啤酒工厂方案.docx

1、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：

2、麦芽 75，大米 254、啤酒质量指标理化要求按我国啤酒质量标准GB 4927 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

3、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 ,20054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 ,20066徐清华 .生物工程设备 .北京 :科学初版社 ,20047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 ,20069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、 300 000 t/a 啤酒厂糖化车间

4、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

5、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：71.7912 100 =(

6、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：1000100=(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

7、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)574540.2（ 5）热麦汁量为：1000=1063(L)540.2（ 6）冷麦汁量为： 556.81000=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 500 000t/a

8、 12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 1506+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：500000 0001500=329381L每次糖化的原料量为 :1000329381= 60968(kg)(2)麦芽量： 60968 75=45726（ kg）(3)大米量： 60968-27436=33532（kg）(4)热麦汁量： 574/10060968=349956（L）(5)冷麦汁量 : 349956(1-3%)=339458（L）(6)酒花用量 :1

9、000329381=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 100kg1000L12混杂原料浅色啤酒糖 化 一 次 定额 量 （ 80kL12啤酒）300 000 t/a 啤酒生产量混杂原料Kg10060

10、968107大麦Kg7545726107大米Kg2533532107酒花Kg702106热麦汁L5741063349956108冷麦汁L1031339458108湿糖化糟Kg59025107湿酒花糟Kg2015106发酵液L1020336063108过滤酒L1010332702108成品啤酒L1000329376108备注： 12 度浅色啤酒的密度为m3，实质年产啤酒 488142t。二、 300 000 t/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

11、 1：（kg）kg）4572633532热水 50麦芽（ 45726kg ） 20 min60min7012mint( )6360min7min冷却9020min10040min7025min过滤糖化结束7810010min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

12、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 t 1=18 ,而糖化配料用水温度 t2 =50,故耗热量为：Q1=cwmW(t 2-t1)= (50-18)=106(KJ)第一次米醪煮沸耗热量 Q2由糖化工艺流程图（图 2）可知，Q2 = Q21Q22Q23Q21 为米醪由初温即室温加热到煮沸的耗热， Q22 为煮沸过程

13、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 Q21 Q 21= 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)C 0+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=(KgK)c 大米 =（100-13） +12=(Kg K)c 米醪 =（m 大米 c 大米 +m 麦芽 c 麦芽 +mw cw）/m 大米 +m 麦芽 + mW) =（9145+1829+50598） / （9145+1829+50598）=

14、 KJ/(Kg K)（ 2）米醪的初温 t 0 设原料的初温为，而热水为，则0（1850t=m大米 c 大米 +m 麦芽 c 麦芽 ） 18+ mW* W50/( 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 Q 21= m 米醪 * c 米醪 （100-t0）中，得：Q21=61572（） = 106KJ）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：1米醪 5%40/60=6

15、15725%40/60=（ Kg）mv =mQ22= 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） 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+

16、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+ m2 cw 50）/ （m 麦醪 c 麦醪 ）=（2560718+ 50） / （）=米醪的中间温度 tM 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：tm 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

17、 米醪 c 米醪 +m 麦醪 c 麦醪 ） / （m 米醪 +m 麦醪 ）=（ +） / （ +）= kJ/（kgK）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 Q3Q3=m 混杂 c 混杂 （ 70-63）=106（kJ） 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+Q43Q41 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 Q4

18、1（ 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

19、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） 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) 麦汁煮沸过程耗热量Q6Q6=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

20、：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） 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

21、D使用表压的饱和蒸汽， h=kg,则：D=Q总 /(h-i) =100461kg式中， h 为相应冷凝水的焓 kg)；为蒸汽的热效率，取 =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%)=106 kj/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 =1004611500= 106kg每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：D1=100461/

22、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 3 300000t/ 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 1065、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

23、=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=22V= /4*Dh总*H+(D/2+h/3)60= /4*52*+2h(5/2+h/3)解得： h=、加热面积

24、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=1.2410 6 645= 10kcal/h/ 70压力下蒸汽温度为tm = (126.9 45)(126.970) = ln 126.945126.970按经验 K 取 1500kcal/m 3 hF=Q= 1.93106= m 2Ktm56.441500锅实质加热面积F = Dh=51. 5 2 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

25、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=22V总 = /4*Dh*H+(D/2+h/3)22100= /4* *+h2+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0.54106Q=610 / 60= 10kcal/htm =(126.9 68.39)(126.9 78) = ln 126.968.39126.978依照经验 ,糖化锅 K 可取 2000kcal/m 2 h加热面积 F= Q=3.2410 6= 2K t200053.562 2锅底加热面积： F=Dh=、煮沸锅加热面积的计算加热面积 F=Q/kt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