【正文】 錐底 + V 圓柱 160= +π D2 H/4+ π D3/ 160= D3 D= 取 D=4，則 H=4D=16 m V 實(shí) = m3 發(fā)酵罐數(shù)量的確定 本設(shè)計(jì)采用錐底圓柱形發(fā)酵罐，目前國(guó)內(nèi)幾乎所有的廠家都用這種發(fā)酵罐。設(shè)錐形發(fā)酵罐的發(fā)酵周期為 17 天，所以對(duì)發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的最低要求： 發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)： N=64 4 17/（ ） =25 （個(gè)） 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 經(jīng)計(jì)算，富裕量不符合要求。 所以，取 N=27 （個(gè)） 實(shí)際產(chǎn)量： ( 27247。 17) (**)*170247。=64860 m3 富裕量：（ 64860— 103） / 103=﹪， 富裕量的范圍在 5%10%故 滿足要求。 發(fā)酵罐材料的選擇 本設(shè)備采用不銹鋼制作， 0Cr18Ni9不銹鋼。 因?yàn)榘l(fā)酵罐里面所裝的溶液是酸性的，而 CIP 清洗液中僅有堿性溶液，因此，選用材料必須耐酸耐堿耐腐蝕， 因此，材料應(yīng)選用不銹鋼。 發(fā)酵罐圓柱體部分壁厚確定： Sd=PcDi/(2【б】 tΦ Pc)+C 上式： Pc設(shè)計(jì)壓力 工作壓力的確定 發(fā)酵罐的高度（不加橢圓封頭）即筒體與錐體的高度 H： 錐體高度為 h 錐 : V 錐底 =π D3/[24tan(a/2)]= π D2π D3h 錐 h 錐 = D/[2 tan(a/2)]= m H =16+= m 封罐之前，由于與外 界接觸，則罐內(nèi)的壓力只有液柱力，但如封罐以后，罐內(nèi)壓力上升，而封罐之后壓力最大 。發(fā)酵罐內(nèi)的液體全部裝滿時(shí)的最高工作壓力為： P 最高工作壓力 =P 表 +P 液柱 =+ρ gh =+1011 105 = 取其值為 所以， Pc= 工作壓力 = 在此設(shè)計(jì)壓力 Pc取 S=PcDi/(2【б】 tΦ Pc) = 4000/（ 2 137 ） = 式中： Di— 發(fā)酵罐內(nèi)徑 4000 mm 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 【б】 t — 不銹鋼許用應(yīng)力【б】 t =137，出自《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 P319 Φ — 焊縫系數(shù)Φ =1，雙面對(duì)接頭 100% C— 壁厚附加量 C1— 鋼板負(fù)偏差， C1= C2— 腐蝕裕量，不銹鋼，腐蝕裕微量，一般單面腐蝕 C2=1,雙面 C2=2 C3— 加工減薄量 C3=0(冷加工 C3=0，熱加 工 C3=1mm) Sd=S+C2=+2= 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 P94表 49得 C1= 所以： Sn=+= mm 圓整后取 Sn=8mm 罐的筒體厚度為 8mm 的 0Cr18Ni9鋼板制作。 在《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》和工藝手冊(cè)中查得 Dg=4000mm,一米高的筒節(jié)鋼板重 790kg,則 16米的筒體重： 790 16=12640kg 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭壁厚計(jì)算 一般中低壓容積采用橢圓形封頭，為了便于設(shè)計(jì)加工，本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)橢 圓形封頭，也是用 不銹鋼 0Cr18Ni9制作起許用應(yīng)力【б】 t134 S=PcDi/(2【б】 tΦ )+C = 4000/(2 )+ = 圓整后取 Sd=8mm 由《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》表 15和《材料與零部件》（上）得： 表 51 橢圓封頭系數(shù) 公稱直徑 曲面高度 直邊高度 內(nèi)表面積 容積 V б Dg(mm) H1 h F(㎡ ) m179。 mm 4000 1000 50 8 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 罐底錐形封頭的設(shè)計(jì)選型 選用不銹鋼【б】 t=137的 0Cr18Ni9制作，錐殼半頂角 35176。 30176。，須采用帶邊過(guò)渡段的折邊結(jié)構(gòu) . ① 過(guò)渡段厚度：б =KPcDi/(2【б】 tΦ )+C 因?yàn)? a=35176。， r/Di =, 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 表 417， K= б = 4000/（ 2 ） += mm圓整為 7mm ② 與過(guò)渡段相接處的錐殼厚度： б =fPcDi/(【б】 tΦ )+C 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 418，得 f= б = 4000/（ ） + = mm 圓整后取 9 mm 進(jìn)料管及排酒管的直徑與選型 本設(shè)計(jì)選用直型接管 即 進(jìn)料管與 排 酵母為同一管道。 該發(fā)酵罐實(shí)裝醪液 160m179。 由工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知，一般裝滿一發(fā)酵罐麥汁需要 6h，則進(jìn)醪速度： Vs=V/τ =160/（ 6 3600） = m179。/s 查《化工原理》（上）表 11，高粘度流體的速度在 — 1m/s，取發(fā)酵醪流速u=。 則管徑 D= uVsπ/4 = ）（ ?? =109 mm 則管徑取 125mm 在《材料與零部件》（上） P154查得Φ 133 4的無(wú)縫鋼管內(nèi)徑為： di=125 校核： u=4Vs/π di178。 =4 ( 178。) =, （在 — 1m/s范圍內(nèi)，所以可采用此管。） 由于發(fā)酵結(jié)束后，成熟酒液的黏度仍較大，取收酒流速 u=1 m/s 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 則排酒管的管徑 D= uVsπ/4 = )?? （ = 97 mm 則 管徑取 100mm 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 26 ，查的Φ 108 4的無(wú)縫鋼管內(nèi)經(jīng)為 di=100 mm 校核： u=4Vs/π di178。=4 ( 178。)= ，滿足要求。 表 52 管法蘭連接尺寸 （ mm） 公稱直徑DN D K L Th n 125 240 200 18 M16 8 100 210 170 18 M16 4 冷媒進(jìn)出管 由前面的冷量衡算可知，發(fā)酵過(guò)程冷媒流量為 ,設(shè)酒精密度 為 971kg/m179。為三段冷卻，三個(gè)冷媒進(jìn)口管。 環(huán)境耗熱量為 370575KJ/H 質(zhì)量流量 m=370575/( 8)= M=+=所以管內(nèi)流量為： Vs=(971 3600) = m179。/s 查《化工原理》酒精屬于低黏度流體，流速范圍在 — 。 取冷媒流速 u= m/s。則冷媒進(jìn)出口管徑： D= uVsπ/4 =50 mm 取 DN=50 mm 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 57 ，其內(nèi)徑 di=50mm 校核 u=4Vs/π di178。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 =4 （ 178。） =（在 — 范圍內(nèi)，符合要求。） 表 53 管法蘭連接尺寸 （ mm） 公稱直徑DN D K L Th n 50 140 110 14 M12 4 發(fā)酵罐夾套的選取 a．冷卻面積的計(jì)算 F=Q/Kt 由于發(fā)酵時(shí)產(chǎn)熱高峰為 （ ），則每罐放熱高峰： Q= V 有 = 160 103=575168kJ 采用夾套安裝罐外壁，用間接冷卻法冷卻，冷卻介質(zhì)為酒精，分三段冷卻，冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫度為 8℃和 0℃。 發(fā)酵前期 平均溫度： 6℃→ 6℃ 8℃→ 0℃ 14℃→ 6℃ △ tm=（△ t1 △ t2） /In（△ t1/ △ t2） =（ 146） /In（ 14/6） =℃ 取夾套傳熱系數(shù)為 K= 220kJ/(m178。.h. ℃ ) ∴ 冷卻面積 F=Q/K△ tm =575168/（ 220 ） =178。 發(fā)酵后期 平均溫差： 6℃→ 1℃ 8℃→ 0℃ 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 △ t1=t1t2=6℃ △ t2=t2t1=7℃ △ tm=（△ t1△ t2） /In（△ t1/△ t2） =（ 67） /In（ 6/7） =℃ ∴冷卻面積 F=Q/(K△ tm) =575168/( 220 ) =178。 由于發(fā)酵后期散熱較大，故以后期面積 178。為準(zhǔn)，對(duì)于單釀 發(fā)酵，一次冷媒直接蒸發(fā)冷卻。 ： 一般為三段夾 套冷卻，大概比例為上段 30%、中段 55%、下段 15%，故： S 上 = 30%= ㎡ S 中 = 55%= ㎡ S 下 = 15%= ㎡ 上段距發(fā)酵液面 15cm 排列，中段在筒體的下部距支座底 15cm向上排列，錐底盡可能接近排酵母口排列。 各段高度： S 上 =㎡ =π Dh 上 H 上 = m S 中 =㎡ =π Dh 中 h 中 = m S 下 =㎡ = D 4/22 Dh ?下 h 下 = m CO2排出管及 CIP 清洗管 CO2排出管與 CIP清洗管都安放在封頭上，又設(shè) CO2管與清潔管徑一致，洗滌發(fā)酵罐經(jīng)過(guò)三次，第一次進(jìn)堿，第二次進(jìn)清水，第三次進(jìn)消毒水。又設(shè)洗滌時(shí)間為 。消耗的 CO2的體積為 m179。 則洗滌體積流量 Vs=Q/t=179。/s 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 查《化工原理》（上） P20表 11，自來(lái)水流速范圍 ，取洗滌水流速為 ，則管徑為 D= uVsπ/4 =(4 ) = 取 40mm 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 P56表 26，選用Φ 45* 的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑為 di= 校核： u=4Vs/π di178。 =4 178。 =，（在范圍內(nèi)，滿足要求。） 表 54 管法蘭連接尺寸 （ mm） 公稱直徑DN D K L Th n 40 130 100 14 M12 4 其他選型 ： 查表得到溫度計(jì)的接管應(yīng)選用Φ 14 3的無(wú)縫鋼管 為檢查設(shè)備使用過(guò)程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷，應(yīng)開(kāi)設(shè)檢查孔。人孔有圓形和橢圓形兩種。本設(shè)計(jì)選圓形人孔。人孔有回轉(zhuǎn)蓋式，吊蓋式?；剞D(zhuǎn)蓋式人孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所占空間較小。同時(shí)人孔需要經(jīng)常打開(kāi)，所以選用回轉(zhuǎn)拱蓋快開(kāi)不銹鋼人孔，又因?yàn)?PN=，選用 Dg=450mm的 JB58179. 表 55 人孔尺寸 (mm) 密封面型式 公稱壓力Pg(kgf/ cm2 ) 公稱直徑Dg450 S D D1 A B b b1 H1 H2 h 螺栓螺母墊圈數(shù)量 螺栓 直徑長(zhǎng)度 A 6 450 6 600 540 322 160 32 30 190 117 6 8 M12120 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 選用補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為 8mm 表 56 補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸（ JB12077