【文章內(nèi)容簡介】 NK? 單排槳功率 3 5 3 539。 0. 09 9 40 00 2. 51 0. 20 0 0. 2NMN K n d k w?? ? ? ? ? ? 總功率 2 39。 0. 6N N kw? ? ? 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 固體發(fā)酵反應(yīng)器設(shè)計 9 第 3 章 反應(yīng)器軸部件設(shè)計分析 本次設(shè)計的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器中的主要軸是傳動軸與攪拌軸，一個平穩(wěn)的攪拌器需要符合要求的軸，軸 的重要性是不言而喻的 . 傳動軸的設(shè)計、計算與校核 傳動軸的一端通過 A型鍵與聯(lián)軸器相連，另一端是通過花鍵的型式與攪拌軸相連，運用花鍵連接傳遞可以使傳動更加的平穩(wěn)效率 . 軸的 設(shè)計與 計算 （ 1）軸的材料 傳動軸工作時，主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲，故軸的材質(zhì)應(yīng)有足夠的強度、剛度 .此外，為了便于加工制造，還要有優(yōu)良的切削加工性能 .所以常采用 45 號鋼 .對于要求較低的軸，也可用Ｑ 235－ A 或 35號 鋼 .當(dāng)有腐蝕要求時，也可采用不銹鋼 .這里的傳動軸可以選用 45號鋼， [ ] 30 ~ 40k MPa? ? （ 2）確定軸的最小直徑 求傳動軸上的功率 3P 、轉(zhuǎn)速 3n 和轉(zhuǎn)矩 3n 傳動軸的輸出功率計算 223 0 1 2 5 5 6 57P P k w??? ? ? ? ? 30 119 1 0 1 5 1 . 7 / m in6n n ri? ? ? ? 6 33 3 0 . 6 5 79 . 5 5 1 0 9 5 5 0 0 0 0 4 1 3 6 01 5 1 . 7PT N m mn? ? ? ? ? ?max ? ?? ?MWTP ? 而 MT= 106Pnk Wp??d316 （實心軸） / minnr? kw? ? mind =33 0 . 6 5 73 6 5 . 1 3 6 5 . 1 1 7 . 4 ( )[ ] 1 5 1 . 7 4 0kkP mmn ?? ? ? ?? 其中 Pk — Kw ??? — Mpa n— rpm 取整數(shù) 20d? mm （ 3） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 732286 ??????? BDdN 的進行配合，因此選取軸徑mmd 501 ? ，為了通過箱體并與攪拌軸進行花鍵連接，取 551?L ，為防止軸在軸向移動，設(shè)計軸肩的直徑為 60mm，厚度為 5mm. .因為軸承同時受徑向力和軸向力的作用，故選擇單列圓錐滾子軸承，所以選擇 402?d ，在 2L 上，兩端為 30208 軸承，其尺寸為mmmmmmTDd ????? ，中間是長度為 60 的套筒，以防止軸承軸向移動 .故選擇 1102?L . ，行星架長度為 40，故此處取mmL 403 ? ， mmd 203 ? . 軸的 校核 為了防止旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生過大 的扭轉(zhuǎn)變形，以免在運轉(zhuǎn)過程中造成軸失效，對表面涂覆保護層的軸液為了防止由于過大的變形造成涂覆層的破壞，所以應(yīng)該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在以個允許的范圍內(nèi) .這就是設(shè)計軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要求進行剛度計算 .工程上以單位長度的比扭轉(zhuǎn)角 r 不得超過許用比扭轉(zhuǎn)角 [r ]作為扭轉(zhuǎn)剛度條件，即 ： 3180 10tpMr GJ? ?? ? ? 式中 r —— 軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角度， M/）（ ? ?G —— 切變模量，對于 鋼材 10 aMP? 9553000t PM n? 432p dJ ?? 帶入整理得實軸直徑 41 0 3 6 .6 []Pd m mr G n?? 在一般傳動和攪拌計算中 [r]可選取 m/1~21 ）（ ? 則由 39 得： 固體發(fā)酵反應(yīng)器設(shè)計 11 39。 4 40 . 6 5 71 0 3 6 . 6 1 5 . 71 8 . 1 1 0 1 5 1 . 7d m m? ? ?? ? ? 因為， 39。d d 故剛度合乎要求 . 攪拌軸的設(shè)計、計算與校核 攪拌軸與傳動軸選用花鍵 6 28 32 7N d D B? ? ? ? ? ? ?連接，軸兩端用軸承支撐，中間均勻分布著多個攪拌器，軸與攪拌器通過圓頭普通平鍵連接 . 軸的設(shè)計與計算 （ 1）軸的材料 攪拌軸 工作時，主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲，故軸的材質(zhì)應(yīng)有足夠的強度、剛度 .所以常采用45 號鋼 .對于要求較低的軸，也可用Ｑ 235－ A 或 35號 鋼 .當(dāng)有腐蝕要求時，也可采用不銹鋼 .這里的傳動軸可以選用 45號鋼， [ ] 30 ~ 40k MPa? ? （ 2）軸的設(shè)計 求出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 224 3 3 57 6 05P P k w?? ? ? ? 43 151 .7 / m inn n r?? 4440 . 6 0 59 5 5 0 9 5 5 0 3 8 . 0 81 5 1 . 7PT N m N mn? ? ? ? 確定軸上的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表查得 0 112A? ,于是得 4 33m i n 040 . 6 0 51 1 2 1 7 . 71 5 1 . 7Pd A m m m mn? ? ? ?圓整取最小值 20mm 軸的 校核 為了防止旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，以免在運轉(zhuǎn)過程中造成軸失效，對表面涂覆保護層的軸液為了防止由于過大的變形造成涂覆層的破壞，所以應(yīng)該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在以個允許的范圍內(nèi) .這就是設(shè)計軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要求進行剛度計算 .工程上以單位長度的比扭轉(zhuǎn)角 r 不得超過許用比扭轉(zhuǎn)角 [r ]作為扭轉(zhuǎn)剛度條件，即 ： 3180 10tpMr GJ? ?? ? ? 式中 r —— 軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角度， M/）（ ? 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 ?G —— 切變模量，對于 鋼材 10 aMP? 9553000t PM n? 432p dJ ?? 帶入整理得實軸直徑 41 0 3 6 .6 []Pd m mr G n?? 在一般傳動和攪拌計算中 [r]可選取 m/1~21 ）（ ? 則由 39 得： 39。 4 40 . 6 0 51 0 3 6 . 6 1 5 . 41 8 . 1 1 0 1 5 1 . 7d m m? ? ?? ? ? 因 為， 39。d d 故剛度合乎要求 . 固體發(fā)酵反應(yīng)器設(shè)計 13 第 4 章 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計 固態(tài)攪拌反應(yīng)器有臥式的也有箱式，臥式攪拌反應(yīng)器采用水平單軸，多個攪拌槳葉平均分布于軸上，葉面與軸平行，相鄰兩葉相隔 180176。 .箱式攪拌反應(yīng)器有采用垂直多軸的 .為減少剪切力的影響，通常采用間歇攪拌的方式，而且攪拌轉(zhuǎn)速較低 .這類反應(yīng)器已在工業(yè)上用來生產(chǎn)單細胞蛋白、酶和生物殺蟲劑 .攪拌反映器的最高溫度比填充床低 .我的這個設(shè)計借鑒 Wagenningen 大學(xué)曾經(jīng)研制的連續(xù)混合的水平槳混合反應(yīng)器，我的槳葉是垂直與軸的，這種反應(yīng)器的優(yōu)點是可以用于不同的生產(chǎn)目的，并且可以同時控制溫度和濕度 .然而，盡管這種裝置熱傳遞到生物反應(yīng)器壁的效率得到了改善，但是把它用于大規(guī)模的生產(chǎn)效率還不是很高，這是因為熱只能通過器壁移除使得規(guī)模擴大時效率更低 .因此這次的固態(tài)生物反應(yīng)器主要側(cè)重正對實驗室小規(guī)模小容量的生物發(fā)酵，在放大的問題上可以采用多軸，增加冷卻降溫設(shè)施的方法解決 . 如圖所示，整個箱體是臥式圓柱型內(nèi)腔的箱體，如滾筒一般，這種形狀便于攪拌混合，便于物 體的進出，也方便箱體的清洗 . 選料和設(shè)計壓力確定 根據(jù)《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊》的規(guī)定，選取箱體和端蓋的材料為 內(nèi)工作壓力為 MPa? ， 根據(jù)固態(tài)生物發(fā)酵的特點，取 [δ ]t=113MPa 冷卻液流通層夾套的設(shè)計壓力等于內(nèi)部工作壓力 .內(nèi)筒體與封頭受外壓作用，按真空容器設(shè)計 .因為設(shè)計的箱體壁一層是冷卻液流動，這里可以把其當(dāng)做夾套，借鑒夾套的設(shè)計方法進行設(shè)計 . 筒體和 封頭壁厚計算 筒 體計算壁厚 ? ?2 jjj tPD p? ??? ? 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 采用 自動焊或手工焊并作 局部探傷檢查，取 ?? ，可得 0 . 3 2 5 0 0 . 4 72 1 1 3 0 . 7 0 . 3j mm? ???? ? ? 因此取 j mm? ? 取鋼板厚度的負偏差 1 mm? ,腐蝕裕量 2 2C mm? 故厚度附加量 12 C C mm? ? ? 根據(jù)鋼板規(guī)格，取夾套筒體名義厚 度 mm? ? 檢查 mm? ? 時， 圓整 3j mm? ? 同時為了使內(nèi)筒壁盡量薄達到傳熱的效果， 根據(jù)材料 Q235A 選擇 內(nèi)層壁厚為 3mm 外層壁厚為 10mm 水壓試驗校核 壓容器按照內(nèi)壓容器進行壓力試驗，試驗壓力 TP 為壓 ? ?? ?tT PP ??? 其中 P 為設(shè)計壓力 帶夾套的壓力容器設(shè)計壓力 P 為容器壓力與夾套內(nèi)的設(shè)計壓力之 差 即： M Pa? ? ? 據(jù)式 ??PPT 和 ? ?? ?tT PP ???二者中較大者為內(nèi)筒試驗壓力 ， 則 MPaPT ? ； 同理得夾套的試驗壓力取 MPaPT ? 。 內(nèi)筒筒體壓力： ? ??? ?? e eiTTi DP 2 ?? ? ?0 .4 2 5 0 3 7 .22 1 0 0 .7Ti M P a? ?????? s??? 夾套筒體壓力為： ? ? ? ?0 . 7 5 2 5 0 2 . 7 1 3 . 52 2 1 0 0 . 7T j e jTj ejPD M P a????? ??? ? ??? s??? 故內(nèi)筒和夾套均滿足水壓試驗時的應(yīng)力要 求 . 夾套傳熱及其結(jié)構(gòu) 整體夾套的結(jié)構(gòu)類型 常用的夾套形式為整體夾套，結(jié)構(gòu)類型有四種，如圖，其中 a 型僅圓筒的一部分有夾套，用在需加熱面積不大的場合 .b 型為圓筒的一部分和下封頭包有夾套，是最常用的典型結(jié)固體發(fā)酵反應(yīng)器設(shè)計 15 構(gòu) .c 型是考慮到筒體受外壓時為了減小筒體的計算長度Ｌ，或者為了實現(xiàn)分段控制而采用分段夾套 .d 型為全包式夾套，與前三種比較，有最大傳熱面積 . 整體夾套型式 整體夾套連接型式 1）夾套封頭根據(jù)夾套直徑及所選封頭型式按標(biāo)準選取 . 2）整體夾套與筒體的連接方式分為兩種 （ 1）可拆卸式 可拆卸整體夾套結(jié)構(gòu) （ 2）不可拆卸式 不可拆卸整體夾套結(jié)構(gòu) 3）夾套封閉構(gòu)件厚度的確定或計算： 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 A 型 適用范圍及計算： ① 適用于圖 193 中各種型式夾套 ② d0≥ d1 ③ 當(dāng)夾套封閉件不是由夾套筒體直接彎制成形，如圖 b 時，封閉件與夾套筒體之間應(yīng)采用全焊透的對接焊，為保證焊