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1、第16章 葡萄酒厂工艺设计,本章内容：1概述2葡萄酒厂工艺设计的基本内容3产品方案的确定4工艺流程的制定5物料衡算6生产车间工艺设备的选择 7 生产车间的工艺布置8生产过程用水和蒸汽量的估算9向非工艺设计提供设计条件 10工艺设计文件的编制,1概述,按照设计任务的职责范围，工厂设计可分为工艺设计和非工艺设计。所谓工艺设计是指按照生产工艺过程的要求进行的设计。工艺设计的所有工作都应当由从事葡萄酒工程的专业技术人员去承担和完成。所谓非工艺设计是指除工艺设计以外的其他公用设施、公用系统的设计，如建筑设施、给排水系统、供热通风系统、供冷系统、供电及电讯系统等设计。这些设计应当由从事上述专业的技术人员去
2、承担和完成。,在葡萄酒厂项目的设计中，需要工艺设计与非工艺设计之间的密切配合和协作，非工艺设计要服从于工艺设计。工艺设计人员除完成本身的设计工作之外，还要对非工艺设计提供起码的设计参数和设计要求。对生产车间的建筑结构、建筑面积、厂房的长、宽、高及跨度、开间大小、柱距、出入口位置及大小等都要提出具体要求和准确的数据；对生产车间的给排水、供冷、供汽、供电等也要提出具体要求和相应数据；对于车间的安全、卫生等也要提出要求。,非工艺设计的各类专业人员应当以工艺计计提出的要求和数据为基本设计依据进行设计。同样，非工艺设计的各个专业工种之间也需要互相配合和协作，例如，给排水、供热、供冷等专业会同土建专业提出
3、涉及建筑结构及建筑布置上的要求，而土建专业设计则要满足这些要求等等。在葡萄酒厂设计中，工艺设计是关键性的设计内容，它直接关系到项目建成以后技术上的先进性、适用性和各项技术经济指标。,2葡萄酒厂工艺设计基本内容,工艺设计的主要依据是生产规模和产品方案。设计时应结合筹建单位的经济实力、技术水平等条件进行。设计的基本内容如下：产品方案的确定；工艺流程的制定；物料衡算；工艺设备的选择；水、汽、冷、电消耗量的估算；生产车间设备的工艺布置；管路设计；对非工艺设计提出的设计要求和提供的技术数据；设计文件的编写。,3产品方案的确定,产品方案是指葡萄酒产品品种及产量，是葡萄酒厂设计的主要依据之一。产品方案的确定
4、工作是可行性研究的一个重要组成部分，直接影响到整个建设的投资及经效益。产品方案确定的主要依据是：原料状况。即葡萄原料的品种、数量、质量及供应状况；市场需求；产品方案确定的主要原则是：根据现有投资的可能性，尽可能提高葡萄加工的转化能力，提高经济效益；根据国内外市场预测和产品销价，选择产销对路、经济效益高的产品方案。,4工艺流程的制定,工艺流程是指产品生产过程中所采用的方法、步骤、途径及各个环节所必须的技术参数，它是指导产品按预定质量指标进行生产的关键。工艺流程设计的目的就是要确定各生产环节的具体内容、顺序和组合方式，并以工艺流程图的形式表示出整个生产过程的全貌。,1.工艺路线的选择,选择工艺路线
5、就是选择生产方法。对于同一产品往往可用不同的生产方法去生产，这就要求对列出的几种工艺流程方案进行全面分析和对比，从中选取最佳方案，作为设计采取的工艺路线。在葡萄酒生产中，工艺路线选择的主要依据是原料状况。例如，葡萄原料成熟度好时可采用传统的理想工艺，若成熟度差或有腐烂变质，则应采取改良工艺；对于红葡萄酒来讲，还可采用热浸酿造工艺及二氧化碳浸渍酿造工艺。,2.工艺流程制定依据,工艺流程制定的主要依据是：产品的品种及其产量；原料的品种及其质量；主要设备的投资状况。,3.制定原则,工艺流程制定的主要原则是：尽量采取理想工艺，将优良原料的优良特点最大限度地体现在葡萄酒产品中；尽量采用复合式生产线，以提
6、高设备利用率，节约设备投资；并使生产作业线最径直 和捷短，减少运输，节约能源；缩小占地面积，节约厂房投资。对产品的更新和发展要求应具有较强的适应性。,所谓理想工艺是指葡萄原料状况良好的情况下，所采取的工艺流程。所谓复合生产线是指不同类型的葡萄酒采用同一生产线。不同类型葡萄酒的工艺流程虽有差异，但酿造工艺中仍有许多共同环节。如原料的机械处理(破碎、除梗、压榨)、SO2处理、酵母的添加以及酒精发酵的管理和控制等。白葡萄酒和红葡萄酒的生产工艺主要是酒精发酵过程有所差别，白葡萄酒是用澄清葡萄汁发酵的，红葡萄酒是用皮渣与葡萄汁相混合发酵(即所谓浸渍发酵)。其余工艺环节基本一样，采用的设备完全一致，因此可
7、采用同一生产线进行生产。,4.工艺流程图,工艺流程有两种表示法，一种是用框图的形式表示，一种是用生产工艺设备流程图的形式表示。干白与干红葡萄酒按理想工艺进行生产的工艺流程框图,采用了复合生产线。,5 物料衡算,物料衡算是指生产过程中物料的平衡计算，包括原料、辅料、生产过程的中间产品、副产品、成品及包装材料的用量或数量组成关系的计算。物料衡算的理论根据是物质不灭定律，其计算准则：凡进入某一工序进行生产的物料重量，应该等于通过该工序后所得到的产品重量与物料损失之和，即G入=G产品+G损失 对于产品的生产全过程来讲，投入的原料重量，应该等于所得到的产品重量与物料损失之 和，即G原料=G产品+G损失,
8、1.物料衡算目的,确定各种物料在加工过程中的数量变化以及原料、半成品的库存量；为确定生产过程中所需设备的生产能力及台数提供依据；为劳动力定员及包装材料等的需求量提供计算依据。物料计算采用物料利用率法，如葡萄的出汁率约为75%(其余25%为皮渣)；葡萄汁的利用率约为90%(其余10%为沉淀物)；葡萄酒的利用率约为99%(其余1%为灌装损耗)；酒瓶、木塞的利用率约为95%(其余5%为损耗)。,2.物料衡算,例：设葡萄的出汁率为75%，葡萄汁的利用率为90%，成品酒灌装时的损耗为1%，试计算生产1000吨葡萄酒需要多少吨葡萄原料，并画出其物料平衡图。解：(1)物料衡量计算：成品葡萄酒：1000吨；葡
9、萄原酒：1000吨99/100=1010吨；葡萄汁：1010吨9500=1063吨葡萄：1063吨70/100=1519吨；即生产1000吨葡萄酒需葡萄原料1519吨。,(2)物料平衡图,例题计算,6生产车间工艺设备的选择,对生产的顺利进行及设备的投资等都有着重要的影响。工艺设备选择包括设备型号、生产能力及台数的选择。1.设备选择的主要依据产品的品种及其产量；生产工艺流程；设备的投资状况。,2.设备选择主要原则,在满足产品品种、产量和生产工艺流程要求的前提下，尽量减少设备用量，以节约设备投资；除某些关键设备(如气囊压榨机等)可考虑进口外，其余设备尽量采用国产；根据投资的可能性，适当考虑产品的更
10、新或变化对设备的要求。,3.主要设备的选择,(1)原料接收设备的选择(2)压榨设备的选择(3)发酵设备的选择(4)贮藏设备的选择(5)稳定处理设备的选择(6)封装设备的选择(7)其他主要设备的选择,(1)原料接收设备的选择,原料接收主要包括葡萄的分选、给料、除梗、破碎及输送，其主要设备是除梗破碎机。除梗破碎机的用量要根据设备的生产能力及使用季节葡萄原料的进料能力而定。国产设备的生产能力一般15-20th，小型企业选择一台即可；对于大型企业企业，可设置两台或多台。,(2)压榨设备的选择,压榨设备宜采用气囊压榨机或卧式双压板压榨机，这些设备目前国内还尚无生产，有赖于进口。压榨机的数量要根据其生产能
11、力和原料的进料能力而定，可按下式计算：n=eW 式中：n压榨机的台数；e进料能力，th；W压榨机的生产能力，th。气囊压榨机和卧式双压板压榨机可用于经过或不经过除梗破碎后的葡萄压榨和发酵皮渣的压榨，但对不同的原料状况，生产能力不同，选择时应予以考虑。,(3)发酵设备的选择,发酵设备的容积较大，结构简单，国内可以制造。发酵设备的总容量要根据年总发酵量及发酵周期数确定，可按下式计算：Q=G/N 式中：Q发酵设备的总容量，t；G年总发酵量(约为年产量的1.1倍)，t；N发酵周期数(N=发酵期总天数/发酵周期天数例如，年产量为6000吨的葡萄酒厂，按4个发酵周期进行发酵，则发酵设备的总容量为Q=G/N
12、=60001.1/4=1650(t),(4)贮藏设备的选择,葡萄酒在发酵结束后要经过一个较长时间的贮藏陈酿成熟过程，并考虑到销售因素，贮藏设备的总容量应为年产量的两倍左右。W灌装线的生产能力，瓶/h；T1灌装线每天平均灌装时间，h/天;T2稳定处理周期，天；1333.3每吨酒能装1333.3瓶(750毫升/瓶)。例如生产能力W=6000瓶/h的灌装线，平均每天工作时间为T1=6h,稳定处理周期为T2=12天，则绝热罐的总容量为：Q=W*1333.3*T1T2=6000*1333.3612=324(t),(5)稳定处理设备的选择,稳定处理设备主要包括绝热罐和换热器，均可采用国产设备。绝热罐的总容
13、量要和灌装线的生产能力相匹配，可按下式计算Q=W*1333.3/T1T2式中：Q绝热罐的总容量，t;,(6)封装设备的选择,封装设备包括洗瓶机、灌装机、打塞机、套帽机、贴标机等。这些设备互相匹配，并用输送带连接构成了灌装线。灌装线的生产能力应与葡萄酒厂年产量相匹配，最低限度应保证将全年生产的酒灌装完。灌装线的生产能力也就是灌装机的灌装能力。,(7)其他主要设备的选择,其他主要设备，如过滤设备、化验分析设备等，国内基本可以满足。对于某些大型企业或投资力量较强的企业，可以根据需要，进口部分先进设备，以保证产品质量，并提高生产率。,7 生产车间工艺布置,1.设备布置2.车间辅助室及生活室的布置3.管
14、道布置4.排水沟的布置5.生产车间工艺布置的方法步骤6.生产车间工艺布置图的内容,1.设备布置,生产车间设备布置得合理与否，对保证生产的顺利进行和提高厂房及设备的利用率、节约建设投资、减少车间运输、节约能源等都有着重大的影响。应该在充分熟悉工艺流程的基础上，全面考虑、综合分析、仔细推敲，提出一个最佳方案。,2.设备布置的原则,1）在保证工艺流程的前提下，物料和操作人员的运输距离尽可能短；2）便于操作、便于维修。设备布置具体要求：(1)生产工艺及卫生的要求(2)设备安装的要求(3)厂房建筑的要求,(1)生产工艺及卫生的要求,设备布置一定要满足工艺流程顺序，保证各生产工序间的连续性；要尽量采用复合
15、生产线，以适应多种产品工艺流程的需要；相同或同类设备尽可能布置在一起，这样便于管理，便于互用；设备与设备之间要留有适当的操作及维修间距，不要过紧或过松，并要排列整齐；,车间要留有合适的运输通道，不要大窄或太宽，保证某些流动设备(如酒泵及周转容器等和操作人员能够顺利通行；根据生产的需要及可能，给将来要增设的设备留有一定余地。设备布置应便于清洗消毒，所有设备应尽量布置在地面以上，避免形成积水坑。,(2)设备安装的要求,要保证设备能够顺利到达安装位置；要满足安装和维修所必须的空间大小。,(3)厂房建筑的要求,在双层厂房中，对于各种大型容器或运转时会产生很大振动的设备，如空气压缩机、离心机、制冷机组等
16、，应布置于底层，以减少楼面负荷和振动。如工艺要求或其他原因一定要布置在二层时(如压榨机等)，应由土建设计人员在结构上采取相应的防震措施；有剧烈振动的设备，其基础不得与车间的墙及柱连在一起，以免影响建筑物的安全；,需要吊装在梁或柱上的设备，其负荷及吊装方式应事先提交给土建设计人员；设备不应布置在建筑物的伸缩缝或沉降缝处；在车间大门附近布置设备时，不要妨碍关门及交通运输；操作平台应合理设置，防止平台支柱林立重复，影响美观、妨碍交通。,2.车间辅助室及生活室的布置,配电室应靠近用电负荷中心；制冷间应靠近的发酵工段；化验室、办公室、工人休息室应集中布置在一起，尽可能置于南面房间；更衣室、浴室、厕所应集
17、中布置在一起，最好置于北面房间。,3.管道布置,生产车间的主要管道有供水管道、蒸汽管道及供冷管道等。供水管道的布置应能保证车间所有设备和地面的清洗用水及清洗设备(如洗瓶机等)和辅助生活设施用水。管道可沿墙柱敷设；蒸汽管道的布置应能保证车间所有设备的蒸消毒及某些加热设备的需要。管道可沿墙柱敷设，可与供水管道使用同一管架。管上要有保温层，外涂红色或黄色(表示热管道)。,制冷管道的布置要满足发酵及稳定处理用冷要求。管道可沿墙柱敷设，但不能同蒸汽管道使用同一管架。管外要设保温层，并涂兰色或绿色(表示冷管道)。若制冷管道与蒸汽管道沿墙柱竖向布置时，制冷管道应布置于蒸汽管道的下方，两者间距不得小于0.6m
18、m；工艺管道最好多用软管，这样使用方便灵活，便于拆卸清洗和消毒，而且造价低。对于某些大型企业或厂房采取单体式布置的企业，由于贮罐距发酵设备或灌装区距离较远，可采用不锈钢固定管道输送。,4.排水沟的布置,根据葡萄酒卫生学提出的要求，所有酿造设备都需要经常清洗消毒，甚至有的设备还需要酸洗。为了防止地面积水和不被酸腐蚀，所有地面要用防酸水泥涂抹，或铺设防酸瓷砖。地面除要有一定坡度外，还要布置许多条排水沟，将污水排出室外。排水沟不要太深、太宽，剖面为圆弧形或梯形。可沿设备基础边缘布置，不要妨碍交通。,5.生产车间工艺布置的方法步骤,工艺人员先要根据工艺流程、生产性质、各专业的要求及车间在总平面图上的位
19、置，初步划分出生产、辅助和生活部门的分隔位置，确定出厂房的长度、宽度及柱距；绘制出厂房建筑的平、立面草图；,根据工艺流程，在平、立面草图中布置设备，并绘制成车间平、立面工艺布置草图；车间平、立面布置草图完成后，要广泛征求各专业的意见，并进行必要的调整和修改后提交建筑设计人员进行建筑设计；工艺人员在取得建筑设计图后，再根据布置草图绘制出车间工艺布置平、立面图。,6.工艺布置图,工艺布置图包括平面和立面布置图1）工艺平面布置工艺平面布置图包括内容：厂房建筑平面图；设备俯视图外形及尺寸；操作平台示意图及主要尺寸；排水沟位置、尺寸及标高；辅助室、生活室的位置、尺寸及室内设备、器具等的示意图和尺寸。,2
20、）立面布置图,厂房建筑立面图(剖视)；设备侧视图外形尺寸及编号；设备高度及定位尺寸；支撑形式及支撑高度；操作平台示意图和主要尺寸；排水沟的位置及深度。,8生产过程用水和蒸汽量的估算,葡萄酒生产的用水主要是设备和地面清洗用水，而且主要集中在发酵季节使用。据测定，每吨水可冲洗地面40平方米左右。蒸汽主要用于设备及输送管道的高温消毒及某些生产过程的加热(如巴氏灭菌等)。对于设备的消毒，有的葡萄酒厂已不用高温蒸汽，而是采用熏硫、O3或蒸汽发生器等方法，无加热需要，可不用蒸汽。,9向非工艺设计提供设计条件,在葡萄酒厂设计过程中，为使非工艺设计能顺利进行，并满足生产要要求，工艺设计人员应向非工艺设计提供以
21、下设计条件：1)土建设计条件2)非标准设备设计条件3)电气设备条件,(1)土建设计条件,工艺流程图；生产车间工艺布置及说明。包括厂房的长、宽、高、跨度、开间大小、地面材料、排水沟、坡度、门窗位置及要求等；设备一览表；人员组成；消防及卫生要求；设备的安装及车间的运输要求；,(2)非标准设备设计条件,葡萄酒厂的非标准设备包括容器类及一些输送设备，如发酵容器、贮藏容器、葡萄及皮渣的输送设备等。根据工艺设计人员提出的要求，由机械专业的技术人员具体设计。,(3)电气设备条件,电力动力条件；车间工艺图上应标明电动设备的位置及进线方向，并要列出用电设备表，说明各用电设备的电机型号、功率、年工作时数、连续或间断工作等情况。照明条件；供水、供暖、通风条件。,10 工艺设计文件的编制,初步设计阶段的工艺设计文件可按以下内容及要求编写：(1)设计依据及范围；(2)全厂车间的组成；(3)全厂工艺流程、生产操作综合说明；(4)车间概况、组织定员、工作制度、成品或半成品的主要技术指标及质量指标、工艺流程、主要设备选择。按原料接收、压榨取汁、发酵贮藏、稳定处理、封装等车间分别编写；(5)图纸工艺流程图；生产车间工艺布置图。,
