啤酒工艺学毕业设计第三部分

四川理工学院毕业设计第3章 糖化车间主要设备选型及计算3.1 粉碎机选用在本设计中，选用江苏正昌集团有限公司生产的SSLG二辊式粉碎机。其技术条件如下： 型号： SSLGS1580 产量（t/h）： 3.5 功率（kW）： 4.5 重量（kg）： 4503.2 设备选型与计算3.2.1 麦芽暂贮箱1、由前面的物料衡算可知： 每次投料量：G=4751.78 kg 麦芽容重为：kg/m 有效容积系数： 所需容积： = =11.88m2、结构见下图本设计采用方形锥底，木结构内衬白铁皮，则箱体的尺寸定位： A=2.80m a=0.45m B=2.30m b=0.30m H=1.50m h=1.50m则总容积： =2.802.301.5+ =13.42 （m）富裕量为：13%，能满足产量要求。下图（31）为麦芽暂贮箱的示意图： AhH abbbbB A3.2.2 麦芽粉暂贮箱1、所需容积计算已知单次投料量为：4751.78kg麦芽粉的比容：C=2.560m/t有效容积的系数取为：，则所需容积为： = =17.38 （m）2、结构采用方形锥底，木结构，内衬白铁皮，则定箱尺寸为： A=3.50m a=0.50m B=2.00m b=0.30m H=2.00m h=2.0m则其总容积为： =3.502.002.00+ （23.502.00+3.500.30+0.502.00+20.500.30） =19.12 （m） 富裕量为：100%=10%，能满足产量要求。下图（32）为麦芽暂贮箱的示意图： ABabhH 3.2.3 大米暂贮箱1、所需容量计算每次投料量为：G=2036.48kg大米容重为：kg/m有效容积系数： 所需容积： = =3.19 （m）2、采用方形锥底，木结构，内衬白铁皮。定箱尺寸为： A=1.50m a=0.25m B=1.30m b=0.25m H=1.50m h=1.30m =1.501.301.50+ （21.501.30+0.251.30+0.251.30+20.250.25） =4.028 （m）富裕量为：100%=26%，能满足生产要求。3.2.4 大米粉暂贮箱1、所需容量计算每次投料量计算：G=2036.48kg大米粉比重为：G=1.73 m/t有效容积系数为： 所需容积： = =5.03 （m）2、采用方形锥底，木结构，内衬白铁皮。其结构尺寸为： A=1.50m a=0.30m B=1.50m b=0.30m H=1.50m h=1.50m =1.501.501.50+ （21.501.50+1.500.30+0.301.50+20.300.30） =5.175 （m）富裕量为：100%=2.8%，能满足生产要求。3.2.5 糖化锅的设计由于糖化锅是圆柱形器身略向中央倾斜的平底容器，其容积计算可以按圆柱体近似计算。1、理论容积的计算糖化锅所需的容积，按每100kg的麦芽粉投料量为计算的单位，则糖化锅的容器约为700800L，本设计中糖化锅中投入麦芽粉量为4751.78kg，则糖化锅所需的容量为： =4751.78800100 =38.02 （m）又因为：，而=2：1；所以：解得：D=4.60m，2、有效容积的计算按国内生产的设计情况，有效容积取人孔边以下0.5m处来计算,则： =0.785（2.30-0.50） =29.90 （m） ，符合要求。3.2.6 过滤槽过滤槽用于过滤糖化后的醪液，使麦汁与麦醪分开而得到清亮的麦芽汁。以每100kg 麦芽所需的过滤体积为0.70.8 m计算基准进行计算，麦芽投料量为4751.78kg，则过滤的体积为： 4751.780.8100=38.02 （m）而1 槽底面积所能容纳的麦芽量约为125250kg，在本设计中取200kg/来计算： 式中：G每次糖化所用的麦芽量 S所需槽底面积则： =23.76 （）而：23.76,解得D=5.50 （m） ，即23.76h=38.02,解得h=1.60 （m）又因为过滤槽底部要安装滤板，设其高度为=0.3m，则过滤槽的高度为： =1.60.+0.30=1.90 （m）所以过滤槽的尺寸为： D=5.50 m, H=1.90m3.2.7 麦汁煮沸锅1、作用麦汁煮沸锅用于麦汁煮沸和浓缩，蒸发掉多余的水分，使麦汁达到一定的浓度，并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物质进入麦汁中。2、计算如果以100kg麦芽量作为计算单位，则麦汁煮沸锅容量约为800900L，再加上2530%作为麦汁运动的空间。（1）理论体积的计算现在以100kg麦芽作为计算单位，设麦汁煮沸锅所需容积为900L，而每次投入的麦芽量为4751.78kg，则所需，爱知煮沸锅的体积为： =4751.78900100 =42.77 （m）取空余系数为1.30，则： =1.3042.77=55.60 （m）（2）全容积的计算煮沸锅的形状和糊化锅相似，则采用圆筒体器身，椭圆形的底，其容积计算为：原著部分的体积： 椭圆形底的体积： 式中：， 圆柱部分的体积 椭圆形底的体积 圆柱部分的高度 椭圆形底的高度 a椭圆形长边而 ，代入数据解得： =0.7852.5+3.142.5 =57.25 （m）其结构如下图所示：ah1D ah2 （3）有效容积取锅身入孔0.5 m以下计算,则： =47.43 （m）富裕量为： 100%=10.9% 则符合要求。3.2.8 麦芽暂贮罐100kg麦芽产生800900L麦汁，这里取900L，而一次糖化投入麦芽量为4751.78kg，则生产麦汁的量为： =9004751.78100 =42766.02 （L） =42.77 （m）麦汁暂贮槽的体积为： （m） 则： =22.51解得： D=2.31（m） H=2D=2.312=4.62（ m）设计为椭圆形封头，则封头：a=1.165m ,b=0.583mHb啊a D3.2.9 回旋沉淀槽1、由物料衡算表可知，糖化一次煮沸后所得到的麦汁量为50185.66L=50.87m，设液面高度与槽底直径比为： h：d=1：2由得： =50.87解得：D=5.06m，H=2.53m3.2.10 麦汁冷却器 把经过回旋沉淀后的冷麦汁冷却到发酵温度，一般都采用薄板冷却器。在本设计中采用一段式冷却，用薄板冷却器把麦汁从96冷却到8，冰水初温2，最终温度为78.1、求麦汁放出的热量Q =50185.613.93（96-8） =.47 （kJ）设麦汁冷却时间为1h，则麦汁放出的热量为： .471=.47 （kJ/h）2、计算所需的冷却面积 对数平均温度 K传热系数，取为11000kJ/.h. = ()则： = （）设薄板每片的换热面积为1，则所需的薄板数为： N=141.211=142（片）3.2.11 主体设备糊化锅的计算与选型3.2.11.1 容积计算1、糊化醪液的密度计算已知糊化醪的量为11200.64kg干物质含量： = =16.0%根据计算数据查表发酵工厂设计概论附表9，得糊化醪的相对密度为： =1.067（t/m）2、糊化锅体积的计算由糊化醪的密度和重量可以计算出糊化醪的体积,所以： =10.50 (m）取空余系数为0.7，则糊化锅的全容积为： (m）（1）糊化锅圆柱部分的体积为： （2）椭圆形底的计算： （3）锅的全体积为： 式中：D=2， 解得：3、糊化锅有效容积的计算根据国内生产的实际情况，有效容积取人孔边0.5m以下来计算，则： = =10.99 （m）富裕量为：4.67%，所以糊化锅的设计符合要求。3.2.11.2 管径计算 1、升气管的计算 根据经验值，升气管的截面积为液体蒸发面积的，即式中： D糊化锅的直径 d升气管的直径在本设计中，取，则（m），取整为0.51m 。查化工原理上，取DN=510mm,10mm，则d=510mm 。验证：0.025，在要求的的范围内，则符合要求。2、物料进料管1）物料进入调浆罐的进口直径成品大米的比重为1.73m/t，而加入糊化锅中的大米粉中2036.48kg，则： =2036.4810001.73 =3.53 （m）所以总原料的体积为：3.53 （m）假设20min下完料，则： （m/s）设下料速度为1m/s,则，即： （m）而物料进口管径：d=2r=20.0306=0.0612 m=61.2mm，圆整为62mm。查化工设计机械基础，取 mm，则d=62mm 。2）进水管有前的计算可知进水量为9164.16kg，加水时间设为20min，自来水流速为1.01.5m/s，而在本设计中取u=1 m/s，=988.1kg/m(加热水温度为50比热）。则： （m）则： （m/s）而 （m)取整为100mm，查化工设计机械基础，取10mm验证： （m/s）u在1.01.5m/s范围内，则符合要求。3）浆液进入糊化锅的直径已知： （m）设从调浆罐输送浆液到糊化锅中的时间约为20min，则其体积流量u取1.0m/s，则： （m/s）则： 查表取DN=106mm，mm的管径。3.2.11.3 糊化醪的出口径糊化醪液在第一次煮沸的过程中蒸发的水分量为373.15kg，则剩余的糊化醪液量为： G=11200.64-373.35=10827.29 (kg)而干物质的量为： = =16.55%查表用内查法求的其密度为1.068t/m，则： =10.14（m）同理，u=1m/s输送完的时间为20min，则： （m/s） （m）则选取的出口管DN=104,由于选取管径与标准法兰想适应，则出口管选用mm的无缝钢管。3.2.11.2.4 蒸汽进管 公式中各字母表示如下： D糊化一次耗用的最大蒸汽量（kg） 第一次糊化醪煮沸的热量(kJ），取.06 kJ I使用表压为0.3Mpa的饱和蒸汽压（kJ/ kg），取I=2753.3 kJ/ kg i为相应的冷凝水的焓（kJ/ kg），取i=561.47 kJ/ kg 为蒸汽的热效率，这里取=95%把以上各数据带入公式，则可得： （kg）又因为在0.3Mpa下的蒸汽压，查化工原理（上）得其密度为kg/m，从热量衡算的工艺来看，在糊化过程中，糊化醪第一次煮沸耗用的蒸汽最大，设其煮沸时间为40min，单位时间通入的蒸汽量为，则： （kg/s）故： （m/s）查的饱和蒸汽流速u=2060m/s，在本设计中取u=60 m/s设糊化锅底部有4个对称的蒸汽进口管，则： ，带入数据可得43.14604=0.434解得：D=0.048（m），取整为48mm，查表取mm 。验证：（m/s）由上可知，验证的u在要求的范围内，则符合要求。3.2.11.2.5 冷凝水管 0.951717.50=1631.63 （kg）在0.3Mpa绝对压强下kg/m ，所以： （m）设排出冷凝水的时间为10min，则： （m/s）再设排出管有对称的4个，取u=1 m/s,则代入数据得： 查表取得DN=30, mm3.2.11.2.6 不凝气管根据经验值，设不凝气为蒸汽的5%，则其不凝气管计算如下： （m/s）取其流速u=2040m/s,取u=30m/s，设有两个不凝其出口，则其直径为： （m）取整为D=28mm，查表取得 mm验证：（m/s）则流速在要求的范围内，符合要求。3.2.11.2.6 排污管根据经验数据，设排污水为蒸发水量的20%；已知麦汁煮沸过程中两次蒸发水量： G=373.35+6553.46=6926.81（kg）则排污水的质量为：（kg）设水的流速为1m/s，排污水的时间为5min，而且有两个对称的排污水管，则代入数据可得： （m）故 （m/s）而带入数据可得：20.253.14=0.00495解得：d=0.056m，即D=56mm,查化工设备机械基础，取mm 表3-1 糊化锅接管管子名称直径（mm）材料升气管10mm不锈钢进料管mm不锈钢出料管mm不锈钢蒸汽进管mm不锈钢冷凝水管mm不锈钢不凝气管mm不锈钢排污管mm不锈钢3.2.11.3 糊化锅壁厚的计算1、圆筒部分的计算（1）在此设计中采用不锈钢作为制作材料。设计压力： =0.101+10009.81（1.6+0.8） =0.125 (MPa)计算压力： (MPa)计算厚度： 查化工设备机械基础附录表9，的其厚度为S=260mm，150以下=137 MPa；焊接处无局部探伤，取（为单面焊）； 则计算厚度:（m)=3(mm) 取厚度附加量： 钢板厚度偏差，取为1mm 腐蚀余量，取为1mm 则：(mm) （mm） 由于是使不锈钢作为材料，材料加工时取为8mm （2）复核强度计算 由式则得： (MPa) 而：1370.8=109.6(MPa) 可见，则水压强度符合要求，筒体壁厚=5mm适合。 （3）最高工作压力为： (MPa) 可见P，则设计压力适合。 3、锅底厚度 外夹套通入0.3MPa蒸汽，工作压力为1.5kg/m，即为0.15MPa，为了使锅底传热效果更好，采用紫铜作为制作材料。在此采用外压圆筒的工程设计方法来计算。 根据化工设备机械基础P136137，本设计才哦也难怪椭圆形作封头底，其计算厚度的方法，按外压球壳图算法进行设计。 （1）假设 （mm） （mm） （mm） （2）用公式计算系数A 查图取B值，查图5-9，得B点落在材料线是右方，得B=32MPa （3）许用外压应力P (MPa) （4）比较 计算压力 许用外压应力 从以上计算数据可以得=0.138MPa ，=0.2776MPa 则,假设厚度符合要求，实际加工时=14mm3.2.11.4 加热面积的计算1、蒸汽在垂直壁上冷凝时，冷凝液靠重力作用向下流动，假设冷凝液为层流流动，加热量以导热的方式穿过液膜传向壁面，则给热系数的大小取决于冷凝液膜的厚度和导热系数。根据理论推导，得垂直壁上的传热系数为: 垂直壁上蒸汽冷凝的传热系数，W/m.K冷凝液的密度，kg/m g重力加速度，m/s冷凝液的导热系数，W/m.K冷凝液的粘度，Pa.s 蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg 蒸汽的温度， 被加热汽壁的温度， L长度，即为糊化锅蒸汽夹套的高度，m 其中，、取冷凝液的平均温度之值，取时的值，则冷凝液的平均温度为： 由化工原理上得0.3 MPa绝对压强下的蒸汽温度为132.88，设糊化锅的壁温为110，则： （132.88+110）=121.44（）在121.44下，水的物理常数为： =942.26 kg/m =0.6222 W/m.K =234.244 Pa.s在132.88时，=2165.9 kJ/kg蒸汽夹套应考虑由于器壁倾斜，膜厚增加，值降低，设倾斜角为，取夹套的高度为1m，则： = =5010.922（W/m.K）由于实际值比理论的值大20%，所以： =5010.9221.2=6013.107（W/m.K）2、蒸汽夹套加热时，其加热面到糊化醪液的给热系数当有搅拌器时，夹套内壁的传热系数可按下式计算: 上式中 D表示容器直径，m； n搅拌桨叶转速，r/s； 醪液的导热系数，kg/m.k； 搅拌桨叶的直径，m； 醪液平均温度时的黏度，kg/m.s； 流体给热棉壁温时的粘黏度，kg/m.s； 糊化醪液的比热容，kJ/kg.K； 醪液的密度，1067kg/m；在此式中，D=3.2m，n=0.5r/s, /D=0.350.8,取=1.92m查表得 =0.680 kg/m.k，=3.7 kg/m.s； =3.61 kJ/kg.K，=1067 kg/m。当醪液被加热时，,把以上数据代入公式得： =1471.3476（W/m.K）则总传热系数： 蒸汽冷凝时的传热系数； 蒸汽夹套加热面至糊化锅糊化醪的给热系数； 被加热紫铜的锅底； 加热面材料的给热系数；这里取数为：=16mm，=330 kg/m.k（1）由前面的计算可知，在糊化煮沸的过程中，耗热量最大是在把糊化醪从初温加热至煮沸的阶段，取Q=.95（kJ），设煮沸时间为40min，则每小时蒸汽的最大耗热量为： .954060=.425 （kJ/h） （W/m.）又 1 W/m.=0.86千卡/m.h. 1J=2.39千卡 1千卡=4.2kJ所以：K=1118.0230.864.2 =4038.299 （kJ/m.h. ）（2）求对数平均温度 初温=47.11 煮沸温度T=100则： =55.153、加热面积 代入以上计算的相应数据，则得： （m）设椭圆形的夹套的直径，短轴长1m，则夹套的面积为,则: （m）则 夹套设计符合要求。3.2.11.5 夹套壁厚（外锅底）（1）厚度计算夹套外锅底采用不锈钢则查表在150下的许用应力为: 由前面计算可知：夹套直径D=3.8m, (mm)取整为 3mm查表取则：（mm），在材料加工时，取（mm）（2）复核强度 代入数据则得： （MPa)而 由以上计算可以得出，则符合要求，取（mm）（3）最大允许工作压力 可见,则设计压力适合。3.2.1