年产十万吨啤酒厂糖化锅设计.docx
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年产十万吨啤酒厂糖化锅设计
年产十万吨啤酒厂糖化车间糖化锅设计
一、糖化的定义
糖化是指将麦芽和辅料中高分子贮藏物质及其分解产物（淀粉、蛋白质、核酸、半纤维素等及其分解中间产物），通过麦芽中各种水解酶作用以及水和热力作用使之分解并溶于水的过程。
原料麦芽的冷水浸出物，仅占17％左右，非发芽谷物更少。
经过糖化过程的酶促分解和热力的作用，麦芽的浸出率提高到75％～80％，大米的无水浸出率提高到90％以上糖化过程提高了原料和辅料的浸出率。
糖化过程中原料和辅料的分解深度即分解产物的基本要求是：
淀粉被最大限度的分解成可溶性无色糊精和麦芽糖等可发酵性糖类，二者之间有一定的比例。
淀粉的分解产物占到麦汁组成的90％以上。
麦汁中以麦芽糖为主的可发酵糖类供
酵母发酵产生酒精及副产物，低聚糊精是构成啤酒残余浸出物的主体，它给啤酒带来粘度和口味的浓醇性。
啤酒原料的利用率主要取决于淀粉的利用率，优良的糖化工艺可使淀粉分解以后99％进入麦汁。
二、糖化的方法
糖化方法有多种。
煮出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用，使有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸、并醪，使醪液逐步梯级升温至糖化完毕。
部分麦芽被几次煮沸即为几次煮出法。
本设计采用国内常用的双醪一次煮出糖化法
三、糖化过程热量及物料衡算
（一）、热量衡算
本设计采用二次煮出糖化法糖化工艺流程为:
自来水，18℃
糊化锅糖化锅
大米粉2835.39kg麦芽粉6048.82kg
料水比1﹕4.5料水比1﹕3.5
麦芽粉567.08kg46.7℃60min
10min10min
t℃63℃60min
70℃
10min冷却5min
7min
90℃20min100℃30min70℃25min
20min
过滤糖化结束78℃100℃10min
由于本设计采用国内常用的双醪一次煮出糖化法，下面就一气工艺为基准进行糖化车间的热量衡算。
工艺流程如6-1图，数据根据表5-2
糖化用水耗热量Q
根据工艺，糊化锅加水量为：
G1=（3898.990+779.80）×4.5=21054.555kg
式中，3898.990为糖化一次大米粉量，779.80为糊化锅加入的麦芽量（为大米量的20%）。
糖化锅加水量为：
G2=5068.69×3.5=17740.415kg
式中，5068.69为糖化一次麦芽粉量，即（5848.489-779.8）kg，而5848.489为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
Gw=G1+G2=21054.555+17740.415=38794.97kg
自来水平均温度取t1=18℃，而糖化配料用水温度t2=50℃，故耗热量为：
Q1=（G1+G2）cw（t2-t1）=5189215.187kJ
（二）糖化过程物料衡算
全年生产天数为300天，设旺季生产240天，淡季生产60天。
旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则全年糖化次数为：
240×7+60×5=1980（次）
计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。
（1）年实际生产啤酒：
100000÷1.012=98814229.25L
（2）清酒产量：
98814229.25÷（1－0.02）=100830846.2L
（3）发酵液总量：
100830846.2÷（1－0.015）=102366341.3L
（4）冷麦汁量：
102366341.3÷（1－0.016）=104030834.6L
（5）煮沸后热麦汁量：
104030834.6÷（1－0.075）=112465767.2L
20℃麦汁体积：
112465767.2÷1.04=108140160.8L
12°P麦汁质量为（20℃）：
108140160.8×1.084=117.2×106Kg
（6）混合原料量：
117.2×106Kg×12%÷73.16%=19.23×106Kg
（7）麦芽耗用量：
19.23×106Kg×0.60=11.54×106Kg
大米耗用量：
（19.23－11.54）×106=7.69×106Kg
（8）酒花耗用量：
112465767.2×0.2%=224931.53Kg
根据经验估算，混合原料量定为19.3×106Kg，实际产量才大于100000t啤酒。
把前述的有关啤酒糖化间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表：
如表5-2所示。
表5-2啤酒厂糖化车间物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L12°P淡色啤酒
糖化一次定额量
100000t/a啤酒生产
混合原料
Kg
100
19.46
9747.475
19300000
麦芽
Kg
60
11.68
5848.489
11580000
大米
Kg
40
7.78
3898.990
7720000
酒花
Kg
1.22
0.2276
114.029
225777.89
热麦汁
L
584.92
113.82
57014.618
112888943.8
冷麦汁
L
541.05
105.28
52738.522
104422273
湿糖化糟
Kg
84.42
16.43
8228.818
16293060
湿酒花糟
Kg
3.66
0.683
342.088
677333.66
发酵成品液
L
532.39
103.60
51894.705
102751516.6
清酒液
L
524.41
102.04
51116.285
101210243.9
成品啤酒
L
513.92
100
50093.959
99186039.01
备注：
12°P淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒为100376t。
四、糖化锅设备设计
（一）、功能用途：
糖化锅是用来进行麦芽粉的蛋白分解，并与以糊化的大米醪混合，使醪液保持一定的温度，进行淀粉糖化的设备。
用于糖化的设备使糖化锅。
（二）、糖化锅的分类
糖化锅的品种按啤酒成套糖化设备每次糖化的热麦汁产量划分为14，25，35.5，50，63，90m3等五种。
糖化锅的结构形式按锅身形状和介质加热方式划分为六种，见表7-3
表7-3糖化锅的分类表
结构型式
代号
圆柱形锅身、平形夹套式加热底
YP
圆柱形锅身、球形夹套式加热底
YQ
圆柱形锅身、锥形夹套式加热底
YZ
圆柱形锅身、环管式加热装置
YH
圆柱形锅身、“V”形加热底
YV
矩形锅身、“V”形加热底
JV
（三）、糖化锅型号的选择
根据QB917－89标准的规定，常用的糖化锅产品型号见表7-4
表7-4常用糖化锅型号表
型号
结构型式
成套糖化设备每次糖化热麦汁成品量（m3/次）
有效容积（m3）
JYP14×10
圆柱形锅身、平形夹套式加热底
14
10
JYQ35.5×23
圆柱形锅身、球形夹套式加热底
35.5
23
JYH35.5×32
圆柱形锅身、环管式加热装置
35.5
32
JJV35.5×30
矩形锅身、“V”形加热底
35.5
30
JJV50×39
矩形锅身、“V”形加热底
50
39
JYZ50×37
圆柱形锅身、锥形底
50
37
JYV50×39
圆柱形锅身、“V”形加热底
50
39
JYH50×40
圆柱形锅身、环管式加热装置
50
40
JYZ90×73
圆柱形锅身、锥形夹套式加热底
90
73
JYN90×78
圆柱形锅身、“V”形加热底
90
78
根据实际情况，本设计采用JYV型糖化锅。
（四）、糖化锅的相关计算
根据物料以及热量衡算所得数据可知，一次糖化糖化锅中需要麦芽粉量为5068.69kg，加水17740.415kg，糊化锅中大米麦芽混合物量为（3898.990+779.80）＝4678.79kg，加水21054.555kg，糊化时蒸发量为857.778kg。
因此第一次煮沸后，
糊化醪量+糖化醪量＝5068.69+17740.415+4678.79+21054.555-857.778
＝47684.672kg
可知，大米粉含水量为13％，麦芽粉含水量为6％
糖化醪干物质％＝
相对密度为1.08，则：
糖化锅有效体积＝
糖化锅的容量系数在0.77～0.82之间，锅身与高度之比一般取2∶1。
设计估算可以按下式估算D，设底高部分为空余系数部分，取圆筒直径D与高度H之比为2∶1，则
所以，D=4.8m
圆整取D=5.0mH=2.5m取容量系数为0.8，
计算Q、K、A（假设加热用P=248.4Pa（绝）饱和蒸汽加热。
）
依热量衡算部分数据，在双醪二次煮出糖化法中，最大传热是在第二次煮沸前混合醪由63℃升温至70℃，所需热量为
Q3=G混合c混合（70-63）=1279336.27kJ
Q=G混合×c混合×（70－63）×
=1279336.27×
=15352035.24kJ/h.
加热面材料取不锈钢板δ=8mm，λ不锈钢=17.4W/（m·K）
总传热系数，由于不锈钢板的导热系数很小，所以α1和α2可忽略不计，因此
考虑实际热效率比理论K值降低20%
即K实=2175×0.8=1740W/（m2·K）
传热面积：
取A=41m2
（1）、搅拌功率计算
设搅拌器宽b=0.40m，锅内液柱高H液=2.9m，按永田公式：
设搅拌器折角θ=60°
=
=38.71
=0.6950
=1.1+4
-2.5
-7
=1.3112
Rem=ρnd2/μ=
=0.1304
相关参数：
d—搅拌浆叶长度（m）
n—浆叶转数（r/s）
ρ—流体密度（kg/m3）
μ—流体粘度（N·s/m2）（Pa·s）
D—糊化锅直径（m）
b—搅拌浆叶宽度（m）
H液—液层高度（m）
θ—搅拌浆折叶角，一般为45°或60°
η—传动机构总效率，取0.4-0.5
K—电机功率储备系数1.2-1.4
K1—搅拌阻力系数1.1-1.3
根据实际计算，本设计选取JYV50×45型糖化锅，主要的技术参数为
型号
JYV50×45
型号
JYV50×45
全容积（m3）
有效容积（m3）
加热面积
工作温度：
加热底（℃）
工作压力：
锅内（MPa）
加热底（MPa）
锅身直径（mm）
56
45
41
167
常压
0.65
5000
锅体高度（mm）
搅拌器：
直径（mm）
转速（r/min）
电动机：
功率（kW）
转速
设备质量（kg）
外型尺寸（直径×高度，不含排气筒）（mm）
2500
3300
20
10.5
13.5
13700
5200×8250
（2）、电机的选择：
所以本实验选择11kw的电动机，选择上海沪迪电机有限公司生产的型号为YY180L-8的电动机。
（3）、轴承选型：
《材料与零部件》中P389
轴承型号dDbrd1D1akr重量kg
31155120293651105621.37
减速器选用卧式蜗轮减速器查《材料与零部件》下P612
查表4-24-100选用PЧH—180型减速器重量182kg
联轴器查《材料与零部件》中P567
选用联轴器型号为∶SB1101/24-65-4
（4）、糖化锅排醪管（至滤过槽）：
查《化工原理》上P20表1—1水及低粘度液体（1×105～1×106Pa）流速范围为1.5～3.0m/s则取醪液流速为2m/s工艺设计放醪时间10min糖化醪有效体积为21.31m3则
D＝0.15m
圆整取D＝150mms＝4.5mmL＝150mm
校核
μ＝
满足设计要求
（5）、糖化醪出口管
至糊化锅的醪液量为：
取醪液密度为1068kg/m3醪液流速为μ＝2.0m/s
V＝
D＝0.085
圆整取D＝80mms＝4mmL＝150mm
校核
＝2.2m/s
满足设计要求
（6）、下粉筒：
查《啤酒工业手册》下P51成品麦芽粉比容C＝2.560m3/t一次糖化锅进麦芽粉量为6615.9/2＝3307.95kg则V总＝3.30795×2.56＝8.47进料时间10min麦芽粉流速为μ＝1m/s
＝0.134m
圆整取D＝125mms＝4mmL＝150mm
校核
＝1.1m/s
满足设计要求
（7）、糖化锅进水管：
糖化锅中一次加水量为：
21170.87/2＝10585.435kg加水时间20min自来水流速μ＝1.5m/s
V＝
＝10.61m3
0.086m
圆整取D＝100mms＝4mmL＝150mm
校核
＝1.44m/s
满足设计要求
（8）、加热蒸汽进管：
糖化锅最大耗用蒸汽量为：
5min升温阶段
查《化工工艺设计手册》上P2—2980.2MP蒸汽密度ρ＝1.23kg/m3
查《发酵工厂工艺设计概论》P173表8—1取蒸汽流速μ＝35m/s
V＝
0.175m
圆整取D＝200mms＝6mmL＝150mm
校核
＝32m/s
满足设计要求
（9）、冷凝水接管：
假设蒸汽全部冷凝，取水流速μ＝1.5m/s查《化工原理》上P331
20℃水的密度为：
ρ水＝998kg/m3则
V水＝
0.38
0.009m
圆整取D＝10mms＝3mmL＝80mm
校核
＝1.34m/s
满足要求
（10）、不凝蒸汽出口：
取蒸汽量的5%为不凝蒸汽取蒸汽通入时间1小时则
D蒸汽＝377.86×5%＝18.89kg
V＝
＝15m3
0.014
圆整取D＝15mms＝3mmL＝80mm
校核
＝30m/s
满足要求
（11）、锅内冷凝水出口：
糖化锅中糖化醪的蒸发强度取2%时间取加热时间5min
蒸发水量为
＝37.89
V＝0.04m3
0.01m
圆整取D＝10mms＝3mmL＝80mm
校核
＝1.69m/s
满足设计要求
（12）、人孔：
查《材料与零部件》上P474选用ф500mm人孔
Dg
D
D1
H
H1
b
数量
直径×长度
螺栓不锈钢
碳钢
重量总重
500
600
560
22
140
12
16
M16×50
11.16
16.84
28
标准图号JB04—0046
（13）视镜：
本设计选用标准图号为JB593—64—1视镜。
查《材料与零部件》上P494图2—5—1
标记
标准图号
重量
视镜Pg6Dg50
JB593—64—1
2.3
查《化工设备机械基础》P347
（14）管口法兰：
表4—1管口法兰总表
项目
排醪
管（至滤过槽）
DN80
排醪
管（至糊化锅）
DN150
下粉筒
DN125
锅内进水管
DN100
蒸汽进
口管
DN200
不凝蒸汽出口管
DN15
蒸汽冷凝水出口管
DN10
锅内冷
凝水出
口管
DN10
管子外径
A1
88.9
168
139.7
114.3
219.1
21.3
17.2
17.2
平
面
法
兰
D
K
L
n
Th
C
B1
190
150
18
4
M16
18
90.5
265
225
18
8
M16
20
170.5
240
200
18
8
M16
20
141.5
210
170
18
4
M16
18
116
320
280
18
8
M16
22
221.5
80
55
11
4
M10
12
22
75
50
11
4
M10
12
18
75
50
11
4
M10
12
18
法兰质量
Kg
2.94
5.14
4.53
3.41
6.85
0.41
0.36
0.36
参考文献
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中过轻工业出版社，1996，12（2004年重印）
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上海人民出版社，1973.10（第一版）
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中国轻工业出版社，2005，2（第一版）
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中国轻工业出版社，2006，1
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附图如下：
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