2022年生物反应器设计-Microsoft-Word-文档.docx

精品学习资源生物反应器课程之啤酒罐设计任务书啤酒罐设计任务书班级： xxx同学： xxx课题名称：生物反应器设计啤酒露天发酵罐设计指定参数：1全容： 202容积系数： 75%3径高比： 1:24锥角： 9005工作介质：啤酒设计内容：1. 完成生物反应器设计说明书一份要求用A4 纸打印1) 封面2) 设计任务书3) 生物反应器设计化工运算4) 完成生物反应器设计热工运算5) 完成生物反应器设计数据一览表2. 完成生物反应器总装图一份用CAD绘图 A4 纸打印设计主要参考书：1. 生物反应器课程设计指导书2. 化学工艺设计手册3. 机械设计手册4. 化工设备欢迎下载精品学习资源5. 化工制图接受同学承诺：本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定任务接受同学签字 ： 生物工程教研室2021-11-15第一节发酵罐的化工设计运算一、发酵罐的容积确定3在选用时 V 全=20m的发酵罐3就 V 有效 = 全× =20×75%=15m 为容积系数二、基础参数挑选1D:H:选用 D:H=1:22. 锥角： 取锥角为 9003. 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，冷却介质采纳 20%、-4 的酒精溶液5罐体所承担最大内压： 2.5 / 3外压： 0.3 / 36. 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200 8. 内壁涂料：环氧树脂三、D、H的确定欢迎下载精品学习资源00由 D:H=1：2，就锥体高度 H1=D/2tan45 =D/245 为锥角的一半 封头高度 H2圆柱部分高度 H33又由于： V全=V 锥+V封+V 柱欢迎下载精品学习资源所以得到： 20=3×D/4 ×H1+224×D+×D×H324欢迎下载精品学习资源20=D3+2424D3+ 5D316欢迎下载精品学习资源20=1.243 D3得：查 JB-T4746-2002 椭圆形封头和尺寸取发酵直径D=2600mm3再由 V 全=20m，D=2.6m得径高比为：由 D=2600mm查表得 椭圆封头几何尺寸为：h1=650mmh0=40mm23筒体几何尺寸为：H=309423锥体的几何尺寸为： h0=40mm r=390mm H=1502mm欢迎下载精品学习资源F=d 242sin a20.70.3cos a0.64欢迎下载精品学习资源V=d 3242tga20.70.3cos a0.72欢迎下载精品学习资源就：锥形罐总高： H=650+40+3094+40+1502=5326mm3总容积：实际布满系数： 15/22.51=66.7%罐内液柱高：欢迎下载精品学习资源H丿= 153.57*10 2+1502+40=mm欢迎下载精品学习资源* 3.62 / 4四、发酵罐的强度运算一罐体为内压容器的壁厚 S 运算21.1为最大压力的倍数，在取值 1.05-1.1以内欢迎下载精品学习资源S0=2PD 内+CtP欢迎下载精品学习资源2式中： P=2.75 kg/cm2t：A3 钢工作温度下的许用力取 1520 kg/cm：焊接系数，本例采纳双面对接焊作为局部无探伤 壁厚附加量： C=C1+C2+C3欢迎下载精品学习资源钢板厚度 负偏差 C10.18-25欢迎下载精品学习资源查表得： C1：钢板厚度的负偏差取 0.8 负偏差C2：腐蚀裕量取 2 C3：制造减薄量取 0.6 就：欢迎下载精品学习资源S=6.02 取 S0 =7mm 直角边 h0=40mm 校核=PD中/4S 0 *D 中/2h 1 =2.75*2600+7/4*7*2600+7/2*650 =513<= tP设=1.1* p 工作+p 静2S=PD/2 -P+CC1=0.6,C 2=2,C3=0.6 取 S=7mm校核 2=P 设D中/2S=3.42* 26007欢迎下载精品学习资源2* 3.42 * 26002* 77 7欢迎下载精品学习资源=512.2<= t3. 锥形封头1过渡区壁厚S=K P 设 Dg/2 t-0.5P+CP设 2 其中 0.9 为静压折边锥体的系数 K 值r/Di欢迎下载精品学习资源010200030350400450500550600内r 为锥形半径 375mm，Di=D +2r 1-cos =450设S=K PDg/2 t-0.5P+C=0.8181*3.74*2600/2*1520*0.9-0.5*3.74+C=7955.2/2734.13+C2锥体S=f* PDg / t-0.5P+CtS0= f* P设 Dg/ -0.5P=1.4*3.74*2600/1520*0.9-0.5*3.74 f=1/cos=1/0.7=1.4S=S0取 S=10mmh0=40mm校核锥体所受的最大压力处欢迎下载精品学习资源0=PD中/2scos45=3.74*2614/2*10* cos450=697.2<= t 二 、锥体为外压容器的壁厚运算1标准椭圆封头内S 0=6mmR 内=0.9Dg=0.9*2600=2340mm R 内/100S0由上图知 B=160P=B*S 0/ R 内=160*6/2340=0.41kg/cm 2>0.3 kg/cm 2满意要求取 C1=0.8 ， C2 =2 ， C3=0.8 就 S=S0+C=2. 筒体设 S0 =6 欢迎下载精品学习资源由上表知： B=195P=195*6/2600=0.45/ 2>0.3 / 2S0=6 故可取 C1 =0.6 ， C2=2 ,C 3=0.6 就 S=S0 +C=9.2mm取 S=10mm03. 锥形封头由于：=450<<600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*1502/2*tan450=1502 取加强圈心线间椎体长度为 751 设 S0 =6 D/S0=2600/6查上图知 B=2082P=BS 0/D=208*6/8>0.3/ 故取 S0=6 C1=0.6 ， C2=2 ， C3=0.6 所以 S=S0+C=mm取 S=12综合前两步设计，取两者中较大的有生产体会确定 标准椭圆型封头厚度为 14 h0 =40 圆筒壁厚10锥形封头壁厚12 h0 =40 五锥形罐的强度校核1内压校核 液压试验 P 试设欢迎下载精品学习资源22由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危急设计压力 P 设液压试验 P 试2查得 A3 钢=2400kg/cmDg SC欢迎下载精品学习资源试=、=4.68=cm22 SC 26002*12123.23.2欢迎下载精品学习资源=0.9*0.9*2400=1944试可见符合强度要求，试压安全2、外压试验以内压代替外压22P试P 内试故可知试压安全3刚度校核本例中答应 S=2*2600/1000=5.2mm2而设计时取壁厚为 S=10m，故符合刚度要求公式： S 最小=1000D内其次节发酵罐热工设计运算一、运算依据计采纳 A3 钢作发酵罐材料，用 8 号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体两段，锥部一段，夹套工作压力为 2.5 / 2 冷媒为 20%V/V酒精溶液，T 进=-4 ， T 出为-2 ，麦汁发酵温度维护12°主发酵 5-6 天，封头及筒体部分保温层厚度为 200 ，锥底部分为 98 欢迎下载精品学习资源二、总发酵热运算Q=q*v=119*15=1785 /hrq 每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量v 为发酵麦汁量三、冷却夹套型号挑选选取 8 号槽钢起截流面积为 A=hb-截面积=8.0*4.3-10.24=24.16 2冷却剂流量为三段冷却u=1m/s 3*15.054*10-4 *1=4.52*10 -3 m3/s3查得 20%V/V酒精溶液 t 平=-3 下的=976kg/mC·冷却剂的冷却才能为 :-3Q=7.248*10 *976*1.04*2*2600=38293kcal/hr>8330kcal/hr故可选取 8 号槽钢为冷却夹套四、发酵罐冷却面积的运算考虑生产过程中，随着技术的改良，工艺曲线可能更换，按目前我国工艺曲线看，日降温量较大的为13 5，为了将来工艺更换留下余量，设计取13-5=8 /hr为设计的小时降糖量，就由 Q0=KAt m求的冷却面积；1传热系数 K 的确定1醪液1 的运算t 1+t 2246810C25150170185204欢迎下载精品学习资源41=0.64*C*t1t 2欢迎下载精品学习资源=0.64*185*4 135=19kcal/m2·h·2) 冷却夹套的 2 的运算欢迎下载精品学习资源潮湿周边 =80+80+4*8.0 +2*43-1 =276mm欢迎下载精品学习资源de=4 * 流体流淌截面面积潮湿周边欢迎下载精品学习资源de=320%V/V酒精在定性温度 t=-4-2/2=-3下*10 Pa·s·3C· =4.358*10 3J/kg · =976kg/mu=1m/sRe=du/ =9750=1402 /dReCp / =0.23*0.402/3*9750*1.04*5.05/3=1547kcal/hr ·m·由于运算时冷却盘管为直管的，先修正： = 2=1547*1+1.77*2.5/19.3·m·3) 筒体部分传热系数 K欢迎下载精品学习资源1=1+ Rs1 + b+1+ Rs2欢迎下载精品学习资源KA 2A21A222A3a1 A1A1A223A3欢迎下载精品学习资源122Rs2 h /kcal Rs2 h /kcal 1 h222 h h欢迎下载精品学习资源带入数据可得：欢迎下载精品学习资源1=14.564hK193.5 * 14.426h+ 0.000675 * 14.564 h14.426h+0.014.54 * 14.562+14.564206.4 * 14.562欢迎下载精品学习资源+ 0.000307 * 14.56414.562h=14.36*10 -3所以： K=69.6kcal/ · 注： h 为假设夹套高度 m1醪液放热 Q 醪=Q1+Q2降糖放热 Q1 =N*q*V1N-简体部分所占醪液量： 16489kg q-V1 -2Q1=16489*0.055*10降温放热 Q2 =NV2V2 /hvQ2所以 Q醪=Q1 +Q22外界与罐体的传热量3=KFt 外平+t 0 附-t内t外平 室外空气的平均温度 28t0 附 - 太阳辐射传热和热传导的附加温度7 t内 罐体内最低温度 4欢迎下载精品学习资源1= 1+KFA 11+1A 22+2A 33+3 A 410 A 5欢迎下载精品学习资源K-总传热系数 kcal/m 2hF-传热运算面积 m22 h欢迎下载精品学习资源2A1A22A23A242A512321 h22 h23 h20 hQ3=KFt 外平+t 0 附-t内=1.85*10%+1* 28+7-4B. 筒体部分：带入数据到下式：111231KFA 11A 22A 33A 40A 5Q4=1.1KFt外平+t 0 附-t内=1.1*13.6*313总冷却量的确定Q=Q 1+Q2 +Q3+Q4由 Q=KA tm 的2h欢迎下载精品学习资源tm=t1t 2lnt1 t2tm- 对数温度差t 1- 啤酒与冷媒进口温度差12-4=16 t 2- 啤酒与冷媒出口温度差 12-2=14 知Q=KAtm 可得 A=Q/K tm2就醪液的冷却负荷为：33/T>0.3 m /T故冷却面积能够满意要求；1筒体部分由前面表达可知，筒体部分相同的冷却段，选用8 号槽钢筒体冷却段面积为 15.32 取相邻两槽钢间距为 30mm一圈槽钢长：欢迎下载精品学习资源l0=3.14 *2.62 20.12 2欢迎下载精品学习资源24 圈就二段各绕 12 圈冷却段高度为 12* 80+30-40=1280mm筒体实际冷却面积为2/T2锥体部分锥体部分醪液量为 :锥体部分冷却面积为 :欢迎下载精品学习资源2绕制高度为 :200mm第三节 发酵罐附件的设计及选型选用人孔 AXB350 Dg450*6 H1=150 HG/T21616-2005材料 A3 钢补强圈尺寸确定如下：D内=484mm D外=760mm补强圈的厚度 S 补按下式运算，考虑罐体与人孔筒节均有肯定的壁厚裕量，故补强圈取6mm欢迎下载精品学习资源d *S补=D 2S0=D145 *7600.52484=0.85cm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源选用带颈视镜 Pg6Dg150JB595补强圈尺寸确定如下： 64 4欢迎下载精品学习资源内径 D1 =163mm外径 D2=300mm补强圈的厚度 S 补按S补=d*S0/D 2-D1mm考虑罐体与视镜筒节均有肯定的壁厚裕量，故补强圈取6mm2 回收接管YB804欢迎下载精品学习资源法兰 Pg6Dg40HG5010见发酵罐总装图YB804法兰 Pg6Dg50HG5010YB804法兰 Pg6Dg50HG5010Dg125球阀掌握酒量Dg50玻璃视镜观测 Y排放情形Dg50接管见发酵罐总装图第四节 发酵罐的技术特性和标准一、技术特性1. 本课程设计按 JB741-80 钢制焊接压力容器技术条件：及“ SB5111”不锈钢耐酸性钢及碳钢、类设备进行制作试验；2. 设备制造完毕后，设备内壁全部内外表焊缝须打磨平滑平缓过渡，但须保证用材料同样厚度；4. 设备安装后轴线对基础的不垂直度在全长上不大于10mm，设备在现场就位安装；5. 设备组焊后，封头简体锥形底的400 轴线在总高度范畴内的不垂直度15mm；欢迎下载精品学习资源6. 设备应进行以下试验：/cm22夹套内2气压试验罐 内 3kgf/cm22夹套内3kgf/cm 535 底漆层及面漆 2 层；35-1 红丹油防锈漆 2 层；9. 设备保温罐外喷聚氨厚度 200mm；二、发酵罐标准表圆柱锥底发酵罐的标准表名称20m3圆柱锥底发酵罐罐体规格：直径 mm2600柱 体 高 度mm3094总高度mm53263总容积m 23有 效 容 积m 15罐利用率66.7%材质A3 钢钢板厚度：圆柱部分 mm10上封头mm10圆 锥 部 分mm12工作压力 kg/ ：罐内2. 5工作压力 kg/ ：罐外冷 却 形 式槽钢盘绕罐体的三段冷却欢迎下载精品学习资源冷媒20%酒精溶液 -4 冷却2面 积m 15.75工 作温度：罐内0-12工 作温度：罐外-4 4外壁保温层聚氨酯硬质泡沫材料内壁涂料环氧树脂欢迎下载