第五章糖化车间设备的设计及计算

1、第五章 糖化车间设备的设计及计算一、煮沸锅的设计及计算煮沸设备是糖化车间的重要设备，为了在麦汁煮沸时不带入空气，为了减少设备的投资以及提高热能的利用率，本设计采用不锈钢带内加热加压煮沸锅，并对二次蒸汽进行回收再利用，内加热器采用列管式加热器，加热蒸汽采用0.3MPa低压蒸汽，锅身材料选用1Cr18Ni9Ti不锈耐酸钢。1容积：由物料衡算得煮沸前麦汁为543.7×195.4kg，则体积为：V有=543.7×195.4×1.04/(1.0475×1000)=105.5m3取充满系数75%V总=105.5/0.75=140m32.尺寸：煮沸采用圆筒体球底，取圆

2、筒体高H直径D=12则：D=1.15(140)1/3=7.63m 取D=8000mm H=4000mm顶点排汽管径:d2/D2=1/301/50取d2/D2=1/40 d=948mm 取d=950mm顶盖高h=800mm3煮沸锅强度：锅身采用不锈钢,受到的压强较小,因此壁厚可以按以下公式计算:壁厚:S=PD/(2-P)+C其中P为最大压力的1.05倍,取P=0.3Mpa材料许用压力=127MPa 取0.8C为壁厚附加量取3mmS=0.3×6000/(2×127×0.8-0.3)+3=11.8mm 取S=12mm由于锅盖处承受压力较小，可取为6mm4(1)加热面积：

3、麦汁由98升至106，每小时耗用蒸汽量最大，该过程为10min。Q=543.7×195.4×0.95×(106-98)×60/10=48.4×105kcal/h采用0.3MPa的蒸汽温度为134tm=(160-98)/ln(134-98)/(134-106)=31.8总传热系数K=1200kcal/(cm2·h·)加热面积F=Q/(K·tm)48.4×105/(1200×31.8)=126.8 m3(2)内加热器设计：内加热器采用管壳式，固定管板，单管程列管。取F=130 m3，则130=3.1

4、4×0.025×(3-0.1)×nn=570 换热管选用=25×2不锈钢管，管长1500mm，管数为570根。5煮沸锅管路计算查化工原理(上)所有钢管均为热轧无缝钢管。(1) 麦汁出口管至回旋沉淀槽：每锅热麦汁体积(煮沸前)：543.7×195.4×1.04/1.084=10.2×104L流量为：102/(30×60)=0.0567 m3/s,取麦汁流速为2.5m/s 管径：d=(0.0567/(0.785×2.5)1/2=0.169 取=180×5mm钢管(2) 洗涤水管：煮沸锅体积为140

5、m3，洗涤水量为容积的6%，十分钟洗完,流速为2m/s管径d=(140×0.06/(10×60×2×0.785)1/2=0.094m(3) 蒸汽管路：蒸汽流量为:(48.4×105)/(490×1.65×3600)=1.66 m3/s，流速为30m/sd=(1.66/(0.785×30)1/2=0.266m取=299×8mm不凝性气体出口管取=180×5mm(4) 排气筒冷凝水管取=68×4钢管。(5) 麦汁进口管：15min进完：V=543.7×102/1.08=50342

6、L=50.3m3 取流速为：3m/s d=(V/(0.785×3)1/2=(50.3/(60×15×0.785×3)1/2=0.154m 取=194×5mm(6) 二次蒸汽管路计算：取二次蒸汽流速为20m/s，煮沸40min蒸汽流量为：(543.7×195.4×0.03)/(0.7407×40×60)=1.79m3/s3kg/cm2压力下密度为0.7407kg/m3d=(1.79/(0.785×20)1/2=0.338m 取=377×9mm二、其它设备设计及计算本工艺采用三锅三槽体系，

7、由于专业设备大多未标准化、系列化，因此要针对不同的生产工艺及产量进行不同的设备设计，现进行糖化车间的基本设备的简单计算：(一) 糊化锅：采用圆柱形锅身，球形锅底及圆锥顶盖的结构。锅底设夹层，夹层采用直接蒸汽加热(0.3MPa)，夹套耐压(0.6MPa)，锅底设有折叶浆式搅拌器，由电机通过立式涡轮减速箱直接带动叶片旋转,锅顶有排汽管及风帽，顶盖有人孔、照明灯及进料口，锅身采用不锈钢，锅内夹套用紫铜板。1 容积：由物料衡算知糊化液量为：58602930035160kg糊化醪液干物质百分比：5860×(113)/3516014.5%因糊化醪密度为1059 kg/m3。糊化锅有效体积为：V有

8、31560105933.2 m3取容量系数为60，糊化锅容积为：V33.2/0.655 m32 尺寸：设锅径高比为：Dh1=21 锅体积为：V=0.785D2h1+h2(D2/8+h22/6)解之可得： h1=2400mm=2.4m， D=4800mm=4.8m ，h2=1200mm=1.2m。有效体积：有效体积应在人孔门边以下500mm来计算：V=0.785D2(h1-0.5)+h22(D- h2/3)=54 m3本设计采用圆锥顶盖,顶盖150o， d2/D21/40(d为排汽管直径) 故d760mm，锅盖高度取600mm。(二) 糖化锅：糖化锅是圆柱形器身，略带锥形夹层底和弧形顶盖的容器，

9、底部附有夹套，采用0.3MPa蒸汽加热，锅底处设有浆式搅拌器，锅底设有一个糊化醪进料管及一个通往煮沸锅的出料管。锅盖设有一个人孔和照明灯，顶部有排气管，设备材料可用不锈钢。1 容积：由物料衡算知醪液量为：83180586013680102720kg糖化醪干物质百分比：5860×(10.13)+13680×(1-0.06)/102720=17.4查表知：其密度为1070kg/m3。设有效体积不小于V有102720107096m3设Dh=21，一般有效容积按人孔门边以下500mm计算，V总= V有/0.75=96/0.75=128 m32 尺寸：128=0.785×4

10、h3+h(4 h2/8+1/6)取球底高为1m，则h=0.3m，D=6.0m本设计采用圆锥顶盖，顶角为150o取d2D2140，则d=950mm锅盖高度取800mm。(三) 过滤槽：过滤槽采用圆柱体，弧球形顶盖与平底结构，平底槽为三层，最上部为水平筛板，接着为麦汁收集器，最底层为可通入温水保温的夹套。过滤槽中心有一可升降的轴，带动四臂耕槽机。1容积：根据每吨原料需5m3槽有效容积，充满系数为75，则：V有=19540×5/1000=97.7m3V总=V有/0.75=128m32尺寸：设每吨混原料所需过滤面积为5m3，则本工艺所需过滤面积为：S=19540×5/1000=97

11、.7 m2D=(S/0.785)1/2=11.156m，取D=11200mm过滤槽高度为:h= V总/(0.785D2)=130/(0.785×11.22)=1.32m，取h=1320mm3 过滤槽底部结构：过滤槽筛板采用不锈钢梯形钢条焊接而成，开孔率为20，上孔宽为0.6mm，下孔宽为2.5mm。筛板与麦汁收集底间距为30mm。过滤槽收集底间距为30mm。过滤槽收集器每1.5m2，分布一根麦汁收集管，管径取40mm，按同心圆分布，最后汇集为3根总管，连接麦汁泵输送麦汁，最终麦汁输送可用活塞式气流输送设备。(四) 沉淀槽：沉淀槽用于将热麦汁中的热凝固物及酒花渣去除，采用平底圆筒结构弧

12、形顶盖结构，麦汁由切线方向进入，在槽内回转，将热凝固物推向槽底中央，在水力喷射打碎后，先用洗涤水冲洗排出。1 尺寸：采用与煮沸锅规格相同的沉淀槽。2 管径：设流速为3m/s，麦汁30min内泵完96/20×60×30=d2/4 d=150mm 取=159×4.5mm麦汁经过变径从切线口流进，设进槽流速为18m/s2d2=18D3 D=(1502×3/18)1/2=61.2mm故进口管=68×3mm麦汁进口位置大约为槽中麦汁量的1/3高度。(五) 冷却器：采用薄板式冷却器冷却面积：麦汁由96冷却至10，冷却时间为2h，Q80.2×105

13、kcal 冷媒为2的冷水。tm=(85-2)/ln(96-2)/(96-85)=38.7取总传热系数为：K=1200kcal/(m2·h·)换热面积为:S=Q/(K·tm)=80.2×105/(2×1200×38.7)=86.3m2取换热面积为90m3板片技术参考见化工工艺技术手册型号：BPR20A尺寸规格：1087×295×1mm 板片厚度：0.7mm设计压力：1.6MPa 最大流量：60m3/h换热器尺寸：1087×295×240mm 角孔直径：65mm 设计温度：180 单片有效面积：0.

14、24m2板片数：86.3/0.24=359.6 取360片(六) 糖化车间泵的选择：1 糊化锅与糖化锅之间的泵： 55m3糊化锅在10分钟内泵完，故流量为(55/10)×60330m3/h 型号：IPT25036014/6 流量：360 m3/h 扬程：14m 转速：960r/min 功率：30KW 材料：1Cr18Ni9Ti2 糖化锅及过滤槽之间的泵： 96m3的糖化锅在10min内泵完，故流量为(96/10)×60576m3/h 型号：IPT35060012/6 流量：600 m3/h 扬程：12m 转速：960r/min 功率：50KW 材料：1Cr18Ni9Ti3

15、过滤槽与中间槽之间的泵： 换热面积 97.7m3的麦汁在15min内泵完，故流量为(97.7/15)×60390m3/h 型号：IPT25036014/6 流量：360 m3/hr 扬程：14m 转速：960r/min 功率：30KW 材料：1Cr18Ni9Ti(七) 糖化车间CIP清洗系统的设计： 糖化车间的CIP系统担负糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅等设备的内部及连接管路、泵的清洗。CIP系统包括：清洗剂站、循环调节体系、执行设备三部分。本工艺CIP清洗站配有两种清洗剂：碱性清洗剂，5NaOH0.2%EDTA溶液，温度80左右，酸性清洗剂3溶液或0.5%HNO3。工厂一般每生产1

16、520批次用85热碱洗涤剂循环清洗一次，每15d左右用酸性清洗剂对设备内表面及蒸汽加热面循环清洗一次。本设计CIP清洗系统有4个罐，分别是：热水、冷水、酸、碱罐。为了输送到各设备，各罐备有高压水泵，一般清洗时先用碱水清洗，再分别用热水、冷水清洗，洗涤完毕后碱水过滤回收到碱液罐。各罐规格如下：（1） 碱罐：直径：2500mm高度：3000mm容积：15m3（2） 酸罐： 直径：2500mm高度：3000mm容积：15m3（3） 热水罐：直径：2000mm高度：1900mm容积：6m3（4） 冷水罐：直径：2000mm高度：1900mm容积：6m3（5） 洗涤泵：型号：IH80-50-200流量：50m3/h扬程：49mH2O气蚀余量：2.5m转数：2900r/min轴功率：15KW（6） 洗涤液回收泵：型号：IH80-50-200流量：25m3/h扬程：12.3mH2O气蚀余量：2.0m转数：1450r/min轴功率：4KW第六章 糖化车间平面立面布置糖化车间布置应结构紧凑，布局合理。本设计采用四层空间，一楼作为动力的主要空间，在此安装各动力设备，包括连接管路、