年产20000吨12度淡色啤酒厂糖化锅设计12.doc

生物工程设备 课程设计说明书 题目 20000t a 啤酒糖化锅的设计 年产年产 2000020000 吨吨 1212 度淡色啤酒厂糖化锅设计度淡色啤酒厂糖化锅设计 第 1 页 共 12 页 摘要摘要 啤酒是以麦芽糖为主原料 添加酒花 经酵母发酵酿制而成的 是一种含二氧化碳 起泡 低酒精度的饮料酒 啤酒糖化锅的用途是把已降温至 60 62 摄氏度的糊化醪与糖化 醪或曲乳液混合 在温度为 60 度下维持 30 50min 保持流动性 使淀粉在酶的作用下变 成可发酵性糖 本次设计项目是对年产 20000 吨啤酒工厂糖化锅 以及其工艺流程进行设 计研究且 12 度淡色啤酒是由 70 的大麦芽和 30 的大米酿制而成的 每日的糖化醪量为 80M3 其设计的主要内容包括糖化锅的选型 如选用圆柱形锅身 球形加热底 37M3及填 充系数为 70 对糖化锅的体积及基本尺寸 糖化锅的加热面积进行计算 糖化锅搅拌器 的设计 接管的设计以及锅体结构的设计 且中附有一张设备流程图 并详细编写数据说 明书 关键字 啤酒 糖化锅 设计 流程 说 目录 1 1 前言前言 1 1 1 设计目的意义 1 1 2 技术背景 1 2 2 基本工艺条件基本工艺条件 2 2 1 生产规模 2 2 2 物料参数 2 2 2 1 麦芽糖化力与辅料比 2 2 2 2 麦汁中 a AN 量与啤酒中双乙酰含量关系 2 2 2 3 混合后的麦芽质量限定要求 2 2 2 4 溶解过度麦芽与溶解不良麦芽混配比取 3 2 2 2 2 5 溶解良好的麦芽与溶解不良好麦芽混配比取 3 1 2 2 2 6 糖化料水比的确定 2 3 3 设备设计计算及说明设备设计计算及说明 3 3 1 糖化锅总体积的确定 3 3 2 糖化锅基本尺寸的计算 3 3 3 糖化锅加热面积的计算 3 3 3 1 垂直壁上蒸汽冷凝的传热系数的计算 3 3 3 2 蒸汽夹套加热面至糊化料液的传热系数的计算 3 3 3 3 总传热系数 K 值的确定 4 3 3 4 对数平均温度差的计算 4 3 3 5 加热面积的计算 4 3 4 搅拌器的设计 5 3 4 1 雷诺准数的计算 5 3 4 2 功率准数的计算 5 3 4 3 搅拌器功率 5 3 4 4 电机相关选型 6 3 5 接管设计 6 3 5 1 糖化锅排醪管 6 3 5 2 糖化醪出口罐 7 3 6 锅体结构设计 7 3 6 1 设备材料的选择 7 3 6 2 工作压力 7 3 6 3 锅身壁厚的计算 7 3 6 4 锅底壁厚的计算 8 3 6 5 加热夹套设计 8 第 1 页 共 12 页 3 6 6 支座设计 9 3 6 6 1 锅体重量的计算 9 3 6 6 2 支座的选取 10 4 4 附录附录 4 1 根据所设计的尺寸和结构绘制糖化锅化工设备图 11 5 5 参考文献参考文献 12 第 0 页 共 12 页 1 1 前言前言 1 1 设计目的意义 1985年 我国是以白酒为主要酒类饮料 但由于白酒利用粮食作为原料 会大量消耗粮 食 而且随着人们对健康逐渐加以重视 必然减少饮用这类烈酒 而转向饮用啤酒 使啤 酒市场的发展迅速掘起 发展得相当迅速 鉴于竞争之激烈 啤酒的质量是奠定它在消费 者心目中的基础 故此 啤酒的质量必须保持稳定并需作出不断的改进 1 2 技术背景 糖化锅的设计包括工艺设计 传热和搅拌 和强度设计 强度和刚度 二部分 强度 设计一般 钢制压力容器 GB150 1998 或 钢铁焊接常压容器 JB735 1997 进行设计 传热和搅拌在满足糖化工艺要求前提下 尽可能降低能耗 对于糖化设备的大型化更具有 重要意义 现代糖化锅设计倾向于较低的蒸汽压力 这样可避免大温差带来的筒体内壁面 结垢 结垢既影响糖化质量 又造成传热阻力增大而引起能耗增加 因此开发大型的现代 化糖化设备 必须同时考虑传热和搅拌系统的设计 1 2 1 糖化设备的组合方式和设备的特点 作用 1 二器组合 常见于小型啤酒厂 由一只糖化过滤槽和一只糊化煮沸锅构成一套单式糖化 系统 每天可糖化2 次左右 该套组合的特点是 一锅二用 投资少 设备利用率高 生 产效率较低 2 四器组合 常见于中型啤酒厂 由糊化锅 糖化锅 过滤槽和煮沸锅4 只专用设备构成一套复式糖化 系统 每天可糖化4 次左右 该套组合的特点是设备分工明确 利用率极不均衡 3 五器组合 常见于中型啤酒厂的技术改造中 在四器组合的基础上 增加一只暂贮罐 用于暂贮过滤 后的麦汁 以此缩短等待煮沸锅的时间 提高整个系统的生产效率 使每天的糖化能力增 加到6 次 4 六器组合 常见于大型啤酒厂 随着发酵工艺技术的不断发展 对糖化工艺的要求也越来越高 在单 批产量一定的前提下 须实现尽可能多的日糖化批次 才能满足发酵工艺技术要求 因此 在四器组合的基础上 再添一只过滤槽和一只煮沸锅就构成了一套六器组合的双元糖化系 统 每天可糖化8 次左右 该套组合的特点是糊化锅与糖化锅的利用率已达到极限 5 新四器组合 这是笔者在实践中对某厂原二器组合糖化系统进行技术改造中尝试过的一种全新的组合方 式 在原有糖化过滤槽和糊化煮沸锅 改造后分别作过滤槽和糊化锅 的基础上 新增2 只性能结构完全相同的糖化煮沸锅 使用中分别交替作糖化锅和煮沸锅 共同构成一套四 第 1 页 共 12 页 器组合的双元糖化系统 每天可糖化5 次以上 该套组合的特点是设备的平均利用率较高 2 基本工艺条件 2 1 生产规模 年产量为 20000T 的生产属于中小规模 在生产旺季每一天的糖化次数 按 5 次进行 在生产淡季每一天的糖化次数按 2 次进行 2 2 物料参数 2 2 1 麦芽糖化力与辅料比 麦芽糖化力与辅料比 麦芽糖化力 wk 辅料比 20035 38 25038 42 250 库值 40 42 45 通常情况下每公斤混合原料应含有 1500 200wk 糖化力 中等发酵糖化力 1500wk 高发酵糖化力 2000wk 2 2 2 麦汁中 a AN 量与啤酒中双乙酰含量关系 麦汁中 a AN 量与啤酒中双乙酰含量关系 a AN mg L 143 5150 1157161 8166173176183 3182 VDK mg L 0 390 310 250 240 240 150 130 120 11 麦汁中 a AN 含量 每度麦汁平均氨含量控制在 15mg L 从而可以判定 13 度 P 麦汁氨基氮含量 195mg L 12 度 P 麦汁氨基氮含量 180mg L 11 度 P 麦汁氨基氮含量 165mg L 10 度 P 麦汁氨基氮含量 150mg L 为了安全起见 生产中可以增加 5 10 氨基氨 以保证酵母正常发酵 2 2 3 混合后的麦芽质量限定要求 麦芽汁质量限定值 特征值最佳范围极限范围 库尔巴哈值 38 4030 33 哈同值 35 32 总氨 干 9 128 14 a AN mg L 140 100 糖化力 wk 200 150 2 2 4 溶解过度麦芽与溶解不良麦芽混配比取 3 2 2 2 5 溶解良好的麦芽与溶解不良好麦芽混配比取 3 1 第 2 页 共 12 页 2 2 6 糖化料水比的确定 糖化料水比决定了糖化醪浓度 从而影响到酶活性 麦汁收得率及其麦汁组成成分 就淡色啤酒而言 料水比控制在 1 4 5 第一麦汁度不超过 16 为宜 3 设备设计计算及说明 3 1 糖化锅总体积的确定 根据所给条件得 所选的糖化锅为圆柱形锅身 球形加热底 且 V 50M3 3 2 糖化锅基本尺寸的计算 采用圆柱形锅身 直径 D 是柱高 H 的 2 倍 锅底为半球形 锅底高位 D 4 则 V 2 1 4 D 3 4 H 4 D 3 2 得 D 4 90m H 2 45m h 1 23 取 D 4900mm H 2450mm h 1230mm 升气管 H D 2450mm 糖化锅升气管的直径为 d 根据工艺要求 2 1 30 1 2 2 D d 50 1 取升气管面积为料液面积的 1 40 设升气管直径为 d 则 22 D 440 1 d 4 得 d 0 775m 取整 d 775mm 校核 V有效 D2 H 4 46 20 M3 50M3 3 3 糖化锅加热面积的计算 3 3 1 垂直壁上蒸汽冷凝的传热系数的计算 6953 6938 2 1 CmW 第 3 页 共 12 页 3 3 2 蒸汽夹套加热面至糊化料液的传热系数的计算 3 3 3 总传热系数 K 值的确定 3 3 4 对数平均温度差的计算 TF 主发酵时的发酵温度 T1 T2 分别为冷却水进出口温度 Tm 7 2 3 3 5 加热面积的计算 12 1 2 ln FF m F F TTTT T TT TT 第 4 页 共 12 页 Q 1 85 10 12 F 68121964 15 3 4 搅拌器的设计 搅拌器设计采用近似折叶桨式搅拌器 根据设计要求 7 0 0 D D 0 04 0 D B D 搅拌器直径 D0 糖化锅直径 B 搅拌桨叶宽度 则 D 0 7D0 3430mm B 0 04D0 196mm 3 4 1 雷诺准数的计算 Re nD 2 nD 2 D 搅拌器搅拌叶直径 醪液容重 n 搅拌器转速 液体绝对粘度 醪液密度 取 2 厘泊 0 002kg m s 本设计搅拌器转速取 n 30r min 0 5r s 查 啤酒工业手册 下 P423 1068kg m3 则 Re 2575294 3 4 2 功率准数的计算 Np 2 1 35 0 0 66 0 3 66 0 3 sin Re2 310 Re2 110 Re 0 D B p D H B A 式中 A B p 均可查 啤酒工业手册 下图得到 其中 搅拌叶与旋转平面所成的角度 本设计为 60 H 为锅内液面高度 H 21 31 4 3 14 4 43 2 1 4 查图得 A 21 5 B 0 41 p 1 则将数据代入公式得 Np 0 095 第 5 页 共 12 页 3 4 3 搅拌器功率 N需 1 7KW 53 102 Dn g Np 电机功 N电 8 13 KW 总 需 5 0 1 NK K 中 K 1 2 1 4 取 1 2 K1 1 1 1 3 取 1 3 总 0 4 若取 K 1 4 则 N电 9 49 KW 所以 本设计采用 10KW 电机 3 4 4 电机相关选型 查 材料与零部件 中 P856 选用 JO2系列小型鼠笼型电动机 电机 型号 额定数据 容量 KW 额定 电压 V 电流 A 转速 r min 功率 因数 功率 启动 电流 额定 电流 启动 转矩 额定 起矩 最大 转矩 额定 转矩 重量 kg JO2 71 6 1038034 89700 8488 56 51 41 8236 电机选用轴承 查 材料与零部件 中 P854 机座号 非轴伸端 1000r min 71 311 轴承选型 材料与零部件 中 P389 轴承型号 d D b r d1 D1 a k r 重量 kg 311 55 120 29 3 65 110 5 6 2 1 37 减速器选用卧式蜗轮减速器 查 材料与零部件 下 P612 查表 4 24 100 选用 P H 180 型 减速器 重量 182kg 联轴器查 材料与零部件 中 P567 选用联轴器型号为 SB1101 24 65 4 3 5 接管设计 3 5 1 糖化锅排醪管 第 6 页 共 12 页 查 化工原理 上可知 水及低粘度液体的流速范围为 1 5 3 0m s 则取醪液流 速为 2m s 工艺设计放醪时间 10min 糖化醪有效体积为 34 05 M3 则 D2 4 2m s 600s 34 05 D 0 19m 190mm s 4 5mm L 150mm 3 5 2 糖化醪出口罐 至糊化锅的醪液量为 V 80 M3 取醪液密度为 1068Kg M3 醪液流速为 u 2 0m s 工艺设计出醪的时间为 90min D2 4 2m s 5400s 80 M3 D 0 0971 取整 D 97mm s 4 5mm L 150mm 3 6 锅体结构设计 3 6 1 设备材料的选择 糖化锅锅身采用不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti 锅底采用紫铜板 锅低夹套采用不锈钢 1Cr18Ni9Ti 3 6 2 工作压力 锅内最高工作压力 P最高 P0 gh h 锅内液面高度 P最高工作 1 01 105 1068 9 81 1 4 1 16 105 3 6 3 锅身壁厚的计算 锅身采用不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti 查 化工设备机械基础 P299附表 5 b 520MP s 206MP 查 化工设备机械基础 P91 得钢材的安全系数 b 3 0 s 1 5 则 t b b 173MP s s 137MP 取二者中较小者 所以 t 137MP 查 化工设备机械基础 P92 焊接接头系数 0 8 则 Se PcD 2 t P 2 21mm 则 Sn Se C1 C2 2 46mm C1 0 25 C2 0 查 化工设备机械基础 P95 圆整取 Sn 12mm 水压实验 第 7 页 共 12 页 T 1 25 0 121 1 3870 2 46 2 2 21 132 51MP Se SeDiPT 2 0 9 s 0 9 0 8 206 148 32MP 132 51MP 满足设计强度要求 锥形封头采用与锅身同一规格设计 3 6 4 锅底壁厚的计算 查 化工设备机械基础 P8 紫铜的导热系数 384 95 弹性模量 E 1 12 105 夹套中通入的蒸汽压力为 0 3MP 而锅内最高工作压力为 0 121MP 所以计算锅底厚度采 用外压容器壁厚计算方法计算 设锅底厚度为 20mm 夹套蒸汽 P 0 3MP Pc 1 1P 0 33MP 锅底外半径 R0 Di Se 3780 2 20 1910mm 2 1 A 0 125 1910 20 0 00131 Se R0 125 0 B 2 3 1 12 105 0 00131 97 8MP P 97 8 3 78 0 02 0 517MP P 0 3MP 且十分接近 P 所以取 Se 20mm 则 Sn Se C 20mm C 0 3 6 5 加热夹套设计 夹套采用的是和锅身一样的不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti S 1 4 0 C Pc PcD t 4430 0 3 4 137 0 8 0 3 0 25 2 84 取 C1 0 25 第 8 页 共 12 页 Sn S C 2 87 1 3 87mm 在材料加工是取夹套厚度为 10mm 3 6 6 支座设计 3 6 6 1 锅体重量的计算 锅体重量分为 升汽筒 锥形封头 锅身 锅底 夹套的重量的总和 升汽筒重量的计算 升汽筒式一个不锈钢圆筒 选用厚度 8mm 长度 13 70m 直径为 700mm V 3 14 0 708 2 2 0 7 2 2 13 7 0 12m3 查 化工设备设计基础 P291 材料密度为 7900kg m3 m1 0 12 7900 948kg 锥形封头重量的计算 锥形封头是采用的 120 锥形 高为 1 27m 直径为 4 43m 厚度取与锅身一样的 12mm 近似算作圆锥的体积 则 V 3 14 4 442 2 2 4 43 2 2 1 27 0 03m3 3 1 m2 0 03 7900 238 5kg 锅身重量的计算 锅身是圆筒形 厚 12mm 高 1 89m 直径 4 43m V 3 14 4 442 2 2 4 43 2 2 1 89 0 135m3 m3 0 135 7900 1065 0kg 锅底重量的计算 锅底采用略带锥形的平底 采用紫铜作材料 厚度 20m 直径 4 43m 近似看作平底 计算 查 化工设备机械基础 P8 得紫铜的密度为 8900kg m3 V 3 14 4 43 2 2 0 02 0 308m3 m4 0 308 8900 2741