國內(nèi)啤酒工業(yè)發(fā)酵罐設(shè)計(jì)現(xiàn)狀調(diào)查.doc

國內(nèi)啤酒工業(yè)發(fā)酵罐設(shè)計(jì)現(xiàn)狀調(diào)查 班級(jí)：生工XXX 學(xué)號(hào)：XXXXXXXXXX 姓名：XXXX【標(biāo)題】啤酒發(fā)酵罐設(shè)計(jì)現(xiàn)狀【摘要】最近幾年新建或擴(kuò)建啤酒廠工程，絕大部分采用了露天發(fā)酵罐的一罐法工藝。發(fā)酵罐作為非標(biāo)設(shè)計(jì)一直是工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵，直接影響啤酒生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)水平。本文就發(fā)酵罐設(shè)計(jì)中遇到的問題作了探討。【關(guān)鍵詞】啤酒 一罐法 發(fā)酵罐 結(jié)構(gòu)【外文標(biāo)題】The design of beer fermentation tank【外文摘要】In recent years new or expansion of beer plant engineering, the vast majority of open-air fermenter tank process. Fermentation tank as non-standard design is the key engineering design, direct impact on beer production and the level of engineering and design. In this paper, fermentation tank design problems encountered are discussed.【外文關(guān)鍵詞】Beer；One pot method；Fermentation tank；Structure一 引言隨著啤酒工業(yè)的不斷發(fā)展，我國啤酒生產(chǎn)規(guī)模日益增大，2000年我國啤酒產(chǎn)量達(dá)22313萬噸，居世界第二位。產(chǎn)量的提高是與采用先進(jìn)設(shè)備和工藝分不開的，其中包括國內(nèi)外比較先進(jìn)的露天錐形發(fā)酵罐被越來越多的啤酒生產(chǎn)廠家所采用，并且呈大型化趨勢(shì)，罐容可達(dá)400600m。這些罐排放酵母比較方便，可以將傳統(tǒng)主發(fā)酵和后發(fā)酵二個(gè)工序合在同一罐內(nèi)進(jìn)行，從而創(chuàng)造了一罐法發(fā)酵工藝。錐形罐雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于罐體過大，操作控制難度也加大，會(huì)給啤酒生產(chǎn)和質(zhì)量帶來嚴(yán)重危害，以下將從啤酒一罐法錐形發(fā)酵罐工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。二 一罐法發(fā)酵工藝錐形發(fā)酵罐一罐法發(fā)酵工藝主要是采用低溫主發(fā)酵、自然生溫12熟成的方法。三 錐形罐(圓柱錐底罐)的設(shè)備結(jié)構(gòu)1、罐容與材質(zhì) 目前國內(nèi)采用錐形發(fā)酵罐的罐容最大可達(dá)400600m，罐容應(yīng)與糖化能力匹配，容量系數(shù)為8085。材質(zhì)一般用碳鋼(Q235-A)或不銹鋼(OC，19Ni9)制成。由于不銹鋼價(jià)格昂貴，多數(shù)啤酒廠采用普通碳鋼加涂料。用碳鋼需內(nèi)壁涂環(huán)氧樹脂或T-541涂料防腐。T-541涂料是采用噴涂技術(shù)涂敷罐壁，涂層表面酷似搪瓷，光亮如鏡，致密無微孔。既有優(yōu)良的防腐性能，又便于清洗與消毒，可耐28120冷熱沖擊，涂層不起泡、不分層，壽命可達(dá)20年以上，從而解決了傳統(tǒng)涂料脫落經(jīng)常返修的問題。另外碳鋼罐的進(jìn)出料管應(yīng)采用不銹鋼管，以避免管徑小涂料施工困難。2、罐的形狀 罐下部為倒圓錐體，麥汁、酵母、啤酒均由錐底口進(jìn)入或排出。為保證發(fā)酵結(jié)束后回收酵母方便，所采用的酵母菌株應(yīng)該是凝集沉淀性好的酵母菌種。一般認(rèn)為錐底角度為6085最為適宜，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用錐底角度為60。錐底表面盡可能打光，這樣有利于酵母的沉降和排除。罐內(nèi)的發(fā)酵液由于罐體的高度而產(chǎn)生二氧化碳梯度并控制冷卻方位，可以使發(fā)酵液形成自下而上或自上而下自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)，對(duì)流可保證整個(gè)酒液的溫度是均勻的。一般罐體愈高，對(duì)流作用愈強(qiáng)，所以罐體高度應(yīng)適當(dāng)控制，以免對(duì)流過盛。實(shí)踐證明罐內(nèi)液位高度達(dá)20米，就會(huì)影響酵母沉淀，而且還會(huì)影響雙乙酰充分還原和酯含量過小，從而影響啤酒的風(fēng)味。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)中采用圓筒直徑與圓筒高度比為D：H=1：125，直徑可達(dá)56米，可保證啤酒的質(zhì)量。3、罐體冷卻夾套罐體設(shè)夾套冷卻，冷媒采用25的乙二醇或乙醇間接冷卻，也可用液氨直接冷卻。冷卻面積要能夠滿足工藝上降溫要求。啤酒發(fā)酵罐的冷卻面積可參考表l計(jì)算。表1發(fā)酵罐冷卻面積參考值冷媒冷卻面積（/100t）材質(zhì)冷卻方式乙醇4252不銹鋼間接冷卻乙醇5062碳鋼間接冷卻液氨3340不銹鋼直接冷卻液氨4050碳鋼直接冷卻圓柱體部分冷卻夾套視罐體高度可分為23段均勻分布，上夾套的上邊緣應(yīng)在工作容量高度處完結(jié)；錐體部分也應(yīng)設(shè)一段冷卻夾套，冷卻面積應(yīng)小于錐體表面積的70，冷卻區(qū)域應(yīng)盡量靠近錐體底部，有利于酵母的沉降和保存。啤酒或發(fā)酵液的冰點(diǎn)溫度由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：G=-(AO42+P004+O02)式中 A酒精含量(mm)； P原麥汁濃度(BX)；G冰點(diǎn)溫度()。10BX12BX啤酒酒精含量一般在3242之間，通過計(jì)算其冰點(diǎn)溫度在-20-25之間。因此冷媒的溫度不宜太低，宜在-20-5之間，以避免啤酒或發(fā)酵液結(jié)冰。冷卻夾套可采用矩形、梯形、弧形、半圓形和米勒板。由于米勒板換熱為板式換熱，同時(shí)冷媒還受到蜂窩點(diǎn)擾動(dòng)作用，呈湍流傳熱，傳熱系數(shù)明顯提高，米勒板比其它夾套節(jié)能10以上。根據(jù)GB 15089鋼制壓力容器規(guī)定罐體及夾套材料采用20 R。但20 R由于價(jià)格等原因難以被建設(shè)單位接受，實(shí)際制造時(shí)往往采用Q 235。根據(jù)QBT207l一94鋼制壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定和各個(gè)啤酒廠使用經(jīng)驗(yàn)，Q 235經(jīng)復(fù)驗(yàn)后代替20 R是可行的。內(nèi)圖涂料質(zhì)量也很重要。罐內(nèi)表面須作噴砂處理，然后涂輕工部推廣使用的T 541涂料。一般應(yīng)涂兩遍，涂后不應(yīng)有肉眼可見的明顯缺陷和突粒。露天發(fā)酵罐還需作保溫處理，目前多采用聚氨脂發(fā)泡塑料現(xiàn)場發(fā)泡形式，保溫層厚度一般為。120150mm，個(gè)別情況保溫200mm。保溫前應(yīng)對(duì)罐體及夾套和保溫材料接觸的外表面刷防銹漆。保溫層外應(yīng)加保溫護(hù)板。設(shè)計(jì)時(shí)要出保溫施工圖紙，局部位置處理應(yīng)有詳細(xì)圖，如罐頂，封頭和筒體連接形式，裙座處理方式等等?？傊?，保溫的最基本要求是決不能讓滲水進(jìn)入保溫層。4、正確設(shè)置測溫點(diǎn) 錐形發(fā)酵罐應(yīng)在每段冷卻帶上設(shè)測溫點(diǎn)，罐體冷帶為23段，錐體為1段，故測溫點(diǎn)設(shè)34個(gè)。測溫電阻一般采用鉑熱電阻外加不銹鋼套管。測溫點(diǎn)位置應(yīng)設(shè)在本段冷卻帶的上端，電阻套管的安裝均是由垂直方向向下傾斜45角插入。插入的深度是罐體半徑的l3左右。其理論依據(jù)是：罐容積V=RH，假設(shè)插入深度為(13)R，則罐體中央部分的體積V=H(1-13)R=49HR12HR，即插入深度是罐體半徑的13左右處是熱傳遞的中間位置。另外在金屬套管內(nèi)灌裝硅油介質(zhì)，可減少儀表系統(tǒng)的誤差，解決金屬套管內(nèi)結(jié)露問題。5、罐頂裝置發(fā)酵罐內(nèi)啤酒的二氧化碳含量與溫度和壓力關(guān)系如下：CO=0.298+O.4pO.08tp罐壓(大氣壓)；t酒溫()。由發(fā)酵工藝和表2可知罐壓控制在1.2大氣壓(O.12Mpa)以下，可保證雙乙酰含量和二氧化碳含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因此，在設(shè)計(jì)錐罐時(shí)，罐頂采用橢圓封頭，在罐頂設(shè)置安全閥，罐的最大工作壓力設(shè)為0.15Mpa。表2不同壓力溫度下CO含量表罐壓（/cm）CO含量/00.51.50.50.4980.4940.490.80.6180.6140.611.00.6970.6920.691.20.7750.7740.76發(fā)酵罐在大的放料速度下空罐時(shí)，以及在進(jìn)行堿液洗滌時(shí)，罐內(nèi)CO會(huì)被堿液吸收，造成真空。因此，罐頂應(yīng)設(shè)置真空閥，便于空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以平衡罐內(nèi)外的壓力。罐頂還應(yīng)設(shè)有汽液分流器接口，供CO排出及洗液進(jìn)入。罐內(nèi)設(shè)旋轉(zhuǎn)噴頭與洗液進(jìn)口相連，旋轉(zhuǎn)噴頭位于罐頂下1米左右，發(fā)酵液面之上。罐頂還應(yīng)設(shè)有差壓變送器接口，以供自動(dòng)測量壓力之用。另外，罐頂應(yīng)設(shè)直徑500的人孔，供檢修用；設(shè)燈鏡和視鏡供生產(chǎn)中觀察發(fā)酵狀況。6、錐底附屬裝置為了檢測和控制發(fā)酵過程以及保證安全可靠運(yùn)行，發(fā)酵罐錐底除設(shè)有麥汁、酵母進(jìn)出口、冷帶、測溫點(diǎn)外，還應(yīng)設(shè)有以下附屬裝置：(1)出酒管，應(yīng)靠近錐底角部位設(shè)出酒管，或采用麥汁及酵母進(jìn)出管內(nèi)套出酒管，材質(zhì)為不銹鋼，應(yīng)深入錐底8001200，以避免錐底沉淀酵母過多地進(jìn)入啤酒中。(2)差壓變送器接口，在冷帶下邊緣設(shè)一個(gè)差壓變送器接口，供自動(dòng)測量發(fā)酵罐內(nèi)液位之用。(3)取樣口，在冷帶上邊緣靠近錐底的上部設(shè)取樣口，取樣管材質(zhì)為不銹鋼，應(yīng)深入罐中300，罐外取樣管及取樣閥應(yīng)順錐體而下盡量包在保溫層內(nèi)，以避免染菌。(4) CO洗滌與飽和裝置，在錐底冷帶上部圓周設(shè)4個(gè)均勻分布的CO進(jìn)口，進(jìn)行CO洗滌與飽和。CO噴頭可采用鈦柱。一般CO在滿罐810小時(shí)后，CO含量高于80即可回收（5）安全閥，按壓力容器的規(guī)定，安全閥為必備，以防止罐內(nèi)壓力超過容器所允許的最高壓力。安全閥多見于重錘式，但實(shí)際使用起來有的廠家反應(yīng)易生繡和反應(yīng)不靈敏，形同虛設(shè)。目前有呼吸閥可以替代安全閥。呼吸閥過去多用于管路，目的是備壓和回收CO，實(shí)踐證明呼吸閥也可用于罐頂替代安全閥。（6）洗滌裝置，發(fā)酵罐在每一罐麥汁發(fā)酵結(jié)束后都產(chǎn)死酵母、蛋白質(zhì)、酒以及CO等均需完全清洗掉，罐內(nèi)達(dá)到無菌以備下一批料使用。發(fā)酵罐自動(dòng)清洗是通過車間的CIP清洗系統(tǒng)來完成的。罐頂清洗裝置多為洗球和洗罐器，洗球應(yīng)用廣泛，例如德國Kieselmalln公司認(rèn)為洗球的使用直徑可至56m。洗罐器是專為大型發(fā)酵罐開發(fā)設(shè)計(jì)的，洗罐器生產(chǎn)廠家較多，質(zhì)量參差不齊，要求啤酒廠經(jīng)實(shí)驗(yàn)后選用。清洗裝置的出口噴射壓力要求大約為0.3MPa，換句話說CIP供液泵須達(dá)到0.50.6MPa，泵的流量1015m/h。為了防止堵塞，洗滌裝置應(yīng)在洗滌管路上設(shè)置管道過濾裝置，清洗操作時(shí)為達(dá)到無菌，應(yīng)將所有和發(fā)酵液相接觸管閥打開清洗。7、罐體絕緣層與防護(hù)層 露天錐形發(fā)酵罐應(yīng)做好熱和冷的絕緣。防護(hù)層一般采用鍍鋅薄鋼板、不銹鋼薄板、鋁合金薄板以及上述薄板的瓦楞型板。根據(jù)GB15089鋼制壓力容器規(guī)定罐體及夾套材料采用20R。但20 R由于價(jià)格等原因難以被建設(shè)單位接受，實(shí)際制造時(shí)往往采用Q235。根據(jù)QBT207l一94鋼制壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定和各個(gè)啤酒廠使用經(jīng)驗(yàn)，Q235經(jīng)復(fù)驗(yàn)后代替20R是可行的。內(nèi)圖涂料質(zhì)量也很重要。罐內(nèi)表面須作噴砂處理，然后涂輕工部推廣使用的T541涂料。一般應(yīng)涂兩遍，涂后不應(yīng)有肉眼可見的明顯缺陷和突粒。露天發(fā)酵罐還需作保溫處理，目前多采用聚氨脂發(fā)泡塑料現(xiàn)場發(fā)泡形式，保溫層厚度一般為120150mm，個(gè)別情況保溫200mm。保溫前應(yīng)對(duì)罐體及夾套和保溫材料接觸的外表面刷防銹漆。保溫層外應(yīng)加保溫護(hù)板。設(shè)計(jì)時(shí)要出保溫施工圖紙，局部位置處理應(yīng)有詳細(xì)圖，如罐頂，封頭和筒體連接形式，裙座處理方式等等?？傊?，保溫的最基本要求是決不能讓滲水進(jìn)入保溫層。四 結(jié)論啤酒發(fā)酵過程工藝參數(shù)的控制，決定發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)形式，而先進(jìn)的發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)，又決定產(chǎn)品的質(zhì)量。錐形發(fā)酵罐是啤酒發(fā)酵過程的心臟，啤酒發(fā)酵周期和啤酒質(zhì)量均決定于發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)水平及相應(yīng)工藝過程。錐形發(fā)酵罐作為大型生物反應(yīng)器是生物工程研究的重點(diǎn)之一，也