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目 录目 录1第一章 总 论2第一节 文献综述2第二节 设计依据、经济技术指标3第二章 糖化车间工艺5第一节 糖化工艺方法的选择5第二节 糖化工艺流程8第三章 物料衡算和设备选型9第一节 物料衡算9第二节 水热衡算11第三节 重点设备的设计选型17第四章 结 论24第一节 课设的体会24第二节 问题与建议24附 图25参考文献27致 谢28第一章 总 论第一节 文献综述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。自20世纪90年代，中国啤酒行业进入了快速发展的阶段，行业发展至今，中国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。在2003-2007年5年间，中国啤酒经济指标取得了一定增长，啤酒产量增加1426万千升，增长56.9%；销售收入增加455.2亿元，增长88.6%；税金增加47.04亿元，增长47.7%；利润增加35.83亿元，增长137.8%。2010年1-11月，中国规模以上啤酒制造企业实现累计工业总产值95,444,527,000元，比上年同期增长了17.54%；实现累计产品销售收入91,098,629,000元，比上年同期增长了16.30%；实现累计利润总额5,814,904,000元，比上年同期增长了21.01%。2011年1-8月，中国规模以上啤酒制造企业实现累计工业总产值79,466,673,000元，比上年同期增长了12.90%；实现累计产品销售收入78,209,671,000元，比上年同期增长了16.00%；实现累计利润总额4,657,958,000元，比上年同期增长了4.21%。中国啤酒行业向集团化、规模化，啤酒企业向现代化、信息化迈进；除产品制造外，品牌和资本越来越显现其重要性；外资对中国啤酒行业的影响已经向纵深发展，表现出积极的作用，使中国啤酒业加快和国际接轨的步伐。近年来随着消费者消费水平的日益提高，中高档尤其是中档啤酒市场迅速发展起来，但中国大部分啤酒企业90以上的产品还是低档产品，而且啤酒企业除青岛、燕京等少数几个全国性的啤酒品牌定位已经比较清晰外，其它大多数品牌还处于发展阶段，定位还不是非常清晰。因此啤酒企业需走好品牌发展之路。随着品牌影响力的不断增强，越来越多的企业会更加重视本企业品牌发展，对品牌发展的认识程度和运作水平不断提高，将品牌发展作为企业的一项战略系统工程，深入实施。2012年至2015年，啤酒行业面临着较好的发展际遇：国民经济持续快速发展和城市化水平的提高，给行业发展创造了巨大的需求空间；西部大开发、振兴东北地区等老工业基地、促进中部崛起和建设社会主义新农村等重大发展战略，为啤酒行业创造了新的发展机遇；全球经济和区域经济一体化进程的加快，为中国啤酒行业在更大范围内配置资源、开拓市场创造了条件。未来啤酒市场的发展前景依然看好。国内油价下调提高行业盈利空间；2008年11月国家提出的四万亿拉动内需计划及扩大内需十条政策将对啤酒行业产生有利影响，等等利好因素成为拉动啤酒市场发展的强劲动力。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，要不断的提高；原料的发展；啤酒品种向多样化发展；高浓度酿造技术；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。第二节 设计依据、经济技术指标通过本次课程设计，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。1.2.1 设计依据本设计以食品工程学院“酒类工艺学课程设计任务书”为依据。1.2.2 设计内容本设计为年产9万吨 12P普通啤酒工厂重点工段：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1.2.3 设计指导思想本设计在确定工艺流程和选择设备时，在工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。1.2.4原料、辅料等物料的选择标准1.2.4.1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，产孢子能力，对维生素的要求。4.大米大米是最常用的一种麦芽辅助原料，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普通啤酒。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 味夹杂物浸出物蛋白质脂肪水 分洁白，富有新鲜光泽，无黄色，棕色和青绿色不成熟粒，无霉粒 有新鲜粮香，无异味不超过0.2%，不得含有米胚芽 92%以上（无水物计）10%以下（无水物计）1%以下12.5%以下1.2.4.2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。第二章 糖化车间工艺第一节 糖化工艺方法的选择2.1.1 全厂工艺的选择2.1.1.1全厂工艺流程大米粉碎糊化浊液麦芽筛选粉碎糖化过滤煮沸回旋沉淀冷却充氧发酵过滤清酒灌装2.1.1.2设备流程麦芽麦芽粉碎机糖化锅过滤槽煮沸锅回旋沉淀槽 大米大米粉碎机糊化锅 暂存槽 薄板换热器 成品啤酒装酒机清酒罐 硅藻土过滤机 发酵罐 2.1.2糖化工艺的选择及论证2.1.2.1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：(1)、煮出糖化法：三次煮出糖化法 二次煮出糖化法 一次煮出糖化法(2)、浸出糖化法：升温浸出糖化法 降温浸出糖化法(3)、其 他：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，在煮沸锅中加热时可缩短到沸腾的时间。2.1.2.2糖化工艺流程中工艺参数及操作规程1.大米的比例为40%，麦芽的比例为60%。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1：4，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。由于采用了高辅糖化，所以投料糖化前应加入耐高温的淀粉酶。4.PH值的调整：淀粉酶最适PH值是5.65.8，葡聚糖酶最适PH值是4.67.0，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73-76C），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.2.1.2.3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（-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-淀粉酶催化形成可发酵性糖，最适温度为6065C，-淀粉酶最适活性温度为70C，这个酶共同作用，最适PH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-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-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，-淀粉酶残留少。4酶制剂和添加剂的应用，-淀粉酶，-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。2.1.2.4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-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。第二节 糖化工艺流程糖化车间工艺流程示意图：第三章 物料衡算和设备选型第一节 物料衡算3.1.1物料平衡计算3.1.1.1工艺技术指标及基础数据：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60大 米40无水大米浸出率95啤酒损失率（对热麦汁）冷却损失3.5发酵损失1.5原料利用率98.5过滤损失1麦芽水分6装瓶损失1大米水分13总 损 失73.1.1.2糖化物料计算1. 100kg原料（60%麦芽，40%大米）生产12P普通啤酒的物料衡算100Kg混合原料中含浸出物的重量E麦芽：Gm=m(1-Wm)Em=60(1-6%)75%=42.30kg大米：Gn=n(1-Wn)En=40(1-13%)95%=33.06kg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=Gm+Gn=42.30+33.06=75.36kg混合原料的收得率=75.3698.5%100=74.23%其中：98.5%为原料的利用率100kg原料产12度热麦汁质量为: 74.2310012=618.63kg12度麦汁在20时的相对密度为1.084100麦汁比20麦汁体积增加1.04倍（1）热麦汁量=618.631.041.084=593.54L（2）冷麦汁量=593.54(1-0.035)=572.72L（3）发酵液量=572.72(1-0.015)=564.11L（4）滤过酒量=564.11(1-0.01)=558.54L（5）成品酒量=558.54(1-0.01)=552.91L（6）添加酒花量=618.630.2%=1.24kg2.生产100L12P普通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552.91L，故可得出下述结果：（1） 生产100L12普通啤酒需耗混合原料量为：（100552.91）100=18.07kg（2） 麦芽耗用量： 18.0760%=10.84kg（3） 大米耗用量： 18.0710.84=7.23kg（4） 酒花用量为 对普通啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为： （593.54/552.91）1000.2%=0.215kg（5） 热麦汁量为： （593.54/552.91）100=107.34L（6） 冷麦汁量为： （572.72/552.91）100=103.58L3.年产9万吨12P普通啤酒的物料计算全年生产天数为330天，设旺季生产240天，淡季生产90天。旺季每天糖化数为8次，淡季每天生产次数为6次，则全年糖化次数为：2408+906=2460（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：900000001.084=83025830.26L（2）清酒产量：83025830.26L（10.01）=83864475.01L（3）发酵液总量：83864475.01（10.01）=84711590.92L（4）冷麦汁量：84711590.92（10.015）=86001615.15L（5）煮沸后热麦汁量：86001615.15（10.035）=89120844.71L 20麦汁体积：89120844.711.04=85693119.91L 12P麦汁质量为（20）：85693119.911.084=92891341.98Kg （6）混合原料量：92891341.98 12%74.23%=15016787.06Kg（7）麦芽耗用量：15016787.06 0.60=9010072.23Kg 大米耗用量：15016787.069010072.23=6006714.82Kg（8）酒花耗用量：89120844.710.2%=178241.70Kg根据经验估算，混合原料量定为15.10106Kg，实际产量才大于90000t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：如表啤酒厂车间物料衡算表物料名称单位对100Kg混合原料100L 12度普通啤酒糖化一次定额量9万吨每年啤酒生产混合原料Kg10018.076104.3915.02106大麦Kg6010.843662.639.01106大米Kg407.232441.756.01106酒花Kg1.240.21572.46178105热麦汁L593.54107.3436227.9989.12106冷麦汁L572.72103.5834960.0186.00106发酵液L564.11102.0534435.6184.71106过滤酒L558.54101.0434091.2583.86106成品啤酒L552.91100.0033750.3483.03106共生产啤酒：83.03106*1.084=90000吨(备注：12度普通啤酒的密度为1.084kg/L)第二节 水热衡算3.2.1热量衡算本设计采用二次煮出糖化法糖化工艺流程为:3.2.1.1糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为:G1（2441.75+488.35）514650.5kg式中：2441.75kg为糖化一次的大米粉量，488.35kg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：G23174.28412697.12kg式中：3174.28kg为糖化一次糖化锅投入的麦芽量，即：3662.63488.353174.28kg综上所述，糖化总用水量为：GwG1G214650.512697.12=27347.62kg自来水平均温度取t18，而糖化配料用水温度t50，比热容 Cw 4.18kJ/kg.K故耗热量Q1GwCw(tt)27347.624.18(5018)3658018kJ3.2.1.2第一次米醪煮沸耗热量Q21.糊化锅内米醪由初温t0加热至100，耗热量:Q2G米醪.C米醪(100t0)(1)计算米醪的比热容：C米醪由经验公式 C谷物0.01（100W）C04.18w进行计算，式中w为含水百分率，C0为绝对谷物比热容，取C01.55 kJ/kg.K C麦芽0.01(1006) 1.554.1861.71 kJ/kg.K C大米0.01(10013) 1.554.18131.89 kJ/kg.KC米醪(G大米C大米G麦芽C麦芽G1Cw)/(G大米G麦芽G1) (2441.751.89488.351.7114650.54.18) （2441.75+488.3514650.5）3.79kJ/kg.K(2)米醪的初温t0设原料初温为18，而热水为50，则G米醪G大米G麦芽G1 2441.75488.3514650.517580.6kgt0(G大米C大米G麦芽C麦芽)18G1Cw50/G米醪C米醪(2441.751.89488.351.71)1814650.54.185017580.63.7947.4 (3)代入式 Q2G米醪C米醪（100t0）17580.63.79（10047.4）3504762.93kJ2.煮沸过程蒸汽带出的热量Q2煮沸时间40min，蒸发量为每小时5，则蒸发水份量V1G米醪5406017580.654060586.02kg故，Q2V1I586.022257.21322764.34kJ式中，I为煮沸温度约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为前两次耗热量的15，即：Q215（Q2Q2）4.综上可得Q21.15（Q2Q2）1.15（3504762.931322764.34）5551656.36kJ3.2.1.3第二次煮沸前混合醪升温到70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63，所以混合前米醪应先从100冷却到中间温度t01.糖化锅中麦醪的初温t麦醪 已知，麦芽粉初温为18，用50热水配料，则麦醪温度t麦醪（G麦芽C麦芽18G2Cw50）/G麦醪C麦醪其中，G麦醪3174.2812697.1215871.4kgC麦醪（G麦芽C麦芽G2Cw）/（G麦芽G2）（3174.281.7112697.124.18）15871.43.69kJ/kg.Kt麦醪（3174.281.711812697.124.1850）15871.43.6946.98 2.经第一次煮沸后米醪量为 G米醪G米醪V117580.6586.0216994.58kg进入第二次煮沸的混合醪量 G混合G米醪G麦醪16994.5815871.432865.98kg3.混合醪比热容 C混合（G麦醪C麦醪G米醪C米醪）/G混合 （15871.43.6916994.583.79）32865.983.74 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混合C混合t混合-G麦醪C麦醪t麦醪）G米醪C米醪（32865.983.7463-15871.43.6946.98）(16994.583.79)77.51因为此温度只比煮沸温度低20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:Q3G混合C混合（7063）32865.983.747860431.36kJ3.2.1.4第二次煮沸混合醪的耗热量Q4据工艺糖化结束醪温度78，抽取混合醪的温度70，沸的混合醪量G (G混合G)（7870）C混合GC混合（10078）G/G混合26.7%1. 沸醪耗热量为: Q426.7%G混合C混合（10070）26.7%32865.983.7430 984579.31kJ2.二次煮出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%106073.13kg则： Q 4IV22257.273.13165069.04kJ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：Q415%(Q4+Q4)4.综上可得：Q41.15(Q4+Q4)1.15(984579.31165069.04)1322095.60kJ3.2.1.5洗糟水耗热量Q5设洗糟水平均温度为80，每100kg原料用水500kg，则用水量：G洗6104.3950010030521.95kgQ5G洗Cw（8018） 30521.954.1862 7910068.56kJ3.2.1.6麦汁煮沸过程耗热量Q61.麦汁升温至沸点耗热量Q6由前物料衡算知：100kg混合原料可得593.54kg热麦汁，设过滤完毕麦汁温度70。则进入煮沸锅的麦汁量为：G麦汁6104.39593.5410036232kg此时麦汁比热容为: C麦汁（3662.631.71+2441.751.89+27347.624.18）362323.46kJ/kg.KQ6G麦汁C麦汁（100-70）362323.46303760881.6kJ2煮沸过程蒸发耗热量Q6 煮沸强度10%，时间90min，则蒸发水分为：V33623210%90605434.8kg由上可得Q6 IV32257.25434.812267430.56kJ3.热损失Q6:Q615%(Q6+Q6)4.综上可得麦汁煮沸总耗热量Q615%(Q6+Q6) 1.15(3760881.6+12267430.56)18432558.98 kJ3.2.1.7糖化一次总耗热量Q总Q总3658018+5551656.36+860431.36+1322095.60+7910068.56+18432558.98 37734828.86kJ3.2.1.8糖化一次耗用蒸汽量D使用表压为0.2MPa的饱和蒸汽I2196.78kJ/kg DQ总/(-)21172.92kgi为相应冷凝水的焓503.67kJ/kg（化工工艺设计手册上2-297）为蒸汽的热效率，取95%3.2.1.9糖化过程每小时最大蒸汽量Qmax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QmaxQ6/(90/60)95%11673954.02kJ/h相应的最大蒸汽耗热量为:DmaxQmax(-)= 6550.23kg/h3.2.1.10 蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为2460次，共生产啤酒90000吨每年耗蒸汽总量为 :DT21172.922460/70%74407690.29kg每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）:Ds21172.9233750.34*1.084*1000680.04kg/t啤酒每天耗蒸汽量（按生产旺季计算）:Dd21172.928169383.36kg/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每小时最大用量kg/h每天耗量kg/d年耗kg/a蒸汽0.2680.046550.23169383.3674407690.29全厂糖化车间热量衡算3.2.2耗水量的计算3.2.2.1糖化用水100kg混合原料糖化大约需用水量1:4，糊化1:5。糊化锅用水量为: G1（2441.75+488.35）514650.5kg糖化锅用水量为：G23174.28412697.12kg糖化用水时间设为0.5小时。3.2.2.2洗糟用水量100kg混合原料约用洗糟水500kg，则需水量为： 6104.3950010030521.95kg用水时间为1.5小时。则每小时洗糟最大用水量为: 30521.951.520347.97kg/h3.2.2.3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10吨用水时间约2h故：洗刷最大用水量为1025t/h3.2.2.4沉淀槽冷却用水量GQ/C(t2t1) (冷却时间为0.5小时)热麦汁放出热量 QGpCp(t1t2)热麦汁比重 C1.04热麦汁量 Gp36227.991.0437677.11 kg/h热麦汁比热 Cp0.98Kcal/kg.热麦汁温度 t1100 t255冷麦汁温度 t118 t245冷却水比热 C1Q37677.110.98(10055)1661560.55Kcal/hG1661560.551(4518)44862134.85Kg3.2.2.5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 20.25 =8 t/h3.2.2.6麦汁冷却器冷却用水麦汁冷却时间为1小时 麦汁温度： 946 冷冻水温度：285耗用冷冻水量为 :M1100460.83/h3.2.2.7麦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 :20.25 8吨/h3.2.2.8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/h3.2.2.9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2113 吨设时间0.75h 最大用水量 : 30.754t/h3.2.2.10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0.5t，冲刷时间为0.5小时。最大用水量为:(10.5) 0.53t/h3.2.2.11清酒罐洗刷用水每天用4桶,冲洗一次.共用水4t, 时间40分钟，则最大用水量 460/406t/h3.2.2.12过滤机用水过滤机两台,每台冲刷一次,用水1.5t(包括顶酒用水)使用时间0.75h, 则最大用水量: 21.50.754 t/h3.2.2.13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 :15000.754500L/h每班生产7小时计,总耗水量 :4500731500L3.2.2.14装酒机用水 每冲洗一次用水1.25t,每班冲洗一次,每间次0.25h最大用水量 : 1.250.255 t/h3.2.2.15杀菌机用水杀菌机每瓶耗水量1L用水量为:150011500L/h 1500710500L/班3.2.2.16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 :515t/h。第三节 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，普通啤酒(10%-12%)的煮沸时间一般在90-120分钟。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、提高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，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，对普通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 155的饱和蒸汽，麦汁由92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O.03MPa,温度102-1040C下煮沸35min左右;蒸汽在15min内卸压麦汁降至1000C;在100 后煮沸1Omin.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=34960.01L V有效=34.96m3 取充满系数为0.75,所以V锅=46.61m32.尺寸 V有效34.96m3V总34.96/0.7546.61m3R=0.8D, h1=1/2D h2=0.18D又V有效34.96D4.53m 圆整取 D4600mm R=3.624m,h1=2.3m,h2=1.15m3.排气管：排气管的截面积与锅底面积 /=(1/30-1/50) 取1/40 d-排气管直径 /=1/40 D-煮沸锅直径 D=0.727m取整d=730mm，取11010mm复核/=1/40复合要求。4.麦汁进口管 糖化一次可煮沸34.96麦汁，设30分钟内装完一次糖化量，则： =34.96/(3060)=0.0194而麦汁的流速为V=0.5-1，现取V=0.55 A=0.213m=213mm 圆整后取213mm，查化工原理上册知2196mm5.蒸气进口管在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量最大，且知煮沸时间为1.5小时，热效率95%，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 =12934798.5KJ =5962Kg/h 每小时最大蒸汽耗量，KJ/h。 最大蒸汽耗量，Kg/h。 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/s 0.3Mpa下 查发酵工厂工艺设计概论得：在饱和蒸汽0.3Mpa（表压）下， 取 则 圆整到d=152mm ；符合要求查表知取符合要求。6.冷凝管出口管计算 0.3Mpa下 圆整后去40mm d=40mm查化工原理上册知应选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， 所以 圆整后去259mm，查表知8.不凝气出口管径计算 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、）下的承载能力相同条件（材质、温度、P、D、）下的壁厚相同条件（材质、温度、P、D、）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 差大，则大小，则小与、Dis有关与半锥角有关较复杂本设计力求承压能力好，焊接容易方便的原则，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：=PcDi/(4tPc) 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, 1.0t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=0.153300（41051-0.15）=1.3mm e=+C2=1.3+1.5=2.8mm查表1-7-9 C1=0.5,n=5mm计算应力：=0.15(3300+3)(43)=41.25Mpa =41.25t=105 故符合标准 最大工作压力 ：Pw= 431051(3300+3)=0.382Mpa设液面高度h ： V液=21.3m3 V球=3.1412D3=12.2m3V柱=21.3-12.2=9.1=43.14h得h=0.9m =0.9+1.8=2.7m锅底承受压力 ：P=pgh=10489.82.7=27730Pa标准大气压 ：P总=0.1+0.028+0.0009=0.129MPa取设计压力为0.15MPa(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200,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1mm,锥壳材料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=6mm的不锈钢板。(3)、锅体重量计算圆柱形锅体的体积：V1 =DiH =3.143.61.80.006=0.122 m3锅底的体积：V2=S内=0.53.143.63.60.005 =0.102 m3锥形顶盖的体积：V3=0.5D+0.363.14=16.50.006=0.099 G=(V1+V2+V3)=(0.122+0.102+0.099)7800=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 d2/4=（140）d24，即d=550mm =PcDi=5500.15(21051-0.1)=0.4 mm e=+C1+C2+=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=256=4.1t按标准取B型耳式支座6支。13.煮沸锅加热面积的计算 煮沸锅的内加热器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14.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=kmFtm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tm.15.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。16.两个煮沸阶段换热面积的计算(1)、麦汁加热段(700C-1000C)的换热面积计算平均温度及平均温度下的物性参数 tm=(70+100)2=85OC麦汁的物性参数粘度 ：=0.61510-3Pa s密度 ：p=1014kg/m3导热系数：=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： =0.71910-3Pa s密度： p=2.898kg/m3汽化潜热： r=2113.2kJ/kg麦汁升温所需的热量 Q1=CPG1(t2 -t1)=21253.30.889(100一70)=2380667kJG1为麦汁的质量 Gl=V流体的平均温差tm tm=(Ti-t0)-(T0-ti)/ln(Ti-t0)-(T0-ti) =(155-70)-(155-100ln(155-70)-(155-100)=69传热面积的计算先假设这个阶段所需的传热系数KAB=1200W/(m2K )相应可以确定所需的换热面积KABKAB =Q/(tmKAB)=23806671000(2060691200)=24m2(2)、加压煮沸段(1040C)的换热面积计算 平均温度及平均温度下的物性参数平均温度：tm=104oC麦汁的物性参数粘度：= 0.54810-3Pa s密度： p=1084kg/m3导热系数：=0.5610W/(m K )比热： CP=3.9785kJ/（kg K）Tm =155OC时饱和蒸汽的物性参数粘度： = 0.71910-3Pa s密度： p=2.898kg/m3汽化潜热 r =2245.5kJ/kg 麦汁升温所需的热量麦汁煮沸强度一般取8%，但是考虑到加压煮沸段的煮沸强度实际要比其它段强，因此在计算水份汽化所需热量时，煮沸强度按10%来计算;Q2=V总10%(3560)r=21253.310%(3560)2245.5=9297492.75kJ流体的平均温差加压煮沸阶段麦汁进口和出口温度都是1040C,tm =510C面积的计算先假设所需的传热系数：KAB=1200W/（m2K）相应可以确定所需的换热面积FABFAB=Q2/(tmKAB)=2783916.61000(3560511200)=21.7m2因为FAB FAB=26.4m217.校核两个煮沸阶段的传热系数KAB(1)、加热阶段的总传热系数KAB的校核在麦汁煮沸过程中内加热器壳程的饱和蒸汽是通过冷凝放热对麦汁加热的，所以在计算凝结气向壁面放热系数时用公式 qAB=Q1/F来计算 1/KAB=1/1+1/2+d0/dmb/+R0+
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