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酒类工艺学课程设计酒类工艺学课程设计任务书设计题目：年产6万吨10P全麦啤酒糖化车间-煮沸锅工艺设计学生姓名： 李小亮 班级学号： 14 指导教师： 彭欣莉 白宝兰 教研室主任： 院负责人： 吉林工程技术师范学院食品工程学院2011年 12 月 1 日目 录第一章 总 论11.1文献综述11.1.1啤酒厂现状11.1.2设计任务的意义21.2 设计依据、经济技术指标21.2.1 设计指导思想21.3 原料等物料的选择标准21.3.1原料的选择21.4 车间布置及工艺标准31.4.1 车间布置原则31.4.2 工艺标准31.4.3 设备选择3第二章 10全麦啤酒糖化车间工艺42.1 全厂工艺的选择及论证42.1.1全厂工艺流程42.1.2设备流程42.3 发酵工艺及设备的选择及论证42.3.1工艺流程的说明42.3.2发酵工艺52.3.3发酵工艺参数的确定5第三章 工艺计算73.1 物料平衡计算73.1.1糖化车间工艺流程73.1.2 热量衡算83.1.3 第一次米醪煮沸耗热量93.2 煮沸过程蒸汽带出的热量103.2.1 热损失103.2.2 米醪煮沸耗热总量103.2.3至68的耗热量103.2.4 洗糟水耗热量Q4113.2.5 麦汁煮沸过程耗热量113.3 主要设备设计选型及论证123.3.1 麦芽暂贮箱123.3.2 麦芽粉贮箱133.4 煮沸锅133.4.1 圆柱筒体的厚度计算143.4.2 锅体下封头的选择与厚度计算153.5 锅体上封头的选择与计算163.5.1 换热器的面积163.5.2 换热器蒸汽进管的计算163.5.3 麦汁排醪管径计算173.5.4 麦汁倒醪入口管径计算173.5.5 锅重及支座选型173.6 升气管183.6.1 人孔以及视镜18第四章 总 结19参考文献2021酒类工艺学课程设计第一章 总 论1.1文献综述1.1.1啤酒厂现状综观仅有百年历史的中国啤酒工业，可以发现在改革开放以后涌现出了一大批具有品牌、技术、装备、管理等综合优势的优秀企业，如“青啤”、“燕京”、“华润”、“哈啤”、“珠江”、“重啤”、“惠泉”、“金星”等国际和国内的知名企业。由于啤酒的运输、保鲜等行业特点，加之地方保护主义作崇，使中国啤酒工业形成了诸侯割据、各自为政的春秋战国局面。纵然中国啤酒产量已突破2500万吨，位居世界第一；纵然已有四家中国啤酒集团的年产量超过100万吨，但与国际啤酒大国及啤酒发达国家相比，在集团化、规模化、质量、效益、品牌等方面我们均还比较落后。虽然“青啤”、“华润”、 “燕京”等已开始踏上集团化、规模化道路，但在质量、效益等方面与国际品牌尚有一定差距。 1.我国啤酒厂的企业规模普遍偏小，经济效益十分不理想。不合理企业规模偏多，达不到啤酒生产应有的经济规模。通过对国内外技术经济指标的数据分析得出，年产10万吨以上规模的啤酒厂才会有较好的技术效益。我国现有啤酒生产厂500多家，按2001年啤酒产量2273.8万吨计算，平均单厂产量约5.3万吨。而目前，我国还有200余家年产3万吨以下的小型啤酒厂和若干中型啤酒厂，由于这类啤酒厂的规模太小，投资低，装备水平较为落后，再加上管理不善、产品质量不稳定，这类企业大多处于被淘汰的边缘。 2.技术经济指标同世界先进技术相比，还存在一定差距。在防止跑、冒、滴、漏、废水再循环使用、煮沸二次蒸汽的回收、热能回收、改蒸汽发生炉为高压热水炉、全厂计算机控制等方面与世界啤酒发达国家相比均具有较大的差距，对技术经济指标必然要产生一定影响。虽然我国引进了不少先进设备，学习了不少国外的管理技术，为提高技术经济指标创造了一定条件，但由于管理体制、管理水平、人员素质等各方面的原因，还未能有效提高技术经济指标。 3.机械装备水平不高。一些啤酒生产企业由于建厂时条件所限，设备陈旧、老化，生产能力不足，自动化程度不高，工艺落后。又由于缺乏资金，不能添置新的仪器与设备，更无法进行扩建。啤酒行业又不属于国家的基本建设范畴，因而得不到政策上的支持，多数啤酒企业只能依靠自身的力量和地方政府的支援筹集资金改变现状。所以发展较慢，与先进的啤酒生产企业相比，尚有较大的差距。科研水平不高。随着啤酒工业的发展，我国啤酒生产技术水平显著提高，国内大多数啤酒生产企业都能掌握和应用，但是研究水平和技术储备水平较低，新的超前课题很少，这同科研经费短缺和国家安排科研项目投入计划有关，而企业在这方面的投入也非常少，因而严重影响了高水平较长远课题的研究工作。这一现象虽说是符合我国啤酒生产发展的特定时期，但对啤酒的稳定与良性发展不利。1.1.2设计任务的意义目前,世界上啤酒市场的竞争日益激烈,广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的重要也越来越高,相应的新产品也层出不穷。因而，很有必要将这方面的设计加以科学的总结和分析以推动啤酒产品多样化在广度和深度上的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入千家万户。所以设计新的，大型的啤酒厂，增加产量，就满足人们将来物质生活需求。所以设计啤酒厂是有意义有必要的。1.2 设计依据、经济技术指标本次设计查阅了我院图书馆中关于啤酒厂设计方面的部分资料，还采用了一些来自于工厂实际生产中的技术参数。主要进行了全厂工艺参数的选择及简单的论证，全厂的工艺计算，糖化车间相关设备的计算校核与选型，以及车间的布置。这些资料中的设计参数大部分都是目前生产中仍然在沿用的，但也有一些内容已经被更先进的技术所取代，而且现在的行业技术更新、进步是很快的。厂址选择的正确与否，不仅关系到建厂过程中能否以最省的投资费用按质、按量、按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产、技术管理和发展远景都有着很大的影响，并同国家地区的工业布局和城市规划有着密切的关系。1.2.1 设计指导思想本设计在确定工艺流程和选择设备时，在工艺上力求其合理性和先进性，在设备上尽量采用先进的生产设备，做到技术上先进，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率。尽量采用已成熟的生产技术和设备，使建厂后即能顺利投产，并能达到设计能力。经济上合理，因地制宜，管理方便，合理降低能耗，保护环境。生产出能满足人们口味的优质啤酒，达到投资少，见效快的效果。1.3 原料等物料的选择标准1.3.1原料的选择酿造啤酒所需原料的质量直接影响所生产的啤酒质量、啤酒酿造所需的原料主要是大麦、酒花和酵母。1.大麦100%大麦大麦是啤酒生产中最重要的原料，他发芽不仅含有较高的淀粉，同时也为糖化生产提供了各种丰富的酶系和含氮物质。对于其选用要经过质量判断，达标后才能选用，质量判断包括：感官判断，物理分析，化学分析，生理检验。2.酒花酒花是啤酒生产重要的原料，它赋予啤酒以纯正的苦味和啤酒香气，同时它还具有一定的防腐和澄清麦汁的能力。对其选用需要通过质量评价，达标后才能选用。质量包括：酒花的感官，酒花的化学鉴定，压缩酒花技术要求。3酵母酵母是单细胞微生物，在麦汁中起着物质转化作用。再有氧情况下将发酵糖转化为水和二氧化碳，再无氧情况下将发酵糖转化为乙醇和二氧化碳，酵母的选用要根据实际情况，从以下几点出发选用优质酵母。1.4 车间布置及工艺标准1.4.1 车间布置原则在确定工艺流程和选择设备时，在工艺上力求其合理性和先进性，在设备上尽量采用先进的生产设备，做到技术上先进，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率。尽量采用已成熟的生产技术和设备，使建厂后即能顺利投产，并能达到设计能力。经济上合理，因地制宜，管理方便，合理降低能耗，保护环境。生产出能满足人们口味的优质啤酒，达到投资少，见效快的效果。1.4.2 工艺标准保证产品符合国家标准；尽量采用成熟的，先进的技术和设备；选择生产方法主要依据原料来源，种类和性质。1.4.3 设备选择根据工艺设计，糖化车间采用一个糖化锅、一个过滤槽、一个麦汁暂贮罐、一个煮沸锅、一个回旋沉淀槽的主体设备设计。第二章 10全麦啤酒糖化车间工艺2.1 全厂工艺的选择及论证本设计用双醪浸出糖化法2.1.1全厂工艺流程麦芽筛选粉碎糖化过滤煮沸回旋沉淀冷却充氧发酵过滤清酒灌装2.1.2设备流程麦芽麦芽粉碎机糖化锅过滤槽煮沸锅回旋沉淀槽 暂 存 槽 薄板换热器 成品啤酒装酒机清酒罐 硅藻土过滤机 发酵罐 2.3 发酵工艺及设备的选择及论证2.3.1工艺流程的说明1.麦汁的冷却过程：采用薄板冷却器。冷却介质为2C的冷水，经换热后麦汁的温度为8C，热麦汁进口温度为8C，水出口温度为80C，冷却时间为1小时。此流程的优点如下：（1） 有效解决啤酒生产中生产用水的问题。经过一段冷却后的本身被加热到80C左右;（2） 可以做为糖化和洗涤用水;（3） 冷却面积大;（4） 降低能耗。操作简单。2.麦汁充氧：麦汁冷却到发酵接种温度后，接触氧，此时氧反应微弱，氧在麦汁中成溶解状态，它是酵母前期发酵繁殖所必须的。它可使酵母自身的数量增殖（560）107个/mL，保证发酵顺利进行。通入无菌空气，使麦汁含氧量达到8mg/L麦汁。3.麦汁的发酵：采用圆筒锥底发酵罐，它同传统发酵罐比有以下优点：（1）加速发酵 由于发酵基质（麦汁）和酵母对流获得强化，可加速发酵（2）厂房投资节省 发酵和贮酒可以大部分或全部分在户外，而且罐数、罐总容积减少，厂房投资节省（3）冷耗节省 冷却是直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质再强制循环下，传热系数高，比传统发酵节省40-50%的冷耗（4）发酵罐清洗、消毒 依赖CIP自动化清洗消毒，工艺卫生易得到保证4.麦汁的过滤 ： 采用硅藻土过滤机。通过不断的添加助滤剂，使过滤性能得到更新，补充，具有过滤性强，对过滤很浑浊的酒比棉饼过滤省气、省水、省工的特点。2.3.2发酵工艺1.麦汁进罐温度，第一锅8.5C，第二锅是8C，第三锅是8C，满锅温度8C。2.冷却的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵，接种量为0.60.8%，接种后细胞浓度为（153）106个/L。3.麦汁（五锅）在20小时必须满罐。4.满罐8C，开始敞口自然发酵，维持8C 24小时，排冷凝物及死酵母。5.进冷控制升温，使温度在24小时升至9.59C，恒温发酵24小时，然后生温，在24小时升至11C。6.当糖度降至5.55.8BX时封罐保压，11C恒温35天，进行双乙酰还原。7.当双乙酰降至0.15mg/L以下时，以0.33C/h速度在12h降至6C，然后0.25C/h速度在12h降至5C，恒温发酵24h，排第一次酵母35min.8.以0.33C/h速度降温至-1C(24h)，恒温24h，排第二次酵母35min .9.罐压保持在0.150.2Mpa，如果压力不够，可通入其它罐旺盛时排出的，使其达到要求，出酒前排第三次酵母。2.3.3发酵工艺参数的确定1.进罐方法以前采用冷却麦汁混合酵母后分批进入繁殖罐，使酵母克服滞缓期，进入对数生长期再泵入C.C.T。而现在采用直接进罐法。即冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵。操作方便，控制容易。2.接种量和起酵温度麦汁直接进罐法，为了缩短发酵时间，大多采用较高接种量，0.60.8，接种后细胞浓度为（153）106个/ml,麦汁是分批进入C.C.T，为了减少VDK前驱位置，-乙酰乳酸的生成量，要求满罐时间在1218h之内。麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度23，目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。3.主发酵温度大罐发酵就国内采用的酵母菌株而言，多采用低温发酵（89）和中温发酵（1012），低温发酵适用于11度麦汁浓度。中温发酵适用于新菌株，酿造淡爽啤酒，而本设计恰好为10度淡爽啤酒，故选用中温发酵。4.VDK还原大罐发酵中，后发酵一般称做”VDK”还原阶段。VDK还原初期一般均不排放酵母，就是发酵全部酵母参与VDK还原，这样可缩短还原时间。5.冷却、降温VDK还原阶段的终点，是根据成品啤酒应控制的含量而定，现代优质啤酒要求VDK0.1mg/L才称还原阶段结束，可降温。再降温、排酵母、贮酒中，VDK有少量下降，则可达到要求。本设计采用C.C.T冷却夹套对啤酒降温，有效的起到了还原，使酵母凝聚和絮凝沉淀的效果。6.罐压控制再传统式发酵中，主发酵是在无罐压或微压下进行的。发酵中是酵母的毒物，会抑制酵母繁殖和发酵速率。本设计选用的C.C.T发酵，主发酵阶段均采用微压（0.01MP0.02MP），主发酵后期才封罐逐步升高，还原阶段才12d才升至最高制，这样一来有效的提高了酵母繁殖和发酵速率。综上所述，本设计选用的圆筒锥底发酵罐大大优越于传统发酵罐。第三章 工艺计算3.1 物料平衡计算6万吨/年啤酒厂糖化车间的物料平衡计算，啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目包括原料（麦芽）和酒花用量热麦汁和冷麦汁计量，废渣量等。1产品规格：年产6万吨10P全麦啤酒2工作制度：全年生产天数330天3物料衡算基本数据定额指标损失率原料总量98.5%冷却损失3.5%麦芽水分6%发酵损失1.5%无水麦芽浸出率75%过滤损失1.0%总损失率7.0%装瓶损失1.0%3.1.1糖化车间工艺流程麦芽粉碎糊化过滤水、蒸汽麦糟糖化回旋沉淀槽麦汁煮沸锅酒花糟酒花渣分离器热冷凝固物薄板冷却器冷凝固物3.1.2 热量衡算糊化锅麦芽： 979kg50、20min糖化锅麦芽粉97935、30min自来水，20回旋沉淀槽煮沸 30min料水比 1：4.5热水 5070、20min煮沸锅T（）55、50min68、60min78、10min糖化结束过滤麦汁酒花麦糟薄板冷却器酒花槽热凝固物冷凝固物15min发酵冷麦汁15min冷却15min采用双醪浸出糖化方法，所制麦汁色泽浅，粘度低，味柔和，发酵度高。特别适合酿造浅色淡爽型啤酒.而且操作简单，糖化时间短，在3小时内即可完成。目前我国用辅料酿造淡色啤酒的厂家大多采用此法。酿制的啤酒，色泽淡黄，泡沫丰富，洁白细腻，挂杯持久，具有特殊风味。双醪浸出糖化法工艺如下：3.1.3 第一次米醪煮沸耗热量由糖化工艺流程图可知 (3-1)1.糊化锅内米醪由初温t0加热至100耗热 (3-2)2.计算米醪的比热容根据经验公式式中 w含水百分率绝对谷物比热容取C0=1.55kJ（kgK）kJ（kgK） = 2.723.米醪的初温t0，设原料的初温为18，而热水为50。t0= (3-3) kg由公式（3-3）中4见公式（3-2）式得kJ3.2 煮沸过程蒸汽带出的热量 设煮沸时间为30min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量 206.3kg kg式中 I煮沸温度（约为100）下水的汽化潜热kJ/kg3.2.1 热损失米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的15%，即 kJ3.2.2 米醪煮沸耗热总量 kJ3.2.3至68的耗热量按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为68，故混合前米醪先从100冷却到中间温度t。1.糖化锅中麦醪的初温已知麦芽粉初温为18，用50的热水配料，则麦醪温度 = =46.76 2.麦醪的比热容 = =3.62kJ（kgK）3.根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度。kgkgkJ/(kgK)；kg = =933.2.4 洗糟水耗热量Q4设洗糟水平均温度为80，每100kg原料用水450kg，则用水量kg kJ3.2.5 麦汁煮沸过程耗热量 （3-4）1.麦汁升温至煮沸点耗热量由表1-2糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到722kg，并设过滤完毕麦汁温度为78，则进入煮沸锅的麦汁量kg =3.85kJ（kgK） kJ2.煮沸过程蒸发耗热量煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分kgkJ3.热损失 kJ4.见公式（3-4）式可得出麦汁煮沸总耗热 kJ3.3 主要设备设计选型及论证3.3.1 麦芽暂贮箱（1）所需用量计算每次投料量G=4895 麦芽容量r=500kg/m 有效容积系数=0.8所需容积 m（2）结构 采用方形斜锥底，内衬白铁皮。定箱内尺寸 A=2500mm，a=500mm B=2000mm，b=500mm H=2800mm，h=700mm 总容积 =15.49m3.3.2 麦芽粉贮箱（1）所需容量计算每次投料量G=4895 麦芽粉比容C=2.560m/t 有效容积系数=0.7所需体积=17.902）结构 方形椎体内衬白铁皮。定箱尺寸 A=3000mm，a=400mm B=3000mm，b=400mm H=2800mm，h=1000mm总容积 =28.65m3.4 煮沸锅麦汁煮沸锅采用的是圆柱型的器身，椭圆型封头底和无折边锥形封头顶，顶角为60。采用列管式内加热器m3式中 1044麦汁密度kg/m3m3式中 f填充系数0.7设锅圆柱部分的直径为D，高为D/2，椭圆形封头底的高为D/4。m 则麦汁煮沸锅圆柱高2.215底的高为1.11m3.4.1 圆柱筒体的厚度计算设计数据 设计压力P=0.3Mpa，设计温度150，圆柱内径为5090mm，1mm，筒体材料，焊缝系数=1，在设计温度下材料许用应力=103Mpa，圆柱筒体的壁厚mm设计公式为。式中 P设计压力Mpa 圆筒内径mmt设计温度下圆筒材料的许用应力Mpa焊接接头系数或许用应力折减系数C2腐蚀裕量mm =8.42mm查钢板厚度常用规格及其负偏差表知，可知C1=0.8mm； 名义厚度取8.8mm；有效厚度8.8-（0.8+1）=7mm 其最大允许操作压力 = =0.29MPa P符合标准3.4.2 锅体下封头的选择与厚度计算 本麦汁煮沸锅下封头选用椭圆形封头。椭圆形封头的厚度计算式可以用半径为的半球形封头厚度乘以2倍形状系数K表示。 加上腐蚀裕量，其设计厚度式中 K系数K值，对于=2的标准椭圆形封头K=1.0P设计压力Mpa 圆筒内径mmt设计温度下圆筒材料的许用应力Mpa焊接接头系数或许用应力折减系数腐蚀裕量mm =8.42mm查钢板厚度常用规格及其负偏差表，知C1=0.8mm； 名义厚度取9.8mm； 有效厚度mm；其最大允许操作压力 = =0.3MPa 符合标准3.5 锅体上封头的选择与计算上封头选用无折边锥形封头。取=0.3Mpa，设计温度t=150，焊缝系数=1.0，选用在设计温度下其许用应力=103Mpa，锥壳下端内直径5090mm，锥壳半顶角=30，取腐蚀裕量=1mm。无折边锥形封头的设计壁厚的计算式：式中 半锥顶角，以度为单位=9.57mm查钢板厚度与负偏差表。可知C1=0.8mm； 名义厚度取10.8mm； 有效厚度mm； 锥体壳最大的薄膜应力应为大端处的环向应力式中 为锥形封头壁厚 =92.10Mpa因故锥壳无需进行局部加强。3.5.1 换热器的面积m23.5.2 换热器蒸汽进管的计算每秒蒸汽耗量kJ/s 采用两管进蒸汽 =1.65kg/m3 kg/sm3/s 蒸汽流速取 V=0.5m/sd=0.98m3.5.3 麦汁排醪管径计算设排醪时间为20min。在煮沸锅中的容积为32m3， 则流量m3/h 设流速V=1.5m/s d=0.186m 所以取排醪出口的直径为186mm。选取200mm3.5.4 麦汁倒醪入口管径计算设排