文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 发酵罐设计

发酵罐设计

发酵罐设计

一.发酵罐的容积确定

V全=60m3,容积系数Φ=75%,则V有效=V全*Φ=45m3

二.基础参数选择

1.D:H:选用D:H=1:3

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(罐体两段,锥体一段,槽钢材料为A3钢,冷却介质采用20%、-4°C的酒精溶液)

5.罐体所承受最大内压:2.5kg/㎝3

外压:0.3kg/㎝3

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=1:3,则锥高:

H1=D/tan35°=0.714D

封头高度H2=D/4=0.25D

圆柱部分高度H3=(3.0-0.714-0.25)D=2.04D

又因为V全=V锥+V封+V柱

=0.187D3+0.43D3+1.60D3=60m3

得D=3.00m

查JB4746-02《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3000mm

再由V全=60m2,D=3.0m

得径高比为:

D:H=1:3

由D=3000mm查表得

椭圆封头几何尺寸为:

=750mm

h

1

=40mm

h

A=10.13m2

V=3.82m3

筒体几何尺寸为:

H=6120mm

A=57.65m2

V=43.24m3

锥体的几何尺寸为:

h

=40mm

r=450mm

H=2759mm

F=15.6m2

V=7.25m2

则:锥形罐总高:H=750+40+6120+40+2759=9709mm

总容积:V=3.82+43.24+7.25=54.31m3

实际充满系数ψ:45/54.31=82.85%

罐内液柱高:

H=[45-7.25]*1000/[3.14*3*3/4]+(2795+40)=8178 mm

四.发酵罐的强度计算

(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

S=

式中:P=2.75 kg/cm2

[]tσ:A3钢工作温度下的许用力取1520 kg/cm2

?: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

C3;制造减薄量取0.6

则:S=[2.75?3000/(2?1520?0.9-2.75)]+3.4=6.42mm

取S0=8mm

直角边h0=40mm

校核

σ=(PD中/4S)?(D中/2h)

=[2.75?(3000+8)/(4?8)]?[(3000+8)/(2?750)]

=518.4≤[σ]t

2.筒体

P设=1.1?p工作=1.1?2.5=2.75kg/cm2

S=[PD/(2[σ]φ-P)]+C(取C2=0.6,C2=2,C3=0.6)

=[(2.75*3000)/(2*1520*0.9-2.75)]+3.2

=6.2mm

S=7mm

/2S=667.1≤[σ]t

校核σ =PD

3.锥形封头

1)过渡区壁厚

S=[(K P设Dg)/(2[σ]t-0.5P)]+C

P设=1.1?2.5=2.75kg/cm2

K=0.7161

S=[(K P设Dg)/(2[σ]t-0.5P)]+C

=(0.72?2.75?3000)/(2?1520?0.9-0.5?2.75)+C

=2.17+C=2.17+0.6+2+0.217

=4.99mm

2)锥体

S=[(f?P设Dg)/( [σ]t-0.5P)]+C

S0=[(f?PDg)/([σ]t_0.5P)]

=(0.577?2.75?3000)/(1520?0.9-0.5?2.75)(f查表为0.577)

=3.5

S=S0+C=3.5+0.6+2+0.217=6.32

取S=10mm h0=40mm

校核锥体所受的最大压力处

σ=PD中/2Scos350

=2.75?3000/2?10?cos350

=503.7≤[σ]t

(二).锥体为外压容器的壁厚计算

1.标准椭圆封头

设S=8mm S0=S—C=5mm

D0=D i+2S=3000+16=3016mm

R i=0.9D0=2714.4mm

R i/S0=2714.4/5=542.88mm

按外压球壳算法计算

A= =0.121/542.88=0.00022

发酵罐设计

查上表及B=300

[P]=B?S0/ R i=300/542.88=0.553kg/cm2>0.3 kg/cm2

满足要求

取C1=0.5mm,C2=2mm,C3=0.5mm

则S=S0+C=8mm

2.筒体

设S=13mm

D0 =3000+2?13=3026mm

S0=S—C=13—3.2=9.8mm

L/D0=9709/3026=3.2

D0/S0=3026/9.8=308.8

A值取0.000792

[P]= =2?0.000792*2.05*106/3?308.8=0.351 kg/?>0.3kg/cm2

故可取C1=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm

则取S=13mm

3.锥形封头

因为:α=35°所以22.50°﹤α﹤60°

按发酵罐设计的中封头设计可知,加强圈间中椎体截面积最大直径为:2?2759/2?tan35°=1931.5mm

取加强圈中心线间椎体长度为1931.5mm

设S0=9mm L/D=1370/3000=0.46

D/ S0=3000/9=333.3

查图表可知B=1200

[P]=BS0/D=1200/333.3=3.6﹥0.3 kg/?

故取S0=9mm C1=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm

所以S=S0+C=12.2mm

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 h0=40mm

圆筒壁厚13mm

标准形封头壁厚13mm h0=40mm

五.锥形罐的强度校核

1.内压校核

液压试验P试=1.25P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=2.75kg/cm2

液压实验P试=1.25P=3.44KG/cm2

查得A3钢σ=2400kg/cm2

σ试=p试

=3.44 ?

=760.5kg/cm2

0.9φσ=0.9?0.9*2400=1944kg/cm2>σ试

可见符合强度要求,试压安全

2.外压实验

以内压代替外压

P=1.5?(0.3+1.2)=2.25kg/cm2

P试=1.25P=2.8kg/cm2

故可知试压安全

3.刚度校核

本例中允许S=2?3000/1000=6mm

而设计时取壁厚为S=13mm,故符合刚度要求

(公式:S最小= 2D内/1000)

二.发酵罐热工设计计算

一、计算依据

计采用A3钢作发酵罐材料,用8号槽钢做冷却夹套,分三段冷却,筒体二段,锥部一段,夹套工作压力为2.5kg/cm2冷媒为20%(v/v)酒精溶液,T

进=-4℃,T

为-2℃,麦汁发酵温度维持12o(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*45=5535kg/hr

q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

三、冷却夹套型号选择

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*10-3m3/s

查得20%(v/v)酒精溶液△t

=-3℃下的

=976kg/m 3

C=1.04kcal/kg ·o C 冷却剂的冷却能力为:

Q=7.248×103×976×1.041×2×3600 =53021.4kcal/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,则由Q6=KA △t m 求得冷却面积。

1. 传热系数K 的确定 1) 醪液α1的计算

α1=0.64×C ×4 =0.64×185×4 =185.3kcal/㎡h °C

2)冷却夹套的α2的计算

湿润周边=80+(80+4*8.0)+2*(43-1)

=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

μ=5.05CP=5.05×103Pa ·s

=0.402kcal/hrm ℃=0.468W/m ℃

Cp=1.041kcal/kg ℃=4.358×103J/kg ℃ =976kg/㎡ μ=1m/s

Re=du /μ=9160=104

故可视为强制湍流流动得n=0.4

α2=0.023 /d(Re)0.8(Cp μ/ )0.4=1348.4kcal/hr ·m ·℃ 因为计算时冷却盘管为直径的,先修正: α’=α(1+1.77d/R)

=1348.4×(1+12)×0.0474/1.829 =1410.3kcal/hr ·m ·℃

3)筒体部分传热系数K

12

2111223311Rs b 1KA A A Rs A A A αλα=++++

代入数据可得: 1/k=

6133h 0.00067561330.010.00030761336133185.3612061204561461348.46146h h h h h h ??++++

??

=7.352?10-3

所以:K=136.02kcal/㎡°C 注:h 为假设夹套高度(m)

2.锥形罐筒体需冷却的热量

1)醪液放热 Q

=Q 1+Q 2 Q 1=42202*0.055*146.6=kcal/hr

Q 2=42202*0.9519*0.60=kcal/hr 所以 Q 醪=Q 1+Q 2

2)外界与罐体的传热量 A.封头部分Q 1=KF 带入数据得KF=

Q 1=KF = =

B.筒体部分: 带入数据:

123112233405

111K F A

A A A A δδδαλλλα=++++

得:KF=15.67kcal/K ’C Q 2=KF

=1.1*15.6(32+8.5-5) =6119kcal/hr

3.筒体冷却面积A 初定

12m

12149

t 11.3C 14ln ln 9t t t t ?-?-?==???

m Q KA t =?

A=

则醪液的冷却负荷为:

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#槽钢筒体冷却段面积为 ㎡

则槽钢长=

取相邻两槽钢间距为40mm 一圈槽钢长: l 0=

t t t +-外平附内()

t t t +-外平附内()t t t +-外平附内()Q'/A N =

330m 长的槽钢可绕圈数 则二段各绕 圈 冷却段高度为

筒体实际冷却面积为 2)锥体部分

锥体部分醪液量为

锥体部分冷却面积为 则槽钢长为

绕制高度为

第三节 发酵罐附件的设计及选型

一.人孔

1.选用人孔材料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,考虑罐体与人孔筒节均有一定的壁厚裕量,故补强圈取8mm S 补= 二.视镜

1.选用带颈视镜

2.补强圈尺寸确定如下:

内径D 1= 163mm 外径D 2=300mm

补强圈的厚度 =8.8mm

考虑罐体与视镜筒节均有一定的壁厚裕量,故补强圈取

三.接管

21d S s D D ?=

-补

1.CO2回收接管

YB804—70 Dg40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—70 Dg50无缝钢管重4.65kg/m

法兰Pg6Dg50HG5010—58 重 1.348kg

4.滤酒管

YB804—70 Dg50不锈钢管重7.15kg/m

法兰Pg6Dg50HG5010—58 重 2.38kg

取滤酒管于罐内高度1.2m即1200mm

5.麦汁进料及Y排放接管

Dg125球阀控制酒量

Dg50玻璃视镜观测Y排放情况

Dg50接管

四.支座

见发酵罐总装图

第四节发酵罐的技术特性和规范

一、技术特性

1.本课程设计按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类设备进行制作试验。

2.设备制造完毕后,设备内壁所有内表面焊缝须打磨平滑平缓过渡,但须保证用材料同样厚度。

3.立板焊接时应于底轴垂直,两块立板之间得分布误差不大于0.10

4.设备安装后轴线对基础的不垂直度在全长上不大于10mm,设备在现场就位安装。

5.设备组焊后,封头简体锥形底的Φ400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/?

夹套内 3.5kgf/?

2)气压实验罐内3kgf/?

夹套内3kgf/?

7.设备内应涂白色7435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

60m3圆柱锥底发酵罐的规范表

名称60m3圆柱锥底发酵罐罐体规格:直径(mm)3000 柱体高度(mm)6120

总高度(mm)9709

总容积54.31

有效容积45

罐利用率75%

材质A3钢

钢板厚度:圆柱部分13

上封头10

圆锥部分13

工作压力(kg/?):罐内 2.5

工作压力(kg/?):罐外0.3

冷却形式槽钢盘绕罐体的三段冷却

冷媒20%酒精溶液(-4℃)

冷却面积28.5

工作温度(℃):罐内0-12

工作温度(℃):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