发酵工程课程设计-70000吨啤酒工厂发酵车间设计

1、发酵工程课程设计说明书第 页湖南大学发酵工程课 程 设 计 说 明 书70，000吨啤酒工厂发酵车间设计姓 名_ _ _学 院_生物学院_专 业_生物技术_学 号_ _指 导 教 师_曾 嘉_2013 年7 月12 日发酵工程课程设计任务书设计题目：70，000吨啤酒工厂发酵车间设计基础数据：生产规模：70，000吨年； 产品规格：12度淡色啤酒； 生产天数：300天年； 原料配比： 麦芽：大米=70：30； 原料利用率：98； 麦芽水分：6； 大米水分：12 无水麦芽浸出率：78； 无水大米浸出率：90 啤酒损失率(对热麦汁)： 总损失：12 冷却损失：7； 发酵损失：1.5； 过滤损失：1

2、.5： 装瓶损失：2； 糖化次数：生产旺季(150天)8次天，生产淡季(150天) 4次天； 菌种：主酵6天，发酵周期14天。 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：(l）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。设计内容：(l）根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条

3、件的确定与论证。(2）工艺计算：全厂的物料衡算；发酵车间耗冷量计算。(3）发酵车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。设计要求：(l）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P254车间初步设计说明书的编写要求书写)。(2）完成图纸一张(1号图纸)：全厂工艺流程图(初步设计阶段)。设计时间：2013年学年暑期小学期 7月1日7月12日。附录：设计说明书格式及要求：一、封面；二、设计任务书；三、目录；四、设计方案简介；五、工艺确定、工艺流程草图及说明（论证）；六、工艺计算：1全厂物料衡算；2发酵车间耗冷量的计算。七、发酵罐的设备和发酵车间其他设备选型及说明：1发

4、酵主要罐体尺寸计算和设计；2. 其他设备生产能力的计算和选型。八、设计结果概要或设计一览表；九、对本设计的评述；十、附图；十一、参考文献；十二、主要符号说明。主要参考书目：发酵工厂工艺设计概论、化学工程原理、发酵工 艺与设备、酿造酒工艺学、啤酒工业手册、化工设备设计手册、材料与零部件。目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc329515171 1 设计方案简介6HYPERLINK l _Toc329515172 2工艺流程及论证10HYPERLINK l _Toc329515173 2.1啤酒生产的工艺流程102.2工艺流程简介HYPERLINK l _Toc32

5、9515174 11HYPERLINK l _Toc329515175 3工艺计算13 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc329515171 3.1发酵车间的物料衡算133.2HYPERLINK l _Toc329515172 发酵车间的耗冷量计算14HYPERLINK l _Toc329515173 3.3发酵罐主要罐体尺寸的计算和设计173.4其他计算设备的生产能力和选型 HYPERLINK l _Toc329515174 PAGEREF _Toc329515174 h 21HYPERLINK l _Toc329515175 4主要设计一览表 PAGEREF

6、_Toc329515175 h 22HYPERLINK l _Toc329515176 5设计评述22HYPERLINK l _Toc329515177 6心得体会 PAGEREF _Toc329515177 h 23HYPERLINK l _Toc329515171 7参考资料25设计方案简介啤酒既是一种食品饮料,又是一种内涵丰富的文化用品。饮酒不仅是一种饮食行为,又是一种文化交际活动。它作为食品饮料产品不仅代表生产力和微生物科学技术，饮酒活动又是世界各民族独特传统文化重要组成部分。啤酒虽不是人类生存的必需品，但在社会生活中具有无法替代的功能。啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消

7、耗量排名第三的饮料。啤酒于二十世纪初传入HYPERLINK /view/61891.htm t _blank 中国，属外来酒种。啤酒以大HYPERLINK /view/20415.htm t _blank 麦芽酒花水为主要原料经酵母HYPERLINK /view/1461803.htm t _blank 发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低HYPERLINK /view/682440.htm t _blank 酒精度酒。2009年亚洲的啤酒产量约为5867万升，首次超越欧洲，成为全球最大啤酒生产地。在 HYPERLINK /view/391361.htm t _blank 古代中国，也有类似于啤

8、酒的HYPERLINK /view/1760473.htm t _blank 酒精饮料，古人称之为醴.大约在汉代后，醴被酒曲酿造的 HYPERLINK /view/27587.htm t _blank 黄酒所淘汰.清代末期开始，国外的 HYPERLINK /view/3602355.htm t _blank 啤酒生产技术引入中国，新中国成立后，尤其是20世纪80年代以来，啤酒工业得到了突飞猛进的发展，到现在中国已成为世界第一啤酒生产大国。1.1世界啤酒的发展啤酒最早出现于公元前3000年左右的古埃及和美索不达米亚（今伊拉克）地区。这一历史事实可以在王墓的墓壁上得以证实。史料记载，当时啤酒的制作

9、只是将发芽的大麦制成面包，再将面包磨碎，置于敞口的缸中，让空气中的酵母菌进入缸中进行发酵，制成原始啤酒。公元6世纪，啤酒的制作方法由埃及经北非、伊比利亚半岛、法国传入德国。那时啤酒的制作主要在教堂、修道院中进行。为了保证啤酒质量，防止由乳酸菌引起的酸味，修道院要求酿造啤酒的器具必须保持清洁。公元11世纪，啤酒花由斯拉夫人用于啤酒。1480年，以德国南部为中心，发展出了下面发酵法，啤酒质量有了大幅提高，啤酒制造业空前发展。1516年，由巴伐利亚领邦的威廉四世提出世界著名的“啤酒纯粹法”。1800年时期，随着蒸汽机的发明，啤酒生产中大部分实现了机械化，生产量得到了提高，质量比较稳定，价格较便宜。1

10、830年左右，德国的啤酒技术人员分布到了欧洲各地，将啤酒工艺传播到全世界。1.2中国啤酒的发展 19世纪末啤酒输入中国。1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂1901年俄国人和德国人联合建立了哈盖迈耶尔-柳切尔曼啤酒厂1903年捷克人在哈尔滨建立了东巴伐利亚啤酒厂1903年德国人和英国人合营在青岛建立了英德啤酒公司(青岛啤酒厂前身)1905年德国人在哈尔滨建立了梭忌怒啤酒厂。此后不少外国人在东北和天津上海北京等地建厂这些酒厂分别由俄德波日等国商人经营。中国人最早自建的啤酒厂是1904年在哈尔滨建立的东北三省啤酒厂其次是1914年建立的五洲啤酒汽水厂(哈尔滨)1915年建立的

11、北京双合盛啤酒厂1920年建立的山东烟台醴泉啤酒厂(烟台啤酒厂前身)1935年建立的广州五羊啤酒厂(广州啤酒厂前身)。当时中国的啤酒业发展缓慢分布不广产量不大。生产技术掌握在外国人手中生产原料麦芽和酒花都依靠进口。1949年以前全国啤酒厂不到十家总产量不足万吨。1949年后中国啤酒工业发展较快并逐步摆脱了原料依赖进口的落后状态。主要经历了以下四个阶段： 第一阶段： 从1953年到1962年，是啤酒工业的调整和发展阶段，新建了一批新的啤酒厂，啤酒年产量的 HYPERLINK /view/191096.htm t _blank 平均增长速度为38.2%。1963年至1972年，速度虽有所放慢，但啤

12、酒产量仍增长1.4 倍。到1978年，中国的啤酒年产量达到40万吨。在这一阶段，在啤酒科学研究，教育，人才培养等方面的工作为啤酒工业的今后的发展打下了基础. 第二阶段： 1979年后，啤酒生产全面发展。全国除 HYPERLINK /view/2684.htm t _blank 西藏外，各省、市、自治区都建立了啤酒厂，全国除轻工系统外，其他部们如商业、农业、机械、国防、冶金等都建立了啤酒厂。一些啤酒厂的规模也越来越大.如在1980年，中国共生产啤酒68. 8万吨. 第三阶段： 在这一阶段，中国的啤酒工业高速发展，其主要特点是扩建和新建的啤酒厂如雨后春笋，啤酒生产规模也逐步扩大，在有的省份， 几乎

13、每个县市都有啤酒厂。据1987年的统计，在 HYPERLINK /view/6310.htm t _blank 浙江省就有啤酒厂104个.由于实行改革开放政策，从国外引进技术，装备，人才，加快了啤酒工业的发展.如从国外引进了啤酒生产线，尤其是啤酒灌装线。产量翻番的时间缩短，如 1982年，全国啤酒产量为117万吨，到1985年，啤酒产量就达到310.4万吨.1988年，啤酒产量又翻了一番，达到654万吨。 第四阶段： 这一阶段可说是中国的啤酒工业进入了旺盛的成熟期，一方面，啤酒工业继续以高速度发展，在高速发展的同时，开始对啤酒的质量， 啤酒工业的经济效益更加重视，啤酒工业的规模按照国际上的惯例

14、，开始向大型化，集团化方向发展.一些中小型啤酒厂被大型啤酒厂兼并。1.3啤酒的营养价值1 啤酒是以发芽大麦为主要原料酿造的一类饮料。含酒精度最低，HYPERLINK /view/439169.htm t _blank 营养价值高，成分有水分、碳水化合物、蛋白质、二氧化碳、维生素及钙、磷等物质。有“液体面包”之称，经常饮用有消暑解热、帮助消化、开胃健脾、增进食欲等功能。 2 啤酒是由发醇的谷物制成的，因此含有丰富的HYPERLINK /view/161787.htm t _blank B族维生素和其他招牌营养素，并具有一定的热量，“液体面包”之称虽有些过，但确实有类似之处。 3 啤酒特别是黑啤酒

15、可使动脉硬化和 HYPERLINK /view/9779.htm t _blank 白内障的发病率降低50%，并对 HYPERLINK /view/79772.htm t _blank 心脏病有抵抗作用 4 男性以及年轻女性经常饮用啤酒，可以减少年老时得骨质疏松症的几率。骨质的密度和硅的摄取量有密切关系，而啤酒中因为含有大量的硅，经常饮用有助于保持人体骨骼强健。 1.4啤酒的分类1. 根据啤酒色泽划分(l）淡色啤酒 (2）浓色啤酒 (3）黑啤 2根据啤酒杀菌处理情况划分 (1)HYPERLINK /view/264585.htm t _blank 鲜啤酒 (2)HYPERLINK /view/

16、264581.htm t _blank 熟啤酒 3根据原麦汁浓度划分 (1)HYPERLINK /view/1506623.htm t _blank 低浓度啤酒 (2)HYPERLINK /view/1506624.htm t _blank 中浓度啤酒 (3)HYPERLINK /view/1506625.htm t _blank 高浓度啤酒4根据发酵性质划分 (1）顶部发酵 (2）底部发酵5.根据销售渠道和产品质量划分 （1）内销啤酒 （2）外销啤酒6.根据包装容器划分瓶装啤酒罐装啤酒桶装啤酒 1.5啤酒的风格啤酒风格又称典型性，是啤酒色、香、味和泡沫的综合体现，在啤酒酿造过程中形成。也因不

17、同地区人们的习惯和爱好而大不相同。啤酒风格由其色泽、透明度、泡沫、香气与口味体现。啤酒根据色泽分为淡色啤酒，浓色啤酒和黑啤酒。啤酒的原料为 HYPERLINK /view/37129.htm t _blank 大麦酿造用水HYPERLINK /view/44753.htm t _blank 酒花酵母以及淀粉质辅助原料（玉米 HYPERLINK /view/35787.htm t _blank 大米大麦小麦等）和糖类辅助原料等。啤酒生产大致可分为麦芽制造啤酒酿造啤酒灌装3个主要过程。 啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品-

18、啤酒。由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。一般可以把啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。现代发酵主要有圆柱露天锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱露天锥形发酵罐发酵。本设计方案采用圆柱露天锥形发酵罐式下面酵母发酵法进行啤酒发酵。一罐式发酵工艺的优点：清洗时消耗的洗涤水量减少；操作简单，发酵过程中不用倒罐，避免了发酵过程中空气进入的危险且省时；转入空罐时CO2损失少；因为没有了管道中残酒的损失，酒损少。2工艺流程及论证 2.1啤酒生产的工艺流程CO2酵母冷麦汁锥底发酵

19、罐过滤清酒罐其中发酵车间的主要工艺流程如下：酵母的扩大培养酵母泥的流出工艺流程简介本设计采用一罐式发酵下面酵母法进行发酵，采用高温发酵工艺。麦汁冷却温度为11，添加0.6%泥状酵母，送入发酵罐，保温36h后，发酵升温到12，在此保温2d，旺盛发酵。然后自然升温至14，保温4d，在7-8d时降低温度至0，排出沉淀酵母。在0下进行后成熟、饱和二氧化碳5d。冷却后的麦汁中接入酵母菌后，便进入真正的啤酒发酵时期了。此过程主要分为：前发酵，主发酵、后发酵和储酒。菌种的扩大培养开始生产时，种酵母是从实验室开始逐步扩大培养的，当啤酒出罐（或池）后，利用回收的酵母即可做接种用，但这些酵母须经去杂、去死细胞和多

20、次洗涤。使用一次回收的酵母俗称一代，一般只使用4-5代，否则酵母退化现象严重，影响啤酒的质量。用直接添加法添加酵母 在密闭酵母添加器内将回收的酵母按需要量与麦汁混匀（约1:1），用压缩空气或泵送入添加槽内，适当通风数分钟。前发酵接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长的生长滞缓期，之后才能进入出芽繁殖。当酵母细胞浓度达到20106 个/mL，麦汁表面开始起泡，这个阶段称为前发酵。前发酵时间随接种温度、接种量的变化而变化。低温发酵约为16-20h,中温发酵约为12-14h。酵母添加量 添加量常按泥状酵母对麦汁体积百分率计算，一般为0.50.65，通常接种后细胞浓度为800万1200万个/

21、ml。接种量应根据酵母新鲜度，稀稠度，酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节。若麦汁浓度高，酵母使用代数多，接种温度及酵母浓度低，则接种量应稍大，反之则少。前发酵阶段，酵母降糖较缓慢，由于酵母代谢作用，发酵液温度会自然升高0.6-1.0。前发酵结束后，将发酵液打入主发酵室。主发酵主发酵在绝热良好，清洁卫生的发酵室内进行，室内安装通风系统。这是发酵的主要阶段，也是酵母活性期，麦汁中的可发酵性糖绝大部分在此期间发酵，酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生的。发酵方法分两类，即上面发酵法和下面发酵法。本设计采用下面发酵法，用一罐法进行发酵。加酒花后的澄清汁冷却至6.58.0，接种酵母

22、，主发酵正式开始。酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO2，这是发酵的主要生化反应。主要阶段如下：发酵第一阶段 又称低泡期。接种后1520小时，池的四周出现白沫，并向中间扩展，直至全液面，这是发酵的开始。而后泡沫逐渐培厚，此阶段维持2.53天，每天温度上升0.91，糖度平均每24小时降1Bx。发酵第二阶段 又称高泡期。为发酵的最旺盛期，泡沫特别丰厚，可高达2530cm。由于麦汁中酒花树脂等被氧化，泡沫逐渐变为棕黄色。此阶段23天，每天降糖11.5。发酵第三阶段 又称落泡期。高泡期过后，酵母增殖停止、温度开始下降，降糖速度变慢，泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、蛋白质及多酚类氧化物等物质组

23、成的泡盖，厚度25cm。此阶段2天，每天降糖0.50.8。当12度酒糖度降至3.84Bx时，即可下酒进入后发酵。泡盖形成期发酵7-8天后，泡沫回缩，形成泡盖，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。此时可从下部放出酵母，以备下次用作菌种。后发酵及储酒后发酵又称贮酒，其目的是完成残糖的最后发酵，增加啤酒的稳定性，饱充CO2，充分沉淀蛋白质，澄清酒液；清除双乙酰、醛类及H2S等嫩酒味，促进成熟；尽可能使酒液处于还原状态，降低氧含量。过滤由于发酵成熟的啤酒中含有大量的酵母，酒液十分浑浊。所以，一般先要进行粗虑，然后再进行精滤。本设计为12p经典啤酒，啤酒的粗虑采用硅藻土过滤机，啤酒的精滤采用纸板过滤机。由于烛

24、式过滤机具有过滤面积大，过滤效率高等特点，本设计采用烛式硅藻土过滤机。3.工艺计算3.1发酵车间物料衡算依据下表标准，对发酵所需物料进行计算：表1项 目名 称百分比（%）项 目名 称百分比（%）定额指标无水麦芽浸出率78原料配比麦 芽70大 米30无水大米浸出率90啤酒损失率（对热麦汁）冷却损失7发酵损失1.5原料利用率98过滤损失1.5麦芽水分6装瓶损失2大米水分12总 损 失12计算生产1t 12P啤酒需要耗用的材料以及其他物料量12淡色啤酒的密度为1012kg/m3 ，即1.012kg/L,所需的热麦汁的体积为：10001.012（1-12%）=1122.89L所需冷麦汁10001.01

25、2（1-12%）（1-7%）=1044.29L所需发酵后粗啤酒液10001.012（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）=1028.62L所需装瓶前啤酒液10001.012（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）（1-1.5%）=1013.19L实际所得装瓶量10001.012（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）（1-1.5%）（1-2%）=992.93L(6)所需二级种子液的量（按接种量为0.6%）10001.012（1-12%）（1-7%）0.6%=6.27L计算生产70000t /年12P啤酒需要耗用的材料以及其他物料量由于旺季的糖化次数为8次/天，淡季的糖化次数为4次/天，

26、旺季时间和淡季时间均为150天，那么旺季和淡季的生产量之比应相应为2:1，每天的生产量之比也为2:1，每年的总糖化次数为：8150+4150=1800次。所以相应的数据如下表：表2用量物料1t耗用量（L）70000t/年用量(104L)旺季用量104 L/天淡季用量104 L/天热麦汁1122.897860.2334.9317.47冷麦汁1044.297310.0332.4916.24发酵液量1028.627200.3832.0016.00过滤后酒量1013.197092.3331.5215.76实际装瓶量992.936950.5130.8915.45二级种子液6.2743.890.19510

27、.09753备注：12淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年产啤酒70339t.注：旺季用量t/天：以热麦汁为例 7860.23104 （2/3）150=349300L发酵车间耗冷量计算工艺所用基本数据如下：每8锅麦汁放入一个发酵罐；一次发酵的总量为V=437008=349600L；相应的麦汁密度为1048kg/m3，一次发酵的麦汁质量为G=V=3496001.048=366380.8kg麦芽糖厌氧发酵热q=613.6kJ/kg;12PBx麦汁比热容可视作=4.0kJ/(kg*K)；冷媒用15%的酒精溶液，比热容可视作c2=4.18kJ/(kg*K) ，进出口温度分别为-8和0；麦汁发酵度

28、60%；工艺耗冷量发酵期间发酵耗冷量Q1啤酒的度数则不表示乙醇的含量,而是表示啤酒生产原料,也就是麦芽汁的浓度,以12度的啤酒为例,是麦芽汁发酵前浸出物的浓度为12%(重量比)。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60%，则1L麦汁放热量为：q0=613.612%60%=44.18 （kJ）根据物料衡算，每锥形发酵罐放热量为：Q0= q0V=44.18349600=15445328（kJ） 由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化8锅麦汁，并考虑到发酵放热的不平衡，取系数1.5，忽略主发酵期的麦汁温升，则发酵高峰期的耗冷量为：Q1= = =1608

29、88.8（kJ/h）发酵后期发酵液降温耗冷Q2 主发酵后期，发酵液温度从5缓慢降至0，每单罐降温耗冷量为：Q2=Gt=4.0(5-0)=7327616（kJ）工艺要求此过冷过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装一个锥形罐）：Q2 = Q2（24*2）=152658.7（kJ/h）发酵总耗冷量：QQ= Q1+ Q2=160888.8+152658.7 =313547.5 (kJ/h)每罐发酵耗冷量Q：Q= Q0+ Q2=15445328+7327616=22772944（kJ）发酵用冷媒耗量（循环量）M2发酵过程冷却用稀酒精液作为冷却介质，进出口温度为-8和0，故耗冷媒量为：M2= Q/（c2

30、*8）=313547.5(4.188)=9376.4(kg/h)酵母洗涤用冷无菌水冷却水的耗冷量Q3在锥形罐啤酒发酵过程中，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用45次。设湿酵母添加量为麦汁量的0.6%，且使用1的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为湿酵母量的3倍。冷却前无菌水温为30，用-8的酒精液做冷却介质。由上述条件，可得无菌水用量为GW=366380.80.6%3=6594.9 （kJ/d）式中 366380.8- 一天糖化所得的冷麦汁量（kg）每班无菌水用量：=GW3=6594.9 3=2198.3(kg/班）假定无菌水冷却操作在2h 内完成，则无菌水冷却

31、耗冷量为：Q3=（tw -tw）t=2198.34.2（30-1）2=133876.5 （kJ/h）所耗冷冻介质为：= Q3=133876.5(4.18*8)=4003.5（kg/h）式中 ，冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8和0 每罐用于酵母洗涤的耗冷量为：Q3 =1Q3=133876.5( kJ)式中： 1为每班装一罐酵母培养耗冷量Q4 根据工艺设计每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12h,即288h.根据工厂实践，年产70000t啤酒工厂酵母培养耗冷量为：Q4=97500（kJ/h） 对应的年耗冷量为：Q4= Q428810=2.808 （kJ） 相应的高峰冷冻介质循环量为：= Q

32、4/ c2()=97500(4.188)=2915.7 (kg/h)发酵车间工艺耗冷量Qt： 综上计算，可求得发酵车间的工艺耗冷量为Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=160888.8+152658.7+133876.5+97500=544924（kJ/h）非工艺耗冷量Qnt 除了上述的发酵过程工艺耗冷量以外，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。露天锥形罐冷量散失Q5 锥形发酵罐啤酒发酵工厂中把发酵罐至于露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失。根据经验，年产70000吨啤酒厂露天锥形罐的冷量散失在30000 kJ70000kJ/t之间，在长沙

33、设厂的话，取高值。故旺季每天耗冷量为： Q5 =*70000=308.91.01270000=21882476 (kJ/d) 式中 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2倍，则高峰耗冷量为： Q5= Q5 224=1823539.7 (kJ/h)冷媒（-8稀酒精）用量：= Q5 c2 ()=54531.7(kg/h)清酒罐，过滤机及管道等散失冷量Q6 根据经验，选取Q6=12% Qt =12% 544924=65390.9 （kJ/h） 冷媒（-8稀酒精）用量： = Q6c2 ()=1955.5(kg/h)70000吨/年啤酒厂发酵车间冷量衡算表将上述结果，整理后可得

34、70000吨/年啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如下表所示：表3耗冷分类耗冷项单位时间耗冷量kJ/h冷媒用量kg/h每罐耗冷kJ年耗冷量kJ工艺耗冷发酵耗冷313547.5 9376.42.281075.124109酵母用冷却水耗冷133876.54003.51.341053.02107酵母培养耗冷975002915.71.2481062.808108非工艺耗冷露天锥形罐耗冷1823539.754531.71.771073.985109其他耗冷65390.91955.51.571063.53108 发酵主要罐体尺寸计算和设计发酵罐相关要求发酵罐的选型 对于厌氧性发酵罐，主要是用锥形发酵罐。发酵罐的选

35、型，对于厌氧性发酵罐，主要是用锥形发酵罐。圆筒锥底发酵罐的优点： 加速发酵：麦汁和酵母对流获得强化，因而加速发酵。 厂房投资节省。 冷耗节省：直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质在强制循环下，传热系数高。 发酵罐的清洗和消毒实现自动程序化。生产能力、数量和容积的确定：随着科学技术的发展，生产发酵罐的专业厂家越来越多。一般来说，对于相同的容积需求，单罐容量越大，数量越少，与单罐容量小，数量多相比，经济性能要好，但是风险也大，要求技术管理水平更高。发酵罐尺寸的要求:高比 锥形罐呈圆柱锥底形，圆筒体的直径与高度之比为1：14。一般径高比越大，发酵时自然对流越强烈，酵母发酵速度快，但酵母不容易沉降，啤酒

36、澄清困难。一般直径与麦汁液位总高度之比应为1：2，直径与柱形部分麦汁高度之比应为1：11.5。罐容量罐容量越大，麦汁满罐时间越长，发酵增殖次数多、时间长，会造成双乙酰前 驱物质形成量增大，双乙酰产生量大、还原时间长。此外，还会造成出酒、清洗、重新进麦汁等非生产时间延长，且用冷高峰期峰值高，造成供冷紧张。由于二氧化碳的释放和泡沫的产生，罐有效容积一般为罐总量的80%左右。 本设计填充系数为78%80%。锥角 一般在6090之间， 常用6075（不锈钢罐常用锥角60，内有涂料的钢罐锥角为75），以利于酵母的沉降与分离。 冷却夹套和冷却面积锥形发酵罐冷却常采用间接冷却。国内常采用20%30%的酒精水

37、溶液，或20%丙二醇水溶液作为冷媒。本设计采用15%的稀酒精液。根据罐的容量不同，冷却可采用二段式或三段式。冷却面积根据罐体的材料而定，不锈钢材料一般为0.350.4m2/m3发酵液，碳钢罐为0.50.62m2/m3发酵液。锥底冷却面积不宜过大，防止贮酒期啤酒的结冰。 发酵罐罐体尺寸的计算主发酵罐的计算发酵罐主体尺寸的计算对于70000吨/年的啤酒发酵工厂，每天需要的物料体积为324.9m（旺季），162.4 m（淡季），若以旺季每糖化8次放入一个发酵罐，设发酵罐的填充系数为x=80%，则每天需要发酵罐的总容积为（发酵周期为14天）。淡季=162.40.8=203旺季=324.90.8=406

38、.1 经综合各种情况：选择以旺季为标准，每8锅麦汁为一罐，采用450m的发酵罐15个（一个备用）。选定的常量 ：H/D=3 ； 锥角60 ；V= 450m3具体尺寸计算如下：圆柱高度 h1 圆锥高度 h2 圆柱体积 V1=r2 h1 椎体体积 V2=r2h2 H= h1+ h2 ; H/r=6; h2=0.866D V= V1+ V2=450 计算得：H=18.57m ; D=6.2m ; h1=13.21； h2 =5.36m发酵罐壁厚的计算C=C1+C2+C3式中C壁厚附加量，cm C1钢板负偏差，其范围为0.13-1.3，现取0.8mm C2腐蚀裕量，为双面腐蚀，取2mm C3加工减薄量

39、，取0得C=0.8+2+0=2.8mm=0.28cm式中 P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.4MPa D发酵罐内径，为6.19m 不锈钢的许用应力，为127MPa焊缝系数，范围在0.51之间，现取0.7代入上式即选用16.8mm厚的不锈钢板制作。种子罐相关计算以旺季标准：每次所需二级种子液1.951m，1.9510.8=2.439 m本设计采用450m3的发酵罐，装量为324.9m3，接种量按0.6%的量接种，所以每罐需要1.951m3 种子，以装料系数为0.8，所以需要一个2.439 m3的种子罐，即5m的发酵罐。每5 m3的种子又是通过用0.5 m3种子罐放大到的，所以种子的

40、制备需要二级发酵得到。所需的种子罐的体积分别是5 m3、0.5 m3。取H/D=2:1,h1=0.866D通过计算得：5 m3的种子罐 H=2.44m；D=1.4 m ;h1=1.21m 0.5 m3的种子罐 H=1.14 m D=0.6m; h1=0.52m因为旺季每天上罐一次，种子罐培养需24h,辅助操作8-10h，所以周期为32-34小时，共各需3个（1个备用）计算发酵罐冷却系统换热面积及相关的设备计算为了保证发酵在最旺盛的、微生物消耗基质最多以及环境气温最高时也能冷却下来，必须按发酵生成热量高峰，一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能达到的最高温度的恶劣的条件下，设计冷却面积。根据公式

41、: K=QAtmK传热系数( KJ/m2*h*)Q冷却媒介带走的热量流量（KJ/h）A冷却面积（m2）tm平均温差（）=9.44据经验，取传热系数为K=1932kJ/(m2h), Q=Q+ Q5=313547.5+1823539.7 =2137087.2KJ/h A=2137087.219329.44=117.2所以 A=117.2m2选取蛇管为冷媒输送钢管，其规格为603.5，考虑到罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，则两列蛇管总长度L为：L=F/dm=117.2/(3.140.0565)=660.6(m)dm指蛇管的平均直径。每圈蛇管的长度式中 dp指蛇管圈直径（m） hp

42、指蛇管圈之间的间距（m），取0.15m则 两列蛇管总圈数Np=L/l=660.619.4=27.434两列蛇管总高度H=(Np-1)hp=(34-1) 0.15=4.95 (m)其他设备生产能力的计算和选型螺杆泵 本设计的麦汁 是从发酵罐的罐底打入的，压强比较高，所以采用螺杆泵。本设计选定的是U型螺杆泵。由于每罐装量406 m3，在5小时内装满，流量为81.2m/h。据标准，求得管道为765.5。设计在3小时内排空，流量为135.3 m/h，求得管道为1086.0。因为罐高18.57m，全部装满大概是两个大气压，所以扬程用0.5MPa.离心泵离心式泵主要用在将冷媒介泵入夹套和种子在各级种子之间

43、传递，所以要求不是很高，所以采用流量30 m3/h，扬程35m 液柱的泵。设计概要一览表表4公升容量m台数规格材料备注主发酵罐45015H=18.57m D=6.2m h1=5.36m不锈钢封头曲面高h1=1.55m直边高h2=50mm一级种子罐0.53H=1.14m D=0.6m; h1=0.52m不锈钢二级种子罐53H=2.44m；D=1.4m ;h1=1.21m不锈钢螺杆泵1流量40.6m/h扬程0.5MPa.铸铁U型螺杆泵离心泵1流量30 m3/h扬程35m铸铁蛇管两列603.5圈数34高度4.95米不锈钢对本设计的评述发酵车间的工艺流程主要就是酵母在锥底发酵罐中的发酵过程，还包含了种子的扩大培养，以及相应的储酒过程。在这些过程中，我们根据经济、方便的原则，选取了合适的设备及设置了合理的参数进行相关的初步设计，以争取使本设计的结果达到标准，效益相应的变高。本设计采用了比较先