工程设备22PPT教案

1、会计学1工程设备工程设备222第1页/共51页3一）酒精发酵罐一）酒精发酵罐第2页/共51页4二）水力洗涤装置二）水力洗涤装置第3页/共51页5三）酒精发酵罐的计算三）酒精发酵罐的计算1. 发酵罐结构尺寸的确定发酵罐结构尺寸的确定 带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全体积为带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全体积为: : V发酵罐的全体积（发酵罐的全体积（m3）；）；V0进入发酵罐的发酵液量（进入发酵罐的发酵液量（m3） 装液系数，装液系数， 一般取一般取=0.850.900VV 334212hhHDV发酵罐全体积按下列计算发酵罐全体积按下列计算: :第4页/共51页6罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系

2、：罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系：DhDhDH1 . 005. 014. 01 . 05 . 11 . 121D第5页/共51页72. 发酵罐罐数的确定发酵罐罐数的确定 对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：124ntN N 发酵罐个数；发酵罐个数； n 每每24小时内进行加料的发酵罐数目；小时内进行加料的发酵罐数目； t 一次发酵周期所需时间，一次发酵周期所需时间，h第6页/共51页8发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：3. 发酵罐冷却面积计算发酵罐冷却面积计算mTKQA A A冷却面

3、积（冷却面积（m m2 2） ; ;Q总的发酵热（总的发酵热（J/h） ； K传热总系数（传热总系数（J/m2 .h) ；Tm对数平均温度差对数平均温度差第7页/共51页9 总的发酵热总的发酵热Q321QQQQ 对数平均温度差对数平均温度差Tm2121ln)()(TTTTTTTTTFFFFm 传热总系数传热总系数K 冷却水耗量的计算冷却水耗量的计算)(12TTCQWpBRDDAK77. 11 186. 47 . 08 . 0212ttWcQp43211111kkkkK第8页/共51页10酒精发酵设备例题例题 某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24t/h，每4h装满一罐，发酵周期为72h，主发酵温度

4、为30 ，冷却水的初、终温分别为20和25，最高壁温和气温分别为35 和32 ，若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵罐的罐数、结构尺寸、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。（糖化醪密度为1076kg/m3)解：解： (1) 确定发酵罐个数确定发酵罐个数19124726124ntN6424n第9页/共51页11 (2) 确定发酵罐体积及结构尺寸确定发酵罐体积及结构尺寸)m(1000.910761000424VV30 发酵罐体积发酵罐体积 发酵罐几何尺寸发酵罐几何尺寸选取结构尺寸比例：H = 1.2D，h1 h20.1Dh2Dh1H)32 . 02 . 1 (785. 0100)3131(4V

5、2212DDDhhHD则mDhhmDHmD47. 01 . 06 . 52 . 17 . 421 发酵罐表面积发酵罐表面积(圆柱体表面积圆柱体表面积A1和罐底、罐顶表面积和罐底、罐顶表面积A2、 A3）22221232211847. 035. 235. 214. 3826 . 57 . 414. 3mhRRAAmDHADhDhDH1 . 005. 014. 01 . 05 . 11 . 121第10页/共51页12 (3) 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸冷却面积和冷却装置主要结构尺寸mTKQA 总的发酵热总的发酵热Q321QQQQ）（BWCTTKAQQQmsqQ102%51046 .418%1

6、1000424341251)/(1068.3102.1)3235(5.331185.331001007.1543444辐对hkJQQTTTTcTTkkKBWBWBWC发酵罐表面积第11页/共51页13 冷却水耗量冷却水耗量 ）(2 . 725302030ln25302030ln)()(2121TTTTTTTTTFFFFm 对数平均温度差对数平均温度差Tm5213.68 1017600 kg / h()4.1862520pQWC TT（）第12页/共51页14传热总系数传热总系数K值值)m/s(12. 1236001000)053. 0(785. 0176002v0.8420.74.186 1

7、1.771.45 10DKADR19321675011880035. 0145001270011 K 冷却面积冷却面积)m(5 .262 . 719321068. 325mTKQA冷却水耗量（L/h）6.45第13页/共51页15 冷却装置主要结构尺寸冷却装置主要结构尺寸蛇管总长度L)m(1492/ )06. 0053. 0(14. 35 .26CPDAL每圈蛇管长度l)m(915. 0314. 32222PPhDl蛇管总圈数179149lLNP蛇管总高度)m(4 . 215. 0) 117() 1(PPhNH第14页/共51页16二二. 啤酒发酵设备啤酒发酵设备第15页/共51页17第16页

8、/共51页18第17页/共51页19第18页/共51页20啤酒发酵设备啤酒酿造工艺第19页/共51页21第20页/共51页22第21页/共51页23 啤酒发酵容器的变迁过程啤酒发酵容器的变迁过程1.发酵容器材料2.开放式向密闭式转换3.密闭容器的发展 大型的立式啤酒发酵罐大型的立式啤酒发酵罐奈坦罐、联合罐、朝日罐l 啤酒发酵设备的发展方向啤酒发酵设备的发展方向 大型化、室外化、联合化大型化的目的：使啤酒质量均一化；由于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低了主要设备的投资。l 啤酒工业的发展趋势啤酒工业的发展趋势发酵设备的大型化和自动化，工艺上趋向于缩短生产周期,啤酒生产装备的影响要比其工艺的

9、影响更大。第22页/共51页241. 前发酵设备前发酵设备A开放式前发酵槽开放式前发酵槽一）传统的发酵设备及计算由钢板或钢筋混凝土制成形式以长方形或正方形为主为防止腐蚀，需涂布环氧树脂或不饱和聚酯树脂作为防腐层底部略倾斜，距池底10-15cm处安装有出酒阀槽中装设冷却蛇管或排管，冷却面积0.2m2/m3密闭式发酵池具有回收二氧化碳，减少前发酵室通风换气的耗冷量以及减少杂菌污染机会的优点。主发酵池置于隔热良好、清洁卫生的发酵室内，采用空调设备。第23页/共51页25置有置有开放式开放式发酵槽的发酵槽的发酵室及供排风系统发酵室及供排风系统置有置有密闭式密闭式发酵槽的发酵槽的发酵室及冷风循环系发酵室

10、及冷风循环系统统密闭式的优点？密闭式的优点？第24页/共51页262. 主发酵槽的计算主发酵槽的计算 (1) 发酵槽数目的确定发酵槽数目的确定ntN (2) 主发酵槽体积的确定主发酵槽体积的确定0ZVV (3) 主发酵槽冷却面积计算主发酵槽冷却面积计算mTKQAZ :一个发酵槽可容纳的糖化一次麦芽汁量的整数倍n: 每天糖化的次数，t: 前发酵的天数ZntN/V0 :糖化一次麦芽汁量tsqQ24第25页/共51页27卧式后发酵槽立式后发酵槽3. 后发酵设备（贮酒罐）后发酵设备（贮酒罐）人孔连通接头（排CO2等）取样口啤酒放出阀压力表和安全阀压力调节装置取样口人孔啤酒放出阀后发酵槽又称贮酒罐，主要

11、完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进酒的稳定、澄清和成熟。贮酒室温度更低，贮酒罐内无需装设冷却蛇管。第26页/共51页284. 后发酵槽的计算后发酵槽的计算SVVN (1) 后发酵槽数目的确定后发酵槽数目的确定 (2) 后发酵槽全体积的确定后发酵槽全体积的确定SVV 0后发酵槽总的有效体积= 后发酵液体的总体积每个发酵槽的有效体积第27页/共51页29二）新型啤酒发酵设备1. 圆筒体锥底发酵罐结构特点圆筒体锥底发酵罐结构特点碳钢加涂料或不锈钢两种材碳钢加涂料或不锈钢两种材料制成，底部锥形，广泛用料制成，底部锥形，广泛用于上面或下面啤酒生产。于上面或下面啤酒生产。优点：容积大、占地少、设优

12、点：容积大、占地少、设备利用率高、投资省，而且备利用率高、投资省，而且便于自动控制，所以已被广便于自动控制，所以已被广大啤酒厂家所使用，代替了大啤酒厂家所使用，代替了冷藏库式的传统发酵。冷藏库式的传统发酵。目前成为国内外啤酒工厂使目前成为国内外啤酒工厂使用较多的设备。用较多的设备。奈坦罐奈坦罐第28页/共51页30锥形罐的发酵方式锥形罐的发酵方式1、“两罐法”发酵-“前锥后贮”（1）主/前发酵在发酵罐中进行，而后发酵和贮酒阶段在贮酒罐中完成。（2）主/前发酵、后发酵在一个发酵罐中进行，贮酒阶段在贮酒罐中完成。2、“一罐法”发酵主/前发酵、后发酵、贮酒阶段都是在一个发酵罐内完成。“一罐法”发酵的

13、优点：操作简单，在啤酒的发酵过程中不用倒灌，避免了在发酵过程中接触氧气的可能。罐的清洗方便，消耗洗涤水少、省时、节能，国内多数厂家都采用一罐法发酵工艺。第29页/共51页31HH0D60H/D = 1.56: 1 常用34:1 锥形罐设计时需考虑的主要因素锥形罐设计时需考虑的主要因素1、锥形罐的几何尺寸、锥形罐的几何尺寸H0/D = 0.866罐内液位高度不仅影响发酵副产物的组成，同时影响酵母的活性和生理代谢。罐体的高度(40m)和径(10m)高比应根据发酵工艺要求确定容器的形式：发酵设备造价、工艺发展液位过高罐内静压大，并且导致CO2浓度梯度增大，从而影响酵母的活性和生理代谢。另外，罐体过高

14、，发酵对流过强，降低啤酒质量。第30页/共51页322、罐压的要求（1）罐的耐压要求：大型罐的CO2产生量很大，所以要考虑CO2的回收。为了从罐中收集CO2，就必须使罐内的CO2维持一定的压力，以克服气体收集系统的摩擦压头。另外，在啤酒的后熟和贮酒过程中需要达到CO2饱和状态。因此，啤酒发酵罐是一个耐压罐。罐的工作压力：应根据发酵工艺而定，单做主/前发酵的罐，耐压程度较低，如采用加压发酵工艺则应适当提高罐的耐压程度。若采用一罐法发酵，则耐压程度要稍高于单用于主/前发酵罐。安装安全阀的目的：安装安全阀的目的：防止发酵罐内压力高于发酵罐的耐压范围所产生的危险，安全阀门在罐内压力高于工作压力时能够自

15、动开启释放压力，当罐内压力低于工作压力时则自动关闭。有配重式和弹簧式两种。第31页/共51页33（2）防止罐内真空罐内真空的产生原因：转罐：放料速度过快或背压偏低，有可能造成一定的负压。内部洗涤：由于罐的清洗溶液中含有碱性物质，能与罐内留存的CO2反应而除去CO2气体，因而造成真空。罐内真空的危害：罐内真空的危害：大罐对真空敏感，较小的负压就会导致其外形的改变，负压造成的危险远比大罐超压要大。所以必须在罐顶安装真空安全阀。真空安全阀的作用：在罐内出现负压时允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡。第32页/共51页34 真空阀在正常压力或超压状态下，其通道是关闭的，在出现负压时，则通过压力传感

16、器反馈给控制系统，控制系统下达指令，动作开关使真空阀打开，压缩空气进入维持罐内外的压力平衡。为防止真空阀被黏糊或冻结，真空阀与CIP清洗系统相连，其护盖内部有一特定的喷嘴。真空阀体呈圆球状，通道光滑，无卫生死角，便于清洗。3、锥形发酵罐的冷却 酵母在发酵过程中会产生生物热，为使发酵和后熟在设定的工艺温度下进行，必须进行冷却处理，锥形发酵罐的设计要考虑恰当的冷却工作负荷。第33页/共51页35 锥形罐的冷却装置锥形罐的冷却装置第34页/共51页36（1）冷却方式间接冷却方式：冷却剂是25%的乙醇或乙二醇水溶液，在氨制冷机的蒸发器箱中进行冷却，温度-5，采用水平流动的冷却管段，冷却剂以下进上出方式

17、进入冷却管道。直接冷却方式：液氨直接在锥形罐的冷却夹套中蒸发并吸热，对发酵罐中的酒液进行降温。冷却剂的流动方式可采用半圆管的垂直流动式或水平流动式。液氨从上面经过分配管进入，向下流动，即上进下出。第35页/共51页37（2）直接冷却方式的优点节约能源20%左右。直接蒸发的压缩机工作温度只需-5左右，而采用间接冷却方式时，压缩机需要在低得多的温度下进行，由此使制冷机的制冷能力偏低。另外，冷却剂液氨的输送量也少得多。需要的设备少。比间接冷却节省了液氨蒸发酒精水或乙二醇水，也减少了蒸发器。需要的绝热材料少，安装费用低。由于液氨流动量减少，则使用的管道直径变小，加之容器减少，降低了绝热材料的消耗，也节

18、省了安装费用。第36页/共51页38（3）采用直接冷却方式需要注意事项液氨具有刺激性臭味，在一定条件下可燃可爆，有毒性，在设计时必须考虑其安全性。液压工作压力较高，且渗透性很强，所以对发酵罐的夹套焊接质量要求也较高。采用直接冷却的关键技术是夹套的结构类型和焊接质量。第37页/共51页394、发酵液在发酵罐中的对流方式CO2的作用：由于容器较大，在锥形罐的发酵叶中形成CO2含量梯度。由于液体中存在气泡而使其相对密度降低。气泡密集程度高的罐底部液层，其相对密度小于气泡密度低的罐上部液层。于是相对密度小的发酵液就具有上浮的提升力。而且在发酵时上升的CO2气泡会对周围的液体具有拖拽力，由于拖拽力和提升

19、力结合后所造成的气体搅拌作用，使罐的内容物得到循环，促进了发酵液的混合和热交换。冷却操作的影响：主发酵阶段：锥顶温度锥底温度，对流方向为温度高的啤酒向上流动，温度低的啤酒向下运动。冷贮阶段：锥底温度锥顶温度，对流方向为温度高的啤酒向下流动，温度低的啤酒向上运动。第38页/共51页402. 联合罐（联合罐（“Universal”型发酵罐，通用罐）型发酵罐，通用罐）即可用于前、后发酵，也可用即可用于前、后发酵，也可用于多罐法和一罐法生产。适合于多罐法和一罐法生产。适合多方面的需要，故又称之为通多方面的需要，故又称之为通用罐用罐钢板与混凝土制作的有较浅锥钢板与混凝土制作的有较浅锥底的大直径（底的大直

20、径（1:1-1.3）发酵罐）发酵罐，能在罐内进行机械搅拌，并具能在罐内进行机械搅拌，并具有冷却装置。有冷却装置。不耐压，不锈钢板，不耐压，不锈钢板，15cm聚尼聚尼烷保温层且外覆铝板，为加强烷保温层且外覆铝板，为加强罐内流动，在罐中央设罐内流动，在罐中央设CO2注注射圈。射圈。优点：可采用机械搅拌等，适优点：可采用机械搅拌等，适合多方面的需要合多方面的需要第39页/共51页413. 朝日罐朝日罐4-6mm不锈钢板制作不锈钢板制作的斜底圆柱形发酵罐，的斜底圆柱形发酵罐，工艺独特，安装有可动工艺独特，安装有可动排液管，排液管，发酵中啤酒循发酵中啤酒循环环。优点：优点：可可加速加速啤酒的成啤酒的成熟

21、；熟；减少排出减少排出酵母时发酵母时发酵液的损失；后酵时罐酵液的损失；后酵时罐的装量达的装量达96，提高提高设备利用率。设备利用率。缺点：缺点：动力消耗大。动力消耗大。 为什么？为什么？第40页/共51页42三） CIP清洗系统(Clean In Place)预冲洗预冲洗碱预碱预洗洗中间清洗中间清洗固定喷头喷洗固定喷头喷洗清水冲洗清水冲洗酸冲洗酸冲洗碱喷洗碱喷洗第41页/共51页43三三. 连续发酵连续发酵第42页/共51页44 间歇发酵：间歇发酵：分批加料，微生物在一个罐内完成4个阶段的培养。发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。 连续发酵：连续发酵：培养液和代谢产物连续流加和排出，微生物一直在指数期。发酵周期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产。第43页/共51页45CO2成熟发酵醪成熟发酵醪糖糖蜜蜜酒酒母母123456789一）酒精连续发酵流程一）酒精连续发酵流程1. 糖蜜制酒精连续发酵流程第44页/共51页462. 淀粉质原料制酒精连续发酵流程第45页/共51页47二）啤酒连续发