1万吨精酿啤酒厂糖化车间设计

目 录第1章 绪 论21.1 精酿啤酒概述21.2 设计概述31.2.1计选题依据31.2.2设计任务书31.2.3 指导思想31.3 厂址选择41.3.1佛山市三水区地理环境41.3.2环境保护方案4第2章 生产工艺的选择与论证42.1 啤酒生产的工艺流程及设备流程42.1.1生产工艺流程图42.1.2设备流程42.2 啤酒酿造原料的选择52.2.1原料的选择52.2.2酿造水52.2.3酒花的选择52.3 糖化工艺的选择及论证62.3.1麦芽的制作和粉碎62.3.2糖化方法的选择及论证62.3.3麦芽醪的过滤72.3.4麦汁的煮沸和酒花的添加82.3.5麦汁的处理92.4 发酵工艺92.4.1啤酒酵母102.4.2发酵工艺曲线102.4.3工艺的论证102.5 啤酒的过滤和贮酒112.5.1过滤的目的112.5.2过滤的方法112.5.3贮酒122.6 啤酒的包装122.7 成品啤酒的质量12第3章 啤酒生产工艺计算14第4章 啤酒生产设备选型计算264.1 啤酒生产设备论证264.1.1设备的组合方式论证264.1.2糖化设备组合方式的综合比较264.2 啤酒生产设备选型计算274.3 重点设备设计计算（糖化锅）334.3.1糖化锅主要尺寸334.3.2内薄壁圆筒底的强压度设计344.3.3椭圆形封头设计354.3.4管径计算354.3.5设备的开孔补强设计364.3.6搅拌功率的计算374.3.7糖化锅加热面积的计算384.3.8法兰的选择394.3.9支座的选择394.3.10人孔、视镜设计404.3.11CIP清洗管路的设计40第5章 啤酒工厂三废治理415.1 废水处理415.2 防尘、除尘435.3 噪音的防治43第6章 啤酒生产副产物的综合利用446.1 麦糟的回收和利用446.2 回收啤酒酵母456.3 二氧化碳回收45结 论46参考文献47附 录48致 谢50第1章 绪 论1.1 精酿啤酒概述啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒，主要原料为大麦，而且营养丰富，人们适量饮用时，酒精对人体的毒害相对较小。啤酒的历史悠久，大约起源于9千年前的中东和古埃及地区， 后跨越地中海，传入欧洲。19世纪末，随着欧洲强国向东方侵略，传入亚洲。中国近代啤酒也是这个时期传入的。改革开放三十年来，中国啤酒工业迅猛发展。2008年啤酒产量为4103.09万kL，连续七年超过美国成为世界第一啤酒生产主消费大国。然而，在众多的啤酒产品中，精酿啤酒可谓独树一帜，为啤酒行业的发展增添了生机。2009年对于美国啤酒市场来说是极其糟糕的一年，出货量较2008年下降22%，创出上世纪50年代中期以来的最大跌幅。但并不是所有啤酒厂产量都在下滑，受创最重的是那些大生产商，安海斯-布希在全国的销量下降21%，米勒康胜下降19%。这两大巨头把控了近80%的美国啤酒市场。与此同时，美国精酿啤酒出货量却增长了近9%，精酿啤酒生产商纷纷扩大产能，开拓新市场。2012年美国精酿啤酒出口增长72%，创下历史新高。“消费者认为精酿啤酒是创新的引领者，同时也是高质量啤酒的象征”，美国啤酒协会首席执行官Bob Pease 说到，随着人们对啤酒消费越来越精于求精和个性化化选择，使得原有的大产量生产模式遭到挑战，而定位更精细更个性化的精酿啤酒则迎来发展高潮。1.2 设计概述1.2.1计选题依据根据生命科学与工程学院生物工程毕业设计任务书和啤酒厂设计规范QB6004-92，进行设计。1.2.2设计任务书本次设计为年产1万吨精酿啤酒厂糖化车间的设计（重点设备-糖化锅）。1.2.2.1工艺选择啤酒生产工艺的选择；啤酒糖化工艺的选择 ；物料，水，热，冷的平衡计算；设备尺寸的计算；啤酒厂的副产物利用和三废治理；1.2.2.2绘图内容啤酒厂糖化车间生产工艺流程图；糖化车间平面布置图；重点设备装配图糖化锅。1.2.3 指导思想设计是在确定工艺方法及流程和设备选型时，参考了实习单位的情况，工艺上力求合理性和先进性，设备上根据实际尽可能采用先进的生产设备。通过先进的技术，自动化、机械化的生产控制，来减轻繁重的体力劳动和提高劳动力生产率，并采用已经成熟的生产工艺技术和设备，使工厂建成后能够顺利投产。经济上，因地制宜的采用适合的管理方法，降低能耗，减少污染，保护环境，选用合适的产品，减少浪费，还要考虑职工的生活便利。设计工厂整体要做到投资少、成本低、见效快的效果。1.3 厂址选择本次设计的是1万吨的啤酒厂，从啤酒的生产和销售角度考虑，将厂址选在广东省佛山市三水区某工业园区，其交通发达，水、电丰富，紧邻广州，啤酒消费量大。1.3.1佛山市三水区地理环境广东省佛山市三水区位于广东省中部，珠江三角洲西北端。因西、北、绥江在境内回流，故名三水。（1）得天独厚的优质水源和优美的生态环境：西、北、绥江在三水境内汇流，主要江河每年流经境内的水量2891.9亿立方米。（2）发达的交通设施：三水水陆交通发到，毗邻港澳，东距广州市中心城区仅35公里；广三铁路、三茂铁路和321国道、广三、广肇高速公路横贯市区，三水大道一级公路纵贯全区。设有三水海关，建有对外集装箱口岸码头，可靠泊3000吨级船舶的三水港，进口货物保税仓、港澳货运车辆检查场和大型铁路货场。（3）三水位于广东中部，其辐射区域广，加之交通网络发达，极有利于产品运往各消费市场及生产原料的运入。（4）三水区的综合成本优于同区域其他城市，其水价、电价、污水处理费等综合起来比珠江角多个城市相比更有竞争力,s三水区人力资源丰富，专业技术人员能充分满足需求，其劳动成本低于其他珠三角城市。1.3.2环境保护方案工厂应设有必要的环保方案，距大型的化工厂等重污染工厂较远，工厂选在远离市中心的，水源丰富的地区，而且可以尽量减少大气污染和水污染。要有完善的污水处理系统，三废排除要符合国家标准。工厂重视绿化厂区，美化厂区，争做现代化企业。第2章 生产工艺的选择与论证2.1 啤酒生产的工艺流程及设备流程2.1.1生产工艺流程图麦芽 粉碎 糖化 过滤 煮沸 回旋沉淀 麦汁的冷却 薄板换热器 发酵 过滤 无菌灌装2.1.2设备流程麦芽粉碎机糖化锅过滤槽煮沸锅 回旋沉淀槽 洗瓶机 清酒罐 硅藻土过滤机 发酵罐 薄板换热器 灌装机 贴标机 装箱机2.2 啤酒酿造原料的选择2.2.1原料的选择麦芽是啤酒生产的开始，麦芽质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。本次设计选用合格品麦芽为原料，成品麦芽出炉水分5%，本设计选用的麦芽水分为5%。本设计采用全麦芽，不使用辅料。因为虽然使用部分辅料可降低生产成本，但会增加着色麦芽和糖色的用量，有时还会引起成品酒口感方面的缺陷。感官要求：淡色麦芽淡黄色，有光泽，具有麦芽香味，无异味，无霉粒；着色黑麦芽具有麦芽香和焦香味，无异味，无霉粒，理化标准。2.2.2酿造水啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤、冷却水两大部分。加工水中投料水、洗糟水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒的重要原料之一，在习惯上称酿造水。啤酒酿造水的性质主要取决于水中溶解盐类的种类和含量、水的生物学纯净度及气味。它们将对啤酒酿造全过程产生很大的影响。因此，必须重视酿造用水的质量。除必须符合饮用水标准外，还要至少应达到表2-1所列各项指标的要求。表2-1 酿造用水的质量标准序号项目单位标准1色度无色透明无沉淀2味度无异臭味3pH16.5-7.54总盐mg/l m/l50-2005硬度度暂时硬度0-3；永久硬度3-5；总硬度2-82.2.3酒花的选择酒花的化学组成中，对啤酒酿造有特殊意义的有三大成分为酒花精油、苦味物质和多酚。根据设计要求，选取优质符合QB1668-93标准的一级颗粒酒花。色泽：浅黄绿色，有光泽，褐色花片少于2%。香气：富有浓郁的啤酒花香气，无异杂气味。花体完整度：花体基本完整。夹杂物：梗、叶等无害夹杂物不超过1.0%。匀整度：颗粒均匀、散碎度4.0%。硬度：60。崩解时间：10s。水分：8.0%12%。-酸含量（以干态计）：5.0%7.0%。-酸含量（以干态计）：3.0%4.1%（参考值）。2.3 糖化工艺的选择及论证2.3.1麦芽的制作和粉碎1.焦香麦芽的制作方法：将回潮成品淡色麦芽水浸810h，捞出沥干，然后装人转筒式炒炉，缓慢升温至5055保持60min，使蛋白质分解，再升温至6570保持60min，然后在30min内升温到170200，维持1520min使之产生类黑精物质，再用文火炒2030min，直至麦芽外观完全符合规定的标准。2.麦芽的粉碎可分为干法粉碎，湿法粉碎，回潮干法粉碎。本次设计采用的是连续浸渍湿法粉碎。 优点：连续浸渍，浸渍和粉碎是连续作业，自动化程度较高，可实现对工艺参数的自动调节和计量显示，以及故障的控制。连续浸渍湿式粉碎改进了原来湿式粉碎的两个缺点，麦芽浸渍时间比湿法粉碎要短的多，溶解均匀一致。缺点：结构复杂，价格高，维修费高，粉碎电负荷峰值大，粉尘损失大。2.3.2糖化方法的选择及论证糖化是将淀粉水解成可溶性糊精和可发酵性糖。糖化方法是指麦芽和非发芽谷物原料的不溶性固形物转化成可溶性的、并有一定组成比例的浸出物，所采用的工艺方法和工艺条件：它包括配料浓度、各物质分解温度、PH、热煮出的利用等，常常还包括酶制剂、添加剂的选择使用等。现在的啤酒厂一般采用浸出糖化法。其方法的选择取决于原料的质量，产品的类型，设备状况等多种因素。因为本次设计的任务是140P黑啤酒，由于用全麦芽，我选择了升温浸出糖化法。升温浸出糖化法,完全依靠麦芽中水解酶对麦芽成分的逐段升温分解。各段温度段的保留时间,完全取决于此段作用酶的含量及麦汁组成分的要求。其曲线变化较多。升温浸出糖化法,由于麦芽醪未经煮沸分解,因此, 要求麦芽发芽率高,溶解充分。若麦芽溶解差(麦尖部分溶解不足)或发芽率低,就很难将其生淀粉通过酶而溶解,因此,会影响麦汁收率。糖化曲线如图2-1原料的配比：麦芽100%粉碎前浸泡60秒糖化：在糖化中,麦芽的糖化分解,采用二段式糖化。首先经过62.5糖化,此温度下糖化,麦芽中核苷酸、内切肽酶及-淀粉酶均有活性,促进了核酸分解（形成核苷酸、及嘌呤、嘧啶）；内切肽酶还有一定活性,可补充蛋白质的分解,形成较多的可溶性氮（多肽）；-淀粉酶在此段温度有最高活性,有利于形成较多的可发酵性糖。此休止一般为2040min。随后再升至70进行第二段糖化,主要发挥-淀粉酶的催化作用,提高麦汁收率。二段温度糖化分解,对提高麦汁发酵度十分有利。2.3.3麦芽醪的过滤糖化结束后，应尽快地把麦芽汁和麦糟分开，以得到清亮和较高收得率的麦芽汁，避免影响半成品麦芽汁的色香味。因为麦糟中含有的多酚物质，浸渍时间长，会给麦芽汁带来不良的苦涩味和麦皮味，麦皮中的色素浸渍时间长，会增加麦芽汁的色泽，微小的蛋白质颗粒，可破坏泡沫的持久性。过滤的方法有压滤机法和过滤槽法，此次设计所采用的方式是过滤槽法。过滤槽的优点是操作简单，工艺成熟，进醪排糟都很容易也是比较普遍的。在醪夜进槽前其中就有78的温水，使水溢过率板，作用是预热槽以及排除管塞底的空气，泵送糖化醪送完后开幼耕槽机转35r，使糖化醪在槽内均匀分布，静置20min使糖化醪沉降形成过滤层通过回流泵使麦汁回流直至麦汁澄清,一般需要1015min。进行正常过滤注意调节麦汁流量（逐步减少）收集头号滤过麦汁一般需要4590min，待麦糟快要露出时开动耕槽机耕槽，疏松麦糟层，喷水洗槽。采用23次洗槽，同时收集二滤麦汁，开始比较浑浊，需要回流直至澄清待洗槽残液流出浓度达7度时过滤结束，旋转耕槽机刀开动耕槽机，打开麦糟排除阀 。2.3.4麦汁的煮沸和酒花的添加1.煮沸的目的:(1)蒸发水分、浓缩麦汁(2)钝化全部酶和麦汁杀菌(3)蛋白质变性和絮凝(4)酒花有效组分的浸出(5)排除麦汁中特异的异杂臭气麦汁的容量已盖满煮沸锅的加盐层时,即开始加热了,使麦汁维持在7080之间,防止菌酸菌等产菌污染,待麦糟洗涤结束后即加大蒸汽量,使麦汁达到沸腾。本设计采用外加热煮沸锅,可以防止局部过热,引起麦汁色度加深和加热面结垢,清洗困难。煮沸强度10%,1.5小时煮沸时间,加入石膏调pH。2.添加酒花的目的:(1)赋予啤酒爽快的口感(2)赋予啤酒特殊的香气(3)保持啤酒的非生物稳定性添加方法：第一次，煮沸515min后，添加总量的5%10%，主要是消除煮沸物的泡沫；第二次，煮沸3040min后，添加总量的55%60%，主要是萃取-酸，并促进异构；第三次，煮沸8085 min后，加剩余酒花，主要是萃取酒花油，提高酒花香。优点：1、广泛采用酒花颗粒，酒花的苦味物质比酒花球果易溶解。2、煮沸设备改进、麦汁循环强化、蒸发强度提高，煮沸时间缩短。3、酒花使用量减少，更强调-酸的异构化率。3. 麦汁煮沸技术煮沸过程是啤酒酿造过程中的耗能单元，煮沸过程蒸汽消耗量占整个啤酒生产过程中总量消耗的30%。目前中国啤酒行业多采用传统常压煮沸工艺，煮沸时间一般在75-90分钟，煮沸强度在8%-12%，总蒸率降低2%-15%。这种工艺有以下缺点：煮沸时间长、蒸发率高、能耗高、麦汁的热负荷大；加热过程中的波动阶段破坏对泡沫有利的物质，同时去除二甲基硫和减少可凝固性氮成为一对矛盾，煮沸锅内物质的均匀性差；并且二次蒸汽排放大气即浪费能耗有污染环境。所以本次设计决定采用新型热浪煮沸技术。新型热浪煮沸技术主要采用变压式循环煮沸工艺，通过麦汁循环泵的强制循环系统与大面积列管式内加热器，在减少“焦糊结垢”的同时，实现对煮沸锅家人列管强力冲刷，增大蒸发面积，加快麦汁离开加热面的速度，有效缩短麦汁与高温接触时间，实现8次循环/锅次的煮沸。新型热浪煮沸技术可以使啤酒煮沸蒸发率从12%-15%降低到5%，缩短煮沸时间，煮沸时间缩短到45分钟。新型热浪煮沸技术的应用，是能源得到高效利用，实现了节煤、节电，有效的消减二氧化碳排放量，在不改变煮沸设备的前提下，释放了酿造产能，实现经济效益和环境效益的双重收益。2.3.5麦汁的处理热凝固物分离工艺，采用回旋沉淀槽法。热麦汁由双向切线方向进槽,在槽内回旋产生离心力。由于受槽内运动离心力的作用力的合力把颗粒推向槽底中央。该设备占地面积小,加工容易投资也少。如不分离热凝固物,在发酵中,会引起热凝固物吸附大量酵母,使发酵不正常。同时在发酵中被分散,将来进入啤酒,影响啤酒的非生物稳定性。技术条件：(1)麦汁液面与槽直径比1:23。(2)槽底部向出口倾斜12%便于凝固物中麦汁缓慢流出。(3)麦汁进口速度1016m/s(泵能力)。(4)进料时间1220min,麦汁静置时间3040min。(5)麦汁切线进口位置约在麦汁高度1/3处。2.4 发酵工艺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，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氮源，可发酵性糖为主要碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而增殖，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。 酵母恢复阶段：酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降的很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏细胞内的肝糖和海藻糖提供。下一阶段，酵母细胞基本不繁殖，即所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。 有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵性糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。 无氧呼吸阶段： 在此发酵过程中，绝大部分可发酵性糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽糖，麦芽三糖。2.4.1啤酒酵母酵母是生产所有酒类不可缺少的物质，酵母的种类很多，啤酒酵母的学名：Saccharomyces cerevisiae，根据Loder分类，酵母有39属，350种。啤酒酿造中酵母的主要作用是降糖，产生二氧化碳和酒精。但不是所有的酵母都可以用来酿酒，用来酿制啤酒的酵母大部分是经过人工培养的专用酵母，称之为啤酒酵母。啤酒酵母又可分为上面发酵酵母和下面发酵酵母。用上面发酵酵母酿造的啤酒，在发酵过程中，温度比较高，发酵时间比较短，发酵完毕以后，酵母大多漂浮在上面。一般来讲，Ale,Stout这些种类的啤酒大多采用此种酵母。相反，使用下面发酵酵母在酿制啤酒的发酵过程中，温度比较低，发酵时间比较长，发酵完毕之后，酵母大多沉聚在底部，像Pilsner Beer,Munich Beer这类的著名啤酒，大多采用此种酵母进行发酵。值得一提的是，用来酿酒的酵母，均含有大量的蛋白质和多种氨基酸，维生素以及矿物质，特别是核酸，更具有抗老防衰的独特作用。2.4.2发酵工艺曲线发酵工艺曲线如图2-2。2.4.3工艺的论证入罐温度为10,此温度选在10比较适合，因为若低于此温度，升温的时间会很长，在长时间的升温过程中很容易染菌。因此一天就要升到主发酵温度，并且采用的是自然升温。本设计中麦汁进罐的方法是直接进罐法。冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母,泵到锥形发酵罐，全量酵母与第一锅麦汁一次性加入锥形罐中。直接进罐的作用是为了缩短起酵时间,大多采用较高的接种量。本次设计采用的接种是设定在3.0%，因此接种后细胞浓度为2.0106个/ml，此细胞浓度对啤酒风味物高级醇以及双乙酰的含量是均匀合理的,对啤酒的发酵度与酒精度也是有帮助的，麦汁是分批进入C.C.T的，为了减少VDK前驱物质-2乙酰乳酸的生成量,要求满罐时间在1218h内。因本设计为14o全麦啤酒，主发酵温度在9.512比较适合,主发酵的温度若过低会导致啤酒酿造完后容易上头，设计选取主发酵温度12，属中温发酵。在发酵的过程中双乙酰的还原也是非常重要的环节，双乙酰已被视为啤酒好坏的标度。由于本设计选用的菌种繁殖快，满罐后第2天发酵的降糖与还原双乙酰这两个生化过程基本在12下同时进行。 当外观浓度降至40pVDK0.1mg/l,在1天内降至5停留24小时，排酵母,是为了提高啤酒的口感、味道及改善酵母泥的品质。2.5 啤酒的过滤和贮酒2.5.1过滤的目的发酵结束的成熟啤酒，虽然大部分蛋白质和酵母已经沉淀，但仍有少量物质悬浮于酒中，必须经过澄清处理才能进行包装。啤酒过滤的目的：除去酒中的悬浮物，改善啤酒外观，使啤酒澄清透明，富有光泽；除去或减少使啤酒出现浑浊沉淀的物质（多酚物质和蛋白质等），提高啤酒的胶体稳定性（非生物稳定性）；除去酵母或细菌等微生物，提高啤酒的生物稳定性。2.5.2过滤的方法本次设计采用烛式过滤系统和膜式过滤系统。由于滤层铺设在刚硬的支承环上，故管路压力波动，不致于引起预涂层折裂变形；滤柱是圆形截面，过滤表面积随着滤层厚度而增加，当滤层积聚成大的外直径时，不仅仅外表面的硅藻土起过滤作用，在较小直径的内部也引起过滤作用；在机壳内部没有任何活动部件，这对灭菌是有利的；易于实现自动化控制。综合其他因素，设计中采用了环式（烛式）硅藻土过滤机。膜式过滤主要用于精滤生产无菌啤酒,啤酒先经离心机离心或硅藻土过滤机粗滤后,再入膜滤除菌。该法的优点是可以直接滤出无菌鲜酒，若配合无菌包装可省出巴氏杀菌机而产生出生物稳定性可靠的成品啤酒，从而有利于啤酒泡沫稳定性，成品酒无过滤介质污染，产品损失率减少。2.5.3贮酒本次设计采用贮酒温度是-1,因为对酒的保质期有好处,但也不能太低因为酒会结冻。啤酒过滤后存放清酒的容器称为清酒罐。清酒罐是过滤机和灌装机之间的缓冲容器，为了灌装稳定，清酒需要停留6-12小时才能灌装，但清酒在清酒罐最多只能存放3天。清酒罐不能用空气背压，要用二氧化碳或无菌氮气背压，因为整个发酵过程要求的无菌程度较高。清酒罐每周要用酸、碱洗一次，每隔1-2个月进行一次CIP系统清洗。2.6 啤酒的包装 滤清啤酒 啤酒瓶 选瓶 洗瓶 验瓶 灌装机 co2 验酒 杀菌机 验酒 压盖机 瓶盖 商标 贴标机 装箱机 瓶装熟啤酒2.7 成品啤酒的质量成品啤酒应符合国家标准的，中华人民共和国国家标准啤酒（GB4927-2001）如表2-2所示：表2-2 中华人民共和国国家标准啤酒（GB4927-2001）项目优级一级二级酒精含量%（V/V）或%（m/m）大于、等于14.1P5.54.35.24.112.1P -14.0P4.73.74.53.511.1P -12.0P4.33.44.13.210.1P -11.0P4.03.13.72.98.1P -10.0P3.62.83.32.6等于、小于8.0P3.12.42.82.2续表2-2 中华人民共和国国家标准啤酒（GB4927-2001）项目优级一级二级原麦汁浓度P大于、等于10.1Px-0.3等于、小于14.1Px-0.2总酸（mL/100mL）大于、等于14.1P3.510.1P -14.0P2.6等于、小于P2.2二氧化碳%（m/m）0.40-0.650.35-0.65双乙酰mg/L0.100.150.20蔗糖转化酶活性呈阳性注：不包括低醇啤酒。 “X”为标签上标注的原麦汁浓度，“-0.3”或“-0.2”为允许的负偏差。桶装（鲜、生、熟）啤酒二氧化碳不得小于0.25%（m/m）。仅对“生啤酒”和“鲜啤酒”有要求。第3章 啤酒生产工艺计算3.1 物料衡算3.1.1基础数据3-1 啤酒生产基础数据项 目名 称%说 明定额指标原料利用率98.5麦 芽 水 分5无水麦芽浸出率76原料配比麦 芽100损 失 率冷却损失7对热麦汁而言发酵损失1.5滤过损失0.9包装损失0.6总损失率啤酒总损失率10对热麦汁而言3.1.2 100 kg原料生产15麦芽汁的物料衡算1.热麦汁量:原料麦芽收得率:0.76（100-5）98.5%=72.20%则100kg原料可制得的15热麦汁量为：又知15麦汁在20时的相对密度为1.0526，而100热麦汁比20的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100）的体积为：2.冷麦汁量：475.6（1-0.07）=442.3 L3. 酒花耗用量：根据经验酒花加入量约为热麦芽汁的0.2% 481.30.2%=0.9626 kg4. 湿糖化糟量： 设排出糖化糟含水量80%左右100（1-5%）（1-76%）（1-80%）=114 kg3.1.3生产100L 15麦芽汁的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg原料生产15麦芽汁量为442.3L 故可得出下述结果：1.生产100L 15麦芽汁量需用原料量:2.麦芽耗用量22.6100%=22.6 kg3.酒花耗用量：4.热麦汁量：5.冷麦汁量：6.湿糖化糟量：设排出的湿麦糟含水分80%，麦糟量： 故湿糖化糟量：25.76kg3.1.4 生产物料衡算表3-1 啤酒生产物料衡算表名称单位对100kg原料对100l麦芽汁麦芽kg10022.6酒花kg0.96260.2175热麦芽汁L475.6107.49冷麦芽汁L422.3100湿糖化槽kg11426.763.1.5 年产1万吨15麦芽汁生产物料衡算表设、全年生产天数为300，旺季生产240天，淡季生产60天，旺季日糖化6次，淡季日糖化4次因此，每年总糖化次数：2406+604=1680次故可得出下述结果：1. 冷麦芽汁量： 年产量 100000001.05260=9500285 L 一次糖化 95002851680=5654.93 L=5.66 m3 一天产量 旺季 5.666=33.96 m3 淡季 5.664=22.64 m3 2.热麦芽汁量： 年产量 9500258（17%）=10215360 L 一次糖化 102153601680=6080.57 L=6.08 m3 一天产量 旺季 6.086=36.48 m3 淡季 6.084-24.32 m3 3.原料用量： 一次用量 全年用量 一天用量 旺季 淡季 4.酒花用量： 一次用量 全年用量 一天用量 旺季 淡季 5.湿糖化槽量： 一次用量 全年用量 一天用量 旺季 淡季 3.1.6年产1万吨精酿啤酒15P麦芽汁生产物料料衡算表3-2 啤酒生产物料衡算表物料名称单位一次糖化 一天糖化全年糖化旺季淡季麦芽kg1279.767678.025118.682149853酒花kg12.3273.9249.2820697.6冷麦芽汁m35.6633.9622.649500.285热麦芽汁m36.0836.4824.3210215.36湿糖化槽kg1458.828752.925835.282450817.63.2 传统方法热量衡算本设计采用的是一次浸出糖化法，其中的投料量为糖化一次的用料量。1.糖化用水耗热量根据工艺，糖化用水量为：式中 1129.67糖化一次麦芽用量； 3.5料水比采用1：3.5自来水平均温度取=20,而糖化配料用水温度=55,故耗热量为： 2.糖化锅中麦醪的初温计算麦醪的比热容：根据经验公式进行计算。式中 w为含水百分率；为绝对谷物比热容，取则：=51.46 设麦芽温度与自来水温相同：=203.麦醪由升温到耗热量=65144.29kJ4.麦醪由升温到耗热量5.麦醪由升温到耗热量6.洗糟水耗热量设洗糟水平均温度为80，每100kg原料用水450kg,则用水量：故7.传统麦汁煮沸过程耗热量(1)麦汁升温至沸点耗热量由糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得475.6kg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： 故 (2)煮沸过程蒸发耗热量煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：故 (3)热损失为：(4)麦汁煮沸总耗热：8.传统方法糖化一次总耗热量 3.3 设计热量衡算1. 糖化用水耗热量 根据本次设计工艺，糖化配料用水用于沉淀槽冷却用水 2. 糖化过程耗热、 此过程本次设计与传统方法相同，所以 3.洗糟水耗热量 设洗糟水平均温度为80，每100kg原料用水450kg,则用水量：且洗糟水来自麦汁冷却器得一段冷却用水，洗糟水温度：故 4.新型热浪煮沸耗热(1)麦汁升温至沸点耗热量由糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得475.6kg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： 故 (2)煮沸过程蒸发耗热量煮沸强度5%，时间0.75h，则蒸发水分为：故 (3)热损失为：(4)麦汁煮沸总耗热： 5.实际糖化一次总耗热量 6.本次设计节约能耗本次设计与传统糖化方法相比节约能耗到50.8% 7.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:式中 i相应冷凝水焓561.47kJ/kg;蒸汽的热效率=95%8.糖化过程每小时最大蒸汽耗量在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量为最大，且知煮沸时间为90min，热效率为95%，故:相应的最大蒸汽耗量为：9.蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为1680次，共生产麦芽汁1万吨，年耗蒸汽总量为：每吨麦芽汁成品耗蒸汽（对糖化）为：每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：将上述计算结果列成热量消耗综合表，如表3-3所示3-3 10000t/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每昼夜消耗量kg/d年消耗量kg/a蒸汽0.3(表压)220.129890.877861.742201287.23.4 水平衡计算1. 糖化用水 W：用水量 G:原料量 A：浸出率 :头号麦汁浓度 所以糖化锅加水与原料比 3.5:1糖化用水量：糖化用水时间设为0.25h，故：每小时最大用水量：本次设计糖化用水来自沉淀槽冷却用水，所以糖化用水量为02.洗糟用水100kg原料约用水450kg，则需用水量：用水时间设为1h，则每小时洗糟最大用水量： 本次设计洗糟用水来自麦汁冷却器第一段冷却用水，所以洗糟用水为03.糖化室洗刷用水一般糖化室及设备洗刷用水每糖化一次，用水约4吨，用水时间为2h，故：洗刷最大用水量：4.沉淀槽冷却用水(冷却时间设为1h)式中，热麦汁放出热量热麦汁比重热麦汁量热麦汁比热=3.72 热麦汁温度; =65冷却水温度=20;=55冷却水比热=4.18 用水时间设为1h，则每小时沉淀槽冷却用水最大用水量： 5.麦汁冷却器冷却用水麦汁冷却时间设为1h，麦汁冷冷却温度为10分二段冷却第一段：麦汁温度65至25 冷水温度20至40 冷却时间0.5h麦汁放出热量 第一段冷却水用量每小时第一段麦汁冷却器冷却用水最大用水量第二段：麦汁温度25至10 冷水温度3至20 冷却时间0.5h麦汁放出热量 第二段冷却水用量每小时第二段麦汁冷却器冷却用水最大用水量、将上述结果列于表3-43-4 啤酒用水量衡算表项目水质需要用水量kg最大用水量kg/h糖化用水酿造水0洗糟用水酿造水0糖化室洗刷用水自来水40002000沉淀槽冷却用水酿造水麦汁冷第一段却器冷却用水酿造水麦汁冷第二段却器冷却用水自来水3.5 耗冷量的计算 本次设计麦汁冷却器采用二段式冷却法，第一段冷却用常温水将热麦芽汁从温度65降至25（30min），第二段用3冰水将麦芽汁从25冷却至发酵所需的10，冰水所吸收热量： 耗用冰水量为：每小时麦汁冷却器冰水最大用水量 第4章 啤酒生产设备选型计算4.1 啤酒生产设备论证4.1.1设备的组合方式论证本设计选用的是四器组合的生产方法，对于此方法来说，年产1万吨的啤酒厂的生产能力比较适合。而且此方法对糖化锅原料利用率较高。4.1.2糖化设备组合方式的综合比较通过对糖化设备采用3种不同组合方式的技术经济分析，可以得到如何下结果,如表4-14-1 糖化设备采用3种不同的组合方式的技术经济结果序号组合方式生产批次（批/次）设备平均利用率（%）投资系数投资效率比123二器组合四器组合四器缓冲罐组合2.74.06.08980800.51.01.25.44.05.04.2 啤酒生产设备选型计算4.2.1麦芽暂贮箱1.所需容量计算每次投料量 麦芽容重 r=500有效容积系数所需容积2.结构采用方形斜锥底,金属结构。定箱内尺寸为：A=3000mm，a=500mmB=1500mm，b=200mmH=1000mm，h=1000mm总容积为: 4.2.2麦芽粉贮箱1.所需容量计算每次投料量 麦芽粉比容有效容积系数所需容积2.结构方形锥底,金属结构。定箱内尺寸为：A=3500mm，a=500mmB=1500mm，b=200mmH=1500mm，h=1500mm总容积为: 4.2.3水箱设计两个水箱，一个投料水箱，一个洗糟水箱。取水箱尺寸为300020001500mm4.2.4糖化锅糖化锅的主要作用是进行麦芽的蛋白分解作用，并与已糊化的大米醪混合，维持醪液在一定的温度，使醪液进行淀粉糖化。(1)锅体采用圆柱形器身，略带锥形夹层底和弧形顶盖。锅身直径与高度比为2：1，容量系数取0.8，下封头高度。(2)加热方式为夹套间接蒸汽加热，夹套的蒸汽压力通常为0.30.6MPa。(3)糖化锅的材料，全部采用不锈钢板。糖化醪量：糖化醪的干物质百分含量：查啤酒工业手册，得相对密度为。则糖化锅的有效容积为：取糖化锅充满系数为0.8糖化锅总体积：糖化锅其圆筒直径D与高度H之比取2：1，即D=2H则4.2.5麦汁煮沸锅用于麦汁的煮沸和浓缩，蒸发掉多余的水分，使麦汁达到一定的浓度，并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香构成物质进入麦汁中。(1)煮沸锅锅体采用圆柱形器身，椭圆形封头及封底。锅身直径与筒体高度之比取2：1，容量系数0.7，锥底高度以为宜。(2)加热采用外加热器，壳层通入0.30.6MPa的蒸汽进行加热。(3)煮沸锅材质选用不锈钢。混合原料浸出率：原料无水浸出率原料使用量=751=75%则头号麦汁浓度：由头号麦汁浓度18%查得由糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得475.6kg热麦汁，则进入煮沸锅的麦汁量为： 则煮沸锅有效容积：取煮沸锅充满系数0.8，则煮沸锅总容积：取高径比H：D=1：2，则得4.2.6过滤槽（煮沸之前）采用圆柱形器身，平底锅底。因醪液量：，密度则过滤槽有效容积 取充满系数0.85，则 取高径比H：D=1：2则，得： ，D=2.41m,H=1.205m4.2.7回旋沉淀槽回旋沉淀槽采用圆柱形器身，平顶锥底。进入回旋沉淀槽的热麦汁量：6.08容积系数取0.8，则回旋沉淀槽容积为： 回旋沉淀槽高径比为1：2，设圆柱部分直径D，则高因此， 圆柱部分高由工艺知麦汁经过回旋沉淀槽后温度由100降至65，而冷却水有20升至55。麦汁：10065；冷水：2055于是， 进入回旋沉淀槽麦汁量为： 换热量： 加热面材料取不锈钢板 ， 实际K值比理论低20% 则换热面积： 4.2.8薄板换热器采用二段式冷却方式，由工艺可知麦汁经回旋沉淀槽后的温度为651.第一段冷却麦汁：6525；冷水：2040换热实际：0.5于是，进入薄板换热器的麦汁量为：因式中 31975.68进入回旋沉淀槽麦汁量 0.5湿热凝固物含量换热量：加热面材料取不锈钢板 ， 实际K值比理论低20% 则换热面积： 3.第二段冷却麦汁：2510；冷水：320于是，换热量：加热面材料取不锈钢板 ， 实际K值比理论低20% 则换热面积： 4.2.9麦汁暂存罐麦汁经薄板冷却器冷却后，进入暂存罐。其容积可取回旋沉淀槽容积，D=2.69m,H=1.345m4.2.10板框式硅藻土过滤机由不锈钢制成，滤板和滤框交替排列。选用德国ORION-AIOO，过滤能力350370，台机产量为1000050000L。4.2.14 CIP系统1.CIP系统的设置（流量580L/min）洗涤过程：清水喷淋10min，热水喷淋洗涤10min，80,2%热碱水淋洗15min，热水洗涤10min，清水10min，甲醛水（0.015%）或双氧水（2%）淋洗15min，无菌水淋洗15min。2.洗涤罐设置清水罐2个，热水罐2个，碱水罐1个，甲醛水或双氧水罐1个，无菌水罐1个。4.3 重点设备设计计算（糖化锅）4.3.1糖化锅主要尺寸由前面设备选型知：糖化锅，直径，高，下封头高度4.3.2内薄壁圆筒底的强压度设计1.设计压力P设液面距离圆筒底的高度为，则则下封头所承受的压强：圆筒底所承受的压强：而上封头所承受的压强为：0.1MPa 由表可知，筒体和封头可选用Q235-A.F材料。2.圆筒的壁厚计算Q235-A.F钢板在0250范围内的许用应力由表查取，估计此筒体厚度在312mm之间，为安全计，取；焊缝为双面焊，采用全部无损探伤，其焊缝系数由表查得；钢板负偏差由表查得：，腐蚀裕度由表选得，则壁厚附加量C=0.3+1=1.3mm。因此，圆筒壁厚：根据钢板厚度规格，取气压试验强度校核：规定的试验压力由表知：气压试验时的应力：Q235-A.F钢制容器在常温气压试验时的许用应力:因为，故筒体厚度满足气压试验时强度要求。4.3.3椭圆形封头设计从强度、结构和制造等方面综合考虑，设计采用椭圆形封头。由壁厚公式标准椭圆形封头的厚度与筒体基本相同，而因值有所不同，则相差不会很大，为焊接方便，常取两者等厚。因此，4.3.4管径计算(1)升气管直径设升气管截面积为液体蒸发面积的1/301/50，取1/50，则得，取式中 D圆筒体直径(2)加水管直径由水衡算，糖化锅加水量为3953.85kg，即.设加水时间为0.25 h,则流体流量：取加水流速为2m/s,则加水管内径为：取式中 Q流体流量（）V流体的流速(m/s)(3)糖化醪出口管直径由设备选型知糖化醪量为4.72,设倒醪时间为10min,则流量 取糖化醪流速为0.8m/s，则糖化醪出口管直径：圆整，取(4)进料管直径设进料管流体流量为50，流体流速取0.8m/s,则进料管内径为：圆整，取4.3.5设备的开孔补强设计设计数据：计算压力 P= 0.13MPa，设计温度t = 200， 标准椭圆形封头Di = 2240mm，封头名义厚度n = 7.0mm，焊接接头系数，腐蚀余量 = 1mm，封头材料Q235-A.F，,而接管材料为10钢，封头中心设置的内平齐接管。1.需要补强的面积其中，C为接管壁厚度附加量，查表则开孔直径：强度削弱系数2.已有的加强面积筒体或封头承压所需设计厚度之外的多余金属面积：其中 4.3.6搅拌功率的计算设搅拌器宽b=0.20m，锅内液柱高H液=1.6m，按永田公式：设搅拌器折角=60=30.54=0.7276=1.1+4-2.5-7=1.3848Rem=nd2/= =0.1046相关参数：d搅拌浆叶长度（m）n浆叶转数（r/s）流体密度（kg/m3）流体粘度（Ns/m2）（Pas）D糊化锅直径（m）b搅拌浆叶宽度（m）H液液层高度（m）搅拌浆折叶角，一般为45或60传动机构总效率，取0.4-0.5K电机功率储备系数 1.2-1.4K1搅拌阻力系数 1.1-1.34.3.7糖化锅加热面积的计算加热面材料取不锈钢板 ， 实际K值比理论低20% 根据热量衡算，糖化醪从65升至78为糖化锅最大的热量消耗：麦醪由升温到耗热量，4.3.8法兰的选择由化工设备机械基础，锅底接管法兰的最高无冲击工作压力为0.2MPa,糖化锅容器法兰的最大允许工作压力为0.16MPa。4.3.9支座的选择由化工容器，用支承式支座.1.作用在每个支座的实际负荷Q因锅体重：糖化锅的重量由上、下封头和圆柱形器身重之和。(1) 上封头表面积：体积，(2) 下封头表面积：体积，(3)圆柱形器身表面积：体积，则糖化锅质量：在计算支座承担的负荷时，还应考虑到糖化锅附属设备的质量，这里按照糖化锅体重的一定比例来计算，设比例系数为0.15，则附属设备的重量为：又糖化醪液量：，则总重量为：设有6个支座，则作用在每个支座的实际负荷：2.支座的选择选定支承式支座，由标准JB/T4724支式支座，本设计采用A型支承式支座。4.3.10人孔、视镜设计对压力容器，根据化工容器，选用HG21516-95（板式平焊法兰式），突面D=4600mm的人孔。视镜则选用圆形，平面式玻璃表面，DN125mm，可供两只眼睛窥视。4.3.11CIP清洗管路的设计洗涤过程中，CIP流量为580L/min设流速，则圆整取排醪入口直径为d=80mm，壁厚。第5章 啤酒工厂三废治理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