XX理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)書(shū)課程名稱：生物工程設(shè)備課程設(shè)計(jì)課題名稱：年產(chǎn)10萬(wàn)噸12度淡色啤酒廠發(fā)酵罐設(shè)計(jì)學(xué)生名稱：XX所屬院系：生物工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：XXXXXXX學(xué)籍學(xué)號(hào)：XXXXXXXXXXXXX指導(dǎo)老師：XXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)時(shí)間：203-1-11前言.........................................................3第一章：緒論.................................................4設(shè)計(jì)選題的目的......................................................4設(shè)計(jì)工作的意義......................................................4課題研究的內(nèi)容及方法....................................................4工藝選擇................................................................4設(shè)備選擇................................................................5第二章：啤酒工藝選擇與論證..................................................6啤酒原料................................................................6麥汁制備................................................................6麥汁過(guò)濾................................................................8麥汁煮沸................................................................8麥汁后處理..............................................................8啤酒發(fā)酵的工藝論證......................................................9啤酒過(guò)濾................................................................15第三章：物料衡算...........................................................17.物料衡算的意義..........................................................17物料衡算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)......................................................17100Kg原料生產(chǎn)12度啤酒的物料衡算.......................................17生產(chǎn)100L12度啤酒的物料衡算.............................................18年產(chǎn)10萬(wàn)噸12度淡色啤酒糖化車間物料衡算.................................20第四章：耗冷量的計(jì)算........................................................23發(fā)酵車間工藝流程........................................................23工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)..................................................23麥汁冷卻耗冷量Q1........................................................23發(fā)酵耗冷量Q2............................................................23第五章：發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型..................................................25發(fā)酵罐數(shù)量的確定........................................................25發(fā)酵罐體積的確定........................................................25發(fā)酵罐材料的選擇........................................................25設(shè)備選型依據(jù)表..........................................................30第六章：總結(jié)................................................................32第七章：參考文獻(xiàn)............................................................33前言本設(shè)計(jì)為順應(yīng)近幾年來(lái)啤酒工業(yè)飛速發(fā)展的需求，在啤酒工藝成熟的基礎(chǔ)上，同時(shí)體現(xiàn)了啤酒釀造的新工藝，為企業(yè)的開(kāi)源節(jié)流提供了新的依據(jù)。設(shè)計(jì)題目為年產(chǎn)10萬(wàn)噸12度淡色啤酒廠發(fā)酵罐設(shè)計(jì)，此啤酒的釀造方法采用70%的麥芽，30%的大米，經(jīng)過(guò)糊化，糖化，煮沸，過(guò)濾，冷卻，發(fā)酵而成。發(fā)酵設(shè)備采用圓筒體錐底發(fā)酵罐，發(fā)酵周期是17天。本設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括物料衡算，熱量衡算，冷耗衡算和設(shè)備選型的計(jì)算及重點(diǎn)設(shè)備選型及計(jì)算。糖化方法采用雙醪浸出糖化法，發(fā)酵方法采用下面發(fā)酵法。本設(shè)計(jì)的圖紙主要為發(fā)酵罐裝配圖。本文對(duì)啤酒生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分—原料的糊化、糖化、麥汁過(guò)濾、煮沸、啤酒過(guò)濾及其設(shè)備選型進(jìn)行了粗略研究。對(duì)發(fā)酵過(guò)程及其設(shè)備選型進(jìn)行了較為詳細(xì)的探討。關(guān)鍵詞：啤酒工藝；設(shè)備選型；技術(shù)經(jīng)濟(jì)；發(fā)酵；糖化；發(fā)酵罐.

緒論設(shè)計(jì)選題的目的目前，世界上啤酒市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，廣大消費(fèi)者對(duì)啤酒品種結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，相應(yīng)的新品種也層出不窮。因而，很有必要將這方面得計(jì)書(shū)加以科學(xué)地總結(jié)和分析以推動(dòng)啤酒產(chǎn)品多樣化在廣度和深度上的健康發(fā)展，隨著人們生活水平的提高，飲食消費(fèi)結(jié)構(gòu)的不斷改變，啤酒已進(jìn)入了千家萬(wàn)戶。但是我國(guó)人均啤酒的消費(fèi)還沒(méi)有達(dá)到世界平均水平。所以建設(shè)新的、大型的啤酒廠，增加產(chǎn)量，就可以滿足人們將來(lái)物質(zhì)生活的需求。所以，設(shè)計(jì)啤酒廠是有意義有必要的。另外，此次選題是教研室下達(dá)的任務(wù)。是根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需求來(lái)選定的。設(shè)計(jì)工作的意義啤酒含有17種氨基酸，多種維生素及碳水化合物、礦物鹽等物質(zhì)、每升啤酒的熱量可達(dá)430卡，相當(dāng)于6-7枚雞蛋，0．75升牛奶或50克奶油，被世界營(yíng)養(yǎng)協(xié)會(huì)組織列為營(yíng)養(yǎng)食品，素有“液體面包”之譽(yù)?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明，啤酒中所含各種成份、既有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值又具良好的藥療效果，啤酒中酒精含量較低，10度黃啤酒含酒精3％左右，非但對(duì)胃和肝臟無(wú)損害，而且可平緩地促進(jìn)人體血液循環(huán)；維生素B1、B6已能維持心臟正?；顒?dòng)，而煙酸則能擴(kuò)張血管，故它們對(duì)心血管系統(tǒng)有益，可加速新陳代謝。通過(guò)這次的選題，查閱資料，使我們?cè)谠O(shè)計(jì)中進(jìn)一步掌握了啤酒的工藝方法為今后走上工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課題研究?jī)?nèi)容及方法設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)是根據(jù)四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院生物工程教研室布置的課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)5萬(wàn)噸12度的啤酒廠，重點(diǎn)設(shè)備發(fā)酵罐，發(fā)酵工段為重點(diǎn)工段。該設(shè)計(jì)包括工藝方法及流程的選擇論證、物料衡算、耗冷量衡算、設(shè)備選型及論證、重點(diǎn)設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)、車間的布置、繪制圖紙（發(fā)酵工藝流程圖、糖化工藝流程圖、發(fā)酵車間平面布置圖、發(fā)酵車間立面布置圖、重點(diǎn)設(shè)備裝配圖），三廢處理等。指導(dǎo)思想根據(jù)原料的特性，參考工業(yè)生產(chǎn)中的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所收集得文獻(xiàn)資料，進(jìn)行分析比較，設(shè)計(jì)適合的工藝流程和操作條件，選擇適合的生產(chǎn)設(shè)備，并進(jìn)行科學(xué)、合理的配置；設(shè)計(jì)適用的廠房結(jié)構(gòu)，確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行，配備必要的勞動(dòng)人員，滿足正常生產(chǎn)需要。工藝選擇1.保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)2.盡量采用成熟的，先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。3.選擇生產(chǎn)方法主要依據(jù)原料的來(lái)源，種類和性質(zhì)。設(shè)備的選擇保證工藝的安全性和可靠性，經(jīng)濟(jì)上的合理性，技術(shù)先進(jìn)，投資省，加工方便，運(yùn)行費(fèi)低，操作清洗方便。主要方法：1.查閱資料，確定工藝方法以及流程2.進(jìn)行設(shè)計(jì)衡算（如物料衡算）3.設(shè)計(jì)圖紙繪圖4.撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

第2章啤酒工藝選擇與論證啤酒原料釀造用水水是啤酒釀造最重要的原料，釀造水被稱為“啤酒的血液”。釀造水質(zhì)不僅決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和風(fēng)味，而且還直接影響著釀造的全過(guò)程。水的質(zhì)量要求：本設(shè)計(jì)為經(jīng)典啤酒，色澤較淺，水的殘堿度RA值要求在-5~+5度之間；水中Ca至少為40~50mg/L。另外，Ca和Mg比例要大于3:1。啤酒釀造用水中含有10~15mg/LMg已經(jīng)足夠，過(guò)高會(huì)使啤酒變的干，苦味重。水的鎂硬小于等于L，水中含鹽量要求很低。麥芽采用淺色且色澤淡黃而有光澤的麥芽。麥芽外觀短胖，除根干凈，不含雜草、雜谷粒、砂土、枯芽、半粒、霉粒、損傷殘粒等雜質(zhì)。麥芽還應(yīng)有新鮮稻草香味，不應(yīng)有霉味、潮濕味、酸味、焦苦及煙熏味等。酒花酒花能夠賦予啤酒柔和優(yōu)美的芳香和爽口的微苦味，能加速麥汁中高分子蛋白質(zhì)的絮凝，能提高啤酒起泡性和泡持性，也能增加麥汁和啤酒的生物穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)選擇淺黃綠色，有光澤，富有濃郁的啤酒花香氣，無(wú)異雜氣味，花體基本完整的顆粒酒花。輔料啤酒生產(chǎn)中適用輔助原料有重大意義，可以降低啤酒生產(chǎn)成本，具有經(jīng)濟(jì)性；可以降低麥汁總氮相對(duì)減少麥汁中高分子含氮化合物的比例，可以提高啤酒的非生物穩(wěn)定性；調(diào)整麥汁組分，提高啤酒某些特性。大米是啤酒廠最常用的輔料，其特點(diǎn)是價(jià)格低廉，蛋白質(zhì)、多酚物質(zhì)和脂肪含量低于麥芽，而淀粉含量高于麥芽，本設(shè)計(jì)采用大米作為輔料，生產(chǎn)出的啤酒具有色澤淺、口味清爽、泡沫細(xì)膩、酒花香突出，非生物穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。酵母在實(shí)際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類：上面酵母和下面酵母。二者形態(tài)上存在明顯的差別。上面酵母又叫表面酵母，其母細(xì)胞和子細(xì)胞能夠長(zhǎng)時(shí)間相互連接，形成多枝的牙簇，下面酵母又叫底面酵母、貯藏酵母，其母細(xì)胞和子細(xì)胞增殖后彼此分開(kāi)，幾乎都是單細(xì)胞或幾個(gè)細(xì)胞連接。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是經(jīng)典型啤酒，色澤淺，采用的是下面發(fā)酵技術(shù)，故選用下面酵母。麥汁制備麥芽及輔料的粉碎理論麥芽和谷物原料的粉碎是為了使整粒谷物經(jīng)過(guò)粉碎后，有較大的比表面積，使物料中貯藏物質(zhì)增加和水、酶的接觸面積，加速酶促反應(yīng)及物料的溶解。粉碎質(zhì)量對(duì)糖化過(guò)程中物質(zhì)的生化變化、麥汁組成、麥汁過(guò)濾和原料的利用率都有重要作用，從理論上講，麥芽粉碎的越細(xì)，其內(nèi)含物的溶解就越迅速、越完全，化學(xué)和酶促反應(yīng)更容易進(jìn)行，因此就能獲得最佳收得率。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，不能將麥芽粉碎的太細(xì)，因?yàn)榭紤]到啤酒釀造的特殊性：麥芽皮殼若粉碎過(guò)細(xì)，會(huì)增加皮殼有害物質(zhì)的溶解，影響啤酒的風(fēng)味；皮殼和原料中不溶性物質(zhì)粉碎過(guò)細(xì)，造成過(guò)濾阻力增加，影響過(guò)濾操作；淀粉等貯藏物質(zhì)的粉碎細(xì)度，不但影響酶促反應(yīng)速度，也影響反應(yīng)深度即影響到麥汁組成，所以麥芽的粉碎只需達(dá)到一定的程度即可。麥芽的粉碎麥芽的粉碎大致可分為干法粉碎、濕法粉碎、回潮粉碎和連續(xù)浸漬粉碎4種。因?yàn)闈穹ǚ鬯橛斜砥け容^完整課獲得良好的過(guò)濾層，解決了粉塵的危害，過(guò)濾時(shí)間短，糖化效果好，麥芽汁清亮對(duì)溶解不良的麥芽可提高其浸出率，適合比較高的投料量，的優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)采用濕法粉碎。輔料的粉碎對(duì)于輔料大米胚乳比較堅(jiān)硬對(duì)粉碎要求是有較大的粉碎，要粉碎得細(xì)一些有利于輔料的糖化和糊化粉碎采用三堒或四堒的二級(jí)粉碎機(jī)。粉碎方法為干法粉碎。糖化工藝的選擇與論證利用麥芽所含的各種水解酶，在適宜的條件（溫度、pH值、時(shí)間）下，將麥芽和麥芽輔料中的不溶性高分子物質(zhì)逐步分解為可溶性低分子物質(zhì)，這個(gè)分解過(guò)程稱為糖化。從麥芽和麥芽輔料中溶解出來(lái)的物質(zhì)稱為浸出物。麥汁中浸出物與投料量比值的百分?jǐn)?shù)稱為浸出率。糖化的目的是利于各種酶的作用，使不溶性物質(zhì)溶解出來(lái)，從而得到盡可能多的溶解物，并且使麥汁組成適和發(fā)酵。1．糖化方法麥芽的糖化方法通?？煞譃橹蟪鎏腔ê徒鎏腔ǎ渲兄蟪鎏腔ㄓ址譃橐淮?、二次和三次煮出糖化法。浸出糖化法：是純粹利用麥芽中酶的生化作用，浸出麥芽中的可溶性物質(zhì)。它是最簡(jiǎn)單的糖化方法，是把醪液從一定溫度開(kāi)始加熱至幾個(gè)溫度休止階段進(jìn)行，最后達(dá)到糖化終止溫度。只適合使用麥芽，釀制上面發(fā)酵啤酒和低濃度發(fā)酵啤酒，糖化時(shí)間長(zhǎng)，必須采用質(zhì)量很好的麥芽，故不采用。一次糖化法適于蛋白質(zhì)分解良好，糖化能力高的麥芽，原料利用率低，故不采用。二次糖化法對(duì)原料的適應(yīng)性較強(qiáng)，常采用此方法生產(chǎn)淺色啤酒，也可生產(chǎn)其他類型的啤酒，所以二次糖化法好了靈活性較大。適用于各種性質(zhì)的麥芽和制造各種類型的啤酒，比較經(jīng)濟(jì)，原料利用率高，故采用此法。三次糖化法原料利用率高，利于酶的作用，適用于濃色啤酒，耗熱能多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，故不采用。2．糖化的具體過(guò)程:糖化醪與糊化醪兌醪后，醪液不再煮沸，而是直接在糖化鍋內(nèi)升溫，達(dá)到糖化各階段所要求的溫度。由于只有部分醪液進(jìn)行煮沸，胚乳細(xì)胞壁的高分子麥膠物質(zhì)及其他雜志溶出較少，所制麥汁色澤淺，黏度低，口味柔和，發(fā)酵度高，特別適合釀造淺色淡爽型啤酒；而且操作簡(jiǎn)單，糖化時(shí)間短，在3h內(nèi)即可完成。麥汁過(guò)濾麥汁過(guò)濾的基本要求及技術(shù)指標(biāo)麥汁過(guò)濾的基本要求是迅速、徹底地分離糖化醪液中的可溶性浸出物，盡量減少影響啤酒風(fēng)味的麥皮多酚、色素、苦味質(zhì)以及麥芽中的高分子蛋白質(zhì)、脂肪、脂肪酸和β-葡聚糖等物質(zhì)進(jìn)入麥汁，從而保證麥汁良好的口味和較高的澄清度[3]。技術(shù)指標(biāo)應(yīng)保證過(guò)濾的麥汁達(dá)到生產(chǎn)所需要的質(zhì)量要求，盡可能多地獲得澄清麥汁，提高生產(chǎn)率，減少對(duì)環(huán)境的污染。麥汁過(guò)濾方法及影響因素過(guò)濾槽是大多數(shù)啤酒廠經(jīng)常采用的麥汁過(guò)濾設(shè)備，在啤酒生產(chǎn)中，麥汁過(guò)濾方法大致可以分為四類：過(guò)濾槽靜壓過(guò)濾法，過(guò)濾槽正壓過(guò)濾法，過(guò)濾槽抽吸是負(fù)壓過(guò)濾法，壓濾機(jī)過(guò)濾法。我國(guó)大多數(shù)啤酒廠均采用過(guò)濾槽靜壓過(guò)濾法進(jìn)行麥汁過(guò)濾。本設(shè)計(jì)采用過(guò)濾槽靜壓過(guò)濾法進(jìn)行麥汁過(guò)濾。過(guò)濾槽法過(guò)濾麥汁是通過(guò)篩分效應(yīng)，濾層效應(yīng)和深層過(guò)濾效應(yīng)三方面的作用而進(jìn)行的。麥汁的過(guò)濾速度受濾層阻力、濾層滲透性、濾層厚度、麥汁黏度和濾層面積等諸多因素影響。麥汁煮沸麥汁煮沸設(shè)備選擇及優(yōu)缺點(diǎn)麥汁過(guò)濾結(jié)束后，就要進(jìn)行麥汁煮沸，并在麥汁過(guò)濾中添加酒花。煮沸期間將發(fā)生一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，麥汁質(zhì)量也會(huì)受多種因素影響。啤酒廠商用的煮沸鍋有內(nèi)加熱式煮沸鍋、外加熱式煮沸鍋、低壓煮沸過(guò)和連續(xù)流動(dòng)式麥汁煮沸器，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)加熱式煮沸鍋。內(nèi)加熱式煮沸鍋的特點(diǎn)是：麥汁加熱器垂直安裝在鍋內(nèi)，加熱器為列管式加熱器。麥汁煮沸時(shí)，麥汁由下而上穿過(guò)加熱器的列管向上沸騰。內(nèi)加熱式煮沸鍋具有以下優(yōu)點(diǎn)：1，設(shè)備投資少，無(wú)需維護(hù)，沒(méi)有磨損，耗電量低；2熱輻射損失?。?煮沸溫度和蒸發(fā)速率可以調(diào)整；4設(shè)備簡(jiǎn)單，不需外加加熱器和攪拌器。麥汁煮沸工藝內(nèi)加熱式麥汁煮沸鍋又可分為常壓煮沸和低壓煮沸，本設(shè)計(jì)采用常壓煮沸工藝。通過(guò)麥芽汁的煮沸可達(dá)到蒸發(fā)水分、濃縮麥汁的目的。過(guò)濾后的麥汁其濃度低于需定型濃度（約～°P），通過(guò)煮沸、蒸發(fā)濃縮，方可達(dá)到規(guī)定濃度。煮沸的主要作用：⑴滅酶和殺菌；⑵蛋白質(zhì)變形和絮凝；⑶浸出酒花中物質(zhì)；⑷排除麥汁異雜臭氣。麥汁后處理熱凝固物及冷凝固物的分離麥汁煮沸后應(yīng)盡快將麥汁中的熱凝固物進(jìn)行有效的分離，以獲得澄清的麥汁，然后將麥汁冷卻至工藝要求的溫度，冷卻的同時(shí)，要進(jìn)行通風(fēng)，為酵母繁殖提供足夠的氧氣。漩渦成沉淀槽是最常用的熱凝固物分離設(shè)備，與其它設(shè)備相比，她的分離效果最佳。漩渦沉淀槽是立式柱形槽，麥汁沿切線方向泵入，形成旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，并使熱凝固物以錐丘狀沉降于槽底中央，清亮麥汁從側(cè)面麥汁出口排出。麥汁在冷卻過(guò)程中會(huì)形成冷凝固物，并逐漸沉淀下來(lái)，去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮選法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮選法是麥汁在去除熱凝固物后，通入無(wú)菌空氣就會(huì)吸附在細(xì)密的小氣泡上，隨氣泡升至液面，并加以除去。麥汁的冷卻常用的麥汁冷卻器為板式換熱器，換熱效率很高。麥汁冷卻的基本要求有：麥汁和冷卻水流經(jīng)部位要便于清洗，密封性要好，嚴(yán)防冷卻水和麥汁的滲漏。要有足夠的冷卻面積，冷卻時(shí)間要短，冷凝固物析出的量多。麥汁冷卻有一段式和兩段式兩種冷卻方式.本設(shè)計(jì)采用三段式冷卻方式，其優(yōu)點(diǎn)是利于酵母的沉降，溫差會(huì)有利于醪液的對(duì)流。麥汁的充氧發(fā)酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧氣，以利于酵母增殖并同時(shí)進(jìn)入發(fā)酵階段。為使空氣溶解至冷麥汁中，必須通入很細(xì)小的空氣泡，并以渦流形式與麥汁進(jìn)行混合。啤酒發(fā)酵的工藝論證啤酒酵母1．酵母的分類：a.弗羅倍爾酵母：發(fā)酵度高，沉淀慢而不凝集b.薛士酵母：發(fā)酵度低，凝集性強(qiáng)，沉淀快c.卡爾斯倍酵母：卡爾倍一號(hào)，發(fā)酵度高，沉淀慢；卡爾倍二號(hào)，發(fā)酵度低，沉淀快2．酵母的基本結(jié)構(gòu)：啤酒酵母在麥汁中25℃培養(yǎng)三天，細(xì)胞為圓形，卵形，橢圓形到臘形。酵母是單細(xì)胞真核生物，外層由厚的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜所包囊；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有許多細(xì)胞器，有核、線粒體、微體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡、核糖體等，還存在作為能源的糖原，脂質(zhì)及多磷酸鹽等物質(zhì)。3．啤酒酵母的絮凝：啤酒酵母的絮凝特性是重要的生產(chǎn)特性，它會(huì)影響酵母的回收再利用于發(fā)酵的可能，影響發(fā)酵速率和發(fā)酵度，影響啤酒過(guò)濾方法的啤酒風(fēng)味。酵母細(xì)胞不同的絮凝能力受到其自身的基因和外界作用影響，金屬離子對(duì)凝聚作用的影響極大，凝聚作用的強(qiáng)度還依賴于基質(zhì)的離子濃度，尤其是鈣離子含量達(dá)到30mg/l以上時(shí)的促凝作用相當(dāng)顯著，其他二價(jià)離子也能促凝，但是單價(jià)離子會(huì)因“反離子效應(yīng)”對(duì)其產(chǎn)生抑制作用。4．酵母擴(kuò)大培養(yǎng)：最終決定啤酒品質(zhì)的因素是啤酒酵母，最終影響釀酒工藝和控制的因素也是啤酒酵母。啤酒工廠從單細(xì)胞分離得到一個(gè)酵母細(xì)胞，經(jīng)鑒定確認(rèn)為是本廠生產(chǎn)用的優(yōu)良菌株，然后經(jīng)過(guò)若干次擴(kuò)大培養(yǎng)，最后制備成1013—1014個(gè)細(xì)胞/ml后供發(fā)酵用。酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)關(guān)鍵在于：①選擇優(yōu)良的單一細(xì)胞發(fā)出菌株；②在整個(gè)擴(kuò)大培養(yǎng)中保證酵母品種，強(qiáng)壯，無(wú)污染。其過(guò)程為：斜面試管（原菌種）→試管培養(yǎng)→小，中，大三角瓶培養(yǎng)→卡氏罐培養(yǎng)→增殖罐培養(yǎng)→酵母擴(kuò)大培養(yǎng)→發(fā)酵罐。5．接種量：表2-1不同麥汁濃度的酵母添加量麥汁濃度酵母泥添加量7～9～10～12～13～15～16～20～6．酵母的選擇：在實(shí)際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類：上面酵母和下面酵母。二者形態(tài)上存在明顯的差別。上面酵母又叫表面酵母，其母細(xì)胞和子細(xì)胞能夠長(zhǎng)時(shí)間相互連接，形成多枝的牙簇，下面酵母又叫底面酵母、貯藏酵母，其母細(xì)胞和子細(xì)胞增殖后彼此分開(kāi)，幾乎都是單細(xì)胞或幾個(gè)細(xì)胞連接。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是經(jīng)典型啤酒，色澤淺，采用的是下面發(fā)酵技術(shù)，故選用下面酵母。啤酒發(fā)酵工藝技術(shù)控制啤酒發(fā)酵工藝技術(shù)控制，至今尚未深入到發(fā)酵代謝控制，所謂工藝控制多數(shù)停留在外界影響因素的選擇性（非定量）控制，它包括如下幾方面：啤酒酵母的菌株選擇。麥汁組分。酵母接種量和接種技術(shù)。起酵溫度和發(fā)酵溫度。發(fā)酵設(shè)備和酵母在發(fā)酵中的流態(tài)。后酵（或雙乙酰還原）條件選擇。酵母分離時(shí)間和方法。儲(chǔ)酒條件和時(shí)間。發(fā)酵中壓力或者CO2濃度。上述諸方面的控制技術(shù)，不但影響發(fā)酵工藝過(guò)程，而且深刻影響啤酒風(fēng)味物質(zhì)的代謝。由于發(fā)酵工藝的多變性，造成啤酒風(fēng)味千差萬(wàn)別。啤酒發(fā)酵工藝傳統(tǒng)的下面發(fā)酵法，發(fā)酵容器安置在空氣過(guò)濾，絕熱良好和清潔衛(wèi)生的發(fā)酵室內(nèi)，保持室溫5～6℃，采用開(kāi)放式或密閉式發(fā)酵容器：①采用下面的酵母，主發(fā)酵溫度較低，發(fā)酵進(jìn)程比較緩慢。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降容器底部。②下面發(fā)酵啤酒的后發(fā)酵期較長(zhǎng)，酒液澄清良好，酒的泡沫細(xì)致，風(fēng)味柔和，保存期較長(zhǎng)。傳統(tǒng)式分批發(fā)酵，每批（一鍋或兩鍋）定型麥汁，經(jīng)過(guò)添加酵母，前發(fā)酵（酵母增殖），主發(fā)酵，后發(fā)酵和貯酒等階段。一般為前酵期（～11℃），主酵期（～13℃），后酵和貯酒期（0～-1℃）。1.前發(fā)酵:所謂前發(fā)酵，就是指接種酵母泥處于休眠階段，酵母和麥汁接觸后，有較長(zhǎng)（數(shù)小時(shí)至十小時(shí)）的生長(zhǎng)滯緩期，之后才能加入出芽繁殖，當(dāng)酵母克服生長(zhǎng)緩滯期，出芽繁殖細(xì)胞濃度達(dá)到20×106個(gè)/ml，發(fā)酵麥汁表面開(kāi)始?xì)馀?，此階段即為前發(fā)酵。但由于工藝改進(jìn)，前發(fā)酵時(shí)期已縮短至20～30個(gè)小時(shí)。2.主發(fā)酵：主發(fā)酵前期酵母吸收麥汁中氨基酸和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，應(yīng)用糖類發(fā)酵合成細(xì)胞并產(chǎn)生熱量。此時(shí)糖降比較緩慢，而氨基酸下降迅速。由于有機(jī)酸和麥汁緩沖物質(zhì)減少，PH下降迅速。酵母達(dá)到最高濃度時(shí)，糖降最快，每天外觀濃度降可達(dá)～°P。此階段大量廢熱產(chǎn)生，必須進(jìn)行冷卻。發(fā)酵度達(dá)到酵母凝聚點(diǎn)時(shí)（一般發(fā)酵度在35%～45%），酵母開(kāi)始凝聚，發(fā)酵液中懸浮酵母細(xì)胞數(shù)開(kāi)始下降，糖降速率隨之降低。為凝聚和保存凝聚酵母的活性，發(fā)酵后期應(yīng)逐步降低溫度，使發(fā)酵溫度趨近后酵母溫度。主發(fā)酵后期每日糖降小于°P時(shí)，發(fā)酵緩慢，泡沫小時(shí)，逐步形成泡蓋。泡蓋是CO2帶至發(fā)酵液面的多酚、酒花樹(shù)脂、蛋白質(zhì)等被氧化、聚合形成的。在主發(fā)酵結(jié)束前，撈去泡蓋，即可進(jìn)行后酵和回收凝聚酵母泥。發(fā)酵過(guò)程中的主要物質(zhì)變化:①糖類的變化：在發(fā)酵過(guò)程中，同等條件下，發(fā)酵度室隨可發(fā)酵性糖與總糖的比例而變化的。可發(fā)酵性糖含量愈高，發(fā)酵度愈高；發(fā)酵速度則隨發(fā)酵溫度和酵母添加量而變化，發(fā)酵溫度愈高，酵母添加量愈大，發(fā)酵愈旺，發(fā)酵速度愈快。②含氮物質(zhì)的變化：麥汁中含可同化氮或不可同化氮的成分，均與啤酒質(zhì)量有關(guān)，前者影響著發(fā)酵進(jìn)程和酵母代謝所產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)，后者則關(guān)系到啤酒的物理性能，如啤酒的澄清，非生物穩(wěn)定性和泡沫性能等。③苦味物質(zhì)的變化：在發(fā)酵過(guò)程中，麥汁中近1/3的苦味物質(zhì)損失。④二氧化碳的產(chǎn)生:二氧化碳在酒液中的溶解度視發(fā)酵度溫度和罐壓的變化而有增減。二氧化碳含量一般為～（w/wl左右）⑤PH值的變化:冷麥汁PH一般為～，隨發(fā)酵進(jìn)程而逐步降低，PH值的下降主要由于發(fā)酵過(guò)程中，二氧化碳和有機(jī)酸和二氧化碳的形成。⑥氧與rH值:rH值是表示溶液中氫壓的負(fù)對(duì)數(shù)值，是表示溶液氧化還原勢(shì)（EH）的一種方法，rH愈高，溶液的氧化力愈高，還原力愈低，反之亦然。rH＝＋2pH（30℃）⑦色度變化:麥汁色度降低的幅度，隨原麥汁色度深淺而變化，色度深者降低幅度大，色度淺者降低幅度小。3．后發(fā)酵和儲(chǔ)酒:過(guò)濾麥汁經(jīng)主發(fā)酵后的發(fā)酵液較嫩啤酒，又叫新啤酒。此時(shí)酒的二氧化碳含量不足，口味不成熟，不適于飲用。啤酒的成熟和澄清均在后發(fā)酵期中完成。后發(fā)酵的作用:①嫩啤酒中殘留的可發(fā)酵性糖性糖繼續(xù)發(fā)酵，產(chǎn)生的二氧化碳在密閉的貯酒容器中，不斷溶解酒內(nèi)，使之達(dá)到飽和狀態(tài)。②后發(fā)酵初期產(chǎn)生的CO2在排出貯酒罐外時(shí)，降去酒內(nèi)所含的一些酒類的揮發(fā)性成分，如乙醛，硫化氧，雙乙酰等同時(shí)排出，減少啤酒的不成熟味覺(jué)，加快啤酒成熟。③在較長(zhǎng)的后發(fā)酵期中，懸浮的酵母，冷凝固物和酒花樹(shù)脂等。在低溫和低PH值的情況下，緩慢沉淀下來(lái)，使啤酒逐漸澄清。④在較低的貯酒溫度下，一些易形成混濁的蛋白質(zhì)－單寧復(fù)合物逐漸析出而先行沉淀下來(lái)或被過(guò)濾除去，改善了啤酒的非生物穩(wěn)定性，從而提高了成品啤酒的保存期。貯酒的作用：①嫩啤酒中殘留的可發(fā)酵性糖繼續(xù)發(fā)酵，產(chǎn)生的二氧化碳在密閉的貯酒容器中不斷溶解于酒內(nèi)，使之達(dá)到飽和狀態(tài)。②減少啤酒的不成熟味覺(jué)加快啤酒成熟。③使懸浮的酵母冷凝固物和酒花樹(shù)脂等，在低溫和低PH值情況下，緩慢的沉淀下來(lái)，使啤酒足見(jiàn)澄清，便于過(guò)濾。④改善了啤酒的非生物的穩(wěn)定性，從而提高了成品啤酒的保存作用。貯酒室一般設(shè)在發(fā)酵室下面，分地下與地下兩種，先采用地上，整個(gè)貯酒室應(yīng)分為數(shù)室，以控制同貯酒時(shí)間的溫度和便于進(jìn)酒出酒等。貯酒室采用冷風(fēng)冷卻，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在貯酒樓上，利用冷空氣下降，熱空氣上升的對(duì)流方式，以節(jié)省動(dòng)力消耗。貯酒室的冷耗量，一般為：①排管冷卻：600～800千卡/晝夜/m3②冷風(fēng)冷卻：1000～1200千卡/晝夜/m3啤酒的澄清:①啤酒澄清的作用：啤酒澄清時(shí)在貯酒期間，是使酒中所含的懸浮物沉淀下來(lái)。澄清的目的是使過(guò)濾時(shí)順利，產(chǎn)量高；濾后的酒透明度好，穩(wěn)定性高。②啤酒中的主要懸浮物質(zhì):a.酵母細(xì)胞;b.冷凝固性蛋白質(zhì);c.酒花樹(shù)脂;d.蛋白質(zhì)－多酚氧化物的復(fù)合物質(zhì)。③影響啤酒澄清的因素:a.懸浮物質(zhì)的性質(zhì);b.貯酒溫度高溫（3℃以上）快于低溫（0℃以下）;值：酒液度PH在（～）上面發(fā)酵（以下）;d.容器大小;e.酒液粘度。4．圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵及其工藝:①發(fā)酵方法分類：主要分單釀罐發(fā)酵和兩罐法發(fā)酵兩種。本次設(shè)計(jì)選擇單釀罐法發(fā)酵。②設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：⑴設(shè)備的外型特點(diǎn)：外筒體蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。單釀罐一般的D：H=1:。發(fā)酵罐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角60-130°。⑵罐材料：大型均采用碳鋼加涂料或是不銹鋼兩種材料。⑶冷卻夾套：國(guó)內(nèi)大多用低溫低壓（-3℃,）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(dòng)換熱。冷卻夾套的單釀罐內(nèi)一般分三段：上段距發(fā)酵液面15cm向下排列，中段在筒體的下部距支座15cm向上排列，錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。⑷隔熱層和防護(hù)層：絕熱材料常用絕熱材料聚酰氨樹(shù)脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。外防護(hù)層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。⑸罐主要附件：智能型鉑溫度傳感器，清洗取樣閥，安全閥，真空破壞閥，CIP執(zhí)行機(jī)構(gòu)，上視鏡，燈鏡，空氣和二氧化碳排出管裝置。③圓筒體錐底發(fā)酵罐發(fā)酵工藝：⑴進(jìn)罐方法采用直接進(jìn)罐方法。⑵接種量和起酵溫度麥汁直接進(jìn)罐法，為了縮短起酵時(shí)間，大多采用較高接種量，%～%，接種后細(xì)胞濃度為（15加或減3）×106個(gè)/ml。麥汁接種溫度是控制發(fā)酵前期酵母繁殖階段溫度的，一般低于主發(fā)酵溫度2～3℃。目的是使酵母繁殖在較低溫度下進(jìn)行，減少酵母代謝副產(chǎn)物過(guò)多積累。⑶主發(fā)酵溫度采用低溫發(fā)酵⑷VDK還原在大罐發(fā)酵中，后發(fā)酵一般稱VDK還原階段。VDK還原初期一般不排放酵母，也就是發(fā)酵全部酵母參與VDK還原，這可縮短還原時(shí)間。⑸冷卻、降溫VDK還原終點(diǎn)是根據(jù)成品啤酒應(yīng)VDK的含量而定。⑹罐壓控制利用N2備壓～。⑺酵母的排放和收集酵母回收循環(huán)使用五代。啤酒發(fā)酵方法的選擇啤酒發(fā)酵方法主要有以下幾種方式：連續(xù)發(fā)酵法，上面發(fā)酵法，下面發(fā)酵法，一罐發(fā)酵法，以下就這幾種發(fā)酵方法進(jìn)行詳細(xì)分析和比較來(lái)進(jìn)行取舍。（1）連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵主要有多罐式連續(xù)發(fā)酵和塔式連續(xù)發(fā)酵，這種連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)都可大大縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率，降低了投資，減少了酒損，降低了蒸汽、勞動(dòng)力和洗刷費(fèi)用，提高了酒花利用率，且產(chǎn)生的成品啤酒質(zhì)量穩(wěn)定。但是這幾種連續(xù)體系也各有不足：多罐式系統(tǒng)需攪拌，動(dòng)力消耗大。塔式系統(tǒng)對(duì)酵母要求高，使用的酵母不僅要求發(fā)酵度高，而且要求凝聚性強(qiáng)。并且塔式觀造價(jià)高，不利于小規(guī)模生產(chǎn)。更重要的是，連續(xù)發(fā)酵法啤酒從風(fēng)味上品評(píng)與間歇法啤酒差別大，難以被消費(fèi)者接受。八十年代后，錐形罐發(fā)酵取代了傳統(tǒng)發(fā)酵，生產(chǎn)周期得到了縮短，而連續(xù)發(fā)酵由于污染和風(fēng)味（特別是雙乙酰）控制的困難逐步停止了使用。從實(shí)際情況出發(fā)，故本設(shè)計(jì)不采用此法。（2）上面發(fā)酵的工藝特點(diǎn)A、上面發(fā)酵系在較高的溫度（15~20℃）下進(jìn)行的，酵母起發(fā)快，接種量可以減少，因此形成的酵母新細(xì)胞較多。發(fā)酵終了，大部分酵母浮在液面，酵母使用代數(shù)大大增加長(zhǎng)久沒(méi)有衰退現(xiàn)象，但酵母回收工作較下面發(fā)酵復(fù)雜。B、上面發(fā)酵的麥汁接種溫度為14~16℃，比較高。發(fā)酵三天左右，當(dāng)酵母升至液面時(shí)，為發(fā)酵旺盛階段，此時(shí)應(yīng)開(kāi)始降低液溫，可采用12~14℃冷水冷卻，并在酵母形成泡蓋時(shí)立即撇去，發(fā)酵4~6天即行結(jié)束。C、發(fā)酵結(jié)束，酵母成緊密的一層浮在波面上，厚約3~4厘米。優(yōu)良的酵母，其酵母層應(yīng)具有褶皺狀的外觀。D、上面發(fā)酵在發(fā)酵過(guò)程中通風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)，目的是使酵母懸浮發(fā)酵液中，對(duì)凝聚性強(qiáng)的酵母通風(fēng)尤屬必要。E、上面發(fā)酵一般不采用后發(fā)酵，主發(fā)酵的發(fā)酵度接近發(fā)酵度，下酒后，加膠澄清，貯藏一階段，采用人工充CO2，使達(dá)到飽和。若上面發(fā)酵采用后發(fā)酵工藝，下酒是酒液中應(yīng)保留部分殘?zhí)?，繼續(xù)發(fā)酵，產(chǎn)生CO2，飽和在酒中。F、上面發(fā)酵配制的啤酒成熟較快，設(shè)備周轉(zhuǎn)快，啤酒有獨(dú)特風(fēng)味，但保存期短。（3）下面發(fā)酵傳統(tǒng)下面發(fā)酵法，發(fā)酵容器安置在空氣過(guò)濾、絕熱良好和清潔衛(wèi)生的發(fā)酵室內(nèi)，保持室溫5~6℃，采用開(kāi)放式或密閉式，圓形或方形的發(fā)酵容器。下面發(fā)酵的特點(diǎn)①采用下面酵母，主發(fā)酵溫度較低，發(fā)酵進(jìn)程比較緩慢。主發(fā)酵完畢后，大部分酵母沉降在容器底部。②下面發(fā)酵啤酒的后發(fā)酵期較長(zhǎng)，酒液澄清良好，酒的泡沫細(xì)致，風(fēng)味柔和，保存期較長(zhǎng)。（4）一罐法發(fā)酵隨著啤酒工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有啤酒廠普遍采用一罐發(fā)酵工藝，即麥汁的主發(fā)酵，雙乙酰還原、降溫以及貯酒階段在同一個(gè)露天發(fā)酵罐中進(jìn)行。一罐法工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：清洗消耗少，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)容器必須清洗；轉(zhuǎn)入空罐時(shí)CO2損失少；酒損少，因?yàn)闆](méi)有了管道中殘酒的損失；所需的工作時(shí)間少，因此不用倒罐；節(jié)能，因?yàn)椴挥玫构?，沒(méi)有氧侵入的危險(xiǎn)。故在設(shè)計(jì)中采用此法。故本設(shè)計(jì)選用錐形罐一罐法下面酵母發(fā)酵（即發(fā)酵溫度為5~10℃）啤酒過(guò)濾啤酒過(guò)濾理論經(jīng)過(guò)發(fā)酵或后處理的成熟啤酒，其殘余酵母和蛋白質(zhì)凝固物等沉積于貯酒罐底部，少量仍懸浮于酒液中，這些物質(zhì)在以后的貯存期間會(huì)從啤酒中析出，導(dǎo)致啤酒渾濁。所以，必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾工序?qū)⑵涑?。啤酒過(guò)濾式一種物理分離過(guò)程，是啤酒生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的生產(chǎn)工序。經(jīng)過(guò)過(guò)濾后，啤酒外觀清亮透明，富有光澤，使其更富有吸引力，同時(shí)，可賦予啤酒以良好的生物穩(wěn)定性與非生物穩(wěn)定性，使其至少在保質(zhì)期內(nèi)不出現(xiàn)外觀的變化，從而保證了啤酒外觀質(zhì)量的完美。啤酒過(guò)濾方式的選擇與論證對(duì)于啤酒過(guò)濾來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在使用較普遍的過(guò)濾方法主要有硅藻土過(guò)濾法、濾棉過(guò)濾機(jī)和微孔膜過(guò)濾機(jī)。硅澡過(guò)濾機(jī)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，過(guò)濾效果好，速度快，雜菌清洗容易，維修方便，過(guò)濾能力可通過(guò)加減濾板框數(shù)調(diào)節(jié)，故選此法。

第三章物料衡算物料衡算的意義物料衡算是指理論上進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，所要消耗的物料和可以得到的產(chǎn)品以及副產(chǎn)品的量，物料衡算的準(zhǔn)確與否關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)工藝的合理性和設(shè)計(jì)的可行性，是整個(gè)設(shè)計(jì)階段的重要一環(huán)。物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)根據(jù)表3-1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，先進(jìn)行100kg原料生產(chǎn)12°P啤酒的物料衡算，然后進(jìn)行100L12°P啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行5萬(wàn)噸/年啤酒廠的物料衡算表3-1啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目名稱百分比﹪說(shuō)明定額指標(biāo)原料利用率98麥芽水分大米水分11無(wú)水麥芽浸出率75無(wú)水大米浸出率95原料配比麥芽70大米30損失率冷卻損失發(fā)酵損失對(duì)熱麥汁而言過(guò)濾損失裝瓶損失總損失率啤酒總損失率對(duì)熱麥汁而言100㎏原料生產(chǎn)12°P啤酒的物料衡算(1)熱麥汁量根據(jù)表3-1可得原料收得率分別為：原料麥芽收得率為：(100-5)÷100=%原料大米收得率為：(100-11)÷100=%混合原料收得率為：（×%+×%）×98%=%由上述可得100kg混合原料可制得的12°P熱麥汁量為：（÷12）×100=(kg)又知12°P麥汁在20℃時(shí)的密度為L(zhǎng)，而100℃熱麥汁比20℃時(shí)的麥汁體積增加倍。故熱麥汁（100℃）體積為：（÷）×=(L)(2)冷麥汁量×=(L)(3)發(fā)酵液量×=(L)(4)過(guò)濾酒量×=(L)(5)成品啤酒量×=(L)生產(chǎn)100L12°P啤酒的物料衡算根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)12°P淡色啤酒約，故可得下述結(jié)果：(1)生產(chǎn)100L12°P經(jīng)典啤酒需耗混合原料量（100/）×100=(kg)(2)麥芽耗用量×70%=(3)大米耗用量×30%=(kg)(4)酒花耗用100L熱麥汁中加入的酒花量為千克，故酒花耗用量為：（）×100×%=(kg)同理，100kg原料耗酒花：100×=(5)熱麥汁量（）×100=(L)(6)冷麥汁量（）×100=(L)(7)發(fā)酵液量：（）×100=(L)(8)濾過(guò)酒量：（）×100=(L)(9)成品酒量：（）×100=100(L)(10)濕糖化糟量：設(shè)排出的濕麥糟含水分80%，濕麥芽糟量為：[(100-75)/(100-80)]×=濕大米糟量為：[(100-95)/(100-80)]×=故濕糖化糟量為：+=同理，100kg原料產(chǎn)生濕糖化糟：100×=(11)濕酒花糟量：1設(shè)酒花在麥汁中的浸出率為40%，酒花糟含水分以80%計(jì)，則酒花糟量為：同理，100kg原料產(chǎn)生濕酒花糟：100×=(12)酵母量（以商品干酵母計(jì)）生產(chǎn)100L啤酒可得2kg濕酵母泥，其中一半作生產(chǎn)接種用，一半作商品酵母用，即為1kg。濕酵母泥含水分85%酵母含固形物量:則含水分7%的商品干酵母量為：(13)二氧化碳量因12°P冷麥汁密度為L(zhǎng)，則冷麥汁質(zhì)量為：×=所以，12°P冷麥汁中浸出物量為：12%×=設(shè)麥汁的真正發(fā)酵度為80%，則可發(fā)酵的浸出物量為：×80%=麥芽糖發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)式為：C12H22O11+H2O2C6H12O62C6H2O64C2H5OH+4CO2+560kJ設(shè)麥芽汁中的浸出物均為麥芽糖構(gòu)成，則CO2生成量為：式中 44—CO2分子量342—麥芽糖（C12H22O11）分子量設(shè)12°P啤酒含二氧化碳為%，酒中含CO2量為：×=則釋放出的CO2量為：而1m3CO2在20℃常壓下重故釋放出的CO2的體積為：年產(chǎn)5萬(wàn)噸12°P淡色啤酒糖化車間物料衡算生產(chǎn)旺季以170天計(jì)，占總產(chǎn)量的70%，則旺季日產(chǎn)量為：100000×70%÷170=(噸/天)設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化4次，旺季總糖化次數(shù)為608次（淡季根據(jù)需要酌情調(diào)整糖化次數(shù)），可算得每次糖化可產(chǎn)成品啤酒量（灌裝后）為：÷8=（噸/天）由此可算出每次投料量和其他項(xiàng)目的物料平衡。(1)成品啤酒量（灌裝前）：×1000÷（1-1%）÷=（L）(2)麥芽用量：÷×70=（kg）(3)大米用量：÷×30=(kg)(4)混合原料用量：+=(kg)(5)熱麥汁量：÷×=（L）(6)冷麥汁量：÷×=（L）(7)濕糖化糟量：÷×=（kg）(8)濕酒花糟量：÷×=（kg）(9)發(fā)酵液量：÷×=（L）(10)過(guò)濾酒量：÷×=（L）(11)酒花量：÷×=（kg）由于生產(chǎn)旺季占到全年產(chǎn)量的70%，由此可算得全年產(chǎn)量：（×8×170）/70%=×106（L）年實(shí)際產(chǎn)量為：×106×1012=（萬(wàn)噸）以單次糖化生產(chǎn)做基準(zhǔn)，可算得各個(gè)項(xiàng)目全年?duì)顩r如下：(1)全年混合原料需要量：×8×170÷70%=×106（kg）(2)全年麥芽耗量：×8×170÷70%=×106（kg）(3)全年大米耗量：×8×170÷70%=×106（kg）(4)全年酒花耗量：×8×170÷70%=×105（kg）(5)熱麥汁量：×8×170÷70%=×106（L）(6)冷麥汁量：×8×170÷70%=×106（L）(7)全年濕糖化糟量：×8×170÷70%=×106（kg）(8)全年濕酒花糟量：×8×170÷70%=×105（kg）(9)全年發(fā)酵液量：×8×170÷70%=×106（L）(10)全年過(guò)濾酒量：×8×170÷70%=×106（L）(11)全年成品啤酒量:×8×170÷70%=×106（L）把前述的有關(guān)啤酒物料衡算計(jì)算結(jié)果整理見(jiàn)下表3-2：物料名稱單位對(duì)100㎏混合原料對(duì)100L12°P啤酒糖化一次定額5萬(wàn)噸/年啤酒生產(chǎn)混合原料麥芽大米酒花熱麥汁冷麥汁濕糖化糟濕酒花糟發(fā)酵液過(guò)濾酒成品啤酒㎏㎏㎏㎏LL㎏㎏LLL1007030100×106×106×106備注：12°P啤酒的密度為1012kg/m，實(shí)際年生產(chǎn)啤酒:：萬(wàn)噸。

第四章耗冷量的計(jì)算發(fā)酵車間工藝流程94℃熱麥汁→冷麥汁（6℃）→錐形罐發(fā)酵→過(guò)冷卻-1℃→貯酒→過(guò)濾→清酒罐發(fā)酵車間工藝流程圖工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)12OP淡色啤酒10萬(wàn)旺季每天糖化8次，170天，產(chǎn)量占全年總產(chǎn)量70%，兩鍋可裝滿一個(gè)錐形發(fā)酵罐主發(fā)酵時(shí)間為6天12度Bx麥汁比熱容c1=kJ/冷媒用15%酒精稀溶液，比熱容可視為c2=麥芽糖厭氧發(fā)酵熱q=kg麥汁發(fā)酵度60%根據(jù)發(fā)酵車間耗冷性質(zhì)，可分為工藝耗冷量和非工藝耗冷量?jī)深?，即：Q=Qt+Qnt麥汁冷卻耗冷量Q1本設(shè)計(jì)采用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法，使用的冷卻介質(zhì)為2℃的冷卻水，出口溫度為85℃，糖化車間送來(lái)的熱麥汁溫度為94℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度6℃。有前面的計(jì)算可知，每糖化一次得到的熱麥汁為，相應(yīng)的麥汁密度為L(zhǎng).故熱麥汁為:G=×=60721（kg）又查得12°P麥汁的比熱容為kJ/工藝要求在1h內(nèi)完成冷卻過(guò)程。則所耗冷：Q1=GC(t1-t2)=60721××(94-6)/1=（kJ）根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，每三鍋麥汁進(jìn)一個(gè)發(fā)酵罐。則麥汁冷卻每罐耗冷：Qf=2Q1=×3=kJ/罐相應(yīng)的冷凍介質(zhì)（2℃的冷水C水=kJ/）耗量為：M1=Q1÷［C水×（85-2）］=÷［×（85-2）］=(㎏/h)發(fā)酵耗冷量Q2發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q2’設(shè)麥汁固形物均為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵放熱量為kg，設(shè)發(fā)酵度為60%，則1L麥汁放熱量為:qO=×12%×60%=（kJ）糖化一次得冷麥汁量64100L每錐形罐發(fā)酵放熱量：Q0ˊ=××2=（kJ）由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時(shí)間為6天，每天糖化4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)酵高溫時(shí)期耗冷量為：Q2ˊ=Q0ˊ××4÷（24×6×2）=（kJ/h）發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷Q2″主發(fā)酵后期，發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從6℃緩降到-1℃。每天單罐降溫耗冷量為：Q0″=2G×c1[6-(-1)]=2×60721××7=3400376（kJ）工藝要求此過(guò)程在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝2個(gè)錐形罐）：Q2″=（2Q0″）/(24×2)=(2×3400376)/(24×2)=(kJ/h)發(fā)酵總耗冷量Q2Q2=Q2ˊ+Q2″=+=(kJ/h)每酵用冷媒耗量Q0Q0=Q0ˊ+Q0″=+3400376=(kJ)發(fā)酵用冷媒耗量（循環(huán)量）M2發(fā)酵過(guò)程冷卻用稀酒精液作冷卻介質(zhì)，進(jìn)、出口溫度為-8℃和0℃。故耗冷媒量為：M2=Q2/(cm×8)=÷（×8）=（kg/h）非工藝好冷根據(jù)經(jīng)驗(yàn)7萬(wàn)噸啤酒廠露天錐型罐的冷量散失在13000~30000KJ/t啤酒之間，取26000KJ/t。故旺季梅泰諾耗能量為：Q3’=Gb×26000=×25000=KJ/d式中Gb——旺季生產(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：Q3=2Q3‘/24=h冷媒（-8℃稀酒精）用量M3=Q3/（Cm×8）=25653kg/h故總耗媒量M=M2+M3=h耗冷項(xiàng)目工藝每小時(shí)耗冷量kJ/h工藝?yán)涿接昧縦g/h工藝每罐耗冷kJ非工藝耗冷媒量kg/h總耗冷媒量kg/h耗量25653

第五章發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型發(fā)酵罐體積的確定本次設(shè)計(jì)選用錐底發(fā)酵罐，由物料衡算可知，糖化設(shè)備一次性糖化麥汁量。一日糖化4次。選用發(fā)酵罐的有效容積（三鍋裝一罐）為：Vs=×3=m3發(fā)酵罐H:D=—6:1,這里選用4:1。錐角60—85°，這里選用70°。裝料系數(shù)取80%--85%，這里取Φ=80%。接種量范圍在%%，這里取%。則容積為：V有效=Vs/Φ=÷80%=3主要尺寸比例：V圓柱=πD2H/4V橢圓=π/4[D2（h+D/6）]=πD3/24=3V錐底=πD3/24tan(a/2)對(duì)此發(fā)酵罐采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭為上封頭，70°錐角的錐形封頭為下封頭，柱體部分高與直徑比為4:1。則可得：VO’=πD2×4D/4+3+πD3/24tan(a/2)=3D=m取D=4m，則H=4×4=16m。VO=×43=m3圓整后取VO=230m3最后圓整取VO=230m3的發(fā)酵罐體。校核：V有/V總=230=%符合要求。、發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)本設(shè)計(jì)采用錐底圓柱形發(fā)酵罐，目前國(guó)內(nèi)幾乎所有的廠家都用這種發(fā)酵罐。設(shè)錐形發(fā)酵罐的發(fā)酵周期是17天，則發(fā)酵罐個(gè)數(shù)：N=×4×17/×=圓整為21，設(shè)備用罐個(gè)數(shù)為2，則取發(fā)酵罐個(gè)數(shù)為23個(gè)。實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：××23×170/×17×=55278t富裕量：=%滿足富裕量在5%-10%的要求。發(fā)酵罐材料的選擇本設(shè)備采用不銹鋼制作，0Cr18Ni9不銹鋼。因?yàn)榘l(fā)酵罐里面所裝的溶液是酸性的，而CIP清洗液中僅有堿性溶液，因此，選用材料必須耐酸耐堿耐腐蝕，因此，材料應(yīng)選用不銹鋼。(1)發(fā)酵罐圓柱體部分壁厚確定：Sd=PcDi/(2【б】tΦ-Pc)+C上式：Pc---設(shè)計(jì)壓力工作壓力的確定發(fā)酵罐的高度（不加橢圓封頭）即筒體與錐體的高度H=16+=m封罐之前，由于與外界接觸，則罐內(nèi)的壓力只有液柱力，但如封罐以后，罐內(nèi)壓力上升，而封罐之后壓力最大。發(fā)酵罐內(nèi)的液體全部裝滿時(shí)的最高工作壓力為：P最高工作壓力=P表+P液柱=+pgh=+××103×10-6=取其值為所以，Pc=工作壓力=在此設(shè)計(jì)壓力Pc取S=PcDi/(2【б】tΦ-Pc)=×4000/（2×137×）=mm式中：Di—發(fā)酵罐內(nèi)徑4000mm【б】—不銹鋼許用應(yīng)力【б】=137，出自《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P319Φ—焊縫系數(shù)Φ=1，雙面對(duì)接頭100%C—壁厚附加量C1—鋼板負(fù)偏差，C1=C2—腐蝕裕量，不銹鋼，腐蝕裕微量，一般單面腐蝕C2=1,雙面C2=2C3—加工減薄量C3=0(冷加工C3=0，熱加工C3=1mm)Sn=S+C1+C2=++2=查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P97表4-9得C1=圓整后取Sn=8mm罐的筒體厚度為8mm的0Cr18Ni9鋼板制作。在《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》和工藝手冊(cè)中查得Dg=4000mm,一米高的筒節(jié)鋼板重790kg,則16米的筒體重：790×16=12640kg(2)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭壁厚計(jì)算一般中低壓容積采用橢圓形封頭，為了便于設(shè)計(jì)加工，本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，也是用不銹鋼0Cr18Ni9制作起許用應(yīng)力【б】t137S=PcDi/(2【б】tΦ+C=×4000/(2××+=mm圓整后取Sd=8mm由《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》表15和《材料與零部件》（上）得：表5-1橢圓封頭系數(shù)公稱直徑曲面高度直邊高度內(nèi)表面積容積VбDg(mm)H1hF(㎡)m3mm40001000508(3)罐底錐形封頭的設(shè)計(jì)選型選用不銹鋼【б】t=137的0Cr18Ni9制作，錐殼半頂角35°，可選用無(wú)折邊不需加強(qiáng)錐形封頭，便于收集和卸除這些設(shè)備。Sd=PcDi/(2【б】tΦ-Pc)cosα+C=×4000/（2×）×1/cos30°+=無(wú)折邊錐形封頭錐體大端與圓筒連接時(shí)，應(yīng)按下述方法確定連接處錐殼大端厚度，以Pc/【б】tΦ與半頂角值查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》圖4-15：Pc/【б】t=÷137=Q值為在增加厚度區(qū)域需增加厚度，由下式計(jì)算得：Sr=QPcDi/(2【б】tΦ-Pc)=××4000/（2×137×）=圓整后取厚度為10mm，在任何情況下，加強(qiáng)段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度，錐殼加強(qiáng)段的長(zhǎng)度L不得小于2=圓筒加強(qiáng)長(zhǎng)度L應(yīng)不小于2=圓錐體小端連接處的厚度無(wú)需加強(qiáng)，仍取10mm。(4)進(jìn)料管及排酒管的直徑與選型本設(shè)計(jì)選用直型接管及進(jìn)料管為同一管道，與派酵母也為同一管道。對(duì)于進(jìn)料管與排酒管流量相差不大，可選用同一管徑的管子。該發(fā)酵罐實(shí)裝醪液3由工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知，一般裝滿一發(fā)酵罐麥汁需要6h，則進(jìn)醪速度：Vs=V/τ=（6×4000）=m3/s查《化工原理》（上）表1-1，高粘度流體的速度在—1m/s，取發(fā)酵醪流速u=s。則管徑D===則管徑取125mm在《材料與零部件》（上）P154查得Φ133×4的無(wú)縫鋼管內(nèi)徑為：di=125校核：u=4Vs/πdi2=4××2)=s,（在—1m/s范圍內(nèi)，所以可采用此管。）表5-2管法蘭連接尺寸（mm）公稱直徑DNDKLThn12524020018M168(5)冷媒進(jìn)出管由前面的冷量衡算可知，發(fā)酵過(guò)程冷媒流量為h,設(shè)酒精密度為971kg/m3。為三段冷卻，三個(gè)冷媒進(jìn)口管。所以管內(nèi)流量為：Vs=(971×3600)=m3/s查《化工原理》酒精屬于低黏度流體，流速范圍在—s。取冷媒流速u=m/s。則冷媒進(jìn)出口管徑：D===取D=69mm查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表2-6.管子規(guī)格選用Φ57×的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑di=校核u=4Vs/πdi2=4×/（×2）=m/s（在—范圍內(nèi)，符合要求。）表5-3管法蘭連接尺寸（mm）公稱直徑DNDKLThn5014011014M124(6)發(fā)酵罐夾套的選取a．冷卻面積的計(jì)算F=Q/Kt由于發(fā)酵時(shí)產(chǎn)熱高峰為860×（），則每罐放熱高峰：Q=860××V有=860××=采用夾套安裝罐外壁，用間接冷卻法冷卻，冷卻介質(zhì)為酒精，分三段冷卻，冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫度為-8℃和0℃。發(fā)酵前期平均溫度：6℃→6℃-8℃→0℃14℃→6℃△tm=（△t1-△t2）/In（△t1/△t2）=（14-6）/In（14/6）=℃取夾套傳熱系數(shù)為K=×220kJ/(m2.h.℃)∴冷卻面積F=Q/K△tm=（×220×）=2發(fā)酵后期