酒精发酵罐的设计Word格式.docx
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34244
=++=40
得D=
查JB1154-73《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm
再由V全=40cm3,D=
设H:
D=x
D3+D3+()d3=40
X=
得径高比为D:
由D=3400mr查表得椭圆形封头几何尺寸为:
hi=850mm
h0=50mm
F=
V=
筒体几何尺寸为:
H=2946mm
2
F=m
锥体封头几何尺寸为:
H=50mmr=510m
H=2428mm
20.70.3COSa22
F=nd/4-[+]=m
Sina
323
V=nd/24[(+)/tga+]=m
则:
锥形罐总高:
H=575+40+5791+40+1714=8160mm
总容积:
V=++二
实际充满系数:
32/=75%
罐内液柱高:
32-10.27
H=—3^103+(2428+50)=4873mm
4
四、发酵罐的强度计算
罐体为内压容器的壁厚计算
1.标准椭圆封头
设计压力为:
*=kg/cm
PDg
S=2tP
式中:
P=k/cm
t:
A钢工作温度下的许用力取1520kk/帛
:
焊接系数,本例采用双面对接焊作为局部无探伤壁厚附加量:
C=C+G+G
查表得:
C:
钢板厚度的负偏差取负偏差
C2:
腐蚀裕量取2mm
C3:
制造减薄量取
则:
2.753400
3.46.8mm
215200.9-2.75
取S0=7mm
直边高:
h°
=50mm
校核
PD中D中
4s2h
=2.753400734007
472850
2.筒体
P设=x(P工作+P静)
=*(+)二您/cm
PD
S=2PC(取G二,C2=2,C3=)
3・4234003.2
215200.9-3.42
7.5mm
取S=8mm
2=PD/2s=<
3.锥形封头
(1)过渡区壁厚
S=
KP设Dg
20.5P
p设=*(+)二您/cm(为静压)
K=
KP设Dg
0.5P
0.753.743400
215200.9-0.53.74
=+C
=++2+
⑵锥体
f*PDg
S=t0.5P+C
5.6(f查表为)
S=一f*PDg—=0.603.743400
t0.5P15200.9-0.53.74
S=S+C=++2+=
取S=10mmh0=40mm
校核锥体所受最大应力处:
PD中
2sCos35
=3.743410
210cos35
锥体为外压容器的壁厚计算
设S0=5mm
R内==3060mm
R内/100S=3060/(100X5)=
查图表4-1及B=275
[P]=B*S0/R内=275*5/3240=cm2>
cm2
满足要求取C1=,C2=2mm,C3=则S=S0+C=8mm
设S0=6mm
L/D=
S0/D=2400/6=400
查图表4-1及B=210
[P]=210X6/3400=cm2>
S0=6mm
故可取C1=,C2=2mm,C3=
则S=S+C我10mm
3.锥形封头因为:
a=35
所以<
a<
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:
(2X2428/2)Xtg35°
=1700mm
取加强圈中心线间锥体长度为1214mm
L/D=857/3400=
D/S0=3400/6=
查图表4-1及B=320
[P]=BS0/D=320*6/3400=>
故取S0=6mm
C1=,C2=2mm,C3=
所以S=S0+C=6+=
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10mmh0=50mm圆筒壁厚10mm
标准形封头壁厚12mmh0=50mm
五、锥形罐的强度校核
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=cm2
液压实验P试==crn
查得A钢。
=2400kg/cm3
(T试二P试[Dg+(S-C)]/2(S-C)
=*[3400+]/2*
=cm
=**2400=1944kg/cm>
c试
可见符合强度要求,试压安全
外压实验
以内压代替外压
p=*+=cm2
P试==cm<
p内试
故可知试压安全
刚度校核
本例中允许S=2*3400/1000=
而设计时取壁厚为S=10mm故符合刚度要求(公式:
S最小=2D内
/1000)
第二章发酵罐热工设计计算
一、计算依据
计采用A刚作发酵罐材料,用8号槽钢做冷却夹套,分三段冷却,
筒体二段,椎部一段,夹套工作压力为cm2冷媒为20%(V/V)酒精溶
液,T进=-4C,T出为-2C,麦汁发酵温度维持12C(主要发酵5-6天,封头及筒体部分保温层厚度为200mm椎底部分为98mm
二、总发酵热计算
Q二q*v=119*32=3808kg/hr
q为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
1、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*冷却剂流量为(三段冷却)
3**10作仁*®
-3^^
查得20%(V/V)酒精溶液At平=-3C下的p=976kg/m3
Cp=kg•C
冷却剂的冷却能力为:
Q=*10*976**2*3400=60082kcal/hr
故可选取8号钢槽为冷却夹套。
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13C到5C,为了将来工艺更改留下余量,设计取13-5=8C为设计的日降温量,
取C/hr为设计的小时降温量,则由Q=KA\t求得冷却面积。
传热系数K的确定
醪液a1的计算
a1=*C*、、t1t2
=*185*.115
二m.h・C
冷却夹套的a2的计算
湿润周边=80+(80+4*)+2*(43-1)
de=(4*流体流动截面面积)/湿润周边
=276mm=
de=4*==
20%(V/V)酒精在定性温度t=(-4-2)/2=-3C下
a==*10Pa-s
入二hr•m-C=m-C
Cp=kg•C=*103J/kgC
p=976kg/m
a=1m/s
Re二dup/a=9160=10^
故可视为强制湍流流动得n=
a2二入/d(Re)(CPa/入)二hr•m-C
因为计算时冷却盘管为直管的,先修正:
a=a(1+R
=*(1+12)*
=hr-m-C
1)筒体部分传热系数K
1/Ka2=1/a1A1+RS/A1+W入A2+1/a2A3+RS/A3
代入数据可得:
1/K=*10-3
所以:
K=mrC
注:
h为假设夹套高度(m)
3、锥形罐筒体需冷却的热量
1)醪液放热Q醪=Q+Q2
Q‘=37000xx=/hr
Q2'
=37000xx=21132kcal/hr
所以,Q醪=Q+Q=24115kcal/hr
2)外界与罐体的传热量
a.封头部分Q=KF(t外平+t0附-t内)
带入数据得KF=
Q1=KF(t外平+t0附-t内)
=x(10%+1)x(32+)
/hr
b.筒体部分:
带入数据:
1/KF=1/aA1+81入1A2+82/入2A2+83/入2A4+1/aA5
得:
KF=K-°
C
Q2=KF(t外平+t0附-t内)
=x(32+)
=6119kcal/hr
4、筒体冷却面积A初定
tm(t1t2)/ln(t1/t2)(149)/ln(14/9)11.3C
Q=KA^tm
A=24115/x=
则醪液的冷却负荷为:
37000=T>
T故冷却面积能够满足要求。
5、发酵罐冷却面积的确定
1)筒体部分
8#槽钢筒体冷
由前面叙述可知,筒体部分相同的冷却段,选用
却段面积为,则槽钢长==195
取相邻两槽钢间距为40mm
一圈槽钢长:
lo=[X2+]1/2=
330m长的槽钢可绕圈数195/〜20圈
则二段各绕10圈
冷却段高度为:
10X(80+40)-40=1760mm
筒体时机冷却面积为:
(20*X=T
2)锥底部分
锥体部分醪液量为x=
则槽钢长为=
绕制高度为1000mm
第三章发酵罐的技术特性和规范
、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,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。
垂直度<
15mm
6、设备应进行下列实验:
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Yasi-i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
40用圆柱锥底发酵罐的规范表
名称
4om圆柱锥底发酵罐
罐体规格:
直径(mr)
3400
柱体高度(mm
2946
总高度(mm
6324
总容积m
有效谷积m
32
罐利用率
75%
材质
A3钢
钢板厚度:
圆柱部分(mm
10
上圭寸头(mr)
圆锥部分(mr)
12
工作压力(kg/cm3):
罐内
罐外
冷却形式
槽钢盘绕罐体的三段冷却
冷媒
20%E竟溶液(-4°
C)
冷却面积
工作温度(°
C):
0—12
-4〜4
外壁保温层
聚氨酯硬质泡沫材料
内壁涂料
保护层
参考文献
[1]陶玉贵项驷文汤斌生物反应器设计指导书
[2]方利国编著计算机辅助化工制图与设计•北京:
化学工业出版社,
[3]马秉骞主编化工设备.北京:
化学工业出版社,
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