年产10万吨啤酒厂设计

学士学位设计 十万吨啤酒工厂设计

总 论

（一）设计任务

毕业设计要求我们综合运用所学过的基础知识和专业知识，设计系统的、完整的啤酒工厂。设计侧重点在啤酒工厂的发酵车间工艺流程。平面布置和发酵罐的设计。

（二）设计的指导思想

以广西大学生命科学与技术学院生物工程教研室于2005年4月下达的《年产10万吨啤酒厂的工厂设计任务书》为依据。

（三）设计的特点

本设计严格按照微生物发酵工厂的要求，严格注意周围环境的清洁卫生，注意工厂车间对防火、卫生的影响，充分注意“三废”的影响和处理，保护环境。工厂的设计采用现代化的生产工艺，能实现自动化、连续化、高效率的生产。

（四）设计范围

本设计为啤酒工厂方面的初步设讁，其主要内容为： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

以大麦、大米和酒花为主要原料生产11°p淡色啤酒的工艺流程的选择及论证，工艺流程包括麦芽生产、啤酒生产。 全厂的物料衡算。

全厂水、电、汽、冷及压缩空气用量的计算。 主要设备的选型和计算。 发酵车间平面布置图。 锥型罐的装配图。 全厂平面布置图。

全厂的技术经济指标及经济效益的计算。

（五）建设规模

1. 年产量：10万吨11°p淡色啤酒

2. 采用三锅两槽式糖化设备（糖化锅、糊化锅、煮沸锅、过滤槽和沉淀槽）。糖化一次可得热麦汁8.55×104L，旺季每天糖化5次，淡季每天糖化3次，

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每年生产天数为300天，其中旺季按200天算，淡季按100天算，则共糖化1300次，可生产10万吨啤酒。

（六）产品方案

1. 产品品种

11度淡色啤酒，全部瓶装，每瓶容量为0.64L 2、 发酵、贮酒期

采用圆柱体锥型发酵罐一罐法发酵，发酵、贮酒时间为20天。

（七）经济技术指标

1. 生产规模：10万吨/年

2. 生产方法：双醪一次煮出糖化法（二次煮出糖化法），圆柱体锥型发酵罐一罐发酵法

3. 生产天数：300天/年，旺季按200天算，淡季按100天算 4. 最大日产量： 384.5吨/天

5. 副产品产量：湿糖化槽 1.71×103吨/每年 6. 产品质量：11°p普通淡色啤酒：符合GB2785规定 7. 总损失率：12.1%（对热麦汁） 8. 单耗（耗原料量/吨啤酒）

（1） 精选大麦：179.6Kg/吨啤酒 （2） 麦芽：132.7/吨啤酒 （3） 大米：48.2/吨啤酒 （4） 混合原料：177/吨啤酒 （5） 水：14.2吨/吨啤酒 （6） 电：23.4度/吨啤酒 （7） 冷6.5×105kJ/吨啤酒 （8） 压缩空气：25/吨啤酒

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（9） 蒸汽：433吨/吨啤酒 9. 劳动生产率：

（1） 正式职工372人

（2） 取瓶装2.5元/瓶，生产总值为 38593万元 10.总投资：2亿(经验估算)

（1） 设备价值：1.2亿元（占60％） （2） 建筑工程：3340万元（占16.7％） （3） 安装工程：2000万元（占10％） （4） 其他费用：2660万元(占13.3％) 11.单位产品成本：2800万元/吨 12.经济效益估算：（见表1-1） 项目 啤酒商品量 每箱啤酒成本 每箱啤酒税 每箱啤酒利润 全年利润 单位 瓶 元 元 元 万元 11度普通淡色啤酒 154375000 43 65 12 10 6432.3 每箱啤酒出厂价 元 注：每箱啤酒为24瓶

（八） 工作制度及定员

1、工作制度

工厂每年生产300天，其余时间作为开机前、开机后的维修、保养时间。对于行政人员，全年按每天8小时的工作时间，不实行倒班制，每周休息两天。对于生产人员，生产时间里，则实行倒班制，各小组按白班、中班、夜班轮换，每7天轮换一班；在停产进行设备大检修时，按8小时工作制度。 2、定员

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年产10万吨啤酒厂定员见下表: 表1－2 序号 部门 工业生产人员 工人 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 公共关系 部 财务部 部 企业管理 部 生产技术 部 企业发展 部 直销部 销售部 供应部 工程部 运输 4 2 2 2 3 4 2 1 1 3 4 5 3 1 10 15 9 10 20 7 4 4 12 17 11 13 24 9 5 7 57 34 45 51 4 16 1 3 4 5 25 30 5 10 15 3 1 4 2 7 3 企业文化 人员 非生产人员 员 2 6 8 合计 说明 生产辅助技术职员 物业管理 贸易公司 罐装车间 机修车间 50 酿造车间 30 动力车间 40 纸箱车间 48 贮瓶车间 4 保卫科 15 (九) 公用工程及辅助工程

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主要是变电所、冷冻机房、水泵房、锅炉房、机修房、仓库、食堂、瓶箱堆场等。

（十）厂址概况

本厂位于桂林市郊，工厂临近环城公路，北距火车站2.5公里，西距桂林机场12公里，交通十分便利，为原（辅）料以及产品的运输带来极大方便。万伏高压输电线路直达本厂，市水厂生活用水干线也直通厂部。工厂生产和生活用水也还可以直接采用地下水源供水，其水质均能符合国家生活用水标准。

该厂区气候条件如下：

最高温度：36℃ 最低温度：5℃ 一般气温：18～32℃ 平均湿度：80% 最高湿度：90% 主导风向：东南风 水温：最高32℃ 最低：15℃

（十一） 三废处理及综合利用节能措施

1.三废处理及综合利用

麦芽制造和啤酒酿造的生产过程中，会产生很多副产物（见表2-3），主要有：麦芽的根芽、糖化的麦槽、和废酒花槽、冷却的沉淀蛋白质、发酵的剩余酵母和CO2等。 表1－3 工序 选麦 麦芽干燥 糖化 冷却 发酵 副产物名称 瘪麦和杂谷 麦根 麦槽 废酒花槽 沉淀蛋白 CO2 产量 占大麦投料量的5%-10% 约占大麦投料量的3% 160-200kg/100 Kg投料量 约为使用整酒花投料量的3倍 0.3-0.7kg/100L热麦汁 约5kg/100L啤酒 主、后发酵酵母 1-1.5kg/干酵母/t啤酒 合理的利用这些副产物，能有效地降低生产成本，减少污染，有一定的社会和经济效应。

2.麦槽

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种子罐 冷麦汁

空气过滤器 一级培养罐 发酵罐 发酵罐 二级培养罐 过滤 发酵工艺流程图

CO2 麦汁来 过滤工艺流程图

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发酵罐 硅藻土添加 硅藻土过滤 PVP P添加 PVPP过滤 膜精滤 清酒罐 学士学位设计 十万吨啤酒工厂设计

清酒来 洗瓶 机 灌装机 杀菌机 添标机 啤酒包装图

装瓶机 成品酒 在回旋沉淀槽中麦汁与槽壁成切线方向泵入槽内，泵入时与槽内的液面水平，使麦汁进入槽内形成回旋运动，产生回旋效应，凭借离心力使凝固物沉积槽底中心，形成坚实的沉淀物，与麦汁分离；待固液相分离完毕，麦汁由槽底边的出口流出；沉淀槽底的凝固物则从中心的出口排出。

5、 麦汁冷却

本设计选用薄板冷却器是新型的密闭冷却设备。它采用不锈钢板制作，由许多两面带沟纹板组成，两块一组。薄板冷却器工作时，麦汁和冷却剂通过泵输送压力，以湍流形式运动，循着沟纹板逆向流动，而进行热交换。各板角上均穿孔，构成麦汁和冷却剂的分配通道，麦汁和冷却剂可由这些孔导入各板对，经过热交换后，再使之导出。

6、 啤酒发酵

本设计采用目前较为常用的锥型发酵罐进行发酵生产，生产方式上采用一罐法，采用锥型发酵罐法，具有投资省、生产周期短，无菌操作好，能进行自动化控制等优点。

本设计所选用的酵母为多特蒙德酵母，其发酵度高，凝聚性能好。

7、 啤酒过滤

本设计先用烛式过滤机进行硅藻土的粗滤，再通过PVPP机除出多酚物质和蛋白质，最后经过膜精滤机进行精滤。通过此过滤系统可以将啤酒中浑浊物除去，使啤酒具有高的非生物稳定性，生物稳定性及风味稳定性。最后经过离心机将啤酒中的微小悬浮物质去除，使啤酒更加

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澄清、口感更好。

三、全厂的物料衡算

（一）、麦芽生产

1.麦芽生产基础数据:

表4-1 麦芽生产基础数据[2] 项目 原大麦含水分 浸渍大麦含水分 绿麦芽含水分 干麦芽含水分 浮麦含水分 清麦及杂谷分离损失 分级损失 浸麦损失 浮麦损失 发芽损失 除根损失 % 13 45 43 3.5 35 10 5 0.8 0.2 4 3.5 代号 W1 W2 W3 W4 W5 P R t n m q 2.100kg精选大麦生产浅色麦芽的物料衡算:

(1)浸渍大麦

大麦的干物质含量=100-13=87(kg) 浸麦总损失=n+t=0.8%+0.2%=1%

浸渍大麦后含干物质量=87×(1-1%)=86.13(kg) 浸渍大麦重量=（86.13×100）/（100－45） 浸渍大麦容重以660kg/m3计算:

浸渍大麦容积=（156.6×1000）/660=237.3（L） (2)绿麦芽

精选大麦浸麦﹑发芽过程的总损失为:1%+4%=5% 100kg精选大麦发芽后,绿麦芽的干物质含量: 87×(1-5%)=82.65(kg)

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绿麦芽的重量=（82.65×100）/(100-43)=145(kg) 绿麦芽的容重以410kg/m3计算:

绿麦芽容积=145/410×1000＝353.66（L） 精选大麦容重以635 kg/m3计算:

精选大麦容量=100/635×100＝157.5（L） 由精选大麦制成半成品绿麦芽的容积增加倍数为: 353.66/157.5=2.25(倍) （3）成品麦芽

根据基础资料,干麦芽含水分为3.5%,根芽损失为3.5%, 则100kg精选大麦得麦芽根量=87×3.5%=3.05 (kg) 除根后成品麦芽干物质量=82.65-3.05=79.60(kg) 则100kg精选大麦制成成品麦芽的重量为： 79.60/(100-3.5)×100＝82.49 （kg） 成品麦芽容重以500kg/m3计算[2]：

成品麦芽容积=82.49/500×1000＝164.98（kg） （4）原大麦：

根据基础资料，清麦及杂谷分离损失为10%，分级损失为5%， 则100kg精选大麦需原大麦（即商品大麦）量为： 100/[100-(10+5)]×100＝117.6（kg） 原大麦容重以650kg/m3计算[2]： 原大麦容积=117.6/650×1000＝181(m3)

分级前大麦重量=100/(100-10)×100＝111.1（L） 大麦精选率＝100/117.6×100％＝85％

麦芽生成率＝除根后的麦芽量/精选大麦量×100％ ＝79.6/117.6×100％＝79.6％

成品麦芽对原大麦的生成率=79.6/117.6×100％＝67.75％

生产100kg成品麦芽所需原大麦量=117.6/82.49×100＝142.7（kg） 生产100kg成品麦芽所需精选大麦量=100/79.6×100＝125.6（kg） （5）浮麦：

基础数据：浮麦损失 0.2%

则100kg精选大麦中，浮麦为87×0.2％＝0.174 (kg)

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浮麦含水分按35%计算：

则浮麦重量=0.174/(100-35)×100＝0.27（kg） 设浮麦在空气中干燥后水分含量为13%， 则干浮麦重量=0.174/(100-13)×100＝0.2（kg） 干浮麦容重以500kg/m计算： 则100kg精选大麦的浮麦容积为： （6）麦根

从（3）得麦根量3.05kg 设麦根含水分10%

100kg精选大麦的麦根量=3.05/(100-10)×100＝3.39（kg） 麦根容重以350kg/m3计算

则100kg精选大麦制得麦根：3.39/350×1000＝9.68(L) （7）精选大麦

100kg精选大麦容积为：635×100＝157.5 9L 表4-2 麦芽生产物料衡算表： 物料名称 对100kg精选大麦 kg 浸渍大麦 156.6 绿麦芽 145.0 L 237.3 353.7 165.0 181.0 0.4 9.7 157.5 对100L成品麦芽 kg 189.8 175.8 100.0 142.7 0.2 4.1 121.2 L 287.6 428.7 200.0 125.6 0.5 11.8 190.9 成品麦芽 82.5 原大麦 浮麦 麦根 117.6 0.2 3.4 精选大麦 100.0 (二)啤酒生产

1、基础数据（见下表）[2]

序号 项目 名称 20

% 说明

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所以 G= Q/C（T2-T1）=3.77×10/1×（45-18）=1.4×10(kg/h)

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5、沉淀槽洗涤用水

每次洗刷用水约5吨，冲洗时间约为0.5h，故： 每小时最大用水量为： 5/0.5=10吨

6、麦汁冷却器冷却用水（可循环使用）

采用薄板冷却器，热麦汁从温度95℃冷却至发酵温度6℃，冷却水从3升温到78℃。即：T1=95℃ T2=6℃ t1=3℃ t2=78℃ 麦汁冷却时间 t=1 h

所以冷却水用量为： G=Q/[C(t2- t1)] 麦汁放出热量 Q=GPCP(T1- T2)/t

式中： 麦汁量 GP=8.55×104kg/h 麦汁比热 CP=0.98kcal/kg·℃ Q=8.55×104×0.98（95－6）＝7.457×106kcal G＝7.457×106 /1×(78-3)=9.94×104kg/h

7、麦汁冷却器冲刷用水

设冲刷一次，用水3吨，用水时间为0.5h，则最大用水量为： 3/0.5=6（吨/小时）

8、酵母洗涤用水（无菌水）

每天酵母泥最大产量约200L，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水量为酵母的两倍，则连续生产每天用水量为：

（4+1）×200×2=2000（L） 设用水时间为1h，则每小时最大用水量为2吨

[2]

9、发酵室洗刷用水

一般锥形罐洗刷用水为其容量的10%，已知锥形罐的体积为300m3,设每天洗2个锥形罐，则洗刷用水量为：300×10%×2=60吨 设用水时间为2小时

则每小时最大用水量为：60/2=30 t/h 设每天洗刷地面用水约4吨，即2 t/h

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则发酵室用水量为：30+2=32 t/h

10、 贮酒室洗刷用水

每天冲刷贮酒缸一个，用水4吨，管路及地面冲刷用水为2吨，冲刷时间为1小时，最大用水量为：4+2=6 吨/小时

11、清酒罐洗刷用水

每天使用4罐，冲洗一次，共用水6吨，冲刷时间为40分钟， 则最大用水量为：6×60/40=9吨/h

12、过滤机用水

每天冲刷一次，用水5吨（包括顶酒用水），使用时间为1小时， 则最大用水量为：2×5/1= 10吨/h

13、过滤酒贮存缸洗刷用水

每天冲洗1个缸，用水4吨，用水时间为1小时，则用水量为：4吨/小时

14、洗瓶机用水

设洗瓶机最大生产能力为25000瓶/小时，设计有一台，冲洗时每个瓶用水约为1升，则用水量为：1×25000×1=25 吨/h。 每天生产10个小时，则总耗水量为：25×10=250 吨

15、装酒用水

装酒机每班冲洗一次，每次冲洗0.5小时，需用水4吨， 则最大用水量为：4/0.5=8 吨/h

16、杀菌机用水

杀菌机杀菌能力为25000瓶/h，杀菌机同样用一台，每瓶耗水1升 则用水量为：25000×1/1=25000升/小时 即25吨/h 每日用水6小时，则日用水为：25×6=150吨/日

17、其他用水

包括冲洗地板用水，管道冲刷用水，洗滤布用水等，每班需用水20吨， 用水时间约为2小时，则用水量为：20/2=10 吨/h

除以上各项工艺耗水外，还需考虑职工生活用水，如浴室，厕所，食堂等

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用水。

至于消防用水，在发生火警时，可调整生产用水和生活用水。 表4-1啤酒用水量衡算表 编号 用水项目 水质要求 用水量 最大用水量吨/次 吨/（吨/小时） 1 2 3 糖化用水 洗槽用水 自来水或深井水 深井水 40.8 6 61.2 3 306 9 108 108 日 540 糖化室洗刷 自来水 用水 4 5 6 7 8 9 10 11 12 沉淀槽冷却深井水 用水 沉淀槽洗刷自来水或深用水 冷却用水 麦汁冷却器自来水或深冲刷用水 水 发酵室洗刷自来水或深用水 用水 清酒罐洗刷自来水 用水 过滤槽洗刷自来水 用水 28

140 10 99.4 6 2 37 6 9 10 140 5 99.4 3 2 74 6 6 10 25 700 497 15 2 74 6 6 10 井水 麦汁冷却器深井水 井水 酵母洗涤用无菌水 井水 贮酒室洗刷自来水 学士学位设计 十万吨啤酒工厂设计 13 14 15 16 17 18 过滤酒贮存自来水 罐洗刷用水 洗瓶机用水 装酒机用水 杀菌机用水 其他用水 总计 自来水 自来水 自来水 自来水 ―――― 4 25 8 25 10 546.2 4 25 4 25 20 4 250 12 250 60 520.6 2766 （二）、蒸汽耗量计算

1、糖化方法

在啤酒生产中，糖化方法可分为煮出糖化法和浸出糖化法；煮出糖化法。根据部分醪液煮沸的次数，分为一次、二次和三次煮出糖化法。根据原料质量为提高原料利用率和降低成本，本设计采用双醪煮出糖化法工艺。

（1）糖化用水耗热量Q1

根据工艺，糊化锅加水量为：G1=（3720+744）×4=17856 kg 糖化锅加水量为：G2 = 17856×3.5=33096kg 故糖化总用水量为：G = 17856+33096=50952 kg

自来水平均温度取t1 = 18℃，而糖化配料用水温度t2 = 50℃ 故耗热量为：Q1 =（G1 + G2）Cw(t2-t1)

=50952×1×(50-18)=1885224 kJ

（2）由糖化流程可知：Q2 = Q2ˊ + Q2ˊˊ+ Q2ˊˊˊ

糊化锅内米醪由初温加热到100度耗热量：Q2、=G米醪C米醪（100-to） G米醪=3720+744+17856+22320 kg 计算米醪的比热容C米醪根据经验公式：

C谷物 = 0.01[（100-W）C0 + 4.18W] [2] 进行计算。式中W为含水百分率，CO为绝对谷物比热容。 取 Co = 1.55 [kJ/（kg·K）]

C麦芽 = 0.01[（100-6）1.55 + 4.18 ×6] = 1.71[kJ /(kg·K]] C大米 = 0.01 [（100-13）1.55 + 4.18 ×13]= 1.89 kJ /（kg·K）]

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C米醪 = G大米C大米+G麦芽C麦芽+G1Cw/G大米+G麦芽+G1

=3720×1.89+744×1.71+17856×4.2/(3720+744+17856) =3.73[kJ/（kg·K）]

米醪的初温t0，设原料的初温为18℃，而热水为50℃则 t0= （G大米C大米+G麦芽C麦芽）×18 + G1Cw×50/ G米醪C米醪 = (3720 ×1.89+744×1.71) ×18+17856×4.2×50/22320 ×3.73=46.8 ℃

把上述结果代入 得：Q2ˊ＝22320 ×3.73（100-46.8）

=4431466.4 kJ

（2）煮沸过程蒸汽带出的热量Q2ˊˊ，设煮沸时间为30分钟， 蒸发量为每小时5%，则蒸发量为：V1= G米醪×5%×30/60=558 Kg 故Q2ˊˊ = V1 I=558×2257.2=1259517.6 kJ

式中：I 为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热 （kJ/kg）[2] (3)热损失Q2ˊˊ

米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15%， 即：Q2″′= 15%（Q2ˊ + Q2ˊˊ）[2]

把以上所得代入（1）式得：Q2=1.15（Q2ˊ + Q2ˊˊ） =1.15（4431466.4+125917.6）=6544631.6 kJ

2、第二次煮沸前混合醪液升温至70℃的耗热量Q3

按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t0℃.

（1）糖化锅中麦醪的初温t麦醪，已知麦芽粉初温为18℃，用50℃热水配料，则麦醪的温度为：t=9456+33096=42550

C麦醪= G麦芽C麦芽 + G2Cw/G麦醪

=9456×1.71+33096×4.2/42552=3.64

把C麦醪=3.71代入上式得：t麦醪= 9456×1.71×18+33096×4.2×

50/442552×3.64=46.7 ℃

（2）根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变。

则米醪的中间温度为：G米醪＝22320－558＝21762kg G混合＝42552＋21762＝64872kg

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麦醪

= G

麦芽

C

麦芽

×18 + G2Cw/G

麦醪

C

麦醪

又由 G

麦醪

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C混合= G麦醪C麦醪+ G米醪C米醪/G混合 =21762×3.73+42552×3.65/64872 =3.67 [kJ /（kg·K）]

则 t=（64872×3.67×63－42552×3.64×46.6）/21762×3.73=96.3℃ 因为这个温度比煮沸温度低3.7℃，考虑到米醪由糊化过到糖化锅输送过程的热损失，可以不必加中间冷却器。

所以 Q3=G混合C混合（70-63）＝64872×3.67×（70－63）

＝1666561.7 kJ

3、第二次煮沸混合醪的耗热量Q4

由糖化工艺流程可知：Q4 = Q4ˊ + Q4 ˊˊ+ Q4ˊˊˊ 混合醪升温至沸腾所耗热量 Q4ˊ

根据工艺，第二次并醪后的温度为74℃，则送到第二次沸腾的混合 醪量为GⅡ

糖 化 锅 GⅡ G混合 70℃ G

ˊ糊化锅 GⅡ 煮沸 V2 水分蒸发 量V2 混合GⅡ-V2 由物料衡算关系： (GⅡ- V2)×C×78

由于第二次煮沸过程时间不长，且送过去煮沸的混合醪量不多，在此忽略V2不记，则上式变为：

(GⅡ- V2)×G混合×100＋（G混合－GⅡ）×C混合×70＝G混合×78 GⅡ＝（78－70）/（100－70）C混合=26.7% G混合C混合

混合

78 ℃×100＋（G

混合

－GⅡ）×C

混合

×70＝（G

混合

- V2）C

混合

由前面的计算过程知：

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G混合＝64872 kg C混合＝3.67 kJ/(kg·K)

故 Qˊ4＝26.7％G混合C混合(100-70)=26.7%×64872×3.67×30

=1907022.7 kJ

（3）二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4ˊˊ

煮沸时间为10分钟，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为： V2=26.7%×64872×5%×10/60=144.3 kg 故Qˊˊ4=I× Qˊˊ4=2257.2×144.3=325804.7 kJ 式中 I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓 （kJ / kg） （4）损失Q4ˊˊˊ，根据经验Q4ˊˊˊ=15%（Qˊ4 + Qˊˊ4）

把以上所得代入（1）得：Q4=1.15（Qˊ4 + Qˊˊ4） =1.15（1907022.7+325804.7）=2567751.5 kJ

（5）槽水耗热量Q5

设洗槽水平均温度为80℃，每100千克原料用水450 kg， 则用水量为：G洗=1.36×104×450/100=61200 kg 故Q5=G洗Cw（80-18）=61200×4.2×62=15936480 kJ 4、麦芽煮沸过程中耗热量Q6 Q6 = Qˊ6 + Q6ˊˊ + Q6 ˊˊˊ

（1） 由糖化物料衡算表可知，100千克混合原料可得到575.6千克热麦汁，设过滤过程完毕麦汁温度为70度，则进入煮沸锅的麦汁量为： G麦汁=1.36×104×575.6/100=78281.6 kg

又C麦汁=10200×1.71+3710×1.89+13600×4.2×6.2/40063×7.2

=3.85 [kJ /（kg·K）]

故Q6ˊ=G麦汁C麦汁（100-70）=78281.6×3.85×（100-70）

=9041524.8 kJ

（2） 煮沸过程中蒸发耗热量Qˊˊ6，煮沸强度为10%，时间为1.5小时 则蒸发水分为：V3=78281.6×10%×1.5=11742.2 kg Q6ˊˊ=11742.2×2257.2=26504493.8 kJ （3） 热损失Q″′6=15%（Qˊ6+Qˊˊ6）

故 Q6=1.15（Q16+Q116）=1.15×（9041524.8+26504493.8） =40877921.4kJ

糖化一次总耗热量：Q总= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

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=1855224+6544631.6+1666561.7+2567751.5+15936480+40877921.4 =67778570.2kJ 糖化一次耗用蒸汽量D

使用表压为0.3Mpa的饱和蒸汽，Ⅰ=2725.3 kJ / kg

则D=Q总/（I-i）η 其中i为相应的冷凝水的焓（561.47 kJ / kg） η为蒸汽的的热效率，取η=95%

则D=67778570.2/（2725.3-561.47）×95%=32972 kg

在糖化过程的各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q7为最大，且知道煮沸时间为90分钟，热效率为95%，故

Qmax=40877921.4/1.5×95%=28686260.6 kJ /h 相应的最大蒸汽耗量 D=28686260.6/I-i=13257 kg /h

5、蒸汽单耗Ds

根据设计，每年糖化次数为1300次，共生产啤酒98814吨， 年耗蒸汽总量为：Dr=32972×1300=42863600 kg 每吨啤酒成品耗蒸汽Ds（对糖化） Ds=42863600/98814=433kg /t啤酒 每昼夜耗蒸汽量（按生产旺季酸算）为 Dd=32972×5=164860 kg /h 表4-2 蒸汽耗量表 名称 蒸汽 规格 (Mpa) 0.3 （表压） 每吨产品消耗定额 433 每小时最大蒸汽用量 13257 每昼夜消耗 164860 年消耗量 42863600 量（kg /d） （kg /a） 量（kg） （kg /h） (三)、压缩空气用量计算

1、酒花分离器用气 使用压力：2 kg/cm2 分离器有效容器量：8m2

当压送残液时，考虑一定的损失，故乘以2倍的安全系数，吹风次数为30次，吹风时间为40分钟，则每次用量：

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q＝8×2×30＝180（m） 每小时最大风量为：

q1＝480×60/40＝720（m3/h）

3

2、种子罐用气

使用气压：2 kg/cm2

通用管口径为40mm，压缩空气流速为10m/s 故，每小时最大用气量为：

q2＝10×（πd2/4）×60×40＝45.2（m3/h）

3、酵母培养室用气

使用气压：2 kg/cm2

通用管口径为40mm，压缩空气流速为10m/s

q3＝10×（πd2/4）×60×40＝45.2（m3/h）

4、清酒罐用气

设用气量为滤酒用气的2倍，则用气量为： q5＝162×2＝324（m3/h）

5、装酒机用气

使用压力：8 kg/cm2

按最大生产能力计算，即50000瓶/小时，根据经验，装1000瓶酒需耗气8 m3， 则用气量为：

q6＝50×8＝400（m3/h）

[2]

6、其他用气

包括气流输送装置用气等，每小时用气量约为200 m3 啤酒厂压缩空气耗量衡算总表 序号 1 2 3 用气项目 酒花分离器 种子罐 酵母培养室 用气压力 （kg/cm2） 2 2 2 34

用气量 （m3/h） 720 45.2 45.2 学士学位设计 十万吨啤酒工厂设计 4 5 6 清酒罐 装酒机 其他 1.5 8 324 400 200 （四）、耗冷量的计算 1、工艺耗冷量的计算

（1）、发酵工艺流程示意图

94℃热麦汁 冷却 冷麦汁（6℃） 锥形罐 发酵 过冷冷却至-1℃ 贮酒 过滤 清酒罐

（2）、工艺技术指标及基础数据

①年产11°p淡色啤酒100000吨

②旺季每天糖化5次，淡季3次，每年共糖化1300次 ③主发酵时间6天

④3锅麦汁装1个锥形发酵罐

⑤11°Bx麦汁比热容C1=4.0 kJ /（kg×K）[2]

⑥冷媒用15%酒精溶液，比热容可视作C2=4.18 kJ /（kg×K）[1] ⑦麦芽糖厌氧发酵热q=613.6 kJ /kg ⑧麦汁发酵度60% (3)、工艺好冷量

根据发酵车间耗冷性质，可分为工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类， 即：Q = Qt + Qm ①麦汁冷却耗冷量Q1

每糖化一次得热麦汁85500升，而相应的麦汁密度为1048千克/立方米。故麦汁量为：G=1048×85500/1000=89604 千克

又知道11°p麦汁比热容为4.0 kJ /（kg×K），工艺要求1小时内完成 故：Q1=GC（t1-t2）=89604×4.0×(94-6)/1=31540608(kJ/h)

根据设计结果，每个锥形发酵罐装3锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为： Qf = 3Q1 =3×31540608=9451824(kJ)

相应的冷冻介质（2℃的冷水）耗量为：M1=Q1/Cm(tˊ2-tˊ1)[1]

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=31540608/4.18(85-2)=90910.8(kg/h)

式中：tˊ2和tˊ1分别是冷冻水的终温和初温，

Cm为水的比热容[kJ /（kg ·K）]

②发酵耗冷量Q2

I、发酵期间发酵放热：麦芽糖厌氧发酵放热量为613.6kJ/kg，发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：q = 613.6×11%×60%=40.5 kJ 根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为79500L，则每个锥形罐发酵放热量为：Q0ˊ=40.5×79500×3=9659250 kJ

II、由上工艺知道主发酵时间为6天，每天糖化5锅麦汁，考虑到发酵放热的不平衡性，取系数1.5，忽略主发酵期麦汁升温。发酵高峰期耗冷量为：

Q2ˊ=Q0ˊ×1.5×5/24×6×3=9659250×1.5×5/24×3×6=167695.3（kJ/h）

发酵后期发酵液降温耗冷Q2ˊˊ

发酵液从6℃至-1℃，每天单罐降温耗冷量为： Q2ˊˊ=3GC [6-（-1）]=3×89604×4.0×7=7526736 kJ

G为送入发酵的麦汁量，即89604(kg)；C为11°麦汁的比热容 工艺要求此过程2天内完成，则耗冷量为：（麦汁每天装2罐） Q2ˊˊ=2×Q0ˊ/24×2=313614 （kJ /h）

III、则每锅麦汁Q2= Q2ˊ +Q2ˊˊ=167695.3 +313614

=481309.3（kJ / h）

IV、每罐发酵耗冷量Q

Q = Qˊ + Qˊˊ=9659250+7526736 =17185986 kJ V、发酵用冷媒耗量（循环量）M2

发酵过程用稀酒精液作为冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故每锅耗冷量为：M2=Q2/{Cm×[0-（-8）]}= 481309.3/4.18×8

=14393.2 kJ/h

③酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3

在锥形罐啤酒发酵过程中，主发酵结束时，要排放部分酵母，经洗涤活化后重复使用于新麦汁发酵，重复使用5到7次。

设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且用1℃的无菌水洗涤，洗涤无

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菌水量为酵母量的3倍，冷却前无菌水水温为30℃，用-8℃的酒精冷却。 则无菌水用量为：Gwˊ=89604×6×1.0%×3=16128.7 千克/天 每班无菌水用量：Gw = Gwˊ/3=5376.2 千克/班

假定无菌水冷却操作在2小时内完成，则无菌水冷却耗冷量为： Q3=GwCm(tw-twˊ)/τ

[2]

=5376.2×4.18×(30-1)/2 =325851.5 kJ / h

所耗冷冻介质量为：M3=Q3/[Cw（t2-t1）] (t1=-8℃ t2=0℃) =325851.5/4.18×8=9744.4 kg/h

每罐用于酵母洗涤的耗冷量为： Q3=GwCm(tw-twˊ)/2 =5376.2×4.18×(30-1)/2=325851.5 kJ 式中：2——为每班装罐两罐 ④、酵母培养耗冷量Q4

根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12天[2]， 即288h，根据工厂实践，年产10万吨啤酒厂酵母培养耗冷量为： Q4=143300 kJ/h

对应年耗冷量Q4ˊ=Q4×288×10=4.13×108kj 相应的高峰冷冻介质循环量为：M4=Q4/[Cm(t2-t1)]

=143300/(4.18×8) =4285.3 (千克/小时)

⑤发酵车间工艺耗冷量Q总

Q总=Q1+Q2+Q3+Q4=31540608+481309.3+325851.5+143300 =32491068.5 kJ / h

2、非艺耗冷量

（1）、 锥形罐啤酒发酵工厂几乎都是把发酵罐置于露天，由于太阳辐射、对流传热和热传导等造成冷量散失。通常，这部分的冷量散失可由经验数据求取。3万吨露天锥形罐冷量散失在13000到30000 kJ /t啤酒之间，在南方亚热带设厂，应取高值。故旺季每天耗冷量：

Q5ˊ=Gb×30000=76×1.012×5×30000=11536800 kJ /天 Gb——旺季成品啤酒日产量

若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的两倍， 则高峰耗冷量为：Q5=2Qˊ5/24=961400 kJ / h

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冷媒用（-8℃）稀酒精，用量为：M5=961400/4.18×8

=28750kg/h

清酒罐，过滤机及管道等散失冷量Q6

根据经验：Q6=12%Q总=12%×32491068.5=3898928.2 kJ/h 冷媒（-8℃）稀酒精用量：

M6=Q6/[Cm（t2-t1）]=116594.7 kg/h

表4-3 啤酒厂发酵车间冷量衡算 项目 耗冷项 每小时耗冷冷媒量90910.8 14393.2 9744.4 4285.3 每罐耗冷 年耗冷（kj） （kj） 126162432 量（kj/h） （kg/h） 工艺麦汁冷却Q1 31540608 耗 冷量 发酵耗冷量 Q2 无菌水耗冷Q3 酵母培养Q4 143300 325851.5 481309.3 4.1×1010 22914648 7.44×109 325851.5 1.06×108 4.13×107 4.13×108 108 工艺总耗冷 32491068.5 119333.7 ———— 489.59×非工锥形罐冷损艺耗Q5 冷量 管道等冷损Q6 非工艺总耗冷 合计 单耗

总耗冷 37351396.7 264678.4 ———— 570.39×108 650250KJ/t啤酒 4860328.2 145344.7 24875331 8.08×109 389828.2 116594.7 15645891 5.08×109 961400 28750 9229440 3.0×109

（五）、用电量计算

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表5-1 糖化工段配用电机 配电项目 出料配电机 原料粉碎机配用电机 糊化锅配用电机 倒醪泵配用电机 糖化锅配用电机 过滤槽配用电机 麦汁回流泵配用电机 热麦汁配用电机 清麦汁泵配用电机 通风机配用电机 冷凝水泵配用电机 气流输送配用电机 洗涤配用电机 工作油泵配用电机 合计

表 5-2 发酵工段配电机[2] 配电项目 鼓风机配电机 引风机配电机 旋流泵配电机 蒸汽泵配电机 合计 功率（kw） 数量（台） 合计（kw） 8 20 5 10 4 4 2 2 2 2 Pe3=174kw 32 80 20 10 12 20 功率（kw） 数量（台） 合计（kw） 3 11 15 15 15 15 15 30 15 11 15 30 15 6 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Pe1=225kw 6 22 15 15 15 15 15 30 15 11 15 30 15 6 [2]

电动给水泵配电机 10 水质处理泵配电机 6 39

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表5-3 锅炉房配电机[2] 配电项目 冰水泵配电机 沸液配电机 酵母输送泵配电机 发酵液泵配电机 啤酒分离泵配电机 过滤泵配电机 清酒泵配电机 CO2处理泵配电机 洗涤泵配电机 合计 功率（kw） 数量（台） 合计（kw） 5 8 8 10 11 11 10 25+20 8 2 2 2 2 2 2 2 两套 2 10 16 16 20 22 22 20 90 16 Pe2=244 kw 表5-4 冷冻站配电机[2] 配电项目 压缩机配电机 冷水泵配电机 通风电机配电机 轴流式通风机配电机 搅拌机配电机 冷却水泵配电机 合计

表5-5 包装工段配用电机[2] 配电项目 污瓶输送带配电机 中间输送机配电机 验瓶机配电机 成品输送带配电机 功率（kw） 2 2 2 2 40

功率（kw） 数量（台） 合计（kw） 200 20 10 2 8 10 4 4 2 2 2 2 Pe4=940 kw 800 80 20 4 16 20 数量（台） 2 2 2 2 合计（kw） 4 4 4 4

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