啤酒露天發(fā)酵罐設計

1、啤酒露天發(fā)酵罐設計第一節(jié) 發(fā)酵罐的化工設計計算一、發(fā)酵罐的容積確定 在選用時V全=40m3的發(fā)酵罐則V有效=全×=40×80%= 32m3（為容積系數）二、基礎參數選擇 1D:H: 選用D:H=1:32錐角： 取錐角為7003封頭：選用標準橢圓形封頭4冷卻方式：選取槽鋼盤繞罐體的三段間接冷卻（罐體兩段，錐體一段，槽鋼材料為A3鋼，冷卻介質采用20%、-4的酒精溶液5罐體所承受最大內壓：2.5/3 外壓：0.3/36錐形罐材質：A3鋼外加涂料，接管均用不銹鋼7保溫材料：硬質聚氨酯泡沫塑料，厚度2008內壁涂料：環(huán)氧樹脂三、D、H的確定由D:H=1：3，則錐體高度H1=D/2t

2、an350=0.714D(350為錐角的一半)封頭高度H2=D/4=0.25D圓柱部分高度H3=（3.0-0.714-0.25）D=2.04D又因為V全=V錐+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橢圓形封頭和尺寸取發(fā)酵直徑D=2800mm 再由V全=40m3，D=2.75m 得徑高比為： D: H=1:2.9 由D=2800mm查表得橢圓封頭幾何尺寸為：h1=700mmh0=40mm F=8.8503m2V=3.1198m3筒

3、體幾何尺寸為：H=5432mmF=47.76m2V=33.43m3錐體的幾何尺寸為：h0=40mmr=420mmH=2537mmF=13.6036m2V=5.9051m2則：錐形罐總高：H=700+5432+2537+40+40=8749 總容積：V=3.1198+33.43+5.9051=42.45 實際充滿系數：32/42.45=75.38%罐內液柱高：H丿=×103+(2537+40)=6817 mm四、發(fā)酵罐的強度計算（一）罐體為內壓容器的壁厚S計算1.標準橢圓封頭設計壓力為P=1.1*2.5=2.75kg/cm2 S0= +C 式中：P=2.75 kg/cm2 ：A3鋼工作

4、溫度下的許用力取1520 kg/cm2 ：焊接系數，本例采用雙面對接焊作為局部無探傷=0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3 查表得：C1：鋼板厚度的負偏差取0.8負偏差 C2：腐蝕裕量取2 C3：制造減薄量取0.6則： S=2.75×2800/(2×1520×0.9-2.75)+3.4=6.22 取S0=8mm直角邊h0=40mm校核 =(PD中/4S0)*(D中/2h1) =2.75*(2800+7)/4*7*(2800+7)/（2*700） =552.75<=t2.筒體P設=1.1*（p工作+p靜）=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設D中/2S=684<=t 3錐形封頭1）過渡區(qū)壁厚S=（K P設Dg）/(2t-0.5P)+CP設=1.1*(2.5+0.9)=3.74kg/cm2（其中0.9為靜壓）折邊錐體的系數K值K=0.716S=（K P設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）錐體S=（f* P

6、 Dg）/( t-0.5P)+CS0=（f* P設Dg）/( t-0.5P)=(0.6*3.74*2800)/(1520*0.9-0.5*3.74) (f查表為0.60)=4.60mmS=S0+C=4.60+0.6+2+0.46=7.66mm取S=8mm h0=40mm校核錐體所受的最大壓力處=PD中/2Scos350 =3.74*2808/2*8* cos350 =801.3<=t(二)、錐體為外壓容器的壁厚計算1標準橢圓封頭Ri規(guī)定：標準橢圓封頭Ri=0.9D內 S0=5mm R內=0.9Dg=0.9*2800=2520mm R內/100S0=2520/100*5=5.04 查表得B

7、=275 P=B*S0/ R內 = 275*5/2520=0.55kg/cm2>0.3 kg/cm2 滿足要求 取C1=0.5，C2=2，C3=0.5 則S=S0+C=82筒體 設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 則S=S0+C=9.2mm取S=10mm3錐形封頭 因為： =350 所以22.500<<600按第四章發(fā)酵罐設計的中封頭設計可知，加強圈間中錐體截面積最大直徑為： 2*2537/2*tan350=3623取加強圈心線

8、間椎體長度為1811.5 設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綜合前兩步設計，取兩者中較大的有生產經驗確定 標準橢圓型封頭厚度為10 h0=40 圓筒壁厚 10 錐形封頭壁厚 12 h0=40五錐形罐的強度校核1內壓校核液壓試驗 P試=1.25P設由于液體的存在，錐體部分為罐體受壓最重之處即最危險設計壓力P設=3.74kg/cm2液壓實驗P試=1.25P=4.68kg/cm2查得A

9、3鋼=2400kg/cm2試=、 =4.68 =747cm20.9=0.9*0.9*2400=1944試可見符合強度要求，試壓安全2、外壓實驗 以內壓代替外壓P=1.5*（0.3+1.2）=2.25kg/cm2P試=1.25P=2.8kg/cm2P內試 故可知試壓安全3剛度校核本例中允許S=2*2800/1000=5.6mm而設計時取壁厚為S=10mm，故符合剛度要求（公式：S最小=D內）第二節(jié) 發(fā)酵罐熱工設計計算一、計算依據計采用A3鋼作發(fā)酵罐材料，用8號槽鋼做冷卻夾套，分三段冷卻，筒體兩段，錐部一段，夾套工作壓力為2.5/2冷媒為20%（V/V）酒精溶液，T進=-4，T出為-2，麥汁發(fā)酵溫

10、度維持12°主發(fā)酵5-6天，封頭及筒體部分保溫層厚度為200，錐底部分為98）二、總發(fā)酵熱計算 Q=q*v=119*32=3808/hrq每立方米發(fā)酵麥汁在主發(fā)酵期間每小時的放熱量v為發(fā)酵麥汁量三、冷卻夾套型號選擇選取8號槽鋼起截流面積為A=h b-截面積 8*4.3-10.24=24.162 冷卻劑流量為（三段冷卻） 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·冷卻劑的冷卻能力為:Q=7.248*10-3*976*1.04*2*2800 =41199

11、.3kcal/hr>3808kcal/hr故可選取8號槽鋼為冷卻夾套四、發(fā)酵罐冷卻面積的計算 考慮生產過程中，隨著技術的改進，工藝曲線可能更改，按目前我國工藝曲線看，日降溫量較大的為135，為了將來工藝更改留下余量，設計取13-5=8為設計的日降溫量，取0.6/hr為設計的小時降糖量，則由Q0=KAtm求的冷卻面積。1傳熱系數K的確定1）醪液1的計算 1=0.64*C* =0.64*185* =193.5kcal/m2·h·2)冷卻夾套的2的計算 濕潤周邊=80+（80+4*8.0）+2*（43-1）=276mm De=de=4*24.16/27.6=0.035m 2

12、0%(V/V)酒精在定性溫度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故可視為強制湍流流動得n=0.42=0.023/d(Re)0.8(Cµ/)0.4=1578.5kcal/hr·m·因為計算時冷卻盤管為直管的，先修正：=2（1+1.77d/R） =1578.5*(11.77

13、5;0.0351.829)=1632kcal/hr·m·3)筒體部分傳熱系數K =+帶入數據可得：=+ + =6.813*10-3所以：K=146.8kcal/·注：h為假設夾套高度（m）2.錐形罐筒體需冷卻的熱量 1）醪液放熱 Q醪=Q1+Q2降糖放熱Q1=N*q*V1 N-筒體部分所占醪液量：32=30797kg q-1kg麥芽糖發(fā)酵時放出的熱量：146.6kcal/kg V1 降糖速度0.052Bx/hQ1=30797*0.055*10-2*146.6=2483.2kcal/hr 降溫放熱Q2=NV2 -醪液傳熱系數0.95kcal/kg V2 降溫速錄0.

14、6/hvQ2=30797*0.95*0.6=17554kcal/hr所以 Q醪=Q1+Q2=20037.5kcal/hr 2）外界與罐體的傳熱量 A.封頭部分Q3=KF(t外平+t0附-t內) 帶入數據得KF=2.02 Q3=KF(t外平+t0附-t內) =78.8kcal/hrB.筒體部分： 帶入數據到下式： 得：KF=13.76kcal/K Q4=1.1KF(t外平+t0附-t內) =609.5kcal/hr3.筒體冷卻面積A初定 由Q=KAtm的 式中K為傳熱系數kcal/m2h tm=11.30CA=22374.5/136.5*11.3=13.44 則醪液的冷卻負荷為： 13.44/3

15、0797 =0.435m3/T>0.3 m3/T故冷卻面積能夠滿足要求。5.發(fā)酵罐冷卻面積的確定1）筒體部分 由前面敘述可知，筒體部分相同的冷卻段，選用5號槽鋼筒體冷卻段面積為8.3 則槽鋼長=13.44/0.08=168m 取相鄰兩槽鋼間距為40mm 一圈槽鋼長： l0=8.479m168m長的槽鋼可繞圈數168/8.47920圈則二段各繞10圈冷卻段高度為 10*（80+40）-40=1160mm筒體實際冷卻面積為 20*8.479*0.08=13.57m2/T2）錐底部分 錐底部分醪液量為:5.9051*1.0484=6.19kg錐底部分冷卻面積為: 6.19*0.439=2.72

16、m2則槽鋼長為:2.72/0.08=34m繞制高度為:1000mm第三節(jié) 發(fā)酵罐附件的設計及選型一.人孔選用人孔(AXB350) Dg450*6 H1=150 HG/T21616-2005材料A3鋼補強圈尺寸確定如下： D內=484mm D外=760mm 補強圈取8mmS補=0.085cm 二.視鏡選用帶頸視鏡Pg25，Dg80，H=100，HGJ502-86-6補強圈尺寸確定如下： 內徑D1=163mm 外徑D2=300mm補強圈的厚度 S補按 S補=d*S0/(D2-D1)=150*8/(300-163)=8.8mm考慮罐體與視鏡筒節(jié)均有一定的壁厚裕量，故補強圈取8mm三.接管1.CO2回

17、收接管YB80470 Dg40無縫鋼管 重3.6kg/m法蘭 Pg6Dg40HG501058 重 1.219kg2.溫度計取樣接管見發(fā)酵罐總裝圖3.冷卻劑進口接管YB80470 Dg50無縫鋼管 重4.65kg/m法蘭 Pg6Dg50HG501058 重 1.348kg4.濾酒管YB80470 Dg50不銹鋼管 重7.15kg/m法蘭 Pg6Dg50HG501058 重 2.38kg取濾酒管于罐內高度1.2m即1200mm5.麥汁進料及Y排放接管Dg125球閥控制酒量Dg50玻璃視鏡觀測Y排放情況Dg50接管四.支座見發(fā)酵罐總裝圖第四節(jié) 發(fā)酵罐的技術特性和規(guī)范一、技術特性1.本課程設計按JB7

18、41-80鋼制焊接壓力容器技術條件：及“SB5111”不銹鋼耐酸性鋼及碳鋼、類設備進行制作試驗。2.設備制造完畢后，設備內壁所有內表面焊縫須打磨平滑平緩過渡，但須保證用材料同樣厚度。3.立板焊接時應于底軸垂直，兩塊立板之間得分布誤差不大于0.104.設備安裝后軸線對基礎的不垂直度在全長上不大于10mm，設備在現(xiàn)場就位安裝。5.設備組焊后，封頭簡體錐形底的400軸線在總高度范圍內的不垂直度15mm。6.設備應進行下列實驗：1）液壓實驗 罐 內 3.5kgf/cm2 夾套內 3.5kgf/cm22）氣壓實驗 罐 內 3kgf/cm2 夾套內 3kgf/cm27.設備內應涂白色7435底漆層及面漆2層。8.設備碳鋼外露表面應涂Y35-1紅丹油防銹漆2層。9.設備保溫罐外噴聚氨厚度200mm。二、發(fā)酵罐規(guī)范表圓柱錐底發(fā)酵