酒精发酵罐的设计.docx

第一章 啤酒露天发酵罐的化工设计计算一 、发酵罐的容积确定实际需要选用 V 全 =40m3 的发酵罐则 V 有效 =V 全 × =40×80%=32 m3二、 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）5.罐体所承受最大内压： 2.5 ㎏／ cm3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、 H 的确定由 D:H=1:2 ，则锥体高度 H1=D／2tg35 °=0.714D封头高度 H2=D／4=0.25D圆柱部分高度 H3=（2.0-0.714-0.25）D=1.04D- 2 -又因为 V 全 =V 锥+V 封+V 柱 =π ×D2 ×H1+ π ×D3＋π×D2×H33 4 24 4=0.187D3+0.13D3+0.816D3=40得 D=3.30m查 JB1154-73《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径 D=3400mm再由 V 全 =40cm3 ，D=3.4m设 H: D=x0.187 D3＋0.13 D3＋（ x-0.714-0.25）D3=40X=1.86得径高比为 D:H=1:1.86由 D=3400mm 查表得椭圆形封头几何尺寸为：h1=850mmh0=50mmF=13.0m2V=5.60m3筒体几何尺寸为：H=2946mmF=31.46 m2V=47.42m3锥体封头几何尺寸为：H0=50mmr=510mH=2428mm- 3 -π2／4-[0.7 0.3COSa 22F= d+0.64]=6.9 mSinaV= πd3／24[（0.7+0.3COSa）2／tga+0.72]=10.27 m3则：锥形罐总高： H=575+40+5791+40+1714=8160mm总容积： V=1.76+26.18+3.53=42.6m3实际充满系数： 32／42.6=75%罐内液柱高：32 - 10.27H，= 3.42 103 +（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 :1.1*2.5=2.75 ㎏／ cm2PDgS= 2Ct P式中： P=2.75 ㎏／ cm2t ：A3 钢工作温度下的许用力取 1520 ㎏／ 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 2mmC3:制造减薄量取 0.6mm- 4 -则：2.7534003.4 6.8mm2 1520 0.9 - 2.75取 S0=7mm直边高： h0=50mm校核PD中 D中4s 2h= 2.753400734007472850=670.6t2. 筒体P 设 =1.1 ×（P 工作 +P 静）=1.1* （2.5+0.61）=3.42 ㎏／ cm2S=PD（取 C2=0.6,C2=2,C3=0.6）2CP=3.4234003.2 7.5mm2 1520 0.9 - 3.42取 S=8mm校核2=PD/2s=728.5≤ t3. 锥形封头(1) 过渡区壁厚K P设 DgS= C2 0.5 PP 设 =1.1* （2.5+0.9）=3.745 ㎏／ cm2（0.9 为静压）K=0.75- 5 -K P 设DgCS= 20.5 P=0.753.743400C2 15200.9- 0.5 3.74=3.49+C=3.49+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=778.5t2 10cos354.2 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- 6 -[P]=B*S 0/R 内 =275*5/3240=0.43kg/cm 2>0.3kg/cm2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=210[P]=21 0× 6/3400=0.37kg/cm2>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：α =35°所以 22.50° α °< <60按第四章发酵罐设计的中封头可知， 加强圈间中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- 7 -L/D=857/3400=0.36D/S0=3400/6=566.7查图表 4-1 及 B=320[P]=BS 0/D=320*6/3400=0.53>0.3kg/cm 2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 h0=50mm圆筒壁厚10mm标准形封头壁厚12mmh =50mm0五、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/cm2液压实验 P 试=1.25P=4.68kg/cm2查得 A3 钢 σ=2400kg/cm3σ试 =P 试[D g+（S-C）]/2(S-C)=4.68*[3400+(12-3.2)]/2*(12-3.2)- 8 -=890.9kg/cm2ψσ 2 σ0.9 =0.9*0.9*2400=1944kg/cm> 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/cm2

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 13-5=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=KAΔtm 求得冷却面积2.1 传热系数 K 的确定2.1.1 醪液 α1 的计算。