年产20万吨啤酒厂糖化车间的设计

摘要本设计为一个年产20万吨啤酒厂的糖化车间设计，该设计采用三锅三槽体系并重点介绍一种名为MERLIN的新技术。以下所述的德国斯坦尼克公司煮沸系统可以保证，即使总蒸发率为4%左右也可得到很好的麦汁分析值。为此人们首先设计了实验设备，然后用它对新工艺进行了详尽的测试。本文将介绍这种工艺。新的煮沸系统结构十分简单，主体设备是名为MERLIN的煮沸锅，在锅底安装一个锥形加热面，对麦汁进行煮沸和蒸发，回旋沉淀槽安装在MERLIN煮沸锅的下面，作为麦汁收集槽，另外还需要象传统打出麦汁泵一样根据功率安装一个循环泵，酒花添加使用传统设备。该设计方案使糖化车间的热能得到了较为充分的利用，与传统糖化设计相比节能在60%以上，由于采用了热冷凝水作为热媒，既节省了水源，为企业赢得了经济效益，又保护了环境，因而具有现实意义。AbstractThisdesignisadesignofabrewery'smashingworkshopwhichcanproduce200,000tbeerinayear.Itisasystemofthree-copper-three-tankandthemostimportantpointsareenergysaving.Withthenaturalcirculationsystem,someenergyissavedandthewortqualityisimproved.Theenergysavingsystemcanrecoverthevaporbycondensationandusetheenergyforwortpreheatingviaenergystorage.Theboilingprocessdescribedasfollowsensuresverygoodanalyticalvalueswithatotalevaporationrateofabout4%.Firstofallapilotplantwasconceived,withwhichthenewprocesswasfullytested.Thenewprocesswillbefirstofalldescribedandtheresultsofthepilotplantpresented.Theconstructionofthenewboilingsystemissimple.ThemaincomponentistheMERLIN,avessel,inwhichaconicalheatingsurfaceisplacedtoserveforboilingandevaporationofthewort.Thewhirlpool,belowtheMERLINvessel,servesasacollectorforthewort.Inaddition,acirculationpumpisrequiredofthesamesizeasthecastingpump.Forhopaddition,theusualequipmentisused.Inall,thedesigncanmakethebestuseoftheenergyofmashingworkshop.Thetotalsavingofenergycomparedtoconventionalboilingcanbeupto60%.Now,it'sthekeyperiodformostbreweriestomakeinnovations.So,todesignamashingworkshopofabrewerywiththecapacityof200,000tperyearinanewideaisvoluble!目录中英文摘要目录前言……………………1工艺流程论证…………2原料粉碎……………………2糖化工艺……………………2糖化工艺曲线………………4麦芽醪的过滤………………4麦汁煮沸及酒花添加………5麦汁处理……………………8酵母的扩大培养……………9发酵…………10发酵车间的CIP清洗系统…………………12过滤前高浓啤酒的稀释……………………13过滤………………………14包装………………………15物料衡算………………17物料衡算……………………17耗水量计算…………………22热量衡算……………………23糖化车间设备的设计及计算…………25新型麦汁煮沸系统的设计及计算…………25其它设备设计及计算………32糖化车间平面立面布置………………35开题报告…………36翻译………………40参考文献…………43致谢………………44第一章前言我国是啤酒生产大国，啤酒在我国有巨大的消费市场。目前全国啤酒厂家正处于企业调整的关键时期。能否利用先进技术，高效节能的生产出优质啤酒已成为企业竞争的关键。在啤酒生产各工段中，糖化工段无疑是极其重要的一环。由于其工艺比较复杂，耗能多，并且决定了麦汁质量的好坏，所以设计一个年产20万吨啤酒厂的糖化车间具有现实意义。为了适应当前啤酒业的激烈竞争机制，在设计上要求日益严格化、合理化。本设计设备采用三锅三槽体系，在设计合理化、严密性的基础上，本设计将侧重于低压煮沸锅的设计，能源及二次蒸汽的利用，力求采用最新的技术设备，节约能源，高效合理地生产出优质麦汁。本设计采用德国斯坦尼克公司的新型麦汁煮沸系统Merlin。在Merlin煮沸系统中可有针对性的控制麦汁的热负荷和蒸发，通过循环泵的功率也可以改变麦汁的热负荷，因为随着流量的提高，麦汁液层的厚度会增加，麦汁的热负荷就会降低。对麦汁质量(主要指对冷、热凝固性氮的含量影响)以及啤酒风味的都有好的影响。另外，在设计过程中，与糖化车间相关的土建工程均采用国家标准设计，从而使该设计具有合理的经济性。第二章生产工艺论证原料粉碎原料选用优级麦芽。麦芽在进行糖化前必须先经粉碎，粉碎后的麦芽，增加了比表面积，可溶性物质容易浸出，也有利于酶的作用，使麦芽的不溶性物质进一步分解。麦芽粉碎只是简单的机械过程，但其粉碎程度对糖化时的生化变化，对麦汁的组成成分，对麦汁过滤速度以及对提高原料利用率都是非常重要的，粉碎过细会增加麦皮中有害物质的溶解，影响啤酒质量，也会增加麦汁过滤的难度，粉碎过粗则会影响麦芽有效成分的利用，降低麦汁浸出率。目前国内有四种方法。干法粉碎：此法虽然粉碎效果好，但麦皮破坏多，且车间环境粉尘及噪音较大，有尘爆的危险。回潮粉碎：也叫增湿干粉碎，回潮后的麦芽，麦皮具有韧性，其粉碎物谷皮完整，麦汁收得率低，控制方法困难，操作不易。麦汁湿法粉碎：优点：谷皮较完整，过滤时间缩短。缺点：电负荷高，对麦汁纯净度要求较高，且糖化不均匀。连续浸渍湿法粉碎：优点：糖化收得率高，麦汁组成有较好的改善，却设备结构复杂，价格高，但是此法改进了全湿法粉碎的缺点，于工艺要求上来说目前是最完善的。由于考虑到啤酒质量的方面，我们选用连续浸渍湿法粉碎。辅料选用高麦芽糖浆和大米各50%混合。大米可经干法粉碎。高麦芽糖浆成分与麦芽麦汁比较接近，可直接在煮沸锅中直接添加。糖化工艺糖化是指利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件（温度，PH值，时间）下，将麦芽和麦汁辅助原料中的不溶性高分子物质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中分解产物等）逐步分解为可溶性的低分子物质。麦汁的组成成分，颜色将直接影响到产品啤酒的品种和质量；糖化工艺和原料，水，电，汽的消耗，将影响到啤酒的成本，因此糖化过程是啤酒生产中的重要环节。糖化过程是原料的分解和萃取过程，它主要是依靠麦芽中各种水解酶促分解，而水和热力作用是协助酶促分解和浸取过程。糖化中的工艺控制，主要通过下述环节来进行：（1）.选择麦芽的质量，辅料的种类及其配比、配料。（2）.麦芽及非发芽谷物的粉碎度。（3）.控制麦芽中各种水解酶的作用条件，如温度、PH、底物浓度（加水比）、作用时间。（4）.加热的温度和时间。（5）.有时还需通过外加酶制剂、酸、无机盐进行调节控制。糖化方法传统的糖化方法有两大类，煮出糖化法和浸出糖化法，其他的方法都是从这两大类演变而来的。煮出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用使其有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸，并醪，使醪逐步梯级升温至糖化终了。部分麦芽醪被煮沸次数即几次煮出法。浸出糖化法是指麦芽醪纯粹利用其酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪的温度，使之糖化完成。复式糖化法是源于以上两种方法而形成的，当采用大米等不发芽谷物时，进行糖化时必需首先对添加的辅料进行预处理、糊化、液化。本设计采用复式浸出法，由于没有部分醪液的煮沸，麦皮中多酚物质，麦胶物质等的熔出相对较少，所制麦汁色泽浅，粘度低，口味柔和，且发酵度高，残余可发酵性糖少。啤酒泡沫好，适于酿造浅色淡爽型啤酒。此法还有一优点是操作简单，糖化周期短。操作时在并醪后不再有煮沸阶段，而是在糖化锅内直接升温，达到糖化各阶段所需要的温度。本工艺使用大米20%，需要对辅料进行糊化液化，辅料糊化有两大特点：一是大加水比，二是尽可能利用外加α-淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多麦芽，在糊化煮沸时，促进皮壳，溶解和形成焦糖，类黑色素。采用外加耐高温α-淀粉酶的方法促进糊化，加水比为1：6，高温α-淀粉酶用量为4µ/g大米。糊化起始温度为50℃，10分钟后升温至90℃℃/min）。加入耐高温α-淀粉酶，同时加入一定量石膏，有助于消除重碳酸盐引起的碱度，控制Ca2+浓度在40~70mg/L，保护α-淀粉酶，提高耐热性，增加酵母凝聚性，保温20min迅速升至101℃，煮沸10min，即完成辅料的糊化、糖化，醪在47℃保温50min，然后并醪至63℃保温40min，升至70℃，保温20min。碘试完全后，升至75℃。糖化终了。糖化温度63℃为糖化阶段温度，有利于β-淀粉酶的作用，生成大量的可发酵性糖、麦芽糖，适合制造高发酵度的啤酒。76℃为糊精化阶段温度，此温度下α-淀粉酶进一步分解残留淀粉，生成大量短链糊精，而β-淀粉酶、内肽酶、磷酸酶等酶失活或受到抑制，不起作用。采用二段式糖化温度，可提高可发酵性糖含量，对酵母的生长繁殖有利。糖化终点由淀粉分解程度决定，对此检验和控制标准可以为殿试反应，也可以是糖含量：非糖低于1：0.35。糖化醪PH值一般在5.0~5.3之间，为改善酶的作用，可以采用处理酿造用水、生物酸化或添加乳酸麦芽等方法调节醪液的PH值。由于采用浸出法制造，淡爽型啤酒辅助糊化的加水比较大，麦芽加水比可相应较少，采用大米加水比1：6，麦芽加水比1：3。糖化工艺曲线的论证：麦芽质量的影响。优级麦芽糖化力为250wk/100g干麦芽混合透料的糖化力。1000×60%×250/100=1500wk1000×75%×250/100=1875wk麦汁总氮α-氨基氮的估算设100g混合投料可得14.5oL，则：每100g混合麦芽-氨基氮的含量：150mg/100g麦芽每L麦汁-氨基氮的含量：(设工艺参数为1.2)100×(1-6.0%)×60%×150×1.2/(100×mg/L100×(1-6.0%)×75%×150×1.2/(100×0.6)=211.5mg/L符合麦汁-氨基氮含量要求。麦醪过滤在最短的时间内将糖化醪中从原料溶出的物质与不溶性的麦糟分离，得到澄清的麦汁并获得良好的浸出物收得率。麦芽醪的过滤包括三个过程：（1）.残留的耐热性α-淀粉酶进一步液化，提高原料浸出物的收得率（2）.用热水将残留于麦糟中的麦汁洗出。工艺基本要求是：迅速和较彻底的分离可溶性浸出物，尽可能减少有害于啤酒气味的麦壳多酚、色素、苦味物，以及麦芽中高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸、β-葡聚糖等物质被萃取，尽可能获得澄清透明的麦汁。目前的过滤设备有三类：（1）.依赖于液柱静压力为推动力的过滤槽法。（2）.依靠泵送的正压为推动力的压滤机法。（3）.依赖于液柱正压和麦汁泵抽吸局部负压的渗出过滤槽法。采用最普遍使用的过滤槽过滤麦汁用不锈钢制作保温绝缘以防降温，以筛孔和麦糟构成过滤介质，用麦醪的液柱高度产生静压力为推动力来实现过滤。过滤槽过滤法时间长，但过滤彻底，所含对啤酒有害物质少。过滤槽滤过程序①在进醪前，从麦汁引出管进78℃热水直至溢过滤板，籍此预热槽及排除管、筛底的空气。②泵送糖化醪，送完后开动耕糟机，转3~5r，使糖化醪在槽内均匀分布。③静置10~30min，使糖化醪沉降，形成过滤层。④通过麦汁阀或麦汁泵抽取浑浊麦汁回至槽内，直至麦汁澄清，一般为10~15min。⑤进行正常过滤，注意调节麦汁流量（逐步减少），收集滤过头号麦汁，一般需45~90min。⑥待麦糟露出或将露出时，开动耕糟机耕糟，疏松麦糟层。⑦喷水洗糟，采用连续式或分2~3次洗糟，同时收集“二滤麦汁”。开始较浑浊，需回流至澄清，在洗糟时，如果麦糟板结，尚需耕糟数次。⑧待洗糟残留液流出浓度达到工艺规定值，过滤结束，旋转耕糟机刀或出糟刀，开始排糟，糟排空后，用槽内CIP洗糟及过滤筛板，收集底，同时清洗排污。麦汁的煮沸以酒花添加麦汁经过滤后，需要添加酒花进行煮沸。这样可以蒸发水分，钝化全部酶活和麦汁杀菌，使蛋白质变性的絮凝，浸出酒花的有效组分，排除麦汁中特异的异杂臭气，形成香味物质。在啤酒生产中，总热消耗约为145~285兆焦/百升成品啤酒。其中麦汁制剂消耗的能量最多，约81~128兆焦/百升成品啤酒。而麦汁煮沸消耗的能量约为24~54兆焦/百升成品啤酒。由此可见，仅仅通过减少总蒸发率便可以节约大量的能耗。低温煮沸时，麦汁中的高分子蛋白质得到了保护，由此也保护了对泡沫有利的物质，但同时游离DMS的排除则不够充分。煮沸时间的改变也会引起同样的问题，长时间煮沸虽然有利于蒸发，但却会降低煮沸终了麦汁中的可凝固性氮含量，而短时间麦汁煮沸虽然保证了头号麦汁中可凝固性氮的含量很高（对泡沫有利），但同时也增加了头号麦汁中的DMS量。本设计采用德国斯坦尼克公司的新型麦汁煮沸系统Merlin。新型煮沸系统结构十分简单，主体设备是名为Merlin的煮沸锅，在锅底安装一个锥形加热面，对麦汁进行煮沸和蒸发。回旋沉淀槽安装在Merlin煮沸锅下面，作为麦汁收集槽，另外还需要像传统打出麦汁泵一样根据功率安装一个循环泵，酒花添加使用传统设备。麦汁的升温和煮沸过滤麦汁直接流入回旋沉淀槽并被收集起来，麦汁过滤结束后，利用循环泵将麦汁泵入安装在Merlin煮沸锅中的锥形加热面上进行加热，麦汁以很薄的液层从锥形热交换面上流过，进入收集凹槽内。由于麦汁液层很薄，流速相对较高且流动状态为湍流状，因此加热面上的热交换效果十分好，蒸汽与麦汁之间只需很低的温差（蒸汽压力约2.5bar）便可进行加热。煮沸温度下的麦汁利用高度差由收集槽重新流入回旋沉淀槽中，回旋沉淀槽上有两个入口，上部入口可使部分麦汁从中央流入回旋沉淀槽内，避免形成低温中心；下部入口使麦汁以切线形式进入回旋沉淀槽中，保证麦汁在回旋沉淀槽内不断缓慢旋转，使固体物质和热凝固物在麦汁煮沸期间就被分离出来，在40~60分钟的煮沸时间内，麦汁被4~6次泵入蒸汽压力约为2.2bar的加热面上。通过锥形加热面形成了一个可供游离二甲基硫（DMS）和其他不利气味物质挥发的巨大表面。在煮沸过程中，蒸发率仅为1.5~2.5%左右，通过调节加热介质的（蒸汽）温度。在Merlin煮沸系统中可有针对性的控制麦汁的热负荷和蒸发，通过循环泵的功率也可以改变麦汁的热负荷，因为随着流量的提高，麦汁液层的厚度会增加，麦汁的热负荷就会降低。为了使麦汁中一些与温度有关的转变过程能够正常进行，比如二甲基硫前驱体（DMS-P）的分解以及酒花α-酸的异构化，回旋沉淀槽进行保温处理，酒花以颗粒或浸膏的形式直接添加至回旋沉淀槽。由于回旋沉淀槽中的内容物在整个麦汁煮沸过程中都在旋转，大部分析出的热凝固物已经被分离出来，因此必需的麦汁静置时间可缩短至10分钟左右，随后便可以直接排出麦汁。麦汁进入薄板冷却器之前再次流过蒸汽压力约为2.2bar的加热面，从而再次蒸发约1～１.５％的水分。通过最后的这个步骤，在回旋沉淀槽静置及麦汁冷却期间生成的游离二甲基硫几乎可以完全被排除，这种方法的优点在于：在这一步骤中麦汁的各部分得到相同处理，不利的挥发性物质含量均匀降低。游离二甲基硫的排除二甲基硫前驱体（DMS-P）的分解和酒花α℃。游离二甲基硫的挥发率主要取决于给定的蒸发面积，由于在加热和煮沸期间，麦汁多次以薄层流过巨大的加热面，所以不利物质明显减少。但大多数二甲基硫是在煮沸结束后的Strippen阶段除去的，特别是在回旋沉淀槽冷却期间形成的游离二甲基硫在此也能除去。过去要做到这点，必需借助复杂并昂贵的装置或设备，而传统系统目前则无法除去这部分游离二甲基硫。尽管麦汁以很薄的层流方式通过锥面，吸氧量并不会增加，一旦加热开始，加热面上的水便开始蒸发，这样在极短的时间内Merlin设备中就会形成水蒸气环境。同样，在回旋沉淀槽中麦汁也不会同氧气大量接触，因为两个入口（切线和中央）都在麦汁液面下。煮沸结束后停止循环，Merlin收集槽中的内容物被排至回旋沉淀槽中，其后休止10分钟，使残余热凝固物沉淀。凝固物可以充分、迅速、并稳定地在回旋沉淀槽的中央沉淀下来。因为在整个煮沸过程中麦汁多次流经加热面并被收集在收集槽中。由于收集槽未被加热，在此会形成凝块，通过收集槽中的视镜可以看到很大的凝块。随后这些凝块会在未被泵打散的情况下进入回旋沉淀槽并迅速在中部沉淀下来。由于回旋沉淀槽在加热阶段已进行过旋转，蛋白质已经析出，凝固物颗粒有充足的时间沉淀。由于这里涉及的是一种全新的麦汁煮沸工艺，酒花添加的时间也产生了变化，当煮沸时间为35分钟时，酒花必需在煮沸开始前添加，以便为α-酸的异构留下充足的时间。℃时，控制开关便转为煮沸，但由于再Merlin设备中麦汁在加热5分钟后便达到煮沸温度，因此第一次酒花添加也在这时进行。Merlin系统的能源状况以大约80%的比例占污染物质中绝大部分的CO2时产生温室效应的主要原因。因此降低能源消耗从而减少环境污染，除了节约成本外还有重要意义。新式煮沸系统Merlin有意识地在这方面进行努力，同所有知名的煮沸及能源节约系统相比，它再次降低了麦汁煮沸需要的能源消耗，由于第一手能源消耗量最低，CO2的排放量也最低。在节能装置中必须考虑到一定的热量损失，在此设定为3%，这样使产生了可以生产热水形式从生产过程中获取的剩余能源。二次蒸汽冷凝水冷却至30℃，生产用水由15℃被加热至80℃。二次蒸汽冷凝水可收集在一个单独的收集罐中，用于容器的初步清洗（比如筛板的冲洗）。这种新的麦汁煮沸工艺同有针对性的能源回收系统仪器能够在第一手能源消耗和环境保护方面提供最有利的价值。二次蒸汽的回收二次蒸汽指糊化锅和煮沸锅在加热煮醪与进行麦汁煮沸时产生的蒸汽。回收二次蒸汽的热量可以大大减少蒸汽的消耗量，这些二次蒸汽可以将常温水加热到7580℃，也可以将80℃的水加热到96℃，这样就解决了投料用水的加热和过滤麦汁的加热，节约了这部分加热的蒸汽消耗。对于回收二次蒸汽热量的装置，只要在糊化锅和煮沸锅的排汽筒上连接管式热交换器或板式热交换器，当然也需要一定数量的热水贮罐和自动控制仪表与之配套。另外，对加热蒸汽冷凝水的热量再加以回收并且对冷凝水本身也进行回收。故本设计采用蒸汽冷凝器对二次蒸汽进行能量回收。酒花的添加酒花是啤酒生产必须物质，它能赋予啤酒柔和优美的芳香和爽口的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，提高啤酒泡沫的起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。酒花添加量可依据如下因素调节：酒花中-酸含量。消费者的嗜好，消费者嗜好口味属清淡型，如在我国南方，应降低酒花添加量。浓度低、色泽浅的淡爽型啤酒中应少加酒花，反之浓度高、颜色深的啤酒中可以适当多添加些酒花。在敞口发酵法中采用粉末型酵母，贮酒期长，苦味物质损失多，可以适当增加添加量。由于本设计采用Merlin煮沸系统，采用二次酒花添加法。第一次酒花添加应在回旋沉淀槽升温至99℃，开动加热开关后5min时添加（约已进入煮沸30min），投入量为酒花总量的85%~90%。以保证有较高的-酸异构率，提高酒花的利用率，改进啤酒的香味及口感。第二次添加在回旋沉淀休止结束后第二次煮沸开始时，添加剩余部分（煮沸结束前20min）。六、麦汁处理(一)由煮沸锅放出的定型热麦汁，在进入发酵前还需进行一系列处理，才能制成发酵麦汁，对麦汁处理的要求是：对能引起啤酒非生物混浊的泠、热凝固物尽可能给予足够的分离。麦汁处于高温时，尽可能减少接触空气，防止氧化，麦汁冷却后，发酵前须补充适量空气，供酵母前期呼吸。麦汁处理各工序中，严格杜绝有害微生物的污染。(二)回旋沉淀将采用平底回旋沉淀，凭借离心力，凝固物沉淀坚实，相对沉淀法和冷却盘法，它具有加工容易、投资少、洗刷容易、杀菌彻底、可采用自动清洗、凝固物沉淀性好而坚实等优点。为避免已经煮沸絮凝的蛋白质，在泵送中重新被打碎，回旋沉淀可装在煮沸锅旁，以尽可能缩短输送管长度，输送泵也采用低速涡轮泵或离心泵，叶轮应半开或全开式。(三)麦汁的冷却煮沸后，经过过滤器的麦汁，温度在9698℃之间，要将其进行发酵，必须冷却至10一段式冷却：其方法为全部以水为冷却介质，通过氨蒸发器将常温水直接降至2℃，然后以此冷水(俗称冰水)通过薄板换热器，将9698℃的麦汁一次冷却到其冷却工艺流程为：从沉淀槽出来的96℃热麦汁经薄板冷却器直接冷却至适宜添加酵母的温度，泵入发酵罐。冷却热麦汁的冷媒为2℃的冷水，经换热后温度升高至78℃作糖化用水。2℃的冷水是从20℃的自来水箱进入氨蒸发器中直接与液氨蒸发换热得到的。氨蒸发吸热后的气氨又经冷冻站的压缩、冷凝，进入贮氨罐进行制冷循环。因此一段冷却工艺的回路为：A．96℃热麦汁与2冷水换热，冷却至10B．2℃冷水是20℃自来水在氨蒸发器内直接与氨蒸发换热得到的，然后与热麦汁换热后温度升高至C．氨的制冷循环，不断提供冷量。一段冷却比两段冷却有如下优点：采用麦汁一段冷却，比两段冷却节约电能。两段冷却，冷冻机要负担将麦汁由40℃冷却10℃的能量。采用一段冷却，冷冻机仅负担将水由20℃冷却至2℃的能量。两者相比，后者冷冻机耗能显著降低。降低煤耗。两段冷却需将60℃左右的冷却水再用蒸汽加热至78～80℃才能供糖化、洗糟用，而一段冷却，冷却水由薄板换热器出来后温度可直接达到7880℃，不需加热，直接用于糖化生产。降低水耗。两段冷却需麦汁2倍以上的水进行冷却，采用一段冷却工艺，冷却水耗量为麦汁的1.2倍，节约用水40％。节省酒精。两段冷却的第二段冷却的冷媒是20％25％(w/w)的酒精水溶液，有挥发，滴漏损失，且不安全，而一段冷却是以水为载冷剂，不需酒精，也可将酒精水溶液减少一半。综上所述，本设计采用一段式冷却法对麦汁进行冷却。(四)麦汁的充氧高浓酿造由于麦汁浓度提高，麦汁溶氧水平降低。根据有关资料报道，在10℃条件下，14.50mg/Lmg/L的氧饱和浓度。因此，高浓酿造通入空气无法满足酵母菌株繁殖所需氧气，必须通入部分纯氧方可达到麦汁所需的含氧量。在薄板冷却器中，麦汁吸氧很差，一般需在冷麦汁出口管道中安装倒U形管或文丘里管进行充氧。本设计采用无油、无菌的压缩空气和部分纯氧，在冷却麦汁的输送过程中，通过文丘里管在线上通风充氧,麦汁充氧量控制在8~10ppm，若充氧量不足（<6ppm），前期发酵尚可，后期降糖慢，麦汁发酵不完全，发酵度低；若麦汁充氧量过大（>10ppm），酵母增殖过多，降低乙醇含量。酵母代谢产物增高，双乙酰峰值高而慢，会推迟双乙酰还原时间。麦汁分四批进罐，最后一批不进行通风，以免延长酵母停滞期，增加双乙酰，使罐中泡沫增加，影响罐容积。七、酵母的扩大培养啤酒酵母纯正与否，对啤酒发酵和啤酒质量的影响很大，啤酒酵母经扩大培养，达到一定数量后，供生产现场使用。扩大培养的关键在于：选择优良的单一细胞出发菌株。在整个扩培中保证酵母品种健壮，无污染。啤酒酵母的扩大培养流程为：斜面试管(原菌)试管培养巴氏瓶培养卡氏罐培养汉生罐培养酵母增殖桶酵母添加罐发酵罐酵母扩大培养须注意的问题有：扩大培养酵母须注意控制扩大的倍数和各级培养阶段的温度，每次的扩大倍数在汉生罐以前一般为1020倍，在汉生罐之后控制在46倍。扩大培养的温度为先高后低，逐步下降，开始可控制在25℃左右，每一个扩大培养阶段的温度降低幅度不要太大，以免抑制酵母菌的繁殖活性。一切培养用具，包括容器，器皿，操作器械，培养基等，都必须严格消毒灭菌。对每一次扩大移种后酵母细胞发育的情况，都必须进行认真的镜检。每次扩大培养的移种应选在出芽率最高，死亡率最低的时候，这样可以缩短培养时间(在酵母对数生长期移种)。酵母菌的增殖必须有氧存在，因此，在扩大培养期间须不断地供应无菌空气或氧，应使发酵麦汁具有810mg/L的含氧量。本设计中采用G-03酵母菌株作为啤酒生产用菌株，由于采用高浓酿造技术，因此在进行工厂放大之前，应对G-03菌株进行小型试验，测定该菌株在高浓麦汁中所需要的发酵温度和溶解氧含量。成熟酵母的质量标准为：细胞密度：70106个/ml；芽生率：>30%；次甲基兰染色率：<5.0%；镜检：无杆菌，细胞较整齐；肝糖染色率：>80%。八、发酵冷却的麦汁添加酵母后，即进行发酵，现在一般采用圆筒体锥底发酵罐(.)发酵。(一)发酵方法分类单酿罐发酵：前发酵,主发酵,后发酵,贮酒全部在一个罐中完成圆筒锥底⑴前发酵，主发酵在发酵罐完成，发酵罐发酵两罐法发酵后发酵和贮酒在贮酒罐中完成。⑵前发酵，主发酵，后发酵在发酵罐中完成贮酒在另一贮酒罐完成。(二)圆柱锥底发酵罐具有如下优点因该罐具有锥底，主发酵后回收酵母方便。罐本身具有冷却夹套，冷却面积能够满足工艺上的降温要求。圆柱锥底罐是密闭罐，可以回收二氧化碳，也可进行二氧化碳洗涤；可以作发酵罐，也可以作贮酒罐。罐内的发酵液，由于罐体高度而产生的二氧化碳梯度，以及冷却方位的控制，可以形成自下而上或自上而下的自然对流。(三)单酿罐发酵具有如下优点不用泵倒罐，减少吸收氧的缺陷。能节省冷耗，减少酒液的损失。减少清洗罐的操作和费用，依赖C.I.P.原位清洗系统进行清洗消毒，工艺卫生更容易得到保证。因此本设计采用圆柱锥底发酵罐的单罐发酵法。(四)单罐法发酵工艺酵母添加方法和添加量锥形罐的容量一般是麦汁批产量的几倍，麦汁都是连续追加满罐，添加酵母时应考虑尽量缩短酵母繁殖期。本设计采用分批接种酵母，第一批麦汁根据正常要求通风(溶氧达1214mg/L左右)，添加全部酵母的部分(3040%)，追加第二批麦汁时，将余量酵母全部加进去，仍按常规通风。以后继续追加麦汁，每次少量通风或不通风，最后一批可不通风，以免双乙酰峰值后移，同时也避免酒液其他成分的氧化和泡沫溢出罐外。因本设计采用高浓发酵技术，故酵母的添加量约为(1418)×106个/ml麦汁。主发酵温度过去传统的主发酵温度，多采用8℃左右，而在近代的大罐酿造中，为了加速发酵，缩短酒龄，常采用麦汁在1112℃发酵，用此方法其代谢产物不会有太大的变化，且发酵周期也由过去传统发酵的23个月，缩短为2025d左右。但由于本设计中采用的是高浓酿造，考虑到酵母在高浓麦汁中的忍受性，故此适当提高主发酵温度至14双乙酰还原温度双乙酰还原温度的控制是啤酒成熟和酒龄长短的关键，双乙酰还原温度可以等于、高于或低于主酵温度，但相对而言，若双乙酰的还原温度低于主酵温度，则更有利于获得风味柔和、协调的啤酒，其质量较好，但发酵所需要的时间会较长；相比而言，采用同温还原介于高温和低温还原之间，它既能保持啤酒较好的风味，同时也不致于引起发酵周期的延长，同时由于温度不变，可操作性较强。故此在本设计中，作者采用同温还原的方式进行双乙酰的还原。发酵工艺曲线用G－03酵母菌株进行单酿罐发酵的工艺曲线如图2.2所示。冷却降温双乙酰还原至规定的指标后，对酒液开始冷却降温，降温速率控制在℃/h，此时双乙酰仍在继续进行还原，当酒液降温至56℃时，维持2428h，分三四次回收酵母泥，最后继续降温至0－1℃，贮酒8九、发酵车间的CIP清洗系统发酵车间的清洗系统担负麦汁冷却薄板换热器及麦汁输送管路，酵母扩大培养车间，发酵大罐及发酵车间输送管道，酵母回收系统等的清洗。(一)麦汁从沉淀槽薄板换热器发酵罐罐路清洗体系每批次：进麦汁前用85℃热水清洗20min，无菌空气顶出清洗水走麦汁。每1520批次后：85℃热水清洗20min，碱性清洗剂循环清洗30min，用无菌空气顶出清洗剂5min，消毒剂循环清洗15min，无菌空气顶出无菌水后即可麦汁。每月用酸性清洗剂代替碱性清洗剂按上述流程走。(二)大罐清洗1．80℃热水清洗20min2．停5min，排走热水。3．碱性清洗剂循环清洗30min，同时补入无菌空气。4．泵回碱性清洗剂5min。5．消毒剂消毒15min。泵回消毒剂5min。无菌水清洗消毒剂10min，边清洗边排除余水。a备用(在整个清洗过程中)。每季度在第4步后加酸洗20min，除去大罐中的草酸钙结晶。其中碱性消毒剂为：3％～5％NaOH＋0.2％EDTA十、过滤前高浓啤酒的稀释高浓酿造高浓酿造指生产比正常浓度高的麦汁，然后在糖化以后的生产工序中加水稀释，使啤酒仍然保持原有正常原麦汁浓度的方法。高浓酿造法的优点：糖化和发酵设备的利用率提高，节省工厂建设投资。生产费用降低，热能和冷量显著降低，能降低成本。实物劳动生产率的提高。啤酒非生物稳定性提高。香味稳定性提高。淡爽风格更突出。但其具有如下缺点：糖化时原料浸出物收率下降。酒花-酸的利用率下降。不易制造浓醇风格的啤酒。综上所述，因本设计是制造11oP淡爽型啤酒，并且采用单独收集淡的洗糟麦汁，经活性炭吸附过滤后，作为下一轮第一次洗糟用水的方法以提高浸出物收率，故本设计采用高浓酿造法。稀释方法的确定稀释方法有三种：稀释麦汁：糖化麦汁采用高浓度，在回旋沉淀槽稀释，此法仅使用在糖化能力不足的工厂。前稀释：主发酵用高浓度，后发酵(双乙酰还原)时稀释，此法对稀释水脱氧要求低。后稀释：啤酒发酵、贮酒结束、成熟酒在后处理或过滤前稀释，此法是典型的高浓酿造后稀释法。在哪一工序进行稀释，各厂的做法不同，有的在发酵罐中稀释，有的在贮酒时稀释，有的在滤酒前或滤酒后稀释。一般说来，越在后面的工序中稀释，设备利用率就提高得越多，但技术条件要求越高，对稀释用水的水质要求越严格。另外，由有关资料表明，在整个高浓度酿造过程中，稀释工序越向后推(即高浓度的形式保持的时间长些)，则啤酒的稳定性相对地要好些。故本设计采用后稀释中的滤酒前稀释，其稀释用水，需经一定的设备处理，以保证啤酒的质量。稀释用水的制备稀释用水的基本要求：此水应是完全可靠的、无生物量存在的可饮用水。此水必须是无任何气味和异杂口味，而且必须是清沏、透明、无色的。如果此水含有消毒的余氯，必须经过严格的脱氯处理。mg/Lmg/L此水中溶解氧应该十分低。不同稀释度对氧含量要求也不同。当稀释度在10mg/Lmg/Lmg/L。此水中一般无机离子应该符合饮用水的标准，应该是低钠离子、低总盐量的软水。此水中总碱度应比较低，至少要比糖化投料水和洗糟水更低(一般要求碱度＋2-2度)此水的温度和混合啤酒的温度一致，水中二氧化碳含量应接近和略高于混合啤酒中的含量。稀释用水处理流程：饮用水——水处理和调整离子——除生物——脱氧——冷却和充CO2——稀释用水。定比混合定比混合指将高浓酿造的成熟啤酒按比例和脱氧过饱和CO2的稀释用水均匀混合。控制高浓酿造稀释十分重要，稀释比例过大，影响啤酒口味及胶体稳定性，使啤酒口味淡薄，甚至有水腥味；稀释比例太小，设备利用率不高，经济意义不大。经验证明，稀释度在15％40％，不仅降低生产成本，而且成品啤酒具有色泽浅、口味淡爽、风味稳定和非生物稳定性较好的优点。十一、过滤经过后酵的成熟酒，大部分蛋白颗粒和酵母已沉淀，少量悬浮于酒中，须滤除方能包装。目前用于啤酒厂的过滤机有如下几种：预涂式过滤机板式过滤机框式过滤机滤盘式过滤机膜过滤机预涂式过滤机具有如下优点：可以不断地添加助滤剂，使过滤性能得到更新、补充。过滤能力强，可以过滤很混浊的酒。省汽省水省工，不像滤盘式过滤机那样要拆卸和洗棉，且酒损也少。故其设计采用预涂式过滤机。为了达到完美的过滤效果，必须分3次添加过滤介质：第一次预涂层：在200300KPa的压力下，将脱氧水或已滤酒与一定数量的粗土混合，以循环的方式进行预涂，由此形成压力稳定的基础预涂层，第一次预涂用量为700800g/m2,大约为整个预涂量的70％左右。第二次预涂使用较细的、有过滤活性的混合硅藻土，这样就能截留混浊物质，并能防止过滤机堵塞。总预涂用土量为1000g/m23mm，预涂过程大约需1015min。连续补料，为不断更新滤层，以保持滤层的通透性，使流量恒定，进口与出口压力之差应每小时平均上升2030KPa，一般连续补料时多混合使用两种硅藻土：2/3中土和1/3的细土，连续补料时的硅藻土用量为：60120g/hL啤酒。十二、包装啤酒包装是啤酒生产的最后一道工序，对啤酒质量和外观有直接影响，包装容器可分为瓶装、听装和桶装。空瓶的洗涤新旧瓶均须洗涤，回收瓶还须经挑选，检出油瓶、毛口瓶等，回收瓶一般不装出口酒或优质酒。洗瓶要求瓶内外无残存物，瓶内无菌，瓶内滴出残存水无碱性反应。洗涤剂可用3％的NaOH水溶液或配加葡萄糖酸钠，连二亚硫酸钠等，洗涤剂要求无毒性，排污水必须经严格处理。装瓶装酒必须做到严格的无菌，尽量减少酒损失，防止二氧化碳泄漏，尽量避免酒液与空气接触，防止酒液吸收氧气。装酒时必须保持酒温-13℃，若清酒罐与装酒机距离过长，应当在装酒机前增设小型薄板冷却器，以保证低温酒进入贮酒槽，装瓶后酒液溶解氧应小于1mg/L酒瓶压盖当酒液注满后向酒液面喷射微细无菌水流,使啤酒产生泡沫挤出瓶顶空气，当泡沫正好上升至瓶口外沿，形成钮扣状隆起泡，紧接着压盖，喷水压力为1MPa，瓶盖垫片多用PVC(聚氯乙烯)灭菌目前流行隧道式杀菌机，隧道式可分如下两种：单层轨道瓶子进口和出口分设在隧道的两端。双层轨道，瓶子进出口都在隧道的同一端。本设计采用双层轨道灭菌，用水为低硬度水，以防钙镁盐沉积喷咀，为防止破瓶中的酒液降低杀菌水的pH，以致腐蚀瓶盖，可在水中加适量碱液，使pH保持在8.0。灭菌后的啤酒接着贴标，验酒，装箱。24小时作业时间表糊化8:00糊化锅进料——9:20出醪至糖化锅——9:25出完清洗——9:35清洗完8:30糖化锅进料——11:00至过滤槽——11:10清洗——清洗完过滤11:00过滤槽进醪——11:10静置——11:20过滤回流——12:20耕糟——12:30洗糟13:20泵麦汁——13:30排糟并CIP清洗——14:00清洗完Merlin煮沸系统14:10至14:50循环煮沸——14:50排麦汁至回旋沉淀槽休止——15:05循环煮沸——15:30回旋沉淀——15:45排至薄板冷却器——16:00清洗除渣——清洗完冷却15:45进麦汁——冷却充氧接种——16:35进罐完毕表1：糖化工段24小时作业时间表项目123456789糊化8:009:2010:4012:0013:2014:4016:0017:2018:4020:0021:2022:400:001:202:404:005:206:40糖化8:3011:1011:1013:5013:5016:3016:3019:1019:1021:5021:500:300:303:103:105:505:508:30过滤11:0013:3013:4016:1016:2018:5019:0021:3021:400:100:202:503:005:305:408:108:2010:50中间槽12:3014:1015:1016:5017:5019:3020:3022:1023:100:501:503:304:306:107:108:509:5011:30Merlin14:1015:4516:5018:2519:3021:0522:1023:450:502:253:305:056:107:458:5010:2511:3013:05冷却15:4516:3518:2519:1521:0521:5523:450:352:253:155:055:557:458:3510:2511:1513:0513:55第三章物料衡算1．生产基础数据(百分率)定额指标原料利用率98麦芽水份6大米水份14糖浆水份20无水大米浸出率92无水麦芽浸出率(优级)80糖浆浸出率80原料配比麦芽60大米20糖浆20损失率(对热麦汁)冷却损失3发酵损失过滤损失1包装损失(含杀菌破瓶损失)1.6空瓶损失瓶盖损失1商标损失麦芽清净及磨碎损失总损失率啤酒总损失率注：总损失率=1-（1-冷却损失）×（1-发酵损失）×（1-过滤损失）×（1-包装损失）=1-（1-3%）×（1-1.5%）×（1-1%）×（1-1.6%）=6.92%oP发酵液在贮酒后稀释至11oP淡爽型啤酒。根据上述基础数据，首先进行100kgoP淡色啤酒的物料计算，然后进行100LoP淡爽型啤酒的物料衡算，最后做2热麦汁量：×%×(100-14)/100=%高麦芽糖浆收率为：1×(100-20)/100=80%×75.2%×××80%)×98%=75.36%由上述可得100kgoP热麦汁量为：75.36%×100/14.5%=5oP麦汁在20℃时的相对密度为1.059，且100℃热麦汁比×1.04/1.059=510.40(L)×3)=495.09(L)×15)=487.66(L)×(1-0.01)=482.78(L)×6)=475.06(L)3．生产100Lo生产100LoP啤酒需要混和原料量为：100×100／475.06=21.05(kg)(2)麦芽耗用量：×60%=12.63(kg)(3)大米耗用量：×20%=4.21(kg)(4)糖浆耗用量：×20%=(kg)(5)酒花耗用量：100L热麦汁中加入酒花量定为，则：×100×0.1%/475.06=0.11(kg)(6)热麦汁量为：×100/475.06=107.44(L)(7)冷麦汁量为：×=104.22(L)(8)发酵液量为：×100/475.06=102.65(L)(9)过滤酒量为：×100/475.06=101.62(L)(10)湿糖化糟量为：设排出的湿麦糟水份含量为80％，则湿麦糟量为：××(100-80)×0.94/(100-80)=11.63(kg)湿大米糟量为：×(100-92)××0.86/(100-80)=1.42(kg)湿糖化糟量为：11.63+1.42=13.05(kg)(11)酒花糟量：设酒花在麦汁中浸出率为40％，酒花糟含水量以80％计，则×(100-40)/(100-80)=0.33(kg)(12)酵母量(以商品干酵母计)生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，另一半作商品酵母用，即1kg湿酵母泥含水分85％，则酵母含固形物量为：1×(100-85)/100＝0.15(kg)(13)二氧化碳量：oP的冷麦汁中浸出物为：14.5%×110.37=16.00(kg)设麦汁真正发酵度为55%，则可发酵的浸出物量为：×55%=8.80(kg)麦芽糖发酵的化学反应式为：C12H22O11＋H2O——2C6H12O62C6H12O6——4C2H5OH＋4CO2＋452KJ设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量为：×4×44)/342=4.53(kg)设oP啤酒含CO2为0.4%，酒中含CO2量为：×0.4%=0.44(kg)1m3CO2在20℃，常压下，其质量为，故释放出的CO24.53-0.44=4.09(kg)放出的CO2体积为：4.09/1.832=2.23(m3)(14)空瓶需用量：(100/0.64)×1.005=157(个)(15)瓶盖需用量：100×1.01/0.64=158(个)(16)商标需用量：100×1.001/0.64=156.4(张)4．20万吨/年11oP淡型啤酒糖化车间物料衡算：一般410月份为生产旺季，210天产70％啤酒，设每批糖化60吨麦汁，每天糖化9批次，则全年麦汁产量为9×60×210/0.7=162000吨麦汁设淡季135天生产全年的30%,每天糖化批次数为162000×/(135×60)=6(次)°P啤酒产量为(1620009)×100/=146780m3全年11°P啤酒产量为146780×3过滤啤酒产量：193483/(1-0.016)=1发酵液总量：196629×1)/14.5=150674m冷麦汁量：150674/(1-0.015)=152968m热麦汁量：152968/(1-0.03)=157699m20℃麦汁体积：157699/1.04=14.5oP麦汁(20℃)麦汁质量为：151634×9×混合原料量：160.6×106×14.5%/75.36×10麦芽耗用量：×106×0.6×10大米耗用量：×106×=6.2×10糖浆耗用量：×106×=6.2×10酒花耗用量：157699×103××10湿糖化糟量：湿麦芽糟：(1-0.06)×(100-80)××106××106kg湿大米糟：(1-0.14)×(100-92)×6.2×106×106kg湿糖化量糟为：(17.4+2.1)×106=1×106kg酒花量为：(100-40)××105×105kg酵母量：每生产100L啤酒可得商品干酵母，60吨麦汁/批相当于（60/1.059）×100/m3°P啤酒每批糖化得商品干酵母为：×103×5/100=kgCO2量：酒中含有的CO2量为(每批糖化)×103×4/100=kg释放出CO2×103×/100=kg每批糖化需空瓶量：×103×14.5×157/100/11=×105(个)每批糖化需瓶盖量：×103×14.5×158/100/11=×105(个)每批糖化需商标量：×103×14.5×6×105(个)5．发酵工段计算：每批糖化CO2产量：

设主酵时发酵度为55％，发酵液中浓度为0.4%,则酒中含有CO2量为239.18kg，释放出的CO2kg每批糖化酵母量：kgkg。每年瓶,易拉罐及桶用量：90%为瓶装啤酒，5%为桶装啤酒，5%为罐装啤酒，瓶容量为640ml/只，桶装为30L/只，易拉罐为355ml/只瓶量(全年)=(193483×103×90%××0.64)=×108(个)桶量(全年)=(193483×103×5%××30)=×105(个)罐量(全年)=(193483×103×5%××)=×107(个)瓶盖用量为：158×193483×103×100=×108(个)×193483×103×100=×108(张)物料衡算表物料名称单位100kg原料100L啤酒糖化一次全年混合原料kg100×103×106麦芽kg60×103×106大米kg20×103×106糖浆kg20×103×106酒花kg×103×105煮沸前的热麦汁L111.55×102×105煮沸后的热麦汁L×102×105冷麦汁L×102×105麦糟kg×103×106发酵液L×102×105过滤酒L×102×105成品酒L100×102×105商标个7×105×108CO2kg19.43×102×105瓶数个157×105×108瓶盖个158×105×108桶数个3.3×102×105易拉罐个×104×107二、耗水量计算糖化用水量(以100kg混合原料计)oP啤酒的头号麦汁大约比成品啤酒高23oP，即约为16oP，原料利用率为98%，原料含水量及糖化水分蒸发量忽略不计：W1=35010/116.7=300洗糟水用量(一般为投料量的23倍)过滤槽排出麦汁带出水W4Wx=Wx×解得Wx=kgWx为煮沸前麦汁重W4=Wx×98%=kg麦糟带出水量W5W5××80%/100=kg原料含水量为W3W3=(60-0.07)×6%+20×14%+20×20%=kg洗糟水用量W2W2=49.6+461.94-(300+10.40)=201.14kg糖化室洗涮用水糖化室设备洗涮用水，每糖化一次用水约6吨。沉淀洗涮用水：每次洗涮用水6吨。冷却器洗涮用水：每次洗涮用水4吨。发酵罐洗涮用水：每次洗涮用水16吨。清酒罐洗涮用水：每次洗涮用水16吨。

表4：水量衡算表用水项目每次用水量（吨/次）用水项目每次用水量(吨/次)糖化洗糟糖化室冲涮6沉淀槽冲涮6冷却器冲涮4发酵罐冲涮16清酒罐冲涮16共计三、热量衡算糖化过程示意图(糖化一次)糊化锅糖化锅大米粉2340kg加水比1：6加水比1：3高温-淀粉酶4u/g酿造用水47℃(初温保持50min)酿造用水50℃(初温保持10min)90℃(20min)101℃(10min)并醪63℃(40min)70℃75糖化用水量：糊化锅加水：G1＝2340×6＝14040kg糖化锅加水：G2＝6990×3=20970kg糖化用水量：G＝14040+20970=35010kgkcal/(kg·℃)kcal/(kg·℃)C麦×(1-6%)+1×kcal/(kg·℃)C米×(1-14%)+1×kcal/(kg·℃)C糖浆×80%+1×kcal/(kg·℃)C米醪=(2340×0.4582+14040×kcal/(kg·℃)C糖醪=(6990×0.408+20970×kcal/(kg·℃)C混合=(6990×4×0.852+2340××7)/(6990×4+2340×kcal/(kg·℃)总料水比为：原料量/糖化用水量＝9330/35010＝1/故该工艺可行。米醪的初温t0t0＝(2340××18+14040×1×50)/(2340×7×0.92)=℃糊化醪加热至101℃耗热Q1Q1=2340×7×2×(101-47.86)=×105(kcal)投料用水耗热Q2Q2=(14040×1×(50-2)+20970×1×(47-2)=×106千卡糊化锅煮醪耗热Q3煮沸时间为20min，蒸发量每小时5，水的汽化潜热540kcal/(kg·℃)Q3＝540×2340×7×5％××105(kcal)8．糊化锅蒸出水量G4G4=2340×7×5%×1/3=2739．混合醪升温至75℃耗热QQ4=(2340×7+6990×4-273)×1×(75-63)=×105(kcal)10．洗水采用75℃80℃热水，耗热Q5G5×201.14＝23473kgQ5=23473×1×(80-2)=×105(kcal)11．由于过滤散热，过滤后的麦汁温度为75℃，麦汁预热至99℃，耗热Q6，C麦汁为/(kgQ6=Wx××(99-75)×=5××24×=×106(kcal)12．麦汁煮沸时温度由99℃升至105℃Q7=5×××(105-99)+53××4%×533=×105(kcal)13．麦汁放热Q8采用2℃酿造用水升至80℃Q8=×102××(94-6)=×105(kcal)其能量用于CIP用水，设CIP用水中的X1由剩余能量提供，设传热效率仍为98％，则；X1×1××105×106×105解得：X1×103kg14．用于煮沸锅加热的新鲜蒸汽提供的热量：提供的热量：Q=3.16×106(kcal)15．CIP用水为24吨/次，其中1a蒸汽冷却至冷凝水放热490千卡。每千克冷凝水冷至24℃放热110.1千卡，冷却至80℃放热54.1千卡。×1×(80-18)×103=m1××，m1=3275现有蒸汽量（即冷凝水量）Q9=（Q1+Q3+Q4+Q7×106(kcal)D1=Q9/490=1故可设计冷凝热水罐体积为1×106/54.1+3275=21759kg=22吨,取25吨。CIP清洗用热水罐25吨，冷却水罐65吨。另外再设一个50吨的热水贮罐，用于存放酿造用热水。第四章糖化车间设备的设计及计算MERLIN新型麦汁煮沸系统的设计MERLIN新型麦汁煮沸系统概述1.新型麦汁煮沸系统的原理新型麦汁煮沸系统主体结构是由煮沸锅、回旋槽、酒花添加器和麦汁冷却器组成。实际上，MERLIN新型煮沸系统是将煮沸锅和回旋槽串连起来形成一个闭合的循环系统。过滤后的麦汁直接流入回旋槽并被收集起来，利用循环泵将麦汁连续循环地送入到安装在回旋槽上方的煮沸锅内。煮沸锅内安装一个圆锥形双层夹套式加热器，对麦汁进行预热、煮沸和气提。麦汁以很薄的液层从锥形夹套加热面以湍流状态流过，进入煮沸锅内的收集槽中。收集槽中的麦汁利用高度差重新流入回旋槽中。回旋槽既可以做麦汁暂贮罐又可以做回旋沉淀槽。回旋槽有2个入口(下部入口和上部入口),且仍然是切线方向，既保证了回旋槽的回旋沉淀作用，又解决了传统煮沸锅存在的受热不均的问题。由于回旋沉淀槽中的麦汁在整个麦汁煮沸过程中都在旋转，所以大部分析出的热凝固物已被分离出来。麦汁在进入薄板换热器之前再次流过煮沸锅的锥形夹套式加热面，从而再次蒸发水分，排除麦汁中可挥发性的有害物质。2．新型麦汁煮沸系统的特点★确保煮沸强度的前提下，将煮沸蒸发率降低为4%。温和煮沸避免了蛋白质过度凝聚，既保证了啤酒的非生物稳定性，又使啤酒的泡持性、口味柔和性和酒花香味明显提高。达到麦汁的浓度要求。有利于不良的挥发性物质和芳香物质的形成、排出，改善了麦汁和啤酒的质量。有利于酒花异构化。有利于麦汁灭菌、灭酶。缩短煮沸时间、加快周转次数。节约能源。将二次蒸汽回收并通过热交换器将水加热做为能量储存加以利用，可将麦汁先进行预热至93℃。有利于环保，净化环境。3.MERLIN新型麦汁煮沸系统控主要制参数煮沸锅回旋槽预加热阶段煮沸阶段气提阶段蒸汽压力(bar)循环次数/h5-63-4-每次循环时间(min)10-1215-20-加热时间(min)20-3035-总循环次数2-31-21麦汁温度(℃)93959595蒸发率(%)-总蒸发率(%)总煮沸时间(min)55-65静止时间(min)-25循环回管流速(m/s)4加热段的使用情况两段加热一段加热一段加热关闭加热段新型麦汁煮沸系统的设计麦汁煮沸锅的设计2，与煮沸锅内加热器的加热面积相同。锥形加热面分成两个区域，一个加热面占三分之一，另一个加热面占三分之二。×V有×58.4=35m2又因A=πdL2/2=πcosθL3=35m2,且取锥形加热面的斜角为θ=30°,则有由于煮沸锅底部麦汁收集槽的存在,所以取煮沸锅直径D=5.00m,则H：D=1：2.0煮沸锅圆柱体高度H=那么煮沸锅的容积V煮沸=πD2H/4+tg30°·πD3/24=π×52×2.50/4+tg30°·π×53/24=51mS的确定根据工艺设计要求,锥体加热面上主流区内麦汁呈湍流状态,所以选取湍流状态雷诺准数为Rex≥3×106，则有Rex=uS·L·ρ/μ式中uS-主流区内麦汁流速，m/sL–锥体加热面锥线长度，mρ-麦汁密度，一般取1049-1056kg/m3μ-麦汁粘度，100℃时麦汁粘度近似可取μ=5×10-4Pa·若本设计选取Rex=3×106，则有Rex=(uS××1049)/(5×10-4)=3×106主流区麦汁流速uS=0.62m/s将uS×106根据湍流状态边界层公式,可求得锥体加热面上麦汁液层厚度δ符合以下公式δRex0.12δ××106)麦汁预热阶段的循环流量F1和蒸发量W1麦汁预热阶段,锥形加热器内的两个加热带同时加热,控制蒸汽压力1.3-1.7bar,每小时循环5-6次,每次循环时间10-12min,把麦汁加热至沸腾的时间为20-30min,即麦汁共循环2-3次,蒸发率0.8%。所以此阶段麦汁每次循环流量为F1×60/3×10=116.8m3/h蒸发量W1×0.8%=934.4kg/h麦汁煮沸阶段的循环流量F2和蒸发量W2麦汁煮沸阶段关闭一个加热带,只用一个加热带供热,控制蒸汽压力0.8-1.1bar,每小时循环次数减少至3-4次,每次循环时间15-20min,煮沸时间为35min,即麦汁共循环2-3次，蒸发率为1.8%。所以此阶段麦汁每次循环流量F2×60/2×17.5=100m3/h蒸发量W2=100×1.8%=1800kg/h麦汁气提阶段的循环流量F3和蒸发量W3麦汁气提阶段仅开一个加热带,控制蒸汽压力在0.85-1.50bar,蒸发量为1.5%,所以此阶段麦汁循环流量F3=F2=100m3/h蒸发量W3=100×1.5%=1500kg/h1.6麦汁煮沸锅进、出管直径的确定根据已知资料可知，从煮沸锅到回旋槽的回流仅通过高度差进行，麦汁流入回旋槽速度推荐为u=4m/s，所以煮沸锅出管管径d出=(4F2/u·π)1/2=(4×100/4×3600×3.14)1/2==94mm由于煮沸过程中各阶段循环麦汁量不同,所以在麦汁进口管路上安装变频泵,根据麦汁的热负荷和蒸发量,来调节变频泵的功率,从而改变麦汁循环流量。所以选取煮沸锅进管管径与出管管径相同，即d进=d出=94mm麦汁预热阶段加热蒸汽消耗量Q1Q1=F1·C麦·(t-t0)+F1×0.8%×i×××0.8%×2677=×106kJ/h麦汁煮沸阶段加热蒸汽消耗量Q2Q2=W2(i-C水t)/(I-C水θ)=1800×××125)=1855kJ/h式中W-每次加热蒸发量,kg/hi-二次蒸汽的热焓,2677kJ/kg,由二次蒸汽的压力或温度查表得。C水-水的比热，为4.187kJ/kg·Kt-醪液的沸点,11°100℃I-加热蒸汽的热焓，kJ/kgθ-汽凝水的温度℃，θ=125麦汁气提阶段加热蒸汽消耗量Q3Q3==W3(i-C水t)/(I-C水θ)=1500×××125)=1546kJ/h新型麦汁煮沸系统加热蒸汽消耗量QQ=Q1+Q2+Q3×106kJ/h回确定已知回旋沉淀槽的有效容积V有3,则回旋沉淀槽的体积V回=V有/φ3≈70m3(式中φ-容积系数,这里取φ=0.84)V回=πD回2H/4=70mH回：D回=1：1.5~2.0H≤本设计采取H回：D回=1:2.0,则有D回=6.0mH回=3.0m符合要求。2.3麦汁上部进口、下部进口的位置分别在距回旋槽底部1/3处和距槽内麦汁液面处,即h上=,h下=,既保证了回旋槽的回旋沉淀作用，又解决了传统煮沸锅存在的受热不均的问题。2.4回旋槽上、下部进口管径d的确定因为u=2Q2/πd2=4m/s则有d=（2Q2/π·u）1/2=（2×100/π×4×3600）1/2==66mm煮沸锅在加热、沸腾和气提过程中产生的二次蒸汽连同回旋槽产生的二次蒸汽通过排汽筒经过蒸汽冷凝器进行热交换，将从麦汁预热器出来的78℃热水加热到96℃，送到储存罐中作为能量贮存。再利用96℃热水预热进入麦汁煮沸锅的麦汁使之温度达到93℃，再通过MERLIN煮沸系统将麦汁加热至沸腾。这样煮沸过程中产生的二次蒸汽得到了回收利用，也降低了煮沸锅加热过程的热消耗。3.1MERLIN新型煮沸系统二次蒸汽产生量W′麦汁加热阶段产生二次蒸汽量W1′W1′=×0.8%=934.4kg麦汁煮沸阶段产生二次蒸汽量W2′W2′=100×1.8%=1800kg麦汁气提阶段产生二次蒸汽量W3′W3′=100×1.5%=1500kg回旋槽产生二次蒸汽量W4′W4′=W2′×5%=125kgMERLIN新型煮沸系统二次蒸汽产生量W′W′=W1′+W2′+W3′+W4′=4359.4kg水Q′=W水·C·(96-78)=W水××××107kJ所以需热水贮存量为W水=154.9m3≈155m33.3麦汁进入回旋槽前,利用96℃热水预热至93q=G麦汁C麦汁×××106kJ由此可见,Q′>q即二次蒸汽除了可预热麦汁,还可进行CIP清洗等方面的热能提供,使热能得到充分利用与回收。与一般薄板换热器的设计方法相同。麦汁冷却前的温度T1=95℃→→→麦汁冷后的温度T2=6℃冷却水出口的温度t2=85℃←←←冷却水进口的温度t1=2℃水的确定由麦汁流量V麦=F2=100000kg/hQ=V麦C麦(T1-T2)=W水C水(t2-t1)=100000×××107KJ/h可得冷却水流量W水=Q/C水(t2-t1)×107××104Δtm的确定Δt1=t2-t1=83℃,Δt2=T1-T2=89℃Δtm=(Δt2-Δt1)/ln(Δt2/Δt1)=(89-83)/ln(89/83)=86℃根据传热公式Q=SKΔtm,其中K值根据两流体情况选取,一般在啤酒生产中板式换热器(合金铝板、冷却介质为冷水或酒精)的传热系数K=1977-4650w/m2·K则得S=Q/KΔtm=×107/3310×86=121m根据麦汁流量V麦=100t/h,冷却面积S=121m2确定薄板换热器型号。二、其它设备设计及计算糊化锅：aa)，锅底设有折叶浆式搅拌器，由电机通过立式涡轮减速箱直接带动叶片旋转,锅顶有排汽管及风帽，顶盖有人孔、照明灯及进料口，锅身采用不锈钢，锅内夹套用紫铜板。容积：由物料衡算知糊化液量为：2340+14040=16380糊化醪液干物质百分比：2340×(1－14％)/16380＝12.3%因糊化醪密度为1059kg/m3(查发酵工厂设计附表9)。糊化锅有效体积为：V有m3取容量系数为60％，糊化锅容积为：V＝15.47/0.6＝26m3尺寸：设锅径高比为：D∶h1=2∶12h1+πh2(D2/8+h22/6)解之可得：h1mm，h2=770mm。有效体积：有效体积应在人孔门边以下500mm来计算：2(h1-0.5)+πh22(D-h2/3)=m本设计采用圆锥顶盖,顶盖150o，d2/D2＝1/40(d为排汽管直径)故d＝600mm，锅盖高度取400糖化锅：Pa蒸汽加热，锅底处设有浆式搅拌器，锅底设有一个糊化醪进料管及一个通往煮沸锅的出料管。锅盖设有一个人孔和照明灯，顶部有排气管，设备材料可用不锈钢。容积：由物料衡算知醪液量为：35010＋2340＋6990＝44340kg糖化醪干物质百分比：［2340×(1－0.14)+6990×(1-0.06)］/44340=19.4％查表知：其密度为1070kg/m3。设有效体积不小于V有m3设D∶h=2∶1，一般有效容积按人孔门边以下500mm计算， V总=V有55尺寸：×4h3+πh(4h2/8+1/6)取球底高为1m，则hmm本设计采用圆锥顶盖，顶角为150o取d2／D2＝1／40，则d=712mm锅盖高度取500mm。过滤槽：过滤槽采用圆柱体，弧球形顶盖与平底结构，平底槽为三层，最上部为水平筛板，接着为麦汁收集器，最底层为可通入温水保温的夹套。过滤槽中心有一可升降的轴，带动四臂耕槽机。1．容积：根据每吨原料需5m3槽有效容积，充满系数为75％，则：V有=11680×5/1000=m V总=V有/0.75=782．尺寸：设每吨混原料所需过滤面积为5m3，则本工艺所需过滤面积为：S=11680×5/1000=mD=(S/0.785)1/2=m，取D=8630过滤槽高度为:h=V总2×D2)=m，取h=13过滤槽底部结构：mmmm。筛板与麦汁收集底间距为30mm。过滤槽收集底间距为30mmm2，分布一根麦汁收集管，管径取40mm，按同心圆分布，最后汇集为3根总管，连接麦汁泵输送麦汁，最终麦汁输送可用活塞式气流输送设备。冷却器：板片技术参考见《化工工艺技术手册》型号：BPR20A尺寸规格：1087×295×1mm板片厚度：设计压力：最大流量：60m3/h换热器尺寸：1087×295×240mm角孔直径：65mm设计温度：180℃单片有效面