啤酒工厂工艺的设计Word格式文档下载.docx
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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
1月3日至
1月6日
4
撰写课程设计说明书
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
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（%
疋
无水麦芽
75
原料配比
麦芽
浸出率
大米
25
额
无水大米
92
冷却损失
啤酒损失率（对热麦
汁）
发酵损失
指
原料利用
率
98.5
过滤损失
标
麦芽水分
6
装瓶损失
大米水分
13
总损失
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°
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
（5）热麦汁量为：
卫件x1000=1063（L）
（6）冷麦汁量为：
5568x1000=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:
[（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
啤酒）
300000t/a
啤酒生产量
Kg
100
185.1
36581
57750X10
大麦
138.8
27436
43305X10
大米
46.3
9145
14445X10
酒花
1.2
2.13
420.9
664.5X10
热麦汁
L
1063
209975
331656X103
冷麦汁
556.8
1031
203676
321672X103
湿糖化糟
96.78
179.2
35415
55911X103
湿酒花糟
3.45
6.39
1262.8
1993.8X10
发酵液
551.2
1020
201639
318240X10
过滤酒
545.7
1010
199623
343200X10
成品啤酒
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
（1829kg）20min
'
热水50C
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
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
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
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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