啤酒工廠工藝的設(shè)計

1、題目名稱年產(chǎn)10萬噸啤酒工廠設(shè)計生物系1、生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)30萬噸啤酒，全年生產(chǎn)300天。學(xué)生學(xué)院 專業(yè)班級、課程設(shè)計的內(nèi)容1. 我們組的設(shè)計任務(wù)是：年產(chǎn)30萬噸啤酒廠的設(shè)計。2. 根據(jù)設(shè)計任務(wù)，查閱有關(guān)資料、文獻，搜集必要的技術(shù)資料，工藝參數(shù) 與數(shù)據(jù)，進行生產(chǎn)方法的選擇，工藝流程與工藝條件的確定與論證。3工藝計算：全廠的物料衡算；糖化車間的熱量衡算 （即蒸汽耗量的計算）; 水用量的計算；發(fā)酵車間耗冷量計算。4. 糖化車間設(shè)備的選型計算：包括設(shè)備的容量，數(shù)量，主要的外形尺寸。5. 選擇其中某一重點設(shè)備進行單體設(shè)備的詳細化工計算與設(shè)計。二、課程設(shè)計的要求與數(shù)據(jù)錐形發(fā)酵罐低溫發(fā)酵 24天。3、原料配比

2、麥芽75%，大米25%4、啤酒質(zhì)量指標(biāo)理化要求按我國啤酒質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB 4927- 1991執(zhí)行，衛(wèi)生指標(biāo)按GB 4789.14789.28 執(zhí)行。12啤酒理化指標(biāo)外觀透明度：清亮透明，無明顯懸浮物和沉淀物濁度，EBCW 1.0泡沫形態(tài)：潔白細膩，持久掛杯泡持性S 180色度5.0 9.5香氣和口味明顯的酒花香氣，口味純正、爽口，酒體柔和，無異香、異題目名稱年產(chǎn)30萬噸啤酒廠的設(shè)計酒精度( m/m) 3.7原麥汁濃度（ m/m）12 0.3總酸 mL/100mL 0.40雙乙酰mg/L 0.13三、課程設(shè)計應(yīng)完成的工作1. 根據(jù)以上設(shè)計內(nèi)容，書寫設(shè)計說明書。2. 完成圖紙：全廠（或車間）工藝流

3、程圖（初步設(shè)計階段），車間設(shè)備布置 圖（平面圖和立面圖），全廠總平面布置圖，重點單體設(shè)備裝配圖。四、課程設(shè)計進程安排五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻1金鳳，安家彥.釀酒工藝與設(shè)備選用手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.42顧國賢.釀造酒工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)出版社，1996.123程殿林.啤酒生產(chǎn)技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,20054俞俊堂，唐孝宣.生物工藝學(xué).上海：華東理工大學(xué)出版社,2003.1余龍江.發(fā)酵工程原理與技術(shù)應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006徐清華.生物工程設(shè)備.北京:科學(xué)出版社,20047吳思方.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論.北京：中國輕工業(yè)出版社,2006.78黎潤鐘.發(fā)酵工廠

4、設(shè)備.北京：中國輕工業(yè)出版社,20069梁世中.生物工程設(shè)備.北京：中國輕工業(yè)出版社,2006.910陳洪章.生物過程工程與設(shè)備.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004序號設(shè)計各階段內(nèi)容地點起止日期1上午布置及講解設(shè)計任務(wù)；下午查閱資料及有關(guān)文獻教室12 月 29日2有關(guān)工藝設(shè)計計算宿舍12月30日至1月3日3答辯及裝配圖繪制宿舍1月3日至1月6日4撰寫課程設(shè)計說明書宿舍1月7日至1月9日學(xué)生學(xué)院輕工化工學(xué)院專業(yè)班級【糖化車間】、300 000 t/a啤酒廠糖化車間的物料衡算量,啤酒廠糖化車間的物料平衡計算主要項目為原料（麥汁、大米）和酒花用量, 熱麥汁和冷麥汁量，廢渣量（糖化槽和酒花槽）等。1、糖化

5、車間工藝流程流程示意圖如圖1所示：水、蒸汽麥芽、大米r粉碎f糊化f糖化f過濾f麥汁煮沸鍋f麥槽酒花渣分離器f回旋沉淀槽f薄板冷卻器f到發(fā)酵車間JJJ酒花槽熱凝固物冷凝固物圖1啤酒廠糖化車間工藝流程示2、工藝技術(shù)指標(biāo)及基本數(shù)據(jù)根據(jù)我國啤酒生產(chǎn)現(xiàn)況，有關(guān)生產(chǎn)原料配比、工藝指標(biāo)及生產(chǎn)過據(jù)如表1所示。表1啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項目名稱百分比（%項 目名稱百分比（%定額 指 標(biāo)無水麥芽浸出率75原料配比麥芽75大米25無水大米浸出率92啤酒損失 率（對熱麥汁）冷卻損失3發(fā)酵損失1原料利用率98.5過濾損失1麥芽水分6裝瓶損失1大米水分13總損失6根據(jù)表1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先進行100kg原料生產(chǎn)12淡色啤酒的物料

6、計算,然后進行1000L12淡色啤酒的物料衡算，最后進行300000t/a啤酒廠糖化車間 的物料平衡計算。3、100kg原料（75滋芽，25%大米）生產(chǎn)12淡色啤酒的物料衡算（1）熱麥汁計算 根據(jù)表1可得到原料收得率分別為:麥芽收率為：0.75 X (100-6)/100=70.5%大米收率為：0.92 X (100-13)/100=80.04%混合原料收得率為:(0.75 X 70.5%+0.25 X 80.04%)X 98.5%=71.79%熱麥汁量為:1.084，而100C熱麥汁比20r由上述可得100kg混合料原料可制得的1271 79X 100=598.3（kg）查資料知12麥汁在2

7、0C時的相對密度為時的麥汁體積增加1.04倍，故熱麥汁（100C）體積為:(2)(3)598.3/1.084冷麥汁量為:發(fā)酵液量為:X 1.04=574(L)574X (1-0.03)=556.8 (L)556.8 X (1-0.01)=551.2 (L)過濾酒量為:551.2 X (1-0.01)=545.7(L)成品啤酒量為：545.7 X (1-0.01)=540.2(L)4、生產(chǎn)1000L12淡色啤酒的物料衡算根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)12淡色成品啤酒540.2L ,故可得以下結(jié)果:生產(chǎn)1000L12淡色啤酒需耗混合原料量為:1000 X 100=185.1(kg)5

8、40.2麥芽耗用量為：185.1 X 75%=138.8(kg)(3)大米耗用量為：185.1-138.8=46.3(kg)(4)酒花耗用量：目前國內(nèi)苦味較淡的啤酒普遍受歡迎特別是深受年輕人的喜愛。所以對淺色啤酒熱麥汁中加入的酒花量為0.2 %即每1000升熱麥汁添加574X 1000X 0.2%=2.13(kg)540.22kg，故為:(5)(6)(7)熱麥汁量為：X 1000=1063(L)540.2冷麥汁量為：556色X 1000=1031(L)540.2濕糖化糟量設(shè)濕麥芽糟水分含量為80%則濕麥芽糟量為：(1-0.06) X (100-75)/(100-80) X 138.8=163.

9、1(kg)濕大米糟量為:(1-0.13) X (100-92)/(100-80) X 46.3=16.11(kg)故濕糖化糟量為：163.1+16.11=179.2(kg)(8) 酒花糟量設(shè)麥汁煮沸過程干酒花浸出率為 40%且酒花糟水分含量為80%則酒花糟量為:(1-0.4)/(1-0.8) X 2.13=6.39(kg)5、生產(chǎn) 300 000t/a 12 淡色啤酒糖化車間的物料衡算設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化6次，而淡季則糖化4次，每年總糖化次數(shù) 150 X6+150X 4=1500(次)，由此可算出每次投料量及其他項目的物料衡算。(1) 查12淡色啤酒密度為1.012kg/L，則每次糖化的啤酒量為

10、:300 000 000 - 1500- 1.012=197628L每次糖化的原料量為：185.1/1000 X 197628=36581 (kg)(2) 麥芽量：36581 X 75% =27436 (kg)(3) 大米量：36581-27436=9145 (kg) 熱麥汁量：574/100 X 36581=209975 (L)冷麥汁量：209975 X (1-3%)=203676 (L) 酒花用量 213/1000 X 197628=420.9(kg) 濕糖化糟量:179.2/1000 X 197628=35415(kg)(8) 濕酒花糟量：6.39/1000 X 197628=1262.

11、8(kg)(9) 發(fā)酵液量：203676X (1-1%) =201639 ( L)(10) 過濾酒量：201639X (1-1%)=199623 ( L)(11) 成品啤酒量：199623X( 1-1%) =197627 (L)把前述的有關(guān)啤酒廠釀造車間的三項物料衡算計算結(jié)果，整理成物料衡算表，如表2所示。物料名稱單位對 100kg混合原料1000L12淡色啤酒糖化一次定額量（80kL12啤酒）300 000 t/a啤酒生產(chǎn)量混合原料Kg100185 10大麥Kg75138.82743643305X 10大米Kg2546.39145314445X 10酒花Kg1.22

12、.13420.9664.5 X 10熱麥汁L5741063209975331656X 103冷麥汁L556.81031203676321672X 103濕糖化糟Kg96.78179.23541555911X 103濕酒花糟Kg3.456.391262.81993.8 X 10發(fā)酵液L551.21020201639318240X 10過濾酒L545.71010199623343200X 10成品啤酒L540.21000197627312000X 103備注：12度淡色啤酒的密度為1012kg/m3，實際年產(chǎn)啤酒315744t。、300 000 t/a啤酒廠糖化車間的熱量衡算2.1二次煮出糖化法是

13、啤酒生產(chǎn)常用的糖化工藝，下面就以此工藝為基準(zhǔn)進行糖化車間的熱量衡算，工藝流程示意圖如圖 2所示。大米粉(9145kg)麥芽(1829kg) 20 min料水比1: 4.5自來水18C料水比1: 3.5麥芽粉(25607kg)46.7 C60mi n熱水50 CI70 C 12min60mi n63t(,F 7min 90 C 20min25min100過濾嗚10mi ni麥芽糖化結(jié)束78C 40minC5煮沸鍋90min回旋沉淀槽薄板冷卻器憐麥汁酒花圖2啤酒廠糖化工藝流程圖2.2熱量衡算糖化用水耗熱量Qi根據(jù)工藝設(shè)計糊化鍋中的料水比為1: 4.5，糖化鍋中的料水比為1: 3.5。料水比過大，盡

14、管對糊化有利，但是耗能大，設(shè)備體積大。料水比過小的話,醪液粘稠，需較大的攪拌設(shè)備且及易產(chǎn)生糊鍋現(xiàn)象。所以糊化鍋加水量為:m= (9415+ 1829) X 4.5 = 50598(kg)式中，9415為糖化一次大米粉量，1829為糊化鍋加入的麥芽粉量(為大米量的20%而糖化鍋加水量為:m=25607X 3.5 = 89624.5(kg)式中，25607為糖化鍋投入的麥芽粉量，即27436-1829=25607 (kg)。而27436 為糖化一次麥芽定額量。故糖化總用水量為：mw=m1+m2=50598+89624.5=140222.5(kg)自來水的平均溫度取ti=l8C,而糖化配料用水溫度t

15、2=50C,故耗熱量為:Q=Cwmw(t 2-t i)=4.18 X 140222.5 X (50-18)=18.756 X 106(KJ)第一次米醪煮沸耗熱量 Q2由糖化工藝流程圖(圖 2)可知，Q2 = Q21 Q22Q23Q1為米醪由初溫即室溫加熱到煮沸的耗熱， Q2為煮沸過程中蒸汽帶走的熱量,Q3為升溫過程中的熱損失。2.1 .糊化鍋內(nèi)米醪由初溫to加熱至煮沸的耗熱量QiQ 21= m米醪* C 米醪(100-t 0)(1)計算米醪的比熱容C米醪根據(jù)經(jīng)驗公式C容物=0.1(100-w)C 0+4.18W進行計算。式中w為含水百分率；C0為絕對谷物比熱容，取C0=1.55KJ/(Kg K

16、)C 麥芽=0.01 (100-6) 1.55+4.18 X 6=1.71KJ/(Kg - K)C 大米=0.01 (100-13) X 1.55+4.18 X 12=1.89KJ/(Kg - K)C米醪=(m大米C大米+m麥芽C麥芽+nwcw) /m大米+m麥芽+ mW=(9145X1.89+1829X1.71+50598X4.18)/(9145+1829+50598) =3.76 KJ/(Kg - K)(2)米醪的初溫to設(shè)原料的初溫為18C，而熱水為50C,則10 = (m大米C大米+m麥芽C 麥芽) X 18+ mwCwX 50/( m 米醪c米醪)=(9145X1.89+1829X1

17、.71)X18+50598X4.18X50/(3.76X61572)=47.1 C其中 M米醪=M 大米+M麥芽 + M1 =9145+1829+50598=61572kg(3)把上述結(jié)果代入 Q 21= m米醪* C米醪(100-t 0 )中，得:Q 21=3.76X61572X(100-47.1 ) =12.247X106KJ)2.2 煮沸過程蒸汽帶出的熱量Q22設(shè)煮沸時間為40min,蒸發(fā)量為每小時5%則蒸發(fā)水量為:mv 1=m米醪 X 5%X 40/60=61572 X 5%X 40/60=2052.4 (Kg)Q 22= mv1I=2052.4 X2257.2=4.633 X 106

18、(KJ)式中，I為100C飽和氣壓下水的汽化潛熱2257.2 ( KJ/Kg)2.3熱損失Q23米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約為前兩次的耗熱量的15%即:Q 23=15% ( Q1+Q2)2.4由上述結(jié)果得:Q 2=1.15 (Qr+ Q2) =19.412 X 106 ( KJ)第二次煮沸前混合醪升溫至70 r的耗熱量Q3按糖化工藝，來自糊化鍋的煮沸的米醪與糖化鍋中的麥醪混合后溫度應(yīng)為63C,故混合前米醪先從100C冷卻到中間溫度t。3.1糖化鍋中麥醪的初溫t麥醪已知麥芽初溫為18C，用50r的熱水配料，則麥醪溫度為:t麥醪=(m麥芽 m麥芽X 18+ mX cw X 50) / (m麥

19、醪c麥醪)其中 m麥醪=m麥芽+m=25607+89624.5=115231.5 (kg)t麥醪=（m麥芽c麥芽X 18+ rncw X 50） / （m麥醪c麥醪）(25607X 1.71 X 18+89624.5 X 4.18 X 50) / (115231.5 X 3.63)=46.67 r3.2米醪的中間溫度tM 混合=M 米醪+M麥醪=61572+115231.5=176803.5kg根據(jù)熱量衡算，且忽略熱損失，米醪與麥醪混合前后的焓不變，則米醪的中間溫度為:m 混合C混合t混合一m麥醪C麥醪t麥醪 t =m米醪C米醪其中，麥醪的比熱容c麥醪=（m麥芽c麥芽）+ （m麥芽+m*CW）

20、 /m麥醪=(25607X 1.71+89624.5 X 4.18 ) /115231.5 =3.63KJ/(kg.K)混合醪的比熱容c混合=（m米醪c米醪+m麥醪c麥醪）/（m米醪+m麥醪）=(24433.2 X 3.76+46645.2 X 3.63 ) / (24433.2+46645.2 )=3.67 kJ/ (kg K t= ( m混合c混合X t混合-m麥醪c麥醪X t麥醪)/ (m米醪c米醪)=92.87 C因此中間溫度比煮沸溫度只低不到 7.13 C,考慮到米醪由糊化鍋到糖化鍋輸送過程的熱損失，可不必加中間冷卻器。由上述結(jié)果得 Q3Q=m混合 c 混合(70-63) =4.54

21、2 X 10 ( kJ) 第二次煮沸混合醪的耗熱量 Q4由糖化工藝流程可知：Q4=Q41+Q42+Q43Q41為混合醪升溫至沸騰所耗熱量，Q42為第二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量，Q43為熱損失4.1 混合醪升溫至沸騰所耗熱量Q411 )經(jīng)第一次煮沸后米醪量為：mi 米醪=m米醪 - mv i=176803.5-2052.4=174751.1(kg)故進入第二次煮沸的混合醪量為：m混合=mi 米醪+m麥醪=174751.1+115231.5=289982.6 ( kg)(2)根據(jù)工藝，糖化結(jié)束醪溫為78C，抽取混合醪的溫度為70C，則送到第二次煮沸的混合醪量為：m 混合(78-70)/m混合(10

22、0-70) X 100%=26.7%故 Q1=26.7%m昆合 c 混合(100-70) =0.267 X 289982.6 X 3.67 X 30=8.525 X 106 ( kJ)4.2 二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量Q42煮沸時間為10min,蒸發(fā)強度5%則蒸發(fā)水分量為:nV2=26.7%m混合 X 5% 10/60=26.7%x 289982.6 X 5%5 = 0.79m,取 d=0.80mV 總=n /4*D2 *H+ nh2 (D/2+h/3) 60= n /452*2.5+nh（5/2+h/3）解得：h=1.5m5.1.3、加熱面積在一次糖化法中，糊化鍋的最大傳熱是糊化醪從45C加

23、熱至70C這一過程，則6最大熱負(fù)荷 qJ.240 =1.93 06kcal/h45/700.25 Mpa壓力下蒸汽溫度為126.9 Cln12L126.9-70亦=(126.9一45)一(126.9 70)=56.44 C按經(jīng)驗 K 取 1500kcal/m3hCF= =倔廠0=22.78 m2KNm 56.44X1500鍋實際加熱面積F =n Dh=3.15X1. 5= 23.55m2 22.78m2 5.2、糖化鍋容積的計算及基本尺寸5.2.1、糖化鍋容積的計算設(shè)糊化鍋煮沸時，每小時蒸發(fā)5%勺水分，操作時第一次煮沸40mi n,則蒸發(fā)量=61572 0.05 ( 40/60)=2052.4

24、( kg)第一次煮沸的糊化醪量=61572-2052.4=59519.6 （ kg）糖化醪量=25607 (3.5+1)=115231.5( kg)查表得糖化醪的相對密度為1.065kg/L，則: 糖化鍋有效容積=115231.5/ (1.065 1000) =108.2 (用)設(shè)糖化鍋充滿系數(shù)為0.8，則: 糖化鍋的總?cè)莘e=108.2/0.8=135.25 (mi) 故糖化鍋設(shè)備的容積應(yīng)選100m，所需數(shù)量2個5.2.2、糖化鍋基本尺寸計算取D/H=2/1(糊化鍋直徑與圓筒高度之比)，升氣管面積為料液面積1/50,采用球 形底，則D = l15：取 D=5.5 ( m), H=0.5X 5.

25、5=2.75 (m)汽升管直徑 d= J1/50*D= Jl/50 X5.5= 0.78m, 取 d=0.80mV 總=n /4*tf *H+ nh2 (D/2+h/3) 100= n /45.52 *2.75+ n2(5.5/2+h/3)解得：h=1.80m5.2.3、加熱面積由前面計算可知，糖化鍋最大蒸汽耗用量為并醪后醪液由68.39 C升至78 C這一過程，則q=0.54x10 =3.24 X06kcal/h10/60ln12668.39126.9-78Atm=(126.9一68.39)+(126.9一78)=53.56 c根據(jù)經(jīng)驗，糖化鍋K可取2000kcal/m2 hC6加熱面積 F

26、=-= 240=30.2m22000X53.56鍋底加熱面積：F =n Dh=3.14.X X.80= 31.09m2 30.2m25.3、煮沸鍋加熱面積的計算加熱面積F=Q/kA t按熱量衡算：Q=13.35X 106/1.5=8.90 X 106 (KJ/h ) t=t 1-t 2=126.79-100=26.79 C(t1為加熱蒸汽在絕對壓力為2.5kg/ rf時的溫度，t2為麥計煮沸時的溫度)傳熱系數(shù)k值的計算：k=1 (kcal/h C rf)1 1 s+a1 a 2 k5.3.1、a 2從加熱面到糖化物料的給熱系數(shù)的計算2-c QQ 幾 / d n P X 2/3 ( 3600 P

27、gc、 1/8 /4、0.14a _5 -co 0.5 一 4X0.5X110.50、2/3 3600X4.35X10 x 9.81 咒 0.98、1/8 a 2 =0.36 X X ( ) X () X 1=0.36d(卩)(幾)(兀)入一麥汁的導(dǎo)熱系數(shù),在100C時為0.5(kcal/mh C)d攪拌器獎葉直徑4.0mD夾套內(nèi)直徑5mn攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)60/60=1(轉(zhuǎn)/秒)P麥汁濃度12的麥汁密度為1.084 kk/m34p =1.084 X 103/9.81=110.50( kg s2/m )g重力加速度9.81m/ s 2C熱麥汁比熱容，12。時為0.98 kca1/ kg. C卩=麥汁粘

28、度 水在100C時卩w=0.248/9810( kg .s/ rf)測定得麥汁比粘度為1.5,卩麥汁=1.5 X 0.248/9810=4.35 X 104.35X10-=4841.72(kcal/ rf h C )5.3.2、夾套內(nèi)蒸汽凝結(jié)的給熱系數(shù)的計算 蒸汽在傳熱鍋底的凝結(jié)狀態(tài)的膜狀冷凝考慮( kg s/ rf)止=1.5(jjW上)0.14 -1 則:jjW0.5a 1=0.068 X (3600兀2Y2P2 )1/2在平均溫度100C時,水的物理系數(shù)為：丫 =958 kg /m3卩=(0.248/9810) kk .s/ rf入=0.578(kcal/m.h. C)C=1 kcal/ kk. C在3.5 kk /cm2絕對壓力下：P =513.1 kcal/ kkt=138.19 C ,壁溫為 95C t=138.19-95 43r得 a 1=0.068 X (0.284/9810)x43=5260(kcal/m2.h. r)由于鍋底是球形,a 傾=a 直 丁sim 00 =45o3600X0.5872 x9582 咒513.1、1/2a 1=52604/0.707 =4840(kcal/m 2.h.5.3.3、加熱面積計算已知S加熱面材料厚度,不銹鋼板12mm,入一加熱材料導(dǎo)熱系數(shù)330.1k=2224.63(kcal/m 2.h. r)丄+丄a1a2 Z實