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

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 =0.187D 3+0.13D 3+0.816D 3=40

得D=3.30m

查JB1154-73《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm

再由V 全=40cm 3 ，D=3.4m

设H: D=x

0.187 D 3＋0.13 D 3＋（x-0.714-0.25）D 3=40

X=1.86

得径高比为D:H=1:1.86

由D=3400mm 查表得椭圆形封头几何尺寸为：

h 1=850mm

h 0=50mm

F=13.0m 2

V=5.60m 3

筒体几何尺寸为：

H=2946mm

F=31.46 m 2

V=47.42m 3

锥体封头几何尺寸为：

H 0=50mm

r=510m

H=2428mm

F=πd 2／4-[()0.70.32

COSa Sina ++0.64]=6.9 m 2

V=πd 3／24[（0.7+0.3COSa ）2／tga+0.72]=10.27 m 3

则：锥形罐总高：H=575+40+5791+40+1714=8160mm

总容积：V=1.76+26.18+3.53=42.6m 3

实际充满系数：32／42.6=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

4.1 罐体为内压容器的壁厚计算

1. 标准椭圆封头

设计压力为:1.1*2.5=2.75㎏／cm 2

S=[]

2PDg

C t P ϕσ+- 式中：P=2.75㎏／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0.8mm 负偏差

C 2:腐蚀裕量取2mm

C 3:制造减薄量取0.6mm

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⨯+⨯⨯+⨯ =670.6≤[]σt

2. 筒体

P 设=1.1×（P 工作+P 静）

=1.1*（2.5+0.61）=3.42㎏／cm 2

S=

[]2PD C P σϕ+- （取C 2=0.6,C 2=2,C 3=0.6） =mm 5.72.342

.3-9.015202340042.3=+⨯⨯⨯ 取S=8mm

校核

σ2=PD/2s=728.5≤ϕt

3. 锥形封头

(1) 过渡区壁厚

S= []P 20.5K Dg C P

ϕσ+-设 P 设=1.1*（2.5+0.9）=3.745㎏／cm 2（0.9为静压）

K=0.75

S=[]P 20.5K Dg C P

ϕσ+-设 =C +⨯⨯⨯⨯⨯74

.35.0-9.015202340074.375.0 =3.49+C

=3.49+0.6+2+0.369

=6.46mm

(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0.60）

S=S 0+C=5.6+0.6+2+0.59=8.57

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=778.5[]σ≤t

4.2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=0.9D g =3060mm

R 内/100S=3060/（100×5）=6.12

查图表4-1及B=275

[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