啤酒厂糖化工段初步工艺设计Word文档格式.docx
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3.根据计算结果CAD绘制糖化工段能量平衡图，并打印A3图纸一张。
（二）工艺计算
一、99000t/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（麦汁、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。
1、糖化车间工艺流程
流程示意图如图1所示：
水、蒸汽
↙↘
麦芽、大米→粉碎→糊化→糖化→过滤→麦汁煮沸锅→
↓
麦槽
酒花渣分离器→回旋沉淀槽→薄板冷却器→到发酵车间
↓↓↓
酒花槽热凝固物冷凝固物
图1.啤酒厂糖化车间工艺流程示
2、技术指标
表1.啤酒生产技术指标
根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产13°
淡色啤酒的物料计算，然后进行100L13°
淡色啤酒的物料衡算，最后进行99000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
3、100kg原料（70%麦芽，30%大米）生产13°
淡色啤酒的物料衡算
（1）热麦汁计算根据表1可得到原料收得率分别为：
麦芽收率为：
0.75×
（100-5）/100=71.25%
大米收率为：
0.95×
（100-10）/100=85.5%
混合原料收得率为：
（0.70×
71.25%+0.30×
85.5%）×
98.5%=74.39%
由上述数据可计算出100kg混合料原料可制得的13°
热麦汁量为：
×
100=572.2（kg）
查资料知13°
麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁相对密
为1.024，100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：
572.2/1.084×
1.04=549（L）
（2）冷麦汁量为：
549×
（1-0.04）=527.04（L）
（3）发酵液量为：
527.04×
（1-0.01）=521.77（L）
（4）过滤酒量为：
521.77×
（1-0.005）=519.16（L）
（5）成品啤酒量为：
519.16×
（1-0.02）=508.78（L）
（6）颗粒酒花使用量：
选用质量较好，含α－酸较高的颗粒酒花，一般在热麦汁中加1.5-2kg/t颗粒酒花，选择加酒花2kg/t,即100L热麦汁加2kg的颗粒酒花:
0.2/100×
549＝1.098（kg）
（7）湿糖化槽量:
糖化槽含水80％，则
湿麦槽量：
100×
70％×
（1-5％）（1-75％）/（1-80％）＝83.125（kg）
大米槽量：
30％×
（1-10％）（1-95％）/（1-80％）＝6.75（kg）
糖化槽量＝83.125＋6.75＝89.875（kg）
（8）湿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%,则湿酒花槽量：
1.098×
（100-40）/（100-80）=3.29（kg）
4、生产100L13°
根据上述衡算可知，100kg混合原料生产13°
成品啤酒508.78L，故
（1）生产100L13°
啤酒所需混合原料量：
100/508.78×
100＝19.65（kg）
（2）麦芽用量：
19.65×
70％＝13.76（kg）
（3）大米用量：
30％＝5.90（kg）
（4）酒花用量：
549/508.78×
0.2％=0.216（kg）
（5）热麦汁量：
549/508.78=107.9（L）
（6）冷麦汁量：
527.04/508.78=103.59（L）
（7）湿糖化糟量：
设湿麦芽糟水分含量为80%，则
湿麦芽糟量为：
[（1-0.05）×
（100-75）]/（100-80）×
13.76=16.34（kg）
湿大米糟量为：
[（1-0.1）×
（100-95）]/（100-80）×
5.90=1.33（kg）
故湿糖化糟量为：
16.34+1.33=17.67（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%,
湿酒花糟量为：
（1-0.4）/（1-0.8）×
0.216=0.648（kg）
（9）发酵液量：
521.77/508.78=102.55（L）
（10）过滤酒量：
519.16/508.78=102.04（L）
（11）成品啤酒量：
508.78/508.78=100（L）
5、生产99000t/a13°
淡色啤酒糖化车间的物料衡算
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150×
6+150×
4=1500（次），由此可算出每次投料量及其他项目的物料衡算。
（1）查13°
淡色啤酒密度为1.012kg/L，则每次糖化的啤酒量为：
99000000÷
1500÷
1.012=65217（L）
每次糖化的原料量为:
19.65/100×
65217=12815（kg）
（2）麦芽量：
12815×
70％=8970.5（kg）
（3）大米量：
12815-8970.5=3844.5（kg）
（4）热麦汁量：
549/100×
12815=70354（L）
（5）冷麦汁量:
70354×
（1-4%）=67540（L）
（6）湿糖化糟量:
18.6/100×
65217=12130（kg）
（7）湿酒花糟量：
0.675/100×
65217=440.2（kg）
酒花用量:
0.225/100×
65217=146.74（kg）
（8）发酵液量：
67540×
（1-1%）=66864.6（L）
（9）过滤酒量：
66864.6×
（1-0.5%）=66530（L）
（10）成品啤酒量：
66530×
（1-2%）=65199（L）
（1）由以上设计中可得出100kg原料可得成品啤酒508.78L,13°
啤酒的密度为ρ=1012kg/m3，508.78L啤酒的质量M=508.78×
1.012=514.89kg，
由此可得出
年产9.9万吨的啤酒所需要的量为：
99000000×
100/514.89=1.92×
107（kg）
（2）麦芽投料：
1.92×
107×
0.70=1.34×
（3）大米投料：
0.30=5.8×
106（kg）
（4）每次热麦汁收得率：
107=11.0×
107（kg）
热麦汁量：
11×
107/1.024=10.74×
107（L）
（5）冷麦汁量：
10.74×
（1-0.04）=10.31×
（6）湿麦糟量:
［（1-0.05）×
（100-75）/（100-80）］×
1.34×
107=1.60×
湿米糟量:
［（1-0.10）×
（100-95）/（100-80）］×
5.8×
106=1.31×
106（kg）
总湿糖化槽量：
1.60×
107+1.31×
106=1.731×
（7）酒花量为热麦汁的0.2%：
11.0×
0.2%=2.2×
105（kg）
湿酒花槽量：
（100-40）/（100-80）×
2.2×
105=6.6×
10.31×
（1-0.01）=10.21×
10.21×
（1-0.005）=10.16×
（10）成品酒量：
10.16×
（1-0.020）=9.96×
106（L）
二、99000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
化车间的热量衡算，工艺流程示意图如图2所示。
大米粉（3203.75kg）
麦芽（640.75kg）47.2℃,20min
麦芽粉
（25607kg）
46.7℃
60min
自来水,18℃
料水比1：
4.5料水比1：
3.5
热水,50℃
12min
70℃t（℃）63℃60min
7min冷却
90℃20min100℃40min70℃25min
过滤糖化结束78℃100℃10min
麦芽煮沸锅90min回旋沉淀槽薄板冷却器冷麦汁
酒花
图2.啤酒厂糖化工艺流程图
⑴糖化用水耗热量Q1
根据工艺，糊化锅加水量为：
G1=（3203.75+640.75）×
4.5=17300.25（kg）
式中3203.75为糖化一次大米粉量，640.75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=8970.5×
3.5=31396.75（kg）
式中，8970.5为糖化锅投入的麦芽粉量，即9611.25-640.75=8970.5（kg）。
而9611.25为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
Gw=G1+G2=17300.25+31396.75=48697（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=cwGW（t2-t1）=4.18×
48697×
（50-18）=6.514×
106（kJ）
⑵第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图（图2）可知，Q2=Q21＋Q22＋Q23
Q21为米醪由初温即室温加热到煮沸的耗热，Q22为煮沸过程中蒸汽带走的热量，
Q23为升温过程中的热损失。
2.1．糊化锅内米醪由初温tO加热至煮沸的耗热量Q21
Q21=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=0.01[（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/（kg·
K）
c麦芽=0.01[（100-5）×
1.55+4.18×
5]=1.68kJ/（kg·
c大米=0.01[（100-10）×
10]=1.81kJ/（kg·
c米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+Gwcw）/G大米+G麦芽+GW）
=（3203.75×
1.81+640.75×
1.68+17300.25×
4.18）/（3203.75+640.75+17300.25）=3.75kJ/（kg·
K）
（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+GWcW×
50]/（G米醪c米醪）
=[（3203.75×
1.68）×
18+17300.25×
4.18×
50]/（21144.75×
3.75）=47.2℃
其中G米醪=G大米+G麦芽+G1=3203.75+640.75+17300.25=21144.75（kg）
（3）把上述结果代入Q21=G米醪*c米醪（100-t0）中，得：
Q21=21144.75×
3.75×
（100-47.2）=4.1867×
106（kJ）
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=21144.75×
40/60=704.8（kg）
Q22=V1I=704.8×
2257.2=1.59×
106（kJ）
式中，I为100℃饱和气压下水的汽化潜热2257.2（kJ/kg）
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）=15%（4.1867×
106+1.59×
106）=866505（kJ）
2.4由上述结果得：
Q2=1.15（Q21+Q22）=1.15（4.1867×
106）=6.643×
⑶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。
3.1糖化锅中麦醪的初温t麦醪
已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：
t麦醪=（G麦芽G麦芽×
18+G2
50）/（G麦醪c麦醪）
其中G麦醪=G麦芽+G2=640.75+31396.75=32037.5（kg）
麦醪的比热容c麦醪=[（G麦芽c麦芽）+G2cW）]/G麦醪
=（640.75×
1.68+31396.75×
4.18）/32037.5=4.13kJ/（kg.K）
t麦醪=（G麦芽c麦芽×
=（640.75×
1.68×
18+31396.75×
50）/（32037.5×
4.13）
=49.74℃
3.2米醪的中间温度t
G混合=G米醪+G麦醪=21144.75+32037.5=53182.25（kg）
G/米醪=G米醪-V1=21144.75-704.8=20439.95（kg）
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：
混合醪的比热容c混合=（G米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G米醪+G麦醪）
=（21144.75×
3.75+32037.5×
4.13）/（21144.75+32037.5）=3.98kJ/（kg·
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）
=（53182.25×
3.98×
63-32037.5×
4.13×
49.74）/（20439.95×
3.75）=88.11℃
由上述结果得Q3
Q3=G混合c混合（70-63）=53182.25×
（70-63）=1.48×
⑷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
Q41为混合醪升温至沸腾所耗热量，Q42为第二次煮沸过程蒸汽带走的热量，Q43为热损失
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-V1=21144.75-704.8=20439.95（kg）
故进入第二次煮沸的混合醪量为：
G混合=G/米醪+G麦醪=20439.95+32037.5=52477.45（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%
故Q41=26.7%G混合c混合（100-70）=0.267×
52477.45×
30=1.736×
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：
GV2=26.7%G混合×
10/60=26.7%×
10/60=117（kg）
Q42=IGV2=2257.2×
117=0.264×
式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg）
4.3热损失Q43根据经验有：
Q43=15%（Q41+Q42）
4.4把上述结果代入公式得Q4=1.15（Q41+Q42）=2.3×
⑸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洗=12815×
450/100=57667.5（kg）
Q5=G洗cW（80-18）=57667.5×
62=14.945×
⑹麦汁煮沸过程耗热量Q6
Q6=Q61+Q62+Q63
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574kg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=（549/100）×
12815=70354（kg）
又c麦汁=（9611.25×
1.68+3203.75×
1.81+12815×
6.4）/（12815×
7.4）=3.847kJ/（kg*K）
Q61=G麦汁c麦汁（100-70）=8.120×
106（kJ），
则蒸发水分为：
GV3=70354×
0.1×
1.5=10553.1（kg）
Q62=IGV3=2257.2×
10553.1=23.820×
6.2热损失为Q63=15%（Q61+Q62）
6.3把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热
Q6=Q61+Q62+Q63=1.15（Q61+Q62）=36.73×
⑺糖化一次总耗热量Q总
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
=（6.514+6.643+1.48+2.3+14.945+36.73）×
106=68.612×
（8）耗气量衡算
8.1糖化一次耗用蒸汽用量D
使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3kJ/kg,则：
D=Q总/[（I-i）×
η]=33377（kg）
式中，i为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；
η为蒸汽的热效率，取η=95%。
8.2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95%，故：
Qmax=Q6/（1.5×
95%）=36.73×
106/（1.5×
95%）=25.78×
106（kJ/h）
相应的最大蒸汽耗量为：
Dmax=Qmax/（I-i）=25.78×
106/（2725.3-561.47）=11914（kg/h）
8.3、蒸汽单耗
据设计，每年糖化次数为1500次，每糖化一次生产啤酒99000/1500=66（t），
年耗蒸汽总量为：
D总=33377×
1500=50.06×
每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
D1=33377/66=506（kg/t）
每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
Dd=33377×
6=200262（kg/d）
（三）计算结果
表2.99000t/年啤酒厂糖化车间总物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L13°
淡色啤酒
糖化一次定额量
99000t/a啤酒生产量
混合原料
Kg
100
19.65
12815
107
大麦
13.76
8970.5
5.90
3844.5
106
酒花
1.2
0.216
146.74
105
热麦汁
L
549
107.9
70354
冷麦汁
527.04
103.59
67540
湿糖化糟
89.875
17.67
12130
1.731×
湿酒花糟
3.29
0.648
440.2
6.6×
发酵液
521.77
102.55
66864.6
过滤酒
519.16
102.04
66530
成品啤酒
508.78
65199
9.96×
备注：
13°
淡色啤酒的密度为1012kg/m3
表3.99000t/年啤酒厂糖化车间总热量衡算表
名称
规格
（MPa）
每吨消耗定额（kg）
每小时最大用量（kg/h）
每昼夜消耗量（kg/d）
每年消耗量（kg/a）
蒸汽
0.3（表压）
506
11914
200262
50.06×
（四）问题分析与讨论
啤酒厂糖化工段的麦汁煮沸需消耗大量的热能，如果不合理利用会造成能源的浪费，所以要对煮沸过程中产生的二次蒸汽的热能回收并进行再利用。
热能回收有如下方法：
（1）带蒸汽冷凝器的热能回收系统
煮沸过程产生的二次蒸汽通过冷凝器与80℃的热水进行热交换，回收二次蒸汽的潜热，使80℃的热水升温到98℃，并用98℃的热水加热下批过滤后的麦汁，使之温升到90℃左右。
该系统设备简单，容易操作，投资少见效快，特别适合我国的国情，不论是新建厂还是原有的老厂都可采用此系统。
（2）二次蒸汽压缩的热能回收系统
煮沸过程产生的二次蒸汽通过压缩机进行压缩，使低压无法利用的二次蒸汽转化为可利用的高压蒸汽。
此系统麦汁煮沸开始时使用生蒸汽，然后使用压缩后的二次蒸汽。
该系统设备较为复杂，适合于大啤酒厂中有3～4个糖化间的工厂。
因为蒸汽压缩机的开车和停车都有一定的技术难度，对于我们国家的啤酒厂来讲，采用此项技术目前尚有一定的难度。
煮沸二次蒸汽的热能回收装置，其节能效果是相当显著的。
带热能回收的低压煮沸比常压煮沸节能56%;
比低压煮沸节能43％；
比带热回收的常压煮沸节能23%。
新建的糖化车间宜采用带热能回收的低压煮沸装置。
对于大多数目前常压煮沸的啤酒厂来说，可以通过技术改造，增加一套热能回收装置可以起到明显的节能效益。
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