发酵罐的工艺计算

1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=1：42、锥角：取锥角为7003、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/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/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=3342414232XHDDHD=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=600mmh0=40mmF=6.52m2V=2.00m3筒体几何尺寸为：H=5654mmF=7.55*5.654=42.69m2V=4.524*5.654=25,58m3锥体封头几何尺寸为：h0=40mmv=360mmH=2215mm2F=22204.1064.0sin)3.07.0(4/maCOSadV=32375.372.0/)cos3.07.0(24/mtgaad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%6.7633.31/24：罐内液柱高：mmH27034022151044.275.32422）（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CpPDgSt2式中：P=2.75kg/cm2t：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2mmC2：制造减薄量取0.3mm则：mmS814.54.375.29.015202240075.2取SO=8mm直边高HO=40mm校核hDsPD24中中=t12.369900*2)82400(*6*4)82400(*75.22、筒体2/42.361.05.2*1.1)(1.1cmkgPpp）（静工作没3mmCCCCPPDS2.62.342.39.0*1520*22400*42.3)6.0,2,6.0(2322取取S=7mm校核tsPD0.58822中3、锥形封头1）过渡区壁厚CPDgKPSt5.02没mmCPDgKPSKcmkgPt43.5369.026.0)74.3*5.09.0*1520*2/(2400*14.3*75.05.0275.0)9.0(/74.39.05.2*1.12没没为静压）（（2）锥体13.759.026.094.394.3)60.0(74.3*5.09.0*15202400*74.3*60.05.0*5.0*CSSfPPDgfSCPPDgfSOtOt查表为取S=8mmh0=40mm校核锥体所受最大应力处：4tSPD14.68735cos*10*2)82400(*74.335cos200中（二）、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设SO=5mmR内=0.9Dg=0.9*2400=2160mmR内/100So=21600/100x5=4.32查图表4-1及B=2.75220/3.0/64.02160/575.2/*cmkgcmkgRSBP内满足要求取C1=0.5mm，C2=2mmC3=0.5mm则S=SO+C=8mm2、筒体设SO=6mmL/D=0.69D=2400/6=600查图表4-1及B=210]/3.0/35.02400/6*21022cmkgcmkgPSO=6mm故可取C1=6mm，C2=2mm，C3=0.6则S=SO+C=9.2mm取S=10mm3、锥形封头因为：0006050.2235所以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：mmtg6.1918352/274020取加强圈中心线间锥体长度为1370mm设SO=6mmL/D=1370/2400=0.57D/SO=2400/6=400图表表4-1及B=3205mmSCSSmmCmmCmmCmmScmkgDBSP102.92.366.0,2,66/3.080.02400/6*320/0321020取所以故取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3/2400cmkg可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压故可知试压安全内试试PcmkgPpcmkgP22/8.225.1/25.2)2.13.0(*5.1*5.1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：10002内最小DS）第二节发酵罐热工设计计算试试试）（2/19442400**9.0*9.09.0/52.640)2.312(2)2.312(240068.4)(2cmkgcmkgCSCSDgP6一、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，，为出进CTCT002,4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/hrQ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/m3Cp=1.04kcal/kg●0C冷却剂的冷却能力为：Q=7.248X103X976X1.041X2X2400=34430.8kcal/hr8330kcal/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1的计算ChmkcalttC0244/12.19951318564.02164.012）冷却夹套的2的计算湿润周边=80+（80+4*8.0）+2*（43-1）de=湿润周边流体流动截面面积4=204mm=20.4cmDe=4*24.16/20.4=4.74cm=0.0474m20%(V/V)酒精在定性温度t=（-4-2）/2=-3℃下7CmhrkcalRdCmhrkcalCpudndupsmmkgPCkgjCkgkcalCpCmWChrmkcalspacp004.08.0242030003/3.1410829.1/0474.0)121(4.1348/77.1/4.1348)/((Re)/023.04.0109160/Re/1/976/10358.4/041.1/468.0/402.0.1005.505.5）（直管的，先修正：因为计算时冷却盘管为得故可视为强制湍流流动3)筒体筒体部分传热系数K3232211112111ARsAAbARsAKA代入数据可得:310235.73668.113554.11000307.04501.0304.113354.11000675.030.113.1853554.111hhhhhK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+Q2Q1=62110X0.055X146.6=4552.7kcal/hrQ2=62110X09919X0.6=35473kcal/hr所以Q醪=Q1+Q2=40026.kcal/hr2)外界与罐体的传热量a.封头部分Q1=KF（内附外平ttto）8带入数据得KF=0L.2Q1=KF（内附外平ttto）=2.02*（10%+1）*（32+8.5-5）78.72kcal/hrb.筒体部分：带入数据：hrkcaltttKFQCKkcalKFAAAAAKFo/6119)55.832(6.15*1.1)(/67.151112052232222111内附外平得：3、筒体冷却面积A初定mttmtKAQCInInttt3.119141492112A=40716.8/136.5*11.3=26.4M2则醪液的冷却负荷为：26.4/62110=0.425m2/T0.3m3/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：ml367.1112.0)62.314.3(220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/T2)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=61.8m9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=484mmD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8mmcmDDSdS85.04847652.045120补二、视镜1、选用带颈视镜pg6Dg150JB595—64—42、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1.219kg2、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1.348kg4