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文檔簡介
1、<p> 生物工程課程設(shè)計(jì)說明書</p><p> 題 目:年產(chǎn)30萬噸發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)(12°p)</p><p> 設(shè) 計(jì) 人: </p><p> 系 別: 生 物 工 程 </p><p&
2、gt; 班 級: </p><p> 指導(dǎo)教師: </p><p> 設(shè)計(jì)日期:2011年 5 月 18 日 ~ 6月 1 日</p><p> 年產(chǎn)30萬噸發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)</p><
3、p><b> 第一章 概述</b></p><p> 啤酒是以麥芽為主要原料,添加酒花,經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的,是一種含二氧化碳、起泡、低酒精度的飲料酒。由于其含醇量低,清涼爽口,深受世界各國的喜愛,成為世界性的飲料酒。</p><p> 啤酒的原料是大麥。大麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植最早的谷物之一,幾乎世界上所有地區(qū)都可種植,它的產(chǎn)量在谷物排名上,在小麥、玉米、稻谷之
4、下,居第四位,而且大麥不是人類主要的糧食,習(xí)慣上作飼料。釀酒后的麥糟中,蛋白質(zhì)含量得到相對富集,更適宜于做飼料,于是,用大麥制啤酒得到發(fā)展。</p><p> 中國近代啤酒是從歐洲傳入的,據(jù)考證在1900年俄羅斯技師在哈爾濱建立了第一家啤酒作坊。第一家現(xiàn)代化啤酒廠是1903年在青島由德國釀造師建立的英德啤酒廠。1915年在北京由中國人出資建立了雙合盛啤酒廠。從1905年到1949年的40多年中,中國只有在青島、
5、北京、哈爾濱、上海、煙臺、廣州等地建立了不到10年工廠,年產(chǎn)啤酒近一萬噸,從1949年到1993年,我們用43年的時(shí)間,發(fā)展成為世界啤酒第二生產(chǎn)大國,這樣的發(fā)展速度舉世矚目。</p><p> 我國啤酒工業(yè)的未來主要有以下幾方面的變化:產(chǎn)量的發(fā)展;規(guī)模的擴(kuò)大;技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還有差距,要不斷的提高;原料的發(fā)展;啤酒品種向多樣化發(fā)展;高濃度釀造技術(shù);非熱消毒的純生啤酒釀造;人才的培養(yǎng)等。</p><
6、;p> 隨著世界的發(fā)展,啤酒的生產(chǎn)技術(shù)逐步成為重點(diǎn)。當(dāng)今,純生啤酒的生產(chǎn)技術(shù),膜過濾技術(shù),微生物檢測和控制技術(shù),糖漿輔料的使用逐步發(fā)展起來。相信不久的將來,中國的啤酒業(yè)將以嶄新的面貌躋身于世界啤酒先進(jìn)領(lǐng)域。</p><p> 第二章 設(shè)計(jì)方案的分析與擬定</p><p><b> 2.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p> 通過本
7、次課程設(shè)計(jì),使本專業(yè)的學(xué)生初步掌握工廠工藝設(shè)計(jì)的程序和方法,受到一次工程設(shè)計(jì)的嚴(yán)格訓(xùn)練,使其具有一定的工程設(shè)計(jì)能力。這對于即將從事科研,生產(chǎn)或技術(shù)管理工作的學(xué)生具有十分重要的意義。</p><p><b> 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p> 設(shè)計(jì)任務(wù):年產(chǎn)30萬噸發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)(12°P),一等品麥芽,輔料用量20%</p>&
8、lt;p><b> 重點(diǎn)工段:發(fā)酵階段</b></p><p><b> 重點(diǎn)設(shè)備:發(fā)酵罐</b></p><p> 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下:</p><p> 1.啤酒生產(chǎn)工藝流程的選擇、設(shè)計(jì)及論證。</p><p> 2.全廠物料衡算,水、汽、冷衡算。</p><
9、p> 3.發(fā)酵階段設(shè)備及重點(diǎn)設(shè)備的選型及設(shè)計(jì)。</p><p> 4.附屬設(shè)備的選型。</p><p> 設(shè)計(jì)的繪圖內(nèi)容:發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)</p><p> 2.3 原料、輔料等物料的選擇標(biāo)準(zhǔn)</p><p> 2.3.1原料的選擇</p><p> 釀造啤酒所需原料的質(zhì)量直接影響所生產(chǎn)的啤酒質(zhì)量、啤酒釀造
10、所需的原料主要是大麥、酒花和酵母。</p><p><b> 1.大麥</b></p><p> 大麥?zhǔn)瞧【粕a(chǎn)中最重要的原料,他發(fā)芽不僅含有較高的淀粉,同時(shí)也為糖化生產(chǎn)提供了各種豐富的酶系和含氮物質(zhì)。對于其選用要經(jīng)過質(zhì)量判斷,達(dá)標(biāo)后才能選用,質(zhì)量判斷包括:感官判斷,物理分析,化學(xué)分析,生理檢驗(yàn)。本設(shè)計(jì)采用一等品麥芽。</p><p>&l
11、t;b> 2.酒花</b></p><p> 酒花是啤酒生產(chǎn)重要的原料,它賦予啤酒以純正的苦味和啤酒香氣,同時(shí)它還具有一定的防腐和澄清麥汁的能力。對其選用需要通過質(zhì)量評價(jià),達(dá)標(biāo)后才能選用。質(zhì)量包括:酒花的感官,酒花的化學(xué)鑒定,壓縮酒花技術(shù)要求。</p><p><b> 3.酵母</b></p><p> 酵母是單細(xì)胞
12、微生物,在麥汁中起著物質(zhì)轉(zhuǎn)化作用。再有氧情況下將發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳,再無氧情況下將發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳,酵母的選用要根據(jù)實(shí)際情況,從以下幾點(diǎn)出發(fā)選用優(yōu)質(zhì)酵母。如:凝聚性和沉淀能力,發(fā)酵度,發(fā)酵速度,抗熱能力,產(chǎn)孢子能力,對維生素的要求。</p><p><b> 4.大米</b></p><p> 大米是最常用的一種麥芽輔助原料,其特點(diǎn)是價(jià)格較低廉,而
13、淀粉高于麥芽,多酚物質(zhì)和蛋白質(zhì)含量低于麥芽。糖化麥芽汁收得率提高,成本降低,又可改善啤酒的風(fēng)味和色澤,啤酒泡沫細(xì)膩,酒花香氣突出,非生物穩(wěn)定性比較好,特別適宜制造下面發(fā)酵的淡色啤酒。大米的用量一般是25%-35%,質(zhì)量要求如表2-1:</p><p> 表2-1大米的質(zhì)量要求</p><p> 2.3.2輔料的選擇</p><p> 啤酒生產(chǎn)中使用輔料是因?yàn)檩o
14、料可提供廉價(jià)的浸出物或糖類,這樣會減少麥芽的使用量,降低啤酒的生產(chǎn)成本。主要的輔料有大米、玉米、小麥、大麥、糖和淀粉糖漿,使用輔料應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:</p><p> 1.加入輔料的品種和數(shù)量應(yīng)根據(jù)麥芽的質(zhì)量情況和所要釀造的啤酒類型來決定。</p><p> 2.添加輔料量過大或麥芽力不足時(shí)應(yīng)適當(dāng)加入相應(yīng)的酶制劑。</p><p> 3.輔料的加入通常情況下
15、使麥汁中蛋白質(zhì)含量偏低,可通過降低蛋白質(zhì)休止溫度或加入中性蛋白酶等方法彌補(bǔ)以上不足,若仍達(dá)不到擬定的標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)考慮降低輔料的比例。</p><p> 4.輔料的使用不應(yīng)對啤酒質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生太大的影響。</p><p> 第三章 設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)</p><p> 3.1 糖化工藝的選擇及論證</p><p> 3.1.1糖化階段工藝
16、流程簡圖</p><p> 3.1.2工藝方法的選擇</p><p><b> 1.麥芽粉碎方法</b></p><p> 麥芽的粉碎方法隨著時(shí)間的推移先后出現(xiàn)了干法粉碎,浸濕粉碎,回潮干法粉碎,連續(xù)濕法粉碎四種方法。干法粉碎可調(diào)節(jié)麥芽粉碎度,根據(jù)麥芽質(zhì)量來控制,此法成本較低,可以節(jié)省浸泡這一環(huán)節(jié),但粉塵污染較大,本設(shè)計(jì)采用干法粉碎。輔料
17、也用同樣的方法。</p><p><b> 2.糖化方法</b></p><p> 糖化過程是一項(xiàng)非常復(fù)雜的生化反應(yīng)過程,也是啤酒生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。糖化的目的就是要將原料(包括麥芽和輔助原料)中的可溶性物質(zhì)盡可能多的萃取出來,并且創(chuàng)造有利于各種酶的作用條件,使很多的不溶性物質(zhì)在酶的作用下變成可溶性物質(zhì)而溶解出來,制成符合要求的買麥芽汁收得率。</p>
18、<p> 現(xiàn)今,出于節(jié)省投資成本,使用了大量的輔料代替了原有的部分麥芽,從而出現(xiàn)了一種新的糖化方法,復(fù)式浸出糖化法,它是由這兩種方法演變而來的方法。它對于生產(chǎn)色澤極淺(5.0~6.0 EBC左右),高發(fā)酵度(12º啤酒的真正發(fā)酵度為66%左右),殘余可發(fā)酵性糖少的啤酒有較好的應(yīng)用。它具有加水比大,避免添加過多的麥芽,再糊化煮沸時(shí)。處進(jìn)皮殼溶解和形成焦糖、類糊精的特點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)采用復(fù)式浸出糖化法。生產(chǎn)過程簡單,糖
19、化時(shí)間短(一般在3小時(shí)以內(nèi)),耗能少,故設(shè)計(jì)中采用的是復(fù)式浸出糖化法。</p><p><b> 3.過濾方法</b></p><p> 采用過濾槽法。此法雖然古老,但槽的結(jié)構(gòu)日新月異,可有效的提高過濾速度,保證分離效果。由于表面積大,過濾的也較為充分,效率較高。</p><p> 4.煮沸設(shè)備:煮沸鍋的種類有夾套式、內(nèi)加熱式和外加熱式。
20、</p><p> 夾套式是比較古老的加熱方式,他加熱循環(huán)好,但是煮沸麥汁的量受限制,制作也比較麻煩,實(shí)用于中小型廠。</p><p><b> 5.麥汁澄清設(shè)備</b></p><p> 采用回旋沉淀槽。熱麥汁由切線方向進(jìn)入回旋沉淀槽,在槽內(nèi)回旋,可產(chǎn)生離心力。由于在槽內(nèi)運(yùn)動,離心力的和其反作用力的合力把顆粒推向槽底部中央,達(dá)到沉淀的目
21、的。由于該設(shè)備占地面積小,可縮短沉淀時(shí)間,提高麥汁的澄清度,降低了損失。</p><p><b> 6.麥汁暫存槽</b></p><p> 麥汁在過濾后溫度為78度左右,經(jīng)薄板換熱器使溫度升至90度左右,再進(jìn)入暫存槽,提高了糖化次數(shù),節(jié)省了投資能耗,在煮沸鍋中加熱時(shí)可縮短到沸騰的時(shí)間。</p><p> 3.1.3糖化工藝流程中工藝參數(shù)
22、及操作規(guī)程</p><p> 1.大米的比例為20%,麥芽的比例為80%。</p><p> 2.糊化:糊化鍋料水比為1:2.3 ,投料后升溫至50ºC,50ºC是蛋白酶最適溫度,有利于氨基酸的產(chǎn)生,調(diào)PH,加入耐溫α—淀粉酶,保溫10分鐘。加熱至90ºC,然后升溫至100ºC,保溫30分鐘。</p><p> 3.糖化
23、:糖化鍋料水比為1:2.5,加入39ºC的水使其混合后溫度為37ºC,保持30分鐘,升溫至51ºC,保持75分鐘,進(jìn)行蛋白休止,將換熱后的88ºC糊化醪打入糖化鍋,保持在63ºC,保溫30分鐘,升溫至70ºC以碘液檢查為主,直至變色,表示糖化徹底,升溫至78ºC,保溫5分鐘,將醪液泵入過濾槽。由于采用了高輔糖化,所以投料糖化前應(yīng)加入耐高溫的α—淀粉酶。</p&g
24、t;<p> 4.PH值的調(diào)整:α—淀粉酶最適PH值是5.6~5.8,β—葡聚糖酶最適PH值是4.6~7.0,則加入磷酸調(diào)節(jié)PH值控制在5.6。</p><p> 5.過濾:過濾時(shí)醪液的溫度保持不變,(控制在73--76ºC),PH值保持在5.5~7.5之間,洗糟水溫度為80ºC。當(dāng)洗糟殘液濃度達(dá)到工藝規(guī)定值,過濾結(jié)束。</p><p> 6.酒花的
25、添加:煮沸90分鐘,酒花分三次加入</p><p> 第一次:煮沸5--15分鐘,添加總量的5--10%,主要是消除煮沸時(shí)的泡沫;</p><p> 第二次:煮沸30--40分鐘后,添加總量的55--60%,主要是萃取α—酸,促其異構(gòu);</p><p> 第三次:煮沸完成前15分鐘,加入35%,萃取酒花油,提高酒花香.</p><p>
26、 3.2 發(fā)酵工藝及設(shè)備的選擇及論證</p><p> 3.2.1發(fā)酵階段工藝流程</p><p> 94℃熱麥汁 冷麥汁(6℃) 錐形灌發(fā)酵 過冷卻至-1℃ 貯酒 過濾 清酒灌</p><p> 3.2.2工藝流程的說明</p><p> 1.麥汁的冷卻過程:采用薄板冷卻器。冷
27、卻介質(zhì)為4ºC的冷水,經(jīng)換熱后麥汁的溫度為8ºC,熱麥汁進(jìn)口溫度為100ºC,水出口溫度為80ºC,冷卻時(shí)間為1小時(shí)。此流程的優(yōu)點(diǎn)如下:</p><p> (1) 有效解決啤酒生產(chǎn)中生產(chǎn)用水的問題。經(jīng)過一段冷卻后的本身被加熱到80ºC左右;</p><p> ?。?) 可以做為糖化和洗滌用水;</p><p>
28、(3) 冷卻面積大;</p><p> ?。?) 降低能耗。操作簡單。</p><p> 2.麥汁充氧:麥汁冷卻到發(fā)酵接種溫度后,接觸氧,此時(shí)氧反應(yīng)微弱,氧在麥汁中成溶解狀態(tài),它是酵母前期發(fā)酵繁殖所必須的。它可使酵母自身的數(shù)量增殖(5~60)×107個(gè)/mL,保證發(fā)酵順利進(jìn)行。通入無菌空氣,使麥汁含氧量達(dá)到8mg/L麥汁。</p><p> 3.麥汁的
29、發(fā)酵:采用圓筒錐底發(fā)酵罐,它同傳統(tǒng)發(fā)酵罐比有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p> ?。?)加速發(fā)酵 由于發(fā)酵基質(zhì)(麥汁)和酵母對流獲得強(qiáng)化,可加速發(fā)酵</p><p> ?。?)廠房投資節(jié)省 發(fā)酵和貯酒可以大部分或全部分在戶外,而且罐數(shù)、罐總?cè)莘e減少,廠房投資節(jié)省</p><p> ?。?)冷耗節(jié)省 冷卻是直接冷卻發(fā)酵罐和酒液,而且冷卻介質(zhì)再強(qiáng)制循環(huán)下,傳熱系數(shù)高,比
30、傳統(tǒng)發(fā)酵節(jié)省40--50%的冷耗</p><p> (4)發(fā)酵罐清洗、消毒 依賴CIP自動化清洗消毒,工藝衛(wèi)生易得到保證</p><p> 4.麥汁的過濾 : 采用硅藻土過濾機(jī)。通過不斷的添加助濾劑,使過濾性能得到更新,補(bǔ)充,具有過濾性強(qiáng),對過濾很渾濁的酒比棉餅過濾省氣、省水、省工的特點(diǎn)。</p><p><b> 3.2.3發(fā)酵工藝</b
31、></p><p> 1.麥汁進(jìn)罐溫度,第一鍋8.5ºC,第二鍋是8ºC,第三鍋是8ºC,滿鍋溫度8ºC。</p><p> 2.冷卻的麥汁用酵母計(jì)量泵定量添加酵母,直接泵入C.C.T發(fā)酵,接種量為0.6~0.8%,接種后細(xì)胞濃度為(15±3)×106個(gè)/L。</p><p> 3.麥汁(4鍋)
32、在15小時(shí)必須滿罐。</p><p> 4.滿罐8ºC,開始敞口自然發(fā)酵,維持8ºC 24小時(shí),排冷凝物及死酵母。</p><p> 5.進(jìn)冷控制升溫,使溫度在24小時(shí)升至9.59ºC,恒溫發(fā)酵24小時(shí),然后生溫,在24小時(shí)升至11ºC。</p><p> 6.當(dāng)糖度降至5.5~5.8BX時(shí)封罐保壓,11ºC恒
33、溫3~5天,進(jìn)行雙乙酰還原。</p><p> 7.當(dāng)雙乙酰降至0.15mg/L以下時(shí),以0.33ºC/h速度在12h降至6ºC,然后0.25ºC/h速度在12h降至5ºC,恒溫發(fā)酵24h,排第一次酵母3~5min.</p><p> 8.以0.33ºC/h速度降溫至-1ºC(24h),恒溫24h,排第二次酵母3~5min .
34、</p><p> 9.罐壓保持在0.15~0.2Mpa,如果壓力不夠,可通入其它罐旺盛時(shí)排出的,使其達(dá)到要求,出酒前排第三次酵母。</p><p> 3.2.4發(fā)酵工藝參數(shù)的確定</p><p><b> 1.進(jìn)罐方法</b></p><p> 以前采用冷卻麥汁混合酵母后分批進(jìn)入繁殖罐,使酵母克服滯緩期,進(jìn)入對
35、數(shù)生長期再泵入C.C.T。而現(xiàn)在采用直接進(jìn)罐法。即冷卻通風(fēng)后的麥汁用酵母計(jì)量泵定量添加酵母,直接泵入C.C.T發(fā)酵。操作方便,控制容易。</p><p> 2.接種量和起酵溫度</p><p> 麥汁直接進(jìn)罐法,為了縮短發(fā)酵時(shí)間,大多采用較高接種量,0.6~0.8﹪,接種后細(xì)胞濃度為(15±3)×106個(gè)/ml,麥汁是分批進(jìn)入C.C.T,為了減少VDK前驅(qū)位置,α-
36、乙酰乳酸的生成量,要求滿罐時(shí)間在12~18h之內(nèi)。麥汁接種溫度是控制發(fā)酵前期酵母繁殖階段溫度的,一般低于主發(fā)酵溫度2~3℃,目的是使酵母繁殖在較低溫度下進(jìn)行,減少酵母代謝副產(chǎn)物過多積累。</p><p><b> 3.主發(fā)酵溫度</b></p><p> 大罐發(fā)酵就國內(nèi)采用的酵母菌株而言,多采用低溫發(fā)酵(8~9℃)和中溫發(fā)酵(10~12℃),低溫發(fā)酵適用于〈11度
37、麥汁濃度。中溫發(fā)酵適用于新菌株,釀造淡爽啤酒,而本設(shè)計(jì)恰好為12度啤酒,故選用中溫發(fā)酵。</p><p><b> 4.VDK還原</b></p><p> 大罐發(fā)酵中,后發(fā)酵一般稱做”VDK”還原階段。VDK還原初期一般均不排放酵母,就是發(fā)酵全部酵母參與VDK還原,這樣可縮短還原時(shí)間。</p><p><b> 5.冷卻、降溫
38、</b></p><p> VDK還原階段的終點(diǎn),是根據(jù)成品啤酒應(yīng)控制的含量而定,現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)啤酒要求VDK<0.1mg/L才稱還原階段結(jié)束,可降溫。再降溫、排酵母、貯酒中,VDK有少量下降,則可達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)采用C.C.T冷卻夾套對啤酒降溫,有效的起到了還原,使酵母凝聚和絮凝沉淀的效果。</p><p><b> 6.罐壓控制</b></p
39、><p> 再傳統(tǒng)式發(fā)酵中,主發(fā)酵是在無罐壓或微壓下進(jìn)行的。發(fā)酵中是酵母的毒物,會抑制酵母繁殖和發(fā)酵速率。本設(shè)計(jì)選用的C.C.T發(fā)酵,主發(fā)酵階段均采用微壓(<0.01MP~0.02MP),主發(fā)酵后期才封罐逐步升高,還原階段才1~2d才升至最高制,這樣一來有效的提高了酵母繁殖和發(fā)酵速率。綜上所述,本設(shè)計(jì)選用的圓筒錐底發(fā)酵罐大大優(yōu)越于傳統(tǒng)發(fā)酵罐。</p><p><b> 第四
40、章 工藝計(jì)算</b></p><p><b> 4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p> 4.1.1 主要參數(shù)</p><p> 年生產(chǎn)數(shù):300天,生產(chǎn)淡季:11月至3月,生產(chǎn)旺季:4月至10月,維修:15天,原料利用率:92%,麥芽水分:6%,大米水分:12%,無水大米浸出率:90%,無水麥芽浸出率:76%。</p
41、><p> 4.1.2啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p><b> 4.2物料計(jì)算</b></p><p> 4.2.1 100kg原料(80%麥芽,20%大米)生產(chǎn)12度淡色啤酒的物料衡算</p><p> 100Kg混合原料中含浸出物的重量(E)</p><p> 麥芽:Gm=m×
42、;(1-Wm)×Em=80×(100-6)%×76%=57.15kg</p><p> 大米:Gn=n×(1-Wn)×En=20×(100-12)%×90%=15.84kg</p><p> ?。ㄆ渲校簃為100Kg混合原料中麥芽的質(zhì)量;n為100Kg混合原料中大米的質(zhì)量</p><p> W
43、m為麥芽的含水量:Em為麥芽的無水浸出率;En為大米的浸出率)則</p><p> E=Gm+Gn=57.15+15.84=72.99kg</p><p> 混合原料的收得率=72.99×98.5%÷100=71.90%</p><p> ?。ㄆ渲校?8.5%為原料的利用率)</p><p> 100kg原料產(chǎn)12度
44、熱麥汁量為:71.90×100÷12=599.17kg</p><p> 12度麥汁在20℃時(shí)的相對密度為1.084</p><p> 100℃麥汁比20℃麥汁體積增加1.04倍</p><p> 熱麥汁體積=599.17×1.04÷1.084=574.85L</p><p> 冷麥汁量=574
45、.85×(1-0.05)=546.11L</p><p> 發(fā)酵液量=546.11×(1-0.02)=535.18L</p><p> 濾過酒量=535.18(1-0.01)=529.83L</p><p> 成品酒量=529.83×(1-0.01)=524.53L</p><p> 酒花耗用量:(574
46、.85÷524.53)×0.2%×100=0.22kg</p><p> 4.2.2.生產(chǎn)100L12度淡色啤酒的物料計(jì)算</p><p> 100kg原料生產(chǎn)成品酒524.53L</p><p> 生產(chǎn)100L 12度啤酒需用混合原料為100×(100÷524.53)=19.06kg</p>&
47、lt;p> 麥芽耗用量=19.06×80%=15.25kg</p><p> 大米耗用量=19.06×20%=3.81kg</p><p> 酒花耗用量=574.85÷524.53×100×0.2%=0.22 kg</p><p> 熱麥汁量=100×574.85÷524.53=10
48、9.59L </p><p> 冷麥汁量=100×546.11÷524.53=104.11L</p><p><b> 成品酒量=100L</b></p><p><b> 濕糖化糟量</b></p><p> 設(shè)熱電廠出的濕麥芽糟水分含量為80%,則濕麥芽糟量為:<
49、;/p><p> [(1-0.06)(100-76)/(100-80)]×15.25=17.20 kg</p><p><b> 而濕大米糟量為:</b></p><p> [(1-0.12)(100-90)/(100-80)]×3.81=1.68 kg</p><p> 故濕糖化糟量為:17.2
50、0+1.68=18.88 kg</p><p><b> 酒花糟量 </b></p><p> 設(shè)麥汁煮沸過程干酒花浸出率為40%,且酒花糟水分含量為80%,則酒花糟量為:[(100-40)/(100-80)]×0.22=0.66 kg</p><p> 4.2.3 300000t/a 12°淡色啤酒釀造車間物料衡算
51、表</p><p> 設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化8次,而淡季則糖化4次,每年總糖化次數(shù)為1932次。由此可計(jì)算出每次投料量及其他項(xiàng)目的物料平衡。把述的有關(guān)啤酒廠釀造車間的三項(xiàng)物料衡算計(jì)算結(jié)果,整理成物料衡算表,如表2所示。</p><p> 表2 啤酒廠釀造車間物料衡算表</p><p> 4.3 耗冷計(jì)算 </p><p> 4.3.1
52、 發(fā)酵工藝流程示意圖</p><p><b> 冷卻</b></p><p> 94℃熱麥汁 冷麥汁(6℃) 錐形灌發(fā)酵 過冷卻至-1℃ 貯酒 過濾 清酒灌</p><p> 4.3.2 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p> 年產(chǎn)12°淡色啤酒
53、300000t;旺季每天糖化8次,淡季為6次,每年共糖化2252次;主發(fā)酵時(shí)間6天;</p><p> 4鍋麥汁裝1個(gè)錐形罐;</p><p> 12°Bx麥汁比熱容c1=4.0KJ/(kgK);</p><p> 冷媒用99%酒精溶液,其比熱容可視為c2=4.18 KJ/(kgK);</p><p> 麥芽糖化厭氧發(fā)酵熱q
54、=613.6kJ/kg;</p><p><b> 麥汁發(fā)酵度60%。</b></p><p> 根據(jù)發(fā)酵車間耗冷性質(zhì),可分成工藝耗冷量和非工藝耗冷量兩類,即: </p><p> 4.3.3 工藝耗冷量</p><p> 1、 麥汁冷卻耗冷量Q1</p><p> 近幾年來普遍使
55、用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法[9]。使用的冷卻介質(zhì)為4℃的冷凍水,出口的溫度為85℃。糖化車間送來的熱麥汁溫度為98℃,冷卻至發(fā)酵起始溫度8℃。</p><p> 根據(jù)表2啤酒生產(chǎn)物衡酸表,可知每糖化一次熱麥汁14427.18L,而相應(yīng)的麥汁密度為1084kg/m3,故麥汁量為:</p><p> G=1084×14427.18=156390.63 kg</p>
56、<p> 又知120 Bx麥汁比熱容C1=4.0KJ/(Kg·k),工藝要求在1h小時(shí)內(nèi)完成冷卻過程,則所耗冷量為:</p><p> Q1 =[G(t1-t2)]/τ </p><p> =[156390.63×4.0(98-8)]/1</p><p&g
57、t; =56300626.8(KJ/h)</p><p> 式中t1和t2——分別表示 麥汁冷卻前后溫度(℃)</p><p> τ——冷卻操作過程時(shí)間(h)</p><p> 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果,每個(gè)錐形發(fā)酵罐裝4鍋麥汁,則麥汁冷卻每罐耗冷量為:</p><p> Qf=4Q1=4×56300626.8=225202507.2
58、(kJ) </p><p> 相應(yīng)地冷凍介質(zhì)(4℃的冷凍水)耗量為:</p><p> Mf=Q1/[Cm( t4-t3)]= 56300626.8 [4.18(85-4)]=166284.56 (kg/h) </p><p> 式中,t3和t4——分別表示冷凍水的初溫和終溫(℃)</p>
59、<p> Cm——水的比熱容[KJ/(kg·K)]</p><p><b> 2、發(fā)酵耗冷量Q2</b></p><p> (1)發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q21,假定麥汁固形均為麥芽糖,而麥芽糖的厭氧發(fā)酵房熱量為613.6kJ/kg。設(shè)發(fā)酵度為60%,則1L麥汁放熱量為:</p><p> q0=613.6×12%
60、×60%=44.18(kJ)</p><p> 根據(jù)物料衡算,每鍋麥汁的冷麥汁量為137033.75L,則每錐形缺罐發(fā)酵放熱量為:</p><p> Q01=44.18×137033.75×4=24216604.30(kJ)</p><p> 由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時(shí)間為6天,每天糖化8鍋麥汁(旺季),并考慮到發(fā)酵放熱不平衡,取系數(shù)1
61、.5,忽略主發(fā)酵的升溫,則發(fā)酵高溫時(shí)期耗冷量為:</p><p> Q21 =(Q01×1.5×8)/(24×6×4)</p><p> =(24216604.30×1.5×8)/(24×6×4)]</p><p> =504512.59(kJ/h)</p><
62、p> (2)發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗Q22主發(fā)酵后期,發(fā)酵后期,發(fā)酵液溫度從8℃緩降到-1℃。每天單罐降溫耗冷量為:</p><p> Q02=4GC1[8-(-1)]=4×156390.63×4.0×9=22520250.72(KJ) </p><p> 工藝要求此過程在2天內(nèi)完成,則耗冷量為(麥汁每天裝1.5個(gè)錐形罐):</p>
63、<p> Q22=(1.5Q02)/(24×2)=(1.5×22520250.72)/(24×2)=703757.84 (KJ/h)</p><p> (3)發(fā)酵總耗冷量Q2</p><p> Q2=Q21+Q22=504512.59+703757.84=1208270.43(kJ/h) </p><p
64、> (4)每罐用冷媒耗冷量Q0</p><p> Q0=Q01+Q02=24216604.30+22520250.72=46736855.02 kg/h </p><p> (5)發(fā)酵用冷媒耗(循環(huán)量)M2發(fā)酵全過程冷卻用稀酒精液作冷卻介質(zhì),進(jìn)出口溫度為-8℃和0℃,故耗冷媒量為:</p><p> M2=Q2/(Cm×8)=1
65、208270.43/(4.18×8)=36132.49kg/h </p><p> 3、酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量Q3</p><p> 在錐形罐啤酒發(fā)酵過程,主發(fā)酵結(jié)束時(shí)要排放部分酵母,經(jīng)洗滌活化后重復(fù)用于新麥汁的發(fā)酵,一般可重復(fù)使用5—7次。設(shè)濕酵母添加量為麥汁量的1.0%,且使用1℃的無菌水洗滌,洗滌無菌水量為酵母量的3倍。冷卻前無菌水溫30℃。用-8
66、℃的酒精液作冷地介質(zhì)。</p><p> 由中述條件,可得無菌水用量為:</p><p> Gw′=156390.63×6×1.0%×3=28150.31(kg/d) </p><p> 式中 151912.93——糖化一次的冷麥汁量(kg)</p><p> 每班無菌水量:Gw= Gw′/
67、3=28150.31/3=9383.44(kg/每班) </p><p> 假無菌水冷卻操作在2h小時(shí)內(nèi)完成,則無菌水冷卻耗量為:</p><p> Q3=[GwGm(tw-tw′)]/r =[9383.44×4.18×(30-1)]/2=568730.30(kg/h) (
68、49)</p><p><b> 所耗冷凍介質(zhì)量為:</b></p><p> M3=Q3[cw(t2-t1)]/r=568730.30(4.18×8)=19018341.23(kg/h) (50)</p><p> 式中,t1和t2——冷凍酒精液熱交換前后的溫度,分別為-8℃和0℃。</p>&
69、lt;p> 每罐用于酵母洗滌的耗冷量:</p><p> Q3=[GwGm(tw-tw′)]/1.5=[9383.44×4.18×(30-1)]/1.5 =758307.06(kJ)</p><p> 4、 酵母培養(yǎng)耗冷量Q4</p><p> 根據(jù)工藝設(shè)計(jì),每月需進(jìn)行一次酵母純培養(yǎng),培養(yǎng)時(shí)間為12d,即288h。根據(jù)工廠實(shí)踐,年產(chǎn)
70、15000t啤酒培養(yǎng)冷量為41800(Kj/h),則</p><p><b> 對應(yīng)的年冷耗量為:</b></p><p> Q4 =41800×20=836000</p><p> Q4’= Q4×288×10=2.41×109(KJ)
71、 </p><p> 相應(yīng)的高峰冷凍介質(zhì)循環(huán)量為:</p><p> M4 =Q4/[cw(t1-t2)]=836000/(4.18×8)</p><p> =25000(kg/h)</p><p> 5、發(fā)酵車間工藝耗冷量Qt</p><p> 綜上計(jì)算,可算出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為:</p
72、><p> Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=56300626.8+1208270.43+568730.30+836000 =58913627.53(KJ/h)</p><p> 4.3.4 非工藝耗冷量Qnt</p><p> 除了上述的發(fā)酵過程工藝耗冷量外,發(fā)酵罐外壁、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械、維護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等均會耗用或散失冷量,構(gòu)成所謂的非工藝耗冷量,現(xiàn)分別
73、介紹。</p><p> 1、露天錐形罐冷量散失Q5</p><p> 錐形罐啤酒發(fā)酵工廠幾乎都把發(fā)酵罐置天露天,由于太陽輻射,對流傳熱和熱傳導(dǎo)等造成冷量散失。通常,這部分的冷量由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)墳取。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),年產(chǎn)10萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在130000-300000kJ/t啤酒之間,若在南方亞熱地區(qū)設(shè)廠,可取高值。故旺季生天耗冷量為:</p><p> Q5’
74、=Gb ×250000=131.44×1.012×8×300000=319241472(Kj/d) </p><p> 式中,Gb——旺季成品啤酒日產(chǎn)量(t) </p><p> 若白天日曬高峰耗冷為平均每小時(shí)耗冷量的2倍,則高峰耗冷量為:</p><p> Q5 =2Q5’/
75、24=2×319241472/24=26603456 (KJ/h) </p><p> 冷媒(-8℃稀酒精)用量:</p><p> M5=Q5/Cm(t2-t1)= 26603456 /4.18/8=795557.89(KJ/h) </p><p> 2、清酒罐、過濾機(jī)及管道等散失冷量
76、Q6</p><p> 因涉及的設(shè)備、管路很多,若按前面介紹的公式計(jì)算,十分繁雜,故啤酒廠設(shè)計(jì)時(shí)往往根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)選取。通常,取,所以:</p><p> Q6=12%Qt=12%×58913627.53=7069635.34KJ/h </p><p> 冷媒(-8℃稀酒精)用量:</p><p&
77、gt; M6=Q6/[cw(t2-t1)]= 7069635.34/(4.18×8)=211412.54(KJ/h) </p><p> 3、300000t/a啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表</p><p> 將上述計(jì)算結(jié)果,整理后可得300000t/a啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表,如表4所得</p><p> 啤酒廠發(fā)酵車間冷
78、量衡算表</p><p><b> 發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型</b></p><p> 5.1 設(shè)備設(shè)計(jì)和選型的原則</p><p> 近年來,啤酒發(fā)酵設(shè)備向大型、室外、聯(lián)合的方向發(fā)展。大型化的目的主要有兩方面:大型化使啤酒的質(zhì)量均一化;由于啤酒采用一罐法進(jìn)行發(fā)酵,生產(chǎn)的罐數(shù)減少,降低了主要設(shè)備的投資。</p><p>
79、; 5.2 發(fā)酵罐的基本尺寸 </p><p> 5.2.1發(fā)酵罐選型</p><p> 糖化一次可得冷麥汁137033.75L,4鍋進(jìn)一個(gè)發(fā)酵罐,則有效容積V=137033.75×4=548135.00L</p><p> 取填充系數(shù)為0.875,則V總=548135.00/0.875=626400L</p><p>
80、<b> 取V總=650m3</b></p><p> 發(fā)酵罐直徑:高=1:4,圓錐底角α=74°,D:H=1:4,錐高h(yuǎn)=D/(2tan)</p><p><b> V=</b></p><p> D=5.381m H=23.24m h=3.86m</p><p>
81、; 發(fā)酵罐總高:封頭高取h。=D/4=1.45m</p><p> H總=H+ h。+ h=28.55m</p><p> 因此選用公稱容積為650m3的發(fā)酵罐</p><p> 取罐內(nèi)徑6m,圓柱高24m,封頭高2m,封頭容積25.5m3,全容積700m3</p><p> 5.2.2 生產(chǎn)能力的計(jì)算</p><
82、;p> 現(xiàn)每天產(chǎn)12度淡色啤酒1000噸,發(fā)酵周期為18天</p><p> 則每天需熱麥汁體積為1082.91m3,冷麥汁體積為1028.75m3 。每噸12度淡色啤酒需冷麥汁1028.61L, 即1.03m3</p><p> 取ф=87.5%,則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為V0</p><p> V0=V麥/ф=1000÷87.5%=114
83、2.86(m3) </p><p> 5.2.3 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定</p><p> 由上選型可知,發(fā)酵罐公稱容積為650m3,總?cè)莘e為700m3</p><p> 則發(fā)酵罐個(gè)數(shù) N=nt+1=2×18+1=37(個(gè))</p><p> 其中:n---每天裝罐數(shù)</p><p><b>
84、t---發(fā)酵周期</b></p><p><b> 1---備用罐個(gè)數(shù)</b></p><p> 取公稱容積500m3的發(fā)酵罐37個(gè)</p><p> 650×87.5%×2</p><p> 實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算:————————— ×300=356796.12(t/a)&
85、lt;/p><p><b> 1.03</b></p><p> 356796.12-300000</p><p> 富裕量:———————— =18.93%,能滿足產(chǎn)量要求</p><p><b> 300000</b></p><p> 5.2.4 冷卻面積的計(jì)算
86、</p><p><b> 對于前發(fā)酵</b></p><p> 對于啤酒發(fā)酵,每1m3發(fā)酵液,每小時(shí)傳給冷卻器的最大熱量為4.18×6000KJ/h</p><p> 采用豎式列管換熱器,取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18×500KJ/(m3.h.℃)</p><p> 發(fā)酵液: 14℃→8℃</p
87、><p><b> 冷媒:-8℃→0℃</b></p><p> △t1-△t2 8-6</p><p> 平均溫差△tm=——————=—————=6.95℃</p><p> l n(△t1÷△t2) l n(8÷6) </p><p> 對公稱容量65
88、0m3的發(fā)酵罐,每天裝2罐,每罐實(shí)際裝液量為</p><p> 1028.75÷2=514.38(m3)</p><p> Q 4.18×6000×514.38</p><p> 換熱面積F= ————=—————————— =888.14(m3)</p><p> K△tm 4
89、.18×500×6.95</p><p><b> 對于進(jìn)入后發(fā)酵降溫</b></p><p> 發(fā)酵液: 8℃→1℃</p><p><b> 冷媒:-8℃→0℃</b></p><p> △t1-△t2 8-7</p><p>
90、平均溫差△tm=——————=————— =7.49℃</p><p> l n(△t1÷△t2) l n(8÷7)</p><p> Q 4.18×6000×514.38</p><p> 換熱面積F= ———= —————————— =824.11(m3)</p><p>
91、 K△tm 4.18×500×7.49</p><p><b> 對于后發(fā)酵</b></p><p> 發(fā)酵液: 1℃→-1℃</p><p> 冷媒:-8℃→-2℃</p><p> △t1-△t2 6-2</p><p> 平均溫差△tm=
92、——————=—————=3.65℃</p><p> l n(△t1÷△t2) l n(6÷2)</p><p> Q 4.18×6000×514.38</p><p> 換熱面積F= ————=—————————— =1691.11(m3)</p><p> K△tm
93、 4.18×500×3.65</p><p> 總上,換熱面積F=1691.11(m2)才能滿足生產(chǎn)要求</p><p> 5.2.5、冷卻管布置計(jì)算</p><p> ?。?)求最高熱負(fù)荷下的耗水量W</p><p> 而Q總=4.18×6000×514.38=1.29×107(
94、kJ/h)</p><p> Q總 1.29×107</p><p> W=——————=——————=385765.6(Kg/h)=107.16(Kg/s)</p><p> c2(t2-t1) 4.18(0+8)</p><p> 取冷卻水在管中流速為1m/s ,則冷卻管總截面積S總為</
95、p><p> S總=W/ν=1.07×10-1÷1=1.077×10-1(m2)</p><p> 進(jìn)冷媒總管直徑d 總2=S總/0.785,所以d 總=0.37(m)</p><p> (2)冷卻管組數(shù)和管徑</p><p> 設(shè)冷卻管總表面積為S總,管徑d0,組數(shù)為n,則</p><p
96、> S總=n×0.785d02</p><p> 現(xiàn)根據(jù)本罐情況,取n=8,則管徑</p><p> d02=S總/(n×0.785),所以d0=0.0.131(m)</p><p> 查金屬材料表取φ76×4無縫鋼管</p><p> 現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為250mm,則兩直管距離為50
97、0mm,兩端彎管總長度為l0:</p><p> l0=πD=3.14×500=1570(mm)</p><p> ?。?)冷卻管總長度L計(jì)算</p><p> 由前知,冷卻管總面積F=1691.11m3,每米長冷卻面積為F0=3.14×0.07×1=0.22m2,則</p><p> L=F÷F
98、0=1691.11÷0.22=7686.86(m)</p><p> 冷卻管占有體積V=0.785×0.1312×7686.86=103.55(m3) </p><p> ?。?)每組管長L0和管組高度:</p><p> L0=L÷n=7686.86÷8=960.86(m)</p><
99、;p> 另需連接管8m:L實(shí)=L+8=7694.86m</p><p> 可排豎蛇管的高度,設(shè)為靜液面高度,下部可伸入封頭250mm </p><p> 設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積2m3,則總占有體積為</p><p> V總=V液+V管+V附件=514.38+103.55+2=619.93(m3)</p><p> 則筒體部分液
100、深為:(V總-V封)÷S截=(514.38-25.5)÷(0.785×62)=17.30m</p><p> 豎蛇管總高H管=17.30+0.25=17.55(m)</p><p> 又兩端彎管總長l0=1570mm ,兩端彎管總高500mm </p><p> 則直管部分高度:h=H管-500=17550-500=17050m
101、m </p><p> 則一圈管長l=2h+l0=2×17050+1570=35670mm</p><p> ?。?)每組管子圈數(shù)n0</p><p> n0=L0÷l=960.86÷35.67=27圈</p><p> ?。?)設(shè)備材料的選擇</p><p><b> 選
102、用不銹鋼制作</b></p><p> ?。?)發(fā)酵罐壁厚S的計(jì)算</p><p> C=C1+C2+C3</p><p> 式中C——壁厚附加量,cm </p><p> C1——鋼板負(fù)偏差,其范圍為0.13—1.3,現(xiàn)取0.8mm</p><p> C2——腐蝕裕量,為雙面腐蝕,取2mm<
103、/p><p> C3 ——加工減薄量,取0</p><p> 得C=0.8+2+0=2.8mm=0.28cm</p><p><b> PD</b></p><p> S=———————+C</p><p><b> 2[σ]ф-P</b></p><
104、;p> 式中 P——設(shè)計(jì)壓力,取最高工作壓力的1.05倍,現(xiàn)取0.4MPa</p><p> D——發(fā)酵罐內(nèi)徑,為6 m</p><p> [σ] ——不銹鋼的許用應(yīng)力,為127MPa </p><p> ф——焊縫系數(shù),范圍在0.5—1之間,現(xiàn)取0.7</p><p><b> 代入上式</b>&l
105、t;/p><p><b> 0.4×600</b></p><p> S= ————————— +0.28</p><p> 2×127×0.7-0.4</p><p><b> =1.7cm </b></p><p> 選用17mm厚
106、不銹鋼板制作</p><p><b> ?。?)支座選擇</b></p><p> 因?yàn)樵O(shè)備的容量大,總質(zhì)量也比較大,因此用裙式支座。</p><p><b> 數(shù)據(jù)匯總表</b></p><p><b> 物料衡算數(shù)據(jù)匯總</b></p><p>
107、;<b> 車間耗冷量數(shù)據(jù)匯總</b></p><p> 發(fā)酵罐設(shè)備工藝數(shù)據(jù)匯總</p><p><b> 總 結(jié)</b></p><p> 本次發(fā)酵罐設(shè)計(jì),我們查閱了大量的相關(guān)資料和進(jìn)行了很多相關(guān)文獻(xiàn)的檢索,自己也精心設(shè)計(jì)整理數(shù)據(jù),同時(shí)在老師和同學(xué)的幫助下順利完成。</p><p>
108、 通過本次設(shè)計(jì),我們對所學(xué)的專業(yè)知識得到了全面的鞏固,使理論和實(shí)踐達(dá)到更好的結(jié)合,進(jìn)一步鍛煉獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的能力?;菊莆樟似【粕a(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算、設(shè)備選型等技能,并對啤酒生產(chǎn)過程的設(shè)計(jì)有一個(gè)整體的把握,具備基本的設(shè)計(jì)技能。</p><p> 因設(shè)計(jì)者本人缺少在工廠的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),所以,設(shè)計(jì)過程中各個(gè)工藝控制點(diǎn)均來自參考文獻(xiàn),具有一定的不準(zhǔn)確性,這樣就會存在很多問題與不足,設(shè)計(jì)效果有待考證
109、,同時(shí)也敬請老師指出。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1].吳思方主編:發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論,中國輕工業(yè)出版社,1998. </p><p> [2].《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊》編寫組:材料與零部件(上),上海人民出版社,1973.</p><p> [3].蔡功祿主編:發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概
110、論,中國輕工業(yè)出版社,2000. </p><p> [4].顧國賢主編:釀造酒工藝學(xué),中國輕工業(yè)出版社,1999.</p><p> [5].管敦儀主編:啤酒工業(yè)手冊,中國輕工業(yè)出版社,1991.</p><p> [6].高孔榮主編:發(fā)酵設(shè)備,中國輕工業(yè)出版社,1998.</p><p> [7].袁慶輝主編:發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備,輕工業(yè)
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