啤酒糖化发酵课程设计计算书

1、啤酒糖化发酵工艺设备课程设计计算书作 者： 刘啟香 学 号： 2012304030102院 系： 生物与轻化工程 专 业： 生物工程 题 目：啤酒糖化发酵工艺设备课程设计计算书 重点设备 煮沸锅 指导教师： 魏群 刘月华 2015年11月 吉林目录目 录第1章 工艺计算11.1 计算依据11.2 啤酒生产物料衡算11.2.1 糖化物料衡算11.2.2 澄清冷却物料计算31.2.3 发酵物料衡算31.2.4 成品啤酒计算41.2.5 数据换算5 第2章 设备设计计算与选型62.1 贮箱62.1.1 麦芽贮箱62.1.2 麦芽粉贮箱62.1.3 大米暂贮箱72.1.4 大米粉贮箱72.2 粉碎机生

2、产能力计算82.2.1 麦芽粉碎机82.2.2 大米粉碎机82.3 糊化锅计算82.3.1 尺寸计算82.3.2 加热面积92.3.3 升汽筒直径92.4糖化锅计算102.4.1投麦芽量102.4.2加热面积102.4.3 升汽筒直径102.5 过滤槽112.5.1 过滤槽容积112.5.2 过滤筛板112.5.3 升汽筒直径112.6 麦汁暂贮罐112.7 漩涡沉淀槽122.7.1 漩涡沉淀槽槽容积计算122.7.2 升汽筒直径122.7.3泵的选型122.8 薄板冷却器132.8.1 温度的确定132.8.2 传热系数K142.8.3 冰水段传热系数K2152.8.4 泵的选型与计算172

3、.9 锥形发酵罐17I2.9.1容积计算172.9.2 结构尺寸计算172.9.3 发酵罐个数182.10 硅藻土过滤机182.11 清酒罐18第3章 重点设备设计计算193.1 煮沸锅的作用193.2 煮沸锅主要结构及种类193.2.2 种类193.3 煮沸锅结构尺寸计算193.3.1 尺寸193.3.2 升汽筒直径203.3.3 加热面积计算203.3.4 加热器计算213.3.5 洗涤器213.3.6 锅重21I东北电力大学本科课程设计计算书III第1章 工艺计算1.1 计算依据 年产25万吨11°淡色啤酒，原料配比为麦芽：大麦=65:35（以100kg混合原料为基准），原料利

4、用率为98%，麦芽水分（Wm）=5.3%，大米水分（Wn）=12%，无水麦芽浸出率（Em）=81%，无水大米浸出率（En）=95%。表1-1 基础计算数据项目名称代号（%）说明定额指标原料利用率麦芽水分大米水分淀粉水分玉米水分无水麦芽浸出率无水大米浸出率无水淀粉浸出率无水玉米浸出率985.3128195原料配比麦芽大米mn6535损失率澄清冷却损失发酵损失过滤损失包装损失1.01.01.52.0对热麦汁1.0对冷麦汁1.0对发酵后啤酒1.5对过滤后啤酒2.0啤酒总损失率5.5 每年生产320天，年产25万吨11°浅色啤酒，每天糖化6次，头号麦汁浓度（B）15%，采用湿法粉碎，麦糟含水

5、率84%，麦汁煮沸时间1.6h，煮沸强度10%。1.2 啤酒生产物料衡算1.2.1 糖化物料衡算 (1) 100kg混合原料衡算 (2) 糖化用水量W1 (3) 麦糟重量Wg (4)麦糟吸头号麦汁量 (5) 头号麦汁吸量 (6) 洗糟用水量W2 Wx =(W+Wx)×10%×1.6 (7) 热麦汁体积V（煮沸后的麦汁）煮沸后麦汁量W=717.94kg，煮沸后麦汁浓度10.8% ，100时热麦汁比20时，其体积膨胀系数为1.04 (8) 酒花用量设酒花用量为0.12kg/100L，则酒花用量= (9) 酒花糟量设酒花在麦汁中的浸出率为40%，酒花糟含水80%，则酒花糟量=1.

6、2.2 澄清冷却物料计算 设澄清冷却损失占热麦汁体积的1%，则冷麦汁产量=715.19（1-1.0%）=708.04L1.2.3 发酵物料衡算(1) 真正发酵度 (2) CO2 产量 342 444 发酵时浸出物量（以麦芽糖计） (3) 溶解在啤酒中的CO2 量 设11°啤酒中CO2量为0.5%，则708.08 ×1.044×0.5%=3.70kg(4) 发酵中放出的的CO2 量为227.99-3.696=24.29kg 20，常压下CO2的比重为1.832kg/m³，VCO2= 24.294/1.832=13.26m³(5) 酵母产量 设每升

7、麦汁在发酵后形成1.5-2.5kg酵母泥，现取2.0kg； 则酵母产量： 其中40%用于接种，60%做商品酵母 设酵母含水85%，干酵母含水7% 商品酵母 (4) 发酵液量=1.2.4 成品啤酒计算 (1) 过滤后啤酒量： (2) 成品啤酒量： 成品啤酒总收率= (3) 设瓶装啤酒容量为0.64L/瓶，则装瓶数n= (4) 11°啤酒吨酒耗粮 设11°啤酒每升重1.011kg，则吨酒耗粮1.2.5 数据换算 (1) 换算成100L啤酒的各项数据生产100L啤酒，相当于100kg混合原料生产啤酒的倍数倍，所有数据乘以n (2) 换算成25万吨啤酒，相当于100kg混合原料生产

8、啤酒的倍数 (3) 换算成每日产量每年生产320天，则每天生产啤酒，相当于100kg混合原料生产啤酒的倍数 ，所有数据乘以n 表1-2 啤酒生产物料衡算物料名称100kg混合原料100L成品啤酒每日生产酒量(×104)年产25万吨啤酒(×107)1. 混合原料用量中麦芽用量(kg)大米用量(kg)65359.615.177.424.002.381.282. 酒花用量（kg)3. 糖化用水量(kg)4. 洗糟用水量(kg)5. 热麦汁量(L)6. 冷麦汁量(L)0.86439.38448.83717.94708.400.1364.9466.34106.11104.700.10

9、50.1851.2681.9980.900.0316.0616.4026.2425.897. 发酵液量（L）8. 滤过液量(L)9.成品啤酒量(L)700.96690.45676.64103.60102.05100.0180.0578.8977.2725.6225.2324.7310. 湿酒花糟量(kg)11.湿麦糟量(kg)12.商品干酵母(kg)13.放出二氧化碳(kg)2.5881.061.3724.290.3811.980.203.590.299.260.162.780.092.960.050.89第2章 设备设计计算与选型第2章 设备设计计算与选型2.1 贮箱2.1.1 麦芽贮箱 (

10、1) 每年工作320天，麦芽每天用量7.4232×104kg，每天糖化6次 则麦芽的每次糖化用量G=kg 每次投料量G=1.237×104kg，麦芽密度 (2) 结构 采用方形斜锥底，木结构内衬白铁皮 A=3500mm B=4000mm H=2500mm a=500mm b=400mm h=200mm 2.1.2 麦芽粉贮箱 (1) 每次糖化麦芽用量Gm=1.237×104kg 每次投料量G为：G=1.237×104kg (2) 结构 采用方形斜锥底，木结构内衬白铁皮 A=5000mm B=4000mm H=2500mm a=500mm b=400mm

11、h=200mm东北电力大学本科课程设计计算书 2.1.3 大米暂贮箱 (1) 每次投料量G为：G=3.997×104/6kg=6.66G×103kg大米密度为800 (2) 结构 采用方形斜锥底，木结构内衬白铁皮 A=3000mm B=2000mm H=1800mm a=300mm b=300mm h=300mm 2.1.4 大米粉贮箱 (1) 每次投料量G为 (2) 结构 采用方形斜锥底，木结构内衬白铁皮 A=4000mm B=2000mm H=2000mm a=400mm b=200mm h=200mm 2.2 粉碎机生产能力计算2.2.1 麦芽粉碎机 查破碎机选型样本

12、，选用六辊型麦芽粉碎机，生产能力为6t/h，辊子规格为，配电机Y160L-611，2千瓦，3台，1台备用。2.2.2 大米粉碎机 查破碎机选型样本，选用六辊型麦芽粉碎机，生产能力为6t/h，辊子规格为150×1000mm，配电机Y160L-611，2千瓦，3台，1台备用。2.3 糊化锅计算 2.3.1 尺寸计算 采用圆柱形球底加热式糊化锅。 (1) 糊化锅投料量（糊化锅投15%的麦芽）为7 蒸发量W（煮沸时蒸发5%水，煮沸时间20min） 则 糊化醪液量G= 糊化醪的相对密度：1.01kg/L 其有效体积： 糊化锅的填充系数，即糊化醪所需糊化锅的总体积， 糊化锅径高比为2:1， D=

13、4.26m，圆整为D=4.30m，H=2.15m2.3.2 加热面积 取不锈钢材质，a=0.6-1.2，取a=0.6 则=2.3.3 升汽筒直径 2.4糖化锅计算2.4.1投麦芽量 2.4.2加热面积 采用不锈钢，球底为钢质，中有夹套（备用）， （a取0.6） A= 2.4.3 升汽筒直径 2.5 过滤槽2.5.1 过滤槽容积 每次糖化物料总量G 过滤槽采用圆柱形器身的平底容器，径高比取2 D=7.93m，圆整为D=8.00m，H=4.00m 2.5.2 过滤筛板 采用不锈钢焊制，条形筛孔，尺寸约为 每100kg干麦芽所需过滤面积0.5-0.6，取过滤面积0.55 则总筛板过滤面积= 2.5.

14、3 升汽筒直径 2.6 麦汁暂贮罐 麦汁暂贮罐容积（圆柱形，不锈钢） 糖化一次产生过滤液为 取高径比比为2, D =6.15m，圆整为D=6.20m，H=12.40m2.7 漩涡沉淀槽2.7.1 漩涡沉淀槽槽容积计算麦汁的进口速度为10m/s，进料时间20min，麦汁静置时间40min，转速10r/min 麦汁煮沸后麦汁量，即热麦汁体积为 取空余系数为1.2，则 取径高比为2:1，则D:H=2:1 D=7.026m，圆整为D=7.10m，H=3.55m 2.7.2 升汽筒直径 2.7.3泵的选型 查工业用泵选型手册（第二版），选用F100-57型泵，Q150m³/h，H扬程42.5，

15、转速2910r/min，轴功率24.23kW，配用电机功率40kW，泵效率=62%，允许吸上真空度4m。2.8 薄板冷却器2.8.1 温度的确定（冷却时间1h） (1) 由物料衡算可知，100kg混合原料可得到热麦汁717.94kg 每批次麦汁量为: 每小时冷却麦汁量1.37×105kg/h 取3台薄板冷却器，2台工作，1台备用， 每台每小时工作量6.835104kg/h台 (2) 热麦汁的比热：C=0.3711%+1(1-11%)=0.931kcal/kg 麦汁干物质比热1.55kJ/kg (3) 冷水段、冰水段换热量 采用两段冷却：a.前段用18深井水冷却，麦汁由90至40；b.

16、后段用-4冷冻水冷却，麦汁由40至6。 冷水段换热量Q=GC(T1-T2)=6.835×104×0.931×(90-40) =3.18×106k cal/h 冷冻水段换热量Q=GC(T1-T2)=6.835×104×0.931×(40-6) =2.164×106k cal/h (4) 冷水段、冰水段终温 冷水初温18，麦汁温度T=90，T=40，冷水终温t 根据热平衡：GC(T1-T2)=G水C水(t1-t2)， 取冷水流量为麦汁流量的3倍， 则t=t+=18+=33.5 冷冻水初温-4，冷冻水终温，麦汁温度T=4

17、0，T=6 根据热平衡：GC(T2-T3)=G水C水(-) 则=+=-4+=6.55 (5) 冷水、冷冻水平均温差 冷水：tm1 =36.58 冷冻水:tm2 =19.332.8.2 传热系数K（冷水段） (1) 流道数的确定：麦汁流速0.25-0.9m/s，经验上取u=0.3m/s, =74.02 取m=74.00(2) 校正麦汁流速u=0.327m/s(3) 冷水段麦汁计算（麦汁平均温度为65） 查发酵工业生产设备，=1040kg/m³，=0.99C，C=0.9364kcal/kg， =0.5148kcal =0.1 =4448.5W/K (4) 2计算（麦汁平均温度为25.75

18、） 查发酵工业生产设备，=996.40kg/m³，=85.7710-5NS/m C= 4.1765kcal/kg，=0.61238W/m，u水=3u =0.1 =1.002W/K K值计算 其中，-不锈钢导热系数，-不锈钢板厚1mm K =2.66610 换热面积（冷水段F、Z、i） 换热面积F= 板片数Z=180.595=181片 麦芽汁程数程 2.8.3 冰水段传热系数K2 (1) 冰水段麦汁平均温度14.8 查得 =1048.8kg/m³，=2.12C，C=0.916kcal/kg，=0.50kcal/ =0.1 =3528.83W/K (2) 冰水段麦汁2计算（麦汁

19、平均温度为1.28） 查化工原理水的物化性质，=999.897kg/m³，=172.910Pas， C=4.2093kcal/kg，=0.55432W/m =0.1 =8932.76W/K (3) K2计算 其中，-不锈钢导热系数，-不锈钢板厚1mm K =2242.6W/m (4) 冷冻水段换热面积（冷水段F1、Z1、i1） 换热面积F1= 板片数Z2=276.47=277片 麦芽汁程数程 则共用薄板数Z=Z1+Z2=181+277=458片 冷却面积F=F1+F2=37.93+58.0596=95.99 故选用板式换热器八台，换热面积38，机器重1396kg (5) 冷水耗量 G

20、1= (6) 冷冻水耗量 G2=2.8.4 泵的选型与计算 冷水泵、冷冻水泵个6台，流量均相同，由前可知，水流量为麦汁流量的3倍，冷水、冷冻水流量为3×21.05=63.15m/h，每台水泵麦汁水流量为63.15/2=31.575m/h台。 2.9 锥形发酵罐 采用露天锥形发酵罐2.9.1容积计算每日糖化后冷麦汁体积为：8.09105L=809m³，规定一锅麦汁进入一个发酵罐，则有效容积V有效=809/6=134.83m³，取0.8则V= 校核=，合乎要求2.9.2 结构尺寸计算 (1) 锥角=60-85°，取60°，一般D:H=1：1.5-6

21、，初取D:H=1:4；则下部锥体的高h=21.1732=3.46m查化工设备设计手册上册：h1=0.05m，h2=1.00m，V封=9.02m³，封头内表面积S=17.9则锥形罐总容积=V封头+V封底 +V柱=170m³ h2=11.664m，圆整为 h2=11.70m ， 则总高h=h1 + h2+h3=3.46+11.70+0.05=16.13m H/D=11.7/4=2.93,即D:H=1:2.93，在1:1.5-6范围内 (2) 壁厚 根据罐的直径D，查材料与零部件上册， D=4.00m，材料为不锈钢，主体壁厚=8.00m，封头锥体=5.00mm2.9.3 发酵罐个

22、数 设锥形发酵罐的发酵周期为20天， 所以N=+2（n-每天装罐数；t-发酵周期20天；2-备用发酵罐个数） N=620+2=122个2.10 硅藻土过滤机 采用立式叶片式硅藻土过滤机，每天产啤酒量为8.0052105L=800.52m³ 每天按过滤8h，则生产能力800.52/8=100.07m³/h； 选用硅藻土过滤机2台，生产能力100.10m³/h，其中一台备用2.11 清酒罐 采用卧式清酒罐，日产啤酒量为：7.72×105L=772.74m³，送入5个清酒罐中，则罐的有 效容积：V 则（ 取=0.94（0.90-0.95） 每个清酒罐

23、容积170m³，则3.14 设D：H=1:4，则D=3.78m，圆整为D=3.80m，H=15.20m， 校核 =（符合0.9-0.95的范围） 第3章 重点设备设计计算3.1 煮沸锅的作用麦汁煮沸时间对啤酒的质量影响很大，在常压下，10-12°的淡色啤酒的煮沸时间一般在1.5-2h，浓色啤酒可适当延长煮沸时间；在加压0.11-0.12MPa条件下，煮沸时间可缩短一半左右，合理的延长煮沸时间对蛋白质的凝固，提高酒花利用率和还原物质的形成是有利的，但对泡沫性能不利，过分的延长煮沸时间不仅经济不合理，麦汁质量也会下降。3.2 煮沸锅主要结构及种类 主要由锅体、保温层外包覆层，上

24、封头、进液口、放液口、蒸汽口、电机、减速机、螺旋翅等构成。其主要是在锅体锥形体的内腔安置一由电机、减速机带动的螺旋翅，锅壁向上翻腾流动，既能提高热效率，又能对锅壁进行冲刷，可有效的避免糊锅现象。3.2.2 种类 (1) 直火加热式煮沸锅 (2) 带夹套的蒸汽煮沸锅 (3) 两个加热区的老式煮沸锅 (4) 带外加热器的煮沸锅 (5) 带内加热器的煮沸锅 (6) 一种内加热式的煮沸锅3.3 煮沸锅结构尺寸计算 3.3.1 尺寸 V4=Wx+V5（V4-煮沸锅有效容积；Wx-蒸发水分量；V5-煮沸后麦汁体积）= () 则V5= Wx=136.751142.03/6=26.018m³ W=

25、（e-煮沸强度10%，t-煮沸时间1.6h） Wx =a V4=0.16 V4 则 V4=a V4+ V5， V5=(1-a)V4 即（1-a） V4= ， V4= 设容积系数=0.6（=0.6-0.7），膨胀系数=1.02-1.05，取=1.04 则煮沸锅的容积V= 采用内加热式煮沸锅，忽略加热器中麦汁量，取D:H=2:1 D=， 圆整为D=7.60m，H=1/2D=3.80m3.3.2 升汽筒直径（与糊化锅相同，蒸汽量较大） 3.3.3 加热面积计算由过滤槽至煮沸锅的麦汁温度为75，升温到102-105，需要15min，煮沸1.6h，加热蒸汽压力为2kg/（表压），即133（2.5kg/） 由酿造酒工艺学，麦汁沸点103（102-105）,麦汁前麦汁浓度9.07%，麦汁比热c=0.379.07%+1(1-9.07%)=0.943kcal/kg (1) 加热段Q1=GC(t-t)=100.943(103-75) =1.71310k cal/h tm=48.66 经验传热系数K =800