发酵工程设计概论

1、会计学1发酵工程设计概论发酵工程设计概论二、物料衡算的意义1、可求出引入和离开设备的物料各组成的成分、重 量和体积 计算产品的原料消耗定额、每日或每 年消耗量，以及产品、副产品等排出物料量2、确定生产设备的容量、个数和主要尺寸。3、水、汽、热量、冷量等平衡计算。4、工艺流程草图的设计。三、物料衡算的步骤1、绘出物料衡算流程示意图 绘出原料、辅料、产品的流程图，尽可能标出物料的流量、 组成、温度等参数。2、了解整个过程和其中每一个单元操作的物料平衡计算方法。 3、收集设计基础数据和有关物化常数。 生产规模、生产天数、原辅料和产品的规格、组 成及质量、物料的密度、比热容等。4、确定工艺指标及消耗定

2、额 对照同类型生产工厂实际水平，制定工艺指标、原材 料消耗定额及经验数据。5、选定计算基准连续操作：单位时间产品量或原料量为计算基准。间断操作：（1）以单位重量、单位体积的产品或原料为计算 基准。 （2）以加入设备的一批物料重为计算基准。每批次投料量（年产啤酒20万吨）设该工厂全年工作日为360天，淡季180天，每天糖化4次；旺季180天，每天糖化6次，全年总糖化1800次。 每次投料量： 200000178.91/180019878.89 kg19900 kg 178.91啤酒吨酒耗粮（kg/t)例：啤酒物料衡算6、根据计算结果，列出物料衡算表 阶段物料衡算表引入物料排出物料序号物料名称组成

3、物料量kg密度kg/L体积L序号物料名称组成物料量kg密度kg/L体积L合计合计计算实例: 以20万吨12淡色啤酒工厂为例 一、参数设定 1、原料辅料比例 原料：麦芽 辅料：大米 设定 麦芽：大米=65：35（一般20%-35%） 麦芽质量优良，含水解酶丰富，不发芽谷物占总原料25%30%，麦芽中淀粉酶足以承担这部分额外淀粉的糖化，酿出的啤酒口味清爽，泡沫细腻洁白，若不发芽谷物占总原料量超过35%，麦汁组成差，发酵缓滞，需要添加酶制剂。大麦加工成麦芽，干物质损失10%，价格也提高37%以上，因此在不降低啤酒质量的前提下，在法律许可的范围内（各国规定不一）尽可能使用不发芽谷物代替麦芽。使用辅料原

4、因工艺考虑经济因素2、每天生产批次 设定 ：旺季6批次，淡季4批次 三锅二槽体系（糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅、回旋沉淀槽） 现代化的大型啤酒工厂，每天生产批次一般达到8-10批次，有的甚至10-12批次。3、全年生产总天数 啤酒生产旺季投料批次多，产量大，设备维修少。淡季投料批次少，产量小，设备进行维修、检验。大型啤酒厂不存在淡季、旺季的区别，停产时间很少。设该工厂全年工作日为360天，淡季180天，每天糖化4次；旺季180天，每天糖化6次，全年总糖化1800次。4、糖化锅料水比 设定麦芽：水=1：4 在实际生产中，糖化锅浓度一般2040%为宜。5、糊化锅料水比 设定大米：水=1：5 6、

5、糖化、糊化过程中添加CaCl2、乳酸、-淀粉酶 设定： CaCl2：水=0.12% 乳酸:水=0.145% -淀粉酶:水=0.26%项目名称特级企业一级企业二级企业备注1产品质量合格率999895 2.物质消耗 总损失(%)68.08.5 粮耗(kg/t酒)175180185以12度酒计水耗(t/t酒)102025不计制麦芽和生活用水煤耗(kg/t酒)150170185以标煤计不计生活用煤电耗(度/t酒)100105250001500012000 资金利税率(%)554030不分大中小型类别人均实现利税(元/人)1500010008000 啤酒国家级企业标准（大型厂） 项目百分比（）项目百分比

6、 （）原料利用率98.5麦芽净损失0.35麦芽水分5大米净损失0.30大米水分13冷却损失5无水麦芽浸出率75发酵损失1.5无水大米浸出率95过滤损失1.5麦芽用量65包装损失2大米用量35总损失10.65 啤酒生产基础数据二、100千克原料生产12淡色啤酒的物料衡算热麦汁量 冷麦汁量发酵液量滤过酒量成品酒量湿麦糟量干酵母产量CO2量空瓶需用量瓶盖需用量商标用量1、 热麦汁量麦芽收率： 0.75（10.05）（10.0035）71.0大米收率： 0.95（10.13）（10.0030）=82.4%混和原料收率： (0.6571.00.3582.4)98.573.86由上述可知100kg混合原料

7、可制得的12 热麦汁为： 10073.86%12%615.54kg 又知12麦汁在20时的比重为1.047kg/L，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： 615.541.0471.04611.43 L2、 冷麦汁量为： 611.43（10.05）580.86 L3、 发酵液量为： 580.86（10.015）572.15 L4、滤过酒量： 572.15（10.015）563.57 L5、成品酒量： 563.57（10.02）552.30 L6、12淡色啤酒密度为1.012kg/L,则 吨酒耗粮为： 100/(0.552301.012)178.91 kg/t

8、酒7、湿麦糟量：设排出的湿麦糟水分含量为80，则湿麦糟量为：10065（10.05）（10.75）10035（10.13）（10.95）/(10.8)84.83 kg8、干酵母产量：取酵母泥中含水80，产率转换为2（w/v)，则干酵母产量为： 580.86211.61 kg 11.61（180）2.322 kg设CO2在啤酒（发酵液）中溶解度为0.4，则啤酒中含量为： 572.150.42.289 kg游离的CO2量为： 21.912.2919.62 kg20时，CO2的密度为1.834 kg/m3,则体积为： 19.62 /1.83410.69 m3 10、空瓶需用量：设损失率为0.5，选用

9、640 ml的空瓶 552.30 /0.640 （10.5）867.3 个11、瓶盖需用量：设损失率为1， 867.3（11）876.0 个三、每批次投料量及产量设该工厂全年工作日为360天，淡季180天，每天糖化4次；旺季180天，每天糖化6次，全年总糖化1800次。1、 每次投料量： 200000178.9/180019878.9 kg 19900 kg吨酒耗粮178.9kg/t啤酒2、 麦芽投料量： 199006512935 kg12900 kg3、 大米投料量： 19900129007000 kg4、 热麦汁量为： 19900100615.54122492.5 kg（615.54100

10、kg原料可得615.54kg热麦汁） 19900100611.43121674.6 L（611.43100kg原料可得611.43L热麦汁）5、 干酵母量为： 199001002.323462.277 kg（2.323100kg原料可得2.323kg干酵母）9、发酵液量为： 19900100572.154455431.4 L10、过滤酒量为： 19900100563.574448601.7 L11、成品酒量为： 19900100552.304439630.8 L设4批次为一个发酵罐（下面以每批发酵计算）12、空瓶用量为： 19900100867.34690370.8 个13、瓶盖用量为： 19

11、900100876.04697296.0 个14、商标用量为： 19900100876.04697296.0 张五、年产20万吨12淡色啤酒的物料衡算 项目百分比（）项目百分比（）原料利用率98.5冷却损失3麦芽水分6发酵损失1.5大米水分14过滤损失0.5无水麦芽浸出率75包装损失1无水大米浸出率96总损失6麦芽用量70大米用量30啤酒生产基础数据课堂作业根据下面基础数据，计算生产1000L 12淡色啤酒所需混合原料、麦芽、大米、热麦汁、冷麦汁、湿麦糟、干酵母、CO2、发酵液、滤过酒、空瓶、瓶盖、商标的量，要求写出计算步骤。注：12麦汁20比重1.047kg/L，100比20体积增加1.04

12、倍；湿麦糟水分含量为80，酵母泥含水量80，产率转换系数为2（w/v)， CO2在发酵液中溶解度为0.4（w/v）， 冷麦汁发酵度为60%，空瓶640ml 、瓶盖、商标损失率均为1。发酵度60例2：年产6万吨味精厂设计的物料衡算主要工艺技术参数表（以玉米淀粉为原料）序序 号号名名 称称指指 标标(a(a均均) )1 1制糖车间糖收率制糖车间糖收率双酶法双酶法 99%99%2 2发酵产酸量发酵产酸量80g/l3 3糖酸转化率糖酸转化率58%58%4 4发酵操作周期发酵操作周期38-48h38-48h5 5发酵罐装料系数，按放料体积计发酵罐装料系数，按放料体积计70%70%6 6谷氨酸钠提取收率，

13、等电点谷氨酸钠提取收率，等电点离交法离交法97%97%7 7精制车间谷氨酸钠收率精制车间谷氨酸钠收率93%93%年产6万吨味精： 99MSG占80， 80%MSG占20每天生产味精：60000/320=187.5 (t/d) （每年生产320天） (99MSG约150 t，80%MSG约37.5 t)折算为100%MSG： 60000（80%99%+20%80%）=57120t每天生产 100% MSG：57120/320=178.5（t/d）总物料衡算(一)生产能力 (二) 总物料衡算 (1)1000Kg纯淀粉理论上产100%MSG量10001.1181.7%1.272=1153.5（Kg）

14、 1.11淀粉水解产生葡萄糖的理论得率? 81.7%葡萄糖生成谷氨酸的理论收率 1.272 ？C6H12O6+NH3+1.5O2 C5H9O4N+CO2+3H2O 180.16 147.13理论转化率147.13/180.1610081.7(2)1000Kg纯淀粉实际产100%MSG 10001.1199%58%97%93%1.272=731.4（Kg）(3)1000Kg工业淀粉（含86%的玉米淀粉）产100%的MSG量 731.486%=629（Kg）(4)淀粉单耗 1t 100%MSG消耗纯淀粉量 1000/731.4=1.367（t） 1t 100%MSG实际消耗工业淀粉量 1000/6

15、29=1.590（t）(5)原料及中间产品计算 每天淀粉用量 178.51.590=283.8(t/d) 每天糖化液量 纯糖283.886%1.1199%=268.2(t/d) 折算为 24%的糖液 268.2/24%=1117.6(t/d)发酵液量 纯Glu量： 268.258%=155.6(t/d) 折算为80g/l 的发酵液 155.61000/80=1944.4(m3/d)提取Glu量 提取后纯Glu量 155.697%=150.9(t/d) 第二节 热量平衡计算一、热量衡算的意义 1、计算能耗定额指标，比较工艺设计方案，选择先进工艺。 2、设备类型的选择及确定其尺寸、台数的依据。 3

16、、改进工艺流程和设备，节约能源，降低成本。 二、热量衡算的方法和步骤 1、画出物料的流向及变化示意图 2、写出热量衡算式损出入QQQ3、收集数据（如物料量、工艺条件、物性参数等）4、确定计算基准：以0为基准温度；每批次的处理 量作为基准量。5、进行具体的热量计算计算实例: 年产20万吨12淡色啤酒糖化车间的热量衡算 浸出糖化法工艺流程如下： 自来水，18 50热水 Q1 糊化锅（t0）20min 糖化锅（t1）60min 10min 90(20min) Q2 100(15min) t2(90120min) 至碘反应终止 Q3 78（10min） 去过滤 Q = Q1+ Q2+Q31、糖化用水耗

17、热量Q1糊化加水 kg糖化加水 W212900451600 kg糖化用水 W W1W2 3500051600=86600 kg设初水温18，糖化配料用水50，则糖化用水耗热为， Q1WCW(T2T1) 866004.18（5018） 11583616 KJ2、大米醪煮沸耗热量Q2 （1）、由t0升温至100耗热Q2； C大米（113%）1.554.1813% 1.89 kJ/kg.k C米醪(G 大米C大米G水C水)/(G大米G水) （70001.89350004.18）/(7000+35000) 3.80 kJ/kg.k糊化锅大米醪由t0升温至100耗热Q2 Q2G

18、米醪C米醪(100t0) 420003.80（10047.3） 8410920 kJ 设原料初温18，热水50，则大米醪初温为： t0（G大米C大米18G水C水50）/ G米醪C米醪 （70001.8918350004.1850） /3.8042000 47.3 (2)、煮沸过程中蒸汽带出热量Q2 煮沸15min，蒸发水量为每小时5%，则 420005%1560=525kg Q25252257.21185030 kJ 式中：2257.2100下水的汽化潜热（kJ/kg）热损失：米醪升温和第一次煮沸过程的热损失为前两次耗热的 15 ，所以，大米醪煮沸耗热量Q2Q2 Q2+ Q2 +0.15（Q2

19、+ Q2 ） 1.15（84109201185030） 11035342.5 kJ3、兑醪后 C麦芽(15%)1.554.185% 1.68 kJ/kg.k C麦醪(G麦芽C麦芽G水C水)/(G麦芽G水） （129001.68516004.18）/ （1290051600） 3.68 kJ/kg.k 设原料初温18，热水50，则：516004.18 (50- t1)12900 1.68 (t1 -18)可求得麦醪初温t1为： t147.1 兑醪：将米醪（42000-525=41475kg，100 ，比热容3.80 kJ/kg.k）与麦醪（64500kg，47.1 ，比热容3.68 kJ/kg.

20、k）进行混合兑醪求兑醪后糖化醪温度t2：414753.80（100- t2)64500 3.68 (t2 -47.1)兑醪后糖化醪温度t2=68.2蒸发水量糖化醪比热：C糖醪(G麦醪C麦醪G米醪C米醪)/(G麦醪G米醪)（645003.68414753.80）/(6450041475)3.73 kJ/kg.k兑醪后保温90120min，升温至78 糖化醪升温耗热：Q3G糖醪C糖醪（7868.2） （6450041475）3.739.8 3873810 kJ 升温过程热损失，Q315Q3 所以，兑醪后耗热量为， Q3Q3+ Q3 1.153873810 4454881 kJ4、 糖化过程总耗热

21、QQ1Q2Q3 11583616 11035342.54454881 27073839.5 kJ5、 洗糟水耗热量设洗糟水平均温度为80，洗糟水用量为原料量的2.4倍，则洗糟水量为，G洗199002.447760 kg Q4G洗Cw（8018） 477604.1862 12377481.6 kJ 6、 煮沸过程耗热 （1）升温至沸点 G麦汁G糖醪G洗G麦糟 （6450041475）4776016881.2 136853.8 kgC麦汁129001.6870001.89 (86600+47760-525)4.18/ 153735 3.86 kJ/kg.k 麦糟过滤后的麦汁温度为70Q5G麦汁 C

22、麦汁 (100-70) 136853.83.863015847670 kJ 所以，升温至沸点耗热为（2）沸腾过程中耗热 煮沸强度10，煮沸1.5小时， 则蒸发水量为，V136853.8101.5 20528.1kg 所以，沸腾过程中耗热 Q52257.220528.146336027.3 kJ 式中，2257.2水的汽化潜热(kJ/kg.k)（3）热损失 Q515（ Q5Q5） （4）麦汁煮沸总耗热 Q51.15（ Q5Q5） 1.15（ 1584767046336027.3） 71511252 kJ 7、 糖化一次总耗热Q总QQ4Q5 27073839.512377481.6 7151125

23、2 110962573.1 kJ8、 糖化一次耗用蒸汽量使用表压0.3Mpa的饱和蒸汽，I2725.3 kJ/kg相应冷凝水焓561.47 kJ/kg，蒸汽热效率95 DQ总 / (Ii)95% 110962573.1 /(2725.3561.47)95 53979.6 kg 9、糖化过程每小时最大蒸汽耗量在各步骤中，Q5为最大，且煮沸1.5h，热效率95，故，QmaxQ5/1.5 71511252 /1.5 47674168 kJ/h相应最大蒸汽耗量 DmaxQmax / (Ii)95% 49185034 /（2725.3561.47）95 23192 kg/h10、蒸汽单耗 每年糖化180

24、0次，共生产啤酒200000 t 年蒸汽耗量为 DT 53979.6 1800 97163280 kg/a 每吨成品啤酒耗蒸汽量（对糖化） DSDT/200000 97163280 /200000 485.8kg/t啤酒 每昼夜耗蒸汽量（按旺季计算） DdD6 53979.66 323877.6 kg/d年产20万吨啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称蒸汽规格0.3Mpa（表压）每吨产品耗定额485.8 kg每小时最大用量23192 kg/h每昼夜消耗量323877.6 kg/d年消耗量97163280 kg/a 第三节 水平衡计算 一、水的主要用途（啤酒工厂） 1、糖化用水 2、稀释用水 3、冷却

25、用水 4、清洗用水 二、水衡算步骤 1、了解计算内容 2、收集基础数据 3、确定指标 4、核算、列表 例：年产20万吨12淡色啤酒厂水衡算 1. 糊化用水 加水比 m1=5 每批次加水量 g 2. 糖化用水 加水比 m2=4 每批次加水量 W212900451600kg一 . 糖化用水 W=W1+W2=35000+51600=86600kg糖化用水时间为0.5h，则每小时水流量为 W=W/0.5=86600/0.5=173200kg/h旺季每天用水 W866006519600kg/d （6批次）淡季每天用水 W866004346400kg/d （4批次）全年用水量 W

26、=866001800155880000kg/a3.糖化用水总量规定在40min内洗糟完毕洗糟水流量为 W4776060/4071640 kg/h旺季每天用水 W477606286560 kg淡季每天用水 W477604191040 kg全年洗糟用水 W47760180085968000 kg/年 洗糟水用量为原料用量的2.4倍一批次用水为 W199002.447760kg4.洗糟用水二、薄板冷却用水采用一段冷却, 每批次换热量为 Q (136853.8-20528.1)3.86（94-6） 39479545.7kJ冰水流量 WQ/c(t1-t2) 39479545.7/4.18(75.3-4)

27、 132466.6kg冷却时间1.5小时冷水流量 W132466.6/1.588311kg/h全年冷却用水 W132466.61800238439880kg/a 1、糖化设备洗刷用水（1）糊化锅洗刷用水 洗水量为糊化锅容积的20 WV20100063.350.2100012670 kg/批（2）糖化锅洗刷用水 洗水量为容积的20 WV201000142.2010000.228440 kg/批 （3）过滤槽洗刷用水 W19000 kg/批三. 清洗用水（4）煮沸锅洗刷用水 洗水量为容积20 WV201000190.810000.238160 kg/批（5）全年糖化设备洗刷用水 W（1267028

28、4401900038160）1800 176886000kg/年每天洗刷用水6吨，洗刷1小时，全年 W60003602160000 kg/年2、糖化车间地面洗刷用水3、 麦汁冷却器洗刷用水每天1吨 全年用水360000kg/年4、洗涤发酵罐用水洗涤发酵罐用水为罐容积的5% W5501000527500 kg/罐全年共生产 18004450罐全年耗 W2750045012375000 kg/a6、清酒罐用水 清酒罐用水按其容积2%计算 W270100025400kg/罐 全年共洗刷 4502900次 全年耗水 W54009004860000 kg/罐5、发酵室洗刷 每天用水50吨，洗刷3小时 全

29、年用水 W5000036018000000kg 8、灌装机洗刷用水 冲洗用水每班冲洗一次，每次为4t，每天2次 全年用水 W423602880t/a=2880000kg/a7、过滤机洗刷用水 使用硅藻土过滤机，每过1000吨酒洗一次，洗一次用水10吨 全年用水 W20000010/10002000t/a=2000000kg/a 9、洗瓶机用水 每个瓶耗水1-1.5，取1.2，每年需洗瓶：310666860 个 全年耗水 W1.2 310666860 372800232kg10、杀菌机用水 瓶装啤酒灭菌时,每瓶耗水约为1kg 全年耗水为 W 3106668601 310666860kg/a11、酵母泥洗涤 设洗涤酵母的水量为酵母泥的3倍，酵母泥含水量为20%，洗刷用水为 462.27720%3180012481479kg/a12、其他用水 为200t/d, 全年用水为72000000kg/年项目每批用水/t淡季每天用水/t全年用水/t糖化86.6519.6346.4155880洗糟47.76286.56191.0485968薄板冷却 238440糖化设备洗刷 176886糖化车间地面 2160冷却器洗刷 11360洗发酵罐 12375全厂全年用水总计：148.94旺季每天用水/t 洗清酒罐5.4 4860洗发酵室 505018000洗过滤机 2000洗罐装机 2880洗瓶机 372