酒精发酵罐的设计

1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!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、

2、d、h的确定由d:h=1:2 ，则锥体高度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- 2 - / 16- 2 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!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）d

3、3=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=850mmh0=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=2428mm- 3 - / 16- 3 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!f=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

4、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=2.75cm2s=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- 4 - / 16- 4 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!则： 取 s0=7mm直边高：h0=50mm校核 = =670.6t2. 筒

5、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）=3.745cm2（0.9为静压）k=0.75- 5 - / 16- 5 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!s= =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

6、：=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- 6 - / 16- 6 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! p=b*s0/r内=275*5/3240=0.43kg/cm2>0.3kg/cm2 满足要求 取c1=0.5mm，c2=2mm，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/c

7、m2>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1214mm设s0=6mm- 7 - / 16- 7 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!l/d=857/3400=0.36 d/s0=3400/6=566.7查图表4-1及b=320 p=b

8、s0/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=3.74kg/cm2 液压实验 p试=1.25p=4.68kg/cm2查得a3钢=2400kg/cm3 试=p试dg+（s-c）

9、/2(s-c) =4.68*3400+(12-3.2)/2*(12-3.2)- 8 - / 16- 8 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!=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=2d内/1000）第二章 发酵罐热工设计计算一、计算依据

10、 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）- 10 - / 16- 10 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!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

11、.16*10-4*1=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。- 10 - / 16- 10 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮

12、下载!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*=185.3kcal/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*

13、103j/kg =976kg/m2 =1m/s re=du/=9160=104 故可视为强制湍流流动得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）- 11 - / 16- 11 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! =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

14、*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 = 37000×0.055×146.6 = 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

15、+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 - 12 - / 16- 12 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 得： kf = 15.67kcal/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

16、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+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- 13 - / 16- 13 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 筒体时机冷却面积为： (20*10.74)×0.08=17.2m2/t2） 锥底部分 锥体

17、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，

18、封头筒体锥形底的400轴线在总高度范围内的不垂直度<15mm- 14 - / 16- 14 -如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!6、 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：圆柱部分（mm）10上封头（mm）10- 15 - / 16- 15 -如果您需要使用本文档