啤酒工厂设计doc.docx
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啤酒工厂设计doc
年产50万吨啤酒工厂设计
一、课程设计的内容
1．我们组的设计任务是：
年产30万吨啤酒厂的设计。
2．根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数
与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。
3．工艺计算：
全厂的物料衡算；糖化车间的热量衡算（即蒸汽耗量的计算）；
水用量的计算；发酵车间耗冷量计算。
4．糖化车间设备的选型计算：
包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。
5．选择其中某一重点设备进行单体设备的详细化工计算与设计。
二、课程设计的要求与数据
1、生产规模：
年产30万吨啤酒，全年生产300天。
2、发酵周期：
锥形发酵罐低温发酵24天。
3、原料配比：
麦芽75％，大米25％
4、啤酒质量指标
理化要求按我国啤酒质量标准GB4927－1991执行，卫生指标按GB4789.1
－4789.28执行。
12°啤酒理化指标
外观透明度：
清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物
浊度，EBC≤1.0
泡沫形态：
洁白细腻，持久挂杯
泡持性S≥180
色度5.0—9.5
香气和口味明显的酒花香气，口味纯正、爽口，酒体柔和，无异香、异
味
酒精度％（m/m）≥3.7
原麦汁浓度％（m/m）12±0.3
总酸mL/100mL≤2.6
二氧化碳％（m/m）≥0.40
双乙酰mg/L≤0.13
三、课程设计应完成的工作
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根据以上设计内容，书写设计说明书。
四、主要参考文献
[1]金凤,安家彦.酿酒工艺与设备选用手册.北京:
化学工业出版社,2003.4
[2]顾国贤.酿造酒工艺学.北京:
中国轻工业出版社,1996.12
[3]程殿林.啤酒生产技术.北京:
化学工业出版社,2005
[4]俞俊堂,唐孝宣.生物工艺学.上海:
华东理工大学出版社,2003.1
[5]余龙江.发酵工程原理与技术应用.北京:
化学工业出版社,2006
[6]徐清华.生物工程设备.北京:
科学出版社,2004
[7]吴思方.发酵工厂工艺设计概论.北京:
中国轻工业出版社,2006.7
[8]黎润钟.发酵工厂设备.北京:
中国轻工业出版社,2006
[9]梁世中.生物工程设备.北京:
中国轻工业出版社,2006.9
[10]陈洪章.生物过程工程与设备.北京:
化学工业出版社,2004
【糖化车间】
一、300000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算
啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦汁、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。
1、糖化车间工艺流程
流程示意图如图1所示：
水、蒸汽
↙↘
麦芽、大米→粉碎→糊化→糖化→过滤→麦汁煮沸锅→
↓
麦槽
酒花渣分离器→回旋沉淀槽→薄板冷却器→到发酵车间
↓↓↓
酒花槽热凝固物冷凝固物
图1啤酒厂糖化车间工艺流程示2、工艺技术指标及基本数据
根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过据如表1所示。
-2
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表1啤酒生产基础数据
项
目
名
百分比（%）
项
目
名
百分比（%）
称
称
定
无水麦芽
75
原料配比
麦
芽
75
浸出率
大
米
25
额
无水大米
92
冷却损失
3
浸出率
发酵损失
1
啤酒损失
指
原料利用
过滤损失
1
98.5
率（对热麦
率
汁）
标
麦芽水分
6
装瓶损失
1
大米水分
13
总损失
6
根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产12°淡色啤酒的物料计算，
然后进行1000L12°淡色啤酒的物料衡算，最后进行300000t/a
啤酒厂糖化车间
的物料平衡计算。
3、100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产12°淡色啤酒的物料衡算
（1）热麦汁计算
根据表1
可得到原料收得率分别为：
麦芽收率为：
0.75×（100-6）/100=70.5%
大米收率为：
0.92×（100-13）/100=80.04%
混合原料收得率为：
（0.75×70.5%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79%
由上述可得100kg混合料原料可制得的12°热麦汁量为：
71.79
12
×100=598.3（kg）
查资料知12°麦汁在20℃时的相对密度为1.084，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：
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598.3/1.084×1.04=574（L）
（2）冷麦汁量为：
574×（1-0.03）=556.8（L）
（3）发酵液量为：
556.8×（1-0.01）=551.2（L）
（4）过滤酒量为：
551.2×（1-0.01）=545.7（L）
（5）成品啤酒量为：
545.7×（1-0.01）=540.2（L）
4、生产1000L12°淡色啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°淡色成品啤酒540.2L，故可得以下结果：
（1）生产1000L12°淡色啤酒需耗混合原料量为：
1000
×100=185.1（kg）
540.2
（2）麦芽耗用量为：
185.1×75%=138.8（kg）
（3）大米耗用量为：
185.1-138.8=46.3（kg）
（4）酒花耗用量：
目前国内苦味较淡的啤酒普遍受欢迎特别是深受年轻人的喜
爱。
所以对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为0.2%即每1000升热麦汁添加2kg，故为：
574×1000×0.2%=2.13（kg）
540.2
（5）热麦汁量为：
574×1000=1063（L）
540.2
（6）冷麦汁量为：
556.8×1000=1031（L）
540.2
（7）湿糖化糟量设湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[（1-0.06）×（100-75）]/（100-80）×138.8=163.1（kg）
湿大米糟量为：
[（1-0.13）×（100-92）]/（100-80）×46.3=16.11（kg）
故湿糖化糟量为：
163.1+16.11=179.2（kg）
（8）酒花糟量
设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：
（1-0.4）/（1-0.8）×2.13=6.39（kg）
5、生产500000t/a12°淡色啤酒糖化车间的物料衡算
设生产旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数150×
6+150×4=1500（次），由此可算出每次投料量及其他项目的物料衡算。
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（1）查12°淡色啤酒密度为1.012kg/L，则每次糖化的啤酒量为：
500000000÷1500÷1.012=329381L
每次糖化的原料量为:
185.1/1000×329381=60968（kg）
（2）麦芽量：
60968×75％=45726（kg）
（3）大米量：
60968-27436=33532（kg）
（4）热麦汁量：
574/100×60968=349956（L）
（5）冷麦汁量:
349956×（1-3%）=339458（L）
（6）酒花用量:
2.13/1000×329381=702（kg）
（7）湿糖化糟量:
179.2/1000×329381=59025（kg）
（8）湿酒花糟量：
6.39/1000×329381=2015（kg）
（9）发酵液量：
339458×（1-1%）=336063（L）
（10）过滤酒量：
336063×（1-1%）=332702（L）
（11）成品啤酒量：
332702×（1-1%）=329376（L）
把前述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表2所示。
物料名称单位对100kg1000L12°
混合原料淡色啤酒
糖化一次定
额量（80kL
12°啤酒）
300000t/a
啤酒生产量
混合原料
Kg
100
185.1
60968
9.15×107
大麦
Kg
75
138.8
45726
6.86×107
大米
Kg
25
46.3
33532
5.03×107
酒花
Kg
1.2
2.13
702
1.05×106
热麦汁
L
574
1063
349956
5.25×108
冷麦汁
L
556.8
1031
339458
5.09×108
湿糖化糟
Kg
96.78
179.2
59025
8.85×107
湿酒花糟
Kg
3.45
6.39
2015
3.02×106
发酵液
L
551.2
1020
336063
5.04×108
过滤酒
L
545.7
1010
332702
4.99×108
成品啤酒
L
540.2
1000
329376
4.94×108
备注：
12度淡色啤酒的密度为
1.12kg/m3，实际年产啤酒488142t。
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二、300000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
2.1二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，下面就以此工艺为基准进行糖
化车间的热量衡算，工艺流程示意图如图
2所示。
麦芽粉
自来水18℃
大米粉
（
45726
kg）
（
33532
46.7℃
kg）
料水比1：
4.5
料水比1：
3.5
60min
麦芽
（45726kg）20min
热水50℃
70℃12min
t（
℃）63
℃
60min
7min
冷却
90℃20min
100
℃40min
70
℃
25min
过滤
糖化结束
78
℃
100
℃
10min
麦芽煮沸锅90min回旋沉淀槽薄板冷却器冷麦汁
酒花
图2啤酒厂糖化工艺流程图
2.2热量衡算
⑴糖化用水耗热量Q1
根据工艺设计糊化锅中的料水比为1：
4.5，糖化锅中的料水比为1：
3.5。
料水比过大，尽管对糊化有利，但是耗能大，设备体积大。
料水比过小的话，
醪液粘稠，需较大的搅拌设备且及易产生糊锅现象。
所以糊化锅加水量为：
m1=（9415+1829）×4.5=50598（kg）
式中，9415为糖化一次大米粉量，1829为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量
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的20%）
而糖化锅加水量为：
m2=25607×3.5=89624.5（kg）
式中，25607为糖化锅投入的麦芽粉量，即27436-1829=25607（kg）。
而27436
为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
mw=m1+m2=50598+89624.5=140222.5（kg）
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：
Q1=cwmW（t2-t1）=4.18×140222.5×（50-18）=18.756×106（KJ）
⑵第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图（图2）可知，
Q2=Q21＋Q22＋Q23
Q21为米醪由初温即室温加热到煮沸的耗热，Q22为煮沸过程中蒸汽带走的热量，
Q23为升温过程中的热损失。
2.1．糊化锅内米醪由初温tO加热至煮沸的耗热量Q21
Q21=m米醪*c米醪（100-t0）
（1）计算米醪的比热容c米醪根据经验公式C容物=0.1[（100-w）C0+4.18w]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）
c麦芽=0.01[（100-6）1.55+4.18×6]=1.71KJ/（Kg·K）
c大米=0.01[（100-13）×1.55+4.18×12]=1.89KJ/（Kg·K）c米醪=（m大米c大米+m麦芽c麦芽+mwcw）/m大米+m麦芽+mW）
=（9145×1.89+1829×1.71+50598×4.18）/（9145+1829+50598）=3.76KJ/（Kg·K）
（2）米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则
t0=[（m大米c大米+m麦芽c麦芽）×18+mW*cW×50]/（m米醪c米醪）
=[（9145×1.89+1829×1.71）×18+50598×4.18×50]/（3.76×61572）
=47.1℃其中M米醪=M大米+M麦芽+M1=9145+1829+50598=61572kg
（3）把上述结果代入Q21=m米醪*c米醪（100-t0）中，得：
Q21=3.76×61572×（100-47.1）=12.247×106KJ）
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2.2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%，则蒸发水量为：
mv1=m米醪×5%×40/60=61572×5%×40/60=2052.4（Kg）
Q22=mv1I=2052.4×2257.2=4.633×106（KJ）
式中，I为100℃饱和气压下水的汽化潜热2257.2（KJ/Kg）
2.3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：
Q23=15%（Q21+Q22）
2.4由上述结果得：
Q2=1.15（Q21+Q22）=19.412×106（KJ）
⑶第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3
按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中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。
3.1糖化锅中麦醪的初温t麦醪
已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：
t麦醪=（m麦芽m麦芽×18+m2×cw×50）/（m麦醪c麦醪）
其中m麦醪=m麦芽+m2=25607+89624.5=115231.5（kg）
t麦醪=（m麦芽c麦芽×18+m2cw×50）/（m麦醪c麦醪）
=（25607×1.71×18+89624.5×4.18×50）/（115231.5×3.63）
=46.67℃
3.2米醪的中间温度t
/
M混合=M米醪+M麦醪=61572+115231.5=176803.5kg
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，则米醪的
中间温度为：
m混合c混合t混合m麦醪c麦醪t麦醪
t
m米醪c米醪
其中，麦醪的比热容
c麦醪=[（m麦芽c麦芽）+（m麦芽+m2*cW）]/m麦醪
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=（25607×1.71+89624.5×4.18）/115231.5
=3.63[KJ/（kg.K）]
混合醪的比热容
c混合=（m米醪c米醪+m麦醪c麦醪）/（m米醪+m麦醪）
=（24433.2×3.76+46645.2×3.63）/（24433.2+46645.2）
=3.67[kJ/（kg·K）]
t=（m混合c混合×t混合-m麦醪c麦醪×t麦醪）/（m米醪c米醪）
=92.87℃
因此中间温度比煮沸温度只低不到7.13℃，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输
送过程的热损失，可不必加中间冷却器。
由上述结果得Q3
Q3=m混合c混合（70-63）=4.542×106（kJ）
⑷第二次煮沸混合醪的耗热量Q4
由糖化工艺流程可知：
Q4=Q41+Q42+Q43
Q41为混合醪升温至沸腾所耗热量，Q42为第二次煮沸过程蒸汽带走的热量，Q43为
热损失
4.1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：
/
m米醪=m米醪-mv1=176803.5-2052.4=174751.1（kg）
故进入第二次煮沸的混合醪量为：
m混合=m’米醪+m麦醪=174751.1+115231.5=289982.6（kg）
（2）根据工艺，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：
[m混合（78-70）]/[m混合（100-70）]×100%=26.7%
故Q41=26.7%m混合c混合（100-70）=0.267×289982.6×3.67×30=8.525×106（kJ）
4.2二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42
煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：
mV2=26.7%m混合×5%×10/60
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=26.7%×289982.6×5%×10/60
=645.2（kg）
Q42=hmV2=2257.2×645.2=1.456×106（kJ）
式中，h为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg）
4.3热损失Q43
根据经验有：
Q43=15%（Q41+Q42）
4.4把上述结果代入公式（27）得
Q4=1.15（Q41+Q42）=11.478×106（KJ）
⑸洗槽水耗热量Q5
设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为
m洗=36581×450/100=164615（kg）
Q5=m洗cW（80-18）=164615×4.18×62=42.661×106（KJ）
⑹麦汁煮沸过程耗热量Q6
Q6=Q61+Q62+Q63
6.1麦汁升温至沸点耗热量Q61
由表2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg混合原料可得到574kg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：
m麦汁=（574/100）×36581=209975（kg）
又c麦汁=（27436×1.71+9145×1.89+36581×4.18×6.4）/（36581×7.4）
=3.852KJ/（Kg*K）
Q61=m麦汁c麦汁（100-70）=24.265×106，则蒸发水分为：
MV3=209975×0.1×1.5=31496（Kg）
Q62=hmV3=2257.3×31496=71.093×106（KJ）
6.2热损失为
Q63=15%（Q61+Q62）
6.3把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热
Q6=Q61+Q62+Q63=1.15（Q61+Q62）=109.662×106（KJ）
⑺糖化一次总耗热量Q总
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
=（18.756+19.412+4.542+11.478+42.661+109.662）×106=206.511×106（KJ）
（8）耗气量衡算
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8.1糖化一次耗用蒸汽用量D
使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，h=2725.3kJ/kg,则：
D=Q总/[（h-i）×η]=100461kg
式中，h为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；η为蒸汽的热效率，取η=95%。
8.2糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax
在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且已知煮沸时间为90min热效率为95%，故：
Qmax=Q6/（1.5×95%）=76.96×106kj/h
相应的最大蒸汽耗量为：
Dmax=Qmax/（h-i）=35566.56kg/h
8.3、蒸汽单耗
据设计，每年糖化次数为1500次，每糖化一次生产啤酒300000/1500=200t，年耗蒸汽总量为：
D总=100461×1500=150.692×106kg
每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
D1=100461/200=502.3kg/t
每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
Dd=100461×6=602766kg/d
至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送进发酵车间，必须尽量回收其中的热量。
最后若需要耗用冷冻水，则在以下“耗冷量计算”中将会介绍
8.4、整理列表
最后，把上述结果列成热量消耗综合表，如表
表3300000t/年啤酒厂糖化车间总热量衡算表
名称
规格
每吨消耗定额
每小时最大
每昼夜消耗
每年消耗量
（MPa）
（kg）
用量（kg/h）
量（kg/d）
（kg/a）
蒸汽
0.3（表压）
502.3
35566.56
602766
150.692×106
5、设备计算及选型
5.1、糊化锅容积的计算及基本尺寸
5.1.1、糊化锅容积计算
糊化锅投料量=9415+1829=11244kg
糊化醪量=11244×（4.5+1）=61842（kg）
查表得100℃热糊化醪的相对密度为1.0712kg/L.
3
则，糊化锅的有效容积=61842/（1.0712×1000）=57.73（m）
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设糖化锅充满系数为0.8,则:
3
糊化锅的总容积=57.73/0.8=72.2（m）
3
故糊化锅设备的容积应选50m，所需数量2个
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