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1、-生物反应器课程设计生物反应器课程设计-啤酒露天发酵罐设计啤酒露天发酵罐设计露天发酵罐设计露天发酵罐设计-姓名：张小燕班级：生工 112:311040222学号-1 1、啤酒发酵罐的化工设计计算、啤酒发酵罐的化工设计计算、发酵罐的容积确定、发酵罐的容积确定设计需要选用有效=2.53的发酵罐则全V有效/2.5m/=30m3、基础参数选择、基础参数选择.DH:选用 DH142.锥角：取锥角为03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/m外压:0.3/cm6.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 20
2、0.内壁涂料,环氧树脂、D D、H H 确定确定由 D=4,则锥体高度1=D2tan3=.74D封头高度H2=D/4=.5D圆柱部分高度 H3=（-0.74.2)D3.3D又因为全=V封锥+V柱D2=H1 D3 D2 H334244=0.18D 0.13D 2.86D 0m-得=223查 JB115-7椭圆形封头和尺寸取发酵罐直径=2400mm再由 V全0m D4m得径高比DH=1:3.由=240mm 查表得椭圆形封头几何尺寸为:h1=mm h0=4m F=6.52 V=.00m3筒体几何尺寸为:=614mm F84 V=2.锥体封头几何尺寸为：h0=40r=280mm H1714m=d/4（
3、70.3o)2sin+.64=10.64 V=d3/24(0.7+.3s）2/a+073.60m则锥形罐体总高:=60040661+0171908m总体积:全=0029.93.60=35.5实际充满系数=2.5/35.563%罐内液柱高:H225-375(3.422）4 102(71440)=3413、发酵罐的强度计算、发酵罐的强度计算罐体为内压容器的壁厚计算罐体为内压容器的壁厚计算.标准椭圆封头-设计压力为 1.12.5=27S=PDg2 PtC式中：P=27：A3钢工作温度下的许用力取 1520:焊接系数,本设计采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C123查表得：1：钢板厚度
4、的负偏差取.负偏差C2:腐蚀裕量取 15mmC3：制造减薄量取 0.则：S=(2.752400/21520.9-2.75)+34=14mm取 S=m直边高 h00m校核PD中 D中4s2h2.(240+)/48(208)/90=369.12t.筒体P设11（工作+P静)=.(2.5+0.61）=.2/S=PDC(取 C1=6,2=,C3=0.6)2 P=3.42400/（2152009-3.42).2=6.mm-取 Sm校核2=PD中2s58.0t.锥形封头1)过渡区壁厚S=KP设Dg20.5PtCP设=1.（.0.9）3.74/(09 为静压)K=0.76KP设Dg20.5PtC=0.716
5、3.424/(2500.-0.5.74）+C23+=2.35+0.6+2+059=5.54m2)锥体Sf PDg0.5PtCSf PDgt0.5P0.6374400/（1520.0.53.4）(f 查表为.0)=3.94mS=0C=3.94+06+2+0.59.1mm-取 S=8mm h=40m校核锥体所受最大应力处：=PD中2scos45 =3.74(400+8)/（co35)=614锥体为外压容器的壁厚计算锥体为外压容器的壁厚计算.标准椭圆封头设5 R内0.9Dg=260m内/100S0=260/105=2查图表 4-得 B=75P=S0/R内=27/260=64 0.3 满足要求取 C1
6、=.m，C2=2mm，C3=05则 SS0=8mm筒体设0=5L/D=0.=2400/6=400查图表 4-得 B=210P062400=.0.3-S0=mm故可取 C1=0.6m，2=2mm，0.6m则 S0C9.2mm取 S=0mm锥形封头因为=35所以 22.5060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：22/2ta35151m取加强圈中心线间锥体长度为 115mm设 S0=5L/D=117.5/2400=0.42DS0=240/5480查表 4-1 得=27=BS0/D=2756/240=0.6/.3 故取 S0=6mmC1=.6m,C22mm，C3=0.
7、mm所以 S=S0+C=9.2mm取 S1综合前两步设计，取两者中较大的。由生产经验确定标准椭圆型封头厚度为mm h=40m圆筒壁厚 10mm标准型封头壁厚10mm h0=40mm-锥形罐的强度校核锥形罐的强度校核、内压校核液压试验 P试1.5P设由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最中之处即最危险设计压力 P=.7液压试验 P设=1.2P=46查得3 钢=200/试P试Dg S C2S C.68400+（10-32）/(10.2)828.2/.=090.2400=144/试可见符合强度要求,试压安全外压试验以内压代替外压P1.5（+)=1.(1.0.3）1.3/P 试=125P=16 P 内试
8、故可知试压安全刚度校核本设计中允许 S=2400/008mm而设计时取厚度为 S=1mm，故符合刚度要求2 2、发酵罐热工设计计算、发酵罐热工设计计算计算依据计算依据-计采用3 钢作为发酵罐材料，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 2.5/冷媒为 20%（/V）酒精溶液，T进=4，出=-，麦汁发酵温度维持（主发酵 56 天,封头及筒体部分保温层厚度为00,锥底部分为 98m）总发酵热计算总发酵热计算Q=qv=1192.5=2677.5 hq 每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时放热量;为发酵麦汁量冷却夹套型号选择冷却夹套型号选择选取号槽钢起截流面积为=hb-
9、截面积=8.-4=24.1冷却剂流量为(三段冷却）32411-41=.28410-3m/s查得0%(/V）酒精溶液t平下的=976 mC=104kcl冷却剂的冷却能力为：Q=7.2480397610422400=35347.kchr830ka/r故可选取号槽钢为冷却夹套。-发酵罐冷却面积的计算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,按目前我国生产工艺曲线看,日降温量较大的为 13,为了将来工艺更改留下裕量，设计取 13-5=8为设计的日降温量，取.6/hr 为设计的小时降糖量,则由KAtm 求得冷却面积。传热系数 K 的确定1）醪液1的计算12C225416170
10、8151020410.C4t1t2 =64154135198.9ka/h C2）冷却夹套的2 的计算润湿周边=8+(80480)（431)276 de=4流体流动截面面积湿润周边=204m=20.d=424.1647=047420.40%（V/）酒精在定性温度 t=（42）2=3下5.05P=5.510 Ps=0.402calhrm=04W/Cp=01kcl=4.5810 J/97-=msRe=d/60=104故可视为强制湍流流动 得 n042003d(e).(C/)0.4=148.4kca/hrm因为计算时冷却盘管为直管,先修正:(1+177d/R）1348.4(177.0441829)=1
11、03kcal/hr）筒体部分传热系数 K11Rs1b1Rs2KA21A1A1A22A3A3代入数据可得:A1筒体内层传热面面积 12.02 2筒体平均传热面积.3562 A3筒体外壁平均传热面积 12.304 R-啤酒液污垢系数 0.0075 h/kclR2冷却剂污垢系数 0.0007 h/kcl1-发酵液传热系数 192.5kcal/夹套冷却剂的传热系数 206.4kcal/h-筒体材料导热系数 4.52kcl/hb-筒体壁厚 0.1m112.3562h0.00067512.3562h0.010.00030712.3562h0.00815hK193.512.304h12.304h4512.3
12、062h12.3562h-=7.05803所以:K=1.7kcal/注:h 为假设夹套高度(m)锥形罐筒体需冷却的热量1）醪液放热 Q醪=Q1+Q2 Q=34750.0551466=203.1calhr Q2=47650.95196=19855.kal/r所以 Q醪=Q1+Q=228.78kcal/hr)外界与罐体的传热量 a封头部分 Q1=F(t外平+t0 附-t内）代入数据得 KF=.02（10%1）(32+8.-5)=788c/hr.筒体部分：代入数据:111231KFA11A22A33A4A5得:KF15.6c/KQ2KF（t外平附t内)=.15.6(32+8.55)11klh筒体冷却
13、面积 A 初定-149tmt1t211.3t114lnlnt29=KtmA=225878/（141713）=13则醪液的冷却负荷为:4.43465=.4/0.3m/T故冷却面积能够满足要求。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，选用筒体冷却段面积为 1.3则槽钢长1434/0.08=79取相邻两槽钢间距为0mm一圈槽钢长:l=(.142.4)01 7.54m7长的槽钢课绕圈数 179/744 圈则二段各绕2 圈冷却高度为2(80+40)-40100mm筒体实际冷却面积为2411.67.=222/T2)锥底部分-#槽钢-锥体部分醪液量为 10.31.048=0.
14、70kg锥体部分冷却面积为0.700439=.0/T则槽钢长为.0/0.08=586m绕制高度为 100mm、发酵罐附件的设计及选型发酵罐附件的设计及选型入孔)、选用入孔 BIP6Dg508H1220B-28 材料 A钢2）、补强圈尺寸确定如下 D内=84 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 8mmS补=(dS0)(D2-D1)=(52）/(7684)=0.85m视镜1）选用带劲视镜 Pg6g1JB59564-2）补强圈尺寸确定如下：内径 D1=mm外径=3mm补强圈的厚度 S补按S被d*S02-D=15*/300-163=.8mm-考
15、虑罐体与视镜筒节约有一定的壁厚余量,故补强圈取mm接管1）C回收接管YB0470 D0 无缝钢管重 3.6kg/m法兰 Pg6D4HG50058重 1.19k2)温度计取样接管见发酵罐总装图)冷却剂进口接管04-0D0 无缝钢管重.65kg/法兰 Pg6DHG501058重 1.348kg4)滤酒管YB84-7 Dg50 不锈钢管重.1kgm法兰 Pg6Dg50G0105重 2.38kg去滤酒馆于管内高度为.2即 120m5）麦汁进料及 Y 排放接管D5 球阀控制酒量 Dg玻璃视镜观测排放情况 g50 接管三、发酵罐的计算特性和规范三、发酵罐的计算特性和规范1 1、技术特性、技术特性本例按B4
16、180 钢制焊接压力容器技术条件:及“B51”不锈钢耐酸性钢及碳钢、II 类设备进行制造试验。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,-但须保证用材料同样厚度。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 0.0设备安装后轴线对基础的不垂直度在全场上不大于 10m,设备在现场就位安装。设备组焊后,封头筒体锥形底的00轴线在总高度范围内的不垂直度1mm设备应进行下列实验：1）液压实验罐内.kg/cm夹套内5kgfcm22）气压实验罐内 3k/m2夹套内kg/cm2设备内应涂白色 7535 底漆层及面漆 2 层设备碳钢外露表面应涂31-1红丹油防锈漆 2 层设备保温罐外喷聚氨厚度 200mm2 2、发酵罐规范表、发酵罐规范表30m 圆柱锥底发酵罐的规范表名称罐体规格:直径(mm)柱体高度(mm）总高度(mm）总容积 m有效容积-30m 圆柱锥底发酵罐2406140035.22.25-罐利用率材质钢板厚度:圆柱部分（）上封头（m)圆锥部分（m）工作压力()：罐内罐外冷却形式冷媒冷却面积 m T工作温度（):罐内罐外外壁保温层内壁涂料保护层63.3%A钢8102.50.3槽钢盘绕罐体的三段冷却20%酒精溶液(4）2.90144聚氨酯硬质泡沫材料环氧树脂-