年產(chǎn)10萬噸12度淡色啤酒廠糖化車間煮沸鍋鍋體設計說明

1、 PAGE25 / NUMPAGES25目 錄TOC o 1-2 h z uHYPERLINK l _Toc280789088第一章緒論 PAGEREF _Toc280789088 h 2HYPERLINK l _Toc280789089第二章設計概論2HYPERLINK l _Toc2807890902.1 設計目的2HYPERLINK l _Toc2807890912.2 設計依據(jù)3HYPERLINK l _Toc2807890932.5 原料、輔料等物料的選擇標準 PAGEREF _Toc280789093 h 3HYPERLINK l _Toc280789094第三章生產(chǎn)工藝的選擇與論

2、證4HYPERLINK l _Toc2807890953.1 全廠工藝的選擇與論證4HYPERLINK l _Toc2807890963.2 糖化工藝的選擇與論證4HYPERLINK l _Toc2807890973.3 發(fā)酵工藝與設備的選擇與論證6HYPERLINK l _Toc280789098第四章工藝計算8HYPERLINK l _Toc2807890994.1 物料平衡計算8HYPERLINK l _Toc2807891004.2 熱量衡算10HYPERLINK l _Toc2807891014.3 耗水量的計算11HYPERLINK l _Toc280789103第五章相關設備計算

3、與選型15HYPERLINK l _Toc2807891055.2 重點設備的設計選型15HYPERLINK l _Toc280789106第六章設計感想22HYPERLINK l _Toc280789107第七章參考文獻23 第一章 緒 論啤酒是以麥芽為主要原料，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。由于其含醇量低，清涼爽口，深受世界各國的喜愛，成為世界性的飲料酒。啤酒的原料是大麥。大麥是世界上種植最早的谷物之一，幾乎世界上所有地區(qū)都可種植，它的產(chǎn)量在谷物排名上，在小麥、玉米、稻谷之下，居第四位，而且大麥不是人類主要的糧食，習慣上作飼料。釀酒后的麥糟中，蛋

4、白質(zhì)含量得到相對富集，更適宜于做飼料，于是，用大麥制啤酒得到發(fā)展。中國近代啤酒是從歐洲傳入的，據(jù)考證在1900年俄羅斯技師在建立了第一家啤酒作坊。第一家現(xiàn)代化啤酒廠是1903年在由德國釀造師建立的英德啤酒廠。1915年在由中國人出資建立了雙合盛啤酒廠。從1905年到1949年的40多年中，中國只有在、等地建立了不到10年工廠，年產(chǎn)啤酒近一萬噸，從1949年到1993年，我們用43年的時間，發(fā)展成為世界啤酒第二生產(chǎn)大國，這樣的發(fā)展速度舉世矚目。我國啤酒工業(yè)的未來主要有以下幾方面的變化：產(chǎn)量的發(fā)展；規(guī)模的擴大；技術經(jīng)濟指標還有差距，要不斷的提高；原料的發(fā)展；啤酒品種向多樣化發(fā)展；高濃度釀造技術；非

5、熱消毒的純生啤酒釀造；人才的培養(yǎng)等。隨著世界的發(fā)展，啤酒的生產(chǎn)技術逐步成為重點。當今，純生啤酒的生產(chǎn)技術，膜過濾技術，微生物檢測和控制技術，糖漿輔料的使用逐步發(fā)展起來。相信不久的將來，中國的啤酒業(yè)將以嶄新的面貌躋身于世界啤酒先進領域。 第二章 設計概論2.1 設計目的通過本次課程設計，使本專業(yè)的學生初步掌握工廠工藝設計的程序和方法，受到一次工程設計的嚴格訓練，使其具有一定的工程設計能力。這對于即將從事科研，生產(chǎn)或技術管理工作的學生具有十分重要的意義。2.2 設計依據(jù)本設計以生物工程學院生物工程教研室的“生物工程專業(yè)設計任務書”為依據(jù)。2.3 設計容本設計為年產(chǎn)10萬噸 12Bx淺色啤酒工廠重點

6、工段：糖化工段重點設備：煮沸鍋設計的主要容如下：1.啤酒生產(chǎn)工藝流程的選擇、設計與論證。2.全廠物料衡算，水、汽、冷衡算。3.糖化工段設備與重點設備的選型與設計。4.發(fā)酵工段設備選型與技術論證。5.附屬設備的選型。設計的繪圖容：(1).糖化與發(fā)酵工藝流程圖(2).煮沸鍋總裝配圖(3).糖化車間平面圖與立面圖2.4 設計指導思想本設計在確定工藝流程和選擇設備時，在工藝上力求其合理性和先進性，在設備上盡量采用先進的生產(chǎn)設備，做到技術上先進，生產(chǎn)過程機械化、自動化，減輕繁重的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率。盡量采用已成熟的生產(chǎn)技術和設備，使建廠后即能順利投產(chǎn)，并能達到設計能力。經(jīng)濟上合理，因地制宜，管理方

7、便，合理降低能耗，保護環(huán)境。生產(chǎn)出能滿足人們口味的優(yōu)質(zhì)啤酒，達到投資少，見效快的效果。2.5 原料、輔料等物料的選擇標準2.5.1原料的選擇釀造啤酒所需原料的質(zhì)量直接影響所生產(chǎn)的啤酒質(zhì)量、啤酒釀造所需的原料主要是大麥、酒花和酵母。1.大麥大麥是啤酒生產(chǎn)中最重要的原料，他發(fā)芽不僅含有較高的淀粉，同時也為糖化生產(chǎn)提供了各種豐富的酶系和含氮物質(zhì)。對于其選用要經(jīng)過質(zhì)量判斷，達標后才能選用，質(zhì)量判斷包括：感官判斷，物理分析，化學分析，生理檢驗。2.酒花酒花是啤酒生產(chǎn)重要的原料，它賦予啤酒以純正的苦味和啤酒香氣，同時它還具有一定的防腐和澄清麥汁的能力。對其選用需要通過質(zhì)量評價，達標后才能選用。質(zhì)量包括：酒

8、花的感官，酒花的化學鑒定，壓縮酒花技術要求。3酵母酵母是單細胞微生物，在麥汁中起著物質(zhì)轉化作用。再有氧情況下將發(fā)酵糖轉化為水和二氧化碳，再無氧情況下將發(fā)酵糖轉化為乙醇和二氧化碳，酵母的選用要根據(jù)實際情況，從以下幾點出發(fā)選用優(yōu)質(zhì)酵母。如：凝聚性和沉淀能力，發(fā)酵度，發(fā)酵速度，抗熱能力，產(chǎn)孢子能力，對維生素的要求。4.大米大米是最常用的一種麥芽輔助原料，其特點是價格較低廉，而淀粉高于麥芽，多酚物質(zhì)和蛋白質(zhì)含量低于麥芽。糖化麥芽汁收得率提高，成本降低，又可改善啤酒的風味和色澤，啤酒泡沫細膩，酒花香氣突出，非生物穩(wěn)定性比較好，特別適宜制造下面發(fā)酵的淡色啤酒。大米的用量一般是25%-35%，質(zhì)量要求如表2

9、-1：表2-1大米的質(zhì)量要求項 目要 求色澤香 味夾雜物浸出物蛋白質(zhì)脂肪水 分潔白，富有新鮮光澤，無黃色，棕色和青綠色不成熟粒，無霉粒 有新鮮糧香，無異味不超過0.2%，不得含有米胚芽 92%以上（無水物計）10%以下（無水物計）1%以下12.5%以下2.5.2輔料的選擇啤酒生產(chǎn)中使用輔料是因為輔料可提供廉價的浸出物或糖類，這樣會減少麥芽的使用量，降低啤酒的生產(chǎn)成本。主要的輔料有大米、玉米、小麥、大麥、糖和淀粉糖漿，使用輔料應注意以下幾個問題：1.加入輔料的品種和數(shù)量應根據(jù)麥芽的質(zhì)量情況和所要釀造的啤酒類型來決定。2.添加輔料量過大或麥芽力不足時應適當加入相應的酶制劑。3.輔料的加入通常情況下

10、使麥汁中蛋白質(zhì)含量偏低，可通過降低蛋白質(zhì)休止溫度或加入中性蛋白酶等方法彌補以上不足，若仍達不到擬定的標準，應考慮降低輔料的比例。4.輔料的使用不應對啤酒質(zhì)量指標產(chǎn)生太大的影響。第三章 生產(chǎn)工藝的選擇與論證3.1 全廠工藝的選擇與論證3.1.1全廠工藝流程 大米粉碎糊化濁液麥芽篩選粉碎糖化過濾煮沸回旋沉淀冷卻充氧發(fā)酵過濾清酒灌裝3.1.2設備流程麥芽麥芽粉碎機糖化鍋過濾槽煮沸鍋回旋沉淀槽 大米大米粉碎機糊化鍋 暫存槽 薄板換熱器 成品啤酒裝酒機清酒罐 硅藻土過濾機 發(fā)酵罐 3.2 糖化工藝的選擇與論證3.2.1工藝方法的選擇 1.麥芽粉碎方法麥芽的粉碎方法隨著時間的推移先后出現(xiàn)了干法粉碎，浸濕粉

11、碎，回潮干法粉碎，連續(xù)濕法粉碎四種方法。干法粉碎可調(diào)節(jié)麥芽粉碎度，根據(jù)麥芽質(zhì)量來控制，此法成本較低，可以節(jié)省浸泡這一環(huán)節(jié)，但粉塵污染較大，本設計采用干法粉碎。輔料也用同樣的方法。2.糖化方法糖化過程是一項非常復雜的生化反應過程，也是啤酒生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。糖化的目的就是要將原料（包括麥芽和輔助原料）中的可溶性物質(zhì)盡可能多的萃取出來，并且創(chuàng)造有利于各種酶的作用條件，使很多的不溶性物質(zhì)在酶的作用下變成可溶性物質(zhì)而溶解出來，制成符合要求的買麥芽汁收得率。糖化方法可分為以下幾大類：三次浸出糖化法煮出糖化法 二次浸出糖化法一次浸出糖化法升溫浸出糖化法浸出糖化法糖化方法 降溫浸出糖化法復式一次煮出糖化法復式

12、煮浸糖化法谷皮分離糖化法外加酶制劑糖化法其它特殊糖化法現(xiàn)今，出于節(jié)省投資成本，使用了大量的輔料代替了原有的部分麥芽，從而出現(xiàn)了一種新的糖化方法，復式浸出糖化法，它是由這兩種方法演變而來的方法。它對于生產(chǎn)色澤極淺（5.06.0 EBC左右），高發(fā)酵度（12Bx啤酒的真正發(fā)酵度為66%左右），殘余可發(fā)酵性糖少的啤酒有較好的應用。它具有加水比大，避免添加過多的麥芽，再糊化煮沸時。處進皮殼溶解和形成焦糖、類糊精的特點。因此本設計采用復式浸出糖化法。生產(chǎn)過程簡單，糖化時間短（一般在3小時以），耗能少，故設計中采用的是復式浸出糖化法。3.過濾方法采用過濾槽法。此法雖然古老，但槽的結構日新月異，可有效的提高

13、過濾速度，保證分離效果。由于表面積大，過濾的也較為充分，效率較高。4.煮沸設備：煮沸鍋的種類有夾套式、加熱式和外加熱式。夾套式是比較古老的加熱方式，他加熱循環(huán)好，但是煮沸麥汁的量受限制，制作也比較麻煩，實用于中小型廠。外加熱式在國不是很常用。本設計采用加熱式，麥汁通過垂直安裝在煮沸鍋的列管式換熱器的列管而被加熱向上沸騰，同時蒸汽被冷凝為液體。在加熱器的上方裝有傘型的分布罩，借此使上升的麥汁反射向四周，同時可避免泡沫的形成，保證麥汁在煮沸鍋中較好的循環(huán)。5.麥汁澄清設備采用回旋沉淀槽。熱麥汁由切線方向進入回旋沉淀槽，在槽回旋，可產(chǎn)生離心力。由于在槽運動，離心力的和其反作用力的合力把顆粒推向槽底部

14、中央，達到沉淀的目的。由于該設備占地面積小，可縮短沉淀時間，提高麥汁的澄清度，降低了損失。6.麥汁暫存槽麥汁在過濾后溫度為78度左右，經(jīng)薄板換熱器使溫度升至90度左右，再進入暫存槽，提高了糖化次數(shù)，節(jié)省了投資能耗，在煮沸鍋中加熱時可縮短到沸騰的時間。3.2.2糖化工藝流程中工藝參數(shù)與操作規(guī)程1.大米的比例為30%，麥芽的比例為70%。2.糊化：糊化鍋料水比為1：5，投料后升溫至50C，50C是蛋白酶最適溫度，有利于氨基酸的產(chǎn)生，調(diào)PH，加入耐溫淀粉酶，保溫10分鐘。加熱至90C，然后升溫至100C，保溫30分鐘。3.糖化：糖化鍋料水比為1：3.5，加入39C的水使其混合后溫度為37C，保持30

15、分鐘，升溫至51C，保持75分鐘，進行蛋白休止，將換熱后的88C糊化醪打入糖化鍋，保持在63C，保溫30分鐘，升溫至70C以碘液檢查為主，直至變色，表示糖化徹底，升溫至78C，保溫5分鐘，將醪液泵入過濾槽。由于采用了高輔糖化，所以投料糖化前應加入耐高溫的淀粉酶。4.PH值的調(diào)整：淀粉酶最適PH值是5.65.8，葡聚糖酶最適PH值是4.67.0，則加入磷酸調(diào)節(jié)PH值控制在5.6。5.甲醛的加入：在糖化時加入0.025%的甲醛來降低麥汁中花色苷的含量。6.過濾：過濾時醪液的溫度保持不變，（控制在73-76C），PH值保持在5.57.5之間，洗糟水溫度為80C。當洗糟殘液濃度達到工藝規(guī)定值，過濾結束

16、。7.酒花的添加：煮沸90分鐘，酒花分三次加入第一次：煮沸5-15分鐘，添加總量的5-10%，主要是消除煮沸時的泡沫;第二次：煮沸30-40分鐘后，添加總量的55-60%，主要是萃取酸，促其異構;第三次：煮沸完成前15分鐘，加入35%，萃取酒花油，提高酒花香.3.2.3糖化工藝的控制原理糖化曲線1.酸休止，利用麥芽中磷酸酯酶對麥芽中菲訂的水解，產(chǎn)生酸性磷酸鹽，此工藝條件是：溫度為3537C，PH在5.25.4，時間為3090分鐘2.蛋白質(zhì)休止，利用麥芽中羧基肽酶分解多肽形成氨基酸（-氨基酸）和利用切肽酶分解蛋白質(zhì)形成多肽和氨基酸為4550C，形成可溶性多肽為5055C，作用時間為1020分鐘。

17、3.糖化分解，淀粉分解成可溶性糊精和可發(fā)酵性糖，對麥芽中-淀粉酶催化形成可發(fā)酵性糖，最適溫度為6065C，-淀粉酶最適活性溫度為70C，這個酶共同作用，最適PH為5.55.6，作用時間為30120分鐘。4.糖化終了，糖化終了必須使醪中除了-淀粉酶以外，其它水解酶會失活（鈍化），此溫度為7080C，再此溫度圍主要依據(jù)需保留-淀粉酶的量與考慮到過濾的要求。采用上限溫度，醪黏度小，過濾加快，有害物質(zhì)溶解多，-淀粉酶殘留少。4酶制劑和添加劑的應用，-淀粉酶，-淀粉酶，糖化酶，R-酶等酶制劑再衛(wèi)生規(guī)下，根據(jù)工藝要求，適時適量的使用，對改善工藝和麥汁組分有一定的作用。3.2.4流程論證本設計引用了的輔料，

18、而輔料都為不發(fā)芽谷物，谷物中淀粉是包含在胚乳細胞壁中的生淀粉，只有經(jīng)過破除淀粉細胞壁，使淀粉溶出，再經(jīng)糊化和液化，使之形成稀薄的淀粉漿，才能受到麥芽中淀粉酶的充分利用，形成可發(fā)酵性糖和可溶性低聚糊精。此未發(fā)芽谷物的預處理，一般在糊化加水加麥芽后，生溫生至煮沸。而本設計選用的復式浸出糖化法，能很好的完成輔料的酶和煮沸處理。此法對輔料糊化有兩大特點：一是大加水比，二是盡可能利用外加-淀粉酶，協(xié)助糊化、液化，避免添加過多的麥芽，再糊化煮沸時，促進皮殼溶解和形成焦糖，類黑精。并且此法采用兩段式糖化溫度，提高了可發(fā)酵性糖的含量。綜上所述，復式浸出糖化法對本設計是非常實用的。3.3 發(fā)酵工藝與設備的選擇與

19、論證3.3.1工藝流程的說明1.麥汁的冷卻過程：采用薄板冷卻器。冷卻介質(zhì)為2C的冷水，經(jīng)換熱后麥汁的溫度為8C，熱麥汁進口溫度為8C，水出口溫度為80C，冷卻時間為1小時。此流程的優(yōu)點如下：（1） 有效解決啤酒生產(chǎn)中生產(chǎn)用水的問題。經(jīng)過一段冷卻后的本身被加熱到80C左右;（2） 可以做為糖化和洗滌用水;（3） 冷卻面積大;（4） 降低能耗。操作簡單。2.麥汁充氧：麥汁冷卻到發(fā)酵接種溫度后，接觸氧，此時氧反應微弱，氧在麥汁中成溶解狀態(tài)，它是酵母前期發(fā)酵繁殖所必須的。它可使酵母自身的數(shù)量增殖（560）107個/mL，保證發(fā)酵順利進行。通入無菌空氣，使麥汁含氧量達到8mg/L麥汁。3.麥汁的發(fā)酵：采

20、用圓筒錐底發(fā)酵罐，它同傳統(tǒng)發(fā)酵罐比有以下優(yōu)點：（1）加速發(fā)酵 由于發(fā)酵基質(zhì)（麥汁）和酵母對流獲得強化，可加速發(fā)酵（2）廠房投資節(jié)省 發(fā)酵和貯酒可以大部分或全部分在戶外，而且罐數(shù)、罐總容積減少，廠房投資節(jié)?。?）冷耗節(jié)省 冷卻是直接冷卻發(fā)酵罐和酒液，而且冷卻介質(zhì)再強制循環(huán)下，傳熱系數(shù)高，比傳統(tǒng)發(fā)酵節(jié)省40-50%的冷耗（4）發(fā)酵罐清洗、消毒 依賴CIP自動化清洗消毒，工藝衛(wèi)生易得到保證4.麥汁的過濾 ： 采用硅藻土過濾機。通過不斷的添加助濾劑，使過濾性能得到更新，補充，具有過濾性強，對過濾很渾濁的酒比棉餅過濾省氣、省水、省工的特點。3.3.2發(fā)酵工藝1.麥汁進罐溫度，第一鍋8.5C，第二鍋是8C

21、，第三鍋是8C，滿鍋溫度8C。2.冷卻的麥汁用酵母計量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T發(fā)酵，接種量為0.60.8%，接種后細胞濃度為（153）106個/L。3.麥汁（五鍋）在20小時必須滿罐。4.滿罐8C，開始敞口自然發(fā)酵，維持8C 24小時，排冷凝物與死酵母。5.進冷控制升溫，使溫度在24小時升至9.59C，恒溫發(fā)酵24小時，然后生溫，在24小時升至11C。6.當糖度降至5.55.8BX時封罐保壓，11C恒溫35天，進行雙乙酰還原。7.當雙乙酰降至0.15mg/L以下時，以0.33C/h速度在12h降至6C，然后0.25C/h速度在12h降至5C，恒溫發(fā)酵24h，排第一次酵母35min.8

22、.以0.33C/h速度降溫至-1C(24h)，恒溫24h，排第二次酵母35min .9.罐壓保持在0.150.2Mpa，如果壓力不夠，可通入其它罐旺盛時排出的，使其達到要求，出酒前排第三次酵母。3.3.3發(fā)酵工藝參數(shù)的確定1.進罐方法以前采用冷卻麥汁混合酵母后分批進入繁殖罐，使酵母克服滯緩期，進入對數(shù)生長期再泵入C.C.T。而現(xiàn)在采用直接進罐法。即冷卻通風后的麥汁用酵母計量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T發(fā)酵。操作方便，控制容易。2.接種量和起酵溫度麥汁直接進罐法，為了縮短發(fā)酵時間，大多采用較高接種量，0.60.8，接種后細胞濃度為（153）106個/ml,麥汁是分批進入C.C.T，為了減少

23、VDK前驅位置，-乙酰乳酸的生成量，要求滿罐時間在1218h之。麥汁接種溫度是控制發(fā)酵前期酵母繁殖階段溫度的，一般低于主發(fā)酵溫度23，目的是使酵母繁殖在較低溫度下進行，減少酵母代副產(chǎn)物過多積累。3.主發(fā)酵溫度大罐發(fā)酵就用的酵母菌株而言，多采用低溫發(fā)酵（89）和中溫發(fā)酵（1012），低溫發(fā)酵適用于11度麥汁濃度。中溫發(fā)酵適用于新菌株，釀造淡爽啤酒，而本設計恰好為10度淡爽啤酒，故選用中溫發(fā)酵。4.VDK還原大罐發(fā)酵中，后發(fā)酵一般稱做”VDK”還原階段。VDK還原初期一般均不排放酵母，就是發(fā)酵全部酵母參與VDK還原，這樣可縮短還原時間。5.冷卻、降溫VDK還原階段的終點，是根據(jù)成品啤酒應控制的含量

24、而定，現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)啤酒要求VDK0.1mg/L才稱還原階段結束，可降溫。再降溫、排酵母、貯酒中，VDK有少量下降，則可達到要求。本設計采用C.C.T冷卻夾套對啤酒降溫，有效的起到了還原，使酵母凝聚和絮凝沉淀的效果。6.罐壓控制再傳統(tǒng)式發(fā)酵中，主發(fā)酵是在無罐壓或微壓下進行的。發(fā)酵中是酵母的毒物，會抑制酵母繁殖和發(fā)酵速率。本設計選用的C.C.T發(fā)酵，主發(fā)酵階段均采用微壓（0.01MP0.02MP），主發(fā)酵后期才封罐逐步升高，還原階段才12d才升至最高制，這樣一來有效的提高了酵母繁殖和發(fā)酵速率。綜上所述，本設計選用的圓筒錐底發(fā)酵罐大大優(yōu)越于傳統(tǒng)發(fā)酵罐。第四章工藝計算4.1 物料平衡計算4.1.1啤酒生產(chǎn)

25、的物料衡算糖化車間工藝流程示4.1.2 工藝技術指標與基礎數(shù)據(jù)：表4-1項 目名 稱百分比（%）項 目名 稱百分比（%）定額指標無水麥芽浸出率75原料配比麥 芽70大 米30無水大米浸出率95啤酒損失率（對熱麥汁）冷卻損失5發(fā)酵損失1.5原料利用率98.5過濾損失1麥芽水分5裝瓶損失1大米水分11總 損 失8.54.1.3糖化物料計算1.100Kg混合原料中含浸出物的重量（E）麥芽：Gm=m(1-Wm)Em=70(1-5%)75%=49.88kg大米：Gn=n(1-Wn)En=30(1-11%)95%=25.37kg其中：m為100Kg混合原料中麥芽的質(zhì)量;n為100Kg混合原料米的質(zhì)量Wm為

26、麥芽的含水量:Em為麥芽的污水浸出率;En為大米的污水浸出率則E=Gm+Gn=49.88+25.37=75.25kg混合原料的收得率=75.2598.5%100=74.11%其中：98.5%為原料的利用率100kg原料產(chǎn)12度熱麥汁量為:74.1110012=617.6kg12度麥汁在20時的相對密度為1.084100麥汁比20麥汁體積增加1.04倍熱麥汁體積=617.61.041.084=592.5L冷麥汁量=592.5(1-0.05)=562.9L發(fā)酵液量=562.9(1-0.015)=554.5L濾過酒量=554.5(1-0.01)=5488.9L成品酒量=717.8(1-0.01)=5

27、40.7L酒花耗用量：（592.5540.7）0.2%100=0.219kg2.生產(chǎn)100L12度淡色啤酒的物料計算100kg原料生產(chǎn)成品酒710.6L生產(chǎn)100L10度啤酒需用混合原料為100(100540.7)=18.49kg麥芽耗用量=18.4970%=12.95kg大米耗用量=18.49-12.95=5.54kg酒花耗用量 592.5540.71000.2%=0.29 kg熱麥汁量=100592.5540.7=109.6L 冷麥汁量=100562.9540.7=104.1L成品酒量=100L3.年產(chǎn)10萬噸12度淡色啤酒的物料計算每年生產(chǎn)300天，旺季170天，每天糖化6次，占生產(chǎn)任務

28、的70%。12度淡色啤酒的密度為1.084Kg/L旺季產(chǎn)量：10000070%170=411.76（噸/ 天）設每年旺季糖化次數(shù)為6次，則總糖化次數(shù)為1020次成品啤酒量=411.766=68.62（噸/天）麥芽耗量=4456.170%=3119.3kg成品啤酒（罐裝前）68.621000（1-1.5%）1.084=64266L濕酒花糟321331000.657=4200kg熱麥汁量=32133540.7592.5=7022L冷麥汁量=32133562.9540.7=669.04L發(fā)酵液量=32133540.7554.5=65906L濾過酒量=32133540.7548.9=65240L成品酒

29、量=63342.4L計算方法同上，這里不再重述。表4-2啤酒廠車間物料衡算表物料名稱單位對100Kg混合原料100L 10度淡色啤酒糖化一次定額量10萬噸每年啤酒生產(chǎn)混合原料Kg10018.49594317.32106大麥Kg7012.95416012.2106大米Kg305.547835.2106酒花Kg1.540.21970.052.04105熱麥汁L592.5109.63521110.26107冷麥汁L562.9104.1334529.74107發(fā)酵液L554.5102.55329539.6107過濾酒L548.9101.52326209.5107成品啤酒L5407100.0032133

30、9.36107共生產(chǎn)啤酒：10.2107/1.012=100790噸(備注：10度淡色啤酒的密度為1012kg/m3)4.2 熱量衡算本設計采用二次煮出糖化法糖化工藝流程為:4.2.1 糖化用水耗熱量Q1根據(jù)工藝，糊化鍋加水量為:G1（1783+356.6）4.59628.2kg式中：1336.8kg為糖化一次的大米粉量，267.36kg為糊化鍋中加入的麥芽粉量(大米的20)而糖化鍋中的加水量為：G23803.43.513311.9kg式中：2845.9kg為糖化一次糖化鍋投入的麥芽量，即：4016356.63803.4kg綜上所述，糖化總用水量為：GwG1G29628.21311.9= 22

31、940.1kg自來水平均溫度取t18，而糖化配料用水溫度t50，比熱容 Cw 4.18kJ/kg.K故耗熱量Q1GwCw(tt)22940.14.18(5018)3068468kJ4.2.2 第一次米醪煮沸耗熱量Q21.糊化鍋米醪由初溫t0加熱至100，耗熱量:Q2G米醪.C米醪(100t0)(1)計算米醪的比熱容：C米醪由經(jīng)驗公式 C谷物0.01（100W）C04.18w進行計算，式中w為含水百分率，C0為絕對谷物比熱容，去C01.55 kJ/kg.K C麥芽0.01(1005) 1.554.1851.682 kJ/kg.K C大米0.01(10011) 1.554.18111.84 kJ/

32、kg.KC米醪(G大米C大米G麥芽C麥芽G1Cw)/(G大米G麥芽G1) (17831.84356.61.689628.24.18) （1783356.69628.2）3.75kJ/kg.K(2)米醪的初溫t0設原料初溫為18，而熱水為50，則G米醪G大米G麥芽G11783356.69628.2 11767.8kgt0(G大米C大米G麥芽C麥芽)18G1Cw50/G米醪C米醪(17831.84356.61.68)189628.84.185011767 3.7547.2 (3)代入式 Q2G米醪C米醪（100t0）11767.83.79（10047.2）2330024.4kJ2.煮沸過程蒸汽帶出

33、的熱量Q2煮沸時間40min，蒸發(fā)量為每小時5，則蒸發(fā)水份量V1G米醪5406011767.8540/60392.26kg故，Q2V1I392.262257.2885409.3 kJ式中，I為煮沸溫度約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.綜上可得Q21.15（Q2Q2）1.15（2330024.4885409.3） 3697748.7kJ4.2.3 第二次煮沸前混合醪升溫到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 溫度應為63，所以混合前米醪應先從100冷卻到中間溫度t0

34、1.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t麥醪（G麥芽C麥芽18G2Cw50）/G麥醪C麥醪其中，G麥醪3803.413311.917115.3kgC麥醪（G麥芽C麥芽G2Cw）/（G麥芽G2） （2845.941.6811383.764.18） 14229.73.63kJ/kg.K t麥醪（3803.41.6821813311.94.1850）17115.33.644.95 2.經(jīng)第一次煮沸后米醪量為 G米醪G米醪V19624.96240.6249384.336kg進入第二次煮沸的混合醪量 G混合G米醪G麥醪9384.33614229.723614.0

35、66 kg3.混合醪比熱容 C混合（G麥醪C麥醪G米醪C米醪）/G混合 （38043.613311.93.79）23614.0663.68 kJ/kg.K根據(jù)熱量衡算，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：t（G混合C混合t混合-G麥醪C麥醪t麥醪）G米醪C米醪（28883.13.6863-17115.33.644.95）(11767.83.75)88.13因為此溫度只比煮沸溫度低10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。綜上可得:Q3G混合C混合（7063）28883.13.687744028 kJ4.2.4 第二次煮沸混合醪的耗熱量Q

36、4據(jù)工藝糖化結束醪溫度78，抽取混合醪的溫度70，沸的混合醪量G (G混合G)（7870）C混合GC混合（10078）G/G混合26.7%沸醪耗熱量為: Q426.7%G混合C混合（10070）26.7%28883.13.6830 851381kJ2.二次煮出過程蒸汽帶走的熱量Q4煮沸時間為10min，蒸發(fā)強度為5%，則蒸發(fā)水分量為：V226.7%G混合5%106064.26kg則： Q4IV22257.264.26145059kJ式中，I為煮沸溫度下飽和蒸汽的焓（kJ/kg）3.熱損失Q4據(jù)經(jīng)驗：Q415%(Q4+Q4)4.綜上可得：Q41.15(Q4+Q4)1.15(85138114505

37、9)149466kJ4.2.5 洗糟水耗熱量Q5設洗糟水平均溫度為80，每100kg原料用水450kg，則用水量：G洗594345010026743.5kgQ5G洗Cw（8018） 26743.54.1862 5196792.942kJ4.2.6 麥汁煮沸過程耗熱量Q61.麥汁升溫至沸點耗熱量Q6由前物料衡算知：100kg混合原料可得741.2kg熱麥汁，設過濾完畢麥汁溫度70。則進入煮沸鍋的麥汁量為：G麥汁5943617.610036704kg此時麥汁比熱容為: C麥汁（41601.682+17831.84+59436.44.18）（59436+1783+59437.4）3.27 kJ/kg

38、.KQ6G麥汁C麥汁（100-70）367043.2730=3600662.4KJ2煮沸過程蒸發(fā)耗熱量Q6煮沸強度10%，時間90min，則蒸發(fā)水分為：V33670410%90605505.6 kg由上可得Q6 IV32257.25505.612427240 kJ3.熱損失Q6:Q615%(Q6+Q6)4.綜上可得麥汁煮沸總耗熱量Q615%(Q6+Q6) 1.15(3600662.4+12427240)2404185.36 kJ4.2.7 糖化一次總耗熱量Q總Q總3068468+3697748.7+744028+1145906+6930845+18432087.8 34019083.3kJ4.

39、2.8 糖化一次耗用蒸汽量D使用表壓為0.2MPa的飽和蒸汽I2196.78kJ/kg DQ總/(-)14896 kgI為相應冷凝水的焓503.67kJ/kg（化工工藝設計手冊上2-297）為蒸汽的熱效率，取95%4.2.9 糖化過程每小時最大蒸汽量Qmax在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量Q6最大，且知煮沸時間為90min，熱效率95%，故QmaxQ6/(90/60)95%12934798.46kJ/h相應的最大蒸汽耗熱量為:DmaxQmax(-)=5962 kg/h4.2.10 蒸汽單耗據(jù)設計，每年糖化次數(shù)為1020次，共生產(chǎn)啤酒49276.2噸每年耗蒸汽總量為 :DT148961020/

40、70%21705600kg每噸啤酒成品耗蒸汽（對糖化）:D0841000427.6kg/t啤酒每天耗蒸汽量（按生產(chǎn)旺季計算）:Dg/d綜上可得，10萬噸/a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每小時最大用量kg/h每天耗量kg/d年耗kg/a蒸汽0.3427.659628937621705600表22全廠糖化車間熱量衡算4.3 耗水量的計算4.3.1 糖化用水100kg混合原料糖化大約需用水量1:3.5，糊化1:4.5。糖化用水量3803.435010013311.9kg護花用水量 =2139.64.5=9628.2

41、糖化用水時間設為0.5小時。4.3.2 洗糟用水量100kg混合原料約用洗糟水450kg，則需水量為：594345010026743.5kg用水時間為1.5小時。則每小時洗糟最大用水量為:26743.51.517829kg/h4.3.3 糖化室洗刷用水量一般糖化室與設備每糖化一次洗刷用水約20用水時間約2h故：洗刷最大用水量為20210t/h4.3.4 沉淀槽冷卻用水量GQ/C(t2t1) (冷卻時間為0.5小時)熱麥汁放出熱量 QGpCp(t1t2)熱麥汁比重 C1.04熱麥汁量 Gp32972.61.0434291.5/h熱麥汁比熱 Cp0.98Kcal/kg.熱麥汁溫度 t1100 t2

42、55冷麥汁溫度 t118 t245冷卻水比熱 C1Q34291.50.98(10055)1512255.15Kcal/hG1512255.151(4518)40830889.05Kg4.3.5沉淀糟洗刷用水每次洗刷用水2噸.沖洗時間設為0.25h，則每天最大用水用水量為 20.25 =8 t/h4.3.6 麥汁冷卻器冷卻用水麥汁冷卻時間為1小時 麥汁溫度： 946 冷凍水溫度：285耗用冷凍水量為 :M1100460.83/h4.3.7 麥汁冷卻器沖刷用水沖刷一次,用水2t用水時間為0.25h,則每次最大用水量為 :20.25 8噸/h4.3.8 酵母洗滌用水(無菌水)在計工藝耗冷量時得無菌水

43、 2281.1kg/班 每天有3班用無菌水,冷卻操作1h完成 則 無菌水耗用量為8.23t/h4.3.9 發(fā)酵室洗刷用水每天洗刷二個發(fā)酵室,每個用水1t洗刷地面共用1噸 .每天用水2113 噸設時間0.75h 最大用水量 : 30.754t/h4.3.10 貯酒室洗刷用水每天沖刷貯酒桶一個，用水為1噸，管路與地面沖刷用水為0.5t，沖刷時間為0.5小時。最大用水量為:(10.5) 0.53t/h4.3.11 清酒罐洗刷用水每天用4桶,沖洗一次.共用水4t, 時間40分鐘，則最大用水量 460/406t/h4.3.12 過濾機用水過濾機兩臺,每臺沖刷一次,用水1.5t(包括頂酒用水)使用時間0.

44、75h, 則最大用水量: 21.50.754 t/h4.3.13 洗瓶機用水按設備規(guī)表，洗瓶機最大生產(chǎn)能力為1500瓶/時，沖洗每個瓶需水0.75L。則用水量為 :15000.754500L/h每班生產(chǎn)7小時計,總耗水量 :4500731500L4.3.14 裝酒機用水 每沖洗一次用水1.25t,每班沖洗一次,每間次0.25h最大用水量 : 1.250.255 t/h4.3.15 殺菌機用水殺菌機每瓶耗水量1L用水量為:150011500L/h 1500710500L/班4.3.16其它用水包括沖洗地板,管道沖刷.洗濾布.每班需用水5噸,用水時間1h則：每小時用水量 :515t/h。重點設備的

45、設計選型糖化工段的重點設備：煮沸鍋的單體設計煮沸工藝:麥汁的煮沸時間對啤酒的質(zhì)量影響很大，在常壓下煮沸，淡色啤酒(10%-12%)的煮沸時間一般在90-120分鐘，濃色啤酒可適當延長一些。在加壓0.11-0.12 MPa條件下煮沸，時間可縮短一半左右。合理的延長煮沸時間，對蛋白質(zhì)的凝固、提高酒花利用率和還原物質(zhì)的形成是有利的，對泡沫性能不利。過分的延長煮沸時間，不僅經(jīng)濟上不合理，麥汁質(zhì)量也會下降。例如:麥汁色澤深、口味粗糙、苦味減輕、泡沫不佳等，對淡色啤酒來說影響更嚴重一些。因此合理的煮沸時間是很重要的。本次煮沸工藝是按照常用煮沸方法設定78OC麥汁打入煮沸鍋進行煮沸。在麥汁淹沒加熱器加熱區(qū)后

46、往加熱器殼程入0.5 MPa 155的飽和蒸汽，麥汁由92加熱到1040C并維持一段時間。其整個煮沸過程如下:在煮沸鍋麥汁從780C升至1000C約22m in;1000C預煮沸l(wèi)0min左右;煮沸溫度從1000C升至102-104 0C約10-15min;在壓力O.03MPa,溫度102-1040C下煮沸35min左右;蒸汽在15min卸壓麥汁降至1000C;在100 后煮沸IOmin.采用圓筒球底加熱式煮沸鍋1.容積進入煮沸鍋的麥汁量=3803.4LV有效=34.23m3 取充滿系數(shù)為0.7,所以V鍋=48.9m32.尺寸V有效3803.4100090085034.23m3V總26.51.

47、2548.9m3R=0.8D, h1=1/2D h2=0.18D又V有效34.23D4.53m圓整取 D4600mm R=3.624m,h1=2.3m,h2=1.15m3.排氣管：排氣管的截面積與鍋底面積/=(1/30-1/50) 取1/40 d-排氣管直徑/=1/40 D-煮沸鍋直徑 D=0.727m取整d=730mm，取11010mm復核/=1/40復合要求。4.麥汁進口管 糖化一次可煮沸35.21麥汁，設30分鐘裝完一次糖化量，則：=35.21/(3060)=0.0196而麥汁的流速為V=0.5-1，現(xiàn)取V=0.55 A=0.213m=213mm 圓整后取213mm，查化工原理上冊知21

48、96mm5.蒸氣進口管在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量最大，且知煮沸時間為1.5小時，熱效率95%，故蒸汽進口管能滿足最大進氣量，就滿足該設備的需要。 由之前的計算可知=12934798.5KJ =5962Kg/h 每小時最大蒸汽耗量，KJ/h。 最大蒸汽耗量，Kg/h。 設有兩個蒸氣進口管 則每個管子最大蒸汽進量D=2981Kg/h=0.83Kg/s 0.3Mpa下查發(fā)酵工廠工藝設計概論得：在飽和蒸汽0.3Mpa（表壓）下，取 則 圓整到d=152mm；符合要求查表知取符合要求。6.冷凝管出口管計算0.3Mpa下圓整后去40mm d=40mm查化工原理上冊知應選mm。7.排料管管徑計算 設

49、在20分鐘排盡麥汁，且流速為0.6m/s，所以 圓整后去259mm，查表知8.不凝氣出口管徑計算9.封頭的選擇和計算（1）形狀選擇作為標準件的封頭，目前常用的主要有，橢圓形封頭，碟形封頭，半球形封頭，錐形封頭。表5-1 各種封頭比較如下封頭形式一樣條件（材質(zhì)、溫度、D、）下的承載能力一樣條件（材質(zhì)、溫度、P、D、）下的壁厚一樣條件（材質(zhì)、溫度、P、D、）下的壁厚金屬耗量單位容積的表面積制造難易程度半球形最 大最 小最 少最 小難橢圓形次 之次 之次 之次之易碟形再次之再次之再次之 與橢圓形封頭接近易帶折邊的錐形封頭 差大，則大小，則小與、Dis有關與半錐角有關較復雜本設計力求承壓能力好，焊接容

50、易方便的原則，下封頭采用球形，上封頭采用錐圓形的封頭。（2）球形下封頭厚度與強度計算厚度：=PcDi/(4tPc)Pc為計算壓力0.15MPaDi為圓筒直徑3300mm為計算厚度, mm為焊接接頭系數(shù), 1.0t為設計溫度下材料的許用應力，本設計封頭選鋼后號為的高合金材料Q235-A，105則=0.153300（41051-0.15）=1.3mme=+C2=1.3+1.5=2.8mm查表1-7-9C1=0.5,n=5mm計算應力：=0.15(3300+3)(43)=41.25Mpa=41.25t=105 故符合標準最大工作壓力 ：Pw= 431051(3300+3)=0.382Mpa設液面高度

51、h ： V液=21.3m3V球=3.1412D3=12.2m3V柱=21.3-12.2=9.1=43.14h得h=0.9m=0.9+1.8=2.7m鍋底承受壓力 ：P=pgh=10489.82.7=27730Pa標準大氣壓 ：P總=0.1+0.028+0.0009=0.129MPa取設計壓力為0.15MPa(3)折邊錐型封頭的設計設計壓力0.15MPa (標準大氣壓)設計溫度200,錐殼大端直徑3600mm,大端過濾段轉角的半徑為140mm,錐殼半頂角為60度,腐蝕余量1mm,錐殼材料Q235-A,焊縫系數(shù)為0.85 ,厚度與主體一樣也為6mm10.筒體部分計算（1）鍋體材料選擇選用型號為Q2

52、35-A.（2）鍋體壁厚的計算由于本設計選用球形封頭，球形封頭的薄膜應力較其它封頭為最小，邊緣應力影響也較小，為了焊接方便，標準上允許取封頭與筒體等厚度，本設計取=6mm的不銹鋼板(3) 鍋體重量計算圓柱形鍋體的體積：V1 =DiH =3.143.61.80.006=0.122 m3鍋底的體積：V2=S=0.53.143.63.60.005=0.102 m3錐形頂蓋的體積：V3=0.5D+0.363.14=16.50.006=0.099 G=(V1+V2+V3)=(0.122+0.102+0.099)7800=2519.4()11.升氣筒計算設升氣筒面積為料液面積的1/40，則管徑d即d2/4

53、=（140）d24，即d=550mm=PcDi=5500.15(21051-0.1)=0.4 mme=+C1+C2+=0.4+0.2+1.1+2.33=4mm12.支座的計算取鍋體重3t，醪液重22t則總重G=3+22=25t本設計選用6個支座每個支座需承擔的負荷Q=256=4.1t按標準取B型耳式支座6支。12.2.2煮沸鍋加熱面積的計算 煮沸鍋的加熱器和管殼式換熱器相似，可以采用管殼式換熱器的設計方法計算所需換熱面積。傳熱計算中的兩個基本方程式12.2.2.1傳熱方程式熱流體將熱量通過某固定壁面?zhèn)鹘o冷流體的過程稱為傳熱。傳熱的基本方程式稱為傳熱方程式，以下式表示:Q=kmFtm式中km-換

54、熱器的平均傳熱系數(shù)，W/(m2 K)F為傳熱面積，m2;tm為兩個流體之間的平均溫差，K。由上式可知，為求傳熱面積F，必須先求取傳熱量Q，傳熱系數(shù)k以與熱、冷流體間的平均溫差tm.12.2.2.2加熱器熱力計算步驟整個麥汁加熱過程選取換熱量最大的兩個過程計算所需的換熱面積，分別是麥汁加熱段和加壓煮沸段。首先計算出每段所需吸收的熱量，并利用己知條件求出平均溫度與平均溫差，然后假設一個總傳熱系數(shù)后，計算出所需的換熱面積。得到加熱器的基本模型。再校核總傳熱系數(shù)。如校核合格即可確立所需的加熱器換熱面積。12.2.2.2.1兩個煮沸階段換熱面積的計算1)麥汁加熱段(700C-1000C)的換熱面積計算平

55、均溫度與平均溫度下的物性參數(shù)tm=(70+100)2=85OC麥汁的物性參數(shù)粘度 ：=0.61510-3Pa s密度 ：p=1014kg/m3導熱系數(shù)：=0.5540W/(m K )比熱： CP=3.968kJ/（kg K）tm =155OC時飽和蒸汽的物性參數(shù)粘度： =0.71910-3Pa s密度： p=2.898kg/m3汽化潛熱： r=2113.2kJ/kg麥汁升溫所需的熱量Q1=CPG1(t2 -t1)=21253.30.889(100一70)=2380667kJG1為麥汁的質(zhì)量Gl=V流體的平均溫差tmtm=(Ti-t0)-(T0-ti)/ln(Ti-t0)-(T0-ti)=(15

56、5-70)-(155-100ln(155-70)-(155-100)=69傳熱面積的計算先假設這個階段所需的傳熱系數(shù)KAB=1200W/(m2K )相應可以確定所需的換熱面積KABKAB =Q/(tmKAB)=23806671000(2060691200)=24m22)加壓煮沸段(1040C)的換熱面積計算 平均溫度與平均溫度下的物性參數(shù)平均溫度：tm=104oC麥汁的物性參數(shù)粘度：= 0.54810-3Pa s密度： p=1084kg/m3導熱系數(shù)：=0.5610W/(m K )比熱： CP=3.9785kJ/（kg K）Tm =155OC時飽和蒸汽的物性參數(shù)粘度： = 0.71910-3P

57、a s密度： p=2.898kg/m3汽化潛熱 r =2245.5kJ/kg 麥汁升溫所需的熱量麥汁煮沸強度一般取8%，但是考慮到加壓煮沸段的煮沸強度實際要比其它段強，因此在計算水份汽化所需熱量時，煮沸強度按10%來計算;Q2=V總10%(3560)r=21253.310%(3560)2245.5=9297492.75kJ流體的平均溫差加壓煮沸階段麥汁進口和出口溫度都是1040C,tm =510C面積的計算先假設所需的傳熱系數(shù)：KAB=1200W/（m2K）相應可以確定所需的換熱面積FABFAB=Q2/(tmKAB)=2783916.61000(3560511200)=21.7m2因為FAB

58、FAB=26.4m212.2.2.2.2校核兩個煮沸階段的傳熱系數(shù)KAB1）、加熱階段的總傳熱系數(shù)KAB的校核在麥汁煮沸過程中加熱器殼程的飽和蒸汽是通過冷凝放熱對麥汁加熱的，所以在計算凝結氣向壁面放熱系數(shù)時用公式qAB=Q1/F來計算1/KAB=1/1+1/2+d0/dmb/+R0+RiQAB=Q1/F=2380667(272060)=73.5Re=qH/(r)=73.51.6(2113.2912.20.18)106=338因Re100，所以必須用混流下的公式計算放熱系數(shù)：Pr=CP/=43290.181030.684=1.141=(g/2)2/30.16Pr1/3Re/(Re-100+63.

59、2Pr1/3)=8356W/(m2K)不銹鋼的導熱系數(shù)=17W/（mK）Re=d/=0.0560.510140.61510-3=46165.9Pr=cP/=39680.61510-30.5540=4.42=0.023dRe0.8Pr0.4=2217.6W(m2K)1/KAB=1/1+1/2+d0/dmb/+R0+Ri=18356+12217.6+6056+60580.00217+0.0001+0.0009=0.000912KAB=1096.5W/(m2K)算得K值與開始計算中選用的KAB值相差為（1200-1096.5）(1200100%)=8.7%上述誤差在工程上是允許的?？梢哉J為該加熱器的設