发酵罐锥底支撑结构设计及优化.pdf

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1、2015年第6期广东化工第42卷总第296期www．gdchem．corn159发酵罐锥底支撑结构设计及优化贾晓丽，夏冬梅，杨伟杭(佛山职业技术学院，广东佛山528137)【摘要】发酵罐是化工生产中应用最广泛的设备之一。文章对非标发酵罐锥底的支撑结构进行设计并优化。以某酒精厂发酵罐为例，应用ANSYS软件对所设计支撑结构受力进行了有限元分析，验证了该支撑结构的安全性和可靠性，并在此基础上进一步优化。文章对化工设备中锥底结构设计有一定的指导意义。[关键词】发酵罐：锥底；支撑结构；有限元分析【中图分类号】TH【文献标识码】A【文章编~．]1007—1865(2015)06-0159—

2、02DesignandOptimization0fSupportStructureforFermentorConicalBottomJiaXiaoli，XiaDongmei。YangWeihang(FoshanPolytechnicCollege，Foshan528137，China)Abstract：Ascommonchemicalequipment，fermentorsarewidelyusedinchemicalproductionprocesses．ThepaperaimstOinvestigatethesuppo~structureofconicalbouomforno

3、n—standardfermenters．TakingafermentorinaI1alcoholicplantforinstance．fmiteelementanalysisontllesuppoastructurehasbeenconductedbyusingANSYSsoftware．Thesafetyandreliabilityofthesuppo~structureareverified．Besides，basedontheanalysis，theoptimizationonthesuppo~structureisfulfilled．TheWOrkprovidesgui

4、danceforthedesignofconicalboRominchemicalequipment．Keywords：fermentor；conicalboRom；suppo~structure；finiteelementanalysis发酵罐是化工生产中的关键设备之一，在设计中应满足结构板36个均布，底板与锥底焊接，筋板一侧与底板连接，另一侧与简单、利于同体物料的输入输出、便于清洗等特点，因此，许多群座焊接。结构形式如图2(a)所示。由于支撑筋板与底板共同组发酵罐在设计中罐底多采用锥底结构形式，可以有助于固体物料成锥底的环形支撑部分，根据此类设备的受力特点，在简体与锥的卸除和

5、收集，从而有效防止沉淀与堆积的现象发生，还可以实底连接部分会产生较大的边缘应力【4】，因此必须确保锥底与简体现=^三死角清洗，有效避免发酵过程叶】染菌的发牛，而且便于加工连接部分不能出现强度失效，而合理确定支撑筋板、底板的结构制造，成本低⋯。尺寸是设计该结构的关键。在此结构中影响因素分别为底板厚度发酵罐采用锥底结构，锥底主体部分在内压作用下，最大薄6l，支撑筋板厚度62，支撑筋板底边高Ll和支撑筋板长度L2，膜应力发生在锥体和圆筒部分连接处。由于几何不连续性，曲率结构参数如图2(b、所示。半径突变，凶此该处会产生较大的横向推力，引起较大边缘应力，容易发生弯曲现象L2J。根据GBl

6、50．20ll《钢制压力容器》规定：对于锥壳半顶角a>60。，锥体厚度应按平盖设计，否则应按应力分析的方法进行校核【]】。在实际生产中，对于一些低压的大直径容器来说，虽然半顶角a>60。，但可以通过在锥底设计一定的支撑结构以满足要求，这样即能节省材料、降低成本，义安全可靠。本文以某酒精厂发酵罐锥底结构为例，设计带筋板和环形底罐板的支撑结构，并应用ANSYS软件对其进行验证分析与结构优化。l发酵罐结构设计参数发酵罐主体结构包括简体、上封头、锥底和群座。简体直径(a)(b)为DN6000mm，简体高105001／1111，壁厚为8rnrn，锥底角为12O。，图2支撑结构设计锥底厚度为

7、10mm，群座高3000，酵罐主体材质为Q235B，结构Fig．2Suppo~structuredesign如图l所示。该设备满水重约425吨，这对设备的安全性提出了较高要求，此所设计的锥底结构必须能满足静压力下的强度要3计算模型求。发酵罐主体材质为Q235B，选取一般钢材弹性模量E=2．1×l0MPa，泊松比O．3J，有限元模型采用二维四节点平面单元(PLANE42)】，通过ANSYS对筒体、锥底和群座建模，建好后的模型如图3所示。图l发酵罐结构Fig．1Fermentorst