【正文】 通過本次課程設(shè)計又學(xué)到了很多知識，加強(qiáng)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(shè)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(jī)會。然后開始對單元操作中主要設(shè)備進(jìn)行工藝設(shè)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(jìn)行物料衡算 ，圍繞設(shè)備內(nèi)外附件的工藝尺寸進(jìn)行選型，設(shè)計；并對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行校核。 H= = m2 F2=F3= (+)1/2 = m2 F=F1+ F2+F3=+= m2 )( 3324 21 hhHDV ??? ? 23 設(shè)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(biāo) 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。） 可見 V_全 與 V_全′大致相等。 則 有 V 全= + D3 =230，取 H=2D，解方程得： +=230 D= 取 D=5（ m） ,則 H=2D=10(m)。 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(yù)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。因為 11176。 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(jìn)出物料等輔助操作時間 )。 當(dāng)然 C． C． T 發(fā)酵也有弱點。 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。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(jī)器 (如泵、電動機(jī) )、發(fā)酵罐支座等。 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?？纱蠓葴p少罐數(shù)，節(jié)省投資。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。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。①發(fā)酵罐底部產(chǎn)生 CO2 汽泡上升，對發(fā)酵液拖曳力大。 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(qiáng)化，可加速發(fā)酵。 錐底有直徑 500mm 的快開入孔。罐頂部應(yīng)有安全閥、真空破壞閥，CIP 執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)裝在液面上 150mm。在圓筒形下部裝可清洗取樣閥。 外防護(hù)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。采用上述兩種絕熱材料只需厚度150~200mm。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。 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＝ ~。 啤酒發(fā)酵最大放熱量為 糖 /h 產(chǎn)生的熱量。 罐體冷卻面積由復(fù)雜傳熱計算求得。國內(nèi)常用 20％ ~30％酒精水溶液，國外更多用 20％丙二醇水溶液為二次冷媒。 由于啤酒冰點溫度為 ~℃。國內(nèi)大多用低溫低壓 (3℃、 0． 03MPa)液態(tài)冷媒在半圓管、弧形管的夾套，或米勒板式夾套內(nèi)流動換熱。提高鉻、鎳、鉬含量可增加抗腐蝕性。鉻鋼中常加入鎳、鋁、鈦、錳等元素，可以改善耐腐蝕性和工藝性能。啤酒是酸性液體，能造 19 成鐵的電化學(xué)腐蝕，啤酒發(fā)酵時產(chǎn)生的 H2S、 SO2 對鐵材料會造成氧化還原腐蝕。 (一定體積沉降酵母在錐底中占有最小比表面積時摩接力最小 )，對于貯酒罐，因沉淀物很少，主要考慮材料利用率常取錐角為 120~150。增加 H 有利于加速發(fā)酵，降低 H 有利于啤酒的自然澄清。對單釀罐一般是 D： H＝ 1： 1~2。 外簡體蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。目前圓筒體錐底罐（ )在露天大罐工藝中使用最為普遍，簡稱露天錐形發(fā)酵罐。即M1=105(kg/h)=133(t) 麥汁冷卻器沖刷用水： 設(shè)沖刷一次，用水 192t，用水時間為 ，則： 最大用水量為： 192/＝ 384（ t/h） 酵母洗滌用水（無菌水）： 每天酵母泥最大產(chǎn)量約 14400Ｌ ，酵母貯存期每天換水一次， 新收酵母每天洗滌 4次，每次用水量為酵母的 3 倍，則連續(xù)生產(chǎn)每天用水量： （ 4＋ 1） 144003＝ 216000（Ｌ） 18 設(shè)用水時間為 1h，故最大用水量為 216（ t/h） 發(fā)酵罐洗刷用水： 每天沖刷體積為 200m3的發(fā)酵罐 2個，每個用水 40t，沖刷地面共用水 30t，每天用水量＝ 402＋ 30＝ 110（ t） 。糖化車間送來的熱麥汁溫度為 94℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度為 6℃。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn) 20 萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量 散失 在 90000202000 kJ/t 啤酒之間， 由于廠址選在北方較為寒冷的地方，則取冷涼散失為 100000kJ/t 啤酒故旺季生天耗冷量為： Q5’=Gb 100000= 8 100000=88889472(kJ/d) 式中， Gb——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耗冷量的 2 倍，則高峰耗冷量為： Q5=2Q5’/24 =2 88889472/24 =7407456(kj/h) 冷媒（ 8℃稀酒精）用量： M5=Q5/[cm(t2+t1)] =7407456/[ 8] = (kJ/h) 清酒罐、過濾機(jī)及管道等散失冷量 Q6 因涉及的設(shè)備、管路很多，若按前面介紹的公式計算，十分繁雜，故啤 酒廠設(shè)計時往往根據(jù)實驗經(jīng)驗選取。 露天錐形罐冷量散失 Q5 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。 每罐用于酵母洗滌的耗冷量： Q3′ =[Gwcm(twtw′ )]/ =[ (301)]/ = (kJ) 式中 ——每班裝罐 罐 酵母培養(yǎng)耗冷量 Q4 根據(jù)工藝設(shè)計，每月需進(jìn)行一次酵 母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為 12d，即 288h。用 8℃的酒精液作冷卻 介質(zhì)。設(shè)濕酵母添加量為麥汁量的 %，且使用 1℃的無菌水洗滌，洗滌無菌水量為酵母量的 3 倍。設(shè)發(fā)酵度為 60%，則 1L 麥汁放熱量為： 14 q0= 11% 60% = (kJ) 根據(jù)物料衡算，每鍋麥汁的冷麥汁量為 105L,則每錐形缺罐發(fā)酵放熱量為： Q01= 105 4 =107 (kJ) 由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時間為 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) ，忽略主發(fā)酵的升溫， 則發(fā)酵高峰 時期耗冷量為： Q21 =（ Q01 8） /(24 6 4) =(107 8)/(24 6 4)] = (kJ/h) (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 6℃緩降到 1℃。 k),工藝要求在 1h 小時內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為： Q1 =[GC（ t1t2） ]/τ =[ (946)]/1 =107 (KJ/h) 式中 t1 和 t2——分別表示麥汁冷卻前后溫度（℃） τ ——冷卻操作過程時間（ h） 根據(jù)設(shè)計結(jié)果，每個錐形發(fā)酵罐 裝 4 鍋麥汁，則麥汁冷卻每罐耗冷量為： Qf=4Q1=4 107=108 (kJ) 相應(yīng)的 冷凍介質(zhì)（ 2℃的冷凍水）耗量為： M1=Q1/[Cm（ t4t3） ] =107/[(852)] =105 (kg/h) 式中， t3 和 t4——分別表示冷凍水的初溫和終溫（℃） Cm——水的比熱容 [KJ/（ kg糖化車間送來的熱麥汁溫度為 94℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度 6℃。 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： Q = Qt + Qnt 工藝耗冷量 麥汁冷卻耗冷量 Q1 近幾年來普遍使用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法。 主發(fā)酵時間 6 天； 4 鍋麥汁裝 1 個錐形罐； 11176。淡色啤酒 202000t。下面以目前我國應(yīng)用最普遍的錐形罐發(fā)酵工藝進(jìn)行 202000t/a 啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量計算。 最后，把上述計算結(jié)果列成耗熱量消耗綜合表，如下： 名稱 規(guī)格(MPa) 每噸產(chǎn)品消耗定額(kg) 每小時最大用量(kg/d) 每晝夜消耗量(kg/d) 年消耗量 (kg/a) 蒸汽 (表壓 ) 104( 105 108 四 、 202000t/a 啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量衡算 啤酒發(fā)酵工藝有上面發(fā)酵和下面發(fā)酵兩大類，