啤酒發(fā)酵罐設(shè)計(jì)

一罐法發(fā)酵，即包括主、后發(fā)酵和貯酒成熟全部生產(chǎn)過程在一個(gè)罐內(nèi)完成。 

1  發(fā)酵罐容積的確定：

根據(jù)設(shè)計(jì)每個(gè)錐形發(fā)酵罐裝四鍋麥汁，

則每個(gè)發(fā)酵罐裝麥汁總量V=59.35×4=237.4 m3

錐形發(fā)酵罐的留空容積至少應(yīng)為錐形罐中麥汁量的25%

則發(fā)酵罐體積至少應(yīng)為237.4(1 25%)=296.75 m3, 

取發(fā)酵罐體積V全為300 m3。

2發(fā)酵罐個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定：

發(fā)酵罐個(gè)數(shù)N=nt/Z8×17/4=34 個(gè)

式中n—每日糖化次數(shù)

t—一次發(fā)酵周期所需時(shí)間

Z—在一個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)容納一次糖化麥汁量的整數(shù)倍

錐形發(fā)酵罐為錐底圓柱形器身,頂上為橢圓形封頭。

設(shè)H:D=2.5：1，取錐角為70°，則錐高h(yuǎn)=0.714D

V全=лD2H/4лD2h/12лD3/24

得D=5.1 mH=2.5D=12.8 mh=3.6 m

查表知封頭高h(yuǎn)封=ha hb=1275 50=1325 mm

罐體總高H總= h封 H h=1325 12800 3600=17725 mm

3 冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸確定：

因雙乙酰還原后的降溫耗冷量最大，故冷卻面積應(yīng)按其計(jì)算。

已知Q=862913 kJ/h

發(fā)酵液溫度14℃→3℃

冷卻介質(zhì)（稀酒精）-3℃→2℃

△t1=t1-t2′=14-2=12℃

△t2=t2-t1′=3-（-3）=6℃

平均溫差△tm=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2) 

=(12-6)/ ㏑(12/6) 

=8.66℃

其傳熱系數(shù)K取經(jīng)驗(yàn)值為4.18×200 kJ/(m2*h*℃)

則冷卻面積F=Q1/K△tm 

                   =862913/（4.18×200×8.66）

                   = 119.2 m2

工藝要求冷卻面積為0.45~0.72 m2/ m3發(fā)酵液

實(shí)際設(shè)計(jì)為119.2/237.4=0.50 m2/ m3發(fā)酵液

故符合工藝要求。

選取Ф109×4.5半圓形無縫鋼管作為冷卻管，d內(nèi)=100mm，d平均=105mm

每米管長冷卻面積F0=105×10-3×1=0.105 m2

則冷卻管總長度L=F/ F0=119.2/0.105=1135 m

筒體冷卻夾套設(shè)置二段，且均勻分布。

每段冷卻帶管長L0=L/n=1135/2=567.5 m

取蛇管圈之間的間距hp=0.12m，蛇管圈直徑Dp=5.1 0.018 0.105/2=5.17 m

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

每段冷卻帶圈數(shù)Np=L0/l=567.5/16.4=35圈

則每段冷卻帶蛇管高度h0=(35-1) ×0.12=4.08 m 

冷卻夾套的位置：柱體上段夾套的頂部一般設(shè)置在酒液液面以下375px，下段夾套的頂部則設(shè)在50%酒液總?cè)菀韵?75px，錐角夾套盡量靠近錐底，向上排列。

發(fā)酵罐內(nèi)液體浸沒筒體高度：

H1=（V醪-V錐）/S罐

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

=10.43 m

則柱體上段夾套在筒體的頂部高度H2=10.43-0.15=10.28 m

下段夾套在筒體的頂部高度：

H3 =（50% V醪-V錐）/S罐-0.15 

=4.61-0.15 

=4.46m

兩冷卻夾套間距H′=H2-h0-H3=10.28-4.08-4.46=1.74 m 

設(shè)兩個(gè)溫度傳感器，其位置底部一個(gè)設(shè)在柱體的底部，

與下段夾套底部距離為750px上面一個(gè)則設(shè)在上部冷卻夾套的下面，與上段夾套底部距離也為750px。

設(shè)兩個(gè)可關(guān)閉的人孔，其直徑為1250px，下部人孔在錐體最下端流出口處上部人孔在酒液液面以上，其在筒體的高度為10.60m。

4發(fā)酵罐壁厚計(jì)算：

S=PD/（2[σ]φ-P= C（cm=式中 P—設(shè)計(jì)壓力,現(xiàn)取P=0.2 MPa

D—發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=510 cm

[σ]—不銹耐酸鋼（1Cr18Ni9Ti=的許用應(yīng)力，[σ]=137 MPa

Φ—焊縫系數(shù)，其范圍在0.5]1之間，現(xiàn)取φ=0.7

C—壁厚附加量（cm= C=C1 C2 C3

C1—鋼板負(fù)偏差， C1=0.5 mm

C2—為腐蝕裕量， C2=0 mm

C3—加工減薄量，對(duì)冷加工C3=0，熱加工封頭C3=10%S0 現(xiàn)取C3=0

則C=0.5 0 0=0.5mm=1.25px

   S=0.2×510/（2×137×0.7-0.2

     = 0.05

     =0.58 cm

查鋼材手冊(cè)圓整為S=6 mm

封頭壁厚計(jì)算：

標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)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 

則S=0.2×510/（2×137×0.7-0.2

    = 0.15

   =0.68 cm

查鋼材手冊(cè)圓整為S=8 mm 因錐形發(fā)酵罐置于露天（錐部置于室內(nèi)=，為了進(jìn)行良好的保溫，以降低生產(chǎn)中的耗冷量，故在罐外壁加500px厚的聚酰氨樹脂作為保溫層，在保溫層外用瓦楞型板材設(shè)一外防護(hù)層。

5 排料管直徑的確定：

每罐發(fā)酵液量為58.40×4=233.6 m3,設(shè)4h之內(nèi)排空，

則物料體積流量Q=233.6/3600×4=0.0162 m3/s

取發(fā)酵液流速為v=1 m/s

則排料管截面積F=Q/v=0.0162/1=0.0162 m2

管徑d=[F/(л/4)] 1/2

         =[0.0162/(л/4)] 1/2

         =0.144 m

選取無縫管Ф159×4.5,d內(nèi)=150 mm, d內(nèi)[d,故可滿足要求。

管道截面積F′=(л/4) ×0.152=0.0177 m2

則相應(yīng)流速比P=Q/ F′V=0.0162/0.0177×1=0.92倍

排料時(shí)間t=4×0.92=3.68 h