啤酒發酵罐的設計畢業論文 目 錄第一章 啤酒發酵罐結構與動力學特征2一、概述2二、啤酒發酵罐的特點2三、露天圓錐發酵罐的結構3 3.1罐體部分3 3.2溫度控制部分4 3.3操作附件部分4 3.4儀器與儀表部分4四、發酵罐發酵的動力學特征5第二章 發酵罐的化工設計計算6一 、發酵罐的容積確定6二、 基礎參數選擇6三、 D、H的確定6四、發酵罐的強度計算8 4.1 罐體為內壓容器的壁厚計算8五、錐體為外壓容器的壁厚計算11六、錐形罐的強度校核13 6.1內壓校核13 6.2外壓實驗14 6.3剛度校核14第三章 發酵罐熱工設計計算15一、計算依據15二、總發酵熱計算15第四章 發酵罐附件的設計及選型20一、人孔20二、接管20三、支座21第五章 發酵罐的技術特性和規范22一、技術特性22二、發酵罐規范表23參考文獻25發酵罐設計實例第一章 啤酒發酵罐結構與動力學特征一、概述 啤酒是以大麥喝水為主要原料,大米、酒花和其他谷物為輔料經制麥、糖化、發酵釀制而成的一種含有二氧化碳、酒精和多種營養成分的飲料酒。我國是世界上用谷物原料釀酒歷史最悠久的國家之一,但我國的啤酒工業迄今只有100余年的歷史。改革開放以來,我國啤酒工業得到了很大的發展,生產大幅度增長,發展到現在距世界第二位。由于啤酒工業的飛速發展,陳舊的技術,設備將受到嚴重的挑戰。為了擴大生產,減少投資保證質量,滿足消費等各方面的需要,國際上啤酒發酵技術子啊原有傳統技術的基礎上有很大進展。尤其是采用設計多種形式的大容量發酵和儲酒容器。這些大容器,不依靠室溫調節溫度,而是通過自身冷卻來控制溫度,具有較完善的自控設施,可以做到產品的均一性,從而降低勞動強度,提高勞動生產率。就發酵罐的外形來分,主要有圓柱錐形底罐、圓柱蝶形罐、圓柱加斜底的朝日罐和球形罐等。二、啤酒發酵罐的特點1、單位占地面積的啤酒產量大;而且可以節約土建費用;2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物(相對朝日罐、通用罐、貯就罐而言);3、發酵溫度控制方便、有效,麥汁發酵時對流好,發酵速度快,可以縮短發酵周期(相對臥式罐、發酵槽而言);4、可以回收利用二氧化碳,并可有利于啤酒的口味穩定性與非生物穩定性(相對開口容器而言);5、可以一關多用,生產工藝比較靈活;簡化生產過程與操作,而且酒損也現對減少;6、制作相應要比其他發酵罐簡單;7、便于自動控制,如自動清洗和自動滅菌,節省人力與洗滌費用,衛生條件好。三、露天圓錐發酵罐的結構3.1罐體部分露天圓錐發酵罐的罐體有灌頂、圓柱體與錐底3部分組成,其中:灌頂:為圓拱形,中央開孔用于可拆卸大直徑法蘭,以安裝CO2與CIP管道及其連接件,灌頂還裝有真空閥,安全閥與壓力傳感器。圓柱體:為發酵罐主體,發酵罐的高度主要決定于圓柱體的直徑與徑高比,由于大直徑的光耐壓低,考慮到使用鋼板的厚度,一般直徑S1,使發酵速度 3區1區;導致B3P1而形成壓力差推動發酵液對流;3、由于發酵時控制t3t1,形成溫度差對流。 第二章 發酵罐的化工設計計算一 、發酵罐的容積確定實際需要選用V有效60m3的發酵罐 則V全V有效/60/85%71 m3二、 基礎參數選擇1. D:H 選用D:H1:32.錐角:取錐角為703.封頭:選用標準橢圓封頭4.冷卻方式:選取槽鋼盤繞罐體的三段間接冷卻(罐體兩段,錐體一段,槽鋼材料為A3鋼,冷卻介質采用20%、-4的酒精溶液)5.罐體所承受最大內壓:2.5?/cm3外壓:0.3?/cm36.錐形罐材質:A3鋼外加涂料,接管均用不銹鋼7.保溫材料:硬質聚氨酯泡沫塑料,厚度200?8.內壁涂料:環氧樹脂三、 D、H的確定由D:H1:3 ,則錐體高度H1D/2tg350.714D封頭高度H2D/40.25D圓柱部分高度H3(3.0-0.714-0.25)D2.04D又因為V全V錐+V封+V柱H1+D3+D2H30.187D3+0.13D3+1.60D371得D3.33m查JB1154-74橢圓形封頭和尺寸取發酵直徑D3400mm再由V全71 cm3 ,D3.4m得徑高比為D:H1:2.8由D3400mm查表得橢圓形封頭幾何尺寸為:h1850mmh050mmF13.0m2V5.6m3筒體幾何尺寸為:H5940mmF63.44 m2V56.22m3錐體封頭幾何尺寸為:H050mmr510mH3115mmFd2/4-+0.647.75 m2Vd3/24(0.7+0.3COSa)2/tga+0.724.91 m3則:錐形罐總高:H850+50+5940+50+311510005mm總容積:V5.6+56.22+4.9166.73m3實際充滿系數:60/66.7389.91%罐內液柱高:H,+(3115+50)3203mm四、發酵罐的強度計算4.1 罐體為內壓容器的壁厚計算1. 標準橢圓封頭設計壓力為:1.1*2.52.75?/cm2S式中:P2.75?/cm2:A3鋼工作溫度下的許用力取1520?/cm2:焊接系數,本例采用雙面對接焊作為局部無探傷0.9壁厚附加量:CC1+C2+C3查表得:C1:鋼板厚度的負偏差取0.8mm負偏差C2:腐蝕裕量取2mmC3:制造減薄量取0.6mm則: 取 S07mm直邊高:h040mm校核633.5t2. 筒體 P設1.1(P工作+P靜) 1.1*(2.5+0.61)3.42?/cm2S(取C20.6,C22,C30.6)取S8mm校核 2t3. 錐形封頭1 過渡區壁厚S P設1.1*(2.5+0.9)3.745?/cm2(0.9為靜壓)K0.75S 3.49+C3.49+0.6+2+0.3696.46mm 2 錐體S+CS0(查表為0.60)SS0+C5.6+0.6+2+0.598.57取S10mmh040mm校核錐體所受最大應力處: 778.5t824.1t 五、錐體為外壓容器的壁厚計算1.標準橢圓封頭設S05mmR內0.9Dg3240mmR內/100S3240/100*56.48查圖表4-1及B275 PB*S0/R內275*5/32400.43kg/cm20.3kg/cm2 滿足要求 取C10.5mm,C22mm,C30.5mm 則SS0+C8mm2.筒體 設S06mm L/D0.69 D3400/6567查圖表4-1及B210P210*6/34000.357kg/cm20.3kg S06mm 故可取C10.6mm,C22mm,C30.6mm 則SS0+C9.2mm或10mm3.錐形封頭因為:35所以 22.5060按第四章發酵罐設計的中封頭可知,加強圈間中錐體截面積最大直徑為: 2 * 2740/2 *tg351918.6mm取加強圈中心線間錐體長度為1370mm 設S06mm L/D1370/34000.4 D/S03400/6567查圖表4-1及B320PBS0/D320*6/34000.560.3kg/cm2故取S06mm C10.6mm,C22mm,C30.6mm所以 SS0+C6+3.29.2取S10mm綜合前兩步設計,取兩者中較大的有生產經驗確定 標準橢圓型封頭厚度為 10mm h040mm 圓筒壁厚 10mm 標準形封頭壁厚 12mm h040mm六、錐形罐的強度校核6.1內壓校核液壓試驗 P試125P設由于液體的存在,錐體部分為罐體受壓最重之處即最危險設計壓力 P3.74kg/cm2液壓實驗 P試1.25P4.68kg/cm2 查得A3鋼2400kg/cm3試P試Dg+(S-C)/2S-C 4.68*3400+12-3.2/2*12-3.2 906.4kg/cm20.90.9*0.9*24001944kg/cm2試可見符合強度要求,試壓安全6.2外壓實驗以內壓代替外壓P1.5*0.3+1.22.25kg/cm2P試1.25P2.8kg/cm2P內試故可知試壓安全6.3剛度校核本例中允許 S2*3400/10006.8mm而設計時取壁厚為S10mm,故符合剛度要求(公式:S最小2D內/1000)第三章 發酵罐熱工設計計算一、計算依據計采用A3剛作發酵罐材料,用8號槽鋼做冷卻夾套,分三段冷卻,筒體二段,椎部一段,夾套工作壓力為2.5kg/cm2冷媒為20%(V/V)酒精溶液,T進-4,T出為-2,麥汁發酵溫度維持12(主要發酵5-6天,封頭及筒體部分保溫層厚度為200mm,椎底部分為98mm)二、總發酵熱計算*v119*708330kg/hrq為每立方米發酵麥汁在主發酵期間每小時的放熱量;v為發酵麥汁量1、冷卻夾套型號選擇選取8號槽鋼起截流面積為Ahb-截面積8*4.3-10.2424.16cm2冷卻劑流量為(三段冷卻)3*24.16*10-4*17.284*10-3m3/s查得20%(V/V)酒精溶液t平-3下的976kg/m3 C1.04kcal/kg? 冷卻劑的冷卻能力為: Q7.248*103*976*1.041*2*340049131.3kcal/hr 故可選取8號鋼槽為冷卻夾套。2、發酵罐冷卻面積的計算考慮生產過程中,隨著技術的改進,工藝曲線可能更改,按目前我國工藝曲線看,日降溫量較大的為13到5,為了將來工藝更改留下余量,設計取13-58為設計的日降溫量,取0.6/hr為設計的小時降溫量,則由QKAtm求得冷卻面積。2.1傳熱系數K的確定2.1.1醪液1的計算 10.64*C* 0.64*185* 185.3kcal/m2?h?2.1.2冷卻夾套的2的計算濕潤周邊80+(80+4*8.0)+2*(43-1) de(4*流體流動截面面積)/濕潤周邊 204mm20.4cm de4*24.16/20.44.74cm0.0474m20%(V/V)酒精在定性溫度t(-4-2)/2-3下 5.05CP5.05*103Pa?s 0.402kcal/hr?m?0.468W/m? Cp1.041kcal/kg?4.358*103J/kg 976kg/m2 1m/s Redu/9160104故可視為強制湍流流動得n0.420.023/d(Re)0.8(Cp/)0.41348.4kcal/hr?m?因為計算時冷卻盤管為直管的,先修正:、(1+1.77d/R) 1348.4*(1+12)*0.0474/1.829 1410.3kcal/hr?m?筒體部分傳熱系數K1/KA21/1A1+Rs1/A1+b/A2+1/2A3+Rs2/A3代入數據可得:1/K7.325*10-3所以:K136.5kcal/m2?注:h為假設夾套高度(m)3、錐形罐筒體需冷卻的熱量1)醪液放熱Q醪Q1 + Q2 Q1 621100.055146.6 4552.7kcal / hr Q2 621100.95190.6 35473kcal / hr 所以,Q 醪Q1+Q2 40026kcal / hr2)外界與罐體的傳熱量 a封頭部分Q1 KFt外平+t0附-t內)帶入數據得KF0L.2Q1 KFt外平+t0附-t內) 2.02(10%+1)(32+8.5-5) 78.72kcal / hr b筒體部分: 帶入數據:1/KF1/A1 + 1/1A2 +2/2A2+3/2A4+1/A5 得: KF 15.67kcal/K?C Q2KFt外平+t0附-t內) 1.115.6(32+8.5-5) 6119kcal/hr4、筒體冷卻面積A初定QKAtm A40716.8/136.511.326.4m2則醪液的冷卻負荷為:26.4/621100.425m2/T0.3m3/T 故冷卻面積能夠滿足要求。5、發酵罐冷卻面積的確定筒體部分由前面敘述可知,筒體部分相同的冷卻段,選用8#槽鋼筒體冷卻段面積為26.4m2,則槽鋼長26.4/0.08330取相鄰兩槽鋼間距為40mm 一圈槽鋼長: l03.143.622+0.1221/2 11.367m 330m長的槽鋼可繞圈數330/11.367 30圈則二段各繞15圈冷卻段高度為: 15(80+40)-401760mm筒體時機冷卻面積為: 3011.3670.081.439m2/T錐底部分 錐體部分醪液量為4.911.04845.32 錐體部分冷卻面積為 5.320.4392.33m2 則槽鋼長為2.33/0.0829.1m 繞制高度為1000mm第四章 發酵罐附件的設計及選型一、入孔 1、選用入孔BIIPg6Dg4508H1220JB-64-28材料A3鋼 2、補強圈尺寸確定如下 D內484mm D外760mm 補強圈的厚度S補 按下式計算,考慮罐體與入孔節均有一定的壁厚裕量,故 補強圈取8mm S補dS0/D2-D1450.52/76-4840.85cm二、接管CO2回收接管YB804-70Dg40無縫鋼管 重3.6kg/m法蘭Pg6Dg40HG5010?58重1.219kg溫度計取樣接管 見發酵罐總裝圖冷卻劑進口接管YB804-70Dg50無縫鋼管 重4.65kg/m法蘭Pg6Dg50HG5010?58 重1.348kg濾酒管YB804-70 Dg50不銹鋼管重7.15kg/m法蘭 Pg6Dg50HG5010?58重2.38kg去濾酒館于管內高度為1.2m即1200mm麥汁進料及Y排放接管Dg125球閥控制酒量Dg50玻璃視鏡觀測Y排放情況Dg50接管三、支座 見發酵罐總裝圖 第五章 發酵罐的技術特性和規范一、技術特性本例按JB741?80鋼制焊接壓力容器技術條件:及“SB5111”不銹鋼耐酸性鋼及碳鋼、II類設備進行制造試驗。設備制造完畢后,設備內壁所有內表面焊縫須打磨光滑平緩過渡,但須保證用材料同樣厚度。立板焊接時應與底軸垂直,兩塊立板之間得分布誤差不大于0.10設備安裝后軸線對基礎的不垂直度在全場上不大于10mm,設備在現場就位安裝。設備組焊后,封頭筒體錐形底的400軸線在總高度范圍內的不垂直度15mm設備應進行下列實驗:液壓實驗罐 內 3.5kgf/cm2 夾套內3.