发酵罐设计

安徽工程大学课程设计任务书

班级：课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计）

学生姓名：

指定参数：

全容：50m3

容积系数：75%

径高比：1：2

锥角：900

工作介质：啤酒

设计内容：

完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印）

封面

设计任务书

生物反应器设计化工计算

完成生物反应器设计热工计算

完成生物反应器设计数据一览表

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：

生物反应器课程设计指导书

化学工艺设计手册

机械设计手册

化工设备

化工制图

接受学生承诺：

本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定任务

接受学生签字：生物工程教研室

2010-11-15

啤酒露天发酵罐设计

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

=50m3的发酵罐

则V

有效=Ｖ

全

×∅=50×75%= （∅为容积系数）

二、基础参数选择

1．D:H: 选用D:H=1:2

2．锥角：取锥角为900

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A 3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液 5．罐体所承受最大内压：㎏/㎝3 外压：㎏/㎝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=1：2，则锥体高度H 1=D/2tan450=D/2(450为锥角的一半) 封头高度H 2=D/4=

圆柱部分高度H 3=（）D= 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱

=3π×D 2/4×H 1+24π×D 3+ 4

π

×D 2×H 3

=50 m 3 得D=

查JB-T4746-2002《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm 再由V 全=50m 3，D= 得径高比为： D: H=1:2

由D=3400mm 查表得 椭圆封头几何尺寸为： h 1=850mm h 0=50mm F= V=

筒体几何尺寸为： H=4137mm F= V=

锥体的几何尺寸为： h 0=50mm r=471mm H=1895mm F=

()220.70.3cos 0.644sin d a a π

π

⎡⎤-++⎢⎥⎣⎦

= V=

()230.70.3cos 0.7224d a tga π

π⎡⎤++⎢⎥⎣⎦

= 则：锥形罐总高：H=850+50+4137+50+1895=6982mm 总容积：V=++= 实际充满系数ψ：=%

罐内液柱高：

H 丿=4

/6.3*74.95.372

π-*102+(3002+50)= 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=*=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= 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㎜负偏差 C 2：腐蚀裕量取2㎜ C 3：制造减薄量取㎜ 则：

S=[*2700/(2*1520* 取S 0=8mm 直角边h 0=40mm 校核

σ=(PD 中/4S 0)*(D 中/2h 1)

=[*(3400+8)/4*8]*[(3400+8)/（2*850）] =<=[σ]t 2.筒体

P 设=*p 工作 =* =cm 2

S=[PD/(2[σ]φ-P)]+C （C 1=,C 2=2,C 3=） =[*3400)/(2*1520* mm 取S=7mm

校核 σ2=P 设D 中/2S =7

*2)73400(*75.2+

=<=[σ]t φ 3．锥形封头 1）过渡区壁厚

S=[（K P 设Dg ）/(2[σ]t φ]+C P 设=*=cm 2

折边锥体的系数K 值 K=

S=[（K P 设Dg ）/(2[∂]t φ]+C

=**3400)/(2*1520* = 2）锥体

S=[（f* P Dg ）/( [∂]t φ]+C S 0=[（f* P 设Dg ）/( [∂]t φ] = **3400)/(1520* =

S=S 0+C=++2+ =

取S=10mm h 0=40mm 校核锥体所受的最大压力处 σ=PD 中/2Scos450

=*3400/2*10* cos450 =935<=[σ]t

(二)、锥体为外压容器的壁厚计算 1．标准椭圆封头

设S=8mm S 0=S-C=5mm D 0=D i +2S=3400+16=3416mm R i == R i /S 0=5=

按外压球壳算法计算

A= ==

查上表得B=300

[P]=B*S 0/ R 内300*5/3060=cm 2>0.3 kg/cm 2 满足要求

取C 1=㎜，C 2=2㎜，C 3=㎜ 则S=S 0+C=8㎜ 2．筒体

设S=13㎜ D 0=3400+2*6=3412 S 0=S-C== L/D 0=6982/3412= D 0/S 0=3412/=

0023AE D S