【正文】 (1） 發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q’2假定麥汁固形物均為麥芽糖，設(shè)發(fā)酵度為60%，則1L麥汁放熱量為：q0=q13%60%=13%60%=式中 13%是麥汁含麥芽糖的量根據(jù)物料衡算表，每鍋冷麥汁量為67842，則每錐形罐發(fā)酵放熱量為：Q0’=q0V冷麥汁4=4=由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時間為6天，每天糖化6鍋麥汁，并考慮到發(fā)酵放熱的不平衡，忽略主發(fā)酵期的麥汁升溫，則發(fā)酵高峰期耗冷量為：Q2‘=Q0’624=24=(2）發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷Q’’2主發(fā)酵后期，發(fā)酵液從6℃緩慢降至1℃，每天單罐降溫耗冷量為：Q0‘’=4Gc1[6(1)] =41283647=工藝要求在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（）Q2‘’=2=(3） 發(fā)酵總耗冷量Q2Q2=Q239。+Q239。39。=(4） 每罐發(fā)酵耗冷量Q0Q0=Q039。+Q039。39。=+=c、酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量Q3在錐形罐發(fā)酵過程中，主發(fā)酵結(jié)束時要排放部分酵母，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（取6次撒、），%，且使用1℃的無菌水洗滌，洗滌無菌水量為酵母量的2倍。冷卻前無菌水溫度為30℃，用8℃的酒精液作冷卻介質(zhì)。由上述條件可得無菌水量為：Gw′=1241896%2=式中 124189——糖化一次冷麥汁的量（kg） ρ冷麥汁=1085kg/m3 V冷麥汁=每班無菌水的量為：Gw=Gw′/3=假定無菌水操作在2小時內(nèi)完成，則無菌水冷卻耗冷量為：Q3=Gwcw（twtw′）/τ =(301)/2 =d、年產(chǎn)200000t啤酒廠酵母耗冷量為Q4：根據(jù)工藝設(shè)計每月進行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為12天，即288小時。Q4=200640kJ/h對應(yīng)的耗冷量為Q4‘=Q428810=108kJe、發(fā)酵車間總耗冷量為Qt=i=14Qi=除上述的發(fā)酵過程工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運轉(zhuǎn)機械、維護結(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)在分別介紹。a、 露天錐形罐冷量散失Q5錐形罐和啤酒發(fā)酵工廠幾乎都是把發(fā)酵罐置于露天，由于太陽輻射、對流傳熱和熱傳導(dǎo)造成冷量散失。通常這部分冷量散失可有經(jīng)驗數(shù)據(jù)求取。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn)200000噸啤酒廠露天錐形罐的冷散失在24000～56000 kJ/t之間取最高值，故旺季每天耗冷量為： Q5’=Gb56000=108826656000=式中 Gb——旺季成品啤酒日產(chǎn)量 108．826——糖化一次生成成品啤酒量（m3） ——成品啤酒密度 6——每天糖化6次若白天日曬高峰耗冷為平均每小時耗冷的2倍，則高峰耗冷量為：Q5=2Q5′/24=b、 清酒罐、過濾機及管道等散失冷量Q6根據(jù)經(jīng)驗取 Q6=12%Qt =12% = 年產(chǎn)20萬噸10度純生啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表將上述計算結(jié)果整理后可得發(fā)酵車間耗冷量的衡算表，見表61。表61 200000t/a啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表耗冷分類耗冷項目每小時耗冷量（kJ/h）年耗冷量（kJ）工藝耗冷量麥汁冷卻Q11011發(fā)酵耗冷Q2109無菌水冷卻Q3109酵母培養(yǎng)耗冷Q4108工藝總耗冷Qt1010非工藝耗冷量錐形罐冷卻損失Q5109管道耗冷Q6109非工藝總耗冷Qnt1010合計總耗冷量10107 設(shè)備與選型計算我們通常把發(fā)酵工廠所涉及的設(shè)備分為專業(yè)設(shè)備、通用設(shè)備和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。專業(yè)設(shè)備指發(fā)酵罐、糖化鍋等專業(yè)性強、僅為發(fā)酵工廠使用的設(shè)備。本章主要介紹設(shè)備的工藝設(shè)計與選型。設(shè)備的工藝設(shè)計與選型的任務(wù)是在工藝計算的基礎(chǔ)上，確定車間內(nèi)所有工藝設(shè)備的臺數(shù)、型式和主要尺寸。據(jù)此，著手進行車間布置設(shè)計，并為下一步施工圖設(shè)計以及其他非工藝設(shè)計項目提供有關(guān)的條件，為設(shè)備的制作、訂購等提供必要的資料。下面是對糖化鍋和發(fā)酵罐的設(shè)計與選型。 糖化鍋的設(shè)計與選型根據(jù)上面計算可知糖化鍋中混合醪的質(zhì)量為：G混合=麥芽粉和大米粉含水量分別為6%和12%，則糖化醪干物質(zhì)百分比為：η=G麥芽16%+G大米（112%）G混合100% =1220316%+(112%)100% =%查表得，%時，[12]則糖化鍋的有效容積為：V有效=G混合ρ==[18]，則糖化鍋容積為：V糖化鍋===采用平底糖化鍋，去圓筒直徑D與高度H之比為2:1，即H=則D=3V糖化鍋π/4==所以 H===糖化鍋升氣管直徑為D1，一般糖化鍋升氣管直徑：鍋圓筒面積=1:50[10]。則π4D12=150π4D2D12=150D2D1=綜合上述計算，高H=，直徑D=，升氣管直徑D1=。 發(fā)酵罐的設(shè)計與選型圓筒體錐底立式發(fā)酵罐（簡稱錐形罐），已廣泛用于上面或下面發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。錐形罐可單獨用于前發(fā)酵或后發(fā)酵，還可以將前、后發(fā)酵合并在該罐進行（一罐法）。這種設(shè)備的優(yōu)點在于能縮短發(fā)酵時間，而且具有生產(chǎn)上的靈活性，故能適合各種類型的啤酒要求。目前國內(nèi)外啤酒工廠使用較多的是錐形罐。下面對錐形罐進行設(shè)計與計算、數(shù)量與容積的確定，每個錐形罐可裝6鍋糖化鍋產(chǎn)生的發(fā)酵液，發(fā)酵周期20天。(1) 發(fā)酵罐數(shù)目的確定在一個發(fā)酵槽可容納一次麥芽汁的前提下，發(fā)酵槽的數(shù)目一般按照下列通式計算：N=t=40個式中 n——每日糖化次數(shù)，以旺季8次計算 t——發(fā)酵時間（d）為20 Z——在一個錐形罐內(nèi)容納一次糖化麥汁量的整數(shù)倍[16](2) 錐形罐容積的確定計算糖化一次麥汁量或其量的整數(shù)倍，同時適當(dāng)考慮泡沫所占的空間，即可確定發(fā)酵槽的體積。計算如下：V=ZV0φ=6=924m3式中 V——錐形罐的全容積 V0——糖化一次麥汁量 Z——在一個錐形罐內(nèi)容納一次糖化麥汁量的整數(shù)倍 Φ——裝罐系數(shù)，~[19] 主要尺寸計算錐形罐的圓筒高H，桶身直徑D。頂封為一個橢球型封蓋，長半軸長a=D/2，短半軸長b=3D/8，圓筒體高H=3D，錐底角為70176。半橢球體積V橢=02Dπ964D2916x2dx=圓筒體體積V圓=π4D2H=椎底體積V錐=π3D24D2tan35176。=則總體積為V總=V橢+V圓+V錐=++ = =924m3所以 D==圓筒體高 H=3D=3=上封蓋高 h=38D=下錐底高 h’=D2tan35176。=發(fā)酵罐壁厚的選擇通過查表得 選擇16mm厚的A3鋼板制作 發(fā)酵罐換熱器的設(shè)計為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多以及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按發(fā)酵過程熱量最高峰、一年中最熱的半個月的氣溫下，冷卻水可能達到最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計冷卻面積。計算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即：F=QK?Tm式中 Q——總的發(fā)酵熱(J/h) K——傳熱總系數(shù)﹝J/(m2hK)﹞?Tm——對數(shù)平均溫度差（℃）F——冷卻面積（m2）①總發(fā)酵熱Q，總發(fā)酵熱為：Q=②總傳熱系數(shù)K取換熱管為水煤氣管，管規(guī)格為53/60mm取經(jīng)驗值K=1932﹝J/(m2hK)﹞③對數(shù)平均溫差?Tm?Tm=TfT1（TfT2）ln（TfT1）（TfT2） =[28]（20）ln[2（8）]（20）=5℃式中 T1——冷卻水入口溫度T2——冷卻水出口溫度Tf——發(fā)酵液溫度則冷卻面積為：F=QK?Tm =5 =換熱管總長為：L=Fπde = =386m式中 de——換熱管的平均直徑（m），每圈管長：l=πdp = =式中 dp——管圈直徑（m），dp==，總?cè)?shù)為：Np=L/l=386/= 取21，并且將其分成3組，每組有7圈，則每組高度為：h=（71）+2 =根據(jù)經(jīng)驗，最上一組距離圓筒頂部2m，最下一圈距離圓筒底部3m，中間一組處于兩組的中心。總結(jié)本次設(shè)計是綜合運用大學(xué)期間所學(xué)的各個學(xué)科和實驗，通過大量的文獻參閱對年產(chǎn)20萬噸10176。P純生啤酒廠的發(fā)酵工藝進行的。啤酒廠生產(chǎn)啤酒的原料為：70%的大麥和30%的大米。通過參考國內(nèi)外相關(guān)文獻和期刊確定了采用以酵母菌為菌種的下面發(fā)酵法和一罐發(fā)酵法。下面發(fā)酵生產(chǎn)出的啤酒風(fēng)味好，適合廣大群眾的口味，一罐發(fā)酵法縮短了發(fā)酵周期，方便了操作、降低了發(fā)酵過程中的染菌率。通過物料衡算得到年產(chǎn)20萬噸10176。P純生啤酒每年需要大米9410t，大麥22000t，酒花47000t，,實際年產(chǎn)純生啤酒量為20123t。，。，，年消耗冷卻水5026608t。1010kJ，1010kJ，1010kJ。，高H=，直徑D=，升氣管直徑D1=。發(fā)酵罐采用圓筒體錐底發(fā)酵罐40個，全容積924m3，， ，錐角70176。另外還需要21圈，分為3組。致謝通過一個學(xué)期的努力，終于按要求完成了本次設(shè)計。這是我將所學(xué)的理論知識綜合運用的過程，并且使我從中懂得了各個學(xué)科之間的相互關(guān)系。所以，在此向所有曾經(jīng)幫助過我的老師、同學(xué)和相關(guān)科學(xué)工作者致以最誠摯的感謝。首先，感謝劉颋老師在這個學(xué)期以來的指導(dǎo)，劉老師以他認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)和工作作風(fēng)來嚴(yán)格要求我們，指出了設(shè)計過程中的很多不足之處并幫助我解決了許多不懂的難題。另外，感謝所有在過程中幫助過我的同學(xué)。謝萬勇在設(shè)計的制作發(fā)面分享了他的觀點。王皓霖在排版方面也給予了我重大的幫助。同時也感謝鄭州輕工的魏薇同學(xué)在繪圖方面對我的極大幫助。最后，感謝學(xué)校為我們提供了良好的設(shè)計環(huán)境。使我們能夠高效快速的查閱到有關(guān)資料和數(shù)據(jù)。這次設(shè)計的成功不僅僅是我個人的成果，而是所有幫助過我的人的共同成果。在此，再次向所有的老師、同學(xué)、學(xué)校和社會表示最誠摯的感謝。因本次設(shè)計準(zhǔn)備不足，再加上專業(yè)知識的積累不充足，在設(shè)計中難免會出現(xiàn)諸多錯誤，還望老師與同學(xué)不吝賜教指出。參考文獻[1] 田洪濤，高年發(fā)．現(xiàn)代發(fā)酵工藝原理與技術(shù) [M]．北京：化學(xué)工藝出版社，2007[2] 管郭儀．啤酒工藝手冊 [M].第二版。北京：中國輕工業(yè)出版社，1998[3] 許長卿．露天錐形罐啤酒快速發(fā)酵的工藝措施 [J]．杭州食品科技，1997（3）：1521[4] 周廣田．啤酒釀造技術(shù) [M]．濟南：山東大學(xué)出版社，2004[5] 胡洪波．生物工程產(chǎn)品工藝學(xué) [M]．北京：高等教育出版社，2006[6] 俞俊棠，唐孝宣等．生物工藝學(xué) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003[7] 王凱軍，秦人偉．發(fā)酵工業(yè)廢水處理 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