日产500L10啤酒屋的工艺设计优秀.docx
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日产500L10啤酒屋的工艺设计优秀
课程设计说明书
题目：
日产500L10°啤酒屋的工艺设计
院系：
生物与制药工程学院
班级：
生物工程081
学号：
080202119
姓名：
余立刚
指导老师：
江贤君、陶兴无
第1章绪论
1.1概述
1.2设计目的
1.3设计内容
1.4设计要求
第2章厂址选择与总图布置
2.1厂址选择的地点与条件
2.2总图布置
第3章工艺流程设计
3.1工艺流程示意图
3.2糖化工艺
3.3发酵工艺
第4章工艺计算
4.1物料衡算
º啤酒的物料衡算
º啤酒酿造车间物料衡算表
4.2热量衡算
1
2
3
4
总
max
4.3水平衡计算
4.3.1糖化用水
4.3.2洗槽用水
4.3.3冷却用水
4.3.4洗刷用水
4.4耗冷量计算
4.4.1冷却工艺流程
4.4.2工艺技术指标及基础数据
4.4.3工艺冷耗量Qt
4.4.4非公艺耗冷量
4.4.5发酵车间耗冷量衡算表
第5章设备设计与选型
5.1糖化锅
5.2煮沸锅
5.3回旋沉淀槽
5.4设备的选择
5.5发酵罐
5.5.1发酵罐个数
5.5.2发酵罐尺寸计算
第6章车间布置
第7章管道设计与布置
7.1管道设计
7.2管道布置
第8章附录
9.1设备一览表
9.2参考文献
9.3致谢
9.4附表
第1章绪论
1.1概述
啤酒是以麦芽（包括特种麦芽）、水为主要原料，加啤酒花（包括酒花制品），经酵母发酵酿制而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精度的发酵酒。
随着世界的发展，啤酒的生产技术逐步成为重点，当今，纯生啤酒的生产技术、膜过滤技术、微生物检测和控制技术、糖浆辅料的使用逐步发展起来。
相信不久的将来，中国啤酒业将以崭新的面貌跻身于世界啤酒先进领域。
1.2设计目的
通过此课程设计，使我们初步掌握了工厂工艺设计的程序和方法，并受到一次工程设计的严格训练，让我们具有一定的工程设计能力。
这对于即将从事科研，生产或技术管理工作的毕业生具有十分重要的意义。
1.3设计内容
1.厂址的选择与总图布置。
2.工艺流程设计：
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。
3.工艺计算：
全厂物料衡算，糖化车间热量衡算，水平衡计算，耗冷量计算。
4.设备的设计与选型：
包括设备的容量、数量及主要的外形尺寸。
5.车间布置。
6.管道的设计与布置。
1.4设计要求
1.生产规模：
日产500L10º啤酒，全年生产300天
2.发酵周期：
14天
3.原料：
麦芽
第2章厂址选择与总图布置
2.1厂址选择
厂址选择是在指定的某一地区内，根据新建厂所必须具备的条件，结合发酵工厂的特点，进行相近的调查、勘测工作，就可能建厂的几个厂址的技术经济条件，列出几个方案，进行综合分析比较，从中择优确定厂址。
厂址的选择需要考虑的因素：
1.自然条件（地理位置、地形、地势与地质、水文、气象、地震）。
2.技术经济条件（原料供应与产品销售、能源供应、给排水、所选厂址应有足够的场地面积、节约用地、交通运输、企业协作与城市规划）。
2.2总图布置
总图布置是工厂总体布置的平面设计，其任务是根据工厂建筑群的组成内容及使用功能要求，结合厂址条件及有关技术要求，协调研究建，构筑物及各项设施之间的相互空间和平面关系，正确处理建筑物、交通运输、管路管线、绿化区域等不知问题，充分利用地形，节约场地，使所建工厂形成布局合理、协调一致、生产井然有序，并与四周建筑群相互协调的有机整体。
第3章工艺流程设计
3.1工艺流程示意图
生产工艺流程示意图在物料衡算前进行，其主要作用是：
定性地表明原料变成产品的路线和顺序，以及应用的过程及设备，如下图所示：
3.2糖化工艺
糖化的主要方法：
煮出糖化法，浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化法。
本设计采用煮出糖化法，特点：
颜色色泽淡黄，泡沫丰富持久具有特殊味道。
工艺说明：
（1）辅助原料与部分麦芽在糖化锅中与水混合，并升温煮沸。
与此同时麦芽与水分在糖化锅内混合，55°保温，进行蛋白质休止；
（2）第二段糖化，主要发挥
-淀粉酶的催化作用，提高麦汁收率。
此段要分醪煮沸至100度，在回到糖化对醪，最后升温至78º时糖化结束。
3.3发酵工艺
冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：
酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。
酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵性糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。
第4章工艺计算
4.1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（麦芽）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。
表3-1啤酒生产基础数据
项目
名称
百分比﹪
说明
定额
指标
原料利用率
98
麦芽水分
6
无水麦芽浸出率
78
原料
麦芽
100
损
失
率
冷却损失
7
发酵损失
2
对热麦汁而言
过滤损失
1
装瓶损失
2
总损失率
啤酒总损失率
12
对热麦汁而言
100kg原料的物料衡算
100kg原料：
根据表1可得到原料收得率分别为：
原料麦芽收得率为：
0.78×（100%－6%）=73.32%
由上述可得100kg麦芽原料可制得的10°麦汁量为：
（73.32%×100）÷10%=733.2（Kg）
1.酒花耗用量：
对啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，
故酒花耗用量为：
733.2×0.2%=1.4664（Kg）
又知10°麦汁在20℃时的相对密度为1084kg/m3，而100℃热麦汁体积为20℃时的1.04倍，故
2.热麦汁（100℃）体积为：
（733.2÷1.084）×1.04=703.44（L）
3.冷麦汁量为：
703.44×（1－0.07）=654.198（L）
4.发酵液量为：
654.198×（1－0.02）=641.12（L）
5.过滤酒量为：
641.12×（1－0.01）=634.70（L）
6.成品啤酒量为：
634.70×（1－0.02）=622.01（L）
7.湿糖化糟量设啤酒厂排出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[（1－0.06）（100－78）／（100－80）]×100＝103.4（Kg）
8..酒花糟量设麦汁煮沸过程中酒花浸出率为45%，且酒花糟水分含量为82%，则酒花糟量为：
[（100－45）／（100－82）]×1.4664＝4.4807（Kg）
100L啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg麦芽原料可生产10°啤酒622.01L，故可得下述结果：
1.生产100L10°啤酒需耗混合原料量为：
100×100／622.01=16.08（Kg）
2.麦芽耗用量为：
16.08×100%=16.08（Kg）
3.酒花耗用量：
对淡爽啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，
故酒花耗用量为：
（733.2/622.01）×100×0.2%=0.2358（Kg）
4热麦汁量为：
（16.08/100）×703.44=113.11（L）
5.冷麦汁量为：
（16.08/100）×654.198=105.195（L）
6.发酵液量：
（16.08/100）×641.12=103.09（L）
7.过滤酒量：
（16.08/100）×634.70=102.06（L）
8.成品酒量：
（16.08/100）×622.01=100.02（L）
9.湿糖化糟量设啤酒厂排出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[（1－0.06）（100－78）／（100－80）]×16.08＝16.627（Kg）
故湿糖化糟量为:
15.66Kg
10.酒花糟量设麦汁煮沸过程中酒花浸出率为45%，且酒花糟水分含量为82%，则酒花糟量为：
[（100－45）／（100－82）]×0.2358＝0.7205（Kg）
500L/d10°啤酒酿造车间物料衡算表
把上述的有关啤酒糖化生产车间的三项物料衡算计算结果整理成物料衡算表，见表3-2：
则糖化一次生产的成品啤酒的量为：
500×1.012=506Kg
年产啤酒的量为：
500×300=150000L以此类推可得如下
表3-2啤酒厂酿造车间物料衡算表
物料
单位
100k混合原料
100L10°啤酒
糖化一次定额量
麦芽
kg
100
16.08
80.40
酒花
kg
1.4664
0.2358
1.179
热麦汁
L
703.44
113.11
565.55
冷麦汁
L
654.198
105.195
525.975
湿糖化糟
kg
103.4
16.627
83.135
湿酒花糟
kg
4.4807
0.7205
3.6025
发酵液
L
641.12
103.09
515.45
过滤酒
L
634.70
102.06
510.30
成品啤酒
L
622.01
100.02
500
4.2热量衡算
Q1
1.取糖化锅中料水比为1:
3.5，则糖化锅加水量为：
Gw=80.40×3.5=281.40kg
2.自来水的平均温度取t1=15℃,而糖化配料用水温度t2=45℃,故耗热量为：
Q1=GwCw（t2-t1）=281.40×4.18×（45-15）=35287.56KJ
Q2
1.
（1）计算米醪的比热容G米醪根据经验公式
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麦缪=（80.40×1.71＋281.40×4.18）／（80.40＋281.40）=3.631KJ/（Kg·K）
（2）麦醪的初温t0
设原料的初温为15℃，而热水为45℃，则
G麦缪=G麦芽+G水=80.40+281.40=361.8Kg
T0=（80.40×1.71×15＋281.40×4.18×45）／（361.8×3.631）=44.55℃
把上述结果代入上式中，得：
Q21=361.8×3.631×（100-44.55）=72844.43（KJ）
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：
故：
V1=361.8×5%×40÷60＝12.06Kg
Q22=12.06×2257.2＝27221.832（KJ）
式中，I表示煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热为2257.2kJ/kg
3..热损失Q23
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）=15%×（72844.43＋27221.832）=15009.94（KJ）
由上述结果得：
Q2＝Q21＋Q22＋Q23＝72844.43＋27221.832＋15009.94=115076.202（KJ）
Q3
设洗槽水平均温度为80℃，每100Kg原料用水450Kg，则用水量为
G洗=80.40×450/100=361.8kg
Q3=G洗Cw（80-18）=361.8×4.18×（80-15）=98301.06KJ
Q4
1.麦汁升温至沸点耗热量Q41
由表3-2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg混合原料可得到703.44kg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：
G麦汁=80.40×703.44/100=565.57kg
G水=565.57×6.4=3619.648kg
C麦汁=（565.57×1.71+3619.648×4.18）/（565.57+3619.648）=3.85KJ/（kg·K）
故
Q41=G麦汁C麦汁（100-70）=565.57×3.85×（100-70）=65323.335KJ
2.煮沸过程中蒸发量Q42
煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为
V2=G麦汁×10%×1.5=565.57×10%×1.5=84.8355kg
Q42=IV2=2257.2×84.8355=191490.69KJ
3.热损失为Q43（约为升温煮沸过程中的耗热量的15%）
Q43=15%（Q41+Q42）=15%×（65323.335+191490.69）=38522.10KJ
4.计算Q4
Q4=Q41+Q42+Q43=65323.335+191490.69+38522.10=295336.125KJ
总
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4=35287.56＋115076.202＋98301.06+295336.125=544000.947KJ
D
使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3KJ/Kg,则：
D=Q总/（I-i）η=544000.947/（2725.3-561.47）×95%=251.41kg
式中，i为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；η为蒸汽的热效率，取η=95%。
Dmax
在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q4为最大，且已知煮沸时间为1.5h，热效率为95%，故
Qmax=Q4/（1.5×95%）=295336.125/（1.5×95%）=207253.42KJ/h
相应的最大蒸汽耗量为：
Dmax=Qmax/（I-i）=207253.42/（2725.3-561.47）=95.78kg
据设计，每年糖化次数为300次，总共生产啤酒150000L（151800kg）
年耗蒸汽总量为：
Dt=262.4×300=78720kg
每kg啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
Ds=78720/151800=0.519kg/kg啤酒
每昼夜耗蒸汽量（一天1次）为：
Dd=262.4kg/d
表3-3啤酒厂糖化车间总热量衡算表
名称
规格（MPa）
每kg消耗定额（kg）
每小时最大用量（kg/h）
每昼夜消耗量（kg/d）
每年消耗量（kg/y）
项目
0.3（表压）
0.519
95.78
262.4
78720
4.3发酵车间的水耗量计算
主要包括糖化用水、洗槽用水、沉淀槽冷却用水、冷却器冷却用水等。
根据热量衡算可知，糖化一次用水量为281.40kg，糖化用水时间设为0.25小时，则每小时最大用水量为281.40/0.25=1125.6kg/h
根据热量衡算可知，洗槽一次用水量为361.8Kg设洗槽用水时间为1.5小时，则每小时洗槽用水最大量为361.8/1.5=241.2kg/h
设沉淀槽温度变化：
热麦汁100℃→55℃
冷却水45℃←15℃
由可知G'麦汁=G麦汁-V2=565.55-84.8355=480.71kgC麦汁=3.85KJ/（kg·K）
G槽=G'麦汁×C麦汁（100-55）=480.71×3.85×（100-55）=664.14kg
CW（45-15）4.18×（45-15）
冷却一小时则所用水为664.14/1=664.14kg/h
麦汁冷却温度为55℃→6℃,冷却水温20℃→35℃。
同上可得G冷=G'麦汁×C麦汁（55-6）=480.71×3.85×（55-6）=1446.35kg
CW（35-20）4.18×（35-20）
麦汁冷却时间为1小时，则所用水为1446.35/1=1446.35kg/h
洗刷用水
每次洗刷用水3.5吨，冲洗时间为0.5小时，则每小时最大用水量为
3.5/0.5=7（t/h）
一般糖化室设备洗刷用水每糖化一次，用水约6吨，用水时间为2小时，因此洗刷最大用水量为
设冲刷一次，用水4吨，用水时间为0.5小时，则最大用水量为4/0.5=8（t/h）
4.4发酵车间的耗冷量衡算
100℃热麦汁→冷麦汁（6℃）→锥形发酵罐→过滤冷却至-1℃→贮酒→过滤→清酒罐
年产10℃啤酒150000L；每天1次，每年共糖化300次；1锅装1罐。
根据发酵车间耗冷性质，可分工艺耗冷和非工艺耗冷两类，既：
t
根据表3-2啤酒生产物资资料衡算表，每糖化一次需热麦汁565.55L，其相应密度为1048Kg/m3，故麦汁量为：
G=565.55×1048/1000=592.70kg
又知100麦汁的比热容为3.85kJ/（kg•K）,工艺要求在1h内完成冷却过程，麦汁冷却前后温度分别为100℃和6℃，则所耗冷量为：
Q1=GC（t1-t2）/1=592.70×3.85×（100-6）=214498.13KJ/h
冷却水冷却前后温度2℃和85℃，相应的冷冻介质（2℃的冷水）耗量为：
M1=Q1/Cw（t2'-t1'）=214498.13/[4.18×（85-2）]=618.26kg/h
21
假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6KJ/Kg。
设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：
q=613.6×10%×60%=36.816KJ
根据物料衡算，麦汁的冷麦汁量为525.975L,则每锥形罐发酵放热量为：
Q01=36.816×525.975=19364.30KJ
由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化1锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高峰时期耗冷量为：
Q21=Q01×1.5×1/（24×6）=201.71KJ/h
22
主发酵后期发酵液温度从6℃缓慢降到-1℃。
每天单罐降温耗冷量为：
Q02=GC1[6-（-1）]=592.70×4×7=16595.6KJ
工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为：
Q22=1×Q02/（24×2）=1×16595.6/48=345.74KJ/h
2
Q2=Q21+Q22=201.71+345.74=547.45KJ/h
0
Q0=Q01+Q02=19364.30+16595.6=35959.9KJ
2发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为
M2=Q2/[（Cm）×t]=547.45/（4.18×8）=16.37Kg/h
在啤酒发酵过程，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5—7次。
设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。
冷却前无菌水温30℃。
用-8℃的酒精液作冷地介质。
由上述条件，可得无菌水用量为：
Gw’=525.975×1.0%×3=15.78kg/d
每班无菌水用量：
Gw=15.78/3=5.26kg/班
假定无菌水冷却操作在2h小时内完成，则无菌水冷却耗冷量为：
Q3=GwCw（tw-tw’）/2=5.26×4.18×（30-1）/2=428.74kg/h
所耗冷介质为：
M3=Q3/[Cw（t2-t1）]=428.74×/（4.18×8）=12.82kg/h
式中，t1和t2—冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃。
根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h。
根据工厂实践，年产150000L（151800kg）啤酒培养耗冷量为Q4=257.335（kJ/h）
相应的高峰冷冻介质循环量为：
M4=Q4/[Cm（t2-t1）]=257.335/[4.18×8]=7.70kg/h
综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为：
Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=214498.13+547.45+428.74+257.335=215731.655KJ/h
1.清酒罐、过滤机及管道等散失冷量
根据实验经验选取
，所以：
Q6=12%Qt=12%×215731.655=25887.80KJ/h
冷媒（-8℃稀酒精）用量:
M6=Q6/[Cm（t2-t1）]=25887.80/[4.18×8]=774.16KJ/h
表3-4发酵车间耗冷量衡算表
耗冷分类
耗冷项目
每小时耗冷量（kJ/h）
冷媒用量（kJ/h）
工艺耗冷量
麦汁冷却Q1
214498.13
618.26
发酵耗冷Q2
547.45
16.37
无菌水冷却Q3
428.74
12.82
酵母培养Q4
257.335
7.70
工艺总耗冷Qt
215731.655
655.15
非工艺耗冷量
管道冷损Q6
25887.80
774.16
合计
总耗冷Q
241619.455
1429.31
第5章设备设计与选型
5.1糖化锅尺寸的计算
（1）锅体形式为圆柱型锅身球形锅底，直径与高之比为2:
1
（3）材质锅体室用不锈钢，夹套可用不锈钢或普通钢板
糖化缪量=361.8Kg
糖化缪的干物质%=80.40×（1-6%）／361.8=20.89%
查表得相对密度为1061.5kg/m3
则糖化锅有效容积为：
V有效=361.8/1061.5=0.341m3
取糖化锅充满系数为0.75，则糖化总体积为：
V总=0.341÷0.75=0.455m3
糖化锅其圆筒直径D与高H之比为2:
1
则：
将以上数据整理并带入得：
D=0.954m,H=0.477m
5.2煮沸锅尺寸的计算
麦汁煮沸锅是用于过滤后麦汁煮沸和加入酒花，使麦汁达到一定浓度的设备，拟采用内加热式煮沸锅。
（1）锅体形式煮沸锅圆柱形的器身，椭圆形封头及封底。
锅身直径与筒体高度之比为1.5:
1-2:
1，容量系数为65-75％，锥底角度应小于或等于140º为宜
（2）加热方式外加热器，壳层通入0.3-0.6MPa蒸汽进行加热
（3）煮沸强度要求10％或更高
（4）材质锅体一般宜用不锈钢
醪液量G麦汁=565.55kg，煮沸锅内麦汁浓度10°，查表得，密度为1036kg/m3
V有效=565.55/1036=0.546m3，V总=0.546/0.75=0.728m3
设煮沸锅圆柱直径为D,则圆柱部分高为2D,椭圆封头及封底的高为0.25D
代入近似计算式
得
D=0.751m,H=1.502m
5.3回旋沉淀槽的尺寸计算
回旋沉淀槽是圆柱形的器身，平底槽底及无折边锥形封头顶。
回旋沉淀槽的麦汁量为：
G'麦汁=G麦汁-V2=565.55-84.8355=480.71kg
V有效=480.53/1031=0.466m3，V容=0.466/0.75=0.621
设过滤槽圆柱直径为D,则圆柱高为2D,封头顶的顶角为120°，由体积公式：
D=1.165m，H=2.320m
圆整为D=1.2m,H=2.4m
5.4设备的选择
由于本次设计采用二器组合，糖化、过滤、煮沸、、沉淀、冷却均在一锅内完成，则选择D=1.2m，H=2.4m的糖化锅，内带有过滤、沉淀、冷却等设备。
5.5发酵罐的尺寸计算
：
其中t-发酵周期（天）
n-每天糖化的次数
A-每个发酵罐可容纳的麦汁的批次数（次）
2-周转量数则
N=14×1÷1+2=16
（1）锥角的确定
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