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啤酒发酵罐设计
来源: | 作者:proaf70aa | 发布时间: 2017-07-06 | 1380 次浏览 | 分享到:

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,

则每个发酵罐装麦汁总量V=59.35×4=237.4 m3

锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%

则发酵罐体积至少应为237.4(1 25%)=296.75 m3,

取发酵罐体积V全为300 m3

2发酵罐个数和结构尺寸的确定:

发酵罐个数N=nt/Z8×17/4=34 

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

V=лD2H/4лD2h/12лD3/24

得D=5.1 mH=2.5D=12.8 mh=3.6 m

查表知封头高h=ha hb=1275 50=1325 mm

罐体总高H总= h H h=1325 12800 3600=17725 mm

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

△t1=t1-t2=14-2=12

△t2=t2-t1=3-(-3)=6

平均温差△tm=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2)

=(12-6)/ ㏑(12/6)

=8.66

其传热系数K取经验值为4.18×200 kJ/(m2*h*℃)

则冷却面积F=Q1/K△tm

                  =862913/(4.18×200×8.66

                  = 119.2 m2

工艺要求冷却面积为0.45~0.72 m2/ m3发酵液

实际设计为119.2/237.4=0.50 m2/ m3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平均=105mm

每米管长冷却面积F0=105×10-3×1=0.105 m2

则冷却管总长度L=F/ F0=119.2/0.105=1135 m

筒体冷却夹套设置二段且均匀分布。

每段冷却带管长L0=L/n=1135/2=567.5 m

取蛇管圈之间的间距hp=0.12m蛇管圈直径Dp=5.1 0.018 0.105/2=5.17 m

每圈蛇管长度 l=[(лDp)2 hp2]1/2 =[(3.14×5.17)2 0.122]1/2 =16.4 m

每段冷却带圈数Np=L0/l=567.5/16.4=35

则每段冷却带蛇管高度h0=(35-1) ×0.12=4.08 m

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375px下段夹套的顶部则设在50%酒液总容以下375px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:

H1=(V-V)/S

=[237.4-(1/12)×3.14×5.12×3.6]/[(1/4)×3.14×5.12]

=10.43 m

则柱体上段夹套在筒体的顶部高度H2=10.43-0.15=10.28 m

下段夹套在筒体的顶部高度

H3 =(50% V-V)/S-0.15

=4.61-0.15

=4.46m

两冷却夹套间距H=H2-h0-H3=10.28-4.08-4.46=1.74 m

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750px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750px

设两个可关闭的人孔其直径为1250px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=C1 C2 C3

C1—钢板负偏差, C1=0.5 mm

C2—为腐蚀裕量, C2=0 mm

C3—加工减薄量对冷加工C3=0热加工封头C3=10%S0 现取C3=0

则C=0.5 0 0=0.5mm=1.25px

  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

标准椭圆封头的厚度计算公式如下

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500px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

每罐发酵液量为58.40×4=233.6 m3,设4h之内排空

则物料体积流量Q=233.6/3600×4=0.0162 m3/s

取发酵液流速为v=1 m/s

则排料管截面积F=Q/v=0.0162/1=0.0162 m2

管径d=[F/(л/4)] 1/2

        =[0.0162/(л/4)] 1/2

        =0.144 m

选取无缝管Ф159×4.5,d=150 mm, d[d,故可满足要求。

管道截面积F=(л/4) ×0.152=0.0177 m2

则相应流速比P=Q/ F′V=0.0162/0.0177×1=0.92

排料时间t=4×0.92=3.68 h