酒精发酵罐的设计

第一章 啤酒露天发酵罐的化工设计计算

一 、发酵罐的容积确定

实际需要选用V 全=40m 3的发酵罐

则V 有效=V 全× =40×80%=32 m 3

二、 基础参数选择

1. D:H 选用D:H=1:3

2.锥角：取锥角为70°

3.封头：选用标准椭圆封头

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：㎏／cm 3

外压：㎏／cm 3

6.锥形罐材质：A 3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 ／2tg35°=

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×2D 4×H 1+24

π×D 3＋4π×D 2×H 3 =++=40

得D=

查JB1154-73《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm 再由V全=40cm3 ，D=

设H: D=x

D3＋D3＋（）D3=40

X=

得径高比为D:H=1:

由D=3400mm查表得椭圆形封头几何尺寸为：

h1=850mm

h0=50mm

F=

V=

筒体几何尺寸为：

H=2946mm

F= m2

V=

锥体封头几何尺寸为：

H0=50mm

r=510m

H=2428mm

F=πd2／4-[()

0.70.32

COSa

Sina

+

+]= m2

V=πd3／24[（+）2／tga+]= m3

则：锥形罐总高：H=575+40+5791+40+1714=8160mm

总容积：V=++=

实际充满系数：32／=75%

罐内液柱高：

H ，=32104

4.327

.10-32⨯⨯π+（2428+50）=4873mm 四、发酵罐的强度计算

罐体为内压容器的壁厚计算

1. 标准椭圆封头

设计压力为:*=㎏／cm 2

S=[]

2PDg

C t P ϕσ+- 式中：P=㎏／cm 2

[]t σ：A 3钢工作温度下的许用力取1520㎏／cm 2

ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤壁厚附加量：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2mm

C 3:制造减薄量取

则： mm 8.64.375

.2-9.015202340075.2=+⨯⨯⨯ 取 S 0=7mm

直边高：h 0=50mm

校核

D D 42P s h σ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦

中中

=()850

273400747340075.2⨯+⨯⨯+⨯ =≤[]σ

2. 筒体

P 设=×（P 工作+P 静）

=*（+）=㎏／cm 2

S=

[]2PD C P σϕ+- （取C 2=,C 2=2,C 3=） =mm 5.72.342

.3-9.015202340042.3=+⨯⨯⨯ 取S=8mm

校核

σ2=PD/2s=≤ϕt

3. 锥形封头

(1) 过渡区壁厚

S= []P 20.5K Dg C P

ϕσ+-设 P 设=*（+）=㎏／cm 2（为静压）

K=

S=[]P 20.5K Dg C P

ϕσ+-设 =C +⨯⨯⨯⨯⨯74

.35.0-9.015202340074.375.0 =+C

=++2+

=

(2) 锥体

S=[]

*0.5f PDg t P ϕσ-+C S 0=[]*0.5f PDg t P ϕσ-=6.574.35.0-9.01520340074.360.0=⨯⨯⨯⨯（f 查表为）

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

取S=10mm h 0=40mm

校核锥体所受最大应力处：

D 235P sCos σ=︒

中 ==︒

⨯⨯⨯35cos 102341074.3=[]σ≤ 锥体为外压容器的壁厚计算

1.标准椭圆封头

设S 0=5mm

R 内==3060mm

R 内/100S=3060/（100×5）=

查图表4-1及B=275

[P]=B*S 0/R 内=275*5/3240=cm 2>cm 2

满足要求

取C 1=，C 2=2mm ，C 3=

则S=S 0+C=8mm

2.筒体

设S 0=6mm

L/D=

S 0/ D=2400/6=400

查图表4-1及B=210

[P]=210×6/3400=cm2>

S0=6mm

故可取C1=，C2=2mm，C3=

则S=S0+C=或10mm

3.锥形封头

因为：

α=35°

所以°<α<60°

按第四章发酵罐设计的中封头可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：

（2 ×2428/2 ）×tg35°=1700mm

取加强圈中心线间锥体长度为1214mm

设S0=6mm

L/D=857/3400=

D/S0=3400/6=

查图表4-1及B=320

[P]=BS0/D=320*6/3400=>cm2

故取S0=6mm

C1=，C2=2mm，C3=

所以S=S0+C=6+=

取S=10mm