生物工程压力容器

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1、第二章生物工程压力容器讲授本章的基本目的：1、了解压力容器的结构与分类2、掌握压力容器设计方法。计划学时数：4学时重点内容：内压薄壁容器的设计难点部分：1、内压薄壁容器的力学分析2、内压薄壁容器的设计作业：试设计一10m3发酵罐。已知条件为：①发酵罐最高工作压力为0.1Mpa；②筒体直径,Di=1800mm；③发酵最高温度为30℃。选用16MnR钢材。材料在设计温度下的许用应力Mpa；④钢板厚度负偏差mm，腐蚀裕量取mm；⑤筒体的焊接采用带垫板的单面对接焊缝，局部无损探伤，焊缝系数；试确定该发酵罐壁厚。注：取设计压力等于最高工作压

2、力的1.1倍，不考虑筒体部分的液柱静压。一般生物工业过程需要在一定的温度、压力和pH值等环境条件下才能进行，所以生物工程中使用的许多设备均属于压力容器。特别是在生物工程的传热、传质、生化反应、生物反应物料处理和分离纯化等方面，压力容器使用更为广泛。常见的容器形式有生物反应器、换热器、塔器和储罐等，。本章主要针对生物加工过程的特点，介绍生物工业过程中应用的有关压力容器设计的基本知识，内容包括压力容结构、压力容器的材料、内压薄壁容器的设计、压力容器的零部件及其标准化等。第一节概述（一）压力容器的基本要求压力容器的基本要求是安全性与经济

3、性的统一。压力容器虽然不象一般机械设备那样容易产生磨损，但如果设计或使用不当，将会产生爆炸等灾难性事故，造成严重的人员伤亡和财产损失。因此保证安全运行，是压力容器的核心问题。经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。压力容器除了应满足上述基本要求外，还应满足强度、刚度、耐久性、密封性及操作和维修方便的要求。（二）压力容器的结构与分类压力容器一般是由壳、板组合而成的焊接结构。作为压力容器筒体和封头的壳体包括圆柱壳、球壳、椭球壳、球冠、锥形壳等；板主要包括圆平板和环形板等。由上述几种基本的壳和板可以组合成各种压力容器的结构

4、形式，再加上法兰、接管、支座和安全附件等就构成了一台完整的压力容器。图14-1为一台卧式容器的结构简图。图14-1压力容器的结构简图1.筒体：一般为圆柱形.2.封头：常用的有椭圆形、半球形、锥形等，密闭作用通常与筒体焊接.3.支座：支撑固定作用，主要型式：支撑式、悬挂式。4.接口管.管道接口：主物料管道、辅助物料管道(空气、水、蒸汽)。.仪表接口：温度计、压力表、安全阀、液位计、溶氧、pH值等。5.人孔(手孔)：为了便于清洗和维修,一般安装在容器(设备)顶部。竖式安装的大型容器(设备)还应在筒体底部安装人孔.多为椭圆形（Φ400-

5、450×300）或圆形。6.视镜用于观察容器内的情况。一般是对称（两个）安装在容器（设备）顶部或体的中部。（三）压力容器的分类压力容器的分类方法较多，常见的有下列几种：1．按容器在生产中的作用分类按容器在生产过程中的作用原理不同，可以分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器和储存压力容器四种。（1）反应压力容器（代号R）主要是用于完成介质的物理、化学反应的设备，如生物反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、蒸压釜等。（2）换热压力容器（代号E）主要是用于完成介质热量交换的设备，如热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。（3）分离压

6、力容器（代号S）主要用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的设备，如分离器、过滤器、吸收塔、干燥塔等。（4）储存压力容器（代号C）主要是用于盛装生产和生活用的原料气体、液体等，如各种储罐、储槽、计量槽等。2.按压力承受方式分2.1压力基本概念①压力P——除注明外，压力均指表压力，单位用Mpa表示。②工作压力Pw——指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。③设计压力Pd——指设定的容器顶部的最高压力。它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不小于工作压力。一般在装有安全阀时Pd＝（1.05～1.1）Pw，当无安全阀时，Pd＝

7、（1.0～1.05）Pw④计算压力Pc——在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱的静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可以忽略液柱静压力。⑤试验压力PT——进行压力试验时容器顶部的压力。2.2按压力承受方式可把压力容器分为：①外压容器：容器内部的工作压力小于外界压力(主要承受外压)。如具有夹套加热的容器(设备)、在真空条件下操作的容器(设备)。其中，内部压力小于一个绝对大气压（0.1MPa）的外压容器又叫真空容器②内压容器：容器内部的工作压力大于外界压力(主要承受内压)。这类容器(设备)在工业上较普遍应

8、用。如发酵罐等。3．按承压性质和压力等级分类内压容器按其所承受的工作压力分为五个压力等级，具体划分如表14-1。表14-1内压容器按压力等级的分类方法容器分类设计压力，MPa常压容器p＜0.1低压容器（代号L）0.1≤p＜1.6中压容器（代号M）1