年產(chǎn)20000噸12度淡色啤酒廠糖化鍋設(shè)計12

1、生物工程設(shè)備課程設(shè)計說明書（題目）20000t/a 啤酒糖化鍋的設(shè)計年產(chǎn)年產(chǎn) 2000020000 噸噸 1212 度淡色啤酒廠糖化鍋設(shè)計度淡色啤酒廠糖化鍋設(shè)計第 - 1 - 頁 共 12 頁摘要摘要啤酒是以麥芽糖為主原料，添加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的，是一種含二氧化碳、起泡、低酒精度的飲料酒。啤酒糖化鍋的用途是把已降溫至 60-62 攝氏度的糊化醪與糖化醪或曲乳液混合，在溫度為 60 度下維持 30-50min，保持流動性，使淀粉在酶的作用下變成可發(fā)酵性糖。本次設(shè)計項目是對年產(chǎn) 20000 噸啤酒工廠糖化鍋，以及其工藝流程進(jìn)行設(shè)計研究且。12 度淡色啤酒是由 70%的大麥芽和 30%的大米

2、釀制而成的，每日的糖化醪量為80M3。其設(shè)計的主要內(nèi)容包括糖化鍋的選型（如選用圓柱形鍋身，球形加熱底，37M3及填充系數(shù)為 70%） ，對糖化鍋的體積及基本尺寸、糖化鍋的加熱面積進(jìn)行計算，糖化鍋攪拌器的設(shè)計、接管的設(shè)計以及鍋體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。且中附有一張設(shè)備流程圖，并詳細(xì)編寫數(shù)據(jù)說明書。關(guān)鍵字:啤酒，糖化鍋，設(shè)計，流程，說目錄1 1 前言前言- 1 -1.1 設(shè)計目的意義- 1 -1.2 技術(shù)背景- 1 -2 2 基本工藝條件基本工藝條件- 2 -2.1 生產(chǎn)規(guī)模- 2 -2.2 物料參數(shù)- 2 -2.2.1 麥芽糖化力與輔料比- 2 -2.2.2 麥汁中 aAN 量與啤酒中雙乙酰含量關(guān)系- 2

3、-2.2.3 混合后的麥芽質(zhì)量限定要求：- 2 -2.2.4 溶解過度麥芽與溶解不良麥芽混配比取 3:2 - 2 -2.2.5 溶解良好的麥芽與溶解不良好麥芽混配比取 3:1 - 2 -2.2.6 糖化料水比的確定：- 2 -3 3 設(shè)備設(shè)計計算及說明設(shè)備設(shè)計計算及說明- 3 -3.1 糖化鍋總體積的確定 - 3 -3.2 糖化鍋基本尺寸的計算 - 3 -3.3.糖化鍋加熱面積的計算 - 3 -3.3.1 垂直壁上蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)的計算- 3 -3.3.2 蒸汽夾套加熱面至糊化料液的傳熱系數(shù)的計算- 3 -3.3.3 總傳熱系數(shù) K 值的確定 - 4 -3.3.4 對數(shù)平均溫度差的計算 -

4、4 -3.3.5 加熱面積的計算 - 4 -3.4 攪拌器的設(shè)計 - 5 -3.4.1 雷諾準(zhǔn)數(shù)的計算 - 5 -3.4.2 功率準(zhǔn)數(shù)的計算 - 5 -3.4.3 攪拌器功率 - 5 -3.4.4 電機(jī)相關(guān)選型 - 6 -3.5 接管設(shè)計 - 6 -3.5.1 糖化鍋排醪管 - 6 -3.5.2 糖化醪出口罐 - 7 -3.6 鍋體結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 7 -3.6.1.設(shè)備材料的選擇 - 7 -3.6.2 工作壓力 - 7 -3.6.3 鍋身壁厚的計算 - 7 -3.6.4 鍋底壁厚的計算 - 8 -3.6.5 加熱夾套設(shè)計 - 8 -第 - 1 - 頁 共 12 頁3.6.6 支座設(shè)計 - 9 -

5、3.6.6.1 鍋體重量的計算 - 9 -3.6.6.2 支座的選?。? 10 -4 4 附錄附錄 4.1 根據(jù)所設(shè)計的尺寸和結(jié)構(gòu)繪制糖化鍋化工設(shè)備圖- -11-5 5 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) - 12 -第 - 0 - 頁 共 12 頁1 1 前言前言1.1 設(shè)計目的意義1985年 我國是以白酒為主要酒類飲料, 但由于白酒利用糧食作為原料, 會大量消耗糧食, 而且隨著人們對健康逐漸加以重視, 必然減少飲用這類烈酒, 而轉(zhuǎn)向飲用啤酒, 使啤酒市場的發(fā)展迅速掘起, 發(fā)展得相當(dāng)迅速。鑒于競爭之激烈, 啤酒的質(zhì)量是奠定它在消費者心目中的基礎(chǔ), 故此, 啤酒的質(zhì)量必須保持穩(wěn)定并需作出不斷的改進(jìn)。1.2 技術(shù)

6、背景糖化鍋的設(shè)計包括工藝設(shè)計（傳熱和攪拌）和強(qiáng)度設(shè)計（強(qiáng)度和剛度）二部分，強(qiáng)度設(shè)計一般鋼制壓力容器GB150-1998 或鋼鐵焊接常壓容器JB735-1997 進(jìn)行設(shè)計。傳熱和攪拌在滿足糖化工藝要求前提下，盡可能降低能耗，對于糖化設(shè)備的大型化更具有重要意義?，F(xiàn)代糖化鍋設(shè)計傾向于較低的蒸汽壓力，這樣可避免大溫差帶來的筒體內(nèi)壁面結(jié)垢。結(jié)垢既影響糖化質(zhì)量，又造成傳熱阻力增大而引起能耗增加。因此開發(fā)大型的現(xiàn)代化糖化設(shè)備，必須同時考慮傳熱和攪拌系統(tǒng)的設(shè)計。1.2.1 糖化設(shè)備的組合方式和設(shè)備的特點、作用1. 二器組合：常見于小型啤酒廠。由一只糖化過濾槽和一只糊化煮沸鍋構(gòu)成一套單式糖化系統(tǒng), 每天可糖化2

7、 次左右。該套組合的特點是: 一鍋二用, 投資少, 設(shè)備利用率高, 生產(chǎn)效率較低。2. 四器組合常見于中型啤酒廠。由糊化鍋、糖化鍋、過濾槽和煮沸鍋4 只專用設(shè)備構(gòu)成一套復(fù)式糖化系統(tǒng), 每天可糖化4 次左右。該套組合的特點是設(shè)備分工明確, 利用率極不均衡。3. 五器組合常見于中型啤酒廠的技術(shù)改造中。在四器組合的基礎(chǔ)上, 增加一只暫貯罐, 用于暫貯過濾后的麥汁, 以此縮短等待煮沸鍋的時間, 提高整個系統(tǒng)的生產(chǎn)效率, 使每天的糖化能力增加到6 次。4. 六器組合 常見于大型啤酒廠。隨著發(fā)酵工藝技術(shù)的不斷發(fā)展, 對糖化工藝的要求也越來越高。在單批產(chǎn)量一定的前提下, 須實現(xiàn)盡可能多的日糖化批次, 才能滿

8、足發(fā)酵工藝技術(shù)要求。因此, 在四器組合的基礎(chǔ)上, 再添一只過濾槽和一只煮沸鍋就構(gòu)成了一套六器組合的雙元糖化系統(tǒng), 每天可糖化8 次左右, 該套組合的特點是糊化鍋與糖化鍋的利用率已達(dá)到極限。5. 新四器組合這是筆者在實踐中對某廠原二器組合糖化系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造中嘗試過的一種全新的組合方式。在原有糖化過濾槽和糊化煮沸鍋( 改造后分別作過濾槽和糊化鍋) 的基礎(chǔ)上, 新增2 只性能結(jié)構(gòu)完全相同的糖化煮沸鍋( 使用中分別交替作糖化鍋和煮沸鍋) 共同構(gòu)成一套四第 - 1 - 頁 共 12 頁器組合的雙元糖化系統(tǒng), 每天可糖化5 次以上。該套組合的特點是設(shè)備的平均利用率較高。2 基本工藝條件 2.1 生產(chǎn)規(guī)模

9、：年產(chǎn)量為 20000T 的生產(chǎn)屬于中小規(guī)模，在生產(chǎn)旺季每一天的糖化次數(shù)按 5 次進(jìn)行，在生產(chǎn)淡季每一天的糖化次數(shù)按 2 次進(jìn)行。2.2 物料參數(shù)2.2.1 麥芽糖化力與輔料比麥芽糖化力與輔料比麥芽糖化力（wk）輔料比（%）=20035-38.=25038-42=250 庫值=40%42-45 通常情況下每公斤混合原料應(yīng)含有 1500200wk 糖化力。中等發(fā)酵糖化力=1500wk。高發(fā)酵糖化力=2000wk。2.2.2 麥汁中 aAN 量與啤酒中雙乙酰含量關(guān)系麥汁中 aAN 量與啤酒中雙乙酰含量關(guān)系a-AN(mg/L)143.5150.1157161.8166173176183.3182VD

10、K(mg/L)0.390.310.250.240.240.150.130.120.11麥汁中 aAN 含量，每度麥汁平均氨含量控制在 15mg/L，從而可以判定： 13 度 P 麥汁氨基氮含量=195mg/L 12 度 P 麥汁氨基氮含量=180mg/L11 度 P 麥汁氨基氮含量=165mg/L10 度 P 麥汁氨基氮含量=150mg/L為了安全起見，生產(chǎn)中可以增加 5%-10%氨基氨。以保證酵母正常發(fā)酵。2.2.3 混合后的麥芽質(zhì)量限定要求：麥芽汁質(zhì)量限定值特征值最佳范圍極限范圍庫爾巴哈值（%）38-4030-33哈同值（%）=35=32總氨（干）%9-128-14aAN(mg/L)=14

11、0=100糖化力（wk）=200=1502.2.4 溶解過度麥芽與溶解不良麥芽混配比取 3:22.2.5 溶解良好的麥芽與溶解不良好麥芽混配比取 3:1第 - 2 - 頁 共 12 頁2.2.6 糖化料水比的確定： 糖化料水比決定了糖化醪濃度，從而影響到酶活性，麥汁收得率及其麥汁組成成分。就淡色啤酒而言，料水比控制在 1:45，第一麥汁度不超過 16%為宜。3 設(shè)備設(shè)計計算及說明3.1 糖化鍋總體積的確定根據(jù)所給條件得，所選的糖化鍋為圓柱形鍋身，球形加熱底，且 V=50M33.2 糖化鍋基本尺寸的計算采用圓柱形鍋身，直徑 D 是柱高 H 的 2 倍，鍋底為半球形，鍋底高位 D/4,則： V21

12、4D34H4D32得 D=4.90m，H=2.45m，h=1.23，取 D=4900mm，H=2450mm，h=1230mm。升氣管HD2450mm 糖化鍋升氣管的直徑為 d，根據(jù)工藝要求2130122Dd501取升氣管面積為料液面積的 1/40,設(shè)升氣管直徑為 d，則，得 d=0.775m，取整 d=775mm22D4401d4校核：V有效D2 H/4= 46.20 M350M33.3.糖化鍋加熱面積的計算 3.3.1 垂直壁上蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)的計算 )*/(6953.693821CmW第 - 3 - 頁 共 12 頁 3.3.2 蒸汽夾套加熱面至糊化料液的傳熱系數(shù)的計算 3.3.3 總傳

13、熱系數(shù) K 值的確定 3.3.4 對數(shù)平均溫度差的計算TF主發(fā)酵時的發(fā)酵溫度， ；T1、T2分別為冷卻水進(jìn)出口溫度， Tm=7.23.3.5 加熱面積的計算1212()()lnFFmFFTTTTTTTTT第 - 4 - 頁 共 12 頁 Q=1.85 1012 F=68121964.15 3.4 攪拌器的設(shè)計攪拌器設(shè)計采用近似折葉槳式攪拌器根據(jù)設(shè)計要求 7 . 00DD0.040DBD攪拌器直徑 D0糖化鍋直徑 B攪拌槳葉寬度則 D0.7D03430mm B0.04D0196mm 3.4.1 雷諾準(zhǔn)數(shù)的計算RenD2nD2D攪拌器攪拌葉直徑 醪液容重 n攪拌器轉(zhuǎn)速 液體絕對粘度醪液密度 取 2

14、 厘泊0.002kg/m.s本設(shè)計攪拌器轉(zhuǎn)速取 n30r/min0.5r/s查啤酒工業(yè)手冊下 P423 1068kg/m3則 Re25752943.4.2 功率準(zhǔn)數(shù)的計算Np2 . 1)35. 0(066. 0366. 03)(sin)()Re2 . 310Re2 . 110(Re0DBpDHBA式中 A、B、p 均可查啤酒工業(yè)手冊下圖得到其中 攪拌葉與旋轉(zhuǎn)平面所成的角度 本設(shè)計為 60H 為鍋內(nèi)液面高度H(21.31*4)/(3.14*4.432)1.4查圖得 A21.5 B0.41 p1 則將數(shù)據(jù)代入公式得Np0.095第 - 5 - 頁 共 12 頁3.4.3 攪拌器功率N需 1.7KW

15、53102DngNp電機(jī)功N電8.13 KW總需5 . 01NKK中 K1.21.4 取 1.2 K11.11.3 取 1.3 總0.4若取 K1.4 則 N電9.49 KW所以 本設(shè)計采用 10KW 電機(jī)3.4.4 電機(jī)相關(guān)選型查材料與零部件中 P856選用 JO2系列小型鼠籠型電動機(jī)電機(jī)型號額定數(shù)據(jù)容量KW額定電壓 V 電流A轉(zhuǎn)速r/min功率因數(shù)功率%啟動電流額定電流啟動轉(zhuǎn)矩額定起矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩重量kgJO2-71-61038034.89700.8488.56.51.41.8236電機(jī)選用軸承：查材料與零部件中 P854機(jī)座號 非軸伸端 1000r/min71 311軸承選型：材料與

16、零部件中 P389軸承型號 d D b r d1 D1 a k r 重量 kg 311 55 120 29 3 65 110 5 6 2 1.37減速器選用臥式蝸輪減速器 查材料與零部件下 P612查表 4-24-100 選用 PH180 型 減速器 重量 182kg聯(lián)軸器查材料與零部件中 P567選用聯(lián)軸器型號為SB1101/24-65-43.5 接管設(shè)計3.5.1 糖化鍋排醪管第 - 6 - 頁 共 12 頁查化工原理上可知，水及低粘度液體的流速范圍為 1.53.0m/s，則取醪液流速為 2m/s，工藝設(shè)計放醪時間 10min，糖化醪有效體積為 34.05 M3則 D2 /4*2m/s*6

17、00s=34.05D=0.19m=190mm s=4.5mm L=150mm3.5.2 糖化醪出口罐至糊化鍋的醪液量為：V=80 M3。 取醪液密度為 1068Kg/ M3 醪液流速為u=2.0m/s 工藝設(shè)計出醪的時間為 90min。D2 /4*2m/s*5400s=80 M3 D=0.0971 取整 D=97mm，s=4.5mm L=150mm3.6 鍋體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.6.1.設(shè)備材料的選擇糖化鍋鍋身采用不銹鋼材料 1Cr18Ni9Ti 鍋底采用紫銅板 鍋低夾套采用不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 3.6.2 工作壓力鍋內(nèi)最高工作壓力 P最高P0gh h鍋內(nèi)液面高度P最高工作1.01105106

18、89.811.41.161053.6.3 鍋身壁厚的計算鍋身采用不銹鋼材料 1Cr18Ni9Ti 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P299附表 5b520MP s206MP 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P91 得鋼材的安全系數(shù) b3.0 s1.5則 tb/b173MP s/s137MP取二者中較小者 所以t137MP查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P92 焊接接頭系數(shù) 0.8 則 Se=PcD/(2t) -P=2.21mm則 SnSeC1C22.46mm C10.25 C20查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) P95 圓整取 Sn12mm水壓實驗第 - 7 - 頁 共 12 頁T1.25*0.121*1*(3870+2.46)/2*2.21132

19、.51MPSeSeDiPT2)(0.9s0.90.8206148.32MP132.51MP滿足設(shè)計強(qiáng)度要求錐形封頭采用與鍋身同一規(guī)格設(shè)計。3.6.4 鍋底壁厚的計算查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P8 紫銅的導(dǎo)熱系數(shù) 384.95彈性模量 E1.12105夾套中通入的蒸汽壓力為 0.3MP 而鍋內(nèi)最高工作壓力為 0.121MP 所以計算鍋底厚度采用外壓容器壁厚計算方法計算設(shè)鍋底厚度為 20mm夾套蒸汽 P0.3MP Pc1.1P0.33MP鍋底外半徑：R0DiSe3780/2201910mm21A0.125/(1910/20)0.00131SeR0125. 0B2/31.121050.0013197.8MP

20、 P 97.8/(3.78/0.02)0.517MPP0.3MP 且十分接近 P所以取 Se20mm則 SnSeC20mm C03.6.5 加熱夾套設(shè)計夾套采用的是和鍋身一樣的不銹鋼材料 1Cr18Ni9Ti S1 40CPcPcDt4430*0.3/(4*137*0.8-0.3)+0.252.84 取 C10.25第 - 8 - 頁 共 12 頁 SnSC=2.87+1=3.87mm在材料加工是取夾套厚度為 10mm3.6.6 支座設(shè)計3.6.6.1 鍋體重量的計算鍋體重量分為：升汽筒，錐形封頭，鍋身，鍋底，夾套的重量的總和。升汽筒重量的計算：升汽筒式一個不銹鋼圓筒。選用厚度 8mm 長度：

21、13.70m 直徑為：700mmV3.14（0.708/2）2（0.7/2）213.70.12m3查化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)P291 材料密度為：7900kg/m3m10.127900948kg錐形封頭重量的計算：錐形封頭是采用的 120錐形。高為：1.27m 直徑為：4.43m 厚度取與鍋身一樣的12mm 近似算作圓錐的體積。 則V3.14(4.442/2)2(4.43/2)21.270.03m331m20.037900238.5kg鍋身重量的計算鍋身是圓筒形 厚： 12mm 高： 1.89m 直徑： 4.43mV3.14（4.442/2）2（4.43/2）21.890.135m3m300kg鍋底重量的計算鍋底采用略帶錐形的平底，采用紫銅作材料。厚度：20m 直徑：4.43m 近似看作平底計算。查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P8 得紫銅的密度為：8900kg/m3V3.14（4.43/2）20.020.308m3m40.30889002741.2kg