年产15万吨经典啤酒厂糖化车间设计说明

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1、 . . 齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计（论文）题 目 年产15万吨12经典啤酒厂糖化车间设计（煮沸锅） 学 院 食品与生物工程学院 专业班级 生工111班 学生# 指导老师 王路 成 绩2015年6月 30 日43 / 50摘 要经典啤酒口味新鲜、酒花香味突出、泡沫洁白细腻并且营养丰富，是人们所喜爱的饮料之一。它是一种绿色食品。随着人们健康意识的增加，啤酒消费将出现热潮。啤酒是以麦芽和大米为主要原料，添加酒花，采用啤酒酵母发酵酿制而成的一种低二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。 本设计对15万吨12经典啤酒厂进行生产工艺流程论证，物料衡算，糖化工段热量衡算，水量衡算等等。并对啤酒厂主要设备的体

2、积，外形尺寸，壁厚，附件与重点设备煮沸锅进行研究设计。糖化方法采用双醪浸出糖化法。在降低能耗、减少水污染、啤酒糟的回收与利用等方面进行了探讨研究。关键词：啤酒厂；工艺论证；物料衡算；热量衡算；煮沸锅AbstractThe classic beer tastes fresh and light. The hops fragrance from the beer is prominent. The bubble of it is white and exquisite.And also the nutrition is rich. It is a Green food. With the incr

3、ease in health awareness, beer consumption will appear boom.The beer uses malt and rice as the main raw materials, adding hops and also with some beer yeast to ferment and brew. Its one kind of drinking wine which including low Carbon Dioxide, sudsy and low alcohol degree. An production process demo

4、nstration for the design of 1500,000 tons of 12 light beer and also Production material balance, Glycosylated section heat balance, Calculation of consumption of cold on fermentation section， Water balance were carried on. The brewery of the volume of the major equipment, profile size, area, the thi

5、ckness of cylinder, attachment, the major equipment of Boiling Pot has been designed and researched.The method of Glycosylated use double-infusion mashing syetem. The reducion of power consumption,.water pollution, recovery and utilization of brewers grains were researched and discussed.Key words: B

6、rewery; Technology demonstration; Materials balance calculate; Heat balance calculate; Boiling pot目 录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1 啤酒的起源11.2 我国啤酒工业发展简况11.3 啤酒的种类21.4 厂址选择21.4.1 厂址选择的原则21.4.2 厂址选择依据31.4.3 厂址的地点与条件31.4.4 自然条件41.4.5 工厂占地面积估算4第2章工艺选择与论证52.1 啤酒生产工艺流程52.2 啤酒酿造原辅料52.2.1 麦芽52.2.2 大米62.2.3 酒花62.2.4

7、 酿造用水62.3 糖化工艺72.3.1 糖化方法72.3.2 糊化方法与工艺72.3.3 过滤72.3.4 麦汁煮沸82.3.5 麦汁后处理10第3章三大衡算113.1 糖化车间的物料衡算113.2 150000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算163.2.1 糖化用水耗热量163.2.2 第一次米醪煮沸耗热量173.2.3 第二次煮沸前混合醪升温至70的耗热量183.2.4 第二次煮沸混合醪的耗热量193.2.5 洗糟水耗热量203.2.6 麦汁煮沸过程耗热量203.2.7 糖化一次总耗热量213.2.8 糖化一次耗用蒸汽量213.2.9 糖化过程每小时最大蒸汽耗量213.2.10 蒸汽单耗22

8、3.3 耗水量衡算223.3.1 工艺用水223.3.2 啤酒生产用水量衡算24第4章糖化车间主要设备选型计算254.1 麦芽粉暂贮槽254.2 大米粉暂贮槽254.3 糊化锅254.4 糖化锅264.5 过滤槽274.6 回旋沉淀槽27第5章重点设备计算与论证285.1 容积和直径285.2 圆柱筒体的厚度计算285.3 锅体下封头的选择与厚度计算295.4 锅体上封头的选择与计算305.5 加热器的计算315.6换热器的面积345.7 换热器蒸汽进管的计算345.8 麦汁排醪管径计算355.9 麦汁倒醪入口管径计算355.10 锅重与支座选型365.11 升气管365.12 人孔375.1

9、3 视镜37第6章啤酒厂的三废治理386.1 三废治理386.1.1 啤酒厂废水来源386.1.2啤酒厂废水的分类386.1.3 啤酒废水处理方法386.2 副产物的利用396.2.1 麦糟的利用396.2.2 二氧化碳的回收39结论41参考文献42附录43致44第1章 绪 论1.1 啤酒的起源啤酒是世界上历史最悠久且分布围最为广泛的饮料。啤酒的酒精度低、营养丰富并且有益于人的身体健康，因而有“液体面包”之美称，受到众人的喜爱。啤酒距今大约已有9000多年的历史，起源于古代的巴比伦和亚述地带、幼发拉底河、底格里斯河流域、尼罗河下游和九曲黄河之滨，后传入欧美与东亚等地。公元前3000年左右，古埃

10、与人就已经开始使用啤酒和葡萄酒来作为饮料。随着科学技术以与生产实践的不断进步，啤酒酿造技术也同样日趋完善，公元9世纪日耳曼人在啤酒酿造中使用酒花来代替香料，使得啤酒酿造技术向前跨进了一大步。18世纪后期，由于欧洲资产阶级的兴起和产业革命的发展，使得科学技术取得了极大的进步，啤酒工业开始从手工业生产模式转变成为大规模机械生产模式。1.2 我国啤酒工业发展简况我国啤酒工业开始于近代。19世纪末，帝国主义的侵略我国，我国啤酒产业开始进入市场消费模式。1900年，沙皇俄国在八王子建立了乌卢布列夫斯基啤酒厂这是我国建立的第一个啤酒厂，即现在的啤酒厂前身。5060年代，随着国家经济的复与发展，政府开始斥资

11、兴建啤酒厂，我国啤酒工业初具规模。80年代，随着经济的快速增长，我国啤酒产业得到了空前的发展，啤酒消费与生产能力也随之提高，我国也随之成为了啤酒大国。2014年，世界经济持续“复疲弱”状态，中国国经济情况同样受到影响，从而使我国的酿酒行业进入了调整期。啤酒行业则开始了销量减少，盈利增长的模式。至2015年，中国啤酒产业进入发展的重要时期，是由成长期进入成熟期的关键时期2。早期的啤酒生产，啤酒生产工艺与添加剂的使用极其落后，科研水平不高，其监控过程大多采用人工方式，随着啤酒生产量的加大，也使得工作人员的人工任务量过大，使得啤酒产量无法达到人们所需求的量，同时也容易出现质量问题。 虽然采用了一些监

12、控设备，但其控制简单、可视性差，不能良好地完成对啤酒生产过程的控制，使得所生产的啤酒产品质量不高。随着我国啤酒工业水平的迅猛发展，啤酒酿造技术也在不断改进创新，传统啤酒酿造技术已经被打破，尤其是在添加剂的使用、啤酒的后修饰等方面更为突出。啤酒酿造设备也在不断完善，从而啤酒产量与品质更加完善。本设计容为，年产15万吨12P经典啤酒糖化车间的设计，重点设备为煮沸锅。了解经典啤酒酿造工艺与原料，对啤酒生产过程中进行物料衡算、热量衡算、耗冷量计算。并对重点设备进行设计与选型。绘制工艺流程图、厂区平面图与设备图。1.3 啤酒的种类啤酒是全世界分布最广，也是历史最悠久的酒精性饮料，啤酒酒精含量低、营养丰富

13、、有益于人的健康，因而有“液体面包”之美称，受到众人的喜爱。我国最新的国家标准规定：啤酒是以大麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精度（2.57.5，V/V）的各类熟鲜啤酒。啤酒品种很多，一般可根据生产方式、产品浓度、啤酒的色泽、杀菌种类、啤酒的包装容器、啤酒发酵所用的酵母菌等种类来分类。1. 根据麦汁浓度性质分类啤酒酒标上的度数并非指酒精度，它的含义为原麦汁浓度，即啤酒进罐发酵时的原麦汁浓度。主要的度数有18、16、14、12、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。2. 根据啤酒色泽分类（1）淡色啤酒：色度在5

14、-14EBC之间。淡色啤酒是啤酒中最为常见的一种。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。（2）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。（3）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。3. 根据杀菌种类分类（1）鲜啤酒：不经巴氏杀菌出产的啤酒。鲜啤酒味道鲜美但易变质，保质期仅为7天左右。（2）熟啤酒：经过巴氏灭菌的啤酒。啤酒保质期为120天。1.4 厂址选择1.4.1 厂址选择的原则（1）厂址选择需要依照国家的

15、法律法规以与建设前期工作规定进行，且需要符合工业布局与所在地区的城市规划要求。（2）厂址选择需要符合国家现行土地管理与环境保护法的相关规定，应充分利用该地区的有利条件，例如人力、物力、财力与自然资源。避开并克服不利条件，如节约用地，远离自然保护区与风景名胜，有利于三废处理。（3）厂址选择应处于交通便利的地方，使企业接近原料、产地与消费区，降低企业成本；使得总体经济效益提高，提升企业水平。1.4.2 厂址选择依据说明所选厂址的自然条件与其具备的技术经济条件，并附有说明材料。通常包括以下10项：（1）地理位置与厂址环境说明厂址所在地理图上的坐标、海拔高度；行政归属与名称；厂址近邻距离与方位（包括城

16、镇、河流、铁路、公路、工矿企业与公共设施等），并附上比例1：50000的地理位置图与厂址地形测量图。（2）厂址场地外形、地势与面积说明可利用的场地、地势坡度与现场平整措施，附上总平面布置规划方案图。（3）厂址地质与气象说明土壤类型、地质结构、地下水位与厂址地区全年气象情况。其中风向、风速变化情况的表示法，详见本章附件资料说明。（4） 土地征用与迁民情况说明土地征用有关事项、居民迁居的措施等。（5）交通运输条件说明依据地区条件，提出公路、铁路、水路等可利用的运输方案与修建工程量。（6）原材料、燃料情况说明其产地、质量、价格与运输、贮存方式等。（7）给排水方案说明依据地区水文资料，提出对厂区给水取

17、水方案与排水或污水处理排放的意见。（8） 供热供电条件说明依据地区热电站能力与供给方式，提出所建厂必须采取的供热供电方式与协作关系问题。，（9）建筑材料供应条件说明场地施工条件与建筑厂房的需要，提出建筑材料来源、价格与运输方式问题，尤其就地取材的协作关系等。（10） 环保工程与公共设施说明厂址的卫生环境和投产后对地区环境的影响，提出三废处理与综合利用方案与地区公共福利和协作关系的可利用条件等。1.4.3 厂址的地点与条件本设计的厂址选择在省龙江县。龙江县位于黑吉蒙三省区交汇处、市西部、雅鲁河畔，地处大兴安岭南麓与松嫩平原过渡地带，西邻自治区，距市72公里，距满洲里市600公里。龙江县位于三省交

18、界处，交通便利，战略位置突出，具有很强的市场潜力和辐射力。在这里建厂，原因有以下几个方面：第一：市场广阔。优越的地理位置、庞大的消费市场、辽阔的辐射区域，为投资者提供了广阔的市场前景。第二：劳动力资源丰富。1.4.4 自然条件1.气候龙江县属于中温带大陆性季风气候，春季风大少雨干旱，夏季温热短促，雨热同季，秋季气温变化迅速，易旱霜，小气候特征明显，冬季漫长寒冷干燥。年平均气温4.6，最冷月平均气温为-16.9，极端最低气温达-36.4；最热月平均气温22.9，极端最高气温达41.5。降水量西北多，东南少，年平均降水量469.8毫米。年平均温度55%，最小相对湿度为0%。无霜期比较短，年平均无霜

19、期148天。全年日照2661.1小时，占可照时数的59.8%。年平均风速每秒2.9米，最多风向为西北风。年平均蒸发量1503.4毫米，大于等于10活动积温平均在2774.8。主要气象灾害有干旱、洪涝、大风、冰雹、霜冻、雷暴等自然灾害，尤以干旱严重。2.水资源龙江县流域面积100平方公里以上的河流主要有嫩江、雅鲁河、济沁河、绰尔河、罕达罕河等29条，总长度1111.63公里。主要湖泊有龙江湖、调洪泡、鸿雁泡等3个，水面面积33km3，均为淡水湖泊。全县地表、地下水资源总量8.9亿立方米，目前可利用利用水量为6.9亿立方米，实际年利用量为：2.8亿立方米占水资源总量的31.5%。根据龙江县水资源开

20、发利用规划报告，全县地表水资源量为3.2亿立方米，全县地下水总补给量为4.85亿 m3/a；在河谷平源最为丰富，在山前台地中地下水资较贫乏，地下补给量主要是大气降水渗入补给，占总补给量78.71%，最小为渠系渗入量，仅占2.47%。采用开采量系数计算的可开采量为3.86亿 m3/a。1.4.5 工厂占地面积估算估算该啤酒厂占地面积为8-10万平方米。第2章 工艺选择与论证2.1 啤酒生产工艺流程啤酒生产分为两大部分：麦芽制造和啤酒酿造。过去建造的啤酒厂规模比较小，将麦芽制造作为啤酒厂的一个车间，即麦芽车间。随着建厂规模的扩大，新建啤酒厂往往不再建麦芽车间，而是由专门的麦芽厂商供应，这样可降低成

21、本、便于管理。啤酒酿造工艺流程：沉淀槽冷却器粉碎机大米糊化锅加酒花麦芽粉碎机糖化锅过滤槽煮沸锅灌装灭菌清酒罐过滤机发酵罐扩培罐2.2 啤酒酿造原辅料2.2.1 麦芽麦芽是啤酒生产的主要原料，生产中是先将大麦制成麦芽，再用来酿造啤酒。将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。麦芽应外观整齐，除根干净，不含杂草、谷粒、尘埃、枯芽、半粒、霉粒、损伤残缺粒等。麦芽应有一定的颜色与光泽，如浅色麦芽，与大麦一样应具有淡黄色而有光泽，深色麦芽，应呈琥珀色、深褐色且有光泽。发霉的麦芽呈绿色、黑色活红斑色；含铁质的水也能影响麦

22、芽的色泽。使其发暗。麦芽应有特殊的香味，不应有霉味，潮湿味，酸味、焦苦味与烟熏味等，麦芽香味与麦芽类型有关，浅色麦芽香味轻些，深色麦芽香味重些，长期储存或保管不善的麦芽会逐渐失去其固有的香味。2.2.2 大米大米是最常用的辅助原料。添加大米的啤酒，色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香味突出、非生物性好。大米淀粉含量高，蛋白质、多酚类物质、脂肪含量较麦芽低。大米主要为啤酒酿造提供淀粉来源，一般大米用量为25%45%。大米中，淀粉含量比大麦、玉米高出10%20%，蛋白质含量比两者低3%左右，使用大米代替部分麦芽，可以提高发酵醪糖浓度并减少含氮组分。有利于提高出酒率并改善啤酒风味。2.2.3 酒花酒花

23、是酿制啤酒的一种贵重原料，它可以赋予啤酒特殊的清香和适口的苦味，可增加啤酒的防腐能力，并有利于啤酒泡沫的持久性。酒花在啤酒酿造中最主要的成分是酒花树脂、酒花油和多酚物质，它们赋予啤酒特有的苦味和香味。（1）酒花树脂酒花树脂是啤酒苦味的主要来源，主要成分是酸和酸以与其氧化产物。（2）酒花油酒花中含0.5%2.0%的酒花油，为黄绿色至棕色液体，易挥发，溶于乙醚、酯与浓乙醇，不溶于水和麦汁。酒花油一直被认为是酒花香味的主要来源。（3）多酚物质酒花含4%10%的多酚物质，它是非结晶混合物，也是影响啤酒风味和引起啤酒浑浊的主要成分。低分子的多酚对啤酒是有益的，可以增加啤酒的醇厚性，但是氧化了的高分子多酚

24、则会导致啤酒风味生硬粗糙。同时多酚物质有沉淀蛋白质的作用，使麦汁澄清，但是这种作用会持续到装瓶后的成品啤酒中，导致啤酒浑浊，所以在生产中要很好的控制酒花多酚。2.2.4 酿造用水啤酒的主要成分是水，所以水的好坏对啤酒的影响很大。用于酿造啤酒的水应该是无色、透明、无沉淀、无味、总溶解盐150200mg/L、pH值6.87.2、有机物（高锰酸钾耗氧量）03mg/L、铁盐（以Fe计）0.3mg/L、锰盐（以Mn计）0.1mg/L、氨态氮（以N计）0.1mg/L、氯化物（以Cl计）2060mg/L、游离氯0.1mg/L。质量指标应符合啤酒大麦国家标准。通常，软水适于酿造淡色啤酒，碳酸盐含量高的硬水适于

25、酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为：无色，无臭，透明，无浮游物，味纯正，无生物污染；硬度低；铁、锰含量低（含量高对啤酒的色、味有害，而且能引起喷涌现象）；不含亚硝酸盐。2.3 糖化工艺2.3.1 糖化方法糖化是指将麦芽和辅料中的高分子贮藏物质与其分解产物，通过麦芽中各种水解酶类作用，以与水和热力作用，使之溶解并溶解于水。糖化一般分为浸出糖化法和煮出糖化法两大类，本次工艺主要采用浸出糖化法中的双醪浸出糖化法。糖化醪与糊化醪兑醪后，醪液不再煮沸，而是直接在糖化锅升温，达到糖化各阶段 所要求的温度。由于只有部分醪液进行煮沸，胚乳细胞壁的高分子麦胶物质与其他杂质溶出较少，所制麦汁色泽浅，粘度低，口味柔和

26、，发酵度高，特别适合酿造浅色淡爽型啤酒喝干啤酒；而且操作简单，糖化时间短。设计采用双醪浸出糖化法，料水比为1:3.5。为了提高日糖化批次以达到增产的目的, 糖化方法应采用双醒浸出法比较合理, 它结合了传统“煮出法”和“浸出法”两方面的特点, 仅对辅料进行一次煮沸, 兑醒后全部采用浸出法步骤, 工艺过程较简单, 操作也易于控制, 在原有的一个糊化锅和一个糖化锅设备条件下, 只需要增加一个糖化锅, 同时, 加强麦汁过滤和煮沸的能力, 日糖化批次就可以提高一倍, 生产设备的利用率和灵活性均有所提高1。2.3.2 糊化方法与工艺在啤酒糖化过程中，糊化是啤酒糖化过程中的重要步骤，在糊化过程中淀粉浓度高,

27、则在升温过程中形成的高粘度,影响淀粉的吸水膨胀, 造成糊化不均匀。因此, 淀粉糊化须在一定浓度下才能顺利的进行,淀粉浓度越低,淀粉与耐高温一淀粉酶的接触越好,糊化效果也越好3。进入糊化锅中的料水比为1:4.5。辅料采用较大加水比进行糊化，并尽可能利用外加-淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多的麦芽，在糊化煮沸时，促进皮壳溶解和形成焦糖、类黑精。辅料糊化醪一次倒入糖化锅。经糊化后的大米醪与麦芽醪混合后，直接经过68保温30min，升温到78保温15min到过滤温度，然后过滤。2.3.3 过滤糖化过程结束后，对糖化醪中的可溶性浸出物与不溶性的麦糟进行分离的过程。在最短的时间尽可能获得多的澄清麦汁。

28、过滤在整个生产中虽然工艺参数较少，但操作技术却是要求最高的一个过程。过滤控制不当，不仅影响到最终麦汁产量，而且会给啤酒的泡沫、风味、非生物稳定性等带来不良的影响。麦芽醪的过滤设备，通常有三类：（1）依赖于液柱静压力为推动力的过滤槽法。（2）依靠泵送醪的正压力为推动力的压滤机法。（3）依赖于液柱正压力和麦汁泵抽吸局部负压的渗出过滤槽法。本设计采用压滤法：板框式压滤机是由容纳糖化醪的框和分离麦汁的滤布与收集麦汁的滤板各若干组组成过滤元件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。采用此法麦汁收得率高，可实现自控，而且操作费用低、水耗小。糖化醪过滤多采用过滤糟进行间歇操作，包括：过滤槽预热、进醪、静

29、置、打回流、过滤得头号麦汁、洗糟得洗涤麦汁。2.3.4 麦汁煮沸（1）煮沸工艺采用低压煮沸法，通过调节麦汁煮沸时蒸汽压力，使得麦汁煮沸时煮沸强度低于2，同时麦汁在煮沸前通过真空冷却器，形成1.2%以上的后蒸发量，从而使麦汁蒸发强度降低，但蒸汽耗量减少，以达到节能的目的。煮沸时间过长影响啤酒口感，通过优化煮沸条件，同样可以达到啤酒的口感标准，同时减少能量损失，满足工艺要求4。（2）操作过程由板框过滤机泵入煮沸锅的麦汁液位置达到一定高度后，开始向列管加热器通入蒸汽，令麦汁保持沸腾60min，蒸发强度10%，当出现溢锅时，打开冷却水阀门，冷水通过冷环管进入锅，同时关蒸汽阀，降低蒸发强度。本设计采用列

30、管加热器加热，加热器由于结构紧凑，不需要动力，有利于节省蒸汽耗量，还省去了其他外加热器的附件，节省了成本投资。酒花分两次添加：第一次，煮沸510分钟，添加总量的30%40%；第二次，煮沸3045分钟，添加总量的60%70%糖麦芽粉+50酿造水4630min20min大米粉+耐温-淀粉酶+52酿造水1/min7020min 4710430min 5 min6830min7025min7815min20204060801001201401601802002202401030405060708090100糖化时间/min5min碘试不呈色图2-1 糖化工艺曲线9化工艺曲线：糖化温度/曲线说明：（1）

31、大米在糊化锅中与水混合，并升温煮沸糊化，与此同时麦芽与水在糖化锅混合，46.76保温，进行蛋白质休止。（2）糊化过程是：糊化是在47.09恒温20min，加热到70保温20min，再加热到104煮沸30min.糖化过程是：在46.76保温30min进行蛋白质休止，对醪加热到糖化温度68，恒温60min再加热到78结束糖化过程。糖化工艺论证：占投料总量30%的大米先在糊化锅中煮沸糊化。大米糊化温度高，若直接与麦芽一起糊化会造成大米糊化不完全，大米浸出率下降，浪费原料等。有时会破坏麦芽中的水解酶类，影响到原料的利用率。由于麦芽糖化力和粉碎度的因素，麦芽糖化宜采用分段式糖化方法：首先， 在46.76

32、进行蛋白质休止，目的是减少高分子氮比例，限制蛋白质过度分解。麦汁中有适量的可溶性氮与其分解中间产物能赋予啤酒醇厚丰满的口感；升温至68利用-和-淀粉酶协助麦芽醪的糊化、液化，促进果糖、葡萄糖、麦芽糖等可发酵性糖的形成；然后在78麦芽中的水解酶类钝化；糖化醪的pH是随麦芽质量、酿造用水水质而变化，对于啤酒的糖化，一般在6370温度围，-和-淀粉酶的最适pH围较宽，可以在pH5.25.8围波动，影响不大。2.3.5 麦汁后处理由煮沸锅放出的定型热麦汁，在进入发酵以前还需要进行一系列处理，包括：热凝固物分离，冷凝固物分离、冷却、充氧等系列处理，才能制成发酵麦汁。麦汁后处理主要是通过物理方法将热凝固物

33、质与麦汁分离，将麦汁冷却。分离：本设计采用回旋沉淀槽分离热凝固物。 冷却：本设计采用薄板换热器。麦汁冷却发酵接种温度后，接触氧，此时氧化反应微弱，氧在麦汁中呈溶解态，它是酵母前期发酵繁殖必需的。第3章 三大衡算3.1 糖化车间的物料衡算麦汁煮沸锅麦糟糊化粉碎麦芽，大米糖化过滤水、蒸汽薄板冷却器回旋沉淀槽热凝固物冷凝固物发酵车间糖化车间工艺流程示意图（图3-1）图3-1 啤酒厂糖化车间流程示意图3.1.1 工艺技术指标与基础数据表3-1 啤酒生产基础数据项 目名 称百分比（%）定 额 指 标原料利用率麦芽水分大米水分无水麦芽浸出率无水大米浸出率麦芽清净和磨碎损失98.561375950.1原料配

34、比啤酒损失率(对热麦汁)麦芽大米冷却损失发酵损失过滤损失装瓶损失总损失75254111.57.5啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦芽、大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化糟和酒花糟）等。根据上表的基础数据首先进行100kg原料生产12经典啤酒的物料衡算，然后进行100L12经典啤酒的物料衡算，最后进行150000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。3.1.2 100kg原料生产12P经典啤酒的物料衡算（1）热麦汁量 根据表4-1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： 0.95（10013）100=82.65% 混合原料收

35、得率为： 0.7570.5%+0.4080.04%98.5%=72.43%由上述可得100kg混合原料可制得的12热麦汁量为：（72.4312）100=603.58kg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：（603.581.084）1.04=579.08L（2）添加酒花量： 603.580.2%=1.22kg（3） 冷麦汁量为： 579.08（10.04）=555.92L（4） 发酵成品液量： 555.92（10.01）=550.36L（5） 清酒量（过滤）为：550.36（10.01）=544.86L（6） 成品啤

36、酒量为： 544.86（10.015）=536.69L3.1.3 生产100L12P经典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536.69L，故可得出下述结果：生产100L12经典啤酒需耗混合原料量为：（100536.69）100=18.64kg麦芽耗用量： 18.6475%=13.98kg大米耗用量： 18.6413.98=4.66kg酒花用量为 对经典啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：（579.08/536.69）1000.2%=0.215kg（5）热麦汁量为： （579.08/536.69）100=107.90L（6） 冷麦汁量为： （

37、555.92/536.69）100=103.58L（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）13.98=16.42kg湿大米糟量：（10.13）（10095）/（10080）4.66=1.01kg湿糖化糟量： 16.42+1.01=17.43kg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）0.215=0.645kg（9）发酵成品液量：（550.36/536.69）100=103.60L（10）清酒量： （544.86/536.69）100=102.04L

38、3.1.4 150000t/a 12P经典啤酒糖化车间物料衡算全年生产天数为300天，设旺季生产170天，淡季生产130天。旺季每天糖化数为6次，淡季每天生产次数为4次，则全年糖化次数为：1706+1304=1540计算的基础数据可算出每次投料量与其他项目的物料平衡。糖化一次所得啤酒为：1500001054=97.40 t/次则糖化一次定额量： 94.701012=18366L（1）混合原料量：(18366/536.69)100=18366kg（2）麦芽耗用量：18336 75%=13477.5kg大米耗用量：1836613477.5=4591.5kg（3）煮沸后热麦汁量：（579.08/53

39、6.69）18366=106354L（4）冷麦汁量：（555.92/536.69）18366=102101L（5）发酵液总量：（550.36/536.69）18366=101079L（6）清酒产量：（544.86/536.69）18366=100069L（7）酒花耗用量：（579.08/536.69）183660.2%=212.71kg（8）湿糖化糟量：湿麦糟量为：（10.06）（10075）/（10080）13477.5=16185kg湿大米糟量为：（10.13）（10095）/（10080）4591.5=998.7kg故湿糖化糟量为： 16185+998.7=17183.7kg（9）酒花糟

40、量：（10040）/（10080）212.7=638.1kg 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：如表3-2所示。表3-2 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经典啤酒糖化一次定额量150000t/a啤酒生产混合原料Kg10018.641836628283640麦芽Kg7513.9813477.520755350大米Kg254.664591.57070910酒花Kg1.160.215212.7327558热麦汁L579.08107.90106354163785160冷麦汁L555.92103.58102101157235540湿糖

41、化糟Kg93.5617.4417183.726462898湿酒花糟Kg3.480.645638.1982674发酵成品液L550.36102.55101079155661660清酒液L544.86101.52100069154106260成品啤酒L536.6910098568.8151800备注：12P经典啤酒的密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒为153621.6t。3.2 150000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算本设计采用国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。工艺流程如3-1图，数据根据表3-2以下对糖化过程各步操作的热量分别进行计算：去发酵煮沸强度10%

42、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7820min10min7min15min15min料水比1：4.5糖化锅热水，5070，25min5min自来水18糊化锅大米粉 4591.5kg麦芽粉 918.30kgt0（），20min麦芽粉 12559.2kg46.67， 60min料水比1：3.5t（）100，10min90 20min100，40min63，60min图3-3 啤酒厂糖化工艺流程示意图3.2.1糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为：式中，4591.5为糖化一次大米粉量，918.30为糊化锅加入的麦芽量（为大米量的20%

43、）。糖化锅加水量为： 式中12559.2糖化一次麦芽粉量，即（13477.5-918.3）kg13477.5糖化一次麦芽定额量。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：（3-1）式中t1糖化配料用水温度，t1=50t2自来水平均温度，t2=183.2.2 第一次米醪煮沸耗热量Q2由工艺流程图可知（3-2）糊化锅米醪由初温t0加热至100耗热Q2.1（3-3）式中W含水百分率c0绝对谷物比热容，取 c0=1.55kJ/（kgK）。c米醪米醪比热容， c谷物=0.01(100-W)c0+4.18W米醪的初温t0设原料的初温为18，而热水为50，则（3-4）其中：G米醪

44、=4591.5+918.3+24794.1=30303.9kg（3）把上述结果代回Q2，1=G米醪c米醪（100-t0）得：Q2，1=30303.93.76（100-47.1）=6.03106kJ 2. 煮沸过程蒸汽带出的热量Q2，2设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分为：V1=G米醪5%4060=1010.1kg故Q2，2=V1I=1010.12257.2=2.28106kJ式中I煮沸温度（约为100）下水的汽化潜热（kJ/kg）。3热损失Q2，3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：4.由上述结果得：Q2=1.15（Q2，1+Q2，2）=9.561

45、06kJ3.2.3 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t。1. 糖化锅中麦醪的初温t麦醪已知麦芽粉初温为18，用50的热水配料，则麦醪温度为：（3-5）=46.65其中：（3-6）=12559.2+43957.2=56516.4kg（3-7）=3.63kJ/（kgK） 2. 根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：=92.14其中：=30303.9-1010.1 =29293.8kg=30303.9+56516.4=48542.45kg因此温度比煮

46、沸温度只低20左右，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。3.则第二次升温前混合醪耗热量Q3为：Q3=G混合c混合（7063）=2.23106kJ3.2.4 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知：Q4= Q4，1+ Q4，2 +Q4，31. 混合醪升温至沸腾所耗热量Q4，1（1）经第一次煮沸后米醪量为：=30303.9-1010.1=29293.8kg糖化锅的麦芽醪量为：故进入第二次煮沸的混合醪量为：（2）根据工艺，糖化结束醪为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（10070）=26.7%（3）麦醪的比热容

47、混合醪的比热容：=3.67kJ/（kgK）（4）故=2.52106kJ2.二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4，2煮沸时间为10min，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为：V2=26.7% G混合5%1060=190.9kg故：Q42=IV2=2257.2190.9=0.431106kJ式中，I为煮沸下饱和蒸汽焓（kJ/kg）。3.热损失Q4，3根据经验有：Q4,3=15%（Q4，1+Q4，2）4.把上述结果代回Q4= Q4，1+ Q4，2 +Q4，3 得Q4=1.15（Q41+Q42）=2.95106kJ3.2.5 洗糟水耗热量Q5设洗糟水平均温度为80，每100kg原料用水450kg，则用水量为：G

48、洗=18366450100=82647kg故：Q5=G洗cw（8018）=2.95106kJ3.2.6 麦汁煮沸过程耗热量Q6Q6=Q6，1+Q6，2+Q6，31.麦汁升温至沸点耗热量Q6，1有表4-2糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到603.58kg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=18366603.58100=110853.5kg又c麦汁=3.85 kJ/（kgK），故：Q6，1= G麦汁c麦汁（100-70）=12.80106kJ2.煮沸过程蒸发耗热量Q6，2煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：V3=110853.510%1.5=166

49、28.0kg故：Q6，2=IV3=2257.216628.0=37.53106kJ3.热损失为Q6.3=15%（Q6，1+Q6，2）4.把上述结果代回Q6=Q6，1+Q6，2+Q6，3可得出麦汁煮沸总耗热Q6=115%（Q6，1+Q6，2）=57.88106kJ3.2.7 糖化一次总耗热量Q总（3-8）3.2.8 糖化一次耗用蒸汽量D使用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3kJ/kg，则（3-9）式中 I相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）蒸汽的热效率，取=95%3.2.9 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，且知煮沸时间为90min，

50、热效率95%，故：= 40.62106kJ/h相应的最大蒸汽耗量为：（3-10）3.2.10 蒸汽单耗根据设计，每年糖化次数为1540次，共生产啤酒153621.6t。年耗蒸汽总量为：Dt=49162.341540=75710003.6kg每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：Ds=75710003.6153621.6=492.8kg/t啤酒每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：Dd=49162.346=294974.04kg/d将上述计算结果列成热量消耗综合表表3-3 热量消耗综合表名称规格（MPa）每吨产品消耗定额（kg）每小时最大用量（kg/h）每昼夜消耗量（kg/d）年消耗量（kg/a）蒸汽0.3（

51、表压）492.818772.3294974.0475710003.63.3 耗水量衡算3.3.1 工艺用水1.糖化用水 100kg混合原料大约需用水量400kg，糖化用水量：kg 糖化用水时间设为0.5小时，故每小时最大用水量：kg/h2.洗澡用水100kg公斤原料约用水450kg，则需用水量kg用水时间约为1.5小时，则每小时洗糟最大用水量：kg/h3.糖化室洗涮用水一般糖化室与设备洗涮用水每糖化一次，用水约6t，用水时间约为2小时，故洗涮最大用水量：t/h4.沉淀槽冷却用水（冷却时间为1小时）式中 Q热麦汁放出热量（3-11）热麦汁比重c麦汁=1.043，热麦汁量： kg/h热麦汁比热cp

52、=4.10kJ/(kgK)，热麦汁温度t1=100t2=70，冷却水温度t1=18 t2=45，冷却水比热 c=1kJ/hkJ/h5.沉淀槽洗涮用水每次洗涮用水3.5吨，冲洗时间设为0.5小时，则每小时最大用水量：t/h6.麦汁冷却器冷却用水麦汁冷却时间设为1小时，麦汁冷却温度为5.56，分二段冷却，第一段：麦汁温度 7025，冷却水温度 1830，则冷却水用量：（3-12）麦汁放出热量：（3-13）式中麦汁量665563kg麦汁比热=4.10kJ/kg麦汁温度25水的比热 c=4.18kJ/kg，冷却水温度=18=30kJ/hkg/h7.麦汁冷却器冲涮用水设冲涮一次，用水4t，用水时间为0.

53、5小时，则最大用水量：t/h3.3.2 啤酒生产用水量衡算表3-4 啤酒用水量衡算表编号用水项目水质需要日水量最大用水量t/ht/次t/日1糖化用水自来水70.435.2211.22洗糟用水自来水26.439.6237.63糖化室洗涮用水自来水36364沉淀槽冷却用水深井水70.2070.204205沉淀槽洗涮用水深井水73.5216麦汁冷却器冲涮深井水8424第4章 糖化车间主要设备选型计算4. 1 麦芽粉暂贮槽单次糖化麦芽投料量G13774.5kg，麦芽粉比容c2.560m3/t，有效容积系数：0.7，所需容积：VGc/=13774.51032.560/0.750.4m3 （4-1）结构为

54、方形锥底，木结构，衬白铁皮，规格如下：A4000mm a300mmB4000mm b200mmH3000mm h1400mmV总ABHh(2AB+Ab+aB+2ab)/6 （4-2）=56m34. 2 大米粉暂贮槽单次糊化大米投料量G4591.5kg，大米粉比容c1.73m3/t，有效容积系数：0.7，所需容积：VGc/4591.51031.73/0.711.35m3该设备选用方形斜锥底，木结构，衬白铁皮，规格如下：A3000mm a200mmB2000mm b200mmH2000mm h1200mmV总ABHh(2AB+Ab+aB+2ab)/6=m34. 3 糊化锅1.容积单次糊化投料量为5

55、509.8kg，按每100kg原料所需体积为600700L做计算基准，填充 系数为0.7，则糊化锅所需容积：m3m3圆柱部分体积：V1D2h1 /4 h1= D/2椭圆底部容积：V22/3R2h2 h2=D/4 R=D/2V总V1V2 （4-3）即：55.10.785D2h1(2/3)R2h20.785 D2D/22(D/2)2D/12由此可求得：D4.7m取D=5.0m，则H=2.5m，锅底高为1.25m。4. 4 糖化锅1.有效容积糖化锅所需容积，按每100kg麦芽投料量作计算单位，则糖化锅的容量约为700800L，本设计中糖化锅投入麦芽量12559.2kg，则糖化锅理论所需容量为： m3

56、设糖化锅的填充系数为0.8，则：m3圆柱部分体积：V10.785D2h，h10.5D；椭圆底部容积：V22/3R2h2，h2=D/4，R=D/2则：109.90.785D2h1(2/3)R2h2解得：D5.9m 取整后取6.0m。由锅体径高比D：h2：1则可算出：R0.5D3.0m h11/2D3.0m h20.25D1.5 m有效容积取人孔底边以下0.5m计算V=69.45m34. 5 过滤槽（1）所需容积计算，由物料衡算，每次糖化物料总量：G=12559.2+43957.2=56516.4kg糖化醪重度为1065kg/m3，生产需要1.2空余系数，故所需体积为：V有效=56516.41065=53.07m3V总=53.071.2=63.68m3（2）设过滤槽轮廓比例为D:H=2：1，则D=5.45m取整D=5.5m,则H=2.75m4. 6 回旋沉淀槽近代使用的回旋沉淀槽多为平底圆筒体，因此：H麦汁=0.5D糖化一次热麦汁的量为106.35m3，那么：解得：D=6.47m 圆整后取D=6.5m麦汁切线进口位置约为槽中麦汁量的1/3高度。第5章 重点设备计算与论证5.1 容积和直径麦汁煮沸锅采用的是圆柱型的器身，椭圆型封头底和无折边锥形封头顶，顶角为60。根据啤酒工业手册P288所述，每100kg原料所需麦汁煮沸锅的容量为800-900L，本设计取900L，单次糖化原料为1