年产4万吨12p啤酒厂设计40发酵罐41毕业论文设计文档格式.docx
《年产4万吨12p啤酒厂设计40发酵罐41毕业论文设计文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产4万吨12p啤酒厂设计40发酵罐41毕业论文设计文档格式.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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
2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5
2.2原料处理工艺5
2.3麦汁后处理7
2.3.1热凝固物及冷凝固物的分离7
2.3.2麦汁的冷却8
2.3.3麦汁的充氧8
2.4啤酒发酵8
2.4.1啤酒发酵方法的选择8
2.4.2一罐法发酵工艺的论证8
2.4.3酵母的添加与回收9
2.4.4发酵设备的降温控制9
2.5啤酒过滤10
2.5.1啤酒过滤理论10
2.5.2啤酒过滤方式的选择与论证10
2.6啤酒的包装10
3物料衡算12
3.1以100kg原料为基准12
3.2以100L啤酒为基准13
4耗冷量的计算17
4.1麦汁冷却耗冷量Q117
4.2发酵耗冷量Q217
4.2.1发酵期间发酵放热Q2’17
4.2.2发酵后期发酵液降温耗冷Q2″17
4.2.3发酵总耗冷量Q218
4.2.4每酵所用冷媒耗冷量Q018
4.3酵母培养耗冷量Q318
4.4酵母洗涤用的冷无菌水冷却耗冷量Q418
4.5发酵车间工艺耗冷量Qt18
4.6非工艺耗冷量Qnt19
4.6.1露天锥形罐冷量散失19
4.6.2散失冷量Q619
5发酵罐的设计20
5.1发酵罐数量的确定20
5.2发酵罐的基本尺寸20
5.2.1容积20
5.2.2发酵罐的直径20
5.2.3发酵罐总高21
5.3发酵罐的材料21
5.4椭圆封头的设计21
5.4.1设计参数的确定21
5.4.2椭圆封头厚度的计算22
5.4.3椭圆封头强度校核23
5.5圆柱筒体的设计23
5.5.1筒体厚度的计算23
5.5.2筒体强度校核24
5.6锥形封头的设计24
5.6.1锥形封头厚度的计算24
5.6.2锥形封头的强度校核25
5.6.3封头的刚度校核25
5.7部分附件设计选型26
5.7.1真空阀26
5.7.2CIP清洗装置26
5.7.3温度传感器26
5.7.4液位高度传感器27
5.7.5压力传感器27
5.7.6人孔27
5.7.7视镜27
5.7.8麦汁、酵母及出酒管管径的确定27
5.7.9洗涤液接管28
5.7.10冷却剂进出接管28
5.7.11CO2回收压缩空气接管28
5.7.12冷却面积及冷却盘管的设计28
5.7.13支座30
5.8开孔与补强的设计30
5.8.1开孔与补强理论30
5.8.2开孔削弱的截面积A的计算30
5.8.3有效补强范围的确定31
5.8.4标准补强圈的选用32
6辅助设备选型与论证33
6.1薄板换热器33
6.2清酒罐33
6.3硅藻土过滤机33
6.4酵母扩培系统34
6.5酵母回收系统34
6.6麦汁充氧系统35
6.7CIP系统35
7啤酒的三废处理36
7.1废水的处理36
7.2废渣处理36
7.2.1废酵母的处理36
7.2.2硅藻土泥的处理37
7.2.3麦糟的处理37
7.3废气处理37
结论39
参考文献40
附录41
致谢42
1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，很有必要将这方面信息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。
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中国啤酒产业的发展趋势
行业结构的变化：
集团化、规模化。
企业数量继续下降，青岛、燕京、华润的下属企业会继续增加，生产能力和年产量还将持续增长。
珠啤、金星、哈啤等二级集团也会迅速扩张。
一业为主，多元发展。
大多数啤酒企业集团在把啤酒业做强的同时依靠自身优势进入其他行业进行多元化发展。
如青啤进入茶饮料业、葡萄酒业，燕啤进入生物制药业，蓝剑下属20多家进入其他产业等。
信息化。
知识经济时代，企业对信息的利用效率和利用程度成为提高企业竞争力的重要方面，啤酒企业对加快企业信息化建设更加重视。
一方面加快内部信息化建设，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投资数千万元上ERP系统，许多企业建立内部局域网等；
另一方面加快外部信息沟通和利用。
更多的企业成立信息中心，加强对外部商业情报的收集、分析、利用。
科技化。
科技永远是第一生产力，加快科技进步是啤酒企业未来竞争的焦点之一。
在纯生技术进一步提高的同时，啤酒企业会在啤酒保鲜度、延长保鲜期等方面不断创新。
产品多样化。
传统的普通啤酒依然会是主流，但随着越来越多个性化产品的不断出现，功能性保健啤酒、果汁啤酒、无醇啤酒等特色啤酒的消费量会越来越大。
企业所有制结构多元化。
国有企业逐渐退出，股份制企业、多种所有制混合式企业、民营企业得到大发展，新一轮的中外合资企业也会增多，不过合资的形式发生了改变。
市场结构的变化：
在城市市场，新一轮消费高潮掀起，中高档啤酒市场、特色啤酒市场、女士啤酒市场得到发展。
在农村市场，随着农村经济的快速发展，啤酒消费出现稳步增长趋势。
传统的企业———经销商———消费者的渠道模式受到挑战，企业———消费者的直销模式得到快速发展，尤其是电子商务的发展使网上营销在啤酒行业得到大发展。
1.4课题研究内容及方法
1.4.1设计依据
本设计是根据武汉科技大学化学工程与技术学院生物工程教研室布置的毕业设计大纲要求来进行设计的。
1.4.2设计内容
本设计为年产4万吨12°
P的啤酒发酵车间工艺设计，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、发酵车间平面布置图、重点设备装配图），三废处理等。
1.4.3指导思想
设计出来的啤酒厂要求投资小、技术高、运行稳定、管理方便、环境好。
最重要的一点是生产成本低。
在工艺方面，力求合理性和先进性；
在设备方面，采用先进技术及机械化、自动化生产控制，提高劳动生产率；
在经济上，要做到合理利用资源，降低能耗，减少污染，保护环境，减少浪费。
1.5厂址的选择
地理位置一般工厂厂址选在城镇的郊区，考虑微生物发酵工厂对环境因素的特殊要求，需要地势平坦，利于排水，有丰富的水源。
武汉市走马岭就是一个建厂好场所。
1.6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。
1.7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。
2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[1]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值要求小于0.89mmolL，水中Ca至少为40~50mgL，另外，Ca和Mg比例要大于3:
1。
Mg过高会使啤酒产生苦味。
水的镁硬小于等于0.89mmolL，水中含盐量要求很低。
2.1.2麦芽
采用浅色麦芽，麦芽外观整齐，除根干净，不含杂草、谷粒、尘埃、枯芽、半粒、霉粒、损伤残粒等杂质，色泽淡黄而有光泽。
麦芽应有特殊的香味。
不应有霉味、潮湿味、酸味、焦苦及烟熏味等。
2.1.3酒花
酒花能够赋予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，增加麦汁和啤酒的防腐能力；
增加啤酒的泡持性；
酒花与麦汁共同煮沸，能促进蛋白质的凝固，有利于麦汁的澄清，有利于啤酒的非生物稳定性。
本设计采用颗粒酒花制品。
2.1.4辅料
以价格低廉而富含淀粉的谷类作为辅料可以提高麦汁收得率，制取廉价麦汁，以达到降低成本的目的，辅料的蛋白质易氧化的多酚物质含量明显低于麦芽，这有利于降低啤酒的色度和改善啤酒的非生物稳定性。
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。
本设计采用下面酵母酵母ZAU110。
2.2原料处理工艺
将麦芽中非溶性物质转化为水溶性物质，特别是可发酵性糖为主酵和后酵提供基础并添加好所有辅料准备发酵。
糖化车间所包含的生产工艺流程[2]：
a、称重
麦芽原料从麦芽储仓通过传送带传送到电子称，通过电子称称取一定量的麦芽进行后续加工。
b、抛光
将麦芽送入抛光机进行抛光处理，以除去麦芽表面的芒刺。
c、精选去石
将抛光后的麦芽送入去石机，比重的不同除去大米和麦芽中的石块、玻璃块和金属等比重较大的杂质。
d、麦芽粉碎
粉碎麦芽要求麦芽的皮破而不碎，因为麦皮的皮壳内含有对酒质量不利的苦味物质、色素、单宁，当皮壳磨得太碎时就会大量浸出，而使啤酒色泽变深，口味不正。
另外麦芽的皮壳在麦汁中过滤时构成过滤层，磨得太碎，会降低过滤效果，造成过滤困难。
e、糖化∕糊化
对于大米∕淀粉原料而言，不需要经过前面的原料预处理过程，而是直接将其送入糊化锅糊化后，再将糊化锅醪液送入糖化锅。
辅料中的淀粉一般由细胞壁包围，以颗粒状存在。
这种颗粒不溶于冷水中，也很难被麦芽中的淀粉酶分解，当淀粉颗粒经过加热，迅速吸水膨胀，当升到一定温度后，淀粉细胞壁破裂，淀粉进入水中，淀粉继续膨胀，形成凝胶物，此过程称为“糊化”。
简言之，糊化就是淀粉分子在热溶液中膨胀破裂的过程。
糖化是指利用麦芽自身酶或外加酶制剂代替部分麦芽将麦芽和辅料中不溶性高分子物质分解成可溶性低分子物质，如糖类、糊精、氨基酸、肽类等的麦汁制过程。
由此制得的溶液称为麦汁。
糖化的第一步是在糖化锅中加入一定量的水，升温至37℃并保持20min；
然后加入粉碎后的麦芽并搅拌；
再将温度升高至50℃并保持40min；
然后将糊化锅醪液加入，将混合液升高至65℃，并保持70min。
最后将糖化液排出并送入过滤槽进行过滤。
这一糖化过程称双醪浸出糖化法，双醪浸出糖化法糖化曲线见图2.1。
图2.1
f、过滤
麦汁过滤最常用的是过滤槽法。
过滤槽的槽身内安装有过滤筛板、耕刀等，槽身与若干管道、阀门以及泵组成可循环的过滤系统，利用液柱静压为动力进行过滤。
麦汁的粘度和过滤层的厚度影响过滤速度。
g、煮沸
将过滤后的麦汁送入煮沸锅进行煮沸，煮沸麦汁有多个目的：
蒸发多余的水分；
破坏酶的活性，终止生物化学反应，固定麦汁组成；
将麦汁灭菌；
浸出酒花中的有效成分；
使蛋白质变性凝固等。
）A]+4
式中：
t-发酵周期
N-每天糖化的次数（按旺季计算）
A-每个发酵罐可以容纳的麦汁的批次数
4-周转量数
根据工艺，规定3锅麦汁进1个发酵罐，每天最大糖化次数为6次，啤酒生产周期为21天，
则有N=[（21×
6）3]+4=46（个）
5.2发酵罐的基本尺寸
5.2.1容积
糖化一次可得冷麦汁量为22837.77L，三锅进一个发酵罐，则有效容积V=22.838×
3=68.514m3，取填充系数为0.8，以便为泡沫提供预留空间，则总容积
V总=68.5140.8=85.6425m3,取87m3。
5.2.2发酵罐的直径
径高比一般以（1:
3）-（1:
4）为宜，此处取H:
D=4:
1，圆锥底角一般为70-75°
，这里选圆锥底角
为74°
，则锥高：
=4mm。
又由于标准椭圆形封头的厚度不小于0.15%Di，
0.15%Di=3000×
0.15%=4.5mm>
n=4mm，（注：
为简化计算，取加工减薄量为0）故取厚度为4.5mm，圆整至5mm。
5.4.3椭圆封头强度校核
1：
压力校核
最大允许工作压力：
[Pw]=
式中
——封头的有效厚度
=
-C=5-1.3=3.7mm，
故[Pw]=
=0.338MPa>
Pc=0.176Mpa（设计压力）
故压力校核符合要求。
2：
应力校核:
式中P—试验压力，本处取设计压力[Pc]
——试验压力下的许用应力
所以
=71.44Mpa<
=137Mpa
故应力校核符合要求
5.5圆柱筒体的设计
5.5.1筒体厚度的计算
式中Pc—筒体的计算压力，本处取计算压力等于设计压力
——筒体的计算厚度
每次进发酵罐的发酵液体积为68.514m3，设锥底体积为V，则
V=
=4.71m3
设圆柱筒体内发酵液高度为h则
68.514-4.71=
×
（D2）2×
=2mm。
设计中椭圆封头厚度、筒体厚度、锥形封头厚度均大于2mm因此，符合要求。
5.7部分附件设计选型
5.7.1真空阀
大罐对真空很敏感，较小的负压就会导致其外形的改变，负压造成的危险远比大罐超压要大，即使温度只有很小的变化，也会造成较大的气体体积的变化。
此处真空阀选择型号为FK48X，规格为DN50-150MM。
5.7.2CIP清洗装置
CIP为cleaninplace（洗涤定位）或in-placecleaning（定位洗涤）的简称。
其定义为：
不用拆开或移动装置，即可用高温、高浓度的洗净液，对装置加以强力的作用，把与食品的接触面洗净的方法。
发酵完毕后，通常要对罐进行清洗，冲洗喷头与罐顶装置相连接，保证灌顶和罐体都能很好地被清洗，大罐清洗装置有下列三种：
固定式洗球，旋转式洗球和旋转式喷射洗球。
由于本次设计的发酵罐直径为3米，故选择固定式洗球即可满足要求。
固定洗球还具有工作压力要求低、固定投资少、维修费用低、操作方便等优点。
因此，本设计选用GEA公司生产的G2一1型洗球，喷射直径4一6米，工作压力0.2一0.25MPa，工作流量34一40m3
内则有效高度h2=（
）min
取接管实际外伸高度为50mm，接管实际内伸高度为0mm。
故h1=（
，50）min=45mm
=0
有效补强范围内补强面积Ae的计算
Ae=A1+A2+A3
式中A1——封头有效厚度减去承受设计压力所需计算厚度之外的多余面积。
A1=（B-d）（
）-2
——壳体开孔处有效厚度
A2——接管有效厚度减去承受设计压力所需计算厚度之外的多余面积
A2=2h1
——接管有效厚度
——接管计算厚度
C2——腐蚀裕量
A3——焊缝金属截面积，取100mm2
故A1=（1000-500）（4.7-2.53）-2×
4（4.7-2.53）（1-1）=1085mm2
A2=2×
45（4-2.1）×
1+2×
0×
（4-1）×
1=171mm2
补强圈厚度的确定：
——补强圈厚度
A4——有效补强范围内另加的补强面积
D2——补强圈外径
D1——补强圈内径
由于要求A4>
A-Ae,故A4>
3000-1356=1644mm2，取A4=2000mm2，D2取760mm，D1取和人孔直径相同，为500mm。
c=2000（760-500）=7.7mm，取8mm。
5.8.4标准补强圈的选用
由计算结果查《补强圈尺寸系列表》，选取接管公称直径为450mm的接管，由于B型坡口的补强圈适用于中低压及内部有腐蚀且壳体为内坡口的非全焊透结构，和本设计相符，故采用B型坡口，材质选用和发酵罐相同的材质，为0Cr18Ni9。
故选用的补强圈可标记为：
补强圈DN450×
8-B-0Cr18Ni9JBT4736-2002
6辅助设备选型与论证
6.1薄板换热器
采用一段式冷却方式，冷却水进口温度为2℃，出口温度为70℃，热麦汁进口温度为97℃，出口温度为8℃。
于是
℃，
℃
换热量
则换热面积：
式中K—
℃,
采用型号为RB0-9薄板换热器，按人字形波纹形式，单台换热器的换热面积最大。
6.2清酒罐
由于一天糖化6次，3锅麦汁进一个发酵罐，一个发酵罐的酒进1个清酒罐，备用1个，则共需3个。
故清酒罐的大小可照搬发酵罐的大小，仅不需要添加发酵监控的本分设备和蛇管冷却设备即可。
即可得其基本数据如下：
D=3.0m,H=12.0m，，热水喷淋洗涤10min，80℃,2%热碱水淋洗15min，热水洗涤10min，清水10min，甲醛水（0.015%）或双氧水（2%）淋洗15min，无菌水淋洗15min。
（2）洗涤罐设置
清水罐2个，热水罐2个，碱水罐1个，甲醛水或双氧水罐1个，无菌水罐1个。
7啤酒的三废处理
啤酒生产过程中会产生一系列的副产品和废弃物，主要有以下几种：
（1）废水及其携带物
（2）麦芽及酒花糟（3）凝固物（4）废酵母（5）废弃硅藻土（6）残余商标（7）碎瓶（8）原料的灰尘（9）残余包装材料（10）糖化气味（11）蒸汽房设备的废气（12）发酵产生的二氧化碳。
本章重点介绍具有代表性的废水，废渣，废气的处理。
7.1废水的处理
废水中含有许多能被微生物分解的物质，但微生物分解时需要氧气，因此，我们可以往水中通入空气来处理和净化废水。
如果不通风，废水则被腐烂细菌慢慢分解，这时同福哦水解作用首先会产生有机酸，然后通过甲烷化产生沼气，沼气能够燃烧，因而我们又可通过厌氧方式处理废水。
在实际生产中，有氧处理比厌氧处理要简单，成本低，因而得到广泛应用，本设计采用有氧处理方式。
具体来说本设计采用带有固定生物淤泥的反应器，在这种反应器中生物淤泥又不断同废水接触，同时有氧气通入。
其典型代表是旋转叶片式发酵器。
这时一个水平轴上装有间隔废水，表面粗糙，直
升级会员 