年产11万吨啤酒糖化工艺初步设计

PAGEPAGE35海南大学材料与化工学院生物工程课程设计设计说明书题目：年产11万吨啤酒糖化工艺初步设计学号：20060144039姓名：严珊年级：2006级学院：材料与化工学院专业：生物工程设计小组：严珊熊荣清陈德力孙桂祁李玉文指导教师：王新广张德拉完成日期：2009年6月15目录摘要ⅠTOC\o"1-2"\h\z\u前言 11绪论 11.1设计的目的11.2设计思想11.3设计依据21.4设计内容22啤酒生产工艺总体流程与说明23糖化工艺流程选择和论证33.1啤酒糖化的流程与说明33.2原辅料预处理43.3麦芽汁的制备63.3.1糊化63.3.2糖化63.3.3过滤73.3.4煮沸及添加啤酒花83.3.5麦汁热凝固物的去除83.3.6冷却94物料衡算94.1计算基础数据94.2100kg原料生产12°淡色啤酒的物料衡算104.3生产100L12°淡色啤酒的物料衡算114.4110000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算125热量衡算135.1糖化用水耗热量……………………..……...145.2第一次米醪煮沸耗热量……………..…..155.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量…………..165.4第二次煮沸混合醪的耗热量……..…..……175.5洗槽水耗热量…………...…..195.6麦汁煮沸过程耗热量…………………….…195.7糖化一次总耗热量………………..….205.8糖化一次耗用蒸汽量……………………205.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量205.10蒸汽单耗216设备设计计算与选型216.1糊化锅216.2糖化锅226.3过滤槽266.4煮沸锅266.5回旋沉淀槽277设计评价288总结……………29致谢………………..29参考文献30附图31摘要文章主要进行了11万吨12°淡色啤酒糖化工段工艺的设计。以75%的淡色麦芽为原料，25%的大米为辅料，将其分别用六辊式和两辊式粉碎机进行粉碎，之后采用二次煮沸法进行糖化，然后进入过滤槽将所得的麦芽汁泵入煮沸锅中，灭菌后用回旋沉淀槽去除热凝固物，随后冷却进入发酵工段。整个过程中采用蒸汽加热，酿造用水源于深井。文章并进行的每批的物料衡算和热量衡算，然后根据经验公式，确定设备的主要尺寸，蒸汽和水的用量。同时使用CAD绘制了糖化工段工艺流程图、糖化锅的设备图以及过滤槽的示意图。关键词：啤酒糖化；工艺设计；物料衡算；热量衡算；设备选型前言啤酒是以优质大麦芽为主要原料，啤酒花为香料，经过制麦芽、糖化、发酵等工序制成的富含营养物质和二氧化碳的酿造酒。啤酒的酒精含量仅为3%~6%（体积分数），有酒花香和爽口的苦味，深受消费者欢迎，因此消费面广，消费量大，是世界上产量最大的酒种。啤酒的历史悠久，大约起源于9000年前的地中海南岸地区，以后逐渐传入欧美及东亚地区。我国的啤酒生产只有100年的历史。啤酒是世界上产销量最大的酒种，近几年来，啤酒的产销量几乎以15%的速度巨增，我国去年啤酒增长量为10亿升。2002年以来，中国的啤酒产销量已超过了美国，跃居世界第一位。2008年我国啤酒产销量超过5500万吨[1]。啤酒中高级醇、有机酸、双乙酰、醛、酯等物质的存在量不多，但影响啤酒的风味，它们的数量及配比，造成了啤酒色香味上的差别，造就品牌啤酒的个性。1绪论1.1设计的目的在学习掌握所学的生物工艺学、生物工程设备、化工原理等课程的基本理论和基础知识的基础上，通过本次课程设计，培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力，训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力，提高文字和语言表达能力，为其它专业课程的学习和毕业论文（设计）打下基础。随着经济的增长，人们对啤酒的消费会越来越大。所以也看到了啤酒工业的发展前景。这时候建立一个啤酒工厂的话，产品的广阔市场为工厂的生存和发展提供了良好的保证。1.2设计思想本设计以课程设计任务书为基础，以最新科研成果和实际经验为依据，通过文献检索、收集资料，调查研究，综合分析；贯彻节省基建投资，充分重视技术先进，降低工程造价等思想，从节约能源和降低原料消耗，追求经济效益等角度出发，以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则，同时注重“三废”治理和综合利用副产物，充分重视环保防污。尽量采用本地原料、定型设备，各种设计方案综合比较，取长补短，制定一个高产节能的设计方案，高效生产高质量的优质啤酒。1.3设计依据1）设计课题年产11万吨啤酒糖化工艺初步设计2）设计基础资料：产品名称：12°普通淡色啤酒工厂厂址：海口近郊生产原料来源：麦芽由广州购进，大米从附近市场购买，酒花来自新疆，酵母在国外购买高效酵母。生产天数：全年生产300天，其中旺季200天，淡季100天。当地气候条件温度极高温度39℃最低温度6℃湿度最高湿度92%平均湿度85%水温河水（1米以下）最高30℃最低10℃自来水最高30℃最低10℃深井水18℃风频率年平均风速：3.3m/s降水量年平均：1691ml/a风向东北风和东风1.4设计内容(1)原料的预处理及其工艺流程(2)粉碎后糖化的设计及其工艺流程(3)物料衡算(4)热量衡算(5)设备选型2啤酒生产工艺总体流程与说明啤酒是是一种以麦芽和水为主要原料，经糖化、添加酒花煮沸、过滤、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳、低酒精浓度的酿造酒。其一般的工艺流程[2]如下：图1啤酒生产总体工艺流程示意图啤酒生产首先要经过预处理、糖化、过滤、煮沸，才能供酒母发酵所用，这段工艺的水准将直接影响到糖化收得率、过滤时间、麦汁澄清度、发酵进程、双乙酰还原速度、啤酒澄清状况等质量参数，因此这是关系到啤酒质量的一个重要工艺流程。3糖化工艺流程选择和论证3.1啤酒糖化的流程与说明麦芽汁制备俗称糖化，就是指麦芽及辅料的粉碎，醪的糖化、过滤，以及麦汁煮沸、冷却的过程。糖化工序主要将大米和麦芽等原料经除尘、粉碎、调浆后送入糊化、糖化锅内，严格按照啤酒生产的工艺曲线进行升温、保温，并在酶的作用下，使麦芽等辅料充分溶解，再将麦汁与麦糟过滤分离。过滤后的麦汁经煮沸、蒸发、浓缩以达到工艺要求的浓度，同时，在这个工艺过程中添加酒花，煮沸后的麦汁送入回旋沉淀槽中进行澄清，再经过薄板冷却至7℃~8℃左右送入发酵罐[3]。 其流程图如图2所示：麦芽、大米麦芽、大米粉碎糊化糖化水、蒸汽过滤麦槽麦汁煮沸锅酒花渣分离器回旋沉淀槽酒花槽薄板冷却器热凝固物冷凝固物图2啤酒厂糖化工艺流程示意图3.2原辅料预处理在本设计中原料为麦芽，辅料为大米，在原辅料处理阶段主要包括水的选择，原辅料的贮存及粉碎方式[4]。3.2.1原辅料处理流程与说明斗式提升机斗式提升机大米粉碎至糖化下料坑立仓除杂机麦芽粉碎图3原辅料处理流程图 将大米和麦芽分别用斗式提升机从下料坑提到立仓，再将其提到除杂机中处理，然后将大米和麦芽用粉碎机粉碎，最后送至糖化。麦芽和大米的粉碎对啤酒质量的好坏有直接影响。3.2.2水啤酒中水的含量占90%以上，因此水质对啤酒口味的影响极大。国内外的著名啤酒之所以质量较好，其酿造用水的水质优良是原因之一，同时水也要用于洗涤、冷却、消防和生活等各个方面。酿造用水是指糖化用水、酵母洗涤用水以及高浓度酿造时的稀释用水。酿造用水必须达到饮用水标准，一般由深井水经改良处理而成。改良和处理的方法主要机械过滤、软化处理、脱盐处理等[5]。而冷却用水，只要求干净、硬度低、金属离子含量少，一般的自来水即可达到要求。3.2.3辅本设计选用立仓贮存麦芽和大米，目前国内的贮存有散装、袋装和立仓贮存三种方式。钢筋混凝土所制立仓具有一下优点：容积利用高，容量大，传热性小，节省劳动力，杀菌方便。由于麦芽和大米需注意防潮，故本设计选用钢筋混凝土制立仓贮存麦芽和大米。3.2.4麦芽在进行糖化前必须粉碎，粉碎后的麦芽，可溶性物质容易浸出，也有利于酶的作用，使麦芽的不溶性物质进一步溶解。目前国内啤酒厂麦芽和大米的粉碎方法有干法、湿法，都是为了增加原料的表面积，提高热处理效果；增加物料流动性，提高生产自动化程度。干法粉碎：设备投资少，占地面积少。生产操作简单灵活，粉碎程度易于控制，便于设备维修。且多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，是麦芽及大米粉碎的理想选择。湿法粉碎：可获得良好的过滤层，解决了粉尘的危害。另外，麦芽和大米经过温水浸泡，糖化时间可减少。但设备大，占地面积大，操作复杂，维修困难，粉碎程度不易控制，此外，其耗电量要比干法粉碎高出8%－10%[6]。所以，本设计采用干法粉碎。3.2.啤酒厂粉碎麦芽和大米的方法有辊式粉碎机和湿式粉碎机。由上面可知，我们采用的是干法粉碎，所以湿式粉碎机就不考虑了。辊式粉碎机常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等[7]。两辊式粉碎机主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒。工作时，装在两辊之间的物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。两辊式粉碎机制造简便，结构紧凑，运行平稳。四辊式粉碎机由两对辊筒和一组筛子所组成。原料经第一对辊筒粉碎后，由筛选装置分离出皮壳排出，粉碎再进入第二对辊筒粉碎。五辊式粉碎机前三个是光棍，组成两个磨碎单元；后两个辊筒是丝辊，单独成一磨碎单元。通过筛选装置的配合，可以分离出细粉、细粒和皮壳。该机性能很好，在啤酒加工过程中，通过调节可以应用于各种麦芽。六辊式粉碎机性能与五辊式相同。它由三对辊筒组成，前两对用光棍，主要以挤压作用粉碎原料，可以使得生物质原料的皮壳不至粉碎得太细而影响后一工序的操作。第三对辊筒用丝辊，将筛出的粗碎粉碎成细粉和细粒，有利于糖化时充分浸出有用物质。根据上面的内容，我们对麦芽粉碎采用六辊式粉碎机，对大米粉碎采用两辊式粉碎。3.2.6原料输送设备 在现代化工业生产中，输送的方式有两种：一种是机械输送，利用机械运动输送物料；另一种是气力输送，借助风力输送物料。我们选择机械输送，因为气力输送与机械输送相比要求动力较大，且不适合间歇操作。 在机械输送中，用于输送固体原料的主要有带式输送机、斗式提升机、刮板输送机、螺旋输送机。在这些输送机中，只有斗式提升机用于物料从低的地方提升到高的地方。所以，我们在输送麦芽和大米的时候选择斗式提升机。3.3麦芽汁的制备3.3.1糊化辅料需先在糊化锅中煮沸糊化，然后再与麦芽粒一起进行糖化。辅料的淀粉颗粒在温水中吸水膨胀，当液温升到70℃左右时，颗粒外膜破裂，内部的淀粉呈糊状物溶出而进入液体中，使液体黏度增加。如果对淀粉糊继续加热，那么淀粉长链断裂变成短链的糊精，糊状淀粉成为半透明的均质胶体。又糊状淀粉变成可流动的糊精的过程，称为液化。在糊化大米时，可按100kg大米加入20kg的麦芽，利用麦芽中的酶使大米中的淀粉有一定程度的分解，以加速糖化酶作用，同时也可降低糊化醪的黏度。3.3.2糖化糖化是利用麦芽自身的酶（或外加酶制成剂代替部分麦芽）将麦芽和辅料中不溶性的高分子物质分解成可溶性的低分子物质等的麦汁制备过程。整个过程主要包括：淀粉分解，蛋白质分解，β－葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。麦芽自身的酶含量丰富足以用于糖化。在我们的设计中糖化是利用麦芽自身的酶。糖化主要有煮出糖化法、浸出糖化法、双醪煮出糖化法三种方法[9]。煮出糖化法：糖化过程中对部分醪液进行煮沸的方法。根据煮沸的次数，分为一次、二次、三次煮出法。其特点是取部分醪液加热到沸点，然后与未煮沸的醪液混合，使醪液温度分次升高到不同分解的适宜温度，以达到糖化完全的目的。对酶活性低和溶解不良的麦芽来说，采用三次煮出糖化法。因有部分醪液三次煮沸，有利于淀粉和其它物质溶解。此方法的浸出物得率比较高麦汁色度相对较深，适宜于制造浓色啤酒。二次煮出糖化法的灵活性好，比较适用于处理各种性质的麦芽和制造各种类型的啤酒。用淡色麦芽采用此法制造淡色贮藏啤酒是比较普遍的。浸出糖化法：这是仅仅依靠酶的作用进行糖化的方法。其特点是将糖化醪逐渐升温至酶活力的最适温度，而不进行醪液煮沸。此法要求麦芽有良好的溶解性。双醪煮出糖化法：辅料、麦芽分别投入糊化锅、糖化锅内，辅料在糊化锅内糊化，煮沸后兑入糖化锅，逐次达到所需要的糖化温度，根据糖化锅兑醪的次数，分为一次、二次和三次糖化法。生产淡色啤酒，一般采用二次煮出糖化法。这个方法的特点是在糊化锅中前后进行过2次煮沸操作，第1次是将辅助原料在糊化锅中煮沸糊化，然后再进入糖化锅糖化。煮沸糊化的目的是使糖化时糖化酶充分发挥作用。第2次煮沸的对象是部分糖化醪液，煮沸的目的是为了除酶，避免其对啤酒泡沫和口味醇厚性有益的物质的过度分解，而影响啤酒的质量水准。3.3.3糖化醪的过滤方法有过滤槽法、压滤机法及快速渗出槽法。目前国内的啤酒厂多采用过滤槽法。糖化结束后，从过滤槽底通入76～78℃的热水，以浸没滤板为度。过滤操作如下：将糖化醪充分搅拌，并尽快泵入过滤槽后，使用耕槽机将其翻拌均匀，再静置20分钟左右，让醪在过滤槽内自然沉降，形成过滤层。最先沉下的是谷皮之类，随后是未分解的淀粉和蛋白质，滤层厚度要求在30～45cm，如果糖化效果较好，醪槽表面的黏稠物就少，且醪槽上面的糖化液清凉。糖化醪温度控制在55～70℃。滤层形成后开始过滤操作。起始流出的原麦芽汁混浊不清，必须用泵将其泵回过滤槽后再次过滤，直至得到澄清原麦芽汁，然后将原麦芽汁泵入煮沸锅。自正式过滤开始后15～30分钟起检查原麦芽汁的糖度、澄清度以及色、香、味。糖化过滤期间，一般可不翻动麦槽层，但若过滤速度太慢，则可用耕槽机进行耕槽，从上至下将醪槽层耕松，注意不要在同一深度反复翻耕，以免压实槽层。3.3.经过滤得到的原麦芽汁须经煮沸，并在煮沸过程中添加酒花，其目的是：蒸发多余水分，使麦芽汁浓缩到规定浓度；溶出酒花中有效成分，增加麦汁香气苦味；促进蛋白质凝固析出，增加啤酒稳定性；破坏全部酶，进行热杀菌。麦汁煮沸方法常采用蒸汽常压煮沸法。原麦汁过滤期间，当麦汁已将加热层盖满后，开始加热，并在80℃保持30min，让酶继续对残存淀粉分解完全。接着升温至沸，在全部混合麦芽汁沸腾后，继续煮沸60min，并始终保持强烈的翻腾状态。酒花添加添加酒花都在麦芽汁煮沸过程中进行，不同的添加时间和不同的添加量会有不同的结果，因此掌握好添加时间和各次添加量十分重要。酒花的添加分为3个步骤见下表1：表1酒花的添加步骤次数时间占总量的百分数主要目的第一次10分钟左右20%利用其苦味以及防止泡沫升起第二次45分钟左右40%利用其苦味以及防止泡沫升起第三次80分钟左右40%为获得酒花香气3.3.5麦在麦汁用于发酵之前，先要去除热凝固物和冷凝固物，也就是进行麦汁的澄清。我们使用回旋沉淀槽除热凝固物。回旋沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其他分离设备相比，具有结构简单、操作方便、分离效果好的特点。回旋沉淀槽是立式柱形槽，热麦芽汁沿切线方向泵入，形成旋转流动。由于回旋效应，使热凝固物颗粒沿着重力和向心力所形成的合力的方向，以较坚实的丘状沉积于槽底中央，达到固、液分离的目的，清亮麦芽汁则从侧面麦汁出口排出。3.3.6麦芽汁冷却的目的主要是使麦芽汁达到发酵接种的温度7～8℃。同时，使大量的冷凝固物析出。麦芽汁冷却，近年来都使用薄板冷却器，结构不同与过去的列管式冷却器，它是由许多片两面有波纹的不锈钢薄板组成，每一片薄板的两面分别引入需冷却的麦芽汁和冷却剂。由于薄板的热交换面积比较大，薄板波纹的形状又有利于形成激烈的湍流，所有，这种冷却器的冷却效果比较好。冷却时间通常为1～2h。麦芽汁冷却结束后，可用无菌压缩空气将薄板冷却器中的麦芽汁顶出。整个冷却操作，要防止外界杂菌污染[11]。麦汁冷却时使用薄板冷却器要注意：

①麦汁冷却是最容易引起污染的工序，薄板冷却器使用前，必须将麦汁一侧及麦汁管路彻底杀菌；②控制好麦芽汁和冷却水流量，使冷麦芽汁温度符合要求；

③薄板两侧麦汁和冷却压力要尽可能保持均衡，避免压差大造成渗漏；

④控制好冷却开始和结束时的麦汁浓度，使之符合要求；

⑤每次冷却麦芽汁结束后，及时用热水清洗杀菌，定期清洗薄板；

⑥冷却的水质应使用碳酸盐硬度较低的水，以减少水垢。4物料衡算4.1计算基础数据根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标、生产工程的损失和生产过程参数等数据如表2、表3所示。表2啤酒生产基础数据表项目名称%定额指标原料利用率99麦芽水分6大米水分12无水麦芽浸出率75无水大米浸出率95原料配比麦芽75大米25损失率冷却损失7发酵损失1.5过滤损失1.5装瓶损失2总损失率啤酒总损失率11.6表3啤酒生产过程参数表项目数值12°麦芽（20℃时）相对密度1.047混合醪的比重1.018kg/L铜的导热系数1386KJ/m.h.℃糖化醪密度10.6kg/m3糖化醪比热3.47KJ/kg.℃糖化醪粘度2.02×10－4kJ/m.s糊化醪的密度1068kg/m3麦汁的导热系数0.685w/m2.K麦汁比热容3.31kJ/kg.K麦汁粘度42.375×10－54.2100kg原料生产12°淡色啤酒的物料衡算[12](1)热麦汁量麦芽收率：0.75×（1－6%）＝70.5%大米收率：0.95×（1－12%）＝83.6%混合原料收率：0.99×（0.75×70.5%+0.25×85%）＝73.04%由上可知100kg混合原料可制得的12°麦汁量：100×73.04%/12%＝608.67（kg）又知12°麦汁在20℃时相对密度为1.047，而100℃热麦芽汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍。故热麦芽汁体积为：（608.67/1.047）×1.04＝604.6（L）(2)冷麦芽汁量：604.6×（1－0.07）＝562.28（L）(3)发酵液量：562.28×（1－0.015）＝553.84（L）(4)过滤酒量：553.84×（1－0.015）＝545.54（L）(5)成品酒量：545.5×（1－0.02）＝534.63（L）4.3生产100L12°淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果可知，100kg混合原料产生成品酒量为534.63L，故可得出下述结果：(1)生产100L12°淡色啤酒需混合原料量：100×（100/534.63）＝18.70（kg）(2)麦芽耗用量：18.70×75%＝14.025（kg）(3)大米耗用量：18.70×25%＝4.675（kg）(4)酒花耗用量：对淡色啤酒，热麦芽汁中加入的酒花量为0.2%(604.6/534.63）×100×0.2%＝0.226（kg）(5)热麦芽汁量：（604.6/534.63）×100＝113.09（L）(6)冷麦芽汁量：（562.28/534.63）×100＝105.17（L）(7)发酵液量：（553.85/534.63）×100＝103.60（L）(8)过滤酒量：（545.545/534.63）×100＝102.04（L）(9)成品酒量：（534.63/534.63）×100＝100（L）(10)湿糖化槽量：设糖化槽含水分80%，则湿糖化槽量为麦槽量：14.025×[(1－0.75)×(1－6%)/(1－80%)]＝16.48（kg）米槽量：4.675×[(1－0.95)×(1－12%)/(1－80%)]＝1.03（kg）糖化槽：16.48+1.03＝17.51（kg）(11)酒花槽量设麦芽汁煮沸过程中干酒花浸出率为40%，且酒花槽的水分含量80%，则酒花槽量为：0.226×（1－40%）/（1－80%）＝0.678（kg）(12)酵母量生产100L啤酒可得2kg酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品。湿酵母泥含水85%，酵母中含固形物量：1×（1－85%）/100＝0.15（kg）则含水7%的干酵母为0.15/（1－7%）＝0.16（kg）(13)二氧化碳量12°的冷麦汁、105.17L中浸出物量为:12%×105.17×1.047＝13.21（kg）令麦芽的真正发酵度57%，则可发酵的浸出物量为：13.21×57%＝7.53（kg）麦芽发酵的化学反应式为C12H22O12+H2O2C6H12O62C6H12O64C2H50H+4CO设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖，则二氧化碳生产量为7.359×（4×44/342）＝3.88（kg）其中44为二氧化碳的分子量，342为麦芽糖分子量。设12°淡色啤酒含二氧化碳量为0.3%，酒中含二氧化碳量为：105.17×0.3%＝0.32（kg）则释放出的CO2量为：3.88－0.32＝3.56（kg）1m3CO220℃常压下重1.832kg，所以释放出的CO3.56/1.832＝2.70（m3）4.4110000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算11万吨/年啤酒的体积为：11×107/1.012＝108695653（L）全年生产天数为300天，其中旺季200天，淡季100天。设生产旺季每天糖化8次，而淡季则糖化6次，每年总糖化次数为2200次。、每次糖化生产啤酒的体积：108695653/2200＝49407.12（L）一次糖化指标：49407.12×18.7/100＝9239.14（kg）因旺季日糖化次数为8次，则：9239.14×8＝73913.12（kg）淡季日糖化次数为6次，则：9239.14×6＝55434.84（kg）则全年糖化指标：9239.14×2200＝20326108（kg）把上述的有关啤酒糖化车间的所有物料衡算计算结果，整理成物料衡算便，如下：表4啤酒厂糖化车间物料衡算表物料名称单位100L12°淡色啤酒一次糖化指标日指标（旺季）日指标（淡季）年指标混合原料kg18.709239.1473913.1255434.8420326108麦芽kg14.0256929.3655434.8441576.1315244581大米kg4.6752309.7918478.2813858.715081527酒花kg0.226111.66893.28669.96245652热麦芽汁L113.0955874.56446996.51335247.38122924040冷麦汁L105.1751961.52415692.13311769.10114315336发酵液L103.6051185.82409486.59307114.94112608812过滤酒L102.0450415.07403320.58302490.43110913158成品酒L100.0049407.17395257.33296442.99108695765湿糖化糟kg17.518651.1969209.5651907.1719032628湿酒花糟kg0.678334.982679.842009.88736957商品干酵母kg0.1679.05632.41474.31173913游离CO2kg3.561758.9014071.1610553.373869569年总产量kg110000113.95热量衡算啤酒厂糖化工艺参数[13]，如图4所示，以下热量衡算均基于此数据。深井水，18糊化锅糖化锅麦芽粉6467.4kg46.7℃，60min麦芽粉6467.4kg46.7℃大米粉2309.79kg麦芽粉461.96t0(℃),20min热水，50℃13min10min70℃12min冷却63℃，60min7min90℃，20min100℃,40min5min70℃20min过滤糖化结束78℃100℃,20min冷麦汁麦槽90min去发酵冷麦汁麦汁煮沸锅回旋过滤槽薄板冷却器煮沸强度酒花酒花槽热凝固物冷凝固物图4啤酒厂糖化工艺流程示意图5.1糖化用水耗热量由糖化工艺流程可知，糊化锅内加水量为：＝（2309.79+461.96）×4.5＝12472.88（kg）式中，2309.79为糖化一次大米粉量，461.96为糊化锅中加入的麦芽粉量（为大米的20%）。糖化锅加水量为：＝6467.4×3.5＝22635.9（kg）式中，6467.4为糖化一次糖化锅中投入的麦芽粉量，即6929.36－461.96＝6467.4（kg）而6929.36为一次糖化麦芽定额量。故糖化总用水量为：＝＝35108.8（kg）深井水平均温度取t1＝18℃，而糖化配料用水温度t2＝50℃，耗热量为：＝35108.8×4.12×（50－18）＝4628744（kJ）5.2第一次米醪煮沸耗热量由糖化工艺流程可知：（1－1）糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热量：（1－2）（1）计算米醪的比热容根据经验公式＝0.01[（100－W）+4.18W]进计算。式中W为含水百分率；为绝对谷物比热容，取＝1.55kJ/(kg.K)。＝0.01[（100－6）×1.55+4.18×6]＝1.71kJ/(kg.K)＝0.01[（100－12）×1.55+4.18×12]＝1.87kJ/(kg.K)＝＝＝3.76kJ/(kg.K)（2）米醪的初温设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则＝15244.62(kg)＝＝47.1（3）把上述结果代入（1－2）式，得：＝15244.62×3.76×(100－47.1)＝3032215.9(kg)煮沸过程蒸汽带出的热量：设煮沸过程为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为：＝15244.6×5%×40/60＝508.15（kg）故＝508.15×2257.2＝1146996.2（kg）式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热(kJ/kg)。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：由上述结果得：＝1.15×(3032215.9+1146996.2)＝4806094（kJ）第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量按糖化工艺，来自糊化锅煮沸的米醪与糖化锅的麦醪混合后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t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，则麦醪温度为：＝＝46.7℃根据热量横算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：＝＝96.2℃因此温度比煮沸温度降低不到4℃，考虑到米醪从糊化锅转入糖化锅的输送过程中热损失，可不用加中间冷却器。＝43839×3.72×（70－63）＝1141568（kJ）5.4第二次煮沸混合醪的耗热量由糖化工艺流程可知：（1－3）混合醪升温至沸腾所耗热量：经第一次煮沸后米醪量为：＝1.030×2309.79/4.675＝508.9(kg)＝15244.62－508.9＝14735.7(kg)糖化锅的麦芽醪量为：＝6467.4+22635.9＝29103.3(kg)故进入第二次煮沸的混合醪量为：＝14735.7+29103.3＝43839(kg)据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪量为：麦醪的比热容＝＝＝3.63kJ/(kg.K)混合醪的比热容：＝(29103.3×3.63+15244.62×3.76)/43839＝3.72kJ/(kg.K)故＝26.7%×43839×3.72×(100－70)＝1306279.5(kJ)二次煮沸过程蒸汽带走的热量：煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：＝26.7%×43839×5%×10/60＝97.54(kg)故＝2257.2×97.54＝220167.3(kJ)式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓(kJ/kg)。热损失：根据经验有：把上述结果代回（1－3）式得：＝1.15×(1306279.5+220167.3)＝1755414（kJ）5.5洗槽水耗热量设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为：＝9239.14×450/100＝41576.13（kg）故＝41576.13×4.18×62＝10774870(kJ)5.6麦汁煮沸过程耗热量（1－4）麦汁升温至沸点耗热量：由表4糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到608.67kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃。则进入煮沸锅的麦汁量为：＝9239.14×608.67/100＝56235.87(kg)又由表2可知：＝3.31kJ/(kg.K)故＝56235.87×3.31×30＝5584222(kJ)煮沸过程蒸发耗热量：煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：＝56235.87×10%×1.5＝8435.4（kg）故＝8435.4×2257.2＝19040385(kJ)热损失为：把上述结果代回（1－4）式中可得出麦汁煮沸总耗热：＝1.15×（5584222+19040385）＝28318298(kJ)5.7糖化一次总耗热量＝51424988(kJ)5.8糖化一次耗用蒸汽量使用表压为0.3Mpa的饱和蒸汽，I＝2725.3kJ/kg，蒸汽的热效率取95%，则：＝25015.7(kg)式中，为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）。5.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量[14]在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量为最大，且知煮沸时间为90min，热效率95%，故：＝19872490（kg/h）相应的最大蒸汽耗量为：＝19872490/（2725.3－561.47）＝9184（kg/h）5.10蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为2200次，共生产啤酒110000t。年耗蒸汽总量为：25015.7×2200＝55034540（kg）每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：55034540/110000＝500.3（kg）每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：500.3×8＝4002.4（kg）6设备设计计算与选型6.1糊化锅6.1.1糊化锅容积的糊化锅中投大米粉：2309.79kg；麦芽粉：461.96kg糊化醪的量：2309.79+461.96+12472.88＝15244.63kg查表2得糊化醪的相对密度1068kg/m3则糊化锅的有效容积为：15244.63/1068＝14.27m3按实际生产情况，糊化锅的空余系数为1.2则总容积14.27×1.2＝17.13m36.1.2糊化锅的主要尺寸[15]一般糊化锅的轮廓比例为，如设底高部分为空余系数的情况下，则有：取糊化锅有效容量＝15m3计算。H＝D3.37圆整后取直径3400mm；锅身D/2＝现按实际糊化锅设备图主要尺寸：有效容积15m3，直径D＝3400mm,柱高H＝1400mm，底高h＝1200mm(球底)则实际总容量＝18.58m3容量系数1.2，则：＝18.58/1.2≈15.506.1.3换热面积[16]由前面的计算可知：在糊化锅内耗热量最大的过程是把米醪由70℃加热至90Q＝3.76×15244.63×（90－70）×0.2389×3600/（12×60）＝1369370（kcal/h）0.3Mpa表面压力得蒸汽温度为：120.2℃，醪液从70℃加热至90℃，故：＝＝39.4传热系数K取经验值1710kcal/(m2.h.℃)，则夹套加热的传热面积：＝1369370/(1710×39.4)＝20.3m26.1.4升气管 糊化锅升气管面积为料液面积的1/50~1/30，取1/40则：d2:D2＝1:40得出d＝0.537m，圆整后取d＝0.54m=6.2糖化锅6.2.1糖化锅容积的确定糖化锅中投麦芽粉：6467.4kg；水：糊化液：15244.63－508.9＝14735.7（kg）查表2得混合醪的相对密度1018kg/m3则糖化锅的有效体积：（6467.4+22635.9+14735.7）/1018＝43.06m3按实际生产情况，糊化锅的空余系数为1.2则总容积：43.06×1.2＝51.672m36.2.2糖化锅的主要尺寸[15]一般糖化锅的轮廓比例为，如设底高部分为空余系数的情况下，则有：取糖化锅有效容量＝43m3计算。H＝D4.785m圆整后取直径4800mm；锅身D/2＝2400现按实际糖化锅设备图主要尺寸：有效容积43m3，直径D＝4800mm,柱高H＝2000mm，底高h＝1则实际总容量＝52.81m3容量系数1.2，则：＝52.81/1.2＝44m36.2.3加热面积F[16]由前面计算可知，在糖化锅中耗热量最大为把醪液由63℃加热至70℃阶段，加热时间为5min，则：Q＝3.72×43839×（70－63）×0.2389×3600/(5×60)＝3272646kcal/s0.3Mpa表面压力得蒸汽温度为：120.2℃，醪液从63℃加热至70℃，故：＝＝53.6℃传热系数K取经验值1992kcal/(m2.h.℃)，则夹套加热的传热面积：＝3272646/（1992×53.6）≈30.706.2.4升气管面积为料液面积的1/50~1/30，取1/40则：d2:D2＝1:40得出d＝0.759m，圆整后取d＝0.76m=760mm6.2.5功率计算雷诺准数ReRe==式中：D——搅拌叶直径，D=2.2mn——搅拌器转速，n=30转/分=0.5转/秒——糖化醪密度，=1018kg/m3μ——糖化醪黏度，μ=4.82×10-5kcal/m.s则：Re=＝9504149功率准数A、B、P值为简化计算，均可根据《啤酒工业手册》中图8-2-6、8-2-7、8-2-8分别查得。先根据D/D0=3.3/4.8=0.6875，B/D0=0.11/4.8=0.022917查得查得：A=20.7，B/=0.4，P=1.15式中：B为搅拌实际宽度(m)，B=0.11mH为液面高度，H=2.0mθ为搅拌时旋转平面所成角度，θ=600D0为搅拌器内径(m)，D0=4.8m则：==0.09搅拌需要功率N需===2.9048kw电动机所需功率N电=式中：K=1.2K1=1.3NT=0.5η总=0.4则：N电==11.5kw电机功率可取N电=13kw根据以上计算总结出糖化锅的基本参数汇总如下表所示。表5糖化锅的基本参数表[17]名称糖化锅容积全容积：52.81m3有效容积：44m3锅身直径：4800mm圆柱高度：2000mm加热面积夹套：30.工作介质锅内：醪液夹套内：120.02℃工作压力锅内：0.3MPa夹套内：0.3MPa最高工作温度锅内：78℃夹套内：120.02℃电动机、照明两个防爆白炽灯：电压36V功率4kw材料锅身：厚8mm锅底：T2紫铜，厚12mm夹套：A3厚8mm6.3过滤槽过滤槽的有效容积：＝43.06m3生产需要1.2的空余系数，故所需容积：V＝×1.2＝51.68m3设锅的径高比为2：1，即D:H＝2:1，则有：5200mm2600mm过滤筛板用不锈钢焊制而成，过滤筛板上分布条形筛孔，尺寸约为0.4×0.7×20mm，平底上有均匀的麦汁倒出管，每1.25~1.5m2的筛板上有一跟倒出管，倒管直径通常为25~45mm6.4煮沸锅6.4.1煮沸锅容积的确定由表4可知：进入煮沸锅的热麦芽汁量为55874.56L故＝55.8m3生产需要1.2的空余系数，则总容积为55.8×1.2＝66.96m36.4.2煮沸锅的主要尺寸[15]一般煮沸锅的轮廓比例为，如设底高部分为空余系数的情况下，则有：取煮沸锅有效容量＝56m3计算。H＝D/2，则：5.225圆整后取直径5400mm；锅身D/2＝2700m现按实际煮沸锅设备图主要尺寸：有效容积57m3，直径D＝5400mm,取柱高H＝2200mm，底高h则实际总容量＝75.90m3容量系数1.2，则：＝75.90/1.2＝63.306.4升气管面积为料液面积的1/50~1/30，取1/40则：V＝0.785×5.42×1/40＝0.785d2得出d＝0.854m，圆整后取d＝6.5回旋沉淀槽技术参数：麦芽汁进口速度8m/s，进料时间20min，麦汁停留时间40min，麦汁转速10转/分。容积V：＝55874.56L 取空余系数为1.2，则V＝×1.2＝66.96m3尺寸：设其径高比为2:1，即5.23圆整后取直径5400mm表6设备选型汇总序号设备名称附属设备名称单位数量规格型式1麦芽粉碎机台1要求能力550t/时MF35型2大米粉碎机台1要求能力300t/时MF350型3麦芽贮仓200×200刚板个1方形锥底4大米贮仓200×200刚板个1方形锥底5糊化锅电动机搅拌器夹套加热个1V：15.D：3400mmH：1400mmh：1200mm6糖化锅电动机搅拌器夹套加热个1V：44m3D：4800mmH：2000mmh：1700mm7过滤槽电动机个1V：43.06m3D：5200mmH：2600mm8煮沸锅电动机搅拌器夹套加热个1V：63.3m3D：5400mmH：2200mmh：2000mm9回旋过滤槽电动机个1V：55.87m3D：5400mmH：2700mm注：V—有效容积；D—直径；H—柱高；h—底高7设计评价啤酒受大众所喜爱，市场需求量大，其成为世界上产量最大的酒种。但是，目前国内啤酒品牌众多，口味纷纭。创造一个受大众信赖的品牌是市场所迫切需要的，超凡的工艺就关系到信赖的品牌。其中，糖化工段工艺及其设备在整个啤酒生产工艺中又起着举足轻重的作用。因此，我们所进行的啤酒糖化工段工艺的设计具有深刻的社会实际意义。在本设计中，理论联系实际，阅读了大量的试验文献资料，整理了众多的工厂生产技术一线资料，选择了以75%的淡色麦芽为原料，25%的大米为辅料，将其分别用六辊式和两辊式粉碎机进行粉碎，之后采用二次煮沸法进行糖化，然后进入过滤槽将所得的麦芽汁泵入煮沸锅中，灭菌后用回旋沉淀槽去除热凝固物，随后冷却进入发酵工段。整个过程中采用蒸汽加热，酿造用水源于深井。保障了啤酒口味的纯正风味，确证了整个工艺的科学性和可行性。并严格按照国家标准和有关设计规范及设计手册，参考生产中的经验参数，经过细致的物料衡算和热量衡算，选择了适合本设计所用的国内外先进工艺设备，同时提供了其基本尺寸参数，其投资成本虽然稍高，但造诣非常，社会影响力将会很大，具有先进性。从长远的角度进行科学的分析，其经济效益将会很好，为创造市场良好新秩序做出贡献。8总结通过这次的课程设计，我们受益匪浅。巩固了我们在课堂上所学的生物工艺学，化工原理，生物工程设备等课程的基本理论，使其用于实践设计，理解的淋漓透彻。并提高了我们分析问题，解决问题的能力，锻炼了公式计算的推导能力。在我们五个人的合作中，大家团结一致，虽然偶尔有些意见不统一，但在大家的讨论中，都能认识问题并解决问题，这锻炼了我们协作公关的能力，为以后学习和工作奠定了基础。同时感受到了语言文字表达能力的重要性，以前不太重视这一方面，但经历这次课程设计后，语言功底达到了锻炼和提高，并掌握了如何使用文献资料进行技术分析，知道了文献是我们学习的又一重要渠道。由于受能力所限，文章有诸多不足之处，愿老师们见谅！致谢在王新广、张德拉老师的热心指导下，我们组成员通力合作，积极奋进，按时完成了我们的课程设计。老师们的兢兢敬业的精神，深深的感动了我们，我们组全体成员在此，对王新广、张德拉等老师的谆谆教导表示衷心的感谢。同时，组内成员积极互相配合工作，团结一致，虽然偶尔有些意见不统一，但在商量讨论时终能分析问题，解决问题，使意见统一一致，和谐工作，和谐团队，达到了互帮互助的效果，提高了同学们之间协作攻关的能力。为此，对我们组内的其他成员的大力帮助和关心表示衷心的感谢。再次，对所有为我们提供电脑和学习空间的同学们表示感谢，谢谢你们的热忱帮助。参考文献[1]吴思方.发酵工厂工艺设计概论[M].北京:中国轻工业出版社,2007.[2]王福源.现代食品发酵技术(第二版)[M].北京:中国轻工业出版社,2004.[3]吴根福.发酵工程实验指导[M].北京:高等教育出版社,2007.[4]贺小贤.生物工艺原理[M].北京:化学工业出版社,2006.[5]柴诚敬.化工原理[M].北京:高等教育出版社,2007.[6]刁玉玮,王立业.化工设备机械基础(第五版)[M].大连:大连理工大学出版社,2004.[7]郑裕国,薛亚平,金利群.生物加工过程与设备[M].北京:化学工业出版社,2004.[8]唐浩国,肖枫,王冠宇,魏晓霞,徐宝成.啤酒麦芽汁的制备研究[J].食品科学,2008,(9).[9]孟领纲,王志坚.啤酒糖化工艺主要技术参数的确定[J].江苏食品与发酵,1999,(1).[10]孟德敬,陆健,赵海锋.糖化工艺对啤酒酿造的影响[J].啤酒科技,2006,(12).[11]朱梅,齐志道.啤酒讲座(六)第四讲糖化方法(上)[J].酿酒,1982,(2).[12]王志坚.糖化工艺主要技术参数的确定[J].山东食品发酵,2002,(2).[13]王静康.啤酒糖化过滤设备[J].中国食品工业,1998,(8).[14]吴延东.啤酒糖化设备的组合比较[J].酿酒科技,1998,(5).[15]范大雨.啤酒酿造用水[J].啤酒科技,2001,(12).[16]冯四明.啤酒酿造用水的处理[J].现代食品科技,1988,(1).[17]WolfgangWinkler.现代啤酒厂的酿造用水[J].中国食品工业,2000,(6).附图工艺流程图（见附图1）糖化罐示意图（见附图2）过滤槽示意图（见附图3）糖化工艺车间平面图（见附图4）附件设计任务书基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制