【導讀】在此期間發(fā)酵，酵母的一些主要代謝產(chǎn)物也是在此期內(nèi)產(chǎn)生的。面發(fā)酵法和下面發(fā)酵法。我國主要采用后種方法。加酒花后的澄清汁冷卻至～℃，接種酵母，主發(fā)酵正式開始。芽糖為主的麥汁進行發(fā)酵，產(chǎn)生乙醇和CO2，這是發(fā)酵的主要生化反應。勻，用壓縮空氣或泵送入添加槽內(nèi)，適當通風數(shù)分鐘。％，通常接種后細胞濃度為800萬～1200萬個/ml。酵母使用代數(shù)多，接種溫度及酵母濃度低，則接種量應稍大，反之則少。接種后15～20小時，池的四周出現(xiàn)白沫，并向中。間擴展，直至全液面，這是發(fā)酵的開始。而后泡沫逐漸培厚，此階段維持～3天，每天溫度上升～1℃，糖度平均每24小時降1°Bx。④發(fā)酵第二階段又稱高泡期。為發(fā)酵的最旺盛期，泡沫特別豐厚，可高達25～。由于麥汁中酒花樹脂等被

　　

【正文】 射熱和環(huán)境傳導熱；啤酒發(fā)酵時，糖的有氧呼吸和厭氧發(fā)酵熱；啤酒降溫(℃／ h)放熱 。 啤酒發(fā)酵最大放熱量為 糖 /h 產(chǎn)生的熱量。啤酒冷卻 (從 +5℃ 0℃ )最大放熱(℃ /h)并不重疊，而且由于降溫放熱大，實際計算是由第一部分和第三部分組成。 對于單釀 C． C． T 發(fā)酵，一次冷媒直接蒸發(fā)冷卻，冷卻面積 (F)：發(fā)酵啤酒體積 (V)＝ F/V＝ ~，用二次冷媒冷卻 FV＝ ~。 隔熱層和防護層 絕熱層材料應具有：導熱系數(shù)低、體積質(zhì)量低、吸水小、不易燃等特性。啤酒 C． C． T常用如下材料：絕熱材料聚酰氨樹脂，可現(xiàn)場噴涂發(fā)泡，施工方便，價格中等， 但易燃。自熄式聚苯乙烯泡沫塑料是最佳絕熱材料，但價格貴。采用上述兩種絕熱材料只需厚度150~200mm。膨脹珍珠巖粉和礦渣棉價格低，因吸水性大需增加厚度 200~250mm。 外防護層一般采用 ~ 厚的合金鋁板或 ~ 的不銹鋼板，特別是瓦楞型板更受歡迎。 在上中下三段冷卻介質(zhì)進口位置下裝智能型鉑溫度傳感器。在圓筒形下部裝可清洗取樣閥。溫度傳感器和取樣管均需深入罐中 300mm。罐頂部應有安全閥、真空破壞閥，CIP 執(zhí)行機構(gòu)應裝在液面上 150mm。還應裝上視鏡、 燈鏡、空氣和二氧化碳排出管等裝置。 錐底有直徑 500mm 的快開入孔。如做單釀罐應具有深入錐底 800~1200mm 的出酒管和排酵母底閥及四通視鏡。 20 圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵的優(yōu)點 加速發(fā)酵 ． T 發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)酵相比，由于發(fā)酵基質(zhì) (麥汁 )和酵母對流獲得強化，可加速發(fā)酵。 發(fā)酵由于罐高度要大于傳統(tǒng) 5~10 倍，發(fā)酵液對流的三個推動力得到強化。①發(fā)酵罐底部產(chǎn)生 CO2 汽泡上升，對發(fā)酵液拖曳力大。②在發(fā)酵階段，由于底部酵母細胞濃度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部間密 度差而造成對流。②在發(fā)酵時控制罐下部溫度高于上部 (差 1~2℃ )，由于溫差引起熱對流，特別在發(fā)酵后期第一、二推動力減小后，溫差對流更能發(fā)揮作用。 在 發(fā)酵技術(shù)中，主發(fā)酵結(jié)束不排酵母，全部酵母參于后發(fā)酵中 VDK 的還原，特別是凝聚性差的酵母，發(fā)酵液有高濃度酵母參于 VDK 還原，大大縮短了還原時間。發(fā)酵溫控自由，可以靈活采用各種溫度 (大多較高溫度 )下 VDK 的還原，更可以縮短后發(fā)酵周期。 傳統(tǒng)發(fā)酵釀造周期，低溫發(fā)酵需 50d 以上，快速發(fā)酵需 25~30d，而 C． C． T 發(fā)酵如單釀罐發(fā)酵，釀造周期一般為 16~22d，如兩罐法發(fā)酵一般 20~30d，即釀造周期可縮短 1/3~1/2 倍?？纱蠓葴p少罐數(shù)，節(jié)省投資。 傳統(tǒng)發(fā)酵必須在有絕熱層的冷藏庫內(nèi)發(fā)酵和貯酒。 發(fā)酵可以大部分或全部在戶外，而且罐數(shù)、罐總?cè)莘e減少，廠房投資節(jié)省。 發(fā)酵冷卻是直接冷卻發(fā)酵罐和酒液，而且冷卻介質(zhì)在強制循環(huán)下，傳熱系數(shù)高。傳統(tǒng)發(fā)酵和貯酒，冷量多消耗在冷卻廠房、空氣、操作人員和機器 (如泵、電動機 )、發(fā)酵罐支座等。根據(jù)計算和測定， 發(fā)酵比傳統(tǒng)可節(jié)省 40%~55%冷耗。 酵罐清洗、消毒 傳統(tǒng)發(fā)酵罐和貯酒罐基本上依賴人工清洗和消毒，根本無法實現(xiàn)自動化程序化。 發(fā)酵可依賴 CIP 自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。 當然 C． C． T 發(fā)酵也有弱點。由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低 (只能使用 5~6代 )；貯酒時，澄清比較困難 (特別在使用非凝聚性酵母 )，過濾必須強化；若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，一般要 5~7d 以上，短期貯酒不能保證溫度一致。 圓筒體錐底發(fā)酵罐的計算 發(fā)酵罐 (1) 生產(chǎn)能力的計算 噸的啤酒 廠，年生產(chǎn)日 期為 300 天，發(fā)酵周期為 144 小時 (包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、 21 進出物料等輔助操作時間 )。 通過物料衡算可知，每生產(chǎn) 100L 成品啤酒需要冷麥汁。因為 11176。成品啤酒的密度為 1008kg/m3,因此生產(chǎn) 1t啤酒需要的發(fā)酵液量為 : 1000/1008*=(m3) 每日的產(chǎn)量 M=202000/300= t 每日所需發(fā)酵液的量 Vf= = 假定發(fā)酵罐的裝液系數(shù)為 70%， 則每日所需發(fā)酵罐容積 ： V0=(2)發(fā)酵罐個數(shù)的確定 選用公稱容量為 200 m3 的發(fā)酵罐，則需要發(fā)酵罐的個數(shù)為 N1。 經(jīng)查閱相關(guān)表格得知，公稱容積為 200 m3 的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為 230 m3， 根據(jù) V 總 =Vα τ /24ψ 式中： V 總 ：發(fā)酵罐的 總 容積（ m3） Vα ： 24h 內(nèi)加工的成品或半成品的容積 （ m3） τ ：操作周期，包括預備時間、操作和清洗等輔助操作時間（ h） ψ：裝液系數(shù)（取 ） N1=V0τ /(V 總ψ 24)=( 144)/(230 24)=（個） 取公稱體積 200 m3的發(fā)酵罐 26 個； 實際產(chǎn)量驗算：每日所需的發(fā)酵罐個數(shù)為 (個 ) (2305)/300=231189(t/a) 富裕量： (231189202000)/202000 100%=%，能滿足要求。 發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定 (1)主要尺寸的計算： V 全 =V 筒 +2V 封 =230m3 ； 封 頭 折 邊 忽 略 不 計 ， 以 方 便 計 算 。 則 有 V 全= + D3 =230，取 H=2D，解方程得： +=230 D= 取 D=5（ m） ,則 H=2D=10(m)。 22 經(jīng)查閱相關(guān)表格可知，封頭高 H 封 =h1+h2=1250+50=1300(mm)(其中為 h1曲面高度， h2為直邊高度 )，驗算全容積： V_ 全′ =V_ 筒 +2V_ 封 =^2 2D+2 (π /24 D^3+^2 ） =5^210+2(+) =+ =（ m179。） 可見 V_全 與 V_全′大致相等。 （ 2）冷卻面積的計算 為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗機制最多以及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按發(fā)酵生成的熱量高峰，一年中最熱的半個月氣溫下，冷卻水可能達到最高溫度的惡劣條件下，設計冷卻面積 計算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即 F=Q 總 /(KΔ tm ) 式中 D：罐的直徑 (m) H：罐的圓柱部分高度 (m) h1：罐底高度 (m) h2：蓋高度 (m) 通常： H=~， h1=~， h2=~ 選取結(jié)構(gòu)尺寸的比例關(guān)系如下： H= , h1=h2= ， V=(H+1/3h1+1/3h2) 480=(+) D= m 則 H== m , h1=h2== m （ 3） 全罐表面積 F、罐體圓柱部分表面積 F罐底和罐高表面積 F F3的計算： F1= D H= = m2 F2=F3= (+)1/2 = m2 F=F1+ F2+F3=+= m2 )( 3324 21 hhHDV ??? ? 23 設計結(jié)果匯總表 : 表 1 啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 項 目 名 稱 百分比（ %） 項 目 名 稱 百分比（ %） 定 無水麥芽 76 原料配比 麥 芽 80 浸出率 大 米 20 額 無水大米 92 啤酒損失率（對熱麥汁） 冷卻損失 浸出率 發(fā)酵損失 指 原料利用率 過濾損失 麥芽水分 5 裝瓶損失 2 標 大米水分 13 總 損 失 12 表 2 啤酒廠釀造車間物料衡算表 物料名稱 單位 對 100kg 混合原料 100L 10176。度淡色啤酒 糖化一次定額量 400000t/a啤酒生產(chǎn) 混合原料 Kg 100 104 107 大麥 Kg 70 104 107 大米 Kg 30 103 106 酒花 Kg 105 熱麥汁 L 630 105 108 冷麥汁 L 105 108 濕糖化糟 Kg 104 107 濕酒花糟 Kg 106 發(fā)酵液 L 105 108 過濾酒 L 105 108 成品 啤酒 L 100 105 108 備注： 10 度淡色啤酒的密度為 1008kg/m3 表 3 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) 冷媒用量 每罐耗冷量 年耗冷量 (kJ/h) (kJ) （ kJ） 工 麥汁冷卻 Q1 107 105(M1) 108 1011 藝 發(fā)酵耗冷 Q2 (M2) 107 109 耗 無菌水冷卻 Q3 (M3) 109 冷 酵母培養(yǎng) Q4 279000 (M4) 1073300 1010 量 工藝總耗冷 Qt ————— 108 1011 非工藝 錐形罐冷損 Q5 7407456 (M5) 3486700 109 耗冷量 管道等冷損 Q6 (M6) 1073300 109 24 非工藝總耗冷 Qnt ————— 4560000 1010 合計 總耗冷 Q ————— 108 1011 單耗 532500kJ/t 啤酒 對本設計的評述 : 為了順利完成本次課程設計，設計前就預先準備好了與本次設計相關(guān)的設計資料，手冊，圖冊等，并認真研究設計任務書，分析設計題目的原始數(shù)據(jù)和工藝條件，明確了設計要求和設計內(nèi)容。然后開始對單元操作中主要設備進行工藝設計，根據(jù)其工藝條件及原始數(shù)據(jù)，查取相關(guān)數(shù)據(jù)，進行物料衡算 ，圍繞設備內(nèi)外附件的工藝尺寸進行選型，設計；并對設計結(jié)果進行校核。最后是繪出一張主要設備結(jié)構(gòu)圖。 通過本次課程設計又學到了很多知識，加強了我們獨立分析問題的能力，我們通過相關(guān)數(shù)據(jù)的查取以及一些計算，使我們對啤酒發(fā)酵的主要工藝流程更深一步了解，對其主要設備更加了解，更鍛煉了我們獨立解決問題的能力，是一次很好的鍛煉機會。 參考文獻 : [1]吳恩芳 . 發(fā)酵工廠工藝設計概論 .中國輕工業(yè)出版社， 1999 [2]高孔榮 . 發(fā)酵設備 .中國輕工業(yè)出版社， 1998 [3]俞俊堂 . 生物工藝學 .華東理工大學出版社， 2020 [4]顧國賢 . 釀造酒工藝學 .中國輕工業(yè)出版社， 2020 [5]鄧興龍 . Auto CAD 實例教程 .華南理工大學出版社， 2020 發(fā)酵罐裝配圖 :