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博碩士論文 etd-0124107-160946 詳細資訊


姓名 翁義山 (Yi-Shan Won) 電子郵件信箱 不公開
系所 生物工程學系(所) (Bioengineering)
學位 碩士 (Master) 學年 / 學期 95 學年第 2 學期
論文名稱(中) 工業量產級氣舉式生物反應器之機械設計
論文名稱(英) Mechanical Design of Commercial-Scale Air-Lift Bioreactor
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論文種類 碩士論文
論文語文別 / 頁數 中文 / 68
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關鍵字(中)
  • 機械設計
  • 工業量產級
  • 氣舉式生物反應器
  • 關鍵字(英)
  • Mechanical design
  • Commercial scale
  • Air-Lift Bioreactor
  • 摘要(中) 氣舉式反應槽的原理是利用氣體作為攪拌動力的方式,在氣、液、固三相中提供了簡單有效率的攪拌混合方式。氣舉式反應器構造極為簡單,沒有複雜的零組件,在攪拌混合過程中有著極佳的氣體吸收、熱傳及快速混合的特性,同時就電力與儀表控制上亦有著省能源與操作低成本之優勢,故在化工技術和醱酵科技上有很廣泛的應用。本研究依據美國國家標準American Society of Mechanical Engineers(ASME)規範設計,符合壓力容器安全規範的50噸工業量產級氣舉式生物反應器的機械設計。此氣舉式反應器之胴底可依內環流式或氣液雙噴射式之不同需求而進行噴氣槽底結構之轉換,同時提供傳統機械攪拌醱酵槽改裝為氣舉式醱酵槽之設計圖例。
    摘要(英) The operational principles of air-lift reactor (ALR) are based on the injected air as the power source for the effective stirring within gas, liquid and solid phases. ALR possesses simple structure without complex assembling units. There are excellent gas absorption, heat transfer and mixing characteristic in the ALR. Besides, ALR has advantages in the low cost of automatic instrumentation and energy consumption. Therefore, ALR has wide applications in the chemical and fermentation industries. In this study a 50 kilotons industrial-scale ALR has been designed based on the safety criteria of high-pressure tank regulations in the handbook of the American Society of Mechanical Engineers (ASME). The mechanical design in the bottom part of ALR has a switching device for the alternative requirement of central draft tube/disc for the internal-loop circulation or jet for the gas-liquid double stream injection. We also proposed a mechanical design method for the transformation from the traditional stirring tank to the ALR.
    論文目次 目   錄
    Abstract 1
    摘  要 2
    目  錄 3
    圖 索 引 4
    表 索 引 5
    公式索引 6
    章  節
    第 一 章 介  紹 8
    第 二 章 文獻參考 13
       2-1 氣舉式反應槽的特點 13
       2-2 氣舉式反應槽的主要結構及操作參數 17
         2-2-1主要結構參數 17
         2-2-2氣舉環流反應槽的操作特性 19
    2-3 典型的氣升環流發酵槽ICI壓力循環式發酵槽和BIOHOCH反應器簡介 22
    第 三 章 設計方法與使用材料 23
    3-1 設計概念 23
    3-2 胴體設計與要求規範 27
    3-3 胴體尺寸說明 29
    3-4 設計方法 32
    3-4-1 胴體設計法 33
    3-4-2 端板設計法 34
    3-4-3 半圓管式夾套設計法 35
    3-4-4 法蘭強度設計法 36
    3-4-5 法蘭應力計算 37
    3-4-6 管台厚度設計法 38
    3-4-7 胴身開孔補強設計法 38
    3-4-8 胴身座腳設計法 39
    3-5 胴底閥裝置 40
    第四章 結果與討論 43
    4-1 反應槽設計圖 44
    4-2 設備強度計算書 50
    4-3 附屬設備胴底閥設計 63
    第五章 結  論 67
    第六章 參考文獻 68
    圖 索 引
    圖1.1 氣舉式內環流發酵槽 10
    圖1.2 氣液雙噴射氣舉環流發酵槽 11
    圖1.3 多層分氣片的塔式氣舉發酵槽 12
    圖2.1 氣液雙噴射式流程示意 15
    圖2.2 結構參數示意圖 18
    圖3.1 傳統機械攪拌式醱酵槽 24
    圖3.2 傳統機械攪拌式醱酵槽 25
    圖3.3 傳統機械攪拌式醱酵槽 26
    圖3.4 轉接環構造 42
    圖3.5 兩種使用方式裝配示意圖 43
    圖4.1反應槽設計圖 45
    圖4.2 人孔詳圖 46
    圖4.3 採光視窗詳圖 47
    圖4.4 管頭詳圖 48
    圖4.5 座腳詳圖 49
    圖4.6 機械攪拌醱酵槽改為氣舉環流式反應槽圖例 64
    圖4.7 機械攪拌醱酵槽改為氣液雙噴射式反應槽圖例 65
    圖4.8 50KL 氣舉醱酵槽組立流程示意圖 66
    表 索 引
    Table 4-1 Shell thickness calculation for pressure 51
    Table 4-2 Cover and bottom plate thickness calculation for pressure 52
    Table 4-3 Man hole cover plate thickness calculation for pressure 53
    Table 4-4 Half pipe jacket thickness calculation for pressure 54
    Table 4-5 Calculation of flange thickness and bolt stress 55
    Table 4-6 Calculation of flange stress 57
    Table 4-7 Calculation nozzle thickness 58
    Table 4-8 Opening and reinforcements 60
    Table 4-9 Calculation seismic design-vessel on lugs 61
    公 式 索 引
    eq 2-1 平均循環時間tm 20
    eq 2-2 反應溶液的氣含率與空截面氣速VS 21
    eq 2-3 體積溶氧係數是空截面氣速的函數 21
    eq 3-1胴身軸向以厚度為基準所受最大壓力計算式 33
    eq 3-2胴身軸向以壓力為基準所需最小厚度計算式 33
    eq 3-3胴身縱向以厚度為基準所受最大壓力計算式 33
    eq 3-4胴身縱向以壓力為基準所需最小厚度計算式 33
    eq 3-5胴身設計厚度有內外壓力施壓之最小厚度 34
    eq 3-6端板以厚度為基準所受最大壓力計算式 34
    eq 3-7端板以壓力為基準所需最小厚度計算式 34
    eq 3-8 端板外壓計算式 34
    eq 3-9 半圓管夾套計算式 35
    eq 3-10半圓管夾套計算式 35
    eq 3-11操作狀態,螺栓所需之總有效斷面積計算式 36
    eq 3-12鎖緊狀態,螺栓所需之總有效斷面積計算式 36
    eq 3-13螺栓所需之總有效斷面積計算式 37
    eq 3-14法蘭圓周方向應力計算式 37
    eq 3-15開孔平面上所需補強之總面積計算式 38
    eq 3-16胴身厚度多餘面積的有效補強面積計算式 39
    eq 3-17胴身厚度多餘面積的有效補強面積計算式 39
    參考文獻 (1) 李昭仁 ,1982,裝置機械構造─塔槽類,高力圖書有限公司。                         
    (2) 胡家琛 譯,1989,閥,徐氏基金會出版。                         
    (3) 陳振揚,1995,單元操作(上、下) ,三民書局。                    
    (4) 徐永錢、張簡國平、黃金龍共同編著,1998,裝置設計及實習,高力圖書有限公司。
    (5) 梁世中,2002,生物工程設備,北京-中國輕工業出版社。                       
    (6) 張兆豐編(小栗富士雄、小栗達男共著),2003,標準機械設計圖表便覽,台灣台隆書店。                               
    (7) CNS9788-93年版,2004,壓力容器設計規範,經濟部標準檢驗局印行,CODE:CNS9789-P75、CNS9790-P25、CNS9791-P41、CNS9797-P20。
    (9) American Society of Mechanical Engineers,ASME BOILER &PRESSURE VESSEL CODE SECTION VII DIVISION 1,1995 DEITION,CODE NUMBER:UG-27-C-1、UG-28-C-1、UG-37、Fig UG-37.1、UG45、APPENDIX EE、APPENDIX 2。
    (10) Moss,D.R,1987 Jan 01,Gulf Publishing Company,Houston,PRESSURE VESSEL DESIGN MANUAL,CODE:PROCEDURE 3-6 SEISMIC DESIGN-VESSEL ON LUGS #1 [5,8-10]
    指導教授/口試委員
  • 陳志成 - 指導教授
  • 口試日期 2007-01-05 繳交日期 2007-01-25


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