國(guó)內(nèi)啤酒工業(yè)發(fā)酵罐設(shè)計(jì)現(xiàn)狀調(diào)查

1、國(guó)內(nèi)啤酒工業(yè)發(fā)醉罐設(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(wèn)題作了探討?！娟P(guān)鍵詞】啤酒一罐法發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)【外文標(biāo)題】Thedesignofbeerfermentationtank【夕卜文摘要】Inrecentyearsneworexpansionofbeerplantengineering,thevastmajorityofopen-airfermentertankproce

2、ss.Fermentationtankasnon-standarddesignisthekeyengineeringdesign,directimpactonbeerproductionandthelevelofengineeringanddesign.Inthispaper,fermentationtankdesignproblemsencounteredarediscussed.【夕卜文關(guān)鍵詞】Beer;Onepotmethod;Fermentationtank;Structure一引言隨著啤酒工業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)啤酒生產(chǎn)規(guī)模日益增大，2000年我國(guó)啤酒產(chǎn)量達(dá)2231.3萬(wàn)噸，居世界第二位

3、。產(chǎn)量的提高是與采用先進(jìn)設(shè)備和工藝分不開(kāi)的，其中包括國(guó)內(nèi)外比較先進(jìn)的露天錐形發(fā)酵罐被越來(lái)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)400600n3。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(guò)大，操作控制難度也加大，會(huì)給啤酒生產(chǎn)和質(zhì)量帶來(lái)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12c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(guó)內(nèi)采用錐形發(fā)酵罐的罐容最大可達(dá)400600n

4、3,罐容應(yīng)與糖化能力匹配，容量系數(shù)為80%85%。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(shù)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(wú)微孔。既有優(yōu)良的防腐性能，又便于清洗與消毒，可耐28-120C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(wèn)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

5、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(guò)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(guò)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=1:12.5,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

6、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(Itf/100t)材質(zhì)冷卻方式乙醇42-52不銹鋼間接冷卻乙醇50-62碳鋼間接冷卻液氨33-40不銹鋼直接冷卻液氨40-50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=-(AXO.42+PX0.04+Q02)

7、式中A酒精含量(m/他);P原麥汁濃度(°BX);G冰點(diǎn)溫度(C)。10BX-12BX啤酒酒精含量一般在3.24.2之間，通過(guò)計(jì)算其冰點(diǎn)溫度在-2.0c-2.5c之間。因此冷媒的溫度不宜太低，宜在-2.0c-5C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)GB15089鋼制壓力容器規(guī)定罐體及夾套材料采用20R但20R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)QgT207194鋼制壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定和各個(gè)啤酒廠

8、使用經(jīng)驗(yàn)，Q235經(jīng)復(fù)驗(yàn)后代替20RM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?jī)杀?，涂后不?yīng)有肉眼可見(jiàn)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(chǎng)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。總之，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(cè)溫點(diǎn)錐形發(fā)酵罐應(yīng)在每段冷卻帶上設(shè)測(cè)溫點(diǎn)，罐體冷帶為23段，錐體為1段，故測(cè)

9、溫點(diǎn)設(shè)34個(gè)。測(cè)溫電阻一般采用鉗熱電阻外加不銹鋼套管。測(cè)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1/3左右。其理論依據(jù)是：罐容積V=%R2H,假設(shè)插入深度為（1/3）R,則罐體中央部分的體積VH（1-1/3）R2=4/9兀HF2=1/2兀HE,即插入深度是罐體半徑的1/3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(wèn)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：CC?%=0.298+O.4p0.08tp罐壓（大氣壓）；t酒溫（C）。由發(fā)酵工藝和表2可知罐壓控制在1

10、.2大氣壓（0.12Mpa）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(kg/cm2)CO?含量/%0c0.5C1.5C0.50.4980.4940.490.80.6180.6140.611.00.6970.6920.691.20.7750.7740.76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

11、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(cè)量壓力之用。另外，罐頂應(yīng)設(shè)直徑500項(xiàng)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(cè)和控制發(fā)酵過(guò)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(cè)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8001200mm,以避免錐底沉淀酵母過(guò)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(cè)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

12、，取樣管材質(zhì)為不銹鋼，應(yīng)深入罐中300mm,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(guò)容器所允許的最高壓力。安全閥多見(jiàn)于重錘式，但實(shí)際使用起來(lái)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(guò)去多用于管路，目的是備壓和回收CC?,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

13、酵母、蛋白質(zhì)、酒以及CC7等均需完全清洗掉，罐內(nèi)達(dá)到無(wú)菌以備下一批料使用。發(fā)酵罐自動(dòng)清洗是通過(guò)車間的CIP青洗系統(tǒng)來(lái)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(guó)Kieselmalln公司認(rèn)為洗球的使用直徑可至56ml洗罐器是專為大型發(fā)酵罐開(kāi)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(shuō)CIP供液泵須達(dá)到0.50.6MPq泵的流量1015m3/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(guò)濾裝置，清洗操作時(shí)為達(dá)到無(wú)菌，應(yīng)將所有和發(fā)酵液相接觸管閥打開(kāi)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

14、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)GB150-89鋼制壓力容器規(guī)定罐體及夾套材料采用20R彳020R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)QB/T207l94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?jī)杀椋亢蟛粦?yīng)有肉眼可見(jiàn)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(chǎng)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氐淖罨疽笫菦Q不能讓滲水進(jìn)入保溫層。四結(jié)論啤酒發(fā)酵過(guò)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(guò)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(guò)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