啤酒露天发酵罐设计

1、啤酒露天发酵罐设计第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定 在选用时V全=40m3的发酵罐则V有效=全×=40×80%= 32m3（为容积系数）二、基础参数选择 1D:H: 选用D:H=1:32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，冷却介质采用20%、-4的酒精溶液5罐体所承受最大内压：2.5/3 外压：0.3/36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、D、H的确定由D:H=1：3，则锥体高度H1=D/2t

2、an350=0.714D(350为锥角的一半)封头高度H2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（3.0-0.714-0.25）D=2.04D又因为V全=V锥+V封+V柱 =×D2/4×H1+×D3+ ×D2×H3 =0.187D3+0.131D3+1.60D3=40 得D=2.75m 查JB-T4746-2002椭圆形封头和尺寸取发酵直径D=2800mm 再由V全=40m3，D=2.75m 得径高比为： D: H=1:2.9 由D=2800mm查表得椭圆封头几何尺寸为：h1=700mmh0=40mm F=8.8503m2V=3.1198m3筒

3、体几何尺寸为：H=5432mmF=47.76m2V=33.43m3锥体的几何尺寸为：h0=40mmr=420mmH=2537mmF=13.6036m2V=5.9051m2则：锥形罐总高：H=700+5432+2537+40+40=8749 总容积：V=3.1198+33.43+5.9051=42.45 实际充满系数：32/42.45=75.38%罐内液柱高：H丿=×103+(2537+40)=6817 mm四、发酵罐的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚S计算1.标准椭圆封头设计压力为P=1.1*2.5=2.75kg/cm2 S0= +C 式中：P=2.75 kg/cm2 ：A3钢工作

4、温度下的许用力取1520 kg/cm2 ：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0.8负偏差 C2：腐蚀裕量取2 C3：制造减薄量取0.6则： S=2.75×2800/(2×1520×0.9-2.75)+3.4=6.22 取S0=8mm直角边h0=40mm校核 =(PD中/4S0)*(D中/2h1) =2.75*(2800+7)/4*7*(2800+7)/（2*700） =552.75<=t2.筒体P设=1.1*（p工作+p静）=1.1*（2.5+0.61） =3.42kg/cm2

5、 S=PD/(2-P)+C （C1=0.6,C2=2,C3=0.6） =(3.42*2800)/(2*1520*0.9-3.42)+3.2=6.7 mm取S=8mm校核 2=P设D中/2S=684<=t 3锥形封头1）过渡区壁厚S=（K P设Dg）/(2t-0.5P)+CP设=1.1*(2.5+0.9)=3.74kg/cm2（其中0.9为静压）折边锥体的系数K值K=0.716S=（K P设Dg）/(2t-0.5P)+C =(0.716*3.74*2800)/(2*1520*0.9-0.5*3.74)+C=2.74+C=2.74+0.6+2+0.369 =5.71mm2）锥体S=（f* P

6、 Dg）/( t-0.5P)+CS0=（f* P设Dg）/( t-0.5P)=(0.6*3.74*2800)/(1520*0.9-0.5*3.74) (f查表为0.60)=4.60mmS=S0+C=4.60+0.6+2+0.46=7.66mm取S=8mm h0=40mm校核锥体所受的最大压力处=PD中/2Scos350 =3.74*2808/2*8* cos350 =801.3<=t(二)、锥体为外压容器的壁厚计算1标准椭圆封头Ri规定：标准椭圆封头Ri=0.9D内 S0=5mm R内=0.9Dg=0.9*2800=2520mm R内/100S0=2520/100*5=5.04 查表得B

7、=275 P=B*S0/ R内 = 275*5/2520=0.55kg/cm2>0.3 kg/cm2 满足要求 取C1=0.5，C2=2，C3=0.5 则S=S0+C=82筒体 设S0=6 L/D=0.69 D=2800/6=467 查表的B=210 P=210*6/2800=0.45/2>0.3/2 S0=6 故可取C1=0.6，C2=2,C3=0.6 则S=S0+C=9.2mm取S=10mm3锥形封头 因为： =350 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*2537/2*tan350=3623取加强圈心线

8、间椎体长度为1811.5 设S0=6L/D=1811.5/2800=0.65D/S0=2800/6=467查表的B=320 P=BS0/D=320*6/2800=0.69>0.3/2 故取S0=6C1=0.6，C2=2，C3=0.6所以S=S0+C=9.2mm 取S=10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10 h0=40 圆筒壁厚 10 锥形封头壁厚 12 h0=40五锥形罐的强度校核1内压校核液压试验 P试=1.25P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设=3.74kg/cm2液压实验P试=1.25P=4.68kg/cm2查得A

9、3钢=2400kg/cm2试=、 =4.68 =747cm20.9=0.9*0.9*2400=1944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*（0.3+1.2）=2.25kg/cm2P试=1.25P=2.8kg/cm2P内试 故可知试压安全3刚度校核本例中允许S=2*2800/1000=5.6mm而设计时取壁厚为S=10mm，故符合刚度要求（公式：S最小=D内）第二节 发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A3钢作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体两段，锥部一段，夹套工作压力为2.5/2冷媒为20%（V/V）酒精溶液，T进=-4，T出为-2，麦汁发酵温

10、度维持12°主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200，锥底部分为98）二、总发酵热计算 Q=q*v=119*32=3808/hrq每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量v为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面积为A=h b-截面积 8*4.3-10.24=24.162 冷却剂流量为（三段冷却） u=1m/s 3*24.164*10-4*1=7.284*10-3m3/s 查得20%（V/V）酒精溶液t平=-3下的 =976kg/m3CP=1.04kcal/kg·冷却剂的冷却能力为:Q=7.248*10-3*976*1.04*2*2800 =41199

11、.3kcal/hr>3808kcal/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，则由Q0=KAtm求的冷却面积。1传热系数K的确定1）醪液1的计算 1=0.64*C* =0.64*185* =193.5kcal/m2·h·2)冷却夹套的2的计算 湿润周边=80+（80+4*8.0）+2*（43-1）=276mm De=de=4*24.16/27.6=0.035m 2

12、0%(V/V)酒精在定性温度t=(-4-2)/2=-3下µ=5.05×10³Pa·s=0.402kcal/hr·m·=0.468W/m·C=1.04kcal/kg·=4.358*103J/kg·=976kg/m3u=1m/sRe=du/µ=9250=104故可视为强制湍流流动得n=0.42=0.023/d(Re)0.8(Cµ/)0.4=1578.5kcal/hr·m·因为计算时冷却盘管为直管的，先修正：=2（1+1.77d/R） =1578.5*(11.77

13、5;0.0351.829)=1632kcal/hr·m·3)筒体部分传热系数K =+带入数据可得：=+ + =6.813*10-3所以：K=146.8kcal/·注：h为假设夹套高度（m）2.锥形罐筒体需冷却的热量 1）醪液放热 Q醪=Q1+Q2降糖放热Q1=N*q*V1 N-筒体部分所占醪液量：32=30797kg q-1kg麦芽糖发酵时放出的热量：146.6kcal/kg V1 降糖速度0.052Bx/hQ1=30797*0.055*10-2*146.6=2483.2kcal/hr 降温放热Q2=NV2 -醪液传热系数0.95kcal/kg V2 降温速录0.

14、6/hvQ2=30797*0.95*0.6=17554kcal/hr所以 Q醪=Q1+Q2=20037.5kcal/hr 2）外界与罐体的传热量 A.封头部分Q3=KF(t外平+t0附-t内) 带入数据得KF=2.02 Q3=KF(t外平+t0附-t内) =78.8kcal/hrB.筒体部分： 带入数据到下式： 得：KF=13.76kcal/K Q4=1.1KF(t外平+t0附-t内) =609.5kcal/hr3.筒体冷却面积A初定 由Q=KAtm的 式中K为传热系数kcal/m2h tm=11.30CA=22374.5/136.5*11.3=13.44 则醪液的冷却负荷为： 13.44/3

15、0797 =0.435m3/T>0.3 m3/T故冷却面积能够满足要求。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5号槽钢筒体冷却段面积为8.3 则槽钢长=13.44/0.08=168m 取相邻两槽钢间距为40mm 一圈槽钢长： l0=8.479m168m长的槽钢可绕圈数168/8.47920圈则二段各绕10圈冷却段高度为 10*（80+40）-40=1160mm筒体实际冷却面积为 20*8.479*0.08=13.57m2/T2）锥底部分 锥底部分醪液量为:5.9051*1.0484=6.19kg锥底部分冷却面积为: 6.19*0.439=2.72

16、m2则槽钢长为:2.72/0.08=34m绕制高度为:1000mm第三节 发酵罐附件的设计及选型一.人孔选用人孔(AXB350) Dg450*6 H1=150 HG/T21616-2005材料A3钢补强圈尺寸确定如下： D内=484mm D外=760mm 补强圈取8mmS补=0.085cm 二.视镜选用带颈视镜Pg25，Dg80，H=100，HGJ502-86-6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补=d*S0/(D2-D1)=150*8/(300-163)=8.8mm考虑罐体与视镜筒节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取8mm三.接管1.CO2回

17、收接管YB80470 Dg40无缝钢管 重3.6kg/m法兰 Pg6Dg40HG501058 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YB80470 Dg50无缝钢管 重4.65kg/m法兰 Pg6Dg50HG501058 重 1.348kg4.滤酒管YB80470 Dg50不锈钢管 重7.15kg/m法兰 Pg6Dg50HG501058 重 2.38kg取滤酒管于罐内高度1.2m即1200mm5.麦汁进料及Y排放接管Dg125球阀控制酒量Dg50玻璃视镜观测Y排放情况Dg50接管四.支座见发酵罐总装图第四节 发酵罐的技术特性和规范一、技术特性1.本课程设计按JB7

18、41-80钢制焊接压力容器技术条件：及“SB5111”不锈钢耐酸性钢及碳钢、类设备进行制作试验。2.设备制造完毕后，设备内壁所有内表面焊缝须打磨平滑平缓过渡，但须保证用材料同样厚度。3.立板焊接时应于底轴垂直，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长上不大于10mm，设备在现场就位安装。5.设备组焊后，封头简体锥形底的400轴线在总高度范围内的不垂直度15mm。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 3kgf/cm2 夹套内 3kgf/cm27.设备内应涂白色7435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、发酵罐规范表圆柱锥底发酵