50L通用式厌氧发酵罐的设计.doc

《50L通用式厌氧发酵罐的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《50L通用式厌氧发酵罐的设计.doc（53页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、目 录目 录I摘 要IIIAbstractIV第一章 前言11 引言12餐厨垃圾处理处置现状12.1 粉碎直排12.2 肥料化处理22.3 饲料化处理22.4 生物发酵制氢技术22.5 厌氧发酵技术33 厨余垃圾厌氧发酵技术详探4第二章：工艺计算62.1初始设计参数62.2 设计计算参数62.3反应器的传热计算72.4确定夹套里水的质量流量8第三章 发酵罐的结构设计93.1 发酵罐尺寸的初选93.2 发酵罐搅拌器的选型103.3 发酵罐传热元件的设计113.3.1 传热元件的选取113.3.2 夹套的尺寸及连接型式123.4 发酵罐的具体尺寸的设计计算133.4.1 发酵罐筒体厚度设计计算13

2、3.4.2 封头厚度计算143.4.3夹套的壁厚计算163.5 发酵罐搅拌功率计算及电机的选型163.5.1搅拌功率计算163.5.2 电机的选型163.6 传动装置及选型173.6.1减速器的选取173.6.2 联轴器的选择173.6.3 搅拌轴的设计183.6.3.1 搅拌轴强度预算183.6.3.2 按扭矩和弯矩合成计算轴强度193.6.3.3 搅拌轴临界转速的校核213.6.4 凸缘法兰的选型233.6.5 安装底盖的选型243.6.6螺栓强度的校核253.7 水压试验263.8接管及管法兰的设计27第四章 发酵罐的附件的选取294.1 视镜的选取294.2 温度计测量元件294.3

3、挡板的选型304.4 支座的选型304.5 转轴的密封324.6焊接结构设计33结论35致谢36参考文献37附录3950L通用式厌氧发酵罐的设计摘 要 本设计介绍了餐厨垃圾的成分、特点，综述了目前处理厨余垃圾的基本方法：饲料化技术、堆肥化处理技术、生物厌氧发酵技术。确定了厨余垃圾的厌氧发酵工艺，先对收集来的厨余垃圾进行预处理：除杂、含水量的调节、PH的调节等，用泵打入发酵罐进行厌氧发酵。本设计着重于厌氧发酵罐的设计，对发酵罐罐体的尺寸，发酵工艺，搅拌功率，搅拌桨，搅拌轴等进行了设计计算和应力校核。对于一些相对复杂的设计过程全部运用了MATLAB进行编程计算。关键词：厨余垃圾；处理技术；厌氧发酵

4、；厌氧发酵罐；搅拌轴设计；MATLAB编程计算50L Universal Design of anaerobic fermentation tankAbstract This design introduces food waste composition, characteristics, review the current basic kitchen waste treatment method: Feed technology, composting, biological anaerobic fermentation. Kitchen waste to determine the a

5、naerobic fermentation process, the first of collected kitchen waste pretreatment: purification, water regulation, PH adjustment, etc., into the fermentation tank with a pump for anaerobic fermentation. The design focuses on the design of anaerobic fermentation, the fermentation jars of body size, fe

6、rmentation technology, mixing power, impeller, shaft, etc. Check the design. For some relatively complex design of all calculated using the MATLAB programming.Key words：food waste; processing technology; anaerobic fermentation; anaerobic fermentation; shaft design; MATLAB programming calculation朗读显示

7、对应的拉丁字符的拼音第一章 前言1 引言餐厨垃圾主要是指居民日常生活及除此以 外的食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾1。餐厨垃圾包括废弃食用油脂和厨余垃圾。其中废弃食用油脂是指不可再食用的动植物油脂和各类油水混合物，而厨余垃圾是指食物残余和食品加工废料，主要为餐厨垃圾中的固体残留物。 近年来,随着人们生活水平的日益提高以及全球人口的增加，厨余垃圾的产量呈现明显的增长趋势。目前，全球每年产生的城市生活垃圾为500亿t左右，其中厨余垃圾约占其中的10202。我国厨余垃圾产量巨大，据国家环境公报显示，2001年城市生活垃圾的清运量13470.4万t，其中厨余垃圾4041.1万5388.2

8、万t，占城市生活垃圾总量的30503。目前，国内外厨余垃圾资源化技术主要有粉碎直排、料化处理技术、饲料化技术肥、生物制氢、厌氧发酵处理技术等。2餐厨垃圾处理处置现状2.1 粉碎直排由于厨房空间有限，因此就地减量处理是餐厨垃圾处理的基本立足点。目前一些国家普遍采用在厨房配置餐厨垃圾处理装置，将粉碎后的餐厨垃圾排人市政下水管网的方法。如国外研制的餐厨垃圾机械研磨装置即通过高速运转的刀片将装在内胆的各种食物垃圾切碎搅拌后冲入下水道，这样可部分解决下水道堵塞问题。但餐厨垃圾粉碎直排容易产生污水和臭气，滋生病菌、蚊蝇和导致疾病传播，油污凝结成块会造成排水管堵塞，降低城市下水道的排水能力，高油脂含量等特性

9、也增加了城市污水处理厂和垃圾填埋场负荷，同时也不可避免地产生二次污染4。2.2 肥料化处理 厨余垃圾的肥料化处理方法主要包括好氧堆肥和厌氧消化两种。好氧堆肥过程是在有氧条件下，利用好氧微生物分泌的胞外酶将有机物固体分解为可溶性有机物质，再渗入到细胞中，通过微生物的新陈代谢，实现整个堆肥过程5。同时，由好氧堆肥引申出一些类似的方法，如蚯蚓堆肥是近年来发展起来的一项新技术， 利用蚯蚓吞食大量厨余垃圾，并将其与土壤混合，通过砂囊的机械研磨作用和肠道内的生物化学作用将有机物转化为自身或其他生物可以利用的营养物质。厨余垃圾的厌氧消化处理是指在特定的厌氧条件下，微生物将有机垃圾进行分解，其中的碳、氢、氧转

10、化为甲烷和二氧化碳，而氮、磷、钾等元素则存留于残留物中， 并转化为易被动植物吸收利用的形式6。厨余垃圾的肥料化处理的缺点是肥料质量不高，同时较高质量的堆肥方式成本比较高，推广困难。 2.3 饲料化处理 厨余垃圾的饲料化处理原理是利用厨余垃圾中含有的大量有机物，通过对其粉碎、 脱水、发酵、软硬分离后，将垃圾转变成高热量的动物饲料，变废为宝目前我国厨余垃圾的饲料化处理技术已趋成熟，有多种类型的处理技术在上海、北京、武汉、济南等城市推广应用。在饲料化处理中，最为重要的一步工艺就是发酵，在该方向上很多研究都取得了显著成果。邬苏焕7等通过采用多种酵母菌和霉菌的混合发酵，筛选出白地酶 F-1，米曲霉F-6

11、进行优势菌种组合，在一定的发酵条件下，最终得到的饲料粗蛋白含量33.87，比原料增加了6.85；陈金钟8等采用多菌种混合发酵同时处理泔脚和秸杆，在两者按3:1混合，温度150， 高压锅中高温湿热酸处理的条件下，获得了粗蛋白 25，粗纤维18，水分能耗大且生产成本高，而生物制氢；主要利用光合细菌产氢和发酵产氢法反应条件温和、能耗低，因而受到关注。Lay Jiunn-Jyi8等从活性污泥中获取微生物，对不同化学组成的餐厨垃圾：糖类（米和马铃薯）、酯类（肥肉和鸡皮）、蛋白质（鸡蛋和瘦肉）进行发酵产氢，得出糖类垃圾的产氢能力大概是其他2类的20倍。刘敏等9采用连续流厌氧发酵法研究了糖蜜废水、淀粉废水与

12、牛奶废水生物制氢，结果表明，糖蜜废水与淀粉废水都是较好的厌氧发酵法生物产氢底物，3大类有机物中碳水化合物是目前技术条件下最具可能性的原材料。而碳水化合物中，溶解性好的糖比溶解性差的淀粉更具生物产氢可行性，但淀粉比溶解性糖更具有产氢前景，牛奶废水则不适用于作为CSTR反应器中发酵法生物制氢底物。赵春芳等10，进行了以葡萄糖为基质的消化污泥厌氧发酵产氢气的研究，结果表明在厌氧产酸阶段，通过控制体系的PH和污泥停留时间(SRT)，可以得到较高的产氢量。在PH为5.0、SRT为6h的条件下，产氢能力达到2.298L/(LD)，日均处理葡萄糖COD负荷8.7Kg。2.5 厌氧发酵技术由于厨余垃圾容易发酵

13、、变质、腐烂，不仅产生大量的毒素，散发恶臭气体，还污染水体和大气，所以厨余垃圾如果得不到及时的处理，不仅影响城市市容和环境卫生，而且会传播疾病，危害人们的日常生活和身体健康。但与其他垃圾相比，厨余垃圾因其高碳氮比(C/N)、营养元素多、可生化性强等特点，适合于厌氧发酵的处理技术。其处理的优点在于利用微生物降解有机成分，不仅具有较高的废物处理效率，而且还可以得到有机肥料、化工产品以及生物气能源等。目前， 在国内外厌氧发酵技术已应用于酒精、食品、制药、化工等行业的废水处理过程 中。随着厌氧发酵技术的广泛运用，国内外已经有将该技术用于厨余垃圾处理的实例，并获得乙酸等化工产品，取得 了一定的效果。为了

14、提高厨余垃圾厌氧发酵产酸的效率，笔者以厨余垃圾为原料，采用正交试验设计方法，研究接种比例、pH值和温度对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响，并最终确定厨余垃圾厌氧发酵产酸的最佳条件11。其具体工艺如下此工艺是以后各种高固体厌氧消化工艺的基础。3 厨余垃圾厌氧发酵技术详探采用厌氧发酵工艺处理厨余垃圾具有许多独特的优点12:(1)厌氧系统可以处理含固率为10%-25%的有机废弃物,厨余垃圾的含固率一般在15%-20%左右,因此发酵前既不需加水也不需要脱水,简化了前处理,也节约了能耗；(2)通常,有机物碳氮比在20-30间最适合厌氧发酵而厨余垃圾的碳氮比在10-25之间,非常适合厌氧发酵,如果碳氮比过低还可

15、以添加猪粪和污泥等碳氮比较高的有机废弃物进行调节；（3）厌氧发酵具有有机负荷高、占地少、周期短、对环境造成的负面作用小特别适合环境要求高的城市；（4）厌氧发酵可以在处理厨余垃圾时，同时处理其它可腐有机物如粪便、污泥等，并根据各种需求添加相应的添加料、制造特种肥料、提高产品的附加值。厌氧发酵的产物乳酸（Lactic Acid）又名-羟基丙酸。物理性质：纯品为无色液体，工业品为无色到浅黄色液体。无气味，具有吸湿性。相对密度1.2060(25/4)。熔点18。沸点122（2kPa)。折射率nD(20)1.4392。能与水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。在常压下加热分解，浓缩至50%时

16、，部分变成乳酸酐，因此产品中常含有10%15%的乳酸酐。化学性质：乳酸分子中既带羟基又带羧基，是自然界中存在的最广泛的一种羟基羧酸，也是最简单的一种羟酸，因而乳酸可以进行范围广泛的化学反应，如氧化反应、还原反应、缩合和在醇基上的取代反应等，从而制备多种乳酸衍生物。乳酸是世界上公认的三大有机酸之一。其分子中有一个不对称的碳原子，所以有两种旋光异构体，即L-乳酸和D-乳酸。乳酸广泛存在于自然界中，如在血液、酸奶、泡菜、奶酪、及啤酒中都有发现。乳酸用途很广，主要用于食品、医药、化工、轻工等行业。厨余垃圾厌氧发酵生产乳酸工艺的影响因素有很多：底物特性、发酵温度、发酵PH值等13。而目前，利用富含碳水化

17、合物的有机废弃物( 如麦麸、厨余垃圾等)发酵产乳酸已有了广泛研究14。乳酸细菌大多是中温细菌,控制温度在 3540有利于乳酸的产生15。在适当的垃圾粒径、固含率和CN条件下，厌氧发酵产酸的最佳反应条件:温度为37，pH值为6，接种比例为4：1时，厨余垃圾厌氧发酵所产乙酸和VFA在第5天达到最大值，分别为11.87g/L和1736gL。在不同的条件下，乙酸都是最主要的产物，VFA组分中乙酸均占到55以上，而丙酸和正丁酸的产量都比较低16。第二章：工艺计算2.1初始设计参数发酵周期：5d夹套进出口温度：t1=20，出口温度：t2=30物料每立方米放出的热量：Q=20MJ/m3h物料密度：=850k

18、g/m3物料粘度：=1.01Pas搅拌速度：n=300r/min发酵罐的设计压力：P=0.5MPa反应器料液保持恒温T1=T2=37，夹套冷却水进口温度为t1=20，出口温度为t2=30料液平均温度：T=(T1+T2)/2=37冷却水平均温度：t=（t1+t2）/2=25水在25下的比热容：Cp2=4.183kJkg-1K-12.2 设计计算参数厨余垃圾发酵工艺采用间歇式进料，其进料量Va的粗略计算如下：V= (2-1)V:搅拌容器容积，0.05m3.Va：每昼夜处理的物料体积，（m3/24h）.t：每批物料的处理时间，524h.:搅拌器的备用系数，取0.11.：装料系数，搅拌状态平稳其取值范

19、围0.8-0.85.此处取值0.8m：发酵罐台数，1.将各个系数代入式中，应用MATLAB求得va=24*0.8*1*0.05/(5*24*(1+0.11) %m3/24hva = 0.0072所以间歇式进料量 Va=0.0072m3/24h。2.3反应器的传热计算搅拌反应的传热粗略过程可以用下式描述： （2-2）Q:流体传递的热量，W；K：总传热系数，W/(m2K)；F:传热面积，m2；t：被搅拌液和热载体之温差，K。而发酵反应器中 (2-3)Q发：每小时1m3发酵液反应的产热值，取值20MJ(m3h)；V：发酵液体积，m3；求得 Q=201MJ/h采用夹套逆流传热，K取120J/m2s-1

20、-1冷热流体的温差计算（MATLAB）：clcclearT1=37,T2=37,t1=20,t2=30;t=(T2-t1)-(T1-t2)/log(T2-t1)/(T1-t2)运行后得到结果t = 11.2701所以t=11.2701。传热面积F=Q/(Kt)=0.205。改进料50L反应容器的传热面积为F反应器=有F反应器，所以传热设计合理。2.4确定夹套里水的质量流量物料的产热量计算：Q总=ms2Cp2（t1-t2）=1MJ/h夹套的水流量计算：Ms2=Q总/（Cp2（t1-t2）=6.60kg/s第三章 发酵罐的结构设计3.1 发酵罐尺寸的初选发酵罐体积的近似计算： （3-1）V0：发酵

21、罐的公称容积，已知V0为0.05m3；Vb：发酵罐的筒身容积，；Vd：发酵罐的下封头容积，；D：发酵罐的筒体直径，；H：发酵罐的筒体高度，；由3.1表知道H/D的取值范围为1.7-2.5，取值H/D=2代入3-1式求得D=0.307m，H=0.614m。取整得：D=0.30m，H=0.61m ，H/D=2.03在取值范围内符合要求。表3.1几种搅拌罐的H/Di值3.2 发酵罐搅拌器的选型发酵罐的搅拌速度为300r/min，搅拌液为固-液悬浮，PH值为6，且粘度较低，设计压力为0.5MPa，故采用单层六叶开启涡轮式搅拌器，不锈钢材质。又因固液密度差较小，故采用平桨（见图3.1）。图3.1 六叶开

22、启涡轮式搅拌桨叶轮直径的选取：DJ/D=0.2-0.5，取值0.5求得d=150m。查表3.2可得到其具体参数如下:搅拌器结构参数（mm）搅拌桨直径：DJ轴套内径：d轴套外径：d1轴套上端高：h2dm1/dm2桨高：h轴套整体高：h1桨宽：桨的质量：m（kg）15035608M6/-305561.07表3.2 六叶开启涡轮式搅拌器的主要尺寸3.3 发酵罐传热元件的设计发酵罐的搅拌过程常常伴有放热或吸热现象，有时还需将容器内的物料维持在一定的温度下，以利于反应的进行。这样多数的搅拌设备就需要设置传热原件。3.3.1 传热元件的选取由于本设计工作压力仅为0.5MPa，容积也只有50L，换热量不大，

23、所以易采用夹套式传热，材质为0Cr18Ni9Ti不锈钢。这样可减少容器内构件，又不占用容器的有效容积。同时传热介质为水，不需要时常清洗筒壁所以采用整体式U型夹套，U型夹套筒身和封头都包有夹套，传热面积大，是最常用的结构（图3.2）。图3.2 U型整体夹套3.3.2 夹套的尺寸及连接型式表3.3整体夹套直径的确定由表3.3可知筒体直径为300mm时候夹套的直径Dj为340mm。夹套的高度一般壁料液高50-100mm。HL=H=610H夹=HL+50=538mm取整得H夹=490mm。整体夹套的结构如图3.3不锈钢 （a） （b）图3.3 整体夹套的尺寸及连接型式，（a）封头的上连接形式（b）封头

24、的下连接形式。3.4 发酵罐的具体尺寸的设计计算3.4.1 发酵罐筒体厚度设计计算发酵罐的筒体材料是0Cr18Ni9Ti，查阅GB150-98知改不锈钢的许用应力t=137容器的壁厚计算及校核运用MATLAB求解：clcclearP=0.5; %输入初始设计压力b=137; %输入材料的许用应力d=850; %输入物料密度D=300; %输入筒体直径，mmg=9.8;h=0.488; %输入料液高度C1=0.25; %厚度设计的负偏差，mmC2=2; %腐蚀余量，mmt=1; %焊缝系数，全焊透取值为1Pc=P+(b*d*h)*10(-6); %计算容器总压力Pc，MPath=Pc*D/(2*

25、b*t-Pc); %计算厚度fprintf(计算厚度 th=%3.3fmmn,th); %输出计算厚度th1=th+C1+C2; %计算名义厚度th1=ceil(th1); %圆整名义厚度fprintf(名义厚度 th1=%dmmn,th1); % 输出名义厚度th2=th1-C1-C2; %计算名义厚度b2=Pc*(D+th2)/(2*th2);if b2=b*t disp(设计厚度符合要求，正确);else disp(设计错误，请重新计算);end 运行结果如下：计算厚度 th=0.611mm名义厚度 th1=3mm设计厚度符合要求，正确所以筒体的壁厚（名义壁厚）=3mm。3.4.2 封头

26、厚度计算发酵罐的压力值只有0.5MPa，容积V2.5m3,为了满足搅拌装置的安装检修和料液的进出等要求，搅拌器的上封头选择开盖式椭圆封头，下封头选用椭圆封头。材料都为1Cr18Ni9Ti。其计算及校核通过MATLAB编程设计如下：clcclearP=0.5; %输入初始设计压力，MPab=137; %输入材料的许用应力，MPad=850; %输入物料密度，kg/m3D=300; %输入筒体直径，mmg=9.8;h=0.488; %输入料液高度，mC1=0.25; %厚度设计的负偏差，mmC2=2; %腐蚀余量，mmt=1; %焊缝系数，全焊透取值为1Pc=P+(b*d*h)*10(-6); %

27、计算容器总压力Pc，MPath=Pc*D/(2*b*t-0.5*Pc); %计算封头厚度fprintf(封头的计算厚度 th=%3.3fmmn,th); %输出计算厚度th1=th+C1+C2; %计算名义厚度th1=ceil(th1); %圆整名义厚度fprintf(封头的名义厚度 th1=%dmmn,th1); % 输出名义厚度th2=th1-C1-C2; %计算名义厚度b2=0.15*D/100;if b2所以有封头厚度取值=3mm。3.4.3夹套的壁厚计算由于夹套里的压力也为0.5MPa，其壁厚可以和筒体的壁厚取值相等3mm。3.5 发酵罐搅拌功率计算及电机的选型3.5.1搅拌功率计算

28、搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这动力时可叫作搅拌功率。其具体计算公式如下： P=NPn3d5 （3-2）P：搅拌功率，W；NP：搅拌功率准数，r/min；：物料密度，850kg/m3；n：转速，300r/min；d：叶轮直径，150mm； NP的确定可以运用Bates的算图来确定：由搅拌雷诺数Re查阅NP。 Re （3-3） 代入数值求得Re=75.7。查阅Bates算图得NP=3.8。将NP代入3-2式求得P=28.86W,圆整后P=30W。3.5.2 电机的选型根据搅拌所需功率P=28.86W，可选择YX-40（表3.4）微型电机。采用V1型（立式，机座不带底角，顶盖附有凸缘）安装。表3

29、.4 YX-4O型电机额定 频率 额定 转速 轴径 轴高 电机 中间 电机厚电压 功率 粗 直径 220V 50Hz 80W 1350r/min 10mm 31mm 82mm 105mm 68mm3.6 传动装置及选型发酵罐的搅拌设备有单独的传动机构。包括电动机、减速器、联轴节及搅拌轴。3.6.1减速器的选取减速比i=减速器采用固定式齿轮减速器，出轴转向为单向，可降低对搅拌轴的轴向力。3.6.2 联轴器的选择联轴器的作用是将两个独立设备的轴牢固的联在一起，以进行传递运动和功率。联轴器随联接的不同要求而有不同的结构。本设计材料为不锈钢，刚度大振动下，可以选用刚性联轴器（图3.4）。此联轴器允许在

30、任何方向转动，结构简单，制造方便一般适用于振动小刚度大的轴。图3.4 刚性联轴器3.6.3 搅拌轴的设计3.6.3.1 搅拌轴强度预算搅拌轴材料为1Cr18Ni9Ti，搅拌轴承受的载荷以扭矩为主，且为实心轴。可先假设轴仅受扭矩的作用，进行设计计算。 （3-4）d：所求的轴径；P：计算功率，0.03KW；k:材料的许用剪应力，20MPa；n：电机转速，300r/min；数据代入3-4式求得：可初定d=30mm。查表3.5 机架参数 选定XD1-30 A 30 Z型机架。结构如图3.5。表3.5 机架参数图3.5 XD型单支点机架结构简图3.6.3.2 按扭矩和弯矩合成计算轴强度搅拌轴结构简化图如

31、下：图 3.6双支撑，一端外伸单层搅拌轴力学模型图中参数的确定：a=220mm；搅拌器的低间距C=（0.05-0.3）d，C=50mm；L2=H-C+H1/2=610-50+220/2=670mm；L=L2+a=890mm；运用MATLAB编程对轴进行校核如下：clcclearP=0.03; %输入搅拌功率0.03KWn=300; %搅拌速率300r/minL=890; %输入轴的总长890mmd=30; %预算的搅拌轴轴径，30mmD=150; %叶轮直径，150mmf=1; %本设计搅拌等级低于7级，取值为1Fs=20; %材料的许用剪力，20MPaFt=137; %材料的许用应力，137

32、MPar=1; %一般搅拌轴所允许的最大扭转角，（o）mG=7.94*104; %材料的弹性模量，MPaFh=2888000*P*f/(n*D); %计算液体产生的最大径向力，NM1=9553000*P/n; %计算搅拌轴所传递的最大扭矩（单层搅拌桨），NmmM2=Fh*L; %计算搅拌轴所承受的最大弯矩，Nmmfprintf(原始设计轴径d=%.2fmmn,d);fprintf(搅拌轴所受最大扭矩 M1=%.2fNmmn,M1);fprintf(搅拌轴所受最大弯矩 M2=%.2fNmmn,M2);d1=(16*sqrt(M12+M22)/(pi*Fs)(1/3);d2=(16*(M2+sqr

33、t(M12+M22)/(pi*Ft)(1/3);d3=1536.6*(P/(G*n*r)(1/4);fprintf(按剪应力计算的最小轴径d1=%.2fmmn按拉应力计算的最小轴径d2=%.2fmmn按刚度校核的最小轴径d3=%.2fmmn,d1 d2 d3);if dd1 if dd2 disp(轴径设计符合扭矩和弯矩的校核);else (轴径设计符合扭矩校核不符合弯矩的校核，请重新设计);endelse disp(轴径设计不符合扭矩的校核，请重新设计);end if dd3 disp(轴径的设计满足刚度要求); else disp(轴径的设计不满足刚度要求，请重新设计计算); end运行结

34、果如下：原始设计轴径d=30.00mm搅拌轴所受最大扭矩 M1=955.30Nmm搅拌轴所受最大弯矩 M2=1713.55Nmm按剪应力计算的最小轴径d1=7.93mm按拉应力计算的最小轴径d2=5.15mm按刚度校核的最小轴径d3=9.15mm轴径设计符合扭矩和弯矩的校核轴径的设计满足刚度要求3.6.3.3 搅拌轴临界转速的校核查阅相关系数:轴：轴的密度，7850kg/m3；m搅拌器：搅拌器的质量，1.07kg；a：轴上端的间距（图3.6），0.22m；d轴：轴径，0.03m；L2:轴的下端长度（图3.6），0.67m;：附加质量系数（表3.6），0.53；E：材料的弹性模量，1.93；：桨

35、叶斜角，0度表3.6搅拌器的附加质量系数桨叶数Z桨叶斜角（附加质量系数30（直叶）0.27345（斜叶）0.1740（直叶）0.29445（斜叶）0.2960（直叶）0.53645（斜叶）0.3搅拌轴悬臂梁的质量： （3-5）代入求得搅拌轴自重的当量载荷计算： （3-6）代入数据求得 。搅拌器当量质量计算简式: （3-7）代入数据求得临界转速： （3-8）应用MATLAB求 ncr=114.7*1502*sqrt(1.93*106/(6702*(670+220)*4.54)ncr = 8.4183e+004所以。搅拌轴的实际速率和极限速率的比值i=n/，且i的值也不在的范围内,所以符合条件。通

36、过以上计算可以发现搅拌轴轴径d=30mm符合设计要求。所以轴径大小d=30mm。3.6.4 凸缘法兰的选型由于机架的公称直径为120mm，所以凸缘法兰的公称直径也为120mm。根据HG21564标准可选HG21564 法兰R200-304 型凸缘法兰，以下为其具体结构（图3.7）和尺寸（表3.7）。图3.7 R型凸缘法兰表3.7凸缘法兰具体尺寸（mm）凸缘法兰直径d1d2kd3d4h1h2螺栓R1R2不锈钢衬里12012019016013015020458-M20422.13.6.5 安装底盖的选型凸缘法兰、安装底盖、机架、传动轴轴径(通过填料箱或机械密封部分的轴径)以及搅拌容器之间的常用搭配

37、关系如表3.8所示。表3.8 安装底盖与机架及传动轴的搭配关系 安装底盖公称直径DN机架公称直径以及传动轴的轴径（mm） 30405060708090100120200200200+由于容器和周材料均为0Cr18Ni9Ti,所以为了降低接触面的摩擦力和应力，可采用上装式突面形式（R），其结构如图3.8。图3.8 RS和 LRS型安装底盖3.6.6螺栓强度的校核由表3.8得知螺栓为8,法兰螺栓采用紧螺栓连接，螺栓材料为35#钢，在36下许用应力 =114.5MPa。紧螺栓强度校核公式： （3-9）其中：Fa=FR+FE；FE=1946N对压力容器FR取（1.5-1.8）FE，此处取最大值1.8。

38、可求得Fa=2.8 （3-9）查表得M20螺栓的小径为16.752所以螺栓的强度满足设计要求。3.7 水压试验 液压试验室桨液体用液压泵注入内部后，再用液压泵逐步地增压到试验压力为此。根据容器的大小保持10-30分钟，然后将压力降到设计压力保持10-30分钟，同时进行检查。供试验用的液体必须采用不会导致发生危险的液体，一般采用洁净的水进行试验。液压试验的试验值按下式计算：压力试验前应力校核： (3-10)Di：罐体的内径，300mm；e：罐体的有效厚度，1.75mm；代入3-10式求得试验应力53.88MPa。压力试验时应满足： （3-11）：试验温度下材料的屈服强度,260MPa；结合工艺条

39、件及生产要求，采用全焊透以及局部无损检测，所以取。代入3-11式求得0.9=234MPa ，满足要求。3.8接管及管法兰的设计化工容器的接管是连接容器与工艺管线的附件，按管径的大小，由输送液体的能力确定。（1） 冷却水进出口接管设计一般管径按介质流速计算： （3-12）d：接管直径，mm；Q：介质容积流量， ；：介质平均流速，0.04 ；数据代入3-12式求得d=7.64mm，冷却水的进出口管选用标准管：的冷拔无缝钢管。（2） 料液进出口管管径的设计计算搅拌设备的加料管一般从顶盖引入，管下端的开口截成45度角，方向朝着设备的中心方向，以防止冲刷罐体。设计要求可选的冷拔无缝钢管出口，进口管，为加

40、强物料在加料的过程的连接防止漏液使罐体受到局部腐蚀，应安装法兰，选用板式平焊钢制管法兰（图3.9），其具体参数见表3.9。表3.9 板式管法兰具体参数图3.9 板式平焊钢制管法兰第四章 发酵罐的附件的选取4.1 视镜的选取视镜是用来观察设备内部情况的，根据工艺要求反应器要安装视镜。视镜包含普通带颈和普通不带颈的两种，但由于本设计发酵罐的容积才为50L，体积太小可以设计选用普通带颈视镜，DN=35mm，结构如下图所示： 图4.0 普通带颈视镜结构简图（CAD截图）4.2 温度计测量元件 由于本设计环境为带腐蚀天剑，所以可悬着带刚性测温探头和感应接触器FP2300双金属温度计（图3.9），材料为不

41、锈钢，标准尺寸Dn=100mm。图 4.1双金属温度计4.3 挡板的选型挡板的基本作用是将液态的旋转运动改为垂直翻转运动，消除漩涡，同时改善所施加功率的有效利用率。挡板限制了液态的切向速度，增加了轴向和径向的速度分量，其作用是使搅拌器排出流具有更宽的流动半径，搅拌器旋转所产生的排出流因为挡板和内壁的作用，在搅拌罐内形成复杂的流场、流型、速度大小和方向。使得混合效果得到显著的增加。挡板宽度Wb：Wb=（1/12-1/10）D=(25-30)mm综合设计的参数取值Wb=30mm。当罐体直径小于1000mm时，取2-4块挡板就可以满足设计条件。本设计取4块挡板，Zb=4。由于搅拌器为开启涡轮式搅拌器

42、，可知挡板和筒壁的间距：挡板的上缘一般可与静止液面齐平，当液面上有轻而易浮不易湿润的固体物 料时，则需在液面上造成漩涡，这时挡板上缘可低于液面100150mm。挡板的下缘可到槽底。有时利用挡板的高度来改变流型，如在槽低希望使较重物料易于沉降而分离出来时，就可将挡板下端取在桨叶之上，这样可使槽底出现水平回转流，有利于物料沉降。所以挡板高度H： （4-1）；求得H值为338mm，取整340mm。4.4 支座的选型；=10.09kg； ;由于减速器、电机和夹套质量较小，所以忽略可得总重量： （4-2）代入数据求得686.29N。由于罐体总重量小于10KN，可选用A类耳式支座。耳式支座由筋板和支脚组成，管饭用于