长春工业大学化学与生命科学学院生物工程专业《发酵工程》课程设计说明书一、总论1.1概论传统啤酒发酵工艺（1）主发酵又称前发酵，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。
我国主要采用后种方法。
下面重点介绍下面啤酒发酵法。
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，这是发酵的主要生化反母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO2应。
主要步骤如下：①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。
③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。
④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％。
⑤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）后发酵后发酵又称贮酒，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。
下面介绍下面啤酒发酵法的后发酵。
①下酒将主酵嫩酒送至后酵罐称为下酒。
下酒时，应避免吸氧过多，为此先将贮酒罐充满无菌水，在用CO2将无菌水顶出，当CO2充满时再由贮酒桶底部进酒液。
此外，要求尽量一次满罐，留空隙10～15cm，以防止空气进入酒液。
如果酒液被CO2饱和，由于有CO2溢出，氧则难溶于酒液中。
否则啤酒中存在过多的溶解氧易引起氧化混浊，并产生氧化味。
②管理下酒后，先开口发酵，以防CO2过多，酒沫涌出，2～3天后封罐。
下酒初期室温2.8～3.2℃，若是外销酒，一个月后逐渐降至0～1℃。
温度前高后低目的在于先使残糖发酵，随后澄清。
注意不能将不同酒龄的酒液共存一室，否则温度要求互相矛盾，无法控制室温。
一般老工艺12°Bx外销酒贮酒时间为60～90天，内销酒为35～40天。
贮酒期间，用烧杯取样观察，通常7～14天罐内酵母下沉。
若长期酒液不清，应镜检。
若是酵母悬浮，则是酵母凝聚性差；若是细菌混浊，则属细菌污染，通常无法挽救，只能排放；若是胶体混浊，原因是麦芽溶解度差，糖化蛋白分解不良，煮沸强度不够，冷凝固物分离不良等因素造成。
圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐），已广泛用于上面或下面发酵啤酒后生产。
锥形罐,可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在该罐进行（一罐法）。
这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，帮能适合于生产各种类型啤酒的要求。
目前，国内外啤酒工厂使用较多的是锥形发酵罐这种设备一般置于室外。
冷媒多采用乙二醇或酒精溶液。
也可使用氨作冷媒，优点心能耗低。
采用的管径小，生产费用可以降低。
最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用，安全阀和玻璃视镜。
影响发酵设备造价的因素主要包括发酵设备大小，形式，操作压力及所需的新华通讯社却工作负荷，容光焕发器的形式主要指其单位容光焕发积所需的表面积，这是影响造价的主要因素。
罐的高度与直径的比例为1.5-6:1.常用3:1或4:1.罐内真空主要是系列的发酵罐在密闭条件下转罐可进行内部清洗时造成成的,由于型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快.有可能造成成一定期负压,另外即便函罐内留学生存一部分二氧化碳.在进行清洗时,二氧化碳有被子除去的可能所以也可能造成真空。
由于清洗液中含有碱性物质能与二氧化碳起反应而除去罐内气体。
结构及特点啤酒发酵罐是啤酒厂的主要设备之一，其发酵温度控制是依靠调节冷却系统的冷却流量来实现。
目前国内外较多采用罐体外壁的夹套通入低温酒精水冷却罐内发酵液，而酒精水的降温是通过液氨蒸发来冷却的，其缺点是需要酒精水的中间换热循环。
而本产品对目前现有的啤酒发酵罐，作了进一步发展和改进，其主要特点如下：⑴把大罐的夹层当作蒸发器，液氨直接在夹套内蒸发，利用其气化潜热冷却罐内的啤酒液，从而省却了酒精水的中间换热循环，节省能耗12%以上。
⑵把夹套当作蒸发器，由于夹套内的压力比酒精水系统的要高，为此，设置了安全可靠、合理、结构新颖的蜂窝结构夹套，夹套与筒体组成的蜂窝状结构，其强度和刚度相互得到了提高。
夹套焊缝可减少30%。
⑶夹套做成分片式，与筒体的焊接完全避开筒体的纵、环向焊缝，避免了氨通过焊缝往罐内啤酒液泄漏的可能性。
克服了其它夹套的缺点。
⑷可选用碳钢或不锈钢材料，便于现场制造，降低制造成本，节省投资费用。
⑸本产品占地面积小，并可避免使用酒精水冷却系统带来的酒精挥发对大气带来的污染，符合环保产品要求.⑹该设备底座可采用钢架结构和混凝土结构，定货时可根据用户确定。
1.2设计依据1.2.1长春工业大学生物工程课程设计指导书。
1.2.2长春工业大学生物工程课程设计任务书。
1.2.3《发酵工程与设备》、《发酵工艺原理》、《发酵工厂工艺设计概论》、《化工工艺设计手册》及生物工程专业基础理论课本等参考资料。
1.3设计指导思想1.3.1尽量采用先进的生产技术与设备，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺、新技术、新设备。
1.3.2合理利用资源，节约能量，消耗指标。
1.4设计范围1.4.1确定工艺流程及生产操作条件1.4.2工艺及主要设备计算（物料衡算、设备计算）1.4.3绘制生产工艺流程图1.4.4编制课程设计说明书二、生产工艺2.1产品产量及方案产量：年产啤酒67000吨产品品种：12°淡色啤酒2.2生产方法的选择工艺方法：利用麦芽、大米、啤酒花为原料，采用国内外比较先进的、成熟的二次煮出糖化法，添加啤酒酵母，采用锥形罐一罐法发酵，是目前最成熟、最典型的啤酒生产工艺。
啤酒生产全厂工艺流程简图：大米→湿粉碎→糊化粉碎酒花↓↑ ↓麦芽→湿粉碎→糖化→过滤→煮沸→旋涡沉淀↓酵母→培养→扩大培养→锥形罐发酵←充氧←麦汗冷却↓ ↑ ↓酵母→贮存硅藻土过滤→纸板过滤↓灌装←过冷←清酒罐↓杀菌→贴标→装箱→入库→出厂2.3主要工艺参数年生产天数：300天原料利用率：98.5%麦芽水分：6%大米水分：13%无水麦芽浸出率：75%无水大米浸出率：92%麦芽、大米配比：65%：35%啤酒总损失率：11.3%其中：冷却损失：5.1%发酵损失：2.0%过滤损失：1.2%包装损失：3.0%糖化温度：65-68℃每批糖化醪操作时间：3-4h酵母添加量：0.5-0.8%锥形罐装料系数：85%发酵温度：9℃主发酵时间：3-5d双乙酰还原温度：12℃贮酒温度：-1~0℃发酵操作周期：25d灌装班次2班（每班8h）2.4物料衡算表1 主要物料及动力衡算表（12°淡色啤酒）序号名称规格单位产品消耗指标年用量单位数量单位时天年1 麦芽含水≤5%kg/t 117 t 1.088 26.1 78392 大米含水≤13%kg/t 63 t 0.588 14.1 42213 啤酒花含水≤10%kg/t 1.2 t 0.011 0.3 80.44 瓶盖个/t 2080 万个 1.936 46.5 139365 商标张/t 2080 万张 1.936 46.5 139366 瓶损640ml 个/t 40 万个0.037 0.9 2687 硅藻土t/t 0.002 t 0.017 0.4 1348 瓶装纸箱个/t 85 万个0.079 1.9 5709 热麦汁量t/t 1.123 t 10.450 250.8 75241m3/t 1.114 m310.367 248.8 74638 10 冷麦汁量m3/t 1.057 m39.838 236.1 7081911 发酵酒收量m3/t 1.036 m39.642 231.4 6941212 过滤酒收量m3/t 1.024 m39.529 228.7 6860813 成品酒产量m3/t 0.993 m39.242 221.8 66531序号名称规格单位产品消耗指标年用量单位数量单位时天年t/t 1.000 t 9.304 223.3 6700014 水t/t 16 t 148.888 3573.3 107200015 电kWh/t 120 kWh 1116.667 26800 804000016 汽kg/t 600 t 5.583 134 40200三、设备选择3.1主要工艺设备选型计算（1）发酵罐容积计算根据啤酒生产工艺，二次煮出糖化法为间歇生产，因锥形罐容量较大，糖化冷麦汁需分批在24小时内满罐。
年生产天数300天，旺季每天糖化6次，而淡季每天糖化4次，考虑到生产的灵活性，选取每天4批次糖化冷麦汁量为发酵罐的有效容积：V有效=1.057×67000/300=236.1m3发酵罐的填充系数为Ф=0.85，则全容积为：V全=V有效/Ф=277.8 m3发酵罐采用椭圆封头、圆形筒体和圆锥形底，则V全=（π/6）D2h a+（π/4)D2h b+（π/4)D2H+(1/3）（π/4)D2h1取筒体H=2D，封头高h a=（1/4)D，封头折边高h b=50mm，圆锥形底角60°，圆锥形底高h1（D/2)/tan30°=0.866D，代入上式得V全=1.929D3+0.0393D2=277.8为方便计算，封头折边可忽略不计，则有V全=1.929D3=277.8解得D=5.242m,取D=5.2m,筒体H=2D=10,封头高h a=（1/4)D=1m，验算全容积：V'全=0.524×5.22×1+0.785×5.22×0.05+0.785×5.22×10+0.262×5.23×0.866=14.17+1.06+212.26+31.90=259.39m3 <277.8 m3可增加筒体高H=11m，V'全=280.62 m3 >277.8m3(2)发酵罐个数确定设发酵周期为25天，每天加料1罐（糖化4次），发酵罐个数为：N=1×25+1=26个（其中1个备用），年产量为67000t。