啤酒厂设计重点设备-稿子糊化锅

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）PAGEPAGE46第1章绪论1.1啤酒发展简介啤酒经过几千年的发展历史，已成为世界上产量最大、酒精含量最低，营养非常丰富的酒种，是广大消费者普遍喜爱的大众型饮料。早在1977年7月在墨西哥举行的第九届“国际营养食品会议”上啤酒就被正式列为营养食品。1.1.1世界啤酒业的发展人类使用谷物制造酒类饮料已有几千年的历史。已知最古老的酒类文献，是公元前6000年左右巴比伦人用黏土板雕刻的献祭用啤酒制作法，公元前4000年美索不达米亚地区已有用大麦、小麦、蜂蜜制作的16种啤酒。公元前3000年起开始使用苦味剂，但首次明确使用酒花作为苦味剂是在公元768年。公元前18世纪古巴比伦国王汉穆拉比颁布的法典中，已有关于啤酒的详细记载。公元前1300年左右，埃及的啤酒作为国家管理下的优秀产业得到高度发展。啤酒的酿造技术是由埃及通过希腊传到西欧的。公元1～2世纪，古罗马政治家普利尼(公元62～113)曾提到过啤酒的生产方法，其中包括酒花的使用。17～18世纪，德国啤酒盛行，一度使葡萄酒不景气。19世纪初，英国的啤酒生产大规模工业化。19世纪中叶，德国巴伐利亚洲开始出现下面发酵法，酿出的啤酒由於风味好，逐渐在全国流行。德国在19世纪颁布法令，严格规定啤酒的原料以保持啤酒的纯度，而且由於实行下面发酵法和进行有规律的酵母纯粹培养，从而提高了啤酒的质量，成为近代慕尼黑啤酒享有盛誉的基础。17世纪初荷兰、英国的新教徒将啤酒技术带入美洲大陆，1637年在马萨诸塞建立了最初的啤酒工厂，不久，啤酒作为近代工业迅速发展，美国成为超过德国的啤酒生产大国。19世纪，酿造学家相继阐明有关酿造技术。1857年，L.巴斯德确立生物发酵学说；1845年，C.J.巴林阐明发酵度理论；1881年，E.汉森发明了酵母纯粹培养法，使啤酒酿造科学得到飞跃的进步，由神秘化、经验主义走向科学化。目前全世界啤酒年产量已居各种酒类之首。1.1.2中国啤酒业的发展19世纪末，啤酒进入中国，1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了啤酒厂，此后，不少外国人在东北和天津、上海、北京等地建厂，如东方啤酒厂，上海斯堪的纳维亚啤酒厂(上海啤酒厂前身)，哈尔滨啤酒厂，北京啤酒厂等，这些酒厂都由外国商人经营。中国人最早自建的啤酒厂是1904年在哈尔滨建立的东北三省啤酒厂，当时中国的啤酒业发展缓慢，分布不广，产量不大。生产技术掌握在外国人手中，生产原料麦芽和酒花都依靠进口。1949年以前，全国啤酒厂不到十家，总产量不足万吨。1949年后，中国啤酒工业发展较快，并逐步摆脱了原料依赖进口的落后状态。中国的啤酒于1954年开始出口。改革开放以后的20多年中，我国的啤酒工业飞速发展，实现了3级跳，1988年啤酒产量达到660多万吨，位居世界第三，1996年为1225万吨，超过德国跃居世界第二位，2002年为2386.83万吨，超过美国成为世界第一，2003年为2540.48万吨，稳居世界霸主地位。目前我国啤酒人均消费量已接近世界平均水平，并仍以每年约5％的增长率上升，技术装备也已达到或接近世界先进水平。1.2课程设计选题的目的和任务本次设计选择题目为年产10万吨12度经典啤酒工厂设计，重点设备糊化锅。本设计是在学习了啤酒的加工工艺、工厂设备概论等课程，经过工艺实验和工厂实习的基础上进行的，目的使同学们更进一步的了解啤酒加工生产的技术和要求，巩固所学的知识，培养同学们具备工厂工艺设计的能力。本次课程设计的任务是：1、了解世界啤酒的发展状况以及我国啤酒的历史状况、发展前景和国家有关规定。2、掌握啤酒生产工艺设计的范围、内容、基本方法和步骤，理论和实际相结合。3、熟悉发酵工厂设计说明书和工艺设计图的要求，了解工厂设计有关标准及技术经济和概算等内容和要求。4、通过实地调查、正确计算，结合所学的知识完成年产10万吨12度经典啤酒工厂的厂址选择，工艺设计，设备选型及工厂布置设计。1.3啤酒生产的国家标准啤酒的国家标准编号：GB4927—91国家技术监督局1991年9月10号批准，1992年8月1号实施1、引用标准：GB 191包装储运图示标志GB2758发酵酒卫生标准GB4544啤酒瓶GB4928啤酒试验方法GB5739啤酒塑料周转箱GB6543瓦楞纸箱GB10344饮料酒标签标准2、技术要求感官要求：淡色啤酒的感官指标应符合表1-1的规定。表1-1啤酒指标项目优级一级二级外观透明度清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物尚清，较透明浊度，EBC>1.0<1.5<2.0泡沫形态泡持性听装S>210>180>120瓶装S>180>180色度EBC14O5.0—11.010O～12O5.0～9.55.0～11.05.0～14.08O5.0～12.0香气和口味具有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调，柔和无异香、异味有较明显的酒花香气，口味纯正，较爽口，酒体协调，无异香、异味有酒花香气，口味较纯正，无异味3、啤酒的保质期瓶装，听装熟啤酒保质期不少于120天（优级一级）60天（二级）。瓶装鲜啤酒保质期不少于7天。罐装，桶装鲜啤酒保质期不少于3天。1.4课题研究的内容和方法1.４.1厂址选择厂区地理位置一般工厂选在城镇的郊区，因为本设计是年产10万吨12度经典的啤酒工厂，目标市场为重庆市区及以下区县。从有利于啤酒的生产和销售的角度考虑，将厂址选在重庆市涪陵李渡工业园区，涪陵区总人口118万人，2005年实现地区生产总值135.08亿元，财政收入18.15亿元，固定资产投资49.44亿元，工业总产值126.45亿元，全区综合经济实力位居重庆市各区（市）县前列。其地址位于长江边上，重庆一小时经济圈内，交通发达，水，电，煤资源丰富。涪陵是千里乌江第一城，处于长、乌两江交汇的三峡库区腹心地带，连接渝东南二十多个县市的经济走廊，近百亿的物资在此集散。涪陵区处长江上游交通枢纽的副枢纽。渝怀铁路、规划中渝利铁路、南涪铁路、渝涪高速、沪蓉高速、渝湘高速，三条铁路、三条高速公路穿越全境。铁、公、水综合交通网络初步成型，提高了内外通达能力。涪陵区是重庆一小时经济圈中的大城市，新兴的工业基地和区域性商贸物流中心。连锁经营、物流配送新型业态应运而生，具有承接重庆主城区一小时经济圈集聚幅射能力，城镇化率达49%。本工厂设计有合理的环境保护方案：工厂选在远离市中心的，水源丰富、地势平坦的李渡工业区。原料处理产生的粉尘，采用布袋除尘，排放浓度为7.3mg/m3。该废气通过不低于15m高排气筒排放，满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）二级标准。燃气锅炉排放污染物NOx浓度约200mg/m3，SO2浓度约10mg/m3，烟尘浓度约26mg/m3。通过不低于8m高排气筒排放，满足《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）标准排放要求。啤酒厂的废水属于有害无毒性的二类废水，其长远影响小于第一类有害物质，但由于每生产100t啤酒，排放的废水中BOD相当于1.4万人的生活污水，若不经处理会严重污染环境。对于啤酒工厂生活及生产中的废水，由涪陵李渡工业区污水处理站统一收费处理，对废水处理后满足我国《工业废水排放标准》相关要求。1.４.2工艺选择1、保证产品质量符合国家的标准的前提下尽量采用成熟、先进的技术和设备。2、选择生产方法主要依据设计中对目的产物的质量及风味要求、原料的来源，种类和性质，选择经济可行的生产工艺。1.４.3设备的选择保证工艺生产的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洁方便。第2章啤酒工艺选择和论证2.1酿造啤酒的原料本设计是生产12度经典浓醇型淡色啤酒，麦芽要求质量高，成品麦芽淡黄色而有光泽感，麦芽香浓郁，牙咬发脆且松散。辅料选择大米，可使成品啤酒色泽较浅但仍保持品味的浓醇性。酿造用水取适于淡色啤酒酿造工艺的软水。酒花选用传统的苦型酒花以增加啤酒醇厚的感觉。由工艺需要选用下面发酵的酵母菌株，发酵度达到62－63%，双乙酰峰值低的即可。2.1.1大麦适于啤酒酿造用的大麦为二棱或六棱大麦。二棱大麦的浸出率高，溶解度较好；六棱大麦的农业单产较高，活力强，但浸出率较低，麦芽溶解度不太稳定。二棱大麦主要产地在我国南方地区，厂址所在的重庆地区即有二棱大麦生产基地，所以选择当地优质二棱大麦进行麦芽的制作。2.1.2大米大米淀粉含量高，无水浸出率也高，含油质较少。但大米淀粉的糊化温度比玉米高。以大米为辅助原料酿造的啤酒色泽浅。我国大米产量较高，成本选小于麦芽的，所以选用适当比例的大米作辅料也可是使生产成本降低。大米是我国用量最多的辅助原料。2.1.3酿造用水酿造用水是指糖化用水和洗糟用水，其水质状况对整个啤酒酿造的过程和啤酒成品的质量都有重要影响。酿造用水除了符合饮用水的标准外，还应符合酿造要求。通常，软水适於酿造淡色啤酒，碳酸盐含量高的硬水适於酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为：无色、无臭、透明、无浮游物，味纯正，无生物污染；硬度低；铁、锰含量低(含量高对啤酒的色、味有害，而且能引起喷涌现象)；不含亚硝酸盐。厂区可取清洁的地下水，水质，但由于含盐量较高，需经过处理，同时可取乌江的江水，此水水质较软，适合目的产品的酿造要求，但由于邻近城市受到了一些污染，所以也需要经过处理才可应用于生产。2.1.4酒花酒花又称啤酒花。使啤酒具有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力。酒花始用于德国，学名为蛇麻，为大麻科葎草属多年生蔓性草本植物。雌雄异株。酿造所用均为雌花。中国人工栽培酒花的历史已有半个世纪。始于东北。目前在新疆、甘肃、内蒙、黑龙江、辽宁等地都建立了较大的酒花原料基地。成熟的新鲜酒花经干燥压榨，以整酒花使用，或粉碎压制颗粒後密封包装，也可制成酒花浸膏，然后在低温仓库中保存。其有效成分为酒花树脂和酒花油。经典啤酒的酿造，啤酒酒花的用量约为0.2%左右。2.1.5酵母酵母是用以进行啤酒发酵的微生物。啤酒酵母又分上面发酵酵母和下面发酵酵母。啤酒工厂为了确保酵母的纯度，进行以单细胞培养法为起点的纯粹培养。为了避免野生酵母和细菌的污染，必须严格啤酒工厂的清洗灭菌工作，酿造啤酒的酵母用量一般为0.35%～0.45%。对于酿造淡色啤酒，酵母的添加量可适当高一些。但需限制后酵中的酵母浓度。以防止高级醇的形成，导致啤酒有上头的感觉。2.2工艺技术指标2.2.1工艺技术指标及啤酒生产新技术啤酒质量标准各国不尽相同，中国的啤酒质量标准如下：中华人民共和国国家标准(11度、12度优级淡色啤酒，GB4927-85)适用于以麦芽为主要原料，加酒花经酵母发酵酿制而成的、含有CO2的、起泡的、低酒精度的优级淡色啤酒。感官指标、理化指标应符合感官指标规定及啤酒的理化指标规定。保存期：11度、12度啤酒，保存期≧120天。啤酒的质量问题主要有以下3个：1、非生物稳定性：指不是由於微生物污染而产生浑浊沉淀现象的可能性。啤酒是一种稳定性不强的胶体溶液，在保存过程中易产生浑浊沉淀现象，最常见的啤酒非生物浑浊是所谓蛋白质浑浊。2、风味异常：由於原料﹑生产工艺﹑酵母﹑生产过程中的微生物管理等问题，可引起啤酒的风味异常。主要表现为：口味粗涩，苦味不正，有氧化味等。3、喷涌现象：啤酒在启盖後发生不正常的窜沫现象。严重时会窜出流失多半瓶啤酒，其主要原因为原料大麦在收获时受潮感染上霉菌等。2.2.2啤酒生产新技术1、浓醪发酵：1967年开始应用於生产。是采用高浓度麦汁进行发酵，然后再稀释成规定浓度成品啤酒的方法。它可在不增加或少增加生产设备的条件下提高产量。原麦汁浓度一般为16度左右。2、快速发酵：通过控制发酵条件，在保持原有风味的基础上，缩短发酵周期，提高设备利用率，增加产量。其工艺控制条件为：在发酵过程某阶段提高温度；增加酵母接种量；进行搅拌。3、连续发酵：1906年已有啤酒连续发酵的方案，但直到1967年才得到工业化的应用。主要应用国家有新西兰﹑英国等。由於菌种易变异和杂菌的污染以及啤酒的风味等问题，使啤酒连续发酵工艺的推广受到限制。4、固定化酵母生产啤酒的研究：70年代开始研究，目的在於大幅度缩短发酵周期。实质上是为了克服菌种变异﹑杂菌污染问题，而且是更为快速的连续发酵工艺。已取得的成果为：前发酵由传统法的5～10日缩短为1日，可连续稳定运行3个月。5、圆柱圆锥露天发酵罐：其主要优点是可缩短发酵周期，节约投资，回收CO2和酵母简便，有利于实现自动控制。目前单罐容积在600KL的已很普遍，材质一般为不锈钢。6、纯生啤酒的开发：随著除菌过滤﹑无菌包装技术的成功，自70年代开始开发了不经巴氏杀菌而能长期保存的纯生啤酒。由于口味好，很受消费者欢迎。目前有的国家纯生啤酒已占整个啤酒产量的50％。7、低醇、无醇啤酒、白啤酒的开发：为汽车司机、妇女、儿童和老年人饮用的一种清凉饮料。它的特点是酒精含量低。无醇啤酒酒精含量一般在0.5～1％，泡沫丰富，口味淡爽，有较好的酒花香味，保持了啤酒的特色。2.3工艺论证本设计要求生产12度经典啤酒，成品啤酒在符合我国啤酒产品质量标准的前提下追求色泽浅淡、泡沫丰富，品味具有传统的醇厚感觉，设计中尽量选用成熟的工艺，保证生产的稳定性，原料及能源使用上要求节约，节能减排同时降低生产，成本设备要求安全适用，设备利用率高，操作、维修方便。2.3.1原料配比本工艺原料选用麦芽为主料，大米为辅料。大米属未发芽谷物，其淀粉含量高达75%～82%，无水浸出率过90%～93%，而蛋白质含量低，多酚物质和脂肪含量也较低，因些用大米作辅料，酿造的啤酒色泽浅，口味爽净，泡沫细腻，酒花香味突出，非生物稳定性较高。在糖化时的使用比例以20%～30%为宜，综合大米在本工艺中的作用――提高啤酒非生物稳定性、降低啤酒色泽、提高啤酒泡持性及降低生产成本几个方面考虑，辅料大米使用比例定为25%。2.3.2糖化工艺在我国，加辅料啤酒的糖化方法多采用复式糖化法，近年来浅色啤酒均追求色泽极浅（色度在5.0-6.0EBC），发酵度高，残余可发酵性糖少，泡沫好（泡持时间在5min以上），多数采用复式浸出糖化法酿造浅色啤酒。其方法的选择取决于原料的质量，产品的类型，设备状况等多中因素。因为我本次设计任务是12度经典淡色啤酒，因此在各种方法的选择上我选择了复式浸出糖化法。因生淀粉糊化是吸水膨胀的过程，所以辅料应采用较大加水比进行糊化，并尽可能利用外加a－淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多的麦芽。采用两段式糖化温度，以提高可发酵性糖的含量。操作过程如下：1、糊化锅：大米粉投料，投料温度50℃，同时加入耐高温a－淀粉酶，及52℃酿造水，PH控制6.5，保温休止10分钟左右，以1℃/分钟的速率升温至93℃，保温20分钟左右；升温至101℃进行煮沸，煮沸20分钟左右；送入糖化锅进行兑醪。2、糖化锅：麦芽粉投料，投料温度47.8℃，酿造水50℃，PH控制5.2，保温休止30分钟；与来自糊化锅的大米醪进行兑醪，兑醪后温度63℃，保温30分钟；升温至70℃，保持25分钟，碘反应完全后升温至75℃，保持15分钟。具体的糖化过程如下图麦芽粉+50麦芽粉+50℃酿造水50℃30min10min,大米粉、酶、52℃水10C/min93℃20min50℃101℃20min50C/min63℃30min70℃25min75℃15min20204060801001201401601802001030405060708090100糖化时间/min糖化温度/℃5min碘试不呈色图2-1复式浸出糖化法曲线2.3.3醪液过滤工艺常用过滤的设备有压滤机和过滤槽，由于本设计要求短过滤时间，因此采用的方式是压滤机。压滤机工作时间短，过滤后麦汁较清，麦汁收率高，可自控，自动化程度高，洗糟水用量少。工艺过程如下：1、麦醪过滤前，先用80℃的热水进行预热以及排除机内空气。2、排除预热水，并同时泵入糖化醪。3、泵入糖化醪初即打开压滤机麦汁排出阀，边装醪，边滤出头号麦汁头号麦汁较浑浊，回流至糖化锅进行再次过滤。4、头号麦汁滤完，立即泵入洗糟水，充分洗出糟吸附的麦汁。5、洗糟结束后，再通入压缩空气，挤出糟吸附的残留麦汁，提高收率。6、解开压滤机，排出麦糟，洗涤滤布。2.3.4煮沸工艺麦汁的容量已盖满煮沸锅的加盐层时，即开始加热，使麦汁维在70-80℃之间,防止乳酸菌等杂菌污染,待麦糟洗涤结束后即加大蒸汽量，使麦汁达到沸腾。本设计采用外加热煮沸锅,煮沸强度10%,煮沸时间为1.5小时。添加酒花：初沸5-10分钟加20%；煮沸40分钟左右加入50%-60%；煮沸终了前5-10分钟加剩余酒花。2.3.5热凝固物分离工艺采用回旋沉淀槽法，热麦汁由切线方向进槽。在槽内高速回旋产生离心力。由于受槽内运动离心力的作用力的合力把煮沸过程中的推向槽底中央。该设备占地面积小,加工容易投资也少。技术条件如下：1、回旋沉淀槽径高比为2：12、槽底部向出口倾斜1-2%便于凝固物中麦汁缓慢流出3、麦汁进口速度10-16m/s(泵能力)4、进料时间为12-20min,麦汁静置30-40min5、麦汁切线进口位置约在麦汁量的高度1/3处2.3.6麦汁冷却工艺采用一段冷却方式，冷却设备为薄板冷却器，冷媒为2℃冰水，对流换换热。薄板冷却器的优点：占地面积小，麦汁不容易受到污染，清洗和和杀菌比较简单，冷却效率高。另外麦汁中的热能可通过冷却水的升温，回收利用。综合上述考虑，采用薄板冷却器。2.3.7发酵工艺要点啤酒是依赖于纯种酵母，对麦汁组分进行一系列的代谢过程，产生酒精等各种风味物质，构成独特风味的饮料。所以发酵过程对啤酒的质量和风味的形成都尤为重要。本设计采用下面发酵法酿造经典浓醇型低发酵度（62%）啤酒，发酵温度选择中低温，使生成的高级醇及代谢副产物较少，PH降低缓慢，洒花香气和苦味物质损失少，增加啤酒的饱满及协调性，但不会使有啤酒有上头感觉且口感细腻，浓醇性好。具体发酵温度与时间控制为：1、接种：接种温度为8℃，酵母泥添加量1%（V/V），采用干加法加入。即通入适当量冷麦汁，用无菌空气（或氧气）使之混匀，然后将混合液压入装有麦汁的酵母繁殖槽中并混合均匀。2、主发酵：主发酵在10℃下发酵7日即可接近最终发酵度，主发酵结束后迅速降温至3℃进行双乙酰还原。2、后酵：为加速双乙酰还原，可采用较高后发酵温度5～8℃。在后酵7～10开，均可控制后酵温度偏高，保证后酵能在4.5℃左右，7天以后逐步降至0～-1℃使酒进入低温贮酒阶段，贮酒温度愈低，成品啤酒抗冷雾浊能力愈强。2.4工艺流程2.4.1大麦生产流程大麦粗选分选浸麦发芽干燥除根成品麦芽2.4.2啤酒生产流程麦芽粉碎50℃水，休止30min混合大米粉碎50℃热水休止10min101℃，20min混合醪升至63℃，糖化30min糖化醪升温70℃，糖化25min75℃保持15min过滤槽过滤煮沸锅煮沸1.5h回旋沉淀槽煮沸强度10%薄板换热器冷却离心分离冷凝固物泵入增殖罐分次添加酒花分离热凝固物发酵罐降温后通发酵罐贮酒罐过滤通入CO2清酒罐成品啤酒第3章12度啤酒的生产工艺计算3.1糖化车间物料衡算3.1.1啤酒生产的基础数据项目名称百分比%定额指标原料利用率98．5麦芽水分6.0大米水分13.0无水麦芽浸出率75.0无水大米浸出率95.0原料配比麦芽75.0大米25.0损失率冷却损失3.5发酵损失1.5过滤损失1.0包装损失1.0总损失率啤酒总损失率7.0表3-1啤酒生产基础数据3.1.2100㎏原料生产12度啤酒的物料衡算(根据表3-1计算)1、热麦汁量原料麦芽收得率＝0.75×（100－6）/100=70.5%原料大米收得率＝0.95×（100－13）%＝82.65%混合原料收得率＝（0.75×70.5%+0.25×82.65%）×98.5%＝72.34%100kg原料生产12度热麦汁量为(72.43/12）×100=603.58kg已知12度麦汁在20℃的相对密度为1.084而100℃热麦汁比20℃麦汁的体积增加1.04倍,故100℃热麦汁的体积为：（603.58÷1.084）×1.04=598.97L2、冷麦汁量598.97×(1－0.035)=578.00L3、发酵液量578.00×(1－0.015)=569.33L4、过滤酒量569.33×(1－0.01)=563.64L5、成品啤酒量563.64×(1－0.01)=558.00L3.1.3生产100L12度啤酒物料衡算1、生产100L12O啤酒需混合原料100÷558.00×100=17.92㎏2、麦芽用量17.92×75%=13.44㎏3、大米用量17.92×25%=4.48㎏4、酒花耗用量（100L热麦汁加入酒花的量定为0.2㎏）598.97÷558.00×100×0.2=0.22㎏5、热麦汁量598.97÷558.00×100=107.34L6、冷麦汁量578.00÷558.00×100=103.58L7、发酵液量569.33÷558.00×100=102.03L8、过滤酒量563.64÷558.00×100=101.01L9、成品酒量100L10、湿糖化糟量设排水的温麦槽水份含量为80%湿麦芽槽量为（1－0.06）（100－75）÷（100-80）×13.44=15.79㎏湿大米槽量为（1－0.13）（100－95）÷（100-80）×4.48=0.97㎏湿糖化糟量15.792+0.9744=16.77kg11、酒花糟量设酒花在麦汁中浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：（100－40）÷（100－80）×0.215=0.65kg12、酵母量生产100L啤酒可得2kg湿酒母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg,湿酵母泥含水分85%酵母含固形物量为：1×（1－0.85）=0.15kg则含水分7%的商品干酵母量为：0.15×（1－0.07）=0.16kg13、二氧化碳量12度的冷麦汁103.58kg中浸出物量为：12%×103.58=12.43kg设麦汁的真正发酵度为62%，则可发酵的浸出物量为：12.43×62%=7.71kg麦芽糖发酵的化学方程式为：C12H22O11+H2O→2C6H12O62C6H12O6→4C2H5OH+CO2+564卡设麦汁中浸出物均为麦芽糖构成，则二氧化碳生成量为：7.71×（4×44）/342=3.97kg44——二氧化碳分子量342——麦芽糖分子量设12度啤酒含CO2为0.4%，酒中含CO2为103.58×0.4÷100=0.41kg则释放出的二氧化碳量为3.97－0.41=3.56kg1m3CO2在20℃常压下重1.832kg,所以释放出的二氧化碳容积为3.56/1.832=1.95m33.1.3年产10万吨1２度啤酒的物料衡算设啤酒厂年工作日为300天，生产旺季200天，每天糖化6次，而生产淡季为100天，每天糖化4次，则年总糖化次数为：200×6+100×4=1600（次）每次糖化所得成品啤酒量为：（12度啤酒的密度为：1012kg/m3）1.0×105/1600÷1.012×1000=61758.90L则实际年产量为：61758.90×1.012×1600/1000=99985.60t糖化一次定额量为：（1）混合原料量17.92×61758.90/100=11067.20kg（2）麦芽用量61758.90×13.44÷100=8300.40kg（3）大米用量61758.90×4.48÷100=2766.80kg（5）热麦汁61758.90×107.34÷100=66292.00L（6）冷麦汁61758.90×103.58÷100=63969.90L（7）发酵液61758.90×102.03÷100=63012.60L（8）过滤酒61758.90×101.01÷100=62382.70L（9）酒花量61758.90×0.215÷100=132.78kg（10）湿糖化糟量61758.90×16.77÷100=10357.00kg（11）湿酒花糟61758.90×0.645÷100=395.26kg表3-2啤酒厂物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L12度啤酒糖化一次定额量100000t/a啤酒生产混合原料Kg100.0017.9211067.201.77×107大麦Kg75.0013.448300.391.33×107大米Kg25.004.483766.804.43×106酒花Kg1.200.22132.782.12×105热麦汁L598.97107.3466292.001.06×108冷麦汁L578.00103.5863969.861.02×108湿糖化糟Kg93.5816.7710357.001.66×107湿酒花糟Kg3.600.65395.266.37×105发酵液L569.33102.0363012.601.01×108过滤酒L563.64101.0162382.669.98×107成品酒L558.00100.0061758.909.88×1073.2耗水量计算3.2.1糖化用水糖化用水量为：54387.40kg糖化用水时间设为25分钟，则每小时最大用水量为54387.4÷25×60=130529.76kg/h3.2.2洗糟用水来自薄板换热器的用于冷却得到的热水，发降低能耗。3.2.3麦汁冷却器冷却用水使用的冷却介质为2℃的冷水，出口温度为85℃。糖化车间送来的热麦汁温度为95℃，发酵起始温度8℃，由物料衡算知，每糖化一次得热麦汁66296.00L，密度为1048kg/m3。设麦汁冷却时间设为1小时，冷却用水量G=Q/[C1(t1－t2)]麦汁放出热量Q=GC2(t1ˊ－t2ˊ)/τ式中：麦汁量G=69474.02kg热麦汁比热C2=4.07kJ/(kg·℃)麦汁温度t1ˊ=95℃t2ˊ=8℃水的比热C1=4.18kJ/(kg·℃)冷却水温度t1=2℃t2=85℃麦汁冷却时间т=1小时Q=69474.02×4.07×（95－8）/1=24600055.74kJ/hG=24600055.74/[（85－2）×4.18]=70905.79kJ/h3.2.4洗瓶机用水按设备规范表，洗瓶机最大生产能力为3000瓶/时（最高线速），冲洗每个瓶约用水1.5L，则用水量3000×1.5=4500（L/h）每班生产8小时，总耗水量4500×8=36000（L）3.3糖化车间的热量衡算3.3.1糖化总投料量的计算W＝A（1-B0）÷B0×GW-总投料水kg；B0-工艺规定的头号麦汁浓度；G-麦芽和辅料的混合投料量kg；A＝大米浸出率×比例+大麦浸出率×比例＝0.75×0.75+0.95×0.25＝0.80W＝（1-0.14）÷0.14×11067.2＝54387.40kg所以：总的加水比为4.9由热平衡方程：G糖＝G糊×(t1-t3)/(t3-t2)(t1=100℃,t3=63℃)对醪时，糖化锅内醪液的温度为48.7则糊化锅内的加水比为1：5.5，加水量为16969.48kg；糖化锅内的加水比为1：4.7，加水量为37417.92kg；3.3.2投料用水耗热量自来水室温下平均温度：20℃；糊化锅内加50℃投料水，则糊化锅用水耗热量为：Q1=G·C(t2－t1)式中G=16969.48kgC=4.18kJ/（kg·℃）t1=20℃,t2=50℃Q1=16969.48×4.18×（50－20）=2127972.80(kJ)糖化锅投料后，麦醪温度为48.7℃，C谷物=0.01[（100－W）×1.55+4.18W]式中：1.55——谷物（绝干）的比热；W——含百分率；故：C麦芽=0.01×[（100－6）×1.55+4.18×6]=1.71kJ/(kg·℃)C麦醪=（G麦芽C麦芽+G水C水）/G麦醪=（7981.84×1.71+37417.92×4.18）/45399.76=3.75kJ/(kg·℃)糖化用水耗热量：Q1〞＝G醪·C醪·t麦醪＝45399.76×3.75×48.7＝8282287.30kJ又Q1〞＝G麦芽·C麦芽·t麦芽+G2·CW·tW＝7987.84×1.71×20+37417.92×4.18×tW得tW＝51℃即总的投料用水温度为51℃，总的投料用水耗热Q1=Q1′+Q1〞＝2127972.80+8282287.30＝10410260.00kJ3.3.3糊化锅内耗热量糊化锅内米醪由t0加热到100℃，耗热Q2′，Q2′=G醪·C醪·（100－t0）C谷物=0.01[（100－W）×1.55+4.18W]式中1.55——谷物（绝干）的比热W——含水百分率C大米＝0.01×[（100－13）×1.55+4.18×13]=1.89kJ/(kg·℃)C米醪＝[C大米·3085.36+C水·16969.48]/3085.36+16969.48＝3.83kJ/(kg·℃)米醪初温t0：设原料初温为20℃，而热水为50℃则t0[G大米C大米×20+G水C水×50]/G醪C醪=47.7℃Q2′=（3085.36+16969.48）×3.83×（100-47.7）＝4017165.00kJ糊化锅中煮沸过程蒸汽带出的热量：Q2〞设煮沸时间20min，蒸发量5%/h则蒸发水分量为V1＝G醪×5%×20/60＝334.25kgQ2〞=V1I=334.25×2257.2=754463.00KJ式中I为煮沸温度下水的汽化潜热，2257.20kJ/kg热损失：Q23米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约前二次耗热量的15%Q23＝15%×（Q2′+Q2〞）＝15%×（4017165+754463）＝715744.20KJ得Q2＝1.15×（4017165+754463）＝5487372.20KJ3.3.4混合醪液升温耗热Q3C混G混=G麦醪C麦醪+G米醪C米醪）=（7981.84+37417.92）×3.746+（3085.36+16969.48）×3.83）=246877.50kJ/℃混醪从63℃升高到75℃，耗热量：Q3=C混G混×（75-63）＝246877.5×12＝2962530.00kJ3.3.5洗糟用水耗热量Q4设洗糟水平均温度为80℃，由耗水量计算知用洗糟用水量：G=54387.4㎏耗热量：Q5=G·C（80－t）式中C=4.18kJ/(kg·℃)t=20℃所以，Q4=54387.4×4.18×（80－20）=13640359.92kJ3.3.6麦汁煮沸耗热量Q5Q5=1.15（Q5′+Q5〞）设过滤完毕麦汁温度为70℃，采用低压煮沸G麦汁=603.58×11067.2÷100=66799.40㎏G进麦汁′（1-10%×1.5）＝G出麦汁G出麦汁×12÷G进麦汁＝10.2G水＝G进麦汁′（1-0.102）＝70571.60㎏C出麦汁＝4.07kJ/(kg·℃)Q5′＝G出麦汁C出麦汁(106-70)＝11514640.50KJ设煮沸强度10%，煮沸时间90min,则蒸发水分V＝78587.5×10%×1.5＝11788.12㎏Q5〞＝2257.2×11788.12＝26608144.46KJ热损失：Q53＝15%（Q5′+Q5〞）＝5718417.75KJ总耗热：Q5=1.15×（Q5′+Q5〞）＝43841202.70KJ3.3.7糖化一次的耗热量Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5＝76341724.90KJ3.3.8糖化一次的耗蒸汽量D表压为0.3MP的饱合蒸汽D＝Q总/（I－i）ηI：2725.30KJ/㎏i：冷凝水焓561.47KJ/㎏η：热效率95%；D＝37137.72KJ/h3.3.9糖化过程中每小时最大蒸汽耗量Qmax糖化中Q5最大，煮沸时间90min,热效率95%。Qmax＝Q5×95%/1.5＝30765756.28KJ/h相应最大蒸汽耗量：Dmax＝Qmax/（I－i）＝14218.20Kg/h3.3.10蒸汽单耗据设计每年糖化1600次，共产啤酒99985.60吨年耗蒸汽量为Dt＝14218.2×1600=59420352.00Kg/年每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）Ds＝59420352÷99985.6=594.30Kg/t啤酒每昼夜耗蒸汽量（生产旺季）Dd＝37137.72×6=222826.32Kg/d3.4耗冷量计算3.4.1发酵工艺流程热麦汁（95℃）→冷麦汁（8℃）→锥形罐发酵（主发酵最高温度10℃）→快速冷却（3℃）→过冷却（－1℃）→贮酒→过滤→清酒罐3.4.2麦汁冷却器耗冷量Q1耗冷量：使用的冷却介质是2℃的冷水，出口温度85℃，糖化车间来的热麦汁温度为95℃，冷却至8℃。由啤酒生产物料衡算表知，每糖化一次得热麦汁量为：G=69474.02kg又知，12度麦汁耗冷量为：24600055.74kg/h根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为：Qf=4Q1=4×24600055.74=98400222.96(kJ/h)相应的冷冻介质（2℃的冷水）耗量为：M1=Q1/Cm(t2＇-t1＇)=24600055.74÷4.18×(85-2)=70905.79(kg/h)式中t1＇，t2＇——分别是冷冻水的初温和终温Cm——水的比热容3.4.3发酵耗冷量Q发酵期间发酵放热Q2＇假定麦汁固形物为麦芽糖，麦芽糖的厌氧发酵放热量为613.6kj/kg。发酵度为62%，则1L麦汁放热量为：q0=613.6×12%×62%=45.65(kJ)根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为63969.86L,则每锥形罐发酵放热量为：Q0＇=45.65×63969.86×4=11681367.25(kJ)工艺规定主发酵的时间为7天，每天糖化6锅麦汁。并考虑到发酵放热的不平衡，取系数1.5，忽略主发酵期的麦汁温升，则发酵高峰期耗冷量为：Q2＇=Q0＇×1.5×6/（24×4×7）=11681367.25×1.5×6/（24×4×7）=156446.88(kJ/h)发酵后期发酵液降温耗冷Q2＂主发酵期发酵温度从10℃缓慢降至3℃，每天单罐降温耗冷量为：Q0＂=4GC1（10-3）=4×63969.86×7=8713143.43(kJ)工艺要求此过冷过程在2天内完成，则耗冷量为：（麦汁每天装1.5个锥形罐）Q2＂=1.5Q0＂/（24×2）=272854.50(kJ/h)发酵总耗冷量Q2Q2=Q2＇+Q2＂=156446.88＋272854.5=429301.40(kJ/h)每罐发酵耗冷量Q0=Q0＇+Q0＂=12246390＋8713143.43=20977733.43(kJ/h)发酵用冷媒耗量（循环量）M2发酵过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为：m2=Q2/（Cm×8）=429301.4/（4.18×8）=12838.00(kg/h)3.4.４发酵车间的工艺耗冷量QtQt=24600055.74＋429301.4=25029357.14(kJ/h)3.４.5非工艺耗冷量除了上述的发酵工艺耗冷量外，发酵罐外壁，运转机械，维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺冷量露天锥形罐冷量散失Q5Q5＇=Gb×30000=61758.9×1.012×6×30000=11250001.00(kJ/d)若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷量为：Q5=2Q5＇/24=2×11250001/24=937500.00(kJ/h)冷媒（－8℃稀酒精）用量：M5=Q5/[Cm(t2-t1)]=937500.1/(4.18×8)=28035.30(kJ/h)清酒罐、过滤机及管道散失冷量Q6Q6=12%Qt=12%×25141527.45=3016983.29(kJ/h)冷媒（－8℃稀酒精）用量：M6=Q6/[Cm(t2-t1)]=3016983.29/(4.18×8)=90220.80(kJ/h)表3-5年产10万吨啤酒厂发酵车间冷量衡算表耗冷分类耗冷项目每小时耗冷量(kJ/h)冷媒用量(㎏/h)每罐耗冷量kJ工艺耗冷量麦汁冷却Q124600055.7470905.7998400222.96发酵耗冷Q2429301.41283820977733.43工艺总耗冷QT25082400.12非工艺耗冷量锥形罐冷损Q5937500.128035.3管道等冷损Q63016983.2990220.8非工艺总耗冷量Q3954483.4第4章啤酒生产主要设备选型4.1大米贮存箱1、所需容积计算：每次投料量G=3085.36kg大米容重γ=800kg/m3有效容积系数φ=0.8所需容积V=G/γφ=3085.36kg/800×0.8=4.8m32、结构：结构采用方形斜锥底,铁结构内衬白铁皮，具体尺寸如下：A=1800mma=400mmB=1800mmb=400mmH=1400mmh=1400mm总体积如下:V总=ABH+h/6×(2AB+Ab+aB+2ab)=6.46m3则有V/V总=74.3%满足容积系数70%～80%，则合格。4.2麦芽贮存箱1、所需容积计算：每次投料量G=7981.84kg麦芽容重γ=500kg/m3有效容积系数φ=0.8所需容积V=G/γφ=7981.84/500×0.8=19.95m32、结构：结构采用方形斜锥底,铁结构内衬白铁皮，具体尺寸如下：A=3000mma=400mmB=2500mmb=400mmH=2500mmh=2200mm总体积:V总=ABH+h/6×(2AB+Ab+aB+2ab)=25.174m3则有V/V总=78%满足容积系数70%～80%，则合格。4.3麦芽粉暂存箱所需容积计算：每次投料量G=7981.84kg麦芽容重c=2.560m3/t有效容积系数φ=0.7所需容积V=Gc/φ=7981.84×2.56×10-3/0.7=29.19m32、结构：结构采用方形斜锥底,铁结构内衬白铁皮，具体尺寸如下：A=3500mma=400mmB=3500mmb=400mmH=2500mmh=2000mm总体积:V总=ABH+h/6×(2AB+Ab+aB+2ab)=39.83m3则有V/V总=73.2%满足容积系数70%～80%，则合格。４.４麦芽粉碎机采用连续浸渍增湿粉碎机，连续浸渍，浸渍和粉碎是连续作业，自动化程度较高。可实现对工艺参数（如水温，水量）的自动调节和计量显示，以及故障的控制。特别可控制糖化最佳料水比，提高酶活性。其优点麦芽经极短时间的浸渍，水分含量高至20%～25%。避免了回潮粉碎的水分过小，麦皮破碎较严重的缺点，又避免了湿法粉碎机麦芽水分过大，内部胚乳也变湿不利于粉碎的缺点。每次糖化需要粉碎的物料8300.39kg每四个小时需要投料一次，算上物料运入糖化锅的时间，粉碎能力不小于8300.39/4=2075.10（kg/h）。采用S型麦芽粉碎机，技术参数：型号：JMF3.8产量：3.8T/h对磨轴：2对浸渍水工作温度：52℃用水量（瞬间流量）：55立方米/h调浆水工作温度：52℃4.5大米锤式粉碎机每次投料量3058.36kg,每四个小时需要投料一次，算上物料运入糖化锅的时间，粉碎能力不小于3058.36/4=764.6（kg/h）。选用型号：MY8型产量：0.9-1.6T/h4.6糖化锅采用圆筒形锅身，120度无折边锥形上封头，椭球形下封头，D:H=2:1,D：h=4：1，D、H、h分别为圆筒体直径高和下封头高度。糖化锅的总醪量为：G=45091.20kg，麦醪的密度为1070kg/m3取填充系数为0.7，则糖化锅的有效容积V有效=45091.20÷1070=42.14m3糖化锅的总容积V总=V有效÷0.7=60.20m3V总=π（D/2）2D/2+πD3/24=πd3/6得D=4.8m,则H=2.4m,h=1.2m4.7煮沸锅进入煮沸锅麦汁量G进=78587.50kg，麦汁浓度为10.2度，麦汁的密度为1040kg/m3，有效容积V有效=78587.5/1040=75.56m3，填充系数0.8，则总体积V总=75.56/0.8=94.46m3设D:H=2:1,D:h=4:1,其体积计算公式：，得D=5.8m,则H=2.9m,h=1.45m4.8回旋沉淀槽进入回旋沉淀槽的麦汁量：G＝66799.4kg，有效容积V有效=66799.4/1048=63.74m3。设回旋沉淀槽的填充系数为0.8，则其容积V总=63.74/0.8=79.675m3采用圆柱形槽身，平底回旋沉淀槽，高径比为2：1V总=πD×D/4×HD=5.5mH=2.75m式中D—圆筒体直径H—圆筒体高设切线进口，进麦汁的时间为0.5小时，麦汁进罐速度为14m/s，麦汁在槽内回转速度为10r/min。4.9啤酒过滤机糖化一次，发酵液为63012.6L。12度啤酒的密度为1012kg/m3。一天糖化6次，G＝63.77×6=382.61设过滤机每天工作20小时，382.61/20=19.13t/h选择啤酒过滤机：IFP型，过滤能力20t/h4.10麦汁暂存罐为提高设备利用率，设计麦汁暂存罐，可装一锅麦汁，有效容积42.14，填充系数取0.8，V＝52.675，设成圆柱体，径高比为1：2，V＝πD2H/4则D=3.2m，H=6.4m4.11发酵罐将发酵滤酒定为300天，产品分配：旺季每天产6锅，规定4锅进一罐，每天出1.5罐酒。由物料衡算知糖化一次混合原料用量为11067.20Kg，得到冷麦汁量为63969.86Kg，4锅进一罐，糖化4次得冷麦汁量V1＝63969.86×4＝255879.44L＝225.88m3。酵母接种量为1%（V/V），刚酵母体积为V2=225.88×1%=2.26m3。则每个发酵罐的有效容积为V有=225.88+2.26＝228.00m3。取发酵罐有效填充系数为0.8，V总=285.17m3.发酵罐个数为N=T×N/A+3T—发酵周期（天）N—每天糖化次数（按旺季计算）A—每个发酵罐可以容纳麦汁的批次数3—周转量数则N=18×6÷4+3=30个4.12薄板换热器采用一段冷却方式。麦汁回旋沉淀后的温度为95℃，出薄板换热器的温度为8℃，冷水进、出薄板换热器的温度为2℃、85℃。即：麦汁95℃→8℃冷水2℃→85℃冷却时间：60mint1=95℃t2=8℃t1′=2℃t2′=85℃△t1=t1-t2′=95-85=10℃，△t2=t2－t1′=8-2=6℃△t=（△t1-△t2）/㏑(△t1/△t2)=（10-6）/㏑(10/6)=7.83℃薄板换热器的换热量Q为：24600055.74kJ/h换热面积S=Q/(k△t)，k取8000kJ/(㎡·h)S=24600055.74/(7.83×8000)=392.70㎡选择换热面积为400㎡的薄板换热器。4.13水箱包括投料用水和洗糟用水水箱，用水量均为69696.28m3，V有效69686.28/1000＝69.69m3。V总＝69.69/0.8＝87.10m3水箱形状为长方体，设长为5.5m，宽为4m，高为4m。V=88m3。合格 4.1４泵的选用4.14.1糊化锅倒醪泵糊化锅醪液量：19.01m3，10min完成倒醪进入糖化锅，泵流量Q＝124.06m3选泵：型号：ZA100－160；叶轮型式C，流量130m3/h，扬程17m，轴承架LK－2，电机功率11KW，电机型号Y160M1-2，泵额定转速η=2950r/min4.14.2糖化锅倒醪泵糖化锅醪液量：42.14m3，20min完成倒醪进入糖化锅，泵流量Q＝126.12m3选泵：型号：ZA100－160；叶轮型式C，流量130m3/h，扬程17m，轴承架LK－2，电机功率11KW，电机型号Y160M1-2，泵额定转速η=2950r/min4.15.3麦汁泵过滤完毕，麦汁由泵打入煮沸锅，过滤1.5h,麦汁量为75.56m3，流量Q＝50.37m3。选泵：型号：ZA100－160；叶轮型式A，流量53m3/h，扬程25m，轴承架LK－2，电机功率11KW，电机型号Y160M-4，泵额定转速η=1475r/min煮沸锅倒醪：煮沸锅醪液量：63.74m3，20min完成倒醪，泵流量Q＝191.22m3。选泵：型号：ZA150－250；叶轮型式A，流量195m3/h，扬程18.5m，轴承架LK－2，电机功率15KW，电机型号Y160L-4，泵额定转速η=1475r/min第五章重点设备糊化锅5.1基本尺寸及容积计算锅体选用圆筒形，作为标准件的封头，目前常用的主要有：椭圆形封头、碟形封头，半球形封头及锥形封头。本设计要求承压能力好，焊接容易方便，所以采用椭球形下封头，120度无折边锥形上封头，D:H:h=4:2:1，D、H、h分别为糊化锅圆筒体直径、锅身高度和下封头高度。糊化锅的总醪量为：G=20054.84（kg）设填充系数为0.7，醪液密度为1055kg/m3,则糊化锅的有效容积为：V有效=20054.84÷1055=19.01m3糊化锅的总容积V总=V有效÷0.7=27.16m3V总=π（D/2）2D/2+πh2(D/2-h/3)=0.5D3=27.16m得D=3.75m,取D=3.8m则H=1.9m,h=0.95m212+2=5.2壁厚计算设液面距圆筒底的高度为h′，则h′＝1.04m下封头承受的压强为：P下=ρg(h′+h)+0.1=1055×9.8×(1.04+0.95)+0.1=0.021(MPa)圆筒底承受的压强为：P筒=ρgh′+0.1=1055×9.8×1.04+0.1=0.019(MPa)上封头承受的压强为：0.1MPa查表可知，上，中，下三部分均可采用材料1G18NiCrTi.1、内压圆筒的设计设计数据：设计压力P=0.119MPa,设计温度t=200℃,圆筒内径Di=3800mm,腐蚀裕量C2=1.1mm,筒体材料1G18NiCrTi,焊逢系数Φ=1。查表得1G18NiCrTi钢板材料[b]t=96MPaδ=PD/2[b]tφ-P=0.119×3800/(2×96×1-0.119)=2.3mm设计厚度δd=δ+C2=2.3+1=3.3(mm)查表，取钢板负偏差C1=0.2mm检查，δn=7mm,[b]t没有变化，故取筒体厚度7.0mm,满足要求。2、椭球形封头底设计设计数据：设计压力P=0.121MPa,设计温度t=200℃,封头内径Di=5400mm,腐蚀裕量C2=1mm,封头材料1G18NiCrTi,焊逢系数Φ=1。查表得1G18NiCrTi钢板材料[b]t=96MPaδ=PD/2[b]tφ-0.5P=0.121×3800/(2×96×1-0.5×0.119)=2.4mm设计厚度δd=δ+C2=2.4+1=3.4(mm)查表，取钢板负偏差C1=0.2mm检查，δn=7.0mm,[b]t没有变化，故取筒体厚度7.0mm,满足要求。3、120度无折边锥形封头的设计设计数据：设计压力P=0.1MPa，设计温度t=200℃，锥壳内Di=3800mm，锥壳半顶角α=60o，腐蚀裕量C2=1.1mm,锥壳材1G18NiCrTi,焊逢系数Φ=1。查表得1G18NiCrTi钢板材料[b]t=96MPaδ=PD/cosα(2[b]tφ-P)=0.1×3800/0.5×(2×96×1-0.1)=2.3mm设计厚度δd=δ+C2=2.3+1.=3.3(mm)查表，取钢板负偏差C1=0.2mm检查，δn=7mm，[b]t没有变化，故取筒体名义厚度7mm。5.3管径计算5.3.1升气管直径设升气管截面积为液体蒸发面积的1/30，则S=1/30[π（D/2）2]，得d升=580（mm）,取标准管径DN=600mm式中,D为圆筒体直径。5.3.2加水管直径由水衡算可知糊化锅加水量为16.97m3。设加水时间10min,则流体流量Q=V/h=16.97÷10÷60=0.028m3/s，取加水流速为1.5m/s，则加水管内径为：Q/V=π（d/2）2，d=0.154m,取标准管径DN=160mm5.3.3糊化醪出口管直径设糊化倒醪时间为10min，糊化锅中醪液量为26.9m3则流体流量：Q=V/h=26.9/（10×60）=0.045m3/s，取糊化醪流速为1.5m/s，则糊化醪进管直径：Q/V=π（d/2）2D=0.195m,取标准管径DN=250mm5.3.4进料管直径设进料时间为10min，进料量为5.34m3则流体流量：Q=V/h=5.34/（10×60）=0.009m3/s,取糊化醪流速为1.5m/s,则进料管直径：Q/V=π（d/2）2D=0.087m,取标准管径DN=90mm5.3.5加水管直径设进料时间为10min，糊化锅加水量为16.97m3则流体流量：Q=V/h=16.97/（10×60）=0.028m3/s,取糊化醪流速为1.5m/s,则进料管直径：Q/V=π（d/2）2D=0.154m,取标准管径DN=160mm5.3.6蒸汽进出口管直径及冷凝水出口管直径使用表压为0.3MP的饱和蒸汽，故密度为1.65kg/m3。糊化锅使用的蒸汽量为：D=Q/(I-i)η=2669.3kg/h则Q=1.617m/hQ/V=π（d/2）2d=0.077m,取标准管径DN=80mm5.4锅体重计算圆柱形锅体的体积：V1=π×Di×H×δ=3.14×3.8×1.9×0.007=0.1587（m3）锅底的体积：V2=S内×δ=16.25×0.007=0.1137（m3）锥形顶盖的体积：V3=（0.5πD×1.9/sin60°-0.5πdd/2sin60°）δ=0.1587（m3）锅重：G=(V1+V2+V3)×ρ锅=(0.1587+0.1587+0.1137)×7800=3362.58(㎏)5.5锅底开孔补强设计设计数据：设计压力Pc=0.12MPa；设计温度为200℃，标准椭圆形封头Di=3800mm，封头的厚度δ=7mm，封头中心设置φ160×4的内平齐接管，开孔未通过封头焊接，腐蚀余量C2=1mm，封头材料为1G18NiCrTi，[]t=96MPa，接管材料不锈钢，[]nt=96MPa1、计算壁厚封头：δn=PcK1Di/{2[]tφ-0.5Pc}=（0.12×0.9×3800）/（2×96×1-0.5×0.12）=2.13mm接管：δt=Pcdi/{2[]ntφ-Pc}=(0.12×160)/(2×96×1-0.12)=0.10mm其中，K1=0.9为标准椭圆形封头，φ为焊接系数，取φ=1。2、需要补强的面积A=dδc+2δc(δnt-C)(1-fr)=162×2.13+2×2.13×3×(1-0.95)=345.40(mm2)式中，C1是接管壁厚负偏差，查表1-7-9得，C1=0.5mmC=C1+C2=1mm开孔直径d=di+2C=160+2×1=162mmfr=[]t/[]nt=96/101=0.953、已有的加强面积封头上多余金属面积：A=（B-d）(δe-δc)+2δet(δe-δc)(1-fr)=162×5.8+2×2.8×3.67×(1-0.95)=940.6(mm2)式中，C1是封头壁厚负偏差，查表1-7-9得，C1=0.2mmC=C1+C2=1.2mmδe=δn-C=7-1.2=5.8δet=δnt-C=4-1.2=2.8B=2d因为已有的封头多余金属面积940.6mm2大于需要补强的面积345.4mm2，所以可以不另行补强。5.6支座和法兰的选择5.6.1每个支座需要承担的负荷Q锅体重量：G锅=3362.58kg在计算支座承担的负荷时，还要考虑到糊化锅附属设备的质量，这里按照糊化锅体重的一定比例来计算，设比例系数为0.15，则附属设备的重量为：G附=3362.58×0.15=504.39（kg）糊化醪液量：G醪=20054.84kg,则总重量为：G总=G锅+G附+G醪=23921.81（kg）设有6个支座，则每个支座需要承担的负荷为：Q=G总×g/4=58(kN)5.6.2支座的选择我国标准耳式支座（JB/T4725-1992）有A型和B型两种结构,B型耳式支座有较容易的安装尺寸，当设备外设保温层或将设备直接放置在楼板上时，采用B型耳式支座较适宜。（如下图）查表可知，公称直径为3800设备的B型耳式支座结构尺寸如5-8表所示：支座允许载荷KN公称直径(mm)尺寸(mm)Hl1b1S1l2dδB2603800250200140702903010160表5-8B型耳式支座结构尺寸5.6.3法兰的选择锅底接管法兰的最高无冲击工作压力为0.2MPa,糊化锅容器法兰的最大允许工作压力为0.16MPa。5.8糊化锅加热面积的计算糊化锅最大的热量消耗为：5487372.2kjt1=48℃，t2=101℃，△tm=53℃F=Q/K△tm=5487372.2/1800×4.18×53=13.76m2椭圆形封头底表面积为S=0.35πD2=0.35×3.14×3.82=15.87（m2）HπD=15.87-13.76＝2.1,得H=0.18m第六章附属设备选型6.1清酒罐清酒罐均采用不锈钢的罐体，内表面抛光精度0.04～0.8μm，达到酵母纯粹发酵对发酵罐，清酒罐内表面的精度要求。两个清酒罐装一个发酵罐发酵后过滤所得的酒液，每天发酵1.5罐。再加2个备用清酒罐，因此，采用2×1.5+2=5个清酒罐V有效=1/2×228.1×2=228m3设清酒罐的填充系数为0.9，V总=94/0.9=253m3设直径D,高H=3D则V总=3.14×D/2×D/2×H=3×3.14×D×D×D/4=105m3得D=4.5mH=13.5m6.2酵母扩培系统设计6.2.1麦汁杀菌罐取D：H=1：1.5D=1000mmH=1500mm选用材质：1Cr18Ni9Ti由于体积较大，内外径加热盘管夹套，管径Dg60YB804-70的不锈钢管，冷却罐Pg25Dg40，酒精冷却管Pg25Dg40，水封管Pg15Dg16，风管Pg15Dg16，放料罐采用角支架，温度计0～200℃，表压0～1Mpa。附件：安全阀、压力表、温度计、液面计6.2.3种母扩培罐圆柱形筒体，椭圆形封头设D：H=1：1.5D=1000mm，所以H=1500mm材质：1Cr18Ni9Ti采用冷却夹套：设人孔一个，压力表0～1Mpa，温度计0～20℃，酒精冷却管Pg16Dg20，水冷却管Pg16Dg20，进料管Pg16Dg30，放料管Pg16Dg35，圆管Pg16Dg20，管体材质1Cr18Ni9Ti，型号YB804-706.2.3一级扩培罐取D：H=1：1.5D=2400mmH=3600mm采用椭圆形封头材质：1Cr18Ni9Ti酒精冷却管Pg16Dg25，温度表一个，水冷却管Pg16Dg25，进料管Pg16Dg40，放料管Pg16Dg45，风管Pg16Dg306.2.4二级扩培罐取D：H=1：1.5D=4000mmH=6000mm采用椭圆形封头材质：1Cr18Ni9Ti上设一个人孔酒精冷却管Pg16Dg30，水冷却管Pg16Dg30进料管Pg16Dg45，放料管Pg16Dg50风管进料管Pg16Dg356.3洗涤罐设计6.3.1洗涤方式采用CIP自动洗涤装置，其过程如下：1、清水喷淋15min2、热水喷淋洗涤15min3、酸淋洗15min（2%）4、甲醛水洗10min（2%）在一般的现代化大厂中，多数采用以强力酶溶液代替甲醛进行洗涤5、最后用无菌水淋洗10min6.3.2洗涤水贮罐的选择选5个洗涤罐，分别为清水罐（1个），酸液罐（1个），热水罐（1个），甲醛罐（1个），无菌水罐（1个）对于每种洗涤液来说：流量750L/min所以750L/min×10min=7500L=7.5m圆整取为9.5m取D=2000mmD：H=1：1.5则H=3000mmm =7.5/9.42=85%符合要求6.3.3洗涤水管径的计算Q=VS=Vπd2/4，设流速为1.5m/s，则d=43mm，设计管径为45mm第７章啤酒厂的三废处理及效益概算发酵工厂在生产过程中，要排放大量的废气、废水和废渣，简称三废。一方面我国发酵工业有许多工厂，如不认真治理三废，将给生态环境造成很大污染，后患无穷。另一方面，我国人口多，能源、资源严重匮乏，利用三废生产能源和蛋白质，既消除和减轻了环境污染，又变废为宝，造富人类，其意义相当重大。7.1废水处理7.1.1减少废水排放的措施我国啤酒工业由于发展盐水起步较晚，投资费较低，在生产过程中对废水形成的控制还不很得力，但是随着工艺的技术的成熟，在生产中可以通过一些措施进行生产用水的控制。具体措施有：浸麦废水重复利用；糖化车间的洗糟水、洗锅水作为投料用水；采用干式排麦糟法等。7.1.2工业废水的处理我国啤酒厂的耗水量比较大，废水排放量接近于耗水量的90%。按照我国1996年颁布的《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的替规定，啤酒厂废水属于二级废水，其长远影响小于第一类有害物质。啤酒厂的废水是从各个工序排放出来的，简单分为三类：第一类：大量的冷却水、冲洗水。第二类：含有大量有机物的废水，主要有麦糟及洗糟水、热冷凝固物、废酵母和硅藻土。第三类：含有无机物的水，主要来自包装车间。啤酒生产废水的处理方法主要是利用微生物的厌氧和好氧处理：处理工艺：废水一次过滤（除较大杂质）二次过滤（除粗杂质）三次过滤（滤池，测pH值）好氧池（通风曝气）水静止使活性污泥与水分离7.2废气处理7.2.1废气处理方式原料处理产生的粉尘，采用布袋除尘，排放浓度为7.3mg/m3。该废气通过不低于15m高排气筒排放，满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）二级标准。燃气锅炉排放污染物NOx浓度约200mg/m3，SO2浓度约10mg/m3，烟尘浓度约26mg/m3。通过不低于8m高排气筒排放，满足《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）标准排放要求。7.2.2二氧化碳的回收啤酒发酵所产生的CO2含量很高，排入大气将造成很大的污染,若能将其净化回收将产生很高的经济效益。对于啤酒厂，可将回收的CO2用于清酒备压、灌装、过滤等工段，以增加啤酒中CO2的含量，使啤酒味道更加爽口，泡沫更丰富，并能延长啤酒保质期，克服老化变味，对保证啤酒质量起到重要作用。另外也可出售以用于饮料、工业焊接、化学医药工业、烟丝膨化等领域，其回收价值已引起各个厂家的重视。工艺流程：发酵气→水洗除沫→钾洗氧化→水洗净化→压缩→吸附→干燥→冷冻液化→贮罐7.3废渣处理7.3.1麦糟的利用啤酒厂生产排放的废渣主要是麦糟，但其蛋白质含量较高，并受到适度分解，作为饮料它的消化率极高，一直以来做为动物的饲料得到了较好的利用。7.3.2酵母的回收利用酵母是啤酒生产的重要副产物，酵母中用种人体必须氨基酸的含量均很高，在中、小型厂可直接收集酵母，经干燥后得到酵母粉，大型工厂也可利用酵母制备各种酶制剂。7.4经济效益概算表7-1原料成本概算表原料名称数量（T）单价（元）金额（万元）单耗（元/吨酒）麦芽1330040005320大米44301900841水8000004320合计6481648物料名称数量（T）单价（元）金额（万元）单耗（元/吨酒）电1000万度0.8800煤12000355426酒精45400018合计1244125表7-2主要材料成本概算表销售价（吨）原料成本材料成本税毛利年利润（毛利）21706481254209779770（万元）注：毛利=销售价-原料成本-材料成本-税款表5-3利润概算参考文献[1]梁世中．生物工程设备[M]．北京：中国轻工业出版社，2005年2月[2]丁伯民，黄正林．化工容器[M]．北京：化学工业出版社，2003年9月[3]刘湘秋．常用压力容器手册[M]．北京：机械工业出版社，2004年6月[4]巨勇智、靳士兰．过程设备机械基础[M]．北京：国防工业出版社，2004年6月[5]范钦珊．工程力学[M]．高等教育出版社，2004年8月[6]夏清，陈常贵．化工原理[M]．天津：天津大学出版社，2005年1月[7]化工部设备设计技术中心站．北京：化工设备设计手册[M]．上海科技出版社，1982[8]管敦仪．啤酒工业手册，上、下册[M]．北京：中国轻工业出版社，1991年1月[9]吴思方．发酵工厂工艺设计概论[M]．北京：中国轻工业出版社，2005年8月[10]王文甫．啤酒生产工艺[M]．北京：中国轻工业出版社，1997年2月[11]刘善淑．AutoCAD2006化工机械图形设计[M]．南京：南京大学出版社，2000年7月[12]林大钧．简明化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2005年8月[13][德]路德维希·纳尔蔡斯．啤酒厂麦芽制备工艺技术[M]．孙明波译，译，中国轻工业出版社，1991年9月[14]程殿林．啤酒生产技术[M]．北京：化学工业出版社，2005年9月[15]徐斌．啤酒生产问答[M]．北京：中国轻工业出版社，1998年6月[16]秦叔经，叶文邦．换热器[M]．北京：化学工业出版社，2005年6月[17]KeijiKondo.Beerandhealth:Preventiveeffectsofbeercomponentsonlifestyle-relateddiseses.BioFactors,22(2004)303-310.[18]H.Yajima,E.Ikeshima,M.Shiraki,T.Kanaya,D.Fujiwara,H.Odai,N.Tsuboyama-Kasaoka,O.Ezaki,S.OikawaandK.Kondo,Isohumulones,bitteracidsderivedfromhops,activatebothperoxisom