啤酒發(fā)酵車(chē)間畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要啤酒是低酒精度的酒類(lèi)飲品，生產(chǎn)啤酒的原料有大麥、釀造用水、酒花、酵母以及淀粉質(zhì)輔助原料（玉米、大米、大麥、小麥等）和糖類(lèi)輔助原料等，原料經(jīng)過(guò)酵母的發(fā)酵釀制即可得啤酒。本文主要介紹啤酒原料的選擇，包括麥芽、酒花、酵母等，發(fā)酵工藝的選擇以及啤酒工廠涉及到的物料衡算，水汽量估算等等。在設(shè)計(jì)中采用錐型罐發(fā)酵法進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)所需的11°淡色啤酒。通過(guò)一系列的選擇與估算對(duì)啤酒工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終得到一個(gè)符合實(shí)際的經(jīng)濟(jì)合理的啤酒工廠。關(guān)鍵詞：啤酒發(fā)酵工藝物料衡算錐型罐發(fā)酵法Abstractbeerisalowalcoholalcoholicdrinks，beerproductionofrawmaterialshavebarley、brewingwater,hops,yeastandauxiliarymaterialsofStarch（corn,rice,barley,wheat,etc.）andauxiliarymaterialsofcarbohydrate,etc.Materialscanbeobtainedbeerthroughyeastfermentationbrewed.Thispaperdescribesthebeerrawmaterialsofselection,Includingmalt,hops,yeast,etc,selectthefermentationprocessandBeerFactoryrelatestomaterialbalance,watervaporestimation,etc.Inthedesignweuseconicaltanksfermentationmethodforfermented,producetherequired11°ale.Throughaseriesofselectionandestimationtobeerfactorydesign,finallygetarealisticandreasonablebeerfactory.Keywords:beerfermentationprocessmaterialbalanceconicaltanksfermentation目錄TOC\o"1-4"\h\z\u前言 1第一章綜述 21.1淡色啤酒簡(jiǎn)介 21.2選題設(shè)計(jì)目的及意義 21.3設(shè)計(jì)依據(jù) 21.4設(shè)計(jì)范圍 2第二章原料選擇及工藝論證 32.1啤酒原料 32.1.1麥芽 32.1.2大米 32.1.3酒花 32.1.4酵母 32.1.5釀造用水 32.2啤酒發(fā)酵 42.2.1啤酒酵母 42.2.2啤酒發(fā)酵方法的選擇 52.2.3啤酒發(fā)酵工藝 6第三章工藝計(jì)算 83.1物料衡算 83.1.1物料衡算基礎(chǔ)數(shù)[8] 83.1.2100㎏原料生產(chǎn)10°P啤酒的物料衡算 83.1.3生產(chǎn)100L10°P啤酒的物料衡算 93.1.4年產(chǎn)10kt11°P啤酒發(fā)酵物料衡算 113.2耗冷量估算 143.2.1發(fā)酵車(chē)間工藝流程 143.2.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 143.2.3工藝耗冷量 143.2.3.1.麥汁冷卻耗冷量 153.2.3.2發(fā)酵耗冷量 153.2.3.3酵母洗滌用冷無(wú)菌水冷卻耗冷量 163.2.3.4酵母培養(yǎng)耗冷量 173.2.3.5發(fā)酵車(chē)間工藝耗冷量 173.2.4非工藝耗冷量 173.2.4.1露天錐形罐冷量損失 173.2.4.2清酒罐，過(guò)濾機(jī)及管道等散失冷量 183.2.4.3 183.2.5總耗冷量 183.3耗水量計(jì)算 203.3.1糖化用水 203.3.2洗糟用水量 203.3.3糖化室洗刷用水 203.3.4沉淀槽洗刷用水 203.3.5麥汁冷卻器冷卻用水 203.3.6麥芽汁冷卻器清洗用水 203.3.7酵母洗滌用水 203.3.8CIP裝置洗滌用水 203.3.9硅藻土過(guò)濾機(jī)洗刷用水 213.3.10清酒罐洗刷用水 213.3.11洗瓶機(jī)用水 213.3.12瓶裝機(jī)洗刷用水 213.3.13殺菌機(jī)用水 213.3.14包裝車(chē)間地面洗刷用水 213.3.15發(fā)酵罐洗刷用水 213.3.16其他用水 21第四章設(shè)備選型及計(jì)算 224.1發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型 224.1.1發(fā)酵罐體積的確定 224.1.2發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定 224.1.3發(fā)酵罐的材料選擇 224.1.4發(fā)酵罐及封頭確定 224.1.5接管設(shè)計(jì) 234.1.6發(fā)酵罐冷卻器的選取 254.1.7CO2排出管及CIP清洗管 284.2貯酒罐的設(shè)計(jì)與選型 294.3清酒罐的設(shè)計(jì)與選型 304.4酵母擴(kuò)大培養(yǎng)罐 304.5過(guò)濾設(shè)備 314.6泵的選取 314.6.1離心泵 314.6.2齒輪泵 324.7CIP清洗設(shè)備 334.8設(shè)備一覽表 334.9人員配備 33第五章車(chē)間布置設(shè)計(jì) 34總結(jié) 34謝辭 35參考文獻(xiàn) 36前言啤酒是人類(lèi)最古老的酒精飲料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的飲料。啤酒以麥芽、酒花、水為主要原料，經(jīng)酵母發(fā)酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低酒精度酒。啤酒含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此有“液體面包”之稱(chēng)。啤酒是在十九世紀(jì)末傳入中國(guó)的，在當(dāng)時(shí)發(fā)展較為緩慢，直到建國(guó)以后，我國(guó)的啤酒工業(yè)發(fā)展較迅速，并逐步擺脫了原料依賴(lài)進(jìn)口的落后狀態(tài)。我國(guó)的啤酒于1954年開(kāi)始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。啤酒釀造主要經(jīng)過(guò)糖化、發(fā)酵和貯酒后熟三個(gè)階段，其中發(fā)酵是啤酒釀造的精髓。傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵主要在正方形或長(zhǎng)方形的發(fā)酵池中進(jìn)行，發(fā)酵體積有限并且發(fā)酵周期長(zhǎng)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)啤酒的需求量增加，啤酒生產(chǎn)的規(guī)模逐步擴(kuò)大，依靠傳統(tǒng)發(fā)酵啤酒已經(jīng)滿足不了人們的需求，應(yīng)運(yùn)而生的是啤酒的新型發(fā)酵即大容量發(fā)酵罐發(fā)酵，其中包括圓柱錐形發(fā)酵罐、朝日罐、通用罐和球形罐。圓柱錐形發(fā)酵罐是目前世界通用的發(fā)酵罐，該罐主體呈圓柱形，罐頂為圓弧狀，底部為圓錐形，具有一定的高度（高度大于直徑），罐體設(shè)有冷卻和保溫裝置，為全封閉發(fā)酵罐。圓柱錐形發(fā)酵罐既適用于下面發(fā)酵，也適用于上面發(fā)酵，加工十分方便。錐型罐發(fā)酵法發(fā)酵啤酒有很多的優(yōu)點(diǎn)，采用儀表和電腦控制，操作簡(jiǎn)捷、理方便并采用CIP自動(dòng)清洗裝置，清洗方便，目前國(guó)內(nèi)啤酒行業(yè)幾乎全部采用錐形罐發(fā)酵法發(fā)酵啤酒。錐型罐發(fā)酵工藝包括貯酒式、后處理式和后調(diào)整式。貯酒式即對(duì)于兩罐的要求不同，所以在現(xiàn)代的釀造工業(yè)中意義不大。后處理式的即一個(gè)罐進(jìn)行發(fā)酵，另一個(gè)罐為后熟處理。對(duì)發(fā)酵罐而言，將可發(fā)酵性成分一次完成，基本不保留可發(fā)酵性成分，發(fā)酵產(chǎn)生的CO2全部回收并貯存?zhèn)溆?，然后轉(zhuǎn)入后處理罐進(jìn)行后熟處理。其過(guò)程為將發(fā)酵結(jié)束的發(fā)酵液經(jīng)離心分離，去除酵母和冷凝固物，再經(jīng)薄板換熱器冷卻到貯酒溫度，進(jìn)行1-2天低溫貯存后開(kāi)始過(guò)濾。后調(diào)整式即前一個(gè)發(fā)酵罐類(lèi)似一罐法進(jìn)行發(fā)酵、貯酒，完成可發(fā)酵性成分的發(fā)酵、回收酵母、進(jìn)行CO2洗滌，經(jīng)適當(dāng)?shù)牡蜏刭A存后，在后調(diào)整罐內(nèi)對(duì)色澤、穩(wěn)定性、CO2含量等指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，再經(jīng)適當(dāng)穩(wěn)定后即可開(kāi)始過(guò)濾操作[1]。第一章綜述1.1淡色啤酒簡(jiǎn)介淡色啤酒的色度在5-14EBC單位，如高濃度淡色啤酒，是原麥汁濃度13%以上的啤酒；中等濃度淡色啤酒，原麥汁濃度10-13%的啤酒；低濃度淡色啤酒是原麥汁濃度10%以下的啤酒；干啤酒（高發(fā)酵度啤酒），實(shí)際發(fā)酵度在72%以上的淡色啤酒；低醇啤酒，酒精含量2%以下的啤酒。1.2選題設(shè)計(jì)目的及意義本課題是根據(jù)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方向，結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)的情況選擇。啤酒是食品工程專(zhuān)業(yè)中一個(gè)具有代表性的產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝過(guò)程涉及制麥、糖化、發(fā)酵、罐裝等過(guò)程，包含了一些重要的單元操作和工程概念，通過(guò)對(duì)啤酒車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固加深并應(yīng)用所學(xué)，通過(guò)對(duì)啤酒車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)，可以加強(qiáng)對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的綜合利用能力的培養(yǎng)，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)是根據(jù)學(xué)校下達(dá)的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本課設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求來(lái)完成的。1.4設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)為10kt/a11°啤酒發(fā)酵車(chē)間工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括文字部分和圖紙部分。本設(shè)計(jì)文字部分主要包括工藝方法及流程的選擇和論證、物料衡算、耗冷量估算、耗水量估算、設(shè)備選型。繪制圖紙部分包括物料流程圖、PID管道流程圖、車(chē)間設(shè)備平面布置圖。第二章原料選擇及工藝論證2.1啤酒原料2.1.1麥芽采用淡黃色而有光澤的麥芽，麥芽外觀短胖，除根干凈，不含雜草、雜谷、塵埃、半粒、霉粒、損傷殘粒和未發(fā)芽顆粒等雜質(zhì)。麥芽香味應(yīng)純凈，具有麥芽香，不應(yīng)有霉味、潮濕味、酸味、煙熏味等[2]。2.1.2大米我國(guó)生產(chǎn)大米，所以大米一直是我國(guó)啤酒釀造廣泛采用的一種輔助原料。原則上凡大米不論品種均可用于釀造，但從啤酒風(fēng)味而言，米的食感越好，釀造的啤酒風(fēng)味也越好。大米淀粉含量可達(dá)75%-82%，無(wú)水浸出率高達(dá)90%-93%，無(wú)花色苷，含脂肪低（0.2%-1.0%），并含有較多泡持蛋白，用它做輔料釀造啤酒，啤酒的色澤淺、口味爽凈、泡沫細(xì)膩、酒花香味突出、非生物穩(wěn)定性高，它是優(yōu)良的啤酒輔料[3]。2.1.3酒花酒花的主要作用是能夠賦予啤酒爽口的苦味和酒花香味，能夠促進(jìn)麥汁和啤酒的澄清、有利于啤酒的泡沫、也能增加麥汁和啤酒的生物穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)選擇淺黃綠色，有光澤，富有濃郁的啤酒花香氣，無(wú)異雜氣味，花體基本完整的顆粒酒花。2.1.4酵母在實(shí)際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類(lèi)：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(zhǎng)時(shí)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(kāi)，幾乎都是單細(xì)胞或幾個(gè)細(xì)胞連接。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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。2.1.5釀造用水啤酒的釀造用水主要包括糖化用水和洗糟用水，由于這兩部水直接參與了啤酒的工藝反應(yīng)，是麥汁和啤酒的組成成分，啤酒釀造用水的性質(zhì)，重要取決于水中溶解鹽類(lèi)的種類(lèi)和含量。釀造用水要求無(wú)色透明、無(wú)懸浮物、無(wú)沉淀物，將水加熱到20-50℃時(shí)，用口長(zhǎng)有清爽的感覺(jué)，無(wú)異味、無(wú)異臭，如有咸味、苦味、澀味則不能采用，總?cè)芙恹}類(lèi)在150-200mg/L，PH值在6.8-7.2之間，有機(jī)物含量在3mg/L以下，總硬度在8°dH以下，水中含鐵量在0.3mg/L以下，銨鹽類(lèi)不得超過(guò)0.05mg/L，硝酸鹽不得超過(guò)5mg/L，亞硝酸亞不得超過(guò)0.05mg/L，氯化物含量在20-60mg/L為宜，硅酸鹽要求在30mg/L以下，水中的細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌數(shù)要符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)[4]。2.2啤酒發(fā)酵2.2.1啤酒酵母1.啤酒酵母的介紹啤酒酵母在分類(lèi)學(xué)上屬于真菌，為子囊菌亞門(mén)、酵母屬[5]。啤酒酵母又稱(chēng)釀造酵母，細(xì)胞多為圓形、卵圓形或卵形。能發(fā)酵葡萄糖、麥芽糖、半乳糖、蔗糖和1/3棉籽糖，不能發(fā)酵乳糖和蜜二糖，不同化硝酸鹽。2.啤酒酵母的種類(lèi)[6]根據(jù)發(fā)酵結(jié)束后酵母細(xì)胞在發(fā)酵液中存在的狀態(tài)可分為上面酵母和下面酵母。上面酵母和下面酵母有很大的區(qū)別，上面酵母呈圓形，發(fā)酵過(guò)程中酵母容易嗎、凝聚在一起，的最適發(fā)酵溫度為20-25℃發(fā)酵時(shí)間為5-7天，可發(fā)酵1/3棉籽糖，不能發(fā)酵蜜二糖，發(fā)酵度較高。下面酵母呈圓形或卵圓形，一般不形成子囊孢子，最適發(fā)酵溫度為6-10℃，發(fā)酵時(shí)間為8-14天，發(fā)酵度較低，可發(fā)酵全部棉籽糖。2.啤酒酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)啤酒酵母純正與否，對(duì)啤酒發(fā)酵和啤酒質(zhì)量的影響很大。啤酒工廠生產(chǎn)使用的酵母由保存的純種酵母，經(jīng)過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng)，達(dá)到一定數(shù)量后，供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。每個(gè)啤酒廠都應(yīng)保存適合本廠使用的純種酵母，以保證生產(chǎn)的啤酒具有穩(wěn)定的風(fēng)格和特性。酵母擴(kuò)大培養(yǎng)分兩個(gè)階段：由斜面試管到卡氏罐培養(yǎng)為實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大培養(yǎng)階段，漢生罐以后為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)階段。啤酒酵母擴(kuò)大培養(yǎng)的順序如下：斜面試管（原菌種）→液體試管培養(yǎng)（2-3天、25-27℃）→巴氏瓶或三角瓶培養(yǎng)（2天、25-27℃）→卡氏罐培養(yǎng)（2天、25-27℃）→酵母擴(kuò)大培養(yǎng)罐→發(fā)酵罐[7]。3.接種量表2-1不同麥汁濃度的酵母添加量麥汁濃度酵母泥添加量7～90.3～0.410～120.4～0.613～150.5～0.716～200.6～1.04．酵母的選擇在實(shí)際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類(lèi)：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(zhǎng)時(shí)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(kāi)，幾乎都是單細(xì)胞或幾個(gè)細(xì)胞連接。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)淡色啤酒，采用的是下面發(fā)酵技術(shù)，故選用下面酵母。2.2.2啤酒發(fā)酵方法的選擇啤酒發(fā)酵的主要方法有以下幾種：傳統(tǒng)發(fā)酵：連續(xù)發(fā)酵法、分批式發(fā)酵法、上面發(fā)酵法、下面發(fā)酵法。錐形罐發(fā)酵：一罐發(fā)酵法、兩罐法發(fā)酵。本設(shè)計(jì)選用的是兩罐式下面發(fā)酵法。以下就對(duì)這幾種發(fā)酵方法進(jìn)行分析和比較。1.連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵主要有多罐式連續(xù)發(fā)酵和塔式連續(xù)發(fā)酵，這種連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)都可大大縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率，降低了投資，減少了酒損，降低了蒸汽、勞動(dòng)力和洗刷費(fèi)用，提高了酒花利用率，且產(chǎn)生的成品啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。但是這幾種連續(xù)體系也各有不足：多罐式系統(tǒng)需攪拌，動(dòng)力消耗大。塔式系統(tǒng)對(duì)酵母要求高，使用的酵母不僅要求發(fā)酵度高，而且要求凝聚性強(qiáng)。并且塔式觀造價(jià)高，不利于小規(guī)模生產(chǎn)。更重要的是，連續(xù)發(fā)酵法啤酒從風(fēng)味上品評(píng)與間歇法啤酒差別大，難以被消費(fèi)者接受。八十年代后，錐形罐發(fā)酵取代了傳統(tǒng)發(fā)酵，生產(chǎn)周期得到了縮短，而連續(xù)發(fā)酵由于污染和風(fēng)味（特別是雙乙酰）控制的困難逐步停止了使用。從實(shí)際情況出發(fā)，故本設(shè)計(jì)不采用此法。2.上面發(fā)酵啤酒發(fā)酵一開(kāi)始是以上面發(fā)酵為開(kāi)始的，而后由于選用的純粹培養(yǎng)酵母不同，劃分為上面發(fā)酵與下面發(fā)酵兩種類(lèi)型。上面發(fā)酵在技術(shù)操作和發(fā)酵設(shè)備方面與下面發(fā)酵有所不同，但兩者的發(fā)酵機(jī)理是一致的。上面發(fā)酵工藝的特點(diǎn)a．上面發(fā)酵采用上面酵母，是在15～20℃下進(jìn)行的。酵母起發(fā)快，接種量可以相對(duì)較少，發(fā)酵結(jié)束后，大部分酵母浮在液面，所以酵母回收工作比下面發(fā)酵復(fù)雜，但酵母使用代數(shù)比下面發(fā)酵為多，長(zhǎng)久沒(méi)有衰退現(xiàn)象。b．上面發(fā)酵的麥汁接種溫度為13～16℃，比較高。發(fā)酵2～3天，當(dāng)酵母升至液面時(shí)，為發(fā)酵旺盛階段，此時(shí)應(yīng)開(kāi)始降低液溫，在酵母形成泡沫蓋時(shí)應(yīng)立即回收，發(fā)酵4-6天結(jié)束。c.發(fā)酵結(jié)束后，酵母緊密的結(jié)合，一浮在液面上，厚度為3-4cm。d.上面發(fā)酵在發(fā)酵過(guò)程中通風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)。e.上面發(fā)酵一般不采用后發(fā)酵，主發(fā)酵的發(fā)酵度接近最終發(fā)酵度。分離酵母后，加膠處理，貯藏澄清一階段，采用人工充二氧化碳，使其達(dá)到飽和。f．上面發(fā)酵釀制的啤酒成熟快，設(shè)備周轉(zhuǎn)快，啤酒有獨(dú)特的風(fēng)味，但保存期短。3.下面發(fā)酵傳統(tǒng)的下面發(fā)酵，室溫保持5～6℃；采用開(kāi)放式或密閉式、圓形或方形的主發(fā)酵容器。后發(fā)酵則設(shè)置在單獨(dú)的貯酒室內(nèi)，貯酒室溫應(yīng)保持在O～l℃。下面發(fā)酵的工藝特點(diǎn)是：a．采用下面酵母，主發(fā)酵溫度較低，發(fā)酵比較緩慢，發(fā)酵產(chǎn)生的副產(chǎn)物相較少。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降在發(fā)酵罐底部。b.下面發(fā)酵啤酒的后發(fā)酵和貯酒期比較長(zhǎng)，酒液澄清良好。二氧化碳飽和穩(wěn)定，酒的泡沫細(xì)微，風(fēng)味柔和，保存期較長(zhǎng)。從啤酒的保存與實(shí)際結(jié)合進(jìn)行考慮，本設(shè)計(jì)選用下面酵母發(fā)酵。4.一罐法發(fā)酵一罐法發(fā)酵即發(fā)酵貯酒在一個(gè)罐中進(jìn)行。隨著啤酒工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有啤酒廠普遍采用一罐發(fā)酵工藝，即麥汁的主發(fā)酵、雙乙酰還原、降溫以及貯酒階段在同一個(gè)露天發(fā)酵罐中進(jìn)行。一罐法工藝有一定的優(yōu)點(diǎn)：清洗消耗少；轉(zhuǎn)入空罐時(shí)CO2損失少；酒損少；所需的工作時(shí)間少；節(jié)能等。一罐法發(fā)酵工藝簡(jiǎn)單,便于操作,能夠節(jié)省投資,但由于麥汁整個(gè)發(fā)酵過(guò)程都在同一個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行,使得冷凝物的排放及酵母沉淀效果不十分理想。由于露天發(fā)酵罐一般直徑較大,若酒液缺少對(duì)流,就會(huì)使其溫度分布不均勻,罐中心酒液溫度與罐壁處酒液溫度需長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡,從而影響啤酒風(fēng)味。同時(shí),一罐法發(fā)酵工藝發(fā)酵周期較長(zhǎng),生產(chǎn)旺季難以滿足市場(chǎng)需求。故本設(shè)計(jì)采用兩罐法。最終本設(shè)計(jì)所選的發(fā)酵方法為兩罐法下面發(fā)酵法2.2.3啤酒發(fā)酵工藝傳統(tǒng)的下面發(fā)酵法，采用下面的酵母，主發(fā)酵溫度較低，發(fā)酵進(jìn)程比較緩慢。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降容器底部。下面發(fā)酵啤酒的后發(fā)酵期較長(zhǎng)，酒液澄清良好，酒的泡沫細(xì)致，風(fēng)味柔和，保存期較長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)前發(fā)酵（酵母增殖），主發(fā)酵，后發(fā)酵和貯酒等階段。一般為前酵期（5～8℃），主酵期（7.5～9℃），后酵和貯酒期（0～-2℃）。1.圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵及其工藝:（1）錐形罐發(fā)酵法特點(diǎn)：a.排放酵母方便，要求采用凝聚性酵母。b.易于發(fā)酵溫度的控制。生產(chǎn)易控制，發(fā)酵周期縮短，不易染菌，啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。c.罐體外設(shè)有保溫裝置，可將罐體置于室外，經(jīng)濟(jì)節(jié)約,便于擴(kuò)建。d.采用密閉罐，便于CO2洗滌與CO2回收。e.由于存在對(duì)流，使酵母發(fā)酵能力提高，發(fā)酵速度快，發(fā)酵周期短。f.發(fā)酵罐可采用儀表或微機(jī)控制，操作、管理方便。g.適用于下面發(fā)酵，同時(shí)也適用于上面發(fā)酵。h.可采用CIP自動(dòng)清洗裝置，清洗方便。i．設(shè)備容量可根據(jù)生產(chǎn)需要靈活調(diào)整在本設(shè)計(jì)中選用的是圓筒錐底發(fā)酵罐，詳盡介紹如下：(2)圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵工藝：采用直接進(jìn)罐法。為了縮短起酵時(shí)間，大多采用較高接種量，0.6%～0.8%，接種后細(xì)胞濃度為（15±3）×106個(gè)/ml。麥汁接種溫度是控制發(fā)酵前期酵母繁殖階段溫度的，一般低于主發(fā)酵溫度2～3℃。本設(shè)計(jì)是11°P的淡色啤酒，采用低溫發(fā)酵6-9°C。在大罐發(fā)酵中，后發(fā)酵一般稱(chēng)VDK還原階段。雙乙酰還原初期一般不排放酵母，也就是發(fā)酵全部酵母參與雙乙酰還原，這可縮短還原時(shí)間。(3)酵母接種量和添加方法1．酵母接種量：本設(shè)計(jì)分批發(fā)酵采用低溫，緩慢發(fā)酵，因此接種量比較小，接種后細(xì)胞濃度控制在（5-12）×個(gè)/ml。2.酵母添加方法：a.干道和濕道添加法；b.倍量添加法；c.分割法；d.遞加法。本設(shè)計(jì)采用干道法添加酵母：在酵母添加器中加入每批麥汁所需的酵母，再加上二倍量的冷麥汁，用無(wú)菌壓縮空氣充分混合，壓到前酵池中，再用無(wú)菌空氣攪拌均勻即可。(4)發(fā)酵設(shè)備的降溫控制本設(shè)計(jì)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，為使發(fā)酵和后熟在設(shè)計(jì)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，存在很多危險(xiǎn)因素與不足，同時(shí)對(duì)于發(fā)酵罐的要求很高，故本設(shè)計(jì)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-5℃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)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)。第三章工藝計(jì)算3.1物料衡算3.1.1物料衡算基礎(chǔ)數(shù)[8]根據(jù)表4-1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，先進(jìn)行100kg原料生產(chǎn)11°淡色啤酒的物料衡算，然后進(jìn)行100L11°淡色啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行8kt/a啤酒廠的物料衡算。表3-1啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目名稱(chēng)百分比﹪說(shuō)明定額指標(biāo)原料利用率98.5麥芽水分5.0大米水分12無(wú)水麥芽浸出率75無(wú)水大米浸出率93原料配比麥芽70大米30損失率冷卻損失5.0發(fā)酵損失2.0對(duì)熱麥汁而言過(guò)濾損失2.0灌裝損失2.0總損失率啤酒總損失率10.6對(duì)熱麥汁而言3.1.2100㎏原料生產(chǎn)10°P啤酒的物料衡算1.熱麥汁量根據(jù)表2-1可得原料收得率分別為：原料麥芽浸出物收得率為：原料大米浸出物收得率為：混合原料浸出物收得率為：由上述可得100kg混合原料生產(chǎn)11°淡色啤酒熱麥汁量為：查《啤酒工業(yè)手冊(cè)》得11°啤酒麥汁在20°C的密度為1.0442kg/L。而100°C熱麥汁比20°C時(shí)的麥汁體積增加1.04倍。故熱麥汁（100°C）體積為：2.冷麥汁量為：3.發(fā)酵液量為：4.過(guò)濾酒量為：5.成品啤酒量：3.1.3生產(chǎn)100L10°P啤酒的物料衡算根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)11°淡色啤酒約593.5017L，那么生產(chǎn)100L11°淡色啤酒可得到1.混合原料用量：2.麥芽耗用量：3.大米耗用量：4.酒花耗用量：對(duì)淺色啤酒，100L熱麥汁中加入的酒花量為0.17-0.34kg，取0.3kg，故酒花耗用量為：同理，100kg原料耗酒花：5.熱麥汁量：6.冷麥汁量：7.發(fā)酵液量：8.濾過(guò)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：濕大米糟量：故濕糖化糟量：同理，100kg原料產(chǎn)生濕糖化糟：11.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%，則酒花糟量為：同理，100kg原料產(chǎn)生濕酒花糟：12.商品干酵母量生產(chǎn)100L啤酒可得2kg濕酵母泥，其中一半作生產(chǎn)接種用，一半作商品干酵母用，即為1kg。濕酵母泥含水分85%酵母含固形物量：則含水分7%的商品干酵母量：13.二氧化碳量：因11°P冷麥汁密度為1.0442kg/L，則106.2483L冷麥汁質(zhì)量為：那么，11°P冷麥汁中浸出物量：設(shè)麥汁的真正發(fā)酵度為60%，則可發(fā)酵的浸出物量：麥芽糖發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)式為：C12H22O11+H2O→2C6H12O62C6H2O6→4C2H5OH+4CO2+56KJ設(shè)麥芽汁中的浸出物均為麥芽糖構(gòu)成，則CO2生成量：式中44—CO2分子量342—麥芽糖（C12H22O11）分子量設(shè)11°P啤酒含CO2量在0.35%-0.6%之間，取0.4%，則啤酒中其含量有：則釋放出的CO2量：而1m3CO2在20°C常壓下重1.832kg故釋放出的CO2的體積為：3.1.4年產(chǎn)10kt11°P啤酒發(fā)酵物料衡算生產(chǎn)旺季以160天，每天糖化5次，淡季120，每天糖化3次，總糖化次數(shù)：次每天每次糖化量：10-15°淡色啤酒密度為1.012，那么1.啤酒灌裝后體積：2.過(guò)濾酒量：3.發(fā)酵酒量：4.冷麥汁量：5.熱麥汁量：6.麥芽用量：7.大米用量：8.混合原料用量：9.濕酒花量：10.濕酒花糟量：11.濕糖化糟量：以單次糖化生產(chǎn)做基準(zhǔn)，可算得各個(gè)項(xiàng)目全年?duì)顩r如下：1.全年混合原料需要量：2.全年麥芽耗用量：3.全年大米耗用量：4.全年酒花耗量：5.全年濕酒花糟量：6.全年濕糖化糟量：7.全年熱麥汁量：8.全年冷麥汁量：9.全年發(fā)酵液量：10.全年過(guò)濾酒量：11.全年成品啤酒量：把前述的有關(guān)啤酒物料衡算計(jì)算結(jié)果整理見(jiàn)下表3-2：表3-28kt/a啤酒廠糖化車(chē)間物料衡算表物料名稱(chēng)單位對(duì)100㎏混合原料對(duì)100L11°P啤酒糖化一次定額8kt/年啤酒生產(chǎn)混合原料麥芽大米酒花濕糖化糟濕酒花糟熱麥汁冷麥汁發(fā)酵液過(guò)濾酒成品啤酒㎏㎏㎏㎏㎏㎏LLLLL10070301.991292.36495.9736663.7739630.5852617.9735605.6140593.501716.849211.79445.05470.335515.56271.0065111.8042106.2483104.1223102.04081001435.34131004.7389430.602428.58051325.751585.74159527.42069051.04958870.02858692.62758518.77471.665×1061.1655×1064.995×1053.3153×1041.5379×1069.946×1041.1052×1071.0499×1071.0289×1071.0083×1079.8818×106備注：11°P啤酒的密度為1012kg/m3，實(shí)際年生產(chǎn)啤酒：10000.381t3.2耗冷量估算3.2.1發(fā)酵車(chē)間工藝流程96℃熱麥汁→冷麥汁（6℃）→錐形罐發(fā)酵→過(guò)冷卻-1℃→貯酒→過(guò)濾→清酒罐3.2.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)11°淡色啤酒10kt噸旺季每天糖化5次，160天，淡季糖化3次，120天，全年共糖化1160次主發(fā)酵時(shí)間6天5鍋麥汁裝一個(gè)發(fā)酵罐1度麥汁比熱容c1=3.8498[kJ/(kg.K)]冷媒用15%酒精稀溶液，比熱容可視為c2=4.18[kJ/(kg.K)]麥芽糖厭氧發(fā)酵熱q=613.6kJ/kg麥汁發(fā)酵度為60%根據(jù)發(fā)酵車(chē)間耗冷性質(zhì)，可分為工藝耗冷量和非工藝耗冷量?jī)深?lèi)。即：Q=Qt+Qnt。3.2.3工藝耗冷量3.2.3.1.麥汁冷卻耗冷量本設(shè)計(jì)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1℃的冰凍水，出口溫度為86℃，糖化車(chē)間送來(lái)的熱麥汁溫度為96℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度6℃。根據(jù)表4-2可知，每糖化一次可得麥汁9527.4206L,而熱麥汁的密度為：，故麥汁的質(zhì)量為：又知11°麥汁的比熱容為3.8498kJ/(kg.K),工藝要求在1h之內(nèi)完成冷卻過(guò)程，則耗冷量為：式中t1、t2分別為麥汁冷卻前后溫度94°C和6°Cτ為冷卻操作過(guò)程時(shí)間1h根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，每個(gè)錐形發(fā)酵罐裝5鍋麥汁，則麥汁冷卻每罐耗冷量為：相應(yīng)的冷卻介質(zhì)（1°C的冰水）耗量為：式中t2、t1分別為冷凍水的初溫86℃和終溫1℃為水的比熱容，4.18kJ/(kg.K)3.2.3.2發(fā)酵耗冷量1.發(fā)酵期間發(fā)酵放熱假定麥汁固形物為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵熱發(fā)酵量為q=613.6kJ/kg，設(shè)發(fā)酵度為60%，則1L麥汁放熱量為：根據(jù)表4-2可知，糖化一次得冷麥汁量9501.0495L每錐形罐發(fā)酵放熱量：由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時(shí)間為6天，每天糖化4鍋麥汁，并考慮到放熱的不平衡取系數(shù)1.5,忽略主發(fā)酵的麥汁升溫，則發(fā)酵高峰的耗冷量為：2.發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷量主發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從6℃緩降到-1℃。每天每罐降溫耗冷量為：工藝要求此過(guò)程在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝1個(gè)發(fā)酵罐）：3.發(fā)酵總耗冷量=+4.每罐發(fā)酵耗冷量5.發(fā)酵用冷媒耗量（循環(huán)量）發(fā)酵過(guò)程冷卻用稀酒精做冷卻介質(zhì)，進(jìn)出口溫度為-9°C和0°C，固冷媒耗量為：3.2.3.3酵母洗滌用冷無(wú)菌水冷卻耗冷量在錐形罐啤酒發(fā)酵過(guò)程中，主發(fā)酵結(jié)束時(shí)要排放部分酵母經(jīng)洗滌活化后重復(fù)用于新麥汁的發(fā)酵一搬可重復(fù)使用5-7次，設(shè)濕酵母量為麥汁量的1.0%，且使用1℃無(wú)菌水洗滌，洗滌無(wú)菌水量為酵母的3倍，冷卻前無(wú)菌水溫度為30℃，用-8℃的酒精液做冷卻介質(zhì)。由上面條件可得無(wú)菌水的用量為：式中：9949.6271為糖化一次冷麥汁量（kg）每班無(wú)菌水用量:假定無(wú)菌水冷卻操作2h內(nèi)完成，則無(wú)菌水冷卻耗冷量為：式中、為無(wú)菌水熱交換前后的溫度30℃和1℃所耗冷凍介質(zhì)量為：式中、為冷凍酒精液熱交換前后的溫度0℃和-8℃。每罐用于酵母洗滌的耗冷量為：式中1為每班裝罐1罐。3.2.3.4酵母培養(yǎng)耗冷量根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，每月需進(jìn)行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為12d,即288h，根據(jù)工廠實(shí)踐，年產(chǎn)8kt噸啤酒工廠酵母培養(yǎng)耗冷量為：=11147（kJ/h）對(duì)應(yīng)的年耗冷量為：相應(yīng)的高峰冷凍介質(zhì)循環(huán)量為：=/[(-)]=11147/(4.18×9)=296.3052（kJ/h）3.2.3.5發(fā)酵車(chē)間工藝耗冷量3.2.4非工藝耗冷量除了上述發(fā)酵過(guò)程工藝好冷外，發(fā)酵罐外壁，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，維護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等均會(huì)耗用或散失冷量，構(gòu)成所謂的非工藝好冷量，現(xiàn)在分別介紹。3.2.4.1露天錐形罐冷量損失根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，年產(chǎn)8kt啤酒廠露天錐形發(fā)酵罐冷量損失在13000-30000kJ/t啤酒之間，本設(shè)計(jì)取15000若在南亞熱帶地區(qū)，可取高值，固旺季每天耗冷量為：式中Gb為旺季成品啤酒日產(chǎn)量，t。若白天日曬高峰耗冷量為平均每小時(shí)耗冷量的2倍，則高峰耗冷量為：冷媒（-9℃稀酒精）用量：3.2.4.2清酒罐，過(guò)濾機(jī)及管道等散失冷量因涉及的設(shè)備、管路很多，故啤酒廠設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)選取。通常取=12%,所以冷媒（-9℃）稀酒精用量：3.2.4.33.2.5總耗冷量每小時(shí)總耗冷量：將上述結(jié)果，整理后可得年產(chǎn)7萬(wàn)噸啤酒廠發(fā)酵車(chē)間冷量衡算表，如下：表4-38kt/a啤酒廠發(fā)酵車(chē)間耗冷量衡算表耗冷項(xiàng)目工藝耗冷量3446327.259699.767151785.29053172967.291376.536230143.256260286.5123801.256111147296.30523539402.812173.864653881.411432.2544424728.33611289.9611478609.746合計(jì)4018012.5524896.0801附注：表中的冷媒包括冷卻水與稀酒精3.3耗水量計(jì)算3.3.1糖化用水100kg混合原料大約需水400kg，則糖化過(guò)程中大約耗水量為：1435.3413×4=5741.3652（kg） 糖化時(shí)間設(shè)為0.5h，則每小時(shí)最大耗水量為:5741.3652÷0.5=11482.7304（kg/h）3.3.2洗糟用水量每100kg混合原料洗糟水用量為450kg，則洗糟水用量為：1435.3413×4.5=6459.0359（kg）洗糟時(shí)間定為1.5h，則洗糟水最大用量為：6459.0359÷1.5=4330.0239（kg/h）3.3.3糖化室洗刷用水糖化室及設(shè)備洗刷用水單次定為10噸，清洗時(shí)間為2小時(shí)，則：洗刷最大用水量為：10/2=5(t/h)3.3.4沉淀槽洗刷用水每次洗刷用水3.5t沖洗時(shí)間為0.5h，則每小時(shí)最大用水量為：3.5÷0.5=7（t/h）3.3.5麥汁冷卻器冷卻用水麥汁冷卻時(shí)間定為1小時(shí)，麥汁冷卻溫度為96°C降至6°C，冷卻水溫度為1°C升至86°C即上面所述的M1，則冷卻用水G=M1=9699.7671（kg）3.3.6麥芽汁冷卻器清洗用水設(shè)一次沖洗用水3t，清洗時(shí)間0.5小時(shí)，則：最大用水量：3/0.5=6(t/h)3.3.7酵母洗滌用水由好冷計(jì)算可知，每小時(shí)洗滌酵母的最大用水量為641.0236kg3.3.8CIP裝置洗滌用水設(shè)配洗液一次用水6t，用水時(shí)間為1小時(shí)，則：最大用水量為：6/1=6(t/h)3.3.9硅藻土過(guò)濾機(jī)洗刷用水設(shè)硅藻土過(guò)濾機(jī)洗刷用水為10t，用水時(shí)間1小時(shí)，最大用水量為10(t/h)。3.3.10清酒罐洗刷用水每天洗刷清酒罐3個(gè)，用水量10t，用水時(shí)間1小時(shí)，則最大用水量為10(t/h)。3.3.11洗瓶機(jī)用水洗瓶機(jī)最大生產(chǎn)能力按2000瓶/h計(jì)，單瓶清洗用量1.0kg，則總用水量為：2000×1.0/1000=2(t/h)。3.3.12瓶裝機(jī)洗刷用水每沖洗一次用水5t，沖洗時(shí)間為40分鐘，則最大耗水量為：5×60/40=7.5(t/h)3.3.13殺菌機(jī)用水殺菌機(jī)單瓶耗水量1kg，總耗水量為：2000×1/1000=2(t/h)。3.3.14包裝車(chē)間地面洗刷用水包裝車(chē)間地面洗刷用水為15t，用水時(shí)間為0.5h，則最大用水量為:15/0.5=30(t/h)3.3.15發(fā)酵罐洗刷用水一個(gè)發(fā)酵罐用水為2t，每罐洗滌時(shí)間0.5h.則最大用水量為：2/0.5=4(t/h)3.3.16其他用水以上未計(jì)算的地面用水，管道沖洗用水，每班計(jì)20t,用水時(shí)間2小時(shí)，則每小時(shí)的用水量為：20÷2=10(t)第四章設(shè)備選型及計(jì)算4.1發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型4.1.1發(fā)酵罐體積的確定本次設(shè)計(jì)選用錐底發(fā)酵罐，由物料衡算可知可知，糖化一次麥汁量為9.1m3。旺季每天糖化5次，5鍋裝一罐：發(fā)酵罐H:D=1.5-6:1,這里選用H:D=2∶1，錐角60°～80°，這里選用60°，裝料系數(shù)取80%～85%，這里取75%，接種量范圍在0.4%～0.8%，這里取0.6%。4.1.2發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定采用兩罐發(fā)酵法發(fā)酵，錐形發(fā)酵罐的主發(fā)酵周期為6天，則對(duì)錐形發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的最低要求為：式中n—發(fā)酵罐個(gè)數(shù)V0—糖化一次麥汁量4.1.3發(fā)酵罐的材料選擇選用1Cr18Ni9Ti，耐酸不銹鋼，即能更好的滿足工藝要求，同時(shí)更經(jīng)濟(jì)合理。4.1.4發(fā)酵罐及封頭確定(1)發(fā)酵罐的壁厚S，P為設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的2倍，即，其中，D發(fā)酵罐內(nèi)徑D=340cm=3400mmC=0.5mm圓整為12mm故P=0.6MPa，查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》表17表4-1筒體面積容積及重量工作壓力(MPa)公稱(chēng)直徑(mm)筒體壁厚(mm)一米高筒節(jié)鋼板重量(kg)筒高(m)0.632001295013.6(2)封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式如下：P——設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的K倍，現(xiàn)取P=0.6MPaD——發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=340cm[σ]——1Cr18Ni9Ti的許用應(yīng)力，[σ]=140MPaφ——焊縫系數(shù)，根據(jù)焊接情況和探傷的程度，查相應(yīng)的表決定。其范圍在0.5～1之間，現(xiàn)取φ=0.9C——壁厚附加量(cm)計(jì)算如上筒壁厚，也取12mm故P=0.6MPa，查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》表15:表4-2橢圓形封頭公稱(chēng)直徑Dg（mm）曲面高度h1（mm）直邊高度h2(mm)內(nèi)表面積F(㎡)kg)容積V（）32008004011.54.614.1.5接管設(shè)計(jì)1.進(jìn)料管及排酒管的直徑與選型本設(shè)計(jì)選用直型接管及進(jìn)料管為同一管道，與派酵母也為同一管道。該發(fā)酵罐實(shí)裝醪液45.773m3由工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知，一般裝滿一發(fā)酵罐麥汁需要6h，則進(jìn)醪速度：查《化工原理》（上）表1-1，高粘度流體的速度在0.5-1m/s，取發(fā)酵醪流速u(mài)=0.8m/s。則管徑D=圓整65mm查《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》得內(nèi)徑di=65mm的無(wú)縫鋼管。校核：（在0.5—1m/s范圍內(nèi)，所以可采用此管。）由于發(fā)酵結(jié)束后，成熟酒液的黏度仍較大，取收酒流速u(mài)=0.9m/s則排酒管的管徑D=查《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》得內(nèi)徑di=65mm的無(wú)縫鋼管。校核：（在0.5—1m/s范圍內(nèi)，所以可采用此管。）表4-3管法蘭連接尺寸（mm）公稱(chēng)直徑DN（mm）DPN1MpaKLThn6518514518M164由前面的冷量衡算可知，發(fā)酵過(guò)程冷媒流量設(shè)酒精密度為804kg/m3。冷媒流速為1-3m/s，在這里取2m/s，則冷媒進(jìn)出口管徑查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》表12.管子規(guī)格選用Φ32×3.5的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑di=25mm校核：（在0.5—3.0范圍內(nèi)，符合要求。）表4-4管法蘭連接尺寸（mm）公稱(chēng)直徑DN（mm）DPN1MpaKLThn251158514M1244.1.6發(fā)酵罐冷卻器的選取本設(shè)計(jì)發(fā)酵罐屬于大型發(fā)酵罐，故采用內(nèi)部安裝蛇管冷卻器作為冷卻設(shè)備。1.冷卻面積計(jì)算，由于發(fā)酵時(shí)產(chǎn)熱高峰為，故每罐放熱高峰時(shí)放熱量為：冷卻介質(zhì)為稀酒精進(jìn)出口溫度為-9℃和0℃，蛇管冷卻器總傳熱系數(shù)200-700，這里取400發(fā)酵前期平均溫度：6℃→6℃-9℃→0℃6℃→15℃（℃）所以得到冷卻面積為：發(fā)酵后期平均溫差：6℃→-1℃-9℃→0℃15℃→-1℃（℃）所以得到冷卻面積為：由于發(fā)酵后期散熱較大，故以后期面積120m2為準(zhǔn)。2.蛇管布置①求最高熱負(fù)荷下的冷媒耗量W式中和——分別為冷媒的初溫和終溫（℃）——冷媒的比熱容，冷媒(15%稀酒精液)的密度為，則冷媒的體積流量為取蛇管中冷媒流速為1m/s.根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻截面積為：式中W——冷媒體積流量——冷媒速度1m/s②冷卻管的組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為，管徑，組數(shù)為n，則豎直蛇管數(shù)n，根據(jù)罐的大小一般取3,4,6,8,12……組。通常每組管數(shù)不超過(guò)6圈，增加組數(shù)可排下更多的冷卻管。因?yàn)槠【瓢l(fā)酵屬于厭氧發(fā)酵，因此不需要安裝攪拌器，此時(shí)設(shè)管子與管壁的最小距離應(yīng)大于100mm，主要考慮便于安裝清洗。取n=8,求管徑d為：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》表12.管子規(guī)格選用Φ32×3.5的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑di=25mm表4-5豎直蛇管尺寸系數(shù)表公稱(chēng)直徑(mm)外徑(mm)壁厚（mm）內(nèi)孔截面積（）1m管長(zhǎng)質(zhì)量(m)25323.54.912.46現(xiàn)取豎直蛇管的圈端部U型彎管曲徑為250mm，則兩直管距離為500mm，則兩端彎管總長(zhǎng)度為：③冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算：由前知冷卻管總面積F=51.7237㎡，現(xiàn)取無(wú)縫鋼管，每米冷卻面積為：冷卻管占有體積④每組管長(zhǎng)和管組高度：另需連接管15m：可排豎直蛇管的高度設(shè)為靜液面高度，下部可深入封頭250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為。則總占體積為：則筒體部分液深為：豎蛇管總高又因?yàn)閮啥藦澒芸傞L(zhǎng)，兩端彎管總高為500mm，則直管部分高度：則一圈管長(zhǎng)：⑤每組管子圈數(shù)：現(xiàn)取管間距，豎直蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，作圖表明各組冷卻管互相無(wú)影響。⑥校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：前面有F=120，，可滿足要求。4.1.7CO2排出管及CIP清洗管CO2排出管與CIP清洗管都安放在封頭上，又設(shè)CO2管與清潔管徑一致，洗滌發(fā)酵罐經(jīng)過(guò)三次，第一次進(jìn)堿，第二次進(jìn)清水，第三次進(jìn)消毒水。又設(shè)洗滌時(shí)間為0.5h。消耗的CO2的體積為2.83m3則洗滌體積流量Vs=Q/t=2.83/1800=0.00154m3/s查《化工原理》（上）P20表1-1，自來(lái)水流速范圍1--1.5m/s，取洗滌水流速為1.3m/s，則管徑為D==(4×0.00154/3.14×1.3)0.5=0.0392m取40mm查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P56表2-6，選用Φ45*2.5的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑為di=0.040m校核：u=4Vs/πdi2=4×0.00157/3.14×0.0402=1.25m/s，（在范圍內(nèi)，滿足要求。）表4-6管法蘭連接尺寸（mm）公稱(chēng)直徑DN（mm）DPN1MpaKLThn4015011018M1644.2貯酒罐的設(shè)計(jì)與選型貯酒罐體積的確定由前面物料衡算知，糖化一次經(jīng)發(fā)酵后得到的發(fā)酵液量為8870.0285L，假設(shè)5鍋麥汁發(fā)酵所得的發(fā)酵液裝滿1個(gè)貯酒罐，裝料系數(shù)為85%，則每個(gè)貯酒罐的有效體積為：取貯酒罐的徑高比為1:4，錐底為120°，則：求出D=2.549m圓整D=2.6m，H=10.4m，采用8Cr18Ni9不銹鋼材料制作。所需貯酒罐的個(gè)數(shù)為：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》表12得：表4-7橢圓封頭尺寸系數(shù)表公稱(chēng)直徑曲面高度直邊高度內(nèi)表面積容積hFV2600650407.632.514.3清酒罐的設(shè)計(jì)與選型由物料衡算可知，單次糖化所得過(guò)濾酒量6954.3037L，則每天過(guò)濾酒量為8692.6275×5=43463.1375L。按照工藝要求，設(shè)有三個(gè)清酒罐，裝料系數(shù)為80%，每罐容積為：取H:D=4：1，錐底角取120°，則求出D=1.8m，罐高為H=6.8m，采用8Cr18Ni9不銹鋼材料制作。清酒罐封頭：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》表12得：表4-8橢圓封頭尺寸系數(shù)表公稱(chēng)直徑曲面高度直邊高度內(nèi)表面積容積Dg（mm）h1（mm）h2（mm）FV1800450403.730.8664.4酵母擴(kuò)大培養(yǎng)罐本設(shè)計(jì)采用一罐法酵母接種培養(yǎng)工藝，一般認(rèn)為經(jīng)過(guò)2.5-3天擴(kuò)培后，即可得到接種單鍋麥汁所需的酵母，擴(kuò)培所需容量可根據(jù)下面公式來(lái)計(jì)算[9]擴(kuò)培罐裝料系數(shù)為80%，則取H:D=4：1，錐底角60°。則求出D=1.5H=64.5無(wú)菌麥汁儲(chǔ)存罐4.5過(guò)濾設(shè)備本次設(shè)計(jì)過(guò)濾設(shè)備選用葉片式硅藻土過(guò)濾機(jī)，機(jī)殼密閉、垂直濾葉、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)部件少，易維修保養(yǎng)。操作簡(jiǎn)單、方便；清洗、排渣不拆卸，勞動(dòng)強(qiáng)度低。全不銹鋼，耐腐蝕性能強(qiáng)，經(jīng)久耐用，使用壽命長(zhǎng)。運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠，過(guò)濾能力強(qiáng)，效果好。生產(chǎn)效率高，消耗低，尤其酒損小。糖化一次過(guò)濾酒量為8692.6275L，質(zhì)量為8.9t，選用YIG-12過(guò)濾面積為12平方米，過(guò)濾能力為8-10t/h的硅藻土過(guò)濾機(jī)。表4-9葉片式硅藻土過(guò)濾機(jī)型號(hào)過(guò)濾面積（㎡）濾葉片數(shù)過(guò)濾能力（t/h）外形尺寸整機(jī)重量(mm)（t）YTG1212118-103300*2000*300024.6泵的選取4.6.1離心泵泵的計(jì)算本設(shè)計(jì)中在麥汁輸送到麥汁殺菌鍋中和過(guò)濾酒液輸送到清酒罐中用離心泵。麥汁輸送到麥汁殺菌罐時(shí)液體按10m3的液體計(jì)算，15min打滿一罐，選用一個(gè)泵，則：10÷1÷0.25=40m3/h過(guò)濾酒液打到清酒罐時(shí)液體按50m3計(jì)算，15min打滿一罐，選用一個(gè)泵，則：50÷1÷0.25=200m3/h2.泵的介紹IHG型不銹鋼化工管道泵，供輸送不含固體顆粒，具有腐蝕性，粘度類(lèi)似于水的液體，適用于石油、化工、冶金、電力、造紙、食品制藥和合成纖維等部門(mén)，使用溫度為-20℃~120℃。2.泵的結(jié)構(gòu)泵的主要零件有：泵體、直聯(lián)架葉輪、機(jī)械密封部件、Y系列加軸伸電機(jī)等。本型泵泵蓋與泵體鑄成一體，葉輪直接裝在電機(jī)軸上，并用葉輪螺母10加外舌止退墊圈7固緊。泵體出水口一般朝上，也可以朝側(cè)，這時(shí)只要將泵體與直聯(lián)架螺栓松開(kāi)，調(diào)轉(zhuǎn)泵體即可。表4-10離心泵參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)型號(hào)IHG200-250流量（m3/h）200揚(yáng)程H（m）20轉(zhuǎn)速（r/min）1450效率（%）79軸功率（kw）3.0生產(chǎn)廠家泊頭市盛泰泵業(yè)制造有限公司表4-11離心泵參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)型號(hào)IHG65-315(I)C流量（m3/h）41揚(yáng)程H（m）85轉(zhuǎn)速（r/min）2900效率（%）51軸功率（kw）3.0生產(chǎn)廠家泊頭市盛泰泵業(yè)制造有限公司4.6.2齒輪泵1.泵的計(jì)算本設(shè)計(jì)中在冷麥汁輸送錐形發(fā)酵罐、發(fā)酵酒液輸送到貯酒罐、貯酒罐酒液輸送到過(guò)濾機(jī)時(shí)選用齒輪泵。按50m3的液體計(jì)算，15min打滿一罐，選用一個(gè)泵，則：50m3÷1÷0.25=200m3/h2.泵的介紹3-3RP食品衛(wèi)生泵用于食品、飲料、釀造、石油化工等行業(yè)。該泵屬于回轉(zhuǎn)式容積泵，效率高、壽命長(zhǎng)，適用送溫度為-30℃到80℃,適用于輸送粘度為30-1.0×105cSt,泵體內(nèi)部與液體接觸的零部件均選用不銹鋼材質(zhì)，并可根據(jù)介質(zhì)的不同改變泵的轉(zhuǎn)速。3.泵的結(jié)構(gòu)主要由凸輪轉(zhuǎn)子、軸封、齒輪箱組成，一對(duì)同步轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)子，來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的輸送軸封可以根據(jù)不同的工況條件設(shè)計(jì)為填料密封盒機(jī)械密封。從電機(jī)向泵看，泵轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。表4-123