【正文】 aMP 壓力容器的應(yīng)力校核【 9】： ? ?2t t?? DPTT? （ 322） T? 為試驗(yàn)壓力下發(fā)酵罐的薄膜應(yīng)力， aMP ； TP 為試驗(yàn)壓力， aMP ； D 為罐體的內(nèi)徑， mm； t 為罐體的有效厚度， mm；（在這里取罐體的有效厚度為 2mm） 進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)【 9】 ： ??? ?T （ 323） ? 罐體材料在試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)， aMP ； ? 為焊接接頭系數(shù)。（取值 ，前面已經(jīng)確定。） 所以的材料為 304 不銹鋼，查表 39 可以得到 ? =205 aMP 。 ? ?2t t?? DPTT? （ 322） ? ?2t t?? DPTT? = ? ? 56 290 037 ?? ?? aMP T? = aMP 4 72 0 ????? ?? aMP 因?yàn)? ??? ?T ，所以夾套滿足強(qiáng)度校核條件，說明以上設(shè)計(jì)可以使用。 擋板的設(shè)計(jì) 擋板的作用 機(jī)械攪拌罐的合理結(jié)構(gòu)包括攪拌器的選擇、攪拌罐結(jié)構(gòu)以及擋板結(jié)構(gòu)形式。任何安置于攪拌裝置之外的罐內(nèi)靜止部件都構(gòu)成擋板。因而擋板可分為兩類：最常見的擋板型式是垂直安裝于罐壁的構(gòu)件，即壁擋板；另一類是特殊擋板，形狀、位置各異，有底擋板、表面擋板等，換熱管和插入罐內(nèi)液面下的蒸汽管、空氣管和進(jìn)料管等內(nèi)部構(gòu)件也能起到擋板作用。 擋板的基本作用，是將液體的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改為垂直翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，消除旋渦，同時(shí)改善所施加功率的有效利用率。擋板限制了液體的切向速度，增加了軸向和徑向速度分量，其凈作用是使攪拌器排出流具有更寬的流動(dòng)半徑，流動(dòng)更“規(guī)則”，功率可以較好的預(yù)測。攪拌器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的排出流，因受罐壁和擋板的作用，在攪拌罐內(nèi)形成復(fù)雜的流場，流型、速度大小和方向等均因攪拌器葉輪與擋板的相互作用而有所變化，混合效果得到顯著加強(qiáng)。 擋板的設(shè)計(jì) 對于特定的攪拌器（葉輪型式和轉(zhuǎn)速不變），功率隨擋板系數(shù)的增大而增大。但當(dāng)擋板系數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，功率不會進(jìn)一步增大，而是基本保持恒 定。此時(shí)的擋板系數(shù)稱為全擋板條件，即攪拌功率達(dá)到飽和。全擋板條件須符合下列公式： ??????? D (324） 上式中： dn 為擋板數(shù)量； db 為單板寬度 ， mm； D 為罐體的內(nèi)直徑 ， mm； 位全擋板 系數(shù)； 按（ 325）計(jì)算，dd b???????D db 的取值為 10D 。 得 dn = 所以 dn 的取值應(yīng)該小于 . 在攪拌罐的實(shí)際設(shè)計(jì)中，按照擋板寬度、數(shù)量的經(jīng)驗(yàn)性規(guī)定，通常采用垂直于罐壁的 4 塊寬度 db 為 12D ~ 10D 的擋板（一般稱之為“標(biāo)準(zhǔn)擋板”）來滿足全擋板條件，這是因?yàn)楦鶕?jù)公式 (1)全擋板條件下的擋板尺寸、數(shù)量和形狀并非最優(yōu)。適當(dāng)?shù)膿醢鍡l件所提供的流型能夠帶動(dòng)全槽的物 料運(yùn)動(dòng)，確保充分混合；而過多的擋板，即攪拌 罐 的過擋板化，將減少總體流動(dòng)，并將混合局限在局部區(qū)域，導(dǎo)致不良的混合性能。 此處罐體的內(nèi)直徑 D 為 800mm； dn 的取值為 4。 db 的取值為 80mm； 擋板與罐壁間的距離為 db =16mm； 擋板和罐體間的連接采用螺釘連接，為方便試驗(yàn)時(shí)對擋板做出調(diào)整，在擋板的一側(cè)設(shè)計(jì)一些間距相等的空，這樣就可以調(diào)節(jié)擋板的位置。 支承件的選擇 計(jì)算支座的總載荷 總料液的重量 ： KNNVgM ?????? ? 設(shè)備總重量和冷凝水重量： ①罐體重量 gmMGG ?，將罐體看做圓柱體，其公稱直徑 mmD 800? ，厚度mmd 3? ，高度 mmH 1200? ， 304 不銹 鋼密度 33 / mKgg ??? ， KgNg /? 計(jì)算得： gdDHDMgG ??? )222( 2?? KNN ) ( 332 ???????????? ??? ②夾套重量 gmM JJ ? ，夾套高度 mHJ ? ，厚度 mmdJ 3? ，夾套外徑mmDJ 900? ， 304 不銹 鋼材密度 33 / mKgg ??? ， KgNg /? 計(jì)算得： gdDHDMgJJJJJ ??? )222( 2?? KNN ) ( 332 ???????????? ??? ③冷凝水重量 gmM LL ? ，冷凝水密度 3/ mKg?冷? ， KgNg /? 夾套的高度 mHj ? ，夾套的外徑 mmDj 900? ， 304 不銹鋼 密度為 ? 冷凝水密度 3/ mkg＝水? KNNgHDHD jjjL])2 ()2 ([])2()2([M2222????????????????? 水 預(yù)計(jì)電機(jī)及槳葉的重量 0M = 所以總的重量M= 0M + LM + 1M + JM + GM =++++= 根據(jù) JB/T4713 進(jìn)行支腿的選擇，因?yàn)?BN 型支腿具有安裝方便的特點(diǎn)，所以此處選擇 BN 型支腿。罐體的直徑 D=800mm，支腿的數(shù)量為 4 根，每個(gè)支腿的可以承受 12KN 的壓力，容器的最大允許支撐高度為 5000mm，支座的最大支撐高度為 1000mm，支座鋼管內(nèi)徑為 76mm，厚 度為 ，底板的邊長為 180mm厚度為 26mm，孔徑為 55mm，墊板寬度為 180mm，長度為 120mm，厚度一般與罐體的壁厚相同，沒根支腿的質(zhì)量為 。 按照上面的方法對一次發(fā)酵罐進(jìn)行設(shè)計(jì)： 一次發(fā)酵罐的公稱體積為 1 立方米。 根據(jù) 式（ 34）進(jìn)行計(jì)算： ? 的值取 。 高徑比 DH 取值為 1。 30)(4?? DHNVD? = 14???? 1000? ? 此處去 D=1100mm 則 筒體的體積 ： 3221 ????? ?? HDV 筒體的厚度根據(jù) （ 311）可得： ? ???tPD2t ? = ??? ? 鋼板負(fù)偏差 2C 取值為 。 腐蝕裕量 1C 的取值為 1mm。 根據(jù) （ 312）得： ????? 21n tt CC =++1mm+ ? =+? 根據(jù)不銹鋼材料的厚度標(biāo)準(zhǔn)，考慮到焊接的可靠性 和鋼板的實(shí)際厚度 等綜合因素。取筒體的名義厚度為 3mm。 上封頭的設(shè)計(jì)： 根據(jù)公式（ 311）進(jìn)行計(jì)算可得： ? ???tPD2t ? = ??? ? 上封頭由于外無夾套，故無物料腐蝕， 負(fù)偏差 2C 取值為 。 為了方便配合。上封頭的厚度取值為 3mm。 上封頭的體積 2V = 22h4D? = 2 ??? = 3m 下封頭的設(shè)計(jì)： 根據(jù)公稱直徑查相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的相關(guān)參數(shù) 曲面蓋度： mmh 2751 ? 直面高度： mmh 402 ? 下封頭的厚度根據(jù)公式（ 326）計(jì)算： ? ???tKPD2t? （ 326） K 為橢圓壓力系數(shù)（其值大于等于 1） 我們選的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭所以 K=1 ? ???tKPD2t?= ??? ? 鋼板負(fù)偏差 2C 取值為 。 腐蝕裕量 1C 的取值為 1mm。 根據(jù) （ 312）得： ????? 21n tt CC =++1mm+ ? =+? 根據(jù)不銹鋼材料的厚 度標(biāo)準(zhǔn)，考慮到焊接的可靠性 和鋼板的實(shí)際厚度 等綜合因素。取筒體的名義厚度為 3mm。 下封頭的體積為： V3= 3m 體積校核 V=V1+V2+V3=++= 3m 接近 1 3m 可以采用。 下封頭的焊接方式與預(yù)發(fā)酵罐的焊接方式相 同。 上封頭與筒體的鏈接方式采用螺栓鏈接。容器的內(nèi)徑 D=1100mm，氣壓為 aMP ，螺栓數(shù) Z=6， 容器材料為 304 不銹鋼。 按靜壓力確定螺栓直徑： 作用于上封頭上的壓力 : 根據(jù)（ 315）計(jì)算作用在上封頭壓力為 NDPF 006 64 11 22 ?????? ?? 根據(jù)（ 316）計(jì)算作用在每個(gè)螺栓的外載荷為： N= ??? ?ZFF 壓力容器有氣密性要求，取殘余預(yù)緊力為【 11】： FF 39。? 計(jì)算殘余預(yù)緊力為： KNFF 0 1 1 2 . 6 7 8 K 39。39。 ???? 因此，總預(yù)緊力為【 11】： 39。0 FFF ?? （ 318） kNFFF 6 9 1 2 . 6 7 839。39。0 ????? 螺桿材料采用 級 40Cr 鋼，由表 311 可知 as 1000MP?? 。 按不控制預(yù)緊力計(jì)算，預(yù)計(jì)螺桿為 M16~M30。根據(jù)表 311，取安全系數(shù) S=4。 螺栓的危險(xiǎn)截面應(yīng)力按（ 319）計(jì)算 ??? 為： ? ? ??Ss??? ? ? ? ?as 25041000 MPS ??? ?? 螺栓的危險(xiǎn)截面積 rA 【 11】： rA ? ??? （ 320） rA ? ? ? 20 250 ???? F 根據(jù)表 313 查找螺栓的應(yīng)力截面積，當(dāng)螺栓的應(yīng)力截面積大于螺栓的危險(xiǎn)截面積就滿足強(qiáng)度要求。 根據(jù)表 312 螺桿代號為 M24 的應(yīng)力截面積為 2mm ，大于計(jì)算螺栓的危險(xiǎn)截面積rA = 2mm 。 綜上：上封頭和筒體的連接采用 6 顆 級 40Cr 鋼代號為 M18 的螺桿連接。上封頭與筒體間的墊圈采用橡膠墊圈，墊圈的內(nèi)徑 1110mm，外徑為 1130mm。厚度為 8mm。 對一次發(fā)酵罐進(jìn)行氣密性試驗(yàn)： 根據(jù)（ 324） ? ?2t t?? DPTT? ? ?2t t?? DPTT? = ? ? 31 10 ?? ?? aMP T? = aMP 3 12 0 ????? ?? aMP 因?yàn)? ??? ?T ，所以預(yù)發(fā)酵罐滿足強(qiáng)度校核條件，說明以上設(shè)計(jì)可以使用。 對一次發(fā)酵罐的夾套設(shè)計(jì)： 表 313 整體夾套直徑的確定 【 10】 DN, mm 500600 7001800 20213000 D , mm DN+50 DN+100 DN+200 根據(jù)表 313一次 發(fā)酵罐的直徑為 1100mm，所以夾套的直徑為D=DN+100=1100+100=1200mm。 夾套傳熱面積： S=S 筒 +S橢 （ 325） S=S 筒 +S 橢 = ??? += 2m 預(yù)發(fā)酵罐的傳熱面積為 2m 夾套厚度的計(jì) 算 根據(jù)公式（ 311）計(jì)算 ? ???tPD2t ? = ?? ?= 鋼板的負(fù)偏差根據(jù)表 35， 2C 取值為 。 腐蝕裕量 1C 的取值為 1mm。 代入公 式 （ 312）得： ????? 21n tt CC =++1mm+ ? =+? 根據(jù)不銹鋼材料的厚度標(biāo)準(zhǔn)，考慮到 鋼板的實(shí)際厚度 等綜合因素。取筒體的名義厚度為 3mm。 接管直徑的確定： 與發(fā)酵罐的 接管直徑為 相同 。 這個(gè)管道要穿過夾套。夾套的冷卻水進(jìn)出口 接管直徑 都設(shè)計(jì)為 50mm。 夾套與罐體采用焊接的方式，夾套與各接管間的連接方式也是焊接。應(yīng)為材料都為 304不銹鋼材料，具體的焊接方式與筒體和下封頭的焊接方式相同。 對夾套進(jìn)行壓力試驗(yàn) 內(nèi)壓容器液壓試驗(yàn)壓力按（ 324）計(jì)算 ： ? ?? ? ??PPT ?=? = aMP 壓力容器的應(yīng)力校核按（ 322）計(jì)算： ? ?2t t?? DPTT? 進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)按（ 323）： ??? ?T