年产5万吨12°经典啤酒厂发酵车间设计说明书

1、 .wd. .wd. .wd.齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计论文题 目： 年产5万吨12经典啤酒厂发酵车间设计发酵罐 学 院： 食品与生物工程学院专业班级： 生物工程111班学生姓名： #指导教师： #成 绩：2015年06月15日摘 要本设计为年产5万吨12经典啤酒厂发酵车间设计。经典啤酒是以麦芽和大米为主要原料，添加大量酒花以及适量酵母发酵酿制而成的一种低二氧化碳、起泡、低酒精度2.5%7.5%的饮料。经典啤酒具有发酵度比较低、麦汁中大分子含量多、口味独特、营养丰富等特点。本设计对5万吨12经典啤酒厂的生产的发酵工艺进展了论证，确定了发酵方法与工艺流程，进展了物料衡算，发酵工段耗冷计算，水

2、量衡算。糖化方法采用双醪二次煮出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。本设计的图纸主要包括发酵车间流程图，发酵车间的平面图和立面图及重点设备发酵罐的装配图。为了节能和减少污染，还设计了工业“三废处理系统。在降低能耗、减少废水排放、啤酒糟的回收与利用等方面进展了探讨研究。关键词：啤酒厂；工艺设计；发酵罐；物料衡算；设备选型与论证AbstractThis design subject is annual output 50,000 tons of 12 classic brewery fermentation workshop.Classic beer is a kind of low-carbon d

3、ioxide,sparkling,low-alcohol content (2.5% to 7.5%) of the beverage malt raw material, which added a large number of hops and fermented by the right amount of yeast, malt and rice as it s main raw material. Classic beer has many features,such as low fermentation degree,large macromolecule content in

4、 the wort, unique taste, nutrient-rich and etc.The production process of the 50,000 tons 12classic beer was demonstrated,the technological process was formulated,and the materials balance,cooling balance,water balance were calcuated.The double-mash decoction mashing and the bottom fermentation were

5、adopted.The drawings of this design include the flow chart of the fermentation workshops,the ichnography and elevation drawing of fermentation workshop,the assembly drawing of major equipment (fermenter).The waste treament system was design- ed for conserving energy and decreasing pollution.The redu

6、cing energy consumption and wastewater discharge, recycle and utilization of beer grains were studied in the design.Key words: Beer factory; Craft design; Fermenter; Materials balance; Equipment selection and demonstration目 录摘要 = 1 * ROMAN * MERGEFORMAT IAbstract = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II第1章 绪论 T

7、OC * MERGEFORMAT 1 1.1 选题依据、意义及理论1 1.2 设计依据1 1.3 设计内容1 1.4 发酵设备及其特点1 1.4.1 锥形罐的优点2 1.4.2 锥形罐的安装和布局2 1.5 厂址的选择2 1.6 课题研究的内容和方法3第2章 工艺流程的选择与论证4 2.1 啤酒生产原料4 2.1.1 大麦芽4 2.1.2 酒花4 2.1.3 水4 2.1.4 酵母4 2.1.5 辅料5 2.2 生产工艺流程的选择与论证5 2.2.1 麦汁的制备5 2.2.2 糖化及糊化5 2.2.3 麦汁的过滤6 2.2.4 麦汁的煮沸和酒花的添加7 2.2.5 麦汁的冷却及凝固物的别离7

8、2.3 啤酒发酵7 2.3.1 酵母的扩大培养7 2.3.2 啤酒发酵及工艺曲线8 2.3.3 发酵工艺论证8 2.3.4 贮酒工艺论证8 2.3.5 啤酒过滤8第3章 三大衡算10 3.1 原始数据10 3.2 100kg原料生产12经典啤酒的物料衡算10 3.2.1 热麦汁量10 3.2.2 冷麦汁量11 3.2.3 发酵液量11 3.2.4 过滤酒量11 3.2.5 成品酒量11 3.2.6 酒花量11 3.2.7 酒花糟量11 3.2.8 湿糖化糟量11 3.3 生产100L12经典啤酒的物料衡算12 3.3.1 生产100L12经典啤酒混合用料量12 3.3.2 麦芽消耗量12 3.

9、3.3 大米消耗量12 3.3.4 酒花耗用量12 3.3.5 热麦汁量12 3.3.6 冷麦汁量12 3.3.7 发酵液量12 3.3.8 过滤液量13 3.3.9 湿糖化糟量13 3.3.10 酵母量13 3.3.11 酒花糟量13 3.3.12 二氧化碳量13 3.3.13 耐高温淀粉酶量14 3.4 年产5104t12经典啤酒的物料衡算14 3.4.1 原料用量14 3.4.2 麦芽用量14 3.4.3 大米用量15 3.4.4 酒花用量15 3.4.5 热麦汁量15 3.4.6 冷麦汁量15 3.4.7 发酵液量15 3.4.8 过滤液量15 3.4.9 湿糖化糟量15 3.4.10

10、 干酵母量15 3.4.11 酒花糟量15 3.4.12 CO2的释放量15 3.5 发酵车间水耗量计算16 3.5.1 薄板冷却器用水16 3.5.2 麦汁冷却器洗刷用水17 3.5.3 过滤机用水17 3.5.4 洗瓶机用水17 3.5.5 发酵车间水量耗表17 3.6 发酵车间的耗冷量衡算17 3.6.1 发酵工艺流程17 3.6.2 工艺技术指标及基础数据17 3.6.3 工艺耗冷量Qt18 3.6.4 酵母培养耗冷量19 3.6.5 发酵车间工艺耗冷量Qt19 3.6.6 非工艺耗冷量19 3.6.7 发酵车间冷量衡算表20第4章 啤酒生产主要设备的选型与论证21 4.1 主要设备的

11、选型与计算21 4.1.1 薄板冷却器尺寸计算21 4.1.2 清酒罐尺寸计算21 4.2 附属设备设计与选型22 4.2.1 啤酒过滤设备22 4.2.2 酵母的扩培设备22第5章 发酵罐的设计与论证23 5.1 发酵罐数量的计算23 5.2 发酵罐的设计与论证23 5.2.1 锥角的选择23 5.2.2 冷却方式确实定23 5.2.3 罐的保温材料的选择23 5.2.4 罐的材料的选择23 5.2.5 径高比24 5.2.6 罐主要附件24 5.3 发酵罐作为内压容器的强度计算24 5.4 椭圆封头的壁厚计算与强度计算24 5.5 筒体壁厚计算与强度计算25 5.6 锥形封头壁厚计算与强度

12、计算26 5.7 强度校核27 5.7.1 压力试验27 5.7.2 应力校核27 5.7.3 刚度校核27 5.8 冷却面积的计算27 5.9 局部附件设计与选型28 5.9.1 人孔28 5.9.2 视镜28 5.9.3 洗涤液接收28 5.9.4 CO2回收压缩空气管28 5.9.5 冷却剂出管28 5.9.6 出酒管28 5.9.7 支座28第6章 啤酒厂三废处理29 6.1 废水29 6.1.1 废水来源29 6.1.2 废水处理29 6.2 酵母30 6.2.1 废酵母在饲料工业中的应用30 6.2.2 废酵母在食品工业中的应用30 6.2.3 废酵母在制药工业中的应用30 6.3

13、 凝固物30 6.4 烟的危害31 6.5 玻璃碎片31 6.6 声音危害31结论32参考文献33附录34致谢36第1章 绪 论1.1 选题依据、意义及理论经典啤酒是以麦芽为主要原料，以大米为主要辅料，添加大量酒花以及酵母发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、起泡、低酒精度2.5%7.5%的饮料。经典啤酒具有发酵度低、麦汁中残糖含量高、口味独特、营养丰富等特点。改革开放二十多年来中国啤酒工业得到迅猛开展，2008年啤酒产量为4103.09万千升，连续七年保持世界第一。显然我国已成为啤酒生产主消费大国。然而传统的规模满足不了消费的需求，因为传统主酵是在正方形或长方形的发酵池槽中进展的，设备的容积仅在5

14、30m3，生产规模小。所以在七十年代开场盛行圆柱锥形发酵罐，能满足传统发酵达不到的产量需求，具有构造简单，节约冷库面积，便于实现自动控制，投资费用少，发酵周期短，便于清洗，适用于较大型工厂的特点，所以本设计采用圆柱锥形发酵罐。该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧形状，底部为圆锥形，罐体设有冷却和保温装置为全封闭发酵罐1。1.2 设计依据我国啤酒质量标准GB 49271991等国家啤酒生产的相关规定；齐齐哈尔大学食品与生物工程学院下达的毕业设计任务书；我国普遍使用的相关设计和设备的技术标准。1.3 设计内容完成开题报告；完成设计说明书；绘制4张图纸。设计说明书内容有：绪论；工艺流程选择论证；物料衡算，耗

15、冷衡算；主要设备选型与计算；三废处理。图纸内容：重点设备发酵罐的装配图；发酵车间流程图；发酵车间平面图；发酵车间立面图。1.4 发酵设备及其特点本次设计所用的发酵设备是圆筒体锥底立式发酵罐简称锥形罐，如今国内外许多大型啤酒厂都选择使用发酵罐，因为它不仅适用于上面发酵，也适用于下面发酵。而且该设备具有投资费用低、占地面积小、工艺灵活、便于回收酵母、冷却效果好、酒损较低以及便于自动化控制等特点，同时适用于生产各种类型的啤酒。但大型锥形罐只适合于批量生产同一主要啤酒品种2。1.4.1 锥形罐的优点操作简便，工艺控制准确，感染时机少，啤酒质好且稳定；发酵周期短，啤酒成熟快，提高了生产效率；经济效益好，

16、符合多快好省的要求，建设周期短，工程造价低投资少，见效快。1.4.2 锥形罐的安装和布局由锥形罐的大产量可知，锥形罐具有一定的高度，所以选择安装在露天，因为露天安放形式的应用也更为广泛，选择直接安装在一个与混凝土地基相连的立式支撑框架上。1.5 厂址的选择厂址的选择要符合国家下达建厂方案任务书中所作的规定和要求。厂址尽量靠近城镇，可靠的水源，厂外已有的热、电源，地形平坦，交通便利。本设计厂址选在北方山东青岛。地理环境：青岛位于山东半岛南端(北纬3535-3709，东经11930-12100)、黄海之滨。青岛依山傍海，风光秀丽，气候宜人，是一座独具特色的海滨城市。青岛地势东高西低，南北两侧隆起，

17、中间低陷，其中，山地约占全市总面积的15.5%，丘陵占25.1%，平原占37.7%洼地占21.7%。全市海岸分为岬湾相间的山基岩岸、山地港湾泥质粉砂岸及基岩砂砾质海岸等种 基本类型。 浅海海底那么有水下浅滩、现代沁下三角州及海冲蚀平原等。 气候类型：青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候。市区由于海洋环境的直接调节，受来自洋面上的东南季风及海流、水团的影响，故又具有明显的海洋性气候特点。空气湿润，温度适中，四季清楚。春季气温上升缓慢，较内陆迟1个月；夏季湿热多雨，但无酷暑；秋季天高气爽，降水少；冬季风大温低，持续时间较长，但无严寒。青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候，略有海洋性气候特征。市

18、区由于海洋环境的直接调节，受来自洋面上的东南季风及海流、水团的影响，故又具有明显的海洋性气候特点。空气湿润，温度适中，四季清楚。春季气温上升缓慢，较内陆迟1个月；夏季湿热多雨，但无酷暑7月平均温度23度，极端高温37.4度；秋季天高气爽，降水少；冬季风大温低，持续时间较长，但并无严寒，1月平均温度-3度，极端低温-16度。 气候要素变化特征：地理位置决定了气候的特点，据1898年以来的气象资料说明，市区年平均气温12.2，极端高气温36.21939年7月31日，极端低气温16.41931年1月10日。全年8月份最热，平均气温25.1；1月份最冷，平均气温1.2。日最高气温高于30的日数年平均为

19、11.4天，日最低气温低于5的日数年平均为22天。降水量年平均为775.6mm，春、夏、秋、冬四季雨量分别占全年降水量的14、57、22和7。年降水量最多1272.7毫米1911年，最少仅308.2毫米1981年，降水的年变率为62。年平均降雪日数只有10天，气压平均为1008.6百帕，年平均风速为5.3m/s，以东南风为主导风向。年平均相对湿度为73，7月份最高，为89；12月份最低，为68。青岛海雾多频，浓雾年平均51.3天，轻雾108.2天。1.6 课题研究的内容和方法本课题研究的内容是5万吨12经典啤酒厂的发酵车间设计发酵罐。包括厂址的选择、物料衡算和水、热、冷等能源衡算，设备的选型和

20、尺寸的计算及论证，同时对重点备发酵罐进展详细计算，并对工艺流程和车间布置进展详细规划。第2章 工艺流程的选择与论证2.1 啤酒生产原料经典啤酒的主要原料有大麦芽、酒花、水、酵母；淀粉质辅助原料选用大米。2.1.1 大麦芽本次设计课题是经典啤酒，因为大麦芽含有较高的淀粉含量，所以选择大麦芽为主要原料。本设计选择从麦芽厂直接购置麦芽。2.1.2 酒花经典啤酒具有酒花添加量多的特点，使用酒花的目的在于利用其苦味物质赋予啤酒柔和的苦味和特殊的香味；加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝；增加啤酒的起泡性；增加啤酒的防腐能力；提高啤酒的非生物稳定性。酒花的主要成分是20.0%的蛋白质，18.5%的苦味物质，8.0

21、%的矿物质，3.5%的多酚物质和0.5%的酒花油。酒花中最主要的成分是酒花树脂，它是苦味物质的主要来源，其中-酸学名Humulone占2%45%，-酸Lupulone占45%58%，硬树脂约占12%3。然而啤酒厂直接使用酒花的比例越来越少，取而代之的是新的酒花制品，包括酒花粉末、颗粒酒花、酒花浸膏、酒花油等4。新的酒花制品具有利用率高、便于运输和贮藏、费用低、质量稳定以及可自动计量添加等特点。本设计采用颗粒酒花。2.1.3 水啤酒生产用水分为酿造用水和洗刷用水。酿造用水是啤酒酿造最重要的原料，酿造用水称为“啤酒的血液5，所以对酿造用水必须到达以下标准：无色透明、无悬浮物、无沉淀、无异味、无异臭

22、味；硝酸盐含量及碳酸根含量150-200mg/L；pH值应在6.8-7.2之间；有毒离子不允许存在；重金属离子含量以只含痕量为好；游离氯、氨的含量低于0.3mg/L，无杂菌污染、符合饮用水的卫生标准。工厂用水来源于江水、河水、泉水、井水等，只要经过适当的处理到达上述要求的均可作为酿造用水。2.1.4 酵母啤酒是麦汁经过酿酒酵母的发酵酿制而成的，所以啤酒的质量与不同酵母的不同性能有很大关系。酵母的种类很多，本设计使用下面酵母种类下的萨士酵母，在发酵过程中啤酒酵母利用发酵液中的葡萄糖、麦芽糖、半乳糖以及蔗糖等糖类进展发酵，产生酒精、CO2、SO2等。萨士酵母：细胞呈卵圆形、发酵度低、凝集性强、沉淀

23、快6。2.1.5 辅料 常用的辅助原料有大米、玉米、大麦、小麦、高粱、着色糖、糖等，本设计使用的辅料是大米，大米具有淀粉含量高、无水浸出率高、脂肪含量低、无多酚物质且含有较多的泡持蛋白等特点。辅料的使用可以调整麦汁中的含氮物质，适当的辅料参加比例可以改善啤酒风味特性、使啤酒泡沫洁白细腻。本设计使用的主辅物料比为3:1。2.2 生产工艺流程的选择与论证2.2.1 麦汁的制备2.2.1.1 麦芽粉碎麦芽粉碎常采用干法粉碎、湿法粉碎、回潮粉碎和连续浸渍增湿粉碎4种方法。本设计采用湿法粉碎，就是将麦芽用2050的温水浸泡1520min，使其吸水膨胀，当水分含量到达28%30%时用粉碎机粉碎，湿法粉碎物

24、麦皮完整，胚芽被磨成浆状细粉，既有利于加速麦汁过滤，又可增加麦芽浸出率7。湿法粉碎的粉碎设备采用对辊粉碎机。2.2.1.2 辅料粉碎辅料粉碎采用湿法粉碎。辅料的粉碎对粉碎的要求是有较大的粉碎度、粉碎的细一些，这样有利于辅料的糊化和糖化。2.2.2 糖化及糊化2.2.2.1 糖化、糊化工艺流程糖化就是利用麦芽所含有的淀粉酶将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质逐步水解成可溶性低的分子物质的过程8。常用的糖化方法有浸出糖化法、煮出糖化法、双醪煮出糖化法、双醪浸出糖化法、麦醪的连续糖化法。煮出糖化法就是在糖化过程中要兑出一局部醪液进展煮沸，然后并入未煮沸局部，以提高混合醪液的温度，双醪是指未发芽谷物粉

25、碎后配成的醪液和麦芽粉碎后配成的醪液，双醪糖化法又分为双醪一次煮出法和双醪二次煮出法。本设计采用双醪二次煮出糖化法。国内的啤酒厂绝大局部采用二次煮出糖化法，虽然二次煮出糖化法生产麦芽和啤酒的类型比较灵活，操作较简单，耗能较小，本钱低，生产周期短，但双醪二次煮出糖化法制得的麦汁糖分容易控制、适合酿造浓色啤酒，适用于酿造12经典啤酒。双醪二次煮出糖化法工艺流程如以下列图： 糖化锅 糊化锅10min353730min 4520min 15min 7020min取出局部醪液取出局部醪液 52543060min 煮沸40min 5254 6567 取出局部醪液 碘液反响 基本完全 煮沸 6567 78

26、煮沸 麦汁过滤图2-1 糖化工艺流程图2.2.2.2 糖化、糊化工艺论证糊化锅中的料水比为1:5，把大米粉和淀粉液化酶与热水一起放入糊化锅，在45下保温20min，这阶段蛋白质分解，持续加热45min,使醪液升温至70，保温20min,此时-淀粉酶的作用增强，非糖化比例增加。在15min内把醪液加热至煮沸100，煮沸40min。糖化锅中的料水比为1:3.5，麦芽粉浆输送到糖化锅中在3537保温30min，成为浸渍阶段，此阶段有利于酶的浸出和酸的形成，并有利于-葡聚糖的分解，再利用糖化锅夹层把醪液加热到5254，保持3060min，与糊化醪混合，此时蛋白质分解，生成氨基酸、多肽和可溶性氮。之后一

27、局部醪液在此温度下煮沸，另一局部醪液升温至6567并与之前煮沸的醪液混合，混合后再取出局部6567醪液进展煮沸。2.2.3 麦汁的过滤麦汁过滤必须在尽可能短的时间内彻底将从原料中溶出的浸出物(麦汁)与不溶性物质麦糟、细小的浑浊颗粒分开，获得清亮、固形物含量少的麦汁，然后将麦汁进展预热及麦汁煮沸9。麦汁过滤采用过滤槽,糖化完毕后，意味着原料中可溶物质已尽可能多的溶于水中。将过滤槽的滤板洗净铺好，并将过滤板和槽底之间充满7678的热水，以浸没滤板为准。将糖化醪充分搅拌，并尽快泵入过滤槽后，使用耕糟机翻拌均匀，再静置20min左右，让醪糟自然沉降，形成过滤层。自正式过滤开场1530min后检查原麦汁

28、的糖度、澄清度以及色、香、味。如果糖化效果好，静置后麦糟上面麦汁如理石一样漆黑。设备主要优点：操作简单，劳动强度低，设备简单，投资少，维修费用低。2.2.4 麦汁的煮沸和酒花的添加麦汁过滤完毕后，麦汁先进入暂存罐，再通过一薄板换热器预热后进入煮沸锅，在煮沸过程中添加颗粒酒花。麦汁煮沸以及添加酒花的目的：破坏酶活性，固定麦汁组成；杀灭麦汁中的各种杂菌；蒸发多余水分，浓缩到规定的浓度；苦味物质溶出赋予啤酒特殊的苦味和香味；降低pH值；提高麦汁的生物稳定性10。酒花的添加量和方法：酒花的添加方式一般分为一次、二次、三次添加法，本设计采用三次添加方式，再麦汁初沸时，参加酒花总量的50%，煮沸30min

29、后再添加酒花总量的30%，第三次是在麦汁煮沸完毕前参加剩下的20%。2.2.5 麦汁的冷却及凝固物的别离 麦汁煮沸后必须立即冷却，本设计采用的设备是薄板冷却器，并采用一段冷却。其优点：节能、降低生产本钱且方便控制；不需冷冻剂；温度变化小，操作稳定；热能利用充分。热凝固物的别离采用盘旋沉淀槽。其优点：设备构造简单，占地面积小卫生条件易控制，洗刷容易，杀菌彻底，不易污染，可自动清洗。2.3 啤酒发酵 啤酒发酵是一项非常复杂的生化反响过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，在厌氧条件下酒精发酵，使大局部可发酵性糖转化为酒精和CO2以及少量的代谢副产物如高级醇、酯类、连二酮类、醛类、酸类和含硫化合物等发酵产

30、物。这些发酵产物影响到啤酒的风味、泡沫特性、色泽、非生物稳定性等理化指标，并形成了啤酒的典型性。啤酒发酵过程巧妙地利用了酵母在有氧和无氧情况下的不同特征，在发酵开场时，酵母在含有溶解氧的麦汁中大量繁殖并积累能量，保证在无氧条件下进展发酵所需的酵母量和能量11。2.3.1 酵母的扩大培养酵母扩大培养分为两个阶段：由斜面试管到卡氏罐为实验室扩大培养阶段，汉生罐以后为生产现场扩大培养阶段。酵母的扩大培养就是指从斜面种子到生产所用种子的培养过程。2.3.1.1 实验室扩大培养工艺流程：斜面试管 液体试管培养2527，23天 小三角瓶培养2325，2天 大三角瓶培养2325，2天 卡氏罐培养1820，3

31、5天 汉生罐培养工艺控制：扩培使用的一切用具必须洗刷干净，并高温灭菌；实验室使用的培养基用全麦制备麦汁；扩大培养时采用逐级降温法；每次扩培稀释倍数保持1020倍；每个扩培阶段，应做平行培养，选择生长繁殖良好的进入下一级培养。2.3.1.2 生产现场培养工艺流程：汉生罐1315，2天 繁殖期911，2天 发酵罐工艺控制：扩大培养所需麦汁组成要合理，能满足酵母生长繁殖的需要；应在对数生长期移植；生产现场扩培温度也是逐级降低；稀释倍数1:5为宜。2.3.2 啤酒发酵及工艺曲线本设计采用圆柱锥底发酵罐，其工艺曲线如图2-2：图2-2 发酵曲线2.3.3 发酵工艺论证本设计为“两罐法工艺，采用低温发酵、

32、高温后熟工艺，工艺总生产周期为20d，其优点在于形成的发酵副产物不是特别多，而且这些发酵副产物又可在高温后熟时得到良好的分解。接种温度6，前发酵时间2d；主发酵温度9，发酵时间4d，发酵度到达50%左右后关闭冷却装置，自然升温至12进展双乙酰的后熟阶段，直到双乙酰复原降至0.1mg/L,到达规定发酵度后开场降温，降温速度以控制在2d内完成为宜，温度降至-1，在此温度下进展贮酒7d。此方法酵母所生的双乙酰及其它副产物少12。2.3.4 贮酒工艺论证当发酵液温降至0后即进入贮酒阶段，贮酒时间为7d。贮酒的目的是为了澄清酒液，饱和CO2，从而改善啤酒的胶体稳定性，在贮酒期间一定要控制温度的稳定，期间

33、可加澄清剂，充CO2饱和，提高啤酒的CO2含量。倒罐前必须采用CO2背压以防止啤酒接触O2，防止双乙酰上升、啤酒氧化，减少损失。2.3.5 啤酒过滤经过贮酒罐的低温贮藏并不能满足消费者的要求，而且酒体保质期短，很难进展大范围销售，这时就需要对啤酒进展过滤及稳定化的处理。啤酒过滤是利用过滤介质，将啤酒内炫富的微小颗粒从酒液内别离除去，使啤酒清澈透明、不含悬浮物的一个物理过程。啤酒过滤的目的主要有以下几点：1除去酒中的悬浮物；2适当减少使啤酒出现浑浊沉淀的物质；3减少或除去酵母及微生物；4改善啤酒风味、色泽，提高生物稳定性。啤酒过滤方法有硅藻土过滤、PVPP过滤、膜过滤和错流过滤。本设计采用硅藻土

34、过滤方法，硅藻土作为过滤机主要有以下优点：构造简单、性能稳定、维护费用低，使用寿命长；过滤效率高，过滤迅速方便；过滤精度高，可到达很高的澄清度。啤酒过滤时应注意溶解氧、微生物、以及浊度的控制。 三大衡算3.1 原始数据表3-1 基础数据工程名称百分比%说明定额指标原料利用率98.5麦芽水分6.0大米水分13.0无水麦芽浸出率75.0无水大米浸出率95.0原料配比麦芽75.0大米25.0损失率冷却损失5.0发酵损失1.5对热麦汁而言过滤损失1.5装瓶损失1.0包装物损失空瓶0.5瓶盖1.0商标0.1总损失率啤酒总损失率9.0对热麦汁而言根据表3-1基础数据，首先进展100kg原料生产12经典啤酒

35、的物料衡算，然后进展生产100L12经典啤酒的物料衡算，最后进展年产5104t啤酒厂物料衡算。3.2 100kg原料生产12经典啤酒的物料衡算3.2.1 热麦汁量 根据表3-1可得到原料收得率分别为： 原料麦芽收得率： 原料大米收得率： 混合原料收得率： 由上述可得100kg混合原料可制得12的热麦汁量kg 12麦汁在20的相对密度为1.047，而100热麦汁比20麦汁的体积增加1.04倍，故100热麦汁的体积为：L3.2.2 冷麦汁量L3.2.3 发酵液量L3.2.4 过滤酒量L3.2.5 成品酒量L3.2.6 酒花量 100L热麦汁加酒花量为0.2kg，那么：3.2.7 酒花糟量 设麦汁煮

36、沸过程中酒花浸出率为40%，且酒花水分含量为80%，那么酒花糟量为：kg3.2.8 湿糖化糟量 设啤酒厂排出的湿麦芽糟水分含量为80%，那么： 湿麦芽糟量为：kg 湿大米糟量为：kg 故湿糖化糟量为：88.13+5.44=93.57kg3.3 生产100L12经典啤酒的物料衡算3.3.1 生产100L12经典啤酒混合用料量kg3.3.2 麦芽消耗量3.3.3 大米消耗量3.3.4 酒花耗用量 100L热麦汁参加酒花的定量为0.2kg，那么酒花耗用量为：3.3.5 热麦汁量3.3.6 冷麦汁量3.3.7 发酵液量3.3.8 过滤液量3.3.9 湿糖化糟量 设啤酒厂排出的湿麦糟水分含量为80%，那

37、么麦糟量为： 大米糟量为： 湿糖化糟量为：3.3.10 酵母量 生产100L啤酒可得到2公斤湿酵母泥，其中一半作为生产接种用，另一半作生产酵母用，即1kg湿酵母泥含水分为85%，那么 酵母固形物含量为：kg 那么含水分7%的商品干酵母量为：kg3.3.11 酒花糟量 设酒花在麦汁中浸出率为40%，酒花糟水分含量以80%计，那么酒花糟量为：kg3.3.12 二氧化碳量 12冷麦汁104.11L中浸出物量为： 设麦汁的真正发酵度为65%，那么可发酵的浸出物量为： 麦芽糖发酵的化学反响式为： 设麦芽中浸出物均为麦芽糖构成，那么CO2生成量为：kg 式中 44CO2分子量 342麦芽糖分子量 设12啤

38、酒含CO2为0.4%，那么酒中含CO2量为：kg那么释放出的CO2量为： 1m3CO2在20常压下重1.832kg，故释放出的CO2体积为：m33.3.13 耐高温淀粉酶量大米淀粉含量为80%，淀粉酶使用量为0.060.08L/100kg淀粉，所以淀粉酶量为：4.5780%(0.08/100)=2.92ml3.4 年产5104t12经典啤酒的物料衡算 设生产日为300d，旺季180d，每天糖化4次，而淡季120d，每天糖化3次，那么总的糖化次数为每年1080次。 糖化一次的物料计算3.4.1 原料用量3.4.2 麦芽用量3.4.3 大米用量3.4.4 酒花用量3.4.5 热麦汁量3.4.6 冷

39、麦汁量3.4.7 发酵液量3.4.8 过滤酒量3.4.9 湿糖化糟量3.4.10 干酵母量3.4.11 酒花糟量3.4.12 CO2的释放量表3-2 啤酒厂物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L12啤酒糖化一次定额量啤酒生产混合原料kg100.0018.288463大麦kg75.0013.716347大米kg25.004.572116酒花kg1.200.219101.39热麦汁kg599.54109.5950736冷麦汁L569.56104.1148199湿糖化糟kg93.5717.107917湿酒花糟kg3.600.66305.56干酵母kg0.880.1674.07CO2释放量

40、m311.212.05949.07发酵液L561.02102.5547477过滤酒L552.60101.0146764成品酒L547.07100.00462963.5 发酵车间的水耗量计算3.5.1 薄板冷却器冷却用水使用的冷却介质为4的冷水，出口温度为80，糖化车间送来的热麦汁温度为95，冷却发酵起始温度为8，由物料衡算得：麦汁量： 设麦汁冷却时间为1h 那么： 用水量为：3.5.2 麦汁冷却器冲刷用水 设冲刷一次用水4t，用水时间0.5h，那么最大用水量为为4/0.5=8t/h3.5.3 过滤机用水 设冲刷一次用水3t，使用时间1.5h，那么最大用水量为3/1.5=2t/h3.5.4 洗瓶

41、机用水按设备标准表，洗瓶机生产能力为3000瓶/时，冲洗每个瓶约需水2，那么用水量为30002=600L/h，每班生产7h，总耗水量60007=42000L3.5.5 发酵车间水量耗表表3-3 啤酒厂发酵车间水量耗表耗水分类耗水量薄板冷却器用水46.89t/h麦汁冷却器冲刷用水8t/h过滤机用水2t/h洗瓶机用水6000L/h3.6 发酵车间的耗冷量衡算3.6.1 发酵工艺流程95热麦汁 冷麦汁8 锥形发酵罐 过冷却至-1 贮酒 过滤3.6.2 工艺技术指标及基础数据生产12经典啤酒5104t，旺季每天糖化4次，淡季3次，每年总共糖化1080次，主发酵时间6天。冷媒用15%酒精溶液，比热容可视

42、作C2=4.18kJ/(kgK)；麦芽糖厌氧发酵热q=623.6kJ/(kgK)；12麦汁比热容C1=4.10kJ/(kgK)；麦汁发酵度65%；3锅麦汁装一个发酵罐。根据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量，即： Q=Qt+Qnt 3-63.6.3 工艺耗冷量Qt3.6.3.1 麦汁冷却耗热量Q1冷却介质4冷冻水，出口温度80，热麦汁温度95，发酵起始温度8。由啤酒厂物料衡算可知，每糖化一次热麦汁50736L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3，故热麦汁量：又知12麦汁比热容4.10kJ/(kgK),工艺要求在1h内完成冷却过程，那么麦汁耗冷量为：Q1 式中 t1和t2分别为麦

43、汁冷却前后的温度 冷却操作过程时间h根据设计结果，每个锥形发酵罐装3锅麦汁，那么麦汁冷却每罐耗冷量为：kJ相应的冷冻介质4的冷冻水耗冷量为： 3-7 式中 t1和t2分别为冷冻水初温和终温Cm水的比热容kJ/(kgK)3.6.3.2 发酵耗冷量 1发酵期间发酵放热Q2 假定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65%，那么1L麦汁放热量为：q0=613.616%65%=63.81kJ根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为48199L，那么每个锥形发酵罐放热量为：Q0=63.81481993=9.23106kJ由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化4锅麦汁旺

44、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，那么发酵高温时耗冷量为：kJ/h 2发酵后期发酵液降温耗冷 主发酵后期，发酵液温从12缓降到-1。每天单罐降温耗冷量为：Q0工艺要求此过程在2天内完成，那么耗冷量为麦汁每天装1.4个锥形罐：kJ/h 3发酵总耗冷量kJ/h 4发酵用冷媒耗量kJ 5发酵用冷媒耗循环量M2 发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8和0，故耗冷媒量为：M2kg/h3.6.4 酵母培养耗冷量根据工厂实践，年产3104t啤酒酵母培养耗冷量为29260kJ/h，每月需进展一次酵母醇培养，培养时间12d，即288h，那么对应的年耗冷量为：kJ相应的顶峰

45、冷冻介质循环量为：M3kg/h3.6.5 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：kJ/h3.6.6 非工艺耗冷量3.6.6.1 露天锥形罐冷量散失根据经历，年产3104t啤酒厂露天锥形罐的耗冷量在13000-30000kJ/t，取最高值。故旺季生产每天耗冷量为：Q4 式中 Gb旺季成品啤酒日产量t假设白天日晒顶峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，那么顶峰耗冷量为：kJ/h冷媒-8稀酒精用量：M4kg/h3.6.6.2 散失冷量散失冷量，取Q5=12%Qt，所以：kJ/h冷媒-8稀酒精用量：M5kg/h3.6.6.3 非工艺耗冷量kJ/h3.6.7 发酵车间冷量衡算表将上述结

46、果，整理后可得5104t啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如3-4所示表3-4 啤酒厂发酵车间冷量衡算表耗冷分类耗冷工程每小时耗冷量冷媒用量每罐耗冷工艺耗冷量麦汁冷却65627.83发酵耗冷376111.1111247.34酵母培养29260875645161工艺总耗冷非工艺耗冷量锥形罐冷损77160023074.169259200管道等冷损74162.68非工艺总耗冷合计总耗冷第4章 啤酒生产主要设备的选型与论证4.1 主要设备的选型与计算4.1.1 薄板冷却器尺寸计算薄板冷却器采用一段式冷却的方式，设麦汁进盘旋沉淀槽后的温度为95，冰水的温度为4。麦汁95-8，冰水4-8。 4-6 4-7 K=3

47、553kJ/(m2h)，K为8504.18-28504.18。选用型号为RB0.9的薄板冷却器，按人字型波纹，单台换热器的换热面积大。4.1.2 清酒罐尺寸计算考虑到清酒罐需保存，一发酵罐入三个清酒罐，一天两发酵罐酒进6个清酒罐。备用3个，共需9个。3锅进一个发酵罐，那么：清酒罐容积，填充系数，那么：设清酒罐直径为D，高为2D，圆形封头高D/4，那么：求出D=3.23m，H=2D=6.46m。4.2 附属设备设计与选型4.2.1 啤酒过滤设备由于糖化一次成品酒46296kg=46.296t，每天糖化四次，那么每次出酒量为46.2964=185.184t，选用水平式叶片过滤机，型号为JZL120

48、，最大过滤能力为20t/h。4.2.2 酵母的扩培设备采用分级培养系统，一个麦汁杀菌管，一级，二级，三级扩培罐组成。本设计取酵母接种细胞浓度18106个/ml，每一级细胞培养后的浓度为75106个/ml，各级扩大比例为1:5.那么三级扩培：V3=18106/7510672=18m3二级扩培：V2=18/5=3.6m3一级扩培：V1=3.6/5=0.72m3 发酵罐的设计与论证5.1 发酵罐数量的计算发酵罐的个数为： 5-1式中 t发酵周期 n每天糖化次数按旺季计算 A每个发酵罐可以容纳的麦汁的批次数 3周转量数那么有5.2 发酵罐的设计与论证5.2.1 锥角的选择一般锥角采用70-75适宜，这

49、个锥角范围内沉降酵母在锥底所占的比外表积小，有利于酵母的沉降和排放。本次设计选取的锥角为74。5.2.2 冷却方式确实定本设计发酵罐采用液氨直接冷却。一般采用-4直接送到锥形罐的冷却夹套中，对锥形罐进展冷却。液氨直接冷却装置采用弧形管式夹套。5.2.3 罐的保温材料的选择本设计选用聚酰胺树脂，外防护层采用瓦楞型板。由于发酵罐的放置在室外，只有锥底局部在室内，露天的椎体要做好保温的措施。聚酰胺树脂可现场喷涂发泡，施工方便，价格中等，而且导热系数低。5.2.4 罐的材料的选择设计采用的材料为不锈钢。啤酒发酵时产生的H2S、SO2对铁材料会造成氧化复原腐蚀。同时，啤酒是酸性的饮料，容易造成铁的电化学

50、腐蚀，由于不锈钢的外表能形成铬含量高、化学性质稳定的氧化层，所以，不锈钢能够抗腐蚀。选择不锈钢作为发酵罐的材料，耐腐蚀而且导热系数小，有利于罐的保温。5.2.5 径高比罐高度与直径比例一般为1.5-6.1。本设计采用5:1。5.2.6 罐主要附件在发酵罐顶部应用安全阀，CIP执行机构应装在液面上150mm，还应装视镜、灯镜、空气和二氧化碳排出等装置。三段冷却介质进出口位置下装智能型铂温度传感器，在圆筒下部装可清洗取样阀。温度传感器和取样管均需深入罐中300mm，同时，还装有出酒管，管的上口应在沉淀酵母层上不，防止大量酵母泥混入酒内，造成滤酒困难。糖化一次发酵液的量为48199L，三锅进一个发酵

51、罐，那么发酵罐的容积为：设填充系数为0.9，那么：取径高比为，锥角为74，那么 5-2解得D=3.43m，H=5D=53.43=17.15m，h=3.43/20.75355405=1.29m。5.3 发酵罐作为内压容器的强度计算由于本次设计采用一罐法发酵工艺，查啤酒工业手册得，温度与压力的关系为：罐压MPa=温度0.01=120.01=0.12MPa 5-3设计压力取最大工作压力的1.1倍，那么设计压力为：Pc=1.10.12=0.132MPa5.4 椭圆封头的壁厚计算与强度计算 5-4 式中 C1钢板厚度偏差C2腐蚀余量 焊缝系数 设计温度下材料的许用应力由材料查表得=137MPa,=1，P

52、c=0.132MPa，Di=4000mm，那么 d=0.1324000/(21371-0.50.132)=1.93mm其中C1取0.3mm，C2取0mm，那么：d=d+C=1.93+0.3=2.23mm 圆整至3mm标准椭圆型封头的厚度不小于0.15%Di，那么： 0.15%Di=40000.15%=6.0mm2.22mm，那么d=6mm最大工作压力： 5-5应力校核： 5-6那么选择6mm符合要求。5.5 筒体壁厚计算与强度计算每次进入发酵罐的发酵液为145m3，那么锥底的体积：那么筒体内发酵液体的高度为：那么筒体设计压力那么钢板厚度负偏差C1=0.3mm，腐蚀余量C2=0mm设计厚度d=+

53、C1+C2=4.53+0.3+0=4.83mm 圆整至5mm最大工作压力：应力校核：那么选择5mm符合要求。5.6 锥形封头壁厚计算与强度计算锥底高度h=1.29m，那么锥底的最大液柱高为7.74m，P静=gh=10459.8/7.74=0.1MPa设计压力P=1.1(0.1+0.132)=0.255MPa当a30,往往采用带折边的锥形封头，标准折边锥形封头r=0.15Di，由于本次设计为a=3730，采用带折边的锥形封头。形状系数K由常用压力容器手册查得K=0.7338。过渡局部： 5-7查常用压力容器手册得C1=0.3mm，C2=0mmd=+C1+C2=2.73+0.3+0=3.03mm

54、圆整至4mm锥底局部： 5-8查表得C1=0.3mm，C2=0mmd=+C1+C2=2.19+0.3+0=2.49mm 圆整至3mm锥体厚度应取两者最大值，即4mm。5.7 强度校核5.7.1 压力试验 5-9 式中 Pt试验压力 P设计压力 S容器材料在试验温度下许用应力MPa St容器材料在试验温度下许用应力MPa取容器铭牌上规定的最大工作压力，允许最大工作压力取代设计压力，S/St取最小的132/137=0.9635。5.7.2 应力校核不计液柱静压力液压试验容器符合要求。5.7.3 刚度校核设计中采用的材料为不锈钢，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

55、于2mm，因此符合要求。5.8 冷却面积的计算对于单酿C.C.T发酵，二次冷媒蒸发冷却F/V=0.35-0.40本设计使用酒精冷媒，取F/V=0.4总传热面积：F总=0.4145=58m2锥底传热面积：F底=0.48=3.2m2锥体的传热面积：F体=58-3.2=54.8m25.9 局部附件设计选型5.9.1 人孔开人孔的目的是便于大罐的维修，在上下封头应该各开一个，上封头人孔选用盘旋盖人孔AIIPg2.5Dg600JB1207-73,其外径800mm内径500mm，那么:S补=dSn/D2-D1=16.34mm故取补强圈厚度为18mm，重234kg，锥底人孔选用法兰Pg6Dg500,JB58

56、1-64.5.9.2 视镜因为视镜要装在封头上，取视镜Dg150YHS4-80-78-5，重17.8kg。补强圈Gg500，JB120-73，S补=15010/300-163=10.95mm，故取12mm，重4.69kg。5.9.3 洗涤液接收钢管：Dg80YB804-70无缝耐酸 法兰：Pg6Dg100HG5010-58。5.9.4 CO2回收压缩空气管钢管：Dg80YB804-70无缝耐酸 法兰：Pg6Dg100HG5010-58。5.9.5 冷却剂进出管钢管：Dg80 HG5010-70无缝耐酸 法兰：Pg6Dg80HG5010-58。5.9.6 出酒管钢管：Dg100YB231-70无

57、缝耐酸 法兰：Pg6Dg100HG5010-58。5.9.7 支座支座的选择要根据罐的重量以及支座来进展罐的重量=外表积厚度密度 =8.154+3.143.4317.155+17.967.9 =8402.00kg酒的重量=1451.0451000=151525kg总重=151525+8402.00=159927.00kg 159927.009.8=1567284.6N 选JB/T4725-92，耳座B8，长臂，带垫板，允许载荷250N，一共8个。第6章 啤酒厂三废处理6.1 废水6.1.1 废水来源啤酒生产过程中，除了直接进入啤酒及其副产物或被蒸发外，其余每一滴水都进入废水中。主要包括1酿造过

58、程废水：麦汁制造过程废水、发酵过程废水、贮酒过程废水、滤酒过程废水等；2灌装过程废水：洗瓶废水、杀菌机溢流水等；3生活污水。啤酒厂排出的废水中吸收或溶解了很多物质，其中主要含有以下物质：剩余啤酒和麦汁；洗糟水；含凝固物的废水；含酵母的废水；CIP清洗废水；CIP清洗用废碱；CIP清洗用酸；回收酒瓶和酒桶中的残酒；含硅藻土的废水。这些物质使废水污染强度越来越高，处理这些废水需要大量的处理设备和处理费用。为了节约，急需采取降低废水污染量的措施，即阻留措施和回收利用13。6.1.2 废水处理废水含有很多能被微生物分解的物质。但微生物分解时需要氧气。因此人们可以往水中通入空气来进一步处理净化废水。在此

59、过程中会形成混有需氧微生物的淤泥，这种方法称为水的有氧处理。由于空气不能自己进入水中，所以通风时要消耗能源。如果不通风，废水那么被腐烂细菌慢慢分解。这时通过水解作用首先会产生有机酸，然后通过甲烷化产生沼气。这种方法称作水的厌氧处理。与有氧处理相比，废水污染分解较低、剩余淤泥量少14。6.1.2.1 废水排放标准我国1974年公布GBJ4-73，工业废水排放标准的第三章第12条规定：麦芽与啤酒厂的废水属二类废水，其长远影响小于第一类有害物质，工厂排放水质符合14项细则，其中，对啤酒工业有限制性的仅前面四项：pH:69；SS：500mg/L；BOD20，5d：60mg/L；CODCr法：100mg

60、/L。废水处理方式废水收集和废水预处理：废水收集可以平衡废水流量，对废水组成和浓度进展稀释和调节，废水的预处理与下一步生化处理有着密切关系，通过对废水pH的调节和营养物质的添加，使微生物能有效的繁殖与消耗有机物质降低废水的BOD值。固形物的去除：啤酒废水中往往含有不少固形物，这些固形物具有相应的BOD值，悬浮固形物的去除可采用初级沉淀或气浮池，通过充气、鼓泡，利用这些悬浮物的外表活性，不仅可以形成泡沫浮渣，而且可以相互凝聚、沉降。生化处理：利用耗氧空气细菌的繁殖，消耗有机营养物。废水有氧处理设备废水的有氧处理设备很多，可以分为三类：活化池或沟：这里指的是长度可超过50cm，水位超过的大池，使用