发酵罐的设计(共19页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上工程大学课程设计任务书班级：姓名：课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计）指定参数：1.全容：m32.容积系数：3.径高比：4.锥角：5.工作介质：啤酒设计内容：1.完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印）⑴封面⑵完成生物反应器设计化工计算⑶完成生物反应器设计热工计算⑷完成生物反应器设计数据一览表2.完成生物反应器总装图1份（用CAD绘图A4纸打印）设计主要参考书：1.生物反应器课程设计指导书2.化学工艺设计手册3.机械设计手册4.化工设备5.化工制图接受学生承诺：本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定的任务 接受学生签字： 生物工程教研室 2010-11-15发酵罐设计第一节 发酵罐的化工设计计算一、 发酵罐的容积确定由指定参数：V全= 30m3 =85%则：V有效=V全*= 25.5 m3二、 基础参数选择1、D：H：由指定参数选用D：H=1：42、锥角：由指定参数取锥角为9003、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，槽钢材质为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：2.5KG/CM3 外压：0.3KG/CM36、锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不绣钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、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/2tg450=0.5D 封头高度H2=D/4=0.25D 圆柱部分高度H3=（4.0-0.5-0.25）D=3.25D又因为V全=V锥+V封+V柱 =×D2/4×H1+×D3+ ×D2×H3 =0.131D2+0.131D2+2.551D2=30 得D=2.20m 查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm 再由V全=30cm2，D=2.4m 得径高比为： D:H=1：2.8 由D=2400mm查表得椭圆封头几何尺寸为：h1=600mm （曲面高度）h0=25mm （直边高度）F=6.41m2 （内表面积）V=1.93m3 （容积）筒体几何尺寸为：H=6624mmF=36.90m2V=22.14m3锥体的几何尺寸为：h0=25mmr=360mmH=1200mmF==3.705m2V==2.80m2则：锥形罐总高：H=600+25+4896+25+1200=6746mm 总容积：V=1.93+22.14+2.80=26.87m3 实际充满系数：25.5/26.87=94.9%罐内液柱高：H丿= （25.5-2.80）*4*102/2.42+（1200+25）=6260mm三、 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/cm2S= 式中：P=2.75 KG/cm2 ：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*2400/(2*1520*0.9-2.75)]+3.4=5.8 取S0=6mm 直角边h0=25mm 校核 =(PD中/4S)*(D中/2h) =[2.75*(2400+6)/（4*6）]*[(2400+6)/（2*600）]=552.75<=[]t2.筒体P设=1.1*（p工作+p静）=1.1*（2.5+0.61）=3.42kg/cm2 S=[PD/([]-P)]+C（C2=0.6,C2=2,C3=0.6） =[(3.42*2400)/(2*1520*0.9-3.42)]+3.4=6.4mm 取S=8mm校核 =PD中/2S=588<=[]t3.锥形封头1）过渡区壁厚S=[（K P设Dg）/(2[]t-0.5P)]+CP设=1.1*(2.5+0.9)=3.74kg/cm2（其中0.9为静压）K=0.75S=[（K P设Dg）/(2[]t-0.5P)]+C =(0.75*3.74*2400)/(2*1520*0.9-0.5*3.74)+C=2.46+C=2.46+0.6+0.246=5.31mm2）锥体S=[（f* P设Dg）/( []t-0.5P)]+CS0=[（f* P设Dg）/( []t-0.5P)]=(0.60*3.74*2400)/(1520*0.9-0.5*3.74)(f查表为0.60) 依据《化工设备机械基础》 =3.94S=S0+C=3.94+0.6+2+0.394=6.937取S=8mm h0=25mm校核锥体所受的最大压力处=PD中/2Scos450 =3.74*（2400+8）/2*10* cos450 =636.81<=[]t (二)、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头 设S0=5mm R内=0.9Dg=2160mm R内/100S0=2160/100*5=4.32查表4-1及B=260（依据化工容器设备设计手册）[P]=B*S0/ R内=260*5/2160=0.6kg/cm2>0.3 kg/cm2满足要求取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm则S=S0+C=8mm2.筒体设S0=6mm L/D=0.69 D=2400/6=400查表4-1及B=200【P】=200*6/2400=0.5 kg/㎠ S0=6mm故可取C1=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm则S=S0+C=9.2mm，取S=10mm3.锥形封头因为：α=45° 所以22.50°﹤α﹤60°按第四章发酵罐设计中的封头设计可知，加强圈间中椎体截面积最大直径为：2*2740/2*tan45°=1918.6mm取加强圈中心线间椎体长度为1370mm 设S0=6mm L/D=1370/2400=0.57 D/ S0=2400/6=400查图表4-1可知及B=250 【P】=BS0/D=250*6/2400=0. 625﹥0.3 kg/㎠故取S0=6mm C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm所以S=S0+C=9.2mm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=25mm圆筒壁厚 10mm标准形封头壁厚 12mm h0=25mm5、 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=2400kg/cm2试= =4.68 （2400+12-3.2）/2*(12-3.2) =563.6kg/cm20.9=0.9*0.9*2400=1944kg/cm2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/cm2P试=1.25P=2.8kg/cm2P内试 故可知试压安全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：S最小=D内）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出为-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*24=8330kg/hrq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平=-3℃下的 =976kg/m3C=1.04kcal/kg·oC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△tm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°C2)冷却夹套的α2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=0.0474m20%（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/sRe=du /μ=9160=104故可视为强制湍流流动得n=0.4α2=0.023 /d(Re)0.8(Cpμ/ )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 =++ 代入数据可得：1/k==所以：K=kcal/㎡°C注：h为假设夹套高度(m)。