整理发酵工厂工艺设计.docx
《整理发酵工厂工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整理发酵工厂工艺设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
整理发酵工厂工艺设计
（2）建设项目周围环境的现状。
3.评估环境影响的价值（最重要的一步）：
采用环境经济学的环境经济损益分析方法，对量化后的环境功能损害后果进行货币化估价，即对建设项目的环境费用或环境效益进行估价。
7.作出评价结论
大纲要求
（三）安全预评价程序
[例题-2006年真题]下列关于建设项目环境影响评价实行分类管理的表述，正确的是（ ）
（2）生产、储存危险化学品（包括使用长输管道输送危险化学品）的建设项目；
仍以森林为例，营养循环、水域保护、减少空气污染、小气候调节等都属于间接使用价值的范畴。
『正确答案』B
（4）化工、冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织、烟草、商贸、军工、公路、水运、轨道交通、电力等行业的国家和省级重点建设项目；
发酵工厂工艺设计
题 目：
年产17.4万吨啤酒工厂工艺设计
学 院：
嘉兴学院南湖学院
专 业：
生物工程
班 级：
生物N21
学 号：
201245849215
姓 名：
黄运佑
指导教师：
前言
酒是全世界分布最广，也是历史最悠久的酒精性饮料，它的酒精度低、营养丰富、有益于人的健康，因而有“液体面包之美称，受到众人的喜爱。
啤酒也是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。
啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。
啤酒是根据英语Beer译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。
啤酒以大麦芽﹑酒花﹑水为主要原料﹐经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。
我国最新的国家标准规定：
啤酒是以大麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精度（2.5％7.5％，V/V）的各类熟鲜啤酒。
目前，我国人均啤酒消费量虽然已接近22升，但中西部地区仅在10升左右，8亿多人口的农村人均连5升不到。
因此，我国啤酒市场还拥有很大的挖掘潜力，消费量仍将保持增长，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。
全厂工艺论证
本设计是年产17.4万吨12°P啤酒发酵车间的工艺设计。
此啤酒的酿造方法采用采用下面发酵法，原料选取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,体积为479m3，发酵周期为24天。
糖化设备采用六器组合即糊化锅一只、糖化锅一只、过滤槽两只、煮沸锅两只。
采用锥形罐一罐法下面酵母发酵（即发酵温度为5~10℃）。
一罐法发酵由于操作简单，温度，压力和风味可以很方便的进行自动控制，回收酵母液比较方便，而且一罐法生产啤酒可以省去两罐法的倒灌操作，较少了接触空气的机会，清洗消耗少，酒损失低。
啤酒发酵工艺流程简介：
传统的下面发酵法，发酵容器安置在空气过滤，绝热良好和清洁卫生的发酵室内，保持室温5～6℃，采用开放式或密闭式发酵容器：
①采用下面的酵母，主发酵温度较低，发酵进程比较缓慢。
主发酵完毕后，大部分酵母沉降容器底部。
②下面发酵啤酒的后发酵期较长，酒液澄清良好，酒的泡沫细致，风味柔和，保存期较长。
传统式分批发酵，每批（一锅或两锅）定型麦汁，经过添加酵母，前发酵（酵母增殖），主发酵，后发酵和贮酒等阶段。
一般为前酵期（10.5～11℃），主酵期（12.8～13℃），后酵和贮酒期（0～-1℃）。
1.前发酵:
所谓前发酵，就是指接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长（数小时至十小时）的生长滞缓期，之后才能加入出芽繁殖，当酵母克服生长缓滞期，出芽繁殖细胞浓度达到20×106个/ml，发酵麦汁表面开始气泡，此阶段即为前发酵。
但由于工艺改进，前发酵时期已缩短至20～30个小时。
2.主发酵：
主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质，应用糖类发酵合成细胞并产生热量。
此时糖降比较缓慢，而氨基酸下降迅速。
由于有机酸和麦汁缓冲物质减少，PH下降迅速。
酵母达到最高浓度时，糖降最快，每天外观浓度降可达1.5～2.0°P。
此阶段大量废热产生，必须进行冷却。
发酵度达到酵母凝聚点时（一般发酵度在35%～45%），酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，糖降速率随之降低。
为凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期应逐步降低温度，使发酵温度趋近后酵母温度。
3．后发酵和储酒:
过滤麦汁经主发酵后的发酵液较嫩啤酒，又叫新啤酒。
此时酒的二氧化碳含量不足，口味不成熟，不适于饮用。
啤酒的成熟和澄清均在后发酵期中完成。
后发酵的作用:
①嫩啤酒中残留的可发酵性糖性糖继续发酵，产生的二氧化碳在密闭的贮酒容器中，不断溶解酒内，使之达到饱和状态。
②后发酵初期产生的CO2在排出贮酒罐外时，降去酒内所含的一些酒类的挥发性成分，如乙醛，硫化氧，双乙酰等同时排出，减少啤酒的不成熟味觉，加快啤酒成熟。
③在较长的后发酵期中，悬浮的酵母，冷凝固物和酒花树脂等。
在低温和低PH值的情况下，缓慢沉淀下来，使啤酒逐渐澄清。
④在较低的贮酒温度下，一些易形成混浊的蛋白质－单宁复合物逐渐析出而先行沉淀下来或被过滤除去，改善了啤酒的非生物稳定性，从而提高了成品啤酒的保存期。
4.圆筒体锥底发酵罐发酵及其工艺:
①发酵方法分类：
主要分单酿罐发酵和两罐法发酵两种。
本次设计选择单酿罐法发酵。
②设备的结构特点：
⑴设备的外型特点：
外筒体蝶形或拱形盖，锥形体底，罐筒体壁和锥底有各种形式的冷却夹套。
单酿罐一般的D：
H=1:
1-5。
发酵罐底角，考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，取排出角73-75°。
⑵罐材料：
大型C.C.T均采用碳钢加涂料或是不锈钢两种材料。
⑶冷却夹套：
国内C.C.T大多用低温低压（-3℃,0.03MPa）液态冷媒在半圆管，弧形管的夹套，或米勒板式夹套内流动换热。
冷却夹套的单酿罐内一般分三段：
上段距发酵液面15cm向下排列，中段在筒体的下部距支座15cm向上排列，锥底段尽可能接近排酵母口，向上排列。
⑷隔热层和防护层：
绝热材料常用绝热材料聚酰氨树脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。
外防护层采用0.7-1.5mm厚的合金铝板或0.5-0.7mm的不锈钢板，特别是瓦楞型板更受欢迎。
⑸罐主要附件：
智能型铂温度传感器，清洗取样阀，安全阀，真空破坏阀，CIP执行机构，上视镜，灯镜，空气和二氧化碳排出管装置。
圆筒体锥底发酵罐发酵工艺：
⑴进罐方法：
采用直接进罐方法。
⑵接种量和起酵温度：
麦汁直接进罐法，为了缩短起酵时间，大多采用较高接种量，0.6%～0.8%，接种后细胞浓度为（15加或减3）×106个/ml。
麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度2～3℃。
目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。
⑶主发酵温度：
采用低温发酵⑷VDK还原：
在大罐发酵中，后发酵一般称VDK还原阶段。
VDK还原初期一般不排放酵母，也就是发酵全部酵母参与VDK还原，这可缩短还原时间。
⑸冷却、降温：
VDK还原终点是根据成品啤酒应VDK的含量而定。
⑹罐压控制：
利用N2备压0.6～0.8Mpa。
⑺酵母的排放和收集：
酵母回收循环使用五代。
工艺计算
我国啤酒质量标准为GB4927-1991，实验方法GB4928-1991[8]。
12°啤酒理化指标：
外观透明度：
清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物浊度，EBC≤1.0泡沫形态：
洁白细腻，持久挂杯泡持性S≥180色度5.0—9.5香气和口味明显的酒花香气，口味纯正、爽口，酒体柔和，无异香、异味酒精度％（m/m）≥3.7原麦汁浓度％（m/m）12±0.3总酸mL/100mL≤2.6二氧化碳％（m/m）≥0.40双乙酰mg/L≤0.1
根据表1的基础数据，先进行100kg原料生产12°P啤酒的物料衡算，然后进行100L12°P啤酒的物料衡算，最后进行10000t/a啤酒厂的物料衡算。
表1
项目
名称
百分比%
项目
名称
百分比%
定额指标
原料利用率
98.5
原料配比
麦芽
75
麦芽水分
6
大米
25
大米水分
13
啤酒损失率
冷却损失
7.5
无水麦芽浸出率
75
发酵损失
1.6
我水大米浸出率
92
过滤损失
1.5
麦芽清静和磨碎损失
0.1
瓶装损失
2
总损失
12.6
以100kg原料（75%麦芽，25%大米）为基准
（1）热麦汁量根据表1可得原料收得率分别为：
原料麦芽收得率为：
0.75（100-6）÷100=70.5%
原料大米收得率为：
0.92（100-13）÷100=80.04%
混合原料收得率为
（0.75×70.5%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79%
由上述可得100kg混合原料可制得的12°P热麦汁量为：
（71.79÷12）×100=598.3（kg）
又知12°P麦汁在20℃时的密度为1.084kg/L，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：
（598.3÷1.084）×1.04=574（L）
（2）冷麦汁量574×（1-0.075）=531（L）
（3）发酵液量531×（1-0.016）=522.5（L）
（4）过滤酒量522.5×（1-0.015）=514.7（L）
（5）成品啤酒量514.7×（1-0.02）=504.4（L）
以100L12°P淡色啤酒为基准根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°P淡色啤酒约504.4L，故可得下述结果：
（1）生产100L12°P淡色啤酒需耗混合原料量
（100/504.4）×100=19.83（kg）
（2）麦芽耗用量19.83×75%=14.87（kg）
（3）大米耗用量19.83×25%=4.96（kg）
（4）酒花耗用量对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：
（574/504.4）×100×0.2%=0.228（kg）
（5）热麦汁量（574/504.4）×100=103.8（L）
（6）冷麦汁量（531/504.4）×100=105.3（L）
（7）发酵液量100×（522.5/504.4）=103.59（L）
（8）过滤酒量100×（514.7/504.4）=102.04（L）
（9）成品酒量100×（504.4/504.4）=100（L）
（10）湿糖化糟量：
设排出的湿麦糟水分含量为80%，则湿度糟量为：
14.87×（1-0.06）×（100-75）÷（100-80）=17.47（kg）
湿大米槽量为：
4.96×（1-0.13）×（100-92）÷（100-80）=1.73（kg）
故湿糖化槽量为：
17.47＋1.73=19.2（kg）
（11）湿酒花糟量：
设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：
（12）酵母量（以商品干酵母计）
生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg。
湿酵母泥含水分85%
酵母含固形物量:
则含水分7%的商品干酵母量为：
（13）.二氧化碳量
因12°P冷麦汁密度为1.084kg/L，则105.3L冷麦汁质量为：
所以，12°P冷麦汁114.15kg中浸出物量为：
12%×105.3=12.64（kg）
设麦汁的真正发酵度为80%，则可发酵的浸出物量为：
12.64×80%=10.11（kg）
麦芽糖发酵的化学反应式为：
C12H22O11+H2O2C6H12O6
2C6H2O64C2H5OH+4CO2+560kJ
设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量为：
式中44—CO2分子量
342—麦芽糖（C12H22O11）分子量
设12°P啤酒含二氧化碳为0.35%，酒中含CO2量为：
105.3×0.35=0.37（kg）
则释放出的CO2量为：
5.20-0.37=4.83（kg）
而1m3CO2在20℃常压下重1.832kg
故释放出的CO2的体积为：
每年生产320天，淡季160天，每天糖化四次；旺季160天，每天糖化八次。
故得知一年共糖化1920次，年产17.4万吨，所以每次糖化产酒量为
174000÷1920=90.625
计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。
（1）年实际生产啤酒量：
174000÷（1-0.126）=199084.67（t）
（2）清酒产量：
199084.67÷（1－0.02）=203147.62（t）
（3）发酵液总量：
203147.62÷（1－0.015）=2236698.09（t）
（4）冷麦汁量
：
2236698.09÷（1－0.016）=2273067.17（t）
（5）煮沸后热麦汁量：
2273067.17÷（1－0.075）=2457369.91（t）
20℃麦汁体积：
2457369.91÷1.04=2362855.682（t）
12°P麦汁质量为（20℃）：
2362855.682×1.084=2561335.559（t）
（6）干酵母用量：
0.16×（199084.67÷100）=318.535472（t）
（7）二氧化碳用量：
2.6×（199084.67÷100）=5176201.42
年产17.4万吨啤酒工厂物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L12°P淡色啤酒
糖化一次定额量
混合原料
Kg
100
19.46
19635.625
麦芽
Kg
60
11.68
10585
大米
Kg
40
7.78
7050.625
酒花
Kg
1.22
0.2276
206.2625
热麦汁
L
584.92
103.82
94086.75
冷麦汁
L
541.05
105.28
95410
湿糖化糟
Kg
84.42
16.43
14889.6875
湿酒花糟
Kg
3.66
0.683
618.96875
清酒液
L
524.41
102.04
92473.75
成品啤酒
L
513.92
100
90625
干酵母
Kg
0.16
145
二氧化碳
m3
2.6
2356.25
备注：
12°P淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒为171936759L
啤酒生产热力衡算
根据工艺，糊化锅加水量为：
G1=（3898.990+779.80）×4.5=21054.555kg
式中，3898.990为糖化一次大米粉量，779.80为糊化锅加入的麦芽量（为
大米量的20%）。
糖化锅加水量为：
G2=5068.69×3.5=17740.415kg
式中，5068.69为糖化一次麦芽粉量，即（5848.489-779.8）kg，而5848.489为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
Gw=G1+G2=21054.555+17740.415=38794.97kg
自来水平均温度取t1=18℃，而糖化配料用水温度t2=50℃，故耗热量为：
Q1=（G1+G2）cw（t2-t1）=5189215.187kJ
第一次米醪煮沸耗热量Q2
Q2=Q21+Q22+Q23
1.糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热Q21Q21=G米醪c米醪（100-t0）
（1）计算米醪的比热容c米醪根据经验公式c谷物=0.01[（100-W）c0+4.18W]进行计算。
式中W为含水百分率；c0为绝对谷物比热容，取c0=1.55kJ/（kg·K）。
c麦芽=0.01[（100-6）1.55+4.18×6]=1.708kJ/（kg·K）c大米=0.01[（100-13）1.55+4.18×13]=1.891kJ/（kg·K）c米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+G1cw）/（G大米+G麦芽+G1）=（3898.990×1.891+779.8×1.708+21054.555×4.18）÷（3898.990+779.8+21054.555）=3.758kJ/（kg·K）
（2）米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则t0=[（G大米c大米+G麦芽c麦芽）×18+G1cw×50]/G米醪c米醪=47.12℃其中：
G米醪=3898.990+779.8+G1=25733.345kg（3）把上述结果代回Q21=G米醪c米醪（100-t0），得
-13-Q21=25733.345×3.758（100-47.12）=5113808.548kJ2.煮沸过程蒸汽带出的热量Q22设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分为：
V1=G米醪×5%×40÷60=857.778kg故Q22=V1I=857.778×2257.2=1936176.502kJ式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（kJ/kg）。
3．热损失Q23米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的15%，即：
Q23=15%（Q21+Q22）4.由上述结果得：
Q2=1.15（Q21+Q22）=8107482.807kJ
第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t。
1.糖化锅中麦醪的初温t麦醪已知麦芽粉初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：
t麦芽=（G’麦芽c麦芽×18+G2cw×50）/G麦醪c麦醪=（5068.69×1.708×18+17740.415×4.18×50）/（22809.105×3.631）=46.65℃其中：
G麦醪=G’麦芽+G2=5068.69+17740.415=22809.105kgc麦醪=（G’麦芽c麦芽+G2cw）/（G’麦芽+G2）=（5068.69×1.708+17740.415×4.18）/（5068.69+17740.415）=3.631kJ/（kg·K）2.根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：
t=（G混合c混合t混合-G麦醪c麦醪t麦醪）/G’米醪c米醪=（48542.45×3.765×63-22809.105×3.631×46.65）/（24875.567×3.758）=81.84℃其中：
G’米醪=G米醪－V1=25733.345-857.778=24875.567kgG混合=G米醪+G麦醪=25733.345+22809.105=48542.45kgc混合=（G米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G’米醪+G麦醪）=（25733.345×3.758+22809.105×3.631）/（24875.567+22809.105）
-14-=3.765kJ/（kg·K）因此温度比煮沸温度只低20℃左右，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。
3.Q3=G混合c混合（70－63）=1279336.27kJ（四）第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知：
Q4=Q41+Q42+Q431.混合醪升温至沸腾所耗热量Q41
（1）经第一次煮沸后米醪量为：
G’米醪=G米醪－V1=25733.345-857.778=24875.567kg糖化锅的麦芽醪量为：
G麦醪=G’麦芽+G2=5068.69+17740.415=22809.105kg故进入第二次煮沸的混合醪量为：
G’混合=G’米醪+G麦醪=24875.567+22809.105=47684.672kg
（2）根据工艺，糖化结束醪为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪量为=G’混合（78－70）/[G’混合（100－70）]=26.67%（3）麦醪的比热容c麦醪=（G’麦芽c麦芽+G2cw）/（G’麦芽+G2）=（5068.69×1.708+17740.415×4.18）/（5068.69+17740.415）=3.631kJ/（kg·K）混合醪的比热容：
c’混合=（G’米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G’米醪+G麦醪）=（24875.567×3.758+22809.105×3.631）/（24875.567+22809.105）=3.697kJ/（kg·K）（4）故Q41=26.67%G’混合c’混合（100－70）=1410498.149kJ2.二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42煮沸时间为10min，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为：
V2=26.67%G’混合×5%×10÷60=105.98kg故Q42=IV2=2257.2×105.98=239218.056kJ式中，I为煮沸下饱和蒸汽焓（kJ/kg）。
3.热损失Q43根据经验有：
Q43=15%（Q41+Q42）
-15-4.把上述结果代回Q4=Q41+Q42+Q43得Q4=1.15（Q41+Q42）=1897173.636k
麦汁煮沸过程耗热量Q6Q6=Q61+Q62+Q631.麦汁升温至沸点耗热量Q61有表5-2糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到609.66kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃。
则进入煮沸锅的麦汁量为：
G麦汁=9747.475×609.66÷100=59426.456kg又c麦汁=（5848.489×1.708+3898.99×1.891+9747.475×6.4×4.18）/（9747.475×7.4）=3.856kJ/（kg·K）故Q61=G麦汁c麦汁（100-70）=6874452.43kJ2.煮沸过程蒸发耗热量Q62煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：
V3=59426.456×10%×1.5=8913.97kg故Q62=IV3=2257.2×8913.97=20120613.08kJ3.热损失为Q63=15%（Q61+Q62）4.把上述结果代回Q6=Q61+Q62+Q63可得出麦汁煮沸总耗热Q6=115%（Q61+Q62）=31044325.34kJ
糖化一次总耗热量Q总
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=5885233.53（KJ）
啤酒生产主要设备工艺计算
本设计采用锥底圆柱形发酵罐，目前国内几乎所有的厂家都用这种发酵罐。
发酵罐的个数为：
N=[（t³n）/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4锅麦汁进1个发酵罐，每天最大糖化次数为8次，啤酒生产周期为24天，
则有N=[（24³8）/4]+4=52（个）
发酵罐的基本尺寸
容积糖化一次可得冷麦汁量为94086.75L，4锅进一个发酵罐，则有效容积V=94.08675×4=376.347m3，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=376.347/0.8=470.43m3,取471m3
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：
h=D/（2tanα/2）,
5发酵罐的设计-49-
总，代入
升级会员 