【導(dǎo)讀】本設(shè)計是年產(chǎn)4萬噸12°P啤酒發(fā)酵車間的工藝設(shè)計。此啤酒的釀造方法采。過濾、冷卻、發(fā)酵而成。發(fā)酵設(shè)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(chǎn)能力40000噸，對工藝流程進(jìn)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(jié)果選定設(shè)備型號。根據(jù)設(shè)計的工藝流程，對主要設(shè)備及相關(guān)管道進(jìn)。點(diǎn)設(shè)備發(fā)酵罐的裝配圖?！叭龔U”處理和副產(chǎn)物綜合利用的設(shè)計。產(chǎn)設(shè)計任務(wù)要求。

　　

【正文】 ，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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 18 Q0″ =3GC1(120)=3179。 179。 179。 12=(kJ) 工藝要求此過程在 4 天內(nèi)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(shè)計，每月需進(jìn)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(chǎn) 40000t 啤酒培養(yǎng)冷量為 56000（ kJ/h），則對應(yīng)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(shè)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(chǎn) 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(nèi)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械、維護(hù)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(dǎo)等造成冷量散失。通常，這部分的冷量由經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn) 5 萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在 1202125000kJ/t 啤酒之間，本設(shè)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(chǎn)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(shè)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(shè)計時往往根據(jù)實驗經(jīng)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 20 5 發(fā)酵罐的設(shè)計 發(fā)酵罐數(shù)量的確定 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。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(zhuǎn)量數(shù) 根據(jù)工藝，規(guī)定 3 鍋麥汁進(jìn) 1 個發(fā)酵罐，每天最大糖化次數(shù)為 6 次，啤酒生產(chǎn)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(jìn)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(yù)留空間，則總?cè)莘e 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(guān)數(shù)據(jù)得 D=,H=， h= 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(jìn)行良好的保溫，以降低生產(chǎn)中的耗冷量，所用保溫材料要求熱導(dǎo)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(jié)合本設(shè)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(shè)防護(hù)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(shè)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(jīng)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(shè)計采用橢圓形封頭。 設(shè)計參數(shù)的確定 1 設(shè)計壓力 P 設(shè)計壓力是指發(fā)酵罐頂部的最高工作壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不得低于工作壓力。本設(shè)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(shè)計壓力 P 不能低于安全閥的開啟壓力，通常設(shè)計壓力為安全閥開啟壓力的 倍，本設(shè)計采用設(shè)計壓力為安全閥開啟壓力的 倍。 本設(shè)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(shè)計壓力 P 氣 =179。 = 2 設(shè)計溫度 設(shè)計溫度是指容器在正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)計壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度，它用于確定材料的許用應(yīng)力，本設(shè)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(shè)計溫度取 18℃。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 22 3 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料允許的最高強(qiáng)度。本設(shè)計選用的材料為不銹鋼 0Cr18Ni9 型號，查表知其許用應(yīng)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(qiáng)度比較薄弱，為了補(bǔ)償焊接時可能出現(xiàn)的焊接缺陷對容器強(qiáng)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(qiáng)度的削弱程度，本設(shè)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(qiáng)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(fù)偏差， C2—— 腐蝕裕量 本設(shè)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(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故為 1。 t][? —— 設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)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(shè)計厚度 ? d=? +C=+=，圓整至 4mm。即名義厚度 ? n=4mm。 又由于標(biāo)準(zhǔn)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 23 橢圓封頭強(qiáng)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 ? ? ?? ? ?=Pc=(設(shè)計壓力 ) 故壓力校核符合要求。 2：應(yīng)力校核 : eei2DP ? ???? ）（ 式中 P— 試驗壓力，本處取設(shè)計壓力 [Pc] ? —— 試驗壓力下的許用應(yīng)力 所以 76 30 00 ? ??? ?（ ）= ??t][ =137Mpa 故應(yīng)力校核符合要求 圓柱筒體的設(shè)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(shè)計壓力 ? —— 筒體的計算厚度 每次進(jìn)發(fā)酵罐的發(fā)酵液體積為 ，設(shè)錐底體積為 V，則 V= 221 D 1 3 2 3 2? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?= 設(shè)圓柱筒體內(nèi)發(fā)酵液高度為 h 則 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 24 =? 179。（ D/2） 2179。 h 得： h= 發(fā)酵液產(chǎn)生的最大壓強(qiáng) P=? gh=1084179。 179。 = 則筒體設(shè)計壓力 P=179。（ +） =。 又 [σ]t=137Mpa， φ=1 δ=P179。 Di/(2[σ]tφP)=179。 3000/（ 2179。 ） = 設(shè)計厚度 δd=δ+C1+C2=++1= 圓整至 5mm 筒體強(qiáng)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(shè)計壓力 ) 2：應(yīng)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(shè)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(chǎn)生最大靜壓強(qiáng)： P 靜 =ρ gh=1084179。 179。 = 設(shè)計壓力 P=179。（ +） = 當(dāng) а/2≥ 30176。時，往往采用帶折邊的錐形封頭，標(biāo)準(zhǔn)的折邊錐形封頭 r=，由于本次設(shè)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(qiáng)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(shè)計壓力 ) 故壓力校核符合要求。 2：應(yīng)力校核 : eei2DP ? ???? ）（ 式中 P— 試驗壓力，本處取設(shè)計壓力 P ? —— 試驗壓力下的許用應(yīng)力 所以 23 30 00 ? ??? ?（ ）= ??t][ =137Mpa 故應(yīng)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(yùn)輸和安裝過程中得剛度要求。同時，根據(jù)工程經(jīng)驗確定其值。不包括腐蝕余量。設(shè)計中采用得材料為不銹鋼，最小厚武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 26 度 δmin=2mm。設(shè)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(shè)計選型 真空閥 大罐對真空很敏感，較小的負(fù)壓就會導(dǎo)致其外形的改變，負(fù)壓造成的危險遠(yuǎn)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(qiáng)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(jìn)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(zhuǎn)式洗球和旋轉(zhuǎn)式噴射洗球。由于本次設(shè)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力要求低、固定投資少