啤酒糖化發(fā)酵課程設計計算書

1、啤酒糖化發(fā)酵工藝設備課程設計計算書作 者： 劉啟香 學 號： 2012304030102院 系： 生物與輕化工程 專 業(yè)： 生物工程 題 目：啤酒糖化發(fā)酵工藝設備課程設計計算書 重點設備 煮沸鍋 指導教師： 魏群 劉月華 2015年11月 吉林目錄目 錄第1章 工藝計算11.1 計算依據(jù)11.2 啤酒生產(chǎn)物料衡算11.2.1 糖化物料衡算11.2.2 澄清冷卻物料計算31.2.3 發(fā)酵物料衡算31.2.4 成品啤酒計算41.2.5 數(shù)據(jù)換算5 第2章 設備設計計算與選型62.1 貯箱62.1.1 麥芽貯箱62.1.2 麥芽粉貯箱62.1.3 大米暫貯箱72.1.4 大米粉貯箱72.2 粉碎機生

2、產(chǎn)能力計算82.2.1 麥芽粉碎機82.2.2 大米粉碎機82.3 糊化鍋計算82.3.1 尺寸計算82.3.2 加熱面積92.3.3 升汽筒直徑92.4糖化鍋計算102.4.1投麥芽量102.4.2加熱面積102.4.3 升汽筒直徑102.5 過濾槽112.5.1 過濾槽容積112.5.2 過濾篩板112.5.3 升汽筒直徑112.6 麥汁暫貯罐112.7 漩渦沉淀槽122.7.1 漩渦沉淀槽槽容積計算122.7.2 升汽筒直徑122.7.3泵的選型122.8 薄板冷卻器132.8.1 溫度的確定132.8.2 傳熱系數(shù)K142.8.3 冰水段傳熱系數(shù)K2152.8.4 泵的選型與計算172

3、.9 錐形發(fā)酵罐17I2.9.1容積計算172.9.2 結(jié)構(gòu)尺寸計算172.9.3 發(fā)酵罐個數(shù)182.10 硅藻土過濾機182.11 清酒罐18第3章 重點設備設計計算193.1 煮沸鍋的作用193.2 煮沸鍋主要結(jié)構(gòu)及種類193.2.2 種類193.3 煮沸鍋結(jié)構(gòu)尺寸計算193.3.1 尺寸193.3.2 升汽筒直徑203.3.3 加熱面積計算203.3.4 加熱器計算213.3.5 洗滌器213.3.6 鍋重21I東北電力大學本科課程設計計算書III第1章 工藝計算1.1 計算依據(jù) 年產(chǎn)25萬噸11°淡色啤酒，原料配比為麥芽：大麥=65:35（以100kg混合原料為基準），原料利

4、用率為98%，麥芽水分（Wm）=5.3%，大米水分（Wn）=12%，無水麥芽浸出率（Em）=81%，無水大米浸出率（En）=95%。表1-1 基礎(chǔ)計算數(shù)據(jù)項目名稱代號（%）說明定額指標原料利用率麥芽水分大米水分淀粉水分玉米水分無水麥芽浸出率無水大米浸出率無水淀粉浸出率無水玉米浸出率985.3128195原料配比麥芽大米mn6535損失率澄清冷卻損失發(fā)酵損失過濾損失包裝損失1.01.01.52.0對熱麥汁1.0對冷麥汁1.0對發(fā)酵后啤酒1.5對過濾后啤酒2.0啤酒總損失率5.5 每年生產(chǎn)320天，年產(chǎn)25萬噸11°淺色啤酒，每天糖化6次，頭號麥汁濃度（B）15%，采用濕法粉碎，麥糟含水

5、率84%，麥汁煮沸時間1.6h，煮沸強度10%。1.2 啤酒生產(chǎn)物料衡算1.2.1 糖化物料衡算 (1) 100kg混合原料衡算 (2) 糖化用水量W1 (3) 麥糟重量Wg (4)麥糟吸頭號麥汁量 (5) 頭號麥汁吸量 (6) 洗糟用水量W2 Wx =(W+Wx)×10%×1.6 (7) 熱麥汁體積V（煮沸后的麥汁）煮沸后麥汁量W=717.94kg，煮沸后麥汁濃度10.8% ，100時熱麥汁比20時，其體積膨脹系數(shù)為1.04 (8) 酒花用量設酒花用量為0.12kg/100L，則酒花用量= (9) 酒花糟量設酒花在麥汁中的浸出率為40%，酒花糟含水80%，則酒花糟量=1.

6、2.2 澄清冷卻物料計算 設澄清冷卻損失占熱麥汁體積的1%，則冷麥汁產(chǎn)量=715.19（1-1.0%）=708.04L1.2.3 發(fā)酵物料衡算(1) 真正發(fā)酵度 (2) CO2 產(chǎn)量 342 444 發(fā)酵時浸出物量（以麥芽糖計） (3) 溶解在啤酒中的CO2 量 設11°啤酒中CO2量為0.5%，則708.08 ×1.044×0.5%=3.70kg(4) 發(fā)酵中放出的的CO2 量為227.99-3.696=24.29kg 20，常壓下CO2的比重為1.832kg/m³，VCO2= 24.294/1.832=13.26m³(5) 酵母產(chǎn)量 設每升

7、麥汁在發(fā)酵后形成1.5-2.5kg酵母泥，現(xiàn)取2.0kg； 則酵母產(chǎn)量： 其中40%用于接種，60%做商品酵母 設酵母含水85%，干酵母含水7% 商品酵母 (4) 發(fā)酵液量=1.2.4 成品啤酒計算 (1) 過濾后啤酒量： (2) 成品啤酒量： 成品啤酒總收率= (3) 設瓶裝啤酒容量為0.64L/瓶，則裝瓶數(shù)n= (4) 11°啤酒噸酒耗糧 設11°啤酒每升重1.011kg，則噸酒耗糧1.2.5 數(shù)據(jù)換算 (1) 換算成100L啤酒的各項數(shù)據(jù)生產(chǎn)100L啤酒，相當于100kg混合原料生產(chǎn)啤酒的倍數(shù)倍，所有數(shù)據(jù)乘以n (2) 換算成25萬噸啤酒，相當于100kg混合原料生產(chǎn)

8、啤酒的倍數(shù) (3) 換算成每日產(chǎn)量每年生產(chǎn)320天，則每天生產(chǎn)啤酒，相當于100kg混合原料生產(chǎn)啤酒的倍數(shù) ，所有數(shù)據(jù)乘以n 表1-2 啤酒生產(chǎn)物料衡算物料名稱100kg混合原料100L成品啤酒每日生產(chǎn)酒量(×104)年產(chǎn)25萬噸啤酒(×107)1. 混合原料用量中麥芽用量(kg)大米用量(kg)65359.615.177.424.002.381.282. 酒花用量（kg)3. 糖化用水量(kg)4. 洗糟用水量(kg)5. 熱麥汁量(L)6. 冷麥汁量(L)0.86439.38448.83717.94708.400.1364.9466.34106.11104.700.10

9、50.1851.2681.9980.900.0316.0616.4026.2425.897. 發(fā)酵液量（L）8. 濾過液量(L)9.成品啤酒量(L)700.96690.45676.64103.60102.05100.0180.0578.8977.2725.6225.2324.7310. 濕酒花糟量(kg)11.濕麥糟量(kg)12.商品干酵母(kg)13.放出二氧化碳(kg)2.5881.061.3724.290.3811.980.203.590.299.260.162.780.092.960.050.89第2章 設備設計計算與選型第2章 設備設計計算與選型2.1 貯箱2.1.1 麥芽貯箱 (

10、1) 每年工作320天，麥芽每天用量7.4232×104kg，每天糖化6次 則麥芽的每次糖化用量G=kg 每次投料量G=1.237×104kg，麥芽密度 (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=3500mm B=4000mm H=2500mm a=500mm b=400mm h=200mm 2.1.2 麥芽粉貯箱 (1) 每次糖化麥芽用量Gm=1.237×104kg 每次投料量G為：G=1.237×104kg (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=5000mm B=4000mm H=2500mm a=500mm b=400mm

11、h=200mm東北電力大學本科課程設計計算書 2.1.3 大米暫貯箱 (1) 每次投料量G為：G=3.997×104/6kg=6.66G×103kg大米密度為800 (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=3000mm B=2000mm H=1800mm a=300mm b=300mm h=300mm 2.1.4 大米粉貯箱 (1) 每次投料量G為 (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=4000mm B=2000mm H=2000mm a=400mm b=200mm h=200mm 2.2 粉碎機生產(chǎn)能力計算2.2.1 麥芽粉碎機 查破碎機選型樣本

12、，選用六輥型麥芽粉碎機，生產(chǎn)能力為6t/h，輥子規(guī)格為，配電機Y160L-611，2千瓦，3臺，1臺備用。2.2.2 大米粉碎機 查破碎機選型樣本，選用六輥型麥芽粉碎機，生產(chǎn)能力為6t/h，輥子規(guī)格為150×1000mm，配電機Y160L-611，2千瓦，3臺，1臺備用。2.3 糊化鍋計算 2.3.1 尺寸計算 采用圓柱形球底加熱式糊化鍋。 (1) 糊化鍋投料量（糊化鍋投15%的麥芽）為7 蒸發(fā)量W（煮沸時蒸發(fā)5%水，煮沸時間20min） 則 糊化醪液量G= 糊化醪的相對密度：1.01kg/L 其有效體積： 糊化鍋的填充系數(shù)，即糊化醪所需糊化鍋的總體積， 糊化鍋徑高比為2:1， D=

13、4.26m，圓整為D=4.30m，H=2.15m2.3.2 加熱面積 取不銹鋼材質(zhì)，a=0.6-1.2，取a=0.6 則=2.3.3 升汽筒直徑 2.4糖化鍋計算2.4.1投麥芽量 2.4.2加熱面積 采用不銹鋼，球底為鋼質(zhì)，中有夾套（備用）， （a取0.6） A= 2.4.3 升汽筒直徑 2.5 過濾槽2.5.1 過濾槽容積 每次糖化物料總量G 過濾槽采用圓柱形器身的平底容器，徑高比取2 D=7.93m，圓整為D=8.00m，H=4.00m 2.5.2 過濾篩板 采用不銹鋼焊制，條形篩孔，尺寸約為 每100kg干麥芽所需過濾面積0.5-0.6，取過濾面積0.55 則總篩板過濾面積= 2.5.

14、3 升汽筒直徑 2.6 麥汁暫貯罐 麥汁暫貯罐容積（圓柱形，不銹鋼） 糖化一次產(chǎn)生過濾液為 取高徑比比為2, D =6.15m，圓整為D=6.20m，H=12.40m2.7 漩渦沉淀槽2.7.1 漩渦沉淀槽槽容積計算麥汁的進口速度為10m/s，進料時間20min，麥汁靜置時間40min，轉(zhuǎn)速10r/min 麥汁煮沸后麥汁量，即熱麥汁體積為 取空余系數(shù)為1.2，則 取徑高比為2:1，則D:H=2:1 D=7.026m，圓整為D=7.10m，H=3.55m 2.7.2 升汽筒直徑 2.7.3泵的選型 查工業(yè)用泵選型手冊（第二版），選用F100-57型泵，Q150m³/h，H揚程42.5，

15、轉(zhuǎn)速2910r/min，軸功率24.23kW，配用電機功率40kW，泵效率=62%，允許吸上真空度4m。2.8 薄板冷卻器2.8.1 溫度的確定（冷卻時間1h） (1) 由物料衡算可知，100kg混合原料可得到熱麥汁717.94kg 每批次麥汁量為: 每小時冷卻麥汁量1.37×105kg/h 取3臺薄板冷卻器，2臺工作，1臺備用， 每臺每小時工作量6.835104kg/h臺 (2) 熱麥汁的比熱：C=0.3711%+1(1-11%)=0.931kcal/kg 麥汁干物質(zhì)比熱1.55kJ/kg (3) 冷水段、冰水段換熱量 采用兩段冷卻：a.前段用18深井水冷卻，麥汁由90至40；b.

16、后段用-4冷凍水冷卻，麥汁由40至6。 冷水段換熱量Q=GC(T1-T2)=6.835×104×0.931×(90-40) =3.18×106k cal/h 冷凍水段換熱量Q=GC(T1-T2)=6.835×104×0.931×(40-6) =2.164×106k cal/h (4) 冷水段、冰水段終溫 冷水初溫18，麥汁溫度T=90，T=40，冷水終溫t 根據(jù)熱平衡：GC(T1-T2)=G水C水(t1-t2)， 取冷水流量為麥汁流量的3倍， 則t=t+=18+=33.5 冷凍水初溫-4，冷凍水終溫，麥汁溫度T=4

17、0，T=6 根據(jù)熱平衡：GC(T2-T3)=G水C水(-) 則=+=-4+=6.55 (5) 冷水、冷凍水平均溫差 冷水：tm1 =36.58 冷凍水:tm2 =19.332.8.2 傳熱系數(shù)K（冷水段） (1) 流道數(shù)的確定：麥汁流速0.25-0.9m/s，經(jīng)驗上取u=0.3m/s, =74.02 取m=74.00(2) 校正麥汁流速u=0.327m/s(3) 冷水段麥汁計算（麥汁平均溫度為65） 查發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)設備，=1040kg/m³，=0.99C，C=0.9364kcal/kg， =0.5148kcal =0.1 =4448.5W/K (4) 2計算（麥汁平均溫度為25.75

18、） 查發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)設備，=996.40kg/m³，=85.7710-5NS/m C= 4.1765kcal/kg，=0.61238W/m，u水=3u =0.1 =1.002W/K K值計算 其中，-不銹鋼導熱系數(shù)，-不銹鋼板厚1mm K =2.66610 換熱面積（冷水段F、Z、i） 換熱面積F= 板片數(shù)Z=180.595=181片 麥芽汁程數(shù)程 2.8.3 冰水段傳熱系數(shù)K2 (1) 冰水段麥汁平均溫度14.8 查得 =1048.8kg/m³，=2.12C，C=0.916kcal/kg，=0.50kcal/ =0.1 =3528.83W/K (2) 冰水段麥汁2計算（麥汁

19、平均溫度為1.28） 查化工原理水的物化性質(zhì)，=999.897kg/m³，=172.910Pas， C=4.2093kcal/kg，=0.55432W/m =0.1 =8932.76W/K (3) K2計算 其中，-不銹鋼導熱系數(shù)，-不銹鋼板厚1mm K =2242.6W/m (4) 冷凍水段換熱面積（冷水段F1、Z1、i1） 換熱面積F1= 板片數(shù)Z2=276.47=277片 麥芽汁程數(shù)程 則共用薄板數(shù)Z=Z1+Z2=181+277=458片 冷卻面積F=F1+F2=37.93+58.0596=95.99 故選用板式換熱器八臺，換熱面積38，機器重1396kg (5) 冷水耗量 G

20、1= (6) 冷凍水耗量 G2=2.8.4 泵的選型與計算 冷水泵、冷凍水泵個6臺，流量均相同，由前可知，水流量為麥汁流量的3倍，冷水、冷凍水流量為3×21.05=63.15m/h，每臺水泵麥汁水流量為63.15/2=31.575m/h臺。 2.9 錐形發(fā)酵罐 采用露天錐形發(fā)酵罐2.9.1容積計算每日糖化后冷麥汁體積為：8.09105L=809m³，規(guī)定一鍋麥汁進入一個發(fā)酵罐，則有效容積V有效=809/6=134.83m³，取0.8則V= 校核=，合乎要求2.9.2 結(jié)構(gòu)尺寸計算 (1) 錐角=60-85°，取60°，一般D:H=1：1.5-6

21、，初取D:H=1:4；則下部錐體的高h=21.1732=3.46m查化工設備設計手冊上冊：h1=0.05m，h2=1.00m，V封=9.02m³，封頭內(nèi)表面積S=17.9則錐形罐總?cè)莘e=V封頭+V封底 +V柱=170m³ h2=11.664m，圓整為 h2=11.70m ， 則總高h=h1 + h2+h3=3.46+11.70+0.05=16.13m H/D=11.7/4=2.93,即D:H=1:2.93，在1:1.5-6范圍內(nèi) (2) 壁厚 根據(jù)罐的直徑D，查材料與零部件上冊， D=4.00m，材料為不銹鋼，主體壁厚=8.00m，封頭錐體=5.00mm2.9.3 發(fā)酵罐個

22、數(shù) 設錐形發(fā)酵罐的發(fā)酵周期為20天， 所以N=+2（n-每天裝罐數(shù)；t-發(fā)酵周期20天；2-備用發(fā)酵罐個數(shù)） N=620+2=122個2.10 硅藻土過濾機 采用立式葉片式硅藻土過濾機，每天產(chǎn)啤酒量為8.0052105L=800.52m³ 每天按過濾8h，則生產(chǎn)能力800.52/8=100.07m³/h； 選用硅藻土過濾機2臺，生產(chǎn)能力100.10m³/h，其中一臺備用2.11 清酒罐 采用臥式清酒罐，日產(chǎn)啤酒量為：7.72×105L=772.74m³，送入5個清酒罐中，則罐的有 效容積：V 則（ 取=0.94（0.90-0.95） 每個清酒罐

23、容積170m³，則3.14 設D：H=1:4，則D=3.78m，圓整為D=3.80m，H=15.20m， 校核 =（符合0.9-0.95的范圍） 第3章 重點設備設計計算3.1 煮沸鍋的作用麥汁煮沸時間對啤酒的質(zhì)量影響很大，在常壓下，10-12°的淡色啤酒的煮沸時間一般在1.5-2h，濃色啤酒可適當延長煮沸時間；在加壓0.11-0.12MPa條件下，煮沸時間可縮短一半左右，合理的延長煮沸時間對蛋白質(zhì)的凝固，提高酒花利用率和還原物質(zhì)的形成是有利的，但對泡沫性能不利，過分的延長煮沸時間不僅經(jīng)濟不合理，麥汁質(zhì)量也會下降。3.2 煮沸鍋主要結(jié)構(gòu)及種類 主要由鍋體、保溫層外包覆層，上

24、封頭、進液口、放液口、蒸汽口、電機、減速機、螺旋翅等構(gòu)成。其主要是在鍋體錐形體的內(nèi)腔安置一由電機、減速機帶動的螺旋翅，鍋壁向上翻騰流動，既能提高熱效率，又能對鍋壁進行沖刷，可有效的避免糊鍋現(xiàn)象。3.2.2 種類 (1) 直火加熱式煮沸鍋 (2) 帶夾套的蒸汽煮沸鍋 (3) 兩個加熱區(qū)的老式煮沸鍋 (4) 帶外加熱器的煮沸鍋 (5) 帶內(nèi)加熱器的煮沸鍋 (6) 一種內(nèi)加熱式的煮沸鍋3.3 煮沸鍋結(jié)構(gòu)尺寸計算 3.3.1 尺寸 V4=Wx+V5（V4-煮沸鍋有效容積；Wx-蒸發(fā)水分量；V5-煮沸后麥汁體積）= () 則V5= Wx=136.751142.03/6=26.018m³ W=

25、（e-煮沸強度10%，t-煮沸時間1.6h） Wx =a V4=0.16 V4 則 V4=a V4+ V5， V5=(1-a)V4 即（1-a） V4= ， V4= 設容積系數(shù)=0.6（=0.6-0.7），膨脹系數(shù)=1.02-1.05，取=1.04 則煮沸鍋的容積V= 采用內(nèi)加熱式煮沸鍋，忽略加熱器中麥汁量，取D:H=2:1 D=， 圓整為D=7.60m，H=1/2D=3.80m3.3.2 升汽筒直徑（與糊化鍋相同，蒸汽量較大） 3.3.3 加熱面積計算由過濾槽至煮沸鍋的麥汁溫度為75，升溫到102-105，需要15min，煮沸1.6h，加熱蒸汽壓力為2kg/（表壓），即133（2.5kg/） 由釀造酒工藝學，麥汁沸點103（102-105）,麥汁前麥汁濃度9.07%，麥汁比熱c=0.379.07%+1(1-9.07%)=0.943kcal/kg (1) 加熱段Q1=GC(t-t)=100.943(103-75) =1.71310k cal/h tm=48.66 經(jīng)驗傳熱系數(shù)K =800