2010_第一章_发酵罐2-计算

第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定需要选用V 全=30m 3的发酵罐 则V 有效= V 全*Φ=30*80%=24m 3二、基础参数选择1、D ：H ：选用D ：H=1：42、锥角：取锥角为7003、封头：选用标准椭圆形封头4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A 3钢，冷却价质采用20%、-4℃的酒精溶液5、罐体所承受最大压力：2.5kg/cm 3 外压：0.3kg/cm 36、锥形罐材质A 3钢外加涂料，接管均用不锈钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D 、H 的确定由D ：H=1：4，则锥体高度H 1=D/2tg350=0.714D 封头高度H 2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（4.0-0.714-0.25）D=3.04D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱=3π342414232XH D D H D⨯+⨯+⨯⨯ππ =0.187 D 3+0.13 D 3+1.60 D 3=30 得D=2.23m查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm 再由V 全=30m 3，D=2.4m 得径高比为： D ：H=1：3.32由D=2400mm 查表: 椭圆形封头几何尺寸为： h 1=600mm h 0=40mm F=6.52m 2 V=2.00m 3筒体几何尺寸为： H=5654mmF=7.55*5.654=42.69m 2 V=4.524*5.654=25,58m 3 锥体封头几何尺寸为： h0=40mm v=360mm H=2215mmF=22204.1064.0sin )3.07.0(4/m a COSa d =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎢⎣⎡++-πV=[]32375.372.0/)cos 3.07.0(24/m tga a d =++π 则：锥形罐体总高： H=600+5654+40+40+2215=8549mm总容积：V=2+25.58+3.75=31.33m 3 实际充满系数%6.7633.31/24=：ψ 罐内液柱高：mm H 27034022151044.275.32422=++⨯⨯-='）（π 四、发酵的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设计压力为1.1*2.5=2.75kg/cm 2[]C pPDgS t+-=ϕσ2 式中：P=2.75kg/cm 2[]t σ：A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm 2ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C 1+C 2+C 3查表得：C 1 ：钢板厚度的负偏差取0.8mm 负偏差C 2：腐蚀裕量取2mmC 2：制造减薄量取0.3mm则：mm S 814.54.375.29.015202240075.2=+-⨯⨯⨯=取S O =8mm直边高H O =40mm 校核⎭⎬⎫⎩⎨⎧=h D s PD 24中中σ =[]tσ≤=++12.369900*2)82400(*6*4)82400(*75.22、筒体2/42.361.05.2*1.1)(1.1cmkg P p p =+=+⨯=）（静工作没[]mmC C C C PPDS 2.62.342.39.0*1520*22400*42.3)6.0,2,6.0(2322=+-===+-=取ψσ取S=7mm 校核 []tsPD σψσ≤==0.58822中3、锥形封头1）过渡区壁厚[]CPDg KP S t+-=5.02ψσ没[]mmC PDgKP S K cm kg P t43.5369.026.0)74.3*5.09.0*1520*2/(2400*14.3*75.05.0275.0)9.0(/74.39.05.2*1.12=+++-=+-===+=ψσ没没为静压）（ （2）锥体[][]13.759.026.094.394.3)60.0(74.3*5.09.0*15202400*74.3*60.05.0*5.0*=+++=+==-=-=+-=C S S f PPDgf S C PPDgf S O t O t查表为ψσψσ取S=8mm h 0=40mm校核锥体所受最大应力处：[]tS PD σσ≤=+==14.68735cos *10*2)82400(*74.335cos 20中（二）、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头 设S O =5mmR 内=0.9D g =0.9*2400=2160mm R 内/100S o =21600/100x5=4.32 查图表4-1及B=2.75[]220/3.0/64.02160/575.2/*cm kg cm kg R S B P =⨯==内满足要求取C 1=0.5mm ， C 2=2mm C 3=0.5mm 则S= S O +C=8mm2、筒体设S O =6mm L/D=0.69D=2400/6=600 查图表4-1及B=210[]]/3.0/35.02400/6*21022cm kg cm kg P ==S O =6mm故可取C 1=6mm ， C 2=2mm ，C 3=0.6 则S=S O +C=9.2mm 取S=10mm3、锥形封头因为：6050.2235 αα所以=按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：mm tg 6.1918352/274020=⨯⨯取加强圈中心线间锥体长度为1370mm 设S O =6mmL/D=1370/2400=0.57 D/SO=2400/6=400 图表表4-1及B=320[]mmS C S S mm C mm C mm C mmS cm kg D BS P 102.92.366.0,2,66/3.080.02400/6*320/0321020==+=+========取所以故取综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定 标准椭圆型封头厚度为8mm h o =40mm 圆筒壁厚 10mm标准形封头壁厚 10mm h o =40mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核液压试验P 试=125P 设由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险 设计压力实验P=1.25p=4.68/cm 2查得A3钢3/2400cm kg =σ可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压故可知试压安全内试试P cm kg P p cm kg P 22/8.225.1/25.2)2.13.0(*5.1*5.1===+=3、刚度校核本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm而设计时取壁厚为S=10mm ，故符合刚度要求 （公式：10002内最小D S =）第二节 发酵罐热工设计计算[][]试试试）（σψσσ 2/19442400**9.0*9.09.0/52.640)2.312(2)2.312(240068.4)(2cm kg cmkg C S C S Dg P ===--+⨯=--+=一、计算依据计采用A 3钢作发酵材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp 2 冷媒为20%（V/V ）酒精溶液，，为出进C T C T 002,4--麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm ，锥底部分为98mm ）二、总发酵热计算Q=q*v=119*24=2856kg/hrQ 每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量； V 为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面为A=hb —截面积=8*4-10.24=24.16cm 2 冷却剂流量为（三段冷却） 3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m 3/s查得20%（V/V ）酒溶液△t 平=-30C 下的 P=976kg/m 3Cp=1.04kcal/kg ●0 C 冷却剂的冷却能力为：Q=7.248X103X976X1.041X2X2400 =34430.8kcal/hr>8330kcal/hr 故可选取8号槽钢为冷却夹套。

4.1.2.1发酵罐个数的确定年产1000吨琥珀酸,全年的生产天数为330天，则每天产1000/330=3.03吨，需要发酵液的体积为：28*3.03=84.84(m^3)发酵罐的填充系数φ=70%；则每天总共有发酵罐的体积为V 0）（3m 2.1217.0/84.847.0/V 0== 发酵周期为48小时，生产周期为80小时发酵罐个数的确定：现选取公称体积为100m 3的发酵罐，总体积为118m 3（个））（）（总67.324*7.0*110/80*84.8424*V /V N 01===φτ取公称体积100m 3 发酵罐4个，其中1个留作备用。

实际产量验算：年）（吨/1059.09330/3.54%71%21.57.0110=⨯⨯⨯⨯⨯富裕量%91.5100010001059=- 能够满足生产需要。

4.1.2.2主要尺寸的计算公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。

并圆整为整数：上封头因无法装液，一般不计入容积。

罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。

1 罐径与罐体高度现在按公称容积100m3，全罐的体积为：118m3，取高径比为H ：D=2，封头与圆柱罐体的焊接处的直边高度不纳入体积，则：3m 118V 2V =+=封全筒V根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有： ()3221182414314V m D D H D =⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=ππ全 ()332118242785.0m D D D V =+⨯⨯=π全解方程得： ()333118242m D D =+ππ()m D 1.413241183=⨯⨯=π 直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数[12]，查吴思方的《生物工程工厂设计概论》2007年版，附表25（281）通用式发酵罐系列尺寸表，则D取4.0m ,H=2D=2×4.0＝8.0(m) 查阅文献，当公称直径D 为4.0m 时，标准椭圆封头的曲面高度H 为D/4，即1.0m ，焊接处的直边高度h 为0.05则总深度为：）（m 05.105.00.1h H =+=+ 封头容积 ：V 封）（封33m 38.80.424V =⨯=π 圆柱部分容积： ）（筒32m 53.1000.420.44V =⨯⨯⨯=π 两者之和为全容积全V ' 3m 118V 2V =+=封全筒V全全V V ≈'则设计的发酵罐其尺寸符合要求，能够满足生产工艺的需要。

第一章啤酒露天发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定实际需要选用V全=4om的发酵罐贝y V 有效=V 全X =40 x 80%=32 mh二、基础参数选择1.D:H 选用D:H=1:32.锥角：取锥角为70°3.封头：选用标准椭圆封头4.冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却(罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A钢，冷却介质采用20% -4C的酒精溶液)5.罐体所承受最大内压：kg/cm夕卜压：kg/ cm A6.锥形罐材质：As钢外加涂料，接管均用不锈钢7•保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200伽8.内壁涂料：环氧树脂三、D、H的确定由D:H=1:2，贝锥体高度Hi=D/2tg35°=封头高度H2=D/4=圆柱部分高度f = () D=,,f 兀D2 n 31又因为V全二V锥+V封+V^： XXH1+XD+- 3 4 24 =++=40得》查JB1154-73《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径再由V ±=40cm3，D=设H: D=xD3+ D3+() D3=40X=得径高比为D:H=1:由D=3400mr查表得椭圆形封头几何尺寸为：hi=850mmho=5OmmF=V=筒体几何尺寸为：H=2946mm2锥体封头几何尺寸为：H=50mm r=510mXDXHa4D=3400mmH=2428mm20.7 0.3COSa 2 2F=n d/4-[ +1= mSina3 2 3V=n d / 24[ (+) /tga+]= m则：锥形罐总高：H=575+40+5791+40+1714=8160mm 总容积：V=++二实际充满系数：32/=75%罐内液柱高：32-10.27H =—3A 103+( 2428+50)=4873mm4四、发酵罐的强度计算罐体为内压容器的壁厚计算1.标准椭圆封头设计压力为:*= kg/ cmPDqs=2 t P式中：P=k/ cmt: A钢工作温度下的许用力取1520 kk/帛:焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤壁厚附加量: C=C+G+G查表得：C:钢板厚度的负偏差取负偏差C 2：腐蚀裕量取2mmC 3：制造减薄量取2 1520 0.9-2.75 取 S o=7mm直边高：h-50mm校核PD 中D 中4s 2h=2.75 3400 747 2 •筒体3 42 34002 1520 0.9-3.42 取 S=8mm校核2=PD/2S =<3 •锥形封头（1）过渡区壁则: 2.75 3400 3.4 6.8mm 一* （+）二您/cmPD P i^=X （P 工作+P 静）S= 2 PC （取 G 二,C2=2,C3=）厚3400 73.2 7.5mmKP 设Dg0.5 PP （ + ）二您/cm （为静压）s=K P 设Dg0.5 P0.75 3.74 34002 1520 0.9-0.5 3.74=+C=++2+⑵锥体f * PDgs= t 0.5P +cS=— ' * PDq—= 0.60 3.74 3400t 0.5P 1520 0.9-0.5 3.74 S=S+C=++2+= 5.6（ f查表为）取S=10mm ho=4Omm校核锥体所受最大应力处:PD中2sCos35=3.74 34102 10 cos35锥体为外压容器的壁厚计算1 •标准椭圆封头设So=5mmR 内==3060mmR 内/100S=3060/ (100 X 5)= 查图表牛1及B=275[P]=B*S o/R 内=275*5/3240=cm2>cm2满足要求取Ci= 5 C2=2mm，C3=则S=So+C=8mm2.筒体设So=6mmL/D=S 0/ D=2400/6=400查图表4-1及B=2102[P]=210X6/3400=cm2>S o=6mm故可取G=，C2= 2mm，C3 =则S=S+C 我10mm3.锥形封头因为：a =35所以v a <60按第四章发酵罐设计的中封头可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：(2 X 2428/2 ) X tg35 =1700mm取加强圈中心线间锥体长度为1214mm设S0=6mmL/D=857/3400=D/So=34OO/6=查图表4」及B=320[P]=BS o/D=32O*6/34OO=>cm2故取So=6mmC 1=， C2=2mm， C3=所以S=So+C=6+=取S=10mm综合前两步设计、取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为10mm h o=5Omm圆筒壁厚10mm标准形封头壁厚12mm h o=5Omm五、锥形罐的强度校核內压校核液压试验P«=125P设由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力P=cm2液压实验P试=6777查得A钢° =2400kg/cm3(T 试二P 试[Dg+ (S-C) ]/2(S-C)=*[3400+]/2*=cm2=**2400=1944kg/cm > c 试可见符合强度要求，试压安全外压实验以内压代替外压p=*+=cm 2P试==cmvp内试故可知试压安全刚度校核本例中允许S=2*3400/1000=而设计时取壁厚为S=10mm故符合刚度要求（公式：S最小=2D内/1000）第二章发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A刚作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，椎部一段，夹套工作压力为cn^冷媒为20% （V/V）酒精溶液，T进=-4C, T出为-2C，麦汁发酵温度维持12C （主要发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm椎底部分为98mm二、总发酵热计算Q 二q*v=119*32=3808kg/hrq为每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量；v为发酵麦汁量1、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面积为A=hb-截面积=8*冷却剂流量为(三段冷却)3**10作仁*®6八查得20%(V/V )酒精溶液At平=-3C下的p =976kg/m3Cp =kg ・C冷却剂的冷却能力为：3Q=*10 *976**2*3400=60082kcal/hr故可选取8号钢槽为冷却夹套。

2.2.1 发酵罐（1）发酵罐的选型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 （2）生产能力、数量和容积的确定 ①发酵罐容积的确定：选用200m 3罐 ②生产能力的计算：现每天生产99%纯度的味精50t ，谷氨酸的发酵周期为48h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。

则每天需糖液体积为V 糖 。

每天产纯度为99%的味精50t ，每吨100%的味精需糖液15.66m 3()3m 775.17%995066.15=⨯⨯=糖V设发酵罐的填充系数υ=70%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V 0（发酵周期为48h ）。

()30m 4.11077.017.775/===υ糖V V③发酵罐个数的确定：公称体积为200m 3的发酵罐，总体积为230 m 3()个υτ总63.9247.023048775.1724V 01=⨯⨯⨯=∙=V N取公称体积200 m 3 发酵罐11个，其中一个留作备用。

实际产量验算：()a t /6.15580300%9966.1557.0230=⨯⨯⨯⨯富裕量%9.315000150006.15580=-能满足产量要求（3）主要尺寸的计算：取高径比 H ：D=2：1[6]；封筒全3230m 2=+=V V V则有：2302242785.032=⨯+⨯=D D D V π全 H=2D ；解方程得：23026.057.133=+D D()m D 004.583.12303==取D=5m H=2D=10m ；封头高：()mm h h H b a 1300=+=封封头容积 ：V 封=16.4（m3）圆柱部分容积：V 筒=197m 3验算全容积V 全：()3m 8.2294.1621972=⨯+=+=封筒‘全V V VV 全=V ’全符合设计要求，可行。

（4）冷却面积的计算对谷氨酸发酵，每1m 3发酵液、每1h 传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m 3·h) [5]。

发酵罐2.2.1 发酵罐（1）发酵罐的选型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 （2）生产能力、数量和容积的确定 ①发酵罐容积的确定：选用200m 3罐②生产能力的计算：现每天生产99%纯度的味精50t ，谷氨酸的发酵周期为48h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。

则每天需糖液体积为V 糖 。

每天产纯度为99%的味精50t ，每吨100%的味精需糖液15.66m 3 ()3m 775.17%995066.15=⨯⨯=糖V设发酵罐的填充系数φ=70%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V 0（发酵周期为48h ）。

()30m 4.11077.017.775/===φ糖V V ③发酵罐个数的确定：公称体积为200m 3的发酵罐，总体积为230 m 3()个φτ总63.9247.023048775.1724V 01=⨯⨯⨯=•=V N取公称体积200 m 3 发酵罐11个，其中一个留作备用。

实际产量验算：()a t /6.15580300%9966.1557.0230=⨯⨯⨯⨯富裕量%9.315000150006.15580=-能满足产量要求（3）主要尺寸的计算：取高径比 H ：D=2：1[6]；封筒全3230m 2=+=V V V则有：2302242785.032=⨯+⨯=D D D V π全 H=2D ；解方程得：23026.057.133=+D D ()m D 004.583.12303==取D=5m H=2D=10m ；封头高：()mm h h H b a 1300=+=封()m d l 64.07.1375.0375.0=⨯==底距：()m D C 7.1353===盘踞 ：()m D d i i 28.17.175.075.0=⨯==叶弦长：()m D L i 43.07.125.025.0=⨯==叶距 ：()m D Y 5==弯叶板厚：δ=12（mm ）取两挡搅拌，搅拌转速N 2可根据50m 3罐，搅拌直径 1.05m ，转速N 1=110r/min 。

目录前言 (1)第一章、概述 (2)1.1、我酸 (2)1.2、賊酸的新工艺 (2)1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3)1.3.1、通用型发酵罐的几彳可尺寸比例 (3)1.3.2、罐体 (3)133、搅拌器和挡板 (3)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (4)126、变速装置 (4)1.3.7、通气装置 (4)138、轴封 (5)139、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (5)2.1.1、圆筒体的径、高度与封头的高度 (5)2.1.2、圜筒体的壁厚 (7)2.1.3、封头的壁厚 (7)2.2、搅拌装置设计 (8)2.2.3、电痕率 (10)2.3、冷却装置设计 (10)2.3.1、 冷却方式 (10)2.3.2、 冷却水耗臺 (10)2.3.3、 冷却管组数和管径 (12)2.4零部件 (13)2.4.1人孔和视谯 (13)2.4.2 接管口 ................................................................. 13 243、梯子 (15)2.6支座的选型蹄总结 附录 (18)符号的总结 ...................................................................... 18 参考文献 . (20)生物工程设备课程设计任务书―、课程设计题目”1000计的机械搅拌发酵罐”的设计。

2.5®体重 ..................................................................15 16 第三章、计算结果的总、结 ............................................................16 17二课程设计容1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质,工作参数的确定。

一、通用式发酵罐的尺寸及容积计算1. 发酵罐的尺寸比例不同容积大小的发酵罐，几何尺寸比例在设计时已经规范化，具体设计时可根据发酵种类、厂房等条件做适当调整。

通用式发酵罐的主要几何尺寸如下图。

（1）高径比：H0︰D ＝(1.7~4)︰1。

（2）搅拌器直径：D i ＝31D 。

（3）相邻两组搅拌器的间距：S ＝3D i 。

（4）下搅拌器与罐底距离：C ＝（0.8~1.0）D i 。

（5）挡板宽度：W ＝0.1 D i ，挡板与罐壁的距离：B ＝（81~51）W 。

（6）封头高度：h ＝h a ＋h b ，式中，对于标准椭圆形封头，h a ＝41D 。

当封头公称直径≤2 m 时，h b ＝25 mm ；当封头的公称直径＞2 m 时，h b ＝40 mm 。

（7）液柱高度：H L ＝H 0η＋h a ＋h b ，式中，η为装料系数，一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度的0.7倍，极少泡沫的物料可达0.9倍，对于易产生泡沫的物料可取0.6倍。

2. 发酵罐容积的计算圆柱部分容积V 1：0214H D V π=式中符号所代表含义见上图所示，下同。

椭圆形封头的容积V 2：)61(4642222D h D h D h D V b a b +=+=πππ公称容积是指罐圆柱部分和底封头容积之和，其值为整数，一般不计入上封头的容积。

其计算公式如下：)6140221D h H D V V V b ++=+=（公π 罐的全容积V 0： )]61(2[4202210D h H D V V V b ++=+=π如果填料高度为圆柱高度的η倍，那么液柱高度为：b a L h h H H ++=η0装料容积V ：)61(40221D h H D V V V b ++=+=ηπη 装料系数η：0V V =η二、通用式发酵罐的设计与计算 1. 设计内容和步骤通用式发酵罐的设计已逐渐标准化，其设计内容及构件见表6-6。

表6-6 发酵罐设计内容及构件设计内容构件的选取与计算 设备本体的设计筒体、封头、罐体压力、容积等 附件的设计与选取 接管尺寸、法兰、开孔及开孔补强、人孔、传热部件、挡板、中间轴承等搅拌装置的设计 传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌轴的临界转速等设备强度及稳定性检验设备重量载荷、设备地震弯矩、偏心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的强度、裙座与筒体对接焊缝验算等 2. 发酵罐的结构及容积的计算【例1】某厂间歇式发酵生产，每天需用发酵罐3个，发酵罐的发酵周期为80h ，问需配备多少个发酵罐？根据公式 N =11124803=+⨯（个）根据生产规模和发酵水平计算每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定发酵罐的容积。

第一节发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定需要选用V 全30m3 的发酵罐则V 有效V 全Φ 308024m3二、基础参数选择1、D：H：选用D：H1：42、锥角：取锥角为7003、封头：选用标准椭圆形封头4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3 钢，冷却价质采用20、-4℃的酒精溶液5、罐体所承受最大压力：2.5kg/cm3 外压：0.3kg/cm36、锥形罐材质A3 钢外加涂料，接管均用不锈钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D、H 的确定由D：H1：4，则锥体高度H1D/2tg3500.714D封头高度H2D/40.25D圆柱部分高度H3（4.0-0.714-0.25）D3.04D 又因为V 全V 锥V 封V 柱π D2 π π × × H1 × D3 × D 2 XH 3 3 4 24 40.187 D 30.13 D 31.60 D330 得D2.23m 查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D2400mm 再由V 全30m3，D2.4m 得径高比为：D：H1：3.32 由D2400mm 查表:椭圆形封头几何尺寸为：h1600mmh040mmF6.52m2V2.00m3筒体几何尺寸为：H5654mmF7.555.65442.69m2V4.5245.6542558m3锥体封头几何尺寸为：h040mmv360mmH2215mm 0.7 0.3COSa 2F πd / 4 0.64 10.04m 2 2 sin a V πd 3 / 24 0.7 0.3 cos a 2 / tga 0.72 3.75m 3则：锥形罐体总高：H6005654404022158549mm总容积：V225.583.7531.33m3实际充满系数ψ：/ 31.33 76.6 24罐内液柱高：24 3.75H′ × 10 2 2215 40）2703mm （π × 2.4 2 4四、发酵的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设计压力为1.12.52.75kg/cm2 PDgS C 2σ p t式中：P2.75kg/cm2σ t ：A3 钢工作温度下的许用力取1520.kgcm2 ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9 壁厚附加量：CC1C2C3 查表得：C1 ：钢板厚度的负偏差取0.8mm 负偏差C2：腐蚀裕量取2mm C2：制造减薄量取0.3mm 2.75 × 2400 则：S3.4 5.814mm 2 × 1520 ×0.9 2.75 取SO8mm 直边高HO40mm 校核PD中D中σ 4 s 2h 2.75 2400 8 2400 8 46 2 900 369.12 ≤ σ t2、筒体p没 1.1 ×p工作P静 1.1 2.5 0.61 3.42kg / cm 2 （）PD S C 取C 2 0.6 C 2 2 C 3 0.6 2σ P ψ 3.42 2400 3.2 6.2mm 2 1520 0.9 3.42 取S7mm 校核PD中σ2 588.0 ≤ ψ σ t 2s3、锥形封头1）过渡区壁厚KP没Dg S C 2σ ψ 0.5 P t P没 1.1 2.5 0.9） 3.74kg / cm 2 0.9为静压（K 0.75 KP没Dg S C 2σ ψ 0.5 P t 0.75 3.14 2400 /2 1520 0.9 0.5 3.74 0.6 2 0.369 5.43mm（2）锥体 f PDgS C σ tψ 0.5P f PDg 0.60 3.74 2400SO f查表为0.60 σ ψ 0.5P t 1520 0.9 0.5 3.74 3.94S S O C3.94 0.6 2 0.59 7.13取S8mm h040mm校核锥体所受最大应力处：PD中σ 2S cos 35 0 3.74 2400 8 2 10 cos 35 0 687.14 ≤ σ t 、锥体为外压容器的壁厚计算（二）1、标准椭圆封头设SO 5mm R 内0.9D g0.924002160mm R 内/100So 21600/100x54.32 查图表4-1 及B2.75 P B S 0 / R内 2.75 × 5 / 2160 0.64kg / cm 2 0.3kg / cm 2满足要求取C10.5mm，C22mm C30.5mm则S SOC8mm2、筒体设SO6mm L/D0.69 D2400/6600查图表4-1 及B210P 210 6 / 2400 0.35kg / cm 2 0.3kg / cm 2 SO 6mm 故可取C16mm，C22mm ，C30.6 则SSO C9.2mm 取S10mm3、锥形封头因为：α 35 0 所以22.50 0 α 60 0按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：2 × 2740 / 2 × tg 35 0 1918.6mm 取加强圈中心线间锥体长度为1370mm 设SO6mm L/D1370/24000.57D/SO2400/6400图表表4-1 及B320P BS 0 / D 320 6 / 2400 0.80 0.3kg / cm 2故取S 0 6mmC1 6mm C 2 2mm C 3 0.6mm所以S S 0 C 6 3.2 9.2取S 10mm综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为8mm ho 40mm 圆筒壁厚10mm 标准形封头壁厚10mm ho40mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核液压试验P 试125P 设由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力实验P1.25p4.68/cm2 查得A3 钢σ 2400kg / cm 3 P试Dg S C）（σ试 2 S C 4.68 × 2400 12 3.2 212 3.2 640.52kg / cm 0.9ψσ 0.9 0.9 2400 1944kg / cm 2 σ 试可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压P 1.5 1.5 0.3 1.2 2.25kg / cm 2 p试 1.25 P 2.8kg / cm 2 P内试故可知试压安全3、刚度校核本例中允许S22400/10004.8mm 而设计时取壁厚为S10mm，故符合刚度要求2 D内（公式：S 最小）1000第二节发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A3 钢作发酵材料，用8 号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp2 冷媒为20（V/V）酒精溶液，T进 4 0 C T出为 2 0 C，麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6 天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，锥底部分为98mm）二、总发酵热计算Qqv119242856kg/hrQ 每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量；V 为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8 号槽钢起截流面为Ahb—截面积84-10.2424.16cm2冷却剂流量为（三段冷却）324.1610-417.28410-3m3/s查得20（V/V）酒溶液△t 平-30C 下的P976kg/m3Cp1.04kcal/kg●0 C冷却剂的冷却能力为：Q7.248X103X976X1.041X2X240034430.8kcal/hr8330kcal/hr故可选取8 号槽钢为冷却夹套。

发酵罐的工艺计算第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定需要选用V 全=30m 3的发酵罐则V 有效= V 全*Φ=30*80%=24m 3二、基础参数选择1、D ：H ：选用D ：H=1：42、锥角：取锥角为7003、封头：选用标准椭圆形封头4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A 3钢，冷却价质采用20%、-4℃的酒精溶液5、罐体所承受最大压力：2.5kg/cm 3外压：0.3kg/cm 36、锥形罐材质A 3钢外加涂料，接管均用不锈钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D 、H 的确定由D ：H=1：4，则锥体高度H 1=D/2tg350=0.714D封头高度H 2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（4.0-0.714-0.25）D=3.04D又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π342414232XH D D H D ⨯+⨯+⨯⨯ππ=0.187 D 3+0.13 D 3+1.60 D 3=30得D=2.23m查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm再由V 全=30m 3，D=2.4m得径高比为：D ：H=1：3.32由D=2400mm 查表:椭圆形封头几何尺寸为：h 1=600mmh 0=40mmF=6.52m 2V=2.00m 3筒体几何尺寸为：H=5654mmF=7.55*5.654=42.69m 2V=4.524*5.654=25,58m 3锥体封头几何尺寸为：h0=40mmv=360mmH=2215mm F=22204.1064.0sin )3.07.0(4/m a COSa d =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎢⎣⎡++-π V=[]32375.372.0/)cos 3.07.0(24/m tga a d =++π则：锥形罐体总高： H=600+5654+40+40+2215=8549mm总容积：V=2+25.58+3.75=31.33m 3实际充满系数%6.7633.31/24=：ψ罐内液柱高：mm H 27034022151044.275.32422=++⨯⨯-='）（π 四、发酵的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设计压力为1.1*2.5=2.75kg/cm 2[]C pPDg S t +-=ϕσ2 式中：P=2.75kg/cm 2[]t σ：A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm 2ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C 1+C 2+C 3查表得：C 1 ：钢板厚度的负偏差取0.8mm 负偏差C 2：腐蚀裕量取2mmC 2：制造减薄量取0.3mm 则：mm S 814.54.375.29.015202240075.2=+-⨯⨯⨯=取S O =8mm直边高H O =40mm校核 ⎭⎬⎫⎩⎨⎧=h D s PD 24中中σ =[]t σ≤=++12.369900*2)82400(*6*4)82400(*75.22、筒体2/42.361.05.2*1.1)(1.1cm kg P p p =+=+⨯=）（静工作没[]mm C C C C P PD S 2.62.342.39.0*1520*22400*42.3)6.0,2,6.0(2322=+-===+-=取ψσ取S=7mm校核 []ts PD σψσ≤==0.58822中3、锥形封头1）过渡区壁厚 []CP DgKP S t +-=5.02ψσ没[]mmC PDg KP S K cm kg P t 43.5369.026.0)74.3*5.09.0*1520*2/(2400*14.3*75.05.0275.0)9.0(/74.39.05.2*1.12=+++-=+-===+=ψσ没没为静压）（ （2）锥体[][]13.759.026.094.394.3)60.0(74.3*5.09.0*15202400*74.3*60.05.0*5.0*=+++=+==-=-=+-=C S S f PPDgf S CP PDgf S O t O t 查表为ψσψσ 取S=8mm h 0=40mm校核锥体所受最大应力处：[]t S PD σσ≤=+==14.68735cos *10*2)82400(*74.335cos 200中（二）、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设S O =5mmR 内=0.9D g =0.9*2400=2160mmR 内/100S o =21600/100x5=4.32查图表4-1及B=2.75[]220/3.0/64.02160/575.2/*cm kg cm kg R S B P φ=⨯==内满足要求取C 1=0.5mm ， C 2=2mm C 3=0.5mm则S= S O +C=8mm2、筒体设S O =6mmL/D=0.69D=2400/6=600查图表4-1及B=210[]]/3.0/35.02400/6*21022cm kg cm kg P φ==S O =6mm 故可取C 1=6mm ， C 2=2mm ，C 3=0.6则S=S O +C=9.2mm 取S=10mm3、锥形封头因为：0006050.2235ππαα所以=按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：mm tg 6.1918352/274020=⨯⨯取加强圈中心线间锥体长度为1370mm设S O =6mmL/D=1370/2400=0.57D/SO=2400/6=400图表表4-1及B=320[]mmS C S S mmC mm C mm C mmS cm kg D BS P 102.92.366.0,2,66/3.080.02400/6*320/0321020==+=+========取所以故取φ综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为8mm h o =40mm圆筒壁厚 10mm标准形封头壁厚 10mm h o =40mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核液压试验P 试=125P 设由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力实验P=1.25p=4.68/cm 2查得A3钢3/2400cm kg =σ可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压故可知试压安全内试试P cm kg P p cm kg P π22/8.225.1/25.2)2.13.0(*5.1*5.1===+=3、刚度校核本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm而设计时取壁厚为S=10mm ，故符合刚度要求（公式：10002内最小D S =）第二节 发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A 3钢作发酵材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp 2 冷媒为20%（V/V ）酒精溶液，，为出进C T C T 002,4--麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm ，锥底部分为98mm ）二、总发酵热计算Q=q*v=119*24=2856kg/hrQ 每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量；[][]试试试）（σψσσφ2/19442400**9.0*9.09.0/52.640)2.312(2)2.312(240068.4)(2cm kg cmkg C S C S Dg P ===--+⨯=--+=V 为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面为A=hb —截面积=8*4-10.24=24.16cm 2冷却剂流量为（三段冷却）3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m 3/s查得20%（V/V ）酒溶液△t 平=-30C 下的P=976kg/m 3Cp=1.04kcal/kg ●0 C冷却剂的冷却能力为：Q=7.248X103X976X1.041X2X2400=34430.8kcal/hr>8330kcal/hr故可选取8号槽钢为冷却夹套。

4.1.2.1发酵罐个数的确定年产1000吨琥珀酸,全年的生产天数为330天，则每天产1000/330=3.03吨，需要发酵液的体积为：28*3.03=84.84(m^3)发酵罐的填充系数φ=70%；则每天总共有发酵罐的体积为V 0）（3m 2.1217.0/84.847.0/V 0== 发酵周期为48小时，生产周期为80小时发酵罐个数的确定：现选取公称体积为100m 3的发酵罐，总体积为118m 3（个））（）（总67.324*7.0*110/80*84.8424*V /V N 01===φτ取公称体积100m 3 发酵罐4个，其中1个留作备用。

实际产量验算：年）（吨/1059.09330/3.54%71%21.57.0110=⨯⨯⨯⨯⨯富裕量%91.5100010001059=- 能够满足生产需要。

4.1.2.2主要尺寸的计算公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。

并圆整为整数：上封头因无法装液，一般不计入容积。

罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。

1 罐径与罐体高度现在按公称容积100m3，全罐的体积为：118m3，取高径比为H ：D=2，封头与圆柱罐体的焊接处的直边高度不纳入体积，则：3m 118V 2V =+=封全筒V根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有： ()3221182414314V m D D H D =⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=ππ全 ()332118242785.0m D D D V =+⨯⨯=π全解方程得： ()333118242m D D =+ππ()m D 1.413241183=⨯⨯=π 直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数[12]，查吴思方的《生物工程工厂设计概论》2007年版，附表25（281）通用式发酵罐系列尺寸表，则D取4.0m ,H=2D=2×4.0＝8.0(m) 查阅文献，当公称直径D 为4.0m 时，标准椭圆封头的曲面高度H 为D/4，即1.0m ，焊接处的直边高度h 为0.05则总深度为：）（m 05.105.00.1h H =+=+ 封头容积 ：V 封）（封33m 38.80.424V =⨯=π 圆柱部分容积： ）（筒32m 53.1000.420.44V =⨯⨯⨯=π 两者之和为全容积全V ' 3m 118V 2V =+=封全筒V全全V V ≈'则设计的发酵罐其尺寸符合要求，能够满足生产工艺的需要。

一、通用式发酵罐的尺寸及容积计算1.发酵罐的尺寸比例不同容积大小的发酵罐，几何尺寸比例在设计时 已经规范化，具体设计时可根据发酵种类、厂房等条 件做适当调整。

通用式发酵罐的主要几何尺寸如下 图。

(1) 高径比：H. : 〃=(1・7~4):lo (2)搅拌器直径：Di= — D©3(3) 相邻两组搅拌器的间距：S=3D 。

(4) 下搅拌器与罐底距离：C= (0.8~1.0) (5) 挡板宽度：W=0.1 Di,挡板与罐壁的距离：B= (---) Wo8 5(6) 封头髙度：力=仏+加，式中，对于标准椭圆形封头，仏=丄0。

当封头公称直径021】】时，加=251讪】；当封头的公称直径〉2 m 时，加=40 mm 。

(7) 液柱高度：弘=乩"+仏+屁，式中，〃为装料系数，一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度的0.7倍，极少泡沫 的物料可达0.9倍，对于易产生泡沬的物料可取0.6倍。

2.发酵溝容积的计算 圆柱部分容积V 1:2評弘式中符号所代表含义见上图所示，下同。

椭圆形封头的容积v 2：V 2=J D 2h h+ 壬 D% = ^-D\h h+ 加)46 4 6公称容积是指罐圆柱部分和底封头容积之和，其值为整数，一般不计入上封头的容积。

其计算公式如下：U 公才+岭斗"(仏+饨+：D )4o罐的全容积Vo ：DD X 一挽并atmS 一相邻丙爼揑拌胖闾距 H -ess®Ho —回柱高建如一渺柱高笑C _F 组搅拝器与琨庇距肉 h 一封头髙皮加一封头矩丰油誉皮 如一封头苴边芸復FT5 一羽板与祓生的西宵V 0=V,+ 2 匕=^-D 2+ 2(他 +1D)]4o如果填料高度为圆柱高度的"倍，那么液柱髙度为：H L = H^ + h a +h h装料容积V ：宀呦+3評如+他+存)装料系数//：二、通用式发酵罐的设计与计算1.设计内容和步骤通用式发酵罐的设计已逐渐标准化，其设计内容及构件见表6・6。