發(fā)酵工程課程設計-70000噸啤酒工廠發(fā)酵車間設計

1、發(fā)酵工程課程設計說明書第 頁湖南大學發(fā)酵工程課 程 設 計 說 明 書70，000噸啤酒工廠發(fā)酵車間設計姓 名_ _ _學 院_生物學院_專 業(yè)_生物技術_學 號_ _指 導 教 師_曾 嘉_2013 年7 月12 日發(fā)酵工程課程設計任務書設計題目：70，000噸啤酒工廠發(fā)酵車間設計基礎數(shù)據(jù)：生產(chǎn)規(guī)模：70，000噸年； 產(chǎn)品規(guī)格：12度淡色啤酒； 生產(chǎn)天數(shù)：300天年； 原料配比： 麥芽：大米=70：30； 原料利用率：98； 麥芽水分：6； 大米水分：12 無水麥芽浸出率：78； 無水大米浸出率：90 啤酒損失率(對熱麥汁)： 總損失：12 冷卻損失：7； 發(fā)酵損失：1.5； 過濾損失：1

2、.5： 裝瓶損失：2； 糖化次數(shù)：生產(chǎn)旺季(150天)8次天，生產(chǎn)淡季(150天) 4次天； 菌種：主酵6天，發(fā)酵周期14天。 課程設計目的：學生在掌握了基礎理論，專業(yè)理論，專業(yè)知識的基礎上，培養(yǎng)學生具備發(fā)酵工廠工藝、工程設計的能力。其基本目的是：(l）培養(yǎng)學生利用所學知識，解決工程實際問題的能力。(2）培養(yǎng)學生掌握發(fā)酵工廠工藝流程和主要設備設計的方法及設計步驟。(3）達到對學生進行基本技能的訓練，例如：計算、繪圖、熟悉和運用設計資料（手冊、標準、圖冊和規(guī)范等）的能力。設計內(nèi)容：(l）根據(jù)以上設計任務，查閱有關資料、文獻，搜集必要的技術資料，工藝參數(shù)與數(shù)據(jù)，進行生產(chǎn)方法的選擇，工藝流程與工藝條

3、件的確定與論證。(2）工藝計算：全廠的物料衡算；發(fā)酵車間耗冷量計算。(3）發(fā)酵車間設備的選型計算：包括設備的容量，數(shù)量，主要的外形尺寸。設計要求：(l）根據(jù)以上設計內(nèi)容，書寫設計說明書(以發(fā)酵工廠工藝設計概論P254車間初步設計說明書的編寫要求書寫)。(2）完成圖紙一張(1號圖紙)：全廠工藝流程圖(初步設計階段)。設計時間：2013年學年暑期小學期 7月1日7月12日。附錄：設計說明書格式及要求：一、封面；二、設計任務書；三、目錄；四、設計方案簡介；五、工藝確定、工藝流程草圖及說明（論證）；六、工藝計算：1全廠物料衡算；2發(fā)酵車間耗冷量的計算。七、發(fā)酵罐的設備和發(fā)酵車間其他設備選型及說明：1發(fā)

4、酵主要罐體尺寸計算和設計；2. 其他設備生產(chǎn)能力的計算和選型。八、設計結果概要或設計一覽表；九、對本設計的評述；十、附圖；十一、參考文獻；十二、主要符號說明。主要參考書目：發(fā)酵工廠工藝設計概論、化學工程原理、發(fā)酵工 藝與設備、釀造酒工藝學、啤酒工業(yè)手冊、化工設備設計手冊、材料與零部件。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc329515171 1 設計方案簡介6HYPERLINK l _Toc329515172 2工藝流程及論證10HYPERLINK l _Toc329515173 2.1啤酒生產(chǎn)的工藝流程102.2工藝流程簡介HYPERLINK l _Toc32

5、9515174 11HYPERLINK l _Toc329515175 3工藝計算13 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc329515171 3.1發(fā)酵車間的物料衡算133.2HYPERLINK l _Toc329515172 發(fā)酵車間的耗冷量計算14HYPERLINK l _Toc329515173 3.3發(fā)酵罐主要罐體尺寸的計算和設計173.4其他計算設備的生產(chǎn)能力和選型 HYPERLINK l _Toc329515174 PAGEREF _Toc329515174 h 21HYPERLINK l _Toc329515175 4主要設計一覽表 PAGEREF

6、_Toc329515175 h 22HYPERLINK l _Toc329515176 5設計評述22HYPERLINK l _Toc329515177 6心得體會 PAGEREF _Toc329515177 h 23HYPERLINK l _Toc329515171 7參考資料25設計方案簡介啤酒既是一種食品飲料,又是一種內(nèi)涵豐富的文化用品。飲酒不僅是一種飲食行為,又是一種文化交際活動。它作為食品飲料產(chǎn)品不僅代表生產(chǎn)力和微生物科學技術，飲酒活動又是世界各民族獨特傳統(tǒng)文化重要組成部分。啤酒雖不是人類生存的必需品，但在社會生活中具有無法替代的功能。啤酒是人類最古老的酒精飲料，是水和茶之后世界上消

7、耗量排名第三的飲料。啤酒于二十世紀初傳入HYPERLINK /view/61891.htm t _blank 中國，屬外來酒種。啤酒以大HYPERLINK /view/20415.htm t _blank 麥芽酒花水為主要原料經(jīng)酵母HYPERLINK /view/1461803.htm t _blank 發(fā)酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低HYPERLINK /view/682440.htm t _blank 酒精度酒。2009年亞洲的啤酒產(chǎn)量約為5867萬升，首次超越歐洲，成為全球最大啤酒生產(chǎn)地。在 HYPERLINK /view/391361.htm t _blank 古代中國，也有類似于啤

8、酒的HYPERLINK /view/1760473.htm t _blank 酒精飲料，古人稱之為醴.大約在漢代后，醴被酒曲釀造的 HYPERLINK /view/27587.htm t _blank 黃酒所淘汰.清代末期開始，國外的 HYPERLINK /view/3602355.htm t _blank 啤酒生產(chǎn)技術引入中國，新中國成立后，尤其是20世紀80年代以來，啤酒工業(yè)得到了突飛猛進的發(fā)展，到現(xiàn)在中國已成為世界第一啤酒生產(chǎn)大國。1.1世界啤酒的發(fā)展啤酒最早出現(xiàn)于公元前3000年左右的古埃及和美索不達米亞（今伊拉克）地區(qū)。這一歷史事實可以在王墓的墓壁上得以證實。史料記載，當時啤酒的制作

9、只是將發(fā)芽的大麥制成面包，再將面包磨碎，置于敞口的缸中，讓空氣中的酵母菌進入缸中進行發(fā)酵，制成原始啤酒。公元6世紀，啤酒的制作方法由埃及經(jīng)北非、伊比利亞半島、法國傳入德國。那時啤酒的制作主要在教堂、修道院中進行。為了保證啤酒質(zhì)量，防止由乳酸菌引起的酸味，修道院要求釀造啤酒的器具必須保持清潔。公元11世紀，啤酒花由斯拉夫人用于啤酒。1480年，以德國南部為中心，發(fā)展出了下面發(fā)酵法，啤酒質(zhì)量有了大幅提高，啤酒制造業(yè)空前發(fā)展。1516年，由巴伐利亞領邦的威廉四世提出世界著名的“啤酒純粹法”。1800年時期，隨著蒸汽機的發(fā)明，啤酒生產(chǎn)中大部分實現(xiàn)了機械化，生產(chǎn)量得到了提高，質(zhì)量比較穩(wěn)定，價格較便宜。1

10、830年左右，德國的啤酒技術人員分布到了歐洲各地，將啤酒工藝傳播到全世界。1.2中國啤酒的發(fā)展 19世紀末啤酒輸入中國。1900年俄國人在哈爾濱市首先建立了烏盧布列希夫斯基啤酒廠1901年俄國人和德國人聯(lián)合建立了哈蓋邁耶爾-柳切爾曼啤酒廠1903年捷克人在哈爾濱建立了東巴伐利亞啤酒廠1903年德國人和英國人合營在青島建立了英德啤酒公司(青島啤酒廠前身)1905年德國人在哈爾濱建立了梭忌怒啤酒廠。此后不少外國人在東北和天津上海北京等地建廠這些酒廠分別由俄德波日等國商人經(jīng)營。中國人最早自建的啤酒廠是1904年在哈爾濱建立的東北三省啤酒廠其次是1914年建立的五洲啤酒汽水廠(哈爾濱)1915年建立的

11、北京雙合盛啤酒廠1920年建立的山東煙臺醴泉啤酒廠(煙臺啤酒廠前身)1935年建立的廣州五羊啤酒廠(廣州啤酒廠前身)。當時中國的啤酒業(yè)發(fā)展緩慢分布不廣產(chǎn)量不大。生產(chǎn)技術掌握在外國人手中生產(chǎn)原料麥芽和酒花都依靠進口。1949年以前全國啤酒廠不到十家總產(chǎn)量不足萬噸。1949年后中國啤酒工業(yè)發(fā)展較快并逐步擺脫了原料依賴進口的落后狀態(tài)。主要經(jīng)歷了以下四個階段： 第一階段： 從1953年到1962年，是啤酒工業(yè)的調(diào)整和發(fā)展階段，新建了一批新的啤酒廠，啤酒年產(chǎn)量的 HYPERLINK /view/191096.htm t _blank 平均增長速度為38.2%。1963年至1972年，速度雖有所放慢，但啤

12、酒產(chǎn)量仍增長1.4 倍。到1978年，中國的啤酒年產(chǎn)量達到40萬噸。在這一階段，在啤酒科學研究，教育，人才培養(yǎng)等方面的工作為啤酒工業(yè)的今后的發(fā)展打下了基礎. 第二階段： 1979年后，啤酒生產(chǎn)全面發(fā)展。全國除 HYPERLINK /view/2684.htm t _blank 西藏外，各省、市、自治區(qū)都建立了啤酒廠，全國除輕工系統(tǒng)外，其他部們?nèi)缟虡I(yè)、農(nóng)業(yè)、機械、國防、冶金等都建立了啤酒廠。一些啤酒廠的規(guī)模也越來越大.如在1980年，中國共生產(chǎn)啤酒68. 8萬噸. 第三階段： 在這一階段，中國的啤酒工業(yè)高速發(fā)展，其主要特點是擴建和新建的啤酒廠如雨后春筍，啤酒生產(chǎn)規(guī)模也逐步擴大，在有的省份， 幾乎

13、每個縣市都有啤酒廠。據(jù)1987年的統(tǒng)計，在 HYPERLINK /view/6310.htm t _blank 浙江省就有啤酒廠104個.由于實行改革開放政策，從國外引進技術，裝備，人才，加快了啤酒工業(yè)的發(fā)展.如從國外引進了啤酒生產(chǎn)線，尤其是啤酒灌裝線。產(chǎn)量翻番的時間縮短，如 1982年，全國啤酒產(chǎn)量為117萬噸，到1985年，啤酒產(chǎn)量就達到310.4萬噸.1988年，啤酒產(chǎn)量又翻了一番，達到654萬噸。 第四階段： 這一階段可說是中國的啤酒工業(yè)進入了旺盛的成熟期，一方面，啤酒工業(yè)繼續(xù)以高速度發(fā)展，在高速發(fā)展的同時，開始對啤酒的質(zhì)量， 啤酒工業(yè)的經(jīng)濟效益更加重視，啤酒工業(yè)的規(guī)模按照國際上的慣例

14、，開始向大型化，集團化方向發(fā)展.一些中小型啤酒廠被大型啤酒廠兼并。1.3啤酒的營養(yǎng)價值1 啤酒是以發(fā)芽大麥為主要原料釀造的一類飲料。含酒精度最低，HYPERLINK /view/439169.htm t _blank 營養(yǎng)價值高，成分有水分、碳水化合物、蛋白質(zhì)、二氧化碳、維生素及鈣、磷等物質(zhì)。有“液體面包”之稱，經(jīng)常飲用有消暑解熱、幫助消化、開胃健脾、增進食欲等功能。 2 啤酒是由發(fā)醇的谷物制成的，因此含有豐富的HYPERLINK /view/161787.htm t _blank B族維生素和其他招牌營養(yǎng)素，并具有一定的熱量，“液體面包”之稱雖有些過，但確實有類似之處。 3 啤酒特別是黑啤酒

15、可使動脈硬化和 HYPERLINK /view/9779.htm t _blank 白內(nèi)障的發(fā)病率降低50%，并對 HYPERLINK /view/79772.htm t _blank 心臟病有抵抗作用 4 男性以及年輕女性經(jīng)常飲用啤酒，可以減少年老時得骨質(zhì)疏松癥的幾率。骨質(zhì)的密度和硅的攝取量有密切關系，而啤酒中因為含有大量的硅，經(jīng)常飲用有助于保持人體骨骼強健。 1.4啤酒的分類1. 根據(jù)啤酒色澤劃分(l）淡色啤酒 (2）濃色啤酒 (3）黑啤 2根據(jù)啤酒殺菌處理情況劃分 (1)HYPERLINK /view/264585.htm t _blank 鮮啤酒 (2)HYPERLINK /view/

16、264581.htm t _blank 熟啤酒 3根據(jù)原麥汁濃度劃分 (1)HYPERLINK /view/1506623.htm t _blank 低濃度啤酒 (2)HYPERLINK /view/1506624.htm t _blank 中濃度啤酒 (3)HYPERLINK /view/1506625.htm t _blank 高濃度啤酒4根據(jù)發(fā)酵性質(zhì)劃分 (1）頂部發(fā)酵 (2）底部發(fā)酵5.根據(jù)銷售渠道和產(chǎn)品質(zhì)量劃分 （1）內(nèi)銷啤酒 （2）外銷啤酒6.根據(jù)包裝容器劃分瓶裝啤酒罐裝啤酒桶裝啤酒 1.5啤酒的風格啤酒風格又稱典型性，是啤酒色、香、味和泡沫的綜合體現(xiàn)，在啤酒釀造過程中形成。也因不

17、同地區(qū)人們的習慣和愛好而大不相同。啤酒風格由其色澤、透明度、泡沫、香氣與口味體現(xiàn)。啤酒根據(jù)色澤分為淡色啤酒，濃色啤酒和黑啤酒。啤酒的原料為 HYPERLINK /view/37129.htm t _blank 大麥釀造用水HYPERLINK /view/44753.htm t _blank 酒花酵母以及淀粉質(zhì)輔助原料（玉米 HYPERLINK /view/35787.htm t _blank 大米大麥小麥等）和糖類輔助原料等。啤酒生產(chǎn)大致可分為麥芽制造啤酒釀造啤酒灌裝3個主要過程。 啤酒發(fā)酵過程是啤酒酵母在一定的條件下，利用麥汁中的可發(fā)酵性物質(zhì)而進行的正常生命活動，其代謝的產(chǎn)物就是所要的產(chǎn)品-

18、啤酒。由于酵母類型的不同，發(fā)酵的條件和產(chǎn)品要求、風味不同，發(fā)酵的方式也不相同。根據(jù)酵母發(fā)酵類型不同可把啤酒分成上面發(fā)酵啤酒和下面發(fā)酵啤酒。一般可以把啤酒發(fā)酵技術分為傳統(tǒng)發(fā)酵技術和現(xiàn)代發(fā)酵技術?，F(xiàn)代發(fā)酵主要有圓柱露天錐形發(fā)酵罐發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和高濃稀釋發(fā)酵等方式，目前主要采用圓柱露天錐形發(fā)酵罐發(fā)酵。本設計方案采用圓柱露天錐形發(fā)酵罐式下面酵母發(fā)酵法進行啤酒發(fā)酵。一罐式發(fā)酵工藝的優(yōu)點：清洗時消耗的洗滌水量減少；操作簡單，發(fā)酵過程中不用倒罐，避免了發(fā)酵過程中空氣進入的危險且省時；轉入空罐時CO2損失少；因為沒有了管道中殘酒的損失，酒損少。2工藝流程及論證 2.1啤酒生產(chǎn)的工藝流程CO2酵母冷麥汁錐底發(fā)酵

19、罐過濾清酒罐其中發(fā)酵車間的主要工藝流程如下：酵母的擴大培養(yǎng)酵母泥的流出工藝流程簡介本設計采用一罐式發(fā)酵下面酵母法進行發(fā)酵，采用高溫發(fā)酵工藝。麥汁冷卻溫度為11，添加0.6%泥狀酵母，送入發(fā)酵罐，保溫36h后，發(fā)酵升溫到12，在此保溫2d，旺盛發(fā)酵。然后自然升溫至14，保溫4d，在7-8d時降低溫度至0，排出沉淀酵母。在0下進行后成熟、飽和二氧化碳5d。冷卻后的麥汁中接入酵母菌后，便進入真正的啤酒發(fā)酵時期了。此過程主要分為：前發(fā)酵，主發(fā)酵、后發(fā)酵和儲酒。菌種的擴大培養(yǎng)開始生產(chǎn)時，種酵母是從實驗室開始逐步擴大培養(yǎng)的，當啤酒出罐（或池）后，利用回收的酵母即可做接種用，但這些酵母須經(jīng)去雜、去死細胞和多

20、次洗滌。使用一次回收的酵母俗稱一代，一般只使用4-5代，否則酵母退化現(xiàn)象嚴重，影響啤酒的質(zhì)量。用直接添加法添加酵母 在密閉酵母添加器內(nèi)將回收的酵母按需要量與麥汁混勻（約1:1），用壓縮空氣或泵送入添加槽內(nèi)，適當通風數(shù)分鐘。前發(fā)酵接種酵母泥處于休眠階段，酵母和麥汁接觸后，有較長的生長滯緩期，之后才能進入出芽繁殖。當酵母細胞濃度達到20106 個/mL，麥汁表面開始起泡，這個階段稱為前發(fā)酵。前發(fā)酵時間隨接種溫度、接種量的變化而變化。低溫發(fā)酵約為16-20h,中溫發(fā)酵約為12-14h。酵母添加量 添加量常按泥狀酵母對麥汁體積百分率計算，一般為0.50.65，通常接種后細胞濃度為800萬1200萬個/

21、ml。接種量應根據(jù)酵母新鮮度，稀稠度，酵母使用代數(shù)、發(fā)酵溫度、麥汁濃度以及添加方法等適當調(diào)節(jié)。若麥汁濃度高，酵母使用代數(shù)多，接種溫度及酵母濃度低，則接種量應稍大，反之則少。前發(fā)酵階段，酵母降糖較緩慢，由于酵母代謝作用，發(fā)酵液溫度會自然升高0.6-1.0。前發(fā)酵結束后，將發(fā)酵液打入主發(fā)酵室。主發(fā)酵主發(fā)酵在絕熱良好，清潔衛(wèi)生的發(fā)酵室內(nèi)進行，室內(nèi)安裝通風系統(tǒng)。這是發(fā)酵的主要階段，也是酵母活性期，麥汁中的可發(fā)酵性糖絕大部分在此期間發(fā)酵，酵母的一些主要代謝產(chǎn)物也是在此期內(nèi)產(chǎn)生的。發(fā)酵方法分兩類，即上面發(fā)酵法和下面發(fā)酵法。本設計采用下面發(fā)酵法，用一罐法進行發(fā)酵。加酒花后的澄清汁冷卻至6.58.0，接種酵母

22、，主發(fā)酵正式開始。酵母對以麥芽糖為主的麥汁進行發(fā)酵，產(chǎn)生乙醇和CO2，這是發(fā)酵的主要生化反應。主要階段如下：發(fā)酵第一階段 又稱低泡期。接種后1520小時，池的四周出現(xiàn)白沫，并向中間擴展，直至全液面，這是發(fā)酵的開始。而后泡沫逐漸培厚，此階段維持2.53天，每天溫度上升0.91，糖度平均每24小時降1Bx。發(fā)酵第二階段 又稱高泡期。為發(fā)酵的最旺盛期，泡沫特別豐厚，可高達2530cm。由于麥汁中酒花樹脂等被氧化，泡沫逐漸變?yōu)樽攸S色。此階段23天，每天降糖11.5。發(fā)酵第三階段 又稱落泡期。高泡期過后，酵母增殖停止、溫度開始下降，降糖速度變慢，泡沫顏色加深并逐步形成由泡沫、蛋白質(zhì)及多酚類氧化物等物質(zhì)組

23、成的泡蓋，厚度25cm。此階段2天，每天降糖0.50.8。當12度酒糖度降至3.84Bx時，即可下酒進入后發(fā)酵。泡蓋形成期發(fā)酵7-8天后，泡沫回縮，形成泡蓋，此時應大幅度降溫，使酵母沉淀。此時可從下部放出酵母，以備下次用作菌種。后發(fā)酵及儲酒后發(fā)酵又稱貯酒，其目的是完成殘?zhí)堑淖詈蟀l(fā)酵，增加啤酒的穩(wěn)定性，飽充CO2，充分沉淀蛋白質(zhì)，澄清酒液；清除雙乙酰、醛類及H2S等嫩酒味，促進成熟；盡可能使酒液處于還原狀態(tài)，降低氧含量。過濾由于發(fā)酵成熟的啤酒中含有大量的酵母，酒液十分渾濁。所以，一般先要進行粗慮，然后再進行精濾。本設計為12p經(jīng)典啤酒，啤酒的粗慮采用硅藻土過濾機，啤酒的精濾采用紙板過濾機。由于燭

24、式過濾機具有過濾面積大，過濾效率高等特點，本設計采用燭式硅藻土過濾機。3.工藝計算3.1發(fā)酵車間物料衡算依據(jù)下表標準，對發(fā)酵所需物料進行計算：表1項 目名 稱百分比（%）項 目名 稱百分比（%）定額指標無水麥芽浸出率78原料配比麥 芽70大 米30無水大米浸出率90啤酒損失率（對熱麥汁）冷卻損失7發(fā)酵損失1.5原料利用率98過濾損失1.5麥芽水分6裝瓶損失2大米水分12總 損 失12計算生產(chǎn)1t 12P啤酒需要耗用的材料以及其他物料量12淡色啤酒的密度為1012kg/m3 ，即1.012kg/L,所需的熱麥汁的體積為：10001.012（1-12%）=1122.89L所需冷麥汁10001.01

25、2（1-12%）（1-7%）=1044.29L所需發(fā)酵后粗啤酒液10001.012（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）=1028.62L所需裝瓶前啤酒液10001.012（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）（1-1.5%）=1013.19L實際所得裝瓶量10001.012（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）（1-1.5%）（1-2%）=992.93L(6)所需二級種子液的量（按接種量為0.6%）10001.012（1-12%）（1-7%）0.6%=6.27L計算生產(chǎn)70000t /年12P啤酒需要耗用的材料以及其他物料量由于旺季的糖化次數(shù)為8次/天，淡季的糖化次數(shù)為4次/天，

26、旺季時間和淡季時間均為150天，那么旺季和淡季的生產(chǎn)量之比應相應為2:1，每天的生產(chǎn)量之比也為2:1，每年的總糖化次數(shù)為：8150+4150=1800次。所以相應的數(shù)據(jù)如下表：表2用量物料1t耗用量（L）70000t/年用量(104L)旺季用量104 L/天淡季用量104 L/天熱麥汁1122.897860.2334.9317.47冷麥汁1044.297310.0332.4916.24發(fā)酵液量1028.627200.3832.0016.00過濾后酒量1013.197092.3331.5215.76實際裝瓶量992.936950.5130.8915.45二級種子液6.2743.890.19510

27、.09753備注：12淡色啤酒的密度為1012kg/m3，實際年產(chǎn)啤酒70339t.注：旺季用量t/天：以熱麥汁為例 7860.23104 （2/3）150=349300L發(fā)酵車間耗冷量計算工藝所用基本數(shù)據(jù)如下：每8鍋麥汁放入一個發(fā)酵罐；一次發(fā)酵的總量為V=437008=349600L；相應的麥汁密度為1048kg/m3，一次發(fā)酵的麥汁質(zhì)量為G=V=3496001.048=366380.8kg麥芽糖厭氧發(fā)酵熱q=613.6kJ/kg;12PBx麥汁比熱容可視作=4.0kJ/(kg*K)；冷媒用15%的酒精溶液，比熱容可視作c2=4.18kJ/(kg*K) ，進出口溫度分別為-8和0；麥汁發(fā)酵度

28、60%；工藝耗冷量發(fā)酵期間發(fā)酵耗冷量Q1啤酒的度數(shù)則不表示乙醇的含量,而是表示啤酒生產(chǎn)原料,也就是麥芽汁的濃度,以12度的啤酒為例,是麥芽汁發(fā)酵前浸出物的濃度為12%(重量比)。假定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.設發(fā)酵度為60%，則1L麥汁放熱量為：q0=613.612%60%=44.18 （kJ）根據(jù)物料衡算，每錐形發(fā)酵罐放熱量為：Q0= q0V=44.18349600=15445328（kJ） 由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時間為6天，每天糖化8鍋麥汁，并考慮到發(fā)酵放熱的不平衡，取系數(shù)1.5，忽略主發(fā)酵期的麥汁溫升，則發(fā)酵高峰期的耗冷量為：Q1= = =1608

29、88.8（kJ/h）發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷Q2 主發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從5緩慢降至0，每單罐降溫耗冷量為：Q2=Gt=4.0(5-0)=7327616（kJ）工藝要求此過冷過程在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝一個錐形罐）：Q2 = Q2（24*2）=152658.7（kJ/h）發(fā)酵總耗冷量：QQ= Q1+ Q2=160888.8+152658.7 =313547.5 (kJ/h)每罐發(fā)酵耗冷量Q：Q= Q0+ Q2=15445328+7327616=22772944（kJ）發(fā)酵用冷媒耗量（循環(huán)量）M2發(fā)酵過程冷卻用稀酒精液作為冷卻介質(zhì)，進出口溫度為-8和0，故耗冷媒量為：M2= Q/（c2

30、*8）=313547.5(4.188)=9376.4(kg/h)酵母洗滌用冷無菌水冷卻水的耗冷量Q3在錐形罐啤酒發(fā)酵過程中，主發(fā)酵結束時要排放部分酵母，經(jīng)洗滌活化后重復用于新麥汁的發(fā)酵，一般可重復使用45次。設濕酵母添加量為麥汁量的0.6%，且使用1的無菌水洗滌，洗滌無菌水量為濕酵母量的3倍。冷卻前無菌水溫為30，用-8的酒精液做冷卻介質(zhì)。由上述條件，可得無菌水用量為GW=366380.80.6%3=6594.9 （kJ/d）式中 366380.8- 一天糖化所得的冷麥汁量（kg）每班無菌水用量：=GW3=6594.9 3=2198.3(kg/班）假定無菌水冷卻操作在2h 內(nèi)完成，則無菌水冷卻

31、耗冷量為：Q3=（tw -tw）t=2198.34.2（30-1）2=133876.5 （kJ/h）所耗冷凍介質(zhì)為：= Q3=133876.5(4.18*8)=4003.5（kg/h）式中 ，冷凍酒精液熱交換前后的溫度，分別為-8和0 每罐用于酵母洗滌的耗冷量為：Q3 =1Q3=133876.5( kJ)式中： 1為每班裝一罐酵母培養(yǎng)耗冷量Q4 根據(jù)工藝設計每月需進行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為12h,即288h.根據(jù)工廠實踐，年產(chǎn)70000t啤酒工廠酵母培養(yǎng)耗冷量為：Q4=97500（kJ/h） 對應的年耗冷量為：Q4= Q428810=2.808 （kJ） 相應的高峰冷凍介質(zhì)循環(huán)量為：= Q

32、4/ c2()=97500(4.188)=2915.7 (kg/h)發(fā)酵車間工藝耗冷量Qt： 綜上計算，可求得發(fā)酵車間的工藝耗冷量為Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=160888.8+152658.7+133876.5+97500=544924（kJ/h）非工藝耗冷量Qnt 除了上述的發(fā)酵過程工藝耗冷量以外，發(fā)酵罐外壁，運轉機械，維護結構及管道等均會耗用或散失冷量，構成所謂的非工藝耗冷量。露天錐形罐冷量散失Q5 錐形發(fā)酵罐啤酒發(fā)酵工廠中把發(fā)酵罐至于露天，由于太陽輻射，對流傳熱和熱傳導等造成冷量散失。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn)70000噸啤酒廠露天錐形罐的冷量散失在30000 kJ70000kJ/t之間，在長沙

33、設廠的話，取高值。故旺季每天耗冷量為： Q5 =*70000=308.91.01270000=21882476 (kJ/d) 式中 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2倍，則高峰耗冷量為： Q5= Q5 224=1823539.7 (kJ/h)冷媒（-8稀酒精）用量：= Q5 c2 ()=54531.7(kg/h)清酒罐，過濾機及管道等散失冷量Q6 根據(jù)經(jīng)驗，選取Q6=12% Qt =12% 544924=65390.9 （kJ/h） 冷媒（-8稀酒精）用量： = Q6c2 ()=1955.5(kg/h)70000噸/年啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表將上述結果，整理后可得

34、70000噸/年啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表，如下表所示：表3耗冷分類耗冷項單位時間耗冷量kJ/h冷媒用量kg/h每罐耗冷kJ年耗冷量kJ工藝耗冷發(fā)酵耗冷313547.5 9376.42.281075.124109酵母用冷卻水耗冷133876.54003.51.341053.02107酵母培養(yǎng)耗冷975002915.71.2481062.808108非工藝耗冷露天錐形罐耗冷1823539.754531.71.771073.985109其他耗冷65390.91955.51.571063.53108 發(fā)酵主要罐體尺寸計算和設計發(fā)酵罐相關要求發(fā)酵罐的選型 對于厭氧性發(fā)酵罐，主要是用錐形發(fā)酵罐。發(fā)酵罐的選

35、型，對于厭氧性發(fā)酵罐，主要是用錐形發(fā)酵罐。圓筒錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點： 加速發(fā)酵：麥汁和酵母對流獲得強化，因而加速發(fā)酵。 廠房投資節(jié)省。 冷耗節(jié)省：直接冷卻發(fā)酵罐和酒液，而且冷卻介質(zhì)在強制循環(huán)下，傳熱系數(shù)高。 發(fā)酵罐的清洗和消毒實現(xiàn)自動程序化。生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定：隨著科學技術的發(fā)展，生產(chǎn)發(fā)酵罐的專業(yè)廠家越來越多。一般來說，對于相同的容積需求，單罐容量越大，數(shù)量越少，與單罐容量小，數(shù)量多相比，經(jīng)濟性能要好，但是風險也大，要求技術管理水平更高。發(fā)酵罐尺寸的要求:高比 錐形罐呈圓柱錐底形，圓筒體的直徑與高度之比為1：14。一般徑高比越大，發(fā)酵時自然對流越強烈，酵母發(fā)酵速度快，但酵母不容易沉降，啤酒

36、澄清困難。一般直徑與麥汁液位總高度之比應為1：2，直徑與柱形部分麥汁高度之比應為1：11.5。罐容量罐容量越大，麥汁滿罐時間越長，發(fā)酵增殖次數(shù)多、時間長，會造成雙乙酰前 驅物質(zhì)形成量增大，雙乙酰產(chǎn)生量大、還原時間長。此外，還會造成出酒、清洗、重新進麥汁等非生產(chǎn)時間延長，且用冷高峰期峰值高，造成供冷緊張。由于二氧化碳的釋放和泡沫的產(chǎn)生，罐有效容積一般為罐總量的80%左右。 本設計填充系數(shù)為78%80%。錐角 一般在6090之間， 常用6075（不銹鋼罐常用錐角60，內(nèi)有涂料的鋼罐錐角為75），以利于酵母的沉降與分離。 冷卻夾套和冷卻面積錐形發(fā)酵罐冷卻常采用間接冷卻。國內(nèi)常采用20%30%的酒精水

37、溶液，或20%丙二醇水溶液作為冷媒。本設計采用15%的稀酒精液。根據(jù)罐的容量不同，冷卻可采用二段式或三段式。冷卻面積根據(jù)罐體的材料而定，不銹鋼材料一般為0.350.4m2/m3發(fā)酵液，碳鋼罐為0.50.62m2/m3發(fā)酵液。錐底冷卻面積不宜過大，防止貯酒期啤酒的結冰。 發(fā)酵罐罐體尺寸的計算主發(fā)酵罐的計算發(fā)酵罐主體尺寸的計算對于70000噸/年的啤酒發(fā)酵工廠，每天需要的物料體積為324.9m（旺季），162.4 m（淡季），若以旺季每糖化8次放入一個發(fā)酵罐，設發(fā)酵罐的填充系數(shù)為x=80%，則每天需要發(fā)酵罐的總容積為（發(fā)酵周期為14天）。淡季=162.40.8=203旺季=324.90.8=406

38、.1 經(jīng)綜合各種情況：選擇以旺季為標準，每8鍋麥汁為一罐，采用450m的發(fā)酵罐15個（一個備用）。選定的常量 ：H/D=3 ； 錐角60 ；V= 450m3具體尺寸計算如下：圓柱高度 h1 圓錐高度 h2 圓柱體積 V1=r2 h1 椎體體積 V2=r2h2 H= h1+ h2 ; H/r=6; h2=0.866D V= V1+ V2=450 計算得：H=18.57m ; D=6.2m ; h1=13.21； h2 =5.36m發(fā)酵罐壁厚的計算C=C1+C2+C3式中C壁厚附加量，cm C1鋼板負偏差，其范圍為0.13-1.3，現(xiàn)取0.8mm C2腐蝕裕量，為雙面腐蝕，取2mm C3加工減薄量

39、，取0得C=0.8+2+0=2.8mm=0.28cm式中 P設計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取0.4MPa D發(fā)酵罐內(nèi)徑，為6.19m 不銹鋼的許用應力，為127MPa焊縫系數(shù)，范圍在0.51之間，現(xiàn)取0.7代入上式即選用16.8mm厚的不銹鋼板制作。種子罐相關計算以旺季標準：每次所需二級種子液1.951m，1.9510.8=2.439 m本設計采用450m3的發(fā)酵罐，裝量為324.9m3，接種量按0.6%的量接種，所以每罐需要1.951m3 種子，以裝料系數(shù)為0.8，所以需要一個2.439 m3的種子罐，即5m的發(fā)酵罐。每5 m3的種子又是通過用0.5 m3種子罐放大到的，所以種子的

40、制備需要二級發(fā)酵得到。所需的種子罐的體積分別是5 m3、0.5 m3。取H/D=2:1,h1=0.866D通過計算得：5 m3的種子罐 H=2.44m；D=1.4 m ;h1=1.21m 0.5 m3的種子罐 H=1.14 m D=0.6m; h1=0.52m因為旺季每天上罐一次，種子罐培養(yǎng)需24h,輔助操作8-10h，所以周期為32-34小時，共各需3個（1個備用）計算發(fā)酵罐冷卻系統(tǒng)換熱面積及相關的設備計算為了保證發(fā)酵在最旺盛的、微生物消耗基質(zhì)最多以及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按發(fā)酵生成熱量高峰，一年中最熱的半個月的氣溫下，冷卻水可能達到的最高溫度的惡劣的條件下，設計冷卻面積。根據(jù)公式

41、: K=QAtmK傳熱系數(shù)( KJ/m2*h*)Q冷卻媒介帶走的熱量流量（KJ/h）A冷卻面積（m2）tm平均溫差（）=9.44據(jù)經(jīng)驗，取傳熱系數(shù)為K=1932kJ/(m2h), Q=Q+ Q5=313547.5+1823539.7 =2137087.2KJ/h A=2137087.219329.44=117.2所以 A=117.2m2選取蛇管為冷媒輸送鋼管，其規(guī)格為603.5，考慮到罐徑較大，設罐內(nèi)同心裝兩列蛇管，并同時進入冷卻水，則兩列蛇管總長度L為：L=F/dm=117.2/(3.140.0565)=660.6(m)dm指蛇管的平均直徑。每圈蛇管的長度式中 dp指蛇管圈直徑（m） hp

42、指蛇管圈之間的間距（m），取0.15m則 兩列蛇管總圈數(shù)Np=L/l=660.619.4=27.434兩列蛇管總高度H=(Np-1)hp=(34-1) 0.15=4.95 (m)其他設備生產(chǎn)能力的計算和選型螺桿泵 本設計的麥汁 是從發(fā)酵罐的罐底打入的，壓強比較高，所以采用螺桿泵。本設計選定的是U型螺桿泵。由于每罐裝量406 m3，在5小時內(nèi)裝滿，流量為81.2m/h。據(jù)標準，求得管道為765.5。設計在3小時內(nèi)排空，流量為135.3 m/h，求得管道為1086.0。因為罐高18.57m，全部裝滿大概是兩個大氣壓，所以揚程用0.5MPa.離心泵離心式泵主要用在將冷媒介泵入夾套和種子在各級種子之間

43、傳遞，所以要求不是很高，所以采用流量30 m3/h，揚程35m 液柱的泵。設計概要一覽表表4公升容量m臺數(shù)規(guī)格材料備注主發(fā)酵罐45015H=18.57m D=6.2m h1=5.36m不銹鋼封頭曲面高h1=1.55m直邊高h2=50mm一級種子罐0.53H=1.14m D=0.6m; h1=0.52m不銹鋼二級種子罐53H=2.44m；D=1.4m ;h1=1.21m不銹鋼螺桿泵1流量40.6m/h揚程0.5MPa.鑄鐵U型螺桿泵離心泵1流量30 m3/h揚程35m鑄鐵蛇管兩列603.5圈數(shù)34高度4.95米不銹鋼對本設計的評述發(fā)酵車間的工藝流程主要就是酵母在錐底發(fā)酵罐中的發(fā)酵過程，還包含了種子的擴大培養(yǎng)，以及相應的儲酒過程。在這些過程中，我們根據(jù)經(jīng)濟、方便的原則，選取了合適的設備及設置了合理的參數(shù)進行相關的初步設計，以爭取使本設計的結果達到標準，效益相應的變高。本設計采用了比較先