第四章_设备计算.doc

东北电力大学生物工程课程设计 第四章 设备计算第4章 设备计算设本厂年生产日320天 日投料量： kg 其中麦芽量：113265*0.6=67959 kg 大米量：113265*0.4=45306 kg设日糖化批次：8次/天每批次糖化投料量：113265/8=14158.13 kg每批次糖化投麦芽量：67959/8=8494.86 kg每批次糖化投玉米量：45306/8=5663.25 kg圆整投料量：麦芽：8500kg 玉米：5670kg4.1 贮箱计算1、麦芽贮箱成品麦芽容重500kg/m3V1=67959500=135.92 m3设成品麦芽贮箱容积系数=0.8成品麦芽贮箱总容量：V=169.90m3一般采用方形锥底，结构内衬白铁皮，定箱尺寸A=6.5ma=0.4mB=6mb=0.3mH=4mh=2mV总=A*B*H+（2A*B+A*b+B*a+2ab）=191.35m32、大米贮箱成品大米容量 500kg/m3V1=45306500=90.61m3设成品大米粉贮箱容积系数=0.8成品大米贮箱总容量：V=113.27m3一般采用方形锥底，结构内衬白铁皮，定箱尺寸A=7ma=0.4mB=6mb=0.3mH=2mh=0.2mV总=A*B*H+（2A*B+A*b+B*a+2ab）=155.56m3 3大米粉贮箱 =0.7 大米粉比容1.73m3 /吨 大米粉贮箱总容量：V=1.73*6.94/0.7=17.15 m3一般采用方形锥底，结构内衬白铁皮，定箱尺寸A=3.5ma=0.2mB=2.5mb=0.1mH=1.5mh=2mV总=A*B*H+（2A*B+A*b+B*a+2ab）=19.26 m3 4麦芽粉贮箱 =0.7 麦芽粉比容2.56m3 /吨 大米粉贮箱总容量：V=2.56*16.18/0.7=59.17m3一般采用方形锥底，结构内衬白铁皮，定箱尺寸A=5m a=0.3mB=4.5mb=0.2mH=2.5mh=2mV总=A*B*H+（2A*B+A*b+B*a+2ab）=72.05 m34.2 碎机生产能力的计算1、麦芽粉碎机每天处理麦芽重67959kg，每天工作7h则：粉碎机生产能力为=9708.43kg/h10吨选用六辊型麦芽粉碎机，生产能力为5吨/小时，棍子规格1501000mm配电机Y160L-611 2千瓦； 970转/分；2台2、大米粉碎机每天处理大米重33131.88kg，每天工作7h则：粉碎机生产能力为=6472.28kg/h4.3 糖化 （采用四器组合）1、糊化锅投料量5670kg(大米)糊化锅加水量：471.55*=199.89kg加水比m1=5.00糊化锅投料量为：G1=( m1+1)*G01=5+1)*5670=34020kg糊化时煮沸20min，每小时蒸发水含量为5%蒸发量=5%*34020*=567kg则：糊化时加水量为：5*5670+567=28917（kg） 为保持糊化锅中水分和温度校核m1=5.1实际糊化锅投料量为：（5.1+1）*567=34587kg干物质重量百分比：=14.5%查干物质比重换算表 r=1.11/m3糊化锅有效容积V1有效=30.65m3设：糊化锅容积系=0.65则：糊化锅总容积V=47.15m3各部分尺寸，采用圆柱底式锅 V总=V体+V底=D2H+（R3）设：H：D=1：2D=4.16圆整D=4.20m校核：V总=D3=*3.14*（4.2）3=47.09m3=63.7%升气筒直径，按工业发酵设备d1D=根据糖化间平面布置，为确保蒸汽畅通上升，故取d=所以，D1=*D=*3.80=0.76m 圆整D1=0.8m校核：（）2=（）2=0.0333=加热面积A=a*V取不锈钢材质a=0.61.2，取a=1.2则：A=1.2*30.65*63.7%=24.65m3而锅底球面积A=2R2=2*3.14*2.08=27.17m2即采用锅底（半球体）为加热面积即可满足要求锅重，取锅皮厚8mm，查表r不锈钢=7900kg/m3W=附属设备：电机一台 搅拌器：n1=30rPm糖化锅投麦芽量8500kg/h糖化加水比m2=4.53糖化投料量G2=（1+m2）Go2=(1+4.53)*8500=47005kg糖化Ta糊化锅投料量为：34587kg蒸发水分：567kg实际糊化醪量：34587-567=34020kgb糊化锅干物质14.5%淀粉干物质比热C=0.37k cal/kg则：糊化醪比热 C1=0.37*14.5%+(1-14.5%)*1=0.9087 k cal/kgc麦芽醪干物质重量干物质重%=11.18%麦芽醪比热C2=0.37*17.5%+（1-17.5%）*1=0.9296 k cal/kg醪液浓度控制在18左右，基本不影响酶的作用，糖化锅内加入麦芽；50保温时，只有pr分解，干物质百分对糖化的影响不大。d糖化醪干物质重量百分比%=18.48%e糖化醪比热C=0.37*18.48%+1*（1-18.48%）=0.88357 k cal/kgf糖化温度 pr休止温度50t=70.69 所以m1,m2合理。 糖化锅尺寸a糖化醪量为81025，糖化醪干物质重量百分比11.18%，r=1.025/m3糖化锅有效容积V有效=79.05m3取糖化锅容积系数 =0.7V总=112.93m3b各部分尺寸：采用圆柱底式锅 H：D=1：2V总=V体+V底=D2H+（R3）=D3D=1.15*=1.15*=5.56m圆整D=5.60 H=2.80校核：V总= V总=D3=*3.14*（5.10）3=114.88m3=68.81% 即：在所要求的范围内。c升气筒直径：同糖化锅，糖化锅蒸汽量不大，取=1/50所以，d=D=2.2*=0.792m圆整d=0.8md加热面积：糖化锅采用不锈钢，球底为钢质，中有加热夹套（备用）A=a*Va取0.8则：A=0.8*79.05*68.81%=43.52m3e锅重计算：锅厚取8mmr钢=7900kg/m3,r铜=8900kg/m3,则：W=f附属设备：电机J02-62-8F 一台：I=25 ，N2=30rPm过滤槽 所需容积计算: 按物料衡算，每次糖化总量81025kg,糖化醪干物质重量分数11.18%。查干物质比重换算得r=1.075/m3V有效=79.05 m3生产需要1.2的容积系数 V总=1.2*V有效=94.86m3过滤面积：采用圆柱平底F*h=G*yG：每批糖化时，投麦芽量8500kgy：每吨麦芽形成糟量1.82.0m3/T 取1.8m3/Th：糟层厚度 0.30.45m 取0.4F=38.25m2 过滤槽的直径高度：D=6.98m圆整D=7.00mH=2.07H容积高度，一般0.30.4m，取0.3所，H总=H+H=2.07+0.3=2.37m校核：F=D2=(7)2=38.465m3V总=D2H=*（7）2*2.37=91.16m3=86.72%升气筒直径d取d=*D所以，d=*D=*7=0.99m圆整d=1m出料管，做底出料分布，根据啤酒工业手册P435，1个管/1.251.5m2取1个管/1.25m2 有出料管n=d=25.5圆整n=26个管导出管直径2540mm，取=40mm过滤槽内耕槽装置转速a耕槽时，为避免麦槽扬起，一般转速为0.250.4r/min，圆周转速0.040.07m/sb槽时转速，根据实际约45r/min，圆周转速0.40.7m/s太快：达不到出槽目的太慢：出槽时间太长过滤槽与筛板间距，至少应大于槽底管中直径的1/4查手册（下）P438表82.3间距为：d+58，取*40+7=17mm洗糟用水量：由物料衡算W=365.57*14158.13/100=51757.88kg/次附属设备：电机J03/60S-4T2 一台：转速120转/分蒸煮锅 锅容积确定，以每批次麦汁为准V成品=24*10000*1000（320*8*1016）=92.27m3啤酒生产总损失为：7.5%V2=99.76 m3蒸发水分百分率：a=e*t=1.5*10%=15%(蒸煮1.5h)蒸煮前麦汁体积：V1= =101.28m3设蒸煮锅容积分数=0.6锅容积V=168.80m3采用内加热式煮沸锅，忽略加热器中麦汁量H：D=1：2D=1.15*=1.15=6.36圆整D=6.40mm H=D=3.20mm 升气筒直径：与糊化锅相同，蒸汽量大，取（）2=所以，d=D=*6.40=1.17m 煮沸锅加热面积的计算煮沸前麦汁浓度Bx1= Bx2=10.7=10.64B由酿造酒工艺学FV=1.31.41 取1.351F=1.35*101.28=136.73采用内加热式煮沸锅设加热管直径100mm，长1.5m,加热器直径1.5m,加热面积136.73m2,加热管数n*0.12*1.5n+*1.5*1.5+2*1.52-n*0.12/4=113.4m2得n=2009个 所以：n=2009个 成三角形排列洗涤器用50*5mm不锈钢管一圈，设在柱体与球缺盖的交接处，管子具锅壁100毫米，其上对着锅比壁，开有小孔，当洗锅时把泵加压的水管（橡胶）接在该管管口，利用压力使水从小孔喷出，刷洗锅壁。锅重 取壁厚=8毫米 r=7900kg/m3W=*D*H*r*+*D*R*r*4.4 旋涡沉淀槽麦制制备完成后，得到适宜浓度的麦汁，将麦汁中热凝固蛋白质分离，同时在冷却时使麦汁吸收，溶解一部分氧气，以利发酵。槽底可用平底（斜度2%）或锥型底麦汁泵入槽内时间10-20分，切线速度为10-25m/s，喷嘴直径为40-80mm，加工成收缩喷嘴，安装在槽底1/3液面下，为使麦汁中沉淀物质析出，热麦汁在槽内静止20-40分，而去往冷却器，沉淀物用水洗涤至下水道。为保证槽内麦汁旋转速度的要求，热麦汁输送管内液体压力不小于6/2，同时为测定麦汁输送管内的液体压力，可安装液体压力计，旋涡沉淀槽技术条件要求1、槽体高度：直径=1：1.14 液面高：槽直径=1：1.762、麦汁进口速度：15m/s3、进料时间20min4、麦汁停留时间20min5、麦汁深度一般3m（2.44m）6、麦汁进口位置：约在麦汁高度的1/31/2处（即0.81m）7、麦汁在槽内回转速度10r/min左右8、麦汁出口位置：上部出口位置在麦汁高度的2/3处，主要出口在麦汁高度的1/10处，并有阀门控制底部出口，第一位置 1.63m，第二位置 0.24 米。9、槽壁：要求光滑，否则易产生旋涡，干扰自由流动。 旋涡沉淀槽顶部为封头，中部为圆柱体，底采用2%斜底，有两个进料管（同一水平线上，相差1800）,出口管在槽体2个。槽底1个。 一、工艺计算1、有效容积：按每次处理一锅麦汁定V有=99.76m3 ,取空余系数1.2设麦汁进口切线速度为16m/s 1-(rg/R)2=V液/R2 (1)由W=VR/rR ， Vp=WR 得：VR=Vp*rR/R (2) rR=0.512 (3)将（2），（3）代入（1）得：(Vp*0.5*R /R)2*1-(rR/R)2=V液/R23Vp2/32g=V液/R2 R= R=/Vp=/15=3.84m圆整取 3.80m D=2*R=2*3.8=7.60m2、液柱高h=V液/R2=2.20m入口处高度h1=1/3h=1/3*2.20=0.73m3、旋涡时液体边缘最高处H=h+1/2h=1.5h=3.3m选此数为主体高度D:H=7.6：3.3=2.30：14、总容积取=0.7V总=V有/=99.76/0.7=142.51m35、升气管直径，蒸汽量不大，选D则：d=*7.60=1.07m 圆整取d=1.1m6、进口管径确定V=520m/s 取V=15m/s进料时间取20min(4/)d2Vt=V液 d=0.084m 取d=85mm进料管个数2个实际外径d=90mm核算流速u=14.66m/s7、出口位置确定第一位置 h1=2/3h=(2/3)*2.20=1.47m第二位置 h2=1/10h=1/10*2.20=0.22m8、出口管径确定：设液体流出速度2m/s,在1h内冷却完/4d2ut=v d=0.133m 取d=130mm核算流体流速 u=V/4*d2t=4*99.76/3.14*0.1332*3600=2.09 m/s体积流量Q=2.00*3.14/4*0.1332=0.0283/s=99.76m3/h9、凝固物与清水管径d取150mm10、升气管沿有调节气流装置 =600mm11、冷凝水排出管管径取 =25mm 由上部液槽引出12、人孔选用，常压不锈钢制人孔J04-0045 ， DY500 选两个13、选两个液面计L=1200 HG5-226-65-1614、洗槽管管径 d取60mm15、取样口，用来检查沉淀情况PG6 G3/416、底座用混凝土制成用20#工字钢将槽体架在混凝土底座上17、保证入槽麦汁切线速度的最大压头 H0=up2/2g=14.662/2*9.81=10.95m18、泵出口全压 设h核=25mV流量=/4d2u=3.14/4*0.052*14.66=0.0288 m3/s=103.57m3/h选F100-57 型泵两个Q150 m3/h；H扬程42.5；转速2910转/分；轴功率24.23KW；配用电机功率40KW；泵效率=62%，允许吸上真空度4m。4.5 薄板冷却器1、温度的确定：冷却时间1h（1）由物料平衡计算可知：100kg混合原料得：708.60L 热麦汁 每批麦汁量为：708.60*3280/100=100375kg 每小时冷却麦汁量为100375kg/h 取3台薄板冷却器，2台正常工作，备用1台 每台每小时工作量为100375/2=50187.5kg/h台（2）麦汁比热 c=0.37*11%+1*（1-13%）=0.9107kcal/kg（1） 冷水段：冷水段换热量 设麦汁冷却至7 ，中间温度 30 ， 采用18深井水，3冷水冷却的麦汁 Q1=50187.5*0.911*(90-30)=2742345.38kcal/h Q2=50187.5*0.911*(30-7)=1051232.39kcal/h(4) 冷水段 冰水段终温 冷水用量是麦汁的3倍（经验数据）t2=t1+Q1/G1C1*3=18+2742345.38/50187.5*3*0.999)=36.23t2=t1+Q2/G2C2*3=3+1051232.39/50187.5*1.002*3)=9.97(5) 冷水 ，冰水平均温度冷水：tm1=33.39冰水：tm2=10.872、传热系数K(冷水段)流通系数m的确定m=G/fu 经验取薄板冷却的流速u=0.3m/sm每程并联流通数 G流体流量（/h）流体密度（/m3）取麦汁1000f每一流道横截面积 0.285*0.003m2 w流体平均流速（m/s）根据经验取0.20.9m/s,取0.3m/sm=54.3554个校正麦汁流速u=0.302m/s冷水麦汁，计算麦汁平均温度为60查发酵生产设备 =1040/m3,u=0.99Cp,C=0.9364kcal/,=0.5184kcal/khRe=2hu/=2*0.003*0.302*1040/0.99*10-3=1903.52Pr=1000C/=1000*0.9364*0.99*10-3*40187/0.5184*1.163=6.44w/mk1=0.1*/de(Re)0.7(Pr)0.43(Pr/Prc)0.25=0.1*(1903.52)0.7*(6.44)0.43*0.95=4200.76水面2的计算，平均温度为27.21查得:=997.00/m3=0.9101CP=0.522kcal/w.h. C=4.177KJ/u水=3u=3*0.302=0.906m/sRe=2hu/=2*0.003*0.906*997.00/0.9101*10-3=5955.05Pr=1000C/=1000*0.998*4.187*0.9101*997/0.522*1.163=6.262=0.1*0.522*1.163*(5955.05)0.7*(6.26)0.43*1.05/2*0.003=9773.40K值计算K1=2488.87w/m2k冷水段F1,Z1,i1 换热面积F1=Q1/K1tm1=38.38m2 板片数Z1= F1/f设每片薄板有效换热面积f=0.21m2 则板片数Z1=38.38/0.21=182.76183片 麦芽计程数i1= (Z11)/2m=(183-1)/2*54=1.692程3、冰水段传热系数K冰水段麦汁平均温度为18.5，1的计算查得：=1048.8/m3 C=0.916kcal/ =2012Cp =0.5kcal/m2hkRe=2*0.003*0.302*1048.8/2.12*10-3=944.55Pr=1000*0.916*4.187*2.12*10-3/0.5*1.163=13.981=0.1*(944.55)0.7*(13.98)0.43*0.95=3462.16冰水段2的计算 冰水段平时温度为6.52查得：=999.8/m3C=1.003KJ/=150.22*10-5kgf/m2 =56.635*10-2w/mq则： Re=2*0.003*0.906*999.8/150.22*10-5=3617.97 Pr=1000*1.003*4.187*1.5*10-3/（0.487*1.163）=11.122=0.1*(3617.97)0.7*(11.12)0.43*1.05=8647.63 K2的计算 K2=2146.41冰水段F2,Z2,i2F2=Q2/K2tm2=52.40m2Z2=F2/f=52.4/0.21=249.5250片i2=(250-1)/2*54=2.312程 共用薄板Z=Z1+Z2=183+250=433片冷却面积F=F1+F2=38.38+52.40=90.78m2 故选用BR3-82-38板式换热器三台冷水耗量G1=Q1/C1(t2-t1)= 2742345.38/0.997*(36.23-18)=150883.00/h台=150.88 T/台h冰水耗量G2=Q2/C2(t2-t2)= 1051232.39/1.002*(9.97-3)=150521.39/h台150.52T/台h4.6 水箱 1、 洗糟水箱：水温度为80，贮水量按可供二次糖化之用取105吨 5000*7000*3000毫米3 设在糖化间三楼取深水井，用泵打入洗糟水箱中，升高度为18米左右 选型：选用离心式潜水泵 3BA-6A 总扬程50米，转数2900r/min 配用电机功率15KW2、糖化水箱：水温度为50，取四次糖化用水270吨 尺寸：9000*6000*5000毫米3水箱取40米 选型：选用离心式潜水泵 3BA-6A 总扬程44.5米，转数2900r/min 配用电机功率18.5KW3、冷水箱：取155 m3 ；7*5*5m。4.7 糖化用泵的选择:1、 倒醪泵：考虑到倒醪高度10m左右，并限制在一定时间内完成(10min)，以糊化醪量计算：=193.95m3/h选F型耐腐蚀离心泵F80-15 Q=69.84 m3/h H=11.6 m配用电机：J02-42-4 N=5.5KW 转速2960转/分2麦汁泵： 煮沸后麦汁量为99.32m3/批，要求20min内打入旋涡沉淀槽 故泵流量为=99.32*3m3/h=297.96m3/h 旋涡沉淀槽设在一楼，则选F型耐腐蚀离心泵F100-25 Q=300m3/h H=1.75 m配电机：功率N=17KW 转速2960转/分4.8 发酵设备计算： 采用露天锥形发酵罐1. 机构尺寸：一批次冷麦汁体积是701.51=99.32m3醪液入一个发酵罐 发酵液容积：V1=8*99.32=794.57 m3 设有效容积系数=0.85 V总=V1/=794.57/0.85=934.78 m3 用比拟法，a=H/D,b=h/D,c=h2/D,设=60 H：D=（61）：1，取H：D=4：1 初步估算D=6.50mh2=D/2*ctg(60/2)= =5.63mV=V锥+V柱=*(6.5)2*H+*(6.5)2*5.63所以，=26.31m/D=26.31/6.5=4.05,在（46）：1的范围内锥罐高H=h2+ =31.94m发酵罐个数，鲜啤酒占年产量的10%季节 占全年产量百分率产品 合计（吨） 熟啤酒（吨）34天鲜啤酒（吨）12天春季夏季秋季冬季20%30%30%20%43200吨64800吨64800吨43200吨4800吨7200吨7200吨4800吨48000吨72000吨72000吨48000吨=1/90(64800*24+7200*12)=18240N=/ V1=18240/794.57=23个把锥形罐排成3排，每排8个罐，共设24个罐。3、锥形发酵罐耗汽量计算：设发酵过程降糖速率相等(1) 主酵阶段：温度由710，糖度11Bx7Bx,时间6天定性温度：8.5C，定性糖度；8.0 Bx升温所需要热量Q=Gc(t1-t2) G罐内液体量794.57m3 c=0.37*8.5%+1*(1-8.5%)=0.9465kal/kg.1=794.57*103*1.0400*0.9465（10-7）=2.35*106 kal/kg.发酵产生的热量：反应式： C12H22O11+H2O4C2H5OH+4CO2+Q/由发酵工艺第四章第一节可知，每克分子麦芽糖发酵时，将释放出-48.8-72kal的自由能，自由能将转化成热量，使麦汁升温，现取平均放热量58kal/g分子，每公斤麦芽糖发酵放出热量q为：q =(58/342)*1000=169.6kal/kgQ2发酵=G(Bx1-Bx2)q=794.57*1000*1.04*（11%-7%）*169.6=4.20*106kal/kg.发酵时间为5天：则每小时放热量为q/=Q2/tq/=4.20*106/（24*5）=3.5*104 kal/kg.升温所需时间为t/= Q/ / q/=2.35*106/3.5*104=67.14 h故发酵阶段所需冷凝剂带出的热量Q1=4.20*106-2.35*106/（24*6-67.14）=34998.11 kal/ h(2) 高温还原双乙酰阶段：温度由1012C，定性温度11C，糖度由7Bx5 Bx ，定性糖度6 Bx ，c=0.37*6%+(1-6%)*1=0.9622kcal/kg C, 升温所需热量Q2/=Gc(t2-t1)=794.57*103*1.04*(12-10)*0.9622=1.59*106 kcal 发酵放热Q2/=G(Bx1-Bx2)q=2.80*106kcal 设从发酵结束到双乙酰还原完毕所需时间为5天，则每小时放出的热量q/=2.80*106/（24*5）=22358.24kcal所需时间为t2=1.59*106/22358.24=71.11 h则第二阶段高温还原双乙酰所需冷凝剂带出的热量为：Q=(3) 降温阶段：温度由12 -1，糖度由5.0 4.4 Bx定性温度：6.5定性糖度：4.7Bx比热c=0.37*4.7%+1*(1-4.7%)=0.9704kcal/kgC则降温放出热量：794.57*1.400*0.9704*（12+1）*1000=1.04*10 7 kcal发酵放出的热量：794570*1.0400*（5.0%-4.4%）*169.6=8.41*105kcal设降温所需时间为2天，则降温阶段所需冷凝剂带出的热量为：=234185.35 kcal4、冷凝剂带出总热量Q计算： 通过计算可知，第三阶段冷凝剂带出的热量最多，故以下各部分以第三段为依据 Q=Q3+Q辐+Q传(1) Q辐的计算：查化工手册上卷1070 c0辐射系数4.96kcal/m2 0黑度 0=0.94 T1大气温度，以夏季为准28 F罐表面积367.061m2 t1罐温度，-1则Q辐=4.96*0.94*769.22*(28+273)/1004-(-1+273)/1004=98085.08kcal/h(2)Q传热 Q传=F*k1*(T外T内)k1-罐壁（包括保温层）的传热系数，取0.3kcal/m2.h. T外-外壁温度，28T内-内壁温度，-1Q传=769.22*0.3*(28+1) =6927.111kcal/h则Q总=Q3+Q辐+Q传=234185.35+98085.08+6927.11=339197.54kcal/h5、传热系数K的确定：锥罐罐体厚度取7mm(1)1确定：冷凝剂总量的计算：1为冷凝剂在夹层的传热膜系数（kcal