24万吨15°纯生啤年产酒厂工艺设计

摘要本次的设计通过利用所学专业知识,对年产24万吨15°啤酒厂发酵的发酵工艺进行相关的设计。在网上查阅大量资料后,决定以下面发酵法为主要工艺方法,进行工艺设计通过物料衡算，水衡算，热衡算以及耗冷计算来完成此项设计。为使本设计更加完善自主设计了糖化罐，发酵罐及发酵罐换热器。在三算的详细计算后得到了建设啤酒厂的相关数据。关键词：啤酒；物料衡算；工艺设计abstractThedesignbyusingprofessionalknowledge,theannualoutputof240000tonsof15breweryfermentation,fermentationtechnologyforthedesignofrelevantonlineaccesstoalotofdata,decidedtothefollowingfermentationasthemainprocessmethod,processdesignthroughthematerialbalance,waterbalance,heatbalanceandtheconsumptionofcoldcalculationtofinishthedesigninordertomakethedesignmoreperfect,wedesignourownsaccharifyingpot,fermentationtankandfermentationtankheatexchangerisinthreebreweriesafterdetailedcalculationoftheconstructionofrelevantdataKeywords:beer;materialbalance;processdesign目录TOC\o"1-3"\h\u10086摘要 116603abstract 26989目录 329109前言 928339第1章啤酒的定义及制作工艺的发展史 1089001.1啤酒的由来 10169941.2啤酒制作工艺的发展史 1114662第2章国内外啤酒制作工艺的研究进展 11306722.1国内啤酒制作工艺的研究进展 1195392.2国外啤酒制作工艺的研究进展 1210663第3章生产工艺的优化 13241803.1冷接触发酵方法 133963.2优化的啤酒生产工艺 14321223.3岩藻多糖啤酒生产工艺 14316403.4环保型啤酒工艺 146893.5低醇啤酒的生产方法 14137223.6经济预算 14269833.7规章制度与安全防护 15284233.8废料的处理及应用 1518084第四章啤酒的生产流程 16175604.1啤酒厂的选址 1639854.2大麦和玉米的粉粹工艺 17109734.3原料液化工艺 17174734.4过滤工艺 17221194.5发酵工艺过程 1725714第5章物料衡算 1837225.115°啤酒的糖化车间工艺流程示意图 19282935.215°啤酒生产工艺的基础数据 19253425.3一百千克原料生产十五度啤酒的工艺设计的物料衡算 20314305.3.1啤酒热麦汁的计算过程 20318805.3.2冷麦汁量 20250635.3.3发酵液量 21245825.3.4过滤酒量 21205745.3.5成品啤酒量 2179155.4生产100L15°啤酒物料衡算 21300735.4.1生产100L15°啤酒消耗的混合原料量 2121425.4.2麦芽消耗量 22134265.4.3大米消耗量 22185925.4.4酒花消耗量 22119765.4.5热麦汁量 2242025.4.6冷麦汁量 22313925.4.7湿糖化糟的用量 23277395.4.8酒花糟用量 23115245.5年产量为20万吨十五度啤酒酿造车间的物料衡算表 2329870第6章热量衡算 24243706.1啤酒糖化的工艺流程示意图 24327216.2糖化车间（一次）的热量衡算 25203216.2.1糖化工艺过程要求及基础数据的计算 2657876.2.2啤酒糖化工艺中热量衡算的计算 261606．3糖化车间总热量衡算表 357976第7章水衡算 3668447.2水衡算的计算过程 3770807.2.1浸麦所消耗水衡算量的计算 3746937.2.2糖化用水 3911957.2.3冷却水换算 3988347.2.4设备和车间管道清洗耗水量 41170617.2.5其他消耗用水量 42114467.2.6总用水量 42104357.3年产24万吨15°啤酒厂用水衡算表 4330926第8章发酵车间的耗冷计算 4390368.1发酵工艺流程示意图 43241618.2年产24万吨15°啤酒发酵车间耗冷量计算 4477148.2.1工艺技术指标以及基础数据设计 44270898.2.2生产工艺的耗冷量 4430988.2.3非工艺耗冷量 46252668.3年产24万吨15°啤酒发酵车间耗冷量衡算表 4732322第9章设备的选型与计算 4816559.1糖化锅设计与选型 48292779.2发酵罐的设计和选型 4985889.2.1生产能力和数量以及容积确定 50312469.2.2主要尺寸计算 50169679.3发酵罐换热器的设计 51103819.3.1冷却面积计算 51236389.3.2换热管的主要尺寸计算 5225311结论 5310380附录 5420191附录1．工艺流程图 5411331附录2．车间平面布置图 5416297附录3．设备装配图 5427826参考文献 55前言随着人们物质文化水平的提高以及小康社会的到来，餐饮行业或者家庭聚餐对啤酒的需求也在不断提高。所以建造和改善啤酒厂成为了当下的重要思考问题。进行一项啤酒厂的工艺设计是一项需要我们应当严谨对待的与经济挂钩的学术问题。在掌握相关的化学知识的前提下，还行当了解该行业的各种经济文化需求，只有这样才能保证本次设计能出色的完成。[[]周广田．现代啤酒工业技术．北京：化学工业出版社，2007,89-160。[]周广田．现代啤酒工业技术．北京：化学工业出版社，2007,89-160。科技发达的今天各式各样的啤酒品牌和酿酒技术百家争鸣各放其彩。我深知要想做好啤酒的工艺设计就必须对其的发展有所了解。在这个前提下结合所学知识不断努力在规范的理论和范围内进行设计和完善。[[]顾国贤．酿造酒工艺学（第二版）．中国轻工业出版社，1996,15-17。[]顾国贤．酿造酒工艺学（第二版）．中国轻工业出版社，1996,15-17。在这个过程里我不断的深入学习设计上的知识和方法，在大量材料里整理并改进工艺技术。在提高自己阅历的同时不管完善本次设计。把这次设计当做自己的磨刀石督促自己进步。它将指导我未来的设计，并对我未来的学习产生深远的影响。第1章啤酒的定义及制作工艺的发展史1.1啤酒的由来啤酒是以麦芽和其他农作物为基料进行生物发酵等化学工艺制成的低度数酒类。该类酒中含有少量,味道稍苦，经过几百年的发展已经有了许多种类。1.2啤酒制作工艺的发展史在古代啤酒发源于埃及和美索不达米亚，在传入德国以后随着海上贸易在全球兴起。关于啤酒的发源故事有很多其中一个是由于国外面包师的疏忽使面团在阳光下偶然发酵流出液体成了当时最早的啤酒。这也是最早的酿造方法。[[]佚名.啤酒的起源[J].内蒙古林业,2013(7):35-35.[]佚名.啤酒的起源[J].内蒙古林业,2013(7):35-35.四到五千年前,中国古代啤酒的发源就记载在甲骨文上,中国古代原始啤酒是利用分蘖(麦芽)糖化小米大米淀粉,在很短的时间酿造出古代啤酒。但随着历史的发展和其他酒类的兴起使得该酿造方法失传。第2章国内外啤酒制作工艺的研究进展2.1国内啤酒制作工艺的研究进展引进西方现代中国的行业,据史料记载,清朝时期与沙俄通商，俄国人在东北建厂从此啤酒流入东北三省慢慢在全国传开。在与外国人的通商中，国人学习到了相关的技术，在中外合资中兴起的啤酒厂不断发展生产力也不断增加。在早一批的啤酒厂建设后，在中国啤酒企业如雨后春竹一般兴起。在当代林立的啤酒厂中我国人表现突出在世界企业中成为了风向标和啤酒强国。根据有关部门的统计,我国啤酒行业发展非常快,成长率高,每年都有突出成就,中国啤酒行业在世界先进技术的应用与推广中快速发展。1970年代,中国啤酒是单一的，但生产技术在八十年代末有了很大改变,改革开放,国外技术不断流入,引进先进技术,使中国啤酒生产技术有了重大的突破和发展销售机会。在增加国家收入方面发挥了重要作用,因为啤酒的兴起带动了相关产业的快速发展是如啤酒瓶盖，塑料盒,配件工厂,工厂添加剂等。目前啤酒行业生产技术发展差距与先进国家相比,产品质量已达到国际水平，在国外也有一席之地。[[]肖景海.浅谈啤酒工业发展的新趋势[J].齐齐哈尔社会科学,1995(03):48-49.][]肖景海.浅谈啤酒工业发展的新趋势[J].齐齐哈尔社会科学,1995(03):48-49.面对着经济全球化和文化多元化的今天，在改革开放的的浪潮中我国啤酒行业飞速发展其中有挫折也有顺利。在中国特色社会主义的制度下国家扶持产业发展，社会团体相互帮助使得啤酒工业越来越好。2.2国外啤酒制作工艺的研究进展啤酒是酒精含量低且可口的饮品。在当下社会随着科技发展更多的技术运用到提高啤酒生产量和口感上来。有以下研究进展：1,从原料上进行优质大麦的培养使得啤酒的口感更佳爽口。2,浸麦槽的设计与改进，利用科技手段让生产过程自动化数据化。3,在酿造啤酒的过程中大多数的厂家利用生物科学技术不断添加催化剂来提高啤酒原料的利用率减少资本支出，其中添加剂大多为生物蛋白酶来提高糖化率以及啤酒的口感，在工艺流程中添加其他的催化剂使工艺流程更加完善。也可以改善工艺流程让生产更加科技化和机械化减少人力的运用以及数据化的支持使得反应时间把控更加的当。生产出更好的啤酒不，这也是国内外的工艺发展方向。4,为使啤酒的质量更好人们不断地探求新的过滤方式来提高啤酒口感，当今的酒液过滤方法为硅藻土和纸板过滤两种。在过滤时加入蔬菜汁或者纤维等添加剂来完善啤酒的口感和色泽营养。5,啤酒装瓶和装瓶设备是啤酒生产的关键步骤。品质最好的是荷兰、美国、德国、比利时等国家，实现从连续生产。生产能力一般可达每小时3万到5万瓶[[]陈志超.国外啤酒工艺发展现状[J].今日科技(02):32.[]陈志超.国外啤酒工艺发展现状[J].今日科技(02):32.第3章生产工艺的优化3.1冷接触发酵方法冷接触发酵(CCF)是通过低温发酵和延长发酵接触时间来生产酒精含量低或为零的啤酒的众多方法之一。虽然这种方法最早是在1983年被发现的，但直到最近，它在学术界和工业界的重要性才开始上升，与世界范围内对无酒精啤酒(AFB)的需求不断增长相平行[[]DylanW.Pilarski,DimitriosI.Gerogiorgis.Progressandmodellingofcoldcontactfermentationforalcohol-freebeerproduction:Areview[J].JournalofFoodEngineering,2020,273.[]DylanW.Pilarski,DimitriosI.Gerogiorgis.Progressandmodellingofcoldcontactfermentationforalcohol-freebeerproduction:Areview[J].JournalofFoodEngineering,2020,273.3.2优化的啤酒生产工艺谢俊明确啤酒生产过程优化,并提出了啤酒瓶洗,冷却水反复变温利用。使用麦芽汁冷却和热回收,糖化罐果汁,在发酵之前,添加酵母池动态发酵,发酵过程中添加甜油菜籽碱性发酵,充分利用设备,跳转到滤波器动态发酵罐,废热利用沸腾的锅,啤酒经振动泡罩包装等先进技术，提高啤酒质量，降低成本。[[]谢俊发.啤酒生产优化工艺:.][]谢俊发.啤酒生产优化工艺:.3.3岩藻多糖啤酒生产工艺在啤酒中加入岩藻多糖使麦芽汁通过降沉和降温使啤酒的质量达到最好并挑选最佳的原料和酵母,德国选择最佳发酵酵母为主要发酵产品，发酵后添加岩藻多糖使啤酒味道更加纯净，独特的香味，气泡细腻，口感强劲。[[]岳宗翠,周广田.岩藻多糖啤酒生产工艺的研究[J].中国酿造,2010(1):148-150.][]岳宗翠,周广田.岩藻多糖啤酒生产工艺的研究[J].中国酿造,2010(1):148-150.3.4环保型啤酒工艺绿水青山就是金山银山，中国的环境与经济发展息息相关，在追求经济快速发展的同时也要满足环保的要求，绿色的啤酒技术研发成为大势所趋。绿色的啤酒产品更能快速的融入市场进入千家万户。在国家要求和民众需求下在保证啤酒原料不变的前提下改进工艺流程和工艺条件。降低啤酒中有害物质的含量，保证符合绿色安全标准规定。通过对原液中微生物的新陈代谢的研究，对在不同的影响下的原料的各种反应影响。改变参数制定方案降低啤酒有害物质的含量，达到工艺上的环保。和质量上的保障。[[]林小荣.绿色啤酒生产工艺研究[D].江南大学,2006.[]林小荣.绿色啤酒生产工艺研究[D].江南大学,2006.3.5低醇啤酒的生产方法低浓度的啤酒分为如下两种方法：脱醇法和限制发酵法两种。其一是利用各种方法减少啤酒中酒精的含量。其二是限制工艺流程的反应方向以此种方法减少原液中的酒精含量不管是对哪种方法来说降低其酒精浓度来保证啤酒口感和其相应的指标。[[]王子栋.无醇啤酒生产工艺的探讨[J].啤酒科技,2007(6):37-40.[]王子栋.无醇啤酒生产工艺的探讨[J].啤酒科技,2007(6):37-40.3.6经济预算主要原料：大麦，玉米，酒花。表3.1原料购置花费表原料/价格大麦/（2.02元/kg）玉米/(2.70元/kg)酒花/（19.5元/kg)耗量37900t12650t5040t价格76558000341550009828000购置费为：购买大麦的价钱+购买玉米的价钱+购买酒花的价钱=76558000+34155000+9828000=120541000=1.20541亿万元设定啤酒的容量为500ml每瓶净盈利4元则年盈利为240000000000×2÷500×4=38.4亿万元假设水电消耗占年盈利的0.02%：38.4亿万元×2%=0.0768亿万元员工工资总支出：设员工每年工资为6万元，工人总数为50人。总工资支出=6×50=300万设备维修花费占比为年盈利的0.03%：38.4亿万元×0.3%=0.1152亿万元年纯盈利为：年盈利-购置费-水电费-员工工资总支出-设备维修花费=36.97259亿万元。3.7规章制度与安全防护自觉遵守厂规和正确的仪器使用规则，不得违反。在工作岗位上不得喧闹，不得吸烟，接打手机等与工作无关的活动。认真阅读逃生手册上的相关事宜，避免在意外事故发生时造成慌乱及事故而错过最佳逃生时间。认真填写每周日志并详细写出自己的不足和需要改进的地方。工作日为每周一至周五，周末轮流排班，一旦出现两次迟到旷工取消全勤奖。在职期间员工享有五险一金。岗位中各员工需要佩戴一次性手套和口罩以及安全服注意厂内卫生，按照值日表有序打扫。3.8废料的处理及应用在生产过程中产生的污染物及废料都应经过本厂特定部门进行无害处理后经检测满足排放标准后方可进行排放和废物的循环利用。能够有效地回收利用废料才可以有效减少经济损失为打造绿色工厂做基础，完善工艺流程。有效利用回收的废料进行其他副产业的发展形成绿色的循环系统。第四章啤酒的生产流程4.1啤酒厂的选址首先工厂占地应符合国家相关的政策要求，凡是工厂选址不得影响附近居民正常生活以及公共设施的应用，不得占用公共资源。选址应便于商业运输及施工，建议在临近城区的郊区第一地价便宜，第二环境良好便于生产。满足生产工艺的相关布局要求。厂房建筑符合消防安全的规定和城镇环保要求等。远离山区河流等易发生自然灾害的地段，然后尽量靠近交通枢纽。4.2大麦和玉米的粉粹工艺粉碎工艺:将玉米加工成胚胎，进行烘烤，然后用机器打碎。4.3原料液化工艺液化工艺处理：处理后添加麦麸、玉米等原料用45℃温水浸泡,添加蛋白酶,（100℃）冷却液体温度到95℃进行恒温加工，液化至液化液没有反应。4.4过滤工艺过滤工艺：液化后，温度提高到80℃，使用压力过滤器进行过滤和发酵。[[]董文华.玉米啤酒生产工艺[J].农产品加工(创新版),2011(12):38.][]董文华.玉米啤酒生产工艺[J].农产品加工(创新版),2011(12):38.4.5发酵工艺过程消费者对新型啤酒口味的兴趣日益增长，这有助于创新材料和非酵母菌酵母在啤酒酿造中的应用。本研究的目的是测试低乳酸产生的拉钱科耐热MN477031在啤酒麦芽发酵过程中，两种不同浓度的苦味化合物对啤酒品质的影响。广泛分析了乙醇含量、发酵表观程度、糖类、有机酸、游离氨基氮、甘油、挥发性化合物、离子等因素的影响。结果表明，L.耐热性菌株MN477031具有快速启动麦汁发酵的能力和对啤酒花衍生化合物的耐受性。结果，这种方法生产的啤酒酒精含量降低了约20%，而真正的提取物的含量明显高于商用SafbrewT-58。与酿酒酵母相比，该菌株产乳酸量低，对pH值的降低影响不大，因此在众多耐热L.菌中脱颖而出。因生产不同类型啤酒(不仅是酸啤酒)方面的潜力是非常大的。耐热性L啤酒中挥发性化合物的组成不仅在菌株的使用上不同，而且在啤酒花品种上也不同。[[]ZdaniewiczMarek,SatoraPawe[]ZdaniewiczMarek,SatoraPaweł,PaterAneta,BogaczSylwia.LowLacticAcid-ProducingStrainofLachanceathermotoleransasaNewStarterforBeerProduction.[J].Biomolecules,2020,10(2).第5章物料衡算在进行工艺设计之前首先需要对，中所需的各种原料的用量以及过程中消耗量。在此基础上才能准确的对整个流程进行估算与设计。具体的工艺流程图和计算过程如下：5.115°啤酒的糖化车间工艺流程示意图图5.115°啤酒糖化车间工艺流程图5.215°啤酒生产工艺的基础数据表5.1啤酒厂生产工艺的基础数据表项目名称百分比（%）定额指标原料利用率98.5麦芽水分7大米水分10无水麦芽浸出率80无水大米浸出率95原料配比麦芽75大米25啤酒损失率冷却损失5发酵损失3过滤损失2装瓶损失1总损失115.3一百千克原料生产15°啤酒的工艺设计的物料衡算5.3.1啤酒热麦汁的计算过程：大米收率为：混合原料收率为：由上可得100kg混合原料可制得15°P热麦汁量为：5.3.2冷麦汁量5.3.3发酵液量 5.3.4过滤酒量5.3.5成品啤酒量5.4生产100L15°啤酒物料衡算从上述的计算结果可得，混合原料可生产15°黑啤酒的体积为474.55L/100kg，按照相关数据进行下列运算：5.4.1生产100L15°啤酒消耗的混合原料量5.4.2麦芽消耗量5.4.3大米消耗量5.4.4酒花消耗量热麦汁中添加酒花量为故酒花好用量为：5.4.5热麦汁量5.4.6冷麦汁量5.4.7湿糖化糟的用量：而湿大米糟量为：故湿糖化糟量为：5.4.8酒花糟用量：5.5年产量为20万吨十五度啤酒酿造车间的物料衡算表可计算各投料量及其他流程的物料衡算过程。进行一次糖化反应所得的成品啤酒总量为：15°P黑啤酒相对密度为1.061则糖化一次生产成品啤酒体积为：如5.2所示。表5.2物料衡算表物料名称单位100kg混合原料100L啤酒糖化一次定额量24万t/a啤酒生产混合原料Kg10021.0731773.805.06×107大麦Kg7515.8023826.583.79×107大米Kg255.277947.2212.65×106酒花Kg1.500.21316.685.04×106热麦汁L530.79111.84168655.9826.84×107冷麦汁L504.2580.78121817.1519.39×107湿糖化糟Kg94.6921.1731924.605.08×107湿酒花糟Kg2.820.63950.051.51×106发酵液L489.12109.36164916.1226.25×107过滤酒L479.34107.15161583.4125.72×107成品啤酒L474.55100.00150801.1324.00×107备注：15度黑啤酒的密度为1061kg/m3由表可得出本设计中实际年生产啤酒量为：第6章热量衡算6.1啤酒糖化的工艺流程示意图 生产工艺。本设计以该工艺为基准，对糖化车间进行热平衡计算。原理图如图6.1所示（该图为糖化一次的用量）图6.1啤酒糖化的工艺流程示意图注：图中中间温度。[[][20]Gee．D．A．．Ramfrez，F．W．，l988．Optimaltemperaturecontrolforbatchbeerfermentation．Biotech．andBioeng．．31：224—234．[][20]Gee．D．A．．Ramfrez，F．W．，l988．Optimaltemperaturecontrolforbatchbeerfermentation．Biotech．andBioeng．．31：224—234．6.2糖化车间（一次）的热量衡算热量衡算的目的是对工艺过程奠定基础，为工艺规划，流程完善提供条件。a、通过对热量平衡的运算，运用车间蒸汽和其他热消耗用量可计算出生产过程的能耗指标。或者提出对生产制度的改造或创新，分析生产过程的经济合法性，找出生产中存在的问题。b、热平衡是设备选型和尺寸确定的依据c、热平衡是组织管理经济核算和优化生产的基础。结果有利于工艺流程和设备的改进，从而达到节能降耗的目的。[[][16]张元兴，许学书.生物反应器工程[M].上海：华东理工大学出版社[][16]张元兴，许学书.生物反应器工程[M].上海：华东理工大学出版社6.2.1糖化工艺过程要求及基础数据的计算由物料衡算结果可得，进行糖化一次大米消耗量工艺要求糊化锅中加入的麦芽粉量为大米粉量的20%，即：所以糊化锅中的原料为：糊化锅原料与水比例为1:4糖化锅原料与水比例为1:36.2.2啤酒糖化工艺中热量衡算的计算a、糖化反应用水耗热量根据糖化工艺流程进行如下计算糊化锅用水量为：G1而糖化锅加水量为：式中22237.14为糖化一次糖化锅中投入的麦粉量，即23826.58-1589.44=22237.14kg，而23826.58为糖化一次麦芽定额量故糖化总用水量为：自来水温度取18℃,而糖化配料用水温度t2=50℃，故耗热量为：式中——水的比热容，取b、第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程图可知式中——糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热量（kJ）——煮沸过程蒸汽带走的热量(kJ)——热损失（kJ）1、糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热量 式中——糊化锅内大米粉、麦芽粉和水的总量，——G大米+G麦芽+G1=7947.22+1589.44+38146.64=47683.30kg——米醪比热容米醪比热容的相关计算过程由下面的计算公式得：式中W——含水百分比——绝对谷物比热容，取故：米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水温度为50℃，则（3）把上述结果把上述结果代回上式得2、煮沸时蒸汽带出的热量设定煮沸时间为50分钟，蒸发量为5%/h，则蒸发的水量为：QUOTE故式中I—煮沸温度约为100℃下水的汽化潜热，取3、热量损失米醪进行升温时，第一次煮沸时热量消耗量大致为前两次耗热量的0.15倍，即4、第一次米醪煮沸耗热量Q2把上述计算结果代入式，得c、第二次煮沸前混合醪升温到70℃时的耗热量为根据糖化过程，煮出的米浆，糖化锅内的米浆混合后的温度应为63℃，因此在搅拌前米浆需要从100℃冷却到中间温度t糖化锅中麦醪的初始温度：t麦醪：计算麦醪比热容为:糖化锅中麦醪量为：已知麦芽粉初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：2、米醪中间温度为t经第一次煮沸后剩余米醪量：式中——V1为蒸发的水量混合醪的量：混合醪的比热容为：根据热平衡计算和忽略热损失，米浆和小麦米浆在混合前后的焓不发生变化，因此米浆的中间温度为：由于此温度比煮沸温度低27.65℃（较大）故需加冷却器。3、根据上述计算d、第二次煮沸混合醪的消耗量Q4由糖化工艺可知：式中——混合醪升温至沸腾所耗热量(kJ)——二次煮沸过程蒸汽带走的热量(kJ)——热损失(kJ)混合醪升温至沸腾所耗热量根据工艺流程，糖化结束后混合醪温度为78℃，醪液温度为70℃，则多相醪液送至第二次煮沸的量为：故2、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：故3、热损失根据经验4、第二次煮沸混合醪的耗热量把上述计算结果代入式4.27得e、洗槽水消耗的热量设定洗糟水平均温度为80℃，原料用水450kg/100kg，从糖化车间的物料衡算表（5.2）可知混合原料糖化一次定额量，则用水量为：QUOTE设自来水温度为18℃故f、麦汁煮沸过程耗热量Q6由糖化工艺可知：式中——麦汁升温至沸点耗热量(kJ)——煮沸过程蒸汽带走的热量(kJ)——热量损失(kJ)麦汁升温到沸点所消耗的热量根据上一糖化车间的物料平衡表(5.2)，混合原料可得到530.79kg热麦汁/100kg，若设定过滤后的麦汁温度为70℃，则沸腾锅中的麦汁量为：QUOTE根据经验，混合原料量∶煮沸锅用水量=1∶5则煮沸锅加水量为：麦汁比热容c麦汁：式中——由表3.5得糖化一次麦芽粉定额量，—大米粉定额量，故煮沸过程蒸汽带走的热量煮沸强度10%，煮沸时间1.5h，则蒸发水分量为：故式中I——煮沸温度下饱和蒸汽的焓，取3．热损失根据经验由上可得麦汁煮沸的过程消耗的热量将上述结果代入上式，麦汁煮沸的总热量消耗为：g、糖化一次总耗热量Q总h、糖化一次耗用蒸汽量使用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，则式中I——表压为0.3MPa饱和蒸汽的焓，取i——相应冷凝水的焓，取η——蒸汽的热效率，取η=95%i、糖化过程每小时最大蒸汽耗用量在糖化过程的各个步骤中，麦汁沸腾耗热量最大，沸腾时间90min，热效率为95%。故：相应最大蒸汽耗用量为：j、蒸汽的单次消耗量根据计算设计得：糖化次数为1500次/年，总共生产啤酒量为240000t。年蒸汽消耗总量为：每吨成品啤酒耗蒸汽（对糖化）：每昼夜耗蒸汽量（以生产旺季计算）：6．3糖化车间总热量衡算表把上述结果得出本设计中热量消耗综合表，见表6.1。表6.1热量衡算表名称规格（MPa）每吨产品消耗定额（kg/t）每小时最大用量(kg/h)每昼夜消耗量(kg/d)年消耗量(kg/a)蒸汽0.3（表压）142.2222755.3136531.834132995第7章水衡算发酵生产,水是必不可少的物质对于发酵过程参与生化反应。微生物或酶和生物催化剂必须要有水的存在,因为主要是由于蛋白质和水短缺,不能激活酶的催化作用,微生物不会增长。通常以糖为碳源,介质含水80%以上,大多数微生物才能发酵，正常生长和新陈代谢,所以原材料的准备，处理介质，加热和冷却设备清洗等都需要大量的水可以说没有水就没有生物反应,发酵生产不能继续。[[][10]华南工学院等．发酵工程与设备[M]．北京：轻工业出版社，1985][][10]华南工学院等．发酵工程与设备[M]．北京：轻工业出版社，1985对于发酵生产来说，水衡算的计算对本设计非常重要的，是必不可少的设计步骤，因为水衡与算、物料平衡、热量平衡等工艺运算，以及设备的计算和产品成本、技术和经济的选择密切相关7.1设计中啤酒厂用水的工艺流程示意图本设计中啤酒厂用水工的艺示意图如图7.1所示图7.1啤酒厂用水工艺流程示意图7.2水衡算的计算过程7.2.1浸麦所消耗水衡算量的计算原料车间为浸麦槽，故水平衡将浸麦槽作为计算基准。浸麦槽中每槽的大麦体积为：23826.58浸麦后的大麦体积为：浸麦后的大麦体积为： 式中1.5为——浸渍后大麦的膨胀系数浸麦开始时则浸麦完毕后槽中的水量为：根据计算得：平均浸渍时间为六十小时，需换水七次a、每槽需要的浸渍水量——第一次浸渍用水量——最终一次浸渍消耗水量b、每槽溢流浮麦消耗的水量在浸渍过程中，溢出水排出三次，去除水面浮物，常用水量为平均水量的15%/次：c、每槽浸渍大麦共用水量式中10%——浸渍水的宽裕量d、平均每小时消耗所需水量设定浸渍时间为60h，则平均每小时耗水量为：e、如考虑同时有两个槽用水（即另一槽换水）则用水量：f、浸渍时生产工段洗地用水清洗用水为，一h用尽g、发芽地板洗涮用水每天一次，每次用水，一h用尽h、其他耗水为1ti、平均耗水量 平均用水量/h为：7.2.2糖化用水根据第4章得知一次糖化用水总量为：糖化时间为1小时，故每小时用水量为：7.2.3冷却水换算a、糖化过程中冷却消耗用水如图（6.1）第一次蒸煮完时将米醪降温至中间温度假设冷却器流体温度变化如下：米醪100℃→85.75℃自来水50℃←18℃则=设冷却时间为1小时,则每小时冷却水的量为:b、回旋沉淀的槽冷却用水设回旋沉淀槽内流体温度变化如下：热麦汁的温度变化:冷却水的温度变化：查本设计第6章可得知：；c;所以=250660.49kg式中——蒸煮后麦汁的量——麦汁的比热容——水的比热容设冷却时间为1小时，则冷却用水量为：c、薄板冷却器冷却消耗所用水量薄板换热器温度变化如下：麦汁的温度变化：冷却水的温度变化：所以薄板冷却器耗水用量为：设冷却时间为1.5h，薄板冷却器每小时冷却水消耗用量如下：7.2.4设备和车间管道清洗耗水量a、糖化阶段洗糟耗水量原料约用水量450kg/100kg，根据糖化一次所需原料为31773.80kg则耗水量为：设洗糟时间为1.5小时，则每小时洗糟用水量为：b、糖化室清洗消耗用水量一般糖化室和设备每糖化用水为10t/次，用水时间为2h，故c、回旋沉淀槽清洗消耗用水清洗用水4t/次，冲洗时间：0.5h，则每小时耗水量为:d、薄板冷却器清洗用水消耗量设每清洗用水为5吨/次，用水时间为：0.5小时，则每小时最大用水量为：e、酵母洗涤耗水量酵母泥日产最高产量约三千千克。酵母贮存期间，每天换水一次，新收集的酵母清洗4次。每次的用水量是酵母的两倍：设用水时间为1小时，故最大需水量为：f、发酵室清洗消耗用水量每天用10吨水清洗两个发酵罐，并用5吨水清洗地面：设清洗时间为1.5小时，则每小时用水量为：g、贮酒室清洗消耗用水量每天用4吨水清洗一个储罐，3吨水用于冲洗管道和地板。清洗时间为1小时，所以每小时用水量为：h、清酒罐清洗消耗用水量每天清洗8个清酒罐，用15吨水清洗一次，用时40分钟：i、过滤机耗水量有5个过滤器，每个过滤器使用3吨水。过滤时间为1.5小时，每小时过滤体积为：7.2.5其他消耗用水量其他水包括洗鲜啤酒桶、洗水瓶机、洗水瓶机、瓶装水灌装机、瓶装水消毒机、水洗地板、水洗管道等，每班50吨。如用水时间为2小时，则每小时用水量为：7.2.6总用水量全厂每天用水量为：全厂年耗水量为：式中300——为啤酒厂年生产天数则每吨产品消耗水量为：QUOTE7.3年产24万吨15°啤酒厂用水衡算表由以上计算结果可得啤酒厂水衡算见表7-1。表7-1年产24万吨啤酒厂用水量衡算表名称规格每吨产品消耗用定额（t/t）每小时用量（kg/h）每天用量（t/d）年消耗（t/a）冷水自来水28.59952.9422870.566861168第8章发酵车间的耗冷计算考虑到工厂特殊工段需要低温条件所以在此进行耗冷运算。比如发酵过程中需要的温度能够达到零下有的也需要从高温调节到低温。以及工艺流段中需要的添加剂和微生物，都只能在低温环境下进行反应。不管是发酵还是生物提取都需要保证在较低的温度下进行。通过对耗冷量计算，结合降低温度过程的要求，选择制冷系统的型号和制冷机的型号和规格，完成制冷系统的设计。8.1发酵工艺流程示意图本次设计糖化车间的耗冷工艺流程见图8.1图8-1糖化车间耗冷工艺流程图8.2年产24万吨15°啤酒发酵车间耗冷量计算8.2.1工艺技术指标以及基础数据设计4锅麦汁导入1个锥形发酵罐中；15°啤酒麦汁比热容为：水的比热容冷媒用15%酒精溶液，比热容可视作麦芽糖厌氧发酵热麦汁的发酵程度达到：60%。根据发酵车间冷却消耗的性质，可分为过程冷却消耗和非过程冷却消耗两大类：8.2.2生产工艺的耗冷量a、麦汁冷却的耗冷量近年来，常用的冷却方法是串联逆流冷却法。冷却介质为2℃的冷水出口温度为85℃。从糖化车间出来的热麦芽汁温度为94℃，冷却到发酵起始温度6℃据表5.4啤酒厂糖化车间物料平衡衡算表，可知糖化一次得热麦汁体积为168655.98L，相应的麦汁密度为1043kg/m3故麦汁量为：又因为麦汁的比热容为该工段要求在1h内完成冷却过程，则所消耗冷量为：式中和——分别为麦汁前后的温度（℃）——冷却操作过程时间（ｈ）根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁每罐耗冷量为：相应的冷冻介质（2℃的冷冻水）用量为：式中、——分别为冷冻水的初温、终温（℃）——水的比热容为：b、发酵耗冷量(1）发酵期间发酵放热假定麦汁固形物均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵放热量为613.6kJ/kg，设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：13%-麦汁中麦芽糖量由物料衡算表可得，每锅冷麦汁体积为121817.15L，则每锥形罐发酵放热为：由于设定主要发酵时间为6天，加上6锅麦汁每天糖化，并考虑发酵放热的不平衡，故将系数设为1.5。如果忽略麦芽汁主要发酵期的温度，则发酵峰值的冷却消耗为：(2）发酵后期发酵液降温耗冷主发酵后阶段，发酵液从6℃慢慢降至-1℃，每天单罐降温耗冷量为：工艺要求在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装1.5个锥形罐）(3）发酵总耗冷量Q2(4）每罐发酵耗冷量Q0c、酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量在锥形罐发酵过程中,主发酵结束时放电部分酵母,反复清洗后激活新麦芽汁发酵,一般可重用的5~7次,湿的麦芽汁添加量是1.0%,酵母和使用无菌水清洗,清洗无菌水2倍，酵母无菌水温度为30℃,冷却介质为-8℃酒精液。由上述条件得无菌水用量为：QUOTE式中121817.15——糖化一次冷麦汁的量（kg）每班无菌水的量为：假定无菌水操作在2小时内完成，则无菌水冷却耗冷量为：d、年产240000t啤酒厂酵母耗冷量为：根据工艺设计每月进行一次酵母纯培养，培养时间为12天，即288小时。对应的耗冷量为e、发酵车间总耗冷量为8.2.3非工艺耗冷量除上述发酵工艺技术的冷却能力外，发酵罐的外墙运行机械维护结构和管道也会消耗或耗散冷却能力，构成所谓的非过程冷却能力，现分别介绍。露天锥形罐的冷量散失锥形罐和啤酒发酵几乎总是把发酵罐放在露天。由传热引起的冷却损失和由太阳辐射引起的传热通常由经验数据得到，年产24万吨啤酒厂露天锥形罐的冷散失在。取最高耗冷量，所以单日耗冷量为：QUOTE式中—旺季啤酒单日产量150.801—糖化一次生成啤酒产量（m3）1.061—啤酒密度6—每天糖化的次数如果白天的制冷峰值是平均每小时制冷的2倍，则制冷峰值为：b、清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6根据经验取8.3年产24万吨15°啤酒发酵车间耗冷量衡算表由上可知发酵车间耗冷量的衡算表，见表8.1。表8.1200000t/a啤酒厂发酵车间耗冷量衡算表耗冷分类耗冷项目每小时耗冷量（kJ/h）年耗冷量（kJ）工艺耗冷量麦汁冷却Q166579067.14.807QUOTEQUOTE×1011发酵耗冷Q2337496.22.430QUOTEQUOTE×109无菌水冷却Q3295333.742.126QUOTEQUOTE×109酵母培养耗冷Q42407681.734QUOTEQUOTE×108工艺总耗冷Qt674526654.857QUOTEQUOTE×1011非工艺耗冷量锥形罐冷却损失Q54479996.113.226QUOTEQUOTEQUOTE×1010管道耗冷Q68094319.85.828QUOTEQUOTE×1010非工艺总耗冷Qnt8420391.956.063QUOTEQUOTE×1010合计总耗冷量155833333.31.122QUOTEQUOTE×1012第9章设备的选型与计算设备的分类大致分为三种：专业设备，一般设备，非标准设备，为了满足工艺设计的完整及合理性对糖化锅和发酵罐以及其换热器进行选型计算。根据三算数据以及设备布局在本章节对相关设备进行合理化的设计，其中对设备型号，绘图，尺寸等数