年产32万吨啤酒发酵车间初步设计毕业论文设计推荐.docx
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年产32万吨啤酒发酵车间初步设计毕业论文设计推荐
年产32万吨啤酒发酵车间初步设计
摘要4
5.3发酵车间设计计算中存在的问题50
摘要
本设计是年产32万吨13°P淡色啤酒啤酒厂的发酵车间的工业设计，其生产原料是麦芽和大米。
设计的主体是发酵车间，主要设备是发酵罐。
本设计首先对原料制备、糖化、发酵工艺进行选择和论证，再通过物料衡算和热量衡算确定发酵车间的主要设备的容量和数量，对发酵车间附属设备进行选型，对发酵罐进行结构及强度设计。
在此基础上，对主体设备发酵罐进行计算，绘制出发酵设备平面布置图，发酵车间带节点控制流程图全、工厂带节点控制流程图和全厂流程方块图。
关键词13°P淡色啤酒发酵发酵罐
Abstact
Thedesignistheindustrialdesignof13°Palebreweryfermentationworkshopwhichcangivetheoutputof320,000t/a.Therawmaterialismaltandrice.Thefermentationplantisthekey,thefermentersarethemeequipments.Inthisdesign,firstly,toselectanddemonstratetherawmaterialpreparation,saccharification,fermentationtechnology;secondly,todeterminethenumberofthemajorequipmentinthethefermentationplantbythematerialbalanceandheatbalance;thirdly,toselecttheancillaryequipmentinthefermentationworkshop,todesignthestructureandstrengthofthefermenters.Basisonthis,tocalculateanddrawthefloorplanoffermentationequipment,theflowchartwithwiththenodecontrolblockdiagramandtheplant-wideprocess.
Keyword13°Palebreweryfermentationfermentationplant
第1章总论
1.1设计背景
啤酒与人类文明一样有着悠久的历史，它先于其它酒类而最早出现在人类的生活之中，因此，不少学者把啤酒称之为“酒类之父”。
啤酒起源于两河流域的古巴比伦王国，是当时生活在那里的苏美尔人最先把啤酒奉献给人类的。
藏于法国巴黎罗浮宫博物馆第四展厅石雕厅的一块石雕可资证明，上面刻有苏美尔人酿制啤酒的场面，距今已有9000年了
我国是世界上用粮食原料酿酒历史最悠久的国家。
5000多年前，我们的前辈就已经酿造“醴酒”。
所用的原料、发酵的方法、酿造的时间，与世界公认的苏美尔人啤酒非常相似，如出一辙。
明人张岱《夜航船·卷十一·饮食篇》中“黄帝始作醴，夷狄作酒醪，杜康作秫酒，周公作酎、三重酒”的语句便是明证。
只不过由于这种“醴酒”糖分较高、酒精含量低、口味太淡、不利贮存、容易变酸变质，而被其它香醇可口的美酒代替了。
由此可见，位于九曲黄河之滨的中国也是啤酒的一个重要发源地。
以贵州茅台为代表的中国酒文化气息浓郁，中国人聚会总是喜欢喝上几杯，而啤酒便是大家最普遍的选择。
1.2设计内容和依据
1.中南大学本科生毕业设计任务书
2.《轻工业建设项目初步设计编制内容深度规定》QBJS6-2005
我国啤酒质量标准GB4927-1991等国家啤酒生产的相关规定
3.燕京啤酒厂两周实习所获资料
4.参考书籍
《发酵工艺原理》
《生物工程工厂设计概论》
《啤酒生产技术》
《啤酒工业手册》
《生化工艺及工厂设计》
《发酵工厂工艺设计》
《化工设备机械基础》
1.3设计范围和分工
1.3.1设计范围
1.对年产32万吨啤酒工厂的生产工艺流程的选择、论证及设计
2.对年产32万吨啤酒工厂的总平面图进行论证及设计
3.对年产32万吨啤酒工厂进行物料衡算、水、汽、冷衡算
4.对年产32万吨啤酒工厂的发酵车间的工艺流程说明及设计、设备的选型及车间布置设计
5.生物工程专业本科生毕业设计，以初步的工艺设计为主，非工艺部分设计只是简单涉及。
1.3.2设计内容
本设计以燕京啤酒（衡阳）有限公司为模本，按照《轻工业建设初步设计编制内容深度规定》QBJS6-2005的有关规定，在对生产工艺及流程的考量基础上，对建厂的选址、销售、物流都进行了选择和规划，重点对啤酒生产发酵工艺及相关工艺流程进行了详细的说明，并分别对制麦车间、糖化车间、发酵车间、包装车间进行说明，同时对发酵车间的部分设备进行选型。
具体内容详见下面的章节。
1.3.3设计编制说明
通过本设计，从工厂选址和平面布置、原料选择和标准制定、物料和能量衡算、设备选型与计算、环保、工厂管理、成本核算等方面对啤酒厂建设及生产提出计划，来建造起可生产营运的啤酒厂。
设计说明书的编制，符合中南大学本科省毕业论文的规范的要求。
设计说明书的编制，基本按照《轻工业建设项目初步设计编制内容深度规定》QBJS6-2005工艺说明书，编写啤酒发酵车间车间概况特点，车间选型室外工艺管道等进行编写。
1.4设计原则
1.本设计符合计划任务书的规定和要求。
各阶段工作要有明确的进度。
毕业设计要有计划地进行。
2.本设计争取做到积极采用和大力发展新技术，吸收科研和技术改造的新成果，力求技术上具有现实性和先进性，经济上具有合理性。
3.结合实际，根据国家的所需而合理决定工厂的产品品种及合理安排工厂的产品方案，兼顾经济效益和社会效益，以最小的投资换回最大的经济效益。
4.本设计尽量少或不占耕地，选择流程尽量减少，避免污染物排放。
尽量减少三废处理量，同时注意节能和充分利用余热。
5.在设备选用的时候，应满足生化生产工艺方面的要求，同时安全可靠，尽量选用成套设备，以利于提高机械化程度，方便生产，节约投资。
1.5设计规模和产品方案
1.5.1建设规模
本设计为年产32万吨啤酒工厂，占地面积约1542677.1平方米
1.5.2产品方案
产品品种：
13°P淡色啤酒
产品产量：
年产32万吨
产品产期：
生产旺季共有8个月，即4-9月以及1、2两个月，其中每个月生产25天，每天糖化8次，其余4个月即为淡季，每月生产20天，每天糖化5次，故有年总糖化次数是2000次。
产品质量：
产品符合中华人民共和国国家标准《啤酒》GB4927-91，以及原料符合其相关的质量标准。
1.6其他说明
由于专业限制，相对于《轻工业建设初步设计编制内容深度规定》QBJS6-2005的有关内容，本设计说明书中关于项目的总投资，建设投资以及融资等技术经济方面没有过多设计。
1.7本设计存在的问题
本设计主要问题：
1.本设计所用到的基础数据，工艺设计的经济、技术指标大部分来源于参考文献，可能与实际有偏差；
2.因专业所限，在涉及到土建工程中建设规模、场地面积以及设备的选型与设计等非本专业的设计方面，没有进行科学的论证计算，与实际有偏差。
第2章厂址选择与总平面设计
2.1厂址选择
2.1.1厂址方案比较
厂址选择是设计的基本内容之一，也是工厂建设的关键问题之一。
厂址选择的好坏直接关系到生产质量，成本控制等，因此，厂址选择是一项包括政治、经济、技术的综合性的复杂工作。
具有较高的原则性和广泛的技术性。
根据啤酒厂选址原则，本设计另外考察了公主岭市经济开发区，双辽市经济开发区，梨树县经济开发区。
表2-1厂址技术性方案比较表
序号
项目名称
技术等级
厂号
1
2
3
A
B
C
A
B
C
A
B
C
1
地理位置（靠近城镇？
）
—
—
—
2
面积外形（大小、矩形？
）
—
—
—
3
地势（海拔？
坡度？
）
—
—
—
4
地质（地耐力、地下水位）
—
—
—
5
建筑施工条件（方便？
）
—
—
—
6
建筑材料（就地取材？
）
—
—
—
7
交通运输条件（陆/水？
）
—
—
—
8
给水（有水源地？
水质？
）
—
—
—
9
热电供应（充足？
协作？
）
—
—
—
10
环卫条件（邻近污染源？
）
—
—
—
11
职工生活（公共设备？
）
—
—
—
小计
以上单项累计数
7
3
1
3
6
5
6
3
2
总计
技术性比较级差
A>B>C
B>C>A
A>B>C
2.1.2厂址定点
厂址所在地为吉林省双辽市经济技术开发区
2.1.3厂址特点
1.自然条件
（1）地理位置
双辽距吉林省省会长春市约150公里，距吉林省第三大城市四平市约100公里，距内蒙古西部新兴城市通辽市约100公里，距东北最大的工业城市沈阳市约200公里；清朝中期以来就是连接科尔沁大草原与内地的商贾重镇；是吉林省规划增加的五个地级市之一。
长双、郑太两条省级高速公路横跨东西，沈明、集锡两条国家干线公路纵贯南北大庆—广州高速公路已建成通车，长春—通辽高速公路于2011年建成通车；郑大、平齐铁路在此交汇；此外，区内还有5条铁路专用线，用于短途运输。
（2）地形、地质条件、气象条件、面积
所在地区的地形简单整洁，不处于地震断层、泥石流、滑坡、流沙、溶洞、沼泽等危害地段，地质条件相对较好，且气候四季分明，总面积为1542677.1平方米。
（3）基础设施
区内硬面路网已经成型，供电、供水、供气、供热、排水和通讯等基础设施日益完善；已建成污水处理厂一座，日处理能力2.5万吨；日供天然气50万m³；可直供电。
区内还有在省内餐饮住宿业具有较高水平的绿洲大厦、全省最高水平的游泳馆、全省县级最高水平的体育场等休闲娱乐场所。
（4）资源优势
电力能源：
国电双辽发电厂是吉林省最大的火力电厂，是我国重点火力发电厂之一，规划总装机容量240万千瓦。
硅砂资源：
区内储藏二氧化硅含量高、颗粒均匀，初测总储量达9亿吨，被誉为世界四大硅砂富矿之一，已被国家列为硅质原料生产基地。
农业资源：
双辽经济开发区位于世界著名的“黄金玉米带”，临近地区可供工业加工的玉米、花生、大豆和其他农副产品产量很高，工业开发的潜力很大。
（5）环境卫生条件
由于东北的空气干燥，且经济开发区多为轻工业，因此，环境清洁，大气含尘、含菌少，无有毒有害气体污染。
2.经济技术条件
（1）原料、辅料等供应条件
原料来源丰富，且交通便利，运输成本较低。
（2）市场广阔
因北方人热情豪爽爱喝酒，且双辽所处地理位置优越，因此，市场较广阔，且需求量大。
（3）劳动力低廉，成本较低
双辽市拥有数量充足，素质较高，成本较低的人力资源。
且普通员工多为双辽本地人，员工的生活成本上有所降低。
2.2总平面设计范围和依据
2.2.1设计内容
工厂内部设置包括厂区平面布置设计、横向纵向设计、交通运输设计、场内管线管路综合设置、绿化美化设置。
2.2.2设计依据
1.中南大学本科生毕业设计任务书中产量的规定。
2.总平面布置符合国家及行业的有关规范和规定，满足卫生、安全、GMP要求。
如《工业企业设计卫生标准》、《建筑设计防火规范》、《厂矿道路设计规范》等。
2.2.3设计原则
工厂设计严格按设计计划任务书进行，场内布局紧凑合理，节约用地。
同时各个部门紧密配合，符合生产工艺要求。
并且考虑全年主要风向，满足卫生要求。
2.3工厂场地概述
2.3.1工厂组成
（1）生产车间主要有发酵车间、糖化车间、包装车间等组成。
（2）辅助车间麦芽储藏，麦糟处理，仓库等。
（3）动力车间制冷站，空压站，配电站以及锅炉房等。
（4）行政部门综合大楼，医务室，食堂，传达室，停车场，浴室等。
（5）绿化区域绿化设施
（6）三废治理废污处理设施和场地等。
2.3.2总平面布置
手工图为哈尔滨啤酒（双辽）有限公司的平面布置图。
场地形状是不规则四边形，占地面积约1542677.1平方米。
2.4总平面布置及运输设计中的问题和建议
总平面布置中的主要问题：
在厂址的选择中，本设计只是参考网上资料，并未实际勘察地形等地质气候因素，在总平面图的布置只是简单参考双辽啤酒厂的布置，结合选地的风向图进行绘制，科学性较低。
总平面图仅为水平向周式布置形式，并且，采光与卫生需妥善处理。
场内绿化难以保证足够面积，也需要特殊整理。
总之，周边式布置形式较为紧凑、技术管理集中方便，但发展余地少。
建议：
在专业人员的陪同下，实地勘察。
同时，总平面布置可采用联合式布置形式。
第3章啤酒工艺选择和论证
3.1生产方法的选择和工艺流程的设计原则
3.1.1生产方法的选择
生产方法即工艺路线的选择，是工厂设计的关键程序，通常要对所选的方法进行全面的对比分析，然后选择经济实惠、技术优先的优先进行生产运营。
1、原料的来源、种类和性质
2、产品的质量和规格
3、生产的规模
4、现有技术水平
5、厂址的自然环境
6、经济效益
3.1.2工艺流程的设计原则
1、确保产品的质量按照国家标准
2、尽量采用成熟、先进的设备和技术
3.2啤酒生产工艺简介
啤酒生产过程主要分为：
制麦、糖化、发酵、瓶装等主要四个部分。
啤酒厂生产所用麦芽由麦芽生产厂提供，对麦芽的麦粒大小、饱满成都、湿度量都有一定的要求。
麦芽在送入酿造车间之前，先被送到粉碎塔，麦芽经过轻压粉碎制成酿造用麦芽。
糖化处理即将粉碎的麦芽与水在糖化锅中混合。
而糊化锅中，大米和水经加热后煮沸，这是天然酸将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物即麦芽汁。
然后麦芽汁被送至过滤槽中，灌入煮沸锅，同时添加酒花和糖，使啤酒赋予浓郁的香味的成色并且消除泡沫。
煮沸后，将麦芽汁泵入沉淀槽。
随后，向麦芽汁加入酵母，开始发酵。
啤酒的不同、酿造工艺的不同，发酵的时间也不同。
通常，贮藏啤酒的发酵过程需要大约6天，淡色啤酒为5天左右。
发酵结束以后，绝大部分酵母沉淀于罐底，将这部分酵母回收起来，以供下一罐使用。
除去酵母后，生成物"嫩啤酒"被泵入后发酵罐。
剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐成熟，成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在7~21天。
经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去，就成为待包装的清酒。
使用双重过滤工艺，不但对酿造产生的杂质去处更彻底，而且使酒液特别清澈。
3.2.1全厂工艺流程图
麦槽酒花
麦芽粉碎糖化过滤混合麦汁煮沸沉淀冷却充氧
大米、麦芽粉碎糊化酒花槽热凝固冷凝固物
扩培酵母
麦芽汁发酵贮酒粗滤精滤清酒装瓶卸箱验瓶
酵母泥
剩余酵母
洗瓶检验灌酒压盖检验杀菌贴标喷码检验装箱
3.3啤酒原料
3.3.1水
水是重要原料之一，啤酒酿造用水主要包括加工水、洗涤水和冷却水。
加工用水中投料水、洗槽水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒重要原料之一，在习惯上称作酿造水。
酿造水性质与发酵风味物质形成等均有很大关系。
酿造用水首先要符合我国饮用水标准GB5749--85。
酿造水对啤酒生产全过程将产生很大的影响，如糖化时水解酶是活性和稳定性，酶促反应的速度，麦芽的酒花在不同含盐水中溶解度的差别，盐和蛋白质及酚类物质的絮凝成点，酵母生长，发酵风味物质的形成等，最终还将影响到啤酒的风味物质和稳定性。
此外，因为每瓶啤酒90%以上的成份是水，所以基本上可以说是水的质量决定了啤酒的好坏。
啤酒酿造所需要的水除了要洁净外，还有以下要求：
此次设计为淡色啤酒的生产，所以水的残碱度RA值要求在-5~+5度之间；水中Ca至少为40~50mg/L，Ca和Mg比例要大于3:
1；还必须去除水中所含的矿物盐，使其成为软水。
改良水质可有针对性通过过滤、煮沸、加酸、加石膏、离子交换或电渗析、活性炭过滤、紫外线消毒等方法。
3.3.2麦芽
自古以来，大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化、发酵。
大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式可分为六棱、四棱、二棱大麦。
我国华北地区都种植六棱大麦，南方多见二棱，本设计采用六棱大麦。
啤酒用大麦的品质要求为﹕壳皮成分少﹐淀粉含量高﹐蛋白质含量适中（9～12％）﹔淡黄色﹐有光泽﹔水分含量低于13％﹔发芽率在95％以上。
适于啤酒酿造用的大麦有二棱或六棱大麦。
现在分别介绍：
二棱大麦的浸出率高﹐溶解度较好，但农业但产量低且多见于南方﹔六棱大麦的农业单产较高﹐活力犟﹐但浸出率较低﹐麦芽溶解度不太稳定。
基于上述，啤酒酿造对大麦的质量要求：
表3-2酿造大麦质量要求
项目
特征
感官特征
1.色泽：
良好大麦有光泽，淡黄；受潮大麦发暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蚀的大麦则呈灰色或微兰色
2.气味：
良好大麦具有新鲜稻草香味
3.谷皮：
优良大麦皮薄，有细密纹道
4.麦粒形态：
以短胖者为佳
5.夹杂物：
杂谷粒和沙土等应在2%以下
物理检验
1.千粒重：
以无水物计千粒重应为30~40g
2.麦粒均匀度：
按国际通用标准，麦粒腹径可分为2.8、2.5、2.2mm三级
3.胚乳性质：
胚乳断面可分为粉状、玻璃质和半玻璃质三种状态
化学检验
1.水分：
原料大麦水分不能高于13%，否则不能贮存，易发生霉变，呼吸损失大
2.蛋白质：
蛋白质含量一般要求为9~12%，蛋白质含量高，制麦不易管理，易生成玻璃质，溶解差，浸出物相应的低，成品啤酒易浑浊
3.浸出物：
间接衡量淀粉含量的方法，一般为72~80%
酿造大麦的质量标准：
1986年正式制定和通过了啤酒大麦国家标准，编号为QB—1416—87
3.3.3酒花
酒花又名啤酒花，酒花始用于德国﹐学名为蛇麻﹐为大麻科葎草属多年生蔓性草本植物﹐雌雄异株﹐酿造所用均为雌花。
其有效成分为酒花树脂和酒花油，作用是麦汁煮沸时和蛋白质形成热凝固物；麦汁冷却时和蛋白质形成冷凝固物；提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能在后酵、贮酒直至装瓶，缓慢和蛋白质结合，形成汽雾浊及永久混合物，形成色泽和涩味，增加麦汁和啤酒的生物稳定性。
酒花赋予啤酒柔和优美的芳香和清爽的微苦味，最终使啤酒具有独特的苦味和香气，还有防腐和澄清麦芽汁的作用。
每KL啤酒的酒花用量约为1.4～2.4kg。
其中酒花的主要化学成分中对啤酒酿造有特殊意义的三大成分为酒花精油，苦味物质和多酚。
表3-3颗粒啤酒花技术要求
项目
指标
一级
二级
色泽
浅黄绿色
香气
富有浓郁的啤酒花香气，无异杂气味
有明显的啤酒花香气，
无异杂气味
匀整度，%≥
顺粒均匀。
散碎颖粒少于4
顺粒均匀，
散碎预粒少于6
硬度,kg≤
6.0
崩解时间，s
10
水分，%
10.0-12.0
α酸（干态计）.%≥
7.0
6.0
β酸（干态计）.%≥
2.0
注：
（1）已正式定名的芳香型啤酒花制成的颗粒啤酒花，其、酸含量不受此要求限制。
（2）α酸2.0%为推荐值.
（3）以上为QB/T3770.1一1999压缩啤酒花及颗粒啤酒花标准。
3.3.4啤酒酵母
酵母是啤酒发酵所需的微生物，是发酵的作用者，啤酒酵母又分上面发酵酵母和下面发酵酵母，我国一般采用下面发酵酵母。
啤酒工厂为了确保酵母的纯度﹐每月进行一次酵母纯粹培养。
为了避免野生酵母和细菌的污染﹐必须严格啤酒
工厂的清洗灭菌工作。
我国所采用的下面发酵的工艺特点如下：
（1）采用下面发酵酵母，主发酵温度比较低，发酵进程比较缓慢，发酵的代谢产物副产物相对较少。
主发酵完毕后，大部分酵母沉降发酵容器底部。
（2）下面发酵啤酒的后发酵和贮酒期比较长，酒液澄清良好。
CO2饱和稳定，酒的泡沫细微，风味柔和，保存期较长。
3.3.5辅料
在啤酒麦汁制造的原料中，除了主要原料大麦麦芽以外，还包括特种麦芽，小麦麦芽及辅助原料。
以下介绍四种辅料的特点及使用其后的的啤酒的特点。
1.大米
原则上凡是大米不论品种均可用于酿造，但从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味越好。
东北大米文明于海内外，本设计均采用正宗东北大米。
且大米是中国用量最多的辅助原料，因其淀粉含量高（75%-82%）﹐浸出率也高﹐含脂肪低（0.2%-1.0%），并含有较多泡持蛋白，用大米做辅料酿造啤酒，啤酒色泽浅、口味纯净、泡持洁白细腻，它是优良的啤酒辅料。
但大米淀粉的糊化温度比玉米高。
2.小麦
小麦品种有硬质小麦和软质小麦﹐啤酒工业宜采用软质小麦。
例如：
德国的白啤酒是以小麦芽为主原料﹐比利时的兰比克啤酒是用大麦芽配以小麦为辅
料酿造具有地方特色的上面发酵啤酒。
利用麦汁做辅料，麦汁总氮和a-氨基氮均比大米高，发较快，但过滤和煮沸麦汁略浑浊，需进行处理为好，酿成的啤酒泡沫细腻、持久。
3.糖类
一般在产糖地区应用﹐一般使用量为原料的10～20％。
添加的种类主要有蔗糖﹑葡萄糖﹑转化糖﹑糖浆等。
3.4麦芽制备
制麦全过程大体可分为原料分级、浸麦、发芽、干燥、除根等过程。
现代啤酒生产工业化程度越来越高，啤酒厂一般不自行生产麦芽，而是从专门的麦芽生产厂购买，以降低成本，其中本次宁乡青岛啤酒厂既是如此。
本设计将此分为：
大麦贮存大麦精选
浸麦
发芽
焙燥
贮存
3.5麦芽汁的制备工艺
麦汁的制备过程包括：
原料的粉碎、糊化、糖化、过滤，煮沸（添加酒花）、麦汁处理（澄清、冷却、通氧）等一系列物理学、化学、生物学过程。
3.5.1原料处理
原料处理直接影响啤酒质量的高低，将麦芽﹑大米分别由粉碎机粉碎至适于
糖化操作的粉碎度，两种辅料粉碎后的时间不能超过24小时，防止发热结块。
个人觉得衡阳燕京啤酒厂对于原料处理的设备非常完善，以下是其设备示意
图：
贮存塔
去糖化车间
原料入口粉碎室
输送塔
1.麦芽与大米的粉碎
在啤酒生产中，不单要考虑物料粉碎的经济性，更要考虑啤酒酿造的特殊要求：
（1）麦芽皮壳粉碎适度，过细增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒风味。
（2）皮壳和原料中不容物质粉碎过细，会增加过滤阻力，影响过滤操作。
（3）淀粉等储藏物质的粉碎细度不但影响酶促反应速率，也影响到反应深度即麦子的组成。
其中麦芽的粉碎方法有：
干法、湿法、回潮干法、连续调湿粉碎。
本设计采用麦芽湿法粉碎，该单元操作有：
浸渍-磨碎-匀浆-泵出。
而大米粉碎多为干法粉碎，其中大米粉碎越细愈好，以增加原料与水的接触面积，利于大米的糊化和糖化。
2.原料的输送
目前原料输送采用机械输送和气流输送，他们的优缺点如下：
（1）气流输送：
设备简单，占地面积少，费用少，连续化
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