啤酒工艺学设计.doc

酒类工艺学课程设计目 录第1章总论.21.1文献综述.21.1.1设计工作的意义.21.1.2年产量.3 1.1.3工艺技术.3 1.1.4酿造啤酒的原料.31.1.5 中国啤酒产业的发展趋势.41.2设计依据、经济技术指标.51.3车间布置及工艺标准.5第2章 啤酒工艺选择与论证.62.1 啤酒发酵工艺.62.1.1啤酒生产全厂工艺流程简图.62.2原料处理工艺.62.3 麦汁后处理.62.3.1 热凝固物及冷凝固物的分离.72.3.2 麦汁的冷却.72.3.3 麦汁的充氧.72.4发酵工艺流程.72.5方法选择.8第3章 物料衡算.93.1以100kg原料为基准.103.2耗冷量的计算.123.3 发酵罐的设计.143.4 辅助设备选型与论证.203.5 部分附件设计选型.153.6设备选型一览表.22第4章 结 论.25致 谢.26第1章 总论啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料，由于其含醇量低，清凉爽口，深受世界各国的喜爱，成为世界性的饮料酒。它是以优质麦芽为主要原料，啤酒化为辅料，经酵母发酵酿制而成的，是一种含二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。啤酒的原料是大麦。大麦是世界上种植最早的谷物之一，几乎世界上所有地区都可种植，它的产量在谷物排名上，在小麦、玉米、稻谷之下，居第四位，而且大麦不是人类主要的粮食，习惯上作饲料。酿酒后的麦糟中，蛋白质含量得到相对富集，更适宜于做饲料，于是，用大麦制啤酒得到发展1.1文献综述 2002年我国啤酒产量超过美国，成为世界上啤酒生产和消费量最大的国家。通过对我国啤酒行业的历史和发展状况分析，在介绍我国啤酒行业取得的成绩的同时，剖析了行业发展中存在着种种不容忽视的问题，并对我国啤酒行业未来发展提出了对策。从我国啤酒发酵行业整体来看，近几年内出现的富者愈富、穷者愈穷的“马太效应”将进一步延续，这是国家现有政策及啤酒行业自身形式下发展的必然选择。啤酒厂的酿造车间改造方案的选择十分关键如何布置得合理、先进，又省钱，是十分重要的。它包括糖化、发酵、酵母、过滤、清酒、制冷、空压、二氧化碳回收以及冷藏酒花库。我国不必为啤酒行业犯愁，有的媒体看待啤酒业的立场和观点，认为产量太多、价格太低，是啤酒业目前犯愁的主要原因，但无论从哪个方面而言，我们根本用不着为啤酒行业犯愁。1.1.1设计工作的意义啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，075升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。 工厂设计的现实意义是指将一个带建设项目（如一个工厂，一个车间或一套设备）全部用图纸，表格和必要的文字来说明，表达出来，然后又实施人员来建设完成。一尺，工厂设计是一门与政治，经济，工程，技术等诸多科学密切相关的综合性很强的科学技术。1.1.2年产量我国啤酒产量子1993年达到1190万吨年产，2002年啤酒年产量总达2386万吨，长期来看，产量增长速度趋于降低。1.1.3工艺技术 发酵设备不能在选用落后的被淘汰的前发酵池子和利用温室来控制后发酵进程的卧式罐了。采用露天大锥形发酵罐对大型啤酒厂是无疑了，而对小型啤酒厂由于操作水平、装备水平还一时跟不上来，保质保量有一定困难，锥罐大、笑的匹配也比较困难，所以引进来的原设备“前锥后卧”的工艺原理。1.1.4酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是麦芽，水，酵母，酒花，辅料，a-酶制剂。麦芽采用浅色麦芽，麦芽外观整齐，除根干净，不含杂草、谷粒、尘埃、枯芽、半粒、霉粒、损伤残粒等杂质，色泽淡黄而有光泽。麦芽应有特殊的香味。不应有霉味、潮湿味、酸味、焦苦及烟熏味等。 水水是啤酒酿造最重要的原料，酿造水1被称为“啤酒的血液”。酿造水质不仅决定着产品的质量和风味，而且还直接影响着酿造的全过程。水的质量要求：本设计为普通啤酒，色泽较浅，水的残碱度RA值要求小于0.89mmol/L，水中Ca至少为4050mg/L，另外，Ca和Mg比例要大于3:1。Mg过高会使啤酒产生苦味。水的镁硬小于等于0.89mmol/L，水中含盐量要求很低酵母在实际生产中最常用的酵母有两大类：上面酵母和下面酵母。二者形态上存在明显的差别。上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互连接，形成多枝的牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细胞增殖后彼此分开，几乎都是单细胞或几个细胞连接。本设计设计的是普通型啤酒，色泽浅，采用的是下面发酵技术，故选用下面酵母。本设计采用下面酵母酵母ZAU110。 酒花酒花能够赋予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，增加麦汁和啤酒的防腐能力；增加啤酒的泡持性；酒花与麦汁共同煮沸，能促进蛋白质的凝固，有利于麦汁的澄清，有利于啤酒的非生物稳定性。本设计采用颗粒酒花制品。辅料大米是啤酒厂最常用的辅料，其特点是价格低廉，蛋白质、多酚物质和脂肪含量低于麦芽，而淀粉含量高于麦芽，本设计采用大米作为辅料，生产出的啤酒具有色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香突出，非生物稳定性好等特点。酶制剂选用-淀粉酶促进辅料的糊化，辅料大米占总投料的40（原辅料比为6：4）所以选择-淀粉酶。1.1.5 中国啤酒产业的发展趋势中国的啤酒业一直以小、散、乱的形象示人，之后随着华润、青啤以及燕京和众多若干外资的介入，啤酒行业走向了并购整合的发展道路。目前，华润雪花、青啤、燕京、百威英博等大啤酒集团去年的总销量占整个行业的70%之多，整合效应凸显。资料显示，19781979年时，中国的人均啤酒消费量为5升，远低于世界平均水平。但到了2009年，中国人均啤酒年消费量达到了30.2升，与世界平均水平持平，其中大城市和沿海地区，如北京人均啤酒年消费量已达到139.83升、浙江66.3升、福建64.34升。如此快速的增长态势在专家看来还将继续保持下去。据悉，我国啤酒业17年的年消费量复合增长率达到了10.7%，已经是连续第八年保持全球第一，全球啤酒量的增长有30%来自于中国。目前，啤酒在中国已经是十分普及的产品，我国啤酒行业现状：现处低速、稳定增长阶段，但市场前景广阔，仍有巨大的发展潜力；行业集中度低，没有形成规模经济；市场区隔严重，地方保护主义盛行；国际品牌抢滩中国市场，合资收购之风盛行，对国内啤酒企业造成威胁和冲击；在国家产业政策、消费者偏好变化等因素影响下，酒类正面临产业内部结构调整。1.2设计依据、经济技术指标本设计为年产3万吨12P的啤酒发酵车间工艺设计，重点设备发酵罐，发酵工段为重点工段。该设计包括工艺方法及流程的选择论证、物料衡算、耗冷量衡算、设备选型及论证、重点设备的详细设计、车间的布置、绘制图纸（发酵工艺流程图、发酵车间平面布置图、重点设备装配图），三废处理等。1.2.1 设计依据本设计是根据吉林工程技术师范学院彭欣莉老师布置的课程设计进行设。1.3车间布置及工艺标准根据原料的特性，参考工业生产中的成功经验，对所收集得文献资料，进行分析比较，设计适合的工艺流程和操作条件，选择适合的生产设备，并进行科学、合理的配置；设计适用的厂房结构，确保生产的正常进行，配备必要的劳动人员，满足正常生产需要。保证工艺的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。主要方法：1.查阅资料，确定工艺方法以及流程2.进行设计衡算（如物料衡算）3.设计图纸绘图4.撰写设计说明书。1.3.1岗位定员 发酵车间共18人，三班倒，一天工作12h.领导3人第2章 啤酒工艺选择与论证2.1 啤酒发酵工艺2.1.1啤酒生产全厂工艺流程简图： 大米湿粉碎糊化 粉碎酒花 加入-淀粉酶 麦芽湿粉碎糖化过滤煮沸旋涡沉淀 酵母培养扩大培养锥形罐发酵充氧麦汗冷却 酵母贮存 硅藻土过滤纸板过滤 灌装过冷清酒罐 杀菌贴标装箱入库出厂2.2 原料处理工艺将麦芽中非溶性物质转化为水溶性物质，特别是可发酵性糖为主酵和后酵提供基础并添加好所有辅料准备发酵。2.2.1麦汁的制备其主要过程有原辅料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒，因此，麦汁的颜色，芬香味、麦汁组成有一些会影响啤酒的风味、有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味。麦汁组成中影响发酵的主要因子是：原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、-氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。2.3 麦汁后处理2.3.1 热凝固物及冷凝固物的分离麦汁煮沸后应尽快将麦汁中的热凝固物进行有效的分离，以获得澄清的麦汁，然后将麦汁冷却至工艺要求的温度，冷却的同时，要进行通风，为酵母繁殖提供足够的氧气。漩涡成沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其它设备相比，她的分离效果最佳。漩涡沉淀槽是立式柱形槽，麦汁沿切线方向泵入，形成旋转流动，并使热凝固物以锥丘状沉降于槽底中央，清亮麦汁从侧面麦汁出口排出。麦汁在冷却过程中会形成冷凝固物，并逐渐沉淀下来，去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮选法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮选法是麦汁在去除热凝固物后，通入无菌空气就会吸附在细密的小气泡上，随气泡升至液面，并加以除去。2.3.2 麦汁的冷却常用的麦汁冷却器为板式换热器，换热效率很高。麦汁冷却的基本要求有：麦汁和冷却水流经部位要便于清洗，密封性要好，严防冷却水和麦汁的渗漏。要有足够的冷却面积，冷却时间要短，冷凝固物析出的量多。麦汁冷却有一段式和两段式两种冷却方式，本设计采用一段式冷却方式。即先采用氨直冷方式将酿造用水冷却至3-4，然后与热麦汁在板式换热器内进行一次性热交换，在麦汁冷却至发酵温度同时，冷水则被加热至75-80，此水可以直接作为洗糟水使用。2.3.3 麦汁的充氧发酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧气，以利于酵母增殖并同时进入发酵阶段。为使空气溶解至冷麦汁中，必须通入很细小的空气泡，并以涡流形式与麦汁进行混合3。冷却和输送麦汁的管道，在进麦汁之前都会先热酸洗，热碱洗，高温热水冲洗共30分钟，在用无菌水降温后开始进麦汁。2.4发酵工艺流程94热麦汁 冷麦汁（6） 锥形灌发酵 前发酵 主发酵 后发酵过 冷却至-1 贮酒 过滤 清酒灌操作步骤接种 选择已培养好的0代酵母或生产中发酵降糖正常，双乙酰还原快、微生物指标合格的发酵罐酵母作为种子，后者可采用罐罐的方式进行串种。接种量以满罐后酵母数在（1.21.5）10个/ml为准。 满罐时间 正常情况下，要求满罐时间不超过24h，扩培时可根据启发情况而定。满罐后每隔1天排放一次冷凝固物，共排3次。 主发酵 温度10，普通酒100.5,优质酒90.5，旺季可以升高0.5。当外观糖度降至3.8%4.2%时可封罐升压。发酵罐压力控制在0.100.15MPa。 双乙酰还原 主发酵结束后，关闭冷媒升温至12进行双乙酰还原。双乙酰含量降至0.10mg/L以下时，开始降温。 降温 双乙酰还原结束后降温，24h内使温度由12降至5，停留1天进行酵母回收。亦可在12发酵过程中回收酵母，以保证更多的高活性酵母。旺季或酵母不够用时可在主发酵结束后直接回收酵母。 贮酒 回收酵母后，锥形罐继续降温，24h内使温度降至-1-1.5，并在此温度下贮酒。贮酒时间：淡季7天以上，旺季3天以上。2.5方法选择采用立式圆筒体锥底发酵罐方法选择的论述：（1）底部为锥形便于生产过程中随时排放酵母，要求采用凝聚性酵母。 （2）罐本身具有冷却装置，便于发酵温度的控制。生产容易控制，发酵周期缩 短，染菌机会少，啤酒质量稳定。（3）罐体外设有保温装置，可将罐体置于室外，减少建筑投资，节省占地面积，便于扩建。 （4）采用密闭罐，便于CO2洗涤和CO2回收，发酵也可在一定压力下进行。即可做发酵罐，也可做贮酒罐，也可将发酵和贮酒合二为一，称为一罐发酵法。 （5）罐内发酵液由于液体高度而产生CO2梯度（即形成密度梯度）。通过冷却控制，可使发酵液进行自然对流，罐体越高对流越强。由于强烈对流的存在，酵母发酵能力提高，发酵速度加快，发酵周期缩短。 （6）发酵罐可采用仪表或微机控制，操作、管理方便。 （7）锥形罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵。 （8）可采用CIP自动清洗装置，清洗方便。 （9）锥形罐加工方便（可在现场就地加工），实用性强。 （10） 罐顶附件有1-上升管（CO2、压缩空气、CIP） 2-气液分离器 3-压力安 全阀 （过压阀） 4-真空安全阀 5-喷头 6-CIP清洗附件第3章 物料衡算物料衡算是指理论上进行生产时，所要消耗的物料和可以得到的产品以及副产品的量，物料衡算的准确与否关系到整个生产工艺的合理性和设计的可行性，是整个设计阶段的重要一环。表3.1 啤酒生产基础数据名 称百分比（%）项 目名 称百分比（%） 定 额 指 标原料利用率98.5原料配比麦芽60麦芽水分6大米40大米水分13啤酒损失率(对热麦汁)冷却损失3.5无水麦芽浸出率75发酵损失1.5无水大米进出率 95过滤损失1.0装瓶损失1.0总损失7.03.1以100kg原料为基准根据表1可得原料收得率分别为：（1）热麦汁量 根据表5-1可得原料收率分别为： 麦芽收率为： 0.75（1006）100=70.5% 大米收率为： 0.95（10013）100=82.65% 混合原料收得率为： 0.6070.5%+0.4082.65%98.5%=74.22%由上述可得100kg混合原料可制得的12热麦汁量为：（74.2212）100=618.50（kg）又知12汁在20时的相对密度为1.084，而100热麦汁比20时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100）体积为：（618.51.084）1.04=593.40L（2） 添加酒花量： 618.500.2%=1.24（kg）（3） 冷麦汁量为： 593.70（10.035）=572.92L（4） 发酵成品液量： 572.92（10.015）=564.33L（5） 清酒量（过滤）为：564.33（10.01）=558.68L（6） 成品啤酒量为： 558.68（10.01）=553.10L以100L啤酒为基准 根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12P淡色啤酒约553L，故可得下述结果：（1）生产100L12P经典啤酒需耗混合原料量（100/553）100=18.08(kg)（2）麦芽耗用量18.0860%=10.85(kg)（3）大米耗用量18.0840%=7.23(kg)（4）酒花用量为 对普通啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为： （593.40/553.10）1000.2%=0.215kg（5）热麦汁量（593.40/553.10）100=107.29（6）冷麦汁量（572.92/553.10）100=103.58L（7）湿糖化糟量：设排出的湿麦糟含水分80%，湿度糟量为：（10.06）（10075）/（10080）10.85=12.74kg湿大米糟量为： （10.13）（10095）/（10080）7.23=1.57kg故湿糖化糟量为：12.74+1.57=14.31kg（8）湿酒花糟量：设酒花在麦汁中的浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：（10040）/（10080）0.215=0.645kg(9)发酵成品液量：（564.33/553）100=102.03L(10)清酒量： （558.68/553）100=101.01L(11)酵母量（以商品干酵母计）生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg。湿酵母泥含水分85%酵母含固形物量:则含水分7%的商品干酵母量为：（12）.二氧化碳量因12P冷麦汁密度为1.084kg/L，则107.29L冷麦汁质量为：107.291.084=193.55kg所以,12P冷麦汁193.55kg中浸出物量为：12%193.55=23.19kg设麦汁的真正发酵度为80%，则可发酵的浸出物量为：23.19（1-0.05）80%=17.62kg麦芽糖发酵的化学反应式为： 设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量为：（17.62444）/342=9.07式中 44CO2分子量342麦芽糖（C12H22O11）分子量设12P啤酒含二氧化碳为0.35%，酒中含CO2量为：193.550.35%=0.68kg则释放出的CO2量为：9.07-0.68=8.39kg而1m3CO2在20常压下重1.832kg故释放出的CO2的体积为：30000t/a 12P普通啤酒糖化车间物料衡算全年生产天数为330天，设旺季生产210天，淡季生产120天。旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则全年糖化次数为：2107+1205=2070（次）计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。（1）年实际生产啤酒： 300000001.012=29644268.77L（2）清酒产量：29644268.77（10.01）=29943705.83L（3）发酵液总量：29943705.83（10.01）=29943137.20L（4）冷麦汁量：29943137.20（10.015）=30399124.06L（5）煮沸后热麦汁量：30399124.06（10.035）=31501682.97L 20麦汁体积：31501682.971.04=30290079.78L 12P麦汁质量为（20）：30290079.781.084=32.8106Kg （6）混合原料量：32.8106Kg 10%74.22%=4.42106Kg（7）麦芽耗用量：4.42106Kg 0.60=2.652106Kg 大米耗用量：（4.422.652）106=1.768106Kg（8）酒花耗用量：31501682.970.2%=63003.37Kg根据经验估算，混合原料量定为4.55106Kg，实际产量才大于30000t啤酒。把前述的有关啤酒糖化间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表：如表表3.2啤酒生产物料衡算表物料名称单位对100kg混料100L 12P普通酒糖化一次定量30000t/a啤产量混合原料Kg10018.082135.264.42106麦芽Kg6010.851281.162.652106大米Kg407.23854.111.768106酒花Kg1.240.21530.4463003.37热麦汁L597.40107.2915218.2031501682.97冷麦汁L572.92103.5814685.5730399124.06湿糖化糟Kg100.1514.3114717.8030465844.27湿酒花糟Kg3.690.64591.39189010.11发酵成品液L564.33102.0314465.28.29943137.20清酒液 L558.68101.0114465.5629943705.83成品啤酒L553.1010014320.9029644268.77备注：c 1012kg/m3， 实际年生产啤酒为30000t。3.2耗冷量的计算3.2.1 麦汁冷却耗冷量Q1本设计采用一段式串联逆流式麦汁冷却方法，使用的冷却介质为2的冷却水，出口温度为70，糖化车间送来的热麦汁温度为97，冷却至发酵起始温度8。有前面的计算可知，每糖化一次得到的麦汁为15218.20L，相应的麦汁密度为1.0423kg/L.故热麦汁为:M=15218.201.0423=15861.93kg麦汁的比热容为3.53kJ/（kg）.工艺要求在1h内完成冷却过程。则所耗冷：Q1=mC/t=15861.933.53（97-8）/1=4983339.41kJ/h旺季每天糖化6次，每三锅麦汁进一个发酵罐，则麦汁冷却每罐耗冷Qf=3Q1=4983339.413=14950018.23kJ/罐3.2.2发酵耗冷量Q2发酵期间发酵放热Q2设麦汁固形物均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵放热量为613.6kJ/kg，设发酵度为80%，则1kg麦汁放热量为:613.612%80%=58.90kJ糖化一次得冷麦汁量:m=1.08414685.57=15919.16kg每锥形罐发酵放热量Q0=58.915919.163=2812915.57kJ由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化6锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高温时期耗冷量为：Q2=（Q01.56）/(2464)=43951.81J/h发酵后期发酵液降温耗冷Q2主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从12缓降到0。每天单罐降温耗冷量为：Q0=3GC1(12-0)=315861.933.5312=2015734.06(kJ)工艺要求此过程在4天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装2个锥形罐）：Q2=（2 Q0）/(244)=(22015734.06)/(244)=41994.46(kJ/h)发酵总耗冷量Q2Q2= Q2+ Q2=43951.81+41994.46=85946.27(kJ/h)每酵所用冷媒耗冷量Q0Q0= Q0+ Q0=2812915.57+2015734.06=4828649.63(kJ)3.2.3 酵母培养耗冷量Q3根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h。根据工厂实践，年产30000t啤酒培养冷量为56000（kJ/h），则对应的年冷耗量为：Q3= Q28811=177408000(kJ)3.2.4 酵母洗涤用的冷无菌水冷却耗冷量Q4设用2的无菌水洗涤，洗涤量为干酵母量的2倍，冷却前，无菌水温度为20，则由前表，生产100L啤酒耗活性干酵母0.16kg，则每罐耗活性干酵母：14320.930.16/100=68.74kg/罐无菌水用量： 68.742=137.48kg/罐则冷却无菌水耗冷量Q4=137.484.18(20-2)=10344kJ/罐又无菌水冷却操作在两小时内完成，故每小时耗冷：Q4=10344/2=5172kJ/h3.2.5 发酵车间工艺耗冷量Qt综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为：Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=4983339.41+85946.27+56000+5172=5130457.68kJ/h3.2.6 非工艺耗冷量Qnt除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁、运转机械、维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量，现分别介绍。3.2.7 露天锥形罐冷量散失锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失。通常，这部分的冷量由经验数据选取。根据经验，年产5万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在12000-25000kJ/t啤酒之间，本设计选18000kJ/t啤酒。则旺季每天耗冷量Q5=Gb18000=14320.91.048618000/10000=162089.67 (kJ/d)式中 Gb旺季成品啤酒日产量（t） 若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的1.5倍，则高峰耗冷量为：Q5=1.5Q5/24=10130.6(kJ/h)3.2.8散失冷量Q6因涉及的设备、管路很多，若按前面介绍的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据实验经验选取。通常，取Q6=12%Qt，所以：Q6=12%Qt = 12%5130457.68=615654.92(kJ/h)非工艺耗冷量Qnt=Q5+Q6=10130.6+615654.92=625785.52(kJ/h)3.3 发酵罐的设计发酵罐数量的确定本设计采用锥底圆柱形发酵罐，目前国内几乎所有的厂家都用这种发酵罐。发酵罐的个数为：N=(tn)/A+4 式中：t-发酵周期 N-每天糖化的次数（按旺季计算）A-每个发酵罐可以容纳的麦汁的批次数4-周转量数根据工艺，规定3锅麦汁进1个发酵罐，每天最大糖化次数为6次，啤酒生产周期为21天，则有N=（216）/3+4=46（个）发酵罐的基本尺寸容积糖化一次可得冷麦汁量为14685.57L，三锅进一个发酵罐，则有效容积V=14.6863=44.058m3，取填充系数为0.8，以便为泡沫提供预留空间，则总容积V总=44058/0.8=55.0725m3,取57m3。发酵罐的直径径高比一般以（1:3）-（1:4）为宜，此处取H:D=4:1，圆锥底角一般为70-75，这里选圆锥底角为74，则锥高：h=D/(2tan/2),又V总=，代入相关数据得D=3.0m,H=12.0m，h=2.0m发酵罐总高封头高取h0=D/4,故h0=3.0/4=0.75m,H总=H+h0+h=12.0 +0.75+2.0=14.75m发酵罐的材料锥形发酵罐置于露天环境，要进行良好的保温，以降低生产中的耗冷量，所用保温材料要求热导率低，密度小，吸水率低，不易燃烧。聚苯乙烯泡沫塑料式最佳绝缘材料，但价格较高，聚苯胺树脂价格较便宜，可现场发泡喷涂，施工方便，但易燃。两种材料的保温厚度为15-20cm，膨胀珍珠岩因易吸水，保温性能要差一些，但价格低廉，使用厚度为20-25cm为宜，结合本设计实际情况，综合考虑选价格中等的聚酰胺树脂作为保温材料。保温材料外部设防护层，采用瓦楞型板材，罐体采用型号为0Cr18Ni9的不锈钢。3.3.1 椭圆封头的设计常见的上封头有球冠形封头、半球形封头、蝶形封头、椭圆形封头，由于椭圆部分经线曲率平滑连续，故封头中盈利分布计较均匀，另外椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成形，故本设计采用椭圆形封头。设计参数的确定1设计压力P设计压力是指发酵罐顶部的最高工作压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。本设计发酵罐上装有安全阀，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力P不能低于安全阀的开启压力，通常设计压力为安全阀开启压力的1.05-1.1倍，本设计采用设计压力为安全阀开启压力的1.1倍。本设计采用一罐法发酵工艺发酵，在发酵过程中安全阀的最大开启压力为0.16Mpa。则设计压力P气=1.10.16=0.176MPa2设计温度设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度，它用于确定材料的许用应力，本设计发酵罐最高的工作温度为16，为安全起见，考虑到发酵罐有保温和保冷措施，及一定的安全性。设计温度取18。3许用应力许用应力是容器壳体、封头等受压元件的材料允许的最高强度。本设计选用的材料为不锈钢0Cr18Ni9型号，查表知其许用应力为137Mpa。4焊接接头系数通过焊接制成的容器，其焊缝的强度比较薄弱，为了补偿焊接时可能出现的焊接缺陷对容器强度的影响，引入了焊接接头系数，它反映了由于焊接连接时材料强度的削弱程度，本设计采用焊接方式为双面焊接，全部无损探伤，故焊接系数为1。5厚度附加量按公式计算得到的容器厚度，不仅要满足强度和刚度要求，而且还要根据实际情况加入一定的厚度附加量C。C=C1+C2式中 C1厚度负偏差，C2腐蚀裕量本设计取C1=0.3mm，C2=1mm，故C=1.3mm。椭圆封头厚度的计算 式中：计算厚度 K形状系数，此处选标准椭圆形封头，故为1。 设计温度下材料的许用应力，又由材料0Cr18Ni9查表得t=137MPa。 焊接接头系数，=1.则 =1.93mm设计厚度d=+C=1.93+1.3=3.23mm，圆整至4mm。即名义厚度n=4mm。又由于标准椭圆形封头的厚度不小于0.15%Di，0.15%Di=30000.15%=4.5mmn=4mm，（注：为简化计算，取加工减薄量为0）故取厚度为4.5mm，圆整至5mm。椭圆封头强度校核1：压力校核最大允许工作压力：Pw=式中封头的有效厚度=-C=5-1.3=3.7mm，故Pw=0.338MPaPc=0.176Mpa(设计压力)故压力校核符合要求。2：应力校核: 式中P试验压力，本处取设计压力Pc试验压力下的许用应力所以=71.44Mpa0.253MPa(设计压力)2：应力校核 =PDi+(-C)/2(-C) =0.2533000+(5-1.3)/2(5-1.3)=102.69MPaP=0.323Mpa(设计压力)故压力校核符合要求。2：应力校核: 式中P试验压力，本处取设计压力P试验压力下的许用应力所以=114.5 Mpa=137Mpa故应力校核符合要求 封头的刚度校核容器和封头的最小厚度主要考虑制造工艺要求以及运输和安装过程中得刚度要求。同时，根据工程经验确定其值。不包括腐蚀余量。设计中采用得材料为不锈钢，最小厚度min=2mm。设计中椭圆封头厚度、筒体厚度、锥形封头厚度均大于2mm因此，符合要求。3.4 辅助设备选型与论证3.4.1薄板换热器采用一段式冷却方式，冷却水进口温度为2，出口温度为70，热麦汁进口温度为97，出口温度为8。于是，换热量 则换热面积： 式中K,采用型号为RB0-9薄板换热器，按人字形波纹形式，单台换热器的换热面积最大。3.4.2清酒罐由于一天糖化6次，3锅麦汁进一个发酵罐，一个发酵罐的酒进1个清酒罐，备用1个，则共需3个。故清酒罐的大小可照搬发酵罐的大小，仅不需要添加发酵监控的本分设备和蛇管冷却设备即可。即可得其基本数据如下：D=3.0m,H=12.0m，h=2.0m 3.4.3硅藻土过滤机糖化一次产酒16320.9L，相应质量：14320.91.04810-3=15t，一天糖化6次，相应质量：156=90t/d每天有效工作时间为20h，则过滤机工作能力为：90/20=4.5t/h选用型号为J2LS1型号的烛式硅藻土过滤机3.4.4酵母扩培系统采用三级扩培。在逐级扩大培养过程中，正确选择扩大比，会影响到起始细胞浓度、扩大培养时间、酵母菌龄一致性以及在扩大培养中抵抗杂菌污染的能力。扩大比遵循的原则如下：在汉生罐以前各级，由于采用较高培养温度（2527），酵母倍增时间短，无菌操作条件好，可采用1：1020；反之，汉生罐以后务级，采用低温培养（不大于13），酵母倍增时间长，杂菌污染机会多，扩大比宜小，一般比宜1：45。由于每罐麦汁量为L，相应体积为44m3若发酵接种后细胞浓度为，设为13.75106/ml，则汉生罐以后各级扩大比定为1：5，高每一级细胞培养后浓度为。则第三级罐有效容积为大罐容积。所以： 性能上面酵母下面酵母发酵温度15 25512真正发酵度较高（65%72%）较低（55%65%）对棉子糖的发酵发酵1/3全部发酵细胞形态圆形，多数细胞聚集一起卵圆形，细胞分散发酵风味酯香较味酯香味较淡3.4.5酵母回收系统一般发酵酵母都不知是用一次，可使用最多5次，所以在发酵过程中可回收生长较好的酵母到酵母贮藏罐中，作为下次发酵的菌种随麦芽汁加到发酵罐中继续发酵。根据啤酒厂的实际经验，一般可回收的酵母量为接入量的23倍，但这种酵母在酵母贮藏罐中保存时间不能超过48小时，过时作废。按以上酵母浓度的计算，酵母接种量应为0.5m3每罐，故每罐至少可回收11.5m3的酵母泥。故酵母回收罐定位2.5m3即可。而酵母使用次数最多5次，故仅需4个罐子即能满足生产需求。故可选供应新乡中天JYHS酵母回收储存系统。 3.4.6麦汁充氧系统麦汁加入发酵罐的过程中会给冷麦芽汁充氧以便让酵母在开始时进行有氧繁殖，以增加迅速酵母的数量，来完成糖类的发酵。这里的充氧是指向麦芽汁中冲入无菌空气。无菌空气可以由一下设备组装提供：来自空压机的空气总空气过滤器分空气过滤器冷麦汁进罐管道 过滤介质填充 过滤介质填充过滤介质的选择：颗粒活性炭：实重度为1140kg/m3；虚重度为（50030）kg/m3；填充率为44%。棉花：实重度为1520 kg/m3；虚重度为130150 kg/m3；填充率为8.5%10%。玻璃棉：实重度为2600 kg/m3；虚重度为130280 kg/m3；填充率为5%11%。JU滤纸：实重度为2600 kg/m3；虚重度为384 kg/m3；填充率为14.8% 3.4.7 CIP系统（1）CIP系统的设置洗涤过程：清水喷淋10min，热水喷淋洗涤10min，80,2%热碱水淋洗15min，热水洗涤10min，清水10min，甲醛水（0.015%）或双氧水（2%）淋洗15min，无菌水淋洗15min。（2）洗涤罐设置清水罐2个，热水罐2个，碱水罐1个，甲醛水或双氧水罐1个，无菌水罐1个。3.5 部分附件设计选型真空阀大罐对真空很敏感，较