麦芽汁糖化车间工艺设计糊化锅.docx
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麦芽汁糖化车间工艺设计糊化锅
设计任务书
一、设计题目
年产25万吨10°麦芽汁糖化车间工艺设计（糊化锅）
二、设计任务
1.对年产25万吨10度麦芽汁糖化车间进行工艺计算；
2.计算选择合适的糊化锅型号。
三、设计内容
1.250000t/a啤酒厂糖化车间物料平衡计算；
2.250000t/a啤酒厂糖化车间水平衡计算。
3.250000t/a啤酒厂糖化车间热量平衡计算；
四、设计基础数据
项目
名称
百分比（%）
定额指标
原料利用率
98
麦芽水分
6
大米水分
13
无水麦芽浸出率
78
无水大米浸出率
92
原料配比
麦芽
70
大米
30
啤酒损失率
（对热麦汁）
冷却损失
7
发酵损失
2
过滤损失
1
装瓶损失
2
总损失
12
第一节概述
1.1酿造啤酒的原料
酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花。
1.2啤酒酿造工艺流程
1：
原料贮仓
2：
麦芽筛选机
3：
提升机
4：
麦芽粉碎机
5：
糖化锅
6：
大米筛选机
7：
大米粉碎机
8：
糊化锅
9：
过滤槽
10：
麦糟输送
11：
麦糟贮罐
12：
煮沸/回旋槽
13：
外加热器
14：
酒花添加罐
15：
麦汁冷却器
16：
空气过滤器
17：
酵母培养及添加罐
18：
发酵罐
19：
啤酒稳定剂添加罐
20：
缓冲罐
21：
硅藻土添加罐
22：
硅藻土过滤机
23：
啤酒清滤机
24：
清酒罐
25：
洗瓶机
26：
罐装机
27：
啤酒杀菌机
28：
贴标机
29：
装箱机
（一）制麦工序
精选的优质大麦，经过浸泡，吸足水分，送入发芽室发芽，生成各种酶并使胚乳溶解，待幼芽长到所需长度，即用低温乾燥除去幼根，保存在麦芽仓备用。
（二）糖化工序
1、糊化处理：
将粉碎的麦芽/谷粒与水在糊化锅中混合。
糊化锅是一个巨大的回旋金属容器，装有热水与蒸汽入口，搅拌装置如搅拌棒、搅拌桨或螺旋桨，以及大量的温度与控制装置。
在糊化锅中，麦芽和水经加热后沸腾，这是天然酸将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物，称作"麦芽汁"。
然后麦芽汁被送至称作分离塔的滤过容器。
2、糖化槽：
往剩余的麦芽中加入适当的温水，并加入在糊化锅中煮沸过的辅料。
此时，液体中的淀粉将转变成麦芽糖。
3、麦汁过滤槽：
将糖化槽中的原浆过滤后，即得到透明的麦汁（糖浆）。
4、煮沸锅：
向麦汁中加入啤酒花并煮沸，散发出啤酒特有的芳香与苦味。
（三）发酵工序
整个发酵过程可以分为：
酵母恢复活力阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。
酵母接种后，开始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的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，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。
（四）瓶、罐装工序
1、装瓶、装罐机：
酿造好的啤酒先被装到啤酒瓶或啤酒罐里。
然后经过目测和液体检验机等严格的检查后，再被装到啤酒箱里出厂。
2、洗瓶机：
洗净回收的啤酒瓶。
3、空瓶检验机：
极其细小的伤痕也不会放过。
4、感官检查：
在啤酒公司，每天新酿制的啤酒，都由专门的负责人员进行实际品尝。
第二节糖化车间的基本流程
2.1麦芽的糊化
大米中含有丰富的糖蛋白,用它作辅料酿造啤酒,啤酒的色泽浅,口味纯净,泡沫洁白细腻,泡持性好,我国是世界大米的主产区之一,产量居世界第一,因此国内啤酒厂大都选用优质粳米作为啤酒生产的辅料。
啤酒厂糖化车间的糊化锅就是将大米辅料转换成原麦汁的生产器具,与糊化锅有关的前后工艺流程见图二。
图二 与糊化锅有关的前后工艺
对糊化曲线各阶段的说明如下：
①50℃保温：
这一阶段温度由糊化混水器控制，在此阶段，完成糊化进水（控温）与糊化进粉工作。
在进粉阶段，应将搅拌电机从低速开到高速运行，蒸汽开关阀与调节阀不开启；
②第一升温段。
温度从50℃从以1℃/min的升温速率升温至85℃,搅拌电机运行于高速。
③85℃保温。
保温时间为20min，蒸汽开关阀关闭，用调节阀保温，搅拌电机运行于低速；
④第二次升温段。
温度从85℃以1℃/min的升温速率升温至101℃，搅拌电机运行于高速，97℃后，搅拌电机运行于低速，以防溢锅。
同时通过安装在糊化锅上部的测温点，判断是否有溢锅现象。
在发生溢锅的情况下，将所有蒸汽阀关闭，并适时重新开阀继续糊化过程。
⑤101℃保温。
保温时间为20min，蒸汽开关阀关闭，用调节阀保温。
搅拌电机运行于低速。
在此阶段，应防止产生溢锅，处理方法与上一阶段相同。
⑥降温阶段。
通过检测糖化锅内物料温度与物料重量，启动冷水阀将糊化锅内物料温度降至一指定温度—使糊化锅内物料打到糖化锅内后（称为并醪），糖化锅内混合后的物料温度为63℃。
2.4麦芽的糖化
2.4.1麦芽糖化的介绍
淀粉的糖化：
指辅料的糊化醪和麦芽中淀粉受到麦芽中淀粉酶的分解，形成低聚糊精和以麦芽糖为主的可发酵性糖的全过程。
糖化过程中蛋白质的水解
麦芽的蛋白质水解情况对麦汁组分具有决定性意义，而麦芽的糖化过程是可以起到调整麦汁组分的作用。
麦汁中氨基酸过多，影响酵母的增殖和发酵；而其中氨基酸过少，则酵母增殖困难，最后导致发酵困难。
2.4.2工艺参数的介绍
糖化工艺中主要技术参数是：
主辅料比、料水比、原料粉碎度、糖化温度、醪液pI值等
1．主辅料比的确定
主辅料比的确定依据麦芽质量、啤酒品种、消费习惯、设备状况等。
辅料用量在总料中的比例应首先考虑麦芽酶含量即酶活力。
2.糖化料水比的确定
糖化料水比决定了醪液的浓度，从而影响到酶活性，浸出物收得率及麦汁成分。
对酶活性而言，糖化第一麦汁浓度以不超过16％为宜。
淡色啤酒料水比一般为1：
4～5。
尽量避免高于1：
5，低于1：
3，以防止降低原料利用率，影响酶分散作用。
3.糖化温度确定
糖化温度及时间调整依据麦芽质量，特别是麦芽酶活力、辅料比、及对可发酵糖的需求。
制取不同风味的啤酒应该采取不同的糖化温度。
4.pH值的确定
麦芽所含内酶（或外加酶）都有自身最佳作用条件，特别对温度、pH值有严格要求。
pH值对糖化结果起着非常重要的作用。
糖化操作主要是调节温度、时间及pH值。
温度通过升温、降温来调节，而醪液pH值则依据麦芽内酶最佳pH值加酸进行调整。
生产过程中需要兼顾各种酶作用条件，并通过阶梯式升温办法，调节保温时间予以实现。
麦芽中酶最佳pH值范围集中在5.1-5.6之间，多在5.1-5.3范围内。
这就为pH值的调整提供了依据。
2.5煮沸
在煮沸锅中，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。
在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去处不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。
2.6冷却
洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。
随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。
第三节250000t/a啤酒厂糖化车间物料平衡计
3.1工艺技术指标及基础数据
根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产10°淡色啤酒的物料计算，然后进行100L10°淡色啤酒的物料衡算，最后进行250000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
表1啤酒生产基础数据
项目
名称
百分比（%）
定额指标
原料利用率
98
麦芽水分
6
大米水分
13
无水麦芽浸出率
78
无水大米浸出率
92
原料配比
麦芽
70
大米
30
啤酒损失率
（对热麦汁）
冷却损失
7
发酵损失
2
过滤损失
1
装瓶损失
2
总损失
12
3.2100kg原料（70%麦芽，30%大米）生产10°淡色啤酒的物料衡算
（1）热麦计算根据表1可得到原料收率分别为：
麦芽收率为：
78%×（100-6）%=73.32%
大米收率为：
92%×（100-13）%=80.1%
混合原料收得率为：
（0.70×73.32%+0.30×80.1%）98%=73.83%
由上述可得100kg混合料原料可制得的10°热麦汁量为：
（73.83%×100）÷10%=738.3（kg）
又知10°麦汁在20℃时的相对密度为1.081，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：
738.3÷（1.081×1000）×1000×1.04=710.30（L）
（2）冷麦汁量为：
710.30×（1-0.07）=660.58（L）
（3）发酵液量为：
660.58×（1-0.02）=647.37（L）
（4）过滤酒量为：
647.37×（1-0.01）=640.90（L）
（5）成品啤酒量为：
640.90×（1-0.02）=628.08（L）
3.3生产100L10°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10°淡色成品啤酒628.08L，故可得以下结果：
（1）生产100L10°淡色啤酒需耗混合原料量为：
（100/628.08）×100=15.92（kg）
（2）麦芽耗用量为：
15.92×70%=11.15（kg）
（3）大米耗用量为：
15.92-11.15=4.77（kg）
（4）酒花耗用量：
对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故为：
（100/628.08）×738.3×0.2%=0.24（kg）
（5）热麦汁量为：
（15.92/100）×710.30=113.08（L）
（6）冷麦汁量为：
（15.92/100）×660.58=105.16（L）
（7）湿糖化糟量设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[（1-0.06）（100-78）/（100-80）]×11.15=11.53（kg）
而湿大米糟量为：
[（1-0.13）（100-92）/（100-80）]×4.77=1.66（kg）
故湿糖化糟量为：
11.53+2.12=13.19（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：
[（100-40）/（100-80）]×0.24=0.72（kg）
3.4糖化一次定额量
（1）由以上设计中可得出100kg原料可得
成品啤酒628.08L,10°P啤酒的密度为ρ=1011kg/m3，
628.08L啤酒的质量M=628.08*1011=643.98kg，
由此可得出年产25万吨的啤酒所需的量：
2500000*100/643.98=3.937*10^7kg
所以年产25万吨啤酒所需的麦芽质量：
3.937*10^7*0.7=2.756*10^7kg
年产25万吨啤酒所需的大米质量：
3.937*10^7-2.756*10^7=1.181*10^7kg
设生产旺季每天糖化8次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数为2018次。
由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。
（2）每次糖化物料衡算：
每次糖化投料3.937*10^7/2018=19509.4kg
每次麦芽投料19509.4*0.7=13656.6kg
每次大米投料19509.4-13656.6=5852.8kg
每次热麦汁收得率为（73.83/12）*19509.4=120031.58kg
﹤1﹥热麦汁量120031.58/1.081*1.04=134944.30L
﹤2﹥冷麦汁量134944.30*（1-0.07）=107395.51L
﹤3﹥发酵液量107395.51*（1-0.02）=105247.6L
﹤4﹥过滤酒量105247.6*（1-0.01）=104195.1L
﹤5﹥成品酒量104195.1*（1-0.020）=102111.2L
﹤6﹥湿麦糟量［（1-0.06）*（100-78）/（100-80）］*13656.6=14120.9kg
﹤7﹥湿米糟量［（1-0.13）*（100-92）/（100-80）］*5852.8=2036.8kg
﹤8﹥总麦糟量（湿糖化糟）14120.9+2036.8=16157.7kg
﹤9﹥酒花量为热麦汁的0.2%*120031.58=240.06kg
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%
﹤10﹥酒花糟量（100-40）/（100-80）*240.06=720.18kg
3.5250000t/a10°淡色啤酒酿造车间物料衡算表
把上述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。
表2啤酒厂酿造车间物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L10°度淡色啤酒
糖化一次定额量
250000t/a啤酒生产
混合原料
Kg
100
15.92
19509.4
3.937×107
大麦
Kg
70
11.15
13656.6
2.756×107
大米
Kg
30
4.77
5852.8
1.181×107
酒花
Kg
1.50
0.24
39.53
7.98×104
热麦汁
L
710.30
113.08
134944.30
2.72×108
冷麦汁
L
660.58
105.16
107395.51
2.16×108
湿糖化糟
Kg
72.35
13.19
16157.7
3.26×107
湿酒花糟
Kg
4.50
0.72
720.18
1.45×106
发酵液
L
647.37
103.07
105247.6
2.12×108
过滤酒
L
640.90
102.04
104195.1
2.1×108
成品啤酒
L
628.08
100.00
102111.2
2.36×108
备注：
10度淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际每年生产啤酒23.6万吨。
第四节水平衡计算
以表2基础数据为计算基准，混合原料量为19509.4kg（单位批次投料量）。
料水比为1：
4.5。
4.1．糖化耗水量计算：
100kg混合原料大约需用水量400kg。
糖化用水量＝19509.4×400／100＝78037.6（kg）
糖化用水时间设为0.5ｈ，故：
每小时最大用水量＝78037.6／0.5＝156075.2（kg／h）
4.2.洗槽用水：
100kg原料约用水450kg，则需用水量：
19509.4×450／100＝87792.3（kg）
用水时间为1.5ｈ，则每小时：
洗槽最大用水量＝87792.3／1.5＝58528.2（kg／h）
4.3.糖化锅洗刷用水：
有效体积为20m³的糖化锅及其设备洗刷用水每糖化一次，用水约6ｔ，用水时间为2ｈ，故：
洗刷最大用水量＝6／2＝3（ｔ／ｈ）
4.4.沉淀槽冷却用水：
G=Q/C*（t2-t1）
式中热麦汁放出热量Ｑ＝Ｇp·Ｃp（ｔ1´－ｔ2´）
热麦汁相对密度麦汁＝1.04
热麦汁量Ｇp＝13656.6×1.04＝14202.8（kg／h）
热麦汁比热容Cp＝4.1［kJ／（kg·K）］
热麦汁温度ｔ1´＝100℃ ｔ2´＝55℃
冷却水温度ｔ１＝18℃ ｔ２＝45℃
冷却水比热容C＝4.18［kJ／（kg·K）］
Ｑ＝14202.8×4.1（100－55）＝2620428.4（kJ／h）
G=2620428.4／4.18（45-18）=23218.4（kg／h）
4.5.沉淀槽洗刷用水：
每次洗刷用水3.5ｔ，冲洗时间设为0.5ｈ，
则每小时最大用水量＝3.5／0.5＝7（t／h）
4.6.麦汁冷却器冷却用水：
麦汁冷却时间设为１ｈ，麦汁冷却温度为55℃→6℃
分两段冷却，第一段：
麦汁温度 55℃→25℃
冷水温度 18℃→30℃
冷却水用量：
G=Q/C*（t2-t1）
麦汁放出热量：
Q=Gp*Cp（ｔ1´－ｔ2´）／t
式中 热麦汁量Ｇp＝14202.8（kg／h）
热麦汁比热容Cp＝4.1［kJ／（kg·K）］
热麦汁温度ｔ1´＝55℃ ｔ2´＝25℃
水的比热容C＝4.18［kJ／（kg·K）］
冷却水温度ｔ１＝18℃ ｔ２＝30℃麦汁冷却时间t＝1h
Q=14202.8*4.1*（55-25）=1746944.4（kJ／h）
G=1746944.4／（4.18*（30-18））=34827.4（kg／h）
4.7.麦汁冷却器冲刷用水：
设冲刷一次，用水4t，用水时间为0.5h，则：
最大用水量为：
4／0.5＝8（t／h）
4.8.其他用水：
包括冲洗地面等用水
4.9啤酒厂用水平衡表
表3啤酒厂用水平衡表
名称
规格
吨产品消耗
t／t
每小时用量
t／h
每天用量
t／d
年耗量
t／年
冷水
自来水
9.32
555.62
6667.50
2000250
第五节250000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺，下面就以为基准进行糖化车间的势量衡算。
工程流程示意图如图2所示，其中的投料量为糖化一次的用料量（计算参表2）
5.1糖化用水耗热量Q1
根据工艺，糊化锅加水量为：
G1=（5852.8+1170.5）×4.5=31604.6（kg）
式中，5852.8kg为糊化一次大米粉量，1170.5kg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=12486.1×3.5=43701.35（kg）
式中，12486.1kg为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即13656.6-1170.5=12486.1（kg）
而13656.6kg为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
GW=G1+G2=31604.6+43701.35=75305.95（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=（G1+G2）cw（t1-t2）=75305.95×（50-18）4.18=10072923.87（KJ）
5.2第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图（图3）可知:
Q2=Q21＋Q22＋Q23
5.2.1糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃的耗热量Q21
Q21=G米醪C米醪（100-t0）
（1）计算米醪的比热容G米醪根据经验公式G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[（100-6）1.55+4.18×6]=1.71KJ/（Kg·K）
C大米=0.01[（100-13）1.55+4.18×12]=1.89KJ/（Kg·K）
C米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+G1cw）/（G大米+G麦芽+G1）
=（13656.6×1.89+5852.8×1.71+31604.6×4.18]/（13656.6+5852.8+31604.6）
=3.29KJ/（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+G1cw×50]/（G米醪C米醪）
=[（13656.6×1.89+5852.8×1.71）×18+31604.6×4.18×50]/（51114×3.29）
=43.1℃
其中G米醪=13656.6+5852.8+31604.6=51114（kg）
（3）把上述结果代如1中，得：
Q21=5183.9×3.76（100-47.5）=9568591.91KJ
5.2.2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=51114×5%×40/60=1703.8Kg
故Q22=V1I=1703.8×2257.2=3845817.36KJ
式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（KJ/Kg）
5.2.3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）
5.2.4由上述结果得：
Q2=1.15（Q21+Q22）=1.15（9568591.91+3845817.36）=1.54*107KJ
5.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3
按照糖化工艺，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t0。
5.3.1糖化锅中麦醪中的t
已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：
G麦醪=G麦芽+G2=12486.1+43701.35=56187.45kg
c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）
=（12486.1×1.71+43701.35×4.18）/（12486.1+43701.35）
=3.63KJ/（kg.K）
t麦醪=（G麦芽C麦芽×18+G2Cw×50）/（G麦醪C麦醪）
=（12486.1×1.71×18+43701.35×4.18×50）/（56187.45×3.63）
=46.67℃
5.3.2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：
G混合=G米醪+G麦醪=51114+56187.45=107301.45Kg
C混合=（G米醪C米醪+G麦醪C麦醪）/（G米醪+G麦醪）
=（51114×3.29+56187.45×3.63）/107301.45
=3.46kJ/（kg·K）
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）
=（107301.45×3.46×63-56187.45×3.63×46.67）/（51114×3.29）
=195℃
5.3.3Q3
Q3=G混合C混合（70-63）=107301.45×3.46（70-63）=2598841.119（kJ）
5.4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
5.4.1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-V=51114-1703.8=49410.2（kg）
糖化锅的麦芽醪量为：
G麦醪=G麦芽+G2=12486.1+43701.35=56178.45（kg）
故进入第二次煮沸的混合醪量为：
G混合=G/米醪+G麦醪=51114+56187.45=107301.45（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%
（3）麦醪的比热容
c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）
=（12486.1×1.71+43701.35×4.18）/（12486.1+43701.35）
=3.63KJ/（kg.K）
混合醪比热容：
C混合=（G/米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G/米醪+G麦醪）
=（51114×3.29+56187.45×3.63）/107301.45
=3.68kJ/（kg·K）
（4）故Q41=26.7%G混合c混合（100-70）=2018162.52（kJ）
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