【doc】葡萄酒发酵罐结构设计探讨

【doc】葡萄酒发酵罐结构设计探讨 葡萄酒发酵罐结构设计探讨 萄酒发酵罐结构设计探讨 ApproachtotheConfiguration DesignofGrapeWineFermentationTank ?蔡敏轩 Therationalityoftheconfigurationoffermentationtankplaysanimportantroleintheferment ationprocess. Theconfigurations,class/f/cation,designpointsandweldingmannerareexpatiatedhere. 葡萄酒是把酿酒用葡萄经过压榨或 浸提后的葡萄汁由酵母发酵而得到的一 种含酒精的饮料.它的组成和成分的转 化与其生物化学反应有关,成分比较复 杂,其主要化学反应为: C6H0堕生2c2HOH+2COi+? 其制作的简单工艺: 红葡萄酒:红葡萄一分选一除梗一 破碎一葡萄浆一泵一发酵一压榨一前发酵 酒一调整成分一后发酵一干红葡萄原酒 白葡萄酒:白葡萄一分选一除梗一 破碎一压榨一白葡萄汁 低温澄清一调整成分一控温发酵一 干白葡萄原酒 在上述过程中还有杀菌,陈酿,冷 冻,过滤等工艺过程.其皮渣经过发酵蒸 馏还可以得到皮渣酒. 在酒的制作前期,发酵是其中的重 要环节.发酵罐结构的合理性又对发酵 过程起着重要作用. 二.发酵罐的种类: 1.按酒的类别分为:干红葡萄酒发 酵罐和干白葡萄酒发酵罐. 2.按结构形式分为:立式干红葡萄 酒发酵罐,其中有斜平底,锥底之分;卧 式干红葡萄酒旋转发酵罐;国外专利产 品一Ganimede发酵罐. 32I2006CHINABBTE 3.排渣形式可分手工排渣和机械排 渣 三.立式干红葡萄酒发酵罐的结构 (机械式排渣)及设计要点 1.简单结构:见图一 主体结构是中间为薄壁圆筒,上为 锥形封头,下为锥形底的封闭式直立容 器.除梗破碎后的红葡萄浆由螺杆泵通 过锥形底上的进料阀门输送至发酵罐内. 装料量一般为容积的80%左右.发酵过 程中产生的热量由弥勒板内的冷却介质 来调节.发酵产生的CO.气体从呼吸阀排 出罐外,呼吸阀内有液封,防止空气中的 氧进入罐内加速氧化作用.为了加快浸 提作用和调节罐内温度,通过循环泵和 循环管将罐内下半部的葡萄浆汁由喷淋 器喷淋到未完全发酵浮在上层的葡萄上. 发酵温度由双金属温度计和温度传感器 显示.发酵完成后,酒液由出酒阀门放 出.酒泥和渣通过机械排渣装置进行清 除.由清洗装置对出料后的空罐进行清 洗.以备下次发酵使用. 2.设计要点 (1)执行 干红葡萄酒发酵罐是供食品工业用 的设备,应执行行业标准QB/T2681-2004 《食品工业用不锈钢薄壁容器)).它是常 压容器,其设计,制造和检验应遵照中华 人民共和国行业标准JB/T4735—1997 图l立式干红发酵罐简图 1.机械排渣装置2.出酒口阀门 3.锥形底4.简体5.椭圆入孔 6.双金羁温度计7.弥勒板8,锥形顶 9.清洗装置|o上入孔ll,呼吸阀 l2.喷淋装置l3.温度传感器 l4.过滤简15循环泵16.取祥阀 l7.压力式液位计l8.支腿 "钢制焊接常压容器"执行. 用于制造发酵罐的材料是不锈钢, 应执行GB/T3280—1992"不锈钢冷轧钢 罐壁弥勒板 \/ rmr一———厂一——l J/一 IIII 一 图2弥勒板结构 图3清洗球 1.温度传感器2.密封系统 6.孔 , n.出酒阀 7.冷却夹套 l2.取样阀 图4卧式旋转发酵罐 3.罐体 8.出渣『,7 l3.托轮 4.排气阀门 9.进抖闰,.7 i4.机架 5.轨道 l0.温度计 i5.传动系统 板"标准. 焊接应执行JB/T9185—1999"钨极 惰性气体保护焊工艺方法"标准. 焊接用焊丝应执行YB/T5019—1996 "惰性气体保护用不锈钢棒及钢丝"标准. (2)壁厚 简体的壁厚按JB/T4735—1997"钢制 焊接常压容器"中有关内压圆筒计算公 式进行计算.一般计算出来的壁厚有可 能比已制造使用可靠的同类型发酵罐的 实际壁厚要厚,这时应进行综合比较后 确定. (3)弥勒板:它是一种蜂窝式结构的 夹套.见图2.通过冲压或充气压力膨胀 方式制造.它的作用主要是传热,其次也 起到加强筒体的作用. (4)机械排渣系统:由搅拌器和排渣 门两部分组成.搅拌器中有搅拌叶片, /分, 轴,减速器和电动机,转速在2转 5转/分之间.排渣门的结构与通用产品 插板阀的结构相似,开启和关闭可采用 丝杠或油压缸系统.其作用是当发酵完 成,原酒由排酒阀门放出后,存留在罐内 的皮渣,酒泥经搅拌器刮动至排渣门处 排出罐外. (5)滤筒:早期的干白葡萄酒发酵罐 是没有过滤筒的.但葡萄浆液通过循环泵 喷淋到上层葡萄"帽盖"时,葡萄皮,籽 和果肉也随之进入泵内,易堵塞泵腔使循 环量减少,甚至损坏泵的叶轮.为了改变 这一被动局面,在发酵罐的下部筒体部位 增设了过滤筒,使绝大部分皮渣和籽等被 过滤筒隔离,避免上述现象发生. 过滤筒根据实际需要做成360., 180.或其它角度,过滤筒是由多块过滤 板组成,拆卸组装方便,每块过滤板有滤 网,挡板,托板,挡杆等零件. (6)清洗装置主要零件是清洗球,其 结构形式见图3. 清洗液的压力和流量应足够大,使 清洗液通过清洗球上的小孔喷射到罐顶 2006CHINABBTEl33 和罐壁上,以达到清洗发酵罐内面的 目的. 四卧式旋转发酵罐 1.简单结构:见图4: 主体结构为卧式密闭容器,安放在 机架的托轮上.除梗破碎后的葡萄浆通过 螺杆泵由进料阀门或人孔输送至罐内,应 留有一定的发酵空间.罐体的转动是通过 传动系统带动的,保持正转一停一反转的 运行次序,运行和间隙的时间由酿酒工艺 确定.酿酒中产生的c0,气体在排气阀转 到最高位置时放出.其反应热量由弥勒板 内的传热介质带出.发酵完成后酒汁通过 罐内的过滤筛网由出酒阀输送到下一工 序.皮渣在单向旋转的罐体内,在螺旋导 板推动下排出罐外. 2.设计要点: (1)发酵罐的特点:葡萄酒的生产是 在密闭和隔氧条件下浸提色素及芳香成 分,使之有利于提高葡萄酒质量和控制杂 菌的感染.发酵时间比立式罐短,机械化 程度较高,降低了操作工的劳动强度,提 高了生产效率.其缺点是设备结构较复 杂,一次性投资较大,葡萄经常处于机械 搅动状态,对葡萄珠的破碎程度大. (2)罐体:根据容积要求确定合适的 长径比.计算筒体强度确定壁厚时,可以 将筒体简化成一个两端外伸出支点的简 支梁,确定载荷,作弯矩图,计算弯曲应 力.筒体也需计算最大挠度.导轨也应进 行相应的力学计算.罐体内壁应有螺旋 导板,小容积的是单螺旋,大容量是左右 旋双螺旋,但在出渣端的锥形封头上皆 是左右旋双螺旋.过滤筛网的结构要可 靠,因它要经受罐内物料不断的冲击.过 滤面积应足够大,以便快速排出酒液. (3)弥勒板:其结构形式与立式发酵 34l2006CHINABBTE 罐相同,由于罐体处于转动状态,其冷却 液必须通过一个密封系统与外界管道相 连接. (4)密封系统:由一个固定式外套和 一 个旋转的心轴组成.通过相应的沟槽 和管道将冷却液导入和导出弥勒板,为 防止动密封处泄漏应安装密封圈. (5)排气阀门:每当排气阀转到最高 位置时应开启排出CO,气体.转过一定角 度后应关闭.其阀盖应能承受阀门在最 低位置时罐内物料的压力,防止漏液阀 杆触点的位置,根据设计者的构思,可设 在罐顶的上部或者罐底的下部,但其结 构必须可靠,防止因排气不及时造成罐 内压力增大. (6)传动系统:根据发酵罐容积的大 小,可设计成单传动或双传动.传动的方 式可以是电动机一减速机一/J,链轮一链条 一 大链轮(设在罐体上)一带动罐体转动. 也可以是电动机一锥齿轮组一减速 机一罐体中心轴一罐体封头一带动罐体 转动.由于在后者的传动方式中电动机 一 锥齿轮一减速机结构为一体,购置较 困难,成本较高,一般建议采用前者的传 动方式.需要重点考虑和计算的内容有: 罐体转速,传动比,功率,链轮合适的链 传动中心距,选定链条等. 五,焊接 1.材料:制作葡萄酒发酵罐的材料 一 般是奥氏体不锈钢304,316,316L, 即0Cr19Ni19,0Cr17Ni12MO2, 00Crl7Ni14Mo2.这些材料具有良好的 耐腐蚀性,较好的塑性和变温性能,焊 接性能良好.但其热传导率低,电阻值, 热膨胀系数大,焊缝冷却时收缩应力大, 容器容易出现裂缝. 2.焊接方法:对不锈钢的焊接可采 用焊条电弧焊,钨极氩弧焊,熔化极氩弧 焊,等离子弧焊等.由于葡萄酒发酵罐体 的板厚大都在~=2mm,4mm的范围内, 且一般在现场加工制作,采用钨极氩弧 焊居多.根据板厚和焊接部位可用正面 加焊丝,背后自熔,两面加焊丝同步焊接 或在焊道旁加水冷却的方式进行.外表 面焊道应有一定的焊缝高,内表面焊道 不应低于母材,以便外表面的酸洗钝化 和内表面磨平抛光. 利用氩()气为保护气体,它在高 温时不会与金属反应的非熔融钨电极与母 材产生电弧,利用其热量熔融填充焊材, 因其能量密度低,很适合薄板焊接. 六,焊接表面处理 按照QB/T2681—2004《食品工业用 不锈钢薄壁容器的规定,罐体内焊缝应 修磨至与母材齐平,表面粗糙度Ra值不 大于0.8gm,外焊缝酸洗钝化并打出抛光 带. 焊缝及其热影响区在焊接过程中, 不锈钢会受到程度不同的氧化,钝化的 目的是使金属在强氧化剂的作用下,使 金属表面变成不活泼态即钝态,生成一 层无色致密的氧化膜,起到抵御腐蚀的 作用. 作者单位:天津开发区五环机械设备制造 有限公司