2022年生物反应器设计-Microsoft-Word-文档 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 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：12345全容： 20 容积系数： 75% 径高比： 1:2 0 锥角： 90 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：名师归纳总结 1生物反应器课程设计指导书第 1 页,共 18 页2化学工艺设计手册3机械设计手册4化工设备- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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 2022-11-15 第一节 发酵罐的化工设计运算一、发酵罐的容积确定 在选用时 V 全=20m 3的发酵罐 就 V 有效= 全×=20× 75%=15m 3为容积系数二、基础参数挑选 1D:H: 选用 D:H=1:2 2锥角：0 取锥角为 903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的确定名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由 D:H=1：2,就锥体高度 H1=D/2tan450=D/2450为锥角的一半 封头高度 H2 圆柱部分高度 H3又由于： V全=V 锥+V封+V 柱4× D 2× H3所以得到： 20=3× D 2/4 × H1+24× D 3+ 20=24D 3+24D 3+53 D16 20=1.243 D3 得：查 JB-T4746-2002椭圆形封头和尺寸取发酵直径 D=2600mm 再由 V全=20m 3,D=2.6m 得径高比为：由 D=2600mm查表得 椭圆封头几何尺寸为：h1=650mm h0=40mm 23筒体几何尺寸为：H=3094 23锥体的几何尺寸为：h0=40mm r=390mm H=1502mm 名师归纳总结 F=4d2sina0.70.3cosa20.642第 3 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - V=24d3tga0.70.3cosa20.722就：锥形罐总高： H=650+40+3094+40+1502=5326mm 总容积：3：15/22.51=66.7% 实际布满系数罐内液柱高：H丿=153 .3 .57*102+1502+40=mm *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 S0= 2PD内P+C t式中： P=2.75 kg/cm2 t ：A3钢工作温度下的许用力取1520 kg/cm2：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=C 1+C2+C3钢板厚0.18 - - - - - - 度25 负偏差 C1查表得： C1：钢板厚度的负偏差取 0.8 负偏差 C 2：腐蚀裕量取 2 C 3：制造减薄量取 0.6 就：名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - S =6.02 取 S0=7mm 直角边 h0=40mm 校核 =PD 中/4S 0*D中/2h 1 2*650 =2.75*2600+7/4*7*2600+7/ =513<= t P设=1.1* p 工作+p 静2 S=PD/2 -P+C 取 S=7mm 校核 2=P 设D中/2S = 3 . 42 * 2600 7 3 . 42 * 2600 7 2 * 72 * 7t=512.2<= 3锥形封头1过渡区壁厚C1=0.6,C 2=2,C3=0.6 S=K P 设 Dg/2 t-0.5P+C P 设2其中 0.9 为静压折边锥体的系数 K 值名师归纳总结 r/Di 第 5 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 010 020 030 035 040 045 050 055 060r 为锥形半径 375mm,Di=D 内+2r1-cos 0 =45S=K P 设 Dg/2 t-0.5P+C =0.8181*3.74*2600/2*1520*0.9-0.5*3.74+C =7955.2/2734.13+C 2锥体S=f* PDg / tt-0.5P+C S0= f* P设 Dg/ -0.5P =1.4*3.74*2600/1520*0.9-0.5*3.74 f=1/cosS=S0取 S=10mm h0=40mm 校核锥体所受的最大压力处 =1/0.7=1.4 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - =PD中/2scos450 =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=6mm R 内=0.9Dg=0.9*2600=2340mm R 内/100S0由上图知 B=160 P=B*S 0/ R =0.41kg/cm内=160*6/2340 2>0.3 kg/cm2 满意要求取 C1=0.8 , C2=2, C3=0.8 就 S=S0+C=2筒体 设 S0=6名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由上表知： B=195 P=195*6/2600=0.45/ 2>0.3 / 2 S0=6 故可取 C1=0.6 ,C2=2 ,C 3=0.6 就 S=S0+C=9.2mm取 S=10mm 3锥形封头 由于：0 =45 0<<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*1502/2*tan45 0=1502 取加强圈心线间椎体长度为 751 设 S0=6D/S0=2600/6 查上图知 B=208 P=BS0/D=208*6/8>0.3/ 2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 h 0=40圆筒壁厚 10锥形封头壁厚 12 h 0=40五锥形罐的强度校核 1内压校核 液压试验 P试设名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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23 .3.2液压试验 P 试2查得 A3 钢2 =2400kg/cmDgSC试=、2S C =4.68 2600122* 122 =cm2 试=0.9*0.9*2400=1944可见符合强度要求,试压安全2、外压试验以内压代替外压2 P试2P内试故可知试压安全3刚度校核本例中答应 S=2*2600/1000=5.2mm 而设计时取壁厚为 S=10m,故符合刚度要求公式：S 最小=2 1000 D 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 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二、总发酵热运算 Q=q*v=119*15=1785 /hr q 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2 =8.0*4.3-10.24=24.16冷却剂流量为三段冷却 u=1m/s 3*15.054*10-4*1=4.52*10-3m 3/s 查得 20%V/V酒精溶液t平=-3下的3 =976kg/m C · 冷却剂的冷却才能为 : Q=7.248*10-3*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135,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=KA tm求的冷却面积；1传热系数 K 的确定1醪液 1的运算t24 6 8 10 t 1+t 22 C 25 150 170 185 204 1=0.64*C*4t 1名师归纳总结 =0.64*185*4135第 10 页,共 18 页 =19kcal/m2· h· 2 冷却夹套的 2 的运算- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 潮湿周边 =80+80+4*8.0 +2*43-1 =276mm de=4*流体流淌截面面积潮湿周边de= 20%V/V酒精在定性温度 t=-4-2/2=-3下 *10 3Pa· s · C · =4.358*10 3J/kg · 3 =976kg/m u=1m/s 4 Re=du / =9750=10 2 /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 b2+13+Rs 212=1+Rs + A 1KAa 1A 1A2A 32 A1 2 A2 2 A3 Rs1 2h/kcal Rs2 2h/kcal 1 2h2 2h名师归纳总结 2h第 11 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 带入数据可得：1=14.564hh+0.000675*14. 564h+4 .0 .01562+14. 564K193.5*14.42614.426h54*14.2064.*14. 562+0.000307*14.56414.562h =14.36*10-3所以： K=69.6kcal/ · 注：h 为假设夹套高度 m 1醪液放热 Q醪=Q1+Q2降糖放热 Q1=N*q*V1 N-简体部分所占醪液量： 16489kg q- V1 -2Q1=16489*0.055*10降温放热 Q2=N V2 V 2 /hv Q2名师归纳总结 所以 Q醪=Q1+Q27第 12 页,共 18 页 2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28 t0 附 - 太阳辐射传热和热传导的附加温度 t内 罐体内最低温度41=11+12+223+334+15KFA1 AAA0A K-总传热系数 kcal/m2h F-2 传热运算面积 m2h- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - A2 12A22A32A42A5 1 2 3 1 2h 2 2h 3 2h0 2h Q3=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：111122233415KFA1 AA3 A0A Q4=1.1KFt外平+t 0 附-t内 =1.1*13.6*31 3总冷却量的确定 Q=Q 1+Q2+Q3+Q4由 Q=KA tm 的2h名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - tm=t 1t2lnt 1t2 tm- 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=KA tm 可得 A=Q/K tm 2 就醪液的冷却负荷为：3/T>0.3 m 3/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 积为 15.32 取相邻两槽钢间距为 30mm 一圈槽钢长： l0=3. 14*2 .6220.12224 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/T 2锥体部分 锥体部分醪液量为 : 锥体部分冷却面积为 : 8 号槽钢筒体冷却段面名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 S补=d*S01=45*0.52=0.85cm D2D760484选用带颈视镜 Pg6Dg150JB595 64 4 补强圈尺寸确定如下：内径 D1=163mm 外径 D2=300mm 补强圈的厚度 S补按 S 补=d*S0/D2-D1mm 考虑罐体与视镜筒节均有肯定的壁厚裕量,故补强圈取 6mm 2 回收接管 YB804名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 安装；10mm,设备在现场就位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；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 6. 设备应进行以下试验：/cm 22气压试验夹套内22罐内 3kgf/cm夹套内 3kgf/cm2535 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mm5326 总 容 积m 3 2 有 效 容 积m 3 15罐 利 用 率 66.7% 材 质 A3钢钢板厚度：圆柱部分 mm 10 上 封 头mm 10 圆 锥 部 分mm 12 工作压力 kg/ ：罐内 2. 5 工作压力 kg/ ：罐外名师归纳总结 冷却形式槽钢盘绕罐体的三段冷却第 17 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 冷媒20%酒精溶液 -4 名师归纳总结 冷却面积m 2 15.75 第 18 页,共 18 页工 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- - - - - - -