30万吨啤酒糖化车间设计

第一章 绪论第一节 啤酒的概况啤酒是全世界分布最广，也是历史最悠久的酒精性饮料，它的酒精度低、营养丰富、有益于人的健康，因而有“液体面包”之美称，受到众人的喜爱。 我国啤酒的正规化生产，起源于十九世纪末。五六十年代，随着国家的经济的复苏和人民生活的改善，政府斥资兴建了一批啤酒厂，使我国的啤酒生产业初具规模。至八十年代，我国经济快速增长，啤酒产业也得了空前的发展，并迅速成为了一个啤酒大国，啤酒的销量潜力巨大。啤酒品种不断增多，质量不断提高，满足了消费需求不断增长的需要。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。在2002年，中国成为世界第一啤酒大国，中国啤酒工业对国民经济建设将发挥更加重要的作用，并对世界啤酒工业产生越来越大的影响。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。u 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、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。u 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。u 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。u 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 设计方案简介啤酒是以大麦和水为主要原料，大米或谷物、酒花等为辅料，经制成麦芽、糖化、发酵等工艺而制成的一种含有二氧化碳、低酒精度和营养丰富的饮料。其中麦汁制造是啤酒生产的重要环节，它包括了对原料的糊化、液化、糖化、麦醪过滤和麦汁煮沸等处理工艺。本设计从实际生产出发，确定出年生产30万吨啤酒所需要的物料量，热量和糖化车间内的常用设备如糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅、沉淀槽的主要尺寸以及其他辅助设备的相关选型等。第二章 工艺设计第一节 生产方法的确定及论证糖化是指利用麦芽自身的酶类，将麦芽及辅料中不溶性的高分子物质，逐步分解为可溶性的低分子物质的过程。依据对糖化醪采取的升温方式不同，把糖化工艺分为两大类，即煮出糖化法和浸出糖化法。煮出糖化法：指麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用 ，使其有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸、并醪，使醪逐步梯级升温至糖化终了。煮出法的生产效率较高，原料利用率高，对麦芽质量要求不高，但煮出法的能量消耗严重。一般适用于下面啤酒的生产。浸出糖化法：指麦芽醪只利用酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪的温度，使糖化完成。浸出法操作简单，便于控制，容易实现自动化，与煮出法相比耗能降低20%-50%；麦汁在煮沸前仍然保留一定的酶活力。但浸出法碘反应较差，糖化得率也相对比较低，且对麦芽的质量要求高，往往不使用辅料，这就使得生产成本增加。 一般适用于上面啤酒的生产。尽管煮出法的能量消耗严重，但是可以从辅料中节约部分成本。基于煮出法的以上优点，本设计用大米作为辅料，其中麦芽大米之比为6：4。而且本车间的年产量为30万吨，产量较大，因此选择煮出法进行糖化生产麦汁。 第二节 工艺流程的选择及论证一、麦汁制备的工艺流程如下： 大米输送粉碎糊化麦芽输送粉碎糖化过滤煮沸冷却麦汁糖化用水澄清混合麦汁充氧酒花麦槽二、原料的输送对于大米与麦芽的输送，主要有斗式提升机、带式输送机、螺旋输送机、气流输送系统等几种设备，其各自的特点如下：斗式提升机优点：具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长等显著有点。横断面上的外形尺寸小，有可能将物料提升到很高的地方，生产能力的范围也很大；缺点：动力消耗较大。带式输送机优点：带式输送机的输送能力大，且不会对物料或管道有磨损；在啤酒发酵的麦芽输送过程中，一般不会改变其运送方向。缺点：若改变运送方向时，需多台机联合使用螺旋输送机 优点：结构简单、紧凑、外形小，便于进行密封及中间卸料，特别是适用于输送有毒和尘状物料。缺点：它的推力全靠摩擦，能量消耗大，槽壁与螺旋的磨损大，对物料有所研磨，输送距离不宜太长，一般在30m以下。气流输送系统优点：系统密闭，可以避免粉尘和有害气体对环境的污染；在输送过程，可以同时进行对输送物料的加热、冷却、混和、粉碎、干燥和分级除尘等操作；占地面积小，可垂直或倾斜地安装管路；设备简单，操作方便，容易实现自动化连续化，改善了劳动条件。缺点 ：所需的动力较大；风机噪音大，要求物料的颗粒尺寸限制在30mm以下；对管路和物料的磨损较大；对于输送量少而且是间歇性操作的，不宜采用气流输送。本次设计要求啤酒产量为30万吨/年，年产量较大，输送量也大，所以根据本厂的实际情况，采用气流输送。三、原料的粉碎1、麦芽的粉碎麦芽的粉碎方法有干法粉碎、回潮粉碎和湿法粉碎等。（1） 干法粉碎 干法粉碎是传统的粉碎方法，一般采用辊式粉碎机。该法要求麦芽含水在58，此时麦芽松脆，便于控制粉碎度。它的不足之处是麦皮易被破碎过细，影响麦汁过滤和啤酒的口味、色泽，粉碎时粉尘大，造成物料损失。（2） 回潮粉碎又叫增湿粉碎，短时间内向麦芽通入蒸汽或热水，使麦壳增加水分，使麦皮有韧性而不破碎，有利于过滤，减少不利于啤酒质量的物质溶出。但该法对麦壳吸水量和粉碎时间要求较高，易造成增湿不均匀，粉碎质量难以保证。（3） 湿法粉碎 由于麦壳吸水变软，粉碎时麦片不破碎。过滤速度可提高2025或提高槽投料量，麦槽层厚度可达500600 mm，但不影响过滤。由于麦芽进行了预浸渍，使酶增强，从而使麦芽浸出率比干法粉碎提高0.7左右。粉尘减少，麦汁色度下降。缺点是设备大，操作复杂，维修困难且动力消耗大；投料后同时浸泡，但粉碎时间不一致，麦芽的溶解性有差异，影响糖化的均匀性。考虑到本次设计为年产30万吨，产量较大，我们采用湿法粉粹麦芽。2、大米的粉碎大米采用四辊的二级粉碎机进行干法粉碎，大米的粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化。四、糖化糖化是指利用麦芽本身所含的酶（或外加酶制剂）将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物（淀粉、蛋白质、半纤维素等）分解成可溶性的低分子物质（如糖类、糊精、氨基酸、肽类等）的过程。由此得到麦芽汁。糖化方法一般分为两种，即全麦芽啤酒的糖化方法和加辅料啤酒的糖化方法。根据我国国情，国内常用第二种方法，又称复式糖化法或双醪糖化法。所谓复式即指含有辅料（大米、玉米等未发芽的谷物）及其煮沸的过程。根据糖化醪和糊化醪兑醪后，取部分醪液煮沸的次数，又分为双醪一次煮出糖化法或双醪二次煮出糖化法，其特点是：1.添加部分未发芽的谷物作为麦芽的辅助原料，其添加量在2030，最高可达到50，所采用的麦芽的酶活性相对高一些。2.麦芽在糖化锅进行蛋白分解，辅助原料在糊化锅进行糊化和液化，然后兑醪，达到所需要的糖化温度。3.各类辅助原料在进行糊化时，一般要添加适量的淀粉酶使淀粉边糊化边液化，有利于对醪后的糖化作用。4.麦芽的蛋白分解时间应较为一般煮出糖化法长一些，避免低分子含氮物质含量不足。5.因辅助原料粉碎得较细，麦芽粉碎物应适当粗一些，尽量保持麦皮完整，防止麦芽汁过滤困难。6.本法制备的麦芽汁色泽浅，发酵度高，适合制造淡色贮藏啤酒。本设计将采用双醪一次煮出糖化法。五、过滤1、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。2、过滤方法：过滤槽法，压滤机法，快速渗出法(Strainmaster)（1）压滤机法：麦芽质量对于每日糖化次数的影响较小，并且可以使用较高比例的辅料。所用的废水量也较少，麦糟比较干燥。但是麦汁压滤机法的原料粉碎要细，粉碎机的动力消耗和维修费用均比过滤槽高。（2）快速渗透槽法：此法适用于高生产能力的过滤，且其对过滤性能较差的醪液进行处理的能力较差，且得率较低。（3）过滤槽法：因为麦糟中含有的多酚物质，被浸渍时间长了，易给麦芽汁带来不良的苦涩味和麦皮味，用过滤槽过滤可降低这种影响，并且麦芽的粉碎使用了连续浸渍增湿粉碎，得到的麦皮粉碎度很合适此方法的过滤。经上述比较，本次设计采用过滤槽法进行过滤。六、煮沸过滤后的麦汁，被泵入煮沸锅煮沸，其目的和作用是蒸发多余水分，使混合麦芽汁通过煮沸、蒸发、浓缩到规定的浓度；破坏全部酶的活性，防止残余的淀粉酶继续作用，稳定麦汁组分；并通过煮沸，消灭麦芽汁中存在的各种有害微生物，保证最终产品的质量；.使高分子蛋白质变性和凝固析出，提高啤酒的非生物稳定性；浸出酒花中的有效成分（软树脂、单宁物质、芳香成分等），赋予麦芽汁独特的苦味和香味，提高麦芽汁的生物和非生物稳定性等。煮沸方法包括常压煮沸、加压煮沸和低压煮沸（体外煮沸）。（1） 常压煮沸：操作方便，维修费用低。酒花浸出率高，所得麦汁质量好。但耗时较多。（2） 加压煮沸：在0.110.22 MPa压力下煮沸，温度高达120 ，缩短煮沸时间，获得更好的非生物稳定性。（3） 低压煮沸：该方法设备复杂，能耗大。 因本次设计年糖化次数较多，故采用加压煮沸法。七、麦汁的澄清将麦汁的热冷凝固物分离，主要是分离酒花糟和不溶性蛋白。本设计中采用回旋沉淀槽沉淀法分离热凝固物，利用麦汁离心力实现分离。1、热凝固物的分离糖化醪过滤后得到的麦汁中含有水溶性的清蛋白和少量盐溶性蛋白质以及肽段，这些物质在煮沸时变性和多酚结合形成热凝固物，主要成分为粗蛋白质、多酚有机物、酒花树脂等。热凝固物的分离原理是热麦汁经泵加速，由槽切线方向进槽，麦汁在槽内旋转，产生的离心力，由于槽壁作用产生离心力反作用力将热凝固物推向槽底部中央。2、酒花分离使用酒花球果，并加入到煮沸锅的工艺，在煮沸结束后应尽快分离出酒花糟。本次使用带筛孔的酒花分离器。每千克酒花球果，在废酒花糟中，吸附约67L麦汁。为使损失降低，可用热水洗涤，降低酒花糟中残余物浓度。八、冷却近年来都使用薄板冷却器冷却麦芽汁，麦芽汁冷却结束后，可将无菌压缩空气将薄板冷却器中的麦汁顶出，整个冷却操作，要防止外界杂菌污染。薄板冷却器冷却分为一段冷却和两段冷却。一段冷却是指利用一种冷却介质一次性将热麦汁冷却至发酵温度，冷却介质被加热升温进入热水箱作糖化水。两段冷却，第一段冷却是用自来水作冷却介质，将麦汁冷却到一定温度，第二段冷却是用深度冷冻的水作为冷却介质，麦汁被冷却到发酵温度，冷冻水回制冷站重新冷却后循环使用。一段冷却与两段冷却比较：（1）冷却剂消耗不同，两段冷却深度冷却的水需要添加乙醇或乙二醇作为抗冷冻剂，一段则不需要，避免了辅助材料的消耗；（2）能耗不同，两段冷却冷冻机要保持冷却水在-4负担麦汁从45降至7的热负荷，一段冷却机负担冷却水从常温到2的热负荷，一段冷却可节电40%左右；（3）热能利用不同，两段冷却的第一段冷却水出口温度55左右，若用于洗槽还需要加热，一段冷却的冷却水出口温度正与洗槽用水温度相吻合，无需再加热，热能得到了充分的利用，既降低了煤耗，又减低了水耗。综合考虑本设计采用一段薄板冷却法。九、充氧麦汁冷却至发酵接种温度以后，即使与氧接触，氧化反应也较微弱，氧在麦汁中呈溶解状态，是酵母前期繁殖必需的。麦汁中氧气的溶解度，与麦汁中氧分压成正比，与麦汁温度成反比。麦汁浓度增加将减少饱和溶氧量。麦汁充氧的设备:文丘里管冷麦汁通风方法：本设计采用无油、无菌的压缩空气通风第三节 工艺条件的选择及论证 一、原料的输送本厂采用气流输送，即利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料。气力输送装置的结构简单，操作方便，可作水平的、垂直的或倾斜方向的输送，在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、干燥和气流分级等物理操作或某些化学操作。本次设计中，我们采用的气流速度是22m/s,混合比为5。二、原料的粉碎粉碎度是指麦芽或辅助原料的粉碎程度。通常是以谷皮、粗粒、细粒及细粉的各部分所占料粉质量的质量分数表示。在本次设计中我们要求粗粒与细粒的比例为1：2.5。麦芽采用湿法粉碎，先将麦芽用50水浸泡20min，使麦芽含水质量分数达2530之后，再用湿式粉碎机粉碎，并立即加入35水中调浆，最后泵入糖化锅。湿法粉碎采用对辊式粉碎机。大米采用干法粉碎，粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化，但是要维持好粉碎度与能量消耗的关系。三、糖化1.本设计采用的是双醪一次煮出糖化法，其技术与操作如下：(1)在糊化锅中加入一定量的水，料水比为1：4.5；升温至30度；快速搅拌；糊化锅投麦芽及大米粉：用大米作辅料，并掺加20%的麦芽；升温至70度保持20min：辅料醪的煮沸称为预煮，预煮可进一步使淀粉充分糊化，提高浸出率，同时可提供混合糖化醪升温所需要的热量；升温至100度并保持40min；最后排出糊化液并冲洗糊化锅。(2)在糖化锅中加入一定量的水，按料水比1：3.5放水；升温至37；快速搅拌；投麦芽粉并保持20min； 升温至50并保持40min；将煮沸的糊化醪泵入糖化锅进行糖化，采用65并保持70min，醪液PH为5.45.6；当碘液反应呈紫色，表示糖化已近完全，温度为78，最后灭菌待虑。2、糖化工艺条件选择及论证（1）生产前必须事先了解原料的规格，采用的糖化方法，做好上下工序的联系工作，检查设备运转是否正常，是否有渗漏现象。（2）温度：在6265长时间的糖化，可以得到最终发酵度较高的啤酒；若超过此温度，在7275长时间糖化，则得到最终发酵度低、含糊精丰富的啤酒。糖化温度的影响是非常大的，所以糖化时在各种淀粉酶的最佳作用温度下进行休止，即：形成麦芽糖的休止温度在6265淀粉酶的最佳作用温度；糖化休止温度在7275淀粉酶的最佳作用温度；糖化终止并醪温度在7678。在本次设计中各个糖化工艺技术条件的选择如下：a浸渍阶段：浸渍阶段温度控制在37，被称为浸渍温度。在此温度下有利于酶的浸出和酸的形成，并有利于-葡聚糖的分解和磷酸酯酶的作用。b蛋白质分解阶段：此阶段温度控制在50，被称为蛋白分解温度。在相同的PH和时间条件下，蛋白质分解温度对麦芽汁中含氮物质的组成具有决定性作用。c糖化阶段：糖化阶段温度控制在65，被称为糖化温度，在此温度下可获得较高的浸出物收得率。d糊精阶段：此阶段温度为78.在此温度下，-淀粉酶仍起作用，残留的淀粉进一步分解，而其它酶则受到抑制或失活。3、pH蛋白分解酶的pH范围集中在5054，当pH高于54时，酶活性受到抑制，可溶性氮下降。pH低时，产生的低分子氮就多。考虑到各方面影响因素，确定蛋白分解酶的最适pH为5254。淀粉分解酶的pH范围集中在5158之间，实际生产中还受到温度等因素的影响，通常在6370的糖化温度范围内，淀粉酶的pH在5256之间比较理想。如果pH值较高，-淀粉酶将受到抑制；-淀粉酶会因钝化而降低活性。 实际生产中，多采用加酸调节糖化的pH值，以增加各种酶的活性。通常选用磷酸或乳酸调节pH值。磷酸是中强酸，略有涩味，酸味小，调节效果明显，形成的磷酸盐可作为酵母繁殖所需磷源。乳酸安全可靠，并对啤酒口味有利，但添加量大，成本较高。可采取添加一定量的磷酸，辅以一定量的乳酸来调酸。四、麦汁过滤1、进醪、静置：将糖化锅的糖化醪充分搅拌，尽快泵入过滤槽，以避免醪液温度下降。利用耕槽机搅拌均匀，再静置15min，使麦槽自然沉降，形成过滤介质层。要求滤层厚度40cm，上清液高25cm，温度为60。2、过滤：先排出管内的空气及槽底的泥状沉淀物，然后顺次打开各麦汁排出阀(约开1/3）时，开始流出的麦汁混浊不清，用回流泵打开回过滤槽进行回流，回流时间为10min。阀门开1/4，待麦汁受皿槽中流出的麦汁透明清亮后，用热水冲洗麦汁受皿，停止回流，将麦汁流入煮沸锅。根据麦汁的清亮程度，逐步开大麦汁排出阀到1/2。头号麦汁流入煮沸锅10min后，以小烧杯取样检查，麦汁必须清亮透明有光泽，基本上无悬浮颗粒，口尝麦汁应有麦芽清香且甜度较高。以碘液检验应不显色。头号麦汁进煮沸锅30min后，检查头号麦汁的浓度，应在工艺规定的范围内。头号麦汁的PH值，低于5.6。过滤温度为75。3、洗槽：待头号麦汁流出至露出麦槽时，用78的热水分3次将吸附在麦糟中的可溶性浸出物洗出，得到二滤和三滤洗涤麦芽汁。最后的残糖浓度为0.8%1.5%。第一次洗槽水温为78，加水量为洗槽总用水量的25%，第二次洗槽水加水量为总量的45%，第三次洗槽同前两次一样，加水量为剩下的30%。洗槽水PH为5.8，洗槽的残水浓度为1.2P。五、煮沸麦汁过滤结束后，麦汁先进入暂存罐，然后通过一薄板换热器预热后进入煮沸锅，在煮沸过程中添加颗粒酒花。煮沸可以蒸发水分浓缩麦汁，破坏酶的活性和杀菌，浸出酒花的有效成分，使蛋白质变性和絮凝。1、煮沸时间与强度：一般来讲煮沸时间短，不利于蛋白质的凝固以及啤酒的稳定性。合理地延长煮沸时间，对蛋白质凝固、-酸的利用及还原物质的形成是有利的，但过分地延长煮沸时间，会使麦汁质量下降。常压煮沸，淡色啤酒（1012）煮时间一般控制为60120min。煮沸强度是麦汁在煮沸时，每小时蒸发水分的百分率，即蒸发率。蒸发率（%/h）=(混合麦汁量-最终麦汁量)/（混合麦汁量煮沸时间）蒸发率越高，说明煮沸越强烈，蒸发相同量的水分所需要的时间就越短。在本次设计中煮沸锅设内加热器，总煮沸时间为90 min，煮沸强度为10。2、pH： 麦汁煮沸过程中，蛋白质的变化分两步：变性和凝固。 蛋白质是两性电解质，凝固的最适pH约为5.2，略低于麦汁实际pH，因此，糖化时调节pH，除有利于酶的作用外，也有利于蛋白质的变性凝固。3、酒花添加：本设计分三次添加酒花，由于煮沸时间为90min，第一次在煮沸开始时添加，添加量为酒花总量的19%左右；第二次在煮沸后45min，添加量为总量的43%；第三次在煮沸结束前10min添加，添加量为总量的38%。由于颗粒酒花将酒花粉压制成直径28mm，长约15mm的短棒状，不仅增加了酒花的密度，减小体积，同时降低了它的比表面积，利于贮藏和防止氧化。因此本设计选用颗粒酒花。六、麦汁的澄清回旋沉淀槽的容量应与热麦汁量相适应，液面高度与直径之比随着酒花添加量的不同有所调整，根据酒花的添加量确定回旋沉淀槽的径高比为1:2.5，麦汁进口在液层高度的1/3处，麦汁以切线方向进入回旋槽，进口速度确定为10m/s，刚停止进料时麦汁在槽内的旋转速度9r/min，麦汁出口可以设置三个，上部出口在液层高度的2/3 ，主要出口在液层高度的1/10处，下部出口在槽底。回旋沉淀槽使用不同的温度和在槽内静止时间不同，风味物质的数量变化是比较明显的。澄清时间一定时，澄清温度越高，粘度越低，浮力越小，分离效果越好，麦汁和啤酒中的醛含量越高；温度一定时，时间越长醛含量越高，因此应该从温度和时间两个方面考虑减轻这种影响，因此麦汁澄清时温度不低于93，时间控制在10分钟之内。七、冷却热麦汁在回旋沉淀槽停留一段时间后，通过自然辐射作用，温度有所下降，从煮沸温度降到93，还需进一步冷却至发酵温度710，使用薄板冷却器一般需要12h。本设计采用一段薄板冷却，将93左右的热麦汁一次性冷却至发酵温度10。使用的冷却介质为2的冷冻水，出口温度为85第三章 物料与热料衡算3.1 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（糖化糟和酒花糟）等。3.1.1 工艺技术指标及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985原料配比麦芽60大米40啤酒损失率（对热麦芽汁）冷却损失70麦芽水分6发酵损失15大米水分13过滤损失20无水麦芽浸出率75包装损失10无水大米浸出率95总损失115根据上表，首先对100KG原料生产12淡色啤酒的物料计算，然后进行100L12淡色啤酒的物料衡算，最后进行30万吨啤酒厂糖化车间物料平衡计算。3.1.2100KG原料（60%麦芽，40%大米）生产12度淡色啤酒的物料衡算（1）热麦汁量 据上表可得到原料收得率分别为：麦芽收率为：0.75（1006）/100=70.5%大米收率为：0.95（100-13）/100=82.65%混合原料收得率为：（0.670.5%+0.482.65%）98.5%=74.23%由上述可知，100KG混合原料可制得12热麦汁量为： （74.23/12）100=618.58 kg又知12热麦汁在20时的相对密度为1.047kg/L，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： （618.58/1.047）1.04=614.44(L)（2）添加酒花量： 614.440.2%=1.23kg(3）冷麦汁量为： 614.44（10.07）571.4(L)（4）发酵液量为： 571.4（1-0.015）=562.9(L)（5）过滤酒量为： 562.9（1-0.015）=554.4(L)(6) 成品啤酒量为： 554.4（1-0.01）=548.9(L)3.1.3生产100L12淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果可知，100kg混合原料可生产12成品啤酒548.9L，故可得出下述结果：（1）生产100L12淡色啤酒需要耗混合原料量为： （100/548.9）100=18.22(kg)(2)麦芽耗用量为： 18.226010.93(kg)(3)大米耗用量为： 18.22-10.93=7.29(kg)(4)酒花用量 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： （614.44/548.9）1000.2%0.224(kg)（5）热麦汁量为： （614.44/548.9）100=111.9(L)（6）冷麦汁量为： （571.4/548.9）100=104.1(L)（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：（1-0.06）（100-75）/（100-80） 10.93=12.84(KG)而湿大米槽量为：（1-0.13）（100-95）/（100-80）7.29=1.59(KG)故湿糖化糟量为： 12.84+1.59=14.43(kg)（8）酒花槽量 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） 0.224=0.672(kg)3.1.4 30万吨/年产12度淡色啤酒发酵车间物料衡算表 按年生产300天计算，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）由此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：3000001.012=296442687.7L（2）清酒产量：296442687.7（10.01）=299437058.3L（3）发酵液总量：299437058.3（10.02）=305548018.7L（4）冷麦汁量：305548018.7（10.015）=310201034.2L（5）煮沸后热麦汁量：310201034.2（10.07）=333549499.2L 20麦汁体积：333549499.21.04=320720672.3L 12P麦汁质量为（20）：320720672.31.047=335.8106Kg （6）混合原料量：335.8106Kg 12%74.23%=54.29106Kg（7）麦芽耗用量：54.29106Kg 0.60=32.57106Kg 大米耗用量：（54.2932.57）106=21.72106Kg（8）酒花耗用量：333549499.20.2%=667098.99Kg根据经验估算，混合原料量定为54.29106Kg，实际产量才大于300000t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： 表3-2啤酒生产物料衡算表名 称单位对100KG混合原料100L12度淡色啤酒糖化一次定额量30万吨/年啤酒生产混合原料kg10018.2227419.254.29106Kg麦芽kg6010.9316451.532.57106Kg大米kg407.2910967.721.72106Kg酒花kg1.23 0.224336.9667098.99Kg热麦汁L614.44111.9168459.3333549499.2冷麦汁L571.4104.1161980.1320720672.3湿糖化糟kg76.214.4321715.642.99106湿酒花槽kg1.590.6721011.32.00106成品啤酒L5489100150489.62.981083.2 能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 自来水18 料水比1：3.5 料水比1：4.5糖化锅 热水，50 糊化锅大米粉10967.7kg麦芽粉 2193.5kg，30，20min麦芽粉 14258.0kg，37，20min 50 ，40min 70，20min 冷却至65 65，70min 100，40min 部分醪液 78 78 100，10min酒花 麦汁过滤煮沸锅 麦汁 麦糟 90min 煮沸强度10%回旋沉淀槽 薄板冷却器 冷麦汁酒花糟热凝固物 冷凝固物啤酒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：G1=(10967.72193.5)4=52644.8 (kg)式中, 10967.7为糖化一次大米粉量, 2193.5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=14258.03.5=49903(kg)式中, 14258.0为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量,即16451.52193.5=14258.0(kg).而16451.5为糖化一次麦芽定额量.故糖化总用水量为: 52644.849903=102547.8(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)= 102547.84.1832=13716793.73(kJ)其中Cw 水的比热等于1calg-1-1(即4.1868103Jkj-1K-1)3.2.2 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=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 10967.71.89+2193.51.71+52644.84.1810967.7+ 2193.5+52644.83.72kJ/(kg.K)米醪的初温t0，原料的初温为18 ，而热水为50G米醪G110967.72193.565806(kg) (G大米C大米+G麦芽C麦芽) 18+ G1CW50则 t0 G米醪C米醪 11090613 45 244798把上述结果代回,得Q2658063.72 (10045)= 13463907.6(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=1645.15(kg)故Q”2= V1I=1645.152257.2= 3713432.58 (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)=19753936.61(kJ)3.2.3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，则麦醪温度为：G麦醪= G麦芽+G2=2193.5+49903=52096.5(kg)麦醪的比热容G麦芽c麦芽+G2cW 2193.51.71+52644.84.18c麦醪 = = 4.08kJ/(kg.K)G麦芽+G2 2193.5+52644.8则麦醪温度为: G麦芽c麦芽 18+ G2CW50 2193.51.7118+52644.84.1850t麦醪 G麦醪c麦醪 52096.54.0852.08 ()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, G混合= G麦醪+ G米醪=52096.5+65806=117902.5(kg)混合醪的比热容 G麦醪c麦醪+ G米醪c米醪c混合= = 3.88kJ/(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 117902.53.886352096.54.0852.08 t G米醪C米醪 658063.72=72.5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(72.563)= 117902.53.889.5=4345886.15(kJ)3.2.4 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知：Q4=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t1=658061645.15=64160.85 (kg)糖化锅的麦芽醪量为:G麦醪=G麦芽+ G2=2193.5+49903=52096.5(kg)故进入第二次煮沸的混合醪量为:G混合= G米醪+ G麦醪=64160.85+52096.5=116257.35(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%=27.04% 10070麦醪的比热容: C麦醪4.08kJ/(kg.K)(计算公式如上式) 混合醪的比热容:C混合3.88kJ/(kg.K)(计算公式如上式)故Q26.7%G混合c混合（10070）27.04%117902.53.88303710929.31(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:V227.04% G混合5%106027.04%117902.55%1060265.67(kg)故Q 4=I V2=2257.2265.67599678.5 (kJ)式中,I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓(kJ/kg)3.热损失Q 根据经验有: Q15%( Q + Q )15%(3710929.31599678.5)646591.24.把上述结果代回式中,得Q4=1.15(QQ)4957198.98(kJ)3.2.5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45010027419.24.5123386.4(kg)Q 5G洗cW(8018)123386.44.186231976819.42(kJ)3.2.6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614.44kg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=27419.2614.44100168474.53(kg) 16451.51.7110967.71.8927419.26.44.18又C麦汁 27419.27.43.86kJ/(kg.K)故Q 6= G麦汁c麦汁(10070)= 168474.533.863019488860.52(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=168474.5310%1.525271.2(kg)故Q 62257.225271.257042106.37(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%(19488860.52+57042106.37)88010611.92(kJ)3.2.7糖化一次总耗热量Q总Q总13716793.73 +19753936.61+4345886.15 +4957198.98+31976819.42+88010611.92162761246.8(kJ)3.2.8 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 162761246.8D 79178(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%.3.2.9 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 88010611.92Qmax 61761832.93(kJ/kg) 1.595% 1.595%相应的最大蒸汽耗量为: Qmax 61761832.93Dmax 28542.83(kg/h) 1i 2725.3561.473.2.10 麦汁冷耗冷量Q10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168459.3L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3，168459.3L约为168.459m3故麦汁量为: G1048168.459176545.03(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:Q10Gc(t1t)/176545.034.0(9310)/158612950.6(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:Qf4Q10 458612950.6234451802.5(kJ)相应的冷冻介质(2的冷水)耗量为:Q1058612950.6M1 168942.6(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)第四章 设备的工艺计算和设备选型4.1啤酒厂糖化设备的组合方式由于本次设计需要糖化次数为生产旺季每天糖化数7次，淡季每天糖化5次，为满足日糖化批次，因此采用六器组合方式，即一只糊化锅，一只糖化锅，一只过滤槽和两只麦汁煮沸锅，一只回旋沉淀槽。4.2 贮箱4.2.1 麦芽暂贮箱1）麦芽每次投料量 G=16451.5kg，麦芽容量 =500kg/ m3，贮箱的容积系数 =0.7，则所需的容积为V=G=16451.55000.7=47.0 m32）结构 采用方形的斜锥底，铁结构，内衬白铁皮，定箱内尺寸为：A=4000mm a=1000mm B=3500mm b=1000mm H=2800mm h=2500mm则麦芽暂贮箱的总容积为:V实=ABH+h/6(2AB+Ab+aB+2ab)=39.2+15.6=54.8 m34.2 大米贮藏箱1)所需容量计算大米每次投料量 G=10967.7kg，大米容量 =800kg/ m3，贮箱的容积系数 =0.7，则所需的容量为V=G=10967.78000.7=19.58 m32）结构采用方形的斜锥底，铁结构，内衬白铁皮，定箱内尺寸为：A=3000mm a=700mm B=2800mm b=700mm H=2000mm h=1800mm则麦芽暂贮箱的总容积为:V实=ABH+h/6(2AB+Ab+aB+2ab)=16.8+6.55=23.35 m34.2.3 大米粉贮藏箱1）所需容积的计算大米每次投料量 G=10967.7kg，大米粉的比容 C=1.89 m3/t贮箱的容积系数 =0.7，则所需容积V=GC=10.96771.890.7=29.61m32）结构采用方形的斜锥底，木结构，内衬白铁皮，定箱内尺寸为：A=3200mm a=1000mm B=3000mm b=1000mm H=2200mm h=2000mm则麦芽暂贮箱的总容积为:V实=ABH+h/6(2AB+Ab+aB+2ab)=21.12+9.13=30.25 m34.3粉碎设备4.3.1麦芽的粉碎设备1）粉碎原料的量由于大麦粉碎前要用热水浸泡使其含水量达到28%30%，本设计设其含水量30，即要粉碎的大麦重为: G=16451.5(1-6%)(1-30%)=22092.0kg2）生产能力湿法粉碎必须在半小时内完成，则粉碎机的生产能力为:Gt=22092.00.5=44183.5kg/h3)设备的选择由于生产能力较大，故选用18台粉碎机同时工作，每台粉碎机的生产能力为2500kg/h4.3.2 大米粉碎设备1）生产能力 由于大米是干法粉碎，每锅粉碎的时间为2h，糊化锅每锅投大米为10967.7 kg，粉碎机的生产能力为：10967.72=5483.85 kg/h2）设备的选择大米采用四辊的二级粉碎机进行干法粉碎，其生产能力大于5483.85 kg/h即可。4.4 糊化锅糊化设备是用来加热、煮沸谷物辅料（大米粉或玉米粉）和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化的设备，用于糊化的设备有糊化锅和糊化煮沸锅。根据物料衡算得，糊化一次向糊化锅内投大米粉：10967.7 kg；麦芽粉：2193.5 kg；水：52644.8 kg，则糊化锅中糊化醪液重为G糊化醪 =10967.7+ 2193.5+52644.8=62515.8 kg已知大米含水率为：13%，麦芽含水率为：6%，则糊化醪中干物质含量为B=10967.7（10.13）+2193.5（10.06）62515.8100%=18.6%则糊化醪的密度为1000+4B=1074.4kg/m3则糊化锅的有效容积62515.81074.4 =58.1 m3取糊化锅的充满系数为0.75则糊化锅的实际容积为：58.10.75=77.4m3糊化锅采用标准椭球体夹套罐，取D/H1=2/1，D/H2=4/1由公式V =（D/4）H1+D H2/3=7D3/48则D3=48V/7 取D=5.6m，H1=2.8m，H2=1.4m，则V=80.4m3符合要求选择搅拌器为二折叶悬浆搅拌器，其直径d=2D/3=