发酵罐的高度（不加椭圆封头）即筒体与锥体的高度 H=16+8.86=18.86 m
封罐之前，由于与外界接触，则罐内的压力只有液柱力，但如封罐以后，罐内压力上升，而封罐之后压力最大0.12Mpa。发酵罐内的液体全部装满时的最高工作压力为：
P最高工作压力=P表+P液柱=0.12+pgh
=0.12+1.012×18.86×103×10-6 =0.311Mpa 取其值为0.32Mpa
所以，Pc=1.1P工作压力=0.352Mpa 在此设计压力Pc取0.6Mpa S=PcDi/(2【б】tΦ-Pc)
=0.352×4000/（2×137×1-0.352） =5.15 mm
式中： Di—发酵罐内径 4000 mm
【б】—不锈钢许用应力【б】=137，出自《化工设备机械基础》 P319 Φ—焊缝系数Φ=1，双面对接头100% C—壁厚附加量
C1—钢板负偏差，C1=0.6
C2—腐蚀裕量，不锈钢，腐蚀裕微量，一般单面腐蚀C2=1,双面C2=2 C3—加工减薄量C3=0(冷加工C3=0，热加工C3=1mm)
Sn=S+ C1+C2=5.15+0.6+2=7.74mm
查《化工设备机械基础》P97表4-9得C1=0.60mm 圆整后取Sn=8mm
罐的筒体厚度为8mm的0Cr18Ni9钢板制作。
在《发酵工厂设计概论》和工艺手册中查得Dg=4000mm,一米高的筒节钢板重790kg,则16米的筒体重：
790×16=12640kg (2) 标准椭圆封头壁厚计算
一般中低压容积采用椭圆形封头，为了便于设计加工，本设计选用标准椭 圆形封头，也是用不锈钢0Cr18Ni9制作起许用应力【б】t137
S=PcDi/(2【б】tΦ-0.5Pc)+C
=0.352×4000/(2×137-0.5×0.352)+2.6 =7.74 mm
圆整后取Sd=8mm
由《发酵工厂设计概论》表15和《材料与零部件》（上）得：
表5-1 椭圆封头系数 公称直径 曲面高度 直边高度 内表面积 容积V б Dg(mm) H1 h F(㎡) m3 mm 4000 1000 50 17.9 9.02 8 (3)罐底锥形封头的设计选型
选用不锈钢【б】t=137的0Cr18Ni9制作，锥壳半顶角35°，可选用无折边不需加强锥形封头，便于收集和卸除这些设备。
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Sd=PcDi/(2【б】tΦ-Pc)cosα+C
=0.352×4000/（2×137-0.352）×1/cos30°+2.6 =8.55mm
无折边锥形封头锥体大端与圆筒连接时，应按下述方法确定连接处锥壳大端厚度，以Pc/【б】tΦ与半顶角值查《化工设备机械基础》图4-15：
Pc/【б】t=0.352÷137=0.00269 Q值为1.775 在增加厚度区域需增加厚度，由下式计算得： Sr=QPcDi/(2【б】tΦ-Pc)
=1.775×0.352×4000/（2×137×1-0.352） =9.133mm
圆整后取厚度为10mm，在任何情况下，加强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚度，锥壳加强段的长度L不得小于20.5DiSr/cos30=290.46mm
圆筒加强长度L应不小于20.5DiSr=270.3mm
圆锥体小端连接处的厚度无需加强，仍取10mm。 (4)进料管及排酒管的直径与选型
本设计选用直型接管及进料管为同一管道，与派酵母也为同一管道。 对于进料管与排酒管流量相差不大，可选用同一管径的管子。
该发酵罐实装醪液159.6m3
由工厂实际经验知，一般装满一发酵罐麦汁需要6h，则进醪速度： Vs=V/τ=159.6/（6×4000） =0.0074 m3/s 查《化工原理》（上）表1-1，高粘度流体的速度在0.5—1m/s，取发酵醪流速u=0.8m/s。
则管径D=4Vs/πu=4?0.0074（=0.108m /3.14?0.8）则管径取125mm 在《材料与零部件》（上）P154查得Φ133×4的无缝钢管内径为：di=125 校核： u=4Vs/πdi2
=4×0.0074/(3.14×0.1252)
=0.6m/s,
（在0.5—1m/s范围内，所以可采用此管。）
表5-2 管法兰连接尺寸 （mm） 公称直径PN0.6MPa DN D K L Th n 125 240 200 18 M16 8
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(5)冷媒进出管
由前面的冷量衡算可知，发酵过程冷媒流量为32819.32kg/h,设酒精密度 为971kg/m3。为三段冷却，三个冷媒进口管。
所以管内流量为：
Vs=32819.32/(971×3600) =0.00937 m3/s
查《化工原理》酒精属于低黏度流体，流速范围在0.5—3.0m/s。 取冷媒流速u=2.5 m/s。则冷媒进出口管径：
D=4Vs/πu
=4?0.0025 （/3.14?2.5） =0.069m 取D=69 mm
查《化工设备机械基础》表2-6.管子规格选用Φ57×3.5的无缝钢管，其内径di=0.05m 校核 u=4Vs/πdi2
=4×0.00937 /（3.14×0.052）
=2.5 m/s （在0.5—3.0范围内，符合要求。）
表5-3 管法兰连接尺寸 （mm） 公称直径PN0.6MPa DN D K L Th 50 140 110 14 M12 n 4 (6)发酵罐夹套的选取 a．冷却面积的计算
F=Q/Kt
由于发酵时产热高峰为860×4.18kJ/（L.h），则每罐放热高峰：
Q=860×4.18×V有=860×4.18×199.5=717162.6kJ
采用夹套安装罐外壁，用间接冷却法冷却，冷却介质为酒精，分三段冷却，冷却介质进出口温度为-8℃和0℃。 发酵前期
平均温度：6℃→6℃
-8℃→0℃ 14℃→6℃
△tm=（△t1- △t2）/In（△t1/ △t2） =（14-6）/In（14/6） =9.4℃
取夹套传热系数为K=4.18×220kJ/(m2.h. ℃)
∴ 冷却面积F=Q/K△ tm
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=717162.6/（4.18×220×9.4）
=82.96m2 发酵后期
平均温差：6℃→-1℃ -8℃→0℃ △t1=t1-t2=6℃ △t2=t2-t1=7℃
△tm=（△t1-△t2）/In（△t1/△t2） =（6-7）/In（6/7） =6.5℃ ∴冷却面积F=Q/(K△tm)
=717162.6/(4.18×220×6.5) =119.98m2
由于发酵后期散热较大，故以后期面积119.98m2为准，对于单酿C.C.T发酵，一次冷媒直接蒸发冷却。 b.夹套各段比例：
一般为三段夹套冷却，大概比例为上段30%、中段55%、下段15%，故： S上=119.98×30%=35.99㎡ S中=119.98×55%=65.99㎡ S下=119.98×15%=17.99㎡
上段距发酵液面15cm排列，中段在筒体的下部距支座底15cm向上排列，锥底尽可能接近排酵母口排列。
各段高度：
S上=35.99㎡=πDh上 h上=2.87 m S中=65.99㎡=πDh中 h中=5.25 m
S下=17.99㎡=0.5πDh下h下 h下=1.69 m (7) CO2排出管及CIP清洗管
CO2排出管与CIP清洗管都安放在封头上，又设CO2管与清洁管径一致，洗涤发酵罐经过三次，第一次进碱，第二次进清水，第三次进消毒水。又设洗涤时间为0.5h。消耗的CO2的体积为2.22 m3
则洗涤体积流量Vs=Q/t=2.22/1800=0.00133m3/s 查《化工原理》（上）P20表1-1，自来水流速范围1--1.5m/s，取洗涤水流速为1.3m/s，则管径为
0.5
D=4Vs/πu=(4×0.00133/3.14×1.3) =0.0361m
取40mm
查《化工设备机械基础》P56表2-6，选用Φ45*2.5的无缝钢管，其内径为di=0.040m 校核：u=4Vs/πdi2
=4×0.00133/3.14×0.0402
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=1.06m/s，（在范围内，满足要求。）
表5-4 管法兰连接尺寸 （mm） 公称直径PN0.6MPa DN D K L Th n 40 130 100 14 M12 4 (8)其他选型
a.温度计的接管： 查表得到温度计的接管应选用Φ14×3的无缝钢管 b.入孔和试镜的选择 由《材料与零部件》，设备内径大于2500mm的应该有两个入孔标准，椭圆封头上的入孔选用Dg450的圆形入孔，普通碳钢制造。总高H=233mm,另外封头的试镜取Dg125mm的。筒体的下部也安装一个同样的圆形入孔，也由普通碳钢制造。 c.取样塞得选取
取样塞主要作用是在发酵后期储酒过程中，不同时间取发酵醪来检测，看是否符合标准，情况是否正常，还能通过此口来检测罐内CO2的浓度，由于此流量不大，内径取10mm就够了。
d.支座的选取
发酵工厂设备常用支座分为卧式支座和立式支座，其中卧式支座又分为支腿，图型支座和鞍型支座三种，立式支座也分为三种：悬挂支座，支撑式和裙式支座。对于公称容积为75立方米以上的发酵罐，由于设备的总重量较大，应选用裙式支座。本设计的罐体容积为230立方米，故选用裙式支座。 e.安全阀与压力表
在锅炉，管道和各种压力容器中，为了控制压力不超过允许的数值，需要安装安全阀。安全阀能根据介质工作压力自动启闭。
5.4设备选型表格：
椭圆封头 椭圆封头系数表 公称直径 曲面高度 直边高度 内表面积 容积V Dg(mm) H1 h F(㎡) m3 4000 1000 50 17.9 9.02 进料管及排酒管的直径与选型 管法兰连接尺寸 （mm） 公称直径PN0.6MPa DN D K L Th 125 240 200 18 M16 冷媒进出管 管法兰连接尺寸 （mm） 公称直径PN0.6MPa DN D K L Th 50 140 110 14 M12
30
б mm 8 n 8 n 4