年产55万吨小麦啤酒的糖化车间的工艺设计(完整版)

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第31页 共31页年产55000t小麦啤酒的糖化车间工艺设计摘要小麦啤酒是以小麦麦芽为主要原料，低蛋白白皮软质小麦麦芽、优质大麦麦芽、大米、酒花的选取及合理配比是小麦啤酒封尾机质量的可靠保证。啤酒是一种含二氧化碳，起泡，低酒精度的饮料酒。啤酒分为淡色啤酒、浓色啤酒、黑啤酒、纯生啤酒、小麦啤酒、全麦啤酒和干啤。本设计是对年产55000t小麦啤酒糖化车间的工艺设计，主要包括工厂厂址选择及总平面设计，啤酒生产的糖化工艺设计，糖化车间物料衡算、糖化车间热量衡算、设备的设计与选型（主要是糖化锅），环境保护等方面内容。绘制啤酒生产工艺流程图和糖化锅图。关键词：小麦啤酒 糖化车间 工艺设计 Abstract Wheat beer is produced from wheat malt; reasonable selection of low protein wheat malt, high quality barley malt, rice, hops and ratio is wheat beer seals the tail machine quality reliable guarantee. Beer is a kind of wine of beverage including carbon dioxide, bubbles, and low alcohol degree. Beer is divided into such category, as mild beer, dark beer, pure draught beer, wheat beer, the whole wheat beer and dry beer.This design is with annual output of 55000 tons of wheat beer Saccharification workshop process design, mainly Including plant site selection and general graphic design, beer scarification process design of production, process calculation, glycosylated plant material balance, glycosylated plant heat balance, equipment design and selection (mainly glycosylated pot), environmental protection and so on contents. Draw beer production process flow chart and glycosylated pot figure.Key words: Wheat beer Saccharification workshop Process design前 言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。啤酒营养丰富，含17种氨基酸，包括8种人体“必需氨基酸”。还富含VB1、B2、B6、PP、 泛酸、叶酸等，所以又有“液体面包”之称。啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒，中国啤酒消费市场以淡色啤酒为主。随着人们生活水平的提高啤酒消耗量越来越大，我国啤酒市场前景广阔，而现在我国中西部地区大多数啤酒生产厂都是小型的生产企业，这种生产方式的原料利用率相对较低，并且能耗损失也较大。随着世界的发展，啤酒的生产技术逐步成为啤酒发展的重点。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。本次设计的主要任务是完成主要糖化车间的物料衡算、热量衡算及糖化锅设备计算与选型，还要绘制糖化车间生产工艺图和糖化锅结构图，麦汁生产采用二次煮出糖化法。本次专业课程设计我查阅了关于啤酒厂设计方面的很多资料，还采用了一些来自于工厂实际生产中的技术参数，主要进行了糖化车间的物料衡算、热量衡算及糖化车间相关设备的计算校核与选型，以及车间的布置。这些资料中的设计参数大部分都是目前生产中仍然在沿用的，但也有一些内容已经被更先进的技术所取代，而且现在的行业技术更新、进步是很快的。我在设计过程中难免会出现一些错误，和设计不足的地方。恳请各位老师提出宝贵的改进意见。1、 总论1.1本次设计的意义和目的本设计以课程设计任务书为基础，以最新科研成果和实际经验为依据，通过文献检索、收集资料，调查研究，综合分析，从节约能源和降低原料消耗，追求经济效益等角度出发，同时注重“三废”治理和综合利用副产物，充分重视环保防污。设计小麦啤酒生产过程中的糖化车间，以达到高效生产高质量的优质啤酒。通过本次课程设计，培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力，训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力，提高文字和语言表达能力，为我们以后做毕业论文（设计）打下基础。1.2啤酒生产基础知识简介1.2.1酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花。（1）大麦：大麦是酿造啤酒的主要原料，但是首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。（2）酿造水：啤酒的主要成分就是水，所以水的好坏对啤酒的影响很大。（3）酵母：酵母的种类很多，用于啤酒生产的酵母叫做啤酒酵母。啤酒酿造中酵母主要起的作用就是降糖，产生二氧化碳和酒精。（4）酒花：啤酒花作为啤酒工业的原料开始使用于德国。使用的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。1.2.2麦汁的制备其主要过程有原料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程(1) 原料的粉碎 麦芽粉碎的目的主要在于，使表皮破裂，增加麦芽本身的表面积，使其内容物质更容易溶解，利于糖化。按其粉碎类型来说，可以分为干粉碎和湿粉碎两种。（2）糖化：所谓糖化就是利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽中不溶性高分子物质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中间分解产物），逐步分解成低分子可溶性物质，这个分解过程叫做糖化。 整个过程主要包括：淀粉分解，蛋白质分解， B-葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。 糖化的主要方法：煮出糖化法，浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化法。（3）醪液过滤： 过滤目的：糖化工序结束后，应在最短的时间内，将糖化醪液中的原料溶出物质和非溶性的麦糟分离，以得到澄清的麦汁和良好的浸出物收得率。 过滤方法：过滤槽法，压滤机法，快速渗出法(Strainmaster)（4）麦汁煮沸 麦汁煮沸的作用：酶的钝化，麦汁灭菌，蛋白质的变性和絮凝沉淀，蒸发水分，降低麦汁的PH值等。（5）麦汁后处理：麦汁后处理主要是通过物理方法将热凝物质与麦汁分离，和将麦汁冷却。 分离：冷却盘法，沉淀槽法和回旋槽法 冷却：开放式冷却和密闭式（薄板冷却器，列管式冷却）冷却。1.2.3啤酒的发酵冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。1.2.4 啤酒的包装与成品啤酒(1) 啤酒的包装：啤酒的包装类型主要有三种：瓶装，桶装，罐装。啤酒的包装流程：瓶子选瓶浸瓶洗瓶控水验瓶装酒压盖验酒杀菌（生啤酒无需此步骤）贴标装箱(2) 成品啤酒： 色泽：啤酒主要有淡色啤酒，浓色啤酒和黑色啤酒，只要是以原料的不同和酿造工艺的不同来决定的，良好的啤酒，色泽光洁醒目，可以用次方法来辨别啤酒的质量。 透明度：良好的啤酒应该有着很好的透明度，不应有浑浊的现象。1.3小麦啤酒及其主要成分的介绍随着人们生活水平的提高及消费观念的转变，啤酒的品种正向着多样化、纯生化方向发展。小麦啤酒是以优质小麦为主要原料，适当使用一部分小麦芽、辅料（如大米），添加啤酒花，使用特定的发酵工艺生产，其特点是爽口、柔和，酒精含量稍高，泡沫性能极好，风味纯正独特，因而受到越来越多消费者的欢迎，具有广阔的发展前景。1.3.1小麦啤酒的类型1.酵母浑浊小麦啤酒（酵母小麦啤酒）：直接在灌装前精确调整瓶内的浸出物含量和酵母数量，要求准确操作。2.晶莹小麦啤酒：过滤后不含酵母的清亮小麦啤酒。1.3.2小麦啤酒的主要特点1.二氧化碳含量较高，6克/升10克/升或0.8%1.0%，能给饮者以清凉舒服之感。2.泡沫丰富、洁白细腻且泡持性好。泡持性一般可达250秒以上。3.香味纯正、独特。由于酯、高级醇和特定的酚类结合物含量较高，而给小麦啤酒带来典雅的香味。如赋予啤酒以果香、花香、丁香味等。4.小麦啤酒作为低酒精度的清凉饮料，比其它饮料更能解渴。5.小麦啤酒可给饮者带来好胃口，小麦啤酒的口味可使饮者产生不断饮用的欲望。6.小麦啤酒可以促进消化。因为小麦啤酒中少量的酒精和释放出来的二氧化碳可以加快人体内消化酶的活动。7.由于酒花的成分及钾盐的作用，小麦啤酒具有利尿作用。8.饮用小麦啤酒可以加快睡眠。人体摄入啤酒中的少量酒精可在很短的时间内产生镇静作用。少量啤酒不会导致疲劳，反而可以放松并排除精神压力。若事先有疲劳感，酒精则会起到加速睡眠的作用。9.因为酵母储有大量有价值B族维生素（特别是维生素B1、B2），所以，饮用未经过滤的富含酵母的啤酒更有利于健康。10.保质期长。采用酶制剂及麦汁澄清技术，可有效去除啤酒中多余的蛋白质，从而延长其保质期。1.3.3酿造用小麦的基本要求1.在啤酒生产中，小麦很少作为辅料使用，主要用于制造小麦芽继而用于上面发酵啤酒的酿造。如酿制含酵母的小麦啤酒、白啤酒等。2.适用于酿造小麦啤酒的品种却很少，其中，白色软质冬小麦因其蛋白质含量较低，浸出物含量较高而被广泛用于淡色小麦啤酒的生产。谷蛋白是典型的小麦蛋白质的混合物，约占蛋白质的80%左右。谷蛋白中的蛋白质主要是麦谷蛋白和麦醇溶蛋白。实验表明，蛋白质含量丰富的小麦不适合酿制小麦啤酒。3.酿造小麦除应符合GB135186规定外，还应符合下列基本要求：水分13%，发芽率90%，千粒重35克，淀粉57%64%，蛋白质13%，发芽率85%，无水浸出物82%，脂肪1.5%2.3%。4.由于小麦芽的浸出率较高，所以在酿造小麦啤酒时，小麦芽的使用量一般为50%60%。1.4厂址方案的选择1.4.1厂址选择的重要性厂址选择是指在相当广阔的区域内选择建厂的地区，并在地区、地点范围内从几个可供考虑的厂址方案中选择最优厂址方案的分析评价过程。厂址条件选择是项目建设条件分析的核心内容。项目的厂址选择不仅关系到工业布局的落实、投资的地区分配、经济结构、生态平衡等具有全局性、长远性的重要问题，还将直接或间接地决定着项目投产后的生产经营，直接或间接地决定着项目投产后的经济效益。1.4.2厂址选择的原则1、厂址的地区布局应符合区域经济发展规划、国土开发及管理的有关规定2、厂区的自然条件要符合建设要求3、厂址选择应按照指向原理，根据原料、市场、能源、技术、劳动力等生产要素的限度区位来综合分析确定4、厂址选择要考虑交通运输和通讯设施等条件5、便于利用现有的生活福利设施、卫生医疗设施、文化教育和商业网点等设施6、要注意保护环境和生态平衡1.5车间布置设计原则（1）确定设备布置形式 根据车间的生产纲领，分析产品产量关系，从而确定生产类型是大量生产、成批生产还是单件生产，由此决定车间设备布置形式是采用流水线式，成组单元式还是机群式。 （2）满足工艺流程要求 车间布置应保证工艺流程顺畅，物料搬运方便，减少或避免往返交叉物流现象。 （3）实行定置管理，工作环境整洁，安全.对车间布置时除对主要生产设备安排适当位置外，还需对其它所有组成部分包括在制品暂存地，废品废料存放地，检验试验用地、工人工作地，通道及辅助部门如办公室，生活卫生设施等安排出合理的位置，确保工作环境整洁及生产安全。 （4）选择适当的建筑形式 根据工艺流程要求及产品特点，配备适当等级的起重运输设备，进一步确定建筑物高度、跨度、拄距及形状。 （5）采光、照明、通风，采暖、防尘、防噪声。 （6）具备适当的柔性，适应生产的变化。1.6糖化工艺的设计糖化工序主要将大米和麦芽等原料经除尘、粉碎、调浆后送入糊化、糖化锅内，严格按照啤酒生产的工艺曲线进行升温、保温，并在酶的作用下，使麦芽等辅料充分溶解，再将麦汁与麦糟过滤分离。过滤后的麦汁经煮沸、蒸发、浓缩以达到工艺要求的浓度，同时，在这个工艺过程中添加酒花，煮沸后的麦汁送入回旋沉淀槽中进行澄清，再经过薄板冷却至78左右送入发酵罐3。糖化车间工艺流程图如下：水、蒸汽 麦芽、大米粉碎 糊化 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 冷凝固物图 啤酒厂糖化车间工程流程示意图糖化工艺的控制：要使啤酒达到一定的酒精度数，麦汁中必须含有足够的可发酵糖。这是物质上的保证，而糖化湿度、PH值需要调整，直到a-淀粉酶、-淀粉酶的活性影响到麦汁组成成分。低温糖化（6265）有利于-淀粉酶作用，高温糖化（6870）则有利于a-淀粉酶活性。若果要提高麦汁中可发酵糖的含量，应采取低温糖化工艺，并根据麦芽质量确定温度曲线。麦芽质量好时，工艺如下：糊化：50（10min）70（30min）100（10min）糖化：45（40min）65（40min）76/78麦芽质量不好时，应该采用低温浸渍（酸化）工艺，延长蛋白质分解时间，以使高分子蛋白质得到进一步的降解，提高麦汁中a-氨基酸的含量，为酵母提供足够的可同化氮，以提高酵母活力。糖化过程中的PH值调整十分重要，直接关系到各种酶的活性。因为各种酶都有自己合适的PH值。a-淀粉酶、-淀粉酶两个关键酶的PH值控制范围在5.415.62之间，糖化用水的PH值在5.66.5之间，蛋白质分解（4550）PH值5.05.2，糖化（6568）PH值5.25.4，糖化完成时麦汁煮沸时PH值5.25.4，洗槽用水PH5.66.5.麦汁中可发酵糖含量达到9.09.5%，a-氨基氮180mg/l，麦汁最终可发酵度达到87.287.5%。2、年产5.5万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计2.1 啤酒生产工艺流程图图1 啤酒酿造图1：原料贮仓 2：麦芽筛选机 3：提升机 4：麦芽粉碎机5：糖化锅 6：大米筛选机 7：大米粉碎机 8：糊化锅9：过滤槽 10：麦糟输送 11：麦糟贮罐 12：煮沸/回旋槽13：外加热器 14：酒花添加罐 15：麦汁冷却器 16：空气过滤17：酵母培养及添加罐 18：发酵罐 19：啤酒稳定剂添加罐20：缓冲罐21：硅藻土添加罐 22：硅藻土过滤机 23：啤酒清滤机 24：清酒罐 25：洗瓶机 26：罐装机 27：啤酒杀菌机 28：贴标机 29：装箱机2.2 55000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算 啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦芽、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。2.2.1 糖化车间工艺流程示意图水、蒸汽 麦芽、大米粉碎 糊化 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 冷凝固物图2 啤酒厂糖化车间工程流程示意图2.2.2 工艺技术指标及基础数据根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产10淡色啤酒的物料计算，然后进行100L 10淡色啤酒的物料衡算，最后进行55000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。表1 啤酒生产基础数据项 目名 称百分比（%）项目名 称百分比（%）定额指标无水麦芽浸出率75原料配比麦 芽75大 米25无水大米浸出率92啤酒损失率（对热麦汁）冷却损失7.5发酵损失1.6原料利用率98.5过滤损失2.0麦芽水分6装瓶损失1.5大米水分13总 损 失12.62.2.3 100kg原料（70%麦芽，30%大米）生产10淡色啤酒的物料衡算(1)热麦计算 根据表1可得到原料收率分别为：麦芽收率为： 0.75(100-6) %=70.5%大米收率为： 0.92(100-13) %=80.04%混合原料收得率为：（0.7570.50%+0.2580.04%）98.5%=71.79%由上述可得100kg混合料原料可制得的10热麦汁量为： （71.79%100）10%=717.9(kg)又知10麦汁在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： 717.9(1.0841000)10001.04=688.76(L)(2)冷麦汁量为：688.76(1-0.075)=637.10(L)(3)发酵液量为：637.10(1-0.016)=626.91(L)(4)过滤酒量为：626.91(1-0.015)=617.51(L)(5)成品啤酒量为：617.51(1-0.02)=605.16(L)2.2.4 生产100L10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10淡色成品啤酒605.16L，故可得以下结果：（1）生产100L10淡色啤酒需耗混合原料量为：（100/605.16）100=16.52 (kg)（2）麦芽耗用量为：16.5275%=12.39(kg)（3）大米耗用量为：16.52-12.39=4.13(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%，故为： (100/605.16) 688.760.2%=0.228(kg)（5）热麦汁量为：（688.76/605.16）100=113.8(L)（6）冷麦汁量为：（637.10/605.16）100=105.3(L)（7）湿糖化糟量： 设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为： （1-0.06）（100-75）/（100-80）12.39=14.56(kg)而湿大米糟量为： （1-0.13）（100-92）/（100-80）4.13=1.44(kg)故湿糖化糟量为： 14.56+1.44=16.00(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：（100-40）/（100-80）0.228=0.684(kg)2.2.5 55000t/a 10淡色啤酒酿造车间物料衡算表设生产旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数为1500次。1）10小麦啤酒的密度为1010Kg/m3 ,年产55000t的啤酒总量为： 55000103/1010103=5.446107(L)2)一次糖化可得成品啤酒：5.446107/1500=36307(L)3）一次糖化可得过滤酒：36307/0.98=37048（L）4）一次糖化发酵液量： 37048/(1-0.015)=37612(L)5）一次糖化湿酒花糟量：376120.684/100=257.3(Kg)6) 一次糖化湿糖化量：3761216/100=6017.9(Kg)7) 一次糖化冷麦汁量：37612105.3/100=39605.4(L)8）一次糖化热麦汁量：37612113.8/100=42802.5(L)9）一次糖化酒花用量：376120.228/100=85.8(Kg)10）一次糖化大米用量：376124.13/100=1553.4(Kg)11）一次糖化麦芽用量：3761212.39/100=4660.1(Kg)12）一次糖化总投料量：3761216.52/100=6213.5(Kg)2.2.6 生产旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数为1500次。可算年投量及其他项目的物料衡算。1）麦芽耗用量： 15004660.1=7.0106 (Kg)2）大米耗用量：15001553.4=2.33106 (Kg)3）酒花耗用量：150085.8=0.1287106 (Kg)4)热麦汁量：150042802.5=64.2106 (L)5)冷麦汁量：150039605.4=59.41106 (L)6)湿糖化糟量：15006017.9=9.0106 (Kg)7)酒花糟量：1500257.3=0.386106 (Kg)8)发酵液量：150037612=56.42106 (L)9)过滤酒量：150037048=55.57106 (L)10)总投料量：15006213.5=9.33106 (Kg)2.3啤酒厂酿造车间物料衡算表由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。把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。 表2 啤酒厂酿造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55000t/a啤酒生产106混合原料Kg10016.526213.59.33大麦Kg7512.394660.17.0大米Kg254.131553.42.33酒花Kg1.200.22885.80.1287热麦汁L688.76113.842802.564.2冷麦汁L637.1105.339605.459.41湿糖化糟Kg96.8216.06017.99.0湿酒花糟Kg3.450.684257.30.386发酵液L626.91103.63761256.42过滤酒L617.51102.033704855.57成品啤酒L605.16100.003630754.46备注：10度淡色啤酒的密度为1010kg/m33、55000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺，下面就以为基准进行糖化车间的势量衡算。工程流程示意图如图3所示，其中的投料量为糖化一次的用料量（计算参表3） 图3 糖化工艺流程示意图 3.1 糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为：G1=（1553.4+20%*1553.4）4.5=8388.4(kg)式中，1553.4为糊化一次大米粉量，310.7kg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=（4660.1-20%*1553.4）3.5=15223.0(kg)式中4660.1kg为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：GW=G1+G2=8388.4+15223.0=23611.4(kg) 自来水的平均温度取t1=18,而糖化配料用水温度t2=50,故耗热量为： Q1=(G1+G2)Cw(t2-t1)=23611.4(50-18) 4.18=3158260.9(KJ) 3.2 第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程图（图3）可知: Q2=Q21Q22Q23 3.2.1 糖化锅内米醪由初温t0加热到100的耗热量Q21Q21=G米醪C米醪（100-t0） (1)计算米醪的比热容C米醪根据经验公式C容物=00.1(100-W)c0+4.18W进行计算,式中W为含水百分率；c0为绝对谷物比热容，取c0=1.55KJ/(KgK).C麦芽=0.01（100-6）1.55+4.186=1.71KJ/(KgK)C大米=0.01（100-12）1.55+4.1812=1.89KJ/(KgK)C米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+ G1cw）/(G大米+G麦芽+ G1)=(1553.41.89+310.71.71+8388.44.18/( 1553.4+310.7+8388.4) =3.76 KJ/(KgK)(2) 米醪的初温t0设原料的初温为18，而热水为50，则 t0 =（G大米c大米+G麦芽c麦芽）18+ G1cw50/( G米醪C米醪) =(1553.41.89+310.71.71) 18+8388.44.1850/（10252.53.76）=47.1其中G米醪 =1553.4+310.7+8388.4=10252.5（kg）（3）把上述结果代如(1)中，得： Q21=10252.53.76（100-47.1）=2039263.3KJ3.2.2 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： V1=G米醪5%40/60=10252.55%40/60=341.75 Kg 故Q22= V1I=341.752257.2=771398.1KJ 式中，I为煮沸温度（约为100）下水的汽化潜热（KJ/Kg）, I=2257.2（KJ/Kg）3.2.3 热损失Q23 米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%，即： Q23=15%（Q21+Q22）3.2.4 由上述结果得： Q2=1.15（Q21+Q22）=1.15（2039263.3+771398.1）=3232260.6KJ 3.3 第二次煮沸前混合醪升温至70的耗热量Q3按照糖化工艺，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t0。3.3.1 糖化锅中麦醪中的t已知麦芽初温为18，用50的热水配料，则麦醪温度为：G麦醪=G麦芽+G2=4349.4+15223.0=19572.4 kg c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）=（4349.41.71+15223.04.18）/（19572.4） =3.63KJ/(kg.K)t麦醪=（G麦芽C麦芽18+G2Cw50）/（G麦醪C麦醪） =（4349341.7118+152234.1850）/（19572.43.61） =46.673.3.2 根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：G米醪=10252.5-341.75=9910.75 Kg G混合=G米醪+G麦醪=9910.75+19572.4=39483.2 Kg C混合=（G米醪C米醪+G麦醪C麦醪）/（G米醪+G麦醪） =（9910.753.76+19572.43.63）/（9910.75+19572.4）=3.67kJ/（kgK） t=（G混合C混合t混合-G麦醪C麦醪t麦醪）/（G米醪C米醪） =（29483.23.6763-19572.43.6346.67）/（9910.753.76）=94.1 因此中间温度比煮沸温度只低约6，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。3.3.3 计算Q3Q3=G混合C混合（70-63）=29483.23.67（70-63）=757423.4（kJ） 3.4 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知： Q4=Q41+Q42+Q43 3.4.1 混合醪升温至沸腾所耗热量Q41（1）经第一次煮沸后米醪量为：G/米醪=G米醪-V=10252.5-341.75=9910.75(kg) 糖化锅的麦芽醪量为：G麦醪=G麦芽+G2=4349.4+15223.0=19572.4kg) 故进入第二次煮沸的混合醪量为：G混合=G/米醪+G麦醪=9910.75+19572.4=29483.2 (kg) （2）根据工艺，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(78-70)/G混合(100-70)100%=26.7% （3）麦醪的比热容 c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）=（4349.41.71+152234.18）/（19572.4） =3.63KJ/(kg.K)混合醪比热容：C混合=（G/米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G/米醪+G麦醪） =（9910.753.76+18572.43.63）/（29483.2）=3.67kJ/（kgK）（4）故Q41=26.7%G混合c混合（100-70）=26.7%29483.23.6730=866708.8（kJ） 3.4.2 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%，则蒸发水分量为：V2=26.7%G混合5%10/60 =26.7%*29483.25%10/60 =65.6(kg)Q42=IV2=2257.265.6=148072.3 (kJ) 式中，I为煮沸温度下饱各蒸汽的焓（kJ/kg）3.4.3 热损失Q43根据经验有：Q43=15%（Q41+Q42）3.4.4 把上述结果代入公式（27）得Q4 =115%(Q41+Q42) =115%(866708.8+148072.3) =1166998.3 (kJ)3.5 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:G=6213.5450/100=27960.8(kg)故 Q5=GCw(80-18)=27960.84.18(80-18)=7246308.0(kJ) 3.6 麦汁煮沸过程耗热量Q6 Q6=Q61+Q62+Q633.6.1 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混合原料可得到717.9kg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 =6213.5717.9/100=44606.7（kg）又C麦汁=（4660.11.71+1553.41.89+6213.56.44.18）/（6213.57.4） =3.85(kJ/kg.k)故Q61= G麦汁C麦汁 (100-70)=44606.73.8530=5152073.9(kJ) 3.6.2 煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：V3=44606.710%1.5=6691.0(kg)故Q62=I V3=2257.26691=15102936.5(KJ) 3.6.3 热损失为 Q63=15%（Q61+Q62）3.6.4 把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热 Q6 =1.15 (Q61+ Q62)=23293261.9(KJ) 3.7 糖化一次总耗热量Q总Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 =3158260.9+3232260.6+757423.4+1166998.3+7246308.0+23293261.9= 38854513.1（KJ）3.8 糖化一次砂耗用蒸汽用量D使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3Kj/kg,则：D= Q总/（I-i）= 38854513.1/(2725.3-561.47) 95% =18901.4(kg/h) 式中，i为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；为蒸汽的热效率，取=95%。3.9 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，且已知煮沸时间为90min热效率为95%，故：Qmax=Q6/(1.595%)=23293261.1/(1.595%)=16346148.7 (KJ/h)相应的最大蒸汽耗量为：Dmax=Qmax/（I-i）=16346148.7/(2725.3-561.47)=7554.3(kg/h) 3.10 蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为1500次，总共生产啤酒55000t.年耗蒸汽总量为： Dr=18901.41500=28352100(Kg)每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：Ds=28352100/55000=515.5(kg/t啤酒)每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：Dd=18901.46=113408.4(kg/d)至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送井发酵车间，必须尽量回收其中的热量。最后若需要耗用冷冻水，则在以下“耗冷量计算”中将会介绍.3.11 55000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算总表把上述结果列成热量消耗综合表，如表3表3 糖化车间总热量衡算表名称数据糖化用水耗热量3158260.9 (KJ)第一次米醪煮沸耗热量3232260.6 (KJ)第二次煮沸混合醪的耗热量1166998.3 (KJ)第二次煮沸前混合醪升温至70耗热量757423.4 (KJ)洗槽水耗热量7246308.0 (KJ)麦汁煮沸过程耗热量23293261.9 (KJ)糖化一次总耗热量38854513.1 (KJ)糖化一次耗用蒸汽量18901.4(kg)糖化过程每小时最大蒸汽量7554.3(kg/h)蒸汽单耗113408.4(kg/d)4 55000t/a啤酒厂糖化车间糖化锅的计算和选型4.1 糖化锅的计算与选型啤酒糖化锅的用途使麦芽粉与水混合，并保持一定的温度进行蛋白质分解和淀粉糖化年产55000t啤酒厂一次糖化的糖化锅中投入麦芽粉4660.1Kg，每100 Kg麦芽粉糖化用水为350，一次糖化在糊化锅中投入芽粉310.7 Kg，同时加入大米粉1553.4 Kg，每100 Kg投料（包括大米粉和麦芽粉）用水450，下列为计算尺寸和体积：糖化锅投料量为：1553.4+310.7=1864.1(Kg)糊化醪量=1864.1（1+450/100）=10252.5(Kg)设糊化锅煮沸时，每小时蒸发5%的水分，操作是第一次煮沸15min，则：蒸发量=10252.55%15/60=128.2(Kg)第一次煮沸后糊化醪量=10252.5-128.2=10124.3(Kg)糖化醪量=4349.4（1+350/100）=19572.3(Kg)第一次煮沸后：糊化醪量+糖化醪量=10124.3+19572.3=29696.6(Kg)由于大米的含水量为13%，麦芽的含水量为6%，由原料的配比得，平均含水量为7.8%，则：糖化醪干质%=(1553.4+4660.1) (1-0.078)/29696.61100%=19.29%查表得相对密度为1.07则糖化锅有效体积=29696.6/(1.071000)=27.75 m3取糖化锅的充满系数为0.7，则糖化锅总体积=27.75/0.7=39.6m3采用平底糖化锅，取圆筒直径D与高度H之比2:1，即H=0.5D则由：（D/2）20.5D=39.6求的：D=4.66mH=0.5D=2.33m设糖化锅开气管量直径D1，则有0.785D12=1/50*0.785D2故D1=0.64m，取D1=0.70m根据实际情况本次设计选用JJV35.530型号的糖化锅，有效容积为30m可以满足设计的条件。4.2 糖化车间管道设计原则糖化车间管道布置不同于发酵车间，不用考虑有无染菌，因此只需遵守设计原则即可。车间管道布置合理、正确，管道运转就顺利通畅，设备运转就顺畅，就能使整个车间或工段，甚至整个工厂的生产操作卓有成效。4.2.1 车间管道布置设计的任务 车间管道布置设计的任务是用管道把由车间布置固定下来的设备连接起来,使之形成一条完整连贯的生产工艺流程图。因此要求确定各个设备管口方位和各个管段（包括阀件）、管件和仪表）在空间的具体位置以及它们的安装、连接和支撑方式等。车间内布置的设备是单独、孤立的单体设备，只有通过工业管道的连接，才能满足生产设备对物料的供须要求，组成完整连贯的生产工艺流程图。因此，工业管道是生产工艺流程。因此，工艺管道是生产工艺流程中不可分割的组成部分，也是车间设计的重要内容之一。4.2.2 车间管道布置设计的原则1. 管道布置设计不仅影响工厂（车间）整齐美观，而且直接影响工艺操作，产品质量，甚至导致杂菌或噬菌体污染，也影响安装检修和经济合理性。因此，管理布置首先应满足生产需要和工艺设备的要求，便于安装、检修和操作管理。2. 尽可能使管线最短、阀件最少。必须避免管道在平面上迂回折返，立面上弯转扭曲等不合理布置。凡是高浓度介质尽可能采用重力自流传送，须保持设备一定真空度的水腿等管线，尽可能保持垂直泻泄状态。3. 车间管道内一般采用明线敷设（与住宅建设不同），安装费用底，检修安装方便，操作人员容易掌握管道的排列和操作。4. 车间内工艺管道布置普遍采用沿墙、楼板底或柱子的成排安装法，使管线成排成行平行直走，并协调各条管道的标高和平面坐标位置，力争共架敷设，使其站空间小。尽量减少拐弯，避免挡板和门窗启闭，适当照顾美观。5. 管架标高应不影响车辆和人行交通，管底或管架梁底距行车道路面高度要大于4.5m，人行道要大于2.2m，车间次要通道最小净空高度为2m，管廊下通道的净空要大于3.2m，有泵时要大于4m。6. 分层布置时，大管径管道、热介质管道、气体管道、保温管道和无腐蚀性管道在上；小管径、液体、不保温、冷介质和有腐蚀性介质管道在下。引支管时，气体管从上方引出，液体管从下方引出。7. 管径大的、常温的、支管少的、不常检修的和无腐蚀性介质的管道靠墙；管径小的、热力管道、常检修的支管多的和有腐蚀性介质的管道靠外。8. 管道穿过楼板、墙壁时，应预先留孔。穿过楼板或墙壁的管道，其法兰或焊口均不得位于楼板或墙壁中。9. 易堵塞管道在阀门前接上水管或压缩空气管。10. 管道应避免经过电动机或配电板上空，以及两者的邻近。11. 输送腐蚀性介质管道的法兰不得位于通道的上空；与其他介质管道并列时，应保持一定距离，且略低。12. 阀门和就地仪表的安装高度应满足操作和检查的方便。如果阀门位置过高，可接长阀杆，使开关手轮或手柄位于适合操作的位置。13. 室外架空管道的走向宜平行于厂区干道和建筑物。14. 不锈钢管道不得与碳钢支架或管托架长期直接接触，以免形成腐蚀核心。必须在管托上涂漆或衬以不锈钢块予以隔离。15. 一般的上下水管及废水管适用于埋地敷设，埋地管的安装深度应在冰冻线以下。5、环境保护 5.1三废概况在啤酒厂设计和生产进行的同时，要重视环境保护的要求，应采取综合防治措施，使废水、废气、废渣、粉尘等污染物的排放量降低到最小程度，排放浓度符合国家或地方规定的排放标准。5.2三废的治理啤酒工厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水，凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒；冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。5.2.1降低废水污染强度的措施1.降低啤酒生产水耗降低啤酒吨酒耗水量，既可节水，又可直接降低废水排放量，较浓的水是容易处理的。主要措施有：(1)人人要有环保意识。(2)加深管理，各尽其职，节约用水：节省工艺洗涤用水，过滤工序节水，包装车间洗瓶和杀菌工序要合理用水；防止跑、冒、滴、漏。(3)争取部分资金用于降低酒损和工艺用水重复使用等技术改造项目上，如麦汁冷却水的回收使用，电渗析“浓水”的利用，冷冻冷却水的循环使用，蒸汽冷凝水的回收等。2.降低啤酒废水排放负荷主要是降低啤酒生产的物料流失，提高整个啤酒生产水平，主要措施如下：(1)有效控制最终洗糟用水，不使其排放，不宜采用“湿排糟”，要用“干排糟”，压糟水进入下水道，是一个严重的污染源。(2)回收废酵母，既能回收啤酒产量0.1%的干酵母，又可回收啤酒总量1%的啤酒。(3)硅藻土过滤替代棉饼过滤，硅藻土过滤机应干卸料，与麦糟混合作饲料。废硅藻土绝不要排入下水道。(4)热凝固蛋白返回糖化过滤，回收凝固蛋白和酒花糟，也回收麦汁。(5)降低啤酒损失率，尤其要降低包装损失。(6)清浊分流，合理排放，生产污水和生活污水合流排至污水处理站处理后排放，雨水和清洁生产废水另行排出。5.2.2废水处理方法分四个阶段：(1)废水收集和预处理：废水流量平衡、筛去漂浮杂物、加营养盐和调节PH值。(2)一级生化处理。(3)二级生化处理。(4)污泥的排除：污泥沉淀稠化、凝聚、脱水。设计采用合建式氧化沟法合建式氧化沟法是把曝气和沉淀合并于一个池中，污水和活性污泥的混合液在氧化沟中沿着一条椭圆形闭合式曝气渠道连续循环流动，实现好氧和厌氧的交替过程，污水曝气后溶解氧上升，流动一段后溶解氧耗尽而缺氧，此时反硝化作用产生并放出氧，如此周而复始、循环不息。污水中的有机物在微生物的作用下得到降解，达到废水处理的目的。其工艺流程如下：啤酒工业废水格栅调节池一级合建式氧化沟二级合建式氧化沟污泥浓缩池污泥真空脱水干污泥。曝气设备：转刷，动力7KW，17台。船式沉淀器：一级氧化沟90，二级氧化沟180。活性污泥：利用污水管道原有微生物和好氧细菌、厌氧细菌、兼性细菌等进行培养和驯化，随着调试运行，污泥沉降比逐日上升，终将达到25%左右。废水处理方法比较：合建式氧化沟法与其他处理方法相比，具有投资省、设备费用低、动力负荷少、运行成本低廉等优点，它是一种行之有效的废水处理方法。6对本次设计的总结经过近两个星期的课程设计，在老师的精心指导下，我们小组成员一起努力，顺利地完成了年产5.5万吨10度小麦啤酒厂糖化车间的设计。啤酒深受大众所喜爱，市场需求量大，生产工艺决定啤酒品质，其中，糖化工段工艺及其设备在整个啤酒生产工艺中又起着举足轻重的作用。因此，我们所进行的啤酒糖化工段工艺的设计具有深刻的社会实际意义。在本设计中，理论联系实际，搜集、阅读了大量的文献资料，整理了一些工厂生产技术一线资料，选择了以75%的淡色麦芽为原料，25%的大米为辅料，先对大米和一部分麦芽进行糖化再与剩余麦芽溶液混合，之后采用二次煮沸法进行糖化，然后进入过滤槽将所得的麦芽汁泵入煮沸锅中，灭菌后用回旋沉淀槽去除热凝固物，随后冷却进入发酵工段，整个过程中采用蒸汽加热，酿造用水源于深井。保障了啤酒口味的纯正风味，保证了整个工艺的可行性。 在设计过程中，我们也遇到不少问题，如：有些计算量的计算方法不清楚、糖化锅选型时找不到糖化锅型号标准、在用CAD画图过程中有些结构画法无法查清楚影响画图的效果等等，但在设计过程中，我们有不懂的问题老师随时给我们解答，我们小组成员认真讨论设计过程中出现的问题，一起解决问题，使我们的设计顺利完成。在此，我要向老师和同组的同学表示衷心的感谢！本次设计不仅巩固了我们所学的相关知识，同时也为我们以后的毕业论文（设计）打下了基础。在这次的设计中难免