工程設(shè)備22PPT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1工程設(shè)備工程設(shè)備222第1頁/共51頁3一）酒精發(fā)酵罐一）酒精發(fā)酵罐第2頁/共51頁4二）水力洗滌裝置二）水力洗滌裝置第3頁/共51頁5三）酒精發(fā)酵罐的計(jì)算三）酒精發(fā)酵罐的計(jì)算1. 發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定 帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐全體積為帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐全體積為: : V發(fā)酵罐的全體積（發(fā)酵罐的全體積（m3）；）；V0進(jìn)入發(fā)酵罐的發(fā)酵液量（進(jìn)入發(fā)酵罐的發(fā)酵液量（m3） 裝液系數(shù)，裝液系數(shù)， 一般取一般取=0.850.900VV 334212hhHDV發(fā)酵罐全體積按下列計(jì)算發(fā)酵罐全體積按下列計(jì)算: :第4頁/共51頁6罐體高度、底、蓋高度和罐徑的尺寸關(guān)系

2、：罐體高度、底、蓋高度和罐徑的尺寸關(guān)系：DhDhDH1 . 005. 014. 01 . 05 . 11 . 121D第5頁/共51頁72. 發(fā)酵罐罐數(shù)的確定發(fā)酵罐罐數(shù)的確定 對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計(jì)算：對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計(jì)算：124ntN N 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)；發(fā)酵罐個(gè)數(shù)； n 每每24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行加料的發(fā)酵罐數(shù)目；小時(shí)內(nèi)進(jìn)行加料的發(fā)酵罐數(shù)目； t 一次發(fā)酵周期所需時(shí)間，一次發(fā)酵周期所需時(shí)間，h第6頁/共51頁8發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算可按傳熱基本方程式來確定，即：發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算可按傳熱基本方程式來確定，即：3. 發(fā)酵罐冷卻面積計(jì)算發(fā)酵罐冷卻面積計(jì)算mTKQA A A冷卻面

3、積（冷卻面積（m m2 2） ; ;Q總的發(fā)酵熱（總的發(fā)酵熱（J/h） ； K傳熱總系數(shù)（傳熱總系數(shù)（J/m2 .h) ；Tm對數(shù)平均溫度差對數(shù)平均溫度差第7頁/共51頁9 總的發(fā)酵熱總的發(fā)酵熱Q321QQQQ 對數(shù)平均溫度差對數(shù)平均溫度差Tm2121ln)()(TTTTTTTTTFFFFm 傳熱總系數(shù)傳熱總系數(shù)K 冷卻水耗量的計(jì)算冷卻水耗量的計(jì)算)(12TTCQWpBRDDAK77. 11 186. 47 . 08 . 0212ttWcQp43211111kkkkK第8頁/共51頁10酒精發(fā)酵設(shè)備例題例題 某酒精工廠，每發(fā)酵罐的進(jìn)料量為24t/h，每4h裝滿一罐，發(fā)酵周期為72h，主發(fā)酵溫度

4、為30 ，冷卻水的初、終溫分別為20和25，最高壁溫和氣溫分別為35 和32 ，若罐內(nèi)采用蛇管冷卻，試確定發(fā)酵罐的罐數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、冷卻水耗量、冷卻面積和冷卻裝置的主要結(jié)構(gòu)尺寸。（糖化醪密度為1076kg/m3)解：解： (1) 確定發(fā)酵罐個(gè)數(shù)確定發(fā)酵罐個(gè)數(shù)19124726124ntN6424n第9頁/共51頁11 (2) 確定發(fā)酵罐體積及結(jié)構(gòu)尺寸確定發(fā)酵罐體積及結(jié)構(gòu)尺寸)m(1000.910761000424VV30 發(fā)酵罐體積發(fā)酵罐體積 發(fā)酵罐幾何尺寸發(fā)酵罐幾何尺寸選取結(jié)構(gòu)尺寸比例：H = 1.2D，h1 h20.1Dh2Dh1H)32 . 02 . 1 (785. 0100)3131(4V

5、2212DDDhhHD則mDhhmDHmD47. 01 . 06 . 52 . 17 . 421 發(fā)酵罐表面積發(fā)酵罐表面積(圓柱體表面積圓柱體表面積A1和罐底、罐頂表面積和罐底、罐頂表面積A2、 A3）22221232211847. 035. 235. 214. 3826 . 57 . 414. 3mhRRAAmDHADhDhDH1 . 005. 014. 01 . 05 . 11 . 121第10頁/共51頁12 (3) 冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸mTKQA 總的發(fā)酵熱總的發(fā)酵熱Q321QQQQ）（BWCTTKAQQQmsqQ102%51046 .418%1

6、1000424341251)/(1068.3102.1)3235(5.331185.331001007.1543444輻對hkJQQTTTTcTTkkKBWBWBWC發(fā)酵罐表面積第11頁/共51頁13 冷卻水耗量冷卻水耗量 ）(2 . 725302030ln25302030ln)()(2121TTTTTTTTTFFFFm 對數(shù)平均溫度差對數(shù)平均溫度差Tm5213.68 1017600 kg / h()4.1862520pQWC TT（）第12頁/共51頁14傳熱總系數(shù)傳熱總系數(shù)K值值)m/s(12. 1236001000)053. 0(785. 0176002v0.8420.74.186 1

7、1.771.45 10DKADR19321675011880035. 0145001270011 K 冷卻面積冷卻面積)m(5 .262 . 719321068. 325mTKQA冷卻水耗量（L/h）6.45第13頁/共51頁15 冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸蛇管總長度L)m(1492/ )06. 0053. 0(14. 35 .26CPDAL每圈蛇管長度l)m(915. 0314. 32222PPhDl蛇管總?cè)?shù)179149lLNP蛇管總高度)m(4 . 215. 0) 117() 1(PPhNH第14頁/共51頁16二二. 啤酒發(fā)酵設(shè)備啤酒發(fā)酵設(shè)備第15頁/共51頁17第16頁

8、/共51頁18第17頁/共51頁19第18頁/共51頁20啤酒發(fā)酵設(shè)備啤酒釀造工藝第19頁/共51頁21第20頁/共51頁22第21頁/共51頁23 啤酒發(fā)酵容器的變遷過程啤酒發(fā)酵容器的變遷過程1.發(fā)酵容器材料2.開放式向密閉式轉(zhuǎn)換3.密閉容器的發(fā)展 大型的立式啤酒發(fā)酵罐大型的立式啤酒發(fā)酵罐奈坦罐、聯(lián)合罐、朝日罐l 啤酒發(fā)酵設(shè)備的發(fā)展方向啤酒發(fā)酵設(shè)備的發(fā)展方向 大型化、室外化、聯(lián)合化大型化的目的：使啤酒質(zhì)量均一化；由于啤酒生產(chǎn)的罐數(shù)減少，使生產(chǎn)合理化，降低了主要設(shè)備的投資。l 啤酒工業(yè)的發(fā)展趨勢啤酒工業(yè)的發(fā)展趨勢發(fā)酵設(shè)備的大型化和自動(dòng)化，工藝上趨向于縮短生產(chǎn)周期,啤酒生產(chǎn)裝備的影響要比其工藝的

9、影響更大。第22頁/共51頁241. 前發(fā)酵設(shè)備前發(fā)酵設(shè)備A開放式前發(fā)酵槽開放式前發(fā)酵槽一）傳統(tǒng)的發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算由鋼板或鋼筋混凝土制成形式以長方形或正方形為主為防止腐蝕，需涂布環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂作為防腐層底部略傾斜，距池底10-15cm處安裝有出酒閥槽中裝設(shè)冷卻蛇管或排管，冷卻面積0.2m2/m3密閉式發(fā)酵池具有回收二氧化碳，減少前發(fā)酵室通風(fēng)換氣的耗冷量以及減少雜菌污染機(jī)會(huì)的優(yōu)點(diǎn)。主發(fā)酵池置于隔熱良好、清潔衛(wèi)生的發(fā)酵室內(nèi)，采用空調(diào)設(shè)備。第23頁/共51頁25置有置有開放式開放式發(fā)酵槽的發(fā)酵槽的發(fā)酵室及供排風(fēng)系統(tǒng)發(fā)酵室及供排風(fēng)系統(tǒng)置有置有密閉式密閉式發(fā)酵槽的發(fā)酵槽的發(fā)酵室及冷風(fēng)循環(huán)系發(fā)酵室

10、及冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)密閉式的優(yōu)點(diǎn)？密閉式的優(yōu)點(diǎn)？第24頁/共51頁262. 主發(fā)酵槽的計(jì)算主發(fā)酵槽的計(jì)算 (1) 發(fā)酵槽數(shù)目的確定發(fā)酵槽數(shù)目的確定ntN (2) 主發(fā)酵槽體積的確定主發(fā)酵槽體積的確定0ZVV (3) 主發(fā)酵槽冷卻面積計(jì)算主發(fā)酵槽冷卻面積計(jì)算mTKQAZ :一個(gè)發(fā)酵槽可容納的糖化一次麥芽汁量的整數(shù)倍n: 每天糖化的次數(shù)，t: 前發(fā)酵的天數(shù)ZntN/V0 :糖化一次麥芽汁量tsqQ24第25頁/共51頁27臥式后發(fā)酵槽立式后發(fā)酵槽3. 后發(fā)酵設(shè)備（貯酒罐）后發(fā)酵設(shè)備（貯酒罐）人孔連通接頭（排CO2等）取樣口啤酒放出閥壓力表和安全閥壓力調(diào)節(jié)裝置取樣口人孔啤酒放出閥后發(fā)酵槽又稱貯酒罐，主要

11、完成嫩啤酒的繼續(xù)發(fā)酵，并飽和二氧化碳，促進(jìn)酒的穩(wěn)定、澄清和成熟。貯酒室溫度更低，貯酒罐內(nèi)無需裝設(shè)冷卻蛇管。第26頁/共51頁284. 后發(fā)酵槽的計(jì)算后發(fā)酵槽的計(jì)算SVVN (1) 后發(fā)酵槽數(shù)目的確定后發(fā)酵槽數(shù)目的確定 (2) 后發(fā)酵槽全體積的確定后發(fā)酵槽全體積的確定SVV 0后發(fā)酵槽總的有效體積= 后發(fā)酵液體的總體積每個(gè)發(fā)酵槽的有效體積第27頁/共51頁29二）新型啤酒發(fā)酵設(shè)備1. 圓筒體錐底發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圓筒體錐底發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制成，底部錐形，廣泛用料制成，底部錐形，廣泛用于上面或下面啤酒生產(chǎn)。于上面或下面啤酒生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)：容積大、占地少、設(shè)優(yōu)

12、點(diǎn)：容積大、占地少、設(shè)備利用率高、投資省，而且備利用率高、投資省，而且便于自動(dòng)控制，所以已被廣便于自動(dòng)控制，所以已被廣大啤酒廠家所使用，代替了大啤酒廠家所使用，代替了冷藏庫式的傳統(tǒng)發(fā)酵。冷藏庫式的傳統(tǒng)發(fā)酵。目前成為國內(nèi)外啤酒工廠使目前成為國內(nèi)外啤酒工廠使用較多的設(shè)備。用較多的設(shè)備。奈坦罐奈坦罐第28頁/共51頁30錐形罐的發(fā)酵方式錐形罐的發(fā)酵方式1、“兩罐法”發(fā)酵-“前錐后貯”（1）主/前發(fā)酵在發(fā)酵罐中進(jìn)行，而后發(fā)酵和貯酒階段在貯酒罐中完成。（2）主/前發(fā)酵、后發(fā)酵在一個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行，貯酒階段在貯酒罐中完成。2、“一罐法”發(fā)酵主/前發(fā)酵、后發(fā)酵、貯酒階段都是在一個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)完成?！耙还薹ā卑l(fā)酵的

13、優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，在啤酒的發(fā)酵過程中不用倒灌，避免了在發(fā)酵過程中接觸氧氣的可能。罐的清洗方便，消耗洗滌水少、省時(shí)、節(jié)能，國內(nèi)多數(shù)廠家都采用一罐法發(fā)酵工藝。第29頁/共51頁31HH0D60H/D = 1.56: 1 常用34:1 錐形罐設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的主要因素錐形罐設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的主要因素1、錐形罐的幾何尺寸、錐形罐的幾何尺寸H0/D = 0.866罐內(nèi)液位高度不僅影響發(fā)酵副產(chǎn)物的組成，同時(shí)影響酵母的活性和生理代謝。罐體的高度(40m)和徑(10m)高比應(yīng)根據(jù)發(fā)酵工藝要求確定容器的形式：發(fā)酵設(shè)備造價(jià)、工藝發(fā)展液位過高罐內(nèi)靜壓大，并且導(dǎo)致CO2濃度梯度增大，從而影響酵母的活性和生理代謝。另外，罐體過高

14、，發(fā)酵對流過強(qiáng)，降低啤酒質(zhì)量。第30頁/共51頁322、罐壓的要求（1）罐的耐壓要求：大型罐的CO2產(chǎn)生量很大，所以要考慮CO2的回收。為了從罐中收集CO2，就必須使罐內(nèi)的CO2維持一定的壓力，以克服氣體收集系統(tǒng)的摩擦壓頭。另外，在啤酒的后熟和貯酒過程中需要達(dá)到CO2飽和狀態(tài)。因此，啤酒發(fā)酵罐是一個(gè)耐壓罐。罐的工作壓力：應(yīng)根據(jù)發(fā)酵工藝而定，單做主/前發(fā)酵的罐，耐壓程度較低，如采用加壓發(fā)酵工藝則應(yīng)適當(dāng)提高罐的耐壓程度。若采用一罐法發(fā)酵，則耐壓程度要稍高于單用于主/前發(fā)酵罐。安裝安全閥的目的：安裝安全閥的目的：防止發(fā)酵罐內(nèi)壓力高于發(fā)酵罐的耐壓范圍所產(chǎn)生的危險(xiǎn)，安全閥門在罐內(nèi)壓力高于工作壓力時(shí)能夠自

15、動(dòng)開啟釋放壓力，當(dāng)罐內(nèi)壓力低于工作壓力時(shí)則自動(dòng)關(guān)閉。有配重式和彈簧式兩種。第31頁/共51頁33（2）防止罐內(nèi)真空罐內(nèi)真空的產(chǎn)生原因：轉(zhuǎn)罐：放料速度過快或背壓偏低，有可能造成一定的負(fù)壓。內(nèi)部洗滌：由于罐的清洗溶液中含有堿性物質(zhì)，能與罐內(nèi)留存的CO2反應(yīng)而除去CO2氣體，因而造成真空。罐內(nèi)真空的危害：罐內(nèi)真空的危害：大罐對真空敏感，較小的負(fù)壓就會(huì)導(dǎo)致其外形的改變，負(fù)壓造成的危險(xiǎn)遠(yuǎn)比大罐超壓要大。所以必須在罐頂安裝真空安全閥。真空安全閥的作用：在罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以建立罐內(nèi)外壓力的平衡。第32頁/共51頁34 真空閥在正常壓力或超壓狀態(tài)下，其通道是關(guān)閉的，在出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，則通過壓力傳感

16、器反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)下達(dá)指令，動(dòng)作開關(guān)使真空閥打開，壓縮空氣進(jìn)入維持罐內(nèi)外的壓力平衡。為防止真空閥被黏糊或凍結(jié)，真空閥與CIP清洗系統(tǒng)相連，其護(hù)蓋內(nèi)部有一特定的噴嘴。真空閥體呈圓球狀，通道光滑，無衛(wèi)生死角，便于清洗。3、錐形發(fā)酵罐的冷卻 酵母在發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生生物熱，為使發(fā)酵和后熟在設(shè)定的工藝溫度下進(jìn)行，必須進(jìn)行冷卻處理，錐形發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)要考慮恰當(dāng)?shù)睦鋮s工作負(fù)荷。第33頁/共51頁35 錐形罐的冷卻裝置錐形罐的冷卻裝置第34頁/共51頁36（1）冷卻方式間接冷卻方式：冷卻劑是25%的乙醇或乙二醇水溶液，在氨制冷機(jī)的蒸發(fā)器箱中進(jìn)行冷卻，溫度-5，采用水平流動(dòng)的冷卻管段，冷卻劑以下進(jìn)上出方式

17、進(jìn)入冷卻管道。直接冷卻方式：液氨直接在錐形罐的冷卻夾套中蒸發(fā)并吸熱，對發(fā)酵罐中的酒液進(jìn)行降溫。冷卻劑的流動(dòng)方式可采用半圓管的垂直流動(dòng)式或水平流動(dòng)式。液氨從上面經(jīng)過分配管進(jìn)入，向下流動(dòng)，即上進(jìn)下出。第35頁/共51頁37（2）直接冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)節(jié)約能源20%左右。直接蒸發(fā)的壓縮機(jī)工作溫度只需-5左右，而采用間接冷卻方式時(shí)，壓縮機(jī)需要在低得多的溫度下進(jìn)行，由此使制冷機(jī)的制冷能力偏低。另外，冷卻劑液氨的輸送量也少得多。需要的設(shè)備少。比間接冷卻節(jié)省了液氨蒸發(fā)酒精水或乙二醇水，也減少了蒸發(fā)器。需要的絕熱材料少，安裝費(fèi)用低。由于液氨流動(dòng)量減少，則使用的管道直徑變小，加之容器減少，降低了絕熱材料的消耗，也節(jié)

18、省了安裝費(fèi)用。第36頁/共51頁38（3）采用直接冷卻方式需要注意事項(xiàng)液氨具有刺激性臭味，在一定條件下可燃可爆，有毒性，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮其安全性。液壓工作壓力較高，且滲透性很強(qiáng)，所以對發(fā)酵罐的夾套焊接質(zhì)量要求也較高。采用直接冷卻的關(guān)鍵技術(shù)是夾套的結(jié)構(gòu)類型和焊接質(zhì)量。第37頁/共51頁394、發(fā)酵液在發(fā)酵罐中的對流方式CO2的作用：由于容器較大，在錐形罐的發(fā)酵葉中形成CO2含量梯度。由于液體中存在氣泡而使其相對密度降低。氣泡密集程度高的罐底部液層，其相對密度小于氣泡密度低的罐上部液層。于是相對密度小的發(fā)酵液就具有上浮的提升力。而且在發(fā)酵時(shí)上升的CO2氣泡會(huì)對周圍的液體具有拖拽力，由于拖拽力和提升

19、力結(jié)合后所造成的氣體攪拌作用，使罐的內(nèi)容物得到循環(huán)，促進(jìn)了發(fā)酵液的混合和熱交換。冷卻操作的影響：主發(fā)酵階段：錐頂溫度錐底溫度，對流方向?yàn)闇囟雀叩钠【葡蛏狭鲃?dòng)，溫度低的啤酒向下運(yùn)動(dòng)。冷貯階段：錐底溫度錐頂溫度，對流方向?yàn)闇囟雀叩钠【葡蛳铝鲃?dòng)，溫度低的啤酒向上運(yùn)動(dòng)。第38頁/共51頁402. 聯(lián)合罐（聯(lián)合罐（“Universal”型發(fā)酵罐，通用罐）型發(fā)酵罐，通用罐）即可用于前、后發(fā)酵，也可用即可用于前、后發(fā)酵，也可用于多罐法和一罐法生產(chǎn)。適合于多罐法和一罐法生產(chǎn)。適合多方面的需要，故又稱之為通多方面的需要，故又稱之為通用罐用罐鋼板與混凝土制作的有較淺錐鋼板與混凝土制作的有較淺錐底的大直徑（底的大直

20、徑（1:1-1.3）發(fā)酵罐）發(fā)酵罐，能在罐內(nèi)進(jìn)行機(jī)械攪拌，并具能在罐內(nèi)進(jìn)行機(jī)械攪拌，并具有冷卻裝置。有冷卻裝置。不耐壓，不銹鋼板，不耐壓，不銹鋼板，15cm聚尼聚尼烷保溫層且外覆鋁板，為加強(qiáng)烷保溫層且外覆鋁板，為加強(qiáng)罐內(nèi)流動(dòng)，在罐中央設(shè)罐內(nèi)流動(dòng)，在罐中央設(shè)CO2注注射圈。射圈。優(yōu)點(diǎn)：可采用機(jī)械攪拌等，適優(yōu)點(diǎn)：可采用機(jī)械攪拌等，適合多方面的需要合多方面的需要第39頁/共51頁413. 朝日罐朝日罐4-6mm不銹鋼板制作不銹鋼板制作的斜底圓柱形發(fā)酵罐，的斜底圓柱形發(fā)酵罐，工藝獨(dú)特，安裝有可動(dòng)工藝獨(dú)特，安裝有可動(dòng)排液管，排液管，發(fā)酵中啤酒循發(fā)酵中啤酒循環(huán)環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可可加速加速啤酒的成啤酒的成熟

21、；熟；減少排出減少排出酵母時(shí)發(fā)酵母時(shí)發(fā)酵液的損失；后酵時(shí)罐酵液的損失；后酵時(shí)罐的裝量達(dá)的裝量達(dá)96，提高提高設(shè)備利用率。設(shè)備利用率。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：動(dòng)力消耗大。動(dòng)力消耗大。 為什么？為什么？第40頁/共51頁42三） CIP清洗系統(tǒng)(Clean In Place)預(yù)沖洗預(yù)沖洗堿預(yù)堿預(yù)洗洗中間清洗中間清洗固定噴頭噴洗固定噴頭噴洗清水沖洗清水沖洗酸沖洗酸沖洗堿噴洗堿噴洗第41頁/共51頁43三三. 連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵第42頁/共51頁44 間歇發(fā)酵：間歇發(fā)酵：分批加料，微生物在一個(gè)罐內(nèi)完成4個(gè)階段的培養(yǎng)。發(fā)酵周期長，發(fā)酵罐數(shù)多，設(shè)備利用率低。 連續(xù)發(fā)酵：連續(xù)發(fā)酵：培養(yǎng)液和代謝產(chǎn)物連續(xù)流加和排出，微生物一直在指數(shù)期。發(fā)酵周期短，設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率高，易于自動(dòng)化生產(chǎn)。第43頁/共51頁45CO2成熟發(fā)酵醪成熟發(fā)酵醪糖糖蜜蜜酒酒母母123456789一）酒精連續(xù)發(fā)酵流程一）酒精連續(xù)發(fā)酵流程1. 糖蜜制酒精連續(xù)發(fā)酵流程第44頁/共51頁462. 淀粉質(zhì)原料制酒精連續(xù)發(fā)酵流程第45頁/共51頁47二）啤酒連續(xù)發(fā)