《发酵工厂设计概论》课程设计年产30万吨啤酒厂工厂设计

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1、发酵工厂设计概论课程设计第一章 总论第一节 啤酒的概况啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，075升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度黄啤酒含酒精3左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。啤酒中的矿物盐，对人体组织细胞的代谢起着调节作用。有利于人体必需水分的摄取吸收，啤酒所

2、含酒花素、既能促进唾液、胃液和胆汁分泌、健胃益脾，又可治疗肺和淋巴结核，还能促进伤口愈合和烧伤者痊愈。贫血患者常饮啤酒，能促进红细胞的生长，增强造血功能。神经衰弱者采用“啤酒疗法”即饭后半小时和睡前各饮啤酒半瓶（约320毫升），30日为一疗程，效果显著。特别是冬季饮用温啤酒，会使人周身发热，祛寒解乏，中、老年人最为适宜。 啤酒品种很多，一般可根据生产方式，按产品浓度、啤酒的色泽、啤酒的消费对象、啤酒的包装容器、啤酒发酵所用的酵母菌等种类来分类。根据原麦汁浓度分类啤酒酒标上的度数与白酒上的度数不同，它并非指酒精度，它的含义为原麦汁浓度，即啤酒发酵进罐时麦汁的浓度。主要的度数有18、16、14、1

3、2、11、10、8度啤酒。日常生活中我们饮用的啤酒多为11、12度啤酒。根据啤酒色泽分类淡色啤酒色度在5-14EBC之间。淡色啤酒为啤酒产量最大的一种。浅色啤酒又分为浅黄色啤酒、金黄色啤酒。浅黄色啤酒口味淡爽，酒花香味突出。金黄色啤酒口味清爽而醇和，酒花香味也突出。浓色啤酒色泽呈红棕色或红褐色，色度在14-40EBC之间。浓色啤酒麦芽香味突出、口味醇厚、酒花苦味较清。黑色啤酒色泽呈深红褐色乃至黑褐色，产量较低。黑色啤酒麦芽香味突出、口味浓醇、泡沫细腻，苦味根据产品类型而有较大差异。根据杀菌方法分类鲜啤酒啤酒包装后，不经巴氏灭菌的啤酒。这种啤酒味道鲜美，但容易变质，保质期7天左右。熟啤酒经过巴氏

4、灭菌的啤酒。可以存放较长时间，可用于外地销售，优级啤酒保质期为120天。根据包装容器分类瓶装啤酒国内主要为640ml和355ml两种包装。国际上还有500ml和330ml等其他规格。易拉罐装啤酒采用铝合金为材料，规格多为355ml。便于携带，但成本高。桶装啤酒材料一般为不锈钢或塑料，容量为30升。啤酒经瞬间高温灭菌，温度为72C，灭菌时间为30秒。多在宾馆、饭店出现，并专门配有售酒机。由于酒桶内的压力，可以保持啤酒的卫生。第二节 啤酒酿造原料以大麦芽和大米（包括特种麦芽）为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成。第二章 工厂总平面设计第一节 总平面设计设计原则和基本要求（1）总平面设计必须符合生

5、产流程的要求。（2）总平面设计应当将占地面积较大的生产主厂房布置在厂区的中心地带，以便其他部门为其配合服务。（3）总平面设计应充分考虑地区主风向的影响，以次合理布置各建、构筑厂房及厂区位置。（4）总平面设计应将人流、货流通道分开，避免交叉。（5）总平面设计应遵从城市规划的要求。（6）总平面设计必须符合国家有关规范和规定。第二节 工厂的组成啤酒厂是由生产车间、辅助车间、动力设施、给水、排水设施，全厂性设施等组成。生产车间：制麦车间，糖化车间，发酵车间 。辅助车间：原料预处理车间，过滤车间，灌装车间，仓库。动力设施：变电所，锅炉房，冷冻机房。给水设施：水塔，水池，冷却塔等。全厂性设施：办公室，食堂

6、，医务室，浴室，厕所，车棚，围墙，大门，传达室。第三章 啤酒工厂设计第一节 设计原则1、必须符合计划任务书的规定和要求。6 ) k7 # N; uS2、设备选用时，应满足生产工艺要求，同时安全可靠，尽量选用成套设备，通用设备， 以利于提高机械化程度，方便生产，节约投资。- h8 X8 3 H1 p4 S3、本设计尽量少或不占耕地，选择流程尽量减少，避免污染物排放。尽量减少三废处理量，同时注意节能和充分利用余热。p6 B9 P, r6 P6 ; B4、结合实际，根据国家的所需而合理决定工厂的产品品种及合理安排工厂的产品方案，兼顾经济效益和社会效益，以最小投资，换回最大的经济效益第二节 设计特点

7、1、本设计从实际出发，讲究效益，生产的各个环节中力图以较少的人力、物力、财力取得较大的经济效益。此为本设计的指导思想，亦是本设计最主要的特点。: V. V* |; c/ h 2、本设计从国内市场的销售来确定产品，使产品在市场上具有较强的竞争力。3、本设计的厂址在城市近郊，在劳动力，动力、水的供应，排水工程及生! + g2 XB( w6 M# b活设施等方面能利用城市原有的设施，减少投资。 9 a0 2 / r) t7 q+ a6 a 4、本设计从节约用地出发，充分利用厂房设备来安排产品，对于那些类型不相同，生产设备，生产条件十分相同，甚至是用同一厂房，设备来生产不同产品，这对于厂房用地，设备投

8、资都很有利。 , H9 VOC) R1 Ea+ e/ |5、本设计是产品卫生达食品卫生法规，遵守有关条款的规定。 第三节 设计可行性在中国建立最早的啤酒厂是俄国人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂, 此后五年时间里, 俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。然而, 我们啤酒业大力发展真正发生在1979年后十年, 我国的啤酒工业每年以30%以上的高速度持续增长。80年代, 我国的啤酒厂如雨后春笋般不断涌现, 遍及神州大地。 到1988年我国大陆啤酒厂家发展到813个, 总产量达656.4 万吨, 仅次于美国、德国, 名列第三, (到1993 年跃居第二 ) 短短十年, 我国啤酒厂家

9、增长9 倍, 产量增长17.6 倍, 从而我国成了名符其实的啤酒大国。随着经济的增长，人们对啤酒的消费会越来越大。目前，我国人均啤酒消费量虽然已接近22升，但中西部地区仅在10升左右，8亿多人口的农村人均连5升不到。因此，我国啤酒市场还拥有很大的挖掘潜力，消费量仍将保持增长。所以也看到了啤酒工业的发展前景。这时候建立一个啤酒工厂的话，产品的广阔市场为工厂的生存和发展提供了良好的保证。第四节 产品方案及规模的确定 占地10001500平方千米，总投资2.8亿元人民币。麦芽汁发酵生产，产品品种：12度淡色啤酒产品包装：500ml瓶装产品产量：年产20万吨5 W$ b1产品产期：11，12月为生产淡

10、季 。其它月份为旺季。淡季每天糖化5次，旺季每天糖化8次。第五节 厂址选择的重要性及原则厂址选择是基本建设前期工作的重要环节，在工厂设计中有明显的政治经济技术的意义。厂址选择正确与否，不仅关系到建厂过程中能否以最省的投资费用，按质按量按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产，技术管理和发展远景，都有着很大的影响，并同国家地区的工业布局和城市规划有着密切的关系厂址的选择应该作到深思熟虑和严谨从事。厂址选择的原则1、要有可靠的水源，在满足啤酒厂生产用水的水质、水量及水温的条件之下，应尽可能靠近水似，以缩短管路及动力电缆的铺设工程.如用山泉水、地下水、水库水，自来水或江河水等水源，

11、可单独采取一种水源，也可取二种或三种水源以分别用于生产。 - ce: o M6 % L+ t2、根据交通运输方式的不同而考虑厂址的位置.如原材料、成品以水运为主，则应尽可能靠近河流，并考虑码头的适当位置:如以陆运为主，则须靠近铁路或公路，并尽量减少沿途修建桥、隧洞的工程。 # L9 M4 k# f3、厂址应尽可能靠近一些已有的热，电源，以充分取得企业协作的条件。 2 G D/ |: 8 n4 E+ b4、厂址地质要符合啤酒厂设计的要求，一般地耐力宜在20吨/平方米以上为好，可节约基础工程投资，但应避免在地表过浅或已露头岩石的地区及喀斯特、土崩、滑坡、流砂地区或是古河道，古墓之上选择厂区。 6

12、U) a) _$ j- j6 t: 2 p5、一般啤酒厂厂址应避免选在地震基本烈度在七度或七度以上地区:当地展基本烈度为九度或超过九度的地区不宜建大型啤酒厂.3 6、厂址不宜选在有矿产地区、有古迹文物地区。风景游览区、有化学废料，有机废料堆放的地区等。 7 9 U% W; i. Q: p. x+ H4 7、厂址应尽量靠近城镇或啤酒销售区域，以减少大量的瓶箱运输。$ Y0 U7 ( n3 # Q( X4 h/ X 8、选厂时应考虑职工生活区的位置，并尽可能靠近城镇，以减少集体事业设施的投资，改善职工生活福利的条件。 9 U5 L) 2 w: p Q- Z# k5 J& N/ X+ ?9、选厂中还

13、应尽量了解施工期间水电供应，劳动力来源，施工工人居住生活，施工机械、预制场地、建材的运输、堆放等条件的利便情况。 # z8 j3 C7 M , R A10、要考虑啤酒厂的综合利用以及啤酒厂废料的处理及堆放场地。第六节 厂址的确定及说明厂址选择结果：, 4 n! e; D0 D: g3 Q% z) T1 T综合以各种因素，初步选择涪陵江东乌江近郊作为啤酒厂的厂址。这样原料购买运输不成问题，产品又能及时的销往各中心城市，交通较为方便，是较为理想的选择。第四章 啤酒生产工艺流程说明第一节 原料加工处理麦芽制造工艺流程： 原料（大麦）浸渍发芽干燥除根啤酒酿造工艺流程： 糖化用水洗糖用水 酒花 原料（麦

14、芽，大米）粉碎糖化麦汁过滤麦汁煮沸装瓶灭菌喷码贴标包装入库 酵母 冲氧啤酒酿造需要四种原料：大麦、酒花、水和酵母。这些原料的质量决定着所生产啤酒的质量。了解这四种原料的特性及其对工艺的影响，是对起进行加工处理的前提，只有这样才能有针对性地进行工艺控制。第二节 啤酒的生产啤酒的生产过程大体可以分为四大工序：麦芽制造；麦汁制备；啤酒发酵；啤酒包装与成品啤酒。麦芽制造大麦是酿制啤酒的主要原料，是先将其制成麦芽，再用于酿酒。大麦在人工控制的外界条件下进行发芽和干燥的过程，即为麦芽制造，简称“制麦”。发芽后的新鲜麦芽称绿麦芽。绿麦芽经干燥后称干麦芽。麦芽制造过程如下： 大麦预处理浸麦发芽干燥除根成品麦芽

15、传统的制麦过程分为三个阶段：（1）精选后的大麦，浸渍水中，使达到发芽所需要的水分，此阶段为大麦浸渍。（2）浸渍后的大麦，在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程形成的酶系,使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽，此阶段为人工发芽。（3）发芽完毕的绿麦芽，利用热空气进行干燥和焙焦此阶段为麦芽焙燥。新型的制麦方法，常运用浸渍时充分供氧的理论，使大麦在浸渍吸水过程中，即开始萌芽。边浸渍，边发芽，使浸渍和发芽合为一个生产阶段，大大缩短了生产时间。大麦发芽的目的是使麦粒内部产生一定数量的水解酶，并利用这些水解酶，分解胚乳的贮藏物质，使其进行合理的降解。（1）胚乳细胞壁的部分或全部降解，使焙燥后的麦粒变得疏松

16、，更易粉碎，内容物质更易溶出。（2）麦粒的胶质聚糖物质充分降解，使麦芽浸出物的粘度大大降低。（3）胚乳的部分淀粉和蛋白质进行合理降解，形成一部分低分子水溶性物质，这些物质是组成麦汁的主要成分。 麦芽焙燥的作用是使绿麦芽的水分降低，发芽停止，便于去根和贮藏。但麦芽焙燥并不只是一个简单的水分蒸发过程，它还同时进行了复杂的生化变化，使焙燥后的麦芽具有独特的香味和色泽。麦芽焙燥系根据制造不同的麦芽类型，采取不同的焙燥方法，以适应酿制不同类型的啤酒。麦汁制备麦汁制备通常在工厂又称为糖化。麦芽及辅料必须经过这个过程，制成各种成分含量适宜的麦汁，才能由酵母发酵酿成啤酒。麦汁制造的全过程，可分为麦芽及辅料的粉

17、碎、醪的糖化、过滤，以及麦汁煮沸、冷却五道工序。将粉碎的谷粒/麦芽于水在糊化锅/糖化锅中混合。糊化锅/糖化锅是一个巨大的金属容器：匹配CIP清洗系统与加热系统、搅拌装置以及大量自控装置。在糊化锅/糖化锅中，将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性麦芽汁。麦芽汁在被泵入煮沸锅之前需要先在过滤槽中去除其中的麦糟。过滤后的麦汁进入煮沸锅后，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽，除去不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵工序。啤酒发酵冷麦芽汁添加酵母后，开始发酵作用。

18、啤酒发酵是一项非常复杂的生化变化过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，其主要变化产物是酒精和二氧化碳，另外还有一系列的发酵副产物，如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等。这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化性能，使啤酒具有其独特的典型性。 不同的酿造者，由于采用了不同的酵母菌株，从而衍生出不同的发酵工艺和生产出不同类型的啤酒。传统的啤酒发酵方法，可分为上面发酵和下面发酵两种类型。前者采用上面酵母和较高的发酵温度；后者采用下面酵母和较低的发酵温度。这两种啤酒风味不同，各具特点。 啤酒发酵过程分主发酵（又名前发酵）和后发酵两个阶段。酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的分解以及酵母的一

19、些主要代谢产物，均在主发酵阶段完成。后发酵是前发酵的延续，必须在密闭容器中进行，使残留糖分分解所形成的二氧化碳溶于酒内，达到饱和；并使啤酒在低温下陈酿，促进酒的成熟和澄清。 由于科学技术的不断发展，啤酒发酵过程中的一些变化机制，正逐步为人们所掌握。为了缩短发酵周期，提高发酵设备利用率，人们在传统的发酵技术上，又创造了许多新型发酵方法，如搅拌发酵、高温发酵、加压发酵、连续发酵等，并且创造了多种新型发酵容器。啤酒包装与成品啤酒 啤酒经过后发酵或后处理，口味已经达到成熟，二氧化碳已经饱和酒内，酒液也已逐渐澄清，此时再经过机械处理，使酒内悬浮的轻微粒子最后分离，达到酒液澄清透明的的程度，即可包装出售。

20、啤酒的包装方式系根据销售的需要而为，有瓶装啤酒，罐装啤酒和桶装啤酒。 在包装啤酒之前，必须将啤酒澄清，啤酒的澄清系指啤酒与其所含的固体粒子分离的过程。啤酒在贮藏期间，因酵母逐渐沉降和部分不稳定的蛋白质-单宁复合物的析出、凝集、沉淀而逐步变得澄清。这种自然澄清的现象，主要由于固液相的不同相对密度而产生的，沉降速度较慢，只能使啤酒达到一定的澄清程度，对其中极轻微的粒子则很难在较短时间内完全沉淀下来。要使成品啤酒达到澄清透明，富有光泽的程度，则必须通过机械方法进行处理。这些机械澄清方法可以除去啤酒中的酵母和细菌以及微小的混浊物质粒子，不仅使啤酒外观富有吸引力，而且大大改善了啤酒的生物稳定性和非生物稳

21、定性。啤酒的包装它对啤酒的质量和外观有直接的影响。在包装过程中应做到以下要求：（1）严格的无菌要求，包装后的啤酒应符合卫生标准；（2）在包装过程中应减少二氧化碳损失，以保证啤酒口味和泡沫性能；（3）在包装过程中应尽量避免与空气接触，防止因氧化作用而影响啤酒的风味稳定性和非生物稳定性。第五章 物料衡算第一节 基础数据（表1）表1啤酒生产基础数据项 目名 称百分比（%）项 目名 称百分比（%）定 额 指 标原料利用率98.5原料配比麦芽60麦芽水分6大米40大米水分13啤酒损失率(对热麦汁)冷却损失7.5无水麦芽浸出率75发酵损失1.6无水大米浸出率92过滤损失1.5麦芽清净和磨碎损失0.1装瓶损

22、失2.0总损失12.6一 100KG 原料生产12度淡色啤酒物料衡算（1）热麦汁量 根据表5-1可得原料收率分别为： 麦芽收率为： 0.75（1006）100=70.5% 大米收率为： 0.92（10013）100=80.04% 混合原料收得率为： 0.6070.5%（10.1）+0.4080.04%98.5%=73.16%由上述可得100kg混合原料可制得的12热麦汁量为：（73.1612）100=609.66（kg）又知12汁在20时的相对密度为1.084，而100热麦汁比20时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100）体积为：（609.661.084）1.04=584.92L（2） 添

23、加酒花量： 609.660.2%=1.22kg（3） 冷麦汁量为： 584.92（10.075）=541.05L（4） 发酵成品液量： 541.05（10.016）=532.39L（5） 清酒量（过滤）为：532.39（10.015）=524.41L（6） 成品啤酒量为： 524.41（10.02）=513.92L二 生产100L12P淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12成品啤酒513.92L，故可得出下述结果：（1） 生产100L12淡色啤酒需耗混合原料量为：（100513.92）100=19.46kg（2） 麦芽耗用量： 19.4660%=11.68kg（3）

24、 大米耗用量： 19.4611.68=7.78kg（4） 酒花用量为 对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为： （584.92/513.92）1000.2%=0.2276kg（5） 热麦汁量为： （584.92/513.92）100=113.82L（6） 冷麦汁量为： （541.05/513.92）100=105.28L（7） 湿糖化糟量： 设排出的湿麦糟水分含量为80%，则湿度糟量为：（10.06）（10075）/（10080）11.68=13.72kg 湿大米糟量为：（10.13）（10092）/（10080）7.78=2.71kg故湿糖化糟量为： 13.72+2.71

25、=16.43kg（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：（10040）/（10080）0.2276=0.683kg（9） 发酵成品液量：（532.39/513.92）100=103.60L（10）清酒量： （524.41/513.92）100=102.04L三 200000t/a 12P淡色啤酒糖化车间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：2407+605=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：20

26、00001.012=179628458.5L（2）清酒产量：179628458.5（10.02）=201661692.3L（3）发酵液总量：201661692.3（10.015）=204732682.6L（4）冷麦汁量：204732682.6（10.016）=208061669.3L（5）煮沸后热麦汁量：208061669.3（10.075）=224931534.4L 20麦汁体积：224931534.41.04=216280321.5L 12P麦汁质量为（20）：216280321.51.084=234.4106Kg （6）混合原料量：234.4106Kg 12%73.16%=38.4510

27、6Kg（7）麦芽耗用量：38.45106Kg 0.60=23.07106Kg 大米耗用量：（38.4523.07）106=15.38106Kg（8）酒花耗用量：224931534.40.2%=449863.07Kg根据经验估算，混合原料量定为38.45106Kg，实际产量才大于200000t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：第二节 啤酒厂糖化车间物料衡算一览表（表2） 表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100L 12P淡色啤酒糖化一次定额量200000t/a啤酒生产混合原料Kg10019.469747.47538450000麦芽K

28、g6011.685848.48923070000大米Kg407.783898.99015380000酒花Kg1.220.2276114.029449863.07热麦汁L584.92113.8257014.618224931534.4冷麦汁L541.05105.2852738.522216280321.5湿糖化糟Kg84.4216.438228.81816293060湿酒花糟Kg3.660.683342.088677333.66发酵成品液L532.39103.6051894.705204732682.6清酒液L524.41102.0451116.285201661692.3成品啤酒L513.92

29、10050093.9592262450.59备注：12P淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒为228906t。第六章 热量衡算本设计采用国内常用的双醪一次煮出糖化法，下面就工艺为基准进行糖化车间的热量衡算。数据根据表2表3啤酒厂糖化工艺流程示意图去发酵煮沸强度10%冷凝固物冷麦汁酒花糟热凝固物薄板冷却器回旋沉淀槽90min酒花煮沸锅麦汁麦糟过滤70糖化结束7820min10min7min13min12min料水比1：4.5糖化锅热水，5070，25min5min自来水18糊化锅大米粉 3898.99kg麦芽粉 779.80kgt0（），20min麦芽粉 5068.69kg46.7

30、， 60min料水比1：3.5t（）100，10min90 20min100，40min63，60min第一节 热量衡算 糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为：G1=(7226.311445.26)4.5=39022.02 (kg)式中,7226.3为糖化一次大米粉量, 1445.26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:G2=20233.443.5=70817.04(kg)式中, 20233.44为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量,即21678.71445.26=20233.44(kg).而21678.7为糖化一次麦芽定额量.故糖化总用水量为:39022.02708

31、17.04=109839.02(kg)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(t2t1)= 109839.064.1832=14692072.67 (kJ)Cw 水的比热等于1calg-1-1(即4.1868103Jkj-1K-1)第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程可知,Q2= Q2Q”2Q21.糊化锅内米醪由初温t0加热至100耗热Q2Q2G米醪C米醪(100t0)计算米醪的比热容C米醪根据经验公式C谷物=0.01100Wco+4.18W进行计算 。式中W为含水百分率;co为绝对谷物比热容,取co=1.55kJ/(kg.K)C麦芽=

32、0.0110061.55+4.186=1.71kJ/(kg.K)C大米=0.01100131.55+4.1813=1.89kJ/(kg.K) G大米C大米+G麦芽C麦芽+G1CW C米醪= G大米+G麦芽+G1 7226.31.89+1445.261.71+39022.024.187226.7+ 1445.26+39022.02 3.76kJ/(kg.K)米醪的初温t0，原料的初温为18 ，而热水为50G米醪G17226.31445.2647693.6(kg) (G大米C大米+G麦芽C麦芽) 18+ G1CW50则t0 G米醪C米醪 8445922 47 179328把上述结果代回,得Q247

33、693.63.76 (10047)= 9504380.6(kJ)2.煮沸过程蒸汽带出的热量Q”2煮沸的时间是30min,蒸发强度每小时5%,则蒸发水分量为:V1= G米醪5% 3060=1192.34(kg)故Q”2= V1I=1192.342257.2= 2691349.85 (kJ)式中,I为煮沸温度(约为100)下水的汽化潜热(kJ/kg)3.热损失Q2米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的15%,即Q2=15%(Q2Q”2)4由上述结果得:Q2= 1.15(Q2Q”2)=14025090.02(kJ)第二次煮沸前混合醪升温至70的耗热量Q3按糖化工艺,来自糊化锅的煮沸的米醪

34、与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63,故混合前米醪先从100冷却到中间温度t1糖化锅中麦糟的初温t麦醪已知麦芽粉这温为18，用50的热水配料，G麦醪=20233.44+70817.04=91050.48 (kg)麦醪的比比热容G麦芽c麦芽+G2cW 20233.441.71+70817.044.18c麦醪 = =3.63kJ/(kg.K)G麦芽+G2 20233.44+70817.04则麦醪温度为: G麦芽c麦芽 18+ G2CW50 20233.441.7118+70817.044.1850t麦醪 G麦醪c麦醪 91050.483.6346.67()2.根据热量衡算,且忽略热损失,米醪与麦醪并

35、合前后的焓不变, G混合= G麦醪+ G米醪=91050.48+47693.6=138744.08(kg)混合醪的比热容 G麦醪c麦醪+ G米醪c米醪c混合= = 3.67kJ/(kg.K) G麦醪+G米醪t混合=63则米醪的中间温度为:G混合c混合t混合G麦醪c麦醪t麦醪 138744.083.676391050.483.6346.67 t G米醪C米醪 47693.63.76=93因此温度比煮沸温度只低7，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。3Q3= G混合c混合(7063)= 138744.083.677=3564335.4 (kJ)(四)第二次煮沸混合醪的耗

36、热量Q4由糖化工艺流程可知：Q4=Q 4+ Q 4+ Q 41.混合醪升温至沸腾所耗热量Q 4经第一次煮沸后米醪量为:G米醪= G米醪V1=47693.61192.34=46501.26 (kg)糖化锅的麦芽醪量为:G麦醪=G麦+ G2=20233.44+70817.04=91050.48(kg)故进入第二次煮沸的混合醪量为:G混合= G米醪+ G麦醪=46501.26+91050.48=137551.74(kg)据工艺,糖化结束醪温为78,抽取混合醪的温度为70,则送到第二次煮沸的混合醪量为: G混合(7870) G混合100%=26.7% 10070麦醪的比热容: C麦醪3.63kJ/(k

37、g.K)(计算公式如上式) 混合醪的比热容:C混合3.67kJ/(kg.K)(计算公式如上式)故Q 426.7%G混合c混合（10070）26.7%137551.743.67304043567(kJ)2二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4煮沸时间为10min,蒸发强度为5%,则蒸发水分量为:V226.7%G混合5%106026.7%137551.745%1060306.05(kg)故Q 4=I V2=2257.2306.05690822 (kJ)式中,I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓(kJ/kg)3.热损失Q 4根据经验有: Q 415%( Q 4+ Q 4)15%(4043567690822)46533

38、894.把上述结果代回式中,得Q4=1.15(Q 4Q 4)5351397(kJ)(五)洗糟用水耗热量Q 5洗糟水平均温度为80,以每100kg原料用水450kg计算,则G洗G混合原料450100289054.5130072.7(kg)Q 5G洗cW(8018)130072.74.186233709589(kJ)(六)麦汁煮沸过程耗热量Q 6Q 6= Q 6+ Q 6+ Q 61.麦汁升温至沸点耗热量Q 6由生产物料平衡表可知,100kg混合原料可得到607kg热麦汁,且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=28905607100175453.35(kg) 21678.71

39、.717226.31.89289056.44.18又C麦汁 289057.43.85kJ/(kg.K)故Q 6= G麦汁c麦汁(10070)= 175453.353.853020264862(kJ)2.煮沸过程蒸发耗热量Q 6煮沸强度10%,采用新型麦芽汁煮沸系统,合计时间1.5h,则蒸发水分为:V3=175453.3510%1.526318(kg)故Q 62257.22631859404995(kJ)3.热损失为 Q 615%( Q 6Q 6)4.把上述结果带回式中,可得麦汁煮沸总耗热Q 6115%( Q 6Q 6)115%(20264862+59404995)79669957(kJ)(七)

40、糖化一次总耗热量Q总Q总 14692072.67 +14025090.02+3564335.4 +5351397+33709589+79669957151012441(kJ)第二节 蒸汽耗量计算一 糖化一次耗用蒸汽量D使用表压为0.4MPa的饱和蒸汽,I=2725.3kJ/kg,则:Q总 151012441D 73464(kg)(Ii) (2725.3561.47)95%式中，i为相应冷凝水的焓(561.47 kJ/kg); 为蒸汽的热效率,取95%.二 糖化过程每小时的最大蒸汽耗量Qmax在糖化过程各步骤中,麦汁煮沸耗热量Q6为最大,且知煮沸时间为90min,热效率95%,故: Q 6 79

41、669957Qmax 55908741.75(kJ/kg) 1.595% 1.595%相应的最大蒸汽耗量为: Qmax 55908741.75Dmax 25837.86(kg/h) 1i 2725.3561.47三 蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为1980次，共生产啤酒20万吨。年耗蒸汽总量为：DT734641980145458720 (kg)年20万吨啤酒成品耗蒸汽(对糖化):Ds145458720200000727.29kg/KL啤酒每昼夜耗蒸汽量(生产旺季算)为:Dd734645367320 (kg/d)至于糖化过程的冷却,如热麦汁被冷却成冷麦汁后才送到发酵车间,必须尽量回收其中的热量。最

42、后，把上述计算结果列成热量消耗综合表表4 20万吨/年啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格(MPa)每KL产品消耗定额(kg)每小时最大用量(kg/h)每昼夜消耗量(kg/d)年消耗量(kg/a)备注蒸汽0.4(表压)727.2925837.8636732088156800第三节 发酵车间耗冷量计算啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类,而后者又有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分。不同的发酵工艺，其耗冷量也随之改变。下面以本厂采用的锥形罐发酵工艺进行20万吨啤酒厂发酵车间的耗冷量计算。工艺技术指标及基础数据年产12淡色啤酒20万吨;旺季每天糖化5次,淡季3次,每年共糖化1980次;主发酵时间6

43、天;12Bx麦汁比热容C14.0kJ/(kg.K)；冷煤用15%酒精溶液，比热容可视作C24.18kJ/(kg.K)麦芽糖厌氧发酵热q=613.6 (kJ/kg)麦汁发酵度65%.根据发酵车间耗冷性质，可分为工艺耗冷量和非工艺耗冷量量类，即：QQt+Qnt工艺耗冷量Qt麦汁冷耗冷量Q1冷却方法是采用一段式冷却。使用的冷却介质为2的冷冻水，出口温度为85。糖化车间送来的热麦汁温度为93，冷却至发酵起始温度10。根据啤酒生产物料衡算表，可知每糖化一次得热麦汁227631L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3，227631L约为227.631m3故麦汁量为: G1048227.631238557.

44、3(kg) 又知12麦汁的比热容为4.0 kJ/(kg.K),工艺要求在1h内完成冷却过程,则所耗冷量为:Q1Gc(t1t)/238557.34.0(9310)/179201023.6(kJ/h)式中, t1 和t分别为麦汁冷却前后温度() 冷却操作过程时间(h)根据设计结果,每个锥形发灌装4锅麦汁,则麦汁冷却每罐耗冷量为:Qf4Q1 479201023.6316804094.4(kJ)相应的冷冻介质(2的冷水)耗量为:Q179201023.6M1 228284.5(kg/h)cm(tt1)4.18(852)式中，t1和t 分别是冷冻水的初温和终温()cm 水的比热容kJ/(kg.K)发酵耗冷

45、量Q发酵期间发酵放热Q麦芽糖发酵反应总反应方程如下： C12H22O11+H2O+4ATP+4Pi4C2H5OH+4CO2+4ATP+热量假定麦汁固形物均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵放热量为613.6 kJ/kg。由于所选菌种的原因，发酵度超过65%，现假定发酵度为65%，则1L麦汁放热量为：q0613.612%65%47.86(kJ)根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为210558L,则每锥形罐发酵放热量为：Q047.86210558440309223.5(kJ)由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化6锅麦汁，并考虑到发酵放热的不平衡，取系数1.5，忽略主发酵期的麦汁温升，则发酵高峰期耗冷量为

46、： Q01.56 40309223.51.56Q2 = 629831.6(kJ/h) 2464 2464发酵后期发酵液降温耗冷Q” 主发酵后期,发酵液温度从10降至1,每天单罐降温耗冷量为:Q0”4Gc1101= 4238557.34.011=41986084.8(kJ)工艺要求此过冷过程在2天内完成,则耗冷量为(麦汁每天装1.5各锥形罐):Q”1.5 Q0 /(242)1312065.15发酵总耗热量QQQ+ Q” 629831.6+1312065.15=1941896.75(kJ/h)每罐发酵耗冷量Q0Q0Q0+ Q0” 40309223.5 +41986084.8=82295308.3(

47、kJ)发酵用冷媒耗量(循环量) M2 发酵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:M2Q/( Cm8)1941896.75/（4.188）=58071.1(kJ/h)酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3在锥形罐啤酒发酵过程 ,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57次，现设6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。冷却前无菌水温为30，用8酒精液作冷却介质。由上述条件，可得无菌水用量为：Gw21055861.0%3=37900.44(kJ/d)式中210558糖化一次的冷麦汁量(kg)

48、每班无菌水用量：GwGw3=37900.44/3=12633.48(kg/班)假定无菌水冷却操作在2h内完成,则无菌水冷却耗冷量为: Q3GwCm(twtw)/=12633.484.18(30-1)/2=765715(kJ/h)所耗冷冻介质量为：M3= Q3/CWt2t1= 765715/(4.188)= 22898(kJ/h)式中t1 、t2冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为8和0每罐用于酵母洗涤的耗冷量为:Q3GwCm(twtw)/1.5=12633.484.18(30-1)/1.5=1020953.3(kJ)式中 1.5每班装罐1.5罐酵母培养耗冷量Q4根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯

49、培养，培养时间为12d，即288h。根据工厂实践，年产15000t啤酒工厂酵母培养耗冷量为：41800(kJ/h)，现年产为20万吨，为10.12倍,即Q441800 10.12=423016(kJ/h)对应的年耗冷量为:Q4 Q42881042301628810=1218286080(kg/h)相应的高峰冷冻介质循环量为:M4Q4/Cmt2t1421036/(4.18812591(kg/h)发酵车间工艺耗冷量Qt综上计算,可求算出发酵车间的工艺耗冷量为:Qt79201023.6+1941896.75+1020953.3+423016 =164750763.3 (kJ/h)非工艺耗冷量Qnt除

50、了上述的发酵过程工艺耗冷量外,发酵罐外壁、运转机械、围护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量露天锥形罐冷量散失Q5根据经验，年产20万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量散失在65000150000kJ/t啤酒之间，若在南方热带地区设厂，可取高值。故旺季每天耗冷量为：Q5= Gb150000=2001.0126150000= 182160000 (kJ/d)式中 Gb旺季成品啤酒日产量(t)若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷量为：Q5=2Q5/24= 30360000 (kJ/h)冷媒(8稀酒精)用量：M5= Q5/Cmt2t1= 907894.7 (kJ/h)清酒罐

51、、过滤机及管道等散失冷量Q6按经验值，取Q6=12% Qt，所以：Q6=12% Qt=12%164750763.3 =19770091.596 (kJ/h)冷媒(8稀酒精)用量:M6= Q6/Cmt2t1=591211 (kJ/h)20万吨啤酒厂发酵车间冷量衡算表将上述计算结果,整理后可得200000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表,表5耗冷分类耗冷项目每小时耗冷量(kJ/h)冷媒用量(kg/h)每罐耗冷(kJ)年耗冷量(kJ)工艺耗冷量麦汁冷却Q179201023.6228284.5 (2)316804094.44.751011发酵耗冷Q21941896.7558071.182295308.3

52、3.9109无菌水冷却Q3765715228981020953.33.83108酵母培养Q442301612591145584721.22109工艺总耗冷Qt82331651.354146788284.811011非工艺耗冷量锥形罐冷损Q530360000907894.724591600001.031011管道等冷损Q619770091.5965912113969719281.591011非工艺总耗冷Qnt50130091.5961842744791.56.931011合计总耗冷Q132461742.94单耗第四节 水消耗计算由于麦芽是外购，所以不用麦芽制造用水，所以水的消耗从糖化用水开始。糖

53、化用水量计算糖化、糊化投料水 g1=22.3M洗麦糟用水 g2=1.52M洗酒花糟用水 g3=0.05M糖化设备洗涤水 g4=0.75M糖化车间总用水 G1=4.35.0M式中 M混合原料投料量（吨）M=28905（kg） G1=4.35.0M=4.3528905=124291.5144525（kg）冷却、发酵、贮酒的用水量计算麦汁冷却耗水 g1=1V式中 V每次投料得麦汁的体积（m3）g1=1210558=210558（kg）发酵液的冷却，车间槽、罐的洗涤等可按本车间槽和罐的总容积（m3）的5%/每昼夜计。发酵车间的地板洗涤，按车间的每m2耗水3L/昼夜计。啤酒灌装用水量计算洗瓶用水量以每百

54、升瓶容积耗水2030m3计清酒罐洗涤用水以清酒罐容积5%/每昼夜计灌装车间地板洗涤以每m2面积耗水3L/每昼夜计啤酒生产总耗水量每吨啤酒从糖化到灌装总耗水约50100吨每吨啤酒从麦芽到灌装，并包括冷冻、锅炉及生活用水约100吨。第七章 设备选型第一节 设备选择原则食品工厂设备大体分四个类型：计量和贮存设备、定型专用设备，通风机械设备，在选择设备时，要按下列原则进行：（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量（2）一般大型食品厂应选用较先进的机械化程度高的设备，中型厂则看具体备件，一些产品可以选用机械化、连续化程度高的设备，小型厂则选用较简单的设备。（3）能设备能充分利用原料，能耗少效率高、体积小

55、、维修方便、劳动强度底，并能一机多用。 （4）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料不易腐蚀不致对食品造成污染。（5）设备结果构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、酸碱度）（6）在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、计数和程序等方面有合理的控制系统，尽量采用自动控制方式。第二节 设备的选择啤酒厂一般分为七个车间，分别为：预处理车间，制麦车间，糖化车间，发酵车间，过滤车间，灌装车间，热量供应车间。一 预处理车间设备（1） 筛选设备1. 磁铁分离器磁铁分离器可由磁铁和电磁铁组成。考虑到电磁铁需耗电能且结构复杂，维修困难。该设计中选择了永久磁铁的平板式磁铁分离器。它具有结构简单，维护简便，不耗电能等优点，词性退化后，更换磁铁即可。2筛选机筛选机机械有多种不同的构造，发酵工厂较常用的是振动筛和转筒筛。该设计中的大麦粗选机是由筛选与风选相结合的筛选机。还配套一圆筒分级筛，用于大麦精选后的分级。其生产能力大于10t/h。 3. 风选机 啤酒原料大米,麦芽