6万吨11°淡色啤酒发酵罐的设计

1前言本设计为顺应近几年来啤酒工业飞速发展的需求，在啤酒工艺成熟的基础上，同时体现了啤酒酿造的新工艺，为企业的开源节流提供了新的依据。设计题目为年产6万吨11度淡色啤酒厂发酵罐设计，此啤酒的酿造方法采用70%的麦芽，30%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17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。糖化方法采用双醪浸出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。本设计的图纸主要为发酵罐装配图。本文对啤酒生产线工艺设计中的关键部分—原料的糊化、糖化、煮沸、麦汁过滤、啤酒过滤及其设备选型进行了粗略研究。对发酵过程及其设备选型进行了较为详细的探讨。关键词：啤酒工艺；设备选型；技术经济；发酵；糖化；发酵罐.2目录第一章绪论……………………………………………61.1设计选题的目的…………………………………61.2设计工作的意义…………………………………61.3课题研究内容及方法………………………………61.3.1设计依据…………………………………………61.3.2设计范围…………………………………………61.3.3指导思想………………………………………….61.4工艺选择………………………………………………61.5设备的选择……………………………………………7第二章啤酒工艺选择与论证………………………………82.1啤酒原料……………………………………………82.1.1酿造用水………………………………………82.1.2麦芽……………………………………………….82.1.3酒花………………………………………………82.1.4辅料……………………………………………82.1.5酵母…………………………………………82.2麦汁制备…………………………………………….82.2.1麦芽及辅料的粉碎理论………………………..82.2.2麦芽的粉碎………………………………………92.2.3辅料的粉碎………………………………………92.2.4糖化工艺的选择与论证………………………932.3麦汁过滤…………………………………………………102.3.1麦汁过滤的基本要求及技术指标…………………102.3.2麦汁过滤方法及影响因素…………………………102.4麦汁煮沸…………………………………………………102.4.1麦汁煮沸设备选择及优缺点……………………….102.4.2麦汁煮沸工艺…………………………………………102.5麦汁后处理………………………………………………102.5.1热凝固物及冷凝固物的分离…………………………112.5.2麦汁的冷却……………………………………………112.5.3麦汁的充氧…………………………………………….112.6啤酒发酵的工艺论证……………………………………112.6.1啤酒酵母………………………………………………112.6.2啤酒发酵工艺技术控制………………………………122.6.3啤酒发酵工艺……………………………………………132.6.4啤酒发酵方法的选择…………………………………162.6.5酵母的添加与回收……………………………………172.6.6发酵设备的降温控制…………………………………172.7酵母的添加与回收…………………………………………182.8发酵设备的降温控制………………………………………182.9啤酒过滤…………………………………………………182.9.1啤酒过滤理论……………………………………….182.9.2啤酒过滤方式的选择与论证………………………1942.10啤酒的包装……………………………………………19第三章物料衡算……………………………………………….…203.1物料衡算的意义………………………………………203.2物料衡算基础数据……………………………………203.3100㎏原料生产11°P啤酒的物料衡算…………….203.4生产100L11°P啤酒的物料衡算…………………213.5年产6万吨11°P淡色啤酒糖化车间物料衡算….…23第四章耗冷量的计算………………………………………….264.1发酵车间工艺流程………………………………………264.2工艺技术指标及基础数据………………………………264.3麦汁冷却耗冷量Q1……………………………………264.4发酵耗冷量Q2…………………………………………264.4.1发酵期间发酵放热Q2…………………………….264.4.2发酵后期发酵液降温耗冷Q2″…………………274.4.3发酵总耗冷量Q2…………………………..…274.4.4每酵用冷媒耗量Q0…………………………..…274.4.5发酵用冷媒耗量（循环量）M2……………………274.5非工艺耗冷量…………………………………………….27第五章发酵罐的设计与选型…………………………………295.1发酵罐体积的确定……………………………………295.2发酵罐数量的确定……………………………………295.3发酵罐材料的选择……………………………………….2955.3.1发酵罐圆柱体部分壁厚确定……………………………295.3.2标准椭圆封头壁厚算………………………………305.3.3罐底锥形封头的设计型…………………………315.3.4进料管及排酒管的直径与型………………………315.3.5冷媒进出管…………………………………………315.3.6发酵罐夹套的选取……………………………………325.3.7CO2排出管及CIP清洗管……………………………335.3.8其他选型……………………………………………34总结…………………………………………………….36参考文献………………………………………………376第一章绪论1.1设计选题的目的目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷。因而，很有必要将这方面得计书加以科学地总结和分析以推动啤酒产品多样化在广度和深度上的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。但是我国人均啤酒的消费还没有达到世界平均水平。所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活的需求。所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。另外，此次选题是教研室下达的任务。是根据教学的实际需求来选定的。1.2设计工作的意义啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0．75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度黄啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。通过这次的选题，查阅资料，使我们在设计中进一步掌握了啤酒的工艺方法为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。1.3课题研究内容及方法1.3.1设计依据本设计是根据四川理工学院生物工程学院生物工程教研室布置的课程设计任务书要求来进行设计的。1.3.2设计范围本设计为年产6万吨11度的啤酒厂，重点设备发酵罐，发酵工段为重点工段。该设计包括工艺方法及流程的选择论证、物料衡算、耗冷量衡算、设备选型及论证、重点设备的详细设计、车间的布置、绘制图纸（发酵工艺流程图、糖化工艺流程图、发酵车间平面布置图、发酵车间立面布置图、重点设备装配图），三废处理等。1.3.3指导思想根据原料的特性，参考工业生产中的成功经验，对所收集得文献资料，进行分析比较，设计适合的工艺流程和操作条件，选择适合的生产设备，并进行科学、合理的配置；设计7适用的厂房结构，确保生产的正常进行，配备必要的劳动人员，满足正常生产需要。1.4工艺选择1.保证产品质量符合国家的标准2.尽量采用成熟的，先进的技术和设备。3.选择生产方法主要依据原料的来源，种类和性质。1.5设备的选择保证工艺的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。主要方法：1.查阅资料，确定工艺方法以及流程2.进行设计衡算（如物料衡算）3.设计图纸绘图4.撰写设计说明书。8第二章啤酒工艺选择与论证2.1啤酒原料2.1.1酿造用水水是啤酒酿造最重要的原料，酿造水被称为“啤酒的血液”。酿造水质不仅决定着产品的质量和风味，而且还直接影响着酿造的全过程。水的质量要求：本设计为经典啤酒，色泽较浅，水的残碱度RA值要求在-5~+5度之间；水中Ca至少为40~50mg/L。另外，Ca和Mg比例要大于3:1。啤酒酿造用水中含有10~15mg/LMg已经足够，过高会使啤酒变的干，苦味重。水的镁硬小于等于0.89mmol/L，水中含盐量要求很低。2.1.2麦芽采用浅色且色泽淡黄而有光泽的麦芽。麦芽外观短胖，除根干净，不含杂草、杂谷粒、砂土、枯芽、半粒、霉粒、损伤残粒等杂质。麦芽还应有新鲜稻草香味，不应有霉味、潮湿味、酸味、焦苦及烟熏味等。2.1.3酒花酒花能够赋予啤酒柔和优美的芳香和爽口的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。本设计选择浅黄绿色，有光泽，富有浓郁的啤酒花香气，无异杂气味，花体基本完整的颗粒酒花。2.1.4辅料啤酒生产中适用辅助原料有重大意义，可以降低啤酒生产成本，具有经济性；可以降低麦汁总氮相对减少麦汁中高分子含氮化合物的比例，可以提高啤酒的非生物稳定性；调整麦汁组分，提高啤酒某些特性。大米是啤酒厂最常用的辅料，其特点是价格低廉，蛋白质、多酚物质和脂肪含量低于麦芽，而淀粉含量高于麦芽，本设计采用大米作为辅料，生产出的啤酒具有色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香突出，非生物稳定性好等特点。2.1.5酵母在实际生产中最常用的酵母有两大类：上面酵母和下面酵母。二者形态上存在明显的差别。上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互连接，形成多枝的牙簇，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细胞增殖后彼此分开，几乎都是单细胞或几个细胞连接。本设计设计的是经典型啤酒，色泽浅，采用的是下面发酵技术，故选用下面酵母。2.2麦汁制备2.2.1麦芽及辅料的粉碎理论麦芽和谷物原料的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后，有较大的比表面积，使物料中贮藏物质增加和水、酶的接触面积，加速酶促反应及物料的溶解。粉碎质量对糖化过程中9物质的生化变化、麦汁组成、麦汁过滤和原料的利用率都有重要作用，从理论上讲，麦芽粉碎的越细，其内含物的溶解就越迅速、越完全，化学和酶促反应更容易进行，因此就能获得最佳收得率。然而，在实际生产中，不能将麦芽粉碎的太细，因为考虑到啤酒酿造的特殊性：麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒的风味；皮壳和原料中不溶性物质粉碎过细，造成过滤阻力增加，影响过滤操作；淀粉等贮藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速度，也影响反应深度即影响到麦汁组成，所以麦芽的粉碎只需达到一定的程度即可。2.2.2麦芽的粉碎麦芽的粉碎大致可分为干法粉碎、湿法粉碎、回潮粉碎和连续浸渍粉碎4种。因为湿法粉碎有表皮比较完整，从而获得良好的过滤层，解决了粉尘的危害，过滤时间短，糖化效果好，麦芽汁清亮，对溶解不良的麦芽可提高其浸出率，适合比较高的投料量等优点。故本设计采用湿法粉碎。2.2.3辅料的粉碎对于辅料大米胚乳比较坚硬对粉碎要求有较大，粉碎得越细有利于辅料的糖化和糊化，粉碎采用三堒或四堒的二级粉碎机。粉碎方法为干法粉碎。2.2.4糖化工艺的选择与论证利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件（温度、pH值、时间）下，将麦芽和麦芽辅料中的不溶性高分子物质逐步分解为可溶性低分子物质，这个分解过程称为糖化。从麦芽和麦芽辅料中溶解出来的物质称为浸出物。麦汁中浸出物与投料量比值的百分数称为浸出率。糖化的目的是利