啤酒工厂方案.docx
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啤酒工厂方案
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.依照设计任务,查阅有关资料、文件,采集必要的技术资料,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.选择此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
GB
-执
行。
12°啤酒理化指标
外观透明度:
清明透明,无明显悬浮物和积淀物
浊度,EBC≤
泡沫形态:
洁白细腻,长远挂杯
泡持性S≥180
色度—
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)≥
原麦汁浓度%(m/m)
总酸mL/100mL≤
二氧化碳%(m/m)≥
双乙酰mg/L≤
12±
三、课程设计应达成的工作
依照以上设计内容,书写设计说明书。
四、主要参照文件
[1]金凤,安家彦.酿酒工艺与设备采用手册.北京:
化学工业初版社,
[2]顾国贤.酿造酒工艺学.北京:
中国轻工业初版社,
[3]程殿林.啤酒生产技术.北京:
化学工业初版社,2005
[4]俞俊堂,唐孝宣.生物工艺学.上海:
华东理工大学初版社,
[5]余龙江.发酵工程原理与技术应用.北京:
化学工业初版社,2006
[6]徐清华.生物工程设备.北京:
科学初版社,2004
[7]吴思方.发酵工厂工艺设计概论.北京:
中国轻工业初版社,
[8]黎润钟.发酵工厂设备.北京:
中国轻工业初版社,2006
[9]梁世中.生物工程设备.北京:
中国轻工业初版社,
[10]陈洪章.生物过程工程与设备.北京:
化学工业初版社,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
流程表示图如图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
酒花渣分别器→回旋积淀槽→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
依照我国啤酒生产现况,有关生产原料配比、工艺指标及生产过据如表1所示。
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
指
啤酒损失
原料利用
过滤损失
1
率(对热麦
率
标
汁)
麦芽水分
6
装瓶损失
1
大米水分
13
总损失
6
依照表1
的基础数据,第一进行
100kg原料生产12°浅色啤酒的物料计算,然
后进行1000L12°浅色啤酒的物料衡算,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°浅色啤酒的物料衡算
(1)热麦汁计算依照表1可获取原料收得率分别为:
麦芽收率为:
×(100-6)/100=%
大米收率为:
×(100-13)/100=%
混杂原料收得率为:
(×%+×%)×%=%
由上述可得100kg混杂料原料可制得的12°热麦汁量为:
71.79
12
×100=(kg)
查资料知12°麦汁在20℃时的相对密度为,而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加倍,故热麦汁(100℃)体积为:
×=574(L)
(2)冷麦汁量为:
574×=(L)
(3)发酵液量为:
×=(L)
(4)过滤酒量为:
×=(L)
(5)成品啤酒量为:
×=(L)
4、生产1000L12°浅色啤酒的物料衡算
依照上述衡算结果知,100kg混杂原料可生产12°浅色成品啤酒,故可得以下结果:
(1)生产1000L12°浅色啤酒需耗混杂原料量为:
1000
×100=(kg)
540.2
(2)麦芽耗用量为:
×75%=(kg)
(3)大米耗用量为:
(4)酒花耗用量:
目前国内苦味较淡的啤酒宽泛受欢迎特
别是深受年轻人的喜爱。
因此对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为
%即每1000
升热麦汁增加2kg,故为:
574×1000×%=(kg)
574
540.2
(5)热麦汁量为:
×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:
[×(100-75)]/(100-80)×=(kg)
湿大米糟量为:
[×(100-92)]/(100-80)×=(kg)
故湿糖化糟量为:
+=(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:
/×=(kg)
5、生产500000t/a12°浅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。
(1)查12°浅色啤酒密度为L,则每次糖化的啤酒量为:
500000000÷1500÷=329381L
每次糖化的原料量为:
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:
1000×329381=702(kg)
(7)湿糖化糟量:
1000×329381=59025(kg)
(8)湿酒花糟量:
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100kg
1000L12°
混杂原料
浅色啤酒
糖化一次定
额量(80kL
12°啤酒)
300000t/a啤酒生产量
混杂原料
Kg
100
60968
×107
大麦
Kg
75
45726
×107
大米
Kg
25
33532
×107
酒花
Kg
702
×106
热麦汁
L
574
1063
349956
×108
冷麦汁
L
1031
339458
×108
湿糖化糟
Kg
59025
×107
湿酒花糟
Kg
2015
×106
发酵液
L
1020
336063
×108
过滤酒
L
1010
332702
×108
成品啤酒
L
1000
329376
×108
备注:
12度浅色啤酒的密度为
m3,实质年产啤酒488142t。
二、300000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
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,工艺流程表示图如图2所示。
大米粉
自来水18℃
麦芽粉
(
料水比1:
料水比1:
(
kg)
kg)
45726
33532
热水50℃
麦芽
℃
(45726kg)20min
60min
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
回旋积淀槽
薄板冷却器
冷麦汁
酒花
图2啤酒厂糖化工艺流程图热量衡算
⑴糖化用水耗热量Q1
依照工艺设计糊化锅中的料水比为1:
,糖化锅中的料水比为1:
。
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。
因此糊化锅加水量为:
m1=(9415+1829)×=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(为大米量的
20%)
而糖化锅加水量为:
m2=25607×=(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+=(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)=××(50-18)=×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。
.糊化锅内米醪由初温tO加热至煮沸的耗热量Q21Q21=m米醪*c米醪(100-t0)
(1)计算米醪的比热容c米醪依照经验公式C容物=[(100-w)C0+]进行计算。
式中w为含水百分率;c0为绝对谷物比热容,取c0=(Kg·K)
c麦芽=[(100-6)+×6]=(Kg·K)
c大米=[(100-13)×+×12]=(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×+1829×+50598×)/(9145+1829+50598)
=KJ/(Kg·K)
(2)米醪的初温t0设原料的初温为℃,而热水为
℃,则
0
(
18
50
t
=[
m
大米c大米+m麦芽c麦芽)×18+mW*W×
50]/(m
米醪c米醪)
c
此中M米醪=M大
=[(9145×+1829×)×18+50598××50]/(×61572)=℃
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=×61572×()=×106KJ)
煮沸过程蒸汽带出的热量Q
22
设煮沸时间为40min,蒸发量为每小时
5%,则蒸发水量为:
1
米醪×5%×40/60=61572×5%×40/60=(Kg)
mv=m
Q22=mv1I=×=×106(KJ)
式中,I为100℃饱平易压下水的汽化潜热(KJ/Kg)
热损失Q23
米醪升平易第一次煮沸过程的热损失期为前两次的耗热量的15%,即:
Q23=15%(Q21+Q22)
由上述结果得:
Q2=(Q21+Q22)=×106(KJ)
⑶第二次煮沸前混杂醪升温至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杂后温度应为63℃,故混杂前米醪先从100℃冷却到中间温度t。
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)
此中m麦醪=m麦芽+m2=25607+=(kg)
t麦醪=(m麦芽c麦芽×18+m2cw×50)/(m麦醪c麦醪)
=(25607××18+××50)/(×)
=℃
米醪的中间温度t
M混杂=M/米醪+M麦醪=61572+=
依照热量衡算,且忽略热损失,米醪与麦醪混杂前后的焓不变,则米醪的中间温度为:
t
m混杂c混杂t混杂
m麦醪c麦醪t麦醪
m米醪c米醪
此中,麦醪的比热容
c麦醪=[(m麦芽c麦芽)+(m麦芽+m2*cW)]/m麦醪
=(25607×+×)/
=[KJ/]
混杂醪的比热容
c混杂=(m米醪c米醪+m麦醪c麦醪)/(m米醪+m麦醪)
=(×+×)/(+)
=[kJ/(kg·K)]
t=(m混杂c混杂×t混杂-m麦醪c麦醪×t麦醪)/(m米醪c米醪)
=℃
因此中间温度比煮沸温度只低不到℃,考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失,可不用加中间冷却器。
由上述结果得Q3
Q3=m混杂c混杂(70-63)=×106(kJ)
⑷第二次煮沸混杂醪的耗热量Q4
由糖化工艺流程可知:
Q4=Q41+Q42+Q43
Q41为混杂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
混杂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=
故进入第二次煮沸的混杂醪量为:
m混杂=m’米醪+m麦醪=+=(kg)
依照工艺,糖化结束醪温为78℃,抽取混杂醪的温度为70℃,则送到第二次煮沸的混杂醪量为:
[m混杂(78-70)]/[m混杂(100-70)]×100%=%
故Q41=%m混杂c混杂(100-70)=×××30=×106(kJ)
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%,则蒸发水重量为:
mV2=%m混杂×5%×10/60
=%××5%×10/60
=(kg)
Q42=hmV2=×=×106(kJ)
式中,h为煮沸温度下饱和蒸汽的焓(kJ/kg)
热损失Q43
依照经验有:
Q43=15%(Q41+Q42)
把上述结果代入公式(27)得
Q4=(Q41+Q42)=×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××62=×106(KJ)
⑹麦汁煮沸过程耗热量
Q6
Q6
=Q61+Q62+Q63
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混杂原料可获取
574kg热麦汁,
并设过滤达成麦汁温度为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×+9145×+36581××/(36581×)=(Kg*K)
Q61=m麦汁c麦汁(100-70)=×106,则蒸发水分为:
MV3=209975××=31496(Kg)
Q62=hmV3=×31496=×106(KJ)
热损失为
Q63=15%(Q61+Q62)
把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热
Q6=Q61+Q62+Q63=(Q61+Q62)=×106(KJ)
⑺糖化一次总耗热量Q总
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
=+++++×106=×106(KJ)
(8)耗襟怀衡算
糖化一次耗用蒸汽用量D
使用表压的饱和蒸汽,h=kg,则:
D=Q总/[(h-i)×η]=100461kg
式中,h为相应冷凝水的焓kg);η为蒸汽的热效率,取η=95%。
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/×95%)=×106kj/h
相应的最大蒸汽耗量为:
Dmax=Qmax/(h-i)=h
、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=×106kg
每吨啤酒成品耗蒸汽(对糖化):
D1=100461/200=t
每天夜耗蒸汽量(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,必定尽量回收此中的热量。
最后若需要耗用冷冻水,则在以下“耗冷量计算”中将会介绍
、整理列表
最后,把上述结果列成热量耗资综合表,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
(MPa)(kg)用量(kg/h)
蒸汽(表压)
每昼夜消耗每年消耗量量(kg/d)(kg/a)602766×106
5、设备计算及选型
、糊化锅容积的计算及基本尺寸
、糊化锅容积计算
糊化锅投料量=9415+1829=11244kg
糊化醪量=11244×+1)=61842(kg)
查表得100℃热糊化醪的相对密度为L.
则,糊化锅的有效容积=61842/(×1000)=(m3)
设糖化锅充满系数为,则:
糊化锅的总容积==(m3)
故糊化锅设备的容积应选50m3,所需数量2个
、糊化锅基本尺寸计算
取D/H=2/1(糊化锅直径与圆筒高度之比),升气管面积为料液面积1/40,采用球形底,则
取D=,H=D/2=
汽升管直径d=1/40
*D=1/40×5=,取d=
2
2
V
=π/4*D
πh
总
*H+
(D/2+h/3)
60=π/4*5
2
*+
2
πh(5/2+h/3)
解得:
h=
、加热面积
在一次糖化法中,糊化锅的最大传热是糊化醪从45℃加热至70℃这一过程,则
最大热负荷Q=1.24
106
×6
45
=10kcal/h
/70
压力下蒸汽温度为
℃
tm=(126.945)
(126.9
70)=℃
ln126.9
45
126.9
70
按经验K取1500kcal/m3h℃
F=
Q
=1.93
106
=m2
K
tm
56.44
1500
锅实质加热面积
F′=πDh=5×1.=52>2
、糖化锅容积的计算及基本尺寸
、糖化锅容积的计算
设糊化锅煮沸时,每小时蒸发5%的水分,操作时第一次煮沸40min,则蒸发量=61572××(40/60)=(kg)
第一次煮沸的糊化醪量==(kg)
糖化醪量=25607×+1)=(kg)
查表得糖化醪的相对密度为L,则:
糖化锅有效容积=(×1000)=(m3)
设糖化锅充满系数为,则:
糖化锅的总容积==(m3)
故糖化锅设备的容积应选100m3,所需数量2个
、糖化锅基本尺寸计算
取D/H=2/1(糊化锅直径与圆筒高度之比),升气管面积为料液面积1/50,采用球形底,则
取D=(m),H=×=(m)
汽升管直径d=1/50
*D=1/50×=,取d=
2
2
V
总=π/4*D
πh
*H+
(D/2+h/3)
2
2
100=π/4**+
πh2+h/3)
解得:
h=
、加热面积
由前面计算可知,糖化锅最大蒸汽耗用量为并醪后醪液由℃升至78℃这一过程,则
0.54
10
6
Q=
6
10/60
=×10kcal/h
tm=
(126.968.39)
(126.978)=℃
ln126.9
68.39
126.9
78
依照经验,糖化锅K可取2000kcal/m2h℃
加热面积F=Q
=
3.24
106
=2
Kt
2000
53.56
22
锅底加热面积:
F′=πDh==××>
、煮沸锅加热面积的计算
加热面积F=Q/k△t
按热量衡算:
Q=×106/=×106(KJ/h)
△t=t1-t2==℃
(t1为加热蒸汽在绝对压力为㎡