3.6萬噸年10°啤酒廠糖化工段進(jìn)行初步工藝設(shè)計(jì)

1、生物工程課程設(shè)計(jì) 啤酒廠糖化工段初步工藝設(shè)計(jì)班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 成績 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 11.1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 技術(shù)指標(biāo) 11.3 要求 1二、糖化工藝方法與流程22.1 啤酒生產(chǎn)工藝總體流程 22.2 糖化工藝的流程22.3 糖化方法的選擇 2三、工藝計(jì)算 33.1 物料衡算 33.1.1 100kg原料（70麥芽、30大米）生產(chǎn)10°啤酒物料衡算33.1.2 生產(chǎn)100L10°淡色啤酒的物料衡算 43.1.3 年產(chǎn)3.6萬噸10°啤酒廠的物料衡算 43.2 熱量衡算 63.2.1 糖化用水耗熱量Q1 63.2.2 第一次米醪煮沸耗熱量Q2 63.2.3 第

2、二次煮沸前混合醪升溫至70的耗熱量Q3 73.2.4 第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4 83.2.5 洗糟水耗熱量Q593.2.6 麥汁煮沸過程耗熱量Q6 93.2.7 糖化一次總耗熱量Q總 103.2.8 糖化一次耗用蒸汽量D 103.2.9 糖化過程每小時(shí)最大蒸汽耗量Qmax 113.2.10 蒸汽單耗 11四、計(jì)算結(jié)果 124.1 物料衡算結(jié)果124.2 熱量衡算結(jié)果12五、問題分析與討論 135.1 蒸汽能量的回收利用 135.2 啤酒生產(chǎn)過程中廢水的處理 13六、附圖 13一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)3.6萬噸/年10°啤酒廠糖化工段進(jìn)行初步工藝設(shè)計(jì)1.2 技術(shù)指標(biāo)表一 啤

3、酒生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)項(xiàng) 目名 稱百分比（%）項(xiàng) 目名 稱百分比（%）定 額 指 標(biāo)原料利用率98.5原料配比麥芽70麥芽水分5大米30大米水分10啤酒損失率(對(duì)熱麥汁)冷卻損失4.0無水麥芽浸出率75發(fā)酵損失1.0無水大米浸出率95過濾損失0.5麥芽清凈和磨碎損失0.1裝瓶損失2.0總損失7.51.3 要求1.依據(jù)給出的技術(shù)指標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)奶腔に嚥⑦M(jìn)行糖化工段的物料衡算和熱量衡算。2.將計(jì)算結(jié)果分別匯總成物料衡算一覽表和能量衡算一覽表。3.根據(jù)計(jì)算結(jié)果CAD繪制糖化工段物料平衡圖，并打印A3圖紙一張。二、糖化工藝方法與流程2.1 啤酒生產(chǎn)工藝總體流程啤酒是一種以麥芽和水為主要原料，經(jīng)糖化、添加酒花

4、煮沸、過濾、啤酒酵母發(fā)酵等過程，釀造而成含二氧化碳、低酒精濃度的釀造酒。啤酒生產(chǎn)首先要經(jīng)過預(yù)處理、糖化、過濾、煮沸，才能供酒母發(fā)酵所用，這段工藝的水準(zhǔn)將直接影響到糖化收得率、過濾時(shí)間、麥汁澄清度、發(fā)酵進(jìn)程、雙乙酰還原速度、啤酒澄清狀況等質(zhì)量參數(shù)，因此這是關(guān)系到啤酒質(zhì)量的一個(gè)重要工藝流程。2.2 糖化工藝的流程麥芽汁制備俗稱糖化，就是指麥芽及輔料的粉碎，醪的糖化、過濾，以及麥汁煮沸、冷卻的過程。其流程圖如附圖所示。糖化工序主要將大米和麥芽等原料經(jīng)除塵、粉碎、調(diào)漿后送入糊化、糖化鍋內(nèi)，嚴(yán)格按照啤酒生產(chǎn)的工藝曲線進(jìn)行升溫、保溫，并在酶的作用下，使麥芽等輔料充分溶解，再將麥汁與麥糟過濾分離。過濾后的麥

5、汁經(jīng)煮沸、蒸發(fā)、濃縮以達(dá)到工藝要求的濃度，同時(shí)，在這個(gè)工藝過程中添加酒花，煮沸后的麥汁送入回旋沉淀槽中進(jìn)行澄清，再經(jīng)過薄板冷卻至78左右送入發(fā)酵罐。糖化是利用麥芽自身的酶（或外加酶制成劑代替部分麥芽）將麥芽和輔料中不溶性的高分子物質(zhì)分解成可溶性的低分子物質(zhì)等的麥汁制備過程。整個(gè)過程主要包括：淀粉分解，蛋白質(zhì)分解， 葡聚糖分解，酸的形成和多酚物質(zhì)的變化。麥芽自身的酶含量豐富足以用于糖化。在我們的設(shè)計(jì)中糖化是利用麥芽自身的酶。2.3 糖化方法的選擇糖化主要有煮出糖化法、浸出糖化法、雙醪煮出糖化法三種方法。本次糖化工藝設(shè)計(jì)采用二次煮出糖化法。這個(gè)方法的特點(diǎn)是在糊化鍋中前后進(jìn)行過2次煮沸操作，第1次是

6、將輔助原料在糊化鍋中煮沸糊化，然后再進(jìn)入糖化鍋糖化。煮沸糊化的目的是使糖化時(shí)糖化酶充分發(fā)揮作用。第2次煮沸的對(duì)象是部分糖化醪液，煮沸的目的是為了除酶，避免其對(duì)啤酒泡沫和口味醇厚性有益的物質(zhì)的過度分解，而影響啤酒的質(zhì)量水準(zhǔn)。三、工藝計(jì)算根據(jù)表一數(shù)據(jù)，先進(jìn)行100kg原料（麥芽、大米）生產(chǎn)10°啤酒的物料計(jì)算，然后進(jìn)行100L10°啤酒物料衡算,最后進(jìn)行36000噸/年啤酒廠他糖化車間的平衡計(jì)算。3.1 物料衡算3.1.1 100kg原料（70麥芽、30大米）生產(chǎn)10°啤酒物料衡算1.熱麥汁量：由技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)可得原料收得率分別為麥芽收率： 0.75×（100

7、5）÷10071.25大米收率： 0.95×（10010）÷10085.5 混合原料收得率為：（0.70×71.250.30×85.5）×98.574.39由上述可得100kg混合原料可制得10°熱麥汁量為：（74.39÷10）×100 743.92(kg）又知10°麥汁在20時(shí)的相對(duì)密度為1.084，而100熱麥汁比20時(shí)的體積增加1.04倍，故100熱麥汁體積為： （743.92÷1.084）×1.04713.72(L)2.冷麥汁量： 713.72×（10.04

8、）685.17(L)3.發(fā)酵液量： 685.17×（10.01）678.32(L）4.過濾酒量： 678.32×（10.005）674.93(L)5.成品啤酒量： 674.93×（10.02）661.43(L)6.酒花耗用量：熱麥汁加入酒花量定為0.2，則：100Kg原料耗用酒花量為: 743.92×0.2%1.49(kg)7.濕糖化糟：設(shè)排出濕麥糟水分含量為80，則：濕麥糟量為： 70×（10.05）（175）/（180）83.13(kg）濕大米糟量為： 30×（10.10）（195）/（180）6.75(kg)故濕糖化糟量為： 8

9、3.136.7589.88(kg)8.濕酒花糟：設(shè)酒花糟在麥汁中浸出率40，酒花糟水分含量為80，則：濕酒花糟量為： 1.49×（140）/（180）4.47(kg)3.1.2 生產(chǎn)100L10°淡色啤酒的物料衡算由上面計(jì)算可知100kg混合原料可生產(chǎn)10°成品啤酒661.43L 1.生產(chǎn)100L10°淡色啤酒需耗混合原料為：100/661.43×10015.12(kg) 2.麥芽耗用量： 15.12×7010.58(kg) 3.大米耗用量： 15.12×304.54(kg) 4.酒花耗用量： 熱麥汁中加入酒花量為0.2，則

10、：100L10°啤酒耗用酒花量為： 713.72/661.43×100×0.2=0.22(kg) 5.熱麥汁量： 713.72/661.43×100107.91(L) 6.冷麥汁量： 685.17/661.43×100103.59(L) 7.發(fā)酵液量： 678.32/661.43×100102.55(L) 8.過濾酒量： 674.93/661.43×100102.04(L) 9.濕糖化糟量：設(shè)排出的濕麥糟水份含量為80，則： 濕麥糟量為：10.58×（10.05）（175）/（180）12.56(kg) 濕大米糟量

11、為：4.54×（10.10）（195）/（180）1.02(kg) 故濕糖化糟量為：12.561.0213.58(kg) 10.酒花糟量：設(shè)酒花糟在麥汁中浸出率40，酒花糟水分含量為80，則： 濕酒花糟量為： 0.22×（140）/（180）0.66(kg)3.1.3 年產(chǎn)3.6萬噸10°啤酒廠的物料衡算設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化6次，而淡季糖化4次，旺季以200天計(jì)，淡季100天。則每年總糖化次數(shù)：6×200+4×1001600次。3.6萬噸10°淡色啤酒糖化車間物料衡算：1. 3.6萬噸啤酒的體積為： 3.6×104×

12、103/（1012×10-3）=35573122.53(L)2.糖化1次成品酒定額量： 35573122.53÷160022233.20(L)3.消耗混合原料： 22233.20×15.12/1003361.66(kg) 4.麥芽耗用量： 3361.66×702353.16(kg)5.大米耗用量： 3361.66×301008.50(kg)6.酒花耗用量： 0.22×22233.20/10048.91(kg)7.熱麥汁量： 107.91×22233.20/10023991.85(L)8.冷麥汁量： 103.59×2

13、2233.20/10023031.37(L)9.發(fā)酵液量： 102.55×22233.20/10022800.15(L)10.過濾液量： 102.04×22233.20/10022686.76(L)11.濕糖化糟量： 13.58×22233.20/1003019.27(kg)12.濕酒花糟量： 0.66×22233.20/100146.74(kg)13.成品酒量： 100×22233.20/10022233.20(L)把上述的有關(guān)啤酒糖化車間的三項(xiàng)物料衡算計(jì)算結(jié)果，整理成物料衡算表，如表二： 表二 啤酒廠糖化車間物料衡算表物料名稱單位100kg

14、混合原料100L 10°啤酒糖化一次定額3.6萬噸/年啤酒生產(chǎn)混合原料Kg10015.123361.665.38×106麥芽Kg7010.582353.163.77×106大米Kg304.541008.501.61×106酒花Kg1.490.2248.917.83×104熱麥汁L713.72107.9123991.853.84×107冷麥汁L685.17103.5923031.373.67×107濕糖化糟Kg89.8813.583019.274.83×106濕酒花糟Kg4.470.66146.742.35×

15、;105發(fā)酵液L678.3211.6022800.153.65×107過濾液L674.930.6322686.763.63×107成品啤酒L661.4310022233.203.56×107 10°淡色啤酒密度為1012kg/m3全年實(shí)際生產(chǎn)啤酒量為：3.56×107×1.0123.6萬噸3.2 熱量衡算二次煮出糖化法是啤酒生產(chǎn)常用的糖化工藝，本設(shè)計(jì)就以此工藝為基準(zhǔn)進(jìn)行糖化車間的熱量衡算。工藝流程示意圖如附圖，其中的投料量為3.6萬噸/年啤酒廠糖化階段一年的用料量。3.2.1 糖化用水耗熱量Q1根據(jù)工藝，糊化鍋加水量為： G1（100

16、8.50201.70）×4.55445.90(kg)式中，1008.50為糖化一次的大米粉量，201.70為糊化鍋中加入的麥芽粉量(為大米量的20)。而糖化鍋中的加水量為： G22151.46×3.57530.11(kg)式中，2151.46為糖化一次糖化鍋投入的麥芽粉量，即：2353.16201.702151.46(kg)，而2353.16為糖化一次麥芽定額量。綜上所述，糖化總用水量為： GwG1G25445.907530.1112976.01(kg)自來水平均溫度取t118，而糖化配料用水溫度t250 ，比熱容 cw 4.18 kJ/(kg.K) ，故耗熱量為： Q1（

17、G1G2）cw（t2t1）12976.01×4.18×（5018） 1735671.10(kJ)3.2.2 第一次米醪煮沸耗熱量Q2由糖化工藝流程圖可知：Q2=Q2+Q2+Q21.糊化鍋內(nèi)米醪由初溫t0加熱至100，耗熱量： Q2G米醪. c米醪（100t0）(1)計(jì)算米醪的比熱容：c米醪,由經(jīng)驗(yàn)公式 c谷物0.01（100W）c04.18W進(jìn)行計(jì)算。式中W為含水百分比、c0為絕對(duì)谷物比熱容，取c0=1.55kJ/(kg·K)。c麥芽0.01×(1005)×1.554.18×51.68kJ/(kg·K)c大米0.01

18、5;(10010)×1.554.18×101.81kJ/(kg·K)c米醪3.75kJ/(kg·K)(2)米醪的初溫t0，設(shè)原料初溫為18，而熱水為50，則：G米醪G大米G麥芽G11008.50201.705445.906656.10(kg)t047.16 (3)把上述結(jié)果代入式Q2G米醪c米醪（100t0）中，得： Q26656.10×3.75×（10047.16）1318906.22(kJ) 2.煮沸過程蒸汽帶出的熱量Q2煮沸時(shí)間40min，蒸發(fā)量為每小時(shí)5，則蒸發(fā)水份量為：V1G米醪×5×40÷60

19、6656.10×5×40÷60221.87(kg)故： Q2V1I221.87×2257.2500804.96(kJ)式中，I為煮沸溫度（約為100）下水的汽化潛熱（kJ/kg）3.熱損失Q2米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失為前兩次耗熱量的15，即：Q215（Q2Q2）4.由上述結(jié)果得：Q21.15（Q2Q2）1.15×（1318906.22500804.96）2092667.86(kJ)3.2.3 第二次煮沸前混合醪升溫至70的耗熱量Q3按糖化工藝，來自糊化鍋的煮沸的醪與糖化鍋中的麥醪混合后溫度應(yīng)為63，所以混合前米醪應(yīng)先從100冷卻到中間溫

20、度t01.糖化鍋中麥醪的初溫t麥醪 已知麥芽粉初溫為18，用50熱水配料，則麥醪溫度為：糖化鍋的麥芽醪量為：G麥醪G麥芽G22151.467530.119681.57(kg)c麥醪3.62kJ/(kg.K)t麥醪46.76 2.經(jīng)第一次煮沸后米醪量為：G米醪G米醪V16656.10221.876434.23(kg)進(jìn)入第二次煮沸的混合醪量為：G混合G米醪G麥醪6434.239681.5716115.80(kg)3.混合醪比熱容：c混合（G麥醪c麥醪G米醪c米醪）/G混合（9681.57×3.626434.23×3.75）/16115.803.67kJ/(kg.K)根據(jù)熱量衡

21、算，且忽略熱損失，米醪與麥醪合并前后的焓不變，則米醪中間溫度為：t88.23因?yàn)榇藴囟戎槐戎蠓袦囟鹊?1度多，考慮到米醪由糊化鍋到糖化鍋的輸送過程的熱損失，可不必加中間冷卻器。4.綜上可得: Q3G混合c混合（7063）16115.80×3.67×（7063）414014.90(kJ)3.2.4 第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4 由糖化工藝流程可知： Q4Q4Q4Q41.混合醪升溫至沸騰所耗熱量Q4據(jù)工藝糖化結(jié)束溫度78，抽取混合醪的溫度70，送到第二次煮沸的混合醪量為：×100×10026.67沸醪耗熱量為：Q426.67G混合c混合（10070）26.6

22、7×16115.80×3.67×（10070）473219.03(kJ)2.二次煮出過程蒸汽帶走的熱量Q4煮沸時(shí)間為10min，蒸發(fā)強(qiáng)度為5，則蒸發(fā)水分量為：V226.67G混合×5×10÷6026.67×16115.80×5×10÷6035.81(kg)則： Q 4IV22257.2×35.8180836.85(kJ)式中，I為煮沸溫度下飽和蒸汽的焓（kJ/kg）。3.熱損失Q4根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有： Q415（Q4Q4）4.綜上可得： Q41.15×（Q4Q4）1.15×

23、（473219.0380836.85）637164.26(kJ)3.2.5 洗糟水耗熱量Q5設(shè)洗糟水平均溫度為80，每100kg原料用水450kg，則用水量為：G洗3361.66×450÷10015127.47(kg)Q5G洗cw（8018）15127.47×4.18×（8018）3920435.13(kJ)3.2.6 麥汁煮沸過程耗熱量Q6Q6Q6Q6Q61.麥汁升溫至沸點(diǎn)耗熱量Q6由物料衡算可知，100kg混合原料可得713.72kg熱麥汁，并設(shè)過濾完畢麥汁溫度為70。則進(jìn)入煮沸鍋的麥汁量為：G麥汁3361.66×713.72÷1

24、0023992.84(kg)此時(shí)麥汁比熱容為：c麥汁 3.87kJ/( kg.K)Q6G麥汁c麥汁（100-70）23992.84×3.87×（100-70）2785568.72(kJ)2.煮沸過程蒸發(fā)耗熱量Q6 煮沸強(qiáng)度10，時(shí)間1.5h，則蒸發(fā)水分為：V3G麥汁×10×1.523992.84×10×1.53589.93(kg)由上可得： Q6 IV32257.2×3589.938123495.77(kJ)3.熱損失Q6根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有： Q615%( Q6Q6 ) 4.綜上可得麥汁煮沸總耗熱量為：Q61.15×（Q6

25、Q6 ）1.15×（2785568.728123495.77）12545424.16(kJ)3.2.7 糖化一次總耗熱量Q總1735671.102092667.86414014.90 637164.263920435.1312545424.16 21345377.41(kJ)3.2.8 糖化一次耗用蒸汽量D使用表壓為0.3MPa的飽和蒸汽 I2725.3 kJ/kg，則：10383.82(kg)式中，i為相應(yīng)冷凝水的焓(561.47kJ/kg）；為蒸汽的熱效率，取95。3.2.9 糖化過程每小時(shí)最大蒸汽耗量Qmax在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量Q6最大，且知煮沸時(shí)間為90min，

26、熱效率95。故：8803806.43(kJ/h)相應(yīng)的最大蒸汽耗熱量為： 4068.62(kg/h)3.2.10 蒸汽單耗據(jù)設(shè)計(jì)，每年糖化次數(shù)為1600次，共生產(chǎn)啤酒36000噸每年耗蒸汽總量為： DT10383.82×160016614109.85(kg)每噸啤酒成品耗蒸汽（對(duì)糖化）：Ds16614109.85÷36000461.50(kg/t)啤酒每晝夜耗蒸汽量（按生產(chǎn)旺季計(jì)算）為：Dd10383.82×662302.92(kg/d)最后，把上述計(jì)算結(jié)果列成熱量消耗綜合表： 表三 3.6萬噸/年啤酒廠糖化車間總熱量衡算表名稱規(guī)格(MPa)每噸產(chǎn)品消耗定額(kg

27、)每小時(shí)最大用量(kg/h)每天耗量(kg/d)年耗(kg/a)蒸汽0.3(表壓)461.504068.6262302.9216614109.85四、計(jì)算結(jié)果4.1 物料衡算結(jié)果：表二 啤酒廠糖化車間物料衡算表物料名稱單位100kg混合原料100L 10°啤酒糖化一次定額3.6萬噸/年啤酒生產(chǎn)混合原料Kg10015.123361.665.38×106麥芽Kg7010.582353.163.77×106大米Kg304.541008.501.61×106酒花Kg1.490.2248.917.83×104熱麥汁L713.72107.9123991.853.84×107冷麥汁L685.17103.5923031.373.67×107濕糖化糟Kg89.