1、精選優質文檔-傾情為你奉上工程大學課程設計任務書班級：姓名：課題名稱：生物反應器設計（啤酒露天發酵罐設計）指定參數：1.全容：m32.容積系數：3.徑高比：4.錐角：5.工作介質：啤酒設計內容：1.完成生物反應器設計說明書一份（要求用A4紙打?。┓饷嫱瓿缮锓磻髟O計化工計算完成生物反應器設計熱工計算完成生物反應器設計數據一覽表2.完成生物反應器總裝圖1份（用CAD繪圖A4紙打?。┰O計主要參考書：1.生物反應器課程設計指導書2.化學工藝設計手冊3.機械設計手冊4.化工設備5.化工制圖接受學生承諾：本人承諾接受任務后，在規定的時間內，獨立完成任務書中規定的任務。 接受學生簽字： 生物工程教研室

2、2010-11-15發酵罐設計第一節 發酵罐的化工設計計算一、 發酵罐的容積確定由指定參數：V全= 30m3 =85%則：V有效=V全*= 25.5 m3二、 基礎參數選擇1、D：H：由指定參數選用D：H=1：42、錐角：由指定參數取錐角為9003、封頭：選用標準橢圓形封頭4、冷卻方式：選取槽鋼盤繞罐體的三段間接冷卻（罐體兩段，槽鋼材質為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：2.5KG/CM3 外壓：0.3KG/CM36、錐形罐材質：A3鋼外加涂料，接管均用不繡鋼7、保溫材料：硬質聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、內壁涂料：環氧樹脂三、D、H的確定 由D：H=1：

3、4，則錐體高度H1=D/2tg450=0.5D 封頭高度H2=D/4=0.25D 圓柱部分高度H3=（4.0-0.5-0.25）D=3.25D又因為V全=V錐+V封+V柱 =×D2/4×H1+×D3+ ×D2×H3 =0.131D2+0.131D2+2.551D2=30 得D=2.20m 查JB1154-74橢圓形封頭和尺寸取發酵直徑D=2400mm 再由V全=30cm2，D=2.4m 得徑高比為： D:H=1：2.8 由D=2400mm查表得橢圓封頭幾何尺寸為：h1=600mm （曲面高度）h0=25mm （直邊高度）F=6.41m2 （內表

4、面積）V=1.93m3 （容積）筒體幾何尺寸為：H=6624mmF=36.90m2V=22.14m3錐體的幾何尺寸為：h0=25mmr=360mmH=1200mmF=3.705m2V=2.80m2則：錐形罐總高：H=600+25+4896+25+1200=6746mm 總容積：V=1.93+22.14+2.80=26.87m3 實際充滿系數：25.5/26.87=94.9%罐內液柱高：H丿= （25.5-2.80）*4*102/2.42+（1200+25）=6260mm三、 發酵罐的強度計算（一） 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*2.5=2.75KG/cm2S= 式

5、中：P=2.75 KG/cm2 ：A3鋼工作溫度下的許用力取1520 KG/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：C=C1+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2mm C3;制造減薄量取0.6 則； S=2.75*2400/(2*1520*0.9-2.75)+3.4=5.8 取S0=6mm 直角邊h0=25mm 校核 =(PD中/4S)*(D中/2h) =2.75*(2400+6)/（4*6）*(2400+6)/（2*600）=552.75<=t2.筒體P設=1.1*（p工作+p靜）=1.1*（2.5+0.61）

6、=3.42kg/cm2 S=PD/(-P)+C（C2=0.6,C2=2,C3=0.6） =(3.42*2400)/(2*1520*0.9-3.42)+3.4=6.4mm 取S=8mm校核 =PD中/2S=588<=t3.錐形封頭1）過渡區壁厚S=（K P設Dg）/(2t-0.5P)+CP設=1.1*(2.5+0.9)=3.74kg/cm2（其中0.9為靜壓）K=0.75S=（K P設Dg）/(2t-0.5P)+C =(0.75*3.74*2400)/(2*1520*0.9-0.5*3.74)+C=2.46+C=2.46+0.6+0.246=5.31mm2）錐體S=（f* P設Dg）/(

7、t-0.5P)+CS0=（f* P設Dg）/( t-0.5P)=(0.60*3.74*2400)/(1520*0.9-0.5*3.74)(f查表為0.60) 依據化工設備機械基礎 =3.94S=S0+C=3.94+0.6+2+0.394=6.937取S=8mm h0=25mm校核錐體所受的最大壓力處=PD中/2Scos450 =3.74*（2400+8）/2*10* cos450 =636.81<=t (二)、錐體為外壓容器的壁厚計算1、標準橢圓封頭 設S0=5mm R內=0.9Dg=2160mm R內/100S0=2160/100*5=4.32查表4-1及B=260（依據化工容器設備設

8、計手冊）P=B*S0/ R內=260*5/2160=0.6kg/cm2>0.3 kg/cm2滿足要求取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm則S=S0+C=8mm2.筒體設S0=6mm L/D=0.69 D=2400/6=400查表4-1及B=200【P】=200*6/2400=0.5 kg/ S0=6mm故可取C1=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm則S=S0+C=9.2mm，取S=10mm3.錐形封頭因為：=45° 所以22.50°60°按第四章發酵罐設計中的封頭設計可知，加強圈間中椎體截面積最大直徑為：2*2740/2*tan45&#

9、176;=1918.6mm取加強圈中心線間椎體長度為1370mm 設S0=6mm L/D=1370/2400=0.57 D/ S0=2400/6=400查圖表4-1可知及B=250 【P】=BS0/D=250*6/2400=0. 6250.3 kg/故取S0=6mm C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm所以S=S0+C=9.2mm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 h0=25mm圓筒壁厚 10mm標準形封頭壁厚 12mm h0=25mm5、 錐形罐的強度校核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

10、設計壓力P=3.74KG/cm2液壓實驗P試=1.25P=4.68KG/cm2查得A3鋼=2400kg/cm2試= =4.68 （2400+12-3.2）/2*(12-3.2) =563.6kg/cm20.9=0.9*0.9*2400=1944kg/cm2試可見符合強度要求，試壓安全2、 外壓實驗 以內壓代替外壓P=1.5*（0.3+1.2）=2.25kg/cm2P試=1.25P=2.8kg/cm2P內試 故可知試壓安全3、 剛度校核本例中允許S=2*2400/1000=4.8mm而設計時取壁厚為S=10mm，故符合剛度要求 （公式：S最小=D內）第二節 發酵罐熱工設計計算一、 計算依據計采用

11、A3鋼作發酵罐材料，用8號槽鋼做冷卻夾套，分三段冷卻，筒體二段，錐部一段，夾套工作壓力為2.5kgcm2冷媒為20%（vv）酒精溶液，T進=-4，T出為-2，麥汁發酵溫度維持12o（主發酵5-6天，封頭及筒體部分保溫層厚度為200mm，錐底部分為98mm）二、 總發酵熱計算Q=q*v=119*24=8330kg/hrq每立方米發酵麥汁在主發酵期間每小時的放熱量；v為發酵麥汁量三、 冷卻夾套型號選擇選取8號槽鋼起截流面積為A=hb-截面積 =8*4.3-10.24=24.16cm2 冷卻劑流量為（三段冷卻） 3*24.16*10-4*1=7.284*10-3m3/s查得20%（vv）酒精溶液t平

12、=-3下的 =976kg/m3C=1.04kcal/kg·oC冷卻劑的冷卻能力為： Q=7.248×103×976×1.041×2×3600 =53021.4kcal/hr8330kcal/hr 故可選取8號槽鋼為冷卻夾套四、 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135，為了將來工藝更改留下余量，設計取13-5=8為設計的日降溫量，取0.6/hr為設計的小時降糖量，則由Q6=KAtm求得冷卻面積。1. 傳熱系數K的確定1） 醪液1的計算1=0.64×C&

13、#215;4 =0.64×185×4 =185.3kcal/h°C2)冷卻夾套的2的計算 濕潤周邊=80+（80+4*8.0）+2*（43-1） de= =204mm=20.4cm de=4*24.16/20.4=4.74cm=0.0474m20%（vv）酒精在定性溫度t=（-4-2）/2=-3下=5.05CP=5.05×103Pa·s =0.402kcal/hrm=0.468W/mCp=1.041kcal/kg=4.358×103J/kg =976kg/=1m/sRe=du /=9160=104故可視為強制湍流流動得n=0.42=0

14、.023 /d(Re)0.8(Cp/ )0.4=1348.4kcal/hr·m· 因為計算時冷卻盤管為直徑的，先修正： =(1+1.77d/R) =1348.4×(1+12)×0.0474/1.829 =1410.3kcal/hr·m· 3)筒體部分傳熱系數K =+ 代入數據可得：1/k=所以：K=kcal/°C注：h為假設夾套高度(m)2. 錐形罐筒體需冷卻的熱量 1）醪液放熱 Q醪=Q1+Q2Q1=kcal/hrQ2=kcal/hr所以 Q醪=Q1+Q2 2）外界與罐體的傳熱量 A.封頭部分Q1=KF 帶入數據得KF=

15、Q1=KF = = B.筒體部分： 帶入數據： 得：KF= Q2=KF = =3. 筒體冷卻面積A初定 A=則醪液的冷卻負荷為：故冷卻面積能夠滿足要求。4.發酵罐冷卻面積的確定1） 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 則槽鋼長= 取相鄰兩槽鋼間距為40mm 一圈槽鋼長： l0=330m長的槽鋼可繞圈數則二段各繞 圈冷卻段高度為筒體實際冷卻面積為2） 錐體部分 錐體部分醪液量為錐體部分冷卻面積為則槽鋼長為繞制高度為第三節 發酵罐附件的設計及選型1 人孔1. 選用人孔材料A3鋼2. 補強圈尺寸確定如下： D內= D外= 補強圈的厚度S補 按下式計算，考慮罐

16、體與人孔筒節均有一定的壁厚裕量，故補強圈取mm =2 視鏡1. 選用帶頸視鏡2. 補強圈尺寸確定如下： 內徑D1= mm 外徑D2=mm 補強圈的厚度 = 考慮罐體與視鏡筒節均有一定的壁厚裕量，故補強圈取3 接管1. CO2回收接管YB80470 Dg40無縫鋼管 重3.6kg/m法蘭 Pg6Dg40HG501058 重 1.219kg2. 溫度計取樣接管見發酵罐總裝圖3. 冷卻劑進口接管YB80470 Dg50無縫鋼管 重4.65kg/m法蘭 Pg6Dg50HG501058 重 1.348kg4. 濾酒管YB80470 Dg50不銹鋼管 重7.15kg/m法蘭 Pg6Dg50HG501058

17、 重 2.38kg取濾酒管于罐內高度1.2m即1200mm5. 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4 支座見發酵罐總裝圖第四節 發酵罐的技術特性和規范一、技術特性1.本課程設計按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、類設備進行制作試驗。2.設備制造完畢后，設備內壁所有內表面焊縫須打磨平滑平緩過渡，但須保證用材料同樣厚度。3.立板焊接時應于底軸垂直，兩塊立板之間得分布誤差不大于0.104.設備安裝后軸線對基礎的不垂直度在全長上不大于10mm，設備在現場就位安裝。5.設備組焊后，封頭簡體錐形底的400軸線在總高度范圍內的不垂直度15mm。6.設備應進行下列實驗：1）液壓實驗 罐 內 3.5kgf/ 夾套內 3.5kgf/2）氣壓實驗 罐 內 3kgf/ 夾套內 3kgf/7.設備內應涂白色74