3400ta苹果酒生产工艺流程设计.doc

发酵工艺设计

3400t/a苹果酒生产工艺流程设计

设计人：卢 军 伟

学校： 开 封 大 学
专业： 生 物 化 工 工 艺
班级： 09生 化 2班
学号： 2009051126
指导老师： 胡斌杰

2011年10月

目 录

一、前言······················································3
1、课程设计的目的··········································3
2、目前生产存在问题及对策·········································4
二、设计任务书···············································5
三、可行性分析···············································6
四、生产工艺流程图及生产过程·································7
1、3400t/a苹果酒生产工艺流程示意图·························7
2、合成苹果酒工艺叙述·····································8
五、3400t/a苹果酒生产工艺流程设计的物料衡算······················9
1、工艺技术指标及基础数据·······························9
2、3400t/a苹果酒生产工艺流程设计的物料衡算·····················10
3、3400t/a苹果酒生产工艺流程设计的物料衡算表··················11
六、生产主要设备（发酵罐）的设计与选型·······················12
1、设计原则与内容········································12
2、容积、生产能力、数量的计算····························13
3、设备选材···············································14
4、设备的选型·············································14
5、发酵罐的计算··········································15
七、环境保护··················································16
1、三废状况··············································16
2、三废的治理············································16
八、对设计进行评价············································17
九、体会与收获················································18
十、参考文献··················································19

一、前言
1、课程设计目的
本课程是生物化工工艺专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学习本课程的目的是使学生在学完本专业的有关课程后，尤其是在学完《生化工艺》、《发酵工程及设备》、《化工设计》这门课程后，综合运用3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。
2、目前生产存在问题及对策
我国大规模生产苹果酒起步较晚，正处于发展阶级，技术水平与发达国家成熟的酿造行业相比相对薄弱，存在一些急待解决的问题。
1 缺少苹果酒酿造专用苹果品种
苹果酒的品质好坏与苹果的品种有着直接的关系，酿酒用的苹果果体较小，甜中带有轻微的苦涩味，果汁酸度较高，香气浓郁，酿成酒后，酒体丰满"有骨架"，果香鲜明，风格独特。而我国目前的苹果主要是鲜食型，还没有酿酒专用苹果，这在很大程度上制约了我国苹果酒的发展。
2 专用苹果酒发酵菌种缺少
目前，我国苹果酒生产中所采用的酵母多数为葡萄糖用酵母，这种酵母是针对葡萄及葡萄酒的生产工艺的特点开发出来的，它在苹果酒中的生产效果并不太好。
3 几项关键技术不成熟
苹果酒所含成分十分复杂，其中澄清处理、发酵各方面因素条件直接关系到苹果酒的稳定性和贮存时间，也很大程度上影响苹果酒的品风味质，如何获得理想的澄清效果又不减少其营养成分是影响苹果酒发展的一个重要问题，需不断进行探索研究。
采取必要措施：
1) 需要针对苹果的特点开发出优质高效的发酵菌种
2) 生产设备大型化，自动化，关键设备先进化
3) 深化改革，降低生产成本，参与国际市场竞争
4) 随着科学技术的持续发展，新技术将越来越多地应用于苹果酒的研发及测定
今后发展方向：
利用苹果生产出不同口味、不同系列的苹果酒，还可与其它果品混合生产出不同营养保健的苹果酒，增大消费者的选择度，满足不同消费群体的需求。

二、设计任务书

3400t/a苹果酒生产工艺流程设计任务书
1、完成3400t/a苹果酒生产工艺流程的设计
2、对主要设备（重点为发酵罐）进行设计与选型
3、对苹果酒生产的发酵车间进行物料衡算
4、对结果进行评价

三、可行性分析示例
1、工艺简炼。在用粮食制酒的工艺中，第一步是用曲霉(糖化酶)把粮食中的淀粉(长链葡萄糖)变成单个的葡萄糖;第二步是用酵母菌再把葡萄糖变成乙醇和水。其中第一步是相当复杂的。而果酒酿造技术是将苹果中的糖加上菌种发酵，即可变成酒，省去了艰难的第一步。
2、原料成本低。按每千克苹果0.8元，每千克葡萄3元计算，前者的成本只有后者的26% 。
3、设备简单。整个制酒过程中所用的发酵罐、换热器、过滤机、灌装机等设备，一般酒厂都有，可将闲置设备加以改装，充分利用设备资源，不用另外投资，提高了设备利用率。
4、可实现全年生产。苹果酒生产无季节性，生产周期短，不象葡萄酒每年只能加工一次。按发酵周期为巧天左右计算，一年至少可以生产20批。
5、能耗小。此项技术在春夏秋冬季节都可以发酵，而且不需特别加热，利用室温即可进行，节省能源。

四、3400t/a苹果酒生产工艺流程设计

1、苹果酒生产工艺流程图
苹果 分选、洗涤、破碎、压榨 果渣

纯净水 浓缩果汁 灭菌

酵母 扩大培养 发酵 原 酒

澄清 陈酿 粗滤 换桶 酒脚

调制 糖、苹果酸

冷冻 超滤 灭菌 罐装 包装 成品

图1 苹果酒生产工艺流程

酵母接种 种母罐 酒脚

原料 配料罐 前发酵 后发酵 板框过滤分离

超滤系统分离 调配罐 澄清处理罐 贮存陈酿

灌装车间 明 胶

图2 发酵工段工艺流程

五、物料衡算
工艺流程确定以后，工艺设计就进入了衡算阶段。根据生产规模，从理论上计算出来产3200吨苹果酒的主要原材料、燃料、动力消耗等指标以指导生产。
（1） 衡算原理
G＝Gp＋Gd
G：引入系统的物料重量
Gp：得到的产品重量
Gd：损失物料的重量
（2） 计算准则
以生产单位重量的产品量为基准
1、技术指标和基础数据
表 1 苹果酒生产技术指标和基础数据

项 目

名 称

百分比%

备注

定额指标

浓缩果汁总糖含量
发酵液总糖含量
接种量
有效容积
70
21
5
80

原料配比

浓缩果汁

纯净水
30

70

3 : 7
损失率

发酵损失（酒脚）
过滤损失
灌装损失
其他操作中损失
空瓶损失
胶帽损失
木塞损失
标签损失
6
2
2
2
1
0.5
1
0.5

总损失率
发酵液总损失
15

2、100公斤浓缩果汁生产苹果酒的衡算
（1） 发酵液计算
浓缩果汁：100 Kg
纯净水：100 ÷ 3 × 7 = 233.33 Kg
待发酵果汁：100 ＋ 233.33 = 333.33 Kg
培养液：333.33 × 5% = 16.67 Kg
发酵液：100 ＋ 233.33 ＋ 16.76 = 350 Kg
（2） 成品酒计算
350 × （1 － 15%） = 297.5 Kg
3、生产1吨苹果酒所需原料的衡算
（1）浓缩果汁需要量：100 ÷ 297.5 ×1000 ＝ 336.14 Kg
（2）纯净水需要量：233.33 ÷ 297.5 × 1000 ＝ 784.3 Kg
（3）培养也需要量：（336.14 ＋ 784.3）× 5% ＝ 56 Kg
（4）发酵液总量：336.14 ＋784.3 ＋56 ＝ 1176.44 Kg
4、主要消耗指标
表2 生产苹果酒的主要消耗指标一览表（单位：1t ）
序号
名称
单位
消耗定额
备注
1
浓缩果汁
Kg
336.14

2
纯净水
Kg
784.3

3
K2S2O5
Kg
0.40

4
明胶
Kg
0.12

5
单宁
Kg
0.06

6
酒瓶（750mL）
个
1347
损耗1%
7
胶帽
个
1340
损耗0.5%
8
木塞
个
1347
损耗1%
9
标签
套
1340
损耗0.5%
10
纸箱
个
225
六瓶装
11
开瓶器
个
225
每箱一个
5、3400t/a苹果酒主要消耗指标
有上述1t苹果酒的主要消耗表的结果，可以求得3400t/a苹果酒厂发酵车间的物料衡算表。具体计算结果如下表:
3400t/a苹果酒发酵车间的物料衡算表

物料名称

单位
生产1t苹果酒
的物料量
3200t/a苹果酒
的物料量

每日物料量
浓缩果汁
Kg

336.14
1142876
3809.58
纯净水
Kg

784.3
2666620
8888.73
K2S2O5
Kg

0.40
1360
4.53
明胶
Kg

0.12
408
1.36
单宁
Kg

0.06
204
0.68

六、设备的设计与选型
在工艺计算的基础上，确定车间发酵设备的台数，型号和尺寸。据此，进行车间布置设计，并为后期的非工艺设计项目打好基础，同时，为设备的制作和采购提供资料。
1、设计原则与内容
在漫长的果酒生产历史中，其生产由手工操作到机械化、自动化，设备由简单到复杂，容量由小到大，种类由少到多，而生产不同品种的果酒所使用的发酵设备也各有特点。
从产业化研究的结论来看，设计最实用的发酵设备应满足以下要求:
（1）发酵设备的容量能够满足苹果酒生产的要求。
（2）发酵设备的材料应不易析出或极少析出对苹果酒生产产生不利影响的物质。
（3）发酵设备应符合所生产苹果酒品种的特殊要求，并能够确保酿酒的正常进行和苹果酒的质量。
（4）发酵设备应具有适当的高径比。其高度与直径比一般为1.6-3.0倍左右，罐身越长，发酵初期酵母成长时氧的利用率越高。
（5）发酵设备应能承受一定的压力。由于发酵罐在消毒及正常工作时，罐内有一定的压力(气压和液压)和温度，因此，罐体各部件要有一定的强度。
（6）发酵设备内应尽量减少死角，使灭菌能彻底进行，避免染菌或沉积污垢。
（7）发酵设备应具有足够的换热面积。由于微生物在生长代谢过程中会释放出大量的热量，为了控制发酵过程不同阶段所需的温度，应设计有足够的夹套换热面积。
（8）发酵设备的数量要与苹果酒产业化生产工厂的生产能力相适应，要尽可能向定型化、机械化和自动化方向发展。
（9）发酵设备力求操作简单，结构合理，便于推广。
2、容积、生产能力、数量的计算
苹果酒发酵罐的装满系数一般为0.7-0.9，因为发酵时液面上需要留有一定的高度，以防止发酵液的溅出和保证苹果酒液面上方有一定苹果酒的产业化研究的二氧化碳浓度。
(1)主要参数
装满系数:0.8; 酒液比重:l;
工作日:300d; 生产周期:15d;
投料次数:2/批。
(2)生产能力:3400/(300/15 )=170t
(3)发酵罐容积与数量计算:V=Vo/Ø
式中V—发酵罐容积(m3 )
Vo—苹果汁体积(m3 )
Ø—装满系数
V=170/0.8=212.5m3
前发酵罐V=15 m3，N=6个
后发酵罐V=15 m3，N=12个
贮酒罐V=60 m3，N=14个
3、设备选材
传统的发酵和贮酒容器，木桶和水泥池，难以满足苹果酒工业大规模生产和实现自动化的需要，现代化工业生产果酒采用的材质主要有两种:不锈钢和碳钢，该生产设备具有加工能力强;能减少厂房面积，室内或室外露天放置均可;机械化、自动化程度高;清洗和杀菌方便、彻底等优点。
采用不锈钢加工的生产设备，易清洗，耐腐蚀，不渗漏，对酒质无不良影响，是一种比较理想的发酵和贮酒设备，在国内同行业己推广使用。这种罐虽然投资费用较高，但很适合质量高、产量大的加工厂使用。碳钢罐设备投资低，使用前必须涂一层涂料，防止罐壁生锈，是中、小型企业使用较多的贮酒设备。
本项目生产设备材质选用不锈钢1 Crl 8Ni9Ti。在使用不锈钢罐时，所有的焊口部分应进行钝化处理，否则，焊口会发黑，很容易将铁带入苹果酒中。钝化处理有两种方法：
其一，采用浓硝酸接触所有发黑的地方，约五分钟，然后用清水冲洗，直到经黑色表面洗回不锈钢的本色为止。
其二，采用王水(浓硝酸与浓硫酸按1：3比例制成的的混合液体）加硅藻土拌成浆糊状物，将其涂在焊口发黑的位置，十分钟后用清水冲洗干净，即可出现不锈钢的本色表面。
钝化处理过程中应注意安全，人站在上风口处，避免接受酸雾的侵害。因为所用的浓酸具有强腐蚀性，且易产生烟雾，所以事先应做好防护准备。
4、设备的选型
发酵车间设备一览表

序号

设备编号

名称

规格型号

数量

备注
1
1-01
配料罐
V=24 m3
1
带搅拌
2
1-02
种母罐
V=2 m3
2

3
1-03
椭圆芯转子泵
Q=20 m3/h
2
带电机
4
1-04
前发酵罐
V=15 m3
6
带夹套
5
1-05
离心式酒泵
Q=20 m3/h
8
带电机
6
1-06
后发酵罐
V=15 m3
12

7
1-07
板框过滤机
Q=20 t/h
2
不锈钢
8
1-08
贮酒罐
V=60 m3
14
立式
9
1-09
澄清罐
V=12 m3
3

10
1-10
调配罐
V=12 m3
2

11
1-11
膜过滤机
Q=5 m3/h
2

12
1-12
酒脚槽
V=10 m3
2
加盖
13
1-13
离心泵
Q=15 m3/h
1

5、发酵罐的计算
糖液圆柱部分的体积：

当H0 = 2D时
D=2.2m
圆筒高：H0 = 2D = 4.4m
封头高：ha = 0.25D = 0.6m
封头直边高：hb取50 mm
罐的总体积V总

罐的总高度
H = H0+2（ha + hb）= 5.7m

七、环境保护
一 、三废状况
“工业三废”是指工业生产所排放的“废水、废气、废渣” 。含有多种有毒、有害物质，若不经妥善处理，如未达到规定的排放标准而排放到环境（大气、水域、土壤）中，超过环境自动净化能力的容量，就对环境产生了污染，破坏生态平衡和自然资源，严重影响了工农业生产和人民健康，污染物在环境中发生物理的和化学的变化后就又产生了新的物质。好多都是对人的健康有害的。这些物质通过不同的途径（如呼吸道、消化道、皮肤）进入人体，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重的危害人的健康。不同的物质会有不同的影响。
生产工艺流程分为六个工段，即粉碎、糖化、麦汁、冷却、发酵、过滤罐装。每个工段都有以废水为主的废弃物产生，污染源头主要有废麦糟、废酵母、热冷蛋白凝固物、废硅藻土等固液混合物及排渣水、洗糟水、废酒花、洗酵母水、洗瓶水、酒头排放杀菌废水和各种洗涤水。苹果酒废水浓度高、流量大、污染区域广，直接污染地表水和地下水。在防治污染中采取源头废弃物分段之力和利用、强化生产管理和末端治理相结合的综合治理措施，实现苹果酒废水和污染物浓度均达标排放。
二、三废的治理
1、源头废弃物的治理与利用
（1）干排糟 废麦糟排出时改水流输送为气流输送、湿排糟为干排糟，不仅能减少废水排放量，还可以把废麦糟加工成麦糟干饲料向市场出售。
（2）酵母回收 回收酵母能力提高，每年可回收干酵母、苹果酒酵母，增加收益，减少有极高浓度废水排放量。
（3）废硅藻土和热冷蛋白凝固物的利用 废硅藻土用作苹果酒助滤剂，废硅藻土含有大量酵母菌和其他有机物，热冷蛋白凝固物含有大量蛋白质，将其混合加工作饲料可大大减少废水中的污染物质。
（4）回收酒瓶标签纸的筛滤 灌装工段加收一定量的的废酒瓶，洗涤酒瓶的废水含有的一些纸浆，纸浆水增加了废水的的排放负荷。在洗涤车间排污口设置筛网，经筛网将大部分的纸浆滤出晒干用于造纸，废液汇入总的排污装置集中治理。
（5）清洁水的回收
麦汁冷却由传统二段冷却改为一段冷却
糖化采用低压煮沸二次蒸汽回收的先进生产工艺
冷冻站冷却水
用技术改造后的灌装机灌装
（6）CO2的回收与利用
苹果酒生产发酵工段产生的CO2气体排入大气污染空气，经回收后满足生产工艺的需要，多余的部分压缩瓶装后出售。
2、苹果酒厂废水末端治理原理与流程
（１）苹果酒废水末端治理联合使用塔式生物滤池＼生物接触氧化法和活性污泥法，采用“兼气－好氧”生物序操作。
（２）运行调试优化条件污泥膨胀的抑制
　　　有机物负荷的突变＼ＤＯ过高或过低＼ＰＨ突变都可能是丝状菌大量繁殖，产污泥膨胀。采用兼气池的ＣＯＤＣＲ较稳定，通过每班进水水质适当调整操作，如加曝或减曝、加酸或加碱，使曝气池始终达到良好的运行状态，保证曝气池微生物的正常生长，抑制污泥膨胀。
八、设计评价
1、本项目在技术、设备、生产成本、投资回报率、社会效益等方面表现出了明显的优势，具有操作简单、周期短、费用低等特点，应用前景十分广阔。
2、发展苹果酒产业是水果业健康发展的需要，产业化研究工作的完成为我省乃至全国果酒行业应用现代酿酒技术起到了积极的示范和推广作用，将极大地促进苹果酒产业化工作顺利进行。
3、在发酵工业领域，发酵罐等生物反应器正在向大型化发展，100-200m3中型罐在实际生产中已有普遍应用，600m3的大型罐也己开始走进发酵工厂，生产装置露天化己成趋势刚。因此，苹果酒的生产应尝试运用大型设备，以提高生产能力。
4、苹果酒在贮存过程中，有失光、浑浊、沉淀等现象的出现，严重影响了苹果酒的感官质量。因此，对如何提高苹果酒的稳定性还需做进一步研究。
5、计算机操作在现代工业中发挥着重要作用，如果果酒生产过程也能实现现代化控制技术，将有力地推动果酒产业的快速发展.

九、体会与收获
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础
通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有2次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来．但一想起老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯．这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短三周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用．想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明课程设计确实使我你有收获了．老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信．
最后，我要感谢我的老师们，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我们，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪

十、参考文献
［1］ 宣立锋,季文章,李良瀚;河北省苹果生产存在的问题及发展对策[J];河北农业科学;2005年02期．
［2］ 岳春．食品发酵技术[M]．北京：化学工业出版社，2009．
［3］ 陈志周,张子德,牟建楼,倪志广,臧蕊;苹果酒生产技术研究[J];食品科技;2005年06期
［4］ 王方林，胡斌杰．生化工艺[M]．北京：化学工业出版社，2007．
［5］ 吴烨东，吴国峰，贾树彪．新型白酒的沿革及发展[J]．酿酒，2007（4）：9－10．

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