啤酒发酵罐设计
啤酒发酵罐设计:一罐法发酵,即包括主、后发酵和贮酒成熟全部生产过程
在一个罐内完成。
1)发酵罐容积的确定:
根据设计,每个锥形发酵罐装四锅麦汁,
3则每个发酵罐装麦汁总量V,59.35×4,237.4 m
锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%,
3则发酵罐体积至少应为237.4(1,25%),296.75 m,
3取发酵罐体积V为300 m。 全
2)发酵罐个数和结构尺寸的确定:
发酵罐个数N,nt/Z,8×17/4,34 个
式中n—每日糖化次数
t—一次发酵周期所需时间
Z—在一个发酵罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍
锥形发酵罐为锥底圆柱形器身,顶上为椭圆形封头。
设H:D,2.5:1,取锥角为70?,则锥高h,0.714D
223 V,лDH/4,лDh/12,лD/24 全
得D,5.1 m H,2.5D,12.8 m h,3.6 m
查表知封头高h,h,h,1275,50,1325 mm 封ab
罐体总高H= h,H,h,1325,12800,3600,17725 mm 总封
3)冷却面积和冷却装置主要结构尺寸确定:
因双乙酰还原后的降温耗冷量最大,故冷却面积应按其计算。
已知Q,862913 kJ/h
发酵液温度14? 3?
冷却介质(稀酒精)-3? 2?
?t,t,t′,14,2,12? 112
?t,t,t′,3,(-3),6? 221
平均温差?t,(?t,?t)/?(?t/?t) m1212
,(12,6)/ ?(12/6)
,8.66?
2 其传热系数K取经验值为4.18×200 kJ/(m)h)?)
则冷却面积F,Q/K?t1m
,862913/(4.18×200×8.66)
2, 119.2 m
23 工艺要求冷却面积为0.45,0.72 m/ m发酵液
23 实际设计为119.2/237.4,0.50 m/ m发酵液
故符合工艺要求。
选取Ф109×4.5半圆形无缝钢管作为冷却管,d,100mm,d,105mm 内平均
-32 每米管长冷却面积F,105×10×1,0.105 m 0
则冷却管总长度L,F/ F,119.2/0.105,1135 m 0
筒体冷却夹套设置二段,且均匀分布。
每段冷却带管长L,L/n,1135/2,567.5 m 0
取蛇管圈之间的间距h,0.12m,蛇管圈直径D,5.1,0.018+0.105/2pp
,5.17 m
21/2 2 每圈蛇管长度 l,,(лD),h,pp
221/2 ,,(3.14×5.17),0.12,
,16.4 m
每段冷却带圈数N,L/l,567.5/16.4,35圈 p0
则每段冷却带蛇管高度h,(35,1) ×0.12,4.08 m 0
冷却夹套的位置:柱体上段夹套的顶部一般设置在酒液液面以下15cm,下段夹套的顶部则设在50%酒液总容以下15cm,锥角夹套尽量靠近锥底,向上排列。
发酵罐内液体浸没筒体高度:
H,(V,V)/S醪锥罐 1
22,,237.4,(1/12)×3.14×5.1×3.6,/,(1/4)×3.14×5.1,
,10.43 m
则柱体上段夹套在筒体的顶部高度H,10.43,0.15,10.28 m 2
下段夹套在筒体的顶部高度:
H,(50% V,V)/S,0.15 醪锥罐3
,4.61,0.15
,4.46m
两冷却夹套间距H′,H,h,H,10.28,4.08,4.46,1.74 m 203
设两个温度传感器,其位置底部一个设在柱体的底部,与下段夹套底部距离为30cm;上面一个则设在上部冷却夹套的下面,与上段夹套底部距离也为30cm。 设两个可关闭的人孔,其直径为50cm,下部人孔在锥体最下端流出口处;上部人孔在酒液液面以上,其在筒体的高度为10.60m。
4)发酵罐壁厚计算:
S,PD/(2[σ]φ,P)+C(cm)
式中 P—设计压力,现取P,0.2 MPa
D—发酵罐内径,D,510 cm
[σ]—不锈耐酸钢(1Cr18Ni9Ti)的许用应力,[σ],137 MPa
Φ—焊缝系数,其范围在0.5,1之间,现取φ,0.7
C—壁厚附加量(cm)
C,C,C,C 123
C—钢板负偏差, C,0.5 mm 11
C—为腐蚀裕量, C,0 mm 22
C—加工减薄量,对冷加工C,0,热加工封头C,10%S ;现取3330
C,0 3
则C,0.5,0,0,0.5mm,0.05cm
S,0.2×510/(2×137×0.7,0.2),0.05
,0.58 cm
查钢材手册圆整为S,6 mm
封头壁厚计算:
标准
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椭圆封头的厚度计算
公式
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如下:
S,PD/(2[σ]φ,P)+C(cm)
式中P,0.2 MPa
D,510 cm
[σ],137 MPa
φ,0.7
C,0.05,0,0.1,0.15 cm
则S,0.2×510/(2×137×0.7,0.2),0.15
,0.68 cm
查钢材手册圆整为S,8 mm
因锥形发酵罐置于露天(锥部置于室内),为了进行良好的保温,以降低生
产中的耗冷量,故在罐外壁加20cm厚的聚酰氨树脂作为保温层,在保温层外用
瓦楞型板材设一外防护层。
5) 排料管直径的确定:
3 每罐发酵液量为58.40×4,233.6 m,设4h之内排空,
3 则物料体积流量Q,233.6/3600×4,0.0162 m/s
取发酵液流速为v,1 m/s
2 则排料管截面积F,Q/v,0.0162/1,0.0162 m
1/2 管径d,,F/(л/4),
1/2 ,,0.0162/(л/4),
,0.144 m
选取无缝管Ф159×4.5,d,150 mm, d,d,故可满足要求。 内内
22 管道截面积F′,(л/4) ×0.15,0.0177 m
则相应流速比P,Q/ F′V
,0.0162/(0.0177×1)
,0.92倍
排料时间t,4×0.92,3.68 h