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=40m3的发酵罐

则V有效=V全×=40×80%=32 m3

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㎏／cm3

外压：0.3㎏／cm3

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H1=D／2tg35°=0.714D

封头高度H2=D／4=0.25D

圆柱部分高度H3=（2.0-0.714-0.25）D=1.04D

[P]=B*S0/R内=275*5/3240=0.43kg/cm2>0.3kg/cm2

满足要求

取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm

则S=S0+C=8mm

2.筒体

设S0=6mm

L/D=0.86

S0/ D=2400/6=400

查图表4-1及B=210

[P]=210×6/3400=0.37kg/cm2>0.3kg

S0=6mm

故可取C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm

则S=S0+C=9.2mm或10mm

3.锥形封头

因为：

α=35°

所以22.50°<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=0.36

D/S0=3400/6=566.7

查图表4-1及B=320

[P]=BS0/D=320*6/3400=0.53>0.3kg/cm2

故取S0=6mm

C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm

所以S=S0+C=6+3.2=9.2

取S=10mm

综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为10mm h0=50mm

圆筒壁厚10mm

标准形封头壁厚12mm h0=50mm

五、锥形罐的强度校核

5.1内压校核

液压试验P试=125P设

由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力P=3.74kg/cm2

液压实验P试=1.25P=4.68kg/cm2

查得A3钢σ=2400kg/cm3

σ试=P试[D g+（S-C）]/2(S-C)

=4.68*[3400+(12-3.2)]/2*(12-3.2)

=890.9kg/cm2

0.9ψσ=0.9*0.9*2400=1944kg/cm2>σ试

可见符合强度要求，试压安全

5.2外压实验

以内压代替外压

P=1.5*(0.3+1.2)=2.25kg/cm2

P试=1.25P=2.8kg/cm2

故可知试压安全

5.3刚度校核

本例中允许S=2*3400/1000=6.8mm

而设计时取壁厚为S=10mm，故符合刚度要求（公式：S最小=2D内/1000）

第二章发酵罐热工设计计算

一、计算依据

计采用A3刚作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，椎部一段，夹套工作压力为2.5kg/cm2冷媒为20%（V/V）酒精溶液，T进=-4℃，T出为-2℃，麦汁发酵温度维持12℃（主要发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，椎底部分为

98mm）

二、总发酵热计算

Q=q*v=119*32=3808kg/hr

q为每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量；

v为发酵麦汁量

1、冷却夹套型号选择

选取8号槽钢起截流面积为A=hb-截面积

=8*4.3-10.24=24.16cm2

冷却剂流量为（三段冷却）

3*24.16*10-4*1=7.284*10-3m3/s

查得20%（V/V）酒精溶液Δt平=-3℃下的ρ=976kg/m3

Cρ=1.04kcal/kg·℃

冷却剂的冷却能力为：

Q=7.248*103*976*1.041*2*3400=60082kcal/hr

故可选取8号钢槽为冷却夹套。

2、发酵罐冷却面积的计算

考虑生产过程中，随着技术的改进，工艺曲线可能更改，按目

前我国工艺曲线看，日降温量较大的为13℃到5℃，为了将

来工艺更改留下余量，设计取13-5=8℃为设计的日降温量，

取0.6℃/hr为设计的小时降温量，则由Q=KAΔt m求得冷却面

=1348.4*（1+12）*0.0474/1.829

=1410.3kcal/hr·m·℃

1）筒体部分传热系数K

1/K A2=1/α1A1+Rs1/A1+b/λA2+1/α2A3+Rs2/A3

代入数据可得：

1/K=7.325*10-3

所以：K=136.5kcal/m2·℃

注：h为假设夹套高度（m）

3、锥形罐筒体需冷却的热量

1）醪液放热Q醪=Q1 ’+ Q2’

Q1‘ = 37000×0.055×146.6 = 2983.3kcal / hr

Q2’=37000×0.9519×0.6 =21132kcal / hr 所以,Q 醪=Q1‘+Q2’ =24115kcal / hr

2）外界与罐体的传热量

a. 封头部分Q1 = KF(t外平+t0附-t内）

带入数据得KF=0L.2

Q1 = KF(t外平+t0附-t内）

=2.02×（10%+1）×（32+8.5-5）

78.72kcal / hr

b. 筒体部分：

带入数据：

1/KF=1/αA1 + δ1/λ1A2+δ2/λ2A2+δ3/λ2A4+1/αA5