年产10万吨12度淡色啤酒厂糖化车间煮沸锅锅体设计

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1、第一章绪论2第二章设计概论22.1设计目的22.2设计依据32.5原料、辅料等物料的选择标准3第三章生产工艺的选择及论证43.1全厂工艺的选择及论证43.2糖化工艺的选择及论证43.3发酵工艺及设备的选择及论证6第四章工艺计算84.1物料平衡计算84.2热量衡算104.3耗水量的计算11第五章相关设备计算与选型155.2重点设备的设计选型15第六章设计感想22第七章参考文献23第一章绪论啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，是一种含二氧化碳、 起泡、低酒精度的饮料酒。由于其含醇量低，清凉爽口，深受世界各国的喜爱，成为世 界性的饮料酒。啤酒的原料是大麦。大麦是世界上种植最早的谷

2、物之一，几乎世界上所有地区都可 种植，它的产量在谷物排名上，在小麦、玉米、稻谷之下，居第四位，而且大麦不是人 类主要的粮食，习惯上作饲料。酿酒后的麦糟中，蛋白质含量得到相对富集，更适宜于 做饲料，于是，用大麦制啤酒得到发展。中国近代啤酒是从欧洲传入的，据考证在1900年俄罗斯技师在哈尔滨建立了第一家 啤酒作坊。第一家现代化啤酒厂是1903年在青岛由德国酿造师建立的英德啤酒厂。1915 年在北京由中国人出资建立了双合盛啤酒厂。从1905年到1949年的40多年中，中国只有 在青岛、北京、哈尔滨、上海、烟台、广州等地建立了不到10年工厂，年产啤酒近一万 吨，从1949年到1993年，我们用43年的

3、时间，发展成为世界啤酒第二生产大国，这样的 发展速度举世瞩目。我国啤酒工业的未来主要有以下几方面的变化：产量的发展；规模的扩大；技术经 济指标还有差距，要不断的提咼；原料的发展；啤酒品种向多样化发展；咼浓度酿造技 术；非热消毒的纯生啤酒酿造；人才的培养等。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， 中国的啤酒业将以崭新的面貌跻身于世界啤酒先进领域。第二章设计概论2.1设计目的通过本次课程设计，使本专业的学生初步掌握工厂工艺设计的程序和方法，受到 一次工程设计的严格训练，使其具有一定的工程

4、设计能力。这对于即将从事科研，生产 或技术管理工作的学生具有十分重要的意义。2.2设计依据本设计以生物工程学院生物工程教研室的“生物工程专业设计任务书”为依据。2.3设计内容本设计为年产10万吨12Bx浅色啤酒工厂重点工段：糖化工段 重点设备：煮沸锅 设计的主要内容如下：1. 啤酒生产工艺流程的选择、设计及论证。 2全厂物料衡算，水、汽、冷衡算。3. 糖化工段设备及重点设备的选型及设计。4. 发酵工段设备选型及技术论证。5附属设备的选型。设计的绘图内容：(1) .糖化及发酵工艺流程图(2) .煮沸锅总装配图(3) .糖化车间平面图及立面图2.4设计指导思想本设计在确定工艺流程和选择设备时，在工

5、艺上力求其合理性和先进性，在设备上 尽量采用先进的生产设备，做到技术上先进，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的体 力劳动，提高劳动生产率。尽量采用已成熟的生产技术和设备，使建厂后即能顺利投产， 并能达到设计能力。经济上合理，因地制宜，管理方便，合理降低能耗，保护环境。生 产出能满足人们口味的优质啤酒，达到投资少，见效快的效果。2.5原料、辅料等物料的选择标准2.5.1原料的选择酿造啤酒所需原料的质量直接影响所生产的啤酒质量、啤酒酿造所需的原料主要是 大麦、酒花和酵母。1.大麦大麦是啤酒生产中最重要的原料，他发芽不仅含有较高的淀粉，同时也为糖化生产 提供了各种丰富的酶系和含氮物质。对于其选用要经

6、过质量判断，达标后才能选用，质 量判断包括：感官判断，物理分析，化学分析，生理检验。2酒花酒花是啤酒生产重要的原料，它赋予啤酒以纯正的苦味和啤酒香气，同时它还具有 一定的防腐和澄清麦汁的能力。对其选用需要通过质量评价，达标后才能选用。质量包 括：酒花的感官，酒花的化学鉴定，压缩酒花技术要求。3. 酵母酵母是单细胞微生物，在麦汁中起着物质转化作用。再有氧情况下将发酵糖转化为 水和二氧化碳，再无氧情况下将发酵糖转化为乙醇和二氧化碳，酵母的选用要根据实际 情况，从以下几点出发选用优质酵母。如：凝聚性和沉淀能力，发酵度，发酵速度，抗 热能力，产抱子能力，对维生素的要求。4. 大米大米是最常用的一种麦芽

7、辅助原料，其特点是价格较低廉，而淀粉高于麦芽，多酚 物质和蛋白质含量低于麦芽。糖化麦芽汁收得率提高，成本降低，又可改善啤酒的风味 和色泽，啤酒泡沫细腻，酒花香气突出，非生物稳定性比较好，特别适宜制造下面发酵 的淡色啤酒。大米的用量一般是25%-35%,质量要求如表2-1：表2-1大米的质量要求项目 要求 色泽香洁白，富有新鲜光泽，无黄色，棕色和青绿色不成熟粒， 味夹杂 无霉粒有新鲜粮香，无异味物浸出不超过0.2%,物蛋白 不得含有米胚芽92%以上（无水物计）质脂肪10%以下（无水物计） 水分 1%以下12.5% 以下2.5.2辅料的选择啤酒生产中使用辅料是因为辅料可提供廉价的浸出物或糖类，这样

8、会减少麦芽的使 用量，降低啤酒的生产成本。主要的辅料有大米、玉米、小麦、大麦、糖和淀粉糖浆， 使用辅料应注意以下几个问题：1加入辅料的品种和数量应根据麦芽的质量情况和所要酿造的啤酒类型来决定。2添加辅料量过大或麦芽力不足时应适当加入相应的酶制剂。3. 辅料的加入通常情况下使麦汁中蛋白质含量偏低，可通过降低蛋白质休止温度或加入中性蛋 白酶等方法弥补以上不足，若仍达不到拟定的标准，应考虑降低辅料的比例。4. 辅料的使用不应对啤酒质量指标产生太大的影响。第三章生产工艺的选择及论证3.1全厂工艺的选择及论证3.1.1全厂工艺流程大米f粉碎f糊化f浊液麦芽f筛选f粉碎f糖化f过滤f煮沸f回旋沉淀f冷却f

9、充氧f发酵f过滤f清酒f灌装3.1.2设备流程麦芽f麦芽粉碎机f糖化锅f过滤槽f煮沸锅f回旋沉淀槽t ! t!大米f大米粉碎机f糊化锅暂存槽 薄板换热器!成品啤酒一装酒机一清酒罐一硅藻土过滤机一发酵罐3.2糖化工艺的选择及论证3.2.1工艺方法的选择1. 麦芽粉碎方法麦芽的粉碎方法随着时间的推移先后出现了干法粉碎，浸湿粉碎，回潮干法粉碎， 连续湿法粉碎四种方法。干法粉碎可调节麦芽粉碎度，根据麦芽质量来控制，此法成本 较低，可以节省浸泡这一环节，但粉尘污染较大，本设计采用干法粉碎。辅料也用同样 的方法。2. 糖化方法糖化过程是一项非常复杂的生化反应过程，也是啤酒生产中的重要环节。糖化的目 的就是

10、要将原料（包括麦芽和辅助原料）中的可溶性物质尽可能多的萃取出来，并且创 造有利于各种酶的作用条件，使很多的不溶性物质在酶的作用下变成可溶性物质而溶解 出来，制成符合要求的买麦芽汁收得率。糖化方法可分为以下几大类：三次浸出糖化法煮出糖化法二次浸出糖化法一次浸出糖化法升温浸出糖化法浸出糖化法糖化方法降温浸出糖化法复式一次煮出糖化法 复式煮浸糖化法谷皮分离糖化法外加酶制剂糖化法其它特殊糖化法现今，出于节省投资成本，使用了大量的辅料代替了原有的部分麦芽，从而出现了 一种新的糖化方法，复式浸出糖化法，它是由这两种方法演变而来的方法。它对于生产 色泽极浅（5.06.0 EBC左右），高发酵度（12Bx啤酒

11、的真正发酵度为66%左右），残 余可发酵性糖少的啤酒有较好的应用。它具有加水比大，避免添加过多的麦芽，再糊化 煮沸时。处进皮壳溶解和形成焦糖、类糊精的特点。因此本设计采用复式浸出糖化法。 生产过程简单，糖化时间短（一般在3小时以内），耗能少，故设计中采用的是复式浸出 糖化法。3. 过滤方法采用过滤槽法。此法虽然古老，但槽的结构日新月异，可有效的提高过滤速度，保 证分离效果。由于表面积大，过滤的也较为充分，效率较高。4煮沸设备：煮沸锅的种类有夹套式、内加热式和外加热式。夹套式是比较古老的加热方式，他加热循环好，但是煮沸麦汁的量受限制，制作也 比较麻烦，实用于中小型厂。外加热式在国内不是很常用。本

12、设计采用内加热式，麦汁通过垂直安装在煮沸锅内 的列管式换热器的列管而被加热向上沸腾，同时蒸汽被冷凝为液体。在加热器的上方装 有伞型的分布罩，借此使上升的麦汁反射向四周，同时可避免泡沫的形成，保证麦汁在 煮沸锅中较好的循环。5. 麦汁澄清设备采用回旋沉淀槽。热麦汁由切线方向进入回旋沉淀槽，在槽内回旋，可产生离心力。 由于在槽内运动，离心力的和其反作用力的合力把颗粒推向槽底部中央，达到沉淀的目 的。由于该设备占地面积小，可缩短沉淀时间，提高麦汁的澄清度，降低了损失。6. 麦汁暂存槽麦汁在过滤后温度为78度左右，经薄板换热器使温度升至90度左右，再进入暂存槽， 提高了糖化次数，节省了投资能耗，在煮沸

13、锅中加热时可缩短到沸腾的时间。3.2.2糖化工艺流程中工艺参数及操作规程1. 大米的比例为30%，麦芽的比例为70%。2糊化：糊化锅料水比为1： 5，投料后升温至50C，50C是蛋白酶最适温度，有利 于氨基酸的产生，调PH,加入耐温a 淀粉酶，保温10分钟。加热至90C，然后升温 至100C，保温30分钟。3糖化：糖化锅料水比为1： 3.5,加入39C的水使其混合后温度为37C，保持30 分钟，升温至51C，保持75分钟，进行蛋白休止，将换热后的88C糊化醪打入糖化锅， 保持在63C，保温30分钟，升温至70C以碘液检查为主，直至变色，表示糖化彻底，升 温至78C，保温5分钟，将醪液泵入过滤槽

14、。由于采用了高辅糖化，所以投料糖化前应 加入耐咼温的a 淀粉酶。4. PH值的调整:a 淀粉酶最适PH值是5.65.8, 0 葡聚糖酶最适PH值是4.6 7.0，则加入磷酸调节PH值控制在5.6。5. 甲醛的加入：在糖化时加入0.025%的甲醛来降低麦汁中花色苷的含量。6. 过滤：过滤时醪液的温度保持不变，（控制在7376C），PH值保持在5.57.5 之间，洗糟水温度为80C。当洗糟残液浓度达到工艺规定值，过滤结束。7酒花的添加：煮沸90分钟，酒花分三次加入第一次：煮沸5-15分钟，添加总量的5-10%，主要是消除煮沸时的泡沫；第二次：煮沸30-40分钟后，添加总量的55-60%，主要是萃取

15、a 酸，促其异构；第三次：煮沸完成前15分钟，加入35%，萃取酒花油，提高酒花香.3.2.3糖化工艺的控制原理糖化曲线1酸休止，利用麦芽中磷酸酯酶对麦芽中菲订的水解，产生酸性磷酸盐，此工艺条 件是：温度为3537C，PH在5.25.4，时间为3090分钟2蛋白质休止，利用麦芽中羧基肽酶分解多肽形成氨基酸（a -氨基酸）和利用内 切肽酶分解蛋白质形成多肽和氨基酸为4550C，形成可溶性多肽为5055C，作用时 间为1020分钟。3糖化分解，淀粉分解成可溶性糊精和可发酵性糖，对麦芽中0 -淀粉酶催化形成 可发酵性糖，最适温度为6065C，a -淀粉酶最适活性温度为70C，这个酶共同作用， 最适PH

16、为5.55.6，作用时间为30120分钟。4.糖化终了，糖化终了必须使醪中除了 a -淀粉酶以外，其它水解酶会失活（钝化），此温度为7080C，再此温度范围内主要 依据需保留a -淀粉酶的量及考虑到过滤的要求。采用上限温度，醪黏度小，过滤加快, 有害物质溶解多，a -淀粉酶残留少。4酶制剂和添加剂的应用，a -淀粉酶，0 -淀粉酶，糖化酶，R-酶等酶制剂再卫 生规范下，根据工艺要求，适时适量的使用，对改善工艺和麦汁组分有一定的作用。3.2.4流程论证本设计引用了的辅料，而辅料都为不发芽谷物，谷物中淀粉是包含在胚乳细胞壁中 的生淀粉，只有经过破除淀粉细胞壁，使淀粉溶出，再经糊化和液化，使之形成稀

17、薄的 淀粉浆，才能受到麦芽中淀粉酶的充分利用，形成可发酵性糖和可溶性低聚糊精。此未 发芽谷物的预处理，一般在糊化加水加麦芽后，生温生至煮沸。而本设计选用的复式浸 出糖化法，能很好的完成辅料的酶和煮沸处理。此法对辅料糊化有两大特点：一是大加 水比，二是尽可能利用外加a -淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多的麦芽，再糊 化煮沸时，促进皮壳溶解和形成焦糖，类黑精。并且此法采用两段式糖化温度，提高了 可发酵性糖的含量。综上所述，复式浸出糖化法对本设计是非常实用的。3.3发酵工艺及设备的选择及论证3.3.1工艺流程的说明1.麦汁的冷却过程：采用薄板冷却器。冷却介质为2C的冷水，经换热后麦汁的温 度为8

18、C,热麦汁进口温度为8C,水出口温度为80C，冷却时间为1小时。此流程的优 点如下：(1) 有效解决啤酒生产中生产用水的问题。经过一段冷却后的本身被加热到80C左右；(2) 可以做为糖化和洗涤用水；(3) 冷却面积大；(4) 降低能耗。操作简单。2麦汁充氧：麦汁冷却到发酵接种温度后，接触氧，此时氧反应微弱，氧在麦汁中 成溶解状态，它是酵母前期发酵繁殖所必须的。它可使酵母自身的数量增殖(560) X107个/mL,保证发酵顺利进行。通入无菌空气，使麦汁含氧量达到8mg/L麦汁。3麦汁的发酵：采用圆筒锥底发酵罐，它同传统发酵罐比有以下优点：(1) 加速发酵 由于发酵基质(麦汁)和酵母对流获得强化，

19、可加速发酵(2) 厂房投资节省 发酵和贮酒可以大部分或全部分在户外，而且罐数、罐总容积 减少，厂房投资节省(3) 冷耗节省 冷却是直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质再强制循环下，传热 系数高，比传统发酵节省4050%的冷耗(4) 发酵罐清洗、消毒依赖CIP自动化清洗消毒，工艺卫生易得到保证4麦汁的过滤：采用硅藻土过滤机。通过不断的添加助滤剂，使过滤性能得到更 新，补充，具有过滤性强，对过滤很浑浊的酒比棉饼过滤省气、省水、省工的特点。3.3.2发酵工艺1麦汁进罐温度，第一锅8.5C，第二锅是8C，第三锅是8C，满锅温度8C。2冷却的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵，接种量为0

20、.6 0.8%，接种后细胞浓度为(153)X106个/L。3麦汁(五锅)在20小时必须满罐。4满罐8C，开始敞口自然发酵，维持8C 24小时，排冷凝物及死酵母。5进冷控制升温，使温度在24小时升至9.59C，恒温发酵24小时，然后生温，在24 小时升至11C。6当糖度降至5.55.8BX时封罐保压，11C恒温35天，进行双乙酰还原。7. 当双乙酰降至0.15mg/L以下时，以0.33C/h速度在12h降至6C，然后0.25C/h 速度在12h降至5C，恒温发酵24h，排第一次酵母35min.8. 以0.33C/h速度降温至-lC(24h)，恒温24h，排第二次酵母35min .9. 罐压保持在

21、0.150.2Mpa，如果压力不够，可通入其它罐旺盛时排出的CO 2，使 其达到要求，出酒前排第三次酵母。3.3.3发酵工艺参数的确定1.进罐方法以前采用冷却麦汁混合酵母后分批进入繁殖罐，使酵母克服滞缓期，进入对数生长 期再泵入C.C.T。而现在采用直接进罐法。即冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加 酵母，直接泵入C.C.T发酵。操作方便，控制容易。2. 接种量和起酵温度麦汁直接进罐法，为了缩短发酵时间，大多采用较高接种量，0.60.8%，接种后 细胞浓度为（153）X106个/ml,麦汁是分批进入C.C.T，为了减少VDK前驱位置，a- 乙酰乳酸的生成量，要求满罐时间在1218h之内。麦汁接

22、种温度是控制发酵前期酵母 繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度23C,目的是使酵母繁殖在较低温度下进行， 减少酵母代谢副产物过多积累。3. 主发酵温度大罐发酵就国内采用的酵母菌株而言，多采用低温发酵（89C）和中温发酵（10 12C），低温发酵适用于11度麦汁浓度。中温发酵适用于新菌株，酿造淡爽啤酒，而 本设计恰好为10度淡爽啤酒，故选用中温发酵。4. VDK还原大罐发酵中，后发酵一般称做” VDK”还原阶段。VDK还原初期一般均不排放酵母， 就是发酵全部酵母参与VDK还原，这样可缩短还原时间。5. 冷却、降温VDK还原阶段的终点，是根据成品啤酒应控制的含量而定，现代优质啤酒要求 VDK0.1m

23、g/L才称还原阶段结束，可降温。再降温、排酵母、贮酒中，VDK有少量下降， 则可达到要求。本设计采用C.C.T冷却夹套对啤酒降温，有效的起到了还原，使酵母凝 聚和絮凝沉淀的效果。6. 罐压控制再传统式发酵中，主发酵是在无罐压或微压下进行的。发酵中是酵母的毒物，会抑 制酵母繁殖和发酵速率。本设计选用的C.C.T发酵，主发酵阶段均采用微压（0.01MP 0.02MP），主发酵后期才封罐逐步升咼，还原阶段才12d才升至最咼制，这样一来有效 的提高了酵母繁殖和发酵速率。综上所述，本设计选用的圆筒锥底发酵罐大大优越于传 统发酵罐。第四章工艺计算4.1物料平衡计算4.1.1啤酒生产的物料衡算糖化车间工艺流

24、程示4.1.2工艺技术指标及基础数据:麦牙、犬米紛碎* k糊化 k糖化过滤麦槽麦汁煮沸锅 酒花渣分离器 回旋澄淀槽 薄板冷却器酒花糟热凝固物冷凝固物表4-1项 目名称百分比（）项 目名称百分比（）定 额 指 标无水麦芽 浸出率75原料配比麦芽70大米30无水大米浸出率95冷却损失5发酵损失1.5原料利用率98.5啤酒损失率（对 热麦汁）过滤损失1麦芽水分5装瓶损失1大米水分11总损失&54.1.3糖化物料计算l.lOOKg混合原料中含浸出物的重量（E）麦芽：Gm二mX（l-Wm）XEm=70X（l-5%）X75%=49.88kg大米:Gn二nX（l-Wn）XEn=30X（l-11%）X95%=

25、25.37kg其中：m为100Kg混合原料中麦芽的质量;n为100Kg混合原料中大米的质量Wm为麦芽的含水量:Em为麦芽的污水浸出率;En为大米的污水浸出率则 E二Gm+Gn=49.88+25.37=75.25kg混合原料的收得率=75.25X98.5%宁100=74.11%其中：98.5%为原料的利用率100kg 原料产 12度热麦汁量为:74.11X100- 12=617.6kg12度麦汁在20C时的相对密度为1.084100C麦汁比20C麦汁体积增加1.04倍热麦汁体积=617.6 X1.04宁 1.084=592.5L冷麦汁量=592.5 X（1-0.05）=562.9L发酵液量=56

26、2.9X（1-0.015）=554.5L滤过酒量=554.5X（1-0.01）=5488.9L成品酒量=717.8X（1-0.01）=540.7L酒花耗用量：（592.5宁540.7）X0.2%X100=0.219kg2. 生产100L12度淡色啤酒的物料计算100kg原料生产成品酒710.6L生产100L10度啤酒需用混合原料为100X （100宁540.7）=18.49kg麦芽耗用量=18.49 X70%=12.95kg大米耗用量=18.49-12.95=5.54kg酒花耗用量 592.5 宁 540.7 X 100 X0.2%=0.29 kg热麦汁量=100X592.5 宁 540.7=

27、109.6L冷麦汁量=100X562.9 宁 540.7=104.1L成品酒量=100L3. 年产10万吨12度淡色啤酒的物料计算每年生产300天，旺季170天，每天糖化6次，占生产任务的70%。12度淡色啤酒的密度为 1.084Kg/L旺季产量：100000X70%三 170=411.76 （吨/ 天）设每年旺季糖化次数为6次，则总糖化次数为1020次成品啤酒量=411.76宁6=68.62 （吨/天）麦芽耗量=4456.1X70%=3119.3kg成品啤酒（罐装前）68.62X1000宁（1-1.5%）F1.084=64266L湿酒花糟 32133 宁 i00X0.657=4200kg热麦

28、汁量=32133 宁 540.7X592.5=7022L冷麦汁量=32133 X 562.9 宁 540.7=669.04L发酵液量=32133 宁 540.7X554.5=65906L滤过酒量=32133 宁 540.7X548.9=65240L成品酒量=63342.4L计算方法同上，这里不再重述。表4-2啤酒厂车间物料衡算表物料名称单位对100Kg混合原料100L 10度淡色啤酒糖化一次定额量10万吨每年啤酒生产混合原料Kg10018.49594317.32X106大麦Kg7012.95416012.2X106大米Kg305.547835.2X106酒花Kg1.540.21970.052.

29、04X105热麦汁L592.5109.63521110.26X107冷麦汁L562.9104.1334529.74X107发酵液L554.5102.55329539.6X107过滤酒L548.9101.52326209.5X107成品啤酒L5407100.00321339.36X107共生产啤酒：10. 2X 107/1.0 1 2=100 7 9 0吨（备注：10度淡色啤酒的密度为1012kg/m3）4.2热量衡算本设计采用二次煮出糖化法糖化工艺流程为:糊化锅大氷粉 1336. 8kg料水比1：5热水河U*麦芽粉邸T. :36kglOmin_帐flOmin緣却和7niin糖化锅麦芽粉 284

30、5. 94k： 料水比1 :4 a46. 7 Q 6J0rainlOmin-63C SOminSinin/过滤糖化结束 责霜 I90min麦汁煮沸锅煮沸强度哦吃渥 1O0-G lOmin回旋沉酒花槽卜淀槽 热凝固物90C 20min 1OOC .Oinin薄板拎却器冷麦升去发酵4.2.1糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为：G=(1783+356.6)X4.5 = 9628.2kg式中：1336.8kg为糖化一次的大米粉量，267.36kg为糊化锅中加入的麦芽粉量(大米的 20%)而糖化锅中的加水量为：G2=3803.4X3.5 = 13311.9kg式中：2845.9kg为糖化一次糖化

31、锅投入的麦芽量，即：4016 356.6 = 3803.4kg综上所述，糖化总用水量为：G +G =9628.2+1311.9二22940.1kgw 12自来水平均温度取t z= 18 C,而糖化配料用水温度t= 50 C,比热容C =W 4.18kJ/kg.K故耗热量 Q =G C (t一t )=22940.1X4.18X (5018) =3068468kJ1 w w4.2.2第一次米醪煮沸耗热量Q21糊化锅内米醪由初温t0加热至100C，耗热量:Q/=G .C (100 t)(1)计算米醪的比热容：c米醪米醪0米醪由经验公式 C =0.01 (100W) C +4.18w谷物0进行计算，式

32、中w为含水百分率，C为绝对谷物比热容，去C0=1.55 kJ/kg.K C 卄= 0.01X (100 5) X 1.55 + 4.18X5=1.682 kJ/kg.K C 麦 =0.01X (10011) X 1.55 + 4.18X 11 = 1.84 kJ/kg.K-大米C =(G C +G C +G C)/(G+G +G )米醪大米 大米麦芽 麦芽 1 w大米麦芽 1= (1783X1.84 + 356.6X1.68 + 9628.2X4.18)三(1783 + 356.6+ 9628.2)= 3.75kJ/kg.K(2)米醪的初温t0设原料初温为 18C，而热水为 50C，则 G=G

33、 +G +G =1783 + 356.6+9628.2米醪 大米麦芽 1= 11767.8kgt =(G C +G C ) X18 + G CwX50/G C0 L / 大米大米麦芽麦芽、1米醪米醪=(1783 X 1.84 + 356.6 X 1.68) X 18 + 9628.8 X 4.18 X 50宁 11767.75 = 47.2 C(3)代入式Q =G C(100-1 )=11767.8X3.79X(100 47.2) =2330024.4kJ2.煮沸过程蒸汽带出的热量Rv煮沸时间40min,蒸发量为每小时5%,则蒸发水份量V =G 故,q7X5%X 40 宁 60= 11767.

34、8 X 5 %X 40/60 = 392.26kg式中，I为煮沸温度约100C下水的汽化潜热(kJ/kg)=VI = 392.26X2257.2 = 885409.3 kJ 3.热损失Q2/米醪升温和第一次煮沸过程的热损失为前两次耗热量的15%，即:4综上可得 Q2=1.15(Q2+QQ；= 15%(Q2z+Q2v)= 1.15X(2330024.4+885409.3)= 3697748.7kJ4.2.3第二次煮沸前混合醪升温到70C的耗热量Q3按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的醪与糖化锅中的麦醪混合后 温度应为63C，所 以混合前米醪应先从100C冷却到中间温度t01糖化锅中麦醪的初温t麦醪 已

35、知，麦芽粉初温为18C，用50C热水配料，则麦醪温度t =(G C X18 + GCwX50) /G C其中，G=3803.4+13311.9 = 17115.3kgC =(GC+GCw) / (G +G )麦醪麦醪麦芽 麦芽 2麦芽 2= (2845.94X 1.68 + 11383.76X4.18) 宁 14229.7 = 3.63kJ/kg.Kt =(3803.4X 1.682 X 18+13311.9 X4.18X 50)麦醪宁 17115.3宁3.6 = 44.95 C2. 经第一次煮沸后米醪量为 Gz=G -V =9624.96 240.624 = 9384.336kg进入第二次煮

36、沸的混合醪量 G =G产+G =9384.336+14229.7 = 23614.066 kg、-人十十、混合米醪，麦醪，3混合醪比热容 C =(G C +G C ) /G混合麦醪麦醪 米醪米醪混合，= (3804X3.6+13311.9X3.79)宁23614.066 = 3.68 kJ/kg.K 根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪合并前后的焓不变，则米醪中间温度为：t =(G C t -G C t )/G / C混合 混合 混合 麦醪 麦醪 麦醪米醪米醪=(28883.1 X 3.68 X 63-17115.3 X 3.6 X 44.95)宁(11767.8 X 3.75)=88.13

37、C因为此温度只比煮沸温度低10度多，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅的输送过程的热损 失，可不必加中间冷却器。综上可得：= G C(70-63)=28883.1X3.68X7 = 744028 kJ3 混合 混合4.2.4第二次煮沸混合醪的耗热量Q4据工艺糖化结束醪温度78C，抽取混合醪的温度70C,沸的混合醪量 G(G、-Gz ) (78 70)C、=G C、(100 78)混合混合混合0 /G =26.7%混合1沸醪耗热量为：Q/=26.7%G C(100-70)=26.7%X28883.1X3.68X304混合 混合= 851381kJ2.二次煮出过程蒸汽带走的热量Q4煮沸时间为10min,蒸

38、发强度为5%,则蒸发水分量为：V2 = 26.7%G 混合X5%X1060 = 64.26kg则：Q /=口 =2257.2X64.26= 145059kJ42式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓(kJ/kg)3热损失Q4据经验：Q4=15%(Q +Q )4综上可得：Q = 1.15(Q +Q )=1.15 X (851381 + 145059) =149466kJ4444.2.5洗糟水耗热量Q5设洗糟水平均温度为80C，每100kg原料用水450kg，则用水量：G =5943X450 宁 100洗= 26743.5kgQ=G C (8018)5洗w= 26743.5X4.18X62= 51967

39、92.942kJ4.2.6麦汁煮沸过程耗热量Q61麦汁升温至沸点耗热量Q 由前物料衡算知：100kg混合原料可得741.2kg热麦汁，设过滤完毕麦汁温度70Co 则进入煮沸锅的麦汁量为：G =5943X617.6宁100 = 36704kg麦汁此时麦汁比热容为：C =(4160X 1.682+1783X1.84+5943X6.4X4.18)宁(59436+1783+5943X7.4) 麦汁/= 3.27 kJ/kg.K0 z =G C (100-70)6麦汁 麦汁= 36704X3.27X30=3600662.4KJ2.煮沸过程蒸发耗热量Q6 kg煮沸强度10%，时间90min，则蒸发水分为:

40、V3 = 36704X 10%X90 三 60 = 5505.6由上可得Q6 = IV3 = 2257.2X5505.6 = 12427240 kJ3热损失 Q6 ： Q6=15%(Q6 +Q6 )4. 综上可得麦汁煮沸总耗热量Q6 = 15%(Q6 z +Q6 )= 1.15 X (3600662.4+12427240) =2404185.36 kJ4.2.7糖化一次总耗热量Q总Q =3068468+3697748.7+744028+1145906+6930845+18432087.8总= 34019083.3kJ4.2.8糖化一次耗用蒸汽量D使用表压为 0.2MPa 的饱和蒸汽 I = 2

41、196.78kJ/kg D = Q、/(I-i)n =14896 kg总I为相应冷凝水的焓503.67kJ/kg (化工工艺设计手册上3-297) n为蒸汽的热效率，取n =95%4.2.9糖化过程每小时最大蒸汽量Q在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6最大，且知煮沸时间为90min,热效率95%, 故 Q =Q6/(90/60) X 95%= 12934798.46kJ/h相应的最大蒸汽耗热量为:D =Q / (I-i )=5962 kg/h max max4.2.10蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为1020次，共生产啤酒49276.2吨 每年耗蒸汽总量为：DT=14896X1020/70%=

42、21705600kg每吨啤酒成品耗蒸汽(对糖化)：Ds=14896宁32133三1.084F1000 = 427.6kg/t啤酒 每天耗蒸汽量(按生产旺季计算)：D = 14896 X 6 = 89376kg/d 综上可得，10万吨/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表：名称规格MPa每吨产品消 耗定额kg每小时最大 用里kg/h每天耗量 kg/d年耗kg/a蒸汽0.3427.659628937621705600糖化车间热量衡算2全厂4.3耗水量的计算4.3.1糖化用水100kg混合原料糖化大约需用水量1:3.5，糊化1:4.5。糖化用水量= 3803.4X350 宁 100 = 13311.9kg护

43、花用水量=2139.6X4.5=9628.2糖化用水时间设为0.5小时。4.3.2洗糟用水量100kg混合原料约用洗糟水450kg，则需水量为：5943X450 宁 100 = 26743.5kg用水时间为1.5小时。贝U每小时洗糟最大用水量为：26743.5宁1.5 = 17829kg/h4.3.3糖化室洗刷用水量一般糖化室及设备每糖化一次洗刷用水约20用水时间约2h故：洗刷最大用水量为20 宁 2=10 t/h4.3.4沉淀槽冷却用水量G=Q/C(t2t J(冷却时间为0.5小时)热麦汁放出热量Q=GpCp(tj12)热麦汁比重C=1.04热麦汁量Gp = 32972.6X 1.04 =

44、34291.5 婕/h热麦汁比热Cp = 0.98Kcal/kg. C热麦汁温度t ,=100Ct 2z=55C冷麦汁温度t1 = 18Ct2=45C冷却水比热C=1Q = 34291.5X0.98X (100 55) = 1512255.15Kcal/hG=1512255.151X （45 18） =40830889.05Kg4.3.5沉淀糟洗刷用水每次洗刷用水2吨.冲洗时间设为0.25h, 则每天最大用水用水量为2-0.25 =8 t/h4.3.6麦汁冷却器冷却用水 麦汁冷却时间为1小时麦汁温度：94C 6C冷冻水温度：2C 85 C耗用冷冻水量为：M=100460.83婕/h4.3.7麦

45、汁冷却器冲刷用水冲刷一次，用水2t用水时间为0.25h, 则每次最大用水量为：2-0.25 =8吨/h4.3.8酵母洗涤用水（无菌水）在计工艺耗冷量时得无菌水2281.1kg/班 每天有3班用无菌水，冷却操作1h内完 成则无菌水耗用量为8.23t/h4.3.9发酵室洗刷用水每天洗刷二个发酵室，每个用水1t洗刷地面共用1吨每天用水2 X 1 + 1 = 3吨设 时间0.75h最大用水量：3-0.75 = 4t/h4.3.10贮酒室洗刷用水每天冲刷贮酒桶一个，用水为1吨，管路及地面冲刷用水为0.51,冲刷时间为0.5 小时。最大用水量为：（1 + 0.5） -0.5 = 3t/h4.3.11清酒罐

46、洗刷用水每天用4桶，冲洗一次.共用水4t,时间40分钟，则最大用水量4X60/40 = 6t/h 4.3.12过滤机用水过滤机两台,每台冲刷一次，用水1.51（包括顶酒用水）使用时间0.75h,则最大用水 量：2X1.5-0.75 = 4 t/h4.3.13洗瓶机用水按设备规范表，洗瓶机最大生产能力为1500瓶/时，冲洗每个瓶需水0.75L。则用 水量为：1500X0.75 = 4500L/h每班生产7小时计，总耗水量：4500X7 = 31500L4.3.14装酒机用水每冲洗一次用水1.251,每班冲洗一次，每间次0.25h 最大用水量：1.25-0.25 = 5 t/h4.3.15杀菌机用

47、水杀菌机每瓶耗水量1L用水量为：1500X 1 = 1500L/h1500 X 7= 10500L/班4.3.16其它用水包括冲洗地板，管道冲刷洗滤布每班需用水5吨，用水时间1h 则：每小时用水量：5-1 = 5 t/h。重点设备的设计选型糖化工段的重点设备：煮沸锅的单体设计 煮沸工艺：麦汁的煮沸时间对啤酒的质量影响很大，在常压下煮沸，淡色啤酒(10%T2%)的煮 沸时间一般在90-120分钟，浓色啤酒可适当延长一些。在加压0.11-0.12 MPa条件下煮 沸，时间可缩短一半左右。合理的延长煮沸时间，对蛋白质的凝固、提咼酒花利用率和 还原物质的形成是有利的，对泡沫性能不利。过分的延长煮沸时间

48、，不仅经济上不合理， 麦汁质量也会下降。例如:麦汁色泽深、口味粗糙、苦味减轻、泡沫不佳等，对淡色啤 酒来说影响更严重一些。因此合理的煮沸时间是很重要的。本次煮沸工艺是按照常用煮沸方法设定78OC麦汁打入煮沸锅进行煮沸。在麦汁淹没 内加热器加热区后往内加热器壳程中通入0.5 MPa 155C的饱和蒸汽，麦汁由92C加热 到1040C并维持一段时间。其整个煮沸过程如下：在煮沸锅内麦汁从780C升至1000C约22m in内;1000C预煮沸l0min左右;煮沸温度 从 1000C 升至 102-104 0C 约 10-15min 内;在压力 0.03MPa,温度 102-1040C 下煮沸35mi

49、n 左右;蒸汽在15min内卸压麦汁降至1000C;在100C后煮沸IOmin.采用圆筒球底内加热式煮沸锅1. 容积进入煮沸锅的麦汁量=3803.4LV有效=34.23m3取充满系数为0.7,所以V锅=48.9m32. 尺寸.4- 1000X900X850 = 34.23m3有效V =26.5X1.25 = 48.9m3总，R=0.8D, h =1/2D h =0.18D1 2卅H3.14U2 D又 V =34.23D = 4.53m有效圆整取D = 4600mmR=3.624m,h =2.3m,h =1.15m1 23. 排气管：排气管的截面积与锅底面积d2 / D2 = (1/30-1/5

50、0)取 1/40d排气管直径d 2 / D 2 = 1/40D煮沸锅直径D= .462 xl 十 40 =0.727m取整 d=730mm，取 110 x 10mm复核d2/D2 =730/6800)21/40 复合要求。4. 麦汁进口管糖化一次可煮沸35.21 m3麦汁，设30分钟内装完一次糖化量，则:V =35.21/(30 x 60)=0.0196 (m3/ s)S而麦汁的流速为V=0.5-1 m/s，现取V=0.55m/sA二 f 4A/3.14 =0.213m=213mm圆整后取213mm，查化工原理上册知219 x 6mm5. 蒸气进口管在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q最大,且

51、知煮沸时间为1.5小时，热效率95%,6故蒸汽进口管能满足最大进气量，就满足该设备的需要。 由之前的计算可知Q =12934798.5KJ D =5962Kg/h Q 每小时最大蒸汽耗量，KJ/h。 max最大maxD 最大蒸汽耗量，Kg/h。最大设有两个蒸气进口管 则每个管子最大蒸汽进量D=2981Kg/h=0.83Kg/s0.3Mpa 下 p二 1.6501kg/ m3蒸汽V 二 D/p 二 0.83/1.6501二 0.503 m3/ss汽查 发0.3Mpa （表压）下，卩=20 40m/s;取卩=28m/s 贝U .；4V /(3.14卩)=0.151m;圆整到 d=152mm S卩=

52、4V /(3.14d2)二 28.1m/s e 20,40；符合要求S查表知取159 x 4.5符合要求。6. 冷凝管出口管计算D 二 0.95 x D二 0.95 x 5962 二 5663.9kg / m3冷水最大0.3Mpa 下 p 二 D / p 二 5663.5/932.0 二 608m3 二 0.0017m3 / s水 冷水 水卩=0.5 1.5m/ s,现取卩=0.8m/ sd = 4V /2x3.14卩=4x 0.0017 (2x3.14x 0.8) = 0.037m = 37mm v s*圆整后去 40mm u = 2V /(3.14d2) = 2x0.0017 十(3.14

53、x 0.04) = 0.68m/s e (0.5,1.5), d=40mmS查化工原理上册知应选45 x 2.5 mm。7. 排料管管径计算设在20分钟内排尽麦汁，且流速为0.6m/s，V = 33.45 十 20 十 60 = 0.028m / ss所以 d = J4V /(3.14卩)=0.244m = 244mm 圆整后去 259mm，查表知277 x 9mm8. 不凝气出口管径计算V = 2 x 0.05V= 2 x 0.05 x 0.503 = 0.0503m3/ sS不汽s汽u为20 40m/s,现取u = 25m / s所以d = .4V/（3.14u） = 0.051,圆整后为

54、 55mm s不汽应选取57 x 3.5的钢管。9. 封头的选择和计算（1）形状选择作为标准件的封头，目前常用的主要有，椭圆形封头，碟形封头，半球形封头，锥 形封头。表5-1各种封头比较如下封头形式相同条件（材 质、温度、D、 6）下的承载 能力相同条件（材 质、温度、P、D、6 ）下的壁 厚相同条件（材 质、温度、P、D、6 ）下的壁 厚金属耗量单位容积的表面积制造难易 程度半球形最 大最小最少最小难椭圆形次之次之次之次之易碟形再次之再次之再次之与椭圆形封头接近易带折边的锥形 封头差a大，则6大 a 小,则6小与a 、 Dis有 关与半锥角a有关较复杂本设计力求承压能力好，焊接容易方便的原则

55、，下封头采用球形，上封头采用锥圆 形的封头。（2）球形下封头厚度与强度计算厚度：6 二PcDi/（4o t Pc）Pc 为计算压力0.15MPaDi为圆筒内直径3300mm为计算厚度，mm 为焊接接头系数，1.09 t为设计温度下材料的许用应力，本设计封头选钢后号为的高合金材料Q235-A, 105 则 6 =0.15X3300宁（4X105X1-0.15） =1.3mm6 e=6 +C2=1.3+1.5=2.8mm查表 1-7-9C1=0.5, 6 n=5mm计算应力：6 =0.15X（3300+3）宁（4X3）=41.25Mpa 6 =41.25o t=105 故符合标准 最大工作压力:P

56、w= 4X3X105X1宁（3300+3）=0.382Mpa设液面高度 h : V 液=21.3m3V 球=3.14宁 12 XD3=12.2m3V 柱=21.3-12.2=9.1=4X3.14Xh 得 h=0.9mh =0.9+1.8=2.7m总锅底承受压力：P=pgh=1048X9.8X2.7=27730Pa标准大气压 ：P 总=0.1+0.028+0.0009=0.129MPa 取设计压力为015MPa（3）折边锥型封头的设计设计压力0.15MPa （标准大气压）设计温度200C，锥壳大端直径3600mm,大端过滤段转角 的半径为140mm,锥壳半顶角为60度，腐蚀余量1 mm,锥壳材料

57、Q235-A,焊缝系数为0.85 ,厚度与主体一样也为6mm10. 筒体部分计算(1) 锅体材料选择选用型号为Q235-A. (2)锅体壁厚的计算由于本设计选用球形封头，球形封头的薄膜应力较其它封头为最小，边缘应力影响也较 小，为了焊接方便，标准上允许取封头与筒体等厚度，本设计取6 =6mm的不锈钢板 (3)锅体重量计算圆柱形锅体的体积：VI =n XDiXHX6 =3.14X3.6X1.8X0.006=0.122 m3 锅底的体积：V2=S 内X6 =0.5X3.14X3.6X3.6X0.005 =0.102 m3锥形顶盖的体积：V3=0.5n XD+0.36X3.14X6 =16.5X0.

58、006=0.099 m 3G=(V1+V2+V3)Xp =(0.122+0.102+0.099)X7800=2519.4()11. 升气筒计算设升气筒面积为料液面积的1/40，则管径d 即n d2/4= (1三40)Xn d2宁4,即 d=550mm6 二PcDi=550X0.15宁(2X105X1-0.1)=0.4 mm6 e=6 +C1+C2+A=0.4+0.2+1.1+2.33=4mm12. 支座的计算取锅体重3t,醪液重22t则总重G=3+22=25t本设计选用6个支座每个支座需承担的负荷Q=25-6=4.1t按标准取B型耳式支座6支。12.2.2煮沸锅加热面积的计算 煮沸锅的内加热器

59、和管壳式换热器相似，可以采用管壳式换热器的设计方法计算所需换 热面积。传热计算中的两个基本方程式12.2.2.1传热方程式热流体将热量通过某固定壁面传给冷流体的过程称为传热。传热的基本方程式称为 传热方程式，以下式表示：Q=kmF Atm式中km-换热器的平均传热系数，W/(m2 K)F为传热面积，m2;tm为两个流体之间的平均温差，K。由上式可知，为求传热面积F,必须先求取传热量Q,传热系数k以及热、冷流体 间的平均温差At m.12.2.2.2内加热器热力计算步骤整个麦汁加热过程选取换热量最大的两个过程计算所需的换热面积，分别是麦汁加 热段和加压煮沸段。首先计算出每段所需吸收的热量，并利用

60、己知条件求出平均温度及 平均温差，然后假设一个总传热系数后，计算出所需的换热面积。得到内加热器的基本 模型。再校核总传热系数。如校核合格即可确立所需的内加热器换热面积。12.2.2.2.1两个煮沸阶段换热面积的计算1)麦汁加热段(700C1000C)的换热面积计算t = (70+100)宁2=85OCm平均温度及平均温度下的物性参数 麦汁的物性参数粘度：|J =0.615 X 10-3Pa s密度：p=1014kg/m3导热系数：入=0.5540W/(m K )比热：CP=3.968kJ/(kg K) tm =155OC 时饱和蒸汽的物性参数粘度：J =0.719X10-3Pa s密度：p=2.898kg/m3汽化潜热：r=2113.2kJ/kg 麦汁升温所需的热量G1为麦汁的质量 流体的平均温差AtmQ =CPG1(t -t )=21253.3X0.889X (100一70)=2380667kJ1 2 1Gl=p Vt =(T -t )-(T -t )/ln(T -t )-(T -t