年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计C(2007-12-06 20:32:30)标签：发酵工艺设计四、30000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量衡算啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类，而后者有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分[8]。
不同的发酵工艺，其耗冷量也随之改变。
下面以目前我国应用最普遍的锥形罐发酵工艺进行20000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量计算。
4.1发酵工艺流程示意图冷却94℃热麦汁冷麦汁（6℃）锥形灌发酵过冷却至-1℃贮酒过滤清酒灌图4发酵工艺流程4.2工艺技术指标及基础数据年产10°淡色啤酒30000t;旺季每天糖化8次，淡季为4次，每年共糖化1800次;主发酵时间6天；4锅麦汁装1个锥形罐；10°Bx麦汁比热容c1=4.0KJ/（kgK）；冷媒用15%酒精溶液，其比热容可视为c2=4.18 KJ/（kgK）；麦芽糖化厌氧发酵热q=613.6kJ/kg；麦汁发酵度60%。
根据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类，即：（39）4.3工艺耗冷量4.3.1麦汁冷却耗冷量Q1近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法[9]。
使用的冷却介质为2℃的冷冻水，出口的温度为85℃。
糖化车间送来的热麦汁温度为94℃，冷却至发酵起始温度6℃。
根据表2啤酒生产物衡酸表，可知每糖化一次热麦汁20053L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3,故麦汁量为：G=1048×18.62871=19522.89(kg)又知100Bx麦汁比热容C1=4.0KJ/(Kg·k),工艺要求在1h小时内完成冷却过程，则所耗冷量为：Q1=[G C（t1-t2）]/τ(40)=[19522.89×4.0(94-6)]/1=6872056.61(KJ/h)式中t1和t2——分别表示麦汁冷却前后温度（℃）τ——冷却操作过程时间（h）根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为：Q f=4Q1=4×6872056.61=27488226.42(kJ)(41)相应地冷冻介质（2℃的冷冻水）耗量为：M f=Q1/[C m（t4-t3）]= 6872056.61/[4.18(85-2)]=19807.62(kg/h) (42)式中，t3和t4——分别表示冷冻水的初温和终温（℃）C m——水的比热容[KJ/（kg·K）]4.3.2发酵耗冷量Q2（1）发酵期间发酵放热Q21，假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6kJ/kg。
设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：q0=613.6×10%×60%=36.82(kJ)根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为17324.7L,则每锥形缺罐发酵放热量为：Q01=36.82×17324.7×4=2551581.82(kJ)由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化8锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高温时期耗冷量为：Q21 =（Q01×1.5×7）/(24×6×4)=(2551581.82×1.5×7)/(24×6×4)]=46513.21(kJ/h)(2)发酵后期发酵液降温耗Q22主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从6℃缓降到-1℃。
每天单罐降温耗冷量为：Q02=4GC1[6-（-1）]=4×19522.89×4.0×7=2186563.68(KJ) （43）工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装1.5个锥形罐）：Q22=（1.5Q02）/(24×2)=(1.5×2186563.68)/(24×2)=68330.12(KJ/h) (44)（3）发酵总耗冷量Q2Q2=Q21+Q22=46513.21+68330.12=114843.33(kJ/h) (45) (4)每罐用冷媒耗冷量Q0Q0=Q01+Q02=2551581.82+2186563.68=4738145.5kg/h (46)(5)发酵用冷媒耗（循环量）M2发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为：M2=Q2/（Cm×8）=114843.33/(4.18×8)=3434.31kg/h (47)4.3.3酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3在锥形罐啤酒发酵过程，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5—7次。
设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。
冷却前无菌水温30℃。
用-8℃的酒精液作冷地介质。
由中述条件，可得无菌水用量为：Gw′=19522.89×6×1.0%×3=3514.12(kg/d)式中19522.89——糖化一次的冷麦汁量（kg）每班无菌水量：Gw= Gw′/3=3514.12/3=1171.37(kg/每班) （48）假无菌水冷却操作在2h小时内完成，则无菌水冷却耗量为：Q3=[GwGm(tw-tw′)]/r =[1171.37×4.18×(30-1)]/2=70996.94(kg/h) （49）所耗冷冻介质量为：M3=Q3[cw(t2-t1)]/r=70996.94(4.18×8)=2374137.73(kg/h) （50）式中，t1和t2——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：Q3=[GwGm(tw-tw′)]/1.5=[1171.37×4.18×(30-1)]/1.5 (51)=94662.31(kJ)式中 1.5——每班装罐1.5罐4.3.4 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12d，即288h。
根据工厂实践，年产30000t啤酒培养冷量为41800（Kj/h），则对应的年冷耗量为：Q4’= Q4×288×10=1.20×108(KJ) （52）相应的高峰冷冻介质循环量为：M4 =Q4/[cw(t1-t2)]=41800/(4.18×8)=1250(kg/h)4.3.5发酵车间工艺耗冷量Qt综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为：Qt=Q1＋Q2＋Q3＋Q4=6872056.61＋114843.33＋70996.94＋41800 (53)=7099696.88(Kj/h)4.4非工艺耗冷量Qnt除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，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，现分别介绍。
4.4.1露天锥形罐冷量散失Q5锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失。
通常，这部分的冷量由经验数据坟取。
根据经验，年产2万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在9000-20000kJ/t啤酒之间，若在南方亚热地区设厂，可取高值。
故旺季生天耗冷量为：（54）式中，G b——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，则高峰耗冷量为：（55）冷媒（-8℃稀酒精）用量：（56）4.4.2清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6因涉及的设备、管路很多，若按前面介绍的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据实验经验选取。
通常，取，所以：Q6=12％Qt=12％×7099696.88=851963.63(KJ/h) （57）冷媒（-8℃稀酒精）用量：M6=Q6/[cw(t2-t1)]=851963.63/(4.18×8)=25477.38(KJ/h)（58）4.5 30000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表将上述计算结果，整理后可得30000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如表4所得表4 啤酒厂发酵车间冷量衡算表耗冷分类耗冷项目每小时耗冷量(kJ/h)冷媒用量(kJ/h)每罐耗冷(kJ)年耗冷量（kJ）工艺麦汁冷却Q16872056.61 19807.62 (M1) 27488226.42 1.20×108发酵耗冷Q2114843.33 3434.31 (M2) 4738145.5 9.42×108耗冷量无菌水冷却Q370996.942374137.73(M3)94662.31 1.73×108酵母培养Q441800 1250(M4) 284320.55 12.0×108工艺总耗冷Q t7099696.88 —————32605354.8 24.35×108非工艺耗冷量锥形罐冷损Q5170000 5083.73(M5) 1600000 5.23×108管道等冷损Q6851963.63 25477.38 (M6) 4200042.36 16.1×108非工艺总耗冷Q nt1021963.63 —————5800042.36 21.33×108合计总耗冷Q 8121660.51 —————38405397.2 4.568×109单耗152266.67kJ/t啤酒。