发酵工程课程设计Word文档下载推荐.docx
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2％；
糖化次数：
生产旺季（150天）8次／天，生产淡季（150天）4次／天；
菌种：
主酵6天，发酵周期14天。
1.课程设计目的：
学生在掌握了基础理论，专业理论，专业知识的基础上，培养学生具备发酵工厂工艺、工程设计的能力。
其基本目的是：
（l）培养学生利用所学知识，解决工程实际问题的能力。
（2）培养学生掌握发酵工厂工艺流程和主要设备设计的方法及设计步骤。
（3）达到对学生进行基本技能的训练，例如：
计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。
2.设计内容：
（l）根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。
（2）工艺计算：
全厂的物料衡算；
发酵车间耗冷量计算。
（3）发酵车间设备的选型计算：
包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。
3.设计要求：
（l）根据以上设计内容，书写设计说明书（以《发酵工厂工艺设计概论》P．254车间初步设计说明书的编写要求书写）。
（2）完成图纸一张（1号图纸）：
全厂工艺流程图（初步设计阶段）。
4.设计时间：
2013年学年暑期小学期7月1日——7月12日。
附录：
设计说明书格式及要求：
一、封面；
二、设计任务书；
三、目录；
四、设计方案简介；
五、工艺确定、工艺流程草图及说明（论证）；
六、工艺计算：
1．全厂物料衡算；
2．发酵车间耗冷量的计算。
七、发酵罐的设备和发酵车间其他设备选型及说明：
1．发酵主要罐体尺寸计算和设计；
2.其他设备生产能力的计算和选型。
八、设计结果概要或设计一览表；
九、对本设计的评述；
十、附图；
十一、参考文献；
十二、主要符号说明。
主要参考书目：
《发酵工厂工艺设计概论》、《化学工程原理》、《发酵工艺与设备》、《酿造酒工艺学》、《啤酒工业手册》、《化工设备设计手册》、《材料与零部件》。
目录
1设计方案简介6
2工艺流程及论证10
2.1啤酒生产的工艺流程10
2.2工艺流程简介11
3工艺计算13
3.1发酵车间的物料衡算13
3.2发酵车间的耗冷量计算14
3.3发酵罐主要罐体尺寸的计算和设计17
3.4其他计算设备的生产能力和选型21
4主要设计一览表22
5设计评述22
6心得体会23
7参考资料25
1.设计方案简介
啤酒既是一种食品饮料,又是一种内涵丰富的文化用品。
饮酒不仅是一种饮食行为,又是一种文化交际活动。
它作为食品饮料产品不仅代表生产力和微生物科学技术，饮酒活动又是世界各民族独特传统文化重要组成部分。
啤酒虽不是人类生存的必需品，但在社会生活中具有无法替代的功能。
啤酒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。
2009年亚洲的啤酒产量约为5867万升，首次超越欧洲，成为全球最大啤酒生产地。
在古代中国，也有类似于啤酒的酒精饮料，古人称之为醴.大约在汉代后，醴被酒曲酿造的黄酒所淘汰.清代末期开始，国外的啤酒生产技术引入中国，新中国成立后，尤其是20世纪80年代以来，啤酒工业得到了突飞猛进的发展，到现在中国已成为世界第一啤酒生产大国。
1.1世界啤酒的发展
啤酒最早出现于公元前3000年左右的古埃及和美索不达米亚（今伊拉克）地区。
这一历史事实可以在王墓的墓壁上得以证实。
史料记载，当时啤酒的制作只是将发芽的大麦制成面包，再将面包磨碎，置于敞口的缸中，让空气中的酵母菌进入缸中进行发酵，制成原始啤酒。
公元6世纪，啤酒的制作方法由埃及经北非、伊比利亚半岛、法国传入德国。
那时啤酒的制作主要在教堂、修道院中进行。
为了保证啤酒质量，防止由乳酸菌引起的酸味，修道院要求酿造啤酒的器具必须保持清洁。
公元11世纪，啤酒花由斯拉夫人用于啤酒。
1480年，以德国南部为中心，发展出了下面发酵法，啤酒质量有了大幅提高，啤酒制造业空前发展。
1516年，由巴伐利亚领邦的威廉四世提出世界著名的“啤酒纯粹法”。
1800年时期，随着蒸汽机的发明，啤酒生产中大部分实现了机械化，生产量得到了提高，质量比较稳定，价格较便宜。
1830年左右，德国的啤酒技术人员分布到了欧洲各地，将啤酒工艺传播到全世界。
1.2中国啤酒的发展
19世纪末﹐啤酒输入中国。
1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂﹔
1901年俄国人和德国人联合建立了哈盖迈耶尔-柳切尔曼啤酒厂﹔
1903年捷克人在哈尔滨建立了东巴伐利亚啤酒厂﹔1903年德国人和英国人合营在青岛建立了英德啤酒公司（青岛啤酒厂前身）﹔
1905年德国人在哈尔滨建立了梭忌怒啤酒厂。
此后﹐不少外国人在东北和天津﹑上海﹑北京等地建厂﹐这些酒厂分别由俄﹑德﹑波﹑日等国商人经营。
中国人最早自建的啤酒厂是1904年在哈尔滨建立的东北三省啤酒厂﹐其次是1914年建立的五洲啤酒汽水厂（哈尔滨）﹐1915年建立的北京双合盛啤酒厂﹐1920年建立的山东烟台醴泉啤酒厂（烟台啤酒厂前身）﹐1935年建立的广州五羊啤酒厂（广州啤酒厂前身）。
当时中国的啤酒业发展缓慢﹐分布不广﹐产量不大。
生产技术掌握在外国人手中﹐生产原料麦芽和酒花都依靠进口。
1949年以前﹐全国啤酒厂不到十家﹐总产量不足万吨。
1949年后﹐中国啤酒工业发展较快﹐并逐步摆脱了原料依赖进口的落后状态。
主要经历了以下四个阶段：
第一阶段：
从1953年到1962年，是啤酒工业的调整和发展阶段，新建了一批新的啤酒厂，啤酒年产量的平均增长速度为38.2%。
1963年至1972年，速度虽有所放慢，但啤酒产量仍增长1.4倍。
到1978年，中国的啤酒年产量达到40万吨。
在这一阶段，在啤酒科学研究，教育，人才培养等方面的工作为啤酒工业的今后的发展打下了基础.
第二阶段：
1979年后，啤酒生产全面发展。
全国除西藏外，各省、市、自治区都建立了啤酒厂，全国除轻工系统外，其他部们如商业、农业、机械、国防、冶金等都建立了啤酒厂。
一些啤酒厂的规模也越来越大.如在1980年，中国共生产啤酒68.8万吨.
第三阶段：
在这一阶段，中国的啤酒工业高速发展，其主要特点是扩建和新建的啤酒厂如雨后春笋，啤酒生产规模也逐步扩大，在有的省份，几乎每个县市都有啤酒厂。
据1987年的统计，在浙江省就有啤酒厂104个.由于实行改革开放政策，从国外引进技术，装备，人才，加快了啤酒工业的发展.如从国外引进了啤酒生产线，尤其是啤酒灌装线。
产量翻番的时间缩短，如1982年，全国啤酒产量为117万吨，到1985年，啤酒产量就达到310.4万吨.1988年，啤酒产量又翻了一番，达到654万吨。
第四阶段：
这一阶段可说是中国的啤酒工业进入了旺盛的成熟期，一方面，啤酒工业继续以高速度发展，在高速发展的同时，开始对啤酒的质量，啤酒工业的经济效益更加重视，啤酒工业的规模按照国际上的惯例，开始向大型化，集团化方向发展.一些中小型啤酒厂被大型啤酒厂兼并。
1.3啤酒的营养价值
1．啤酒是以发芽大麦为主要原料酿造的一类饮料。
含酒精度最低，营养价值高，成分有水分、碳水化合物、蛋白质、二氧化碳、维生素及钙、磷等物质。
有“液体面包”之称，经常饮用有消暑解热、帮助消化、开胃健脾、增进食欲等功能。
2．啤酒是由发醇的谷物制成的，因此含有丰富的B族维生素和其他招牌营养素，并具有一定的热量，“液体面包”之称虽有些过，但确实有类似之处。
3．啤酒特别是黑啤酒可使动脉硬化和白内障的发病率降低50%，并对心脏病有抵抗作用
4．男性以及年轻女性经常饮用啤酒，可以减少年老时得骨质疏松症的几率。
骨质的密度和硅的摄取量有密切关系，而啤酒中因为含有大量的硅，经常饮用有助于保持人体骨骼强健。
1.4啤酒的分类
1.根据啤酒色泽划分
（l）淡色啤酒
（2）浓色啤酒
（3）黑啤
2．根据啤酒杀菌处理情况划分
（1）鲜啤酒
（2）熟啤酒
3．根据原麦汁浓度划分
（1）低浓度啤酒
（2）中浓度啤酒
（3）高浓度啤酒
4．根据发酵性质划分
（1）顶部发酵
（2）底部发酵
5.根据销售渠道和产品质量划分
（1）内销啤酒
（2）外销啤酒
6.根据包装容器划分
（1）瓶装啤酒
（2）罐装啤酒
（3）桶装啤酒
1.5啤酒的风格
啤酒风格又称典型性，是啤酒色、香、味和泡沫的综合体现，在啤酒酿造过程中形成。
也因不同地区人们的习惯和爱好而大不相同。
啤酒风格由其色泽、透明度、泡沫、香气与口味体现。
啤酒根据色泽分为淡色啤酒，浓色啤酒和黑啤酒。
啤酒的原料为大麦﹑酿造用水﹑酒花﹑酵母以及淀粉质辅助原料（玉米﹑大米﹑大麦﹑小麦等）和糖类辅助原料等。
啤酒生产大致可分为麦芽制造﹑啤酒酿造﹑啤酒灌装3个主要过程。
啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。
由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。
根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。
一般可以把啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。
现代发酵主要有圆柱露天锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱露天锥形发酵罐发酵。
本设计方案采用圆柱露天锥形发酵罐式下面酵母发酵法进行啤酒发酵。
一罐式发酵工艺的优点：
清洗时消耗的洗涤水量减少；
操作简单，发酵过程中不用倒罐，避免了发酵过程中空气进入的危险且省时；
转入空罐时CO2损失少；
因为没有了管道中残酒的损失，酒损少。
2工艺流程及论证
2.1啤酒生产的工艺流程
酵母
清酒罐
其中发酵车间的主要工艺流程如下：
酵母泥的流出
2.2
工艺流程简介
本设计采用一罐式发酵下面酵母法进行发酵，采用高温发酵工艺。
麦汁冷却温度为11℃，添加0.6%泥状酵母，送入发酵罐，保温36h后，发酵升温到12℃，在此保温2d，旺盛发酵。
然后自然升温至14℃，保温4d，在7-8d时降低温度至0℃，排出沉淀酵母。
在0℃下进行后成熟、饱和二氧化碳5d。
冷却后的麦汁中接入酵母菌后，便进入真正的啤酒发酵时期了。
此过程主要分为：
前发酵，主发酵、后发酵和储酒。
1.
2.
2.1.
2.2.
2.2.1.菌种的扩大培养
开始生产时，种酵母是从实验室开始逐步扩大培养的，当啤酒出罐（或池）后，利用回收的酵母即可做接种用，但这些酵母须经去杂、去死细胞和多次洗涤。
使用一次回收的酵母俗称一代，一般只使用4-5代，否则酵母退化现象严重，影响啤酒的质量。
用直接添加法添加酵母在密闭酵母添加器内将回收的酵母按需要量与麦汁混匀（约1:
1），用压缩空气或泵送入添加槽内，适当通风数分钟。
2.2.2.前发酵
接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长的生长滞缓期，之后才能进入出芽繁殖。
当酵母细胞浓度达到20×
106个/mL，麦汁表面开始起泡，这个阶段称为前发酵。
前发酵时间随接种温度、接种量的变化而变化。
低温发酵约为16-20h,中温发酵约为12-14h。
酵母添加量添加量常按泥状酵母对麦汁体积百分率计算，一般为0.5％～0.65％，通常接种后细胞浓度为800万～1200万个/ml。
接种量应根据酵母新鲜度，稀稠度，酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节。
若麦汁浓度高，酵母使用代数多，接种温度及酵母浓度低，则接种量应稍大，反之则少。
前发酵阶段，酵母降糖较缓慢，由于酵母代谢作用，发酵液温度会自然升高0.6-1.0℃。
前发酵结束后，将发酵液打入主发酵室。
1
2
2.1
2.2.1
2.2.2
2.2.3主发酵
主发酵在绝热良好，清洁卫生的发酵室内进行，室内安装通风系统。
这是发酵的主要阶段，也是酵母活性期，麦汁中的可发酵性糖绝大部分在此期间发酵，酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生的。
发酵方法分两类，即上面发酵法和下面发酵法。
本设计采用下面发酵法，用一罐法进行发酵。
加酒花后的澄清汁冷却至6.5～8.0℃，接种酵母，主发酵正式开始。
酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO2，这是发酵的主要生化反应。
主要阶段如下：
2.2.3
2.2.3.1发酵第一阶段
又称低泡期。
接种后15～20小时，池的四周出现白沫，并向中间扩展，直至全液面，这是发酵的开始。
而后泡沫逐渐培厚，此阶段维持2.5～3天，每天温度上升0.9～1℃，糖度平均每24小时降1°
Bx。
2.2.3.2发酵第二阶段
又称高泡期。
为发酵的最旺盛期，泡沫特别丰厚，可高达25～30cm。
由于麦汁中酒花树脂等被氧化，泡沫逐渐变为棕黄色。
此阶段2～3天，每天降糖1～1.5％。
2.2.3.3发酵第三阶段
又称落泡期。
高泡期过后，酵母增殖停止、温度开始下降，降糖速度变慢，泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、蛋白质及多酚类氧化物等物质组成的泡盖，厚度2～5cm。
此阶段2天，每天降糖0.5％～0.8％。
当12度酒糖度降至3.8～4°
Bx时，即可下酒进入后发酵。
2.2.3.4泡盖形成期
发酵7-8天后，泡沫回缩，形成泡盖，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。
此时可从下部放出酵母，以备下次用作菌种。
2.2.4后发酵及储酒
后发酵又称贮酒，其目的是完成残糖的最后发酵，增加啤酒的稳定性，饱充CO2，充分沉淀蛋白质，澄清酒液；
清除双乙酰、醛类及H2S等嫩酒味，促进成熟；
尽可能使酒液处于还原状态，降低氧含量。
2.2.5过滤
由于发酵成熟的啤酒中含有大量的酵母，酒液十分浑浊。
所以，一般先要进行粗虑，然后再进行精滤。
本设计为12º
p经典啤酒，啤酒的粗虑采用硅藻土过滤机，啤酒的精滤采用纸板过滤机。
由于烛式过滤机具有过滤面积大，过滤效率高等特点，本设计采用烛式硅藻土过滤机。
3.工艺计算
3.1发酵车间物料衡算
依据下表标准，对发酵所需物料进行计算：
表1
项
目
名
称
百分比（%）
定
额
指
标
无水麦芽
浸出率
78
原料配比
麦
芽
70
大
米
30
无水大米
90
啤酒损失率（对热麦汁）
冷却损失
7
发酵损失
1.5
原料利用率
98
过滤损失
麦芽水分
6
装瓶损失
2
大米水分
12
总损失
3
3.1
3.1.1计算生产1t12°
P啤酒需要耗用的材料以及其他物料量
（1）12°
淡色啤酒的密度为1012kg/m3，即1.012kg/L,所需的热麦汁的体积为：
1000÷
1.012÷
（1-12%）=1122.89L
（2）所需冷麦汁
（1-12%）（1-7%）=1044.29L
（3）所需发酵后粗啤酒液
（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）=1028.62L
（4）所需装瓶前啤酒液
（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）（1-1.5%）=1013.19L
（5）实际所得装瓶量
（1-12%）（1-7%）（1-1.5%）（1-1.5%）（1-2%）=992.93L
（6）所需二级种子液的量（按接种量为0.6%）
（1-12%）（1-7%）×
0.6%=6.27L
3.1.2计算生产70000t/年12°
由于旺季的糖化次数为8次/天，淡季的糖化次数为4次/天，旺季时间和淡季时间均为150天，那么旺季和淡季的生产量之比应相应为2:
1，每天的生产量之比也为2:
1，每年的总糖化次数为：
8×
150+4×
150=1800次。
所以相应的数据如下表：
表2
用量
物料
1t耗用量（L）
70000t/年用量（×
104L）
旺季用量
×
104L/天
淡季用量
热麦汁
1122.89
7860.23
34.93
17.47
冷麦汁
1044.29
7310.03
32.49
16.24
发酵液量
1028.62
7200.38
32.00
16.00
过滤后酒量
1013.19
7092.33
31.52
15.76
实际装瓶量
992.93
6950.51
30.89
15.45
二级种子液
6.27
43.89
0.1951
0.09753
备注：
12°
淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年产啤酒70339t.
注：
旺季用量t/天：
以热麦汁为例7860.23×
104×
（2/3）÷
150=349300L
3.2发酵车间耗冷量计算
工艺所用基本数据如下：
每8锅麦汁放入一个发酵罐；
一次发酵的总量为V=43700×
8=349600L；
相应的麦汁密度为1048kg/m3，
一次发酵的麦汁质量为G=Vρ=349600×
1.048=366380.8kg
麦芽糖厌氧发酵热q=613.6kJ/kg;
PBx麦汁比热容可视作
=4.0kJ/（kg*K）；
冷媒用15%的酒精溶液，比热容可视作c2=4.18kJ/（kg*K），进出口温度分别为-8℃和0℃；
麦汁发酵度60%；
3.2.1工艺耗冷量
3.2.1.1发酵期间发酵耗冷量Q1
啤酒的度数则不表示乙醇的含量,而是表示啤酒生产原料,也就是麦芽汁的浓度,以12度的啤酒为例,是麦芽汁发酵前浸出物的浓度为12%（重量比）。
3.2
3.2.1
3.2.1.1
1）假定麦汁固形物均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵放热量为613.6kJ/kg.设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：
q0=613.6×
12%×
60%=44.18（kJ）
根据物料衡算，每锥形发酵罐放热量为：
Q0=q0V=44.18×
349600=15445328（kJ）
由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化8锅麦汁，并考虑到发酵放热的不平衡，取系数1.5，忽略主发酵期的麦汁温升，则发酵高峰期的耗冷量为：
Q1===160888.8（kJ/h）
2）发酵后期发酵液降温耗冷Q2
主发酵后期，发酵液温度从5℃缓慢降至0℃，每单罐降温耗冷量为：
Q2’=G
△t×
=×
4.0×
（5-0）=7327616（kJ）
工艺要求此过冷过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装一个锥形罐）：
Q2=Q2’÷
（24*2）=152658.7（kJ/h）
3）发酵总耗冷量：
Q
Q=Q1+Q2=160888.8+152658.7=313547.5（kJ/h）
每罐发酵耗冷量Q’：
Q’=Q0+Q2’=15445328+7327616=22772944（kJ）
发酵用冷媒耗量（循环量）M2发酵过程冷却用稀酒精液作为冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为：
M2=Q/（c2*8）=313547.5÷
（4.18×
8）=9376.4（kg/h）
3.2.1.2酵母洗涤用冷无菌水冷却水的耗冷量Q3
在锥形罐啤酒发酵过程中，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用4~5次。
设湿酵母添加量为麦汁量的0.6%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为湿酵母量的3倍。
冷却前无菌水温为30℃，用-8℃的酒精液做冷却介质。
由上述条件，可得无菌水用量为GW=366380.8×
0.6%×
3=6594.9（kJ/d）
式中366380.8--一天糖化所得的冷麦汁量（kg）
每班无菌水用量：
=GW÷
3=6594.9÷
3=2198.3（kg/班）
假定无菌水冷却操作在2h内完成，则无菌水冷却耗冷量为：
Q3=
（tw-tw’）÷
t=2198.3×
4.2×
（30-1）÷
2=133876.5（kJ/h）
所耗冷冻介质为：
=Q3÷
[
]=133876.5÷
（4.18*8）=4003.5（kg/h）
式中
，
---冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃
每罐用于酵母洗涤的耗冷量为：
Q3=1×
Q3=133876.5（kJ）
式中：
1为每班装一罐
3.2.1.2
3.2.1.3酵母培养耗冷量Q4
根据工艺设计每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12h,即288h.根据工厂实践，年产70000t啤酒工厂酵母培养耗冷量为：
Q4=97500（kJ/h）
对应的年耗冷量为：
Q4’=Q4×
288×
10=2.808×
（kJ）
相应的高峰冷冻介质循环量为：
=Q4/[c2（
）]=97500÷
8）=2915.7（kg/h）
3.2.1.3
3.2.1.4发酵车间工艺耗冷量Qt：
综上计算，可求得发酵车间的工艺耗冷量为
Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=160888.8+152658.7+133876.5+97500=544924（kJ/h）
3.2.2非工艺耗冷量Qnt
除了上述的发酵过程工艺耗冷量以外，发酵罐外壁，运转机械，维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量。
3.2.2.1露天锥形罐冷量散失Q5
锥形发酵罐啤酒发酵工厂中把发酵罐至于露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失。
根据经验，年产70000吨啤酒厂露天锥形罐的冷量散失在30000kJ~70000kJ/t之间，在长沙设厂的话，取高值。
故旺季每天耗冷量为：
Q5’=
*70000=308.9×
1.012×
70000=21882476（kJ/d）
式中
----旺季成品啤酒日产量（t）
若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷
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