酒精发酵罐的设计

1、第一章 啤酒露天发酵罐的化工设计计算一 、发酵罐的容积确定实际需要选用V全=40m3的发酵罐则V有效=V全×=40×80%=32 m3二、 基础参数选择1. D:H 选用D:H=1:32.锥角：取锥角为70°3.封头：选用标准椭圆封头4.冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却介质采用20%、-4的酒精溶液）5.罐体所承受最大内压：2.5cm3 外压：0.3cm36.锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢7.保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度2008.内壁涂料：环氧树脂三、 D、H的确定由D:H=1:2 ，则锥体高度

2、H1=D2tg35°=0.714D封头高度H2=D4=0.25D圆柱部分高度H3=（2.0-0.714-0.25）D=1.04D又因为V全=V锥+V封+V柱=××H1+×D3×D2×H3=0.187D3+0.13D3+0.816D3=40得D=3.30m查JB1154-73椭圆形封头和尺寸取发酵直径D=3400mm再由V全=40cm3 ，D=3.4m设H: D=x0.187 D30.13 D3（x-0.714-0.25）D3=40X=1.86得径高比为D:H=1:1.86由D=3400mm查表得椭圆形封头几何尺寸为：h1=850mmh

3、0=50mmF=13.0m2V=5.60m3筒体几何尺寸为：H=2946mmF=31.46 m2V=47.42m3锥体封头几何尺寸为：H0=50mmr=510mH=2428mmF=d24-+0.64=6.9 m2V=d324（0.7+0.3COSa）2tga+0.72=10.27 m3则：锥形罐总高：H=575+40+5791+40+1714=8160mm总容积：V=1.76+26.18+3.53=42.6m3实际充满系数：3242.6=75%罐内液柱高：H，=+（2428+50）=4873mm四、发酵罐的强度计算4.1 罐体为内压容器的壁厚计算1. 标准椭圆封头设计压力为:1.1*2.5=2

4、.75cm2S=式中：P=2.75cm2：A3钢工作温度下的许用力取1520cm2：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3查表得：C1:钢板厚度的负偏差取0.8mm负偏差 C2:腐蚀裕量取2mm C3:制造减薄量取0.6mm则： 取 S0=7mm直边高：h0=50mm校核 = =670.6t2. 筒体 P设=1.1×（P工作+P静） =1.1*（2.5+0.61）=3.42cm2S= （取C2=0.6,C2=2,C3=0.6）=取S=8mm校核 2=PD/2s=728.5t3. 锥形封头(1) 过渡区壁厚S= P设=1.1*（2.5+0.9）

5、=3.745cm2（0.9为静压）K=0.75S= =3.49+C =3.49+0.6+2+0.369 =6.46mm (2) 锥体S=+CS0=（查表为0.60）S=S0+C=5.6+0.6+2+0.59=8.57 取S=10mm h0=40mm校核锥体所受最大应力处：=778.5t 4.2锥体为外压容器的壁厚计算1.标准椭圆封头 设S0=5mm R内=0.9Dg=3060mm R内/100S=3060/（100×5）=6.12查图表4-1及B=275 P=B*S0/R内=275*5/3240=0.43kg/cm2>0.3kg/cm2 满足要求 取C1=0.5mm，C2=2m

6、m，C3=0.5mm 则S=S0+C=8mm2.筒体 设S0=6mm L/D=0.86 S0/ D=2400/6=400查图表4-1及B=210 P=210×6/3400=0.37kg/cm2>0.3kg S0=6mm故可取C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm 则S=S0+C=9.2mm或10mm3.锥形封头因为： =35°所以 22.50°<<60°按第四章发酵罐设计的中封头可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为： （2 × 2428/2 ）×tg35°=1700mm取加强圈中心线间锥体长度为1

7、214mm设S0=6mmL/D=857/3400=0.36 D/S0=3400/6=566.7查图表4-1及B=320 P=BS0/D=320*6/3400=0.53>0.3kg/cm2故取S0=6mm C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm 所以 S=S0+C=6+3.2=9.2 取S=10mm综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定 标准椭圆型封头厚度为 10mm h0=50mm 圆筒壁厚 10mm 标准形封头壁厚 12mm h0=50mm五、锥形罐的强度校核5.1内压校核 液压试验 P试=125P设 由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险 设计压力 P=3

8、.74kg/cm2 液压实验 P试=1.25P=4.68kg/cm2查得A3钢=2400kg/cm3 试=P试Dg+（S-C）/2(S-C) =4.68*3400+(12-3.2)/2*(12-3.2)=890.9kg/cm20.9=0.9*0.9*2400=1944kg/cm2>试 可见符合强度要求，试压安全5.2外压实验 以内压代替外压 P=1.5*(0.3+1.2)=2.25kg/cm2 P试=1.25P=2.8kg/cm2<P内试 故可知试压安全5.3刚度校核 本例中允许 S=2*3400/1000=6.8mm 而设计时取壁厚为S=10mm，故符合刚度要求（公式：S最小=2

9、D内/1000）第二章 发酵罐热工设计计算一、计算依据 计采用A3刚作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，椎部一段，夹套工作压力为2.5kg/cm2冷媒为20%（V/V）酒精溶液，T进=-4，T出为-2，麦汁发酵温度维持12（主要发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，椎底部分为98mm）二、总发酵热计算Q=q*v=119*32=3808kg/hrq为每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量；v为发酵麦汁量1、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面积为A=hb-截面积=8*4.3-10.24=24.16cm2冷却剂流量为（三段冷却）3*24.16*10-4*1=

10、7.284*10-3m3/s查得20%（V/V）酒精溶液t平=-3下的=976kg/m3 C=1.04kcal/kg·冷却剂的冷却能力为： Q=7.248*103*976*1.041*2*3400=60082kcal/hr故可选取8号钢槽为冷却夹套。2、发酵罐冷却面积的计算考虑生产过程中，随着技术的改进，工艺曲线可能更改，按目前我国工艺曲线看，日降温量较大的为13到5，为了将来工艺更改留下余量，设计取13-5=8为设计的日降温量，取0.6/hr为设计的小时降温量，则由Q=KAtm求得冷却面积。2.1传热系数K的确定2.1.1醪液1的计算1=0.64*C*=0.64*185*=185.

11、3kcal/m2·h·2.1.2冷却夹套的2的计算 湿润周边=80+（80+4*8.0）+2*（43-1）de=（4*流体流动截面面积）/湿润周边 =276mm=27.6cmde=4*24.16/27.6=3.5cm=0.035m20%（V/V）酒精在定性温度t=（-4-2）/2=-3下 =5.05CP=5.05*103Pa·s =0.402kcal/hr·m·=0.468W/m· Cp=1.041kcal/kg·=4.358*103J/kg =976kg/m2 =1m/s Re=du/=9160=104 故可视为强制湍流流

12、动得n=0.4 2=0.023/d（Re）0.8（Cp/）0.4=1348.4kcal/hr·m· 因为计算时冷却盘管为直管的，先修正： 、=（1+1.77d/R） =1348.4*（1+12）*0.0474/1.829 =1410.3kcal/hr·m·1） 筒体部分传热系数K1/KA2=1/1A1+Rs1/A1+b/A2+1/2A3+Rs2/A3 代入数据可得：1/K=7.325*10-3所以：K=136.5kcal/m2·注：h为假设夹套高度（m）3、锥形罐筒体需冷却的热量 1）醪液放热 Q醪=Q1 + Q2 Q1 = 37000

13、5;0.055×146.6 = 2983.3kcal / hr Q2=37000×0.9519×0.6 = 21132kcal / hr 所以,Q 醪=Q1+Q2 = 24115kcal / hr 2）外界与罐体的传热量 a. 封头部分Q1 = KF(t外平+t0附-t内） 带入数据得KF=0L.2 Q1 = KF(t外平+t0附-t内） =2.02×（10%+1）×（32+8.5-5） 78.72kcal / hr b. 筒体部分： 带入数据： 1/KF=1/A1 + 1/1A2 +2/2A2+3/2A4+1/A5 得： KF = 15.67

14、kcal/K·°C Q2=KF(t外平+t0附-t内） =1.1×15.6（32+8.5-5） = 6119kcal/hr4、筒体冷却面积A初定 Q=KAtm A=24115/136.5×11.3=15.6m2 则醪液的冷却负荷为： 15.6/37000=0.422m2/T>0.3m3/T 故冷却面积能够满足要求。5、发酵罐冷却面积的确定1） 筒体部分 由前面叙述可知，筒体部分相同的冷却段，选用8#槽钢筒体冷却段面积为15.6m2，则槽钢长=15.6/0.08=195 取相邻两槽钢间距为40mm 一圈槽钢长：l0=(3.14×3.42)2

15、+0.1221/2 =10.74m330m长的槽钢可绕圈数195/10.74 20圈 则二段各绕10圈 冷却段高度为： 10×（80+40）-40=1760mm 筒体时机冷却面积为： (20*10.74)×0.08=17.2m2/T2） 锥底部分 锥体部分醪液量为10.27×1.0484=10.76 锥体部分冷却面积为 10.76×0.439=4.7m2 则槽钢长为4.7/0.08=58.7m 绕制高度为1000mm 第三章 发酵罐的技术特性和规范一、技术特性1、 本例按JB74180钢制焊接压力容器技术条件：及“SB5111”不锈钢耐酸性钢及碳钢、II

16、类设备进行制造试验。2、 设备制造完毕后，设备内壁所有内表面焊缝须打磨光滑平缓过渡，但须保证用材料同样厚度。3、 立板焊接时应与底轴垂直，两块立板之间得分布误差不大于0.104、 设备安装后轴线对基础的不垂直度在全场上不大于10mm，设备在现场就位安装。5、 设备组焊后，封头筒体锥形底的400轴线在总高度范围内的不垂直度<15mm6、 设备应进行下列实验：1） 液压实验 罐 内 3.5kgf/cm2 夹套内 3.5kgf/cm22） 气压实验 罐 内 3kg/cm2 夹套内 3kg/cm27、 设备内应涂白色7535底漆层及面漆2层8、 设备碳钢外露表面应涂Y351-1红丹油防锈漆2层9、 设备保温罐外喷聚氨厚度200mm二、发酵罐规范表40m3圆柱锥底发酵罐的规范表名称40m3圆柱锥底发酵罐罐体规格：直径（mm）3400柱体高度（mm）2946总高度（mm）6324总容积m342.6有效容积m332罐利用率75%材质A3钢钢板厚度：圆