产万吨度纯生啤酒厂的设计

年产20万吨10度纯生啤酒厂的设计——发酵罐及车间的设计PAGEPAGE42年产20万吨10度纯生啤酒厂的设计——发酵罐及车间的设计年产20万吨10度纯生啤酒厂的设计—发酵罐及车间的设计XXXXXXXXXXXXXXX学院摘要纯生啤酒，区别于普通啤酒，它是一种未经高温杀菌的啤酒；采用无菌膜过滤技术，滤除了酵母菌和杂菌，保质期可达180天。本文进行了年产20万吨10度纯生啤酒厂的设计——发酵罐及车间的设计。设计内容包括工艺流程的选择和论证，发酵罐的选型，水，电，汽估算等。其中重点是车间设计及设备布置。在设计过程中，对生产工艺和设备的选型、发酵车间的布置以及人员的调配等方面作了周全的考虑，力求工厂投资少、技术先进、经济效益好。关键词纯生啤酒；发酵；发酵罐；车间设计。Annualoutputof200,000tonsofpureraw10degreesbrewerydesign-thedesignoffermentationtanksandworkshopsXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXABSTRACTDraftBeer,differentfromordinarybeer,whichisahigh-temperaturesterilizationwithoutbeer;differentfromordinarybeer,whichistheuseofsterilemembranefiltrationtechnology,filterouttheyeastandbacteria,shelflifeofupto180days.

Thisarticleto200tonsofbreweries'sten10degreesbrewerydesign-thedesignoffermentationtanksandworkshops.Designincludesthechoiceofdesignandverificationprocess,theselectionofthefermentationtankandtheestimateforwater,electricity,gas.

Withafocusonplantdesignandequipmentlayout.

Inthedesignprocess,werequiretheproductionprocessandequipmentselection,layoutofthefermentationplantandpersonneldeployedinsuchaspectsascomprehensiveconsideration,andstrivetoplantlessinvestment,advancedtechnology,goodeconomicreturns.KEYWORDSDraftbeer;fermentation;fermentationtank;plantdesign.目录第一章总论 61.1.纯生啤酒的简介 61.2设计目的和任务 61.3设计原则 61.4设计的配套教材及参考资料 71.5车间平面图布置设计要求 71.6管道安装的要求 71.7“三废的处理” 81.7.1三废处理综合利用 81.7.2废物排放 81.7.3废水排放标准 91.8厂址的选择依据 9第二章 工艺流程选择以及论证 102.1产品的原辅料介绍 102.1.1大麦 102.1.2大米 102.1.3酒花 112.1.4水 112.1.5酵母 112.2啤酒生产工艺流程图 122.3生产的工艺要点 132.3.1麦芽的制备 132.3.2麦汁的制造 132.3.3发酵 142.3.4后处理及包装 15第三章 发酵物料衡算 163.1物料衡算的意义 163.1.1物料衡算基础数据 163.1.2以100kg原料为基准 163.1.3生产1000L10°纯生啤酒的物料衡算 173.1.4200000t/a10°P淡色啤酒糖化车间物料衡算 18第四章 重点设备——发酵罐设计 194.1发酵罐选型 194.2发酵罐数量的确定 194.3发酵罐规格的设计以及计算 194.3.1容积 194.3.2发酵罐的直径 194.3.3发酵罐总高 204.3.4冷却面积计算 204.4发酵罐的材料 204.5椭圆封头的设计 214.5.1设计参数的确定 21设计压力P 21设计温度 21许用应力 21焊接接头系数 21厚度附加量 224.5.2椭圆封头厚度的计算 224.5.3椭圆封头强度校核 224.6圆柱筒体的设计 234.6.1筒体厚度的计算 234.6.2筒体强度校核 244.7锥形封头的设计 244.7.1锥形封头厚度的计算 244.7.2锥形封头的强度校核 254.7.3封头的刚度校核 254.8部分附件设计选型 254.8.1正压保护阀 254.8.2真空阀 254.8.3CIP清洗装置 254.8.4温度传感器 254.8.5液位高度传感器 264.8.6压力传感器 264.8.7最低液位和最高液位探头 264.8.8人孔 264.8.9视镜 264.8.10洗涤液接管 264.8.11CO2回收压缩空气接管 274.8.12冷却剂进出接管 274.8.13出酒管 274.8.14支座 27第五章 发酵车间的设计 285.1车间布置概述 285.2车间设计的原则 285.3车间布置草图 285.3.1车间布置图 295.3.2车间布置设计图的绘制方法 29第六章 发酵工段水、汽、制冷估算 306.1发酵工段用水估算（自来水） 306.1.1酵母洗涤用水 306.1.2发酵罐洗刷用水 306.2发酵工段耗冷估算 306.2.1工艺耗冷量 306.2.2非工艺耗冷量Qnt 336.3发酵工段蒸汽耗量 33第七章 “三废”处理以及综合利用 357.1废气处理 357.2废水处理 357.2.1好氧生物处理 357.2.2活性污泥法 357.3废渣处理 367.3.1废酵母的处理 367.3.2硅藻土泥的处理 36第八章 工业卫生与劳动安全 378.1工业卫生措施 378.2劳动安全措施 37参考文献 39致谢 40啤酒生产工艺流程图 41 第一章总论 1.1.纯生啤酒的简介普通啤酒与纯生啤酒的根本区别在于普通啤酒是经过高温灭菌处理的熟啤酒，减少了啤酒原有的香醇、新鲜味，存在口味上的不稳定性；纯生啤酒则是没有经过高温杀菌，其口感新鲜，口味柔和，酒香清醇。但纯生啤酒与普通的生啤酒又有所区别，纯生啤酒是采用无菌膜过滤的技术，过滤除去了酵母菌和杂菌，保质期可达180天；生啤酒虽然也是未经过高温杀菌，但它所采用的是硅藻土过滤机，只能滤掉酵母菌，不能滤掉杂菌，因此其保质期一般在3—7天。1.2设计目的和任务毕业设计，不但使我的基本理论和专业知识得到巩固，而且拓宽了我的知识面，是我更加能够灵活地运用书面上的理论知识，并且融会贯通到现实生产当中，培养了我的动手能力，同时也锻炼了我的独立思考与独立解决疑难问题的能力。本设计的任务书由生物工程教研组下达，进行年产20万吨10度纯生啤酒厂的设计——发酵罐及车间的设计。设计内容包括整个工艺流程的设计；优化工艺流程及主要设备的选择；对于发酵过程水、电、气、汽、制冷的估算；对于所需发酵罐的设计选型和车间的绘制的绘制。要使工厂的效益好，我们必须在生产工艺和设备的选择，工厂的布局及人员的调配等方面要做周全的考虑。这是对我思考问题的全面性和灵活性的一个考验，是一个难得的锻炼机会与积累经验的过程，为走向社会打下一定的基础。1.3设计原则设计方案技术先进，安全可靠。力求投资少、见效快、回效期短，便于施工。充分注意回收和综合利用，排放标准要符合环境卫生标准。符合有关卫生、防火、人防等方面的要求，保证生产的安全。1.4设计的配套教材及参考资料发酵工厂工艺设计概论，吴思方，中国轻工业出版社，2003.8发酵工厂工艺设计，沈自法，华东理工大学出版社，1994.6生物工程设备，梁世中，中国轻工业出版社，2005.2微生物工程工艺原理，姚汝华，华南理工大学出版社，1996.3化工工艺设计手册，化学工业出版社，1989.12房屋建筑制图统一标准（GB/TJ50001-2001），中华人民共和国标准，20021.5车间平面图布置设计要求在布局设计时要注意搞清楚车间之间的关系，车间布置力求简单实用，适当讲究美观。合理的安排人流、物流，避免往返交叉运输原料、半成品和成品。应按照工艺流程顺序布局设备，做到纵横上下相呼应。在操作中相互有练习的设备，应布置得接近，便于供热操作，设备排列整齐，设备之间要保持必要的距离，这样除了要照顾到合理的检修与操作的要求外，还应考虑到物料运输通道以及设备周围临时放置原料以及半成品的可能性。车间布置应满足检修要求，厂房应有足够的高度，以便于吊装设备。对于多层车间，应该放置必要的吊装孔和吊装门。在车间设置时要充分考虑劳动保护、防火安全和防腐等特殊要求，设计要符合各项设计规范。车间布置方面，要考虑到今后的发展，应留有发展的余地在厂房内外。在进行车间布置设计时，对其他非工艺专业的设计要求也必须同时满足。泵、马达要用密封防护罩保护转动设备，车间平面要保证有足够尺寸。较重、较大的设备应布置在底层。设备管道的布置应尽量避免死角，尽可能加强自然通风。1.6管道安装的要求管道施工图设计必须符合工艺设备要求，便于安装、检修和操作管理。管道布置要整齐合理，条件允许下，尽可能使管道最短，阀门最少。管道阀门的布置要注意避免死角，特别是种子罐，发酵罐设备的管道阀门布置尤其要注意，要接上蒸汽管和水管以方便清洗和灭菌。易塞管在阀门的前面接上水管或压缩空气管。采用不锈钢、紫铜搪管、铝管等，同时为了便于清洗，一切管接配件采用活络街头或法兰连接。管子架高度离地面2米较为适合。由于溶液流过管道时会产生静电，所以运输溶液的管道要接地线。管子长度一般2米以内，便于安装。1.7“三废的处理”1.7.1三废处理综合利用发酵工厂在生产过程中，要排放大量的废气、废水和废渣，简称“三废”。据估计，每生产1kg的发酵产品要排放几百公斤的废水废渣和几百立方的废气。所以要在排放“三废”前对其进行处理，以减少环境的破坏。发酵液废渣：经干燥处理后，粉碎，制成饲料。废气：可以尝试用特制的过滤除湿设备过滤排出的空气，使之与新鲜的无菌空气混合在进入发酵罐使用，以节省通风的电耗。废水：废水一般是通过各种设备将其中的微生物、营养杂质、重金属等对环境影响比较大的物质减少出去后直接排放或循环使用。1.7.2废物排放表1废物排放废物名称处理方式废水（检测并处理后排放到江河发酵废渣（菌体）进行二次利用1.7.3废水排放标准表2废水排放标准表序号项目名称最高允许排放浓度1PH6-92悬浮物500mg/L3生化需氧量30mg/L4化学耗氧量100mg/L1.8厂址的选择依据1、要有可靠的水源，为满足啤酒厂生产用水的水质、水量及水温的条件，应尽可能靠近水似，以缩短管路及动力电缆的铺设工程.如用山泉水、地下水、水库水，自来水或江河水等水源，可单独采取一种水源，也可取二种或三种水源以分别用于生产。2、根据交通运输方式的不同而考虑厂址的位置.如原材料、成品以水运为主，则应尽可能靠近河流，并考虑码头的适当位置:如以陆运为主，则须靠近铁路或公路，并尽量减少沿途修建桥、隧洞的工程。3、厂址应尽可能靠近一些已有的热，电源，以充分取得企业协作的条件。4、厂址地质要符合啤酒厂设计的要求，一般地耐力宜在20吨/平方米以上为好，可节约基础工程投资，但应避免在地表过浅或已露头岩石的地区及喀斯特、土崩、滑坡、流砂地区或是古河道，古墓之上选择厂区。5、一般啤酒厂厂址应避免选在地震基本烈度在七度或七度以上地区:当地展基本烈度为九度或超过九度的地区不宜建大型啤酒厂。6、厂址应尽量靠近城镇或啤酒销售区域，以减少大量的瓶箱运输。7、选厂中还应尽量了解施工期间水电供应，劳动力来源，施工工人居住生活，施工机械、预制场地、建材的运输、堆放等条件的利便情况。8、选厂时应考虑职工生活区的位置，并尽可能靠近城镇，以减少集体事业设施的投资，改善职工生活福利的条件。9、要考虑啤酒厂的综合利用以及啤酒厂废料的处理及堆放场地。工艺流程选择以及论证2.1产品的原辅料介绍啤酒酿造需要四种原料：大麦、酒花、水和酵母。这些原料的质量决定着所生产啤酒的质量。了解这四种原料的特性及其对工艺的影响，是对其进行加工处理的前提，只有这样才能有针对的进行工艺控制。2.1.1大麦大麦为啤酒酿造提供必须的淀粉，这些淀粉在啤酒厂的糖化车间被转变成可发酵性浸出物。种植适合酿造啤酒的大麦品种非常重要，因为由这些大麦制成的麦芽，浸出物含量很高。大麦之所以适于酿造啤酒，是由于：大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类。大麦种植遍及全球。大麦的化学成分适合酿造啤酒。大麦非人类食用的主粮。按用途之别大麦可分为食用、饲料及酿造用三类。按大麦籽粒在麦穗上断面分配形态，可分为六棱大麦、四棱大麦和二棱大麦。我国华北地区都种植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。2.1.2大米大米作为辅助原料，主要是为啤酒酿造提供淀粉来源，一般大米用量为25％～45％。大米淀粉含量比大麦，玉米高出10％～20％，而蛋白质含量低于两者3％左右，因此用大米代替部分麦芽，可以提高发酵醪糖浓度而几乎不带入含氮组分，使蛋白质和多酚类化合物在麦芽汁中的浓度相对减少，这样既可提高出酒率，又有利于改善啤酒风味。但大米用量不宜过多，不然将会造成酵母繁殖力差，发酵迟缓的后果。大米的淀粉颗粒小，且结构紧密，因此糊化困难，糊化时应加大用水量和使用麦芽或淀粉酶，以提高糖化收率。2.1.3酒花 酒花又称啤酒花、蛇麻花等，它是雌雄异株，成熟的雌花用于啤酒发酵。酒花在啤酒中的作用分别是：①酒花有抑菌作用，将它加入麦芽汁中能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。②酒花能提高啤酒泡沫的持久性。③酒花使蛋白质沉淀，有利啤酒澄清。④酒花给予啤酒香味和爽口苦味。2.1.4水啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤、冷却水两大部分。加工用水中投料水、洗槽水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒的重要原料之一，在习惯上称酿造水。洗酵母水、啤酒规律用水等也或多或少的会进入啤酒。啤酒的好坏与啤酒酿造水的品质有关，而水品质主要取决于溶解在水中盐类的种类和含量、水的生物学纯净度及气味，它们将对啤酒酿造全过程产生很大的影响，如糖化时水解酶的活性和稳定性、酶促反应的速度、麦芽和酒花在不同含盐水中溶解度的差别、盐、单宁－蛋白质的絮凝沉淀、酵母的痕量生长营养和毒物、发酵风味物质的形成等，最终还将影响但啤酒的风味和稳定性。2.1.5酵母酵母是真菌类的一种微生物。在啤酒酿造过程中，酵母就像是在变戏法，它把麦芽和大米中的糖分发酵成有特殊风味特色的啤酒，并且产出酒精、二氧化碳和其他微量发酵产物。这些微量但是种类多不胜数的发酵产物和其它那些直接来自于麦芽、酒花的风味物质混合起来，就组成了成品啤酒那诱人而又独特的特征。有两种主要的啤酒酵母菌，分别是"顶酵母"和"底酵母"。用显微镜看时，顶酵母呈现的卵形稍比底酵母明显。“顶酵母"名称是来自发酵过程，由于发酵过程中，酵母上升至啤酒表面并能够在顶部撇取。“底酵母"则是一种一直存在于啤酒内部，在发酵结束后会沉淀于发酵桶底部。“顶酵母"能够生产出淡色啤酒，烈性黑啤酒，苦啤酒。“底酵母”能够生产出贮藏啤酒和Pilsner。2.2啤酒生产工艺流程图大米→粉碎→糊化←水↘↓大麦→麦芽→粉碎→糖化↓水→过滤→麦糖↓酒花或其制品→煮沸↓酒花分离→酒花糖↓废酵母酵母澄清→热凝固物↖↓↓后发酵←主发酵←前发酵←冷却→冷凝固物清洗←空瓶或空罐装酒→灭菌→瓶装或罐装啤酒（熟啤酒）↗过滤↘装酒→灭菌→桶装啤酒（熟啤酒）刷洗和灭菌空桶灌装成品啤酒（纯生啤酒）图3发酵部分工艺流程图根据本课题研究目的，只选用纯生啤酒一途径，熟啤酒就不在此论述。2.3生产的工艺要点啤酒的生产主要包括麦芽制备、麦汁制造、发酵、后处理及包装四大工序，每一个部分都很重要。2.3.1麦芽的制备酿制啤酒的主要原料是大麦，它在人工控制的外界条件下需经过：浸麦、发芽、干燥、除根四个操作过程，生产上称为麦芽制造。麦芽是啤酒的精髓，麦芽质量的优劣将直接影响啤酒的质量。（1）选麦好的麦芽先要选好的大麦。通常要求精选后的净麦夹杂物不得超过0.15％；麦粒的整齐度，就是腹径2.2mm在以上麦粒要求达93％以上；精选率一般为85％～90％。（2）浸麦也叫浸渍，分别为洗麦、浸麦和通风三个过程。浸麦主要是为了供给大麦发芽时所需要的水分，通过洗麦，除去浮麦，浸出皮壳中的色素、单宁和盐类等有害物质，提高发芽的质量。（3）催芽催芽是在最后一次浸麦时或发芽初期，采用0.15mg/kgGA处理，对促进与调节麦芽生长有良好的效果。（4）发芽大麦经过浸渍，吸收了一定的水分，使麦粒脱离休眠状态，在适当的温度和充足的空气条件下，使之生成新鲜麦芽的过程被称之为发芽。大麦发芽的方法按设置条件，可分为地板式、通风式、塔式和连续式等。（5）干燥干燥的作用是能够给将绿麦芽的水分降低，发芽停止，便于去根和贮藏。但这并不只是一个简单的水分蒸发过程，而且进行了复杂的生化变化。（6）除根经过干燥后的麦根是十分焦脆的，只要稍加摩擦就能使其脱落。因此，在出塔以后的干麦芽，就必须把根除去。2.3.2麦汁的制造麦汁制造，俗称糖化，即指麦芽及其辅料的粉碎，醪的糖化、过滤以及麦汁煮沸、冷却的过程。其工艺指标控制的好坏对啤酒的稳定性、口感等技术指标起着决定性的作用。麦汁制造过程包括以下几个步骤，分别是：原料的糊化、糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理—澄清、冷却、通氧等一系列物理学、化学、生物化学的加工过程。（1）麦芽及辅料的粉碎麦芽及其辅料原料在进行糖化前必须先进行粉碎。粉碎是为了增加原料和水的接触面积，使原料及麦芽内可溶物质浸出，促进难溶物质溶解。原料粉碎的程度和糖化制成麦汁的组成及原料利用率的高低有着密切的关系。粉碎时要控制麦芽及其辅料适宜的粉碎度，有助于较好地处理质量较差的麦芽，降低麦皮的浸出物含量，加快糖化过程的物质溶解，缩短糖化时间，提高收率，使糖化过程的自动化操作处于最佳状态。（2）糖化糖化是麦汁制备的最主要的部分。糖化是指将麦芽和辅料中高分子贮藏物质及其分解产物（淀粉、蛋白质、核酸、植酸盐、半纤维素等及其分解中间产物），通过麦芽中各种水解酶类作用以及水和热力作用，使之分解并溶解于水，此过程称为“糖化”。糖化过程是原料的分解和萃取过程，它主要是依靠麦芽中各种水解酶的酶促分解，而水和热力作用是协助酶促分解和浸取过程。糖化过程是一个非常复杂的生化过程。（3）糖化醪过滤麦芽醪过滤就是要获得澄清麦汁。麦芽醪的过滤包括如下三个过程：残留在糖化醪中的耐热性的α－淀粉酶，将少量的高分子糊精进一步液化，使之全部转变成无色糊精和糖类，提高原料浸出物收率；从麦芽醪中分离出“头号麦汁”；用热水洗涤麦糟，洗出吸附于麦糟的可溶性浸出物，得到“二滤、三滤麦汁”。（4）麦汁的煮沸和酒花的添加麦汁的煮沸主要是为了蒸发多余水分，使麦汁浓缩到规定浓度；为了破坏酶的活力，防止淀粉酶等继续作用，稳定可发酵性糖与糊精的比例，稳定麦汁组成；同时能达到麦汁灭菌，特别是乳酸菌等杂菌，避免发酵时产生酸败，以保证最终产品的质量。（5）麦汁的冷却麦汁煮沸定型后，必须立即进行冷却，目的在于麦汁冷却至定型温度，适合酵母发酵的需要；充入一定量的氧气以利酵母繁殖；除去麦汁煮沸及冷却时凝聚的沉淀物和酒花，以利发酵和提高啤酒质量。冷却要求时间短，麦汁无细菌且不浑浊，沉淀损失少，操作简单。2.3.3发酵将预先制备好的啤酒酵母接种于被冷却的麦汁内，啤酒发酵便开始了。发酵分为：前发酵、主发酵和后发酵三种。前发酵的含义，实际上将接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触之后，有较长的生长滞缓期，才能进入出芽繁殖细胞浓度达到2×107个/ml时，发酵麦汁表面开始起沫，这个阶段就是前发酵。啤酒发酵的主要阶段就是主发酵，也是啤酒发酵的第一阶段，主要内容是啤酒酵母菌对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，生成酒精和CO2以及其他一些物质，以构成啤酒的主要成分。主发酵过程工艺的控制很重要，重点控制的是温度、浓度和时间。三者互相制约，又相辅相成。2.3.4后处理及包装成熟啤酒经过贮藏后的，它的蛋白质凝固物和残余酵母等沉积于贮酒罐底部，有少量仍悬浮于酒液中，必须经过分离或过滤将其除去，从而得到清亮透明的啤酒。这样不单止可使啤酒的外观更加有吸引力，又可以更大地改善啤酒的生物稳定性和非生物稳定性，然后才可以进行包装。啤酒过滤或分离的方法有五种，分别是：滤棉法、硅藻土法、板式过滤法、微孔薄膜过滤法、离心分离法。较合理的工艺是联合方式处理，粗滤方法分别为硅藻土法与离心分离法常，精滤方法分别为板式过滤法和微孔薄膜过滤法。单用滤棉过滤法或硅藻土过滤法一次处理可制新啤酒，但不能达到无菌水平。成熟啤酒经过过滤以后，就可以包装出厂。啤酒包装是啤酒生产的最后一道工序，对啤酒质量与外观有直接的影响。啤酒的包装方式需根据销售需要而分装为瓶装啤酒、罐装啤酒和桶装啤酒几种。对于不同地点销售有不同的处理方法，一般在当地销售的啤酒以不经杀菌的桶装或瓶装、罐装鲜(生）啤酒为主,而运至外地销售的以及出口啤酒，则通常是经过杀菌的瓶装或罐装熟啤酒，或经无菌过滤的纯生啤酒，其保质期较长。发酵物料衡算3.1物料衡算的意义物料衡算是指理论上进行生产时，所要消耗的物料和可以得到的产品以及副产品的量，物料衡算的准确与否关系到整个生产工艺的合理性和设计的可行性，是整个设计阶段的重要一环。3.1.1物料衡算基础数据根据表3-1的基础数据，先进行100kg原料生产10°P纯生啤酒的物料衡算，然后进行1000L10°P啤酒的物料衡算，最后进行200000t/a啤酒厂的物料衡算。表4啤酒生产基础数据项目名称百分比﹪说明定额指标原料利用率98.5麦芽水分6大米水分13无水麦芽浸出率75无水大米浸出率95原料配比麦芽75大米25损失率冷却损失3.5发酵损失1.5对热麦汁而言过滤损失1.0装瓶损失1.0总损失率啤酒总损失率7.0对热麦汁而言3.1.2以100kg原料为基准（1）热麦汁量根据表4-1可得到原料收得率分别为：麦芽收得率为：大米收得率为： 混合原料收得率为：（0.75×70.5%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79%由上述可得100kg混合原料可制得12°P热麦汁量为：（71.79÷12）×100=598.3kg又知12°P麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃时的麦汁比20℃（598.3÷1.084）×1.04=574L

（2）冷麦汁量：574×（1-0.03）=556.8L

（3）发酵液量：556.8×(1-0.01)=551.2L

（4）过滤酒量：551.2×（1-0.01）=545.7L

（5）成品酒量：545.7×（1-0.01）=540.2L3.1.3生产1000L10°纯生啤酒的物料衡算根据上述衡算结果可知，100kg混合原料可生产10°P成品啤酒540.2L，故可得出下述结果：

（1）生产1000L12°P淡色啤酒需耗混合原料量为：（1000/540.2）×100=185.1kg

（2）麦芽耗用量：185.1×75%=138.8kg

（3）大米耗用量：185.1-138.8=46.3kg

（4）酒花耗用量：对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：（547/540.2）×1000×0.2%=2.13kg

（5）热麦汁量为：（574/540.2）则湿麦糟量为：湿大米糟量为：故湿糖化糟量为：163.1+16.11=179.2kg（8）酒花糟量：设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：［（100-40）/（100-80）］×2.13=6.39kg3.1.4200000t/a10°P淡色啤酒糖化车间物料衡算设生产旺季为8个月共240天，每天糖化6次，而淡季四个月共120天，每天糖化5次，每年的工作日为360天，因此，每年总糖化次数：240×6+120×5=2040次,把前述的有关啤酒物料衡算计算结果整理见下表3-1：表5啤酒生产物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料对1000L成品啤酒糖化一次定额量（100kL10°啤酒）200000t/a啤酒生产混合原料kg100185.11851037760.4×103麦芽kg75138.81388028315.2×103大米kg2546.346309445.2×103酒花kg1.202.13213434.52×103热麦汁L5741063106300216852×103冷麦汁L556.81031103100210324×103湿糖化糟Kg96.78179.21792036556.8×103湿酒花糟Kg3.456.396391303.56×103发酵液L551.21020102000208080×103过滤酒L545.71010101000204040×103成品啤酒L540.21000100000204000×103备注：10°P啤酒的密度为1010kg/m，实际年生产啤酒:204000t重点设备——发酵罐设计4.1发酵罐选型根据生产条件，选用锥底圆柱形发酵罐，目前国内几乎所有的厂家都用这种发酵罐。4.2发酵罐数量的确定发酵罐的个数为：N=[(t×n)/A]+3式中：t-发酵周期N-每天糖化的次数（按旺季计算）A-每个发酵罐可以容纳的麦汁的批次数3-周转量数根据工艺，规定3锅麦汁进1个发酵罐，每天最大糖化次数为6次，啤酒生产周期为12天，则有N=[（12×6）/3]+3=27（个）4.3发酵罐规格的设计以及计算4.3.1容积糖化一次可得冷麦汁量为103100L，三锅进一个发酵罐则有效容积V=103.1×3=309.3m3取填充系数为0.8，以便为泡沫提供预留空间则总容积V总=309.3/0.8=386.625m3,考虑到进出料周转、清洗时间和发酵时间可能延长取400m34.3.2发酵罐的直径径高比一般以（1:3）-（1:4）为宜，此处取H:D=4:1，圆锥底角一般为70-75°，这里选圆锥底角为74°，则锥高：h=D/(2tanα/2),又V总==，代入相关数据得D=6.8m,H=13.6m,h=3.4m4.3.3发酵罐总高封头高取h0=D/4,故h0=6.8/4=1.7m,H总=H+h0+h=13.6+1.7+3.4=18.7m4.3.4冷却面积计算冷却面积取Q大值来计算A=Q/(k)，式中k=100kJ/m2.k根据发酵工艺，啤酒在1天内温度从16℃降至10℃放出热量Q1Q1=mc(t2-t1)=309.3×1.010×（16-10）/24×3.7=288963.5kJ/h，啤酒在后期2.5天内由10℃降至0℃放出热量Q2Q2=mc(t2-t1)=309.3×1010×（10-0）/(2.5×24)×3.7=115585.4kJ/h因为Q1>Q2，故取Q1计算=（14-17）/(ln14/17)=15,A=288963.5/100×15=43.3m24.4发酵罐的材料锥形发酵罐置于露天环境，要进行良好的保温，以降低生产中的耗冷量，所用保温材料要求热导率低，密度小，吸水率低，不易燃烧。聚苯乙烯泡沫塑料式最佳绝缘材料，但价格较高，聚苯胺树脂价格较便宜，可现场发泡喷涂，施工方便，但易燃。两种材料的保温厚度为15-20cm，膨胀珍珠岩因易吸水，保温性能要差一些，但价格低廉，使用厚度为20-25cm为宜，结合本设计实际情况，综合考虑选价格中等的聚酰胺树脂作为保温材料。保温材料外部设防护层，采用瓦楞型板材，罐体采用型号为0Cr18Ni9的不锈钢。4.5椭圆封头的设计常见的上封头有球冠形封头、半球形封头、蝶形封头、椭圆形封头，由于椭圆部分经线曲率平滑连续，故封头中盈利分布计较均匀，另外椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成形，故本设计采用椭圆形封头。4.5.1设计参数的确定设计压力P设计压力是指发酵罐顶部的最高工作压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。本设计发酵罐上装有安全阀，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力P不能低于安全阀的开启压力，通常设计压力为安全阀开启压力的1.05-1.1倍，本设计采用设计压力为安全阀开启压力的1.1倍。本设计采用一罐法发酵工艺发酵，在发酵过程中去安全阀的最大开启压力为0.16Mpa。则设计压力P=1.1×0.16=0.176Mpa设计温度设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度，它用于确定材料的许用应力，本设计发酵罐最高的工作温度为16℃，为安全起见，考虑到发酵罐有保温和保冷措施，及一定的安全性。设计温度取18℃。许用应力许用应力是容器壳体、封头等受压元件的材料允许的最高强度。本设计选用的材料为不锈钢0Cr18Ni9型号，查表知其许用应力为137Mpa。焊接接头系数通过焊接制成的容器，其焊缝的强度比较薄弱，为了补偿焊接时可能出现的焊接缺陷对容器强度的影响，引入了焊接接头系数φ，它反映了由于焊接连接时材料强度的削弱程度，本设计采用焊接方式为双面焊接，全部无损探伤，故焊接系数为1。厚度附加量按公式计算得到的容器厚度，不仅要满足强度和刚度要求，而且还要根据实际情况加入一定的厚度附加量C。C=C1+C2式中C1——厚度负偏差，C2——腐蚀裕量本设计取C1=0.3mm，C2=1mm，故C=1.3mm。4.5.2椭圆封头厚度的计算式中： ——计算厚度 K—形状系数，此处选标准椭圆形封头，故为1。 ——设计温度下材料的许用应力，又由材料0Cr18Ni9查表得[σ]t=137MPa。 ——焊接接头系数，=1.则 =2.06mm设计厚度d=+C=2.06+1.3=3.36mm，圆整至4mm。即名义厚度n=4mm。又由于标准椭圆形封头的厚度不小于0.15%Di，0.15%Di=3200×0.15%=4.8mm>n=4mm，（注：为简化计算，取加工减薄量为0）故取厚度为4.8mm，圆整至5mm。4.5.3椭圆封头强度校核1：压力校核最大允许工作压力：[Pw]=式中——封头的有效厚度=-C=5-1.3=3.7mm，故[Pw]==0.32MPa>Pc=0.176Mpa(设计压力)故压力校核符合要求。2：应力校核:式中P—试验压力，本处取最大工作压力[Pw]——试验压力下的许用应力所以=57.2Mpa<=137Mpa故应力校核符合要求4.6圆柱筒体的设计4.6.1筒体厚度的计算式中Pc—筒体的计算压力，本处取计算压力等于设计压力——筒体的计算厚度每次进发酵罐的发酵液体积为86.5m3，设锥底体积为V，则V==7.5m3设圆柱筒体内发酵液高度为h则86.5-4.7=×（D/2）2×h得：h=10.2m发酵液产生的最大压强P=gh=1032×9.8×10.2=0.103Mpa则筒体设计压力P=1.1×（0.103+0.176）=0.307Mpa。又[σ]t=137Mpa，φ=1δ=P×Di/(2[σ]tφ-P)=0.307×3200/（2×137-0.307）=3.6mm设计厚度δd=δ+C1+C2=3.6+0.3+1=4.9圆整至5mm4.6.2筒体强度校核1：压力校核最大工作压力：[Pw]=2[σ]tφ(δ-C)/[Di+(δ-C)]=2×137×1×(5-1.3)/[3200+(5-1.3)]=0.316MPa>0.307MPa(设计压力)2：应力校核σ=P[Di+(δ-C)/2(δ-C)φ=0.307×[3200+(5-1.3)]/[2×(5-1.3)=131MPa<137MPa=[σ]t则选择5mm符合要求4.7锥形封头的设计4.7.1锥形封头厚度的计算锥底高度h=2.1m，则锥底的最大液柱高为：2.1+10.2=12.3m。产生最大静压强： P静=ρgh=1032×9.8×12.3=0.124MPa设计压力P=1.1×（0.176+0.124）=0.33MPa当а/2≥30°时，往往采用带折边的锥形封头，标准的折边锥形封头r=0.15Di，由于本次设计为а/2=37°＞30°，采用带折边的锥形封头[9]。形状系数K由常用压力容器手册查的K=0.7455。由于封头过渡部分与锥体部分受力情况不同，因此，两部分的厚度计算公式也不相同。过渡部分：δ=KPDi/(2[σ]tφ-0.5P)=0.7455×0.33×3200/(2×137-0.5×0.33)=2.87mmδd=δ+C1+C2=1+0.3+2.87=4.17圆整至5mm锥体部分：δ=fPDi/(2[σ]tφ-0.5P)=0.58×3200×0.33/(2×137-0.5×0.33)=2.24mmδd=δ+C1+C2=2.24+0.3+1=3.5mm圆整至4mm锥体厚度取两者最大值，即5mm。4.7.2锥形封头的强度校核同理，和上面的方法类似，可对锥形封头的强度进行校核，经校核，满足要求。4.7.3封头的刚度校核容器和风头的最小厚度主要考虑制造工艺要求以及运输和安装过程中得刚度要求。同时，根据工程经验确定其值。不包括腐蚀余量。设计中采用得材料为不锈钢，最小厚度δmin=2mm。设计中椭圆封头厚度、筒体厚度、锥形封头厚度均大于2mm因此，符合要求。4.8部分附件设计选型4.8.1正压保护阀发酵罐内压力升高时，会发生危险，因此，必须安装正压保护阀。空罐的压力变化特别明显，罐容越大，危险性越大。正压保护阀安装在锥形罐的顶部。4.8.2真空阀大罐对真空很敏感，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，即使温度只有很小的变化，也会造成较大的气体体积的变化。4.8.3CIP清洗装置发酵完毕后，通常要对罐进行清洗，冲洗喷头与罐顶装置相连接，保证灌顶和罐体都能很好地被清洗，大罐清洗装置有下列三种：固定式洗球，旋转式洗球和旋转式喷射洗球。本设计采用最后一种。4.8.4温度传感器在主发酵过程中，需要进行准确的温度控制和精确的温度测量，由于在这期间内会出现强烈的对流，形成温差，因此，需要在罐的上部1/3处分别安装温度传感器，并连接计算机，实现自动化控制。4.8.5液位高度传感器罐内液位的检查很重要，通过压差变送器，可将压力信号转换为液位高度，通过计算机显示出液位的高度。4.8.6压力传感器在发酵和贮酒中，必须监控锥形罐的压力，本设计采用压力传感器与计算机采集数据，随时检查正压、负压保护阀是否正常。4.8.7最低液位和最高液位探头为保证进液时不超过最高液位，出罐时能终止液体流出，在发酵罐上下两部位均安装相应探头，同时与计算机相连接，事先自动化管理。4.8.8人孔由于本设计的重点设备发酵罐属于内压容器，故应选择受压人孔，受压人孔有回转盖式，吊盖式。吊盖式人孔使用方便，垫片压紧较好，而回转盖式人孔结构简单，转动时所占空间较小，如布置在水平位置，开启时较为费力，综合考虑，本设计选用吊盖式人孔。公称直径选为500mm。4.8.9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Dg500JB120-73，S补=150*10/（300-163）=10.95mm，故取12mm，重4.69kg。4.8.10洗涤液接管选用钢管型号为：Dg80YB804-70（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg100HG5010-58。4.8.11CO2回收压缩空气接管选用钢管型号为：Dg80YB804-70（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg100HG5010-2冷却剂进出接管选用钢管型号为：Dg80HG5010-58（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg80HG5010-584.8.13出酒管选用钢管型号为：Dg100YB231-70（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg100HG5010-584.8.14支座支座的选择要根据罐的重量以及支座来进行，罐的重量=表面积×厚度×密度=（11.5×5+25×6+128.6×5）×7.9=6719kg酒的重量为:309.3×1.010×1000=312393kg总重为312393+6719=319112kg319112×9.8=3127298N选JB/T4725-92，耳座B8,长臂，带垫板，允许载荷250KN，一共13个发酵车间的设计5.1车间布置概述本文论述的是发酵车间的设计，而车间布置是啤酒厂设计的重要组成部分，是在完成工艺流程图和设备选型后，对车间的配置和设备的排列作出适当的安排。它关系到今后的生产是否能在良好的操作条件下正常、安全地进行；关系到投资费用的大小；并对土建、供电、供水、供气等设计和设备安装、检修等均有直接影响。车间布置设计不仅要求工艺设计了解生产操作、设备维修和一定的安装知识，而且要具备一定的土建、电力、自动仪表的等其他专业的基本知识。车间布置设计以工艺为主导，并在其他专业的密切配合下完成。根据物料衡算和发酵罐所能生产量，本设计最后确定所需的发酵罐的数量为27个，根据以下论述的车间原则，妥善安排摆放，务求适合工作人员的操作和控制。5.2车间设计的原则一个好的车间布置设计应是设备排列简洁、紧凑、整齐、美观和操作、维修方便。设计时注意下列原则。 （1）应符合生产操作的要求，设备分类集中布置。（2）必须按流程的流向顺序依次进行设备的排列，让物料顺畅地向前运输，保证垂直方向和水平方向的连贯性，避免物料和产品有往返和交叉的输送。尽可能利用工艺位差，以节省动力设备的费用。（3）符合厂房建筑的要求，车间的高度一般为4～6m。（4）满足设备顺利进出车间的要求。因此，本设计当中的发酵工厂车间必须符合以上要求，从而满足工作需要，达到最佳和最优化的空间，务求使发酵工作，可以做到安全，正常。5.3车间布置草图在熟悉掌握有关设计图纸、资料情况下，根据生产流程、生产性质、各专业的要求等初步划分生产、辅助生产和生活设施的位置，确定厂房柱距和跨度。先布置好流程中的主体和立体设备，再逐一计算每个设备必须的辅助场地和空间，进一步布置辅助设备和设施以及所需的场地和空间。最后确定柱网、楼梯、通道等占用的面积、未知和空间，以及设备等与墙面的距离。综合、计算和分析确定厂房的平面尺寸。5.3.1车间布置图标出车间边墙轮廓线，门窗位置，楼梯位置，柱网间距及以编号、各层标高的车间建筑平面图；设备外形俯视图和流程号及设备的定位尺寸；辅助用房及生活的位置、尺寸，以及室内主要设备、器具的位置和尺寸。发酵车间的设计平面在附录给以分析说明。5.3.2车间布置设计图的绘制方法用细点划线画出设备的中心线，用粗实线画出设备外形轮廓及主要接管口，以表示安装方位。标注车间建筑的尺寸。平面图中需要标注车间的长度、宽度总尺寸，柱、墙定位轴线的间距尺寸。布置图所有设备均需标出名称和代号，并与工艺流程图相一致。注写说明，制设备一览表及标题栏。发酵工段水、汽、制冷估算6.1发酵工段用水估算（自来水）6.1.1酵母洗涤用水每天需酵母泥约6t，洗水量为酵母泥6倍，设备用水时间1h，则每小时最大用无菌水量：6×6=36t/h=36000kg/6.1.2发酵罐洗刷用水每罐洗水4t，洗涤0.5h，每小时最大洗刷发酵罐用水量4/0.5=8t/h=8000kg/h6.2发酵工段耗冷估算6.2.1工艺耗冷量近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法。使用的冷却介质为2℃的冷冻水，出口的温度为85℃。糖化车间送来的热麦汁温度为94℃根据表4-2啤酒生产物衡算表，可知每糖化一次热麦汁106300L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3,故麦汁量为：m=1048×106.300=111402.4(kg)又知100Bx麦汁比热容C1=4.0kJ/(kg·K),工艺要求在1h小时内完成冷却过程，则所耗冷量为： 式中t1和t2——分别表示麦汁冷却前后温度（℃）τ——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，则麦汁冷却每罐耗冷量为：Qf=4Q1=3×39.21×106=117.63×106(kJ)发酵耗冷量Q2（1）发酵期间发酵放热Q2，假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6kJ/kg。设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：q0=613.6×12%×60%=44.18(kJ)根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为103100L,则每锥形缺罐发酵放热量为：Q01=44.18×103100×4=18.22×106(kJ)由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化6锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高温时期耗冷量为：Q21=(Q01×1.5×6)÷(24×6×4)=(18.22×106×1.5×6)÷(24×6×4)=284687.5(kJ/h)（2）发酵后期发酵液降温耗Q22主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从6℃缓降到-1Q02=4mc1[6-（-1）]=4×111402.4×4.0×7=12477068.8(kJ)工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装1.5个锥形罐）：Q22=（1.5Q02）/(24×2)=389908.4(kJ/h)（3）发酵总耗冷量Q2Q2=Q21+Q22=284687.5+389908.4=674595.9(kJ/h)（4）每罐用冷媒耗冷量Q0Q0=Q01+Q02=18.22×106+12477068.8=30.7×1066.2.1.在锥形罐啤酒发酵过程，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5—7次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。冷却前无菌水温30℃。用由中述条件，可得无菌水用量为：mw′=103100×6×1.0%×3=18558(kg/d)式中103100——糖化一次的冷麦汁量（kg）每班无菌水量：mw=mw′/3=18558/3=6186(kg/每班)假无菌水冷却操作在2h小时内完成，则无菌水冷却耗量为：Q3=[mwcm(tw-tw′)]/τ=[6186×4.18×(30-1)]/2=374933.46(kg/h)每罐用于酵母洗涤的耗冷量：Q3=[GwGm(tw-tw′)]/1.5=[6186×4.18×(30-1)]/1.5=499911.28(kJ)式中1.5——每班装罐1.5罐6.2.1.根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h。根据工厂实践，年产200000t啤酒培养冷量为268000（kJ/h），则对应的年冷耗量为：Q4’=Q4×288×=268000×288×15=1157.76×106(kJ)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：Qt=Q1＋Q2＋Q3＋Q4=39210000+674595.9+374933.46+268000=40.53×106(kJ/h)6.2.2非工艺耗冷量Qnt除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，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，现分别介绍。露天锥形罐冷量散失Q5锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失。通常，这部分的冷量由经验数据选取。根据经验，年产20万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在52000-120000kJ/t啤酒之间，本设计选80000kJ/t啤酒。则旺季每天耗冷量Q5=Gb×80000=27845×1.010×6×80000/10000=1349925.6(kJ/d)式中Gb—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1.5倍，则高峰耗冷量为：Q4=1.5Q5/24=84370.35(kJ/h)散失冷量Q6因涉及的设备、管路很多，若按前面介绍的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据实验经验选取。通常，取Q6=12%Qt，所以：Q6=12%Qt=12%×40.53×106=4863600(kJ/h)非工艺耗冷量Qnt=Q5+Q6=1349925.6+4863600=6213525.6(kJ/h)6.3发酵工段蒸汽耗量据设计，每年糖化次数为2040次，总共生产啤酒204000000kg.年耗蒸汽总量为：DT=13124×2040=26772960(kg)每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：DS=26772960/50000.709=535.45（kg/t）每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：Dd=13124×6=78744(kg/d)关于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送进发酵车间，必须尽量回收其中的热量。最后若需要耗用冷冻水，则在以下“耗冷量计算”中将会介绍最后，把上述结果列成热量消耗综合表，如表表6啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格（MPa）每吨消耗定额（kg）每小时最大用量（kg/h）每昼夜消耗量（kg/d）每年消耗量（kg/a）备注蒸汽0.3（表压）535.4532817874426772960按旺季计算“三废”处理以及综合利用在纯生啤酒生产过程中，产生的废气、废水、废渣需要经过一定的处理在排放，有利于保护环境，减少危害。符合国家“三废”的排放标准，有益人命健康，并能综合利用。7.1废气处理本设计工厂所生产排出的废气主要有发酵过程和锅炉的烟道排放出来的。发酵过程所排放出来的废气较为干净，经过旋风分离器分离之后再经泡沫捕集器，可直接排放。而锅炉排放的废气，有害成分包括尘埃、二氧化碳等。在烟道中可以用沉降并加水幕除尘的方法来消除烟道中废气的有害成分。7.2废水处理现在，国内外普遍处理啤酒废水均采用生化法。根据处理过程当中是否需要曝气，可把生物处理法分类为好氧生物处理和厌氧生物处理两种。7.2.1好氧生物处理在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动将啤酒废水中的有机物氧化，其产物分别是二氧化碳、水及能量。但这类方法，没有顾虑到废水中的有机物利用问题，因此造成处理成本较高的结果。7.2.2活性污泥法较有代表性的好氧生物处理方法是活性污泥法。活性污泥法能够最有效地处理中、低浓度有机废水，具有处理效果好、投资省等好处。该处理工艺的主要部分分别是：曝气池和沉淀池。废水在进入曝气池后，与活性污泥混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解废水中的有机物，然后用沉淀池将污泥和水的分离。 7.3废渣处理在啤酒厂的生产中会产生下列废渣：（1）酒花糟和麦芽，（2）废酵母，（3）热凝固物，（4）硅藻土（5）冷凝固物，（6）标签纸等。在此，本设计论述最具有代表性的三种：废酵母和硅藻土泥及麦糟的处理。7.3.1废酵母的处理发酵当中大量使用的酵母成为废酵母，属于耗氧量大的生物，因此，酵母绝对不能进入废水，否则很快会变成腐烂物。处理的最好办法就是将蛋白质和维生素含量丰富的酵母作为饲料出售。但为了能够保存，必须立即蒸