啤酒發(fā)酵罐課程設計教程文件

1、生物反應器課程設計 啤酒露天發(fā)酵罐設計姓名：張小燕班級：生工112學號： 3110402212露天發(fā)酵罐設計1、啤酒發(fā)酵罐的化工設計計算、發(fā)酵罐的容積確定設計需要選用V有效=22.5m3的發(fā)酵罐貝U V全=V有效/ o =22.5m3/75%=30m、基礎參數(shù)選擇1 . D： H:選用 D： H=1： 42 .錐角：取錐角為903 .封頭：選用標準橢圓形封頭4 .冷卻方式：選取梢鋼盤繞罐體的三段間接冷卻5 .罐體所承受的最大內(nèi)壓：2.5 kg/cm3 外壓：0.3 kg/cm36 .錐形罐材質(zhì)：A3鋼材外加涂料，接管均用不銹鋼7 .保溫材料：硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，厚度 200 mm8 .內(nèi)壁涂料

2、，環(huán)氧樹脂、D H確定由 D： H=1： 4,則錐體高度 H=D/2tan35 =0.714D封頭高度H2=D/4=0.25D圓柱部分高度 H3= (4 0.7140.25) D=3.036D又因為V全=V封+ V錐+ V柱2D3_ 2.=H i D D H 33 4244=0.187D3 +0.131D3 +2.386D3 =30n3查JB1154-73橢圓形封頭和尺寸取發(fā)酵罐直徑 D=2400mm再由 V全=30n3D=2.4m得徑高比D : H=1:3.72由D=2400mnS表得橢圓形封頭幾何尺寸為：hi=600mm ho=40mm F=6.52n2 V=2.00m 3筒體幾何尺寸為：

3、H=6614mm F=49.84 m2 V=29.9m 3錐體封頭幾何尺寸為：ho=4Omm r=280mmH=1714mmF=% d2/4(0.7+0.3cos% )2/sin % +0.64=10.64 m2V=% d3/24(0.7+0.3cos% ) 2/tan % +0.72=3.60m 3則錐形罐體總高：H=60計 40+6614+ 40+ 1714=9008mm總體積：V全=2.00 +29.9 +3.60=35.5m3實際充滿系數(shù)少=22.5/35.5=63.3%罐內(nèi)液柱高：H =22.5-3.75/(3.14 X 1.2 2)/4 X 102+(1714+40)=3413 m

4、m、發(fā)酵罐的強度計算罐體為內(nèi)壓容器的壁厚計算.標準橢圓封頭設計壓力為 1.1 X 2.5=2.75 kg/cm 2S=PDg式中：P=2.75kg/cm2打：A3鋼工作溫度下的許用力取1520. kg/cm2?。汉附酉禂?shù)，本設計采用雙面對接焊作為局部無探傷0.9壁厚附加量：C=C+ G+G查表得：G:鋼板厚度的負偏差取0.8負偏差C 2：腐蝕裕量取1.5mmC 3：制造減薄量取0.6則：S=(2.75 X 2400/2 X 1520X 0.9-2.75) +3.4=5.814mm取 S0=8mm直邊高h0=40mm校核_ PD中 D中(T =4s 2h=2.75 X (2400+8)/4 X

5、8 X (2400 + 8)/2 X 900=369.12 三S t.筒體P設=1.1 x(P工作+P靜)= 1.1 X (2.5+0.61 ) =3.42 kg/cm2S=PD C (取 C=0.6, C2=2, C3=0.6 ) 2 P=3.42 x 2400/(2 X1520X 0.9 -3.42) +3.2=6.2mm取 S=7mm校核_PD中 (T 2=2s=588.0 至少ct.錐形封頭1）過渡區(qū)壁厚S= c20.5PP設=1.1 X (2.5 +0.9) =3.74 kg/cm2 (0.9 為靜壓)K=0.716S=T C 20.5P=0.716 X3.74 X2400/(2 X

6、 1520X 0.9 0.5 X3.74) +C=2.35+C=2.35+0.6 +2 + 0.59=5.54mm2)錐體S= f PDgc0.5PSc=f PDg t 0.5P=0.60 X 3.74 X 2400/(1520 X 0.9 -0.5 乂 3.74) (f 查表為 0.60 ) =3.94mmS= S0 + C=3.94 + 0.6 +2 + 0.59=7.13mm取 S=8mm h=40mm校核錐體所受最大應力處:_ PD中 (T =2scos45=3.74 x (2400+8) /(2 x 10X cos35 )=687,14 三cr錐體為外壓容器的壁厚計算.標準橢圓封頭設

7、 S)=5mmR 內(nèi)=0.9Dg=2160mmR 內(nèi)/100S=2160/100*5=4.32查圖表4-1得B=275P =B XSc/R內(nèi)=275X 5/2160=0.64 kg/cm2 0,3 kg/cm2滿足要求取 G=0.5mm C2=2mm C3=0.5mm則 S=S + C=8mm.筒體設 S)=5mmL/D=0.69D=2400/6=400查圖表4-1得B=210P =210 X 6/2400=0.53 kg/cm2 0,3 kg/cm 2S0=6mm故可取 C=0.6mm C2=2mm C3=0.6mm則 S= S0+ C=9.2mm 取 S=10mm.錐形封頭因為 =35所以

8、 22.50 % 0.3 kg/cm2故取S0 =6mmC1=0.6mm， C2=2mm， C3=0.6mm所以S= S0 C=9.2mm取 S=10mm綜合前兩步設計，取兩者中較大的。由生產(chǎn)經(jīng)驗確定標準橢圓型封頭厚度為8mm h 0=40mm圓筒壁厚10mm標準型封頭壁厚10mm h 0=40mm錐形罐的強度校核、內(nèi)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中之處即最危險設計壓力P=3.74 kg/cm 2液壓試驗 P 設=1.25P=4.68 kg/cm2查得 A3 鋼(T =2400 kg/cm 2P Dg S C試2s C=4.68 X 2400 + (

9、10-3.2)/2 X (10-3.2)=828.2 kg/cm20.9 少(T =0.9 X 0.9 X 2400=1944 kg/cm 2 )試可見符合強度要求，試壓安全.外壓試驗以內(nèi)壓代替外壓P=1.5X (S+ C) =1.5 X (1.0+0.3) =1.3 kg/cm2P試= 1.25P=1.63 kg/cm2 P內(nèi)試故可知試壓安全.剛度校核本設計中允許 S=2X 2400/ 1000=4.8mm而設計時取厚度為S=10mm故符合剛度要求2、發(fā)酵罐熱工設計計算計算依據(jù)計采用A3鋼作為發(fā)酵罐材料，用8號梢鋼做冷卻夾套，分三段冷卻，筒體二段，錐部一段，夾套工作壓力為2.5 km/cm2

10、冷媒為20% (V/V)酒精7容液,T進=-4C, T出=-2C,麥汁發(fā)酵溫度維持12c（主發(fā)酵56天，封頭及筒體部分保溫層厚度為200mm錐底部分為 98mm）總發(fā)酵熱計算Q=q8330kcal /hr故可選取8 號槽鋼為冷卻夾套。發(fā)酵罐冷卻面積的計算考慮生產(chǎn)過程中，隨著技術的改進，工藝曲線可能更改，按目前我國生產(chǎn)工藝曲線看，日降溫量較大的為 13C-5C,為了將來工藝更改留下裕量，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=KA tm求得冷卻面積。傳熱系數(shù)K的確定1）醪液 i的計算t1+t2246810C25150170185204% i=0.64

11、 x CX 4n2=0.64 x 185X 4 13 5=198.9kcal/ m2 ho C2)冷卻夾套的0c 2的計算潤濕周邊=80+ (80 + 4X8.0) +2X (43 1) =276mm,4流體流動截面面積 de=濕潤周邊=204mm=20.4 cmde=4 24.16 =4.74 cm=0.0474m20.420%(V/V)酒精在定性溫度t= (-42) /2=-3c下w =5.05CP=5.05X 103 Pa s入=0.402kcal/hrm C =0.468W/kg CG=1.041kcal/ kg C =4.358X 103 J/ kg Cp =976 kg/itfu

12、=1m/sRe=dujP / u =9160=10故可視為強制湍流流動得n=0.4% 2=0.023 入/d(Re) (CpJ 入)0.4=1348.4kcal/hr m- C因為計算時冷卻盤管為直管，先修正：% =% (1+ 1.77d/R)= 1348.4X(1 +1.77 X0.0474/1.829)=1410.3kcal/hr mr C3)筒體部分傳熱系數(shù)K11Rsb1RS2KA21A1A1A2 A3A代入數(shù)據(jù)可得：A1-筒體內(nèi)層傳熱面面積12.3062 m2A2-筒體平均傳熱面積12.3562 m2A3-筒體外壁平均傳熱面積12.304 m2Rs1-啤酒液污垢系數(shù)0.000675 m

13、2 hC/kcalRs2-冷卻劑污垢系數(shù)0.000307 m2 hC/kcal1-發(fā)酵液傳熱系數(shù)192.5kcal/ m2 h2-夾套冷卻劑的傳熱系數(shù)206.4kcal/ m2 hA-筒體材料導熱系數(shù)4.562kcal/ itf hCb-筒體壁厚0.01m0.00815h12.3562h112.3562h0.000675 12.3562h 0.01 0.000307 12.3562hK 193.5 12.304h12.304h4512.3062h=7.058 X 10 3所以：K=141.7kcal/ m2 C注：h為假設夾套高度（m錐形罐筒體需冷卻的熱量1）醪液放熱Q S=Q + QQ i=

14、34765X 0.055 乂 146.6=2803.1kcal/hrQ 2=34765X 0.9519 X0.6=19855.68kcal/hr所以 Q w=Q+Q=22658.78kcal/hr2）外界與罐體的傳熱量a.封頭部分Q=KF （t外平+ 3附一t內(nèi)）代入數(shù)據(jù)得 KF=2.02 X （10知 1） X （32 + 8.55）=78.88kcal/hrb.筒體部分：代入數(shù)據(jù)：111231KFA11A22 A33 A4A5得：KF=15.67kcal/K CQ=KF （t外平+ 3附t內(nèi)）= 1.1 X 15.67 X（32+8.5 -5）=611.91kcal/hr筒體冷卻面積A初定

15、t1 t214 9tm- 11.3 C,t1141n ln -t29Q=KAk tmA=22958.78/ （141.7X 11.3） =14.34 m2則醪液的冷卻負荷為:14.34/34765=0.413 m2/T0.3m3 /T故冷卻面積能夠滿足要求。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8#槽鋼筒體冷卻段面積為14.34 m2則槽鋼長=14.34/0.08=179m取相鄰兩槽鋼間距為80mm一圈槽鋼長：l 0=(3.14 X 2.4) 2 +0.122 ? =7.54m179長的梢鋼課繞圈數(shù)179/7.54弋24圈則二段各繞12 圈冷卻高度為12X

16、 (80+40) -40=1400mm筒體實際冷卻面積為24X 11.567 X0.08=22.2 m2/T2)錐底部分錐體部分醪液量為10.213 x 1.0484=10.70kg錐體部分冷卻面積為10.70 X 0.439=4.70 m2/T則槽鋼長為4.70/0.08=58.76m繞制高度為1000mm3、 發(fā)酵罐附件的設計及選型入孔1)、選用入孔 BIIPg6Dg450X 8H=220JB-64-28 材料 A3鋼2) 、補強圈尺寸確定如下D 內(nèi) =484mmD 外 =760mm補強圈的厚度S補按下式計算，考慮罐體與入孔節(jié)均有一定的壁厚裕量，故補強圈取8mmS 補=(dx$)/(D 2

17、-Di)=(45 X0.52)/(76-484)=0.85cm視鏡1)選用帶勁視鏡Pg6Dg150JB595-64-42)補強圈尺寸確定如下：內(nèi)徑D1 =163mm外徑 =300mm補強圈的厚度S補按S 被 =d*S0/D2-D1=150*8/300-163=8.8mm考慮罐體與視鏡筒節(jié)約有一定的壁厚余量，故補強圈取8mm接管1)CQ回收接管YB804-70 Dg40 無縫鋼管重 3.6kg/m法蘭Pg6Dg40HG5010 58 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YB804-70 Dg50 無縫鋼管重 4.65kg/m法蘭Pg6Dg50HG5010 58

18、 重 1.348kg4) 濾酒管YB804-70 Dg50 不銹鋼管重 7.15kg/m法蘭Pg6Dg50HG5010 58 重 2.38kg去濾酒館于管內(nèi)高度為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接管三、發(fā)酵罐的計算特性和規(guī)范1 、技術特性本例按JB74180鋼制焊接壓力容器技術條件：及“ SB5111不銹鋼耐酸性鋼及碳鋼、II 類設備進行制造試驗。設備制造完畢后，設備內(nèi)壁所有內(nèi)表面焊縫須打磨光滑平緩過渡，但須保證用材料同樣厚度。立板焊接時應與底軸垂直，兩塊立板之間得分布誤差不大于0.10設備安裝后軸線對基礎的不垂直度在全場上不大于10mm設備在現(xiàn)場就位安裝。設備組焊后，封頭筒體錐形底的400軸線在總高度范圍內(nèi)的不垂直度 15mm設備應進行下列實驗：1)液壓實驗罐 內(nèi) 3.5kgf/cm 2夾套內(nèi) 3.5kgf/cm 22）氣壓實驗 罐內(nèi) 3kg/cm 2夾套內(nèi) 3kg/cm 2設備內(nèi)應涂白色7535底漆層及面漆2