啤酒工厂设计.docx
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啤酒工厂设计
年产50万吨啤酒工厂设计
一、课程设计的内容
1．我们组的设计任务是：
年产30万吨啤酒厂的设计。
2．根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。
3．工艺计算：
全厂的物料衡算；糖化车间的热量衡算（即蒸汽耗量的计算）；水用量的计算；发酵车间耗冷量计算。
4．糖化车间设备的选型计算：
包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。
5．选择其中某一重点设备进行单体设备的详细化工计算与设计。
二、课程设计的要求与数据
1、生产规模：
年产30万吨啤酒，全年生产300天。
2、发酵周期：
锥形发酵罐低温发酵24天。
3、原料配比：
麦芽75％，大米25％
4、啤酒质量指标
理化要求按我国啤酒质量标准GB4927－1991执行，卫生指标按GB－执行。
12°啤酒理化指标
外观透明度：
清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物
浊度，EBC≤
泡沫形态：
洁白细腻，持久挂杯
泡持性S≥180
色度—
香气和口味明显的酒花香气，口味纯正、爽口，酒体柔和，无异香、异味
酒精度％（m/m）≥
原麦汁浓度％（m/m）12±
总酸mL/100mL≤
二氧化碳％（m/m）≥
双乙酰mg/L≤
三、课程设计应完成的工作
根据以上设计内容，书写设计说明书。
四、主要参考文献
[1]金凤,安家彦.酿酒工艺与设备选用手册.北京:
化学工业出版社,
[2]顾国贤.酿造酒工艺学.北京:
中国轻工业出版社,
[3]程殿林.啤酒生产技术.北京:
化学工业出版社,2005
[4]俞俊堂,唐孝宣.生物工艺学.上海:
华东理工大学出版社,
[5]余龙江.发酵工程原理与技术应用.北京:
化学工业出版社,2006
[6]徐清华.生物工程设备.北京:
科学出版社,2004
[7]吴思方.发酵工厂工艺设计概论.北京:
中国轻工业出版社,
[8]黎润钟.发酵工厂设备.北京:
中国轻工业出版社,2006
[9]梁世中.生物工程设备.北京:
中国轻工业出版社,
[10]陈洪章.生物过程工程与设备.北京:
化学工业出版社,2004
【糖化车间】
一、300000t/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、工艺技术指标及基本数据
根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过据如表1所示。
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
3
发酵损失
1
原料利用率
过滤损失
1
麦芽水分
6
装瓶损失
1
大米水分
13
总损失
6
根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产12°淡色啤酒的物料计算，然后进行1000L12°淡色啤酒的物料衡算，最后进行300000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
3、100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产12°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：
×（100-6）/100=%
大米收率为：
×（100-13）/100=%
混合原料收得率为：
（×%+×%）×%=%
由上述可得100kg混合料原料可制得的12°热麦汁量为：
×100=（kg）
查资料知12°麦汁在20℃时的相对密度为，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加倍，故热麦汁（100℃）体积为：
×=574（L）
（2）冷麦汁量为：
574×=（L）
（3）发酵液量为：
×=（L）
（4）过滤酒量为：
×=（L）
（5）成品啤酒量为：
×=（L）
4、生产1000L12°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12°淡色成品啤酒，故可得以下结果：
（1）生产1000L12°淡色啤酒需耗混合原料量为：
×100=（kg）
（2）麦芽耗用量为：
×75%=（kg）
（3）大米耗用量为：
（4）酒花耗用量：
目前国内苦味较淡的啤酒普遍受欢迎特别是深受年轻人的喜爱。
所以对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为%即每1000升热麦汁添加2kg，故为：
×1000×%=（kg）
（5）热麦汁量为：
×1000=1063（L）
（6）冷麦汁量为：
×1000=1031（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：
[×（100-75）]/（100-80）×=（kg）
湿大米糟量为：
[×（100-92）]/（100-80）×=（kg）
故湿糖化糟量为：
+=（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：
/×=（kg）
5、生产500000t/a12°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12°淡色啤酒密度为L，则每次糖化的啤酒量为：
500000000÷1500÷=329381L
每次糖化的原料量为:
1000×329381=60968（kg）
（2）麦芽量：
60968×75％=45726（kg）
（3）大米量：
60968-27436=33532（kg）
（4）热麦汁量：
574/100×60968=349956（L）
（5）冷麦汁量:
349956×（1-3%）=339458（L）
（6）酒花用量:
1000×329381=702（kg）
（7）湿糖化糟量:
1000×329381=59025（kg）
（8）湿酒花糟量：
1000×329381=2015（kg）
（9）发酵液量：
339458×（1-1%）=336063（L）
（10）过滤酒量：
336063×（1-1%）=332702（L）
（11）成品啤酒量：
332702×（1-1%）=329376（L）
把前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。
物料名称
单位
对100kg混合原料
1000L12°淡色啤酒
糖化一次定额量（80kL12°啤酒）
300000t/a啤酒生产量
混合原料
Kg
100
60968
×107
大麦
Kg
75
45726
×107
大米
Kg
25
33532
×107
酒花
Kg
702
×106
热麦汁
L
574
1063
349956
×108
冷麦汁
L
1031
339458
×108
湿糖化糟
Kg
59025
×107
湿酒花糟
Kg
2015
×106
发酵液
L
1020
336063
×108
过滤酒
L
1010
332702
×108
成品啤酒
L
1000
329376
×108
备注：
12度淡色啤酒的密度为m3，实际年产啤酒488142t。
二、300000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，下面就以此工艺为基准进行糖化车间的热量衡算，工艺流程示意图如图2所示。
自来水18℃
料水比1：
料水比1：
热水50℃
70℃12mint（℃）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
热量衡算
⑴糖化用水耗热量
根据工艺设计糊化锅中的料水比为1：
，糖化锅中的料水比为1：
。
料水比过大，尽管对糊化有利，但是耗能大，设备体积大。
料水比过小的话，醪液粘稠，需较大的搅拌设备且及易产生糊锅现象。
所以糊化锅加水量为：
m1=（9415+1829）×=50598（kg）
式中，9415为糖化一次大米粉量，1829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：
m2=25607×=（kg）
式中，25607为糖化锅投入的麦芽粉量，即27436-1829=25607（kg）。
而27436为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
mw=m1+m2=50598+=（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=cwmW（t2-t1）=××（50-18）=×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。
．糊化锅内米醪由初温tO加热至煮沸的耗热量Q21
Q21=m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=[（100-w）C0+]进行计算。
式中w为含水百分率；c0为绝对谷物比热容，取c0=（Kg·K）
c麦芽=[（100-6）+×6]=（Kg·K）
c大米=[（100-13）×+×12]=（Kg·K）
c米醪=（m大米c大米+m麦芽c麦芽+mwcw）/m大米+m麦芽+mW）
=（9145×+1829×+50598×）/（9145+1829+50598）
=KJ/（Kg·K）
（2）米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则
t0=[（m大米c大米+m麦芽c麦芽）×18+mW*cW×50]/（m米醪c米醪）
=[（9145×+1829×）×18+50598××50]/（×61572）=℃其中M米醪=M大米+M麦芽+M1=9145+1829+50598=61572kg
（3）把上述结果代入Q21=m米醪*c米醪（100-t0）中，得：
Q21=×61572×（）=×106KJ）
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：
mv1=m米醪×5%×40/60=61572×5%×40/60=（Kg）
Q22=mv1I=×=×106（KJ）
式中，I为100℃饱和气压下水的汽化潜热（KJ/Kg）
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）
由上述结果得：
Q2=（Q21+Q22）=×106（KJ）
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。
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=（m麦芽m麦芽×18+m2×
×50）/（m麦醪c麦醪）
其中m麦醪=m麦芽+m2=25607+=（kg）
t麦醪=（m麦芽c麦芽×18+m2
×50）/（m麦醪c麦醪）
=（25607××18+××50）/（×）
=℃
米醪的中间温度t
M混合=M/米醪+M麦醪=61572+=
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：
其中，麦醪的比热容
c麦醪=[（m麦芽c麦芽）+（m麦芽+m2*cW）]/m麦醪
=（25607×+×）/
=[KJ/]
混合醪的比热容
c混合=（m米醪c米醪+m麦醪c麦醪）/（m米醪+m麦醪）
=（×+×）/（+）
=[kJ/（kg·K）]
t=（m混合c混合×t混合-m麦醪c麦醪×t麦醪）/（m米醪c米醪）
=℃
因此中间温度比煮沸温度只低不到℃，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。
由上述结果得Q3
Q3=m混合c混合（70-63）=×106（kJ）
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
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：
m/米醪=m米醪-mv1=
故进入第二次煮沸的混合醪量为：
m混合=m’米醪+m麦醪=+=（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：
[m混合（78-70）]/[m混合（100-70）]×100%=%
故Q41=%m混合c混合（100-70）=×××30=×106（kJ）
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：
mV2=%m混合×5%×10/60
=%××5%×10/60
=（kg）
Q42=hmV2=×=×106（kJ）
式中，h为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg）
热损失Q43
根据经验有：
Q43=15%（Q41+Q42）
把上述结果代入公式（27）得
Q4=（Q41+Q42）=×106（KJ）
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
m洗=36581×450/100=164615（kg）
Q5=m洗cW（80-18）=164615××62=×106（KJ）
⑹麦汁煮沸过程耗热量Q6
Q6=Q61+Q62+Q63
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：
m麦汁=（574/100）×36581=209975（kg）
又c麦汁=（27436×+9145×+36581××/（36581×）=（Kg*K）
Q61=m麦汁c麦汁（100-70）=×106，则蒸发水分为：
MV3=209975××=31496（Kg）
Q62=hmV3=×31496=×106（KJ）
热损失为
Q63=15%（Q61+Q62）
把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热
Q6=Q61+Q62+Q63=（Q61+Q62）=×106（KJ）
⑺糖化一次总耗热量Q总
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
=+++++×106=×106（KJ）
（8）耗气量衡算
糖化一次耗用蒸汽用量D
使用表压的饱和蒸汽，h=kg,则：
D=Q总/[（h-i）×η]=100461kg
式中，h为相应冷凝水的焓kg）；η为蒸汽的热效率，取η=95%。
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/×95%）=×106kj/h
相应的最大蒸汽耗量为：
Dmax=Qmax/（h-i）=h
、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300000/1500=200t，
年耗蒸汽总量为：
D总=100461×1500=×106kg
每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
D1=100461/200=t
每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
Dd=100461×6=602766kg/d
至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送进发酵车间，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
、整理列表
最后，把上述结果列成热量消耗综合表，如表
表3300000t/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
（表压）
602766
×106
5、设备计算及选型
、糊化锅容积的计算及基本尺寸
、糊化锅容积计算
糊化锅投料量=9415+1829=11244kg
糊化醪量=11244×+1）=61842（kg）
查表得100℃热糊化醪的相对密度为L.
则，糊化锅的有效容积=61842/（×1000）=（m3）
设糖化锅充满系数为,则:
糊化锅的总容积==（m3）
故糊化锅设备的容积应选50m3，所需数量2个
、糊化锅基本尺寸计算
取D/H=2/1（糊化锅直径与圆筒高度之比），升气管面积为料液面积1/40，采用球形底，则
取D=，H=D/2=
汽升管直径d=
*D=
×5＝，取d=
V总=
π/4*D
*H+πh
（D/2+h/3）
60=π/4*5
*+πh2（5/2+h/3）
解得：
h=
、加热面积
在一次糖化法中，糊化锅的最大传热是糊化醪从45℃加热至70℃这一过程，则
最大热负荷Q=
=×106kcal/h
压力下蒸汽温度为℃
=
=℃
按经验K取1500kcal/m
h℃
F=
=
=m
锅实际加热面积
F′=πDh=×5×1.5＝
＞
、糖化锅容积的计算及基本尺寸
、糖化锅容积的计算
设糊化锅煮沸时，每小时蒸发5%的水分，操作时第一次煮沸40min，则
蒸发量=61572××（40/60）=（kg）
第一次煮沸的糊化醪量==（kg）
糖化醪量=25607×+1）=（kg）
查表得糖化醪的相对密度为L，则:
糖化锅有效容积=（×1000）=（m3）
设糖化锅充满系数为，则:
糖化锅的总容积==（m3）
故糖化锅设备的容积应选100m3，所需数量2个
、糖化锅基本尺寸计算
取D/H=2/1（糊化锅直径与圆筒高度之比），升气管面积为料液面积1/50，采用球形底，则
取D=（m），H=×=（m）
汽升管直径d=
*D=
×＝，取d=
V总=
π/4*D
*H+πh
（D/2+h/3）
100=π/4*
*+πh22+h/3）
解得：
h=
、加热面积
由前面计算可知,糖化锅最大蒸汽耗用量为并醪后醪液由℃升至78℃这一过程，则
Q=
=×106kcal/h
=
=℃
根据经验,糖化锅K可取2000kcal/m
h℃
加热面积F=
=
=
锅底加热面积：
F′=πDh=××＝
＞
、煮沸锅加热面积的计算
加热面积F=Q/k△t
按热量衡算：
Q=×106/=×106（KJ/h）
△t=t1-t2==℃
（t1为加热蒸汽在绝对压力为㎡时的温度，t2为麦计煮沸时的温度）
传热系数k值的计算：
k=
（kcal/hC°㎡）
、α2从加热面到糖化物料的给热系数的计算
α2=
（
）2/3（
）1/8（
）
λ—麦汁的导热系数,在100℃时为（kcal/mh℃）
d—搅拌器奖叶直径
D—夹套内直径5m
n—搅拌器转数60/60=1（转/秒）
ρ—麦汁浓度12°的麦汁密度为㎏/m3
ρ=×103/=（㎏s2/m4）
g—重力加速度s2
C—热麦汁比热容,12°时为kca1/㎏.℃
μ=麦汁粘度水在100℃时μw=9810（㎏.s/㎡）测定得麦汁比粘度为,
μ麦汁=×9810=×10﹣5（㎏s/㎡）
=（
）≈1则：
α2=×
×（
）2/3×（
）1/8×1
=（kcal/㎡h℃）
、夹套内蒸汽凝结的给热系数的计算
蒸汽在传热锅底的凝结状态的膜状冷凝考虑
α1=×（
）1/2
在平均温度100℃时,水的物理系数为:
γ=958㎏/m3
μ=9810）㎏.s/㎡
λ=（kcal/.℃）
C=1kcal/㎏.℃
在㎏/cm2绝对压力下:
β=kcal/㎏
t=℃,壁温为95℃
Δt=≈43℃
得α1=×（
）1/2
=5260（kcal/m2.h.℃）
由于锅底是球形,α倾=α直
θ=45o
α1=5260
=4840（kcal/m2.h.℃）
、加热面积计算
已知S—加热面材料厚度,不锈钢板12mm,
λ—加热材料导热系数330.
k=
=（kcal/m2.h.℃）
实际热效率比理论降低20﹪既k=×80﹪≈（kcal/m2.h.℃）
所需加热
F=Q/K
=×106/（×）=288m2
、糖化过滤槽所需容积计算
按物料计算每次糖化物料总量:
G=糊化醪量+糖化醪量-水损失量=（61572+）×（1-10%）=（kg）
糖化醪的密度为1065㎏/m3。
生产需要的空余系数,故所需容积:
V=1065×=（m3）
设槽层厚度为36cm,则对应每吨混合原料所需过滤面积为,比负何为/h
有:
×=108个单位过滤体积,故要求过滤机的生产能力为
108×225=24361kg/h=h
、麦汁冷却器冷却面积计算
采用一阶段冷却（冷却介质为深井水）
麦汁温度96℃→8℃
冷水温度2℃→80℃
冷却时间1h
Q1=CWM醪（t1-t2）/T=××（96-8）/1=.46（kcal/h）
CW=kcal/㎏·℃，M醪=61572㎏
t1=96℃，t2=8℃，t?
′=2℃，t2′=80℃
Δt=
=
=（℃）
现取用薄板冷却器冷却,其传热系数K值取2000kcal/m2·h·℃，则
F=Q/K
=.46/（2000×=
总的换热面积F=（m2）
、酒花分离器的选择
（1）型式：
采用圆柱锥底
（2）主要尺寸：
直径4m，圆柱高m，锥底高
工作压力：
㎏/cm2
搅拌器转速：
60r/min
（3）配用电动机：
型号：
JQ232-6，功率：
3000瓦，转速：
1000r/min
附图：
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