【正文】 h）2. 全年工藝總耗冷量為：=+++=+109++108=(kJ)3. 單罐工藝耗冷量=+++ =47701082+ 8942046++= (kJ) 非工藝耗冷量 除了上述發(fā)酵過程工藝好冷外，發(fā)酵罐外壁，運轉(zhuǎn)機械，維護結(jié)構(gòu)及管道等均會耗用或散失冷量，構(gòu)成所謂的非工藝好冷量，現(xiàn)在分別介紹。 錐形啤酒發(fā)酵工廠幾乎都是把發(fā)酵罐置于露天，由于太陽輻射，對流傳熱和熱傳導(dǎo)等造成冷量散失，可根據(jù)低溫設(shè)備，管道的冷量損失公式計算，通常這部分的冷量散失可由經(jīng)驗數(shù)據(jù)求取。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn)60000噸啤酒廠露天錐形發(fā)酵罐冷量損失在1300030000kJ/t啤酒之間，本設(shè)計選25000kJ/t。則旺季每天耗冷量為：=25000=24725000=6175000(kJ/d)式中：Gb為旺季成品啤酒日產(chǎn)量，t。單罐耗冷量為： =247。（6247。2）=6175000247。（6247。2）=（kJ）年耗冷量為：=1070247。2 =1070247。2 =（kJ/a）若白天日曬高峰耗冷量為平均每小時耗冷量的2倍，則高峰耗冷量為： =2/24=26175000/24=514584(kJ/h)冷媒（8℃稀酒精）用量：=/[()] =514584/(8) =15389(kJ/h)，過濾機及管道等散失冷量因涉及的設(shè)備、管路很多，故啤酒廠設(shè)計時根據(jù)實驗經(jīng)驗選取。通常取=12%,所以=12%=12%=(kJ/h)單罐耗冷量： =12%=12% =(kJ)年耗冷量: =1070247。2=(kJ)冷媒（8℃）稀酒精用量：=/[()] =（8）=(kJ/h) 非工藝總耗冷量每小時非工藝總耗冷量為：=+=514584+=(kJ/h)單罐非工藝總耗冷量為：=+=+ =(kJ)全年非工藝總耗冷量為：=+=+=(kJ) 總耗冷量每小時總耗冷量：=+=+=(kJ/h)每罐總耗冷量：=+= +=(kJ)全年總耗冷量：=+=+ =(kJ)單耗：247。60600=523102(kJ/t)將上述結(jié)果，整理后可得年產(chǎn)6萬噸啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表，如下： 表24 6萬噸啤酒廠發(fā)酵車間耗冷量衡算表耗冷分類耗冷項目每小時耗冷量（kJ/h)冷媒用量（kg/h）每罐耗冷量（kJ）年耗冷量（kJ）工藝耗冷量麥汁冷卻248303646874574491093發(fā)酵耗冷395176810413043017無菌水耗冷2343287007234324酵母培養(yǎng)916242740工藝總耗冷25551492——88296434非工藝耗冷量錐形罐冷損失51458428180管道等冷損30661799169210595572非工藝耗冷4008509——16249552合計總耗冷29560001——104545986單耗523102kJ/t啤酒第三章 發(fā)酵車間設(shè)備設(shè)計與選型 發(fā)酵罐的設(shè)計與選型 發(fā)酵罐體積的確定本次設(shè)計選用錐底發(fā)酵罐，由物料衡算可知，糖化設(shè)備一次性糖化麥汁量64m3。一日糖化4次。選用發(fā)酵罐的有效容積（2鍋裝一罐）為：Vs=642=128 m179。發(fā)酵罐H:D=—6:1,這里選用4:1。錐角60—85176。，這里選用70176。裝料系數(shù)取80%85%，這里取Φ=80%。%%，%。則容積為： V有=Vs(1+%) =128（1+%） =129 m179。 V有效=V有/Φ=129247。80%=179。 橢圓形封頭體積：V橢圓 =D2hbπ/4+D2haπ/6≈ ha=D/4 所以 V橢圓 ≈ V錐底= πD3/[24tan(a/2)] V圓柱=πD2 H/4 V有效 = V橢圓 + V錐底 + V圓柱 = +πD2 H/4+ πD3/[24tan(a/2)] = D3 D= 取 D=4，則 H=4D=16 m V實= m3 發(fā)酵罐個數(shù)的確定本設(shè)計采用錐底圓柱形發(fā)酵罐，目前國內(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，所以對發(fā)酵罐個數(shù)的最低要求：發(fā)酵罐的個數(shù)： N=64417/（）=25 （個）實際產(chǎn)量驗算：25170/ （17） = m3富裕量： （—103）/ 103 =﹪ 因為富裕量為5﹪～10﹪才能滿足要求。 所以，取N=27 （個） 實際產(chǎn)量：27170/（17）=64863 m3富裕量：（64863—103）/ 103=﹪，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。因為發(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】tΦPc)+C 上式：Pc設(shè)計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=πD3/[24tan(a/2)]= πD2πD3h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。發(fā)酵罐內(nèi)的液體全部裝滿時的最高工作壓力為： P最高工作壓力=P表+P液柱=+egh =+106 = 所以，Pc== S=PcDi/(2【б】tΦPc) =4000/（2137） = mm式中： Di—發(fā)酵罐內(nèi)徑 4000 mm 【б】t —不銹鋼許用應(yīng)力【б】t =134，出自《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》 P319 Φ—焊縫系數(shù)Φ=1，雙面對接頭100% C—壁厚附加量 C1—鋼板負偏差，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= mm 查《化工設(shè)備機械基礎(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)計概論》和工藝手冊中查得Dg=4000mm,一米高的筒節(jié)鋼板重490kg,則16米的筒體重： 49016=12640kg（2）標準橢圓形封頭壁厚的計算一般中低壓容積采用橢圓形封頭，為了便于設(shè)計加工，本設(shè)計選用標準橢圓形封頭，也是用不銹鋼0Cr18Ni9制作起許用應(yīng)力【б】t134 S=PcDi/(2【б】)+C =4000/(2)+ = mm 圓整后取Sd=8mm由《發(fā)酵工廠設(shè)計概論》表15和《材料與零部件》（上）得：表31 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VбDg(mm)H1hF(㎡)m179。mm40001000508(3)罐底錐形封頭的設(shè)計選型 選用不銹鋼【б】t=134的0Cr18Ni9制作，錐殼半頂角35176。30176。，須采用帶邊過渡段的折邊結(jié)構(gòu). ① 過渡段厚度：б =KPcDi/(2【б】)+C 因為 a=35176。，r/Di =, 查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》 表417，K= б =4000/（2）+= mm ② 與過渡段相接處的錐殼厚度： б =fPcDi/(【б】)+C 查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表418，得f= б= 4000/（）+ = mm 圓整后取 9 mm(4)進料管及排酒管的直徑與選型本設(shè)計選用直型接管及進料管為同一管道，與派酵母也為同一管道。179。由工廠實際經(jīng)驗知，一般裝滿一發(fā)酵罐麥汁需要6h，則進醪速度： Vs=V/τ=（64000） = m179。/s查《化工原理》（上）表11，—1m/s，取發(fā)酵醪流速u=。則管徑D===109 mm則管徑取125mm在《材料與零部件》（上）P154查得Φ1334的無縫鋼管內(nèi)徑為：di=125校核： u=4Vs/πdi178。=4(178。) =, （—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 則排酒管的管徑D= == 97 mm 則 管徑取100mm 查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表26 ，查的Φ1084的無縫鋼管內(nèi)經(jīng)為di=100 mm 校核：u=4Vs/πdi178。=4(178。)= ，滿足要求。表32 管法蘭連接尺寸 （mm）公稱直徑DNDKLThn12524020018M16810021017018M164(5)冷媒進出管由前面的冷量衡算可知，發(fā)酵過程冷媒流量為23493kg/h,設(shè)酒精密度 為971kg/m179。為三段冷卻，三個冷媒進口管。所以管內(nèi)流量為： Vs=23493/(9713600) = m179。/s查《化工原理》酒精屬于低黏度流體，—。取冷媒流速u= m/s。則冷媒進出口管徑： D= = = mm取DN=65 mm查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》4的無縫鋼管，其內(nèi)徑di= 校核 u=4Vs/πdi178。 =4（178。） = m/s （—，符合要求。）表33 管法蘭連接尺寸 （mm）公稱直徑DNDKLThn6516013014M124(6)排除管及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)過三次，第一次進堿，第二次進清水，第三次進消毒水。 m179。則洗滌體積流量Vs=Q/t=179。/s查《化工原理》（上）P20表11，，則管徑為 D==(4) = 取40mm查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P56表26，選用Φ45*，其內(nèi)徑為di= 校核：u=4Vs/πdi178。 =4178。 =，（在范圍內(nèi)，滿足要求。） 表34 管法蘭連接尺寸 （mm）公稱直徑DNDKLThn4013010014M124（7）發(fā)酵罐夾套的選取a．冷卻面積的計算 F=Q/Kt（），則每罐放熱高峰：Q=V有=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℃ △t1=t1t2=6℃ △t2=t2t1=4℃ △tm=（△t1△t2）/In（△t1/△t2） =（64）/In（6/4） =℃ ∴冷卻面積F=Q/(K△tm)