1、年產50萬噸啤酒工廠設計一、課程設計的內容1我們組的設計任務是：年產30萬噸啤酒廠的設計。2根據設計任務，查閱有關資料、文獻，搜集必要的技術資料，工藝參數與數據，進行生產方法的選擇，工藝流程與工藝條件的確定與論證。3工藝計算：全廠的物料衡算；糖化車間的熱量衡算(即蒸汽耗量的計算)；水用量的計算；發酵車間耗冷量計算。4糖化車間設備的選型計算：包括設備的容量，數量，主要的外形尺寸。5選擇其中某一重點設備進行單體設備的詳細化工計算與設計。二、課程設計的要求與數據1、生產規模：年產30萬噸啤酒，全年生產300天。2、發酵周期：錐形發酵罐低溫發酵24天。 3、原料配比：麥芽75，大米25 4、啤酒質量指

2、標 理化要求按我國啤酒質量標準GB 49271991執行，衛生指標按GB 4789.14789.28執行。 12°啤酒理化指標 外觀 透明度：清亮透明，無明顯懸浮物和沉淀物 濁度，EBC1.0 泡沫 形態：潔白細膩，持久掛杯 泡持性S180 色度 5.09.5 香氣和口味 明顯的酒花香氣，口味純正、爽口，酒體柔和，無異香、異味 酒精度（m/m） 3.7 原麥汁濃度（m/m） 12±0.3 總酸 mL/100mL 2.6 二氧化碳（m/m） 0.40 雙乙酰 mg/L 0.13三、課程設計應完成的工作根據以上設計內容，書寫設計說明書。四、主要參考文獻1 金鳳,安家彥.釀酒工藝

3、與設備選用手冊.北京:化學工業出版社,2003.42 顧國賢.釀造酒工藝學.北京:中國輕工業出版社,1996.123 程殿林.啤酒生產技術.北京:化學工業出版社,20054 俞俊堂, 唐孝宣.生物工藝學.上海: 華東理工大學出版社,2003.15 余龍江.發酵工程原理與技術應用.北京:化學工業出版社,20066 徐清華.生物工程設備.北京:科學出版社,20047 吳思方.發酵工廠工藝設計概論.北京:中國輕工業出版社,2006.78 黎潤鐘.發酵工廠設備.北京:中國輕工業出版社,20069 梁世中.生物工程設備.北京:中國輕工業出版社,2006.910 陳洪章.生物過程工程與設備. 北京:化學工

4、業出版社,2004【糖化車間】一、300 000 t/a啤酒廠糖化車間的物料衡算啤酒廠糖化車間的物料平衡計算主要項目為原料（麥汁、大米）和酒花用量，熱麥汁和冷麥汁量，廢渣量（糖化槽和酒花槽）等。1、 糖化車間工藝流程流程示意圖如圖1所示： 水、蒸汽 麥芽、大米粉碎糊化糖化過濾麥汁煮沸鍋 麥槽酒花渣分離器回旋沉淀槽薄板冷卻器到發酵車間 酒花槽 熱凝固物 冷凝固物 圖1 啤酒廠糖化車間工藝流程示2、 工藝技術指標及基本數據 根據我國啤酒生產現況，有關生產原料配比、工藝指標及生產過據如表1所示。表1啤酒生產基礎數據項 目名 稱百分比（%）項 目名 稱百分比（%）定額指標無水麥芽浸出率75原料配比麥

5、芽75大 米25無水大米浸出率92啤酒損失率（對熱麥汁）冷卻損失3發酵損失1原料利用率98.5過濾損失1麥芽水分6裝瓶損失1大米水分13總 損 失6根據表1的基礎數據，首先進行100kg原料生產12°淡色啤酒的物料計算，然后進行1000L12°淡色啤酒的物料衡算，最后進行300000t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計算。 3、100kg原料（75%麥芽，25%大米）生產12°淡色啤酒的物料衡算(1)熱麥汁計算 根據表1可得到原料收得率分別為：麥芽收率為：0.75×(100-6)/100=70.5%大米收率為：0.92×(100-13)/100=8

6、0.04%混合原料收得率為：（0.75×70.5%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79%由上述可得100kg混合料原料可制得的12°熱麥汁量為：×100=598.3(kg)查資料知12°麥汁在20時的相對密度為1.084，而100熱麥汁比20時的麥汁體積增加1.04倍，故熱麥汁（100）體積為：598.3/1.084×1.04=574(L)（2）冷麥汁量為：574×(1-0.03)=556.8 (L)（3）發酵液量為：556.8×(1-0.01)=551.2 (L)（4）過濾酒量為：551.

7、2×(1-0.01)=545.7(L)（5）成品啤酒量為：545.7×(1-0.01)=540.2(L)4、生產1000L12°淡色啤酒的物料衡算根據上述衡算結果知，100kg混合原料可生產12°淡色成品啤酒540.2L，故可得以下結果：（1）生產1000L12°淡色啤酒需耗混合原料量為：×100=185.1(kg)（2）麥芽耗用量為：185.1×75%=138.8(kg)（3）大米耗用量為：185.1-138.8=46.3(kg)（4）酒花耗用量：目前國內苦味較淡的啤酒普遍受歡迎特別是深受年輕人的喜愛。所以對淺色啤酒熱麥汁

8、中加入的酒花量為0.2 % 即每1000升熱麥汁添加2kg，故為：×1000×0.2%=2.13(kg)（5）熱麥汁量為：×1000=1063(L)（6）冷麥汁量為：×1000=1031(L)（7）濕糖化糟量 設濕麥芽糟水分含量為80%，則濕麥芽糟量為：(1-0.06)×(100-75)/(100-80)×138.8=163.1(kg)濕大米糟量為：(1-0.13)×(100-92)/(100-80)×46.3=16.11(kg)故濕糖化糟量為：163.1+16.11=179.2(kg)（8）酒花糟量 設麥汁煮沸過

9、程干酒花浸出率為40%，且酒花糟水分含量為80%，則酒花糟量為： (1-0.4)/(1-0.8)×2.13=6.39(kg)5、生產500 000t/a 12°淡色啤酒糖化車間的物料衡算設生產旺季每天糖化6次，而淡季則糖化4次，每年總糖化次數 150×6+150×4=1500(次)，由此可算出每次投料量及其他項目的物料衡算。(1)查12°淡色啤酒密度為1.012kg/L，則每次糖化的啤酒量為：500 000 000÷1500÷1.012=329381L每次糖化的原料量為:185.1/1000×329381= 609

10、68(kg)(2)麥芽量：60968×75=45726（kg）(3)大米量：60968-27436=33532（kg）(4)熱麥汁量：574/100×60968=349956（L）(5)冷麥汁量: 349956×(1-3%)=339458（L）(6)酒花用量:2.13/1000×329381=702(kg)(7)濕糖化糟量:179.2/1000×329381=59025(kg)(8)濕酒花糟量：6.39/1000×329381=2015(kg)(9)發酵液量：339458×(1-1%）=336063（L）(10)過濾酒量：3

11、36063×(1-1%)=332702（L）(11)成品啤酒量：332702×（1-1%）=329376（L）把前述的有關啤酒廠釀造車間的三項物料衡算計算結果，整理成物料衡算表，如表2所示。物料名稱單位對100kg混合原料1000L12°淡色啤酒糖化一次定額量（80kL 12°啤酒）300 000 t/a啤酒生產量混合原料Kg100185.1609689.15×107大麥Kg75138.8457266.86×107大米Kg2546.3335325.03×107酒花Kg1.22.137021.05×106熱麥汁L57

12、410633499565.25×108冷麥汁L556.810313394585.09×108濕糖化糟Kg96.78179.2590258.85×107濕酒花糟Kg3.456.3920153.02×106發酵液L551.210203360635.04×108過濾酒L545.710103327024.99×108成品啤酒L540.210003293764.94×108備注：12度淡色啤酒的密度為1.12kg/m3，實際年產啤酒488142t。二、300 000 t/a啤酒廠糖化車間的熱量衡算麥芽粉（45726kg）46.760m

13、in2.1 二次煮出糖化法是啤酒生產常用的糖化工藝，下面就以此工藝為基準進行糖化車間的熱量衡算，工藝流程示意圖如圖2所示。大米粉（33532kg）麥芽（45726kg）20 min 自來水18料水比1：4.5 料水比1：3.5 熱水5070 12min t() 63 60min 7min 冷卻90 20min 100 40min 70 25min過濾 糖化結束 78 100 10min 麥芽 煮沸鍋90min 回旋沉淀槽 薄板冷卻器 冷麥汁 酒花 圖2 啤酒廠糖化工藝流程圖2.2 熱量衡算糖化用水耗熱量根據工藝設計糊化鍋中的料水比為1：4.5，糖化鍋中的料水比為1：3.5。料水比過大，盡管對糊

14、化有利，但是耗能大，設備體積大。料水比過小的話，醪液粘稠，需較大的攪拌設備且及易產生糊鍋現象。所以糊化鍋加水量為： m1=（9415+ 1829）×4.5 = 50598(kg)式中，9415為糖化一次大米粉量，1829為糊化鍋加入的麥芽粉量（為大米量的20%）而糖化鍋加水量為：m2=25607×3.5 = 89624.5(kg)式中，25607為糖化鍋投入的麥芽粉量，即27436-1829=25607（kg）。而27436為糖化一次麥芽定額量。故糖化總用水量為：mw=m1+m2=50598+89624.5=140222.5(kg) 自來水的平均溫度取t1=18,而糖化配料

15、用水溫度t2=50,故耗熱量為：Q1=cwmW(t2-t1)=4.18×140222.5×(50-18)=18.756×106(KJ)第一次米醪煮沸耗熱量Q2由糖化工藝流程圖（圖2）可知，Q2 = Q21Q22Q23 Q21 為米醪由初溫即室溫加熱到煮沸的耗熱，Q22為煮沸過程中蒸汽帶走的熱量，Q23為升溫過程中的熱損失。2.1糊化鍋內米醪由初溫tO加熱至煮沸的耗熱量Q21Q 21=m米醪* c米醪（100-t0） （1）計算米醪的比熱容c米醪根據經驗公式C容物=0.1(100-w)C 0+4.18w進行計算。式中w為含水百分率；c0為絕對谷物比熱容，取c0=1.

16、55KJ/(Kg·K)c麥芽=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=（m大米c大米+m麥芽c麥芽+mwcw）/m大米+m麥芽+ mW) =（9145×1.89+1829×1.71+50598×4.18）/（9145+1829+50598） =3.76 KJ/(Kg·K) （2）米醪的初溫t0設原料的初溫為18，而熱水為50，則t0 =（m大米 c大米+m麥芽c麥芽）&#

17、215;18+ mW*cW×50/( m米醪c米醪) =（9145×1.89+1829×1.71）×18+50598×4.18×50/（3.76×61572）=47.1 其中M米醪= M大米+M麥芽+ M1 =9145+1829+50598=61572kg（3）把上述結果代入Q 21=m米醪* c米醪（100-t0）中，得： Q21=3.76×61572×（100-47.1）=12.247×106KJ）2.2 煮沸過程蒸汽帶出的熱量Q22 設煮沸時間為40min，蒸發量為每小時5%，則蒸發水量為

18、： mv1=m米醪×5%×40/60=61572×5%×40/60=2052.4（Kg） Q22= mv1I=2052.4×2257.2=4.633×106(KJ) 式中，I為100飽和氣壓下水的汽化潛熱2257.2（KJ/Kg）2.3 熱損失Q23 米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約為前兩次的耗熱量的15%，即： Q23=15%（Q21+Q22） 2.4 由上述結果得： Q2=1.15（Q21+Q22）=19.412×106（KJ） 第二次煮沸前混合醪升溫至70的耗熱量Q3 按糖化工藝，來自糊化鍋的煮沸的米醪與糖化鍋中的麥

19、醪混合后溫度應為63，故混合前米醪先從100冷卻到中間溫度t。3.1 糖化鍋中麥醪的初溫t麥醪已知麥芽初溫為18，用50的熱水配料，則麥醪溫度為：t麥醪=（m麥芽m麥芽×18+ m2××50）/（m麥醪c麥醪）其中m麥醪=m麥芽+m2=25607+89624.5=115231.5（kg） t麥醪=（m麥芽c麥芽×18+ m2×50）/（m麥醪c麥醪） =（25607×1.71×18+89624.5×4.18×50）/（115231.5×3.63） = 46.673.2 米醪的中間溫度t M混合=

20、M/米醪+M麥醪 =61572+115231.5=176803.5kg根據熱量衡算，且忽略熱損失，米醪與麥醪混合前后的焓不變，則米醪的中間溫度為：其中，麥醪的比熱容 c麥醪=（m麥芽c麥芽）+（m麥芽+m2*cW）/m麥醪=（25607×1.71+89624.5×4.18）/115231.5 = 3.63KJ/(kg.K)混合醪的比熱容c混合=（m米醪c米醪+m麥醪c麥醪）/（m米醪+m麥醪） =（24433.2×3.76+46645.2×3.63）/（24433.2+46645.2）=3.67 kJ/（kg·K）t=（m混合c混合×

21、t混合-m麥醪c麥醪×t麥醪）/（m米醪c米醪） =92.87因此中間溫度比煮沸溫度只低不到7.13，考慮到米醪由糊化鍋到糖化鍋輸送過程的熱損失，可不必加中間冷卻器。由上述結果得 Q3Q3=m混合c混合（70-63）=4.542×106（kJ） 第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4由糖化工藝流程可知： Q4=Q41+Q42+Q43 Q41 為混合醪升溫至沸騰所耗熱量，Q42為第二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量，Q43 為熱損失4.1 混合醪升溫至沸騰所耗熱量Q41（1）經第一次煮沸后米醪量為： m/米醪=m米醪- mv1=176803.5-2052.4=174751.1(kg) 故進入第

22、二次煮沸的混合醪量為：m混合=m米醪+m麥醪 = 174751.1+115231.5=289982.6（kg） （2） 根據工藝，糖化結束醪溫為78，抽取混合醪的溫度為70，則送到第二次煮沸的混合醪量為：m混合(78-70)/m混合(100-70)×100%=26.7% 故Q41=26.7%m混合c混合（100-70）=0.267×289982.6×3.67×30=8.525×106（kJ） 4.2 二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量Q42煮沸時間為10min，蒸發強度5%，則蒸發水分量為：mV2=26.7%m混合×5%×10/60

23、 =26.7%×289982.6×5%×10/60 =645.2(kg)Q42=hmV2=2257.2×645.2=1.456×106(kJ) 式中，h為煮沸溫度下飽和蒸汽的焓（kJ/kg）4.3 熱損失Q43根據經驗有：Q43=15%（Q41+Q42） 4.4 把上述結果代入公式（27）得Q4=1.15（Q41+Q42）=11.478×106（KJ） 洗槽水耗熱量Q5設洗槽水平均溫度為80，每100kg原料用水450kg，則用水量為m洗=36581×450/100=164615（kg）Q5=m洗cW(80-18)= 164

24、615×4.18×62=42.661×106(KJ) 麥汁煮沸過程耗熱量Q6Q6 =Q61 +Q62 +Q636.1 麥汁升溫至沸點耗熱量Q61由表2啤酒廠釀造車間物料衡算表可知，100kg混合原料可得到574kg熱麥汁，并設過濾完畢麥汁溫度為70，則進入煮沸鍋的麥汁量為：m麥汁=（574/100）×36581=209975（kg）又c麥汁=(27436×1.71+9145×1.89+36581×4.18×6.4)/（36581×7.4） =3.852KJ/（Kg*K） Q61=m麥汁c麥汁（100-70

25、）=24.265×106，則蒸發水分為：MV3=209975×0.1×1.5=31496（Kg）Q62= hmV3 = 2257.3×31496=71.093×106（KJ）6.2 熱損失為Q63=15%（Q61+Q62）6.3 把上述結果代入上式得出麥汁煮沸總耗熱Q6 = Q61+Q62+Q63 =1.15（Q61+Q62）=109.662×106（KJ） 糖化一次總耗熱量Q總 Q總 = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=(18.756+19.412+4.542+11.478+42.661+109.662)×106=20

26、6.511×106（KJ）(8)耗氣量衡算8.1 糖化一次耗用蒸汽用量D使用表壓0.3MPa的飽和蒸汽，h=2725.3kJ/kg,則：D=Q總/(h-i)×=100461kg式中，h為相應冷凝水的焓(561.47kJ/kg)；為蒸汽的熱效率，取=95%。8.2 糖化過程每小時最大蒸汽耗量Qmax在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量Q6為最大，且已知煮沸時間為90min熱效率為95%，故：Qmax=Q6/(1.5×95%)=76.96×106 kj/h相應的最大蒸汽耗量為：Dmax=Qmax/(h-i)= 35566.56kg/h8.3、蒸汽單耗據設計，每

27、年糖化次數為1500次，每糖化一次生產啤酒300000/1500=200t，年耗蒸汽總量為：D總=100461×1500=150.692×106kg每噸啤酒成品耗蒸汽（對糖化）：D1=100461/200=502.3kg/t每晝夜耗蒸汽量（生產旺季算）為：Dd=100461×6=602766kg/d至于糖化過程的冷卻，如熱麥汁被冷卻成熱麥汁后才送進發酵車間，必須盡量回收其中的熱量。最后若需要耗用冷凍水，則在以下“耗冷量計算”中將會介紹8.4、整理列表最后，把上述結果列成熱量消耗綜合表，如表表3 300000t/年啤酒廠糖化車間總熱量衡算表名稱規格（MPa）每噸消耗

28、定額（kg）每小時最大用量（kg/h）每晝夜消耗量（kg/d）每年消耗量（kg/a）蒸汽0.3（表壓）502.335566.56602766150.692×1065、設備計算及選型5.1、糊化鍋容積的計算及基本尺寸5.1.1、糊化鍋容積計算糊化鍋投料量=9415+1829=11244kg糊化醪量=11244×(4.5+1)=61842(kg)查表得100熱糊化醪的相對密度為1.0712kg/L .則，糊化鍋的有效容積=61842/（1.0712×1000）=57.73（m3）設糖化鍋充滿系數為0.8,則:糊化鍋的總容積=57.73/0.8=72.2（m3）故糊化鍋

29、設備的容積應選50m3，所需數量2 個5.1.2、糊化鍋基本尺寸計算取D/H=2/1(糊化鍋直徑與圓筒高度之比)，升氣管面積為料液面積1/40，采用球形底，則取D=5.0m，H=D/2=2.5m汽升管直徑d=*D=×50.79m，取d=0.80mV總=/4*D*H+h(D/2+h/3)60=/4*5*2.5+h2(5/2+h/3)解得：h=1.5m5.1.3、加熱面積在一次糖化法中，糊化鍋的最大傳熱是糊化醪從45加熱至70這一過程，則 最大熱負荷Q=1.93×106kcal/h0.25Mpa壓力下蒸汽溫度為126.9 =56.44 按經驗K取1500kcal/mhF=22.

30、78 m鍋實際加熱面積F=Dh=3.14×5×1. 523.55m22.78m5.2、糖化鍋容積的計算及基本尺寸5.2.1、糖化鍋容積的計算設糊化鍋煮沸時，每小時蒸發5%的水分，操作時第一次煮沸40min，則蒸發量=61572×0.05×（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）查表得糖化醪的相對密度為1.065kg/L，則:糖化鍋有效容積=115231.5/（1.065×1000）=108.2（m3）設糖化鍋

31、充滿系數為0.8，則:糖化鍋的總容積=108.2/0.8=135.25（m3）故糖化鍋設備的容積應選100m3，所需數量2 個5.2.2、糖化鍋基本尺寸計算取D/H=2/1(糊化鍋直徑與圓筒高度之比)，升氣管面積為料液面積1/50，采用球形底，則取D=5.5（m），H=0.5×5.5=2.75（m）汽升管直徑d=*D=×5.50.78m，取d=0.80mV總=/4*D*H+h(D/2+h/3)100=/4*5.5*2.75+h2(5.5/2+h/3)解得：h=1.80m5.2.3、加熱面積由前面計算可知,糖化鍋最大蒸汽耗用量為并醪后醪液由68.39 升至78 這一過程，則

32、Q=3.24×106kcal/h=53.56 根據經驗,糖化鍋K可取2000kcal/mh加熱面積 F=30.2m鍋底加熱面積：F=Dh=3.14×5.5×1.8031.09m30.2m5.3、煮沸鍋加熱面積的計算加熱面積F=Q/kt按熱量衡算：Q=13.35×106/1.5=8.90×106（KJ/h）t=t1-t2=126.79-100=26.79（t1為加熱蒸汽在絕對壓力為2.5kg/時的溫度，t2為麥計煮沸時的溫度）傳熱系數k值的計算：k=（kcal/h C°）5.3.1、2從加熱面到糖化物料的給熱系數的計算2=0.36()2

33、/3（）1/8 ( )0.14麥汁的導熱系數,在100時為0.5(kcal/mh)d攪拌器獎葉直徑4.0mD夾套內直徑5m n攪拌器轉數60/60=1(轉/秒) 麥汁濃度12°的麥汁密度為1.084/m³ =1.084×10³/9.81=110.50(s²/m4)g重力加速度9.81m/ s² C熱麥汁比熱容, 12°時為0.98 kca1/. =麥汁粘度 水在100時w=0.248/9810(.s/)測定得麥汁比粘度為1.5,麥汁=1.5×0.248/9810=4.35×105(s/)=1.5 ()0.141 則：2 =0.36××()2/3 ×()1/8 ×1 =4841.72(kcal/h )5.3.2、夾套內蒸汽凝結的給熱系數的計算蒸汽在傳熱鍋底的凝結狀態的膜狀冷凝考慮1=0.068×()1/2在平均溫度100時,水的物理系數為:=958