制药设备与工程设计课程设计文档格式.doc
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五、传动装置设计及部分其它装置选型设计………………………………………………
5.1电动机选择………………………………………………………………
5.2减速机选型………………………………………………………………
5.2.1V带设计………………………………………………………………
5.3联轴器选型………………………………………………………………
5.4密封装置选型………………………………………………………………
5.5机架选型………………………………………………………………
5.6安装底盖………………………………………………………………
5.7凸缘法兰选型………………………………………………………………
5.8罐体上接管口………………………………………………………………
5.9人孔选型………………………………………………………………
5.10接管法兰………………………………………………………………
5.11支座设计和计算………………………………………………………………
5.11.1支座选型………………………………………………………………
5.11.2计算总载荷…………………………………………………………
六、剩余其它装置选型设计………………………………………………………………
6.1视镜选型设计………………………………………………………………
6.2消泡装置选型设计………………………………………………………………
6.3液面计设计………………………………………………………………
6.4无菌空气分布管设计…………………………………………………………
七、设计总结………………………………………………………………
7.1设计组成员信息………………………………………………………………
7.2设计分工………………………………………………………………
7.3组员个人总结………………………………………………………………
八、公称容积30m3缬氨酸发酵罐设计装配图（附图）
九、参考文献………………………………………………………………
industrialelectronics.（3）autoconfiguration,theory,maintenance,structureandprincipleofAutomotiveelectricalequipment,maintenance,carelectriccontrolsystemofstructure,principleandrepairofprofessionalknowledge.（4）thestructureandworkingprincipleofautotestanddiagnosticequipment,controlofautomobilecomprehensiveperformanceevaluationparametersandinfluencingfactors.（5）themasterthetheoryofrationaluseofthecarandrunningmaterial,businessmanagement,basictheoreticalknowledgeofmarketingandafter-salesserviceprotectionofcablescanbeupto,whilealsoprovidingafire-proof,sealed,ruggedspacecansafelyextendcabletothedestination.Channelselectionalgorithmandsubsystemleveldesignalgorithm.Aswithverticalbridge,horizontalbridgesmustalsoretainacertainamountofspaceallowancestoensurethatfutureexpansionofthesystemwithouttheneedtoinstallanewline.
Sixthsection2.6.1PDScablingsystemdesign,andbuildingdesignofthecomprehensivewiringsystemaccordingtotherequirements,newDunanvalveplantmainbuilding,workshopstructure,data,voiceinthefuture;
intheuniformdistribution.Mainconnection（MDF）locatedontheproductionfloorofthesecondfloorCenterroom（networkequipment）,bytelephonecallsoutsidethetelephoneOfficeisresponsibleforintroducingthemainwiringinthebuilding,switchinglocationsarealsolocated
一、设计任务书
1.1设计内容
公称容积缬氨酸发酵罐设计
项目
名称
参数或指标
工作压力
罐内
0.15Mpa
夹套（蛇管）内
0.25Mpa
工作温度
≤121℃
≤150℃
工作介质
轻微腐蚀性物料
夹套内
蒸汽
组别
6
装料量（m3）
26
传热面积（m2）
39
搅拌器型式
直叶圆盘涡轮
搅拌器转速/rmp
200
搅拌轴功率kw
9.06
其它
夹套换热时，至少应装四块挡板（根据需要设置）
罐体材料
16Mn
1.2建议设计参数和技术特性指标
取；
装料系数取；
通风管通风比（通气速率/发酵液体积）取发酵液密度为，最大粘度；
初始水温.
接管建议（推荐）：
出料口
冷凝液出口
蒸汽进口
温度计插口
视镜
进料口
人孔
手孔
压缩空气入口
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》、《工程制图》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，已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，装料量约，总高度约，罐体公称直径。
采用夹套换热器、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：
罐直筒部分高度，；
罐直径，;
搅拌器直径，；
搅拌器桨距离罐底距离，；
多个搅拌桨时的桨距，；
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
种类
釜内介质接触形式
H/Di
一般反应釜
液-液相或液-固相物料
1～1.3
气-液相物料
1～2
发酵罐类
1.7～2.5
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
3.1.2罐体容积计算
已知公称容积，选取高径比
罐体内径：
，圆整取公称直径
查手册得，的标准椭圆形封头曲面高，直边高度，封头容积，表面积，查手册得一米高筒体容积，表面积
计算筒高：
筒体高度圆整得
由计算结果得实际高径比
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：
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：
3.1.2.3设备总容积：
装料量：
（装料量系数）
传热面积：
（传热面积按装料量计算）
3.1.3筒体厚度的确定
3.1.3.1设计要求
罐内压力；
夹套或蛇管压力；
工作温度:
罐内小于或等于，蛇管或夹套小于或等于；
工作介质：
罐内轻微腐蚀性，蛇管或夹套蒸汽；
搅拌器转速，物料密度
3.1.3.2筒体厚度计算
选用钢材，查表得钢，厚度，设计温度的许应力为。
选取筒内设计压力，同时需判断是否考虑液体静压力
，超过设计压力的，应计算在设计压力内
筒体的焊缝采用单面对接焊缝，几部无损伤，焊缝系数
设钢板厚度，则取负偏差，双面腐蚀度
所以
考虑安全裕量，并参考筒体容积、面积和质量的关系，取筒体厚度
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
根据容器最小壁厚的规定，其最小壁厚不应小于，腐蚀裕量另加，负偏差上封头外面无夹套，所以无物料腐蚀，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：
，直面高度：
所以下封头装液的高度：
，超过设计压力的，应计算在设计压力内，故
取负偏差，双面腐蚀度，
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：
屈服点强度，所以
得到，所以压力试验强度足够
3.2夹套直径和高度的确定
表2
对于筒体内径，在范围内
夹套内径，符合压力容器公称直径
查手册得：
的标准椭圆形封头的封头容积，表面积，一米高筒体容积，表面积
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
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，同样选取为夹套材料
查表得：
厚度在罐内温度的许应力，选取夹套设计压力，焊接系数，取负偏差，单面腐蚀取腐蚀裕量，所以
考虑安全裕量，选取夹套厚度
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
取夹套的筒体和封头的壁厚均为
3.3.2夹套压力试验
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。
当高径比小于时一般采用单层搅拌器，此后每多倍，就加一层搅拌器,由于，则搅拌器层数取
已知，一般,取
下层搅拌器与罐底的距离高度，取
两搅拌器之间的间距，取
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，，料液浓度，料液粘度，则
所以，料液流动状态为湍流
搅拌功率计算：
表3湍流时各搅拌的功率准数
氨基酸发酵搅拌过程为固体有机物悬浮，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
式中为搅拌层数，故
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，计算系数，则搅拌轴直径估算
考虑到键槽和腐蚀取裕量，取
4.1.3搅拌器支撑尺寸
图3搅拌轴结构
根据经验轴的悬臂、轴径和两轴承间距应满足系列关系：
，
根据，，所以,则取
取，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，所以采用两叶可拆的圆盘式涡轮，根据直叶圆盘涡轮式搅拌器，桨径：
桨长：
桨宽
则，
圆盘直径一般取浆径,所以圆盘直径
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
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，挡板类型选择型，挡板数量，挡板材料选取材料。
挡板宽度，取
挡板与筒体壁的缝隙
挡板高度应由罐底起至设计液面高度为止，由，
取整得挡板高度
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。
图5
5.1电动机的选择
表4
电动机用带传动，由上表选择传动系统的效率
电动机功率：
公式中：
为电机功率，；
为搅拌所需的轴功率，；
为轴封摩擦损失功率,一般为的1%，；
为传动系统的效率，取
搅拌所需要的轴功率
轴封摩擦损失功率
电动机功率:
由上表得选择电动机型号为：
电动机按型安装，功率为，电机同步转速，满载转速
安装型式
示意图
中心高度（）
表5电动机安装代号
29
图6电动机结构
单位：
表6电动机安装及外形尺寸
5.2减速机选型
根据电机的功率，搅拌转速，传动比，所以选择带传动减速器
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、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，传动比，故本设计采用普通形带传动。
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7带传动组成
5.2.1.1传动额定功率：
（电动机）
5.2.1.2小皮带轮转速：
5.2.1.3大皮带轮转速：
5.2.1.4工况系数选择
表7
根据上表，由于是液体搅拌机，生产时工作时长大于，载荷几乎无变动，所以工况系数选择
5.2.1.5设计功率：
5.2.1.6带型号选择
表8
根据上表，由设计功率和小带轮转速决定选择B型
5.2.1.7速度比：
5.2.1.8小皮带轮计算直径
由表初选，验算带速:
所以不符合要求，应重新选带
选带
5.2.1.9验算带速：
通常V型带的带速，所以符合要求
5.2.1.10滑动率：
对于V形带，本设计选取
5.2.1.11大皮带轮计算直径：
圆整取
5.2.1.12初定中心距：
因为，经计算初定
5.2.1.13带的基准长度：
查手册，圆整后取
5.2.1.14初定中心距：
安装V带时所需要的最小中心距和最大中心距计算
5.2.1.15小皮带轮包角：
，符合要求
5.2.1.16单根V带额定功率：
查手册得，
5.2.1.17时，单根V带额定功率增量：
5.2.1.18包角修正系数
查手册得，包角修正系数
5.2.1.19带长修正系数：
查手册得，带长修正系数
5.2.1.20V带根数：
取整得
，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
图8立式夹壳联轴器结构图
由于搅拌轴的轴径，所以选择轴径为的联轴器，手册可得所选联轴器和联轴节主要结构尺寸参数：
轴径
50
18
135
62
42
90
190
24
83
螺栓个数
直径长度
最大扭矩（N·
m）
94
5
70
100
16
0.6
M1255
530
表9联轴器结构尺寸
验算联轴器的扭矩：
查手册得,工况系数
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。
选择轴径为的202型标准机械密封
图9202型标准机械密封结构
单位：
搅拌轴轴径
260
225
188
180
4.5
20
160
8-18
表10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，所选择得机架的内径应大于，考虑到空间和成本，选择公称直径为的WJ型机架。
图10WJ型无支点机架
表11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，所以安装底盖公称直径
图11RS和LRS型安装底盖
表12安装底盖尺寸
5.7凸缘法兰选型
型突面凸缘法兰较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，所以本设计选择型突面凸缘法兰。
安装底盖公称直径，所以对应的型突面凸缘法兰的公称直径也为。
图12R型突面凸缘法兰结构
表13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小孔，以防料液虹吸
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