【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(jì) 9 第 3 章 反應(yīng)器軸部件設(shè)計(jì)分析 本次設(shè)計(jì)的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器中的主要軸是傳動(dòng)軸與攪拌軸，一個(gè)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(dòng)軸的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核 傳動(dòng)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(yùn)用花鍵連接傳遞可以使傳動(dòng)更加的平穩(wěn)效率 . 軸的 設(shè)計(jì)與 計(jì)算 （ 1）軸的材料 傳動(dòng)軸工作時(shí)，主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲，故軸的材質(zhì)應(yīng)有足夠的強(qiáng)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(hào)鋼 .對(duì)于要求較低的軸，也可用Ｑ 235－ A 或 35號(hào) 鋼 .當(dāng)有腐蝕要求時(shí)，也可采用不銹鋼 .這里的傳動(dòng)軸可以選用 45號(hào)鋼， [ ] 30 ~ 40k MPa? ? （ 2）確定軸的最小直徑 求傳動(dòng)軸上的功率 3P 、轉(zhuǎn)速 3n 和轉(zhuǎn)矩 3n 傳動(dòng)軸的輸出功率計(jì)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(shí)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(jìn)行配合，因此選取軸徑mmd 501 ? ，為了通過箱體并與攪拌軸進(jìn)行花鍵連接，取 551?L ，為防止軸在軸向移動(dòng)，設(shè)計(jì)軸肩的直徑為 60mm，厚度為 5mm. .因?yàn)檩S承同時(shí)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(dòng) .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(yùn)轉(zhuǎn)過程中造成軸失效，對(duì)表面涂覆保護(hù)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(gè)允許的范圍內(nèi) .這就是設(shè)計(jì)軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要求進(jìn)行剛度計(jì)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(duì)于 鋼材 10 aMP? 9553000t PM n? 432p dJ ?? 帶入整理得實(shí)軸直徑 41 0 3 6 .6 []Pd m mr G n?? 在一般傳動(dòng)和攪拌計(jì)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(jì) 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?yàn)椋?39。d d 故剛度合乎要求 . 攪拌軸的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核 攪拌軸與傳動(dòng)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(gè)攪拌器，軸與攪拌器通過圓頭普通平鍵連接 . 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （ 1）軸的材料 攪拌軸 工作時(shí)，主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲，故軸的材質(zhì)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度 .所以常采用45 號(hào)鋼 .對(duì)于要求較低的軸，也可用Ｑ 235－ A 或 35號(hào) 鋼 .當(dāng)有腐蝕要求時(shí)，也可采用不銹鋼 .這里的傳動(dòng)軸可以選用 45號(hào)鋼， [ ] 30 ~ 40k MPa? ? （ 2）軸的設(shè)計(jì) 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(yùn)轉(zhuǎn)過程中造成軸失效，對(duì)表面涂覆保護(hù)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(gè)允許的范圍內(nèi) .這就是設(shè)計(jì)軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要求進(jìn)行剛度計(jì)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(duì)于 鋼材 10 aMP? 9553000t PM n? 432p dJ ?? 帶入整理得實(shí)軸直徑 41 0 3 6 .6 []Pd m mr G n?? 在一般傳動(dòng)和攪拌計(jì)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(jì) 13 第 4 章 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(gè)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(xì)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(gè)設(shè)計(jì)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(diǎn)是可以用于不同的生產(chǎn)目的，并且可以同時(shí)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?yàn)闊嶂荒芡ㄟ^器壁移除使得規(guī)模擴(kuò)大時(shí)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(duì)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(jìn)出，也方便箱體的清洗 . 選料和設(shè)計(jì)壓力確定 根據(jù)《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)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(diǎn)，取 [δ ]t=113MPa 冷卻液流通層夾套的設(shè)計(jì)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(jì) .因?yàn)樵O(shè)計(jì)的箱體壁一層是冷卻液流動(dòng)，這里可以把其當(dāng)做夾套，借鑒夾套的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì) . 筒體和 封頭壁厚計(jì)算 筒 體計(jì)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(dòng)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(fù)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(shí)， 圓整 3j mm? ? 同時(shí)為了使內(nèi)筒壁盡量薄達(dá)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(yàn)校核 壓容器按照內(nèi)壓容器進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力 TP 為壓 ? ?? ?tT PP ??? 其中 P 為設(shè)計(jì)壓力 帶夾套的壓力容器設(shè)計(jì)壓力 P 為容器壓力與夾套內(nèi)的設(shè)計(jì)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(yàn)壓力 ， 則 MPaPT ? ； 同理得夾套的試驗(yàn)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(yàn)時(shí)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(jì) 15 構(gòu) .c 型是考慮到筒體受外壓時(shí)為了減小筒體的計(jì)算長度Ｌ，或者為了實(shí)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(zhǔn)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(jì)算： 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 A 型 適用范圍及計(jì)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(shí)，封閉件與夾套筒體之間應(yīng)采用全焊透的對(duì)接焊，為保證焊