发酵罐的工艺计算.docx
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发酵罐的工艺计算.docx
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发酵罐的工艺计算
第一节发酵罐的化工设计计算
一、发酵罐的容积确定
需要选用V全=30m3的发酵罐
则V有效=V全*
=30*80%=24m3
二、基础参数选择
1、D:
H:
选用D:
H=1:
4
2、锥角:
取锥角为700
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,冷却价质采用20%、-4℃的酒精溶液
5、罐体所承受最大压力:
2.5kg/cm3
外压:
0.3kg/cm3
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:
4,则锥体高度H1=D/2tg350=0.714D
封头高度H2=D/4=0.25D
圆柱部分高度H3=(4.0-0.714-0.25)D=3.04D
又因为V全=V锥+V封+V柱
=
=0.187D3+0.13D3+1.60D3=30
得D=2.23m
查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm
再由V全=30m3,D=2.4m
得径高比为:
D:
H=1:
3.32
由D=2400mm查表:
椭圆形封头几何尺寸为:
h1=600mm
h0=40mm
F=6.52m2
V=2.00m3
筒体几何尺寸为:
H=5654mm
F=7.55*5.654=42.69m2
V=4.524*5.654=25,58m3
锥体封头几何尺寸为:
h0=40mm
v=360mm
H=2215mm
F=
V=
则:
锥形罐体总高:
H=600+5654+40+40+2215=8549mm
总容积:
V=2+25.58+3.75=31.33m3
实际充满系数
罐内液柱高:
四、发酵的强度计算
(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
式中:
P=2.75kg/cm2
:
A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm2
:
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
C2:
制造减薄量取0.3mm
则:
取SO=8mm
直边高HO=40mm
校核
=
2、筒体
取S=7mm
校核
3、锥形封头
1)过渡区壁厚
(2)锥体
取S=8mmh0=40mm
校核锥体所受最大应力处:
(二)、锥体为外压容器的壁厚计算
1、标准椭圆封头
设SO=5mm
R内=0.9Dg=0.9*2400=2160mm
R内/100So=21600/100x5=4.32
查图表4-1及B=2.75
满足要求
取C1=0.5mm,C2=2mmC3=0.5mm
则S=SO+C=8mm
2、筒体
设SO=6mm
L/D=0.69
D=2400/6=600
查图表4-1及B=210
SO=6mm
故可取C1=6mm,C2=2mm,C3=0.6
则S=SO+C=9.2mm取S=10mm
3、锥形封头
因为:
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:
取加强圈中心线间锥体长度为1370mm
设SO=6mm
L/D=1370/2400=0.57
D/SO=2400/6=400
图表表4-1及B=320
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8mmho=40mm
圆筒壁厚10mm
标准形封头壁厚10mmho=40mm
五、锥形罐的强度校核
1、内压校核
液压试验P试=125P设
由于液体实验的存在,锥体部分为罐体受压最重之处即最危险
设计压力实验P=1.25p=4.68/cm2
查得A3钢
可见符合强度要求,试压安全
2、外压实验
以内压代替外压
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:
)
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/cmp2冷媒为20%(V/V)酒精溶液,
麦汁发酵温度维持120(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=2856kg/hr
Q每立方米发酵麦汁在闰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号槽钢起截流面为A=hb—截面积
=8*4-10.24=24.16cm2
冷却剂流量为(三段冷却)
3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m3/s
查得20%(V/V)酒溶液△t平=-30C下的
P=976kg/m3
Cp=1.04kcal/kg●0C
冷却剂的冷却能力为:
Q=7.248X103X976X1.041X2X2400
=34430.8kcal/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来看,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Q0=KA△tm求得冷却面积。
1、传热系数K的确定
1)醪液的
的计算
2)冷却夹套的
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=0.0474m
20%(V/V)酒精在定性温度t=(-4-2)/2=-3℃下
3)筒体筒体部分传热系数K
代入数据可得:
所以:
K=136.5kcal/m2.℃
注:
h为假设夹套高度(m)
2、锥形罐筒需要冷却的热量
1)醪液放热Q醪=Q1+Q2
Q1=62110X0.055X146.6=4552.7kcal/hr
Q2=62110X09919X0.6=35473kcal/hr
所以Q醪=Q1+Q2=40026.kcal/hr
2)外界与罐体的传热量
a.封头部分Q1=KF(
)
带入数据得KF=0L.2
Q1=KF(
)
=2.02*(10%+1)*(32+8.5-5)78.72kcal/hr
b.筒体部分:
带入数据:
3、筒体冷却面积A初定
A=40716.8/136.5*11.3=26.4M2
则醪液的冷却负荷为:
26.4/62110=0.425m2/T>0.3m3/T
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#槽钢筒体冷却段为面积为26.4m2
则槽钢长=26.4/0.08=330m
取相邻两槽钢间距为40mm
一圈槽钢长:
330长的槽钢可绕圈数330/11。
367≈30圈
则二段各绕15圈
冷却段高为
15*(80+40)—40=1760mm
筒体实际冷却面积为
30*11.367*0.08=1.439m2/T
2)锥底部分
锥体部分醪液量为10.76*1.0484=11.27
锥体部分冷却面积为
11.27*0.439=4.95m2
则槽钢长为4.95/0.08=61.8m
绕制高度为1000mm
第三节发酵罐附件的设计及选型
一、人孔
1、选用入孔BIIPg6Dg450*8H1=220JB-64-28材料A3钢
2、补强圈尺寸确定如下:
D肉=484mm
D外=760mm
补强圈的厚度Sb补
按下式计算,考虑罐体与入孔筒节均有一定的壁厚裕量,故补强圈取8mm
二、视镜
1、选用带颈视镜pg6Dg150JB595—64—4
2、补强圈尺寸确定如下:
内径D1=163mm外径D2=300mm
补强圈的厚度S补按
S被=Dxso/D12-D1=150X8/300-163=8.8mm
考虑罐体与视镜节均有一定的壁厚裕量,故补强圈取8mm
三、接管
1、CO2回收接管
YB804-70Dg40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
YB804-70Dg50无缝钢管重4.65kg/m
法兰pg6D50H5010-58重1.348kg
4、滤酒管
YB804-70Dg50不锈钢管重2.38kg
取滤酒管于罐内高度为1.2m即1200mm
5、麦汁进料及Y排放接情况
Dg125球阀控制酒量
Dg50玻璃视镜测Y排放情况
Dg接管
四、支座
见发酵总装图
第四节发酵罐的技术特性和规范
一、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,设备内壁所有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丁0.10
4、设备安装后轴线对基础的不垂直在全长上不大于10mm,设备在现场就位安装。
5、设备组焊后,封头筒体锥形底的
400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/cm2
夹套内3.5kgf/cm2
2)气压实验罐内3kg/cm2
夹套内3kg/cm2
7、设备应涂白色7535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
85m3圆柱锥底发酵罐的规范表
名称
30m3圆柱锥底发酵罐
罐体规格:
直径(mm)
2400
柱体高度(mm)
5654
总高度(mm)
8549
总容积m3
31.33
有效容积m3
24
罐体用率
76.6%
材质
A3钢
钢板厚度:
圆柱部分(mm)
10
上封头(mm)
10
圆锥部分(mm)
12
工作压力(kg/cm3):
罐内
2.5
罐外
0.3
冷却型式
槽钢盘绕罐体的三段冷却
冷媒
20%酒精溶液(-4℃)
冷却面积
31.3
工作温度(℃):
罐内
0-12
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
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- 发酵 工艺 计算