机结构
单位：错误！未找到引用源。
表7 电动机安装及外形尺寸
5.2减速机选型
根据电机的功率动比
错误！未找到引用源。，搅拌转速错误！未找到引用源。，传
错误！未找到引用源。，所以选择带传动减速器
错误！未找到引用源。带减速器的特点具有结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪音小。但不适用于防爆场合。传动带按照截面形状可分为：平带、错误！未找到引用源。形带（又称三角带）、圆形带等类型。普通V形带的工作面是两侧面，与平带相比，由于截面的楔形效应，其摩擦力较大，所以能传递较大的功率。普通Ｖ形带无接头，传动平稳，应用最广泛。由于设计的电动功率小于错误！未找到引用源。，传动比错误！未找到引用源。，故本设计采用普通错误！未找到引用源。形带传动。
带传动设计和计算主要内容：带的选型、根数、长度、带轮直径、中心距及带轮的结构尺寸等。 5.2.1V带设计
图6 带传动组成
5.2.1.1传动额定功率错误！未找到引用源。： 错误！未找到引用源。（电动机错误！未找到引用源。）
5.2.1.2小皮带轮转速错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。
5.2.1.3大皮带轮转速错误！未找到引用源。：错误！未找到引用源。 5.2.1.4工况系数选择
表8
根据上表，由于是液体搅拌机，生产时工作时长大于错误！未找到引用源。，载荷几乎无变动，所以工况系数选择错误！未找到引用源。 5.2.1.5设计功率错误！未找到引用源。：
5.2.1.6错误！未找到引用源。带型号选择
表9
根据上表，由设计功率错误！未找到引用源。和小带轮转速错误！未找到引用源。决定选择D型
5.2.1.7速度比错误！未找到引用源。：
5.2.1.8小皮带轮计算直径错误！未找到引用源。 由手册初选错误！未找到引用源。 5.2.1.9验算带速错误！未找到引用源。：
通常V型带的带速错误！未找到引用源。，所以求
5.2.1.10滑动率错误！未找到引用源。：对于V形带错误！未找到引用源。，本设计选取错误！未找到引用源。
5.2.1.11大皮带轮计算直径错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。,根据手册圆整取错误！未找到引用源。 5.2.1.12初定中心距错误！未找到引用源。： 因为错误！未找到引用源。，
错误！未找到引用源。，即得：错误！未找到引用源。 所以初定错误！未找到引用源。
5.2.1.13带的基准长度错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。符合要
查手册，圆整后取
错误！未找到引用源。
5.2.1.14初定中心距错误！未找到引用源。：
安装V带时所需要的最小中心距错误！未找到引用源。和最大中心距错误！未找到引用源。计算
5.2.1.15小皮带轮包角错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。，符合要求
5.2.1.16单根V带额定功率错误！未找到引用源。： 查手册得，错误！未找到引用源。
5.2.1.17 错误！未找到引用源。时，单根V带额定功率增量错误！未找到引用源。： 查手册得，错误！未找到引用源。
5.2.1.18包角修正系数错误！未找到引用源。 查手册得，包角修正系数错误！未找到引用源。
5.2.1.19带长修正系数错误！未找到引用源。： 查手册得，带长修正系数错误！未找到引用源。
5.2.1.20V带根数错误！未找到引用源。：
取整得错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。，所以符合要求
5.3联轴器选型
选择联轴器时主要考虑以下几个方面：载荷的大小及性质，轴转速的高低，两轴相对位移的大小及性质，工作环境，装拆、调整维护要求及价格等。对载荷平稳的低速轴，如两轴对中精确，轴本身刚度较好时，可选用刚性联轴器。本设计根据要求选择立式夹壳联轴器错误！未找到引用源。
图7 立式夹壳联轴器错误！未找到引用源。结构图 由于搅拌轴的轴径错误！未找到引用源。
，所以选择轴径为错误！未找到引用源。
的联轴器，手册可得所选联轴器错误！未找到引用源。
和联轴节
错误！未找到引用源。主要结构尺寸参数：
单位：错误！未找到引用源。
表10 联轴器结构尺寸
验算联轴器的扭矩：查手册得,工况系数错误！未找到引用源。
对联轴器计算名义扭矩：
确定计算扭矩：
符合要求
5.4密封装置选型
密封装置有填料函密封和机械密封，一般采用机械密封。机械密封分为平衡型和非平衡型两大类，常用的机械密封装置已有标准系列，可根据轴径等要求直接选用。轴封是搅拌轴与机架间的密封装置，本设计选择机械密封。机械密封的密封性能良好，摩擦功率损失小，对轴的磨损轻微，工作状态稳定，维修周期长，能满足多种特殊工艺条件的需要。选择轴径为错误！未找到引用源。的202型标准机械密封
图8 202型标准机械密封结构
单位：错误！未找到引用源。
表11 机械密封结构尺寸 5.5机架选型
机架是安放加速器用的，它与减速器底座尺寸相匹配。标准机架有无支点机架、单支点机架和双支点机架。本设计中选用的V带减速器直径较小的齿轮连接在传动机轴上，较大的选用单点无支点机架。由于罐体封头为椭圆型，选择Ⅰ型底面螺孔布置。由于联轴器的
错误！未找到引用源。，所选择得机架的内径应大于错误！未找到引用源。，考
虑到空间和成本，选择公称直径为错误！未找到引用源。的WJ型机架错误！未找到引用源。。
图9 WJ型无支点机架
单位：错误！未找到引用源。
表12 机架尺寸
5.6安装底盖
安装底盖采用螺栓等紧固件，上与机架相连，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的公称直径与机架公称直径相同，机架公称直径错误！未找到引用源。，所以安装底盖公称直径错误！未找到引用源。
图10 RS和LRS型安装底盖
单位：错误！未找到引用源。
表13 安装底盖尺寸
5.7凸缘法兰选型
错误！未找到引用源。型突面凸缘法兰较错误！未找到引用源。型凹面凸缘法兰与安装底盘能更紧密的结合，更合理的配合，所以本设计选择错误！未找到引用源。型突面凸缘法兰。安装底盖公称直径错误！未找到引用源。，所以对应的错误！未找到引用源。型突面凸缘法兰的公称直径也为错误！未找到引用源。。
图11 R型突面凸缘法兰结构
表14 凸缘法兰尺寸
5.8罐体上接管口
进料口接管伸入设备内部并制成错误！未找到引用源。斜口可避免物料沿罐体内壁流动，减少料液对壁面的磨损和腐蚀。本设计选用如图所示进料管结构，进料管插入液面 ，以减少冲击液面而产生泡沫，管上部液面以上分开错误！未找到引用源。小孔，以防料液虹吸。
出料管有上出料（压料管）和下出料两种，当罐体壁温度与夹套壁温度相等时采用如图所示出料管结构。
出料口
进料口
图12 接管图
仪表的接管和罐体的安装都用插入式，处于常低压条件下采用单面或双面角焊接，否则采用开坡口的单面或双面焊。温度计应深入料液中，由于受到料液的冲击，常采用多层套管加强保护。
5.9人孔选型
罐体直径大于错误！未找到引用源。可开设人孔，若直径较小则应开设手孔。因为设备的直径大于错误！未找到引用源。，所以选择开设人孔。又圆形人孔制造比较方便，所以选择圆形人孔。设计技术要求人孔直径错误！未找到引用源。，满足容器直径错误！未找到引用源。的要求，但因手册建议括号中公称直径尽量不采用，所以改选直径为错误！未找到引用源。人孔，同时，也满足错误！未找到引用源。。
公称压力错误！未找到引用源。，公称直径错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。型盖轴耳，采用错误！未找到引用源。型密封面，其中垫片采用石棉橡胶板垫的回转盖带颈平焊法兰人孔
图13 回转盖带颈平焊法兰人孔结构图
单位：mm
表15 人孔尺寸表
5.10接管法兰
据手册法兰选用错误！未找到引用源。突面板式平焊钢制管法兰
图14 突面板式平焊钢制管法兰结构
根据设计任务书结合手册上突面板式平焊钢制管法兰理论尺寸对实际设计接管尺寸进行合理调整得到：
单位：错误！未找到引用源。
表16
单位：错误！未找到引用源。
表17 接管法兰尺寸
5.11支座设计和计算
5.11.1支座选型
最常用的支座为耳式支座错误！未找到引用源。，分为错误！未找到引用源。型和错误！未找到引用源。型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时，选错误！未找到引用源。型，故本设计选错误！未找到引用源。型。
图15 A型耳式支座结构
5.11.2计算总载荷 5.11.2.1料液总重量
5.11.2.2设备总重量
将罐体近似为圆柱体计算其重量，公称直径错误！未找到引用源。，厚度错误！未找到引用源。，高度错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。钢的密度错误！未找到引用源。， 错误！未找到引用源。 所以，罐体重量：
错误！未找到引用源。
夹套高度错误！未找到引用源。，厚度错误！未找到引用源。,夹套外径错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。钢的密度错误！未找到引用源。，冷凝水密度错误！未找到引用源。
所以，夹套重量：
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 冷凝水重量
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
其余部件的重量较小，可以忽略不计，所以设计的机械搅拌发酵罐设备总重量
:
加满料液后发酵罐的总重量：
5.11.2.3支座选型
每台搅拌罐常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。如果不考虑动载荷，支座承受的总重量为设备的总重量及工作介质及冷却介质的总重量之和。 按两个支座计算允许载荷：
所选支座的允许载荷应大于计算允许载荷，所以选择允许载荷为错误！未找到引用源。的支座
单位：错误！未找到引用源。
表18 错误！未找到引用源。型耳式支座主要尺寸
六、剩余其他装置选型设计
6.1视镜选型设计
视镜主要用来观察搅拌罐内物料混合情况，也可作液面指示镜。根据HG/T 21575-94选择带灯有颈视镜尺寸
图16 带灯有颈视镜结构
表19 带灯有颈视镜尺寸
6.2消泡装置选型设计
常用的机械消泡装置分为罐内消泡装置和罐外消泡装置。本设计是设计一个搅拌发酵罐选用罐内消泡装置。
最简单的是在搅拌轴上加上一个消泡浆，通过转动产生的剪切力打碎泡沫，也有利用泡沫旋转产生的离心力破泡的形式。装置结构主要有耙式，旋转圆板式，冲击反射式等。
常用消泡装置介绍：
（1）耙式消泡桨，固定在搅拌轴上，安装在液面略上部位，随搅拌轴一起转动，利用耙齿将泡沫打碎，消泡效果有限，辅助消泡，与消泡剂配合使用。
（2）旋转圆板式消泡装置，在发酵罐内的气相中，与发酵液面保持平行。圆板旋转的同时将槽内发酵液注入圆板的中央，通过离心力将破碎成微小泡沫散向槽壁，达到消泡的目的。但需要动力装置，本着节约能量的原则本设计不选用此种消泡装置。
（3）变径孔式消泡桨，消泡桨安装在发酵液液面略上的搅拌轴上，依靠原来电机提供动力，变径孔氏消泡桨主要是依靠泡沫通过变径时所产生的压力变化以及转动时所产生的剪切力来消除泡沫。
此种消泡装置节省能源，消泡效果较好，适用于本次所设计的装置。
图17
6.3液面计设计
液面计是用来观察设备内部液面位置的装置。常见的液面计有板式液面计、玻璃管液面计、浮子式液面计、和磁性液面计4种类型，尤其以玻璃管液面计最为常用。液面计结构有多种型式，其中部分已经标准化，最常用的是玻璃管液面计、玻璃板液面计等。
其中玻璃板液位计具有读数清析、直观、可靠、结构简单、维修方便、经久耐用的特点，所以本次设计选用玻璃板液面计。其中T型液面计适用于公称压力2.5及6.3的情况，R型适用于公称压力4.0的情况，S型适用于常压及公称压力为0.6的情况。所以本次选用S型S0.6-ⅢQ由碳钢Ⅲ制成的玻璃板式液面计。
因发酵罐的筒体高度错误！未找到引用源。，采用标准椭圆形封头的曲边高度错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。，第一个搅拌器距离料液液面的高度错误！未找到引用源。，所以液面计的长度最大为错误！未找到引用源。（注：为避免触底，液面计长度实际值应小于此值）
图18
根据上述液面计型号，液面计长度为错误！未找到引用源。，所以为了观察结果，选择多节液面计连接结构。
液面计节数计算：错误！未找到引用源。，取整得错误！未找到引用源。.即选择错误！未找到引用源。个该类型的液面计连接起来读数，其总长度为：错误！未找到引用源。，所以符合要求。
液面计安装高度：第一个液面计安装高度应刚好为发酵液液面高度，即距离第一个搅拌桨错误！未找到引用源。
6.4无菌空气分布管设计
无菌空气分布管采用空气分布装置，其作用是吹入无菌空气，使空气分布均匀。采用单管装置，单管装置简单实用，单次通入量大。
因为培养液体积为错误！未找到引用源。，通风管通风比（通气/发酵液体积）取错误！未找到引用源。，本设计取0.2
则计算空气流量：错误！未找到引用源。
计算压缩空气流量：
通风管中压缩空气流速为错误！未找到引用源。，则管径
选用错误！未找到引用源。的无缝钢管
七、设计总结
7.1设计组成员信息（按学号先后排序）
表20
7.2设计分工
表21
7.3组员个人总结
aaa ：这次的课程设计让我学到很多，首先我被大家推选为组长，那我就不得不考虑到每个同学的实际情况，扬长避短，比如李晓萱同学擅长绘画，那作图的事情自然分配给她，彭湖同学仔细细心，第一步开工事情就交给她，因为这个是“牵一发动全身”的，如果刚开始的数据有错，极有可能影响到下面同学的计算等。最大的难处就在于尽量把任务分的均匀，因为不仅要公平而且最后的工作量要牵扯到每位同学的得分，这是很现实的问题。在做的过程中当然避免不了很多的问题，首先是公式的问题，虽然老师给了很多的参考资料和一些模版题型，但是不全，还有非常多的需要自己去找。我主要是负责第四和第六部分，很多数据不仅没有还要根据实际情况自己去挑选，我们的设备要考虑——涡轮式搅拌机常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液，所以选用直叶圆盘涡轮式搅拌器，还有很多的数据是在一个范围里面，还要根据实际情况去挑选，比如
选出的数据尽量最后算出来是整数，方便下面的同学算。在做的过程的还有
很多小插曲错误，因为有些步骤是在仿照老师给的参考资料做，而老师的参考资料数据和我们实际做的有偏差，有时候偷懒直接借鉴，算到最后才发现，只得前功尽弃重来。其实我印象最深的是大家团队协作，因为这不是一个人单独做，这样自己想什么时候做就什么时候做，每个人分配的是一个部分，自己的部分不做完就会耽误了下一个同学，所以大家都非常勤奋，而且很有责任心，虽然名义上是下一个做的同学要核实上一位同学的计算数据，因为不同的人更容易发现错误。但是大家都非常自觉的反复检查不愿意麻烦别人，真的很感动，我们的数据几乎在检查的时候没有发现过计算错误。这很有可能是大家大学最后一次的合作，真的很难忘，而且我觉得搞工科的真的，耐力毅力以及恒心非常重要。
aa：在本次设计中我主要负责概述、传动装置设计和部分其它装置设计以及整个电子文档的编辑。因为上学期做过化工原理课程设计，所以一开始觉得不会很难，但是从一开始我们就遇到了问题，这时真的觉得老师安排四人一组是很有道理的，团队的力量的确比一个人强大很多。在彭湖进行她的工作时，我就开始着手传动装置部分的准备工作，去老区图书馆借回了《机械设计手册》单行本中的机械传动、润滑与密封、机架设计等六本书，还有一本《机械设计》书，因为上面有设计实例，可以作为具体参考进行传动装置设计。刚开始不是很清楚各装置之间的安装顺序，设计时有点不知从何下手，经过分析明白了各部分之间的关联，终于可以开始了。在设计过程中遇到了很多问题，比如前面同学计算的搅拌轴功率过大导致没有可选的电动机，小皮带轮直径的确定要跟据要求初选并反复核算，发酵罐壁厚太小没有相应的1米高筒体质量等等，但是我们都努力找出原因，并解决好了，即使重新来过也没有说过泄气的话，最后设计出了我们统一认为比较合理的发酵罐。这次设计运用到了很多其他学科的知识，很多都记得不很清楚了，借此我又好好地温习了一下。在编辑电子文档时，真的体验到了耐心和细心的重要性，看到大家计算后的纸质稿，密密麻麻的数据字符，真的有点头皮发麻，而且在编辑的时候要特别细心，不能出错（不仅是计算公式和数据，而且还有相应的配图和表格），不然就对不起我们这个团队。装置选型后的尺寸表有时会因版面调整而变动，最后想出一个办法完美解决，将制作好的表格截图再粘贴在文档中，这样还方便调整大小，使版面协调美观。总之，这次课程设计给我的收获很多，无论是知识掌握还是分析解决问题，尤其在团队协作方面，我们即将参加工作，团队协作很重要，还有就是无论做什么都要抱着认真负责的态度。
信心满满的交了初稿，看到老师回复的修改要求真有点受打击，但是不得不说老师很负责，改的很认真仔细，修改时遇到问题发邮件向老师请教，老师也是很及时的给予指导，这
都很值得我学习。
ddd团队中我担任的工作主要是计算过程的验算核对和设计最终敲定后的制图。之前做化工原理换热器设计时，已经让我觉得完成一项设计的不易，如今发酵罐的设计中，除了设计换热器，还有关于罐体、封头、搅拌桨、挡板等等环节的设计和选型。繁杂的草稿经过我们队员每一个人认真的核算，确保每一个环节计算精确，因为往往一个环节验算不达标，之前和之后的所有计算都将重新开始。这一期间我一边备战考研，一边同队员密切交流设计流程。我将设计书里所有的尺寸都在一张纸上单独列出，换算好制图时最合适的比例，对照工程制图的教材绘制了一份草稿，但很快我发现布图不合理，比例也不是很协调，导致发酵罐画好后，有几部分的部分尺寸没有地方标。于是又从机械专业的研友那里借来了第六版机械制图，并咨询了一些绘图时候的注意事项，调整比例和各个配件的大小、间隙，最终绘制出了设计初稿。里面还有些细节如取料口、液面计的绘制，发动机传动的具体部件，没有做具体的体现。请老师在初审后提出修改的意见，然后我在终稿时最后完善。这次设计对于我来说更像是一项考验，既要协调好考研前最后一个月的各种安排，保证每天的复习计划按时完成，又要和团队一起讨论合作、解决问题，努力做好大学最后一次课程设计。让我感动的是，任务期间队员们尽量协调我的复习时间，给予了我莫大的支持和鼓励，让我深深体会到团队精神的宝贵意义，也让我意识到，必须在繁杂的事务中抓住重点，各个击破，按部就班的把一件件事情都做好，才能在混乱中保持一个清醒的头脑，才能在处理复杂问题时不会临阵乱了手脚。这是对我们专业素质的检验以及学习能力的提升，也是对团队意识的培养以及团队精神的磨练，更是对自身素质的拷问以及对处理问题能力的挑战，真的是受益匪浅。
ddd：我担任的工作主要是罐体及传热装置设计工作和后面同学数据计算审核。本次课程设计收获很大，需要安排工作并协调同学们的工作，自己的责任心得到了提升。在罐体及封头的几何尺寸的计算中，一开始不是很能明白，只有在阅读课件和参考文献后尝试计算，然后在计算中也遇到了很多问题，像高径比的选择，由于给的是一个范围，所以在选择使用的时候就是一个尝试的过程，需要在最后进行验算，增加了计算的不确定性，这个过程培养了我们的耐心和对数字的敏感性，在这部分的设计中，计算量是比较大的，并且很多地方需要查手册来确定参数，比如筒体厚度的计算，夹套厚度的计算，在查手册中查出来的数据也存在两个或三个，这又需要在其中选择一个更合适的数据，这个过程我学到了择优选用的原则，在计算夹套厚度的时候我遇到的问题最大，在查手册确定数据到最后计算出厚度的过程都很容易，但是算到的结果和最开始选择的范围相差比较大一点，我就犹豫了，担心了，最后经过小组同学的讨论，觉得这样算没问题，相差比较大的原因是给的压强比较小，所以算
到的厚度比较小，但是最后选择的厚度是在范围之内，对于计算中所用到的公式，不是每个公式都理解的很透彻，但是相比以前就理解的深入多了，此次课程设计培养了我们对工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力。掌握了罐体及传热装置设计的基本方法和步骤，为今后从事制药领域和相关技术改造工作打下一定的基础。在设计中，同学们都很积极，我们也经常交流讨论，真正体现出了团队合作的精神，也深深领悟到了团队合作的重要性，更重要的是学会了在一个团队中怎样和队友相处，怎样才能顺利的进行工作，深刻的体会到了要做好一个设计很不容易。
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
[1] 朱宏吉，张明贤. 制药设备与工程设计[M].第二版.北京：化学工业出版社，2013
[2] 成大先.机械设计手册[M].第五版. 北京：化学工业出版社，2004
[3] 陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋.化工原理[M].第三版. 北京：化学工业出版社，2012
[4] 马江权，冷一欣.化工原理课程设计[M].第二版.北京.中国石化出版社，2012
[5] 何铭新，钱可强，徐祖茂.机械制图[M].第六版.北京.高等教育出版社，2010
[6] 吴梧桐.生物制药工艺学[M].第二版.北京.中国医药科技出版社，2012