啤酒工艺设计

啤酒工艺设计资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。…目录摘要…………………2第二篇工艺流程……………3第三篇物料衡算和热量衡算………………4物料衡算…………4第二章热量衡算………………………9第四篇设备设计计算……………………15第一章糖化设备………………………15发酵…………31包装…………34其它设备………………………35第五篇耗水估算……………39第六篇耗电估算……………41耗汽估算……………42耗冷估算……………43人员配置……………44啤酒生产工艺流程图……………附页糖化车间平面设计图……………附页糖化车间立面图………………附页20万吨啤酒厂生产流程图………附页全厂总平面布置图…………………附页全厂总平面布置……………………46投资概算…………47参考文献…………………49第一篇摘要啤酒它是以大麦和水为原料,并添加少量酒花,采用制麦芽,糖化,发酵等特定工艺酿造而成的是一种含有少量酒精和充分二氧化碳,具有酒花香和爽口苦味,营养丰富,风味独特的低度酿造酒。啤酒是当今风靡世界最流行饮料之一,在以后,中国已成为世界上啤酒产量最大的国家,达到2386.83万千升,在最近今年公司大幅度发展,雪花单品牌已达到500万吨。本次设计对年产20万吨啤酒厂进行初步设计(其中包含10万吨纯生啤酒),原料采用麦芽和淀粉,因为小麦糖蛋白含量较高,泡沫好,花色苷含量低,有利于啤酒非生物稳定性,风味也很好,其发发酵速度快,富含α和β－淀粉酶,因此使用一定量的小麦芽为辅料;为使成品口感符合中国人的需求,并结合成本和能源消耗,提高糖化、发酵、过滤设备的利用率,本次设计采用高浓稀释的生产方式。为减少在生产过程中与氧的接触机会,糖化过程的醪液倒出方式均采用底部进料方式,本设计对啤酒生产过程中的糖化、发酵、过滤、包装进行了详细的物料平衡和热量平衡计算,对各工序的设备能力进行较为详细的计算和选型,采用国产、进口先进水平的设备,对工艺技术的实施提供有力的保障;对生产过程当中的耗水、耗电、耗汽、耗冷进行基础估算,并对成本进行简单的概算。在此基础上,对整个生产过程、全厂总布置进行简单的绘制。第二篇工艺流程工艺流程简介本设计选用中粮麦芽厂生产的中粮澳芽与承德麦芽按1:1的比例混合,然后用增湿粉碎机粉碎,加入糖化锅与水混合浸渍一段时间,使麦芽粉吸水膨胀,使酶溶出、恢复活力,再将麦芽醪液逐步加热升温。让麦芽醪液先在较低的温度下(50度)进行蛋白质分解,保持40分钟,使蛋白酶将蛋白质转化为易溶于水的胨、肽、氨基酸。在糖化锅进行的同时,将淀粉加入糊化锅与水、酶制剂混合进行糊化。当淀粉液化结束后,将糊化醪打入糖化锅内,与完成蛋白质分解的麦芽醪混合,使混合醪液达到淀粉糖化温度(68度),并保持40分钟,然后升温至72度保温10分钟,糖化彻底后,升温至78度并将醪液打入过滤槽进行过滤、洗糟,得到一定浓度的麦汁在煮沸锅内进行煮沸,在煮沸过程中加入酒花或酒花制品,最终得到定型热麦汁。热麦汁进入回旋沉淀槽,分离酒花糟和热凝固物,经过板式换热器,使其冷却至发酵所需温度,进入发酵罐,在酵母的发酵作用下,将可发酵性糖分解为酒精和CO2。发酵结束后经过滤机过滤后,得到清酒。清酒经包装车间灌装,得到成品啤酒。纯生啤酒生产在包装灌装之前,进行膜过滤除菌,刷洗干静的瓶子在灌装之前进行冲瓶灭菌确保无菌灌装,与酒液接触的气源必须经过颇尔过滤器过滤除菌,瓶盖和瓶盖输送系统在线灭菌,现代生产一般不对车间进行封闭,但冲瓶与灌装系统需要全封闭,车间应保持清洁干燥,纯生啤酒生产需要每生产两小时后,对灌装设备和车间进行刷洗灭菌。流程示意图成品成品淀粉糊化麦芽糖化混合醪液糖化过滤麦汁麦糟煮沸沉淀冷却发酵过滤包装酵母酶制剂CO2洗糟水酒花、麦汁澄清剂热凝固物冷凝固物脱氧水第三篇物料衡算和热量衡算第一章物料衡算(一)计算依据工艺采用双醪浸出糖化法、露天锥形发酵罐一罐法发酵100公斤混合原料投料,麦芽:淀粉:小麦芽＝55％:40％:5%(重量比)糖化冷麦汁浓度14°P原麦汁浓度B=17％啤酒生产损失率如下表项目名称代号％备注额定指标原料利用率φ98.5麦芽水分Wm5淀粉水分Wn13无水麦芽浸出率Em75无水淀粉浸出率En103原料配比麦芽m60淀粉n40损失率麦芽磨碎和清净损失Pm0.66投料量对发酵损失2.0％对冷麦汁量过滤损失0.5％对发酵液量酿造酒损2.5对冷麦汁量包装酒损1.5对清酒量(二)糖化物料计算麦芽清净磨碎损失重量(g)gm=m×Pm=60×0.66%=0.396公斤100公斤混合原料中含浸出物重量(E)G麦芽＝φ(m－gm)(1－Wm)Em=98.5%×(60－0.396)×(1－5%)×75%=41.8公斤G淀粉＝φn(1－Wn)×En=98.5%×40×(1－13%)×103%=35.3公斤则:E=G麦芽+G淀粉=41.8+35.3=77.1公斤糖化用水量计算(G水)糖化时原料利用率φ＝98.5％,原料含水量和糖化时水分蒸发量忽略不计。φ×E×(100－B)98.5%×77.1×(100－17)G水＝==370.78公斤B17麦糟的计算原料非浸出物＝原料重量×(1－原料水分)×(1－原料浸出率)×原料利用率麦芽中非浸出物＝60×(1－5％)×(1－75％)×98.5％＝14.04公斤淀粉中非浸出物忽略不计则每100公斤混合原料中含非浸出物与麦芽中非浸出物重量相等为14.04公斤设:由过滤槽排除的非浸出物即为麦糟,其含水量为80％－85％,现取80％则:湿麦糟重量＝14.04÷(1－80％)＝70.2公斤麦糟吸麦汁量当头号麦汁滤出后,残留在麦糟内液体是被原料内非浸出物吸收的头号麦汁,其吸收率即为麦糟的含水率(80％)。麦糟吸头号麦汁量为:70.2×80％÷(1－17％)＝67.66公斤头号麦汁收量:由100公斤混合原料可得17％麦汁量为:(原料浸出物含量×原料利用率)＋糖化用水量即:(E×φ)+W水＝(77.1×98.5％)＋370.78＝446.72公斤由于原料中非浸出物吸收部分麦汁,因此实际头号麦汁收量为:446.72－67.66＝379.06公斤洗糟用水量计算过滤槽的水平衡进出W1－糖化用水量＝370.78W4－麦汁带走的水量W2－洗糟用水量W5－麦糟吸收的水量W3－原料带进来的水量(1)由麦汁带走的水量(W4)最终麦汁浓度14％,麦汁煮沸后经沉淀槽和薄板换热气冷却时,由于麦汁自然蒸发,其浓度提高0.2％,因此,在煮沸锅煮沸后麦汁浓度为13.8％则煮沸后麦汁重量＝E×φ÷B=77.1×98.5%÷13.8%=550.31公斤按集团要求,取麦汁煮沸强度为8.5％,煮沸时间为75分钟,设煮沸锅内蒸发水分为W蒸。那么:W蒸＝煮沸前麦汁量×煮沸强度×煮沸时间即:W蒸＝(W蒸＋550.31)×8.5％×75÷60计算得W蒸＝65.34公斤则:煮沸前麦汁重量＝65.34＋550.31＝615.65公斤煮沸前麦汁浓度(B`)为B`=E×φ÷麦汁总量×100％＝77.1×98.5％÷615.65×100％＝12.34％过滤槽排出所有麦汁带出得水分W4为:W4=煮沸前麦汁重量－其中浸出物含量＝615.65－77.1×98.5％＝539.71公斤(2)麦糟带走得得水量(W5)w5=湿麦糟重量－湿麦糟中干物质重量＝70.2－14.04＝56.16公斤(3)原料带进的水量(W3)W3=(60－0.396)×5％＋40×13％＝8.18公斤则洗糟水量W2＝W5＋W4－W1－W3即W2＝56.16＋539.71－370.78－8.18＝216.91公斤热麦汁体积由上计算可知,煮沸结束后得浓度为13.8％的热麦汁,重量为550.31公斤,此13.8％麦汁的比重γ＝1.0552公斤/升,而100℃时的热麦汁比20℃时其体积膨胀系数为1.04因此热麦汁体积V=550.31÷1.0552×1.04=542.38升酒花计算设:酒花用量为每百升热麦汁添加干酒花量为0.2公斤则:每百公斤混合原料的酒花用量＝542.38×0.2÷100＝1.08公斤设:酒花在麦汁煮沸时浸出率为40％,湿酒花糟含水量为80％。则:湿酒花糟重=1.08×(1－40％)÷(1－80％)＝3.24公斤(三)澄清冷却物料计算澄清冷却损失占热麦汁体积的％,包括:1、酒花糟带走麦汁0.3％2、输送管路损失麦汁0.3％3、水分蒸发、体积收缩、热凝固物7.4％澄清冷却总损失8％则冷麦汁产量为:542.38×(1－8％)＝498.99升(四)主发酵计算发酵过程排出的CO2量每100升14％的发酵液可发酵性糖为9.3公斤,每2公斤可发酵性糖可生成1公斤CO2,则每100升发酵液可产生CO2量为9.3÷2＝4.67公斤由上述计算知每100Kg混合原料可得498.99升发酵液,发酵液中CO2的溶解量为0.3％则溶解在发酵液中的CO2含量为498.99×0.3%=1.50公斤每100Kg混合原料可回收CO2量为4.67－1.5＝3.17公斤主酵时间为6天则每100Kg混合原料每天可回收CO2量为3.17÷6＝0.53公斤酵母产量设:每百升麦汁在发酵后形成1.5－2.5公斤泥状酵母,取其平均值2.0公斤则:酵母产量＝498.99×2.0÷100＝9.97(公斤)设:主酵形成泥状酵母,(含水量为85％),平均40％用于再生产菌种,60％用于制造商品干酵母粉(含水量为7％)。则:商品干酵母＝9.97×(1－85％)×60%÷(1－7％)＝0.966公斤(五)发酵后啤酒收量设:啤酒在发酵期间损失为:泡盖、酵母沉降及输送等体积损失为冷麦汁的2.0％。那么(嫩啤酒)发酵液产量＝498.98×(1-2.0％)＝489.0升(六)过滤清酒量过滤酒损为0.5％(由于酒头排放而形成的损失,过滤机内酒液和管路内酒液采用CO2备压进行回收)。得到14％浓度清酒量＝489×(1－0.5％)=486.5升由14％高浓稀释为11％的清酒量＝486.5×14÷11＝619升酿造酒损＝(冷麦汁量－清酒量)÷冷麦汁量＝(498.98－486.56)÷498.98＝2.5％(七)成品酒的计算包装酒损为1.5％14度高浓成品啤酒量＝486.5×(1-1.5％)＝479.211度成品酒产量＝619×(1－1.5％)＝609.7升成品酒总收率＝成品啤酒量÷热麦汁量＝479.2÷548.32＝88.36％瓶装啤酒容量为0.63升/瓶则瓶装啤酒数＝609.7÷0.63＝967.77瓶11度啤酒每升重1.012公斤吨啤酒粮耗＝投料量÷成品啤酒量÷密度＝100×1000÷609.7÷1.012＝162.07公斤(八)酿造车间物料消耗如下:项目消耗(对11度清酒)过滤硅藻土Kg/Kl清酒1.1酸＋碱性洗涤剂Kg/Kl清酒0.20碱片Kg/Kl清酒0.45消毒剂Kg/Kl清酒0.35过滤袋个/Kl清酒0.0007(八)包装车间各种物料消耗如下:项目消耗碱片(Kg/Kl啤酒)1.7洗瓶剂(Kg/Kl啤酒)0.30商标胶(不贴背标)0.33商标胶(贴背标)0.50润滑剂(Kg/Kl啤酒)0.08过滤袋(个/Kl啤酒)0.0017瓶耗用(个/Kl啤酒)(630ml)1595盖耗用(个/Kl啤酒)(630ml)1597标耗用(个/Kl啤酒)(630ml)1589喷码油墨(升/Kl啤酒)0.0005喷码清洗液(升/Kl啤酒)0.0008喷码稀释液(升/Kl啤酒)0.0008美容剂(升/Kl啤酒)0.07啤酒瓶数量=609.7÷1000×1595=972.47个盖耗用＝609.7÷1000×1597＝973.69个标耗用＝609.7÷1000×1589＝968.81个年产11度20万吨成品啤酒其体积为19.76万米3由上述物料平衡计算可知1米3成品啤酒和20万吨成品啤酒(1.976×105M3)的物料消耗如下:物料名称单位以100公斤混合原料为计算依据以1米3成品啤酒为计算依据20万吨成品啤酒为计算依据混合原料用量公斤100164.01324.08×105麦芽用量公斤5590.2178.23×105小麦芽用量公斤58.216.18×105淀粉用量公斤4065.6129.63×105酒花公斤1.081.773.50×105热麦汁量公斤542.38889.501757.65×105冷麦汁量升498.99818.341617.04×105发酵液量升489.0801.961584.67×105CO2回收量公斤3.175.210.28×105商品干酵母量公斤0.9661.583.12×10514度清酒量升486.5797.861576.57×10511度清酒量升6191015.16.96×10511度成品啤酒量升609.710001976×105瓶装酒瓶数个967.771587.143136.19×105过滤硅藻土Kg/Kl清酒0.681.112.2×105湿麦糟量公斤70.2115.13227.50×105湿酒花糟量公斤3.245.3110.49×105糖化用水量公斤370.78608.081201.57×105洗糟用水量公斤216.91355.73702.92×105啤酒瓶数量个972.471594.853155.38×105瓶盖数量个973.691596.853155.38×105标数量个968.811588.843139.55×105第二章热量计算本设计采用双醪浸出糖化法。糖化过程热量计算(一)糖化工艺参数如下:糊化料水比1:3.7糖化加水比1:3.7工艺流程图如下:其中的投料量为糖化一次用料量。糖化锅50℃糊化锅50℃↓↓(20～30min)↓70℃(15min)↓(30min)↓↓(10min)↓(25～30min)68℃(60min)←———————95℃(10min)↓72℃(10min)(碘液反应完全)↓(15min)78℃——→麦汁过滤(3)每批次投料量的计算每年旺季生产量占总生产量的70％,投产天数为200天,日投产批次为8批每批使用混合原料量为324.08×105×70％÷200÷8＝1.42×104公斤麦芽用量＝1.42×104×55％＝7810公斤小麦芽用量＝1.42×104×5％＝710公斤淀粉用量＝1.42×104×40％＝5680公斤根据工艺糖化锅水量＝(7810＋710)×3.7＝31524公斤糖化醪量＝7810＋710＋31524＝40044公斤糊化锅水量＝5680×3.7＝21016公斤糊化醪量＝5680＋21016＝26696公斤糖化投料水量＝21016＋31524＝52540公斤(4)糊化醪和糖化醪比热计算谷物干物质比热C0=0.37千卡/公斤℃水的比热C水＝1.0千卡/公斤℃∴C麦芽＝0.37×(1－5％)＋1×5％＝0.401千卡/公斤℃C淀粉＝0.37×(1－13％)＋1×13％＝0.45千卡/公斤℃C淀粉×G淀粉＋C水×G水C糊化醪＝G淀粉＋G水＝(0.45×5680＋1×21016)÷(5680＋21016)＝0.88千卡/公斤℃C麦芽×G麦芽＋C水×G水C糖化醪＝G麦芽＋G水＝(8520×0.401＋1×31524)÷(8520＋31524)＝0.87千卡/公斤℃(5)糖化下料水耗热量Q1糖化下料水由自来水和薄板冷却用冰水与麦汁热交换得到的热水混合得到∴糖化下料水耗热量Q1＝0(6)糊化锅醪液有50度升至95时所耗用的热量Q2:Q2＝糊化锅醪液量×C糊化醪×温差＝26696×0.88×(95－50)＝1057161.6千卡(7)糊化锅水分蒸发带走的热量Q3设75度保温和95度保温时每小时蒸发量为4％、水汽化热为539.4千卡/公斤Q3＝26696×0.04×539.5×(25÷60)＝240041.5千卡(8)合醪后温度W计算由工艺知,糊化醪释放热量与糖化醪升温热量相等即;0.88×26696×(95-W)=40044×0.87×(W-50)经过计算得W＝68.1度与工艺要求相符(9)糖化锅由68度升至78度耗热量Q4由于糊化醪和糖化醪比热相当,取合醪后糖化醪比热为0.88千卡/公斤℃Q4＝52540×0.88(78－68)＝462352千卡(10)设在糖化过程中环境吸热及加热糊化锅和糖化锅等热量损失为15％(11)糖化过程需热量QQ=(Q2＋Q1＋Q3＋Q4)×1.15=(0＋1057161.6＋240041.5＋462352)×1.15=1775045.4千卡(二)麦汁过滤过程热量计算洗糟水由薄板冷却用冰水与麦汁热交换得到的热水得到洗糟水温度控制76－78度,洗糟水量由物料平衡计算为1.42×104÷100×216.91＝30801.22公斤投料一次可得冷麦汁量由物料平衡计算为1.42×104÷100×498.99＝70856.58公斤麦汁冷却水量与冷麦汁量比例为1:1,洗糟用水不用外加冷水由第十章好冷计算知,热交换的热水温度能达到工艺要求(三)麦汁煮沸过程耗热量Q根据物料平衡每100公斤原料得煮沸前麦汁615.65公斤,则每批次投料量得煮沸前麦汁量＝1.42×104÷100×615.65＝87422.3公斤,煮沸前麦汁初温为75℃,麦汁(11°P~12°p)比热为0.945千卡/公斤℃(1)麦汁由75℃加热至沸点耗热量Q1Q1＝87422.3×0.945×(100－75)＝2065351.8千卡(2)蒸发时耗热量Q2麦汁煮沸时间75分钟,煮沸强度8.5％则Q2＝87422.3×75÷60×8.5％×539.4＝5010281.3千卡(3)加热煮沸锅耗热量Q3煮沸锅采用不锈钢材料,比重7900KG/m3每100公斤原料现需煮沸锅容积为800～900升,取800参数,则煮沸锅容积V＝1.42×104÷100×800＝113600升,由后面计算知煮沸锅重量W约23000公斤,不锈钢比热为0.097千卡/公斤℃,取煮沸锅温为30度Q3＝23000×0.097×(100－30)＝156170千卡(4)煮沸总耗热量Q设:煮沸时热损失为15％,则Q=(Q1＋Q2＋Q3)×1.15＝(2065351.8＋5010281.3＋156170)×1.15＝8316573.6千卡(四)糖化一次耗用蒸汽量D使用表压为0.25MPa的饱和蒸汽热焓i=648.7千卡/公斤间接加热得热效率η＝0.95每糖化一次总热量∑Q=糖化过程需热量＋麦汁过滤过程热量＋麦汁煮沸过程耗热量=1775045.4＋0＋8316573.6=10091619千卡D＝∑Q÷(i-100)÷η=10091619÷(648.7-100)÷0.95=19359.9公斤化成每100公斤混合原料投料,糖化时耗蒸汽量为19359.9÷1.42×104÷100＝136.3公斤(五)、糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax糖化过程各步骤中麦汁煮沸耗热量最大,煮沸时间为1.25h,热效率95%:Qmax=Q煮沸/1.5×95%=8316573.6/1.5×95%=5836192千卡相应的最大蒸汽耗量为:Dmax=Qmax/(I-i)=5836192/(684.7-100)=9981.5公斤(六)、蒸汽单耗根据设计每年糖化次数200×8/0.7=2285次,生产啤酒20万吨年耗蒸汽总量为:DT=D×2285=19359.9×2285=44237371.5kg(七)、酿造车间吨啤酒耗汽为44237371.5÷20万吨＝0.22吨/吨酒发酵过程热量衡算发酵工艺曲线:9℃保温24h—24h升温至11度保温144h—48h降温至3度—48h降温至-1度贮酒(一)主酵间放热Q1主发酵时麦汁的真正发酵度为50％主酵期间被发酵的麦芽糖为WW=498.99×1.42×104÷100×1.056×0.14×0.5=52377.08公斤麦芽糖发酵反应总方程式如下:C12H22O11＋H2O＋4ATP＋4Pi＝4C2H5OH＋4CO2＋4ATP＋能量每分子麦芽糖发酵将释放出-48.8～-72千卡的自由能,此自由能将转化成热能,使麦汁升温,取平均值为58千卡/克分子则每公斤麦芽糖发酵的放热量q为q=58÷342×1000=169.6千卡/公斤式中342为麦芽糖的分子量那么主发酵时发热Q1＝W×q＝52377.08×169.6＝8883152.8千卡(二)发酵液降温放热Q2发酵液从11℃将至3℃放热Q2＝498.99×1.42×104÷100×1.056×0.93×(11－3)＝556036.4千卡(三)后发酵放热Q3后发酵时发酵度由50％提高到67％,则发酵的麦芽糖为W=489.0×1.42×104÷100×1.015×0.14×(67－50)＝167741.4公斤Q3＝169.6×167741.4＝28448941.4千卡1.015—嫩啤酒的比重(四)发酵液从3℃将到－1℃放热量Q4Q4=489.0×1.42×104÷100×1.015×0.955×(3＋1)=269232.0千卡0.955—后酵啤酒比热千卡/公斤℃(五)冰水从18度降至2度放热量Q5由耗冷估算知每批麦汁冷却需冰水量为72940.4公斤,设每次制造冰水量为80吨,则放热量Q5＝1280000千卡(六)发酵过程总放热量∑Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5=8883152.8＋556036.4＋28448941.4＋269232.0＋1280000=39195153.6千卡三、包装过程热量(一)洗瓶机用汽量计算公式:D=jN式中:j—每1000瓶洗瓶时,每小时所耗蒸汽量,经验数据为15公斤N—千瓶数,每1000瓶为1由物料衡算知,每批需洗瓶量为967.77×142＝137423.34个洗瓶机为36000瓶/h洗瓶机工作时间为137423.34÷36000＝3.8小时洗瓶机每小时耗汽360000÷1000×15＝540公斤每批耗汽540×3.8＝2052公斤全年耗汽2052×2285＝4688820公斤(二)杀菌机用汽量据实际经验,每1000瓶啤酒经过杀菌机耗蒸汽量为100公斤则每批耗汽量为100×137423.34÷1000＝13742.3公斤全年耗汽量为100×3155.38×105÷1000＝31553800公斤(三)包装耗汽量为4688820＋31553800＝36242620公斤吨啤酒包装＝362620÷20万吨＝0.18吨/吨酒四、其它耗汽为0.02吨/吨酒五、总耗汽量为0.02＋0.18＋0.22＝0.42吨/吨酒第四篇设备计算糖化设备一、斗式提升机斗式提升机常见于将物料垂直提升到一定高度,以便物料借重力自流下降。当前中国生产的斗式提升机的型式有D型,HL型,PL型。D型是采用橡胶带为牵引构件,HL型是以锻造的环型链条为牵引构件,PL型是采用板链为牵引构件。发酵工厂最常见的是以橡胶带牵引的D型斗式提升机。1、麦芽输送机的计算麦芽由斗式提升机运送到贮箱,要求在1小时内完成,麦芽糖化一次定额8520㎏,干麦芽密度为500㎏/m3。输送一次麦芽体积V＝8520/500＝17.04m3麦芽每小时输送量为17.04/1＝17.04m3/h淀粉输送机的计算淀粉上料采用斗式提升机糖化一次淀粉定额5680㎏,淀粉密度800㎏/m3输送一次淀粉体积V＝5680／800＝7.1m3上料时间为40分钟淀粉每小时输送量7.1÷60×40＝4.7m3/h麦芽和淀粉的输送各用一台斗式提升机能够满足输送需要。3、斗式提升机选型查《发酵工厂设计概论》P134选型。选用D250型深斗S制P134表6-10输送量35m3/h料斗宽250mm容量3.2L斗距400MM输送胶带宽度300㎜层数5外层厚1.5㎜每米长料斗及带重10.2㎏料斗运行速度1.25m/s转动滚筒转速47.5r/min电机功率5.5kw生产能力计算Q=3.6(v/a)rωø式中Q－斗式提升机的生产能力V－斗的容积(L)a－相邻两斗的距离(m)ω－料斗的提升速度(m/s)ø－料斗的填充系数,一般为0.7－0.8,取0.8r－物料的重度(t/m3)Q＝3.6×(3.2/0.4)×0.5×1.25×0.8＝14.4(t/h)>17.04(t/h)∴本设计选用D250型斗式提升机完全符合要求。二、原料暂贮罐1、麦芽暂贮罐(1)所需容积的计算每批投料量G＝8520㎏麦芽容积γ＝500㎏/m3有效容积系数φ＝0.8实际容积V＝G/φγ＝8520/(500×0.8)＝21.3m3(2)结构:采用方型斜锥底,铁皮钢架结构。设定箱内尺寸长:3500mm宽:3000mm高:2500mma＝500mmb＝500mmh＝1800mmV＝Abh+h/6×(2AB+Ab+aB+2ab)＝33.675m3>21.3m3∴符合要求三、粉碎机1、粉碎的意义:啤酒厂原料的粉碎大多使用辊式粉碎机,主要用于粉碎麦芽和大米。常见的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式。在啤酒生产中,为了加速蒸发、糖化、发酵的反应速度,对于使用的固体原料常需将其粉碎。粉碎效果的好坏,不但直接反应出粉碎操作的合理性和经济性,而且会间接影响到蒸煮、糖化、发酵的效果。由于本次设计采用淀粉原料不需粉碎,只对麦芽粉碎机进行计算2、麦芽粉碎机的计算(1)、生产能力的计算每批投麦芽量为8520㎏,粉碎时间为0.5小时,能力为17吨/小时粉碎机的生产能力Q=60bLπDnγφ(㎏/h)式中:Q——粉碎机的生产能力(㎏/h)b——两辊间隙,取b=0.00035L——辊子长度,取L=10000mmD——辊子直径,D=420mmN——辊子的转数(r/min)n=60v/πDV——辊子的圆周速度,一般为2-5m/s,取4m/sγ——麦芽的容重,500㎏/m3φ——容积系数,一般φ=0.5-0.7,取φ=0.7所选粉碎机符合要求(2)、功率的计算据经验,粉碎机每500㎏麦芽的功率消耗为1KW。每批次消耗的功率为8520/500×1=17.04K选型:采用能力为20吨/小时的MSK-A型增湿粉碎机特点:由料位、变频供料及水温调节组成的浸麦控制系统,能满足不同质量的麦芽得到最佳浸泡效果混合仓液位及变频料浆泵系统能确保料、液均匀混合,自动调节进醪速度,能有效的防止进料时吸入多量的氧气(选配)自动充入CO2进行绝氧粉碎(选配)粉碎供料变频调速,料、水比恒定能防止塞机阻糊化锅设计糊化锅为圆柱形器身,半球形夹层底和弧形顶盘组合的容器。夹层底通入2㎏/㎝2蒸汽。靠近锅底处有螺旋式搅拌器,锅底下装有出料阀。蒸汽冷凝水从夹套底部排管排出。不凝性气体从蒸汽夹套上方的导出管用旋塞间歇放出。糊化醪与糖化醪在两锅间的输送经底部的管用泵压送。锅侧身有8个耳架,借以安装在楼层的横梁上。锅盖上开设1个孔,锅盖的顶部设有排气管;设有一个用于刷洗的喷球。根部还设有排气孔门,根据需要调节其启闭程度。顶上设有风帽,防止飞鸟进入及风雨倒灌,锅盖上装有下粉筒装置。为避免粉尘扬起,在下粉时有冷热水同时进入。锅盖上还装有压力表、温度和照明灯,并设有醪液进口。糊化锅的材料采用不锈钢制成。不锈钢材料结实,美观,耐热,耐压,价格低廉,性能好。(一)、糊化锅设计计算1、糊化锅主体尺寸计算(1)、糊化锅容积计算糊每批次投料糊化醪量为26696公斤糊化醪密度为γ=1059㎏/m3V有=G1/γ=26696/1059=25.21m3糊化锅容积V=V有/φ=25.21/0.7=36m3式中φ——糊化锅的容积系数,取φ=0.7(2)、糊化锅直径主体尺寸以半球底计算。糊化锅的直径为D=1.15V0.33=1.15×360.33=3.75m糊化锅的高度H,为了有利于液体循环及有更大的加热面积,取D:H=3:2则H=2D/3=2×3.75/3=2.5m升气筒直径d1,查《啤酒工程原理及设备》P207,升气筒的截面积为液体蒸发面积的1/30——1/50,取1/40则d1=(1/40)0.5×D=0.593m升气筒长15m人孔设计为单门圆形,直径d人=0.55m.(3)糊化锅厚度计算糊化锅圆筒体锅体壁厚计算依据《化工机械基础》进行计算σ=PD/{2[σ]φ}+C式中:P——试压压力,P=3kg/cm2D——锅体直径,D=4.02m[σ]——材料的抗拉压能力,[σ]=1100kg/cm2φ——爆封强度系数,φ=0.7C——腐蚀强度,C=0σ=3×3.75/(2×1100×0.7)+0=0.0073m取σ=8mm,即壁厚b1=8mm糊化锅锅底厚度计算锅底为半球形,依据《化工机械基础》进行计算σ=PD/{4[σ]φ-P}+C1+C2+C3式中:P——试压压力,P=3kg/cm2D——锅体直径,D=4.02m[σ]——材料的抗拉压能力,[σ]=1270kg/cm2φ——爆封强度系数,φ=0.7C——腐蚀强度,C1=0.002,C2=0,C3=0.004σ=3×3.75/[(4×1270×0.7)-3]+0.002+0+0.004=0.0092m取σ=10mm,即锅底b2=10mm2、搅拌器选型计算(1)搅拌器的作用,形式搅拌器的作用是对糊化醪进行搅拌,使锅内醪液混合均匀,强化传热使各处温度相当。这样就能较好的控制工艺条件,加速糊化工艺的进程,缩短操作时间,提高工作效率。搅拌器的结构形式和外观尺寸由工艺条件确定,搅拌器由生产过程的控制类型及主要控制因素选定。糊化锅的搅拌器是用于搅拌物料的,选择弯曲叶浆式搅拌器。搅拌器的转动是经过电机带动搅拌轴转动来实现的。搅拌器转速取20-40r/min,圆周速度取3-4m/s。(2)搅拌器直径搅拌叶直径不宜过大,过大则消耗功率大,过短,过小则搅拌效果差,达不到预定目的。因此搅拌叶直径适中为佳,一般取锅体的2/3。d2=2/3×3.75=2.5m(3)搅拌轴的计算搅拌轴截面积,强度,刚度的计算校核是保证搅拌器能够正常安全工作的前提。搅拌轴的特点是轴细长,搅拌器设在轴一端,轴主要载荷是扭转载荷,弯曲载荷和轴向载荷等。由于轴向载荷可忽略,弯曲载荷不易计算,因此轴载荷按扭转载荷计算。轴强度计算轴扭转强度条件:τ最大=Mn/Wn≤[τ]式中:τ最大——截面上最大剪切力,公斤力/cm2Mn——轴所传递的扭矩,公斤力/cmWn——圆轴的抗扭矩,cm3[τ]——轴材料的许用剪应力,公斤力/cm2对于实力转轴:Wn=16π/d3⑴又:Wn=Mn/[τ]⑵搅拌轴的扭矩Mn是由工艺上选定的轴传递功率N和转速n求出,即Mn=97400N/n⑶N——搅拌轴的传递功率,Kwn——搅拌轴转速,r/min将⑴,⑶代入⑵中,得πd3/16≥97400N/n[τ]即d≥{97400×16/π[τ]}1/3×(N/n)1/3令A={97400×16/π[τ]}1/3则d≥A(N/n)1/3以45号钢作轴材料,取[τ]=310kg.N/cm2则A=11.7,n=30r/min算得d≥9.45cm=94.5mm,圆整到96mm轴刚度计算搅拌轴需进行刚度计算校核是为了防止轴产生过大的扭转变形,而在运转中引起震动,造成密封失败。因此应把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内。工程上是以单位长度的扭转角φ0不得超过许用扭转角[φ0]作为扭转的刚度条件,即:φ0=Mn/GJn×100×180/π≤[φ0]式中:φ0——轴扭转变形的扭转角度,米G——剪切弹性系数,kg.N/cm2,对于碳钢和合金钢,G=8.1×105kg.N/cm2Jn——截面的横贯性矩,cm4,对于实心圆轴Jn=πd3/32φ0——许用扭转角,依据实际情况确定,选择φ0=1/2度/米将Mn=71620N/n和J=πd4/32代入φ0得d≥B(N/n)1/4或 d≥eMn1/4式中:B,e为系数,当轴材料为G=8.1×105kg.N/cm2,φ0=1/2度/米时,B=10e=0.62N=17×0.93=15.81Kwn=30r/min算得d=8.64cm=86.4mm因轴为固定连接时,会在同一截面上开有两个键槽或浅孔,因此轴径应增大7-10%,即:轴径d=86.4×(1+8%)=93.3mm依据标准选取d=94mm。(4)糊化锅搅拌器功率的计算1.雷诺准数Re=D02nγ/μ式中:D0——搅拌器直径,mn——搅拌器转速,取n=0.5r/sγ——醪液密度,γ=1059㎏/m3μ——液体绝对粘度,μ=0.002㎏/m.s代入得Re=2.52×0.5×1059/0.002=1654687.5功率准数Np=A/Re+B1[(103+1.2Re0.66)/(103+3.2Re0.66)]P(HL/D)(0.35+B/D)(sinθ)1.2糊化醪重26696kg,则V糊化醪=26696/1059=25.21m3液面高HL=4V/πD2=2.28m先求出D0/D,B/D之值,公式中A,B1,P之值均可由表查出。D0/D=0.667B/D=0.11/3.75=0.0293式中D0——搅拌器直径D——锅身直径B——搅拌液实际宽度根据D0/D、B/D之值,查《啤酒工艺手册》得A=19.7;B1=0.40;P=1.1搅拌叶与旋转平面所成角度θ=600代入得Np=0.09kw3.搅拌器需要功率N需=NPγn3D05/102g式中g——重力加速度,9.81m/sD0——搅拌器直径,mn——搅拌器转速,取n=0.5m/sγ——醪液密度,γ=1059kg/m5代入得N需=NPγn3D05/102g=0.09×1059×0.53×2.55/(102×9.81)=1.163kw4.电动机所需功率N电=K(K1N需+NT)/η总式中:K——电动机贮备系数,K=1.2-1.4,取K=1.3K1——阻力系数,K1=2-2.4,取K=2.2NT——克服传动机结构和轴封中损失功率取NT=0.5η总——传动机总效率,取η总=0.4N电=K(K1N需+NT)/η总=1.3×(2.2×1.163+0.5)/0.4=9.94kw选电机型号IH65-40-250功率15Kw转速30r/min4、糊化锅重量计算设计中,糊化锅壁和顶盖厚b1=8mm,锅底壁厚b2=10mm,升气筒壁厚b1=3mm,升气筒长15m.不锈钢比重7900㎏/m3(1)锅身重G1=πDδ1Hr=3.14×3.75×2.5×0.008×7900=1860.5㎏(2)锅底重G2=0.5πD2δ2r=0.5×3.14×3.752×0.01×7900=1744.2㎏(3)锅顶重G3=[π(D/2+d1/2)(D/2-d1/2)/sin120°]δ3r+πd1lδ3r=[π(3.75/2+0.593/2)×(3.75/2-0.593/2)/sin120°]×0.003×7900+3.14×0.593×15×0.003×7900=956.5㎏(4)其它设电动机,减速器,搅拌器,G=350㎏糊化锅总重量G=1860.5+1744.2+956.5+350=4911.2㎏糊化锅主要规格表项目单位规格项目单位规格有效容积ｍ325.21锅身壁厚㎜8实际容积ｍ336锅底壁厚㎜10工作压力锅内锅底夹层㎏/㎝2常压锅顶壁厚㎜3㎏/㎝20.75升气筒长㎜1500最高工作温度℃100升气筒直径㎜593锅直径㎜3750搅拌器功率KW1.774圆柱高度㎜2500电动机功率KW14.31搅拌器直径㎜2500总重㎏4911.2五、糖化锅设计糖化锅主要作用是进行麦芽粉的蛋白分解作用,并与糊化醪混合,维持醪液在一定的温度,使醪液进行淀粉糖化。1、型式与结构采用不锈钢材料,圆柱形器身,半圆形夹层底和弧形顶盖的容器,底部附有夹套,靠近锅底处设有桨式搅拌器,锅底下有2个出料阀,锅盖上开设1个人孔拉门。锅盖顶部设有排气管和照明灯及刷洗用喷球一个,锅底设有温度传感器,并设有醪液进出口。2、糖化锅的计算(1)、糖化锅容积计算糖化锅加水比为1:3.7麦芽醪重量G2=40044㎏并醪后总重G=26696＋40044＝66740㎏查《啤酒工艺手册》,糖化醪密度为:γ=1074㎏/m3则糖化醪体积V有=G/γ=66740/1074=62.14m3糖化锅容积V=V有/ф=62.14/0.7=88.77m3其中:ф——糖化锅容积系数,取ф=0.7糖化锅直径D为:D=1.366V0.33=1.366×88.770.33=6.0m糖化锅高度H,为有利于液体的循环及有更大的加热面积,取D:H=2:1则H=0.5D=0.5×6.0=3.0m糖化锅升气筒直径d1=(1/40)0.5D=0.945m升气筒长15m搅拌器直径d2=2D/3=2×6/3=4m(2)、糖化锅搅拌器功率的计算(1)雷诺准数Re=D02nγ/μ式中:D0——搅拌器直径,mn——搅拌器转速,取n=0.5r/sγ——醪液密度,γ=1074㎏/m3μ——μ液体绝对粘度,μ=0.002㎏/m.s代入得Re=42×0.5×1074/0.002=4296000(2)功率准数Np=A/Re+B1[(103+1.2Re0.66)/(103+3.2Re0.66)]×(H/D)(0.35+B/D)(sinθ)1.2D0/D=4/6=0.67B/D=0.11/6=0.018式中D0——搅拌器直径D——锅身直径B——搅拌叶实际宽度由D0/D、B/D之值,查《啤酒工艺手册》图8-2-6得A=17.3图8-2-7得B1=0.37图8-2-8得P=1.08糖化锅液面高度H=V/(πD2/4)=62.14/(3.14×6.02/4)=2.2m搅拌叶与旋转平面所成角度θ=600代入得Np=0.082(3)搅拌器需要功率N需=NPγn3D05/102g式中g——重力加速度,9.81m/sD0——搅拌器直径,mN——搅拌器转速,取n=0.5m/sγ——醪液密度,γ=1074㎏/m3代入得N需=19.63KW(4)电动机所需功率N电=K(K1N需+NT)/η总式中:K——电动机贮备系数,K=1.2-1.4,取K=1.3K1——阻力系数,K1=1.1-1.3,取K=1.2NT——克服传动机结构和轴封中损失功率取NT=0.5η总——传动机总效率,取η总=0.5N电=1.3×(1.2×19.63+0.5)/0.5=62.55查《材料与零部件》选电动机型号(5)糖化锅锅体重量设锅外壁厚8mm,锅底内壁厚10mm,升气筒厚18mm.不锈钢比重7900㎏/m3,锅顶壁厚3mm,夹层空隙30mm(一)锅身重G1=πDHδ1Hr3.14×6.0×3.0×0.008×7900=3572.1㎏(二)锅底重G2=0.5πD2δ2r=0.5×3.14×6.02×0.01×7900=4465.08㎏(三)锅顶升气筒重(近似看成锥形)G3=π[(D/2+d/2)(D/2-d/2)/2]/sin120°δ1r+πdlδ3r=3.14×[(6.0+0.945)/2×(6.0-0.945)/2]/sin120°×0.003×7900+3.14×0.945×0.003×15×7900=1620㎏(四)估计电动机,减速器,搅拌器,CIP等近似G4=500㎏(五)糖化锅总重=3572.1+4465.08+1620+500=10157.18㎏(6)糖化锅主要规格表名称糖化锅有效容积m362.14容积m388.77工作压力㎏/㎝2锅内常压锅底夹层0.75最高工作温度0c100锅身8(不锈钢)锅底10(不锈钢)锅顶3(不锈钢)搅拌器直径㎜4000升气筒直径直径㎜945糖化锅重量㎏10157.18六、过滤槽1、型式与结构过滤槽用于过滤糖化后的麦糟使麦汁与麦糟在短时间内分开,从而得到澄清的麦芽汁。采用不锈钢圆柱形槽身,在平底上面有一层与平底平行的过滤筛板,采用国际水平的铣槽筛板,可液压升降耕刀,槽顶为圆锥体,槽顶开有封闭人孔,可嘹望,锅顶设有4个喷球,由于洗糟和工艺刷洗2、过滤槽的主体计算(1)、麦层厚度麦糟层厚度不宜太厚或太薄,太厚会延长过滤时间,太薄麦汁滤出太快,麦汁澄清度低,麦糟易冷却,过滤效率减弱,一般麦糟层厚度0.3-0.4m适宜,取0.4m.(2)筛板面积S=(G0y1+G01y)/h式中:G0——每次投料的麦芽量(t)y1——每吨麦芽产生的麦糟体积(m3/t),取y=0.4m3/tS=8520×1.9/0.4=40.47㎡(3)、有效容积麦汁过滤槽的有效容积与糖化锅的有效容积相同则V有=62.14m3H有=V有/S=62.14/40.47=1.53m(4)、过滤槽高度H=H有+H余式中:H余为300-400㎜,取H余=400㎜则H=1.53+0.4=1.93m(5)、过滤槽直径D=(4S/π)0.5=(4×40.47/3.14)0.5=7.18m(6)升气筒直径升气筒的截面积为液体蒸发面积的1/30-1/50,取1/40则d1=(1/40)0.5D=(1/40)0.5×7.18=1.14m升汽筒长15m(7)过滤槽内耕糟装置的转速A、耕糟时转速0.25-0.4r/minB、出槽时转速4-5r/min(8)过滤槽槽底与筛板间距槽底与筛板间距至少应大于槽底管口直径的1/4,设麦汁管口直径d=40㎜查《啤酒工业手册》表8-2-3得,过滤槽槽底与筛板间距为d/4+(5-8),则间距为40/4+8=18㎜因此,筛底装置清洗管喷嘴和排污阀,可在不拆开筛板时进行清洗排污。(9)过滤槽搅拌器功率计算雷诺准数ReRe=D02nγ/μ式中:D0——搅拌器直径,取6.8mn——搅拌器转速,取n=4r/min=0.067r/sγ——醪液密度,γ=1074㎏/m3μ——液体绝对粘度,μ=0.002㎏/m.s带入得Re=1663668阻力系数由Re值,查《啤酒工业手册》图8-2-13得,ξ′=0.85取校正系数f=2则ξ=f×ξ′=2×0.85=1.7搅拌器需要功率N需=ξγn3D05/102g式中:g——重力加速度,9.81m/s2D0——搅拌器直径,mN——搅拌器转速,取n=0.067r/sγ——醪掖密度,γ=1074㎏/m3带入得N需=1.7×1074×0.0673×6.85/(102×9.81)=7.98KW电动机所需功率N电=K(K1N需+NT)/Η总式中:K——电动机贮备系数,K=1.2-1.4,取K=1.3K1——阻力系数,K1=1.8NT——克服传动机结构和轴封中阻力损失功率0.5η总——传动机总效率,取η总=0.4N电=1.3×(1.8×7.98+0.5)/0.4=48.3KW(10)、过滤槽的重量计算设槽身壁厚8㎜,槽底内壁厚10㎜,升气筒厚3㎜,升气筒长15m,钢比重7900㎏/m31.槽身重G1=πDHδ1r=3.14×7.18×1.93×0.008×7900=2750㎏2.槽底重G2=0.5πD2δ2r×3.14×7.182×0.01×7900=6394㎏3.槽顶及升气筒重G3=π[(D/2+d/2)(D/2-d/2)]/sin120°δ6r+πdlδ3r=3.14×[(7.18+1.14/2×(7.18-1.14)/2)/sin120°×0.003×7900+3.14×1.14×15×0.003×7900=1888㎏G总=2750+6394+1888=11032㎏过滤槽主要规范如下:名称过滤槽有效容积m362.14液面高度m1.53工作压力㎏/㎝2(槽内)常压槽身直径m7.18圆柱高度m1.93壁厚㎜槽身8(不锈钢)槽底10(不锈钢)槽顶3(不锈钢)重量㎏11032七、麦汁暂存罐麦汁暂存箱以装下头号麦汁为宜,头号麦汁过滤时间为45—90分钟,取1.5小时,能够给糖化节约1.5小时。1、体积计算由物料衡算得头号麦汁量为379.06×14200÷100＝53826.52公斤换算成体积为:53826.52/1042=51.66ｍ3则麦汁暂存箱体积为:51.66m3取容积系数为0.85,则总容积为51.66/0.85=60.77m3取65m3取D:H=1:2V总=πD2H/4+2πD3/24得D=3.28mH=6.56m查表得公称直径Dg=3400mm曲边高度h1=850㎜直边高度h2=50㎜内表面积F=13.0㎡容积V=5.60m32、重量计算(设壁厚为10㎜)G=(πDHδ+2Fδ)r=(3.14×3.28×6.56×0.01+2×0.01×13.0)×7900=7391.46kg八、煮沸锅煮沸锅用于麦汁的煮沸和浓缩,蒸发掉多余的水分,使麦汁达到一定浓度,并加入酒花,使酒花中所含的苦味及芳香物质进入麦汁。(一)、型状与结构麦汁煮沸锅的结构形式与糊化锅基本相同,因为麦汁煮沸锅需要容纳全部麦汁,因此容积较大。在锅顶上有人孔,便于观察麦汁量,锅内设有液量标尺。在锅身上部还有一圈开有小孔的喷水管,便于清洗锅壁,其它与糖化锅相同。(二)、主体尺寸有效体积:有物料衡算得热麦汁量G=542.38×142=77017.96公斤体积V＝77017.96÷1042＝73.9m32、煮沸锅容积V=V有/Φ=73.9/0.7=105.6m3锅身高H=D/2;V=D/2×π×(D/2)2带入数据得D=6.45m;H＝3.2m4、升气筒直径dH=(1/40)1/2D=1.02m6、搅拌器直径D0=2/3D=4.3m7、搅拌器功率r=1048kg/m3n=0.5r/s雷诺准数Re=D02nr/μ=4.32×0.5×1048/0.002=56812.45功率准数Np=A/Re+B1×[(103+1.2Re0.66)/(103+3.2Re0.66)]P×(H/D0)(0.35+B/D)(sinθ)1.2液面高H=V有/(πD2/4)=3.11D0/D=4.3/6.45=0.667B/D=0.11/6.45=0.017查《啤酒工艺手册》P448,A=17B1=0.35P=1.0NP=0.075搅拌器所需功率N需=NPrn3D05/102g=21.68电动机功率N电=K×(K1N需+NT)/η总K——电动机贮备系数K=1.2-1.4,取1.2K1——阻力系数K1=1.1NT——克服传动机结构和轴封中阻力损失功率,0.5η总——传动机总效率,取0.4N电=73.0448、重量计算锅身壁厚8㎜,锅底夹套夹层10㎜,锅顶壁厚8㎜,升汽筒厚3㎜,升气筒高18m,以上均为不锈钢材料,比重7900㎏/m3(1)、锅身G1=πDHδ1r=3.14×6.45×3.2×0.008×7900=4096㎏(2)、锅底重G2=0.5πD2δ2r×3.14×6.452×0.01×7900=5160㎏(3)锅顶及升气筒重G3=π[(D/2+d/2)(D/2-d/2)]/sin120°δ6r+πdlδ3r=3.14×[(6.45+1.02)/2×(6.45-1.02)/2]/sin120°×0.003×7900+3.14×1.02×15×0.003×7900=1692.6㎏(4)总重G=4096+5160+1692.6=10948.6Kg煮沸锅主要规格表名称煮沸锅有效容积m373.9容积m3105.6锅身8(不锈钢)锅底10(不锈钢)锅顶3(不锈钢)煮沸锅直径mm6450搅拌器直径㎜4300升气筒直径直径㎜1020升气筒长mm1500煮沸锅重量㎏10948.6九、回旋沉淀槽回旋沉淀槽是一种分离热麦汁中热凝固物的设备。其操作原理即热麦汁以切线方向泵入圆柱形回旋槽内,不断回旋运动,直至热麦汁中的热凝固物与麦汁分离,以圆堆丘状沉淀于槽的底部中央。待麦汁排出后,再用请水从槽中冲洗和排除热凝固物。一、型式与结构回旋沉淀槽采用不锈钢制成,槽身圆柱形,槽顶采用锥形结构,上有刷洗喷球一个,槽底为便于流出,设计成平底倾斜(小于2%的倾斜度),采用圆形密闭人孔,切线进料,麦汁进口有两个,一个位于距圆柱体高度的1/3处,另一个位于离底部80cm处,开始进料时先有底部进料口进入,流速控制1.5m/s,在液面接近或达到第二麦汁进料口位置时,改由第二进料口进料,流速控制在10m/s.(进料口高,麦汁流出进料口后由于重力作用向前下方冲击,加上开始动能较大,待麦汁接触到槽底或低层液面时会在接触处形成冲击浪花而使麦汁飞溅,与空气接触面激增大,麦汁氧化作用加剧)麦汁出口导管三根,便于上部澄清麦汁先排出,最后一根导管位于底部。二、主体尺寸(一)、槽身尺寸每批次热麦汁量为77017.96公斤则有效容积V有=73.9m3实际容积V=V有/φ=73.9/0.7=105.6m3式中:φ——旋涡沉淀槽容积系数,取0.7由于麦汁高一般小于3m,因此设Hl=3mV有=π/4×D2Hl,得D=5.6m总高度H=4.29m升气筒直径d1=(1/40)D=(1/40)0.5×5.6=0.885m(二)、重量计算设槽身壁厚8㎜,槽底壁厚10㎜,升气筒厚3㎜,升气筒长15m,钢比重7900㎏/m3(1)槽身重G1=πDHδ1r=3.14×5.6×4.29×0.008×7900=4767.5㎏(2)槽底重G2=0.5πD2δ2r×3.14×5.62×0.01×7900=3889.6㎏(3)槽顶及升气筒重G3=π[(D/2+d/2)(D/2-d/2)]/sin120°δ6r+πdlδ3r=3.14×[(5.6+0.885)/2×(5.6-0.885)/2]/sin120°×0.003×7900+3.14×0.885×15×0.003×7900=1469.3㎏总重G总=4767.5+3889.6+1469.3=10126.4㎏(三)、麦汁切线进口管直径进口速度在4-10m/s,可达良好分离效果,设u=10m/s,一般麦汁进料12-20min,在槽内停留20min,达到所需澄清度。取t=20min.V=t×u×π×D2÷4带入数据计算得D＝0.089m(四)、出口管位置(设三个)第一出口管位于麦汁高度2/3处,距槽底3×2/3=2m第二出口管位于麦汁高度1/10处,距槽底3×1/10=0.3m第三出口管位于槽底最低处,同时作为热凝固物排出口。回旋沉淀槽主要规范表名称回旋沉淀槽直径㎜7300圆柱高度㎜4870麦汁高度㎜3000麦汁进口(距槽底㎜)1000出口距底㎜一二300三0总容积m3177.52有效容积m3124.26材质及钢厚度不锈钢8㎜重量16118.4第二章发酵、过滤设备一、薄板冷却器(一)、型式与结构薄板冷却器的主要特点是板间间隙小,冷热流以薄膜状流动,因此传热效率高。传热壁由板片组成,因此在很小的空间内拥有很大的穿热面积,易于装卸和清洗。该机主要由固定板、活动板、后撑架、上下轴、压紧螺杆、紧封填圈、换热板等物件组成,换热板悬挂在上下轴上,前端有固定板,旋紧后撑架压紧螺杆使端面板将换热器迭合在一起,橡胶圈达到密封,每片波纹压紧、两极之间的间隙形成流体换热通道,而所有板的角孔形成通道。冷却目的是将麦汁冷却至8℃左右进行发酵。(二)薄板冷却器的设计计算采用一段式冷却,冷却时间为1小时,此工艺特点是以水为载冷剂,先将常温自来水冷却至20C,然后与热麦汁进行热交换,一次将麦汁冷却到发酵前工艺要求的温度。1、传热系数的计算热麦汁950C——80C,冰水20C——850C。流通数的确定:m=G/(ρfu)式中:ρ——麦汁密度1007kg/m3f——每一薄板间间隙,即麦汁流动截面㎡,且f=bhu——麦汁流速,u=0.3m/sb——流道宽度,b=680mmh——平均板间距,h=4mm由物料衡算得每批次可得热麦汁77017.96公斤则m=77017.96/(3600×1007×0.68×0.004×0.3)=26.03取m=27二、发酵罐(一)、形状结构本设计采用立式圆筒体锥底发酵罐,外筒体螺形或拱形,罐筒题壁和锥底有冷却夹套,采用不锈钢材料。罐顶装置采用世界著名的丹麦设计,防真空阀可CIP刷洗,高精度制造的压力安全阀与防真空阀均采用研磨配制。自动控制,便于回收酵母和CO2易于洗刷。(二)、主体尺寸1.每批次进入发酵罐冷麦汁498.99×142＝70856.58升,V有=70856.58×5=354282.9L每天1.6罐,每个发酵罐有效容积为354.3㎡,发酵罐容积系数0.8-0.85,取0.8,则发酵罐体积为:V=V有/0.8=354.3/0.8=442.9m3,选480m3的罐。2.由于D:H=1:4发酵罐容积V=1/2×4/3π×D3/8+1/3×πD2/4×D/2tg600+πD2/4×H则D=5.2m3.发酵罐罐身柱体高H=4D=20.8m锥底H1=D/2×tg600=4.5m,罐顶h=D/4=1.3mΣH=H+H1+h=26.6m(三)、重量计算δ2δ1(1)罐身G1=π/4[(D+2δ1)2-D2]×H×r=21928.5㎏(2)封头和罐底G封=π/12[(D+2δ2)3-D3]×r×H=4385.7㎏G罐=π/12[(D+2δ2)2-D2]×H×r=1953.5㎏(3)、总重G=G1+G封+G罐=28267.7㎏(四)、发酵罐数量发酵时间一般为20-30天,设发酵时间为25天,一年共计生产2285批次,每5批次一罐,每天使用1.6个罐,共需发酵罐数:25×1.6=40个(五)冷却面积柱身液面高h=(V发-V罐)/(π/4×D2)=15.18m冷却面积S=π×D×h=3.14×5.2×15.18=247.86㎡圆柱锥底发酵罐的主要规范表名称圆柱锥底发酵罐有效容积m3442.9实际容积m3480罐身直径m5.2柱体高度m20.8圆锥角°60罐身厚度mm8封头及锥底厚度mm10夹套工作压力㎏/㎝2罐内工作压力kg/cm22冷却面积㎡247.86重量kg28267.7三、酵母扩培与回收贮存设备酵母扩培系统:选用的系统及罐体设计无死角,每个罐体有独立的加热及冷却夹套,每个罐有独立的终端无菌空气过滤器,具有PLC集中自动控制系统,可自清洗的充氧搅拌。酵母贮存系统:带CIP的充氧搅拌系统,符合无菌标准,拥有加热及冷却夹套,可与发酵车间的整个控制系统连接(AlfaLaval/Apv/GEA)能够保证最高的酵母活力,四、麦汁充氧及酵母添加设备麦汁充氧系统:麦汁流量自动设定并调节;连续高效充氧混合器;无菌卫生级标准,能满足纯生啤酒生产要求(AlfaLaval/Apv/GEA)酵母添加系统:连续计量添加;自动设置添加比率(AlfaLaval/Apv/GEA)五、过滤机(一)、粗滤1、由物料衡算及选型可知,每发酵罐共生成发酵液的体积为489×142×5＝347190L,则质量为347190×1.042/1000=362t;每天过滤为362×1.6＝579每天工作10小时,则过滤机能力为57.9t/h2、选择考虑到品牌因素,便于机动选用选用烛式硅藻土过滤机,30吨/小时2台(二)、精滤机板框式精滤机,它与普通的薄板式压滤机相似只是在装机时将预制的纸板插在滤板之间,过滤纸板是由30—50u宽的木材纤维和棉花纤维,石棉和硅藻土所组成,具有较高的吸附和渗透能力,为了提高成品啤酒的非生物稳定性,以除去一部分多酚物质,常在纸板配方中添加少量PVPP(不溶性聚乙烯吡咯烷酮)。板框过滤机可连续使用,处理量与硅藻土过滤机匹配,30m3/h,过滤过程中过滤压强不断上升,但不得超过1.3(表压),否则必须用水反冲,要及时更换纸板。六、脱氧水及高浓稀释设备脱氧水装置:自动流量调节;氧含量自动在线检测与控制;出口水含氧量小于0.02PPm;具有再次C