发酵罐的工艺计算

第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定需要选用V全=30m3的发酵罐则V有效= V全*=30*80%=24m3二、基础参数选择1、D：H：选用D：H=1：42、锥角：取锥角为7003、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（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却价质采用20%、-4的酒精溶液5、罐体所承受最大压力：2.5kg/cm3 外压：0.3kg/cm36、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200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D、H的确定由D：H=1：4，则锥体高度H1=D/2tg350=0.714D封头高度H2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（4.0-0.714-0.25）D=3.04D又因为V全=V锥+V封+V柱=0.187 D3+0.13 D3+1.60 D3=30得D=2.23m 查JB1154-74椭圆形封头和尺寸取发酵直径D=2400mm 再由V全=30m3，D=2.4m 得径高比为： D：H=1：3.32 由D=2400mm查表:椭圆形封头几何尺寸为：h1=600mmh0=40mmF=6.52m2V=2.00m3筒体几何尺寸为：H=5654mmF=7.55*5.654=42.69m2V=4.524*5.654=25,58m3锥体封头几何尺寸为：h0=40mmv=360mmH=2215mmF=V=则：锥形罐体总高： H=600+5654+40+40+2215=8549mm总容积：V=2+25.58+3.75=31.33m3实际充满系数罐内液柱高：四、发酵的强度计算（一）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=2.75kg/cm2式中：P=2.75kg/cm2：A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm2：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 C2：制造减薄量取0.3mm则：取SO=8mm 直边高HO=40mm校核=2、筒体 取S=7mm校核 3、锥形封头1）过渡区壁厚（2）锥体取S=8mm h0=40mm校核锥体所受最大应力处：（二）、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头 设SO=5mm R内=0.9Dg=0.9*2400=2160mm R内/100So=21600/100x5=4.32 查图表4-1及B=2.75 满足要求取C1=0.5mm， C2=2mm C3=0.5mm则S= SO+C=8mm2、筒体设SO=6mm L/D=0.69D=2400/6=600查图表4-1及B=210 SO=6mm 故可取C1=6mm， C2=2mm ，C3=0.6 则S=SO+C=9.2mm取S=10mm3、锥形封头因为： 按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：取加强圈中心线间锥体长度为1370mm 设SO=6mm L/D=1370/2400=0.57 D/SO=2400/6=400图表表4-1及B=320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8mm ho=40mm 圆筒壁厚 10mm 标准形封头壁厚 10mm ho=40mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核 液压试验P试=125P设由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力实验P=1.25p=4.68/cm2查得A3钢可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压3、刚度校核 本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm 而设计时取壁厚为S=10mm，故符合刚度要求 （公式：）第二节 发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A3钢作发酵材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp2 冷媒为20%（V/V）酒精溶液，麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，锥底部分为98mm）二、总发酵热计算Q=q*v=119*24=2856kg/hrQ每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量；V为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面为A=hb截面积 =8*4-10.24=24.16cm2冷却剂流量为（三段冷却）3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m3/s查得20%（V/V）酒溶液t平=-30C下的P=976kg/m3Cp=1.04kcal/kg0 C冷却剂的冷却能力为：Q=7.248X103X976X1.041X2X2400 =34430.8kcal/hr8330kcal/hr故可选取8号槽钢为冷却夹套。四、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来看，日降温量较大的为135，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为设计的小时降糖量，则Q0=KAtm 求得冷却面积。1、传热系数K的确定1）醪液的的计算2）冷却夹套的的计算湿润周边=80+（80+4*8.0）+2*（43-1）de=204mm=20.4cmDe=4*24.16/20.4=4.74cm=0.0474m20%(V/V)酒精在定性温度t=（-4-2）/2=-3下3)筒体筒体部分传热系数K 代入数据可得:所以:K=136.5kcal/m2.注：h为假设夹套高度（m）2、锥形罐筒需要冷却的热量1）醪液放热 Q醪=Q1+Q2Q1=62110X0.055X146.6=4552.7kcal/hrQ2=62110X09919X0.6=35473kcal/hr所以 Q醪=Q1+Q2=40026.kcal/hr2)外界与罐体的传热量a.封头部分Q1=KF（）带入数据得KF=0L.2Q1=KF（）=2.02*（10%+1）*（32+8.5-5）78.72kcal/hrb.筒体部分：带入数据： 3、筒体冷却面积A初定 A=40716.8/136.5*11.3=26.4M2 则醪液的冷却负荷为： 26.4/62110=0.425m2/T0.3m3/T 故冷却面积能够满足要求4。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#槽钢筒体冷却段为面积为26.4m2则槽钢长=26.4/0.08=330m取相邻两槽钢间距为40mm一圈槽钢长：330长的槽钢可绕圈数330/11。36730圈则二段各绕15圈冷却段高为15*（80+40）40=1760mm筒体实际冷却面积为30*11.367*0.08=1.439m2/T2)锥底部分锥体部分醪液量为10.76*1.0484=11.27锥体部分冷却面积为11.27*0.439=4.95m2则槽钢长为4.95/0.08=61.8m绕制高度为1000mm第三节 发酵罐附件的设计及选型一、人孔1、选用入孔BIIPg6Dg450*8H1=220JB-64-28材料A3钢2、补强圈尺寸确定如下： D肉=484mm D外=760mm补强圈的厚度Sb补按下式计算，考虑罐体与入孔筒节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取8mm二、视镜1、选用带颈视镜pg6Dg150JB5956442、补强圈尺寸确定如下： 内径D1=163mm 外径D2=300mm 补强圈的厚度S补按S被=Dxso/D12-D1=150X8/300-163=8.8mm考虑罐体与视镜节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取8mm三、接管1、CO2回收接管YB804-70 Dg40无缝钢管 重3.6kg/m法兰 Pg6Dg40HG5010-58 重1.219kg2、温度计取样接管见发酵罐总装图3、冷却剂进口接管YB804-70 Dg50无缝钢管 重4.65kg/m法兰 pg6D50H5010-58 重1.348kg4、滤酒管YB804-70 Dg50不锈钢管 重2.38kg取滤酒管于罐内高度为1.2m即1200mm5、麦汁进料及Y排放接情况Dg125球阀控制酒量Dg50玻璃视镜测Y排放情况Dg接管四、支座见发酵总装图第四节 发酵罐的技术特性和规范一、技术特性1、本例按JB741-80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。2、设备制造完毕，设备内壁所有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丁0.104、设备安装后轴线对基础的不垂直在全长上不大于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、设备应涂白色7535底漆层及面漆2层8、设备碳钢外露表面应涂Y35-1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85m3圆柱锥底发酵罐的规范表名 称30m3圆柱锥底发酵罐罐体规格：直径（mm