啤酒工艺计算.docx
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啤酒工艺计算
第三章工艺计算
3.1.1物料横算基础数据
根据表3-1的基础数据，先进行100kg原料生产11°P啤酒的物料衡算，然后进行100L11°P啤酒的物料衡算，最后进行800吨/天啤酒厂的物料衡算
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
98.5
麦芽水分
5.0
大米水分
12
无水麦芽浸出率
75
无水大米浸出率
95
原料
配比
麦芽
70
大米
30
损
失
率
冷却损失
5.0
发酵损失
1.5
对热麦汁而言
过滤损失
1.0
装瓶损失
1.0
总损失率
啤酒总损失率
8.5
对热麦汁而言
3.1.2100㎏原料生产10°P啤酒的物料衡算
热麦汁量
根据表2-1可得原料收得率分别为：
原料麦芽收得率为：
0.75（100-5）÷100=71.25%
原料大米收得率为：
0.95（100-12）÷100=83.6%
混合原料收得率为：
（0.7×71.25%+0.3×83.6%）×98.5%=73.83%
由上述可得100kg混合原料可制得10°P热麦汁量为：
（73.83÷10）×100=738.3（kg）
查《啤酒工业手册》得10°P麦汁在20°C的密度为1.04kg/L。
而100°C热麦汁比20°C时的麦汁体积增加1.04倍。
故，
1.热麦汁（100°C）体积为：
738.3÷1.04×1.04=738.3（L）
2.冷麦汁量为：
738.3×（1-0.05）=701.38（L）
3.发酵液量为：
701.38×（1-0.015）=690.86（L）
4.过滤酒量为：
690.86×（1-0.01）=683.95（L）
5.成品啤酒量：
683.95×（1-0.01）=677.11（L）
3.1.3生产100L10°P啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产10°P淡色啤酒约677.11L，故可得下述结果：
1.生产100L10°P淡色啤酒需耗混合原料量为：
100÷677.11×100=14.77（kg）
2.麦芽耗用量：
14.77×70%=10.34（kg）
3.大米耗用量：
14.77×30%=4.43（kg）
4.酒花耗用量：
对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：
738.3÷677.11×100×0.2%=0.218（kg）
同理，100kg原料耗酒花：
677.11÷100×0.218=1.48（kg）
5.热麦汁量：
738.3÷677.11×100=109.04（L）
6.冷麦汁量：
701.38÷677.11×100=103.58（L）
7.发酵液量：
690.86÷677.11×100=102.03（L）
8.滤过酒量:
683.95÷677.11×100=101.01（L）
9.成品酒量：
677.11÷677.11×100=100（L）
10.湿糖化糟量：
设排出的湿麦糟含水分80%
湿麦芽糟量：
[（1-0.05）（100-75）/（100-80）]×10.34=12.28（kg）
湿大米糟量：
[（1-0.12）（100-95）/（100-80）]×4.43=0.97（kg）
故湿糖化糟量：
12.28+0.97=13.25（kg）
同理，100kg原料产生湿糖化糟：
677.11÷100×13.25=89.72（kg）
11.酒花糟量：
设酒花在麦汁中的浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：
同理，100kg原料产生湿酒花糟：
677.11÷100×0.654=4.43（kg）
12.酵母量（以商品干酵母计）
生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg。
湿酵母泥含水分85%
酵母含固形物量：
1×（100-85）÷100=0.15（kg）
则含水分7%的商品干酵母量：
0.15×100÷（100-7）=0.16（kg）
13.二氧化碳量：
因10°P冷麦汁密度为1.04kg/L，则103.58L冷麦汁质量为：
103.58×1.04=107.72（kg）
所以，10°P冷麦汁中浸出物量：
103.58×10%=10.36（kg）
设麦汁的真正发酵度为80%，则可发酵的浸出物量：
10.36×80%=8.29（kg）
麦芽糖发酵的化学反应式为：
C12H22O11+H2O→2C6H12O6
2C6H2O6→4C2H5OH+4CO2+56KJ
设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量：
8.29×4×44÷342=4.27（kg）
式中44—CO2分子量
342—麦芽糖（C12H22O11）分子量
设10°P啤酒含CO2为0.4%啤酒中其含量有：
103.58×0.4%=0.41（kg）
则释放出的CO2量：
4.27-0.41=3.86（kg）
而1m3CO2在20°C常压下重1.832kg
故释放出的CO2的体积为：
3.86÷1.832=2.11m3
3.1.4日产800吨10°P啤酒糖化车间物料衡算
生产旺季以150天计，占总量的80%，日产量800吨，则年产量为:
设生产旺季每天糖化6次，旺季总糖化次数为6×150=900次（淡季根据需要酌情调整糖化次数），可算得每次糖化可产成品啤酒量（灌装后）为：
800÷6=133.3（吨/次）
由此可以算出每次投料量和其他项目的物料平衡：
1.成品啤酒量（罐装前）：
133.3×1000÷（1-1%）÷1.010=133313.3（L）
2.麦芽用量：
133313.3÷677.11×70=13782.0（kg）
3.大米用量：
133313.3÷677.11×30=5906.6（kg）
4.混合原料用量：
13782.0+5906.6=19688.6（kg）
5.热麦汁量：
133313.3÷677.11×738.3=145360.7（L）
6.冷麦汁量：
133313.3÷677.11×701.38=138091.7（L）
7.湿糖化糟量：
133313.3÷677.11×89.72=17664.6（kg）
8.湿酒花糟量：
133313.3÷677.11×4.43=872.2（kg）
9.发酵液量：
133313.3÷677.11×690.86=136020.5（L）
10.过滤酒量：
133313.3÷677.11×683.95=134660.0（L）
11.酒花量：
133313.3÷677.11×1.48=291.40（kg）
由于生产旺季占到全年产量的80%，由此可算得全年产量：
133313.3×6×150÷80%=15.0×107（L）
年实际产量为：
15.0×107×1010=15.15（万吨）
以单次糖化生产做基准，可算得各个项目全年状况如下：
1.全年混合原料需要量：
19688.6×6×150÷80%=22.15×106（kg）
2.全年麦芽耗用量：
13782.0×6×150÷80%=15.50×106（kg）
3.全年大米耗用量：
5906.6×6×150÷80%=6.64×106（kg）
4.全年酒花耗量：
291.40×6×150÷80%=3.28×105（kg）
5.热麦汁量：
145360.7×6×150÷80%=16.35×107（L）
6.冷麦汁量：
138091.7×6×150÷80%=15.54×107（L）
7.全年湿糖化糟量：
17664.6×6×150÷80%=19.87×106（kg）
8.全年湿酒花糟量：
872.2×6×150÷80%=9.81×105（kg）
9.全年发酵液量：
136020.5×6×150÷80%=15.30×107（L）
10.全年过滤酒量：
134660.0×6×150÷80%=15.15×107（L）
11.全年成品啤酒量：
133313.3×6×150÷80%=15.0×107（L）
把前述的有关啤酒物料衡算计算结果整理见下表：
表3-2发酵车间物料衡算表
物料名称
单位
对100㎏
混合原料
对100L
10°P啤酒
糖化一次定额
15万吨/年
啤酒生产
混合原料
麦芽
大米
酒花
热麦汁
冷麦汁
湿糖化糟
湿酒花糟
发酵液
过滤酒
成品啤酒
㎏
㎏
㎏
㎏
L
L
㎏
㎏
L
L
L
100
70
30
1.48
738.3
701.38
89.72
4.43
690.86
683.95
677.11
14.77
10.34
4.43
0.218
109.04
103.58
12.28
0.97
102.03
101.01
100
19688.6
13782.0
5906.6
291.40
145360.7
138091.7
17664.6
872.2
136020.5
134660.0
133313.3
22.15×106
15.50×106
6.64×106
3.28×105
16.35×107
15.54×107
19.87×106
9.81×105
15.30×107
15.15×107
15.0×107
3.2耗热量的计算
在论证部分，选用二次煮出糖化法生产麦汁，下面就以此工艺为基准进行糖化车间的热量计算。
工艺流程示意图如下图所示：
投料为糖化一次所需原料。
操作示意图如下所示：
自来水，18℃
糊化锅糖化锅
大米粉5906.61kg
麦芽粉1181.32kg料水比1:
4.5料水比1:
3.5麦芽粉13782.0kg
T（℃，20分钟）热水50℃46.67℃60分钟
13分钟10分钟
70℃63℃，60分钟
T（℃）
12分钟5分钟
90℃，20分钟7分钟100℃，40分钟70℃，25分钟
20分钟
过滤糖化结束78℃100℃，10分钟
麦糟酒花糟，热凝固物冷凝固物
90分钟
麦汁煮沸锅回旋沉淀槽薄板冷却器
酒花
去发酵罐冷麦汁
3.2.1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的现象。
所以糊化锅加水量为：
G1=（5906.6×0.2+5906.6）×4.5=31895.64（kg）
式中5906.6为糖化一次大米粉量，5906.6×0.2为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）。
糖化锅加水量为：
G2=12600.68×3.5=44102.38（kg）
式中糖化一次投入糖化锅麦芽量为12600.68（kg）,13782.0-1181.32=12600.68（kg），因此式中的12600.68为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
=
+
=31895.64+44102.38=75998.02（kg）
自来水温度t1=18°C，而糖化配料用水温度t2=50°C，一次耗热量为：
Q1=GWCW（t2-t1）=75998.02×4.18×32=10165495.16（kJ）
3.2.2第一次米醪煮沸耗热量
由流程图可知：
=
+
+
1.糊化锅内米醪由初温
加热到100℃耗热
=G米醪×C米醪（100-t0）
（1）计算米醪的比热容
根据经验公式C容物=0.01[（100-W）C0+4.18W]进行计算。
公式中W为含水量，C0为绝对谷物比热容，取C0=1.55kJ/（kg．K）
C麦芽=0.01[（100-5）×1.55+4.18×5]=1.68[kJ/（kg．K）]
C大米=0.01[（100-12）×1.55+4.18×12]=1.87[kJ/（kg．K）]
C米醪=（G大米C大米+G麦芽C麦芽+G1CW）/（G大米+G麦芽+G1）
=（5906.6×1.87+1181.32×1.68+31895.64×4.18）
/（5906.6+1181.32+31895.64）
=3.75[kJ/（kg．K）]
（2）米醪初温t0
t0=[（G大米C大米+G麦芽C麦芽）×18+G1CW×50]/（G米醪C米醪）
=[（5906.6×1.87+1181.32×1.71）×18+31895.64×4.18×50]
/[（5906.6+1181.32+31895.64）×3.75]
=47.21°C
（3）米醪煮沸耗热量
=G米醪C米醪×（100-47.21）
=（5906.6+1181.32+31895.64）×3.75×（100-47.21）
=7717283.0（kJ）
2.煮沸过程蒸汽带走的热量
糊化时间定为40分钟，蒸发强度为5%，则水分蒸发量为
=
×5%×40÷60
=（5906.6+1181.32+31895.64）×5%×40÷60
=1299.5（kg）
=
I=1299.5×2257.2=2933123.1（kJ）
式中，I为100°C下饱和气压下水的汽化潜热2257.2kJ/kg
3.损失热
米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15%，即：
=（
+
）×15%
4.由上述各项可得出：
=1.15（
+
）=1.15×（7717283.0+2933123.1）
=10650406.1（kJ）
3.2.3第二次煮沸前混合醪液升温至70℃的耗热量
从示意图上可以看出，糊化锅内的煮沸米醪和糖化锅中的麦醪混合后温度约为63℃，固混合前米醪从100℃降温到中间温度t
1.麦醪初温
已知麦芽粉温度为18℃，用50℃热水配料，由前面数据可算得麦醪比热容C麦醪
C麦醪=（G麦芽×C麦芽+G2CW）÷（G麦芽+G2）
=（12600.68×1.71+44102.38×4.18）÷（12600.68+44102.38）
=3.63[kJ/（kg．K）]
结合前面麦醪的比热容，可算得麦醪米醪混合后的比热容
C混合=（G麦醪×C麦醪+G米醪C米醪）÷（G麦醪+G米醪）
G麦醪=12600.68+44102.38=56703.06（kg）
C混合=（56703.06×3.63+38983.56×3.75）÷（56703.06+38983.56）
=3.68[kJ/（kg．K）]
可以算得麦醪温度为：
t麦醪=（G麦芽×C麦芽×18+G2×CW×50）÷（G麦醪×C麦醪）
=（12600.68×1.71×18+44102.38×4.18×50）÷（56703.06×3.63）
=46.67℃
根据热量衡算，且忽视热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变，则米醪的中间温度t为：
t=（G混合C混合t混合-G麦醪C麦醪t麦醪）÷（G,醪C米醪）
G,米醪=G米醪-V1=38983.56-1299.5=37684.06（kg）
G混合=GW+G麦芽+G大米=75998.02+13782.0+5906.6=95686.62（kg）
t=（95686.62×3.64×63-56703.06×3.63×46.67）÷（37684.06×3.75）=87.30°C
2.混合醪从63℃升温到70℃所需要的热量：
Q3=G混合C混合×（70-63）=95686.62×3.64×（70-63）=2438095.1（kJ）
3.2.4第二次煮沸混合醪液耗热量
1.由工艺流程可知：
经过第一次煮沸后米醪量为：
G,米醪=G米醪-V1=38983.56-1299.5=37684.06（kg）
G麦醪=G麦芽+G2=12600.68+44102.38=56703.06（kg）
因此进入第二次煮沸的混合醪量为：
G混合=G,米醪+G麦醪=37684.06+56703.06=94387.12（kg）
根据工艺，糖化结束醪温为78°C，抽取混合醪的温度为70°C，则送到第二次煮沸的混合醪量为：
[G混合（78-70）]÷[（100-70）G混合]×100%
=[（94387.12×8）÷（30×94387.12）]×100%
=26.67%
因此：
=26.67%×94387.12×3.68×30
=2779104.2（kJ）
2.第二次煮沸蒸汽带走热量
煮沸时间为10分钟，煮沸强度5%，则水分蒸发量为：
V2=26.67%G混合×5%×10÷60
=26.67%×94387.12×5%×10÷60
=209.8（kg）
则可算得：
=V2I=97.88×2257.2=473505.0（kJ）
3.热损失
根据经验公式
4.由上述三项可算出
=1.15×（2779104.2+473505.0）
=3252609.2（kJ）
3.2.5洗糟水耗热量
洗糟水平均温度为80℃，每100kg原料洗糟用水450kg，则用水量为：
G洗=G总÷100×450
=（5906.6+1181.32+12600.68）÷100×450
=88598.7（kg）
则
=88598.7×4.18×62=22961239.1（kJ）
3.2.6麦汁煮沸过程中耗热量
1.麦汁升温至沸点耗热量
由糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得热麦汁738.3kg，过滤后麦汁温度约为70°C，则进入煮沸锅的麦汁量为：
G麦汁=（5906.6+1181.32+12600.68）÷100×738.3=145360.9（kg）
热麦汁比热容：
C麦汁=（G麦芽C麦芽+G大米C大米+GWCW）/（G麦芽+G大米+GW）
=（13782.0×1.71+5906.6×1.87+75998.02×4.18）
/（13782.0+5906.6+75998.02）
=3.68[KJ/（Kg·K）]
=145360.7×3.68×30=16047821.3（kJ）
2.煮沸过程蒸发耗热量
煮沸强度为10%，持续时间为1.5小时，则水分蒸发量为：
V3=145360.7×10%×1.5=21804.1（kg）
由此可以算得：
=V3I=21804.1×2257.2=49216214.5（kJ）
3.煮沸热损失：
4.综合以上算得的可得出麦汁煮沸总耗热：
=1.15×（16047821.3+49216214.5）
=75053641.2（kJ）
3.2.7一次糖化总耗热量
=10165495.16+10650406.1+2438095.1+3252609.2+22961239.1+75053641.2=124521485.9（kJ）
2.2.8一次糖化蒸汽耗用量D
使用压力表为0.3Mpa的饱和蒸汽，热焓量为I=2725.3KJ/kg，相应的冷凝水的焓为：
i=561.47KJ/kg，气热效率为η=95%，则：
D=Q总/[（I-i）η]=124521485.9÷[（2725.3-561.47）×95%]
=60575.6（kg）
3.2.9糖化小时最大蒸汽耗用量
糖化操作时，麦芽煮沸时耗热量最大，已知煮沸时间1.5小时，热效率95%，
=75053641.2÷1.5÷95%=52669221.9（kJ）
相应最大蒸汽耗用量为：
D最大=Q最大÷（I-i）
=52669221.9÷（2725.3-561.47）
=19734.9（kg/h）
3.2.10蒸汽单耗
根据生产设计，旺季糖化次数为150×6=900次，设淡季每天糖化4次，150天共600次，全年糖化总数为1500次；共产啤酒15.15万吨（占全年的80%），则全年的蒸汽耗热量为：
D每年=60575.6×1500=90863400（kg）
=90863400÷151500=599.7（kg/t）
每昼夜蒸汽消耗量（按旺季算）：
D,最大=60575.6×6=363453.6（kg/d）
表3-37万吨啤酒厂糖化车间总热量衡算表
名称
规格（MPa）
吨酒消耗/kg
小时最大消耗/kg
每昼夜消耗/kg
年消耗量/kg
蒸汽
0.3（表压）
599.7
19734.9
363453.6
90863400
3.3耗水量计算
3.3.1糖化用水
糖化锅加水比为1:
3.5，糊化锅加水比为1:
4.5，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的现象。
混合预料每次加入量为19688.6kg,
所以糖化锅加料量为：
13782.0－5906.6×0.2=12600.68（kg）
式中5906.6为糖化一次大米粉量，5906.6×0.2为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）。
糊化锅加料量为：
19688.6－12600.68=7087.92（kg）
则每次糖化锅中用水量为：
12600.68×3.5=44102.38（kg）
每次糊化锅中用水量为：
（5906.6×0.2+5906.6）×4.5=31895.64（kg）
单次糖化用水总量为：
44102.38+31895.64=75998.02（kg）
糖化用水时间为0.5h，因此：
每小时最大用水量：
75998.02÷0.5=151996.04（kg/h）
3.3.2洗糟用水量
每100kg混合原料洗糟水用量为450，则洗糟水用量为：
19688.6×450÷100=88598.7（kg）
洗糟时间定为1.5h，则洗糟水最大用量为：
88598.7÷1.5=59065.8（kg/h）
3.3.3糖化室洗刷用水
糖化室及设备洗刷用水单次定为20吨，清洗时间为2小时，则：
洗刷最大用水量为：
20/2=10（t/h）
3.3.4麦汁冷却器冷却用水
麦汁冷却时间定为1小时，麦汁冷却温度为95°C降至10°C，冷却水温度为2°C升至80°C。
冷却用水量
=Q/
（
-
）
麦汁放出热量Q=G麦汁
（
-
）
式中：
=95°C
=10°C
=80°C
=2°C
=145360.7（kg）
=3.68kJ/（kg.K）
所以Q=145360.7×3.68×（95-10）=45468826.96（kJ/h）
G水=45468826.96÷[4.18×（80-2）]=139.46（t/h）
3.3.5澄清槽洗刷用水
单次洗刷耗水量为8t，洗刷时间为0.5小时，则有：
洗刷最大用水量为：
8/0.5=16（t/h）
3.3.6麦芽汁冷却器清洗用水
假设一次冲洗用水6t，清洗时间0.5小时，则：
最大用水量：
6/0.5=12（t/h）
3.3.7CIP装置洗涤用水
设配洗液一次用水6t，用水时间为1小时，
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