毕业设计说明书-啤酒厂的设计

年产15万吨啤酒厂设计任务书说明书目录第1章绪论11.1啤酒工业概述11.2啤酒设计概述 11.2.1设计目的1设计选题依据1设计内容11.2.4指导思想21.3课题研究的内容和流程21.4设计工作的背景 21.4.1啤酒的历史21.4.2当代中国啤酒工业31.5啤酒生产技术 3啤酒的主要工艺3啤酒国家标准41.6中国啤酒的开展方向 5第2章啤酒工艺选择与论证62.1啤酒酿造工艺流程62.2酿造啤酒的原料72.3麦汁的制备 82.4主要工艺方法82.4.1糖化工艺82.4.2发酵工艺92.5厂址选择的地点及条件112.5.1地理位置112.5.2气候11地形11第3章物料衡算113.1糖化车间物料衡算 113.1.1糖化车间工艺流程123.1.2工艺技术指标及根底数据123.1.3100kg原料的物料衡算133.1.4100L啤酒的物料衡算143.1515000t/a11°淡爽啤酒酿造车间物料衡算表143.2糖化车间的热量衡算 15糖化用水耗热量16第一次米醪煮沸耗热量17第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量17第二次煮沸醪的耗热量18洗槽水耗热量19麦汁煮沸过程耗热量19糖化一次总耗热量203.2.8糖化一次耗用蒸汽量203.2.9每小时最大蒸汽耗量203.2.10蒸汽单耗203.3发酵车间的水耗量计算213.4发酵车间的耗冷量衡算223.4.1发酵工艺流程223.4.2工艺技术指标及根底数据223.4.3工艺耗冷量Qt23非工艺耗冷量243.4.5发酵车间冷量衡算归纳25第4章啤酒生产主要设备的选择与论证274.1主要设备的选型及计算27麦芽贮藏箱27麦芽粉贮藏箱27大米贮藏箱284.14大米粉贮藏箱28糖化锅尺寸的计算28煮沸锅尺寸的计算29盘旋沉淀槽的尺寸计算29板框过滤机30麦汁暂存罐30薄板换热器尺寸计算30发酵罐的尺寸计算30清酒灌尺寸计算314.2附属设备设计与选型314.2.1啤酒过滤设备31酵母的扩培设备31CIP清洗系统设计32第5章重点设备(糊化锅)的计算和选型33糊化锅的容积计算33糊化锅的厚度计算335.1.3糊化锅的管径计算34糊化锅重计算35法兰选择35支座的选择355.1.7CIP清洗管路的设计36第6章啤酒三废的处理366.1啤酒厂废水的治理36好氧处理工艺366.1.2水解-好氧处理 386.1.3厌氧—好氧联合处理技术396.2副产物的利用40麦糟的利用41二氧化碳的回收41酵母的回收利用41第1章绪论1.1啤酒工业概述随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。为了保持啤酒应有的传统并结合实际的生产情况，给啤酒下一个简明的定义是一件很有意义的事，既啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，一种含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。上述定义的实际意思：1、啤酒以麦芽为主要原料，亦即啤酒是以麦芽为主要原料生产的。基于以麦芽为主要原料，那么麦芽使用量应不少于50%。自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料。2、啤酒是添加酒花，经酵母发酵酿制而成的。是世界目前各国公认的经过糖化、发酵方法而酿制的酿造酒，非配制酒。3、啤酒应是含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。区别于汽酒和其它配制酒。我国啤酒工业起步较晚，但开展迅速。目前，我国啤酒的年产量已位居世界首位。但从人均消费量来看，远远落后于兴旺国家水平。我国啤酒产很多，但设备产量参差不齐。最近几年啤酒产业正向着规模化、效益化开展。不少的啤酒厂被大啤酒厂兼并。这一开展趋势是符合世界开展趋势的。随着啤酒生产现代化的迈进，我们将会喝到更新鲜、更可口的啤酒。啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，一种含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。1.2啤酒设计概述1.2.1设计目的通过此毕业设计，使我们初步掌握了工厂工艺设计的程序和方法。并受到一次工程设计的严格训练，让我们具有一定的工程设计能力。这对于即将从事科研，生产或技术管理工作的毕业生具有十分重要的意义。1.2.2设计选题依据本设计是根据齐齐哈尔大学生命科学与工程学院生物工程教研室布置的毕业设计大纲的要求来进行设计的。1.2.3设计内容本设计为年产15万吨11°(淡爽)啤酒厂设计，重点设备糊化锅，重点是糖化车间的设计。还包括设计工厂的工艺方法及流程，三大衡算，设备选型，生产车间的布置，绘制设计图纸〔工艺流程图，车间平、立面布置图、重点设备装配图〕，撰写设计说明书。1.2.4指导思想本设计是在确定工艺方法及流程和设备选型时，结合了实习工厂的实际情况，工艺上力求其合理性和先进性，设备上根据实际尽可能采用先进的生产设备。通过先进的技术，自动化、机械化的生产控制，来减轻繁重的体力劳动和提高劳动力生产率，并采用已经成熟的生产工艺技术和设备，使工厂建成后能够顺利投产，迅速到达设计能力。在经济上，因地制宜，采用适合的管理方法，降低能耗，减少污染，保护环境，选用适宜的产品的，减少浪费。设计工厂整体要做到投资少、本钱低、见效快的效果。1.3课题研究的内容和流程厂址的选择：地理位置一般工厂厂址选在城镇的郊区，考虑微生物发酵工厂对环境因素的特殊要求，需要地势平坦，利于排水，有丰富的水源[2]。气象资料是工厂总平面布置的重要依据之一。厂址应该接近原料产地，保证供给方便，减少运输损失。工艺选择：1.保证产品质量符合国家的标准2.尽量采用成熟的，先进的技术和设备。3.选择生产方法主要依据原料的来源，种类和性质。设备的选择：保证工艺的平安性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。主要流程：1.查阅资料，确定工艺方法以及流程2.进行设计衡算〔如物料衡算〕3.设计图纸绘图4.撰写设计说明书。1.4设计工作的背景1.4.1啤酒的历史我国古代的原始啤酒可能也有4000至5000年的历史，但是市场消费的啤酒是到十九世纪末随帝国主义洋枪洋炮一起进来的。在中国建立最早的啤酒厂是俄国人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂，此后五年时间里,俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。1903年英国和德国商人在青岛开办英德酿酒，生产能力为2000吨，这就是现在青岛啤酒厂的前身。1904年在哈尔滨出现了中国人自己开办的啤酒厂—东北三省啤酒厂；1914年哈尔滨又建起了五洲啤酒汽水厂；同年北京建立了双合盛啤酒厂；1935年广州出现了五羊啤酒厂(广州啤酒厂的前身)。1958年我国在天津、杭州、武汉、重庆、西安、兰州、昆明等大城市投资新建了一批规模在2000吨左右的啤酒厂，成为我国啤酒业开展的一批骨干企业。1.4.2当代中国啤酒工业新中国成立以来，啤酒工业的开展经历了四个阶段：第一阶段从1953年到1962年，是啤酒工业的调整和开展阶段，新建了一批新的啤酒厂，啤酒年产量的平均增长速度为38.2%。1963年至1972年，速度虽有所放慢，但啤酒产量仍增长1.4倍。到1978年，我国的啤酒年产量到达40万吨。在这一阶段,在啤酒科学研究、教育、人才培养等方面的工作为啤酒工业的今后的开展打下了根底。第二阶段1979年后,啤酒生产全面开展。全国除西藏外，各省、市、自治区都建立了啤酒厂，全国除轻工系统外，其他部们如商业、农业、机械、国防、冶金等都建立了啤酒厂。一些啤酒厂的规模也越来越大。如在1980年,我国共生产啤酒68.8万吨[2]。第三阶段在这一阶段，我国的啤酒工业高速开展，其主要特点是扩建和新建的啤酒厂如雨后春笋，啤酒生产规模也逐步扩大，在有的省份,几乎每个县市都有啤酒厂。据1987年的统计,在浙江省就有啤酒厂104家。由于实行改革开放政策,从国外引进技术,装备,人才,加快了啤酒工业的开展.如从国外引进了啤酒生产线，尤其是啤酒灌装线。产量翻番的时间缩短,如1982年,全国啤酒产量为117万吨，到1985年，啤酒产量就到达310.4万吨。1988年，啤酒产量又翻了一番，到达654万吨。第四阶段这一阶段可说是中国的啤酒工业进入了旺盛的成熟期,一方面,啤酒工业继续以高速度开展,在高速开展的同时，开始对啤酒的质量，啤酒工业的经济效益更加重视，啤酒工业的规模按照国际上的惯例，开始向大型化，集团化方向开展。一些中小型啤酒厂被大型啤酒厂兼并。1.5啤酒生产技术1.5.1啤酒的主要工艺啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工序。麦芽制造：大麦〔也正在试验用小麦〕浸渍吸水后，在适宜的温度和湿度下发芽，发芽时产生各种水解酶，如蛋白酶、糖化酶、葡聚糖酶等，这些酶可将麦芽本身的蛋白质分解成肽和氨基酸，将淀粉分解成糊精和麦芽糖等低分子物质。发芽到一定程度，就要中止发芽，经过枯燥，制成水份含量较低的麦芽。麦芽汁的制造：麦芽经过适当的粉碎，参加温水，在一定的温度下，利用麦芽本身的酶制剂，进行糖化〔主要将麦芽中的淀粉水解成麦芽糖〕，为了降低生产本钱，还可以参加一定比例的大米粉作辅料〔大米粉中先加水煮沸〕。制成的麦芽醪，用过滤槽进行过滤，得到麦芽汁，将麦芽汁输送到麦汁煮沸锅中，将多余的水份蒸发掉，并参加酒花。酒花是一种植物的花，参加到啤酒中,可使啤酒带有特有的酒花香味和苦味，同时，酒花中的一些成份还具有防腐作用，可延长啤酒的保藏期。发酵：麦芽汁经过冷却后，参加酵母菌，输送到发酵罐中，开始发酵。传统工艺分为前发酵和后发酵，分别在不同的发酵罐中进行，现在流行的作法是在一个罐内进行前发酵和后发酵。前发酵主要是利用酵母菌将麦芽汁中的麦芽糖转变成酒精，后发酵主要是产生一些风味物质，排除掉啤酒中的异味，并促进啤酒的成熟，这一期间，控制一定的罐内压力，使后酵时产生的二氧化碳保存在啤酒中。因此后期要充入二氧化碳，把二氧化碳通过冲气管中的小泡吹入到发酵液中。在后发酵中压强会逐渐升高。过滤灭菌：经过二个星期左右的发酵〔有些啤酒发酵期可能长达几个月〕，将啤酒经过过滤，除去啤酒中的酵母菌和微小的颗粒，再经达低温灭菌〔62℃左右〕，冷却，啤酒就可以包装。瓶装的啤酒，瓶子要经过几次的灭菌，瓶盖要经过紫外线灭菌，包装方式主要有瓶装和罐装，还有桶装等。1.5.2啤酒国家标准啤酒国家标准编号：GB4927-91国家技术监督局1991.9.10批准,1992.8.1实施1.引用标准:GB191包装储运图示标志GB2758发酵酒卫生标准GB4544啤酒瓶GB4789.1~4989.28食品卫生检验方法--微生物学局部GB4928啤酒试验方法GB5739啤酒塑料周转箱GB6543瓦楞纸箱GB10344饮料酒标签标准2.技术要求感观要求:淡色啤酒的感观指标应符合表1的规定。表1-1项目优级一级二级外观透明度清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物尚清，较透明浊度，ＥＢＣ≤１．０≤１．５≤２．０泡沫形态泡持性瓶装Ｓ≥２１０≥１８０≥１２０听装Ｓ≥１８０≥１８０色度ＥＢＣ１４°５．０＿１１．０１０°１２°５．０＿９．５５．０＿１１．０５．０＿１４．０８°５．０＿１２．０香气和口味具有明显的酒花香气，口味纯粹，爽口，酒体谐调，柔和无异香、异味有较明显的酒花香气，口味纯粹，较爽口，谐调，无异香、异味有酒花香气，口味较纯粹，无异味3．啤酒的保质期瓶装、听装熟啤酒保质期不少于120天〔优、一级〕，60天〔二级〕。瓶装鲜啤酒保质期不少于7天。罐装、桶装鲜啤酒保质期不少于3天。1.6中国啤酒的开展方向行业结构的变化：集团化、规模化。企业数量继续下降，青岛、燕京、华润的下属企业会继续增加，生产能力和年产量还将持续增长。珠啤、雪津、哈啤等二级啤酒集团也会迅速扩张。一业为主，多元扩张。大多数啤酒集团在把啤酒业做强的同时依靠自身优势进入其它行业进行多元化开展。如青啤进入茶饮料业、葡萄酒业，燕啤进入生物制药业，蓝剑下属20多家进入其它产业等。信息化。知识经济时代，企业对信息的利用率和利用程度成为提高企业竞争力的重要方面，啤酒企业对加快企业信息化建设更加重视。一方面加快内部信息化建设，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投资数千万元上ERP系统，许多企业建立内部局域网等；另一方面加快外部信息沟通和利用。更多的企业成立信息中心，加快对外部商业情报的收集、分析、利用。科技化。科技永远是第一生产力，加快科技进步是啤酒企业未来竞争的焦点之一。在纯生技术进一步提高的同时，啤酒企业会在啤酒保鲜度、延长保鲜期等方面不断创新。产品多样化。传统的普通啤酒依然会是主流，但随着越来越多个性化产品的不断推出，功能性保健啤酒、果汁啤酒、无醇啤酒等特色啤酒的消费量会越来越大。企业所有制结构的多元化。国有企业逐渐退出，股份制企业、多种所有制混合企业、民营企业得到大开展，新一轮的中外合资企业也会增多，不过合资企业也会增多，不过合资的形式发生了改变。市场结构的变化：在城市市场，新一轮消费高潮掀起，中高档啤酒市场、特色啤酒市场、女士啤酒市场得到开展。在农村市场，随着农村经济的开展，啤酒消费出现稳步增长趋势。传统的企业——经销商——消费者的模式受到挑战，企业——消费者的直销模式得到快速开展，尤其是电子商务的开展使网上营销在啤酒行业得到大开展。第2章啤酒工艺选择与论证2.1啤酒酿造工艺流程采用如下工艺流程：辅料→粉碎→糊化酵母↓麦芽→粉碎→糖化→过滤→煮沸→沉淀→冷却→发酵→过滤→罐装→压盖→杀菌→贴标→装箱氧气图2-1啤酒酿造工艺流程图原料麦芽和辅料粉碎后，分别进入糖化锅和糊化锅。糊化好的糊化醪液进入糖化锅，与糖化醪混合后继续糖化。糖化完成后经过过滤，进入煮沸锅煮沸，然后进入盘旋沉淀槽沉淀，之后进入发酵车间。进入发酵车间的麦汁要先经过冷却，然后通入氧气并参加酵母一起进行发酵。发酵好的啤酒经过过滤后进入清酒罐，然后就可以进入包装车间罐装、压盖、杀菌、贴标、装箱。2.2酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是大麦、水、酵母、酒花。大麦在谷物中具有较为廉价，易于发芽，酶系统完全，并且含有蛋白质，脂肪，磷酸盐以及其他无机盐，维生素，碳水化合物和其他多种矿物质等优点，因此成为生产啤酒的主要原材料。酿造啤酒用的优质大麦具有籽粒饱满，皮薄，淀粉含量高和发芽率高的4大特点。大麦首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和枯燥的过程，即称为麦芽制造。大麦发芽后称绿麦芽，枯燥后叫麦芽。酿造水：每瓶啤酒90%以上的成份是水，水在啤酒酿造的过程中起着非常重要的作用。啤酒酿造所需要的水质除洁净外，还必须去除水中所含的矿物盐成为软水。对水的要求详见下表(2-1)表2-1水质要求表水质内容颜色透明度味道总溶解盐PH值有机物〔高锰酸钾耗氧量〕理想状态无色透明无沉淀无味150-200mg/L0-3mg/L水质内容铁盐(以计〕锰盐(以计)氨态(计)氯化(以计)游离氯理想状态<0.3mg/L<0.1mg/L020-60mg/L<0.1mg/L酿造啤酒的另一个重要原料就是酒花。作为啤酒工业的原料开始使用于德国。使用的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。酒花的主要成分有：-酸〔学名HUmulone)和B-酸〔学名Lupulone)及未定性的B-组分(B-Fraction),以及酒花油和多酚物质。酒花又称啤酒花，英文名称“HOP”，其实它的真正学名应为Humuluslupulus。这种植物雌雄异株，只有雌株才能结出花朵。它将自身的苦味物质，单宁，酒花油和矿物质赋予了啤酒，增强了啤酒的防腐能力，使啤酒具有芳香，安神和调节整个人体新陈代谢的功能，并且使啤酒的泡沫洁白，细腻，持久。因此可以说，大麦和啤酒和共同构成了啤酒的灵魂。酵母是生产所有酒类不可缺少的物质，酵母的种类很多，啤酒酵母的学名：Saccharomycescerevisiae，根据Loder分类，酵母有39属，350种。啤酒酿造中酵母主要起的作用就是降糖，产生二氧化碳和酒精。但不是所有的酵母都可以用来酿酒，用来酿制啤酒的酵母大局部是经过人工培养的专用酵母，称之为啤酒酵母。啤酒酵母又可分为上面发酵酵母和下面发酵酵母。用上面发酵酵母酿造的啤酒，在发酵过程中，温度比拟高，发酵时间比拟短，发酵完毕以后，酵母大多漂浮在上面。一般来讲，Ale,Stout这些种类的啤酒大多采用此种酵母。相反，使用下面发酵酵母在酿制啤酒的发酵过程中，温度比拟低，发酵时间比拟长，发酵完毕之后，酵母大多沉聚在底部，像PilsnerBeer,MunichBeer这一类的著名啤酒，大多采用此种酵母进行发酵。值得一提的是，用来酿酒的酵母，均含有大量的蛋白质和多种氨基酸，维生素以及矿物质，特别是核酸，更具有抗老防衰的独特作用。2.3麦汁的制备主要过程有原料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒，因此麦汁的颜色，芬香味、麦汁组成有一些会影响啤酒的风味、有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味[4]。麦汁组成中影响发酵的主要因子是：原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、-氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。2.4主要工艺方法2.4.1糖化工艺糖化的主要方法：煮出糖化法，浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化法。本设计采用二次煮出糖化法，特点：颜色色泽淡黄，泡沫丰富持久具有特殊味道。其可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，当局部醪液加热至煮沸是，利用热力作用，促进物料的溶解，使溶液彻底糊化，便于淀粉酶的作用，以提高浸出物收得率。而且其灵活性比拟大，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拟普遍的。那么二次煮出糖化法的糖化曲线：图2-2糖化工艺曲线曲线的说明：〔1〕辅助原料与局部麦芽粉在糊化锅中与水混合，并升温煮沸糊化。与此同时麦芽与水分在糖化锅内混合，52度保温，进行蛋白质休止。〔2〕采用两段式糖化温度，提高可发酵性糖含量糖化温度为63度，此温度下糖化，麦芽中核苷酸、内切肽酶及β-淀粉酶均有活性，促进了核酸分解〔形成核苷酸、及嘌呤、嘧啶〕；内切肽酶还有一定活性，可补充蛋白质的分解，形成较多的可溶性氮；有利于形成较多的可发酵性糖。〔3〕第二段糖化，主要发挥-淀粉酶的催化作用，提高麦汁收率。此段要分醪煮沸至100度，在回到糖化对醪，最后升温至78度时糖化结束。2.4.2发酵工艺冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵性糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。酵母恢复阶段：酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降的很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏细胞内的肝糖和海藻糖提供。在次阶段，酵母细胞根本不繁殖，所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。无氧呼吸阶段：在此发酵过程中，绝大局部可发酵糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽糖，麦芽三糖。本设计采用的是下面发酵工艺。表2-2主发酵现象和要求[5发酵阶段外观状态和要求酵母繁殖期麦汁添加酵母8-16个小时以后，液面上出现二氧化碳小气泡，逐渐形成白色的，乳脂状的泡沫，酵母繁殖20小时以后立即进入主发酵槽。泡期还槽4-5小时后，在麦汁外表逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间，洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，有二氧化碳小气泡上涌，并且带出一些析出物。高泡期发酵后2-3天，泡沫增高，形成隆起，并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色，此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵作用。落泡期发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增加，泡沫变为棕褐色。泡盖形成期发酵7-8天后，泡沫回缩，形成泡盖，撇去所析出的多酚复合物，酒花树脂，酵母细胞和其他杂质，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。后发酵以及储藏：麦汁经主发酵后的发酵液叫嫩啤酒，此时酒的二氧化碳含量缺乏，双乙酰，乙醛，硫化氢等挥发性物质没有减低到合理的程度，酒液的口敢不成熟，不适合饮用。大量的悬浮酵母和凝结析出的物质尚未沉淀下来，酒液不够澄清，一般还要几个星期的后发酵和贮酒期，啤酒的成熟和澄清均在后发酵和贮酒期。发酵工艺曲线：2.5厂址选择的地点及条件2.5.1地理位置哈尔滨位于东经125°42′-130°10′，北纬44°04′-46°40′，是黑龙江省会，是东北地区北部最大的中心城市，也是中国省辖市中面积最大、人口居第二位的特大城市〔仅次于成都〕。2.5.2气候哈尔滨的气候属中温带大陆性季风气候，特点是四季清楚，春季山野披绿、满城丁香；夏季清凉宜人、休闲避暑；秋季秋高气爽、层林尽染；冬季银装素裹、雪韵冰情。冬季1月平均气温约零下19度；夏季7月的平均气温约23度。全年平均降水量569.1毫米，夏季占全年降水量的60%。2.5.3地形哈尔滨市区及双城市、呼兰区地域平坦、低洼，东部10县〔市〕多山及丘陵地。东南临张广才岭支脉丘陵，北部为小兴安岭山区，山势不高，河流纵横，平原辽阔。第3章物料衡算3.1糖化车间物料衡算啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要工程为原料〔麦芽、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。3.1.1糖化车间工艺流程根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的损失等数据如表2-3所示。图3-1啤酒厂糖化车间工程流程示意图3.1.2工艺技术指标及根底数据根据表2-2的根底数据，首先进行100kg原料生产11°淡爽啤酒的物料计算，然后进行100L11°淡色啤酒的物料衡算，最后进行150000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。表3-1啤酒生产根底数据工程名称百分比﹪说明定额指标原料利用率98麦芽水分6大米水分12无水麦芽浸出率78无水大米浸出率90原料配比麦芽70大米30损失率冷却损失7发酵损失2对热麦汁而言过滤损失1装瓶损失2总损失率啤酒总损失率12对热麦汁而言3.1.3100kg原料的物料衡算1.100kg原料：根据表1可得到原料收得率分别为：原料麦芽收得率为：原料大米收得率为：混合原料收得率为：由上述可得100kg混合料原料可制得的11°热麦汁量为：又知11°麦汁在20℃时的相对密度为1.0442，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁〔100℃〕体积为：2.冷麦汁量为：3.发酵液量为：4.过滤酒量为：5.成品啤酒量为：3.1.4100L啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产11°淡爽啤酒583.27L，故可得下述结果：1.生产100L11°淡爽啤酒需耗混合原料量为：2.麦芽耗用量为：3.大米耗用量为：4.酒花耗用量：对淡爽啤酒，热麦汁中参加的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：5.热麦汁量为：6.冷麦汁量为：7.发酵液量：8.过滤酒量：9.成品酒量：10.湿糖化糟量设啤酒厂排出的湿麦芽糟水分含量为80%，那么：湿麦芽糟量为：湿大米糟量为：故湿糖化糟量为：11.酒花糟量设麦汁煮沸过程中酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，那么酒花糟量为：3.1515000t/a11°淡爽啤酒酿造车间物料衡算表设生产旺季每天糖化8次，共计200天，而淡季那么每天糖化4次，共计100天，那么总的糖化次数为2000次每年。把上述的有关啤酒糖化生产车间的三项物料衡算计算结果整理成物料衡算表，见表3-2：表3-2啤酒厂酿造车间物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L11°淡色啤酒糖化一次定额量150000t/a啤酒生产混合原料kg10017.1413059.8826.12×106大麦kg7012.009141.9216.46×106大米kg305.143917.967.05×106酒花kg1.340.23174.723.15×105热麦汁L666.35114.2183812.8216.76×107冷麦汁L619.71106.2277945.9615.59×107湿糖化糟kg85.5814.6711176.6522.35×106湿酒花糟kg4.020.69524.161.05×105发酵液L607.32104.1076387.0015.28×107过滤酒L595.17103.0675623.1315.12×107成品啤酒L583.27101.0074110.6714.82×107备注：11°淡色啤酒的密度为1011kg/m3，实际年产啤酒150032t3.2糖化车间的热量衡算二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺，下面就以此为基准进行糖化车间的热量衡算。工程流程示意图如图3-2所示，其中的投料量为糖化一次的用料量〔计算参表3-2〕图3-2啤酒厂糖化工艺流程图3.2.1糖化用水耗热量1.根据工艺，糊化锅加水量为：式中，3917.96为糖化一次大米粉量，783.59为糊化锅参加的麦芽粉量〔为大米量的20%〕，4.5为加水比。2.糖化锅加水量为：式中，8358.33为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即9141.92-783.59=8358.33(kg)而9141.92为糖化一次麦芽定额量，3.5为加水比。3.糖化总用水量为：〔3-1〕自来水的平均温度取t1=18℃,而糖化配料用水温度t2=50℃,故耗热量为：〔3-2〕3.2.2第一次米醪煮沸耗热量1.由糖化工艺流程图〔图3-2〕可知，〔3-3〕2.糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃的耗热量〔3-4〕(1)计算米醪的比热容G米醪根据经验公式进行计算。式中W为含水百分率；C0为绝对谷物比热容，取C0=1.55kJ/(kg•K).〔3-5〕(2)米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，那么〔3-6〕(3-3)把上述结果代入〔3-4〕式中，得：3.煮沸过程蒸汽带出的热量Q22设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，那么蒸发水量为：〔3-7〕故：〔3-8〕式中，I为煮沸温度〔约为100℃〕下水的汽化潜热〔kJ/kg〕4.热损失Q23米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%，即：(3-9)由上述结果得：(3-10)3.2.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量按照糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t01.糖化锅中麦醪中的t麦醪麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，那么麦醪温度为：(3-11)(3-1)〔3-13〕2.根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变，那么米醪的中间温度为：〔3-14〕〔3-15〕〔3-16〕3.计算Q3〔3-17〕3.2.4第二次煮沸醪的耗热量由糖化工艺流程可知：〔3-18〕1.混合醪升温至沸腾所耗热量Q41〔1〕经第一次煮沸后米醪量为：〔3-19〕糖化锅的麦芽醪量为：〔3-20〕故进入第二次煮沸的混合醪量为：〔3-21〕〔2〕根据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，那么送到第二次煮沸的混合醪量为：〔3-22〕〔3〕麦醪的比热容〔3-23〕混合醪比热容：〔3-24〕〔4〕故〔3-25〕2.二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42煮沸时间为10min，蒸发强度5%，那么蒸发水分量为：〔3-26〕式中，I为煮沸温度下饱各蒸汽的焓〔kJ/kg〕3.热损失Q43根据经验有：〔3-27〕4.把上述结果代入公式〔27〕,得〔3-28〕3.2.5洗槽水耗热量设洗槽水平均温度为80℃，每100Kg原料用水450Kg，那么用水量为故〔3-29〕3.2.6麦汁煮沸过程耗热量〔3-30〕1.麦汁升温至沸点耗热量Q61由表3-2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg混合原料可得到666.35kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃，那么进入煮沸锅的麦汁量为：故〔3-31〕2.煮沸过程蒸发耗热量Q62煮沸强度10%，时间1.5h，那么蒸发水分为故〔3-32〕3.热损失为〔3-33〕4.把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热〔3-44〕3.2.7糖化一次总耗热量〔3-35〕3.2.8糖化一次耗用蒸汽量使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3KJ/Kg,那么：〔3-36〕式中，i为相应冷凝水的焓〔561.47kJ/kg〕；η为蒸汽的热效率，取η=95%。3.2.9每小时最大蒸汽耗量在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且煮沸时间为90min热效率为95%，故〔3-37〕相应的最大蒸汽耗量为：(3-38)3.2.10蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为2000次，总共生产啤酒150000t.年耗蒸汽总量为：每吨啤酒成品耗蒸汽〔对糖化〕：每昼夜耗蒸汽量〔生产旺季算〕为：至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送井发酵车间，必须尽量回收其中的热量。最后假设需要耗用冷冻水，那么在以下“耗冷量计算”中将会介绍最后，把上述结果列成热量消耗综合表，如表3-3。表3-3啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格〔MPa〕每吨消耗定额〔kg〕每小时最大用量〔kg/h〕每昼夜消耗量〔kg/d〕每年消耗量〔kg/a〕工程0.3〔表压〕515.4114737.84309245.7677311440.03.3发酵车间的水耗量计算主要包括糖化用水洗槽用水沉淀槽冷却用水麦汁薄板冷却器冷却用水1.糖化用水根据热量衡算可知，糖化一次用水量为50411.14kg，糖化用水时间设为0.25小时，那么每小时最大用水量为2.洗槽用水根据热量衡算可知，糖化一次用水量为58769.46Kg设洗槽用水时间为1.5小时，那么每小时洗槽用水最大量为3.糖化室洗刷用水一般糖化室设备洗刷用水每糖化一次，用水约60吨，用水时间为2小时，因此洗刷最大用水量为4.沉淀槽冷却用水(冷却时间为1小时)热麦汁放出热量：热麦汁比重：热麦汁含量：热麦汁比热：，热麦汁温度：冷却水温度：t1=18℃t2=45℃冷却水比热：C=1kJ/(kg.℃)5.沉淀槽洗刷用水每次洗刷用水3.5吨，冲洗时间为0.5小时，那么每小时最大用水量为6.麦汁冷却器冷却用水麦汁冷却时间为1小时，麦汁冷却温度为55℃→6℃。分两阶段冷却，第一段，麦汁温度55℃→25℃，冷却水温18℃→30℃。冷却用水量：麦汁放热量：式中麦汁量：麦汁比热：麦汁温度：水的比热：冷却水温度：7.麦汁冷却器冲刷用水设冲刷一次，用水4吨，用水时间为0.5小时，那么最大用水量为3.4发酵车间的耗冷量衡算啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类，而后者有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分。不同的发酵工艺，其耗冷量也随之改变。下面以目前我国应用最普遍的锥形罐发酵工艺进行150000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量计算[5]。3.4.1发酵工艺流程94℃热麦汁→冷麦汁〔6℃〕→锥形发酵罐→过滤冷却至-1℃→贮酒→过滤→清酒罐3.4.2工艺技术指标及根底数据年产110淡爽啤酒150000t；旺季每天糖化8次，淡季每天糖化4次，每年共糖化2000次；主发酵时间6天；4锅麦汁装一锥形罐；110Bx麦汁比热容C1=4.0kJ/(kg•K)；冷媒用15％酒精溶液，比热容可视作C2=4.18kJ/(kg•K)；麦芽糖厌氧发酵热q=613.6kg/kJ；麦汁发酵度60％。根据发酵车间耗冷性质，可分工艺耗冷和非工艺耗冷两类，既：3.4.3工艺耗冷量Qt1.麦汁冷却耗冷量根据表3-2啤酒生产物资资料衡算表，可知每糖化一次需热麦汁83812.82L，而相应密度为1048Kg/m3，故麦汁量为：又知110麦汁的比热容为4.0kJ/(kg•K),工艺要求在1h内完成冷却过程，那么所耗冷量为：式中t1和t2-分别为麦汁冷却前后温度〔0C〕根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，那么麦汁冷却每罐冷量为：相应的冷冻介质〔2℃的冷水〕耗量为：式中t1’和t2’－分别是冷冻水的初温和终温〔oC〕Cw－水的比热容[kJ/(kg·K)]2.发酵耗冷量(1)发酵期间发酵放热Q21假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6KJ/Kg。设发酵度为60%，那么1L麦汁放热量为：根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为77945.92L,那么每锥形罐发酵放热量为：由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化8锅麦汁〔旺季〕，并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，那么发酵顶峰时期耗冷量为：(2)发酵后期发酵液降温耗Q22主发酵后期发酵液温度从6℃缓慢降到-1℃。每天单罐降温耗冷量为：工艺要求此过程在2天内完成，那么耗冷量为〔麦汁每天装1.5个锥形罐〕：(3)发酵总耗冷量Q2(4)每酵用冷媒耗量Q0(5)发酵用冷媒耗〔循环量〕M2发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为3.酵母洗涤耗冷量在锥形罐啤酒发酵过程，主发酵结束时要排放局部酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5—7次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍[6]。冷却前无菌水温30℃。用-8℃的酒精液作冷地介质。由上述条件，可得无菌水用量为：每班无菌水用量：假定无菌水冷却操作在2h小时内完成，那么无菌水冷却耗冷量为：所耗冷介质为：式中，t1和t2—冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃。每罐用于酵母洗涤的耗冷量为：式中1.5—每班装罐1.5罐。4.酵母培养耗冷量根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h。根据工厂实践，年产150000t啤酒培养耗冷量为209000〔kJ/h〕，那么对应的年冷耗量为：相应的顶峰冷冻介质循环量为：5.发酵车间工艺耗冷量综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为：3.4.4非工艺耗冷量除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁、运转机械、维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量，现分别介绍。1.露天锥形罐冷量散失锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失。通常，这局部的冷量由经验数据取值。根据经验年产15万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在36000-80000kJ/t啤酒之间，假设在南方亚热地区设厂，可取高值。故旺季每天耗冷量为：式中，Gb—旺季成品啤酒日产量〔t〕假设白天日晒顶峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，那么顶峰耗冷量为：冷媒〔-8℃稀酒精〕用量：2.清酒罐、过滤机及管道等散失冷量因涉及的设备、管路很多，假设按前面介绍的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据实验经验选取。通常，取，所以：冷媒〔-8℃稀酒精〕用量3.4.5发酵车间冷量衡算归纳将上述计算结果，整理后可得150000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如表3-4所得表3-4啤酒厂发酵车间冷量衡算表耗冷分类耗冷工程每小时耗冷量〔kJ/h〕冷媒用量〔kJ/h〕每罐耗冷〔kJ〕年耗冷量〔kJ〕工艺耗冷量麦汁冷却Q130918214891171236728565.89×1010发酵耗冷Q257049317060224648531.60×1010无菌水冷却Q328345884773779452.01×108酵母培养Q4209000625014630006.02×108工艺总耗冷Qt31981165145876356757.03×108非工艺耗冷量锥形罐冷损Q540000001196176875169.073.57×109管道等冷损Q6387774011476512587605.516.54×109非工艺总耗冷Qnt787774019462774.581.01×1010合计总耗冷Q39858905165339130.68.58×1010单耗571878kJ/t啤酒第4章啤酒生产主要设备的选择与论证4.1主要设备的选型及计算4.1.1麦芽贮藏箱1.所需容积的计算每次投料量G=9141.92(Kg)麦芽容量γ=500(Kg/m2)有效容积系数=0.8所需要的容积为2.结构采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为：A=4000mma=500mmAB=3000mmb=500mmHabBC=2000mmh=2000mmh总容积为4.1.2麦芽粉贮藏箱1.所需容积的计算每次投料量G=9141.92kg麦芽粉比容C=2.560m3/t有效容积系数=0.7所需要的容积为2.结构采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为：A=4000mma=700mmB=3000mmb=700mmH=2500mmh=2500mm总容积为4.1.3大米贮藏箱1.所需容积的计算每次投料量G=3917.96kg大米容量=500kg/m2有效容积系数=0.8所需要的容积为2.结构采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为：A=3000mma=600mmAB=2000mmb=600mmHabBhH=1600mmh=2000mmh总容积为4.14.大米粉贮藏箱1.所需容积的计算每次投料量G=3917.96kg麦芽粉比容C=1.73m3/t有效容积系数=0.7所需容积2.结构采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为：A=3000mma=600mmAB=2000mmb=600mmHabBhH=1600mmh=2000mh所需容积为4.1.5糖化锅尺寸的计算糖化锅用于麦芽淀粉及蛋白质的分解，维持醪液在一定得温度，使醪液进行淀粉的糖化，以制备麦汁。〔1〕.锅体形式为圆柱型锅身球形锅底，直径与高之比为2:1〔3〕.材质锅体室用不锈钢，夹套可用不锈钢或普通钢板查表得相对密度为1059kg/m3那么糖化锅有效容积为取糖化锅充满系数为0.8，那么糖化总体积为糖化锅其圆筒直径D与高H之比为2:1，那么那么将以上数据整理并带入得D=4.6m,H=2.3m4.1.6煮沸锅尺寸的计算麦汁煮沸锅是用于过滤后麦汁煮沸和参加酒花，使麦汁到达一定浓度的设备，拟采用内加热式煮沸锅。〔1〕锅体形式煮沸锅圆柱形的器身，椭圆形封头及封底。锅身直径与筒体高度之比为1.5:1-2:1，容量系数为65-75％，锥底角度应小于或等于1400为宜〔2〕加热方式外加热器，壳层通入0.3-0.6MPa蒸汽进行加热〔3〕煮沸强度要求10％或更高〔4〕材质锅体一般宜用不锈钢醪液量G=87024.51kg煮沸锅内麦汁浓度9.4度查表得，密度为1036kg/m3设煮沸锅圆柱直径为D,那么圆柱局部高为,椭圆封头及封底的高为那么圆柱局部的高为2.85m，椭圆封头及封底的高为1.42m。4.1.7盘旋沉淀槽的尺寸计算盘旋沉淀槽是圆柱形的器身，平底槽底及无折边锥形封头顶。盘旋沉淀槽的麦汁量为：87500.58kg式中1036—为煮沸锅中麦汁的密度，kg/m3—有效容积系数，0.8设过滤槽圆柱直径为D,那么圆柱高为,封头顶的顶角为1200，由体积公式：得D=6.4m,那么圆柱高为3.2m。4.1.8板框过滤机糖化后麦汁量为87024.51kg设过滤需要2小时，那么过滤机生产能力为:4.1.9麦汁暂存罐作用：进入煮沸锅之前麦汁暂存，容积跟煮沸锅一样。4.1.10薄板换热器尺寸计算薄板冷却器：采用一段冷却的方式，设麦汁进盘旋沉淀槽后的温度为55℃，冰水的温度为2℃。麦汁55ºC升至8ºC，冰水2ºC升至40ºC由Δt1=15ºC，Δt2=6ºC，那么选用型号为RB0.9的薄板冷却器，按人字型波纹形式，单台换热器的换热面积最大。4.1.11发酵罐的尺寸计算1.发酵罐的个数为：t-发酵周期，〔天〕n-每天糖化的次数，〔按旺季计算〕A-每个发酵罐可容纳的麦汁的批次数，〔次〕3-周转量数那么〔1〕锥角确实定锥角采用750，便于酵母沉降和排放。〔2〕冷却方式确实定本次设计方式采用夹套冷却，分成3段，对柱身进行冷却，而锥底局部采用冷却层冷却。〔3〕罐的保温材料选择选用经济的聚酰氨树脂。〔4〕管的材料选择选用不锈钢作为发酵罐的材料，耐腐蚀且导热系数小，罐体上各种接管均为不锈钢。2.发酵罐尺寸的计算糖化一次发酵液的量为76387.0L，四锅进一罐。那么发酵罐有效容积为：设填充系数=0.8那么取径高比为：D:H=1:4，锥角为750，，那么将以上数据带入公式，并整理得：D=4.4(m),H=4D=17.6(m)4.1.12清酒灌尺寸计算考虑到清酒罐需保存，一发酵罐酒入2个清酒罐，一天出3发酵罐酒，进六个清酒罐，准备3个备用，共设9个清酒罐。由于糖化四锅进一罐，一发酵罐进两个清酒罐,即：清酒罐有效容积为取有效容积系数=0.8，所以清酒罐体积设清酒罐的直径为D，高为2D，圆形封头高为。那么：将以上数据带入并整理得：D=4.95m，那么高为9.90m，圆形封头高为1.24m。4.2附属设备设计与选型4.2.1啤酒过滤设备用途过滤啤酒，除去浑浊物、酵母细胞、残渣等。形式柱式硅藻土过滤机生产能力及设备选择设一罐啤酒40min过滤完连续生产每天最大需过滤啤酒选取ZIZ-II型自控螺旋柱式硅藻土过滤机，生产能力。4.2.3酵母的扩培设备采用分级培养系统一个麦汁杀菌罐，一级，二级，三级扩培罐各个组成。由于每罐麦汁量大约为305.55m3,固本设计取酵母接种细胞浓度18.75×106个/ml，每一级细胞培养后的浓度为75×106个/ml，各级扩大比例为1:5，那么三级扩培：二级扩培：一级扩培：4.2.4CIP清洗系统设计1.CIP系统的设置〔流量580ml/min〕洗涤过程：清水喷淋10min，热水喷淋洗涤10min，用〔80℃，2%〕热碱水淋洗15min，热水10min，清水10min，H2O2〔2%〕淋洗15min，用无菌水淋洗10min。2.洗涤水罐设置清水罐2个，碱水罐1个，热水罐2个，H2O21个，无菌水罐1个。第5章重点设备(糊化锅)的计算和选型5.1糊化锅的容积计算糊化锅采用的是圆柱形的器身，球形下头和无折边锥形上头，顶角为120°，夹套内置隔板加热，60°角的搅拌器[9]。1070—糊化醪的密度(kg/m3)那么—填充系数(0.8)由于是标准封头，那么设锅圆柱局部的直径为D，高为，即。得到D=3.6(m)H=1.8(m)5.2糊化锅的厚度计算1.圆柱器身的厚度计算糊化锅圆柱器身局部的糊化醪液量为：糊化锅圆柱器身局部的液面高度为：那么锅壁承受的最大压强为：设计数据：设计压力P=0.112MPa，设计温度t=200℃，圆柱内径为Di=3600mm。腐蚀裕量C2=1mm，柱体材料Q235-A，焊缝系数φ=1，查表[σ]t=105MPa，那么筒体厚度为：设计厚度查《常用压力容器手册》表1-7-9，取钢板负偏差C1=0.3mm，查得，δn=4，[σ]t没有变化，故取柱体厚度为8mm，满足要求。2.球形下封头的厚度计算锅底部受到的液体压强为:圆柱体对底部的压强为：设计数据：设计压力P=0.131MPa，设计温度为t=200℃，封头内径Di=3600mm，腐蚀余量C2=1mm，封头材料为Q235-A，焊缝系数φ=1，采用2：1标准封头，查表[σ]t=105MPa，那么球底下封头的厚度为：设计厚度查表1-7-9，C1=0.5mm。取封头名义厚度，δn=5mm，封头有效厚度δe=2(δn－C)=7(mm)δe＞0.1%Di=3.2，符合实际要求。3.无折边锥形上封头的厚度计算腐蚀余量为C2=1mm，锥壳材料20R，焊缝系数φ=0.8，20R钢材料[σ]t=133MPa,那么无折边锥形上封头厚度:那么设计厚度为查表1-7-9,C1=0.3。封头有效厚度δe=8.0(mm)5.3糊化锅的管径计算1.气升管径的计算取气升管的管口截面积为器身截面积的，那么管径的截面积为：那么d=657(mm)2.排醪管径计算设排醪时间为10min，在糊化锅中的醪液量为24.2m3，那么流量设流速v=1.5m/s，由那么d=0.185(m)所以取排醪出口的直径为185mm。3.进料口管径计算设进料时间为10min，进入糊化锅的料量为3.1m3,那么流量设流速v=1.5m/s，由那么d=0.065(m)，所以取进料口的直径为65mm。4.加水管管径的计算设加水时间为10min，在糊化是需要的加水量为21m3，那么流量为设流速v=1.5m/s由那么d=0.172(m)，所以取加水管的直径为172mm。5.蒸汽进出口管径及冷凝水出口管径计算蒸汽量为D=4573Kg/h，那么流量Q=4.573m3/h，设流速为：v=0.4m/s由那么d=0.069(m)，所以取蒸汽进出口和冷凝水出口的直径为80mm。5.4糊化锅重计算糊化锅的重量由上封头、下封头和圆柱器身的重量组成。圆柱形器身的外表积为：那么无折边锥形上封头的外表积计算：那么球形上封头的表体积为：那么糊化锅的重量为：5.5法兰选择锅底接管法兰的最高无冲力工作压力为0.2MPa，查表知糊化锅容器法兰的最大允许压力为0.16Mpa。5.6支座的选择糊化锅选用A型耳式支座。进入锅的糊化醪的重量为25858.53(kg)那么总重力为：支座允许载荷为266KN，设计为8个支座，那么每个支座承重为32.2KN。有A、AN性耳式支座安装尺寸表查得：高度H=200mm底板D1=160mmb2=105mmS1=50mm肋板D2=125mm地脚螺栓d=30mm规格为M24垫板厚度20mm安装高度1m5.7CIP清洗管路的设计洗涤过程中，CIP流量为580ml/min，设流速v=2m/s，由那么d=0.0785(m)所以取其管路的直径为80mm。第6章啤酒三废的处理6.1啤酒厂废水的治理啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒；冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。6.1.1好氧处理工艺啤酒废水处理主要采用好氧处理技术，如活性污泥法、高负荷生物过滤法和接触氧化法等。近年来，SBR和氧化沟处理工艺也得到了很大程度的应用。1．接触氧化工艺20世纪80年代初接触氧化法比活性污泥法有一定的优势，所以在啤酒废水的处理上得到了广泛的应用。由于啤酒废水进水CODc，浓度高，所以一般采用二级接触氧化工艺。(1)日处理废水2000m3/d，顶峰流量200m3/h。(2)水质：CODcr为1000mg/L；BOD5为600mg/L；SS为600mg/L。(3)出水水质：CODcr≤60mg几；BOD5≤10mg几；SS≤30mg/L。采用接触氧化工艺代替传统的活性污泥法，可以防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配N、P营养。用生物接触氧化法，可以选择的负荷范围是1.0—1.5kSBODs/(1213.d)；用鼓风曝气，每去除lkgBOD5约需空气80m3。[11]2．SBR工艺安徽某啤酒厂采用CASS工艺处理工程实例。该厂处理流量3500m3/d，进水通过机械格栅，能有效地别离3mm以上的固体颗粒。然后进入调节池，由于采用好氧处理不需添加任何化学药剂。CASS法反响池的容积一般包括选择区、预反响区和主反响区。水由污水提升泵直接提升到CASS的选择区与回流污泥混合，选择区不曝气相当于活性污泥工艺中的厌氧选择器。在该区内回流污泥中的微生物菌胶团大量吸附废水中的有机物，能迅速降低废水中有机物浓度，并防止污泥膨胀。预反响区采用限制曝气，控制溶解氧在0.5mg/L，使反硝化过程得以进行。主反响区的作用是完成有机物的降解或氨氮的硝化。选择区、预反响区和主反响区的体积比为1:5:20，反响池污泥回流比一般为30％-50％。工艺曝气方式采用鼓风曝气，曝气器选用可变微孔曝气器。工艺中的撇水装置采用旋转式滗水器。该装置主要由浮箱、堰口、支撑架、集水支管、集水总管(出水管)、轴承、电动推杆、减速机、电机等部件组成。滗水器和整个工艺采用可编程序控制器(PLC)来进行控制，主要根据时间、液位、撇水器位置等综合控制各部件运行。主要控制参数有污水流量、曝气量、剩余污泥排放量、曝气时间、沉淀时间、滗水时间等。工艺控制系统预先设置控制程序发出指令，控制部件能够按照设定的程序自动操作，这既省劳动力，又简化操作。污水处理厂的日常管理一般只要1入。污水处理详细的设计参数如下。(1)设计水量：Q=3500m3/d。(2)设计进水水质：CODcr为800～1500mg/L；BOD5为400～800mg/L；SS为300～600mg/L。(3)设计出水水质按当地污水排放新改扩二级标准：CODc≤150mg/L；BOD5≤60mg/L；SS≤200mg/L。由于该啤酒厂酵母回收装置尚不十分完善，废水排放水质及水量不稳定。实际进水水质CODcr达2000mg/L(超出设计指标)，pH值为6—11。出水水质COD均保持在100mg/L以下，SS、BOD5及其他指标均低于设计排放标准。CASS工艺的好氧污泥负荷为0.4kgBOD5/(KgMLSS•d)(假设MLSS=3g/L)，停留时间(HRT)=16h。根据介绍实际运行负荷为0．675kgBOD5/(KgMLSS，d)，已经到达较高的负荷，但是仍能到达稳定达标排放，这充分表达了SBR工艺的优势。技术经济指标分析，其总投资455万元，折合吨水投资为1300元；日耗电量2208.1KW•h/m；折合吨水日耗电量为0.63kW•h/m3。3．氧化沟活性污泥法(1)类型：氧化沟是20世纪50年代由荷兰工程师创造的一种新型活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“环行曝气池”。自1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来，氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用。如同活性污泥法一样，自从第一座氧化沟问世以来，演变出了许多变形工艺方法和设备。[9][10]氧化沟根据其构造和运行特征，并根据不同创造者和专利情况可分为以下几种有代表性的类型：①卡鲁塞尔氧化沟；②三沟式氧化沟(或二沟式氧化沟)；③Orbal型氧化沟；④一体化氧化沟。(2)特点：氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的活性污泥法工艺，与传统的活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点：①工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便；②处理效果稳定，出水水质好；③基建费用低，运行费用低；④污泥产量少，污泥性质稳定；⑤能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力；⑥占地面积少于传统活性污泥法处理厂。6.1.2水解-好氧处理1．水解—好氧处理工艺特点随着厌氧技术的开展，厌氧处理从开始只能处理高浓度的污水开展到可以处理中低浓度的污水，如啤酒、屠宰甚至生活污水。特别是对于低浓度污水，北京市环科院开发了水解—好氧生物处理技术。水解反响器利用厌氧反响中的水解酸化阶段，而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段。水解反响器对有机物的去除率，特别是对悬浮物的去除率显著高于具有相同停留时间的初沉池。由于水解反响器可使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。与此同时，悬浮固体物质(包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥)被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。事实上水解池是一种以水解产酸菌为主的厌氧上流式污泥床，水解反响工艺是一种预处理工艺，其后面可以采用各种好氧工艺。在各种工程中，分别采用过活性污泥法、接触氧化法、氧化沟和序批法(SBR)。因此，水解—好氧生物处理工艺是具有自己特点的一种新型处理工艺。2．水解—好氧处理的应用条件20世纪80年代末，轻工部北京设计规划研究院与北京市环科院一起采用北京市环科院开发的厌氧水解—好氧技术应用于啤酒废水处理(见表1—1—12)。啤酒废水中大量的污染物是溶解性的糖类、乙醇等。这些物质是容易生物降解的，一般并不需要水解酸化。但由于啤酒废水的悬浮性有机物成分较高，而水解池又具有有效地截留去除悬浮性颗粒物质的特点，将其应用于啤酒废水的处理可去除相当一局部的有机物，从实验结果看水解池最高COD去除率可以到达50％，当废水中包含制麦废水(浓度较低)时去除率也在30％～40％。因此，水解和好氧处理相结合，确实要比完全好氧处理经济一些。这也是在20世纪80年代末期和90年代初期，啤酒废水处理采用水解—好氧工艺的原因该工艺主要特点是由于水解池较高的去除率(30％～50％)，所以将完全好氧工艺中二级的接触氧化工艺简化为一级接触氧化，并且能耗大幅度降低，从实际运行结果看出水COD浓度也有所改善。3．水解—好氧处理的设计参数由于采用水解处理啤酒废水出水水质一般不能满足排放标准，后处理工艺可以采用不同的好氧处理工艺，例如活性污泥法、接触氧化和SBR工艺等。有关的设计参数如下。水解池的设计参数以细格栅和沉砂池作为预处理设备；平均水力停留时间：HRT=2.5-3.0h；最大上升流速Vmax=2.5m/h(持续时间不小于3.0h)；反响器深度：H=4.0-6.Om；⑤布水管密度：1-2m2/L；⑥出水三角堰负荷：1.5-3.0L/(s•m)；⑦污泥床的高度在水面之下1.0-1.5m；⑧污泥排放口在污泥层的中上部,即在水面下2.0-2.5m；⑨在污泥龄大于15天时，污泥水解率为所去除SS的25％-50％。设计污泥系统需按冬季最不利情况考虑。(2)活性污泥后处理水解的好氧后处理可采用各种处理工艺，其中水解反响将啤酒废水中大分子难降解有机物转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。所以在传统好氧工艺的设计参数上可以取上限值。例如，对于传统活性污泥工艺的池容、曝气量和回流污泥比等均可按传统的活性污泥工艺设计。水解反响器对悬浮物的去除率很高，可去除80％以上的进水悬浮物，并且在水解细菌的作用下，可将悬浮物中的50％水解成溶解性物质。因此，总的污泥产量比传统工艺流程低30％～50％，从有机物降解角度讲，水解池排泥是稳定污泥。所以好氧产生的剩余污泥可以排人水解池消化处理。水解污泥的污泥脱水性能较好，可以直接脱水。这样可以简化工艺流程，实现了污水、污泥一次处理。6.1.3厌氧—好氧联合处理技术1．厌氧处理技术厌氧处理技术是一种有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳。厌氧技术开展到今天，其早期的一些缺点已经不存在。具不完全统计，目前(1997年)在全世界范围内共有914座厌氧处理厂，其中有600座以上采用UASB反响器。该系统结构简单，便于放大，运行管理简单是其最大的优点。2．厌氧(UASB)技术在国内外的应用近年来由于高效厌氧反响器的开展，厌氧处理工艺已经可以应用于常温低浓度啤酒废水处理。在国外许多啤酒厂采用了厌氧处理工艺，其反响器规模由数百立方米到数千立方米不等。荷兰的PAQUES、美国的BIOTHANE和比利时的BIOTIM公司是世界上三个主要UASB技术的厂家。据不完全统计，仅这三家公司就已建成100余家厌氧处理啤