年產(chǎn)4萬噸12°P啤酒發(fā)酵車間的工藝設(shè)計詳細(xì)方案

1、摘 要本設(shè)計是年產(chǎn)4萬噸12p啤酒發(fā)酵車間的工藝設(shè)計。此啤酒的釀造方法采用采用下面發(fā)酵法，原料選取70%的麥芽，30%的大米，經(jīng)過糊化、糖化、煮沸、過濾、冷卻、發(fā)酵而成。發(fā)酵設(shè)備采用圓筒體錐底發(fā)酵罐,體積為87m3，發(fā)酵周期為21天。本設(shè)計內(nèi)容主要包括：（1）參照大量的文獻(xiàn)，設(shè)計出經(jīng)濟(jì)合理的12p啤酒生產(chǎn)工藝路線。（2）按照年生產(chǎn)能力40000 噸，對工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，包括發(fā)酵的過程控制、啤酒的過濾和其它各工序工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇。（3）進(jìn)行物料、水、熱、蒸汽的衡算。（4）對發(fā)酵過程中主要設(shè)備啤酒發(fā)酵罐進(jìn)行工藝計算，并由計算結(jié)果選定設(shè)備型號。（5）根據(jù)設(shè)計的工藝流程，對主要設(shè)備及相關(guān)管道進(jìn)行布置

2、，并作出相應(yīng)圖紙，包括發(fā)酵車間的工藝流程圖，重點車間的平面圖和重點設(shè)備發(fā)酵罐的裝配圖。（6）“三廢”處理和副產(chǎn)物綜合利用的設(shè)計。在核心設(shè)備上選用國際先進(jìn)裝置，在提高啤酒質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本方面相對現(xiàn)實的生產(chǎn)工藝具有較大優(yōu)勢，采用此設(shè)計流程年產(chǎn)量最大可達(dá)4萬噸，符合生產(chǎn)設(shè)計任務(wù)要求。關(guān)鍵詞： 啤酒； 糖化； 發(fā)酵； 發(fā)酵罐abstractthis design subject is annual output 40,000 tons, 12p brewery.this beer picks 70% malt, 30% rice, the raw material processed the dex

3、trinize, saccharification, filters, boils, cooling, and one set fermentation process.the fermentation equipment is the bottom of the cone and cylinder body fermenter, the fermentation cycle is 21 days.this design mainly includes, the calculation of mass balance, coldly consumption balance, and the e

4、quipment selection as well as the key equipment computation.this design also conducted the “three wastes” - product processing and comprehensive utilization.the bottom fermentation was adopted. the drawing of this design include the flow chart of the fermentation workshops, the ichnography and eleva

5、tion drawing of major workshop, the assembly drawing of major equipment(mash kettle，rice-cooker，wort kettle， fermentor).the key points of technical，fermentation and beer filtration were studied in this paper.the keyequipment manufactured by some advanced international companies was used，so it is hel

6、pful to improve the beer quality and reduce the manufacture costthe effluent treatment and co2 recovery plan of this brewery were formulated in the design.key words： beer; saccharification; fermentation; fermentor目 錄1 緒論11.1 設(shè)計選題的目的11.2 設(shè)計工作的意義11.3 中國啤酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢11.4 課題研究內(nèi)容及方法21.4.1 設(shè)計依據(jù)21.4.2 設(shè)計內(nèi)容21.4

7、.3 指導(dǎo)思想21.5 廠址的選擇31.6 工藝選擇31.7 設(shè)備的選擇32 啤酒工藝選擇與論證42.1 啤酒原料42.1.1 釀造用水42.1.2 麥芽42.1.3 酒花42.1.4 輔料42.1.5 酵母52.2 原料處理工藝52.3 麥汁后處理72.3.1 熱凝固物及冷凝固物的分離72.3.2 麥汁的冷卻82.3.3 麥汁的充氧82.4 啤酒發(fā)酵82.4.1 啤酒發(fā)酵方法的選擇82.4.2 一罐法發(fā)酵工藝的論證82.4.3 酵母的添加與回收92.4.4 發(fā)酵設(shè)備的降溫控制92.5 啤酒過濾102.5.1 啤酒過濾理論102.5.2 啤酒過濾方式的選擇與論證102.6 啤酒的包裝103 物

8、料衡算123.1 以100kg原料為基準(zhǔn)123.2 以100l啤酒為基準(zhǔn)134 耗冷量的計算174.1 麥汁冷卻耗冷量q1174.2 發(fā)酵耗冷量q2174.2.1 發(fā)酵期間發(fā)酵放熱q2174.2.2 發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷q2174.2.3 發(fā)酵總耗冷量q2184.2.4 每酵所用冷媒耗冷量q0184.3 酵母培養(yǎng)耗冷量q3184.4 酵母洗滌用的冷無菌水冷卻耗冷量q4184.5 發(fā)酵車間工藝耗冷量qt184.6 非工藝耗冷量qnt194.6.1 露天錐形罐冷量散失194.6.2 散失冷量q6195 發(fā)酵罐的設(shè)計205.1 發(fā)酵罐數(shù)量的確定205.2 發(fā)酵罐的基本尺寸205.2.1 容積205

9、.2.2 發(fā)酵罐的直徑205.2.3 發(fā)酵罐總高215.3 發(fā)酵罐的材料215.4 橢圓封頭的設(shè)計215.4.1 設(shè)計參數(shù)的確定215.4.2 橢圓封頭厚度的計算225.4.3 橢圓封頭強(qiáng)度校核235.5 圓柱筒體的設(shè)計235.5.1 筒體厚度的計算235.5.2 筒體強(qiáng)度校核245.6 錐形封頭的設(shè)計245.6.1 錐形封頭厚度的計算245.6.2 錐形封頭的強(qiáng)度校核255.6.3 封頭的剛度校核255.7 部分附件設(shè)計選型265.7.1 真空閥265.7.2 cip清洗裝置265.7.3 溫度傳感器265.7.4 液位高度傳感器275.7.5 壓力傳感器275.7.6 人孔275.7.7

10、視鏡275.7.8 麥汁、酵母及出酒管管徑的確定275.7.9 洗滌液接管285.7.10 冷卻劑進(jìn)出接管285.7.11 co2回收壓縮空氣接管285.7.12 冷卻面積及冷卻盤管的設(shè)計285.7.13 支座305.8 開孔與補強(qiáng)的設(shè)計305.8.1 開孔與補強(qiáng)理論305.8.2 開孔削弱的截面積a的計算305.8.3 有效補強(qiáng)范圍的確定315.8.4 標(biāo)準(zhǔn)補強(qiáng)圈的選用326 輔助設(shè)備選型與論證336.1 薄板換熱器336.2 清酒罐336.3 硅藻土過濾機(jī)336.4 酵母擴(kuò)培系統(tǒng)346.5 酵母回收系統(tǒng)346.6 麥汁充氧系統(tǒng)356.7 cip系統(tǒng)357 啤酒的三廢處理367.1 廢水的處

11、理367.2 廢渣處理367.2.1 廢酵母的處理367.2.2 硅藻土泥的處理377.2.3 麥糟的處理377.3 廢氣處理37結(jié) 論39參考文獻(xiàn)40附 錄41致 謝421 緒論1.1 設(shè)計選題的目的目前，世界上啤酒市場的競爭日益激烈，廣大消費者對啤酒品種結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，相應(yīng)的新品種也層出不窮。因而，很有必要將這方面信息加以科學(xué)地總結(jié)和分析以推動啤酒產(chǎn)品多樣化在廣度和深度上的健康發(fā)展。隨著人們生活水平的提高，飲食消費結(jié)構(gòu)的不斷改變，啤酒已進(jìn)入了千家萬戶，但是我國人均啤酒的消費還沒有達(dá)到世界平均水平。所以建設(shè)新的、大型的啤酒廠，增加產(chǎn)量，就可以滿足人們將來物質(zhì)生活的需求。1.2

12、 設(shè)計工作的意義啤酒含有17種氨基酸，多種維生素及碳水化合物、礦物鹽等物質(zhì)、每升啤酒的熱量可達(dá)430卡，相當(dāng)于6-7枚雞蛋，075升牛奶或50克奶油，被世界營養(yǎng)協(xié)會組織列為營養(yǎng)食品，素有“液體面包”之譽?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明，啤酒中所含各種成份、既有較高的營養(yǎng)價值又具良好的藥療效果，啤酒中酒精含量較低，10度黃啤酒含酒精3左右，非但對胃和肝臟無損害，而且可平緩地促進(jìn)人體血液循環(huán)；維生素b1、b6已能維持心臟正常活動，而煙酸則能擴(kuò)張血管，故它們對心血管系統(tǒng)有益，可加速新陳代謝。 通過這次的選題，查閱資料，使我們在設(shè)計中進(jìn)一步掌握了啤酒的工藝方法為今后走上工作崗位打下了堅實的基礎(chǔ)。1.3 中國啤酒產(chǎn)業(yè)

13、的發(fā)展趨勢行業(yè)結(jié)構(gòu)的變化：集團(tuán)化、規(guī)?；Ｆ髽I(yè)數(shù)量繼續(xù)下降，青島、燕京、華潤的下屬企業(yè)會繼續(xù)增加，生產(chǎn)能力和年產(chǎn)量還將持續(xù)增長。珠啤、金星、哈啤等二級集團(tuán)也會迅速擴(kuò)張。一業(yè)為主，多元發(fā)展。大多數(shù)啤酒企業(yè)集團(tuán)在把啤酒業(yè)做強(qiáng)的同時依靠自身優(yōu)勢進(jìn)入其他行業(yè)進(jìn)行多元化發(fā)展。如青啤進(jìn)入茶飲料業(yè)、葡萄酒業(yè)，燕啤進(jìn)入生物制藥業(yè)，藍(lán)劍下屬20多家進(jìn)入其他產(chǎn)業(yè)等。信息化。知識經(jīng)濟(jì)時代，企業(yè)對信息的利用效率和利用程度成為提高企業(yè)競爭力的重要方面，啤酒企業(yè)對加快企業(yè)信息化建設(shè)更加重視。一方面加快內(nèi)部信息化建設(shè)，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投資數(shù)千萬元上erp系統(tǒng)，許多企業(yè)建立內(nèi)部局域網(wǎng)等；另一方面加快外部信息溝通和利用

14、。更多的企業(yè)成立信息中心，加強(qiáng)對外部商業(yè)情報的收集、分析、利用。科技化。科技永遠(yuǎn)是第一生產(chǎn)力，加快科技進(jìn)步是啤酒企業(yè)未來競爭的焦點之一。在純生技術(shù)進(jìn)一步提高的同時，啤酒企業(yè)會在啤酒保鮮度、延長保鮮期等方面不斷創(chuàng)新。產(chǎn)品多樣化。傳統(tǒng)的普通啤酒依然會是主流，但隨著越來越多個性化產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，功能性保健啤酒、果汁啤酒、無醇啤酒等特色啤酒的消費量會越來越大。企業(yè)所有制結(jié)構(gòu)多元化。國有企業(yè)逐漸退出，股份制企業(yè)、多種所有制混合式企業(yè)、民營企業(yè)得到大發(fā)展，新一輪的中外合資企業(yè)也會增多，不過合資的形式發(fā)生了改變。市場結(jié)構(gòu)的變化：在城市市場，新一輪消費高潮掀起，中高檔啤酒市場、特色啤酒市場、女士啤酒市場得到發(fā)

15、展。在農(nóng)村市場，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，啤酒消費出現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢。傳統(tǒng)的企業(yè)經(jīng)銷商消費者的渠道模式受到挑戰(zhàn)，企業(yè)消費者的直銷模式得到快速發(fā)展，尤其是電子商務(wù)的發(fā)展使網(wǎng)上營銷在啤酒行業(yè)得到大發(fā)展。1.4 課題研究內(nèi)容及方法1.4.1 設(shè)計依據(jù)本設(shè)計是根據(jù)武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院生物工程教研室布置的畢業(yè)設(shè)計大綱要求來進(jìn)行設(shè)計的。1.4.2 設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計為年產(chǎn)4萬噸12p的啤酒發(fā)酵車間工藝設(shè)計，重點設(shè)備發(fā)酵罐，發(fā)酵工段為重點工段。該設(shè)計包括工藝方法及流程的選擇論證、物料衡算、耗冷量衡算、設(shè)備選型及論證、重點設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計、車間的布置、繪制圖紙（發(fā)酵工藝流程圖、發(fā)酵車間平面布置圖、重點設(shè)備裝配

16、圖），三廢處理等。1.4.3 指導(dǎo)思想設(shè)計出來的啤酒廠要求投資小、技術(shù)高、運行穩(wěn)定、管理方便、環(huán)境好。最重要的一點是生產(chǎn)成本低。在工藝方面，力求合理性和先進(jìn)性；在設(shè)備方面，采用先進(jìn)技術(shù)及機(jī)械化、自動化生產(chǎn)控制，提高勞動生產(chǎn)率；在經(jīng)濟(jì)上，要做到合理利用資源，降低能耗，減少污染，保護(hù)環(huán)境，減少浪費。1.5 廠址的選擇地理位置一般工廠廠址選在城鎮(zhèn)的郊區(qū)，考慮微生物發(fā)酵工廠對環(huán)境因素的特殊要求，需要地勢平坦，利于排水，有豐富的水源。武漢市走馬嶺就是一個建廠好場所。1.6 工藝選擇1.保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家的標(biāo)準(zhǔn)。2.盡量采用成熟的，先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。3.選擇生產(chǎn)方法主要依據(jù)原料的來源，種類和性質(zhì)。1.7

17、 設(shè)備的選擇保證工藝的安全性和可靠性，經(jīng)濟(jì)上的合理性，技術(shù)先進(jìn)，投資省，加工方便，運行費低，操作清洗方便。主要方法：1.查閱資料，確定工藝方法以及流程2.進(jìn)行設(shè)計衡算（如物料衡算）3.設(shè)計圖紙繪圖4.撰寫設(shè)計說明書。2 啤酒工藝選擇與論證2.1 啤酒原料2.1.1 釀造用水水是啤酒釀造最重要的原料，釀造水1被稱為“啤酒的血液”。釀造水質(zhì)不僅決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和風(fēng)味，而且還直接影響著釀造的全過程。水的質(zhì)量要求：本設(shè)計為經(jīng)典啤酒，色澤較淺，水的殘堿度ra值要求小于0.89mmol/l，水中ca至少為4050mg/l，另外，ca和mg比例要大于3:1。mg過高會使啤酒產(chǎn)生苦味。水的鎂硬小于等于0.89

18、mmol/l，水中含鹽量要求很低。2.1.2 麥芽采用淺色麥芽，麥芽外觀整齊，除根干凈，不含雜草、谷粒、塵埃、枯芽、半粒、霉粒、損傷殘粒等雜質(zhì)，色澤淡黃而有光澤。麥芽應(yīng)有特殊的香味。不應(yīng)有霉味、潮濕味、酸味、焦苦及煙熏味等。2.1.3 酒花酒花能夠賦予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，增加麥汁和啤酒的防腐能力；增加啤酒的泡持性；酒花與麥汁共同煮沸，能促進(jìn)蛋白質(zhì)的凝固，有利于麥汁的澄清，有利于啤酒的非生物穩(wěn)定性。本設(shè)計采用顆粒酒花制品。2.1.4 輔料以價格低廉而富含淀粉的谷類作為輔料可以提高麥汁收得率，制取廉價麥汁，以達(dá)到降低成本的目的，輔料的蛋白質(zhì)易氧化的多酚物質(zhì)含量明顯低于麥芽，這有利于降低啤酒

19、的色度和改善啤酒的非生物穩(wěn)定性。大米是啤酒廠最常用的輔料，其特點是價格低廉，蛋白質(zhì)、多酚物質(zhì)和脂肪含量低于麥芽，而淀粉含量高于麥芽，本設(shè)計采用大米作為輔料，生產(chǎn)出的啤酒具有色澤淺、口味清爽、泡沫細(xì)膩、酒花香突出，非生物穩(wěn)定性好等特點。2.1.5 酵母在實際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類：上面酵母和下面酵母。二者形態(tài)上存在明顯的差別。上面酵母又叫表面酵母，其母細(xì)胞和子細(xì)胞能夠長時間相互連接，形成多枝的牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、貯藏酵母，其母細(xì)胞和子細(xì)胞增殖后彼此分開，幾乎都是單細(xì)胞或幾個細(xì)胞連接。本設(shè)計設(shè)計的是經(jīng)典型啤酒，色澤淺，采用的是下面發(fā)酵技術(shù)，故選用下面酵母。本設(shè)計采用下面酵母酵母zau

20、110。2.2 原料處理工藝將麥芽中非溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水溶性物質(zhì)，特別是可發(fā)酵性糖為主酵和后酵提供基礎(chǔ)并添加好所有輔料準(zhǔn)備發(fā)酵。糖化車間所包含的生產(chǎn)工藝流程2： a、稱重麥芽原料從麥芽儲倉通過傳送帶傳送到電子稱，通過電子稱稱取一定量的麥芽進(jìn)行后續(xù)加工。b、拋光將麥芽送入拋光機(jī)進(jìn)行拋光處理，以除去麥芽表面的芒刺。c、精選去石將拋光后的麥芽送入去石機(jī)，比重的不同除去大米和麥芽中的石塊、玻璃塊和金屬等比重較大的雜質(zhì)。d、麥芽粉碎粉碎麥芽要求麥芽的皮破而不碎，因為麥皮的皮殼內(nèi)含有對酒質(zhì)量不利的苦味物質(zhì)、色素、單寧，當(dāng)皮殼磨得太碎時就會大量浸出，而使啤酒色澤變深，口味不正。另外麥芽的皮殼在麥汁中過濾時構(gòu)成

21、過濾層，磨得太碎，會降低過濾效果，造成過濾困難。e、糖化糊化對于大米淀粉原料而言，不需要經(jīng)過前面的原料預(yù)處理過程，而是直接將其送入糊化鍋糊化后，再將糊化鍋醪液送入糖化鍋。輔料中的淀粉一般由細(xì)胞壁包圍，以顆粒狀存在。這種顆粒不溶于冷水中，也很難被麥芽中的淀粉酶分解，當(dāng)?shù)矸垲w粒經(jīng)過加熱，迅速吸水膨脹，當(dāng)升到一定溫度后，淀粉細(xì)胞壁破裂，淀粉進(jìn)入水中，淀粉繼續(xù)膨脹，形成凝膠物，此過程稱為“糊化”。簡言之，糊化就是淀粉分子在熱溶液中膨脹破裂的過程。糖化是指利用麥芽自身酶或外加酶制劑代替部分麥芽將麥芽和輔料中不溶性高分子物質(zhì)分解成可溶性低分子物質(zhì)，如糖類、糊精、氨基酸、肽類等的麥汁制過程。由此制得的溶液稱

22、為麥汁。糖化的第一步是在糖化鍋中加入一定量的水，升溫至37并保持20min；然后加入粉碎后的麥芽并攪拌；再將溫度升高至50并保持40min；然后將糊化鍋醪液加入，將混合液升高至65，并保持70min。最后將糖化液排出并送入過濾槽進(jìn)行過濾。這一糖化過程稱雙醪浸出糖化法，雙醪浸出糖化法糖化曲線見圖2.1。圖 2.1f、過濾麥汁過濾最常用的是過濾槽法。過濾槽的槽身內(nèi)安裝有過濾篩板、耕刀等，槽身與若干管道、閥門以及泵組成可循環(huán)的過濾系統(tǒng)，利用液柱靜壓為動力進(jìn)行過濾。麥汁的粘度和過濾層的厚度影響過濾速度。g、煮沸將過濾后的麥汁送入煮沸鍋進(jìn)行煮沸，煮沸麥汁有多個目的 ：蒸發(fā)多余的水分；破壞酶的活性，終止生

23、物化學(xué)反應(yīng)，固定麥汁組成；將麥汁滅菌；浸出酒花中的有效成分；使蛋白質(zhì)變性凝固等。h、回旋沉淀發(fā)酵前必須除掉熱凝固物。熱凝固物主要是蛋白質(zhì)與多酚物質(zhì)的復(fù)合物，另外吸附一些酒花樹脂和無機(jī)物，若帶入發(fā)酵醪中，可能會黏附在酵母細(xì)胞表面，將影響酵母的正常發(fā)酵，影響啤酒色度、泡沫性質(zhì)、苦味和口感穩(wěn)定性。這些熱凝固物是通過回旋沉淀槽除去，其主要是利用離心力分離沉淀。i、冷卻將從回旋冷卻槽出來的熱的麥汁送入薄板冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻后的麥汁送入發(fā)酵車間進(jìn)行發(fā)酵處理。冷卻的目的有三個，一是降低麥汁溫度，使之達(dá)到適合酵母發(fā)酵的溫度；二是使麥汁吸收一定量的氧氣，以利于酵母的生長增殖；再就是析出分離麥汁中的冷、熱凝固物

24、，改善發(fā)酵條件提高啤酒質(zhì)量。2.3 麥汁后處理2.3.1 熱凝固物及冷凝固物的分離麥汁煮沸后應(yīng)盡快將麥汁中的熱凝固物進(jìn)行有效的分離，以獲得澄清的麥汁，然后將麥汁冷卻至工藝要求的溫度，冷卻的同時，要進(jìn)行通風(fēng)，為酵母繁殖提供足夠的氧氣。漩渦成沉淀槽是最常用的熱凝固物分離設(shè)備，與其它設(shè)備相比，她的分離效果最佳。漩渦沉淀槽是立式柱形槽，麥汁沿切線方向泵入，形成旋轉(zhuǎn)流動，并使熱凝固物以錐丘狀沉降于槽底中央，清亮麥汁從側(cè)面麥汁出口排出。麥汁在冷卻過程中會形成冷凝固物，并逐漸沉淀下來，去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮選法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮選法是麥汁在去除熱凝固物后，通入無菌

25、空氣就會吸附在細(xì)密的小氣泡上，隨氣泡升至液面，并加以除去。2.3.2 麥汁的冷卻常用的麥汁冷卻器為板式換熱器，換熱效率很高。麥汁冷卻的基本要求有：麥汁和冷卻水流經(jīng)部位要便于清洗，密封性要好，嚴(yán)防冷卻水和麥汁的滲漏。要有足夠的冷卻面積，冷卻時間要短，冷凝固物析出的量多。麥汁冷卻有一段式和兩段式兩種冷卻方式，本設(shè)計采用一段式冷卻方式。即先采用氨直冷方式將釀造用水冷卻至3-4，然后與熱麥汁在板式換熱器內(nèi)進(jìn)行一次性熱交換，在麥汁冷卻至發(fā)酵溫度同時，冷水則被加熱至75-80，此水可以直接作為洗糟水使用。2.3.3 麥汁的充氧發(fā)酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧氣，以利于酵母增殖并同時進(jìn)入發(fā)酵階段。為使空

26、氣溶解至冷麥汁中，必須通入很細(xì)小的空氣泡，并以渦流形式與麥汁進(jìn)行混合3。冷卻和輸送麥汁的管道，在進(jìn)麥汁之前都會先熱酸洗，熱堿洗，高溫?zé)崴疀_洗共30分鐘，在用無菌水降溫后開始進(jìn)麥汁。2.4 啤酒發(fā)酵2.4.1 啤酒發(fā)酵方法的選擇根據(jù)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，啤酒發(fā)酵過程分主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段，（又可分為上面發(fā)酵和下面發(fā)酵，下面發(fā)酵生產(chǎn)的啤酒柔和、色淡，本設(shè)計采用下面發(fā)酵方法），酵母繁殖和大部分可發(fā)酵性糖類的代謝以及發(fā)酵產(chǎn)物的形成，均在主發(fā)酵階段完成，后發(fā)酵是前發(fā)酵的延續(xù)，必須在密閉的容器中進(jìn)行，殘?zhí)七M(jìn)一步進(jìn)行分解，形成二氧化碳，并充分溶于啤酒中，達(dá)到飽和，啤酒在低溫下陳貯，進(jìn)一步得到成熟后澄清。2.4.2

27、 一罐法發(fā)酵工藝的論證一罐法發(fā)酵由于操作簡單，溫度，壓力和風(fēng)味可以很方便的進(jìn)行自動控制，回收酵母液比較方便，而且一罐法生產(chǎn)啤酒可以省去兩罐法的倒灌操作，較少了接觸空氣的機(jī)會，清洗消耗少，酒損失低。缺點是：由于酒液對流強(qiáng)烈，許多本應(yīng)分離的雜質(zhì)不能排出去而溶于酒中。本設(shè)計采用一罐法高溫發(fā)酵工藝進(jìn)行發(fā)酵。高溫發(fā)酵工藝與低溫發(fā)酵工藝相比，可在質(zhì)量不變的前提下提高設(shè)備利用率，生產(chǎn)周期也明顯縮短，生產(chǎn)成本大大降低。工藝方法如下：熱麥汁經(jīng)回旋沉淀槽除去冷凝固物和粉碎酒花渣后，以薄板冷卻器冷至8，在以硅藻土過濾除去冷凝固物，并充無菌空氣使溶氧達(dá)到7-8mg/l,原麥汁濃度為12p，添加0.6%-0.8%的泥狀

28、酵母。麥汁在發(fā)酵罐內(nèi)8-9保持36h，進(jìn)行酵母增殖，而后使溫度升至（100.5），進(jìn)入主發(fā)酵。經(jīng)過大約兩天的發(fā)酵后，外觀發(fā)酵度降至6p時，使罐壓升至0.04-0.05mpa，并逐步自然升溫至12，繼續(xù)發(fā)酵并還原雙乙酰。約在滿罐后的第5天，外觀發(fā)酵度降至最低點（2.8-3.0p）；滿罐后大約9-11天，雙乙酰的含量可降至0.1mg/l以下。這時可緩慢降溫，直至0，進(jìn)行后熟及飽和二氧化碳，時間為4-5天。在降溫至0的第2天，排放酵母并進(jìn)行回收。濾酒前一天在排一次酵母和冷凝固物。一罐法高溫發(fā)酵工藝的總時間為19-21天。2.4.3 酵母的添加與回收在麥汁進(jìn)行充氧同時添加酵母，為了使酵母均勻分布在發(fā)酵

29、罐中，酵母應(yīng)在整個麥汁流入過程中均勻添加，接種量一般為（1.5-1.8）107/ml麥汁，即約0.6-0.8l濃酵母泥/hl麥汁。種酵母要求：外觀色澤潔白，凝聚性良好，無黏著現(xiàn)象，無雜質(zhì)，無變異，鏡檢酵母細(xì)胞大小整齊，健壯，無雜菌感染，細(xì)胞活性97%以上，冷水低溫保存時間不超過2天，使用代數(shù)不超過5代。沉降于發(fā)酵罐底的酵母可以分為三類：上層為輕質(zhì)酵母，主要由落下的泡蓋和最后沉降下來的酵母細(xì)胞組成，可做飼料或經(jīng)行其它綜合利用。中層為核心酵母，由健壯、發(fā)酵力強(qiáng)的酵母細(xì)胞組成，其量占65%-70%,可留作下批種酵母用。下層為弱細(xì)胞或死細(xì)胞，由最初沉降下來的顆粒組成，可作飼料或棄置不用。2.4.4 發(fā)

30、酵設(shè)備的降溫控制本設(shè)計采用的發(fā)酵設(shè)備為應(yīng)用極為廣泛的露天錐形發(fā)酵罐，酵母在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生熱量，為使發(fā)酵和后熟在設(shè)計的工藝溫度下進(jìn)行，必須進(jìn)行冷卻。常用的冷卻方式有兩種：間接冷卻法和直接冷卻法，由于直接冷卻的冷卻介質(zhì)是液氨，即液氨直接在錐形罐的冷卻夾套中蒸發(fā)并吸熱，在實際生產(chǎn)中需要注意一下幾個方面：一是液氨具有刺激性臭味，在一定條件下可燃可爆，二是液氨工作壓力較高，且滲透性很強(qiáng)，因而發(fā)酵罐的夾套焊接要求也較高，故本設(shè)計采用間接冷卻方式。間接冷卻方式其冷溶劑是乙二醇與水的混合溶液，它在氨制冷的蒸發(fā)器箱中進(jìn)行冷卻，溫度一般控制在-4左右，它主要用于麥汁冷卻和發(fā)酵罐的降溫，一般情況下，發(fā)酵罐冷卻系統(tǒng)

31、有兩種介質(zhì)循環(huán)，即液氨吸熱蒸發(fā)制冷循環(huán)系統(tǒng)和冷卻發(fā)酵罐酒液的酒精水循環(huán)系統(tǒng)。2.5 啤酒過濾2.5.1 啤酒過濾理論經(jīng)過發(fā)酵或后處理的成熟啤酒，其殘余酵母和蛋白質(zhì)凝固物等沉積于貯酒罐底部，少量仍懸浮于酒液中，這些物質(zhì)在以后的貯存期間會從啤酒中析出，導(dǎo)致啤酒渾濁。所以，必須經(jīng)過過濾工序?qū)⑵涑ァＦ【七^濾式一種物理分離過程，是啤酒生產(chǎn)過程中非常重要的生產(chǎn)工序。經(jīng)過過濾后，啤酒外觀清亮透明，富有光澤，使其更富有吸引力，同時，可賦予啤酒以良好的生物穩(wěn)定性與非生物穩(wěn)定性，使其至少在保質(zhì)期內(nèi)不出現(xiàn)外觀的變化，從而保證了啤酒外觀質(zhì)量的完美。2.5.2 啤酒過濾方式的選擇與論證對于啤酒過濾來說，現(xiàn)在使用較普遍

32、的過濾設(shè)備主要有硅藻土過濾機(jī)、紙板過濾機(jī)和膜過濾機(jī)，硅藻土過濾機(jī)作為啤酒的粗濾，膜過濾主要用于生產(chǎn)純生啤酒，由于發(fā)酵成熟的啤酒中含有大量的酵母，酒液十分渾濁。所以，一般先要進(jìn)行粗慮，然后再進(jìn)行精濾。本設(shè)計為12經(jīng)典啤酒，啤酒的粗慮采用硅藻土過濾機(jī)，啤酒的精濾采用紙板過濾機(jī)。由于燭式過濾機(jī)具有過濾面積大，過濾效率高等特點，本設(shè)計采用燭式硅藻土過濾機(jī)。2.6 啤酒的包裝啤酒的包裝形式有瓶裝、易拉罐裝和桶裝三種形式，本設(shè)計生產(chǎn)的主要是瓶裝啤酒。一瓶啤酒質(zhì)量的好壞，對消費者來說，首先看到的是這瓶啤酒的包裝。產(chǎn)品包裝既是產(chǎn)品的賣點，又是市場的亮點，新穎獨特的包裝設(shè)計往往最容易打動消費者的心。因此，啤酒企

33、業(yè)不僅要生產(chǎn)合乎標(biāo)準(zhǔn)和品質(zhì)上乘的產(chǎn)品，而且要有端莊美觀的商標(biāo)和包裝，如此才能使其產(chǎn)品更具吸引力和競爭力，使其品牌更加深入人心。啤酒包裝的基本功能有以下幾點。（1）保護(hù)功能。包裝應(yīng)該保證產(chǎn)品的安全和清潔衛(wèi)生，使其在儲存、運輸和銷售過程中不致散失、損壞和變質(zhì)，這是包裝最基本的作用。（2）美化增值功能。美觀大方的包裝造型、生動形象的圖案和新穎別致的裝潢可以襯托產(chǎn)品形象，提高產(chǎn)品的附加價值。（3）促銷功能。包裝是“無聲的推銷員”，消費者通過包裝可以了解產(chǎn)品，引起消費興趣，激發(fā)購買動機(jī)，從而有利于擴(kuò)大商品銷售。3 物料衡算物料衡算是指理論上進(jìn)行生產(chǎn)時，所要消耗的物料和可以得到的產(chǎn)品以及副產(chǎn)品的量，物料衡

34、算的準(zhǔn)確與否關(guān)系到整個生產(chǎn)工藝的合理性和設(shè)計的可行性，是整個設(shè)計階段的重要一環(huán)。據(jù)表3.1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行100kg原料生產(chǎn)12p淡色啤酒的物料計算，然后進(jìn)行100l 12p淡色啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行年產(chǎn)40000t啤酒廠的物料平衡計算。表3.1 啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項目名稱百分比說明定額指標(biāo)原料利用率98麥芽水分6大米水分12無水麥芽浸出率70無水大米浸出率90原料配比麥芽70大米30損失率冷卻損失5發(fā)酵損失2對熱麥汁而言過濾損失1裝瓶損失1總損失率啤酒總損失率9對熱麥汁而言3.1 以100kg原料為基準(zhǔn)（1）熱麥汁量根據(jù)表1可得原料收得率分別為：原料麥芽收得率為：0.70(100-6)1

35、00=65.8%原料大米收得率為：0.90(100-12)100=79.2%混合原料收得率為：（0.7065.8%+0.3079.2%）98%=68.4%由上述可得100kg混合原料可制得的12p熱麥汁量為：（68.412）100=570.2(kg)又知12p麥汁在20時的密度為1.084kg/l，而100熱麥汁比20時的麥汁體積增加1.04倍，故熱麥汁（100）體積為： （570.21.084）1.04=547.05(l)（2）冷麥汁量547.05(1-0.05)=519.70(l)（3）發(fā)酵液量519.70(1-0.02)=509.30(l)（4）過濾酒量509.3(1-0.01)=504

36、.21(l)（5）成品啤酒量504.21(1-0.01)=499.17(l)3.2 以100l啤酒為基準(zhǔn) 根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)12p淡色啤酒約500l，故可得下述結(jié)果：（1）生產(chǎn)100l12p經(jīng)典啤酒需耗混合原料量（100/500）100=20.03(kg)（2）麥芽耗用量20.0370%=14.02(kg)（3）大米耗用量20.0330%=6.01(kg)（4）酒花耗用100l熱麥汁中加入的酒花量為0.2千克，故酒花耗用量為：（547.05/500）1000.2%=0.219(kg)同理，100kg原料耗酒花：500/1000.219=1.095kg（5）熱麥汁量（5

37、47.05/500）100=109.41l（6）冷麥汁量（519.70/500）100=103.94l（7）發(fā)酵液量：（8）濾過酒量：（9）成品酒量：（10）濕糖化糟量：設(shè)排出的濕麥糟含水分80%，濕麥芽糟量為：濕大米糟量為： 故濕糖化糟量為：14.50+2.64=17.14kg，同理，100kg原料產(chǎn)生濕糖化糟：（11）濕酒花糟量：設(shè)酒花在麥汁中的浸出率為40%，酒花糟含水分以80%計，則酒花糟量為：同理，100kg原料產(chǎn)生濕酒花糟： kg（12）酵母量（以商品干酵母計）生產(chǎn)100l啤酒可得2kg濕酵母泥，其中一半作生產(chǎn)接種用，一半作商品酵母用，即為1kg。濕酵母泥含水分85%酵母含固形物量

38、:則含水分7%的商品干酵母量為：（13）.二氧化碳量因12p冷麥汁密度為1.084kg/l，則103.94l冷麥汁質(zhì)量為：所以,12p冷麥汁112.67kg中浸出物量為：12%112.67=13.52kg設(shè)麥汁的真正發(fā)酵度為80%，則可發(fā)酵的浸出物量為：13.52（1-0.05）80%=10.28kg麥芽糖發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)式為： 設(shè)麥芽汁中的浸出物均為麥芽糖構(gòu)成，則co2生成量為：式中 44co2分子量342麥芽糖（c12h22o11）分子量設(shè)12p啤酒含二氧化碳為0.35%，酒中含co2量為：112.670.35%=0.39kg則釋放出的co2量為：5.29-0.39=4.9kg而1m3co2

39、在20常壓下重1.832kg故釋放出的co2的體積為：設(shè)生產(chǎn)旺季為7個月共210天，每天糖化6次，而淡季4個月共120天，每天糖化4次，每年的工作日為330天，因此，每年總糖化次數(shù)：2106+1204=1740次,把前述的有關(guān)啤酒物料衡算計算結(jié)果整理見下表3.2：表3.2啤酒生產(chǎn)物料衡算表物料名稱單位對100kg混合原料對100l成品啤酒糖化一次定額量混合原料kg10020.034394.42麥芽kg7014.023076.09大米kg306.011318.32酒花kg1.0950.21948.12熱麥汁l547.05109.4124039.65冷麥汁l519.70103.9422837.77

40、濕糖化糟kg100.1517.144401.01濕酒花糟kg3.2850.657144.36發(fā)酵液l509.30101.6822380.75過濾酒l504.21100.8422157.08成品啤酒l499.1710021935.6備注：12p啤酒的密度為1048kg/m ，實際年生產(chǎn)啤酒: 40000.053t4 耗冷量的計算4.1 麥汁冷卻耗冷量q1本設(shè)計采用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法，使用的冷卻介質(zhì)為2的冷卻水，出口溫度為70，糖化車間送來的熱麥汁溫度為97，冷卻至發(fā)酵起始溫度8。有前面的計算可知，每糖化一次得到的麥汁為24039.65l，相應(yīng)的麥汁密度為1.0423kg/l.故熱麥汁為

41、:m=24039.651.0423=25056.71kg麥汁的比熱容為3.53kj/（kg）.工藝要求在1h內(nèi)完成冷卻過程。則所耗冷：q1=mc/t=25056.713.53（97-8）/1=7872067kj/h旺季每天糖化6次，每三鍋麥汁進(jìn)一個發(fā)酵罐，則麥汁冷卻每罐耗冷qf=3q1=78720673=23616201.74kj/罐4.2 發(fā)酵耗冷量q24.2.1 發(fā)酵期間發(fā)酵放熱q2設(shè)麥汁固形物均為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵放熱量為613.6kj/kg，設(shè)發(fā)酵度為80%，則1kg麥汁放熱量為:613.612%80%=58.90kj糖化一次得冷麥汁量:m=1.08422837.77=2475

42、6.14kg每錐形罐發(fā)酵放熱量q0=58.924756.143=4374409.94kj由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時間為6天，每天糖化6鍋麥汁（旺季），并考慮到發(fā)酵放熱不平衡，取系數(shù)1.5,忽略主發(fā)酵的升溫，則發(fā)酵高溫時期耗冷量為：q2=（q01.56）/(2464)=68350.16kj/h4.2.2 發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷q2主發(fā)酵后期，發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從12緩降到0。每天單罐降溫耗冷量為：q0=3gc1(12-0)=325056.73.5312=3184205.44(kj)工藝要求此過程在4天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝2個錐形罐）：q2=（2 q0）/(244)=(23184205.44

43、)/(244)=66337.61(kj/h)4.2.3 發(fā)酵總耗冷量q2q2= q2+ q2=68350.16+66337.61=134687.77(kj/h)4.2.4 每酵所用冷媒耗冷量q0q0= q0+ q0=4374409.94+3184205.44=7558615.38(kj)4.3 酵母培養(yǎng)耗冷量q3根據(jù)工藝設(shè)計，每月需進(jìn)行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為12d，即288h。根據(jù)工廠實踐，年產(chǎn)40000t啤酒培養(yǎng)冷量為56000（kj/h），則對應(yīng)的年冷耗量為：q3= q28811=177408000(kj)4.4 酵母洗滌用的冷無菌水冷卻耗冷量q4設(shè)用2的無菌水洗滌，洗滌量為干酵母量的

44、2倍，冷卻前，無菌水溫度為20，則由前表，生產(chǎn)100l啤酒耗活性干酵母0.16kg，則每罐耗活性干酵母：21935.630.16/100=105.29kg/罐無菌水用量： 105.292=210.58kg/罐則冷卻無菌水耗冷量q4=210.584.18(20-2)=15844.04kj/罐又無菌水冷卻操作在兩小時內(nèi)完成，故每小時耗冷：q4=15844.04/2=7922.02kj/h4.5 發(fā)酵車間工藝耗冷量qt綜上計算，可算出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為：qt=q1+q2+q3+q4=7872067+134687.77+56000+7922.02=8070676.79kj/h4.6 非工藝耗冷量q

45、nt除了上述的發(fā)酵過程工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運轉(zhuǎn)機(jī)械、維護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等均會耗用或散失冷量，構(gòu)成所謂的非工藝耗冷量，現(xiàn)分別介紹。4.6.1 露天錐形罐冷量散失錐形罐啤酒發(fā)酵工廠幾乎都把發(fā)酵罐置天露天，由于太陽輻射，對流傳熱和熱傳導(dǎo)等造成冷量散失。通常，這部分的冷量由經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn)5萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在12000-25000kj/t啤酒之間，本設(shè)計選18000kj/t啤酒。則旺季每天耗冷量q5=gb18000=21935.61.048618000/10000=2482758.95(kj/d)式中 gb旺季成品啤酒日產(chǎn)量（t） 若白天日曬高峰耗冷為平均每小時耗冷量的1.5倍

46、，則高峰耗冷量為：q5=1.5q5/24=155172.43(kj/h)4.6.2 散失冷量q6因涉及的設(shè)備、管路很多，若按前面介紹的公式計算，十分繁雜，故啤酒廠設(shè)計時往往根據(jù)實驗經(jīng)驗選取。通常，取q6=12%qt，所以：q6=12%qt = 12%9523089.1=1142770.69(kj/h)非工藝耗冷量qnt=q5+q6=155172.43+1142770.69=1297943.12(kj/h)5 發(fā)酵罐的設(shè)計5.1 發(fā)酵罐數(shù)量的確定本設(shè)計采用錐底圓柱形發(fā)酵罐，目前國內(nèi)幾乎所有的廠家都用這種發(fā)酵罐。發(fā)酵罐的個數(shù)為：n=(tn)/a+4 式中：t-發(fā)酵周期 n-每天糖化的次數(shù)（按旺季計

47、算）a-每個發(fā)酵罐可以容納的麥汁的批次數(shù)4-周轉(zhuǎn)量數(shù)根據(jù)工藝，規(guī)定3鍋麥汁進(jìn)1個發(fā)酵罐，每天最大糖化次數(shù)為6次，啤酒生產(chǎn)周期為21天，則有n=（216）/3+4=46（個）5.2 發(fā)酵罐的基本尺寸5.2.1 容積糖化一次可得冷麥汁量為22837.77l，三鍋進(jìn)一個發(fā)酵罐，則有效容積v=22.8383=68.514m3，取填充系數(shù)為0.8，以便為泡沫提供預(yù)留空間，則總?cè)莘ev總=68.514/0.8=85.6425 m3,取87m3。5.2.2 發(fā)酵罐的直徑徑高比一般以（1:3）-（1:4）為宜，此處取h:d=4:1，圓錐底角一般為70-75，這里選圓錐底角為74，則錐高：h=d/(2tan/2)

48、,又v總=，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得d=3.0m,h=12.0m，h=2.0m5.2.3 發(fā)酵罐總高封頭高取h0=d/4,故h0=3.0/4=0.75m,h總=h+h0+h=12.0 +0.75+2.0=14.75m5.3 發(fā)酵罐的材料錐形發(fā)酵罐置于露天環(huán)境，要進(jìn)行良好的保溫，以降低生產(chǎn)中的耗冷量，所用保溫材料要求熱導(dǎo)率低，密度小，吸水率低，不易燃燒。聚苯乙烯泡沫塑料式最佳絕緣材料，但價格較高，聚苯胺樹脂價格較便宜，可現(xiàn)場發(fā)泡噴涂，施工方便，但易燃。兩種材料的保溫厚度為15-20cm，膨脹珍珠巖因易吸水，保溫性能要差一些，但價格低廉，使用厚度為20-25cm為宜，結(jié)合本設(shè)計實際情況，綜合考慮選價格中等的

49、聚酰胺樹脂作為保溫材料。保溫材料外部設(shè)防護(hù)層，采用瓦楞型板材，罐體采用型號為0cr18ni9的不銹鋼。5.4 橢圓封頭的設(shè)計常見的上封頭有球冠形封頭、半球形封頭、蝶形封頭、橢圓形封頭，由于橢圓部分經(jīng)線曲率平滑連續(xù)，故封頭中盈利分布計較均勻，另外橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成形，故本設(shè)計采用橢圓形封頭。5.4.1 設(shè)計參數(shù)的確定1設(shè)計壓力p設(shè)計壓力是指發(fā)酵罐頂部的最高工作壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不得低于工作壓力。本設(shè)計發(fā)酵罐上裝有安全閥，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設(shè)計壓力p不能低于安全閥的開啟壓力，通常設(shè)計壓力為安全閥開啟壓力的1.05-

50、1.1倍，本設(shè)計采用設(shè)計壓力為安全閥開啟壓力的1.1倍。本設(shè)計采用一罐法發(fā)酵工藝發(fā)酵，在發(fā)酵過程中安全閥的最大開啟壓力為0.16mpa。則設(shè)計壓力p氣=1.10.16=0.176mpa2設(shè)計溫度設(shè)計溫度是指容器在正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)計壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度，它用于確定材料的許用應(yīng)力，本設(shè)計發(fā)酵罐最高的工作溫度為16，為安全起見，考慮到發(fā)酵罐有保溫和保冷措施，及一定的安全性。設(shè)計溫度取18。3許用應(yīng)力許用應(yīng)力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料允許的最高強(qiáng)度。本設(shè)計選用的材料為不銹鋼0cr18ni9型號，查表知其許用應(yīng)力為137mpa。4焊接接頭系數(shù)通過焊接制成的容器，其焊縫的強(qiáng)度比較薄弱，為了補償焊接時可能出現(xiàn)的焊接缺陷對容器強(qiáng)度的影響，引入了焊接接頭系數(shù)，它反映了由于焊接連接時材料強(qiáng)度的削弱程度，本設(shè)計采用焊接方式為雙面焊接，全部無損探傷，故焊接系數(shù)為1。5厚度附加量按公式計算得到的容器厚度，不僅要滿足強(qiáng)度和剛度要求，而且還要根據(jù)實際情況加入一定的厚度附加量c。c=c1+c2式中 c1厚度負(fù)偏差，c2腐蝕裕量本設(shè)計取c1=0.3mm，c2=1mm，故c=1.3mm。5.4.2 橢圓封頭厚度的計算 式中：計算厚度 k形狀系數(shù)，此處選標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故為1。 設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，又由材料0cr18ni9查表