5万吨8°p啤酒厂设计(发酵罐)

摘 要

本设计是年产五万吨8°P的啤酒厂设计，此啤酒的酿造方法采用75%的麦芽，25%的大米，经过糊化，糖化，煮沸，过滤，冷却，发酵而成。发酵设备采用圆筒体锥底发酵罐，发酵周期是14天。本设计内容主要包括物料衡算，热量衡算，冷耗衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算。本次设计还进行了“三废”处理和副产物综合利用的设计。糖化方法采用双醪浸出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。本设计的图纸主要包括糖化和发酵车间的流程图，重点车间的平面图和立面图及重点设备的装配图(发酵罐)。本论文对啤酒生产线工艺设计中的关键部分—原料的糊化、糖化、麦汁过滤、煮沸、发酵、啤酒过滤进行了研究。在核心设备上选用国际先进装置，在提高啤酒质量、降低生产成本方面相对现实的生产工艺具有较大优势。

关键词：啤酒；糖化；发酵；发酵罐

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目 录

摘 要 ........................................................................................................................................ I Abstract .................................................................................................. 错误！未定义书签。 第1章 绪 论 ........................................................................................................................ 1

1.1 设计选题的目的 ....................................................................................................... 1 1.2 设计工作的意义 ....................................................................................................... 1 1.3 中国啤酒产业的发展趋势 ....................................................................................... 1 1.4 课题研究内容及方法 ............................................................................................... 2

1.4.1 设计依据 ........................................................................................................ 2 1.4.2 设计范围 ........................................................................................................ 2 1.4.3 指导思想 ........................................................................................................ 2 1.5 厂址的选择 ............................................................................................................... 3 1.6 工艺选择 ................................................................................................................... 3 1.7 设备的选择 ............................................................................................................... 3 第2章 啤酒工艺选择与论证 ................................................................................................ 4

2.1 啤酒原料 ................................................................................................................... 4

2.1.1 酿造用水 ........................................................................................................ 4 2.1.2 麦芽 ................................................................................................................ 4 2.1.3 酒花 ................................................................................................................ 4 2.1.4 辅料 ................................................................................................................ 4 2.1.5 酵母 ................................................................................................................ 4 2.2 麦汁制备 ................................................................................................................... 5

2.2.1 麦芽及辅料的粉碎理论 ................................................................................ 5 2.2.2 麦芽的粉碎 .................................................................................................... 5 2.2.3 辅料的粉碎 .................................................................................................... 5 2.2.4 糖化工艺的选择与论证 ................................................................................ 5 2.3 麦汁过滤 ................................................................................................................... 8

2.3.1 麦汁过滤的基本要求及技术指标 ................................................................ 8 2.3.2 麦汁过滤方法及影响因素 ............................................................................ 8 2.4 麦汁煮沸 ................................................................................................................... 9

2.4.1 麦汁煮沸设备选择及优缺点 ........................................................................ 9 2.4.2 麦汁煮沸工艺 .............................................................................................. 10 2.5 麦汁后处理 ............................................................................................................. 10

2.5.1 热凝固物及冷凝固物的分离 ...................................................................... 10 2.5.2 麦汁的冷却 .................................................................................................. 10 2.5.3 麦汁的充氧 .................................................................................................. 11 2.6 啤酒发酵 ................................................................................................................. 11

2.6.1 啤酒发酵方法的选择 .................................................................................. 11 2.6.2 一罐法发酵工艺的论证 .............................................................................. 11 2.6.3 酵母的添加与回收 ...................................................................................... 12 2.6.4 发酵设备的降温控制 .................................................................................. 12

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2.7 啤酒过滤 ................................................................................................................. 12

2.7.1 啤酒过滤理论 .............................................................................................. 12 2.7.2 啤酒过滤方式的选择与论证 ...................................................................... 13 2.8 啤酒的包装 ............................................................................................................. 13 第3章 物料衡算 .................................................................................................................. 14

3.1 物料衡算的意义 ..................................................................................................... 14

3.1.1 物料衡算基础数据 ...................................................................................... 14 3.1.2 以100kg原料为基准 .................................................................................. 14 3.1.3 以100L啤酒为基准 ................................................................................... 15

第4章 耗热量的计算 .......................................................................................................... 19

4.1 糖化用水 ................................................................................................................. 19 4.2 糊化过程耗热量Q2 ................................................................................................ 19

4.2.1 糊化锅内米醪由18℃加热至100℃耗热Q21 ........................................... 19 4.2.2 煮沸过程蒸汽带出热量Q22 ....................................................................... 19 4.2.3 糊化过程热损失Q23 ................................................................................... 20 4.3 合醪前糖化锅需供热Q3 ........................................................................................ 20

4.3.1 糊化锅内醪液由18℃加热至55℃耗热Q31 ............................................. 20 4.3.2 合醪前热损失Q32 ....................................................................................... 20 4.4 计算合醪后醪液温度t0 ......................................................................................... 20 4.5 合醪后总共需供热Q4 ........................................................................................... 20

4.5.1 合醪后至糖化结束所需热量Q41 ............................................................... 21 4.5.2 合醪后至糖化结束时热损失Q42 ............................................................... 21 4.6 整个糖化过程需供热Q1 ....................................................................................... 21 4.7 糖化一次耗用蒸汽量m ......................................................................................... 21 4.8 过滤时洗糟水耗热量Q5 ......................................................................................... 21 4.9 麦汁煮沸过程耗热量Q6 ........................................................................................ 21

4.9.1 麦汁升温至沸点耗热量Q61 ....................................................................... 21 4.9.2 煮沸过程蒸发耗热量Q62 ........................................................................... 22 4.9.3. 热损失Q63 .................................................................................................. 22 4.10 糖化一次总耗热量Q总 ......................................................................................... 22 4.11 糖化一次总耗用蒸汽量m ................................................................................... 22 4.12 糖化过程每小时最大蒸汽耗量 ........................................................................... 22 4.13 蒸汽单耗 ............................................................................................................... 22 第5章 耗冷量的计算 .......................................................................................................... 24

5.1 麦汁冷却耗冷量Q1 ................................................................................................ 24 5.2 制取冷冻水耗冷量Q1? .......................................................................................... 24 5.3 发酵耗冷量Q2 ........................................................................................................ 24

5.3.1 发酵期间发酵放热Q2? ............................................................................... 24 5.3.2 发酵后期发酵液降温耗冷Q2″ ................................................................. 24 5.3.3 发酵总耗冷量Q2 ......................................................................................... 25 5.3.4 每酵用冷媒耗量Q0 ..................................................................................... 25 5.4 酵母培养耗冷量Q3 ................................................................................................ 25 5.5 酵母洗涤用的冷无菌水冷却耗冷量Q4 ................................................................ 25

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5.6 发酵车间工艺耗冷量Qt ......................................................................................... 25 5.7 非工艺耗冷量Qnt .................................................................................................... 25

5.7.1 露天锥形罐冷量散失 .................................................................................. 26 5.7.2 散失冷量Q6 ................................................................................................. 26

第6章 耗水衡算 .................................................................................................................. 27

6.1 糖化用水 ................................................................................................................. 27 6.2 洗槽用水 ................................................................................................................. 27 6.3 糖化室洗刷用水 ..................................................................................................... 27 6.4 回旋沉淀槽洗刷用水 ............................................................................................. 27 6.5 酵母洗涤用水 ......................................................................................................... 27 6.6 发酵罐洗刷用水 ..................................................................................................... 27 6.7 清酒罐洗刷用水 ..................................................................................................... 27 6.8 过滤机用水量 ......................................................................................................... 28 6.9 麦汁冷却器冷却水（采用一次冷却法） ............................................................. 28 6.10 麦汁冷却器洗水 ................................................................................................... 28 6.11 洗瓶机用水 ........................................................................................................... 28 6.12 装瓶机洗水（无菌水） ....................................................................................... 28 6.13 杀菌机用水 ........................................................................................................... 28 6.14 冷冻机冷却水 ....................................................................................................... 28 6.15 锅炉房用水量 ....................................................................................................... 28 6.16 其它用水量 ........................................................................................................... 29 第7章 主要设备选型与论证 .............................................................................................. 30

7.1 麦芽暂贮箱 ............................................................................................................. 30 7.2 麦芽粉贮箱 ............................................................................................................. 30 7.3 大米贮箱 ................................................................................................................. 31 7.4 大米粉贮箱 ............................................................................................................. 32 7.5 糊化锅 ..................................................................................................................... 32 7.6 糖化锅 ..................................................................................................................... 33 7.7 过滤槽 ..................................................................................................................... 33 7.8 麦汁暂存槽 ............................................................................................................. 34 7.9 煮沸锅 ..................................................................................................................... 34 7.10 回旋沉淀槽 ........................................................................................................... 35 7.11 薄板换热器 ........................................................................................................... 35 7.12 清酒罐 ................................................................................................................... 35 7.13 硅藻土过滤机 ....................................................................................................... 36 7.14 酵母扩培系统 ....................................................................................................... 36 7.15 CIP系统 ................................................................................................................ 36 第8章 发酵罐的设计 .......................................................................................................... 38

8.1 发酵罐数量的确定 ................................................................................................. 38 8.2 发酵罐的基本尺寸 ................................................................................................. 38

8.2.1 容积 .............................................................................................................. 38 8.2.2 发酵罐的直径 .............................................................................................. 38 8.2.3 发酵罐总高 .................................................................................................. 38

IV

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8.3 冷却面积 ................................................................................................................. 39 8.4 发酵罐的材料 ......................................................................................................... 39 8.5 椭圆封头的设计 ..................................................................................................... 39

8.5.1 设计参数的确定 .......................................................................................... 39 8.5.2 椭圆封头厚度的计算 .................................................................................. 40 8.5.3 椭圆封头强度校核 ...................................................................................... 41 8.6 圆柱筒体的设计 ..................................................................................................... 41

8.6.1 筒体厚度的计算 .......................................................................................... 41 8.6.2 筒体强度校核 .............................................................................................. 42 8.7 锥形封头的设计 ..................................................................................................... 42

8.7.1 锥形封头厚度的计算 .................................................................................. 42 8.7.2 锥形封头的强度校核 .................................................................................. 43 8.7.3 封头的刚度校核 .......................................................................................... 43 8.8 部分附件设计选型 ................................................................................................. 43

8.8.1 正压保护阀 .................................................................................................. 43 8.8.2 真空阀 .......................................................................................................... 43 8.8.3 CIP清洗装置 ............................................................................................... 43 8.8.4 温度传感器 .................................................................................................. 43 8.8.5 液位高度传感器 .......................................................................................... 44 8.8.6 压力传感器 .................................................................................................. 44 8.8.7 最低液位和最高液位探头 .......................................................................... 44 8.8.8 人孔 .............................................................................................................. 44 8.8.9 视镜 .............................................................................................................. 44 8.8.10 洗涤液接管 ................................................................................................ 44 8.8.11 CO2回收压缩空气接管 ............................................................................ 44 8.8.12 冷却剂进出接管 ........................................................................................ 44 8.8.13 出酒管 ........................................................................................................ 44 8.8.14 支座 ............................................................................................................ 44 8.9 开孔与补强的设计 ................................................................................................. 45

8.9.1开孔与补强理论 ............................................................................................. 45 8.9.2 开孔削弱的截面积A的计算 ..................................................................... 45 8.9.3 有效补强范围的确定 .................................................................................. 45 8.9.4 标准补强圈的选用 ...................................................................................... 47

第9章 啤酒的三废处理 ...................................................................................................... 48

9.1 废水的处理 ............................................................................................................. 48

9.1.1 废水有氧处理设备 ...................................................................................... 48 9.2 废渣处理 ................................................................................................................. 48

9.2.1 废酵母的处理 .............................................................................................. 48 9.2.2 硅藻土泥的处理 .......................................................................................... 49 9.2.3 麦糟的处理 .................................................................................................. 49 9.3 废气处理 ................................................................................................................. 49 结 论 ...................................................................................................................................... 51 参考文献 .................................................................................................................................. 52

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