年產20萬噸淺色啤酒工廠設計(任務書)-資料下載頁

　　

【正文】 鐘 換熱面積： F=Q1/（ K△ tm） 24 G==（㎏ /h） 其中 為冷麥汁的量 C= 千卡 /（㎏ ℃ ） Q1=GC(t1t2)= （ 946） =（千卡 /時） 其傳熱系數 K 值取 4500[千卡 /（時 ℃ ㎡） ] △ tm=(△ t1△ t2)/㏑ (△ t1/△ t2) =[(t1t2’) (t2t1’)]/㏑ [(t1t2’)/ (t2t1’)] =[144]/ ㏑ (14/4) =℃ F=Q1/（ K△ tm） =(4500) =(㎡ ) 重點設備的設計選型 糖化工段的重點設備：煮沸鍋的單體設計 煮沸工藝 : 麥汁的煮沸時間對啤酒的質量影響很大，在常 壓下煮沸，淡色啤酒 (10%12%)的煮沸時間一般在 90120 分鐘，濃色啤酒可適當延長一些。在加壓 MPa 條件下煮沸，時間可縮短一半左右。合理的延長煮沸時間，對蛋白質的凝固、提高酒花利用率和還原物質的形成是有利的，對泡沫性能不利。過分的延長煮沸時間，不僅經濟上不合理，麥汁質量也會下降。例如 :麥汁色澤深、口味粗糙、苦味減輕、泡沫不佳等，對淡色啤酒來說影響更嚴重一些。因此合理的煮沸時間是很重要的。 本次煮沸工藝是按照常用煮沸方法設定 78OC麥汁打入煮沸鍋進行煮沸。在麥汁淹沒內加熱器加熱區后往 內加熱器殼程中通入 MPa 155℃ 的飽和蒸汽，麥汁由 92℃ 加熱到 1040C 并維持一段時間。其整個煮沸過程如下 : 在煮沸鍋內麥汁從 780C 升至 1000C 約 22m in 內 。 1000C 預煮沸 l0min 左右 。 煮沸溫度從 1000C 升至 102104 0C 約 1015min 內 。 在壓力 ,溫度 1021040C 下煮沸 35min 左右 。 蒸汽在 15min 內卸壓麥汁降至 1000C。 在 100℃ 后煮沸 IOmin. 鍋體設計 采用圓筒球底內加熱式煮沸鍋 進入煮沸鍋的麥汁量 = V有效 = 取充滿系數為 ,所以 V鍋 =30m3 采用圓柱形鍋身，球形鍋底 設鍋的徑高比為 2:1，即 D/H=2:1 球形鍋底高為 h=D/2，則有： 30=V=5/24* 則 D= 則 H=1800 mm， h=1800mm,D=3600mm 25 （ 1）形狀選擇 作為標準件的封頭，目前常用的主要有，橢圓形封頭，碟形封頭，半球形封頭，錐形封頭。 各種封頭比較如下 封頭形式 相同條件（材質、溫度、 D、δ）下的承載能 力 相同條件（材質、溫度、 P、D、 δ）下的壁厚 相同條件（材質、溫度、 P、D、 δ）下的壁厚金屬耗量 單位容積的表面積 制造難易程度 半球形 最 大 最 小 最 少 最 小 難 橢圓形 次 之 次 之 次 之 次之 易 碟形 再次之 再次之 再次之 與橢圓形封頭接近 易 帶折邊的錐形封頭 差 α大，則 δ大α小，則 δ小 與 α、 Dis 有關 與半錐角 α有關 較復雜 本設計力求承壓能力好，焊接容易方便的原則，下封頭采用球形，上封頭采用錐圓形的封頭。 （ 2）球形下封頭厚度與強 度計算 厚度： δ= PcDi/(4[σ]tφ－ Pc) Pc－計算壓力， Di－圓筒內直徑 , 3600mm δ－計算厚度 , mm φ－焊接接頭系數 , [σ]t－設計溫度下材料的許用應力，本設計封頭選鋼后號為的高合金材料 Q235A， 105 則 δ=3600/（ 4105） = δe=δ+C2=+= 查表 179 C1=,δn=5mm 強度： 計算應力 δ= =(3600+3)/(43)= δ=[σ]t=105 故符合標準 最大工作壓力 [Pw]= =431051/(3600+3)= 設液面高度 h V液 = V球 =*D3= V柱 ===4**h 得 h= h 總 =+= 鍋底承受壓力 P=pgh=1048**=27730Pa 標準大氣壓 P 總 =++= 取設計壓力為 (3) 折邊錐型封頭的設計 設計壓力 (標準大氣壓 )設計溫度 200℃ ,錐殼大端直徑 3600mm,大端過濾段轉角的半徑為 140mm,錐殼半頂角為 60 度 ,腐蝕余量 1mm,錐殼材料 Q235A,焊縫系數為 ,厚度與 26 主體一樣也為 6mm （ 1）鍋體材料選擇 選用型號為 Q235A. （ 2）鍋體壁厚的計算 由于本設計 選用球形封頭，球形封頭的薄膜應力較其它封頭為最小，邊緣應力影響也較小，為了焊接方便，標準上允許取封頭與筒體等厚度，本設計取 δ=6mm的不銹鋼板 (3) 鍋體重量計算 圓柱形鍋體的體積： V1 =πDiHδ = = m3 鍋底的體積： V2 =S 內 δ = = m3 錐形頂蓋 的體積： V3={[D+]}δ = = m3 ∴ G=( V1+ V2+ V3)ρ鍋 =(++)7800 =(㎏ ) 設升氣筒面積為料液面積的 1/40，則管徑 d 即 πd2/4=（ 1/40） πd2/4，即 d=550mm δ= PcDi=550(2105)= mm δe=δ+C1+C2+△ =+++=4mm 取鍋體重 3t，醪液重 22t 則 總重 G=3+22=25t 本設計選用八個支座 每個支座需承擔的負荷 Q=25/8= 按標準取 B 型耳式支座八支。 煮沸鍋加熱面積的計算 煮沸鍋的內加熱器和管殼式換熱器相似，可以采用管殼式換熱器的設計方法計算所需換熱面積。 傳熱計算中的兩個基本方程式 傳熱方程式 熱流體將熱量通過某固定壁面傳給冷流體的過程稱為傳熱。傳熱的基本方程式稱為傳熱方程式，以下式表示 : Q= kmF△ tm 式中 km換熱器的平均傳熱系數， W/(m2 K) F 傳熱面積， m2。 △ tm兩 個 流體之間的平均溫差， K。 由上 式 可 知，為求傳熱面積 F，必須先求取傳熱量 Q，傳熱系數 k 以及熱、冷流體間的平均溫差 △ tm. 27 內加熱器熱力計算步驟 整個麥汁加熱過程選取換熱量最大的兩個過程計算所需的換熱面積，分別是麥汁加熱段和加壓煮沸段。首先計算出每段所需吸收的熱量，并利用己知條件求出平均溫度及平均溫差，然后假設一個總傳熱系數后，計算出所需的換熱面積。得到內加熱器的基本模型。再校核總傳熱系數。如校核合格即可確立所需的內加熱器換熱面積。 兩個煮沸階段換熱面積的計算 1)麥汁加熱段 (700C1000C)的換熱面積計算 ① 平均溫度及平均溫度下的物性參數 tm = (70+100)/2=85OC 麥汁的物性參數 粘度 μ= s 密度 p = 1014kg/m3 導熱 系 數 λ= /(m K ) 比熱 CP =3 .968kJ/ （ kg K） tm =155OC 時 飽和蒸汽的物性參數 粘度 μ= s 密度 p = 汽化潛熱 r =② 麥汁升溫所需的熱量 Q1=CPG1(t2 t1)=(100 一 70)=2380667kJ G1 為麥汁的質量， Gl=ρˊ V ③ 流體的平均溫差 △ tm △ tm=[(Tit0)(T0ti)]/ln[(Tit0)(T0ti)] =[(15570)(155100]/ln[(15570)(155100)] =69℃ ④ 傳熱面積的計算 先假設這個階段所需的傳熱系數 K39。AB= 1200W/(m2K ) 相應可 以確定所需的換熱面積 K39。AB K39。AB =Q 1/ (△ tmK39。AB) =2380667x1000/(20x60x69x1200) =24m2 2)加壓煮沸段 (1040C)的換熱面積計算 ① 平均溫度及平均溫度下的物性參數 平均 溫 度 tm=104oC 麥汁的物性參數 粘度 μ= s 密度 p = 1008kg/m3 導熱 系 數 λ= /(m K ) 比熱 CP =3 .9785kJ/ （ kg K） Tm =155OC 時 飽和蒸汽的物性參數 粘度 μ= s 28 密度 p = 汽化潛熱 r =② 麥汁升溫所需的熱量 麥汁煮沸強度一般取 8%，但是考慮到加壓煮沸段的煮沸強度實際要比其它段強，因此在計算水份汽化所需熱量時，煮沸強度按 10%來計算 。 Q2= V總 39。x10%x(35/60)xr39。 =%x(35/60)= ③ 流體的平均溫差 加壓煮沸階段麥汁進口和出口溫度都是 1040C,△ tm = 510C ④ 面積的計算 先假設所需的傳熱系數 K39。’AB =1200W/（ m2K） 相應可以確定所需的換熱面積 F’’AB F’’AB = Q 2/(△ tm K39。’AB) =(35x60x51x1200)= 因為 F’’AB F’AB 所以取內加熱面積為 FAB = 24m2。取 的安全系數。因此實際選用的內加熱器面積為 FAB = FAB == 按照內加熱器的換熱面積，選用 Φ60的 1Cr18Ni9 不銹鋼管，壁厚為 2mm 總共為 90根。管長為 1600mm。這樣可得到實際的換熱面積 F 實 F 實 = 60x1600x =27m2FAB= 校核兩個煮沸階段的傳熱系數 KAB 1）、加熱階段的總傳熱系數 KAB 的校核 在麥汁煮沸過程中內加熱器殼程的飽和蒸汽是通過冷凝放熱對麥汁加熱的，所以在計算凝結氣向壁面放熱系數時用公式 qAB=Q1/F 來計算 1/KAB=1/α1+1/α2+d0/dm*b/λ+R0+Ri QAB=Q1/F=2380667/(27*20*60)= Re=qH/(rρˊ μ)=[*(**)]106=338 因 Re＞ 100，所以必須用混流下的公式計算放熱系數： Pr=CPμ/λ=4329**103/= α1=λ(g/μ2)2/3*(Re100+)=8356W/(m2K) 不銹鋼的導熱系數 λ=17W/（ mK） Re=dμρ/μ=**1014/*103= Pr=cPμ/λ=3968**103/= α2=(m2K) 1/KAB=1/α1+1/α2+d0/dm*b/λ+R0+Ri =1/8356+1/+60/56+60/58*++09 = KAB=(m2K) 算得 K 值與開始計算中選用的 KAB 值相差為 （ ） /(1200*100%)=% 上述誤差在工程上是允許的。可以認為該內加熱器的設計可以滿足加熱段的傳熱要求。 2）、加壓煮沸階段的總傳熱系數 KAB 的校 核 凝結蒸汽向壁面放熱系數的確定可以借鑒加熱階段凝結放熱系數的計算 QAB=Q2/F=（ 35*60*27） = 29 則 Re=qH/(rρˊ μ)=[*（ **） ]106= Re＞ 100，則用混流下的公式計算換熱系數 Pr=cPμ/λ=4329**103/= α1=λ(g/μ2)2/3*(Re100+)=9037 W/(m2K) 不銹鋼的導熱系數 λ=17W/（ mK） Re=dμρ/μ=**1009/*103= Pr=cPμ/λ=**103/= α2=(m2K) 相對應的無相變時的總傳熱系數 KABˊ 1/KAB=1/α1+1/α2+d0/dm*b/λ+R0+Ri =1/9037+1/+60/56+60/58*++ = KAB=1136W/(m2K) 算得 K 值與 開始計算中選用的 KAB 值相差為 （ 12001136） /1200*100%=% 上述誤差在工程上是允許的。可以認為該內加熱器的設計可以滿足加熱段的傳熱要求。 鍋底開孔補強計算 設計數據：設計壓力 Pc= MPa；設計溫度為 200℃ ，標準球形封頭 Di=3500mm，封頭的厚度 δn=6mm，封頭中心設置 φ1505 的內平齊接管，開孔未通過封頭焊接，腐蝕余量C2=，封頭材料為 Q235A， [ ]t =105 MPa，接管材料 Q235A， [ ]nt =105MPa （ 1）計算壁厚 封頭： δn= PcDi/{4[ ]tφ Pc} =（ 3600） /（ 4105） = 接管： δt=Pcdi/{2[ ]ntφ Pc} =(140)/(2) = （ 2）需要補強的面積 A=dδc+2δc(δntC)(1fr) = =(mm2) 式中， C1 是接管壁厚負偏差，查表 179