生物工程工厂设计概论
D 22DD 椭圆部分体积：v2??R2h2 h2? R?
342 圆柱部分体积：v1?0.785D2h1 h1? 所以，v总?v1?v2?0.785?D??190.38m
2243?D3??3 得 D=7.14 m 圆整得： D=7.2 m 则 那么，h1?3.6 m
v总?195.33 （m3）
h2?1.8 m R?3.6 m
5.2、管径计算
5.2.1 排气管
排气管截面积与锅底面积： d 2 / D 2 =(1/30-1/50) 取 1/40 d--排气管直径 D--煮沸锅直径d 2 / D 2 =1/40 d?7.22?1?1.14 m，取整 40d=1140mm，取 Φ 1100× 10mm 复核 d 2 / D 2 =(1140 / 7200)2 ?1/40 复合要求。 5.2.3 麦汁进口管
糖化一次可煮沸 73.80 m3 麦汁，设 30 min内装完一次糖化量，则： VS =73.80/(30× 60)=0.041 m3 / s 而麦汁的流速V=0.5--1 m / s ，现取V=0.55 m / s A= 0.041/0.55=0.075m 所以d?4A?0.308 m=308mm 圆整后取 310mm，查化工原理上册知 Φ 325
2?× 12mm.
5.2.4 蒸气进口管
在糖化过程各步骤中， 麦汁煮沸耗热量 Q6 最大， 且知煮沸时间为 90min， 热效率 95%，故蒸汽进口管能满足最大进气量，就满足该设备的需要。 由之前的计算可知
Qmax ——每小时最大蒸汽耗量，KJ/h。
mD——最大蒸汽耗量，Kg/h。
max设有两个蒸气进口管 Φ
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则每个管子最大蒸汽进量
mD?14396?2?7198?kg/h?=2.00(kg/s)
0.3Mpa 下 ρ蒸汽 = 1.6501kg / m 3
vs =
汽m/?D蒸汽 = 2.00/1.6501 = 1.212 m 3 / s
查 《发酵工厂工艺设计概论》得：在饱和蒸汽 0.3Mpa（表压）下， ?= 20 ~ 40m / s; 取?= 30m / s,则
d?4vs汽?0.227m 圆整到 d=245 mm
?? [20,40] ；符合要求 ?= 4vs /(?d2 ) = 25.72 m / s ∈查表知取 Φ245× 10 符合要求。 5.2.5 冷凝液出口管计算 设有两个排出管
D冷水?0.95mD?13676.2?kg/h?
max0.3Mpa 下 ?水?932.0kg/m3
3?/??14.67/h?0.0041m/s VsD冷水水m3?= 0.5 ~ 1.5m / s, 现取 ?= 1.0 m / s
d?4vs2???0.051 m =51mm 圆整后取55mm 则 ??2V?ds2?0.86m / s ∈
(0.5,1.5), 所以d=55mm， 查《化工原理》上册知应选 Φ 57 × 3 mm。 5.2.6 排料管管径计算
设在 20 分钟内排尽麦汁，且流速为1.0m/s， Vs = 73.80 ÷ 20 ÷ 60 = 0.062m / s 所以 d?4vs?? 12mm ?0.28m = 280mm 圆整后取300mm，查表知 Φ 325 ×
5.2.7 不凝气出口管径计算
vs不凝汽 = 2 × 0.05vs汽 = 2 × 0.05 × 0.503 = 0.1212m3 / s u为20 ~ 40m/s,
4vs不凝汽?0.072 m , 圆整后为75mm ， 应选取Φ76
现取u = 30m / s 所以d???× 4.5的钢管。
5.2.8、进水管管径计算
本设计将进水管安于进料管上，选择与进料管相同的管径即可，
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即?325?12 mm
5.3、壁厚计算
5.3.1、筒壁的厚度 （1）壁厚计算
S?
P?D2?????Pctic
其中：Pc—计算压力，MPa
D—煮沸锅内径，mm
it ???—煮沸锅壳体所用材料在设计温度下的许用压力，MPa ?—焊接接头系数
S—煮沸锅壳体的计算厚度，mm
前面已经算出锅内径Di=7200mm，工作压力P?P0??gh?0.135MPa
Pc?1.1?0.135?0.149 MPa
t选用不锈钢16MnR，查《化工设备设计基础》附录表9—1????170MPa ??0.8 采用带垫板的单面焊对接接头，局部无损检测。
c2?1 mm
S?0.149?7200??2?170?0.8?0.149??3.95 mm 则设计厚度Sd?S?C2?3.95?1?4.95 mm 查《化工设备设计基础》可知，C1?0.3 mm 则名义上得厚度为
S?S?C?5.25 mm 圆整后取名义厚度为6 mm
nd1复验Sn?600?6?600?0.36 mm >0.3 mm 故最后取
Sin?6 mm 符合水压试验
ees?T?又
e?p?D?S??/2S?0.9??ttT
tp???/????1,p??1.25p???/????0.186MPa(其中t<200°C，
npc?0.149MPa）
S?S
?C?4.7mm
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?s?345MPa,化工设备机械基础附表9—1
0.9????s?0.9?0.8?345?248.4
?t符合要求。 ?0.149??7200?4.7?/(2?4.7)?114.20?248.4 水压实验强度足够，
5.3.2、锅底厚度
由于采用外夹套加热，故根据本设计要求采用外压容器的方法计算锅底厚度，采用椭圆形锅底，锅底选用0Cr18Ni9不锈钢为材料。 外夹套通入0.33MPa蒸汽，而工作压力
pc=0.149MPa，假设名义厚度为
S
n?20mm，则有效壁厚Se?18mm
0inD?D?2S01n?7200?2?20?7600mm
h?h?S00?3600?20?3620mm
D/2h?7600/?2?3620??1.05
查《化工设备机械基础》表 5—3得：KI?0.50
R?KD0I0?0.50?7600=3800
R/S0c?3800/18=211.11mm
0.125?0.0006 查《化工设备机械基础》图5—11得 B=63， /R0Se所以：A?则计算许用压力：?p??比较
B?0.298MPa
R0/Sep与?p?,?p??pcc，故Se=18合适，可采用Sn=20mm厚的不锈钢板制造锅
底。
5.3.3、夹套壁厚
选用16MnR,?b?510MPa,?s?345MPa,??1,C2?1mm
pc?1.1?P?0.3?1.1?0.33
安全系数nb?3,ns?1.6
???t??b/nb?170MPa，许用应力???t?170MPa，夹层与筒体间距取100mm
D
夹i?7200?200?7400mm
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