酿酒设备课程设计abc.docx
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酿酒设备课程设计abc
齐鲁工业大学
课程设计任务书
生物工程学院酿酒工程11-1学生：
姜尚学号：
201106081034题目：
年产10万千升12°淡色啤酒生产露天锥底发酵罐的设计
一、主要内容：
1、物料的恒算，发酵罐总容积计算；
2、求发酵罐个数；
3、发酵罐设计（罐体尺寸、壁厚、冷却面积计算与设计、发酵罐附件的设计及选型）
二、基本要求
1、编写计算设计说明书（有前言、设计参数、物料恒算、发酵罐工艺设计计算，设计体会）
2、用CAD绘出啤酒露天锥底发酵罐装配图。
三、设计参数
1.D：
H:
选用D：
H=1：
4
2.锥角：
取锥角为70°
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
5.罐体所承受的最大内压：
2.5kg/cm3外压：
0.3kg/cm3
6.锥形罐材质：
A3钢材外加涂料，接管均用不锈钢
7.保温材料：
硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200伽
8.内壁涂料，环氧树脂
9.年生产旺季天数170天计算
10.工艺确定原辅料比例为75：
25。
每天糖化投料次数为7。
ii.根据物料恒算每次糖化可得热麦汁66m.每个锥形发酵罐装
四锅麦汁。
四、主要参考资料
〔1〕顾国贤《酿造酒工艺学》中国轻工业出版社2012.06
〔2〕梁世中《生物工程设备》轻工业出版社2002.2
〔3〕朱有庭《化工设备设计手册》化学工业出版社2005.06
〔4〕吴思方《发酵工厂工艺设计概论》中国轻工业出版社2007
〔5〕李多民《化工过程设备设计基础》中国石化出版社2007。
04
〔6〕邹宜侯《机械制图》清华大学出版社2012.08
完成期限：
2014年11月19日至2014年11月30日
指导教师：
王兰芝、王君高教研室主任：
1前言4
1.1设计目的4
1.2技术背景4
2基本工艺条件6
2.1生产规模6
2.2基本参数6
3发酵罐的设计计算和说明.7
3．1发酵罐个数和结构尺寸的设计.7
3.1.1发酵罐个数的确定.7
3.1.2发酵罐尺寸的确定.7
3.2冷却面积和冷却装置结构尺寸确定.8
3.3发酵罐壁厚计算9
3.4发酵罐排入料管直径.10
3.5发酵罐附件的设计选型.11
4发酵罐的技术特性和规范.12
4.1技术特性12
4.2发酵罐规范表（见发酵罐参数）.13
4.3发酵罐总装图（见附图）.13
5主要参考资料13
1前言
1.1设计目的
目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷，因此,很有必要将这方面的技术加以科学的总结和分析，以推动啤酒产品多
样化在广度和深度的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。
但是我国人均啤酒消费还没有达到世界水平。
所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活需求，所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。
1.2技术背景
啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品一啤酒。
由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵方式也不同。
根据酵母发酵类型不同可以把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。
一般可以把发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。
现代发酵主要有圆柱锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓度稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱锥形发酵罐发酵。
传统发酵技术的生产工艺流程：
充氧冷麦汁一一发酵一一前发酵一一后发酵一一储酒一一鲜啤酒。
现代发酵技术主要包括大容量发酵罐发
酵法（主要是露天圆柱锥形发酵罐发酵法）、高浓糖化后稀释发酵法、连续发酵法等。
传统啤酒是在正方形的发酵槽或池中进行的，设备体积仅在
5-30m3,啤酒生产规模小，生产周期长。
20世纪50年代以后，由于世界经济的快速发展，啤酒生产规模大幅度提高，传统的发酵设备已满足不了生产的需要，大容量发酵设备受到重视。
所谓大容量发酵罐的体积与传统发酵设备相比而言。
大容量的发酵罐有圆柱锥形发酵罐、朝日罐、通用罐和圆形罐。
圆柱锥形发酵罐是目前世界通用的发酵罐，该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧状，底部为圆锥形，具有相当的高度（高度大于直径），罐体设有冷却和保温装置，为全封闭发酵罐。
圆柱锥形发酵罐既适用于下面发酵，也适于上面发酵，加工十分方便。
我国自20世纪70年代中期，开始采用室外圆柱体锥形发酵罐发酵法，目前国内啤酒生产几乎全部采用此发酵法。
这是因为锥形罐发酵法有它的特点:
（1）底部为锥形，便于生产过程中随时排放酵母，要求采用凝聚性酵母。
（2）罐本身具有冷却装置，便于发酵罐温度的控制，生产容易控制，发酵周期缩短，染菌机会少，啤酒质量稳定。
（3）罐体外设有保温装置，可将罐体置于室外，减少建筑投资，节约占地面积，便于扩建。
（4）采用密闭罐，便于二氧化碳的回收，发酵也可以在一定压力下进行。
既可做发酵罐，也可做储酒罐，将发酵和储酒合二为一，
称为一罐发酵法。
（5）罐内发酵液由于液体高度而产生二氧化碳梯度。
通过冷却控制,
可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。
由于强烈对流的存在，酵母发酵能力提高，发酵速度加快，发酵周期缩短。
（6）发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。
（7）锥形罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵。
（8）可采用CIP自动清洗装置，清洗方便。
（9）设备容量可根据生产需要灵活调整，容量可从20-600m3不等,
最高可达1500m3
2基本工艺条件
2.1生产规模
不同厂的生产规模不同，常见的生产规模有100万吨，10万吨，
5万吨等，本设计方案的生产规模为10万吨。
2.2基本参数
1.D：
H:
选用D：
H=1：
4
2.锥角：
取锥角为70°
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
5.罐体所承受的最大内压：
2.5kg/cm3外压：
0.3kg/cm3
6．锥形罐材质：
A3钢材外加涂料，接管均用不锈钢
7.保温材料：
硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200伽
8．内壁涂料，环氧树脂
9.年生产旺季天数170天计算
10.工艺确定原辅料比例为75：
25。
每天糖化投料次数为7。
11.根据物料恒算每次糖化可得热麦汁66m3.每个锥形发酵罐装四锅麦汁。
3发酵罐的设计计算和说明
3.1发酵罐个数和结构尺寸的设计
3.1.1发酵罐个数的确定
圆柱锥形发酵罐的发酵周期为7天，则对发酵罐个数的最低要求：
N=nt+1=2*7+1=15
其中：
n——每天装罐数
t——发酵周期/天
1——备用罐个数
3.1.2发酵罐尺寸的确定
设计参数要求四锅麦汁装满一个发酵罐，每锅热麦汁量为66m3。
而热麦汁的体积是10摄氏度（接种温度）冷麦汁体积的1.05倍左右。
则每个发酵罐装麦汁总量V=66/1.05*=251.43m3
锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%,则发酵罐体
积至少应为V（1+25%）=314.28m3
取发酵罐体积V全为314.28m3。
锥形发酵罐为锥底圆柱形器身，顶上为椭圆形封头。
采用标准椭圆封头a=D/4。
设H:
D=4:
1,取锥角为70°则锥高h=0.714D
V全=刀DH/4+刀Dh/12+刀D/24
得D=4.469mH=4D=17.876mh=3.191m圆整至D=4.5mH=4D=18.0mh=3.214m
查表知封头高h封=1125mm
罐体总咼H总=h封+H+h=22739mm
罐的实际容积V=315.08m3
罐利用率&=79.7%
3.2冷却面积和冷却装置结构尺寸确定
因双乙酰还原后的降温耗冷量最大，故冷却面积应按其计算
已知Q=862913kJ/h
发酵液温度1—3C
冷却介质（稀酒精）-—2C
At1=t1—12=14-2=12C
△t2=t2—1〔=3—（-3）=6C平均温差Atm=（厶1—02）/In（At1/^t2）
=（12—6）/In（12/6）
=8.66C
其传热系数K取经验值为4.18200kJ/（m2-h-C）则冷却面积F=Q1/KAtm
=862913/（4.1820023.66）
=119.2m2
工艺要求冷却面积为0.45〜0.72m2/m3发酵液
实际设计为119.2/237.4=0.50m2/m3发酵液故符合工艺要求
选取①109X4.半圆形无缝钢管作为冷却管，d内=100mm,d平均=105mm每米管长冷却面积F°=105X10-3X1=0.105m2按发酵液体积分配发酵面积，
锥形部分发酵面积S锥=119.2*3.14*D3/24/251.43=6.44m2圆柱部分面积S柱=119.2-6.44=112.76m2
取蛇管圈之间的间距hp=0.12m，蛇管圈直径Dp=5.1＋
0.018+0.105/2=5.17m
每圈蛇管长度I=〔3D）2+hp2〕1/2
=〔（3.14X17）2+0.122〕1/2
=16.4m
冷却管绕制圈数和位置，
锥形部分冷却管圈数X=6.44/0.105/16.4=4圈，绕制长度x=4*0.12=0.48m
圆柱部分Y=112.76/0.105/16.4=66圈，每段33圈，每段绕制长
度y=33*0.12=3.96m
冷却夹套的位置：
柱体上段夹套的顶部一般设置在酒液液面以下
15cm，下段夹套的顶部则设在50%酒液总容以下15cm，锥角夹套尽量靠近锥底，向上排列。
上段夹套位置（距柱体顶端）
H1=（251.43-17.03）/3.14/2.25*2.25-0.15=14.60m下端夹套位置（距柱体中点）
H2=9.0-（0.5*251.43-17.03）/3.14/2.25*2.25+0.15=0.94m3.3发酵罐壁厚计算
S=PD/（2[（T]^P）+C（cm）
式中P—设计压力现取P=0.2MPa
D—发酵罐内径，D=510cm
[（T]玮锈耐酸钢（1Cr18Ni9Ti）的许用应力，[好137MPa
1—焊缝系数，其范围在0.5〜1之间，现取片0.7
C—壁厚附加量（cm）
C=Ci+C2+C3
Ci—钢板负偏差，Ci=0.5mm
C2—为腐蚀裕量，C2=0mm
C3—加工减薄量，对冷加工C3=0,热加工封头C3=1O%So；现取C3=0
贝yC=0.5+0+0=0.5mm=0.05cm
S=0.2510/（2X137>0.7—0.2）+0.05
=0.58cm
查钢材手册圆整为S=6mm
封头壁厚计算：
标准椭圆封头的厚度计算公式如下：
S=PD/（2[（T]—P）+C（cm）
式中P=0.2MPa
D=510cm
[好137MPa
©=0.7
C=0.05+0+0.1=0.15cm
则S=0.2510/（253750.7—0.2）+0.15
=0.68cm
查钢材手册圆整为S=8mm
因锥形发酵罐置于露天（锥部置于室内），为了进行良好的保温，以降低生产中的耗冷量，故在罐外壁加20cm厚的聚酰氨树脂作为保温层，在保温层外用瓦楞型板材设一外防护层。
3.4发酵罐排入料管直径
每罐发酵液量为58.405=233.6mP,设4h之内排空，
则物料体积流量Q=233.6/36004=0.0162m3/s
取发酵液流速为V=1m/s
则排料管截面积F=Q/v=0.0162/1=0.0162m2
管径d=〔F/（ji/4）1/2
=〔0.0162/（j/4）1/2
=0.144m
选取无缝管①159x4.5,d=150mm,d内〉d,故可满足要求。
管道截面积j/4）x2=5.0177m2
则相应流速比P=Q/F‘V
=0.0162/（0.0177x1）
=0.92倍
排料时间t=4x0.92=3.68h
3.5发酵罐附件的设计选型
1.入孔
1）、选用入孔BIIPg6Dg450X8H=220JB-64-28材料A3钢
2）、补强圈尺寸确定如下
D内=484mm
D外=760mm
补强圈的厚度S补按下式计算，考虑罐体与入孔节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取8mm
S补=（dxS）/（D2-DJ=（45x0.52）/（76-484）=0.85cm
2.接管
1）CO回收接管
YB804-70Dg40无缝钢管重3.6kg/m
法兰Pg6Dg40HG5010—58
重1.219kg
2）冷却剂进口接管
YB804-70Dg50无缝钢管
重4.65kg/m
法兰Pg6Dg50HG5010—58
重1.348kg
4发酵罐的技术特性和规范
4.1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,
0.10
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
④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①
400轴线在总高度范围内的不垂
直度＜15mm
6
3.5kgf/cm
设备应进行下列实验:
1）液压实验
夹套内
3.5kgf/cm
2）气压实验
3kg/cm
夹套内
3kg/cm
7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
4.2发酵罐规范表（见发酵罐参数）
4.3发酵罐总装图（见附图）
5主要参考资料
〔1〕顾国贤《酿造酒工艺学》中国轻工业出版社2012.06
〔2〕梁世中《生物工程设备》轻工业出版社2002.2
〔3〕朱有庭《化工设备设计手册》化学工业出版社2005.06
〔4〕吴思方《发酵工厂工艺设计概论》中国轻工业出版社2007
〔5〕李多民《化工过程设备设计基础》中国石化出版社2007。
04
〔6〕邹宜侯《机械制图》清华大学出版社2012.08
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