啤酒露天發(fā)酵罐的設(shè)計

1、安徽工程大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱：生物反應(yīng)器設(shè)計（啤酒露天發(fā)醉罐設(shè)計）姓名：呂超紹指定參數(shù)：1. 全容：40m2. 容積系數(shù)：75%3. 徑高比：1:34. 錐角：過5. 工作介質(zhì)：啤酒設(shè)計內(nèi)容：1. 完成生物反應(yīng)器設(shè)計說明書一份（要求用人紙打?。?）封面2）設(shè)計任務(wù)書3）生物反應(yīng)器設(shè)計化工計算4）完成生物反應(yīng)器設(shè)計熱工計算5）完成生物反應(yīng)器設(shè)計數(shù)據(jù)一覽表2. 完成生物反應(yīng)器總裝圖一份（用CA除圖為紙打?。┰O(shè)計主要參考書：1. 生物反應(yīng)器課程設(shè)計指導(dǎo)書2. 化學(xué)工藝設(shè)計手冊3. 機(jī)械設(shè)計手冊4. 化工設(shè)備5.化工制圖露天發(fā)醉罐設(shè)計計算步驟第一節(jié)發(fā)醉罐的化工設(shè)計計算一、發(fā)醉罐的容積確定在選用時

2、V全=40宿的發(fā)醉罐貝UV有效=丫全*0=40X75%=30吊為容積系數(shù)）二、基礎(chǔ)參數(shù)選擇1 .D:H:選用D:H=1:32 .錐角：取錐角為7003 .封頭：選用標(biāo)準(zhǔn)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，槽鋼材料為從鋼，冷卻介質(zhì)采用20%-4C的酒精溶液5 .罐體所承受最大內(nèi)壓：2.5kg/cm3外壓：0.3kg/cm36 .錐形罐材質(zhì)：A3鋼外加涂料，接管均用不銹鋼7 .保溫材料：硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8 .內(nèi)壁涂料：環(huán)氧樹脂三、D、H的確定由D:H=1:3,貝U錐體高度Hi=D/2tan350=0.714D（350為錐角的一半）封頭高度

3、H=D/4=0.25D圓柱部分高度H=(3.0-0.714-0.25)D=2.04D又因為丫全=丫錐+V封+V柱=-xD2/4xH+三xD3+-xD2xHb3244=0.187D3+0.13D3+1.60D3=40得D=2.75m查JB-T4746-2002橢圓形封頭和尺寸取發(fā)醉直徑D=2800mm再由V全=40而，D=2.8m得徑高比為：D:H=1:2.9由D=2800mr表得橢圓封頭幾何尺寸為:h1=700mmh0=40mmF=8.85m2V=3.12m3筒體幾何尺寸為:H=5712mmF=50.24m2V=35.17m3錐體的幾何尺寸為:h0=40mmr=420mmH=2169mmF=-

4、d2|二(0.7+0.3cosa)2+0.641=0.619m24HsinaV=d3!(0.7+0.3cosa)2+0.7213.597m324勝ga則：錐形罐總高：H=700+5712+2169+40+40=8661mm總?cè)莘e：V=3.12+35.17+4.105=42.395m3實際充滿系數(shù)中：30/42.395=70.8%罐內(nèi)液柱高:H=30-13-597*102+(2169+40)=2475mmn*2.82/4四、發(fā)醉罐的強度計算（一）罐體為內(nèi)壓容器的壁厚S計算1.標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭設(shè)計壓力為P=1.1*2.5=2.75kg/cm2S0=w內(nèi)+C2二:-P式中：P=2.75kg/cm2U:A

5、鋼工作溫度下的許用力取1520kg/cm2“：焊接系數(shù)，本例采用雙面對接焊作為局部無探傷少=0.9壁厚附加量：C=C+G+Q查表得：C:鋼板厚度的負(fù)偏差取0.8則負(fù)偏差C2：腐蝕裕量取2mmC3：制造減薄量取0.6mm則:S=2.75*2800/(2*1520*0.9-2.75)+3.4=6.22mm取S0=7mm直角邊ho=40mm校核b=(PD中/4So)*(D中/2hi)=2.75*(2800+7)/4*7*(2800+7)/(2*700)=552.75=。t2 .筒體Pi：=1.1*(p工作+p靜)=1.1*(2.5+0.61)2=3.42kg/cmS=PD/(2b巾-P)+C(C=0

6、.6,C2=2,C3=0.6)=(3.42*2800)/(2*1520*0.9-3.42)+3.2=6.70mm取S=7mm校核b2=P設(shè)D中/2S=3.42*(28007)2*7=685.71=bl巾3 .錐形封頭1)過渡區(qū)壁厚S=(KP設(shè)Dg)/(2bt巾-0.5P)+CP設(shè)=1.1*(2.5+0.9)=3.74kg/cm2(其中0.9為靜壓)折邊錐體的系數(shù)K值K=0.75S=(KP設(shè)Dg)/(2ct巾-0.5P)+C=(0.75*3.74*2800)/(2*1520*0.9-0.5*3.74)+C=2.87+C=2.87+0.6+2+0.369=5.84mm2)錐體S=(f*PDg)/(

7、ct-0.5P)+CSo=(f*P設(shè)Dg)/(ct-0.5P)=(1.4*3.74*2800)/(1520*0.9-0.5*3.74)(f=1/cosa=1/0.7=1.4)=4.61mmS=S+C=4.61+0.6+2+0.461=7.671mm取S=8mmh0=40mm校核錐體所受的最大壓力處a=PD中/2Scos350=3.74*2807/2*8*cos350=400.60.3kg/cm2滿足要求取Ci=0.5mm,C2=2mm,Q=0.5mm則S=S+C=8mm2.筒體設(shè)S0=6mmL/D=0.69D=2800/6=450mm查表的B=210P=210*6/2800=0.45kg/cm

8、20.3kg/cm20=6mm故可取Ci=0.6mm,G=2mm,C3=0.6mm則S=S+C=9.2mmWS=10mm3.錐形封頭因為:V一G匚0a=35所以22.500Va0.3kg/cm2故取So=6mmCi=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm所以S=S0+C=9.2mm取S=10mm綜合前兩步設(shè)計，取兩者中較大的有生產(chǎn)經(jīng)驗確定標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭厚度為10mmh0=40mm圓筒壁厚10mm錐形封頭壁厚12mmho=40mm五.錐形罐的強度校核1 .內(nèi)壓校核液壓試驗P試=1.25P設(shè)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(shè)計壓力Pt=3.74kg/cm2液壓實驗P試=1.2

9、5P=4.68kg/cm查得A專岡仃=2400kg/cm2“Dg+(S-C)仃試二P試2(S-C),=4.68,膽士衛(wèi)2*(12-3.2)2=746.9kg/cm20.9邛仃=0.9*0.9*2400=1944kg/cm試可見符合強度要求，試壓安全2、外壓實驗以內(nèi)壓代替外壓P=1.5*(0.3+1.2)=2.25kg/cm2P試=1.25P=2.8kg/cm24462.5kcal/hr故可選取8號槽鋼為冷卻夾套四、發(fā)醉罐冷卻面積的計算考慮生產(chǎn)過程中，隨著技術(shù)的改進(jìn)，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13C-5C,為了將來工藝更改留下余量,設(shè)計取13-5=8C為設(shè)計的日降溫

10、量，取0.6C/hr為設(shè)計的小時降糖量，則由Q=KAtm求的冷卻面積。1 .傳熱系數(shù)K的確定1)醪液ai的計算ai=0.64*C*4t1-t2=0.64*185*412-5=193.5kcal/m2h,C2)冷卻夾套的a2的計算濕潤周邊=80+(80+4*8.0)+2*(40-1)=276mm4*流體流動截面面積De=濕潤周邊de=4*24.16/27.6=0.035m20%(V/V)酒精在定性溫度t=(-4-2)/2=-3C下以=5.05Pa,s入=0.402kcal/hr-m-C=0.468W/mCCp=1.04kcal/kgC=4.358*103J/kg.C3p=976kg/mu=1m/

11、sRe=dup/以=9750=10故可視為強制湍流流動得n=0.4a2=0.023入/d(Re)08(CP/入)0.4=1797.9kcal/hr-m-C因為計算時冷卻盤管為直管的，先修正：a=a2(1+1.77d/R)=1797.9*(1+12)*0.0474/1.829=605.7kcal/hr-m-C3)筒體部分傳熱系數(shù)K1 =1+Rs+b+1+Rs2KA2a1AiAi,A2、工2-：3A帶入數(shù)據(jù)可得：1=11.3554h+0.000675*11.3354h+0.01+14.564K185.3*11.304h11.304h4.54*14.562206.4*14.562+0.000307*

12、14.56414.562h=12.99*10-3所以：K=77.0kcal/MC注：h為假設(shè)夾套高度(m(2 .錐形罐筒體需冷卻的熱量1 )醪液放熱Q0i=Q+Q降糖放熱Q=N*q*V1N-簡體部分所占醪液量：42=40170kgq-1kg麥芽糖發(fā)醉時放生的熱量：146.6kcal/kgV1-降糖速度0.052Bx/h0=32861*0.055*10-2*146.6=2649.6kcal/hr降溫放熱Q=N入VA-醪液傳熱系數(shù)0.95kcal/kgCV2-降溫速錄0.6C/hvQ=32861*0.95*0.6=18730.8kcal/hr所以Q*Q+Q=21360kcal/hr2）外界與罐體的

13、傳熱量A.封頭部分Q=KF（t外平+t。附-t內(nèi)）帶入數(shù)據(jù)得KF=2.03Q3=KF（t外平+t。附-t內(nèi)）=78.81kcal/hrB.筒體部分：帶入數(shù)據(jù)到下式：111、2、31=+KF0.3m3/T故冷卻面積能夠滿足要求。5.發(fā)醉罐冷卻面積的確定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8.3m2則槽鋼長=14.3/0.08=178.75m取相鄰兩槽鋼間距為40mm一圈槽鋼長：l0=,(3.14*2.82)20.122=8.85m178.75m長的槽鋼可繞圈數(shù)178.75/8.85=20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*8.79*0.08=14.06m2/T2)錐底部分錐底部分醪液量為：5.91*1.0484=6.196kg錐底部分冷卻面積為：6.196*0.439=2.72m貝U槽鋼長為：2.72/0.08=34m繞制高度為：1000mm、發(fā)醉罐規(guī)范表40m3圓柱錐底發(fā)醉罐的規(guī)范表名稱40m：0柱錐底發(fā)醉罐罐體規(guī)格：