酒精发酵罐的设计说明

1、第一章啤酒露天发酵罐的化工设计计算一 、发酵罐的容积确定3实际需要选用 V 全=40m的发酵罐3则 V 有效 =V全×=40×80%=32 m二、基础参数选择1. D:H 选用 D:H=1:32. 锥角：取锥角为 70°3. 封头：选用标准椭圆封头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）35. 罐体所承受最大内压： 2.5 cm外压： 0.3 cm36. 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200 8. 内壁涂料：环氧树脂三、 D

2、 、H 的确定由 D:H=1:2 ，则锥体高度 H1=D2tg35 °=0.714D封头高度 H2=D4=0.25D圆柱部分高度 H3=（2.0-0.714-0.25）D=1.04D.D232又因为 V 全=V锥+V封+V柱= 3 ×4×H1+24×D4×D×H3333=0.187D +0.13D +0.816D =40查 JB1154-73椭圆形封头和尺寸取发酵直径D=3400mm3再由 V 全=40cm ，D=3.4m设 H: D=x0.187 D 30.13 D 3 （ x-0.714-0.25）D3=40X=1.86得径高比为

3、 D:H=1:1.86由 D=3400mm查表得椭圆形封头几何尺寸为：h1=850mmh0=50mmF=13.0m23V=5.60m筒体几何尺寸为：H=2946mmF=31.46 m23V=47.42m锥体封头几何尺寸为：H0=50mmr=510mH=2428mm.F=d24-0.70.3COSa 2 +0.64=6.9 m 2SinaV=d324 （0.7+0.3COSa） 2tga+0.72=10.27 m 3则：锥形罐总高： H=575+40+5791+40+1714=8160mm总容积： V=1.76+26.18+3.53=42.6m 3实际充满系数： 3242.6=75%罐内液柱高：

4、32 - 10.27H， =3.42103 +（2428+50）=4873mm4四、发酵罐的强度计算4.1罐体为内压容器的壁厚计算1. 标准椭圆封头设计压力为 cm2PDgS=2Ct P2式中： P=2.75 cmt ：A3 钢工作温度下的许用力取21520 cm：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0.8mm负偏差C2: 腐蚀裕量取2mmC3: 制造减薄量取0.6mm.则：2.7534003.4 6.8mm2 1520 0.9 - 2.75取 S 0=7mm直边高： h0=50mm校核PD中D中4s2h=2.

5、753400734007472850=670.6t2. 筒体P设=1.1 ×（ P 工作+P静）=1.1*2（2.5+0.61 ）=3.42 cmS=PD（取 C2=0.6,C 2=2,C3=0.6 ）2CP=3.4234003.2 7.5mm2 1520 0.9 - 3.42取 S=8mm校核t2=PD/2s=728.53. 锥形封头(1) 过渡区壁厚S=K P设 DgC20.5 P2P设 =1.1* （2.5+0.9 ）=3.745 cm（ 0.9 为静压）.S=K P 设DgC20.5 P=0.753.743400C2 1520 0.9 - 0.5 3.74=3.49+C=3.

6、49+0.6+2+0.369=6.46mm(2) 锥体f * PDgS=t0.5P +CS0=f * PDg=0.603.74 34005.6 （ f 查表为 0.60 ）t0.5P15200.9- 0.5 3.74S=S0+C=5.6+0.6+2+0.59=8.57取 S=10mm h0=40mm校核锥体所受最大应力处：PD中2sCos35=3.743410=778.5t210cos354.2 锥体为外压容器的壁厚计算1. 标准椭圆封头设 S0=5mmR内 =0.9Dg=3060mmR内 /100S=3060/ （ 100×5） =6.12查图表 4-1 及 B=275.P=B*S

7、0/R 内=275*5/3240=0.43kg/cm2>0.3kg/cm 2满足要求取 C1=0.5mm，C2=2mm， C3=0.5mm则 S=S0+C=8mm2. 筒体设 S0=6mmL/D=0.86S0/ D=2400/6=400查图表 4-1 及 B=210P=210 ×6/3400=0.37kg/cm 2>0.3kgS0=6mm故可取 C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm则 S=S0+C=9.2mm或 10mm3. 锥形封头因为：=35°所以22.50 ° <<60°按第四章发酵罐设计的中封头可知，加强圈间中

8、锥体截面积最大直径为：（ 2 × 2428/2 ）× tg35 °=1700mm取加强圈中心线间锥体长度为1214mm设 S0=6mm.L/D=857/3400=0.36D/S0=3400/6=566.7查图表 4-1 及 B=320P=BS 0/D=320*6/3400=0.53>0.3kg/cm2故取 S0=6mmC1=0.6mm， C2=2mm，C3=0.6mm所以 S=S0+C=6+3.2=9.2取 S=10mm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10mm h 0=50mm圆筒壁厚10mm标准形封头壁厚12mm h0=50

9、mm五、锥形罐的强度校核5.1 内压校核液压试验 P 试=125P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=3.74kg/cm 2液压实验 P 试=1.25P=4.68kg/cm 2查得 A3 钢 =2400kg/cm3 试=P试 Dg+（S-C）/2(S-C)=4.68*3400+(12-3.2)/2*(12-3.2).=890.9kg/cm 20.9 2> 试可见符合强度要求，试压安全5.2 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/cm 2<P 内试故可知试压安全5.3 刚度校核本例中允许

10、S=2*3400/1000=6.8mm而设计时取壁厚为S=10mm，故符合刚度要求（公式：S 最小 =2D内/1000 ）第二章发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用 A3 刚作发酵罐材料，用8 号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，椎部一段，夹套工作压力为2.5kg/cm 2 冷媒为 20%（V/V）酒精溶液， T 进=- 4， T 出为- 2，麦汁发酵温度维持12（主要发酵 5-6 天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，椎底部分为98mm）.二、总发酵热计算Q=q*v=119*32=3808kg/hrq 为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1、冷却夹套型号选择

11、选 取8号 槽 钢 起 截 流 面 积 为A=hb- 截 面 积=8*4.3-10.24=24.16cm2冷却剂流量为（三段冷却）3*24.16*10-4*1=7.284*10-33m/s查得 20%（V/V）酒精溶液 t平 =-3下的 =976kg/m3C=1.04kcal/kg·冷却剂的冷却能力为：Q=7.248*10 3*976*1.041*2*3400=60082kcal/hr故可选取 8 号钢槽为冷却夹套。2、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 13到 5，为了将来工艺更改留下余量，设计取 1

12、3- 5=8为设计的日降温量，取 0.6 /hr 为设计的小时降温量， 则由 Q=KAtm求得冷却面积。2.1 传热系数 K的确定醪液 1 的计算.1=0.64*C*t1t 2=0.64*185*115=185.3kcal/m 2·h·冷却夹套的 2 的计算湿润周边 =80+（80+4*8.0 ）+2* （43-1 ）de=（4* 流体流动截面面积） / 湿润周边=276mm=27.6cmde=4*24.16/27.6=3.5cm=0.035m20%（V/V）酒精在定性温度t= （-4-2 ）/2=- 3下=5.05CP=5.05*10 3Pa·s =0.402k

13、cal/hr ·m· =0.468W/m·C p=1.041kcal/kg · =4.358*10 3J/kg =976kg/m2=1m/sRe=du/ =9160=104故可视为强制湍流流动得n=0.42=0.023 /d （ Re）0.8 （Cp/ ） 0.4=1348.4kcal/hr·m·因为计算时冷却盘管为直管的，先修正：、=（ 1+1.77d/R ）=1348.4*（1+12）*0.0474/1.829=1410.3kcal/hr ·m·1）筒体部分传热系数K.1/K A2=1/ 1A1+Rs1/A 1

14、+b/ A2+1/ 2A3+Rs2/A 3代入数据可得：1/K=7.325*10 -3所以： K=136.5kcal/m 2·注： h 为假设夹套高度（ m）3、锥形罐筒体需冷却的热量1 ）醪液放热 Q=Q+ Q醪12= 37000×0.055 ×146.6 = 2983.3kcal / hrQ1Q=37000×0.9519 ×0.6 = 21132kcal / hr2所以 ,Q24115kcal / hr醪=Q+Q =122 ）外界与罐体的传热量a.封头部分 Q1 = KF(t外平 +t 0 附-t内）带入数据得 KF=0L.2Q1 = KF

15、(t外平 +t 0 附-t内）=2.02 ×（ 10%+1）×（ 32+8.5-5 ）78.72kcal / hrb. 筒体部分：带入数据：1/KF=1/ A1 + 1/ 1A2 + 2/ 2A2+ 3/ 2A4+1/ A5得： KF = 15.67kcal/K·°CQ =KF(t外平+t0 附-t内）2=1.1 ×15.6 （32+8.5-5 ）.= 6119kcal/hr4、筒体冷却面积A 初定tm ( t1t 2 ) / ln(t1 /t2 )(149) / ln( 14 / 9)11.3 CQ=KAtmA=24115/136.5 

16、15;11.3= 15.6m2则醪液的冷却负荷为：15.6/37000=0.422m2/T>0.3m 3/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8#槽钢筒体冷却段面积为 15.6m2 ，则槽钢长 =15.6/0.08=195取相邻两槽钢间距为40mm一圈槽钢长：l 0=(3.14 ×3. 42) 2 +0.122 1/2 =10.74m330m长的槽钢可绕圈数195/10.7420 圈则二段各绕 10 圈冷却段高度为：10×（ 80+40）-40=1760mm筒体时机冷却面积为：(20*10.74)&#

17、215;0.08= 17.2m2 /T2）锥底部分.锥体部分醪液量为10.27 ×1.0484= 10.76锥体部分冷却面积为10.76×0.439= 4.7m2则槽钢长为 4.7/0.08=58.7m绕制高度为 1000mm第三章发酵罐的技术特性和规范一、技术特性1、本例按 JB741 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、II类设备进行制造试验。2、设备制造完毕后， 设备内壁所有内表面焊缝须打磨光滑平缓过渡，但须保证用材料同样厚度。3、立板焊接时应与底轴垂直，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场上不大于10mm，设备在现场就位安装。5、设备组焊后，封头筒体锥形底的400 轴线在总高度范围内的不垂直度 <15mm6、设备应进行下列实验：21）液压实验罐内3.5kgf/cm2夹套内3.5kgf/cm2）气压实验罐内3kg/cm2.2夹套内3kg/cm7、设备内应涂白色7535 底漆层及面漆 2 层8、设备碳钢外露表面应涂Y351-1 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340m圆柱锥底发酵罐的规范表名称3圆柱锥底发酵罐40m罐体规格：直径（ mm）3400柱体高度（ mm）2946总高度（ mm）6