啤酒露天发酵罐的设计

安徽工程大学课程设计任务书

课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计）

姓名：吕超绍

指定参数：

1．全容：40m3

2．容积系数：75%

3．径高比：1：3

4．锥角：700

5．工作介质：啤酒

设计内容：

1．完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印）

1)封面

2)设计任务书

3)生物反应器设计化工计算

4)完成生物反应器设计热工计算

5)完成生物反应器设计数据一览表

2．完成生物反应器总装图一份（用CAD绘图A4纸打印）设计主要参考书：

1．生物反应器课程设计指导书

2．化学工艺设计手册

3．机械设计手册

4．化工设备 5. 化工制图

露天发酵罐设计计算步骤

第一节发酵罐的化工设计计算

一、发酵罐的容积确定

在选用时V全=40m3的发酵罐

则V有效=Ｖ全×∅=40×75%= 30m3（∅为容积系数）

二、基础参数选择

1．D:H: 选用D:H=1:3

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，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液

5．罐体所承受最大内压：2.5㎏/㎝3

外压：0.3㎏/㎝3

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200㎜

8．内壁涂料：环氧树脂

三、D、H的确定

由D:H=1：3，则锥体高度H1=D/2tan350=0.714D(350为锥角

的一半)

封头高度H 2=D/4=0.25D

圆柱部分高度H 3=（3.0-0.714-0.25）D=2.04D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱

=3π×D 2

/4×H 1+24

π×D 3

+ 4

π×D 2

×H 3

=0.187D 3+0.13D 3

+1.60D 3

=40 得D=2.75m

查JB-T4746-2002《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2800mm

再由V 全=40m 3

，D=2.8m 得径高比为： D: H=1:2.9 由D=2800mm 查表得 椭圆封头几何尺寸为：

h 1=700mm h 0=40mm F=8.85m 2

V=3.12m 3

筒体几何尺寸为：

H=5712mm F=50.24m 2

V=35.17m 3

锥体的几何尺寸为：

h 0=40mm r=420mm H=2169mm F=()220.70.3cos 0.644

sin d a a ππ

⎡⎤

-++⎢

⎥⎣⎦

=0.619m 2

V=()2

30.70.3cos 0.7224d a tga π

π⎡⎤++⎢⎥⎣⎦

=13.597 m 3 则：锥形罐总高：H=700+5712+2169+40+40=8661mm 总容积：V=3.12+35.17+4.105=42.395 m 3

实际充满系数ψ：30/42.395=70.8% 罐内液柱高：

H 丿

=4

/8.2*597.13302π-*102

+(2169+40)=2475mm

四、发酵罐的强度计算

（一）罐体为内压容器的壁厚S 计算 1.标准椭圆封头

设计压力为P=1.1*2.5=2.75kg/cm 2

S 0=

P

PD -ϕσ][2内

+C

式中：P=2.75 kg/cm 2

[]t σ：A 3钢工作温度下的许用力取1520 kg/cm 2

ψ ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤ψ=0.9

壁厚附加量：C=C 1+C 2+C 3

查表得：C 1：钢板厚度的负偏差取0.8㎜负偏差 C 2：腐蚀裕量取2㎜ C 3：制造减薄量取0.6㎜ 则：

S=[2.75*2800/(2*1520*0.9-2.75)]+3.4

=6.22㎜

取S0=7mm

直角边h0=40mm

校核

σ=(PD中/4S0)*(D中/2h1)

=[2.75*(2800+7)/4*7]*[(2800+7)/

（2*700）]

=552.75<=[σ]t

2.筒体

P设=1.1*（p工作+p静）

=1.1*（2.5+0.61）

=3.42kg/cm2

S=[PD/(2[σ]φ-P)]+C （C1=0.6,C2=2,C3=0.6） =[(3.42*2800)/(2*1520*0.9-3.42)]+3.2

=6.70 mm

取S=7mm

校核σ2=P设D中/2S

=

7

*

2)7

2800

(*

42

.3

=685.71<=[σ]t φ

3．锥形封头

1）过渡区壁厚

S=[（K P设Dg）/(2[σ]tφ-0.5P)]+C

P设=1.1*(2.5+0.9)=3.74kg/cm2（其中0.9为静压）折边锥体的系数K值

K=0.75

S=[（K P设Dg）/(2[∂]tφ-0.5P)]+C

=(0.75*3.74*2800)/(2*1520*0.9-0.5*3.74)+C =2.87+C

=2.87+0.6+2+0.369 =5.84mm

2）锥体

S=[（f* P Dg）/( [∂]tφ-0.5P)]+C

S0=[（f* P设Dg）/( [∂]tφ-0.5P)]

=(1.4*3.74*2800)/(1520*0.9-0.5*3.74)

(f=1/cosа=1/0.7=1.4)

=4.61mm

S=S0+C=4.61+0.6+2+0.461 =7.671mm

取S=8mm h0=40mm

校核锥体所受的最大压力处

σ=PD中/2Scos350

=3.74*2807/2*8* cos350

=400.6<=[σ]t

(二)、锥体为外压容器的壁厚计算

1．标准椭圆封头

Ri规定：标准椭圆封头Ri=0.9D内