发酵罐的工艺计算.docx

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发酵罐的工艺计算

第一节发酵罐的化工设计计算

一、发酵罐的容积确定

需要选用V全=30m3的发酵罐

则V有效=V全*

=30*80%=24m3

二、基础参数选择

1、D：

H：

选用D：

H=1：

4

2、锥角：

取锥角为700

3、封头：

选用标准椭圆形封头

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，冷却价质采用20%、-4℃的酒精溶液

5、罐体所承受最大压力：

2.5kg/cm3

外压：

0.3kg/cm3

6、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200mm

8、内壁涂料：

环氧树脂

三、D、H的确定

由D：

H=1：

4，则锥体高度H1=D/2tg350=0.714D

封头高度H2=D/4=0.25D

圆柱部分高度H3=（4.0-0.714-0.25）D=3.04D

又因为V全=V锥+V封+V柱

=

=0.187D3+0.13D3+1.60D3=30

得D=2.23m

查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm

再由V全=30m3，D=2.4m

得径高比为：

D：

H=1：

3.32

由D=2400mm查表:

椭圆形封头几何尺寸为：

h1=600mm

h0=40mm

F=6.52m2

V=2.00m3

筒体几何尺寸为：

H=5654mm

F=7.55*5.654=42.69m2

V=4.524*5.654=25,58m3

锥体封头几何尺寸为：

h0=40mm

v=360mm

H=2215mm

F=

V=

则：

锥形罐体总高：

H=600+5654+40+40+2215=8549mm

总容积：

V=2+25.58+3.75=31.33m3

实际充满系数

罐内液柱高：

四、发酵的强度计算

（一）罐体为内压容器的壁厚计算

1、标准椭圆封头

设计压力为1.1*2.5=2.75kg/cm2

式中：

P=2.75kg/cm2

：

A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm2

：

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2mm

C2：

制造减薄量取0.3mm

则：

取SO=8mm

直边高HO=40mm

校核

=

2、筒体

取S=7mm

校核

3、锥形封头

1）过渡区壁厚

（2）锥体

取S=8mmh0=40mm

校核锥体所受最大应力处：

（二）、锥体为外压容器的壁厚计算

1、标准椭圆封头

设SO=5mm

R内=0.9Dg=0.9*2400=2160mm

R内/100So=21600/100x5=4.32

查图表4-1及B=2.75

满足要求

取C1=0.5mm，C2=2mmC3=0.5mm

则S=SO+C=8mm

2、筒体

设SO=6mm

L/D=0.69

D=2400/6=600

查图表4-1及B=210

SO=6mm

故可取C1=6mm，C2=2mm，C3=0.6

则S=SO+C=9.2mm取S=10mm

3、锥形封头

因为：

按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：

取加强圈中心线间锥体长度为1370mm

设SO=6mm

L/D=1370/2400=0.57

D/SO=2400/6=400

图表表4-1及B=320

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8mmho=40mm

圆筒壁厚10mm

标准形封头壁厚10mmho=40mm

五、锥形罐的强度校核

1、内压校核

液压试验P试=125P设

由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险

设计压力实验P=1.25p=4.68/cm2

查得A3钢

可见符合强度要求，试压安全

2、外压实验

以内压代替外压

3、刚度校核

本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm

而设计时取壁厚为S=10mm，故符合刚度要求

（公式：

）

第二节发酵罐热工设计计算

一、计算依据

计采用A3钢作发酵材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp2冷媒为20%（V/V）酒精溶液，

麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，锥底部分为98mm）

二、总发酵热计算

Q=q*v=119*24=2856kg/hr

Q每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量；

V为发酵麦汁量

三、冷却夹套型号选择

选取8号槽钢起截流面为A=hb—截面积

=8*4-10.24=24.16cm2

冷却剂流量为（三段冷却）

3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m3/s

查得20%（V/V）酒溶液△t平=-30C下的

P=976kg/m3

Cp=1.04kcal/kg●0C

冷却剂的冷却能力为：

Q=7.248X103X976X1.041X2X2400

=34430.8kcal/hr>8330kcal/hr

故可选取8号槽钢为冷却夹套。

四、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来看，日降温量较大的为13℃→5℃，为了将来工艺更改留下余量，设计取13-5=8℃为设计的日降温量，取0.6℃/hr为设计的小时降糖量，则Q0=KA△tm求得冷却面积。

1、传热系数K的确定

1）醪液的

的计算

2）冷却夹套的

的计算

湿润周边=80+（80+4*8.0）+2*（43-1）

de=

=204mm=20.4cm

De=4*24.16/20.4=4.74cm=0.0474m

20%（V/V）酒精在定性温度t=（-4-2）/2=-3℃下

3）筒体筒体部分传热系数K

代入数据可得:

所以:

K=136.5kcal/m2.℃

注：

h为假设夹套高度（m）

2、锥形罐筒需要冷却的热量

1）醪液放热Q醪=Q1+Q2

Q1=62110X0.055X146.6=4552.7kcal/hr

Q2=62110X09919X0.6=35473kcal/hr

所以Q醪=Q1+Q2=40026.kcal/hr

2）外界与罐体的传热量

a.封头部分Q1=KF（

）

带入数据得KF=0L.2

Q1=KF（

）

=2.02*（10%+1）*（32+8.5-5）78.72kcal/hr

b.筒体部分：

带入数据：

3、筒体冷却面积A初定

A=40716.8/136.5*11.3=26.4M2

则醪液的冷却负荷为：

26.4/62110=0.425m2/T>0.3m3/T

故冷却面积能够满足要求

4。

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#槽钢筒体冷却段为面积为26.4m2

则槽钢长=26.4/0.08=330m

取相邻两槽钢间距为40mm

一圈槽钢长：

330长的槽钢可绕圈数330/11。

367≈30圈

则二段各绕15圈

冷却段高为

15*（80+40）—40=1760mm

筒体实际冷却面积为

30*11.367*0.08=1.439m2/T

2）锥底部分

锥体部分醪液量为10.76*1.0484=11.27

锥体部分冷却面积为

11.27*0.439=4.95m2

则槽钢长为4.95/0.08=61.8m

绕制高度为1000mm

第三节发酵罐附件的设计及选型

一、人孔

1、选用入孔BIIPg6Dg450*8H1=220JB-64-28材料A3钢

2、补强圈尺寸确定如下：

D肉=484mm

D外=760mm

补强圈的厚度Sb补

按下式计算，考虑罐体与入孔筒节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取8mm

二、视镜

1、选用带颈视镜pg6Dg150JB595—64—4

2、补强圈尺寸确定如下：

内径D1=163mm外径D2=300mm

补强圈的厚度S补按

S被=Dxso/D12-D1=150X8/300-163=8.8mm

考虑罐体与视镜节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取8mm

三、接管

1、CO2回收接管

YB804-70Dg40无缝钢管重3.6kg/m

法兰Pg6Dg40HG5010-58重1.219kg

2、温度计取样接管

见发酵罐总装图

3、冷却剂进口接管

YB804-70Dg50无缝钢管重4.65kg/m

法兰pg6D50H5010-58重1.348kg

4、滤酒管

YB804-70Dg50不锈钢管重2.38kg

取滤酒管于罐内高度为1.2m即1200mm

5、麦汁进料及Y排放接情况

Dg125球阀控制酒量

Dg50玻璃视镜测Y排放情况

Dg接管

四、支座

见发酵总装图

第四节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，设备内壁所有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丁0.10

4、设备安装后轴线对基础的不垂直在全长上不大于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<15mm

6、设备应进行下列实验：

1）液压实验罐内3.5kgf/cm2

夹套内3.5kgf/cm2

2）气压实验罐内3kg/cm2

夹套内3kg/cm2

7、设备应涂白色7535底漆层及面漆2层

8、设备碳钢外露表面应涂Y35-1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

85m3圆柱锥底发酵罐的规范表

名称

30m3圆柱锥底发酵罐

罐体规格：

直径（mm）

2400

柱体高度（mm）

5654

总高度（mm）

8549

总容积m3

31.33

有效容积m3

24

罐体用率

76.6%

材质

A3钢

钢板厚度：

圆柱部分（mm）

10

上封头（mm）

10

圆锥部分（mm）

12

工作压力（kg/cm3）:

罐内

2.5

罐外

0.3

冷却型式

槽钢盘绕罐体的三段冷却

冷媒

20%酒精溶液（-4℃）

冷却面积

31.3

工作温度（℃）：

罐内

0-12

罐外

-4～4

外壁保温层

聚氨酯硬质泡沫材料

内壁涂料

环氧树脂

保护层