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=1:32.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 36.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+24π×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=xD3＋D3＋（）D3=40X=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=850mmh0=50mmF=V=筒体几何尺寸为：H=2946mmF= m2V=锥体封头几何尺寸为：H0=50mmr=510mH=2428mmF=πd2／4-[()0.70.32COSaSina++]= m2V=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 ，=321044.327.10-32⨯⨯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 2S=[]2PDgC 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 2ϕ：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2mmC 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=()850273400747340075.2⨯+⨯⨯+⨯ =≤[]σ2. 筒体P 设=×（P 工作+P 静）=*（+）=㎏／cm 2S=[]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=≤ϕt3. 锥形封头(1) 过渡区壁厚S= []P 20.5K Dg C Pϕσ+-设 P 设=*（+）=㎏／cm 2（为静压）K=S=[]P 20.5K Dg C Pϕσ+-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=5mmR 内==3060mmR 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=8mm2.筒体设S 0=6mmL/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10mm3.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=6mmL/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=6mmC1=，C2=2mm，C3=所以S=S0+C=6+=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=cm2液压实验P试==cm2查得A3钢σ=2400kg/cm3σ试=P试[D g+（S-C）]/2(S-C)=*[3400+]/2*=cm2ψσ=**2400=1944kg/cm2>σ试可见符合强度要求，试压安全外压实验以内压代替外压P=*+=cm2P试==cm2<P内试故可知试压安全刚度校核本例中允许S=2*3400/1000=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/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*冷却剂流量为（三段冷却）3**10-4*1=*10-3m3/s查得20%（V/V）酒精溶液Δt平=-3℃下的ρ=976kg/m3Cρ=kg·℃冷却剂的冷却能力为：Q=*103*976**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℃/hr为设计的小时降温量，则由Q=KAΔt m求得冷却面积。
传热系数K的确定醪液α1的计算α1=*C*2t-1t=*185*511-=m2·h·℃冷却夹套的α2的计算湿润周边=80+（80+4*）+2*（43-1）de=（4*流体流动截面面积）/湿润周边=276mm=de=4*==20%（V/V）酒精在定性温度t=（-4-2）/2=-3℃下μ==*103Pa·sλ=hr·m·℃=m·℃C p=kg·℃=*103J/kg℃ρ=976kg/m2μ=1m/sRe=duρ/μ=9160=104故可视为强制湍流流动得n=α2=λ/d（Re）（C pμ/λ）=hr·m·℃因为计算时冷却盘管为直管的，先修正：α、=α（1+R）=*（1+12）*=hr·m·℃筒体部分传热系数K1/K A2=1/α1A1+Rs1/A1+b/λA2+1/α2A3+Rs2/A3代入数据可得：1/K=*10-3所以：K=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×× = / hrQ2’=37000×× =21132kcal / hr所以,Q 醪=Q1‘+Q2’ =24115kcal / hr2）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=Q1 = KF(t外平+t0附-t内）=×（10%+1）×（32+）/ hrb. 筒体部分：带入数据：1/KF=1/αA 1 + δ1/λ1A 2 +δ2/λ2A 2+δ3/λ2A 4+1/αA 5得：KF = K·°CQ 2=KF(t 外平+t 0附-t 内） =×（32+） = 6119kcal/hr4、筒体冷却面积A 初定C t t t t t m ︒=-=∆∆-∆∆3.11)9/14ln(/)914()/ln(/)(2121 Q=KAΔt m A=24115/×= 则醪液的冷却负荷为： 37000=T>T故冷却面积能够满足要求。
5、发酵罐冷却面积的确定筒体部分由前面叙述可知，筒体部分相同的冷却段，选用8#槽钢筒体冷却段面积为，则槽钢长==195 取相邻两槽钢间距为40mm 一圈槽钢长： l 0=[×2+]1/2 =330m 长的槽钢可绕圈数195/ ≈20圈 则二段各绕10圈冷却段高度为：10×（80+40）-40=1760mm筒体时机冷却面积为：(20*×=T锥底部分锥体部分醪液量为×=锥体部分冷却面积为×=则槽钢长为=绕制高度为1000mm第三章发酵罐的技术特性和规范一、技术特性本例按JB741—80钢制焊接压力容器技术条件：及“SB5111”不锈钢耐酸性钢及碳钢、II类设备进行制造试验。
设备制造完毕后，设备内壁所有内表面焊缝须打磨光滑平缓过渡，但须保证用材料同样厚度。
立板焊接时应与底轴垂直，两块立板之间得分布误差不大于设备安装后轴线对基础的不垂直度在全场上不大于10mm，设备在现场就位安装。
设备组焊后，封头筒体锥形底的Ф400轴线在总高度范围内的不垂直度<15mm设备应进行下列实验：液压实验罐内cm2夹套内cm2气压实验罐内3kg/cm2夹套内3kg/cm2设备内应涂白色7535底漆层及面漆2层设备碳钢外露表面应涂Y351-1红丹油防锈漆2层设备保温罐外喷聚氨厚度200mm二、发酵罐规范表40m3圆柱锥底发酵罐的规范表参考文献[1] 陶玉贵项驷文汤斌生物反应器设计指导书[2] 方利国编著计算机辅助化工制图与设计．北京：化学工业出版社，[3] 马秉骞主编化工设备．北京：化学工业出版社，。