混合原料 麦芽 大米 酒花 热麦汁 冷麦汁 湿糖化糟 湿酒花糟 发酵液 过滤酒 成品啤酒 ㎏ ㎏ ㎏ ㎏ L L ㎏ ㎏ L L L 100 70 30 1.33 665.1 631.84 89.67 3.99 622.36 616.14 609.99 16.39 11.47 4.92 0.218 109.03 103.58 14.7 0.654 102.03 101.01 100
39637 6746 2891 128 64100 60895 8642 384.5 59981 59381.7 58789 16.4×106 11.47×106 4.91×106 0.218×106 108.97×106 103.52×106 14.69×106 0.654×106 101.97×106 100.95×106 99.94×106
备注：11°P啤酒的密度为1012kg/m ，实际年生产啤酒:：10.1098万吨。
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第四章 耗冷量的计算
4.1发酵车间工艺流程
94℃热麦汁→冷麦汁（6℃）→锥形罐发酵→过冷却-1℃→贮酒→过滤→清酒罐 发酵车间工艺流程图
4.2工艺技术指标及基础数据
年产11OP淡色啤酒10万
旺季每天糖化7次，170天，产量占全年总产量70%，三锅可装满一个锥形发酵罐 主发酵时间为6天
11度Bx麦汁比热容c1=4.0 kJ/(kg.K)
冷媒用15%酒精稀溶液，比热容可视为c2=4.18kJ/(kg.K) 麦芽糖厌氧发酵热q=613.6kJ/kg 麦汁发酵度60%
根据发酵车间耗冷性质，可分为工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类，即： Q=Qt+Qnt
4.3 麦汁冷却耗冷量Q1
本设计采用一段式串联逆流式麦汁冷却方法，使用的冷却介质为2℃的冷却水，出口温度为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℃。
有前面的计算可知，每糖化一次得到的热麦汁为64100L，相应的麦汁密度为1.0442kg/L.故热麦汁为:
G=1.0442×64100=66933（kg）
又查得11°P麦汁的比热容为4.0 kJ/(kg.k)工艺要求在1h内完成冷却过程。则所耗冷：
Q1= GC(t1-t2)= 66933×4.0×(94-6)/1=23560416（kJ）
根据设计结果，每三锅麦汁进一个发酵罐。 则麦汁冷却每罐耗冷：
Qf= 3Q1=23560416×3=70681248kJ/罐
相应的冷冻介质（2℃的冷水C水=4.18 kJ/(kg.k)）耗量为：
M1=Q1÷［C水×（85-2）］ =23560416 ÷［4.18×（85-2）］ =67909.2(㎏/h)
4.4 发酵耗冷量Q2
4.4.1 发酵期间发酵放热Q2’
设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%，
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则1L麦汁放热量为:
qO=613.6×11%×60%=40.50（kJ）
糖化一次得冷麦汁量64100L每锥形罐发酵放热量：
Q0ˊ=40.50×64100×3=7788150（kJ）
由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化7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：
Q2ˊ= Q0ˊ×1.5×7÷（24×6×3）=189295.3（kJ/h）
4.4.2 发酵后期发酵液降温耗冷Q2″
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：
Q0″=3G×c1[6-(-1)]
=3×66933×4.0×7=5622372（kJ）
工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装2个锥形罐）： Q2″=（2 Q0″）/(24×2)=(2×5622372)/(24×2)=234265.5(kJ/h) 4.4.3 发酵总耗冷量Q2
Q2= Q2ˊ+ Q2″ =189295.3+234265.5=423560.8 (kJ/h)
4.4.4 每酵用冷媒耗量Q0
Q0= Q0ˊ+ Q0″=7788150+5622372=13410522(kJ)
4.4.5 发酵用冷媒耗量（循环量）M2
发酵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)
=423560.8÷（4.18×8） =12666.3（kg/h）
表4-1 发酵车间冷量衡算表
耗冷分类 工艺
耗冷项目 发酵耗Q2 每小时耗冷量kJ/h 423560.8 冷媒用量 kg/h 12666.3 每罐耗冷 kJ 13410522 23
第五章 发酵罐的设计与选型
5.1 发酵罐数量的确定
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。设锥形发酵罐的发酵周期为17天，所以对发酵罐个数的最低要求：
N=nt+1=2×17+1=35（个） 其中：n---每天装罐数 t---发酵周期 1---备用罐个数
5.2 发酵罐体积的确定
本次设计选用锥底发酵罐，由物料衡算可知，糖化设备一次性糖化麦汁量60.9m3。一日糖化7次。选用发酵罐的有效容积（三锅装一罐）为：
Vs=60.9×3=182.7 m3
发酵罐H:D=1.5—6:1,这里选用4:1。锥角60—85°，这里选用60°。装料系数取80%--85%，这里取Φ=80%。接种量范围在0.7%--0.8%，这里取0.8%。
则容积为：
V有=Vs(1+0.8%)
=182.7×（1+0.8%） =184.16 m3
V有效=V有/Φ=184.16÷85%=216.66m3 主要尺寸比例：
V圆柱=πD2H/4
V椭圆=π/4[D2（h+D/6）]=πD3/24
V锥底=πD2/12h=3πD3/24
对此发酵罐采用标准椭圆形封头为上封头，60°锥角的锥形封头为下封头，柱体部分高与直径比为4:1。则可得：
VO’=πD2×4D/4+3πD3/24+πD3/24 216.66=(25+3)πD3/24
D=3.96 m
取 D=4，则H=4×4=16m。
VO=π/4×42×4×4+3π/24×43+π/24×43 =223.23 m3 圆整后取 VO=230 m3
最后圆整取VO=230 m3的发酵罐体。
校核： V有/V总=184.16/230=80.07% 符合要求。
5.3 发酵罐材料的选择
本设备采用不锈钢制作，0Cr18Ni9不锈钢。
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因为发酵罐里面所装的溶液是酸性的，而CIP清洗液中仅有碱性溶液，因此，选用材料必须耐酸耐碱耐腐蚀， 因此，材料应选用不锈钢。 (1) 发酵罐圆柱体部分壁厚确定：
Sd=PcDi/(2【б】tΦ-Pc)+C
上式：Pc---设计压力 工作压力的确定
发酵罐的高度（不加椭圆封头）即筒体与锥体的高度
H=4×4+3/2×4=19.46 m
封罐之前，由于与外界接触，则罐内的压力只有液柱力，但如封罐以后，罐内压力上升，而封罐之后压力最大0.12Mpa。发酵罐内的液体全部装满时的最高工作压力为：
P最高工作压力=P表+P液柱=0.12+pgh
=0.12+1.012×19.46×103×10-6 =0.317Mpa 取其值为0.32Mpa
所以，Pc=1.1P工作压力=0.352Mpa 在此设计压力Pc取0.6Mpa S=PcDi/(2【б】tΦ-Pc)
=0.352×4000/（2×137×1-0.352） =5.14 mm
式中： Di—发酵罐内径 4000 mm
【б】—不锈钢许用应力【б】=137，出自《化工设备机械基础》 P319 Φ—焊缝系数Φ=1，双面对接头100% C—壁厚附加量
C1—钢板负偏差，C1=0.6
C2—腐蚀裕量，不锈钢，腐蚀裕微量，一般单面腐蚀C2=1,双面C2=2 C3—加工减薄量C3=0(冷加工C3=0，热加工C3=1mm)
Sd=S+C2=7.14 mm
查《化工设备机械基础》P97表4-9得C1=0.60mm 所以：Sn=7.14+0.6=7.74mm 圆整后取Sn=8mm
罐的筒体厚度为8mm的0Cr18Ni9钢板制作。
在《发酵工厂设计概论》和工艺手册中查得Dg=4000mm,一米高的筒节钢板重790kg,则16米的筒体重：
790×16=12640kg (2) 标准椭圆封头壁厚计算
一般中低压容积采用椭圆形封头，为了便于设计加工，本设计选用标准椭 圆形封头，也是用不锈钢0Cr18Ni9制作起许用应力【б】t137
S=PcDi/(2【б】tΦ-0.5Pc)+C
=0.352×4000/(2×137-0.5×0.352)+2.6 =7.70 mm
圆整后取Sd=8mm
由《发酵工厂设计概论》表15和《材料与零部件》（上）得：
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