啤酒工厂工艺设计

题目名称年产10万吨啤酒工厂设计学生学院生物系专业班级姓名学号一、课程设计的内容.我们组的设计任务是：年产30万吨啤酒厂的设计。.依照设计任务，查阅有关资料、文件，收集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。.工艺计算：全厂的物料衡算；糖化车间的热量衡算（即蒸汽耗量的计算水用量的计算；发酵车间耗冷量计算。.糖化车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。.选择此中某一重点设备进行单体设备的详细化工计算与设计。二、课程设计的要求与数据1、生产规模：年产30万吨啤酒，全年生产300天。2、发酵周期：锥形发酵罐低温发酵24天。3、原料配比：麦芽75%，大米25%4、啤酒质量指标理化要求按我国啤酒质量标准GB4927—1991执行，卫生指标按—4789.28执行。12。啤酒理化指标外观透明度：清明透明，无明显悬浮物和积淀物浊度，EBCW泡沫形态：洁白细腻，长远挂杯泡持性SN180色度一香气和口味明显的酒花香气，口味纯正、爽口，酒体柔和，无异香、异酒精度％(m/m)N原麦汁浓度％(m/m)12土总酸mL/100mL^二氧化碳％(m/m)N双乙酰mg/LW三、课程设计应达成的工作依照以上设计内容，书写设计说明书。2.达成图纸：全厂(或车间)工艺流程图(初步设计阶段)，车间设备部署图(平面图和立面图)，全厂总平面部署图，重点单体设备装置图。四、课程设计进度安排序号设计各阶段内容地点起止日期1上午部署及讲解设计任务；下午查阅资料及有关文件教室12月29日2有关工艺设计计算宿舍12月30日至1月3日3争辩及装置图绘制宿舍1月3日至1月6日4撰写课程设计说明书宿舍1月7日至1月9日五、应收集的资料及主要参照文件金凤，安家彦.酿酒工艺与设备采用手册』匕京：化学工业初版社顾国贤.酿造酒工艺学.北京：中国轻工业初版社程殿林.啤酒生产技术.北京：化学工业初版社,2005俞俊堂，唐孝宣.生物工艺学.上海：华东理工大学初版社余龙江.发酵工程原理与技术应用.北京：化学工业初版社，2006徐清华.生物工程设备.北京：科学初版社，2004吴思方.发酵工厂工艺设计概论•北京：中国轻工业初版社黎润钟.发酵工厂设备.北京：中国轻工业初版社,2006梁世中.生物工程设备.北京：中国轻工业初版社陈洪章.生物过程工程与设备.北京：化学工业初版社,2004学生学院专业班级姓名学号轻工化工学院【糖化车间】学生学院专业班级姓名学号轻工化工学院啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦汁、大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。1、糖化车间工艺流程流程表示图如图1所示：水、蒸汽麦芽、大米-》粉碎一糊化一糖化一过滤一麦汁煮沸锅一I麦槽酒花渣分别器一回旋积淀槽一薄板冷却器一到发酵车间III酒花槽热凝固物冷凝固物图1啤酒厂糖化车间工艺流程示2、工艺技术指标及基本数据依照我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过据如表1所示。表1啤酒生产基础数据项目名称百分比(%)项目名称百分比(%)定额指标无水麦芽浸出率75原料配比麦芽75大米—25无水大米浸出率92啤酒损失率(对热麦汁)冷却损失3发酵损失1原料利用率过滤损失1麦芽水分6装瓶损失1大米水分13总损失6依照表1的基础数据，第一进行100kg原料生产12°浅色啤酒的物料计算，尔后进行1000L12。浅色啤酒的物料衡算，最后进行300000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。3、100kg原料(75%麦芽，25%大米)生产12。浅色啤酒的物料衡算(1)热麦汁计算依照表1可获取原料收得率分别为：麦芽收率为：0.75X(100-6)/100=70.5%大米收率为：0.92X(100-13)/100=80.04%混杂原料收得率为：(0.75XX80.04%)X98.5%=71.79%由上述可得100kg混杂料原料可制得的12。热麦汁量为：x100=598.3(kg)12查资料知12。麦汁在20°C时的相对密度为1.084，而100°C热麦汁比20C时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁(100C)体积为：X1.04=574(L)冷麦汁量为：574X(1-0.03)=556.8(L)发酵液量为：556.8X(1-0.01)=551.2(L)(4)过滤酒量为：551.2X(1-0.01)=545.7(L)(5)成品啤酒量为：545.7X(1-0.01)=540.2(L)

4、生产1000L12。浅色啤酒的物料衡算依照上述衡算结果知，100kg混杂原料可生产12°浅色成品啤酒540.2L，故可得以下结果：(1)生产1000L12。浅色啤酒需耗混杂原料量为：1000X100=185.1(kg)540.2(2)麦芽耗用量为：185.1X75%=138.8(kg)(3)大米耗用量为：185.1-138.8=46.3(kg)(4)酒花耗用量：目前国内苦味较淡的啤酒宽泛受欢迎特别是深受年轻人的喜爱。故为:因此7对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为

X1000X0.2%=2.13(kg)0.2%即每1000升热麦汁增加2kg，(5)热麦汁量为:574X1000=1063(L)(爱。故为:因此7对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为

X1000X0.2%=2.13(kg)0.2%即每1000升热麦汁增加2kg，(5)热麦汁量为:574X1000=1063(L)[(1-0.06)X(100-75)]/(100-80)X138.8=163.1(kg)湿大米糟量为：[(1-0.13)X(100-92)]/(100-80)X46.3=16.11(kg)故湿糖化糟量为：163.1+16.11=179・2(kg)(8)酒花糟量设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为:(1-0.4)/(1-0.8)X2.13=6.39(kg)5、生产300000t/a12。浅色啤酒糖化车间的物料衡算设生产旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数150X6+150X4=1500(次)，由此可算出每次投料量及其他项目的物料衡算。查12。浅色啤酒密度为，则每次糖化的啤酒量为：300000000:1500：1.012=197628L每次糖化的原料量为：X197628=36581(kg)麦芽量：36581X75%=27436(kg)大米量：36581-27436=9145(kg)热麦汁量：574/100X36581=209975(L)冷麦汁量:209975X(1-3%)=203676(L)酒花用量X197628=420.9(kg)湿糖化糟量X197628=35415(kg)湿酒花糟量：X197628=1262.8(kg)发酵液量：203676X(1-1%)=201639(L)过滤酒量：201639X(1-1%)=199623(L)成品啤酒量：199623X(1-1%)=197627(L)把前述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表2所示。物料名称单位对100kg混杂原料1000L12°浅色啤酒糖化一次定额量(80kL12。啤酒)300000t/a啤酒生产量混杂原料Kg1003658157750X103大麦Kg752743643305X103大米Kg25914514445X103酒花Kg664.5X103热麦汁L5741063209975331656X103冷麦汁L1031203676321672X103湿糖化糟Kg3541555911X103湿酒花糟Kg1993.8X103发酵液L1020201639318240X103过滤酒L1010199623343200X103成品啤酒L1000197627312000X103备注：12度浅色啤酒的密度为1012kg/m3，本质年产啤酒315744t。二、300000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算

二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，卜面就以此工艺为基准进行糖((10min麦芽沸锅90min回旋积淀槽薄板冷却器冷麦汁二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，卜面就以此工艺为基准进行糖((10min麦芽沸锅90min回旋积淀槽薄板冷却器冷麦汁酒花图2啤酒厂糖化工艺流程图热量衡算⑴糖化用水耗热量Q1依照工艺设计糊化锅中的料水比为1:4.5，糖化锅中的料水比为1:3.5。料水比过大，尽管对糊化有利，但是耗能大，设备体积大。料水比过小的话，醪液粘稠，需较大的搅拌设备且及易产生糊锅现象。因此糊化锅加水量为：m1=(9415+1829)X4.5=50598(kg)式中，9415为糖化一次大米粉量，1829为糊化锅加入的麦芽粉量(为大米量的20%)而糖化锅加水量为：m2=25607X3.5=89624.5(kg)式中，25607为糖化锅投入的麦芽粉量，即27436-1829=25607(kg)。而27436为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：mw=m1+m2=50598+89624.5=140222.5(kg)自来水的平均温度取tj18°C，而糖化配料用水温度t2=50°C,故耗热量为：Q=cm(t-t)=4.18X140222.5X(50-18)=18.756X106(KJ)1wW21⑵第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程图(图2)可知，Q2=Q21+Q22+Q23Q21为米醪由初温即室温加热到煮沸的耗热，Q22为煮沸过程中蒸汽带走的热量，Q23为升温过程中的热损失。2.1.糊化锅内米醪由初温tO加热至煮沸的耗热量q21Q21=m米醪*C米醪(100-t0)计算米醪的比热容C米醪依照经验公式C容物二0.1[(100-w)C0+4.18w]进行计算。式中w为含水百分率；c为绝对谷物比热容，取*=1.55KJ/(Kg-K)c麦芽=0.01[(100-6)1.55+4.18X6]=1.71KJ/(Kg•K)c大米=0.01[(100-13)X1.55+4.18X12]=1.89KJ/(Kg•K)C米醪=(m大米c大米+m麦芽c麦芽+mwcw)/m大米+m麦芽+mW)=(9145X1.89+1829X1.71+50598X4.18)/(9145+1829+50598)=3.76KJ/(Kg•K)米醪的初温t设原料的初温为18C,而热水为50C,则t=[(mc+mc)X18+mcX50]/(mc)0大米大米麦芽麦芽W*W米醪米醪=[(9145X1.89+1829X1.71)X18+50598X4.18X50]/(3.76X61572)=47.1C此中M米醪=M大米+M麦芽+M1=9145+1829+50598=61572kg(3)把上述结果代入Q21=m米醪*c米醪(100-t。)中，得：Q21=3.76X61572X(100-47.1)=12.247X106KJ)煮沸过程蒸汽带出的热量QQ22设煮沸时间为40min蒸发量为每小时5%，则蒸发水量为：mv1=m米醪X5%X40/60=61572X5%X40/60=2052.4(Kg)Q22=mv1XX106(KJ)式中，I为100C饱平易压下水的汽化潜热2257.2(KJ/Kg)热损失Q23米醪升平易第一次煮沸过程的热损失期为前两次的耗热量的15%，即：Q/15%（Q21+Q22）由上述结果得：Q2（Q21+Q22）X106（KJ）⑶第二次煮沸前混杂醪升温至70°C的耗热量Q按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混杂后温度应为63C，故混杂前米醪先从100C冷却到中间温度t。糖化锅中麦醪的初温七旁成麦醪已知麦芽初温为18C，用50C的热水配料，则麦醪温度为：t麦醪=（m麦芽m麦芽X18+m2X匕X50）/（m麦醪c麦醪）此中m麦醪麦芽+m2（kg）t麦醪=（m麦芽C麦芽X18+咯CX50）/（m麦醪C麦醪）=（25607X1.71XX4.18X50）/（115231.5X3.63）=46.67C米醪的中间温度tM混杂=M米醪+M麦醪依照热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪混杂前后的焓不变，则米醪的中间温度为：tm混杂c混杂七混-m麦醪c麦醪^麦醪杂m米醪c米醪/m麦醪此中，麦醪的比热容C麦醪=［（m麦芽c麦芽）+（m麦芽+m2*cw）=(25607X1.71+89624.5X4.18)=3.63[KJ/(kg.K)]混杂醪的比热容c=混杂(m米醪c米醪+m—c—)(24433.2/m麦醪c=混杂(m米醪c米醪+m—c—)(24433.2X3.76+46645.2X3.63)/(24433.2+46645.2)麦醪麦醪/（m米醪=3.67[kJ/(kg•k)]七(m混杂c混杂x七混杂m麦醪c麦醪xt麦醪)/(m米醪c米醪)=92.87°C因此中间温度比煮沸温度只低不到7.13C，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不用加中间冷却器。由上述结果得Q3Q3=m混杂c混杂(70-63)=4.542X106(kJ)⑷第二次煮沸混杂醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知：Q4=Q41+Q42+Q43Q41为混杂醪升温至沸腾所耗热量，Q42为第二次煮沸过程蒸汽带走的热量，Q43为热损失混杂醪升温至沸腾所耗热量Qu41(1)经第一次煮沸后米醪量为：m/米醪=m米醪-mv1=176803.5-2052.4=174751.1(kg)故进入第二次煮沸的混杂醪量为：m混杂=m’米醪+m麦醪=174751.1+115231.5=289982.6(kg)(2)依照工艺，糖化结束醪温为78C，抽取混杂醪的温度为70C，则送到第二次煮沸的混杂醪量为：[m混杂(78-70)]/[m混杂(100-70)]X100%=26.7%故Q41=26.7%m混杂c混杂(100-70)=0.267X289982.6X3.67XX106(kJ)二次煮沸过程蒸汽带走的热量Qu42煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水重量为：mV2=26.7%m混杂X5%X10/60=26.7%X289982.6X5%X10/60=645.2(kg)Q42=hmv2X645.2=1.456X106(kJ)式中，h为煮沸温度下饱和蒸汽的焓(kJ/kg)热损失Q43依照经验有：Q43=15%(Q41+Q42)把上述结果代入公式(27)得Q4=1.15(Q4i+Q42)=11.478X106(KJ)⑸洗槽水耗热量""W5设洗槽水平均温度为80°C,每100kg原料用水450kg，则用水量为m洗=36581X450/100=164615(kg)Q5=m洗(w(80-18)=164615X4.18XX106(KJ)⑹麦汁煮沸过程耗热量Q6Q6=Q61+Q62+Q63麦汁升温至沸点耗热量Q61由表2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg混杂原料可获取574kg热麦汁，并设过滤达成麦汁温度为70C,则进入煮沸锅的麦汁量为：m麦汁二(574/100)X36581=209975(kg)又c麦汁二(27436X1.71+9145X1.89+36581XX6.4)/(36581X)(Kg*K)Q61=m麦汁c麦汁(100-70)X106,则蒸发水分为：Mv3=209975X0.1X1.5=31496(Kg)Q62=hmv3=2257.3XX106(KJ)热损失为Q63=15%(q61+q62)把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热Q6=Q61+Q62+Q63=1.15(Q61+Q62)X106(KJ)⑺糖化一次总耗热量Q总Q总=Q]+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=(+++++X106=206.511X106(KJ)(8)耗襟怀衡算糖化一次耗用蒸汽用量D使用表压的饱和蒸汽，h=2725.3kJ/kg，则：D=Q/[(h-i)Xn]=100461kg式中，h为相应冷凝水的焓(561.47kJ/kg)；n为蒸汽的热效率，取n=95%。糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且已知煮沸时间为90min

热效率为95%，故：Qmax=Q6/(1.5XX106kj/h相应的最大蒸汽耗量为：Dmax=Qmax8.3、蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为1500次，每糖化一次生产啤酒300000/1500=200t,年耗蒸汽总量为：D总=100461XX106kg每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：D1每天夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：Dd=100461X6=602766kg/d至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送进发酵车间，必定尽量回收此中的热量。最后若需要耗用冷冻水，则在以下“耗冷量计算”中将会介绍8.4、整理列表最后，把上述结果列成热量耗资综合表，如表表3300000t/年啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格(MPa)每吨耗资定额（kg）每小时最大用量（kg/h）每天夜耗资量（kg/d）每年耗资量（kg/a）蒸汽0.3（表压）602766150.692X1065、设备计算及选型5.1、糊化锅容积的计算及基本尺寸5.1.1、糊化锅容积计算糊化锅投料量=9415+1829=11244kg糊化醪量=11244X(4.5+1)=61842(kg)查表得100°C热糊化醪的相对密度为则，糊化锅的有效容积=61842/(1.0712X1000)(m)3则，糊化锅的有效容积=61842/(1.0712X1000)(m)3设糖化锅充满系数为0.8,则:糊化锅的总容积（m）故糊化锅设备的容积应选50m故糊化锅设备的容积应选50m3所需数量2个5.1.2、糊化锅基本尺寸计算取D/H=2/1(糊化锅直径与圆筒高度之比)，升气管面积为料液面积1/40采用球形底，则D=L151肌=115XV50=4.24m.s取，汽升管直径d二拱一1/40*D=1/405=，取22V总二n/4*D*H+nh(D/2+h/3)260=n/4*5*2.5+nh(5/2+h/3)解得：5.1.3、加热面积在一次糖化法中，糊化锅的最大传热是糊化醪从45°C加热至70°C这一过程，则最大热负荷Q=106X645/70=1.9310kcal/h0.25Mpa压力下蒸汽温度为126.9C.切=(126.945)(126.970CAln126.945126.970按经验K取1500kcal/m3hCF=Q=106=22.78m2K"m1500锅本质加热面积F'=nXX1.5=2〉22.78m25.2、糖化锅容积的计算及基本尺寸5.2.1、糖化锅容积的计算设糊化锅煮沸时，每小时蒸发5%的水分，操作时第一次煮沸40min，则蒸发量=61572X0.05XC40/60)=2052.4(kg)第一次煮沸的糊化醪量=61572-2052.4=59519.6(kg)糖化醪量=25607X(3.5+1)=115231.5(kg)查表得糖化醪的相对密度为，则：糖化锅有效容积(1.065X1000)=108.2(m)3

设糖化锅充满系数为0.8，则：糖化锅的总容积（m）3故糖化锅设备的容积应选100m3，所需数量2个5.2.2、糖化锅基本尺寸计算取D/H=2/1（糊化锅直径与圆筒高度之比），升气管面积为料液面积1/50采用球形底，则D=1.15s.1=115X\^100=534m取(m)，X5.5=2.75(m)汽升管直径d二、||1/50*D=1/5敏=，取22V=n/4*D*H+nh(D/2+h/3)汽升管直径d二、||1/50*D=1/5敏=，取总22100=n*2.75+nh(5.5/2+h/3)解得：、加热面积由前面计算可知糖化锅最大蒸汽耗用量为并醪后醪液由68.39C升至78°C这一过程，则106A八■6、…Q==3.24X10kcal/h10/60■,tm=6-978)Cln一126.9-78依照经验糖化锅K可取2000kcal/m2hC加热面积F==10=30.2m26KAt2000^53.56锅底加热面积：F=nX.5X=2〉30.2m25.3、煮沸锅加热面积的计算加热面积F=Q/kAt按热量衡算：X106/1.5=8.90X106（KJ/h）△t=t1-t2=126.79-100=26.79C（t1为加热蒸汽在绝对压力为皿时的温度，t2为麦计煮沸时的温度）

TOC\o"1-5"\h\z传热系数k值的计算：k=1■-Is■

:•1■-2(kcal/hC°皿)5.3.1、a2从加热面到糖化物料的给热系数的计算a2=0・3¥d(n：)2/3(3600」gc)拓(堂)D」：.丁——w入一麦汁的导热系数，在100°C时为0.5(kcal/mh°C)d一搅拌器奖叶直径D一夹套内直径5mn一搅拌器转数60/60=1转/秒)P一麦汁浓度12°的麦汁密度为1.084kg/m34C一热麦汁比热容，12时为0.98kca1/kg.Cu=麦汁粘度水在100C时uw=0.248/9810((kcal/hC°皿)C一热麦汁比热容，12时为0.98kca1/kg.Cu=麦汁粘度水在100C时uw=0.248/9810(kg.s/ltf)测定得麦汁比粘度为1.5,=1.5XX10-5(kgs/m2)u麦汁p=1.5pw_L)0.14^pw1则:aXX(，22I2/3X(36004.35诉9.81k0.91/8X1=4841.72(kcal/5.3.2、夹套内蒸汽凝固的给热系数的计算蒸汽在传热锅底的凝固状态的膜状冷凝考虑a1X(3600在平均温度100C时，水的物理系数为：Y=958kg/m3u=(0.248/9810)k.s/m2入二0・578(kcal/m.hC)C=1kcal/kg.C在3.5kg/cm2绝对压力下：B=513.1kcal/kgt=138.19C,壁温为95Ct=138.19-95^43°C得a