【導讀】本設計是年產4萬噸12°P啤酒發(fā)酵車間的工藝設計。此啤酒的釀造方法采。過濾、冷卻、發(fā)酵而成。發(fā)酵設備采用圓筒體錐底發(fā)酵罐,體積為87m3，發(fā)酵周期。按照年生產能力40000噸，對工藝流程進行優(yōu)化，包括發(fā)。酵的過程控制、啤酒的過濾和其它各工序工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇。水、熱、蒸汽的衡算。由計算結果選定設備型號。根據(jù)設計的工藝流程，對主要設備及相關管道進。點設備發(fā)酵罐的裝配圖?！叭龔U”處理和副產物綜合利用的設計。產設計任務要求。

　　

【正文】 80%，則 1kg 麥汁放熱量為 :179。 12%179。 80%= 糖化一次得冷麥汁量 :m=179。 = 每錐形罐發(fā)酵放熱量 Q0’=179。 179。 3= 由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時間為 6 天，每天糖化 6 鍋麥汁（旺季），并考慮到發(fā)酵放熱不平衡，取系數(shù) ,忽略主發(fā)酵的升溫，則發(fā)酵高溫時期耗冷量為： Q2’=（ Q0’179。 179。 6） /(24179。 6179。 4) = 發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷 Q2″ 主發(fā)酵后期，發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從 12℃緩降到 0℃。 每天單罐降溫耗冷量為： 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 18 Q0″ =3GC1(120)=3179。 179。 179。 12=(kJ) 工藝要求此過程在 4 天內完成，則耗冷量為（麥汁每天裝 2 個錐形罐）： Q2″ =（ 2 Q0″） /(24179。 4)=(2179。 )/(24179。 4)=(kJ/h) 發(fā)酵總耗冷量 Q2 Q2= Q2ˊ + Q2″ =+=(kJ/h) 每酵所用冷媒耗冷量 Q0 Q0= Q0ˊ + Q0″ =+=(kJ) 酵母培養(yǎng)耗冷量 Q3 根據(jù)工藝設計，每月需進行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為 12d，即 288h。根據(jù)工廠實踐，年產 40000t 啤酒培養(yǎng)冷量為 56000（ kJ/h），則對應的年冷耗量為： Q3ˊ = Q 錯誤 !未找到引用源。 179。 288179。 11=177408000(kJ) 酵母洗滌用的冷無菌水冷卻耗冷量 Q4 設用 2℃的無菌水洗滌，洗滌量為干酵母量的 2 倍，冷卻前，無菌水溫度為 20℃，則由前表，生產 100L 啤酒耗活性干酵母 ，則每罐耗活性干酵母： 179。 3179。 無菌水用量： 179。 2=則冷卻無菌水耗冷量 Q4‘ =179。 179。 (202)=又無菌水冷卻操作在兩小時內完成， 故每小時耗冷： Q4= 發(fā)酵車間工藝耗冷量 Qt 綜上計算，可算出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為： Qt=Q1+Q2+Q3+Q4 =7872067++56000+ =武漢科技大學本科畢業(yè)設計 19 非工藝耗冷量 Qnt 除了上述的發(fā)酵過 程工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運轉機械、維護結構及管道等均會耗用或散失冷量，構成所謂的非工藝耗冷量，現(xiàn)分別介紹。 露天錐形罐冷量散失 錐形罐啤酒發(fā)酵工廠幾乎都把發(fā)酵罐置天露天，由于太陽輻射，對流傳熱和熱傳導等造成冷量散失。通常，這部分的冷量由經驗數(shù)據(jù)選取。根據(jù)經驗，年產 5 萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在 1202025000kJ/t 啤酒之間，本設計選 18000kJ/t 啤酒。則旺季每天耗冷量 Q5ˊ =Gb179。 18000=179。 179。 6179。 18000/10000=(kJ/d) 式中 Gb— 旺季成品啤酒日產量（ t） 若白天日曬高峰耗冷為平均每小時耗冷量的 倍，則高峰耗冷量為： Q5= /24=(kJ/h) 散失冷量 Q6 因涉及的設備、管路很多，若按前面介紹的公式計算，十分繁雜，故啤酒廠設計時往往根據(jù)實驗經驗選取。通常，取 Q6=12%Qt，所以： Q6=12%Qt = 12%179。 =(kJ/h) 非工藝耗冷量 Qnt=Q5+Q6=+=(kJ/h) 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 20 5 發(fā)酵罐的設計 發(fā)酵罐數(shù)量的確定 本設計采用錐底圓柱形發(fā)酵罐，目前國內幾乎所有的廠家都用這種發(fā)酵罐。發(fā)酵罐的個數(shù)為： N=[(t179。 n)/A]+4 式中： t發(fā)酵周期 N每天糖化的次數(shù)（按旺季計算） A每個發(fā)酵罐可以容納的麥汁的批次數(shù) 4周轉量數(shù) 根據(jù)工藝，規(guī)定 3 鍋麥汁進 1 個發(fā)酵罐，每天最大糖化次數(shù)為 6 次，啤酒生產周期為 21 天， 則有 N=[（ 21179。 6） /3]+4=46（個） 發(fā)酵罐的基本尺寸 容積 糖化一次可得冷麥汁量為 ，三鍋進一個發(fā)酵罐，則有效容積 V=179。3=，取填充系數(shù)為 ，以便為泡沫提供預留空間，則總容積 V 總 =,取 87m3。 發(fā)酵罐的直徑 徑高比一般以（ 1:3） （ 1:4）為宜，此處取 H:D=4:1，圓錐底角一般為 7075176。，這里選圓錐底角 ? 為 74176。，則錐高： h=D/(2tanα /2), 又 V 總 = hD431HD4 22 ???? =033 37tanD24D ??? ，代入相關數(shù)據(jù)得 D=,H=， h= 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 21 發(fā)酵罐總高 封頭高取 h0=D/4,故 h0=,H 總 =H+h0+h= ++= 發(fā)酵罐的材料 錐形發(fā)酵罐置于露天環(huán)境，要進行良好的保溫，以降低生產中的耗冷量，所用保溫材料要求熱導率低，密度小，吸水率低，不易燃燒。 聚苯乙烯泡沫塑料 式最佳絕緣材料，但價格較高，聚苯胺樹脂價格較便宜，可現(xiàn)場發(fā)泡噴涂，施工方便，但易燃。兩種材料的保溫厚度為 1520cm，膨脹珍珠巖因易吸水，保溫性能要差一些，但價格低廉，使用厚度為 2025cm為宜，結合本設計實際情況，綜合考慮選價格中等的聚酰胺樹脂作為保溫材料。 保溫材料外部設防護層，采用瓦楞型板材，罐體采用型號為 0Cr18Ni9 的不銹鋼。 橢圓封頭的設計 常見的上封頭有球冠形封頭、半球形封頭、蝶形封頭、橢圓形封頭，由于橢圓部分經線曲率平滑連續(xù)，故封頭中盈利分布計較均勻，另外橢圓形封頭深度較半球 形封頭小得多，易于沖壓成形，故本設計采用橢圓形封頭。 設計參數(shù)的確定 1 設計壓力 P 設計壓力是指發(fā)酵罐頂部的最高工作壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件，其值不得低于工作壓力。本設計發(fā)酵罐上裝有安全閥，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設計壓力 P 不能低于安全閥的開啟壓力，通常設計壓力為安全閥開啟壓力的 倍，本設計采用設計壓力為安全閥開啟壓力的 倍。 本設計采用一罐法發(fā)酵工藝發(fā)酵，在發(fā)酵過程中安全閥的最大開啟壓力為 。則設計壓力 P 氣 =179。 = 2 設計溫度 設計溫度是指容器在正常工作情況下，在相應的設計壓力下，設定的受壓元件的金屬溫度，它用于確定材料的許用應力，本設計發(fā)酵罐最高的工作溫度為 16℃，為安全起見，考慮到發(fā)酵罐有保溫和保冷措施，及一定的安全性。設計溫度取 18℃。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 22 3 許用應力 許用應力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料允許的最高強度。本設計選用的材料為不銹鋼 0Cr18Ni9 型號，查表知其許用應力為 137Mpa。 4 焊接接頭系數(shù) 通過焊接制成的容器，其焊縫的強度比較薄弱，為了補償焊接時可能出現(xiàn)的焊接缺陷對容器強度的影響，引 入了焊接接頭系數(shù)φ，它反映了由于焊接連接時材料強度的削弱程度，本設計采用焊接方式為雙面焊接，全部無損探傷，故焊接系數(shù)為 1。 5 厚度附加量 按公式計算得到的容器厚度，不僅要滿足強度和剛度要求，而且還要根據(jù)實際情況加入一定的厚度附加量 C。 C=C1+C2 式中 C1—— 厚度負偏差， C2—— 腐蝕裕量 本設計取 C1=， C2=1mm，故 C=。 橢圓封頭厚度的計算 ctic ][2 DPK ????? 式中： ? —— 計算厚度 K— 形 狀系數(shù)，此處選標準橢圓形封頭，故為 1。 t][? —— 設計溫度下材料的許用應力，又由材料 0Cr18Ni9 查表得[σ]t=137MPa。 ? —— 焊接接頭系數(shù)， ? =1. 則 1 30002 137 1 ? ??? ? ? ? ? = 設計厚度 ? d=? +C=+=，圓整至 4mm。即名義厚度 ? n=4mm。 又由于標準橢圓形封頭的厚度不小于 %Di， %Di=3000179。 %= ? n=4mm，（注： 為簡化計算，取加工減薄量為 0）故取厚度為 ，圓整至 5mm。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 23 橢圓封頭強度校核 1：壓力校核 最大允許工作壓力： [Pw]=eiet ][2 ????? 式中 e? —— 封頭的有效厚度 e? = n? C==， 故 [Pw]= 2 137 1 1 3000 ? ? ?? ? ?=Pc=(設計壓力 ) 故壓力校核符合要求。 2：應力校核 : eei2DP ? ???? ）（ 式中 P— 試驗壓力，本處取設計壓力 [Pc] ? —— 試驗壓力下的許用應力 所以 76 30 00 ? ??? ?（ ）= ??t][ =137Mpa 故應力校核符合要求 圓柱筒體的設計 筒體厚度的計算 ctic P][2 DP ????? 式中 Pc— 筒體的計算壓力，本處取計算壓力等于設計壓力 ? —— 筒體的計算厚度 每次進發(fā)酵罐的發(fā)酵液體積為 ，設錐底體積為 V，則 V= 221 D 1 3 2 3 2? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?= 設圓柱筒體內發(fā)酵液高度為 h 則 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 24 =? 179。（ D/2） 2179。 h 得： h= 發(fā)酵液產生的最大壓強 P=? gh=1084179。 179。 = 則筒體設計壓力 P=179。（ +） =。 又 [σ]t=137Mpa， φ=1 δ=P179。 Di/(2[σ]tφP)=179。 3000/（ 2179。 ） = 設計厚度 δd=δ+C1+C2=++1= 圓整至 5mm 筒體強度校核 1：壓力校核 最大工作壓力： [Pw]=2[σ]tφ(δC)/[Di+(δC)] =2179。 137179。 1179。 ()/[3000+()] =(設計壓力 ) 2：應力校核 σ=P[Di+(δC)/2(δC)φ =179。 [3000+()]/[2179。 () =137MPa=[σ]t 則選擇 5mm符合要求 錐形封頭的設計 錐形封頭厚度的計算 錐底高度 h=，則錐底的最大液柱高為： +=。 產生最大靜壓強： P 靜 =ρ gh=1084179。 179。 = 設計壓力 P=179。（ +） = 當 а/2≥ 30176。時，往往采用帶折邊的錐形封頭，標準的折邊錐形封頭 r=，由 于本次設計為 а/2=37176。＞ 30176。，采用帶折邊的錐形封頭。形狀系數(shù) K 由常用壓力容器手冊查的 K=。由于封頭過渡部分與錐體部分受力情況不同，因此，兩部分的厚度計算公式也不相同。 過渡部分： δ=KPDi/(2[σ]) 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 25 =179。 179。 3000/(2179。 179。 ) = δd=δ+C1+C2=1++= 圓整至 5mm 錐體部分： δ=fPDi/(2[σ]) =179。 3000179。 (2179。 179。 )= δd=δ+ C1 + C2=++1= 圓整至 4mm 錐體厚度取兩者最大值，即 5mm。 錐形封頭的強度校核 1：壓力校核 最大允許工作壓力： [Pw]=eiet ][2 ????? 式中 e? —— 封頭的 有效厚度 e? = n? C==， 故 [Pw]= 2 137 1 3000 ? ? ?? ? ?=P=(設計壓力 ) 故壓力校核符合要求。 2：應力校核 : eei2DP ? ???? ）（ 式中 P— 試驗壓力，本處取設計壓力 P ? —— 試驗壓力下的許用應力 所以 23 30 00 ? ??? ?（ ）= ??t][ =137Mpa 故應力校核符合要求 封頭的剛度校核 容器和封頭的最小厚度主要考慮制造工藝要求以及運輸和安裝過程中得剛度要求。同時，根據(jù)工程經驗確定其值。不包括腐蝕余量。設計中采用得材料為不銹鋼，最小厚武漢科技大學本科畢業(yè)設計 26 度 δmin=2mm。設計中橢圓封頭厚度 、筒體厚度、錐形封頭厚度均大于 2mm因此，符合要求。 部分附件設計選型 真空閥 大罐對真空很敏感，較小的負壓就會導致其外形的改變，負壓造成的危險遠比大罐超壓要大，即使溫度只有很小的變化，也會造成較大的氣體體積的變化。 此處真空閥選擇型號為 FK48X，規(guī)格為 DN50150MM。 CIP 清洗裝置 CIP 為 clean in place（洗滌定位）或 inplace cleaning（定位洗滌）的簡稱。其定義為：不用拆開或移動裝置，即可用高溫、高濃度的洗凈液，對裝置加以強力的作用，把與食品的接觸面洗凈的方法。 發(fā)酵完畢后，通常要對罐進行清洗，沖洗噴頭與罐頂裝置相連接，保證灌頂和罐體都能很好地被清洗，大罐清洗裝置有下列三種：固定式洗球，旋轉式洗球和旋轉式噴射洗球。由于本次設計的發(fā)酵罐直徑為 3 米，故選擇固定式洗球即可滿足要求。 固定洗球還具有工作壓