第五章 糖化车间设备的设计及计算
一、煮沸锅的设计及计算
煮沸设备是糖化车间的重要设备，为了在麦汁煮沸时不带入空气，为了减少设备的投资以及提高热能的利用率，本设计采用不锈钢带内加热加压煮沸锅，并对二次蒸汽进行回收再利用，内加热器采用列管式加热器，加热蒸汽采用0.3MPa低压蒸汽，锅身材料选用1Cr18Ni9Ti不锈耐酸钢。 1．容积：
由物料衡算得煮沸前麦汁为543.7×195.4kg，则体积为： V有=543.7×195.4×1.04/(1.0475×1000)=105.5m3 取充满系数75% V总=105.5/0.75=140m3 2．.尺寸：
煮沸采用圆筒体球底，取圆筒体高H∶直径D=1∶2
则：D=1.15(140)1/3=7.63m 取D=8000mm H=4000mm 顶点排汽管径:d2/D2=1/30～1/50
取d2/D2=1/40 d=948mm 取d=950mm 顶盖高h=800mm 3．煮沸锅强度：
锅身采用不锈钢,受到的压强较小,因此壁厚可以按以下公式计算: 壁厚:S=PD/(2[σ]φ-P)+C
其中P为最大压力的1.05倍,取P=0.3Mpa 材料许用压力[σ]=127MPa φ取0.8 C为壁厚附加量取3mm
S=0.3×6000/(2×127×0.8-0.3)+3=11.8mm 取S=12mm 由于锅盖处承受压力较小，可取为6mm 4．(1)加热面积：
麦汁由98℃升至106℃，每小时耗用蒸汽量最大，该过程为10min。 Q=543.7×195.4×0.95×(106-98)×60/10=48.4×105kcal/h 采用0.3MPa的蒸汽温度为134℃
Δtm=(160-98)/ln((134-98)/(134-106))=31.8℃ 总传热系数K=1200kcal/(cm2·h·℃)
加热面积F=Q/(K·Δtm)48.4×105/(1200×31.8)=126.8 m3
30
(2)内加热器设计：
内加热器采用管壳式，固定管板，单管程列管。 取F=130 m3，则130=3.14×0.025×(3-0.1)×n
n=570 换热管选用φ=25×2不锈钢管，管长1500mm，管数为570根。 5．煮沸锅管路计算［查化工原理(上)］所有钢管均为热轧无缝钢管。 (1) 麦汁出口管至回旋沉淀槽：
每锅热麦汁体积(煮沸前)：543.7×195.4×1.04/1.084=10.2×104L 流量为：102/(30×60)=0.0567 m3/s,取麦汁流速为2.5m/s 管径：d=(0.0567/(0.785×2.5)1/2=0.169 取φ=180×5mm钢管 (2) 洗涤水管：
煮沸锅体积为140 m3，洗涤水量为容积的6%，十分钟洗完,流速为2m/s 管径d=(140×0.06/(10×60×2×0.785))1/2=0.094m (3) 蒸汽管路：
蒸汽流量为:(48.4×105)/(490×1.65×3600)=1.66 m3/s，流速为30m/s d=(1.66/(0.785×30))1/2=0.266m 取φ=299×8mm
不凝性气体出口管取φ=180×5mm (4) 排气筒冷凝水管取φ=68×4钢管。 (5) 麦汁进口管：
15min进完：V=543.7×102/1.08=50342L=50.3m3 取流速为：3m/s
d=(V/(0.785×3))1/2=(50.3/(60×15×0.785×3))1/2=0.154m 取φ=194×5mm
(6) 二次蒸汽管路计算：
取二次蒸汽流速为20m/s，煮沸40min
蒸汽流量为：(543.7×195.4×0.03)/(0.7407×40×60)=1.79m3/s 3kg/cm2压力下密度为0.7407kg/m3
d=(1.79/(0.785×20))1/2=0.338m 取φ=377×9mm
二、其它设备设计及计算
本工艺采用三锅三槽体系，由于专业设备大多未标准化、系列化，因此要针对不同的生产工艺及产量进行不同的设备设计，现进行糖化车间的基本设备的简单计算： (一) 糊化锅：
采用圆柱形锅身，球形锅底及圆锥顶盖的结构。锅底设夹层，夹层采用直
31
接蒸汽加热(0.3MPa)，夹套耐压(0.6MPa)，锅底设有折叶浆式搅拌器，由电机通过立式涡轮减速箱直接带动叶片旋转,锅顶有排汽管及风帽，顶盖有人孔、照明灯及进料口，锅身采用不锈钢，锅内夹套用紫铜板。 1． 容积：
由物料衡算知糊化液量为： 5860＋29300＝35160kg 糊化醪液干物质百分比： 5860×(1－13％)/35160＝14.5% 因糊化醪密度为1059 kg/m3。
糊化锅有效体积为：V有＝31560／1059＝33.2 m3
取容量系数为60％，糊化锅容积为：V＝33.2/0.6＝55 m3 2． 尺寸：
设锅径高比为：D∶h1=2∶1
锅体积为：V=0.785D2h1+πh2(D2/8+h22/6)
解之可得： h1=2400mm=2.4m， D=4800mm=4.8m ，h2=1200mm=1.2m。 有效体积：有效体积应在人孔门边以下500mm来计算： V=0.785D2(h1-0.5)+πh22(D- h2/3)=54 m3
本设计采用圆锥顶盖,顶盖150o， d2/D2＝1/40(d为排汽管直径) 故d＝760mm，锅盖高度取600mm。 (二) 糖化锅：
糖化锅是圆柱形器身，略带锥形夹层底和弧形顶盖的容器，底部附有夹套，采用0.3MPa蒸汽加热，锅底处设有浆式搅拌器，锅底设有一个糊化醪进料管及一个通往煮沸锅的出料管。锅盖设有一个人孔和照明灯，顶部有排气管，设备材料可用不锈钢。 1．容积：
由物料衡算知醪液量为： 83180＋5860＋13680＝102720kg 糖化醪干物质百分比：
［5860×(1－0.13)+13680×(1-0.06)］/102720=17.4％ 查表知：其密度为1070kg/m3。
设有效体积不小于V有＝102720／1070＝96m3
设D∶h=2∶1，一般有效容积按人孔门边以下500mm计算， V总= V有/0.75=96/0.75=128 m3 2．尺寸：
128=0.785×4h3+πh(4 h2/8+1/6)
32