【導(dǎo)讀】啤酒的歷史悠久，大約起源于9千年前的中東和古埃及地區(qū)，后跨越地中海，傳入歐洲。19世紀(jì)末，隨著歐洲強(qiáng)國向東方侵略，傳入亞洲。改革開放三十年來，中國啤酒工業(yè)迅猛發(fā)展。2021年啤酒產(chǎn)量為kL，連續(xù)七年超過美國成為世界第一啤酒生產(chǎn)主消費(fèi)大國。然而，在眾多的啤酒產(chǎn)品中，黑啤酒可謂獨(dú)樹一幟，為啤酒行業(yè)的發(fā)展增添了生機(jī)。飲用時，酒精對人體的毒害相對較小。黑啤酒，又稱濃色啤酒，酒液一般為咖啡色或黑褐色，原麥汁濃度12度至20度，

　　

【正文】 mV ?? 發(fā)酵罐 錐形發(fā)酵罐的數(shù)量 6153 ??????? A NTn ]4[ 取 n=26 個 式中 T—發(fā)酵周期（天） ； A— 每個發(fā)酵罐可裝麥汁批量數(shù)（批）； 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 36 N— 每天的糖化次數(shù)（次）； 3— 考慮到進(jìn)出料等周轉(zhuǎn)、清洗時間和發(fā)酵時間可能延長而需要的罐數(shù)（個）。 不銹鋼罐錐角一般為 ?60 ，此時 沉降酵母在錐底所占的比表面積小，有利于酵母的沉降和排放。 采用無縫鋼管盤成的蛇管分成 3 段繞柱身進(jìn)行冷卻，而錐底部分采用冷卻夾套進(jìn)行冷卻。 由于 是露天 發(fā)酵罐 ，只有錐底部分在室內(nèi)，露天的罐體應(yīng)作好保溫措施。設(shè)計 選用經(jīng)濟(jì)的聚酰氨樹脂 。 啤酒是酸性飲料，容易導(dǎo)致 鋼鐵腐蝕，選擇不銹鋼作為發(fā)酵罐的材料，耐腐蝕 且導(dǎo)熱系數(shù)小，利于 罐 的 保溫 。罐體上各接管均采用 不繡鋼 。 因糖化一次發(fā)酵液 的量為 ,4 鍋麥汁裝一發(fā)酵罐，則發(fā)酵罐有效容積為： 1 5 1 3 8 7 8 4 mLV ???? 設(shè)填充系數(shù)為 ,則 mV ??總 取徑高比 D： H=1： 4，錐角 ?60 因 DhDh 23,3260tan ???? DDDDDDHDV 2 3)2(314)2(2 3)2(31)2( 2222 ??????? ???? 得 D= 圓筒體高 H=4D=14m 錐體部分高度 mDh 323 ?? 板框式硅藻土過濾機(jī) 由不銹鋼制成，濾板和濾框交替排列。選用德國 ORIONAIOO，過濾能力 350—齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 37 370 )/( 2 hmL ? ，臺機(jī)產(chǎn)量為 10000— 50000L。 清酒罐 設(shè)計 4個清酒罐， 2個備用，共 6個罐。 因糖化一次濾過酒量為： 則進(jìn)入清酒罐的灑量： 31 1 8 5 0 2 m?? 每個清酒罐的體積： m? 設(shè)清酒罐填充系數(shù) ，則： mV ??總 清酒罐采用圓柱形鍋體，取徑高比 D： H=1： 3。 則 DDHDV 34)2( 22 ??? ?? 得 D=,H=3D= CIP 系統(tǒng) 系統(tǒng)的設(shè)置（流量 580L/min） 洗滌過程：清水噴淋 10min，熱水噴淋洗滌 10min， 80℃ ,2%熱堿水淋洗 15min，熱水洗滌 10min，清水 10min，甲醛水（ %）或雙氧水（ 2%）淋洗 15min，無菌水淋洗15min。 清水罐 2個，熱水罐 2個，堿水罐 1 個，甲醛水或雙氧水罐 1個 ，無菌水罐 1 個。 重點(diǎn)設(shè)備設(shè)計計算（糖化鍋） 糖化鍋主要尺寸 由前面設(shè)備選型知：糖化鍋 mV ?總 ，直徑 mD ? ，高 mH ? ，下封頭高度 mh ? 內(nèi)壓薄壁圓筒底的強(qiáng)度設(shè)計 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 38 P 設(shè)液面距離圓筒底的高度為 h? ，則 球容 VVhD ????2)2(? mD VVh )(4)(4232 ???????????? 球容 則下封頭所承受的壓強(qiáng)： M P ahhgP )( 0 5 )( 6 ??????????? ??下 圓筒底所承受的壓強(qiáng)： M P ahgP 6 ????????? ??筒 而上封頭所承受的壓強(qiáng)為： 由表可知，筒體和封頭可選用 材料。 ]8[ 鋼板在 0— 250℃范圍內(nèi)的許用應(yīng)力由表查取，估計此筒體厚度在 3— 12mm之間，為安全計，取 MPat 105][ ?? ；焊縫為雙面焊，采用全部無損探傷，其焊縫系數(shù)由表查得 1?? ；鋼板負(fù)偏差由表查得： mmC ? ，腐蝕裕度由表選得 mmC 12 ? ，則壁厚附加量 C=+1=。 因此，圓筒壁厚： mmCPPD t i 41 ][2 ????? ????? ??? 根據(jù)鋼板厚度規(guī)格，取 mmn ?? 氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核：規(guī)定的試驗(yàn)壓力由表知： M P aPP T ???? 氣壓試驗(yàn)時的應(yīng)力： MP aDP e eiTT )(2 )](4100[ ][ ???? ?????? ?? ?? 鋼 制容器在常溫氣壓試驗(yàn)時的許用應(yīng)力 : M P asT ][ ???? ?? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 39 因?yàn)?][ TT ?? ? ，故筒體厚度滿足氣壓試驗(yàn)時強(qiáng)度要求。 橢圓形封頭設(shè)計 從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造等方面綜合考慮，設(shè)計采用橢圓形封頭。由壁厚公式 CPPDt id ??? ][2 ??? ]8[ 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度與筒體基本相同，而因 ? 值有所不同，則相差不會很大，為焊接方便，常取兩者等厚。 因此， mmd ?? 管徑計算 (1)升氣管直徑 設(shè)升氣管截面積為液體蒸發(fā)面積的 501 ，則 22 )2(501)2( DD ?? ?升 得 mD ?升 ，取 mmD 600?升 式中 D— 圓筒體直徑 (2)加水管直徑 由水衡算 ， 糖化鍋加水量為 ，即 m . 設(shè)加水時間為 h,則流體流量 ： hmtVQ / 3??? 取加 水流速為 2m/s,則加水管內(nèi)徑為： mVQD ?????? ?水 ,取 mmD 105?水 式中 Q— 流體流量（ sm/3 ） V— 流體的流速 (m/s) (3)糖化醪出口 管直徑 由 設(shè)備選型 知糖化醪 量為 3m ,設(shè)倒醪時間為 30min,則 流量 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 40 hmtVQ / 3??? 取糖化醪流速為 ，則糖化醪 出 口管直徑 ： mVQD ??? ??? ?出 圓整，取 mmD 160?出 (4)進(jìn)料管直徑 設(shè)進(jìn)料管流體流量為 100 hm/3 ，流體流速取 ,則進(jìn)料管內(nèi)徑為： mVQD 10044 ??? ??? ?入 圓整，取 mmD 220?入 設(shè)備的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計 設(shè)計數(shù)據(jù)：計算壓力 P= ，設(shè)計溫度 t = 200℃， 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 Di = 4100mm，封頭名義厚度 δn = ，焊接接頭系數(shù) ?? ，腐蝕余量 2C = 1mm，封頭材料 ， MPat 105][ ?? ,而接管材料為 10 鋼， MPat 101][ ?? ，封頭中心設(shè)置4350??? 的內(nèi)平齊接管。 )1)((2 rnt fCdA ???? ??? ]8[ 其中， C 為接管壁厚度附加量，查表 mmC ? 則 mmCCC ??? 開孔直徑 ： mmCdd i ?????? 強(qiáng)度削弱系數(shù) ][ ][ ?? tftnr ?? 3 3 9)11)(( 5 2 mmA ???????? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 41 筒體或封頭 承 壓所需設(shè)計厚度之外的多余金屬面積： )1)()((2))((1 rente fCdBA ??????? ????? 其中 mmCmmCmmCCCmmdBene7 0 0221????????????????????? 21 9 4 5)()3 5 07 0 0( mmA ?????? 接管承壓所需設(shè)計厚度之外的多余金屬面積： rntrtnt fCChfChA )(2)(2 2212 ?????? ??? 其中，補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的外側(cè)有效高度 mmhmmdh nt 0, 21 ???? ? 22 178mmA ?? 在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積： 23 162442 mmA ???? 因 22321 3 3 91 1 3 9161 7 89 4 5 mmAmmAAA ???????? 23214 0 01 1 3 3 3 9)( mmAAAAA ??????? 功率的計算 ]7[ (1)雷諾準(zhǔn)數(shù) 828 10 22 ????? ? nrD 式中 D— 攪拌葉直徑， m ； N— 攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)， r/s； R— 醪液容重， 3/mkg ； μ — 液體絕對粘度， smkg ?/ ，取 smkg ??? /0 0 厘伯? (2)功率準(zhǔn)數(shù) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 42 ))(s i )(() (Re ?DBDHBAN PP ??????? 式中 A、 B? 、 P之值，為簡化計算，均可查圖而得，先求出00 ,DBDD 值。 則 ??DD 式中 D— 攪拌器直徑； 0D — 糖化鍋內(nèi)徑； 而 ??DB 式中 B— 攪拌葉實(shí)際寬度； 根據(jù)00 ,DBDD 之值，由 《 啤酒工業(yè)手冊 》 查得： A=19； ??B ； P=； )60(s i n)3 () ( 19 ) ( ????? ???? ? ?PN (3)攪拌需要功率 KWDnrgNN P 5353 ?? ???????需 (4)電動機(jī)的功率 KWNKKN ????????總需電 ? 糖化鍋加熱面積的計算 因糖化鍋?zhàn)畲蟮臒崃肯臑椋? KJQ 1 9 2 9 6 7 9 9 0 6 9 9 1 5 4 3 1 3 7432 ?????? ?t ℃ ， 782?t ℃， ??? tm ℃ 換熱面積： mtK QF m ?????? 式中 K 取 2950 ??hm2 ℃ 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 43 法蘭的選擇 由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，鍋底接管法蘭的最高無沖擊工作壓力為 ,糖化鍋容器法蘭的最大允許工作壓力為 。 支座的選擇 由《化工容器》，用支承式支座 .]8[ 荷 Q 因鍋體重： 糖化鍋的重量由上、下封頭和圓柱形器身重之和。 (1)上封頭表面積： 21 ]60s i n i n [21 mdDS ????? ?? ?? 體積 ， 311 0 9 mSV ????? ? (2)下封頭表面積： 220 220 i n)c os(s i n2 mabdttabdttatbS ????? ?? ??? 體積 ， 322 mSV ????? ? (3)圓柱形器身表面積： 23 mDH ????? ?? 體積 ， 333 mSV ????? ? 則糖化鍋質(zhì)量： kgVVVG 5 9 1)1 5 5 9 9 (7 8 0 0)( 321 ???????? 鐵? 在計算支座承擔(dān)的負(fù)荷時，還應(yīng) 考慮到糖化鍋附屬設(shè)備的質(zhì)量，這里按照糖化鍋體重的一定比例來計算，設(shè)比例系數(shù)為 ，則附屬設(shè)備的重量為： kgGG ?? 鍋附 又 糖化醪液量： kgG ?醪 ， 則總重量為： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 44 kgGGGG 7 5 0 0???? 醪附鍋 設(shè)有 6個支座，則 作用在每個支座的實(shí)際負(fù)荷 ： kNGgQ ???? 選定支 承 式支座，由標(biāo)準(zhǔn) JB/T4724《支式支座》，本設(shè)計采用 A 型支 承 式支座。 人孔、視鏡設(shè)計 對壓力容器，根據(jù)《化工 容器》，選用 HG2151695（板式平焊法蘭式），突面D=4600mm 的人孔。 視鏡則選用圓形，平面式玻璃表面， DN125mm，可供兩只眼睛窺視。 清洗管路的設(shè)計 洗滌過程中， CIP 流量為 580L/min 設(shè)流速 smv /2? ，則 mVQd 1058044 3 ??? ???? ?? 圓整取排醪入口直徑為 d=80mm，壁厚 mm4?? 。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 45 第 5 章 啤酒工廠三廢治理 在啤酒廠設(shè)計和生產(chǎn)進(jìn)行的同時，要重視環(huán) 境保護(hù)的要求，應(yīng)采取綜合防治措施，使廢水、廢氣、廢渣、粉塵等污染物的排放量降低到最小程度，排放濃度符合國家或地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。 廢水處理 啤酒工廠廢水主要來源有： 麥芽生產(chǎn)過程的洗麥水、浸麥水、發(fā)芽降溫噴霧水、麥槽水、洗滌水，凝固物洗滌水；糖化過程的糖化、過濾洗滌水；發(fā)酵過程的發(fā)酵罐洗滌、過濾洗滌水；罐裝過程洗瓶、滅菌及破瓶啤酒；冷卻水和成品車間洗滌水；以及來自辦公樓、食堂、單身宿舍和浴室的生活污水。 降低 廢水污染強(qiáng)度的措施 ]9[ 降低啤酒噸酒耗水量，既可節(jié)水，又可直接降低廢水排放量，較濃的水是容易處理的。主要措施有： (1)人人要有環(huán)保意識。 (2)加深管理，各盡其職，節(jié)約用水：節(jié)省工藝洗滌用水，過濾工序節(jié)水，包裝車間洗瓶和殺菌工序要合理用水；防止跑、冒、滴、漏。 (3)爭取部分資金用于降低酒損和工藝用水重復(fù)使用等技術(shù)改造項(xiàng)目上，如麥汁冷卻水的回收使用，電滲析“濃水”的利用，冷凍冷卻水的循環(huán)使用，蒸汽冷凝水的回收等。 主要是降低啤酒生產(chǎn)的物料流失，提高整個啤酒生產(chǎn)水平，主要措施如下： (1)有效控制最終洗糟用水 ，不使其排放，不宜采用“濕排糟”，要用“干排糟”，壓糟水進(jìn)入下水道，是一個嚴(yán)重的污染源。 (2)回收廢酵母，既能回收啤酒產(chǎn)量 %的干酵母，又可回收啤酒總量 1%