啤酒工厂工艺的设计.docx
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啤酒工厂工艺的设计
生物系
学生学院
专业班级
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GB4789.1
—4789.28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，EBCW1.0
泡沫
形态：
洁白细腻，持久挂杯
泡持性S>180
色度
5.0—9.5
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
酒精度％（m/m）>3.7
原麦汁浓度％（m/m）12±0.3
总酸mL/100mL<2.6
二氧化碳％（m/m）>0.40
双乙酰mg/L<0.13
三、课程设计应完成的工作
1•根据以上设计内容，书写设计说明书。
2•完成图纸：
全厂（或车间）工艺流程图（初步设计阶段），车间设备布置图（平面图和立面图），全厂总平面布置图，重点单体设备装配图。
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
上午布置及讲解设计任务；下午查阅资料及有关文献
教室
12月29
日
2
有关工艺设计计算
宿舍
12月30日
至1月3日
3
答辩及装配图绘制
宿舍
1月3日至
1月6日
4
撰写课程设计说明书
宿舍
1月7日至
1月9日
五、应收集的资料及主要参考文献
[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，2003.4
[2]顾国贤.酿造酒工艺学.北京:
中国轻工业出版社,1996.12
[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,2003.1
⑸余龙江.发酵工程原理与技术应用.北京:
化学工业出版社,2006
⑹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,2006.7
[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，2006.9
[10]陈洪章.生物过程工程与设备.北京：
化学工业出版社,2004
学生学院
专业班级
姓名
学号
【糖化车间】
轻工化工学院
、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f粉碎f糊化f糖化f过滤f麦汁煮沸锅—
麦槽
酒花渣分离器f回旋沉淀槽f薄板冷却器f到发酵车间
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（%
疋
无水麦芽
75
原料配比
麦芽
75
浸出率
大米
25
额
无水大米
92
冷却损失
3
浸出率
啤酒损失率（对热麦
汁）
发酵损失
1
指
原料利用
率
98.5
过滤损失
1
标
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1000L120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滋芽，25%大米）生产12°淡色啤酒的物料衡算
（1）热麦汁计算
麦芽收率为：
根据表1可得到原料收得率分别为：
0.75X（100-6）/100=70.5%
大米收率为：
0.92X（100-13）/100=80.04%
混合原料收得率为:
（0.75X70.5%+0.25X80.04%）X98.5%=71.79%
由上述可得100kg混合料原料可制得的12°热麦汁量为:
时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100C）体积为:
598.3/1.084X1.04=574（L）
（2）冷麦汁量为：
574X（1-0.03）=556.8（L）
（3）发酵液量为:
556.8X（1-0.01）=551.2（L）
（4）过滤酒量为：
551.2X（1-0.01）=545.7（L）
（5）成品啤酒量为：
545.7X（1-0.01）=540.2（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540.2L,
故可得以下结果：
（1）生产1000L120淡色啤酒需耗混合原料量为:
（2）麦芽耗用量为：
185.1x75%=138.8（kg）
（3）大米耗用量为：
185.1-138.8=46.3（kg）
（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0.2%即每1000升热麦汁添加
574
2kg，故为：
x1000x0.2%=2.13（kg）
540.2
574
（5）热麦汁量为：
卫件x1000=1063（L）
540.2
（6）冷麦汁量为：
5568x1000=1031（L）
540.2
（7）湿糖化糟量设湿麦芽糟水分含量为80%则湿麦芽糟量为:
[（1-0.06）x（100-75）]/（100-80）x138.8=163.1（kg）
湿大米糟量为:
[（1-0.13）x（100-92）]/（100-80）x46.3=16.11（kg）
故湿糖化糟量为：
163.1+16.11=179.2（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：
（1-0.4）/（1-0.8）x2.13=6.39（kg）
5、生产300000t/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150x
6+150x4=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1.012kg/L，则每次糖化的啤酒量为：
300000000-1500-1.012=197628L
每次糖化的原料量为：
185.1/1000x197628=36581（kg）
（2）麦芽量：
36581x75%=27436（kg）
（3）大米量：
36581-27436=9145（kg）
⑷热麦汁量：
574/100X3658仁209975（L）
（5）冷麦汁量:
209975X（1-3%）=203676（L）
⑹酒花用量213/1000X197628=420.9（kg）
⑺湿糖化糟量:
179.2/1000X197628=35415（kg）
（8）湿酒花糟量：
6.39/1000X197628=1262.8（kg）
（9）发酵液量：
203676X（1-1%）=201639（L）
（10）过滤酒量：
201639X（1-1%）=199623（L）
（11）成品啤酒量：
199623X（1-1%）=197627（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（80kL
12°啤酒）
300000t/a
啤酒生产量
混合原料
Kg
100
185.1
36581
3
57750X10
大麦
Kg
75
138.8
27436
3
43305X10
大米
Kg
25
46.3
9145
3
14445X10
酒花
Kg
1.2
2.13
420.9
3
664.5X10
热麦汁
L
574
1063
209975
331656X103
冷麦汁
L
556.8
1031
203676
321672X103
湿糖化糟
Kg
96.78
179.2
35415
55911X103
湿酒花糟
Kg
3.45
6.39
1262.8
3
1993.8X10
发酵液
L
551.2
1020
201639
3
318240X10
过滤酒
L
545.7
1010
199623
3
343200X10
成品啤酒
L
540.2
1000
197627
312000X103
备注：
12度淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年产啤酒315744t。
、300000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
大米粉
自来水18C
（9145kg）
料水比1:
4.5
麦芽
1
（1829kg）20min
'热水50C
1
料水比1:
3.5
t（
70C12min
60min
化车间的热量衡算，工艺流程示意图如图2所示。
63
冷却
7min
10min
麦芽粉
（25607kg）
46.7C
60min
酒花
图2啤酒厂糖化工艺流程图
2.2热量衡算
⑴糖化用水耗热量Q!
根据工艺设计糊化锅中的料水比为1:
4.5，糖化锅中的料水比为1:
3.5。
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：
m=（9415+1829）X4.5=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：
m=25607X3.5=89624.5（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+89624.5=140222.5（kg）
自来水的平均温度取h=l8C,而糖化配料用水温度t2=50C,故耗热量为：
Q=Cwm（t2-ti）=4.18X140222.5X（50-18）=18.756X106（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
Qi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，
Q3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Qi
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=0.1[（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c°=1.55KJ/（Kg•K）
c麦芽=0.01[（100-6）1.55+4.18X6]=1.71KJ/（Kg•K）
c大米=0.01[（100-13）X1.55+4.18X12]=1.89KJ/（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
=（9145X1.89+1829X1.71+50598X4.18）/（9145+1829+50598）
=3.76KJ/（Kg•K）
（2）米醪的初温to设原料的初温为18C，而热水为50C,则
10=[（m大米c大米+m麦芽c麦芽）X18+mWcwX50]/（m米醪c米醪）
=[（9145X1.89+1829X1.71）X18+50598X4.18X50]/（3.76X61572）
=47.1C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=3.76X61572X（100-47.1）=12.247X106KJ）
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：
mv1=m米醪X5%X40/60=61572X5%X40/60=2052.4（Kg）
Q22=mv1I=2052.4X2257.2=4.633X106（KJ）
式中，I为100C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%（Q1+Q2）
2.4由上述结果得：
Q2=1.15（Q1+Q2）=19.412X106（KJ）
⑶第二次煮沸前混合醪升温至70C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63C,故混合前米醪先从100C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18C，用50r的热水配料，则麦醪温度为：
t麦醪=（m麦芽m麦芽X18+mXcwX50）/（m麦醪c麦醪）
其中m麦醪=m麦芽+m=25607+89624.5=115231.5（kg）
t麦醪=（m麦芽c麦芽X18+mewX50）/（m麦醪e麦醪）
=（25607X1.71X18+89624.5X4.18X50）/（115231.5X3.63）
=46.67°C
3.2米醪的中间温度t
M混合=M米醪+Mb醪=61572+115231.5=176803.5kg
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：
m混合e混合t混合一m麦醪e麦醪t麦醪
t:
m米醪c米醪
其中，麦醪的比热容
e麦醪=[（m麦芽e麦芽）+（m麦芽+m*cW]/m麦醪
=（25607X1.71+89624.5X4.18）/115231.5
=3.63[KJ/（kg.K）]
混合醪的比热容
e混合=（m米醪e米醪+m麦醪e麦醪）/（m米醪+m麦醪）
=（24433.2X3.76+46645.2X3.63）/（24433.2+46645.2）
=3.67[kJ/（kg•K]
t=（m混合c混合xt混合-m麦醪c麦醪xt麦醪）/（m米醪c米醪）
=92.87C
因此中间温度比煮沸温度只低不到7.13C,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
Q=m混合c混合（70-63）=4.542x10（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
Q1为混合醪升温至沸腾所耗热量，Q2为第二次煮沸过程蒸汽带走的热量，Q3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：
m米醪=m米醪-mv1=176803.5-2052.4=174751.1（kg）
故进入第二次煮沸的混合醪量为：
m混合=m米醪+m麦醪=174751.1+115231.5=289982.6（kg）
（2）根据工艺，糖化结束醪温为78C，抽取混合醪的温度为70C，则送到第二次煮沸的混合醪量为：
[m混合（78-70）]/[m混合（100-70）]x100%=26.7%
故Q1=26.7%m昆合c混合（100-70）=0.267x289982.6x3.67x30=8.525x106（kJ）
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：
nV2=26.7%n混合x5%x10/60
=26.7%x289982.6x5%x10/60
=645.2（kg）
Q42=hmV2=2257.2x645.2=1.456x106（kJ）
式中，h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（27）得
Q=1.15（Q4计Q2）=11.478X106（KJ）
⑸洗槽水耗热量Q5
设洗槽水平均温度为80C,每100kg原料用水450kg，贝U用水量为
m洗=36581X450/100=164615（kg）
Q=m洗c（80-18）=164615X4.18X62=42.661X106（KJ）
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70r，则进入煮沸锅的麦汁量为：
m麦汁=（574/100）X36581=209975（kg）
又c麦汁=（27436X1.71+9145X1.89+36581X4.18X6.4）/（36581X7.4）
=3.852KJ/（Kg*K）
Q61=m麦汁c麦汁（100-70）=24.265X106，则蒸发水分为：
MV3=209975X0.1X1.5=31496（Kg）
Q62=hmV3=2257.3X31496=71.093X106（KJ）
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）=109.662X106（KJ）
⑺糖化一次总耗热量Q总
Q总=Q1+Q+Q+Q+Q+Q
=（18.756+19.412+4.542+11.478+42.661+109.662）X106=206.511X106（KJ）
（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，h=2725.3kJ/kg,贝
D=Q、/[（h-i）Xn]=100461kg
式中，h为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；n为蒸汽的热效率，取n=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Q为最大，且已知煮沸时间为90min
热效率为95%故：
Qa=Q«1.5X95%）=76.96X106kj/h
相应的最大蒸汽耗量为：
Dma=Qa/（h-i）二35566.56kg/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300000/1500=200t,年耗蒸汽总量为：
D总=100461X1500=150.692X106kg
每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
D=100461/200=502.3kg/t
每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
Dd=100461X6=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
8.4、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
0.3（表压）
502.3
35566.56
602766
150.692X106
5、设备计算及选型
5.1、糊化锅容积的计算及基本尺寸
5.1.1、糊化锅容积计算
糊化锅投料量=9415+1829=11244kg
糊化醪量=11244X（4.5+1）=61842（kg）
查表得100C热糊化醪的相对密度为1.0712kg/L.
则，糊化锅的有效容积=61842/（1.0712X1000）=57.73（mi）
设糖化锅充满系数为0.8,则：
糊化锅的总容积=57.73/0.8=72.2（用）
故糊化锅设备的容积应选50用，所需数量2个
5.1.2、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
D=1.15
115XV50=424m
取D=5.0m，H=D/2=2.5m
汽升管直径d=..1/40*D=,1/40>5=0.79m,取d=0.80m
V总=
n/4*D"*H+nh2（D/2+h/3）
22
60=n/452*2.5+nh（5/2+h/3）
解得：
h=1.5m
5.1.3、加热面积
在一次糖化法中，糊化锅的最大传热是糊化醪从45C加热至70E这一过程，则
6
最大热负荷Q=1.2410=1.93>06kcal/h
45/70
0.25Mpa压力下蒸汽温度为126.9C
触（126.9—45）—（126.9—70）厂门一“
tm==56.44C
126.9—45
ln
126.9-70
按经验K取1500kcal/m3hC
6
Q二1.93汉10
Ktm56.441500
锅实际加热面积
F'=nDh=3.15X1.5=23.55m2>22.78m2
5.2、糖化锅容积的计算及基本尺寸
5.2.1、糖化锅容积的计算
设糊化锅煮沸时，每小时蒸发5%勺水分，操作时第一次煮沸40min，则
蒸发量=61572>0.05X（40/60）=2052.4（kg）
第一次煮沸的糊化醪量=61572-2052.4=59519.6（kg）
糖化醪量=25607>（3.5+1）=115231.5（kg）
查表得糖化醪的相对密度为1.065kg/L，则：
糖化锅有效容积=115231.5/（1.065>1000）=108.2（用）
设糖化锅充满系数为0.8，则：
糖化锅的总容积=1
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