年产10万吨9°P淡色啤酒厂发酵车间设计.doc

四川理工学院毕业设计28四川理工学院毕业设计年产10万吨9P淡色啤酒厂发酵车间设计学 生：庞 云 凤学 号：05042070528专 业：生物工程班 级：生物技术及应用2005.5指导教师：罗 惠 波四川理工学院生物工程系二OO八年六月毕 业 设 计 说 明 书题 目 年产10万吨淡色啤酒厂发酵车间设计(9P)学 生 庞 云 凤 系 别 生 物 工 程 系 专 业 班 级 生物技术及应用05级5班 学 号 05042070528 指 导 教 师 罗 惠 波 目 录前言1第1章 全厂工艺论证31 麦芽制备42 麦芽汁制备工艺42.1 概述42.2 麦汁制造的工艺要求42.3 麦芽与大米的粉碎52.4 糖化原理72.5麦芽醪的过滤102.6麦汁的煮沸和酒花添加122.7麦汁的处理142.8麦汁的充氧162.9麦汁收率和麦汁质量173 啤酒发酵183.1啤酒酵母183.2啤酒发酵机理183.3啤酒发酵194 成品啤酒214.1啤酒的过滤与分离214.2啤酒的包装和灭菌21第2章 工 艺 计 算221 物料衡算221.1定额指标221.2发酵车间物料衡算222 工艺耗水量计算（含冷却水）272.1糖化用水272.2洗糟水用量272.3CPI装置洗涤用水282.4CPI系统配洗液用水282.5发酵罐洗刷用水282.6发酵室洗刷用水282.7汉生罐及酵母扩大培养罐洗刷用水292.8硅藻土过滤机洗刷用水293 发酵车间耗冷量计算293.1主发酵期间每天每小时最大放热量Q最大293.2主发酵期间酒精最大耗用量D最大303.3降温期耗冷量303.4啤酒过冷却器耗量313.5酵母培养室及无菌水耗冷量313.6酒花库耗冷量313.7非工艺耗冷量32第3章 发酵车间设备的设计与选型341发酵罐的设计与选型341.1发酵罐体积确定341.2罐子个数的确定351.3发酵罐材料的选择352 发酵车间其他附属设备选型392.1清酒罐392.2扩大培养罐选型392.3麦汁杀菌罐412.4过滤设备423 车间布置423.1厂房的整体布置和轮廓设计423.2厂房的立面布置423.3厂房的平面布置424 设备布置选取434.1发酵设备434.2泵434.3其它罐434.4门、楼梯43第4章 参考文献4428前言啤酒是世界上产量最大，酒精含量最低，营养含量非常丰富的酒种。早在1977年7月2日在墨西哥举行的第9届“国际营养食品会议”上就被正式列为营养丰富食品。据统计，除茶，碳酸饮料和牛奶外，啤酒与咖啡并列2001年世界人均消费量第四位，达到23L。啤酒的起源与谷物的起源密切相关。人类使用谷物制造酒类饮料已有8000多年的历史。已知最古老的酒类文献，是公元前6000年左右巴比伦人用黏土板雕刻的献祭用啤酒制作法。公元前4000年美索不达米亚地区已有用大麦、小麦、蜂蜜制作的16种啤酒。公元前3000年起开始使用苦味剂。公元前18世纪，古巴比伦国王汉穆拉比(Hammurapi？公元前1750)颁布的法典中，已有关於啤酒的详细记载。公元前130年左右，埃及的啤酒作为国家管理下的优秀产业得到高度发展。拿破仑的埃及远征军在埃及发现的罗塞塔石碑上的象形文字表明，在公元前196年左右当地已盛行啤酒酒宴。苦味剂虽早已使用，但首次明确使用酒花作为苦味剂是在公元 768年。啤酒的酿造技术是由埃及通过希腊传到西欧的。公元12世纪，古罗马政治家普利尼(公元62113)曾提到过啤酒的生产方法，其中包括酒花的使用。中世纪以前，啤酒多由妇女在家庭酿制。到中世纪，啤酒的酿造已由家庭生产转向修道院、乡村的作坊生产，并成为修道院生活的一个重要内容。修道院的主要饮食是面包和啤酒。中世纪的修道院，改进了啤酒酿造技术，与此同时啤酒的贸易关系也建立并掌握在牧师手中。中世纪，在欧洲可用啤酒来向教会交纳什一税、进行交易和向政府缴税。在中世纪的德国，啤酒的酿造业主结成了坚犟的同业公会。使用啤酒花作苦味剂的德国啤酒也已输往国外，不来梅、汉堡等城市均因此而繁荣起来。1718世纪，德国啤酒盛行，一度使葡萄酒不景气。19世纪初，英国的啤酒生产大规模工业化，年产量达20Ml。19世纪中叶，德国巴伐利亚洲开始出现下面发酵法，酿出的啤酒由於风味好，逐渐在全国流行。目前在德国，92的啤酒是下面发酵法生产的。德国在19世纪颁布法令，严格规定碑酒的原料以保持啤酒的纯度，而且由於实行下面发酵法和进行有规律的酵母纯粹培养，从而提高了啤酒的质量，成为近代慕尼黑啤酒享有盛誉的基础。在美洲新大陆，17世纪初由荷兰、英国的新教徒带入啤酒技术，1637年在马萨诸塞建立了最初的啤酒工厂。不久，啤酒作为近代工业迅速发展，使美国成为超过德国的啤酒生产国。19世纪，酿造学家相继阐明有关酿造技术。1857年，L.巴斯德确立生物发酵学说；1845年，C.J.巴林阐明发酵度理论；1881年，E.汉森发明了酵母纯粹培养法，使啤酒酿造科学得到飞跃的进步，由神秘化、经验主义走向科学化。蒸汽机的应用，1874年林德冷冻机的发明，使啤酒的工业化大生产成为现实。目前全世界啤酒年产量已居各种酒类之首，已突破100000Ml。 3.2啤酒发酵机理啤酒是依赖于纯种啤酒酵母，对麦汁某些组分进行一系列的代谢过程，产生酒精等各种风味物质，构成有独特风味的饮料酒。影响啤酒质量的主要因素：(1)麦汁组成.(2)啤酒酵母的品种的菌株特性.(3)投入酵母的数量的质量状况，以及发酵中酵母的生长情况.(4)发酵容器的形状、尺寸、材料.(5)发酵工艺条件（H、温度、溶氧水平、发酵时间等）。这些都是影响因数的重要次序，受啤酒类型和各工厂酿造强矿而有显著区别.3.3啤酒发酵传统式分批发酵，每批定型麦汁，经过添加酵母、前发酵、主发酵、后发酵和储酒等阶段。相应的设备是：酵母添加器、前发酵池、主发酵池、后发酵罐和储酒罐。各段发酵均在有温度调节的厂房内进行，一般分为前酵室（78）、主酵室（67）、后酵和储酒室（20）等部分。3.3.1酵母的添加和前发酵(1)酵母接种量本设计分批发酵采用低温、缓慢发酵，因此接种量比较小，接种量后细胞浓度控制在（512）10个/。设酵母泥浓度为2010个/，工规定接种后酵母浓度为：810个/，则每K麦汁接种酵母泥克数（）：8101000/（2010）=4即接种量为0.4。(2)酵母添加法酵母添加方法有：干道添加法，湿道添加法，倍量添加法，分割法，递加法。本设计选用干道法添加酵母：在酵母添加器中加入每批麦汁所需的酵母泥，再加上二倍量的冷却麦汁用无菌压缩空气充分混合，压到前酵池，无菌空气搅拌均匀即可。(3)前发酵所谓前发酵，就是指接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长（数小时至十小时）的生长滞缓期，之后才能加入出芽繁殖，当酵母克服生长缓滞期，出芽繁殖细胞浓度达到20106个/ml，发酵麦汁表面开始起泡，此阶段即为前发酵。由于前发酵是酵母启动阶段，室温一般控制比接种温度稍高（12），无菌要求比主发酵室更严，发酵池没不设冷却排管。3.3.2啤酒主发酵主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质，利用糖类发酵释放自由能（ATP）合成酵母细胞。此阶段糖降比较缓慢，而a-氨基氮下降迅速。由于有机酸和麦汁缓冲物质减少，pH下降迅速。酵母达到最高浓度时，糖降最快，每天外观浓度降可达1.52.0oP。YDK峰值出现在最高酵母浓度后1224h。发酵度达到酵母凝聚点时（一般发酵度在3545），酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，糖降速率随之降低。为 凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期应逐步降低温度，使发酵温度趋近后酵温度。主发酵后期每日糖降小于0.3 oP时，发酵缓慢，泡沫消失，逐步形成泡盖。泡盖是CO2带至发酵液面的多酚、酒花树脂、蛋白质等被氧化、聚合形成的。在主发酵结束前，捞去泡盖，即可进行后发酵和回收凝聚酵母泥。表1-5 典型低温发酵实例发酵天数/d1234567891011泡高/cm1.57.51825197321泡盖/品温/6.77.17.88.58.58.17.46.55.04.54.0外观浓度/11.711.210.59.78.37.06.15.44.94.54.2a-氨基酸/mg /L1831781561321029290858584酵母浓度/106/ml9.513.823455544403531290.5酵母耗率/%610504030105.53310.5VDK/mg/L0.100.320.510.720.850.800.720.510.320.250.203.3.3后酵和储酒主发酵结束后，下酒至密闭式后发酵罐前期进行后发酵，后期进行低温储藏。后酵和储酒的目的是：糖类继续发酵、促进啤酒风味成熟、增加CO2溶解、促进啤酒澄清。4 成品啤酒4.1啤酒的过滤与分离经过后发酵的成熟酒，大部分蛋白质颗粒和酵母已沉降，少量悬浮于酒中，必须滤除后才能包装。啤酒过滤的常用方法有：a滤棉过滤b.硅藻土过滤，c板式过滤，d离心分离法，e微孔薄膜过滤法。啤酒过滤操作原则是：产量大，质量高，损失小，劳动条件好，CO2损失小，不易污染，不影响风味，啤酒不吸氧。实际上不论任何方法要达到十全十美的效果都是很困难的。本设计采用大家比较熟悉的硅藻土过滤法对老熟啤酒进行过滤操作。操作采用柱式硅藻土过滤机进行。过滤机中每根柱长1067mm，单台机过滤面积93150m3，滤速75000130000L/h。该机可连续工作8h以上。含酵母0.51051.5105个/ml的啤酒，可一次滤清，浊度为0.40.6EBC单位或更低，清酒酵母数1020个/L。过滤前必须预涂硅藻土二次，第一次400500g/粗粒，第二次涂粗细混合粒400500g/。先在混合罐内将硅藻土和脱氧水配成10浓度的悬浮液，泵入滤机，并让溶液在混合罐和滤机内循环至无细粒流出为止；接着进行第二次预涂。每天涂12mm厚，预涂毕酒液通过混合罐入滤机，可根据酒的混浊度添加80300 g/100L硅藻土。过滤时压差每小时上升0.020.04 MPa，待压力上升至0.30.4 Mpa时，停止进酒，更新滤床。4.2啤酒的包装和灭菌过滤完的啤酒，在请酒罐低温包装，通常应在24小时内包装完毕。啤酒经过正确的包装灭菌后既可出厂销售。 第2章 工 艺 计 算1 物料衡算1.1定额指标1.1.1物料情况(1) 麦芽含水量：5，大米含水量13(2) 原料利用率：98.5(3) 无水浸出率：无水麦芽75，无水大米92(4) 原料配比： 麦芽：大米70：301.1.2热麦汁损失冷却损失：4过滤损失：0.5发酵损失：1瓶装损失：0.5总损失： 6每年第二、三季度为生产旺季，产量占年总产量的70，工作日以170天计，年产9P淡色啤酒10万吨。1.2发酵车间物料衡算发酵车间的物料平衡计算主要项目为原料、酒花用量，冷、热麦汁量，废渣量等。1.2.1发酵车间物料流程示意图如下：水蒸汽过滤大米糖化糊化粉碎麦槽麦汁煮沸锅酒花分离器回旋沉淀槽薄板冷却器冷凝固物热凝固物酒花糟发酵图 2-1根据额定指标，首先进行100kg原料生产9P淡色啤酒的物料衡算，然后进行100L9P淡色啤酒的物料衡算，最后进行100000吨/年发酵车间的物料衡算。1.2.2 100kg原料（70麦芽、30大米）生产9P淡色啤酒的物料衡算。(1) 热麦汁量根据定额指标可得到原料收率分别为：麦芽收率为：0.75（1006）70.5大米收率为：0.92（10013）80.04混合原料收得率为：（0.770.50.380.04）*98.5%72.26由上述算得100kg混合原料可制得的9P热麦汁量为： （72.269）100802.89（kg）又知9P麦汁在20C时的相对密度为1.018g/cm3，而100C热麦汁比20C时的体积增加1.04倍，故热麦汁体积为： （802.891.018）1.04820.24（L）(2) 冷麦汁量为：820.24（10.04）787.43（L）(3) 发酵液量为：787.43（10.01）779.56（L）(4) 过滤酒量为：779.56（10.005）775.66（L）(5) 成品啤酒量为：775.66（10.005）771.78（L）1.2.3生产100L 9P淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产9P成品啤酒771.78（L），故可得出下列结果：(1) 生产100L 9P淡色啤酒需混合原料量为：（100771.78）10012.96kg(2) 麦芽耗用量为：12.96709.072（kg）(3) 大米耗用量为：12.969.0723.888（kg）(4) 酒花耗用量：（浅色啤酒酒花加入量为0.2）（820.24771.78）1000.20.213（kg）(5) 热麦汁量为：（820.24771.78）100106.28(L)(6) 冷麦汁量为：（787.43771.78）100102.03(L) (7) CO2 9P冷麦汁102.03L中浸出物为 102.031.040.16=13.79（kg）麦汁的真正发酵物为60%，则可发酵的浸出量为 13.7960%=8.274（kg）麦芽糖的化学反应式为 C12H22O11+H2O2C6H12O6 2C12H22O114C2H5OH+4CO2+56kcal 设麦芽汁中浸出物军为麦芽糖构成，则CO2生成量为 8.274444342=可其中，44为CO2分子量，342为麦芽糖分子量。设9P啤酒含CO2为0.4% 酒中含CO2 102.031.040.4%=0.4244（kg） 释出CO2量 4.258-0.4244=3.834（kg）1mCO2常压下重1.832 kg，故释放CO2容积为 3.8341.832=2.093（m）(8) 酒花糟量设酒花浸出率为40。且酒花糟含水80则酒花糟量为：（140）/（180）0.213=0.639（kg）(9) 酵母量（以商品干酵母计）生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg湿酵母泥含水85%酵母含固形物量=1（100-85）100=0.15则需要含水分7%的商品干酵母量为:0.15100(100-7)=0.16(Kg)(10) 空瓶需要量设每瓶装酒量为0.64L，则每100L需瓶量为:1000.64（1+0.015）=158.6(个)(11) 瓶盖需要量设爆瓶率为1%，则瓶盖需要量为:1000.641.01=157.8(个)(12) 商标需用量1000.641.001=156.40(张)1.2.4年产10万吨10P淡色啤酒发酵车间物料衡算表生产旺季以170天计，占总产量的70，则旺季日产量为：10000070170411.76（吨/天）设生产旺季每天糖化6次，旺季总糖化次数为1020次（淡季根据需要酌情调整糖化次数），可算得每次糖化可产成品啤酒量（灌装后）为：411.76668.63（吨/天）由此可算出每次投料量和其它项目的物料平衡。(1) 成品啤酒量（罐装前）68.631000（10.5）1.0082568850（L）(2) 麦芽用量68850711.78706771（kg）(3) 大米用量68850711.78302902（kg）(4) 混合原料用量677129028921（kg）(5) 热麦汁量68850711.78820.24=79341（L）(6) 冷麦汁量68850711.78787.43=76168（L）(7) 湿糖化糟量68850711.7896.828268.89（kg）(8) 湿酒花糟68850711.783.45439.95（kg）(9) 发酵液量68850711.78779.5675406（L）(10) 过滤酒量68850711.78775.6675029（L）由于旺季产量占到全年产量70%，由此可算得全年产量688506170/70%=1.003108以单次糖化生产做基准，可算得各个项目全年状况如下：(1) 全年混合原料需要量： 96736170/701.409107（kg）(2) 全年麦芽耗量：67716170/709.87106（kg）(3) 全年大米耗量：29026170/704.23106（kg）(4) 全年酒花耗量：146.656170/702.14105（kg）(5) 热麦汁量：793416170/701.156108（L）(6) 冷麦汁量：761686170/701.1099108（L）(7) 全年湿糖化糟量：8268.896170/70%=1.205107（kg）(8) 全年湿酒花糟量：439.956170/706.41105（kg）(9) 全年发酵液量：754066170/701.0988108（L）(10) 全年过滤酒量：750296170/701.0933108（L）(11) 全年成品啤酒量：688506170/701.0032108（L）表2-1 发酵车间物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L9P淡色啤酒糖化一次定额10万吨/年啤酒生产混合原料Kg10012.96 96731.409107麦芽Kg709.072 67719.87106大米Kg303.88829024.23106酒花Kg1.20.213146.652.14105热麦汁L820.24106.3793411.156108冷麦汁L 787.43102.0761681.1099108湿糖化糟Kg96.8212.018268.91.205107湿酒花糟Kg3.450.64 439.956.41105发酵液L 779.56103.6754061.0988108过滤酒L775.66102.1750291.0933108成品啤酒L 771.7100 688501.00321082.工艺耗水量计算(含冷水)2.1糖化用水糖化锅加水比为1：3.5，原料每次加入量为4928.977kg，则每次糖化锅中用水量为：4928.9773.517251.490（kg）糖化用水时间为0.5小时，因此：每小时最大用水量17251.4900.534502.98（kg/h）2.2洗糟水用量每100kg混合原料洗糟水用量为450kg，则洗糟水用量为：677145010030469.5（kg）洗糟时间定为为1.5小时，则洗糟水最大用量为：30469.51.520313（kg/h）2.3 CPI装置洗涤用水设配洗液一次用水6t，用水时间为1小时，则：最大用水量6/16（t/h）2.4 CPI系统配洗液用水配洗液每次用水20t用水时间为1小时，则：最大用水量20/120（t/h）2.5发酵罐清洗用水量发酵罐清洗采用喷射清洗（使用CIP清洗洗涤），对内径为3-4m发酵罐采用中压清洗（0.5-0.6 mPa） 流量：每平方米内表面每小时需洗涤液0.2 m3，所考虑的原则是单位容积麦汁发酵产生的代谢产物为常量。清洗基本方式：冲洗水泵无泡 2%-4%碱液循环清洗30min 冲水至Ph为10 消毒剂循环杀菌10min以上（一般采用冷清洗），碱液用3.0%NaOH清洗液发酵罐内表面积：由第3章计算知F内=278 m3，所以需碱液量： V=2780.230/60=27.8m3在13.38 m3碱液中含水：V水=27.8（1-3%）= 26.966m3若采用下列程序步骤清洗介质清洗时间/ min预洗回收水 10主洗硷液2% 30冲洗水 10 杀菌杀菌剂 40清洗无菌水 20总的洗液 V总=278110/600.2=101.93 m3/h忽略洗液中碱液和杀菌剂的含量，则用水量为101.93m3/h2.6发酵室洗刷用水每天洗发酵罐一个，每个用水12t,洗刷地板共用水6t，用水时间设为1.5小时，则最大用水量为（12+6）/1.5=12（t/h）2.7汉生罐及酵母扩大培养罐洗刷用水设汉生罐及扩培罐等洗刷用水每次20t，用水时间为1.5小时，则最大用水量为20/1.5=13.5（t/h）2.8硅藻土过滤机洗刷用水设硅藻土过滤机洗刷用水为10t，地面洗刷用水2t，用水时间1小时，则最大用水量为12t/h。3. 发酵车间耗冷衡算3.1主发酵期间每天每小时最大放热量Q最大啤酒生产与其他发酵工业生产的显著不同在于采用低温发酵。因此，在啤酒资料报道，每麦芽糖发酵的放热量为418.6KJ3.1.1发酵过程中每个发酵罐被发酵掉的麦芽糖W为： 式中：V每罐冷麦汁体积1109903=332970（L） r冷麦汁比重1.0358 B-麦汁原始浓度10% f-真正发酵度60% 故：W=3329701.04710%60%=20917（）3.1.2每个发酵罐麦汁发酵过程中的放热量 为： =418.6W=418.620917=8755856.2（KJ/罐）3.1.3每罐发酵麦汁在主酵期间每小时最大放热量Q最大为 Q最大=Q2/t式中：发酵期间放热不平衡系数取1.31.5t主发酵总时数h则：Q最大=8755856.21.5/144=91206.8（KJ/h） 主发酵期为6天，每16小时麦汁满一个锥形发酵罐，则同时正进行主发酵的锥形罐数N为： 式中：n每天麦汁满锥形罐的数 t-主发酵天数 即N=24/166=9（罐）故主发酵期间每天每小时最大放热量Q最大为： Q最大=91206.89=820861.2（KJ/h）3.2主发酵期间酒精最大耗用D最大 发酵采用-4稀酒精进行冷却，冷却后稀酒精温度升至0，则： D最大= Q最大/C (t2-t1)=820861.2/(3.7254)=55091.4（/h） 3.3.降温期耗冷量3.3.1啤酒由12降至7，每个发酵罐的耗冷量 式中：V发酵液量，每罐1098804=329640(L) r-发酵液比重1.0358/h C发酵液比热3.979/ -降温前后温度 故：Q2-1”=3296401.03583.979(12-7)=57970.9（KJ）把啤酒由12降至7需36小时，设同时有3个锥形罐进行降温，则每小时所需-4稀酒精量=3/C(t2-t1) 36=5792970.93/(3.725436)=32399.2(KJ/h)3.3.2啤酒由7降至3每个发酵罐的耗冷量=VrC(t2-t1) =3329701.03583.979(7-3) =5489274.4（KJ） 把啤酒由7降至3需36小时，设同时有3个罐进行降温，则每个小时需-4，稀酒精量为：=3/C(t2-t1) 36=5489274.43/(3.725436)=30700.6（KJ/h）3.3.3把啤酒由3降至-1每个发酵罐的耗冷量 =3329701.03583.9793-(-1)=5489274.4（KJ） 把啤酒由3降至-1需24小时，设同时有2个罐进行降温，则每小时需-4稀酒精量为：= 2/C(t2-t1) 24=5489274.42/3.7250-(-4) 24=30700.6（KJ/h）3.3.4降温期间每个发酵罐的总耗冷量Q降 =5792970.9+5489274.4+5489274.4=16771519.7（KJ） 降温期间每个发酵罐需-4稀酒精的量D降为：D降= Q降/C (t2-t1)=16771519.7/3.7250-(-4)=945789.553（/罐）3.4啤酒过冷却器耗量Q33.4.1每小时耗冷量设旺季每天有两罐啤酒要进行过冷却，过冷却时间8小时，啤酒过冷温度要求2-1Q3=GC(t1-t2) 式中：G每天过冷却啤酒量3329701.03582=689780.652(kg) C啤酒比热3.979KJ/ 过冷时间8小时 则：Q3=689780.6523.9792-(-1)/8=1029238.955（KJ/h）3.4.2 -4稀酒精每小时的需用量 D3= Q3/C(t2-t1)=1029238.955/3.7252-(-4)=46050.96（/h）3.5酵母培养室及无菌水耗冷量Q4酵母培养期间，最大耗冷量约为600000KJ (KJ/h)3.6酒花库耗冷量Q5为减少酒花有效成分的损失酒花应进行低温贮藏，酒花耗冷应包括两方面一是酒花围护结构传热而引起的耗冷量，二是经营操作的耗冷量。 3.6.1围护结构传热而引起的耗冷量 式中:q-建筑物的热指标，查表的酒花库q=0.67-0.83KJ/m3h V酒花库的容积，设为400m3 -冷间外空气计算温度，设32 冷间空气计算温度，设2 故：=0.83400(32-2)=9960（KJ/h）3.6.2经营操作的耗冷量 包括开门耗冷量和操作工厂耗冷量两部分（1）开门耗冷量 式中：-每米2地面面积，每小时由开门所引起的耗冷量，查表得酒花库的=16.67（KJ/m2h） F冷间面积，设为100m2 故：（KJ/h）（2）操作工人耗冷量 式中每个操作工人工作时，单位时间内产生的热量，查表得酒花库的=1000（KJ/h人） 操作工人数，设为1人 故：（KJ/h）（3）酒花库耗冷量 （KJ/h）3.7非工艺耗冷量 年产10万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量散失在26000-60000KJ/t啤酒之间，取最高值。故旺季每天耗冷量为： Q560000Gb=377.5620360000=22653721.8（KJ/d） 式中：旺季成品啤酒的量若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰冷量为： Q52 Q5/24=222653721.8/24=1887810.15（KJ/h）冷媒（4稀酒精）用量：M5Q5/C2（t2t1）1887810.15/4.184 112907.3056(kg/h)第3章 发酵车间设备的设计与选型1 发酵罐的设计与选型1.1 发酵罐体积确定 本次设计选用锥底发酵罐，由物料衡算可知，糖化设备一次性糖化麦汁量76.168 m 。一日糖化6次。选用发酵罐的有效容积为（三锅装一罐） Vs=76.1683=228.5 m 发酵罐HD=241。这里选用41，锥角60-80。这里选用60。装料系数取80-85%。这里取=80%。接种量范围在0.7-0.8%。这里取0.8%。 则容积为：V有=Vs（1+0.8%） =228.5（1+0.8%） =230.3 m V有效 = V有/0.8=287.9 m主要尺寸比例： V圆柱 =H V椭圆 =（h+D）=D3 V锥底 = /12h=D3 对此发酵罐选用标准椭圆形封头为上封头，60锥角的锥形封头为下封头，柱体部分高与直径比4:1。则可得： V0=4D+D3 +D3 287.9=D3 D=4.35m 取D=4.3m。则H=44.35=17.4m V0=4.324.34 +4.33 +4.33=278.07 m 圆整后取V0=278 m最后圆整取V0 =278m的发酵罐体。校核： V有效 /V总=230.3/278=82.8% 符合要求。1.2 罐子个数的确定设锥形发酵罐的发酵周期为17天。所以对罐体个数的最底要求： N=nt+1=217+1=35（个） 其中：n每天装罐数 t发酵周期 1备用罐个数1.3 发酵罐材料的选择本设备采用不锈钢制作。0Cr18Ni9不锈纲。因为发酵罐里面所装的溶液是酸性的，而CIP清洗液中仅有碱性溶液，因此。选用材料必须耐酸耐碱耐腐蚀。因此材料选用不锈钢。1.3.1 发酵罐圆柱体部分壁厚确定： Sd=PcDi/（2【】t-Pc）+C上式中各字母表示：Pc设计压力 工作压力的确定 发酵罐的高度（不加椭圆封头）即筒体与锥体的高度 H=44.3+ 4.3=20.9m封罐之前，由于与外界接通，则罐内的压力只有液柱力，但如封罐以后，罐内压力上升，而封罐之后压力最大0.12Mpa。发酵罐内的液体全部装满时的最高工作压力为：P最高工作压力 =P表+P液柱 =0.12+gh =0.12+1.035820.91010310-6 =0.33Mpa 取P=0.33Mpa 所以Pc=1.1P工作压力 =0.363Mpa Di发酵罐内径4300mm 【】不锈钢许用应力【】=137，出自化工设备机械基础P319焊缝系数=1。双面对接头100%C壁厚附加量C1钢板负偏差。C1取0.6C2腐蚀裕量，不锈钢。腐蚀裕微量。一般单面腐蚀C2=1。双面C2=2 C3加工减薄量C3=0（冷加工C3=0，热加工C3=1mm） S= PcDi/（2【】t-Pc） =0.3634300/（21371-0.363） =5.704mmSd=S+C2=5.704+2=7.704mm。查化工设备机械基础P93表4-9得C1=0.60mm Sn=7.704+0.6=8.304mm 圆整后取Sn=9mm罐的筒体厚度为9mm的0Cr18Ni9钢板制作。1.3.2标准椭圆封头壁厚计算一般中低压容器采用椭圆形封头，为了便于设计加工，本设计选用标准椭圆形封头也是用不锈钢0Cr18Ni9制作起许用应力【】t137S= PcDi/（2【】t-0.5Pc）+C各字母表示与前公式一致，则S=0.3634300/（2137-0.363） =8.3mm圆整后取Sd =9mm由发酵工厂设计概论表15和材料与零部件（上）得：表3-1椭圆封头系数 (mm)公称直接曲面高度直边高度内表面积容积VDg（mm） h1hF（） M mm430010755019.249.791.3.3 罐底锥形封头的设计选型 选用不锈钢【】t=137的0Cr18Ni9制作，锥壳半顶角30。，选用无折边不需加强锥形封头，便于收集和卸除这些设备。 Sd= PcDi/（2【】t-Pc）cos +C Pc锥壳计算内直径。无折边时Pc=Dimmd锥角半顶角Sc锥壳厚度Sd=0.3634300/（2137-0.363）1/cos30。+2.6 =9.18mm无折边锥形封头锥体大端与圆筒连接时，应按下述方法确定连接处锥壳大端厚度，以Pc/【】t与半顶角值查化工设备机械基础P105图4-15： Pc/【】t=0.0016。在增加厚度区域需增加厚度，由下式计算得： Sr=QPcDi/（2【】t-Pc）=1.30.3634300/（21371-0.363）=7.415mm 圆整后取厚度为8mm。在任何情况下，加强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚度，锥壳加强度段的长度L不得小于 =270.36mm圆筒加强长度L应不小于 =252.53mm圆锥体小端连接处的厚度无需加强，仍取9mm。1.3.4进料管及排酒管的直径与选型本设计采用直型接管及进料过酒为同一管道，与派酵母也为同一管道，对进料管与排酒管流量相差不大，可选同一管径的管子。该发酵罐实装醪液230.3 m由工厂实际经验知，一般装满一罐发酵罐的麦汁要6h，则进醪速度：Vs=V/= 230.3/（64300）=0.008926m/s查化工原理（上）表1-1，高黏度流体的速度在0.51m/s。取发酵醪流速u=0.8m/s。 则管径D= = =0.119m 则管径D取125mm。在材料与零部件（上）P154查得管子1334的无缝钢管其内径为：di =125mm校核：u=4Vs/di=40.008926/（3.140.1252） =0.7277m/s，在0.51m/s范围，所以采用此管。表3-2 管法兰连接尺寸 (mm)公称直径DNPN0.6MPaDKLThn12524020018M168 1.3.5 CO2排出管及CIP清洗管CO2排出管与CIP清洗管都安放在封头上，又设CO2管与清洗管径一致，洗涤发酵罐经过三次，第一次进碱，第二次清水，第三次消毒水。每次约1吨水。又设洗涤时间为0.5h。则洗涤体积流量Vs=Q/t=3000/（18001000）=0.00167 m/s查化工原理（上）P20表1-1，自来水流速范围11.5m/s取洗涤水流速为1.5m/s，则管径 D=0.0376 m/s 取38 mm查化工设备机械基础P56表2-6，选用453.5的无缝钢管，其内径di=0.038m校核：u=4Vs/di2 =40.00167/（3.140.0382） =1.47m/s，在范围内，满足要求。表3-3 管法兰连接尺寸 (mm)公称直径DNPN0.6MPaDKLThn4013010014M1241.3.6其他选型（1）温度计的接管查表得选用2196的无缝钢管（2）人孔的选择由材料与零部件，设备内径大于2500mm的应该有两个人孔标准，椭圆封头上人孔选用Dg450的圆形人孔，普通碳钢制造。总高H=233mm，另外封头的视镜取Dg125mm的。筒体下部也安装一个同样的圆形人孔，普通碳钢制造。（3）取样塞的选取取样塞主要作用是在发酵后期贮酒过程中，不同时间去发酵醪来检测，看是否符合标准，情况是否正常，还能通过此口来检测罐内CO2的浓度，由于此流量不大，内径取10mm则足够。（4）支座的选取G麦汁=G冷麦汁=7616831.0358=236684kgG筒体=16738.52 kgG封头=G椭圆形封头+G锥形 =10000.05+100+1500=2550 kg发酵时的重量： G= G麦汁+G筒体+G封头 =236684+16738.52+2550 =255972.52 kg2 发酵车间其他附属设备选型2.1清酒罐 年产100000t啤酒，由前物料衡算可知，每锅麦汁过滤后得过滤酒75029L，则每天过滤酒的产量为750296=450174 L由于工艺要求，设有6个清酒罐，则每罐容积为： 设装料系数=0.8，则： 450174/（0.86）=93786.25L 取径高比为1：2，则有D3+D3+D22D=93.8 m D=3.65 m取Dg3800的罐子。H=7.6 m查发酵车间设计概论表15得 表3-4 椭圆封头尺寸 （mm）公称直接曲面高度直边高度内表面积容积VDg（mm）h1HF（）m38009505016.27.752.2扩大培养罐选型各级扩培罐的选型及尺寸如下：扩大比遵循原则如下：在汉生罐以前的各级，由于采用较高的培养温度，酵母倍增时间短。无菌操作条件好，可采用1:1020，反之。汉生罐以后的各级，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1:45。例如，大罐发酵，每罐麦汁量为167.532m 。若希望发酵接种后细胞浓度为15-20106/mL。则汉生罐以后各级扩大比若定为1:5。可按如下安排，设每一级细胞培养后浓度为75106/mL。则最末一级（n）有效容积为大罐容积。且各级罐锥角取60。Vn=20106/（75106）228.5=60.93m Vn-1=60.9