目录第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (3)一、概述 (3)二、啤酒发酵罐的特点 (3)三、露天圆锥发酵罐的结构 (4)3.1罐体部分 (4)3.2温度控制部分 (5)3.3操作附件部分 (5)3.4仪器与仪表部分 (5)四、发酵罐发酵的动力学特征 (6)第二章发酵罐的化工设计计算 (7)一、发酵罐的容积确定 (7)二、基础参数选择 (7)三、D、H的确定 (7)四、发酵罐的强度计算 (9)4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (9)五、锥体为外压容器的壁厚计算 (11)六、锥形罐的强度校核 (13)6.1内压校核 (13)6.2外压实验 (14)6.3刚度校核 (14)第三章发酵罐热工设计计算 (14)一、计算依据 (14)二、总发酵热计算 (15)第四章发酵罐附件的设计及选型 (19)一、人孔 (19)二、接管 (19)三、支座 (20)第五章发酵罐的技术特性和规范 (21)一、技术特性 (21)二、发酵罐规范表 (22)参考文献 (24)发酵罐设计实例第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征一、概述啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。

我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。

改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。

由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。

为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。

尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。

这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。

就发酵罐的外形来分，主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱加斜底的朝日罐和球形罐等。

二、啤酒发酵罐的特点1、单位占地面积的啤酒产量大；而且可以节约土建费用；2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物（相对朝日罐、通用罐、贮就罐而言）；3、发酵温度控制方便、有效，麦汁发酵时对流好，发酵速度快，可以缩短发酵周期（相对卧式罐、发酵槽而言）；4、可以回收利用二氧化碳，并可有利于啤酒的口味稳定性与非生物稳定性（相对开口容器而言）；5、可以一关多用，生产工艺比较灵活；简化生产过程与操作，而且酒损也现对减少；6、制作相应要比其他发酵罐简单；7、便于自动控制，如自动清洗和自动灭菌，节省人力与洗涤费用，卫生条件好。

三、露天圆锥发酵罐的结构3.1罐体部分露天圆锥发酵罐的罐体有灌顶、圆柱体与锥底3部分组成，其中：灌顶：为圆拱形，中央开孔用于可拆卸大直径法兰，以安装CO2与CIP管道及其连接件，灌顶还装有真空阀，安全阀与压力传感器。

圆柱体：为发酵罐主体，发酵罐的高度主要决定于圆柱体的直径与径高比，由于大直径的光耐压低，考虑到使用钢板的厚度，一般直径＜6.0m。

圆锥底：它的夹角多为60—90°，也有90—120°，但这多用于大直径的罐及大容量的罐；如夹角过小会使椎体部分很高。

露天圆锥发酵罐圆锥底的高度与夹角有关，大致占总高的1/4—1/3。

圆锥底的外壁一般安装冷却夹套、阀门与视镜、取样管阀、测温、测压的传感元件或温度计，CO2洗涤装置等。

3.2温度控制部分发酵罐的温度控制部分主要由冷却层、保温层、测温元器件、温度记录及温度控制装置等组成，其中：冷却层是调节发酵罐内液体温度的主要部分，按其结构可分为盘式和夹套式两种；发酵罐的保温层一般使用聚氨酯泡沫塑料或脲醛泡沫塑料，也有使用聚苯乙烯泡沫塑料，在发泡保温时，为了未来的维修剥离及复原的方便，罐身与发泡塑料之间最好能用塑料薄膜隔离；发酵罐的测温元件有直接感应与遥控两种；发酵罐的温控装置实际起供、断冷却水的作用。

3.3 操作附件部分发酵罐的操作附件比较多，主要包括：进、出管道、阀门和视镜；CO2回收和CO2洗涤装置；真空/过压保护装置；取样阀；原位清洗装置（CIP）；换间板。

3.4 仪器与仪表部分发酵罐对一次仪表、二次仪表、记录装置、报警装置以及微机程序控制、自动控制的应用很广泛，这些仪器、仪表主要对发酵罐的物料数量（以容积或液位表示）、压力、温度三个参数进行显示、自动记录、自动控制及报警，还有测定浸出物含量与CO2含量的一次仪表，这样就可以进行真正的自动控制。

四、发酵罐发酵的动力学特征发酵罐发酵的主要特点是采用较高的发酵温度和高凝性酵母、进一步提高发酵液浓度，保持茁盛的酵母层和缩短发酵时间进行可控发酵，其主要动力学特征有：1、由于采用凝聚性酵母，S3＞S1，使发酵速度3区＞1区；导致B3＜B1浓度差，促进发酵液的对流；2、由于3区发酵速度快，产生CO2多，加上液压，使P3＞P1而形成压力差推动发酵液对流；3、由于发酵时控制t3＞t1，形成温度差对流。

第二章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有效=60m3的发酵罐则V全=V有效／ =60／85%=71 m3二、基础参数选择1. D:H 选用D:H=1:32.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㎏／cm36.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=1:3 ，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=（3.0-0.714-0.25）D=2.04D又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱=3π×2D 4×H 1+24π×D 3＋4π×D 2×H 3=0.187D 3+0.13D 3+1.60D 3=71得D=3.33m查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm 再由V 全=71 cm 3 ，D=3.4m得径高比为D:H=1:2.8由D=3400mm 查表得椭圆形封头几何尺寸为：h 1=850mmh 0=50mmF=13.0m 2V=5.6m 3筒体几何尺寸为：H=5940mmF=63.44 m 2V=56.22m 3锥体封头几何尺寸为：H 0=50mmr=510mH=3115mmF =πd 2／4-[()0.70.32COSa Sina ++0.64]=7.75 m 2V=πd 3／24[（0.7+0.3COSa ）2／tga+0.72]=4.91 m 3则：锥形罐总高：H=850+50+5940+50+3115=10005mm总容积：V=5.6+56.22+4.91=66.73m 3实际充满系数：60／66.73=89.91%罐内液柱高：H ，=221044.391.4-60⨯⨯π+（3115+50）=3203mm 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 2S=[]2PDgC 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 2ϕ：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2mmC 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=40mm校核D D 42P s h σ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦中中=()900283400747340075.2⨯+⨯⨯+⨯=633.5≤[]σt2. 筒体P 设=1.1×（P 工作+P 静）=1.1*（2.5+0.61）=3.42㎏／cm 2 S= []2PDC 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=[]D 771.22P s ϕσ=≤中t3. 锥形封头(1) 过渡区壁厚S= []P 20.5K DgC P ϕσ+-设P 设=1.1*（2.5+0.9）=3.745㎏／cm 2（0.9为静压）K=0.75S=[]P 20.5K DgC 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-+CS 0=[]*0.5f PDgt 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=824.1[]σ≤t五、锥体为外压容器的壁厚计算1.标准椭圆封头设S 0=5mmR 内=0.9D g 3240mmR 内/100S=3240/100*5=6.48查图表4-1及B=275[P]=B*S 0/R 内=275*5/3240=0.43kg/cm 2>0.3kg/cm 2满足要求取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm则S=S0+C=8mm2.筒体设S0=6mmL/D=0.69D=3400/6=567查图表4-1及B=210[P]=210*6/3400=0.357kg/cm2>0.3kgS0=6mm故可取C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm则S=S0+C=9.2mm或10mm3.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 * 2740/2 *tg35°=1918.6mm取加强圈中心线间锥体长度为1370mm设S0=6mmL/D=1370/3400=0.4D/S0=3400/6=567查图表4-1及B=320[P]=BS0/D=320*6/3400=0.56>0.3kg/cm2故取S0=6mmC1=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=40mm圆筒壁厚10mm标准形封头壁厚12mm h0=40mm六、锥形罐的强度校核6.1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/cm3σ试=P试[D g+（S-C）]/2(S-C)=4.68*[3400+(12-3.2)]/2*(12-3.2)=906.4kg/cm20.9ψσ=0.9*0.9*2400=1944kg/cm2>σ试可见符合强度要求，试压安全6.2外压实验以内压代替外压P=1.5*(0.3+1.2)=2.25kg/cm2P试=1.25P=2.8kg/cm2<P内试故可知试压安全6.3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第三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*70=8330kg/hrq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/m3Cρ=1.04kcal/kg·℃冷却剂的冷却能力为：Q=7.248*103*976*1.041*2*3400=49131.3kcal/hr故可选取8号钢槽为冷却夹套。