糖化车间设备的设计及计算

第五章糖化车间设备的设计及计算
一、煮沸锅的设计及计算
煮沸设备是糖化车间的重要设备，为了在麦汁煮沸时不带入空气，为了减少设备的投资以及提高热能的利用率，本设计采用不锈钢带内加热加压煮沸锅，并对二次蒸汽进行回收再利用，内加热器采用列管式加热器，加热蒸汽采用0.3MPa低压蒸汽，锅身材料选用1Cr18Ni9Ti不锈耐酸钢。

1．容积：
由物料衡算得煮沸前麦汁为543.7×195.4kg，则体积为：
=543.7×195.4×1.04/(1.0475×1000)=105.5m3
V
有
取充满系数75%
=105.5/0.75=140m3
V
总
2．.尺寸：
煮沸采用圆筒体球底，取圆筒体高H∶直径D=1∶2
则：D=1.15(140)1/3=7.63m 取D=8000mm H=4000mm
顶点排汽管径:d2/D2=1/30～1/50
取d2/D2=1/40 d=948mm 取d=950mm
顶盖高h=800mm
3．煮沸锅强度：
锅身采用不锈钢,受到的压强较小,因此壁厚可以按以下公式计算:
壁厚:S=PD/(2[σ]φ-P)+C
其中P为最大压力的1.05倍,取P=0.3Mpa
材料许用压力[σ]=127MPa φ取0.8
C为壁厚附加量取3mm
S=0.3×6000/(2×127×0.8-0.3)+3=11.8mm 取S=12mm
由于锅盖处承受压力较小，可取为6mm
4．(1)加热面积：
麦汁由98℃升至106℃，每小时耗用蒸汽量最大，该过程为10min。

Q=543.7×195.4×0.95×(106-98)×60/10=48.4×105kcal/h
采用0.3MPa的蒸汽温度为134℃
=(160-98)/ln((134-98)/(134-106))=31.8℃
Δt
m
总传热系数K=1200kcal/(cm2·h·℃)
)48.4×105/(1200×31.8)=126.8 m3
加热面积F=Q/(K·Δt
m
(2)内加热器设计：
内加热器采用管壳式，固定管板，单管程列管。

取F=130 m3，则130=3.14×0.025×(3-0.1)×n
n=570 换热管选用φ=25×2不锈钢管，管长1500mm，管数为570根。

5．煮沸锅管路计算［查化工原理(上)］所有钢管均为热轧无缝钢管。

(1)麦汁出口管至回旋沉淀槽：
每锅热麦汁体积(煮沸前)：543.7×195.4×1.04/1.084=10.2×104L
流量为：102/(30×60)=0.0567 m3/s,取麦汁流速为2.5m/s
管径：d=(0.0567/(0.785×2.5)1/2=0.169 取φ=180×5mm钢管
(2)洗涤水管：
煮沸锅体积为140 m3，洗涤水量为容积的6%，十分钟洗完,流速为2m/s
管径d=(140×0.06/(10×60×2×0.785))1/2=0.094m
(3)蒸汽管路：
蒸汽流量为:(48.4×105)/(490×1.65×3600)=1.66 m3/s，流速为30m/s d=(1.66/(0.785×30))1/2=0.266m
取φ=299×8mm
不凝性气体出口管取φ=180×5mm
(4)排气筒冷凝水管取φ=68×4钢管。

(5)麦汁进口管：
15min进完：V=543.7×102/1.08=50342L=50.3m3
取流速为：3m/s
d=(V/(0.785×3))1/2=(50.3/(60×15×0.785×3))1/2=0.154m 取φ=194×5mm
(6)二次蒸汽管路计算：
取二次蒸汽流速为20m/s，煮沸40min
蒸汽流量为：(543.7×195.4×0.03)/(0.7407×40×60)=1.79m3/s
3kg/cm2压力下密度为0.7407kg/m3
d=(1.79/(0.785×20))1/2=0.338m 取φ=377×9mm
二、其它设备设计及计算
本工艺采用三锅三槽体系，由于专业设备大多未标准化、系列化，因此要针对不同的生产工艺及产量进行不同的设备设计，现进行糖化车间的基本设备的简单计算：
(一)糊化锅：
采用圆柱形锅身，球形锅底及圆锥顶盖的结构。

锅底设夹层，夹层采用直
接蒸汽加热(0.3MPa)，夹套耐压(0.6MPa)，锅底设有折叶浆式搅拌器，由电机通过立式涡轮减速箱直接带动叶片旋转,锅顶有排汽管及风帽，顶盖有人孔、照明灯及进料口，锅身采用不锈钢，锅内夹套用紫铜板。

1．容积：
由物料衡算知糊化液量为：
5860＋29300＝35160kg
糊化醪液干物质百分比：
5860×(1－13％)/35160＝14.5%
因糊化醪密度为1059 kg/m3。

糊化锅有效体积为：V
有
＝31560／1059＝33.2 m3
取容量系数为60％，糊化锅容积为：V＝33.2/0.6＝55 m3
2．尺寸：
设锅径高比为：D∶h
1
=2∶1
锅体积为：V=0.785D2h
1+πh
2
(D2/8+h
2
2/6)
解之可得： h
1=2400mm=2.4m， D=4800mm=4.8m ，h
2
=1200mm=1.2m。

有效体积：有效体积应在人孔门边以下500mm来计算：
V=0.785D2(h
1-0.5)+πh
2
2(D- h
2
/3)=54 m3
本设计采用圆锥顶盖,顶盖150o， d2/D2＝1/40(d为排汽管直径)
故d＝760mm，锅盖高度取600mm。

(二)糖化锅：
糖化锅是圆柱形器身，略带锥形夹层底和弧形顶盖的容器，底部附有夹套，采用0.3MPa蒸汽加热，锅底处设有浆式搅拌器，锅底设有一个糊化醪进料管及一个通往煮沸锅的出料管。

锅盖设有一个人孔和照明灯，顶部有排气管，设备材料可用不锈钢。

1．容积：
由物料衡算知醪液量为：
83180＋5860＋13680＝102720kg
糖化醪干物质百分比：
［5860×(1－0.13)+13680×(1-0.06)］/102720=17.4％
查表知：其密度为1070kg/m3。

设有效体积不小于V
有
＝102720／1070＝96m3
设D∶h=2∶1，一般有效容积按人孔门边以下500mm计算，
V
总= V
有
/0.75=96/0.75=128 m3
2．尺寸：
128=0.785×4h3+πh(4 h2/8+1/6)
取球底高为1m，则h=0.3m，D=6.0m
本设计采用圆锥顶盖，顶角为150o
取d2／D2＝1／40，则d=950mm
锅盖高度取800mm。

(三)过滤槽：
过滤槽采用圆柱体，弧球形顶盖与平底结构，平底槽为三层，最上部为水平筛板，接着为麦汁收集器，最底层为可通入温水保温的夹套。

过滤槽中心有一可升降的轴，带动四臂耕槽机。

1．容积：
根据每吨原料需5m3槽有效容积，充满系数为75％，则：
V
有
=19540×5/1000=97.7m3
V
总=V
有
/0.75=128m3
2．尺寸：
设每吨混原料所需过滤面积为5m3，则本工艺所需过滤面积为：
S=19540×5/1000=97.7 m2
D=(S/0.785)1/2=11.156m，取D=11200mm
过滤槽高度为:
h= V
总
/(0.785D2)=130/(0.785×11.22)=1.32m，取h=1320mm
3．过滤槽底部结构：
过滤槽筛板采用不锈钢梯形钢条焊接而成，开孔率为20％，上孔宽为0.6mm，下孔宽为2.5mm。

筛板与麦汁收集底间距为30mm。

过滤槽收集底间距为30mm。

过滤槽收集器每1.5m2，分布一根麦汁收集管，管径取40mm，按同心圆分布，最后汇集为3根总管，连接麦汁泵输送麦汁，最终麦汁输送可用活塞式气流输送设备。

(四)沉淀槽：
沉淀槽用于将热麦汁中的热凝固物及酒花渣去除，采用平底圆筒结构弧形顶盖结构，麦汁由切线方向进入，在槽内回转，将热凝固物推向槽底中央，在水力喷射打碎后，先用洗涤水冲洗排出。

1．尺寸：
采用与煮沸锅规格相同的沉淀槽。

2．管径：
设流速为3m/s，麦汁30min内泵完
96/20×60×30=πd2/4 d=150mm 取φ=159×4.5mm
麦汁经过变径从切线口流进，设进槽流速为18m/s
2d2=18D3 D=(1502×3/18)1/2=61.2mm
故进口管φ=68×3mm
麦汁进口位置大约为槽中麦汁量的1/3高度。

(五)冷却器：
采用薄板式冷却器
冷却面积：麦汁由96℃冷却至10℃，冷却时间为2h，
Q＝80.2×105kcal 冷媒为2℃的冷水。

=(85-2)/ln[(96-2)/(96-85)]=38.7℃
Δt
m
取总传热系数为：K=1200kcal/(m2·h·℃)
换热面积为:S=Q/(K·Δt
)=80.2×105/(2×1200×38.7)=86.3m2
m
取换热面积为90m3
板片技术参考见《化工工艺技术手册》
型号：BPR20A
尺寸规格：1087×295×1mm 板片厚度：0.7mm
设计压力：1.6MPa 最大流量：60m3/h
换热器尺寸：1087×295×240mm 角孔直径：65mm
设计温度：180℃单片有效面积：0.24m2
板片数：86.3/0.24=359.6 取360片
(六)糖化车间泵的选择：
1．糊化锅与糖化锅之间的泵：
55m3糊化锅在10分钟内泵完，故流量为(55/10)×60＝330m3/h
型号：IPT250－360－14/6
流量：360 m3/h 扬程：14m 转速：960r/min
功率：30KW 材料：1Cr18Ni9Ti
2．糖化锅及过滤槽之间的泵：
96m3的糖化锅在10min内泵完，故流量为(96/10)×60＝576m3/h
型号：IPT350－600－12/6
流量：600 m3/h 扬程：12m 转速：960r/min
功率：50KW 材料：1Cr18Ni9Ti
3．过滤槽与中间槽之间的泵：
换热面积
97.7m3的麦汁在15min内泵完，故流量为(97.7/15)×60＝390m3/h
型号：IPT250－360－14/6
流量：360 m3/hr 扬程：14m 转速：960r/min 功率：30KW 材料：1Cr18Ni9Ti
(七)糖化车间CIP清洗系统的设计：
糖化车间的CIP系统担负糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅等设备的内部及连接管路、泵的清洗。

CIP系统包括：清洗剂站、循环调节体系、执行设备三部分。

本工艺CIP清洗站配有两种清洗剂：碱性清洗剂，5％NaOH＋0.2%EDTA溶液，。

工厂一般每生产1520批次温度80℃左右，酸性清洗剂3％溶液或0.5%HNO
3
用85℃热碱洗涤剂循环清洗一次，每15d左右用酸性清洗剂对设备内表面及蒸汽加热面循环清洗一次。

本设计CIP清洗系统有4个罐，分别是：热水、冷水、酸、碱罐。

为了输送到各设备，各罐备有高压水泵，一般清洗时先用碱水清洗，再分别用热水、冷水清洗，洗涤完毕后碱水过滤回收到碱液罐。

各罐规格如下：（1）碱罐：
直径：2500mm
高度：3000mm
容积：15m3
（2）酸罐：
直径：2500mm
高度：3000mm
容积：15m3
（3）热水罐：
直径：2000mm
高度：1900mm
容积：6m3
（4）冷水罐：
直径：2000mm
高度：1900mm
容积：6m3
（5）洗涤泵：
型号：IH80-50-200
流量：50m3/h
扬程：49mH
O
2
气蚀余量：2.5m
转数：2900r/min
轴功率：15KW
（6）洗涤液回收泵：
型号：IH80-50-200
流量：25m3/h
扬程：12.3mH
O
2
气蚀余量：2.0m
转数：1450r/min
轴功率：4KW
第六章糖化车间平面立面布置
糖化车间布置应结构紧凑，布局合理。

本设计采用四层空间，一楼作为动力的主要空间，在此安装各动力设备，包括连接管路、麦糟暂贮槽、CIP系统等。

二楼安装糊化锅、糖化锅、过滤槽及煮沸锅和回旋沉淀槽。

在设备布置时满足了工艺流程的顺序性，水平方向和垂直方向的连续性。

物料从糊化锅糖化锅过滤槽中间槽煮沸锅回旋沉淀槽。

这样的流程安排使生产流程井然有序，操作控制十分明了并节省了管路。

三楼装有大米支杂机和麦芽清选机。

在二楼有定量称、大米粉碎机及麦芽粉暂贮槽、大米粉暂贮槽。

在二楼的设备可充分利用高度差进行合理安排。

一楼有麦芽湿法粉碎机。

另外，本设计还为设备检修预留了操作空间。

整个糖化车间均按国家有关标准设计，从而使土建工程更加经济、节约。