年产20000吨12度淡色啤酒厂糖化锅设计12

1、生物工程设备课程设计说明书（题目）20000t/a 啤酒糖化锅的设计年产年产 2000020000 吨吨 1212 度淡色啤酒厂糖化锅设计度淡色啤酒厂糖化锅设计第 - 1 - 页 共 12 页摘要摘要啤酒是以麦芽糖为主原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，是一种含二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。啤酒糖化锅的用途是把已降温至 60-62 摄氏度的糊化醪与糖化醪或曲乳液混合，在温度为 60 度下维持 30-50min，保持流动性，使淀粉在酶的作用下变成可发酵性糖。本次设计项目是对年产 20000 吨啤酒工厂糖化锅，以及其工艺流程进行设计研究且。12 度淡色啤酒是由 70%的大麦芽和 30%的大米

2、酿制而成的，每日的糖化醪量为80M3。其设计的主要内容包括糖化锅的选型（如选用圆柱形锅身，球形加热底，37M3及填充系数为 70%） ，对糖化锅的体积及基本尺寸、糖化锅的加热面积进行计算，糖化锅搅拌器的设计、接管的设计以及锅体结构的设计。且中附有一张设备流程图，并详细编写数据说明书。关键字:啤酒，糖化锅，设计，流程，说目录1 1 前言前言- 1 -1.1 设计目的意义- 1 -1.2 技术背景- 1 -2 2 基本工艺条件基本工艺条件- 2 -2.1 生产规模- 2 -2.2 物料参数- 2 -2.2.1 麦芽糖化力与辅料比- 2 -2.2.2 麦汁中 aAN 量与啤酒中双乙酰含量关系- 2

3、-2.2.3 混合后的麦芽质量限定要求：- 2 -2.2.4 溶解过度麦芽与溶解不良麦芽混配比取 3:2 - 2 -2.2.5 溶解良好的麦芽与溶解不良好麦芽混配比取 3:1 - 2 -2.2.6 糖化料水比的确定：- 2 -3 3 设备设计计算及说明设备设计计算及说明- 3 -3.1 糖化锅总体积的确定 - 3 -3.2 糖化锅基本尺寸的计算 - 3 -3.3.糖化锅加热面积的计算 - 3 -3.3.1 垂直壁上蒸汽冷凝的传热系数的计算- 3 -3.3.2 蒸汽夹套加热面至糊化料液的传热系数的计算- 3 -3.3.3 总传热系数 K 值的确定 - 4 -3.3.4 对数平均温度差的计算 -

4、4 -3.3.5 加热面积的计算 - 4 -3.4 搅拌器的设计 - 5 -3.4.1 雷诺准数的计算 - 5 -3.4.2 功率准数的计算 - 5 -3.4.3 搅拌器功率 - 5 -3.4.4 电机相关选型 - 6 -3.5 接管设计 - 6 -3.5.1 糖化锅排醪管 - 6 -3.5.2 糖化醪出口罐 - 7 -3.6 锅体结构设计 - 7 -3.6.1.设备材料的选择 - 7 -3.6.2 工作压力 - 7 -3.6.3 锅身壁厚的计算 - 7 -3.6.4 锅底壁厚的计算 - 8 -3.6.5 加热夹套设计 - 8 -第 - 1 - 页 共 12 页3.6.6 支座设计 - 9 -

5、3.6.6.1 锅体重量的计算 - 9 -3.6.6.2 支座的选取：- 10 -4 4 附录附录 4.1 根据所设计的尺寸和结构绘制糖化锅化工设备图- -11-5 5 参考文献参考文献 - 12 -第 - 0 - 页 共 12 页1 1 前言前言1.1 设计目的意义1985年 我国是以白酒为主要酒类饮料, 但由于白酒利用粮食作为原料, 会大量消耗粮食, 而且随着人们对健康逐渐加以重视, 必然减少饮用这类烈酒, 而转向饮用啤酒, 使啤酒市场的发展迅速掘起, 发展得相当迅速。鉴于竞争之激烈, 啤酒的质量是奠定它在消费者心目中的基础, 故此, 啤酒的质量必须保持稳定并需作出不断的改进。1.2 技术

6、背景糖化锅的设计包括工艺设计（传热和搅拌）和强度设计（强度和刚度）二部分，强度设计一般钢制压力容器GB150-1998 或钢铁焊接常压容器JB735-1997 进行设计。传热和搅拌在满足糖化工艺要求前提下，尽可能降低能耗，对于糖化设备的大型化更具有重要意义。现代糖化锅设计倾向于较低的蒸汽压力，这样可避免大温差带来的筒体内壁面结垢。结垢既影响糖化质量，又造成传热阻力增大而引起能耗增加。因此开发大型的现代化糖化设备，必须同时考虑传热和搅拌系统的设计。1.2.1 糖化设备的组合方式和设备的特点、作用1. 二器组合：常见于小型啤酒厂。由一只糖化过滤槽和一只糊化煮沸锅构成一套单式糖化系统, 每天可糖化2

7、 次左右。该套组合的特点是: 一锅二用, 投资少, 设备利用率高, 生产效率较低。2. 四器组合常见于中型啤酒厂。由糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅4 只专用设备构成一套复式糖化系统, 每天可糖化4 次左右。该套组合的特点是设备分工明确, 利用率极不均衡。3. 五器组合常见于中型啤酒厂的技术改造中。在四器组合的基础上, 增加一只暂贮罐, 用于暂贮过滤后的麦汁, 以此缩短等待煮沸锅的时间, 提高整个系统的生产效率, 使每天的糖化能力增加到6 次。4. 六器组合 常见于大型啤酒厂。随着发酵工艺技术的不断发展, 对糖化工艺的要求也越来越高。在单批产量一定的前提下, 须实现尽可能多的日糖化批次, 才能满

8、足发酵工艺技术要求。因此, 在四器组合的基础上, 再添一只过滤槽和一只煮沸锅就构成了一套六器组合的双元糖化系统, 每天可糖化8 次左右, 该套组合的特点是糊化锅与糖化锅的利用率已达到极限。5. 新四器组合这是笔者在实践中对某厂原二器组合糖化系统进行技术改造中尝试过的一种全新的组合方式。在原有糖化过滤槽和糊化煮沸锅( 改造后分别作过滤槽和糊化锅) 的基础上, 新增2 只性能结构完全相同的糖化煮沸锅( 使用中分别交替作糖化锅和煮沸锅) 共同构成一套四第 - 1 - 页 共 12 页器组合的双元糖化系统, 每天可糖化5 次以上。该套组合的特点是设备的平均利用率较高。2 基本工艺条件 2.1 生产规模

9、：年产量为 20000T 的生产属于中小规模，在生产旺季每一天的糖化次数按 5 次进行，在生产淡季每一天的糖化次数按 2 次进行。2.2 物料参数2.2.1 麦芽糖化力与辅料比麦芽糖化力与辅料比麦芽糖化力（wk）辅料比（%）=20035-38.=25038-42=250 库值=40%42-45 通常情况下每公斤混合原料应含有 1500200wk 糖化力。中等发酵糖化力=1500wk。高发酵糖化力=2000wk。2.2.2 麦汁中 aAN 量与啤酒中双乙酰含量关系麦汁中 aAN 量与啤酒中双乙酰含量关系a-AN(mg/L)143.5150.1157161.8166173176183.3182VD

10、K(mg/L)0.390.310.250.240.240.150.130.120.11麦汁中 aAN 含量，每度麦汁平均氨含量控制在 15mg/L，从而可以判定： 13 度 P 麦汁氨基氮含量=195mg/L 12 度 P 麦汁氨基氮含量=180mg/L11 度 P 麦汁氨基氮含量=165mg/L10 度 P 麦汁氨基氮含量=150mg/L为了安全起见，生产中可以增加 5%-10%氨基氨。以保证酵母正常发酵。2.2.3 混合后的麦芽质量限定要求：麦芽汁质量限定值特征值最佳范围极限范围库尔巴哈值（%）38-4030-33哈同值（%）=35=32总氨（干）%9-128-14aAN(mg/L)=14

11、0=100糖化力（wk）=200=1502.2.4 溶解过度麦芽与溶解不良麦芽混配比取 3:22.2.5 溶解良好的麦芽与溶解不良好麦芽混配比取 3:1第 - 2 - 页 共 12 页2.2.6 糖化料水比的确定： 糖化料水比决定了糖化醪浓度，从而影响到酶活性，麦汁收得率及其麦汁组成成分。就淡色啤酒而言，料水比控制在 1:45，第一麦汁度不超过 16%为宜。3 设备设计计算及说明3.1 糖化锅总体积的确定根据所给条件得，所选的糖化锅为圆柱形锅身，球形加热底，且 V=50M33.2 糖化锅基本尺寸的计算采用圆柱形锅身，直径 D 是柱高 H 的 2 倍，锅底为半球形，锅底高位 D/4,则： V21

12、4D34H4D32得 D=4.90m，H=2.45m，h=1.23，取 D=4900mm，H=2450mm，h=1230mm。升气管HD2450mm 糖化锅升气管的直径为 d，根据工艺要求2130122Dd501取升气管面积为料液面积的 1/40,设升气管直径为 d，则，得 d=0.775m，取整 d=775mm22D4401d4校核：V有效D2 H/4= 46.20 M350M33.3.糖化锅加热面积的计算 3.3.1 垂直壁上蒸汽冷凝的传热系数的计算 )*/(6953.693821CmW第 - 3 - 页 共 12 页 3.3.2 蒸汽夹套加热面至糊化料液的传热系数的计算 3.3.3 总传

13、热系数 K 值的确定 3.3.4 对数平均温度差的计算TF主发酵时的发酵温度， ；T1、T2分别为冷却水进出口温度， Tm=7.23.3.5 加热面积的计算1212()()lnFFmFFTTTTTTTTT第 - 4 - 页 共 12 页 Q=1.85 1012 F=68121964.15 3.4 搅拌器的设计搅拌器设计采用近似折叶桨式搅拌器根据设计要求 7 . 00DD0.040DBD搅拌器直径 D0糖化锅直径 B搅拌桨叶宽度则 D0.7D03430mm B0.04D0196mm 3.4.1 雷诺准数的计算RenD2nD2D搅拌器搅拌叶直径 醪液容重 n搅拌器转速 液体绝对粘度醪液密度 取 2

14、 厘泊0.002kg/m.s本设计搅拌器转速取 n30r/min0.5r/s查啤酒工业手册下 P423 1068kg/m3则 Re25752943.4.2 功率准数的计算Np2 . 1)35. 0(066. 0366. 03)(sin)()Re2 . 310Re2 . 110(Re0DBpDHBA式中 A、B、p 均可查啤酒工业手册下图得到其中 搅拌叶与旋转平面所成的角度 本设计为 60H 为锅内液面高度H(21.31*4)/(3.14*4.432)1.4查图得 A21.5 B0.41 p1 则将数据代入公式得Np0.095第 - 5 - 页 共 12 页3.4.3 搅拌器功率N需 1.7KW

15、53102DngNp电机功N电8.13 KW总需5 . 01NKK中 K1.21.4 取 1.2 K11.11.3 取 1.3 总0.4若取 K1.4 则 N电9.49 KW所以 本设计采用 10KW 电机3.4.4 电机相关选型查材料与零部件中 P856选用 JO2系列小型鼠笼型电动机电机型号额定数据容量KW额定电压 V 电流A转速r/min功率因数功率%启动电流额定电流启动转矩额定起矩最大转矩额定转矩重量kgJO2-71-61038034.89700.8488.56.51.41.8236电机选用轴承：查材料与零部件中 P854机座号 非轴伸端 1000r/min71 311轴承选型：材料与

16、零部件中 P389轴承型号 d D b r d1 D1 a k r 重量 kg 311 55 120 29 3 65 110 5 6 2 1.37减速器选用卧式蜗轮减速器 查材料与零部件下 P612查表 4-24-100 选用 PH180 型 减速器 重量 182kg联轴器查材料与零部件中 P567选用联轴器型号为SB1101/24-65-43.5 接管设计3.5.1 糖化锅排醪管第 - 6 - 页 共 12 页查化工原理上可知，水及低粘度液体的流速范围为 1.53.0m/s，则取醪液流速为 2m/s，工艺设计放醪时间 10min，糖化醪有效体积为 34.05 M3则 D2 /4*2m/s*6

17、00s=34.05D=0.19m=190mm s=4.5mm L=150mm3.5.2 糖化醪出口罐至糊化锅的醪液量为：V=80 M3。 取醪液密度为 1068Kg/ M3 醪液流速为u=2.0m/s 工艺设计出醪的时间为 90min。D2 /4*2m/s*5400s=80 M3 D=0.0971 取整 D=97mm，s=4.5mm L=150mm3.6 锅体结构设计3.6.1.设备材料的选择糖化锅锅身采用不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti 锅底采用紫铜板 锅低夹套采用不锈钢 1Cr18Ni9Ti 3.6.2 工作压力锅内最高工作压力 P最高P0gh h锅内液面高度P最高工作1.01105106

18、89.811.41.161053.6.3 锅身壁厚的计算锅身采用不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti 查化工设备机械基础P299附表 5b520MP s206MP 查化工设备机械基础P91 得钢材的安全系数 b3.0 s1.5则 tb/b173MP s/s137MP取二者中较小者 所以t137MP查化工设备机械基础P92 焊接接头系数 0.8 则 Se=PcD/(2t) -P=2.21mm则 SnSeC1C22.46mm C10.25 C20查化工设备机械基础 P95 圆整取 Sn12mm水压实验第 - 7 - 页 共 12 页T1.25*0.121*1*(3870+2.46)/2*2.21132

19、.51MPSeSeDiPT2)(0.9s0.90.8206148.32MP132.51MP满足设计强度要求锥形封头采用与锅身同一规格设计。3.6.4 锅底壁厚的计算查化工设备机械基础P8 紫铜的导热系数 384.95弹性模量 E1.12105夹套中通入的蒸汽压力为 0.3MP 而锅内最高工作压力为 0.121MP 所以计算锅底厚度采用外压容器壁厚计算方法计算设锅底厚度为 20mm夹套蒸汽 P0.3MP Pc1.1P0.33MP锅底外半径：R0DiSe3780/2201910mm21A0.125/(1910/20)0.00131SeR0125. 0B2/31.121050.0013197.8MP

20、 P 97.8/(3.78/0.02)0.517MPP0.3MP 且十分接近 P所以取 Se20mm则 SnSeC20mm C03.6.5 加热夹套设计夹套采用的是和锅身一样的不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti S1 40CPcPcDt4430*0.3/(4*137*0.8-0.3)+0.252.84 取 C10.25第 - 8 - 页 共 12 页 SnSC=2.87+1=3.87mm在材料加工是取夹套厚度为 10mm3.6.6 支座设计3.6.6.1 锅体重量的计算锅体重量分为：升汽筒，锥形封头，锅身，锅底，夹套的重量的总和。升汽筒重量的计算：升汽筒式一个不锈钢圆筒。选用厚度 8mm 长度：

21、13.70m 直径为：700mmV3.14（0.708/2）2（0.7/2）213.70.12m3查化工设备设计基础P291 材料密度为：7900kg/m3m10.127900948kg锥形封头重量的计算：锥形封头是采用的 120锥形。高为：1.27m 直径为：4.43m 厚度取与锅身一样的12mm 近似算作圆锥的体积。 则V3.14(4.442/2)2(4.43/2)21.270.03m331m20.037900238.5kg锅身重量的计算锅身是圆筒形 厚： 12mm 高： 1.89m 直径： 4.43mV3.14（4.442/2）2（4.43/2）21.890.135m3m300kg锅底重量的计算锅底采用略带锥形的平底，采用紫铜作材料。厚度：20m 直径：4.43m 近似看作平底计算。查化工设备机械基础P8 得紫铜的密度为：8900kg/m3V3.14（4.43/2）20.020.308m3m40.30889002741.2kg