酿酒设备课程设计abc.doc

齐 鲁 工 业 大 学课 程 设 计 任 务 书生物工程学院 酿酒工程11-1 学生：姜尚 学号：201106081034题目：年产10万千升12淡色啤酒生产露天锥底发酵罐的设计一、主要内容：1、物料的恒算，发酵罐总容积计算；2、求发酵罐个数；3、发酵罐设计（罐体尺寸、壁厚、冷却面积计算与设计、发酵罐附件的设计及选型）二、基本要求1、编写计算设计说明书（有前言、设计参数、物料恒算、发酵罐工艺设计计算，设计体会）2、用CAD绘出啤酒露天锥底发酵罐装配图。三、设计参数1DH：选用DH=14 2锥角：取锥角为703封头：选用标准椭圆形封头 4冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却5罐体所承受的最大内压：2.5/cm 外压：0.3/cm6锥形罐材质：A3钢材外加涂料，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 9年生产旺季天数170天计算 10.工艺确定原辅料比例为75：25。每天糖化投料次数为7。11.根据物料恒算每次糖化可得热麦汁66 m3. 每个锥形发酵罐装四锅麦汁。四、主要参考资料1顾国贤酿造酒工艺学中国轻工业出版社2012.062梁世中生物工程设备轻工业出版社2002.23朱有庭化工设备设计手册化学工业出版社2005.064吴思方发酵工厂工艺设计概论中国轻工业出版社20075李多民化工过程设备设计基础中国石化出版社2007。046邹宜侯机械制图清华大学出版社2012.08完成期限：2014年11月19日至2014年11月30日指导教师：王兰芝、王君高 教研室主任：目录1前言31.1设计目的31.2技术背景42基本工艺条件62.1生产规模62.2基本参数63发酵罐的设计计算和说明731发酵罐个数和结构尺寸的设计73.1.1发酵罐个数的确定73.1.2发酵罐尺寸的确定73.2冷却面积和冷却装置结构尺寸确定83.3发酵罐壁厚计算103.4发酵罐排入料管直径113.5发酵罐附件的设计选型114发酵罐的技术特性和规范124.1技术特性124.2发酵罐规范表（见发酵罐参数）134.3发酵罐总装图（见附图）135主要参考资料131前言1.1设计目的目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷，因此，很有必要将这方面的技术加以科学的总结和分析，以推动啤酒产品多样化在广度和深度的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。但是我国人均啤酒消费还没有达到世界水平。所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活需求，所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。1.2技术背景啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品啤酒。由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵方式也不同。根据酵母发酵类型不同可以把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。一般可以把发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。现代发酵主要有圆柱锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓度稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱锥形发酵罐发酵。传统发酵技术的生产工艺流程：充氧冷麦汁发酵前发酵后发酵储酒鲜啤酒。现代发酵技术主要包括大容量发酵罐发酵法（主要是露天圆柱锥形发酵罐发酵法）、高浓糖化后稀释发酵法、连续发酵法等。传统啤酒是在正方形的发酵槽或池中进行的，设备体积仅在5-30m3，啤酒生产规模小，生产周期长。20世纪50年代以后，由于世界经济的快速发展，啤酒生产规模大幅度提高，传统的发酵设备已满足不了生产的需要，大容量发酵设备受到重视。所谓大容量发酵罐的体积与传统发酵设备相比而言。大容量的发酵罐有圆柱锥形发酵罐、朝日罐、通用罐和圆形罐。圆柱锥形发酵罐是目前世界通用的发酵罐，该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧状，底部为圆锥形，具有相当的高度（高度大于直径），罐体设有冷却和保温装置，为全封闭发酵罐。圆柱锥形发酵罐既适用于下面发酵，也适于上面发酵，加工十分方便。我国自20世纪70年代中期，开始采用室外圆柱体锥形发酵罐发酵法，目前国内啤酒生产几乎全部采用此发酵法。这是因为锥形罐发酵法有它的特点:(1) 底部为锥形，便于生产过程中随时排放酵母，要求采用凝聚性酵母。(2) 罐本身具有冷却装置，便于发酵罐温度的控制，生产容易控制，发酵周期缩短，染菌机会少，啤酒质量稳定。(3) 罐体外设有保温装置，可将罐体置于室外，减少建筑投资，节约占地面积，便于扩建。(4) 采用密闭罐，便于二氧化碳的回收，发酵也可以在一定压力下进行。既可做发酵罐，也可做储酒罐，将发酵和储酒合二为一，称为一罐发酵法。(5) 罐内发酵液由于液体高度而产生二氧化碳梯度。通过冷却控制，可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。由于强烈对流的存在，酵母发酵能力提高，发酵速度加快，发酵周期缩短。(6) 发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。(7) 锥形罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵。(8) 可采用CIP自动清洗装置，清洗方便。(9) 设备容量可根据生产需要灵活调整，容量可从20-600m3不等，最高可达1500m3。2基本工艺条件2.1生产规模不同厂的生产规模不同，常见的生产规模有100万吨，10万吨，5万吨等，本设计方案的生产规模为10万吨。2.2基本参数1DH：选用DH=14 2锥角：取锥角为703封头：选用标准椭圆形封头 4冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却5罐体所承受的最大内压：2.5/cm 外压：0.3/cm6锥形罐材质：A3钢材外加涂料，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 9年生产旺季天数170天计算 10.工艺确定原辅料比例为75：25。每天糖化投料次数为7。11.根据物料恒算每次糖化可得热麦汁66 m3. 每个锥形发酵罐装四锅麦汁。3发酵罐的设计计算和说明31发酵罐个数和结构尺寸的设计3.1.1发酵罐个数的确定圆柱锥形发酵罐的发酵周期为7天，则对发酵罐个数的最低要求：N=nt+1=2*7+1=15其中：n每天装罐数 t发酵周期/天 1备用罐个数3.1.2发酵罐尺寸的确定设计参数要求四锅麦汁装满一个发酵罐，每锅热麦汁量为66m3。而热麦汁的体积是10摄氏度（接种温度）冷麦汁体积的1.05倍左右。则每个发酵罐装麦汁总量V66/1.054251.43m3锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%，则发酵罐体积至少应为V(125%)314.28m3取发酵罐体积V全为314.28m3。锥形发酵罐为锥底圆柱形器身，顶上为椭圆形封头。采用标准椭圆封头a=D/4。设HD41，取锥角为70，则锥高h0.714D V全D2H/4D2h/12D3/24 得 D4.469m H4D17.876 m h3.191m圆整至D=4.5m H=4D=18.0m h=3.214m 查表知封头高h封1125mm 罐体总高H总= h封Hh22739mm 罐的实际容积V=315.08m3 罐利用率&=79.7%3.2冷却面积和冷却装置结构尺寸确定因双乙酰还原后的降温耗冷量最大，故冷却面积应按其计算。已知Q862913 kJ/h 发酵液温度14 3 冷却介质（稀酒精）-3 2t1t1t214212t2t2t13（-3）6平均温差tm(t1t2)/(t1/t2)(126)/ (12/6)8.66 其传热系数K取经验值为4.18200 kJ/(m2h) 则冷却面积FQ1/Ktm862913/（4.182008.66） 119.2 m2 工艺要求冷却面积为0.450.72 m2/ m3发酵液 实际设计为119.2/237.40.50 m2/ m3发酵液故符合工艺要求选取1094.5半圆形无缝钢管作为冷却管，d内100mm,d平均105mm每米管长冷却面积F010510-310.105 m2按发酵液体积分配发酵面积，锥形部分发酵面积S锥=119.2*3.14*D3/24/251.43=6.44m2圆柱部分面积S柱=119.2-6.44=112.76m2取蛇管圈之间的间距hp0.12m，蛇管圈直径Dp5.10.018+0.105/25.17 m 每圈蛇管长度 l(Dp)2hp21/2(3.145.17)20.1221/216.4 m冷却管绕制圈数和位置，锥形部分冷却管圈数X=6.44/0.105/16.4=4圈，绕制长度x=4*0.12=0.48m圆柱部分 Y=112.76/0.105/16.4=66圈，每段33圈,每段绕制长度y=33*0.12=3.96m冷却夹套的位置：柱体上段夹套的顶部一般设置在酒液液面以下15cm，下段夹套的顶部则设在50%酒液总容以下15cm，锥角夹套尽量靠近锥底，向上排列。上段夹套位置（距柱体顶端）H1=（251.43-17.03）/3.14/2.25*2.25-0.15=14.60m下端夹套位置（距柱体中点）H2=9.0-(0.5*251.43-17.03)/3.14/2.25*2.25+0.15=0.94m3.3发酵罐壁厚计算SPD/（2P）+C（cm）式中 P设计压力,现取P0.2 MPa D发酵罐内径，D510 cm 不锈耐酸钢（1Cr18Ni9Ti）的许用应力，137 MPa 焊缝系数，其范围在0.51之间，现取0.7 C壁厚附加量（cm）CC1C2C3 C1钢板负偏差， C10.5 mm C2为腐蚀裕量， C20 mm C3加工减薄量，对冷加工C30，热加工封头C310%S0 ；现取C30 则C0.5000.5mm0.05cm S0.2510/（21370.70.2）0.05 0.58 cm 查钢材手册圆整为S6 mm 封头壁厚计算： 标准椭圆封头的厚度计算公式如下： SPD/（2P）+C（cm） 式中P0.2 MPa D510 cm 137 MPa 0.7 C0.0500.10.15 cm则S0.2510/（21370.70.2）0.15 0.68 cm 查钢材手册圆整为S8 mm因锥形发酵罐置于露天（锥部置于室内），为了进行良好的保温，以降低生产中的耗冷量，故在罐外壁加20cm厚的聚酰氨树脂作为保温层，在保温层外用瓦楞型板材设一外防护层。3.4发酵罐排入料管直径 每罐发酵液量为58.404233.6 m3,设4h之内排空， 则物料体积流量Q233.6/360040.0162 m3/s 取发酵液流速为v1 m/s 则排料管截面积FQ/v0.0162/10.0162 m2 管径dF/(/4) 1/2 0.0162/(/4) 1/20.144 m 选取无缝管1594.5,d内150 mm, d内d,故可满足要求。 管道截面积F(/4) 0.1520.0177 m2 则相应流速比PQ/ FV0.0162/（0.01771）0.92倍 排料时间t40.923.68 h3.5发酵罐附件的设计选型1.入孔1)、选用入孔BIIPg6Dg4508H1=220JB-64-28材料A3钢2)、补强圈尺寸确定如下 D内=484mm D外=760mm 补强圈的厚度S补 按下式计算，考虑罐体与入孔节均有一定的壁厚裕量，故 补强圈取8mm S补=(dS0)/(D2-D1)=(450.52)/(76-484)=0.85cm2.接管1)CO2回收接管YB804-70 Dg40无缝钢管 重3.6kg/m法兰 Pg6Dg40HG501058 重1.219kg2)冷却剂进口接管YB804-70 Dg50无缝钢管 重4.65kg/m法兰 Pg6Dg50HG501058 重1.348kg4发酵罐的技术特性和规范4.1技术特性本例按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类设备进行制造试验。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。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0.10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。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15mm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