【導(dǎo)讀】現(xiàn)在國(guó)際上的啤酒大部分均添加輔助原料。大米﹑大麥﹑小麥﹑淀粉﹑糖漿和糖類物質(zhì)等。本次設(shè)計(jì)是對(duì)年產(chǎn)萬(wàn)噸10度啤酒工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)量進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的計(jì)算，后對(duì)啤酒環(huán)境污染處理工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。啤酒的生產(chǎn)工藝主要分為制麥、糖化、發(fā)酵、包裝四大步驟。用麥芽³106kg、大米³106kg、熱麥汁³106L、冷麥汁³106L、酒?；?amp;#179;106kg、發(fā)酵液³106L，直徑D為4m的100m3的機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。22個(gè)，選用六渦輪攪拌器葉徑D為。

　　

【正文】 ℃，故冷媒量為： )/( )()8/(22 hkJcQM m? ???? 酵母洗滌用冷無(wú)菌水冷卻耗量 3Q 在錐形罐啤酒發(fā)酵過(guò)程中，主要發(fā)酵結(jié)束后要排放部分酵母，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 至 7 次。設(shè)濕酵母添加量為麥汁量的 %，且使用 1℃的無(wú)菌水洗滌，洗滌無(wú)菌水量為酵母的 3 倍。冷卻前無(wú)菌水溫度為 30℃，用 8℃的酒精液作冷卻介質(zhì)。 )( 2 4 1 4 4 5 5 9 9 9 8 1 4 7 9 5039。00 kJQ ?????武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 由上述條件可知無(wú)菌水用量為： )/( 3% 639。dkJG W? ???? 式中 － 糖化一次的冷麥汁量（ kg） 每班無(wú)菌水用量： 班）/( 9 9 9339。 kgGG WW ??? 假定無(wú)菌水冷卻操作在 2h 內(nèi)完成。則無(wú)菌水冷卻耗冷量為： )/( 181 9 2/)130( 99/)(39。3hkJ tttcGQ WWmW? ?????? 所耗冷卻介質(zhì)質(zhì)量為： ? ?)/( )( 18 19)(/ 1233 hkg ttcQM m? ???? 式中 1t 與 2t － 冷卻酒精液熱交換前后的溫度，分別為 8℃和 0℃。 酵母培養(yǎng)耗冷量 4Q 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，即為 288h。依照工廠實(shí)踐，每生產(chǎn) 64000t 啤酒酵母培養(yǎng)耗冷量為： hkJQ /8 9 1 7 34 ? 對(duì)應(yīng)的年耗冷量為： kJ 8439。4 8 8 ????? 相應(yīng)的高峰冷凍介質(zhì)循環(huán)量為 : hkJttcQM m /2 6 6 7)(8 9 1 7 3)](/[ 1244 ????? 發(fā)酵車間工藝耗冷量 tQ 綜上計(jì)算，可得出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為： hkJi it /1?????? ?? 非工藝耗冷量 除了上述的發(fā)酵過(guò)程工 藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等均武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 會(huì)耗用或散失冷量，構(gòu)成所謂的非工藝耗冷量。 露天錐形罐耗冷量散失 5Q 錐形罐啤酒發(fā)酵工廠幾乎都是 把 發(fā)酵罐置于露天，由于太陽(yáng)輻射 、對(duì)熱傳熱和熱傳導(dǎo)等造成冷量散失，可依據(jù)低溫設(shè)備、管道的冷量散失公式計(jì)算。通常這部分的冷量散失可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)求取。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，年產(chǎn) 萬(wàn)噸啤酒廠露天錐形罐的冷量散失在 13000～30000KJ/t 啤酒之間（取 25000KJ/t）。故旺季每天耗冷量為： dkJGQ b /6393300 39。5? ?????? 式中 bG — 旺季成品啤酒日產(chǎn)量（ t） 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： hkJ /5 3 2 7 7 524/2 39。55 ?? 冷媒（ 8℃稀酒精）用量： ? ?? ? hkgttcQM m / 5 9 3 2/ 1255 ??? 清酒罐、過(guò)濾機(jī)及管道等散失冷量 6Q 由經(jīng)驗(yàn)選取 因涉及的設(shè)備、管道很多，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)。通常取 t %126 ? ， 所以 hkJ t / 1 7 8 1 6 8 1 5 1 4 0 1%12%126 ???? 冷媒（ 8℃稀酒精）用量： hkgttcQM m / 5 1 3 6)](/[ 1265 ??? 非工藝耗冷量 ntQ hkJQ nt / 7 1 0 9 4 365 ??? 耗冷量衡算結(jié)果見(jiàn)表 4 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 表 4 耗冷量衡算結(jié)果匯總表 名稱 數(shù)據(jù) 麥汁冷卻耗冷量 （ KJ/h） 發(fā)酵耗冷量 （ KJ/h） 酵母洗滌用冷無(wú)菌水冷卻 耗冷量 （ KJ/h） 酵母培養(yǎng)耗冷量 89173（ KJ/h） 發(fā)酵車間工藝耗冷量 （ KJ/h） 露天錐形罐散失耗冷量 532775（ KJ/h） 清酒罐 、 過(guò)濾器和管道散失耗冷量 （ KJ/h） 發(fā)酵車間非工藝耗冷量 （ KJ/h） 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第四章 主要設(shè)備的計(jì)算和選型 發(fā)酵罐的計(jì)算和選型 發(fā)酵罐的選型 選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，即通用罐。選用的原因?yàn)闅v史悠久，資料齊全，在比擬放大方面累積了較為豐富的成功 經(jīng)驗(yàn)，成功率高?，F(xiàn)以此類發(fā)酵罐為例進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的計(jì)算 由前面計(jì)算可知，一次糖化發(fā)酵液量為 44772 L，按照旺季計(jì)算，日糖化 6 次，取公稱容積 100m3，日發(fā)酵液量為 m3， ??n 取整 3 個(gè)。主發(fā)酵周期為 7 天， 個(gè)）(217 ??? nN ，加 1 個(gè)備用共 22 個(gè)。 公稱體積 100m3 的發(fā)酵罐主要尺寸的計(jì)算 V 全 =V 筒 +2V 封 ，封頭折邊忽略不計(jì)，則有 V 全 =179。 2D+π D3/24179。 2=118 H=2D 得 直徑 D= 取整 D=4m H=8m 查《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》附錄一表 15 封頭高度 H 封 =1000+50=1050mm 攪拌器主要尺寸計(jì)算 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌渦輪有三種型式，由于啤酒發(fā)酵對(duì)混合要求較高，根據(jù)發(fā)酵特點(diǎn)及菌體特征選用六彎葉渦輪攪拌器。 該攪拌器的各部尺寸與罐徑 D 有一定的比例關(guān)系，主要尺寸計(jì)算如下： 攪拌器葉徑 Di=D/3=4/3= (取 d=) 葉寬 B==179。 = 弧長(zhǎng) l==179。 = 底距 C= D/3=武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 盤徑 di==179。 = 葉弦長(zhǎng) L==179。 = 葉距 Y=D=4m3 彎葉板厚б =12mm 取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N2可根據(jù) 50 m3罐，攪拌器直徑 ，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min，以等 P0/V 為基準(zhǔn)放大求得 N2= N1 (D1/D2)2/3= 110179。 ()2/3=95r/min 攪拌器軸功率計(jì)算 通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐，攪拌軸功率的計(jì)算有很多方法，現(xiàn)用修正的邁凱公式求攪拌軸功率，由此選擇電機(jī)。 淀粉水解糖液為低濃度細(xì)菌醪可視為牛頓流體，計(jì)算步驟如下： 計(jì)算 emR ?? /2NDRem ? 式中 D攪拌器直徑 D= N攪拌器轉(zhuǎn)速 N=95/60=? 醪液密度 ? =1050kg/m3 ? 醪液黏度 ? =179。 103NS/m2 將數(shù)據(jù)代入得： emR = 463 )( ??????? ? 故視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)為 ?PN 計(jì)算不通氣是攪拌器功率 P0： P0=NpN3d5ρ 式中 PN 在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù) N攪拌器轉(zhuǎn)速 N=95/60=D攪拌 器直徑 D= ? 醪液密度 ? =1050kg/m3 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 P0=NpN3d5ρ = KWW 0 5 33 ?????? 兩檔攪拌 P=2 P0=2179。 72=144KW 通氣時(shí)軸功率 Pg： Pg=179。 103179。 ( P2Nd3/) 通氣量 = Pg=179。 103179。 ( 1442179。 95179。 179。 104./)= 電 動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 電機(jī)采用三角皮帶傳動(dòng)η 1=，滾動(dòng)軸承η 2=，滑動(dòng)軸承η 3=，端面密封增加的功率為 1%，則電機(jī)功率 P 電 =(η 1η 2η 3)= 179。 (179。 179。 )= 查手冊(cè)選取合適的電機(jī) 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 電機(jī)采用三角皮帶傳動(dòng)η 1=，滾動(dòng)軸承η 2=，滑動(dòng)軸承η 3=，端面密封增加的功率為 1%，則電機(jī)功率 P 電 =(η 1η 2η 3)= 179。 (179。 179。 )= 查手冊(cè)選取合適的電機(jī) 糖化鍋（或糊化鍋）的計(jì)算和選型 啤酒糖化鍋的用途是使麥芽粉和水混合，并保持一定的溫度進(jìn)行蛋白質(zhì)分解和淀粉糖化。 年產(chǎn) 64000t 啤酒廠一次的糖化鍋中投放麥芽粉 ，每 100kg 麥芽粉糖化用水為 350kg 一次糖化在糊化鍋中投入麥芽粉 同時(shí)加入大米粉 每 100kg 投料（大米粉和麥芽粉）用水為 450kg，下列為計(jì)算尺寸和體積 糊化鍋投料為： += 糊化醪量為 179。（ 1+450/100） = 設(shè)糊化鍋煮沸時(shí)，每小時(shí)蒸發(fā) 5%的水分，操作時(shí)第一次煮沸 15min，則 蒸發(fā)量 =179。 5/100179。 15/60= 第一次煮沸后糊化醪量 == 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 糖化醪量 =179。（ 1+350/100） = 第一次煮沸后：糊化醪量 +糖化醪量 =+= 由于大米的含水量為 13%，麥芽含水量為 6%，由原料的配比得平均含水量為 % 糖化醪干物質(zhì) %=（ +）（ ） /179。 100%=% 查表的相對(duì)密度為 則糖化鍋有效體積 =（ 179。 1000） = 取糖化鍋的充滿系數(shù)為 ，則 糖化鍋總體積 =采用平底糖化鍋，取圓筒直徑 D 與高度 H 之比為 2： 1 即 H= 則 D=? ? )( 3/1 ?? H=179。 = 啤酒 過(guò)濾器 啤酒過(guò)濾器在啤酒廠的典型應(yīng)用 有： 糖化冷麥汁通風(fēng)除菌過(guò)濾； 酵母培養(yǎng)用壓縮空氣除菌過(guò)濾； 發(fā)酵罐／清酒罐背壓，進(jìn)氣除菌過(guò)濾； 儀表用無(wú)菌空氣及灌裝機(jī)CO2 除菌過(guò)濾器； 無(wú)菌水／脫氧水制備； 工藝水／釀造水過(guò)濾； 硅藻土／ PVPP顆粒捕集及精過(guò)濾器； 啤酒精濾； 純生啤酒除菌過(guò)濾系統(tǒng)及不影響啤酒泡沫穩(wěn)定性的 Durapore 膜過(guò)濾芯； 回收啤酒過(guò)濾； 1取代硅藻土過(guò)濾機(jī)的切向流過(guò)濾系統(tǒng)。CIP 用水、釀造用水、選瓶水、沖瓶水和灌裝機(jī)沖洗水的過(guò)濾 采用袋式過(guò)濾器對(duì) CIP 用水、糖 化用水、洗瓶水、沖瓶水和灌裝機(jī)沖洗水進(jìn)行過(guò)濾，可以去除顆粒雜質(zhì)，避免因季節(jié)變化或輸水管道異常引起的水質(zhì)惡化，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。在這 — 位置選擇 250 微米的過(guò)濾袋即可達(dá)到使用目的。 酵母洗滌槽 用途：把回收的酵母泥進(jìn)行反復(fù)洗滌。 容量：每個(gè)洗滌槽要求儲(chǔ)存酵母泥 100L，在洗滌及儲(chǔ)存時(shí)均加入 2 倍無(wú)菌水，按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)每個(gè)容量為 350L. 數(shù)量：生產(chǎn)旺季，每天需洗滌兩池酵母，酵母反復(fù)洗滌及儲(chǔ)存時(shí)間以 3 天計(jì)，故共需武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 洗滌槽 6 個(gè)。 型式：選用活動(dòng)式半球面洗滌槽。 冰水箱 用途： 把水從常溫冷卻至 1— 2℃，作為麥汁冷卻用。 容量：要求有效容量 9 3m . 型式：鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)方形箱，內(nèi)壁有涂料。 酵母培養(yǎng)設(shè)備 用途：麥汁經(jīng)冷卻水殺菌后，放入酵母培養(yǎng)罐接種進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng) 24h 左右擴(kuò)大培養(yǎng)，以供繁殖槽酵母用。 型式：麥汁殺菌罐 1個(gè)，有效容積 3m 酵母培養(yǎng)罐 2 個(gè)， 有效容積 3m 擴(kuò)大培養(yǎng)罐 1 個(gè)， 有效容積 3m 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 第五章 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì) 化工車間管道布置設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 一、化工車間管道布置設(shè)計(jì)的任務(wù) (1)確定車間中各個(gè)設(shè)備的管口方位和與之相連接的管段的接口位置。 (2)確定管道的安裝連接和鋪設(shè)、支承方式。 (3)確定各管段（包括管道、管件、閥門及控制儀表）在空間的位置。 (4)畫出管道布置圖，表示出車間中所有管道在平面、立面的空間位置，作為管道安裝的依據(jù)。 (5)編制管道綜合材料表，包括管道、管件、閥門、型鋼等的材質(zhì)、規(guī)格和數(shù)量。 二、化工車間管道布置設(shè)計(jì)的要求 化工車 間管道布置應(yīng)符合下列要求： (1)符合生產(chǎn)工藝流程的要求，并能滿足生產(chǎn)要求； (2)便于操作管理，并能保證安全生產(chǎn)； (3)便于管道的安裝和維護(hù)； (4）要求整齊美觀，并盡量節(jié)約材料和投資。 化工車間管道布置除了符合上述要求外，還應(yīng)仔細(xì)考慮下列問(wèn)題。 (1)輸送易燃、易爆、有毒及有腐蝕性的物料管道不得鋪設(shè)在生活間、樓梯、走廊和門等處，這些管道上還應(yīng)設(shè)置安全閥、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆裝置，并應(yīng)將放空管引至指定地點(diǎn)或高過(guò)屋面 2m以上。 (2)有腐蝕性物料的管道，不得鋪設(shè)在通道上空和并列管線 的上方或內(nèi)側(cè)。 (3)管道鋪設(shè)時(shí)應(yīng)有一定的坡度，坡度方向一般是沿物流的方向，坡度一般為 1/100 5/1000。粘度小的液體物料管道可取 5/1000 左右，含固體的物料管道可取 1/100 左右。 (4）真空管線應(yīng)盡量短，盡量減少?gòu)濐^和閥門，以降低阻力，達(dá)到更高的真空度。 2．考慮施工、操作及維修 (1)管道應(yīng)盡量集中布置在公用管架上，平行走直線，少拐彎，少交叉，不妨礙門窗開(kāi)啟和設(shè)備、閥門及管件的安裝維修，并列管道的閥門應(yīng)盡量錯(cuò)開(kāi)排列。 (2)支管多的管道應(yīng)布置在并行管線的外側(cè)，引出支管時(shí)，氣體管道應(yīng)從上方引 出，液武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 體管道應(yīng)從下方引出，管道應(yīng)盡量避免出現(xiàn)“氣袋”、“口袋”和“盲腸”。