(WORD)-课程设计-啤酒的酵母泥深加工工艺设计-其他专业

《发酵工程》课程设计说明书设计题:处理年产50，000吨啤酒的酵母泥深加工工艺设计设计任务书设计题目：年产50000吨啤酒的酵母泥深加工(酵母精)工艺设计基础数据：生产规模：年产50000吨／年啤酒的处理产品规格：国标酵母提取物生产方法：以啤酒酵母泥为原料，经过脱苦,自溶，酶解灭酶，分离,浓缩,干燥等过程，生产出酵母抽提物(酵母精)原料：酵母泥(每生产100吨啤酒就可得到含水分75-80%的酵母泥1.5吨)酶用量：抽提物得率68.6%。酵母自溶温度55℃，自溶后升温到95℃全年生产天数：300天一、课程设计目的学生在掌握了基础理论，专业理论，专业知识的基础上，培养学生具备发酵工厂工艺、工程设计的能力；其基本目的是：1、培养学生利用所学知识，解决工程实际问题的能力。2、培养学生掌握发酵工厂工艺流程和主要设备设计的方法及设计步骤。3、达到对学生进行基本技能的训练，例如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。二、设计内容：1．根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料及工艺参数，进行生产方法的选择与比较，工艺流程与工艺条件的确定和论证。2.工艺计算：全厂的物料衡算；蒸汽、水用量的衡算。3.生产设备选型计算：包括设备的选型，容量，数量及主要的外形尺寸。三、设计要求：1.根据以上设计内容书写设计说明书(以《发酵工厂工艺设计概论》车间初步设计说明书的编写要求书写)。2.完成一张图纸(1号图纸)酵母深加工(酵母精生产)工艺流程图。目录1设计方案简介…………………62工艺确定、工艺流程草图及说明（论证）2.1工艺流程草图………………72.2工艺流程的确定与论证……72.2.1过滤除杂…………………72.2.2脱苦………82.2.3自溶与酶解………………82.2.4灭酶………2.2.5离心分离…………………92.2.6浓缩………92.2.7干燥………93工艺计算3.1全厂物料衡算………………93.1.1计算每天需要处理的啤酒和酵母泥的量………………93.1.2.计算每一步工序酵母泥的质量…………93.1.3一天投料的物料衡算表………………113.1.4每步投料与进水量表……113.2车间的热量衡算（即水蒸汽量耗热量Q的衡算）3.2.1各步骤蒸气耗热量的计算………………123.2.2各步骤所需热量表………133.3车间用水量的计算…………134.车间设备选型及说明4.1罐体的尺寸计算和设计……134.1.1过滤罐设计………………144.1.2脱苦罐的设计……………144.1.3自溶罐的设计……………144.2其它设备的生产能力的计算和选型4.2.1过滤机的选择……………154.2.2真空浓缩器的选择…………154.2.3干燥机的选择……………154.2.4离心设备的选择…………164.2.5泵的选择……………………165.设计结果一览表5.1设备及罐体设计结果一览表………………165.2时间总览…………………176．对本设计的评述6.1设计评价…………………186.2设计心得与体会…………187.附图8.参考文献……………………181.设计方案简介本项目是以啤酒酵母泥为原料，采用生物技术手段，经脱苦、自溶等工序而制成的一种天然调味料——酵母抽提物(即酵母精)。我国是啤酒生产大国，啤酒企业每年都有大量的剩余酵母产生，啤酒废酵母含有丰富的氨氮物质，是一种拥有巨大潜力的资源。目前，我国啤酒企业大多将啤酒醉母泥经收集、烘干作为蛋白饲料，但由于市场售价很低，企业利润很少；或者仅仅作为环保治理、减少污染的措施而实施；有的企业甚至直接排放掉，造成很大浪费并污染环境。若能将收集到的酵母泥，通过改变后处理工艺而制成酵母精，则可大大提高其附加值，为企业创造极大的效益，真正达到变废为宝的目的。本文所采用的生产方法力求生产过程工艺简易、设备投资少、生产周期短、酵母抽提率高、生产成本低、产品风味较好。产品可广泛应用在家用调味品或其它食品的加工中，起到改善产品风味、提高产品品质、增进食欲等作用。据统计，每生产100吨啤酒就有1.5吨啤酒废酵母（含水80%左右）产生，因此一个年产10万吨的啤酒企业就可产生150吨啤酒废酵母，是可以实现工业化生产的。经过多次工业试验的资料显示，,酵母抽提物得率可达70%。本文做采用的生产工艺是目前较为普遍的自溶—酶联法。其具体生产工艺为啤酒酵母泥由过滤除杂、水洗脱苦、保温自溶(酶解)、灭酶、离心分离、浓缩、调配、干燥而得成品——干粉状酵母提取物。其中，脱苦方法决定了产品的口感，自溶方法决定了酵母抽提物的得率，因此脱苦及自溶两步在生产过程中较为重要。2．工艺确定、工艺流程草图及说明（论证）啤酒啤酒酵母泥（从啤酒废液中滤得,100t啤酒可得1.5t,）酒液0.5%NaHCO3啤酒啤酒酵母泥（从啤酒废液中滤得,100t啤酒可得1.5t,）酒液0.5%NaHCO30~4℃过滤罐泵1过滤罐泵1脱苦罐脱苦罐脱苦10%~15%脱苦10%~15%酵母悬液搅拌30min过滤除杂10%悬浮液，80目筛的过滤机过滤酶与试剂水酶与试剂水杂质杂质水蒸气酸碱罐泵2水蒸气酸碱罐泵2保温自溶罐保温自溶罐离心机2离心机1离心机2离心机1泵3自溶泵3自溶、酶解与灭酶10%酵母溶液pH6.5551%破壁酶和自溶促进剂8h1%酵母抽提酶55℃灭酶95℃离心分离重相离心分离1111离心分离重相离心分离1111废水干粉状酵母抽提物产品包装干燥浓缩干粉状酵母抽提物产品包装干燥浓缩真空浓缩0.090~0.093MPa55℃干燥装置干燥装置包装装置包装装置真空浓缩真空浓缩器2.2工艺流程的确定与论证2.2.1过滤除杂酵母泥添加0~4℃净水至酵母悬液浓度为10从啤酒厂回收的酵母泥中含有麦芽壳，酒花沉淀、析出蛋白质沉淀等物质，对酵母泥进行加工之前必须经过洗涤、除杂等工艺处理。不同的酵母悬液浓度和不同大小的筛目对啤酒废酵母泥的除杂有着不同的影响，尤其是酵母悬液浓度。当浓度大时，易成糊状，泡沫多，且难过筛，酵母损失大。经大量预实验，在过筛2次的前提下，以干净酵母泥的得率为考察指标，80目除杂效果明显高于100目。因此，确定最佳除杂工艺为：酵母悬液浓度10％，过80目筛两次。2.2.2脱苦加入0~4℃无菌水，调成浓度为10%~15%的酵母液，加入0.5%NaHCO3，搅拌30min经过压榨的啤酒酵母泥,其中还含有少量的啤酒花及小分子物质,这些物质将影响酵母抽提物的质量及口感,通过碱洗,利用浮力差,即能达到去除的目的，使酵母颜色由深褐色变为白色，以保证对后续提取物质不产生副作用。实践证明,用0.5%的NaHCO3溶液作用啤酒酵母泥30min能使未去除的酒花皂化,去除苦味。2.2.3自溶与酶解调浆为10%浓度的酵母溶液，pH6.5，升温至55℃，加1%破壁酶和促进剂（1%乙醇，5%磷酸氢二钾，5%葡萄糖），自溶时间共计8h。自溶完成后，添加1%酵母抽提酶，酶促自溶12h,温度为55啤酒酵母自溶效率与多种因素有关,如介质的pH、温度、时间、酶制剂的使用等。浆液的浓度亦对酵母自溶有一定的影响,酵母液浓度大,自溶速度慢,抽提率低;酵母液浓度低,自溶速率大,抽提率高,但浓缩能耗较大。故一般选用10%～15%的酵母液浓度。实验发现，添加破壁酶可显著提高抽提物中的氨基氮和固形物得率，且伴随自溶时间的延长而不断增加，并且增幅变缓。综合考虑工艺成本、残余内源蛋白酶的活力以及最终产物的风味，选择添加1%破壁酶，并以自溶时间为8h为宜。有研究发现，在酵母自溶过程中添加适当比例的钾离子、乙醇和葡萄糖可有效提高酵母自溶效率。正交试验表明，在pH6.5条件下，添加1%乙醇、5%磷酸二氢钾和5%葡萄糖，酵母的自溶所得氨基氮得率为3.764%。破壁酶和自溶促进剂的添加可使产物的溶出途径变得更加通畅，溶出速度显著增加，自溶时间大大缩短，此时添加酵母水解专用的高效复合酶酵母抽提酶可进一步提高自溶产物的得率和风味。实验证明添加1%酵母抽提酶的酶解效果较其他酶制剂（如风味蛋白酶、中性蛋白酶、复合蛋白酶和木瓜蛋白酶）更为明显。氨基氮得率比木瓜蛋白酶作用结果提高了约112.9%，固形物得率比木瓜蛋白酶作用结果提高了约40.3%。当自溶时间为28h时，产品得率趋于稳定，风味醇厚，因此最佳自溶时间为28h。2.2.4灭酶经95℃，1h加热处理酵母自溶液中含有一定量的蛋白酶、未变性的蛋白质和肽类等物质,,不仅可以钝化酶类，使自溶和酶解反应终止,而且还能使蛋白质、肽类发生适度的变性,便于过滤。2.2.5离心分离使用离心机进行固液分离，5000rpm得上清，分离得到自溶物后立即煮沸30min灭菌。2.2.6浓缩进行浓缩至干物质含量达45%，真空浓缩0.090~0.093MPa55因为所需产品为干粉状酵母抽提物，因此在干燥之前需要进行一定程度的浓缩以减小干燥过程的时间，增加干燥的效率。酵母抽提物为热敏性物料,长时高温会使蛋白质发生过度变性,不仅降低了产品的营养价值,而且造成酵母抽提物复水性能差。故一般采用真空浓缩,其真空度为0.090～0.093MPa,温度以50～60℃2.2.7干燥用压力差放入带有0.2~0.3MPa蒸汽加热的滚筒中转动粉碎，刮下成片的酵母精。3.工艺计算3.1全厂物料衡算3.1.1计算每天需要处理的啤酒与酵母泥量本车间需要年处理50000t啤酒的酵母泥，已知每100t啤酒经过滤等预处理步骤可得到1.5t酵母泥（含水量在75%-80%）。因全年处理300天，因此每天需处理的啤酒量为：50000t÷300=166.7t,约为170t若每天处理的批次为一批，每天要处理的酵母泥量为：170t×1.5t÷100t=2.55t3.1.2计算每一步工序酵母泥的质量1.综合所掌握的酒精发酵与啤酒发酵等数据可得到以下损耗率：损耗设备损耗率过滤设备1.5%每次经过的罐体1.5%自溶过程2.1%自溶后不溶于水固相成分20%真空浓缩过程5%包装过程2%注:离心过程的损失率可忽略不计；干燥过程的损耗率未查到，暂不算。因此处理酵母泥的抽提率为：68.6%，符合文献上查找的抽提率2.每一步的酵母泥、酵母泥悬液、及自溶后的酵母抽提物匀浆质量如下：（1）过滤罐中酵母泥质量为：2.55t因为未加水的酵母泥含水约80%，即酵母泥浓度为20%，若要调成10%的酵母泥悬液，则只需再加一倍体积的水2.55t酵母泥的体积=2.55×103÷1×103=2.55m则过滤罐中的加水量等于酵母泥的体积，为：2.55m所以在过滤罐中的酵母悬液总体积为：2.55m3（2）流经80目筛（即过滤机）的酵母泥悬浮液质量为：2.55t×(1-1.5%)+2.55t=5.062t（3）酵母泥在脱苦罐中的质量为：2.55t×(1-1.5%)×（1-1.5%）=2.474t脱苦处理时加水至酵母悬液的浓度为10%~15%，所以无需在脱苦罐中再继续加水，则脱苦罐中的悬液总质量为：（2.474t＋2.55t）+2.474t×0.5%=5.036t脱苦过程所加NaHCO3量为：2.474t×0.5%=12.37Kg（4）经过离心分离机1与自溶罐中的酵母泥质量为：2.474t×(1-1.5%)=2.437t其中，经过离心机1的酵母悬液总质量为：2.437t+（5.036t－2.474t）=4.999t（5）自溶处理中，需加水调成10%的酵母浆（即再加一倍体积的水），再加一系列酶与试剂，则保温自溶罐中的酵母浆重量为（自溶、酶解与灭酶过程都在自溶罐中进行，即进行两次加试剂一次升温的过程）：2.437t×2+2.437t×（1%+1%+5%+5%+1%）=5.191t自溶罐中的加水量为：2.437t所加试剂及酶的量为：破壁酶量=乙醇量=酵母抽提酶量=2.437t×1%=24.37Kg磷酸氢二钾量=葡萄糖量=2.437t×5%=121.85Kg（6）经自溶过程后，经过离心机2的酵母抽提物及胞壁成分混合物（不把所加试剂与酶的量计算在内）量为：2.437t×（1-1.5%）×（1-2.1%）=2.350t经过离心机2的酵母抽提液浆的总质量为：2.350t+(5.191t-2.437)=5.104t（7）滤除重相后，到达真空浓缩器中的酵母抽提物质量为：2.350t×（1-20%）=1.880t真空浓缩器中的酵母抽提物匀浆重量为：1.880t+（5.191t-2.437t）=4.634t当浓缩至45%时，在真空浓缩器中酵母抽提物浓浆质量约为：4.634t×（1-45%）÷（1-10%）=2.832t（8）通过真空浓缩器后，干燥装置与包装装置中的酵母抽提物质量为：1.880t×（1-5%）=1.786t因此干燥装置中酵母抽提物浓浆质量为：1.786t+（2.832t-1.880t）=2.738t干燥后，可得到粉状的酵母抽提物质量为：1.786t（9）经包装后最终得到的酵母抽提物质量为：1.786t×（1-2%）=1.7503t经核算：1.7503t÷2.55t=68.6%，符合查得的抽提率。3.1.3一天投料的物料衡算表由于资料有限，暂把酵母液的密度约等于水的密度来计算体积因为啤酒的密度比水稍小，因此待处理啤酒的密度也可约等于水的物料名称质量（Kg）体积（m³）投入啤酒量170000170过滤罐中酵母悬液的量51005.1脱苦罐中酵母悬液的量50365.036自溶罐中酵母浆的量51915.191浓缩器中抽提物浆量46344.634干燥装置抽提物浓浆量2738——（密度未知）包装装置中抽提物质量1786（干粉状固形物）——经80目筛酵母悬液量50625.062经离心机1的酵母液量49994.999经离心机2的抽提液量51045.1043.1.4每步投料与进水量表步骤名称加水量(m³)加试剂与酶来量（Kg）过滤除杂2.55——脱苦处理——12.37（NaHCO3）自溶过程2.43724.37（破壁酶、乙醇）121.85（磷酸氢二钾量、葡萄糖）酶解过程——25.37（酵母抽提酶）3.2车间的热量衡算（即水蒸汽量耗热量Q的衡算）3.2.1各步骤蒸气耗热量的计算注：以下计算过程中酵母泥悬浮液的比热容因为资料缺乏按照水的比热容来计算。根据公式Q=CMΔt（M为总质量，C为比热容，Δt为温度差），可对各个步骤的水蒸汽耗热量进行计算：罐体的热损失为5%搅拌热公式Q’=P×3601,其中我们拟定P=10kW/h,则Q’=P×3601=36010kJ因此，需损耗水蒸气总热量Q=（Q2-Q’）×(5%+1)=1.05（Q2-Q’）1.自溶过程需消耗的水蒸汽热量计算自溶过程的酵母泥悬液中加入了1%破壁酶和促进剂（1%乙醇，5%磷酸氢二钾，5%葡萄糖），因此，酵母泥悬液的总重量为：G1=2.437t×2+2.437t×（1%+1%+5%+5%）=5166其中，△t1=55℃-25℃=30℃（反应需从室温因此Q21=G1C△t1=5166Kg×4.2×1000J/Kg.℃×30℃=自溶过程消耗蒸汽热量为Q1=（650971KJ－36010kJ）×1.05=645710KJ2.酶解过程温度不变保持在55℃3.灭酶过程需加入的水蒸汽热量计算G2=2.437t×2+2.437t×（1%+1%+5%+5%+1%）=5191Kg其中，△t2=95℃-55℃=40所以Q22=G2C△t2=5191Kg×4.2×1000J/Kg.℃×40℃但是，加热到95℃，邻近100△G=G2×5%×1=5191Kg×5%×1=△Q=△GI=259.55kg×2257.2=585856所以灭酶过程消耗蒸气热量为Q2=（Q22－Q’-△Q）×1.05=1.05×（872088KJ-585856kJ-36010KJ）=250222kJ4.真空浓缩过程制冷量的计算G3=1.880t+（5.191t-2.437t）=4.634t=4634Kg其中，△t3=55℃－95℃因此所需制冷量为Q3=G3C△t3=4634Kg×4.2×1000J/Kg.℃×（－40℃3.2.2各步骤所需热量表步骤名称所需热量值（kJ）自溶过程645710灭酶过程250222真空浓缩过程－7785123.3车间用水量的计算计算过程如全厂物料衡算所示，下表为车间各步骤用水量表：步骤名称所需用水量（m3）过滤除杂过程2.55自溶过程2.4374.车间设备选型及说明4.1罐体的尺寸计算和设计注：参照味精的生产工艺，规定罐体的径高比为1:2，添充率为75%根据加工流程，本设计需要过滤罐、脱苦罐、自溶罐三个罐体，罐体均为圆柱形。4.1.1过滤罐设计注：过滤罐无需夹套保温，过滤过程在常温下进行即可，需搅拌（1）罐体设计由物料衡算得，每批加入到过滤罐中的总体积为5.1所以所需过滤罐体积至少为V1=5.1m3÷75%=6.8由径高比得，罐体底面半径R1=(V1/4π)1/3=0.82m即，底面直径D1=1.65m，罐高H1（2）搅拌器设计拟定搅拌器的功率为P=10kW/h，选用适合菌体搅拌的六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的尺寸与罐径D符合一定比例关系:即需满足搅拌器叶径d1=D1/3=1.65m/3=0.55叶宽B1=0.2d1=0.2×0.55m=弧长l1=0.375d1=0.375×0.55m=底距C1=D1/3=1.65m/3=盘径d11=0.75d1=0.75×0.55m叶弦长L1=0.25d1=0.25×0.55m叶距Y1=D1=1.654.1.2脱苦罐设计注：此过程无需加热，无夹套设备，但需要搅拌装置（1）罐体设计由物料衡算得，脱苦时罐中液体总体积为5.036m所以所需脱苦罐可与过滤罐的设计完全一样即，底面直径D2=1.65m，罐高H2=（2）搅拌器设计拟定搅拌器的功率为P=10kW/h，选用适合菌体搅拌的六弯叶涡轮搅拌器。则脱苦罐中的搅拌器也可与过滤罐中的搅拌器型号完全一致即搅拌器叶径d2=0.55m弧长l2=0.206m盘径d12=0.413m叶距Y2=1.654.1.3自溶罐的设计注：自溶过程需要加热与保温，因此罐体需要夹套进行保温，此外，还需要搅拌器。罐体设计由物料衡算得，自溶过程罐中液体总体积为5.191则自溶罐的体积不得小于V3=5.191m3÷75%=6.92所以所需自溶罐罐可与前面两罐的设计完全一样即，底面直径D2=1.65m，罐高H2=(2)搅拌器设计由于罐体规格一致，搅拌机的设计也可完全一样，功率P=10kW/h六弯叶涡轮搅拌器即搅拌器叶径d3=0.55m叶宽B3=0.11m弧长l3=0.206m底距C3=0.55m盘径d13=0.413m叶弦长L3=0.138m叶距Y3=1.65m夹套设计据酒精工艺的数据，夹套上距液面15cm，下距底部15cm，又因为液面高=5.191m3÷π（R3）2则夹套高=（2.46-0.15-0.15）m=2.16则夹套面积=2.16m×2×π×0.82m4.2其它设备的生产能力的计算和选型4.2.1.过滤机的选择根据所要处理的量，选用型号为DL-1P2S的袋式过滤机，其过滤面积为0.5m2进出口径为DN40，流量为20m3/h，公称过滤精度为5依据所需过滤体积5.062m3，过滤时间t=5.062过滤流速Q=20÷0.5=40过滤机自身带有泵，其径高比为1:1.54.2.2真空浓缩设备的选择选择型号为WZ=3\*ROMANIII500的真空浓缩器，其水分蒸发率为5t/h若要使得酵母抽提物浓度为45%，则需处理的水分为M=4.634t-2.832t=1.802t处理时间为t=1.802÷5=0.36h=22min且剩余水分量=1.802t-1.7503t=0.052t=52Kg4.2.3干燥机的选择选用GZ系列高速离心喷雾干燥机50，其水分最大蒸发量为50Kg/h，则所需处理时间=52Kg÷50≈1h4.2.4离心机的选择根据所处理量，选择型号为DBP500的碟片式离心机，处理量为15m3/h，进口压力为0.05mpa，出口压力为0.1-0.3离心机1所需时间t1=5÷15=20min离心机2所需时间t2=5.104÷15≈20min4.2.5选择泵的型号注：先拟定泵处理的时间为30min,即为0.5h所以泵1的处理量为：5.062÷0.5=10.124m泵2的处理量为：4.999÷0.5=9.998m泵3的处理量为：5.104÷0.5=10.208因此可得出所选泵的型号：ISG40-250(I)C注：泵1、2、3均可使用同一型号则该泵的流量Q=10m3/h，扬程52m电机功率5.5Kw，转速2900则泵1的处理时间为：5.062m3÷10泵2的处理时间为：4.999m3÷10泵3的处理时间为：5.104m3÷105.设计结果一览表5.1设备及罐体设计结果一览表设备名称规格与型号备注过滤罐脱苦罐自溶罐平底罐D=1.65m，H=3.3m3台，非标准设备搅拌器P=10kW/h六弯叶涡轮搅拌器d=0.55mB=0.11ml=0.206mC=0.55md1=0.413mL=0.138mY2=1.65m3台，非标准设计保温夹套高2.16m，面积11.13m1个，非标准设备过滤机DL-1P2S的袋式过滤机过滤面积0.5m流量20m3公称过滤精度为5μm1台，专业设备离心机DBP500碟片式离心机处理量15m3电机功率22kW2台，专业设备真空浓缩器WZ=3\*ROMANIII500真空浓缩器，水分蒸发率为5t/h1台，专业设备干燥机高速离心喷雾干燥机GZ50，水分最大蒸发量为50Kg/h1台，专业设备离心泵ISG40-250(I)C流量Q=10m3/h，扬程52m3台，通用设备5.2时间总览各步所耗费时间如下表所示：项目名称所需时间向过滤罐中注入酵母泥0.5h过滤除杂过程0.5h过滤机处理时间15min泵1将酵母泥泵入脱苦罐0.5h脱苦过程处理时间0.5h泵2将酵母泥泵入离心机10.5h离心机1处理时间20min自溶罐处理时间20h从自溶罐经泵