固态发酵罐热-固耦合应力及强度分析.pdf

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1、研究与分析2015年第4期(第28卷，总第138期)·杌械研究与应用·固态发酵罐热一固耦合应力及强度分析薛晓宁，赖祥彬，张建，刘林，石凯，曾涛(广东海洋大学工程学院，广东湛江524000)摘要：利用有限元的热～固耦合分析方法确定了发酵罐危险部位，以及最大应力、应变值，对计算结果进行了分析，依据计算结果进行了罐体结构强度的安全校核，分析结果表明发酵罐样机罐体强度安全，研究方法及结论对发酵罐应力分析、强度评估、结构优化机制造具有实际指导意义与借鉴价值。关键词：固态发酵罐；有限元；应力分析；热一固耦合；强度校核中图分类号：TH123文献标志码：A文章编号：1007—4414

2、(2015)04—0060—04StressAnalysisandIntensityCheckofSolid-StateFermentationTankBasedonThemal-SolidCouplingXUEXiao-ning，LAIXiang-bin，ZHANGJian，LIULin，SHIKai，ZENGTao(CollegeofEngineering，GuangdongOceanUniversity，ZhanjiangGuangdong524088，China)Abstract：Inthispaper，thedangerouspositionoftank，t

3、hemaximumvalueofstressandthestrainvaluearedeterminedwiththethermal—solidcouplinganalysismethodoftheFEA，andthecalculatedresultsaremainlyanalyzed．Basedonthesecalcu．1atedresults，thesecurityandstructurestrengthofthefermentationtankarechecked．Theanalysisresultsshowthatthestruc—turestrengthof

4、tank-bodyoftheprototypemeetsthesafetyrequirements．Theresearchmethodandconclusionscanprovidemoreimportantguidanceandreferencesforthestressanalysis，theintensityassessment，thestructuraloptimizationandmanu—factureoffermentationtank．Keywords：solid-statefermentationtank；FEA；stressanalysis；the

5、rmal—solidcoupling；intensitycheckO引言析，确定罐体整体及其危险部位，为发酵罐设计提供固态发酵(SolidStateFermentation)，是指微生物技术依据。在没有或基本没有游离水的固态湿培养基上生长、繁1发酵罐设计要求、结构及参数殖、代谢的发酵过程，发酵设备必须满足微生物生长(1)设计要求本文以课题已研制的发酵罐样环境和发酵工艺的要求，固态发酵设备是目前制约固机的罐体为分析对象，发酵罐为搅拌器卧式结构，罐态发酵技术生产应用的主要瓶颈¨j，发酵罐是发酵体带热交换外夹套，设有安全通气阀、接种口、进料设备的核心功能装置，本研究设计的发

6、酵罐能完成发口、取样口、视镜等；罐体全容积80L，装料系数小于酵物料的在位加湿混合、高温灭菌、降温冷却、自动接50％。罐体工作参数：罐内与夹套设计压力≤0．27种，可对发酵环境的温度、湿度、空气和二氧化碳含量MPa，罐内最高温度155℃，夹套内最高温度165℃，等发酵过程参数进行检测，传热传质得到强化，可为夹套冷却水温度在+8℃～16℃范围。饲料、中药、生物肥等行业菌种筛选、发酵工艺优化、(2)发酵罐结构设计的发酵罐结构如图1，罐传热传质和过程检测、控制的试验研究及生产工艺制体proe模型如图2，主要结构参数如表1。订提供装置平台。发酵罐属中低压压力容器，工作时必须对

7、罐体、管路系统清洗、灭菌，还需对发酵原料灭菌、冷却，罐体内部、夹套中的温度、压力变化剧烈，罐体上接口又很多，对罐体结构强度进行研究十分重要。发酵罐主要承受内部压力、温度载荷，在ANSYS中应力与温度可直接耦合分析]，因此，笔者在罐体结构设计的基础上，利用有限元对发酵罐进行热一应力耦合应力分图1发酵罐整体结构图1．罐体2．带视镜进料口3．搅拌器4．封头夹套收稿日期：2015～07—11基金项目：2006年广东省粤港关键领域重点突破招标项目子课题“固态发酵过程控制与关键设备研究”(编号：2006A25001002)；2010年广东省海洋渔业科技推广专项科