年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计C

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Q2

Q2=Q21+Q22=46513.21+68330.12=114843.33(kJ/h) (45) (4)每罐用冷媒耗冷量Q0

Q0=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：