发酵罐的工艺计算

1、第一节发酵罐的化工设计计算13一、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*中=30*80%=24m 3二、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A 3钢，冷却价质采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，槽钢材料为用20%、-4 C的酒精溶液5、 罐体所承受最大压力：2.5kg/cm 3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

2、高度 H=D/2tg35 °=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=-H1 D3 - D2XH33 4244=0.187 D 3+0.13 D 3+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：h=600mmh0=40mmF=6.52m2一一 3V=2.00m 3筒体几何尺寸为：H=5654mmF=7

3、.55*5.654=42.69m 2V=4.524*5.654=25,58m 3锥体封头几何尺寸为：h0=40mmv=360mmH=2215mmF次2/4一阡+。柄盗)2+0.64 = 10.0用2一 _ sin a一V=二d3/24(0.7 0.3cosa)2/tga 0.72】= 3.75m3则：锥形罐体总高：H=600+5654+40+40+2215=8549mm总容积：V=2+25.58+3.75=31.33m 3实际充满系数 W：24/31.33 = 76.6%罐内液柱高：H , = 24 -3.75 乂1022215 +40) = 2703mm二 2.424四、发酵的强度计算（一）

4、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/cm 2式中：P=2.75kg/cm2t J: 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=C+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2mmC2 :制造减薄量取 0.3mm则：S =3.3.4 =5.814mm2 1520 0.9 -2.752.75 2400取 So=8mm直边高Ho=40mm校核PD中D中a =4 4s 2h2.75* (2400 8) * (2400 8)4*6 =369.12 壬卜

5、 t2*9002、筒体二* 撰二二kgMS =+C(取 C2 =0.6,C2 =2,C3 =0.6)2 J - P3.2 = 6.2mm3.42* 24002*1520* 0.9 -3.42取 S=7mm校核PD中tr = =588.0 <. 2s3、锥形封头1）过渡区壁厚KP没 Dg2 卜-0.5PP没=1.1* (2.5 0.9) = 3.74kg/cm2 (0.9为静压)K =0.75S _ 炬殳Dg2板"0.5P= 0.75*3.14*2400/(2*1520*0.9 -0.5*3.74) 0.6 2 0.369=5.43mm(2)锥体S = «*PDgcA

6、- -0.5Pf*PDg= 0.60*3.74* 240。查表为 0.60)kr N -0.5P1520* 0.9 -0.5* 3.74= 3.94S =SO C =3.94 0.6 2 0.59 =7.13取 S=8mm h°=40mm校核锥体所受最大应力处：PD中02Scos350_ 3.74* (2400 8)一 2*10*cos350= 687.14 土 卜 1(二八 锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设 So=5mmR 内=0.9Dg=0.9*2400=2160mmR 内/100So=21600/100x5=4.32查图表4-1及B=2.75P- B* S0/F =2

7、.75 5/2160 = 0.64kg/cm2 - 0.3kg/cm2满足要求取 C=0.5mm , C2=2mmC3=0.5mm则 S= So+C=8mm2、筒体设 So=6mmL/D=0.69D=2400/6=600查图表4-1及B=210P 1 = 210*6/2400 =0.35kg/cm20.3kg/cm2So=6mm故可取 C1=6mm, C2=2mm , C3=0.6贝U S=So+C=9.2mm 取 S=10mm3、锥形封头因为：=35°所以 22.500:600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：2 2740/2 tg350 = 19

8、18.6mm取加强圈中心线间锥体长度为1370mm设 So=6mmL/D=1370/2400=0.57D/S0=2400/6=400图表表4-1及B=320PL BS0/D =320* 6/2400 =0.80 - 0.3kg/cm2故取S0 =6mmC1 = 6mm, C2 =2mm,C3 =0.6mm 所以 S =S0 C =6 3.2 =9.2 取 S =10m m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 8mmho=40mm圆筒壁厚10mm标准形封头壁厚10mmho=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

9、体受压最重之处即最危险设计压力实验 P=1.25p=4.68/cm23查得 A3 钢。=2400kg / cmP试 Dg +( S-C)】 2(S - C)< e 2400 (12 -3.2) 1= 4.68 2(12-3.2)=640.52kg/cm0.9平。=0.9* 0.9*2400= 1944kg/cm2 a 顼试可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压P =1.5* 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

10、=10mm,故符合刚度要求2D内（公式：S最小=）1000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，T进4°C,T出为2°C,麦汁发酵温度维持12° （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 一截面积 - 一 2=

11、8*4-10.24=24.16cm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3P=976kg/mCp=1.04kcal/kg 0 C冷却剂的冷却能力为：0=7.248X103X976X1.041X2X2400=34430.8kcal/hr>8330kcal/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13C5C,为了将来工艺更改留下余量，设计取13-5=8C为设计的日降温量，取0.6 C/hr

12、为设计的小时降糖量，贝U Q=K凡t m求得冷却面积。1、传热系数K的确定1）醪液的。1的计算。1 =0.64 C 4 t1 -t2一 _2 0 _= 199.12kcal /m h C2) 冷却夹套的口2的计算湿润周边=80+ (80+4*8.0 ) +2* (43-1 )4 x流体流动截面面积de=湿润周边=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 C下3=5.05cp =5.05 10 pa.s= 0.402kcal/hrm°C =0.468W/m°CCp =1

13、.041kcal/kg°C =4.358 103j/kg°C 2P = 976kg/m=1m/sRe =dup/=9160 =104故可视为强制湍流流动 得n=0.4：2 =0.023 /d(Re)0.8(Cpu/ )04 =1348.4kcal/hr m，0 C因为计算时冷却盘管为 直管的，先修正：a =a (1.77d/R)= 1348.4 (1 12) 0.0474/1.829= 1410.3kcal/hr，m，0 C3) 筒体筒体部分传热系数 K11R§ b 1RS2KA2 一 示 A / K 元代入数据可得：111.3554h0.000675 11.33

14、54h 0.01 0.000307 11.3554=7.235 10K 185.3 11.30h11.304h4511.3668h所以：K=136.5kcal/m 2. C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=Q+QQ=62110X0.055X146.6=4552.7kcal/hrQ=62110X09919X0.6=35473kcal/hr所以 Q 醪=Q+Q=40026.kcal/hr2)外界与罐体的传热量a.封头部分Q=KF （ t外平*to附一 t内）带入数据得KF=0L.2Q=KF( t外平+附内)=2.02* (10%+1 * (32+8.5-5 )

15、78.72kcal/hrb.筒体部分：带入数据：11'、1-2'-31KF LAi1A22A22A2: A5得：KF =15.67kcal / K 0 CQ2 =KF(t 外平 +3 t内) = 1.1*15.6(32 8.5 -5) =6119kcal /hr3、筒体冷却面积 A初定14-9=I 14Im=11.3 C22/T>0.3m 3/TQ = KA tmA=40716.8/136.5*11.3=26.4M则醪液的冷却负荷为：26.4/62110=0.425m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226.4m由前面叙述可知，筒体部分相同的冷却

16、段，选用8#槽钢筒体冷却段为面积为则槽钢长=26.4/0.08=330m取相邻两槽钢间距为 40mm一圈槽钢长：l0 = . (3.14 3.62)2 0.122 = 11.367m330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=1.439m 2/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=4.95m 2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

17、入孔 BIIPg6Dg450*8Hi=220JB-64-28 材料 A3钢2、补强圈尺寸确定如下：D 肉=484mmD 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8mmS补=d SoD2 845 0.5276 - 484=0.85cm二、视镜1、选用带颈视镜 pg6Dg150JB59砰64-42、补强圈尺寸确定如下：内径 Di=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 Dg

18、40 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、滤洒管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玻璃视镜测丫排放情况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、技术特性类设备进行制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 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753