糊化鍋設(shè)計說明書

105t/a啤酒廠糖化車間糊化鍋的設(shè)計說明書目錄TOC\o"1-5"\h\u7052目錄 111799前言 326517第1章、設(shè)計的概論 3301771.1、設(shè)計的目的 3160971.2、設(shè)計的要求 376341.3、設(shè)計的依據(jù) 421598本設(shè)計是以我們所使用的教材“生物工程工廠設(shè)計概論”為依據(jù)。 426642第2章、啤酒工藝選擇和論證 4129602.1、釀造啤酒的原料 4324862.1.1大麥 480512.1.2大米 4210242.1.3釀造用水 4204272.1.4酒花 5239752.1.5酵母 519652.2、工藝論證 556912.2.1、原料配比 5282592.2.2、糖化工藝 675182.2.3、醪液過濾工藝 6248972.2.4、煮沸工藝 7321412.2.5、熱凝固物分離工藝 785712.2.6、麥汁冷卻工藝 7310172.3、工藝流程 8240412.3.1、大麥生產(chǎn)流程 824972.3.2、啤酒生產(chǎn)流程 824486第3章、12°淡色啤酒的生產(chǎn)工藝計算 8231983.1、糖化車間物料衡算 863823.1.1、糖化車間工藝流程圖 83.1.2、物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 8 83863.1.3100kg原料（75%麥芽，25%大米）生產(chǎn)12°淡色啤酒的物料衡算940123.1.4、生產(chǎn)1000L12°淡色啤酒的物料衡算 109453.1.5、以105t/a12°淡色啤酒糖化車間的物料衡算 11106303.2、100000t/a啤酒廠糖化車間熱量衡算 1196693.2.1、糖化用水耗熱量Q1 11198413.2.2、第一次米醪煮沸耗熱量Q2 1240563.2.3、第二次煮沸前混合醪升溫至70℃的耗熱量Q3 13121293.2.4、第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4 1490973.2.5、洗糟水耗熱量Q5 15316073.2.6、麥汁煮沸過程耗熱量Q6 1642053.2.7、糖化一次總耗熱量Q總 1634553.2.8、糖化一次耗用蒸汽量D 17276133.2.9、糖化過程每小時最大蒸汽耗量Qmax 17296183.2.10、蒸汽單耗 1718515第4章、糊化鍋的選型與計算 18182444.1、容積計算 18205804.2、壁厚計算 19281244.2.1、圓筒壁厚的計算 20191644.2.2、鍋底壁厚的計算（加熱夾套內(nèi)底） 20132624.2.3、夾套壁厚的計算（外鍋底） 21226774.2.4、錐形上封頭的壁厚計算 22279314.3、管徑計算 224904.3.1、升氣管的直徑計算 22316224.3.2、物料進口管的直徑計算 2364054.3.3、糊化醪出口的直徑計算 24190084.3.4、蒸汽進口管的直徑計算 25244054.3.5、蒸汽冷凝水出口管的直徑計算 2651094.3.6、不凝性氣體出口管的直徑計算 2640734.3.7、排污管的直徑計算 27118424.4、鍋的體重計算 27157574.5、支座的選擇 28117384.5.1、每個支座需要承擔(dān)的負荷Q 28109664.5.2、支座的選擇 2843304.6、加熱面積的計算 29131854.7、攪拌功率設(shè)計與選型 32188094.8、主體設(shè)備尺寸和零部件尺寸 3422988第5章、設(shè)備總裝配圖 354047參考文獻 35前言啤酒是人類最古老的酒精飲料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的飲料。啤酒于二十世紀初傳入中國，屬外來酒種。啤酒以大麥芽、酒花、水為主要原料，經(jīng)酵母發(fā)酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低酒精度酒?，F(xiàn)在國際上的啤酒大部分均添加輔助原料。在啤酒的發(fā)酵釀造過程中，需要通過許多工藝如糖化、糊化等。而糊化鍋是將各種原料醪液一起煮沸，而使其中的淀粉糊化；淀粉糊化后，醪液中的淀粉酶可以較好地將其分解。第1章、設(shè)計的概論1.1、設(shè)計的目的本設(shè)計是在學(xué)習(xí)了釀造酒工藝學(xué)、生物工程工廠設(shè)計概論等課程后，并在經(jīng)過工藝實驗和工廠實習(xí)的基礎(chǔ)上進行的，讓同學(xué)們更進一步的了解啤酒加工生產(chǎn)的技術(shù)和要求，鞏固所學(xué)的知識，培養(yǎng)同學(xué)們具備工廠工藝設(shè)計的能力。1.2、設(shè)計的要求本次設(shè)計的題目為105t/a啤酒廠糖化車間的糊化鍋，本次課程設(shè)計的要求是：1、物性數(shù)據(jù)與物料、熱量衡算數(shù)據(jù)可以選用教材中給出的。2、設(shè)計主要內(nèi)容必須有設(shè)備性質(zhì)（工作參數(shù)）、生產(chǎn)能力、材質(zhì)、數(shù)量、尺寸、結(jié)構(gòu)與附件、壁厚、支撐等基本內(nèi)容。3、給出設(shè)備裝配圖。4、在文中給出引用符號，還必須在文末給出正規(guī)的引用格式文獻。5、設(shè)計說明書有條理、邏輯性強、層次分明、裝配圖線型規(guī)范、附件齊備（與說明書完全配用）。1.3、設(shè)計的依據(jù)本設(shè)計是以我們所使用的教材“生物工程工廠設(shè)計概論”為依據(jù)。第2章、啤酒工藝選擇和論證2.1、釀造啤酒的原料本設(shè)計是生產(chǎn)12°淡色啤酒，麥芽要求質(zhì)量高，成品麥芽淡黃色而有光澤感，麥芽香濃郁，牙咬發(fā)脆且松散。輔料選擇大米，可使成品啤酒色澤較淺且口味清爽。釀造用水取適于淡色啤酒釀造的軟水。酒花選用傳統(tǒng)的苦型酒花。由工藝需要選用下面發(fā)酵的酵母菌株，發(fā)酵度達到62－63%，雙乙酰峰值低的即可。2.1.1大麥適于啤酒釀造用的大麥為二棱或六棱大麥。二棱大麥的浸出率高，溶解度較好；六棱大麥的農(nóng)業(yè)單產(chǎn)較高，活力強，但浸出率較低，麥芽溶解度不太穩(wěn)定。二棱大麥主要產(chǎn)地在我國南方地區(qū)，所以選擇優(yōu)質(zhì)二棱大麥進行麥芽的制作。2.1.2大米大米淀粉含量高，無水浸出率也高，含油質(zhì)較少。但大米淀粉的糊化溫度比玉米高。以大米為輔助原料釀造的啤酒色澤淺。我國大米產(chǎn)量較高，成本遠小于麥芽，所以選用適當比例的大米作輔料也可是使生產(chǎn)成本降低。大米是我國用量最多的輔助原料。2.1.3釀造用水釀造用水是指糖化用水和洗糟用水，其水質(zhì)狀況對整個啤酒釀造的過程和啤酒成品的質(zhì)量都有重要影響。釀造用水除了符合飲用水的標準外，還應(yīng)符合釀造要求。通常，軟水適于釀造淡色啤酒，碳酸鹽含量高的硬水適于釀制濃色啤酒。淡色啤酒用水要求為：無色、無臭、透明、無浮游物，味純正，無生物污染；硬度低；鐵、錳含量低(含量高對啤酒的色、味有害，而且能引起噴涌現(xiàn)象)；不含亞硝酸鹽。一般取山泉水，經(jīng)處理后使用。2.1.4酒花酒花又稱啤酒花。使啤酒具有獨特的苦味和香氣并有防腐和澄清麥芽汁的能力。酒花始用于德國，學(xué)名為蛇麻，為大麻科葎草屬多年生蔓性草本植物。雌雄異株。釀造所用均為雌花。中國人工栽培酒花的歷史已有半個世紀。始于東北。目前在新疆、甘肅、內(nèi)蒙、黑龍江、遼寧等地都建立了較大的酒花原料基地。成熟的新鮮酒花經(jīng)干燥壓榨，以整酒花使用，或粉碎壓制顆粒後密封包裝，也可制成酒花浸膏，然后在低溫倉庫中保存。其有效成分為酒花樹脂和酒花油。每KI啤酒的酒花用量約為1.4～2.4kg。2.1.5酵母酵母是用以進行啤酒發(fā)酵的微生物。啤酒酵母又分上面發(fā)酵酵母和下面發(fā)酵酵母。啤酒工廠為了確保酵母的純度，進行以單細胞培養(yǎng)法為起點的純粹培養(yǎng)。為了避免野生酵母和細菌的污染，必須嚴格啤酒工廠的清洗滅菌工作，釀造啤酒的酵母用量一般為0.35%～0.45%。對于釀造淡色啤酒，酵母的添加量可適當高一些。但需限制后酵中的酵母濃度。以防止高級醇的形成，導(dǎo)致啤酒有上頭的感覺。2.2、工藝論證本設(shè)計要求生產(chǎn)12o淡色啤酒，在設(shè)計中盡量選用成熟的工藝，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，原料及能源使用上要求節(jié)約，節(jié)能減排同時降低生產(chǎn)，成本設(shè)備要求安全適用，設(shè)備利用率高，操作、維修方便。2.2.1、原料配比本工藝原料選用麥芽為主料，大米為輔料。大米屬未發(fā)芽谷物，其淀粉含量高達75%～82%，無水浸出率達90%～93%，而蛋白質(zhì)含量低，多酚物質(zhì)和脂肪含量也較低，因些用大米作輔料，釀造的啤酒色澤淺，口味爽凈，泡沫細膩，酒花香味突出，非生物穩(wěn)定性較高。在糖化時的使用比例以20%～30%為宜，綜合大米在本工藝中的作用――提高啤酒非生物穩(wěn)定性、降低啤酒色澤、提高啤酒泡持性及降低生產(chǎn)成本幾個方面考慮，輔料大米使用比例定為25%。2.2.2、糖化工藝在我國，加輔料啤酒的糖化方法多采用復(fù)式糖化法，近年來淺色啤酒均追求色澤極淺（色度在5.0-6.0EBC），發(fā)酵度高，殘余可發(fā)酵性糖少，泡沫好（泡持時間在5min以上），多數(shù)采用復(fù)式煮出糖化法釀造淺色啤酒。其方法的選擇取決于原料的質(zhì)量，產(chǎn)品的類型，設(shè)備狀況等多中因素。因為我本次設(shè)計任務(wù)是12o淡色啤酒，綜合各種因素我選擇了復(fù)式煮出糖化法。因生淀粉糊化是吸水膨脹的過程，所以輔料應(yīng)采用較大加水比進行糊化。因此采用兩段式糖化溫度，以提高可發(fā)酵性糖的含量。其工藝流程示意圖如下：2.2.3、醪液過濾工藝目前國內(nèi)的啤酒廠多采用過濾槽法。此法雖然古老，但槽的結(jié)構(gòu)日新月異，可有效的提高過濾速度，保證分離效果。由于表面積大，過濾的也較為充分，效率較高。過濾操作如下：將糖化醪充分攪拌，并盡快泵入過濾槽后，使用耕槽機將其翻拌均勻，再靜置20分鐘左右，讓醪在過濾槽內(nèi)自然沉降，形成過濾層。最先沉下的是谷皮之類，隨后是未分解的淀粉和蛋白質(zhì)，濾層厚度要求在30～45cm，如果糖化效果較好，醪槽表面的黏稠物就少，且醪槽上面的糖化液清涼。糖化醪溫度控制在55～70℃。濾層形成后開始過濾操作。起始流出的原麥芽汁混濁不清，必須用泵將其泵回過濾槽后再次過濾，直至得到澄清原麥芽汁，然后將原麥芽汁泵入煮沸鍋。2.2.4、煮沸工藝麥汁煮沸方法常用間歇常壓煮沸，原麥汁過濾期間，當麥汁已將加熱層蓋滿后，開始加熱保持80℃左右，酶繼續(xù)對殘存淀粉分解，洗槽結(jié)束時加熱至沸，煮沸時間一般為1～2小時。煮沸鍋的種類有夾套式、內(nèi)加熱式和外加熱式。本設(shè)計采用內(nèi)加熱式，麥汁通過垂直安裝在煮沸鍋內(nèi)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)。2.2.5、熱凝固物分離工藝采用回旋沉淀槽法，熱麥汁由切線方向進槽，形成旋轉(zhuǎn)流動。由于回旋效應(yīng)，使熱凝固物顆粒沿著重力和向心力所形成的合力的方向，以較堅實的丘狀沉積于槽底中央，達到固、液分離的目的，清亮麥芽汁則從側(cè)面麥汁出口排出。具有占地面積小，操作方便、分離效果好的特點。2.2.6、麥汁冷卻工藝本設(shè)計的麥汁冷卻采用薄板冷卻器，冷卻介質(zhì)為2℃冰水，對流換熱。薄板冷卻器的優(yōu)點：占地面積小，麥汁不容易受到污染，清洗和和殺菌比較簡單，冷卻效率高。另外麥汁中的熱能可通過冷卻水的升溫，回收利用。2.3、工藝流程2.3.1、大麥生產(chǎn)流程2.3.2、啤酒生產(chǎn)流程第3章、12°淡色啤酒的生產(chǎn)工藝計算 3.1、糖化車間物料衡算3.1.1、糖化車間工藝流程圖 267593.1.2、物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 根據(jù)我國啤酒生產(chǎn)現(xiàn)況，有關(guān)生產(chǎn)原料比、工藝指標及生產(chǎn)過程的損失等數(shù)據(jù)如表3-1所示。表3-1啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項目名稱百分比%定額指標原料利用率98．5麥芽水分6.0大米水分13.0無水麥芽浸出率75.0無水大米浸出率92.0原料配比麥芽75.0大米25.0損失率冷卻損失3.0發(fā)酵損失1.0過濾損失1.0裝瓶損失1.0總損失率啤酒總損失率6.0根據(jù)表3-1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先進行100kg原料生產(chǎn)12°淡色啤酒的物料計算，然后進行1000L12°淡色啤酒的物料衡算，最后進行10?t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計算。3.1.3100kg原料（75%麥芽，25%大米）生產(chǎn)12°淡色啤酒的物料衡算熱麥汁量據(jù)表3-1可得到原料收率分別為：麥芽收率為：%大米收率為：%混合原料收得率為：由上述可得100kg混合原料可制得的12°熱麥汁量為：又知12°麥汁在20°C時的相對密度為1.084，而100°C熱麥汁比20°C時的麥汁體積增加1.04倍，故熱麥汁（100°C）體積為：（2）冷麥汁量為：（3）發(fā)酵液量為：（4）過濾酒量為：（5）成品啤酒量為：221633.1.4、生產(chǎn)1000L12°淡色啤酒的物料衡算1、生產(chǎn)1000L12o啤酒需混合原料量為：1000÷540.20×100=185.1（㎏）2、麥芽耗用量為：185.1×75%=138.8（㎏）3、大米耗用量為：185.1×25%=46.3（㎏）4、酒花耗用量（1000L熱麥汁加入酒花的量定為2㎏）為：574÷540.2×1000×0.2％=2.13（㎏）5、熱麥汁量為：574÷540.2×1000=1063（L）6、冷麥汁量為：556.8÷540.2×1000=1031（L）7、發(fā)酵液量為：551.2÷540.2×1000=1020（L）8、過濾酒量為：545.7÷540.2×1000=1010（L）9、成品酒量為：540.2÷540.2×1000=1000（L）10、濕糖化糟量設(shè)排水的溫麥槽水份含量為80%，則濕麥芽槽量為：[（1－0.06）×（100－75）]÷（100-80）×138.8=163.1（㎏）而濕大米槽量為[（1－0.13）（100－92）]÷（100-80）×46.3=16.11（㎏）故濕糖化糟量為：163.1+16.11=179.2（kg）11、酒花糟量為：設(shè)酒花在麥汁中浸出率為40%，而酒花糟含水分以80%計，則酒花糟量為：[（100－40）÷（100－80）]×2.13=6.39（kg）45023.1.5、以105t/a12°淡色啤酒糖化車間的物料衡算 設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化6次（或4次），每年總糖化次數(shù)為1300次。由此可算出每次投料量及其他項目的物料平衡。把前述的有關(guān)啤酒糖化車間的三項物料衡算計算結(jié)果，整理成物料衡算表，如表3—2所示。物料名稱單位對100kg混合原料1000L12°淡色啤酒糖化一次定額量10?t/a啤酒生產(chǎn)混合原料kg100185.11480819250×103麥芽kg75138.81110414435×103大米kg2546.337044815×103酒花kg1.202.13170.4221.5×103熱麥汁L574106385040110552×103冷麥汁L556.8103182480107224×103濕糖化糟kg96.78179.21433618637×103冷糖化糟kg3.456.39511.2664.6×103發(fā)酵液L551.2102081600106080×103過濾液L545.7101080800114400×103成品啤酒L540.2100080000104000×10390223.2、100000t/a啤酒廠糖化車間熱量衡算 3.2.1、糖化用水耗熱量Q1根據(jù)工藝，糊化鍋加水量為：m1=（3704+740.8）×4.5=20001.6(kg)式中:3704——糊化一次大米粉量；740.8——糊化鍋加入的麥芽粉量（為大米量的20%）糖化鍋加水量為：m2=10363.2×3.5=36271.2(kg)式中：10363.2——糖化一次糖化鍋投入的麥芽粉量，即11104-740.8=10363.2(kg)，而11104為糖化一次麥芽定額量。故糖化總用水量為：mW=m1+m2=20001.6+36271.2=56272.8(kg)自來水的平均溫度取t1=18℃,而糖化配料用水溫度t2=50℃,故耗熱量為：Q1=(m1+m2)Cw(t2-t1)=56272.8×(50-18)×4.18=7.527×106(KJ)3.2.2、第一次米醪煮沸耗熱量Q2由糖化工藝可知：Q2=Q2ˊ+Q2ˊˊ+Q2ˊˊˊ1、糊化鍋內(nèi)米醪由初溫加熱到100℃耗熱量為Q2ˊ（1）計算米醪的比熱容C米醪根據(jù)經(jīng)驗公式：C谷物=0.01[（100-W）C0+4.18W]進行計算。式中：W為含水百分率；CO為絕對谷物比熱容，一般取C0=1.55[kJ/（kg·K）]C麥芽=0.01[（100-6）1.55+4.18×6]=1.71[kJ/(kg·K]]C大米=0.01[（100-13）1.55+4.18×13]=1.89kJ/（kg·K）]C米醪=(m大米C大米+m麥芽C麥芽+m1Cw)/(m大米+m麥芽+m1)=(3704×1.89+740.8×1.71+20001.6×4.18)/(3704+740.8+20001.6)=3.76[kJ/（kg·K）](2)米醪的初溫t0設(shè)原料的初溫為18℃，而熱水為50℃,則t0=[（m大米C大米+m麥芽C麥芽）×18+m1Cw×50]/m米醪C米醪=[(3702×1.89+740.8×1.71)×18+20001.6×4.18×50]/[(3702+740.8+20001.6)×3.76]=47.1(℃)把（1）、（2）的結(jié)果帶入Q2ˊ=m米醪C米醪（100-t0）得：Q2ˊ＝24446.4×3.76（100-47.1）=4.862×106(kJ)2、煮沸過程蒸汽帶出的熱量Q2ˊˊ設(shè)煮沸時間為40min,蒸發(fā)量為每小時5%，則蒸發(fā)量為：mV1=m米醪×5%×40/60=24446.4x5%×40/60=814.88(Kg)故Q2ˊˊ=mV1I=814.88×2257.2=1.839×106(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Q2ˊˊˊ米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約為前兩次耗熱量的15%，即：Q2″′=15%（Q2ˊ+Q2ˊˊ）=0.15（4.862×106+1.839×106）=1.005×106(kJ)4、Q2=115%（Q2ˊ+Q2ˊˊ）==1.15（4.862×106+1.839×106）=7.706×106(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米醪與糖化鍋中的麥醪混合后溫度應(yīng)為63℃，故混合前米醪先從100℃冷卻到中間溫度t0℃.（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，則麥醪的溫度為：t麥醪=(m麥芽C麥芽×18+m2Cw×50)/m麥醪C麥醪又由m麥醪=10365.2+36271.2=46636.4(Kg)C麥醪=(m麥芽C麥芽+m2Cw)/m麥醪=(10365.2×1.71+36271.2×4.18)/46636.4=3.63[kJ/（kg·K）]所以t麥醪=（10365.2×1.71×18+36271.2×4.18×50）/（46636.4×3.63）=46.66℃（2）米醪的中間溫度t根據(jù)熱量衡算，且忽略熱損失，米醪與麥醪混合前后的焓不變，則米醪的中間溫度為：因為C混合=（m米醪C米醪+m麥醪C麥醪）/（m米醪+m麥醪）=（24446.4×3.76+46636.4×3.63)/(24446.4+46636.4)=3.67[kJ/（kg·K）]所以t=（m混合C混合×t混合-m麥醪C麥醪×t麥醪）/（m米醪C米醪）=（71082.8×3.67×63-46636.4×3.63×46.66）/（24446.4×3.76）=92.86(℃)(3)Q3=m混合C混合（70-63）=71082.8×3.67×7=1.826×106(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：Q4=Q4ˊ+Q4ˊˊ+Q4ˊˊˊ1、混合醪升溫至100℃所耗熱量Q4′（1）經(jīng)第一次煮沸后米醪量為：m米醪=m米醪-mV1=24446.4-814.88=23631.52(kg)故進入第二次煮沸的混合醪量為：m混合=m米醪?+m麥醪=23631.52+46636.4=70267.92(kg)（2）根據(jù)工藝，糖化結(jié)束醪溫為78℃，抽取混合醪的溫度為70℃，則送到第二次煮沸的混合醪量為：[m混合(78-70)]/[m混合(100-70)]×100%=26.7%故Q4′=26.7%m混合c混合（100-70）=26.7%×70267.92×3.67×30=2.066×106（kJ）2、二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量Q4′′煮沸時間為10min，蒸發(fā)強度5%，則蒸發(fā)水分量為：mV2=26.7%×m混合×5%×10/60=26.7%×70267.92×5%×10/60=156.3(kg)所以Q4′?=ImV2=2257.2×156.3=0.353×106(kJ)式中:I為100℃時飽和蒸汽的焓（kJ/kg）3、熱損失Q4′′′根據(jù)經(jīng)驗有：Q4′′′=15%（Q4′+Q4′′）=（2.066×106+0.353×106）×15%=0.363×106(kJ)4、Q4=1.15(Q4′+Q4′′)=1.15(2.066×106+0.353×106)=2.782×106(kJ)3.2.5、洗糟水耗熱量Q5設(shè)洗槽水平均溫度為80℃，每100kg原料用水450kg，則用水量為:m洗=[(3704+740.8+10365.2)×450]/100=66645(kg)故Q5=m洗Cw(80-18)=66645×4.18×(80-18)=1.727×107(kJ)3.2.6、麥汁煮沸過程耗熱量Q6Q6=Q6ˊ+Q6ˊˊ+Q6ˊˊˊ??1、麥汁升溫至沸點耗熱量Q6′由于，100kg混合原料可得到574kg熱麥汁，并設(shè)過濾完畢麥汁溫度為70℃，則進入煮沸鍋的麥汁量為：m麥汁=(3704+740.8+10365.2)×574/100=85009.4（kg）C麥汁=(m麥芽C麥芽+m大米C大米+m水Cw)/m麥汁=（11104×1.71+3704×1.89+14810×6.4×4.18）/（14810×7.4）=3.852[kJ/（kg.k)]故Q6′=m麥汁C麥汁(100-70)=85009.4×3.852×30=9.824×106(kJ)2、煮沸過程中蒸發(fā)耗熱量Q6ˊˊ由于煮沸強度為10%，時間為1.5小時所以蒸發(fā)水分為：mV3=m麥汁×10%×1.5=85009.4×10%×1.5=12751.41（kg）Q6ˊˊ=mV3I=12751.41×2257.2=28.782×106（kJ）3、熱損失Q6″′Q6=15%（Q6ˊ+Q6ˊˊ）4、Q6=1.15（Q6′+Q6′′）=1.15×（9.824×106+28.782×106）=44.397×106（kJ）3.2.7、糖化一次總耗熱量Q總Q總=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=7.527×106+7.706×106+1.826×106+2.782×106+1.727×107+44.397×106=81.508×106（Kg）3.2.8、糖化一次耗用蒸汽量D使用表壓0.3MPa的飽和蒸汽，I=2725.3KJ/kg,則D=Q總/[（I-i）η]=81.508×106/[(2725.3-561.47)×95%]=39650.9(kg)式中：i為相應(yīng)冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；η為蒸汽的熱效率，取η=95%。3.2.9、糖化過程每小時最大蒸汽耗量Qmax在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量Q6為最大，且已知煮沸時間為1.5小時，熱效率為95%，故：Qmax=Q6/(1.5×95%)=44.397×106/(1.5×95%)=31.16×106(KJ/h)相應(yīng)的最大蒸汽耗量為：mDmax=Qmax/（I-i）=31.16×106/(2725.3-561.47)=14400.4(kg/h)3.2.10、蒸汽單耗根據(jù)前面可知，在旺季每天糖化6次（或4次），而每年糖化次數(shù)為1300次，總共生產(chǎn)啤酒105248t。年耗蒸汽總量為：mT=39650.9×1300=51546170(Kg)每噸啤酒成品耗蒸汽（對糖化）：ms=51546170/105248=489.76(kg/t啤酒)每晝夜耗蒸汽量（生產(chǎn)旺季算）為：md=39650.9×6=237905.4(kg/d)最后，把上述計算結(jié)果列成熱量衡算綜合表，100000QUOTE啤酒廠糖化車間總熱量衡算表名稱每噸產(chǎn)品消耗定額/kg每小時最大用量/（kg/h）每晝夜消耗量/（kg/d）年消耗量/（kg/a）備注蒸汽0.3（表壓）489.7614400.4237905.451546170第4章、糊化鍋的選型與計算4.1、容積計算1、糊化醪液的密度計算已知糊化醪的量為24446.4kg干物質(zhì)含量：==16.0%根據(jù)計算數(shù)據(jù)查表《發(fā)酵工廠設(shè)計概論》附表9，得糊化醪的相對密度為：=1.067（t/m3）2、糊化鍋體積的計算由糊化醪的密度和重量可以計算出糊化醪的體積,所以：=22.92(m3）取空余系數(shù)為0.7，則糊化鍋的全容積為：(m3）此設(shè)計選擇D:H:h=4:2:1，其中D、H、h分別為糊化鍋圓筒體直徑、鍋身高度和下封頭高度。如右圖所示：（1）糊化鍋圓柱部分的體積為：DaHDaHh（2）橢圓形底的計算：（3）鍋的全體積為：式中：解得：圓整后?。?、糊化鍋有效容積的計算根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)的實際情況，有效容積取人孔邊0.5m以下來計算，則：==27.21（m3）富裕量為：18.72%，所以糊化鍋的設(shè)計符合要求。4.2、壁厚計算設(shè)液面距圓筒底的高度為h1，則π（3.97÷2）2h1=22.92-[π（3.97）3÷24]h1＝1.19m下封頭承受的壓強為：P下=ρg(h1+h)+0.1=1067×9.8×(1.19+0.9925)×10-6+0.101=0.124(MPa)圓筒底承受的壓強為：P筒=ρgh′+0.1=1067×9.8×1.19×10-6+0.101=0.113(MPa)上封頭承受的壓強為：0.101MPa4.2.1、圓筒壁厚的計算設(shè)計數(shù)據(jù)：工作壓力P=0.113MPa,設(shè)計溫度t=200℃,圓筒內(nèi)徑Di=4000mm,腐蝕裕量C2=1mm,筒體材料選用16MnR不銹鋼,焊逢系數(shù)Φ=1（采用雙面對接焊縫，100％探傷）。查《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》附錄表1得16MnR鋼板材料[δ]t=170MPa=1.1×P=1.1×0.113=0.1243（MPa）δ=（PcD）/（2[δ]tφ-Pc）=0.1243×4000/(2×170×1-0.1243)=1.46（mm）設(shè)計厚度δd=δ+C2=1.46+1=2.46(mm)查《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》表3-13可知，取鋼板負偏差C1=0.15mm（mm）圓整后取4mm厚的16MnR不銹鋼制作罐體。4.2.2、鍋底壁厚的計算（加熱夾套內(nèi)底）外夾套通入0.3MPa蒸汽，工作壓力為0.124MPa，即為0.154MPa，為了使鍋底傳熱效果更好，采用紫銅作為制作材料。在此采用外壓圓筒的工程設(shè)計方法來計算。本設(shè)計的鍋底選用橢圓型封頭，這樣能使液體形成自然循環(huán)，可節(jié)省攪拌功率的消耗，并便于清洗設(shè)備。（1）假設(shè)（mm）（mm）（mm）（2）用公式計算系數(shù)A查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》圖5—11得B=63，得B=52MPa（3）許用外壓應(yīng)力P(MPa)（4）比較 —計算壓力—許用外壓應(yīng)力從以上計算數(shù)據(jù)可以得=0.1243MPa，=0.215MPa則<,假設(shè)厚度符合要求，實際加工時=8mm4.2.3、夾套壁厚的計算（外鍋底）夾套外鍋底采用不銹鋼，則查表在常溫下的許用應(yīng)力為:安全系數(shù)，許用應(yīng)力，夾層與筒體間距取100mm查得=0.2mm，圓整后取厚度6mm則有效壁厚=4.2.4、錐形上封頭的壁厚計算（1）、錐形封頭的選用選用不銹鋼板16MnR，則在200℃的條件下，其許用應(yīng)力為、錐殼大端厚度的計算由于錐殼大端半頂角等于30°，所以可以按照無折邊錐型封頭設(shè)計。錐殼計算厚度：=1.51mm加上腐蝕2mm為3.51mm，為了方便制作4mm,滿足壓力要求。（3）、錐殼小端厚度的計算當錐殼小端半頂角小于45°時，可采用無折邊結(jié)構(gòu)，所以錐殼小端的厚度為=1.85mm加上腐蝕余量2mm，為3.85mm，為了方便制作，可取筒壁一樣厚4mm，滿足壓力要求。4.3、管徑計算4.3.1、升氣管的直徑計算根據(jù)經(jīng)驗值，升氣管的截面積為液體蒸發(fā)面積的～，即～式中：D—糊化鍋的直徑d—升氣管的直徑在本設(shè)計中，取，則（m），取整為0.63m。查《化工原理上》，取9mm，則d=612mm。驗證：0.023，在要求的～的范圍內(nèi)，則符合要求。4.3.2、物料進口管的直徑計算1、物料進入調(diào)漿罐的進口直徑成品大米的比重為1.73m3/t，成品麥芽粉比重為2.56m3/t而加入糊化鍋中的大米粉中3704kg，則：=3704÷1000×1.73+740.8×2.56÷1000=8.30（m3）所以總原料的體積為：8.30（m3）假設(shè)20min下完料，則：（m3/s）設(shè)下料速度為1m/s,則，即：（m）而物料進口管徑：d=2r=2×0.0469=0.0938m=93.8mm，圓整為94mm。查《化工原理上》，取mm，則d=94mm。2、進水管直徑由前的計算可知進水量為20001.6kg，加水時間設(shè)為20min，自來水流速為1.0～1.5m/s，而在本設(shè)計中取u=1m/s，=988.1kg/m3(加熱水溫度為50℃比熱）。則：（m3）則：（m3/s）而（m)取整為146mm，查《化工原理上》，取6.5mm，則d=146mm驗證：（m/s）u在1.0～1.5m/s范圍內(nèi)，則符合要求。3、漿液進入糊化鍋的直徑已知：（m3）設(shè)從調(diào)漿罐輸送漿液到糊化鍋中的時間約為20min，則其體積流量u取1.0m/s，則：（m3/s）則：查表取DN=157mm，mm的管徑。4.3.3、糊化醪出口的直徑計算糊化醪液在第一次煮沸的過程中蒸發(fā)的水分量為814.88kg，則剩余的糊化醪液量為：G=24446.4-814.88=23631.52(kg)而干物質(zhì)的量為：==16.58%查表用內(nèi)查法求的其密度為1.068t/m3，則：=22.13（m3）同理，u=1m/s輸送完的時間為20min，則：（m3/s）（m）則選取的出口管DN=154,由于選取管徑與標準法蘭相適應(yīng)，則出口管選用mm的無縫鋼管。4.3.4、蒸汽進口管的直徑計算式中：D—糊化一次耗用的最大蒸汽量（kg）—第一次糊化醪煮沸的熱量(kJ），取7.706×106kJI—使用表壓為0.3Mpa的飽和蒸汽壓（kJ/kg），取I=2725.3kJ/kgi—為相應(yīng)的冷凝水的焓（kJ/kg），取i=561.47kJ/kg—為蒸汽的熱效率，這里取=95%把以上各數(shù)據(jù)帶入公式，則可得：（kg）又因為在0.3Mpa下的蒸汽壓，查《化工原理》（上）得其密度為kg/m3，從熱量衡算的工藝來看，在糊化過程中，糊化醪第一次煮沸耗用的蒸汽最大，設(shè)其煮沸時間為40min，單位時間通入的蒸汽量為，則：（kg/s）故：（m3/s）查的飽和蒸汽流速u=20～60m/s，在本設(shè)計中取u=60m/s設(shè)糊化鍋底部有4個對稱的蒸汽進口管，則：，帶入數(shù)據(jù)可得4×3.14××60÷4=0.947解得：D=0.0707（m），取整為71mm，查表取mm，則d=71mm驗證：（m/s）由上可知，驗證的u在要求的范圍內(nèi)，則符合要求。4.3.5、蒸汽冷凝水出口管的直徑計算0.95×3748.7=3561.23（kg）在0.3Mpa絕對壓強下kg/m3，所以：（m3）設(shè)排出冷凝水的時間為10min，則：（m3/s）再設(shè)排出管有對稱的4個，取u=1m/s,則代入數(shù)據(jù)得：查表取得DN=46,mm4.3.6、不凝性氣體出口管的直徑計算根據(jù)經(jīng)驗值，設(shè)不凝氣為蒸汽的5%，則其不凝氣管計算如下：（m3/s）查表可知其流速為u=20～40m/s,取u=30m/s，設(shè)有兩個不凝氣出口，則其直徑為：（m）取整為D=32mm，查表取得mm驗證：（m/s）則流速在要求的范圍內(nèi)，符合要求。4.3.7、排污管的直徑計算根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，設(shè)排污水為蒸發(fā)水量的20%；已知麥汁煮沸過程中兩次蒸發(fā)水量：G=814.88+12751.41=13566.29（kg）則排污水的質(zhì)量為：（kg）設(shè)水的流速為1m/s，排污水的時間為5min，而且有兩個對稱的排污水管，則代入數(shù)據(jù)可得：（m3）故（m3/s）而帶入數(shù)據(jù)可得：2×0.25×3.14×=0.0097解得：d=0.0786m，即D=79mm,查《化工原理上》，取mm糊化鍋接管管子名稱直徑（mm）材料升氣管9mm不銹鋼進料管mm不銹鋼出料管mm不銹鋼蒸汽進管mm不銹鋼冷凝水出管mm不銹鋼不凝氣管mm不銹鋼排污管mm不銹鋼4.4、鍋的體重計算已知糊化醪液的重為24446.4kg，不銹鋼的密度為7900kg/m3，銅的密度為8800kg/m3，夾套厚度為6mm,鍋底厚度是10mm，筒體厚度時4mm，上封頭鍋蓋厚4mm，氣升筒的厚度9mm，高設(shè)為4000mm，則可以計算出鍋的總重為：4.5、支座的選擇4.5.1、每個支座需要承擔(dān)的負荷Q鍋體重量：G鍋=5968.66kg在計算支座承擔(dān)的負荷時，還要考慮到糊化鍋附屬設(shè)備的質(zhì)量，這里按照糊化鍋體重的一定比例來計算，設(shè)比例系數(shù)為0.15，則附屬設(shè)備的重量為：G附=5968.66×0.15=895.299（kg）糊化醪液量：G醪=24446.4kg,則總重量為：G總=G鍋+G附+G醪=31310.359（kg）設(shè)有4個支座，則每個支座需要承擔(dān)的負荷為：Q=G總×g/4=76.71(kN)4.5.2、支座的選擇我國標準耳式支座（JB/T4725-1992）有A型和B型兩種結(jié)構(gòu),B型耳式支座有較容易的安裝尺寸，當設(shè)備外設(shè)保溫層或?qū)⒃O(shè)備直接放置在樓板上時，采用B型耳式支座較適宜。（如下圖）查表可知，設(shè)備的公稱直徑為4000的B型耳式支座結(jié)構(gòu)尺寸如下8表所示：支座允許載荷KN公稱直徑(mm)尺寸(mm)Hl1b1S1l2dδb225040006004803601455103618380B型耳式支座結(jié)構(gòu)尺寸4.6、加熱面積的計算1、蒸汽在垂直壁上冷凝時，冷凝液靠重力作用向下流動，假設(shè)冷凝液為層流流動，加熱量以導(dǎo)熱的方式穿過液膜傳向壁面，則給熱系數(shù)的大小取決于冷凝液膜的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)。根據(jù)理論推導(dǎo)，得垂直壁上的傳熱系數(shù)為:式中：—垂直壁上蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)，W/m2.K；—冷凝液的密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s3；—冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m2.K；—冷凝液的粘度，Pa.s；—蒸汽的冷凝潛熱，kJ/kg；—蒸汽的溫度，℃；—被加熱汽壁的溫度，℃；L—長度，即為糊化鍋蒸汽夾套的高度，m其中，、、取冷凝液的平均溫度之值，取時的值，則冷凝液的平均溫度為：由《化工原理上》得0.3MPa絕對壓強下的蒸汽溫度為133.3℃，設(shè)糊化鍋的壁溫為110℃，則：×（133.3+110）=121.65（℃）在121.65℃下，水的物理常數(shù)為：=943.1kg/m3；=0.6862W/m2.K；=23.73×Pa.s在133.33℃時，=2438.4kJ/kg蒸汽夾