毕业设计啤酒厂设计 - 重点设备 - 糖化锅

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第1章 绪 论

1.1 黑啤酒概述

啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒，主要原料为大麦，而且营养丰富，人们适量饮用时，酒精对人体的毒害相对较小。啤酒的历史悠久，大约起源于9千年前的中东和古埃及地区， 后跨越地中海，传入欧洲。19世纪末，随着欧洲强国向东方侵略，传入亚洲。中国近代啤酒也是这个时期传入的。

改革开放三十年来，中国啤酒工业迅猛发展。2008年啤酒产量为4103.09万kL[1]，连续七年超过美国成为世界第一啤酒生产主消费大国。然而，在众多的啤酒产品中，黑啤酒可谓独树一帜，为啤酒行业的发展增添了生机。

黑啤酒，又称浓色啤酒，酒液一般为咖啡色或黑褐色，原麦汁浓度12度至20度，酒精含量在3.5%以上，其酒液突出麦芽香和麦芽焦香味，口味比较醇厚，略带甜味，酒花的苦味不明显，黑啤酒的营养成份相当丰富，除含有一定量的低分子糖和氨基酸外，还含有维生素C，维生素H，维生素G等。其氨基酸含量比其它啤酒要高3至4倍。而且发热量很高，每毫升黑啤酒的发热量大约100千卡。因此，人们称它是饮料佳品，享有“黑牛奶”的美誉。[2]

1.2 设计概述

1.2.1计选题依据

根据生命科学与工程学院生物工程教研室毕业设计任务书和啤酒厂设计规范QB6004-92，进行设计。

1.2.2设计任务书

本次设计为年产5万吨14°黑啤啤酒厂的设计（重点设备-糖化锅）。 1.2.2.1工艺选择

啤酒生产工艺的选择； 啤酒糖化工艺的选择 ； 物料，水，热，冷的平衡计算； 设备尺寸的计算；

啤酒厂的副产物利用和三废治理；

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1.2.2.2绘图内容

啤酒厂糖化车间生产工艺流程图； 啤酒厂发酵车间生产工艺流程图； 糖化车间平面布置图； 糖化车间立面布置图； 重点设备装配图—糖化锅。

1.2.3 指导思想

设计是在确定工艺方法及流程和设备选型时，参考了实习单位的情况，工艺上力求合理性和先进性，设备上根据实际尽可能采用先进的生产设备。通过先进的技术，自动化、机械化的生产控制，来减轻繁重的体力劳动和提高劳动力生产率，并采用已经成熟的生产工艺技术和设备，使工厂建成后能够顺利投产。经济上，因地制宜的采用适合的管理方法，降低能耗，减少污染，保护环境，选用合适的产品，减少浪费，还要考虑职工的生活便利。设计工厂整体要做到投资少、成本低、见效快的效果。

1.3 厂址选择

本次设计的是5万吨的啤酒厂，从啤酒的生产和销售角度考虑，将厂址选在黑龙江省齐齐哈尔市，其交通发达，水，电，煤丰富。人口众多，啤酒消费量大。

1.3.1齐齐哈尔地理环境

齐齐哈尔是黑龙江省第二大城市，东北老工业基地。同时也是丹顶鹤的故乡，扎龙自然保护区所在地。属平原地区，其主要河流是嫩江，嫩江的水质量良好，年降雨量也很高，日最大降水量，是中国仅有的没被污染的两条河流之一。因此通过各方面考虑选择齐齐哈尔作为厂址是比较有利于工厂的建设和发展的，并且此设计也可以带动齐齐哈尔的经济发展，同时可以缓解齐齐哈尔的就业压力，从长远角度考虑是切实可行的。

1.3.2环境保护方案

工厂应设有必要的环保方案，距大型的化工厂等重污染工厂较远，工厂选在远离市中心的，水源丰富的西区。因为西区位于嫩江的上游，水质量比较好，而且可以尽量减少大气污染和水污染。要有完善的污水处理系统，三废排除要符合国家标准。工厂重视绿化厂区，美化厂区，争做现代化企业。

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第2章 生产工艺的选择与论证

2.1 啤酒生产的工艺流程及设备流程

2.1.1生产工艺流程图

麦芽 → 粉碎 → 糖化 → 过滤 → 煮沸 → 回旋沉淀 → 麦汁的冷却 → 薄板换热器 →发酵 → 过滤 → 无菌灌装

2.1.2设备流程

↓

洗瓶机 ← 清酒罐 ← 硅藻土过滤机 ← 发酵罐 ← 薄板换热器 ↓ 灌装机 → 贴标机 → 装箱机

麦芽→粉碎机→糖化锅→过滤槽→煮沸锅 → 回旋沉淀槽

2.2 啤酒酿造原料的选择

2.2.1原料的选择

麦芽是啤酒生产的开始，麦芽质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。本次设计选用合格品麦芽为原料，成品麦芽出炉水分<5%，本设计选用的麦芽水分为6%。本设计采用全麦芽，不使用辅料。因为虽然使用部分辅料可降低生产成本，但会增加着色麦芽和糖色的用量，有时还会引起成品酒口感方面的缺陷。[3]

感官要求：淡色麦芽—淡黄色，有光泽，具有麦芽香味，无异味，无霉粒；着色黑麦芽—具有麦芽香和焦香味，无异味，无霉粒，理化标准。

2.2.2酿造水

啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤、冷却水两大部分。加工水中投料水、洗糟水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒的重要原料之一，在习惯上称酿造水。啤酒酿造水的性质主要取决于水中溶解盐类的种类和含量、水的生物学纯净度及气味。它们将对啤酒酿造全过程产生很大的影响。因此，必须重视酿造用水的质量。除必须符合饮用

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水标准外，还要至少应达到表2-1所列各项指标的要求。

表2-1 酿造用水的质量标准

序号 1 2 3 4 5

项目 色度 味度 pH 总盐 硬度

单位 — — — mg/l m/l

度

标准 无色透明无沉淀 无异臭味 16.5-7.5 50-200 暂时硬度0-3； 永久硬度3-5； 总硬度2-8

2.2.3酒花的选择

酒花的化学组成中，对啤酒酿造有特殊意义的有三大成分为酒花精油、苦味物质和多酚。根据设计要求，选取优质符合QB1668-93标准的一级颗粒酒花。

色泽：浅黄绿色，有光泽，褐色花片少于2%。 香气：富有浓郁的啤酒花香气，无异杂气味。 花体完整度：花体基本完整。

夹杂物：梗、叶等无害夹杂物不超过1.0%。 匀整度：颗粒均匀、散碎度〈4.0%。 硬度：≥60N/m2。 崩解时间：≤10s。 水分：8.0%～12%。

：5.0%—7.0%。 ?-酸含量（以干态计）

：3.0%—4.1%（参考值）。[4] ?-酸含量（以干态计）

2.3 糖化工艺的选择及论证

2.3.1麦芽的制作和粉碎

1.焦香麦芽的制作方法：将回潮成品淡色麦芽水浸8—10h，捞出沥干，然后装人转筒式炒炉，缓慢升温至50—55℃保持60min，使蛋白质分解，再升温至65—70℃保持60min，然后在30min内升温到170—200℃，维持15—20min使之产生类黑精物质，再用文火炒20—30min，直至麦芽外观完全符合规定的标准。[5]

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2.黑麦芽的制作方法：将干麦芽加水浸渍6—8h，沥干后，装入炒炉，缓慢升温至48%—52%维持30—40min，进行蛋白质分解。然后升温至65—68℃，进行20—30min的糖化，再在30min内加热至160—180℃。随后加热至200—210℃保持30min。当闻到浓郁的焦香气味时，再加热麦芽至220—230℃保持10—20min，即可出炉摊冷。[6]

3.麦芽的粉碎可分为干法粉碎，湿法粉碎，回潮干法粉碎。本次设计采用的是连续浸渍湿法粉碎。

优点：连续浸渍，浸渍和粉碎是连续作业，自动化程度较高，可实现对工艺参数的自动调节和计量显示，以及故障的控制。连续浸渍湿式粉碎改进了原来湿式粉碎的两个缺点，麦芽浸渍时间比湿法粉碎要短的多，溶解均匀一致。

缺点：结构复杂，价格高，维修费高，粉碎电负荷峰值大，粉尘损失大。

2.3.2糖化方法的选择及论证

糖化是将淀粉水解成可溶性糊精和可发酵性糖。

糖化方法是指麦芽和非发芽谷物原料的不溶性固形物转化成可溶性的、并有一定组成比例的浸出物，所采用的工艺方法和工艺条件：它包括配料浓度、各物质分解温度、PH、热煮出的利用等，常常还包括酶制剂、添加剂的选择使用等。

现在的啤酒厂一般采用浸出糖化法。其方法的选择取决于原料的质量，产品的类型，设备状况等多种因素。

因为本次设计的任务是140P黑啤酒，由于用全麦芽，我选择了升温浸出糖化法。 升温浸出糖化法,完全依靠麦芽中水解酶对麦芽成分的逐段升温分解。各段温度段的保留时间,完全取决于此段作用酶的含量及麦汁组成分的要求。其曲线变化较多。升温浸出糖化法,由于麦芽醪未经煮沸分解,因此, 要求麦芽发芽率高,溶解充分。若麦芽溶解差(麦尖部分溶解不足)或发芽率低,就很难将其生淀粉通过酶而溶解,因此,会影响麦汁收率。

糖化曲线如图2-1

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90807060温度/℃50403020100025456585105125时间/min145图2-1 糖化曲线

原料的配比：麦芽100% 粉碎前浸泡60秒

糖化：在糖化中,麦芽的糖化分解,采用二段式糖化。首先经过62.5℃糖化,此温度下糖化,麦芽中核苷酸、内切肽酶及?-淀粉酶均有活性,促进了核酸分解（形成核苷酸、及嘌呤、嘧啶）；内切肽酶还有一定活性,可补充蛋白质的分解,形成较多的可溶性氮（多肽）；?-淀粉酶在此段温度有最高活性,有利于形成较多的可发酵性糖。此休止一般为20～40min。随后再升至70℃进行第二段糖化,主要发挥?-淀粉酶的催化作用,提高麦汁收率。二段温度糖化分解,对提高麦汁发酵度十分有利。

2.3.3麦芽醪的过滤

糖化结束后，应尽快地把麦芽汁和麦糟分开，以得到清亮和较高收得率的麦芽汁，避免影响半成品麦芽汁的色香味。因为麦糟中含有的多酚物质，浸渍时间长，会给麦芽汁带来不良的苦涩味和麦皮味，麦皮中的色素浸渍时间长，会增加麦芽汁的色泽，微小的蛋白质颗粒，可破坏泡沫的持久性。

过滤的方法有压滤机法和过滤槽法，此次设计所采用的方式是过滤槽法。过滤槽的优点是操作简单，工艺成熟，进醪排糟都很容易也是比较普遍的。在醪夜进槽前其中就有78℃的温水，使水溢过率板，作用是预热槽以及排除管塞底的空气，泵送糖化醪送完

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后开幼耕槽机转3～5r，使糖化醪在槽内均匀分布，静置20min使糖化醪沉降形成过滤层通过回流泵使麦汁回流直至麦汁澄清,一般需要10～15min。进行正常过滤注意调节麦汁流量（逐步减少）收集头号滤过麦汁一般需要45～90min，待麦糟快要露出时开动耕槽机耕槽，疏松麦糟层，喷水洗槽。采用2～3次洗槽，同时收集二滤麦汁，开始比较浑浊，需要回流直至澄清待洗槽残液流出浓度达7度时过滤结束，旋转耕槽机刀开动耕槽机，打开麦糟排除阀 。

2.3.4麦汁的煮沸和酒花的添加

1.煮沸的目的: (1)蒸发水分、浓缩麦汁 (2)钝化全部酶和麦汁杀菌 (3)蛋白质变性和絮凝 (4)酒花有效组分的浸出 (5)排除麦汁中特异的异杂臭气

麦汁的容量已盖满煮沸锅的加盐层时,即开始加热了,使麦汁维持在70～80℃之间,防止菌酸菌等产菌污染,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,可以防止局部过热,引起麦汁色度加深和加热面结垢,清洗困难。煮沸强度10%,1.5小时煮沸时间,加入石膏调pH。

2.添加酒花的目的: (1)赋予啤酒爽快的口感 (2)赋予啤酒特殊的香气 (3)保持啤酒的非生物稳定性

添加方法：第一次，煮沸5～15min后，添加总量的5%～10%，主要是消除煮沸物的泡沫；第二次，煮沸30～40min后，添加总量的55%～60%，主要是萃取?-酸，并促进异构；第三次，煮沸80～85 min后，加剩余酒花，主要是萃取酒花油，提高酒花香。[4]

优点：1、广泛采用酒花颗粒，酒花的苦味物质比酒花球果易溶解。2、煮沸设备改进、麦汁循环强化、蒸发强度提高，煮沸时间缩短。3、酒花使用量减少，更强调?-酸的异构化率。

2.3.5麦汁的处理

热凝固物分离工艺，采用回旋沉淀槽法。热麦汁由双向切线方向进槽,在槽内回旋产生离心力。由于受槽内运动离心力的作用力的合力把颗粒推向槽底中央。该设备占地面积小,加工容易投资也少。如不分离热凝固物,在发酵中,会引起热凝固物吸附大量酵

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母,使发酵不正常。同时在发酵中被分散,将来进入啤酒,影响啤酒的非生物稳定性。

技术条件：

(1)麦汁液面与槽直径比1:2～3。

(2)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12～20min,麦汁静置时间30～40min。 (5)麦汁切线进口位置约在麦汁高度1/3处。

2.4 发酵工艺

冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始。整个发酵过程可以分为：酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。酵母接种后，在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要氮源，可发酵性糖为主要碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而增殖，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。

酵母恢复阶段：酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降的很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏细胞内的肝糖和海藻糖提供。下一阶段，酵母细胞基本不繁殖，即所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。

有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵性糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。

无氧呼吸阶段： 在此发酵过程中，绝大部分可发酵性糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽糖，麦芽三糖。

2.4.1啤酒酵母

酵母是生产所有酒类不可缺少的物质，酵母的种类很多，啤酒酵母的学名：Saccharomyces cerevisiae，根据Loder分类，酵母有39属，350种。啤酒酿造中酵母的主要作用是降糖，产生二氧化碳和酒精。但不是所有的酵母都可以用来酿酒，用来酿制啤酒的酵母大部分是经过人工培养的专用酵母，称之为啤酒酵母。啤酒酵母又可分为上面发酵酵母和下面发酵酵母。用上面发酵酵母酿造的啤酒，在发酵过程中，温度比较高，发酵时间比较短，发酵完毕以后，酵母大多漂浮在上面。一般来讲，Ale,Stout这些种类的啤酒大多采用此种酵母。相反，使用下面发酵酵母在酿制啤酒的发酵过程中，温度比较低，发酵时间比较长，发酵完毕之后，酵母大多沉聚在底部，像Pilsner Beer,Munich Beer

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这类的著名啤酒，大多采用此种酵母进行发酵。值得一提的是，用来酿酒的酵母，均含有大量的蛋白质和多种氨基酸，维生素以及矿物质，特别是核酸，更具有抗老防衰的独特作用。

2.4.2发酵工艺曲线

发酵工艺曲线如图2-2。

141210温度/℃86420-21234567时间/d891011121314图2-2 发酵工艺曲线

2.4.3工艺的论证

入罐温度为10℃,此温度选在10℃比较适合，因为若低于此温度，升温的时间会很长，在长时间的升温过程中很容易染菌。因此一天就要升到主发酵温度，并且采用的是自然升温。

本设计中麦汁进罐的方法是直接进罐法。冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母,泵到锥形发酵罐，全量酵母与第一锅麦汁一次性加入锥形罐中。

直接进罐的作用是为了缩短起酵时间,大多采用较高的接种量。本次设计采用的接种是设定在3.0%，因此接种后细胞浓度为2.0×106个/ml，此细胞浓度对啤酒风味物高级醇以及双乙酰的含量是均匀合理的,对啤酒的发酵度与酒精度也是有帮助的，麦汁是分批进入C.C.T的，为了减少VDK前驱物质α-2乙酰乳酸的生成量,要求满罐时间在12～18h内。因本设计为14o全麦啤酒，主发酵温度在9.5～12℃比较适合,主发酵的温度若过低会导致啤酒酿造完后容易上头，设计选取主发酵温度12℃，属中温发酵。

在发酵的过程中双乙酰的还原也是非常重要的环节，双乙酰已被视为啤酒好坏的标度。由于本设计选用的菌种繁殖快，满罐后第2天发酵的降糖与还原双乙酰这两个生化过程基本在12℃下同时进行。

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当外观浓度降至40pVDK＜0.1mg/l,在1天内降至5℃停留24小时，排酵母,是为了提高啤酒的口感、味道及改善酵母泥的品质。

2.5 啤酒的过滤和贮酒

2.5.1过滤的目的

发酵结束的成熟啤酒，虽然大部分蛋白质和酵母已经沉淀，但仍有少量物质悬浮于酒中，必须经过澄清处理才能进行包装。啤酒过滤的目的：除去酒中的悬浮物，改善啤酒外观，使啤酒澄清透明，富有光泽；除去或减少使啤酒出现浑浊沉淀的物质（多酚物质和蛋白质等），提高啤酒的胶体稳定性（非生物稳定性）；除去酵母或细菌等微生物，提高啤酒的生物稳定性。

2.5.2过滤的方法

本次设计采用烛式过滤系统和膜式过滤系统。

由于滤层铺设在刚硬的支承环上，故管路压力波动，不致于引起预涂层折裂变形；滤柱是圆形截面，过滤表面积随着滤层厚度而增加，当滤层积聚成大的外直径时，不仅仅外表面的硅藻土起过滤作用，在较小直径的内部也引起过滤作用；在机壳内部没有任何活动部件，这对灭菌是有利的；易于实现自动化控制。综合其他因素，设计中采用了环式（烛式）硅藻土过滤机。

膜式过滤主要用于精滤生产无菌啤酒,啤酒先经离心机离心或硅藻土过滤机粗滤后,再入膜滤除菌。该法的优点是可以直接滤出无菌鲜酒，若配合无菌包装可省出巴氏杀菌机而产生出生物稳定性可靠的成品啤酒，从而有利于啤酒泡沫稳定性，成品酒无过滤介质污染，产品损失率减少。

2.5.3贮酒

本次设计采用贮酒温度是-1℃,因为对酒的保质期有好处,但也不能太低因为酒会结冻。啤酒过滤后存放清酒的容器称为清酒罐。清酒罐是过滤机和灌装机之间的缓冲容器，为了灌装稳定，清酒需要停留6-12小时才能灌装，但清酒在清酒罐最多只能存放3天。

清酒罐不能用空气背压，要用二氧化碳或无菌氮气背压，因为整个发酵过程要求的无菌程度较高。清酒罐每周要用酸、碱洗一次，每隔1-2个月进行一次CIP系统清洗。

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3.1.4 物料衡算

设生产旺季200天，每天糖化6次，而淡季120天，每天糖化4次， 因此，每年总糖化次数：

200×6+12×4=1680次

则一次糖化生产成品啤酒量为：

50000?103?2.98?104kg

1680而14°啤酒20℃时密度为1056kg/m3，则一次糖化生产啤酒量：

2.98?104?28.22m3?28220L

1056又生产100L成品啤酒消耗原料22.02kg 则糖化一次消耗原料量：

28220?22.02?6214.04kg 100每次酒花耗用量：

28220?0.215?60.67kg 100热麦汁量：

28220?107.3?30280.06L 100冷麦汁量：

28220?103.6?29235.92L 100发酵液量：

28220?102.0?28784.40L 100滤过酒量：

28220?101.0?28502.20L 100成品酒量：

28220?100?28220L 100湿糖化糟量：

28220?27.36?7721.10kg 100湿酒花糟量：

28220?0.645?182.02kg 100商品干酵母量：

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28220?0.16?45.15kg 100二氧化碳量： 释放CO2的量：

28220?3.9?1100.58kg 100释放CO2的体积：

28220?2.13?601.09m3 1003.1.5啤酒生产物料料衡算表

3-2 啤酒生产物料衡算表

物料名称

单位

对100kg 混合原料

混合原料(麦芽) 酒 花 热 麦 汁 冷 麦 汁 发 酵 液 滤 过 酒 成 品 酒 湿糖化糟 湿酒花糟 商品干酵母 游离二氧化碳

备注：14°啤酒的密度为1056kg/m

实际年生产啤酒:4.74?10?107?33

对100L 成品啤酒 22.02

糖化一次 定额量 6214.04

50000t/a 啤酒生产

kg 100

1.04?107 1.02?105 5.09?107 4.91?107 4.84?107 4.79?107 4.74?107 1.30?107 3.06?105 7.59?104 1.85?106

kg L L L L L kg kg kg

0.98 487.56 470.5 463.4 458.8 454.2 124.25 2.93 0.73

0.215 107.3 103.6 102.0 101.0 100 27.36 0.645 0.16

60.67 30280.06 29235.92 28784.40 28502.20 28220 7721.10 182.02 45.15

kg 17.71 3.9 1100.58

?1056?50054.4t

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3.2 热量衡算

本设计采用的是一次浸出糖化法，其中的投料量为糖化一次的用料量。 1.糖化用水耗热量Q1 根据工艺，糖化用水量为：

G=6214.04×4= 24856.16kg

式中 6214.01—糖化一次麦芽用量；

4—料水比采用1：4

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=G×C×(t2-t1)=24856.16×4.18×(50-18)=3324759.96kJ

2.糖化锅中麦醪的初温t麦醪 计算麦醪的比热容C麦醪：

根据经验公式C谷物?0.01?[(100?w)C0?4.18w]进行计算。 式中 w为含水百分率；

C0为绝对谷物比热容，取C0?1.55kJ/(kg?K)

则：

C麦芽?0.01?[(100?6)?1.55?4.18?6]?1.71kJ/(kg?K)

C麦醪?G麦芽C麦芽?GCG麦芽?G?6214.01?1.71?24856.16?4.18?3.54kJ/(kg?K)

6214.01?24856.16G麦醪?G麦芽?G?6214.01?24856.16?31070.17kg

?t麦醪??G麦芽C麦芽?18?GC?50G麦醪C麦醪6214.01?1.71?18?24856.16?4.18?5031070.17?3.54

=48.97℃

3.麦醪由48.97℃升温到63℃耗热量Q2

Q2?G麦醪C麦醪?(63?48.97)?31070.17?3.54?(63?48.97)

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=1543137.28kJ

4.麦醪由63℃升温到70℃耗热量Q3

Q3?G麦醪C麦醪?(70?63)?31070.17?3.54?(70?63)?769918.81kJ

5.麦醪由70℃升温到78℃耗热量Q4

Q4?G麦醪C麦醪?(78?70)?31070.17?3.54?8?879907.21kJ

6.洗糟水耗热量Q5

设洗糟水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg,则用水量：

450G洗?6214.01??27963.05kg

100故

Q5?G洗C?(80?18)?27963.05?4.18?62?7246904.04kJ

7.麦汁煮沸过程耗热量Q6

Q6?Q6'?Q6''?Q6'''

(1)麦汁升温至沸点耗热量Q6'

由糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得514.86kg热麦汁，并设过滤完毕麦 汁温度为70℃，则进入煮沸锅的麦汁量为：(料水比1：4)

G麦汁?6214.01?514.86?31993.45kg

又C麦汁故

46214.01?1.71?6214.01??4?4.18G麦芽C麦芽?GC5???3.59kJ/(kg?K)

4G麦芽?G6214.01?6214.01??45Q6'?G麦汁C麦汁?(100?70)?31993.45?3.59?30?3445694.57kJ

(2)煮沸过程蒸发耗热量Q6''

煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：

V?31993.45?10%?1.5?4799.02kg

故

Q6''?IV?2257.2?4799.02?10832347.94kJ

19

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(3)热损失为：

Q6'''?15%?(Q6'?Q6'')?15%?(3445694.57?10832347.94)?2141706.38kJ

(4)麦汁煮沸总耗热：

Q6?Q6'?Q6''?Q6'''?3445694.57?10832347.94?2141706.38?16419748.89kJ

8.糖化一次总耗热量Q总

Q总??Qi?3324759.96?1543137.28?769918.81?879907.21?7246904.04?16419748.89i?16?30184376.19kJ 9.糖化一次耗用蒸汽量D

使用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3kJ/kg，则:

D?Q总(I?i)??30184376.19?14683.70kg

(2725.3?561.47)?95%式中 i—相应冷凝水焓561.47kJ/kg;

?—蒸汽的热效率?=95%

10.糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax

在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且知煮沸时间为90min，热效率为95%，故:

Qmax?Q616419748.89??11522630.8kJ/h

1.5?95%1.5?95%相应的最大蒸汽耗量为：

Dmax?Qmax11522630.8??5325.11kg/h I?i2725.3?561.4711.蒸汽单耗

据设计，每年糖化次数为1680次，共生产啤酒50054.4吨，年耗蒸汽总量为：

DT?14683.70?1680?24668616kg

每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）为：

24668616Ds??492.84kg/t啤酒

50054.4每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：

20

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Dd?14683.70?6?88102.2kg/d

将上述计算结果列成热量消耗综合表，如表3-3所示

3-3 50000t/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表

名称 蒸汽

规格 MPa 0.3(表压)

每吨产品消耗定额kg 492.84

每小时最大用量kg/h 5352.11

每昼夜消耗量kg/d 88102.2

年消耗量kg/a 24668616

3.3 水平衡计算

1.糖化用水

100kg原料大约需用水量为400kg 糖化用水量：

6214.04?400?24856.16kg 100糖化用水时间设为0.5h，故： 每小时最大用水量：

24856.16?49712.32kg/h 0.52.洗糟用水

100kg原料约用水450kg，则需用水量：

4506214.04??27963.18kg

100用水时间设为1.5h，则每小时洗糟最大用水量：

27963.18?18642.12kg/h 1.53.糖化室洗刷用水

一般糖化室及设备洗刷用水每糖化一次，用水约6吨，用水时间为2h，故： 洗刷最大用水量：

6?3t/h 24.沉淀槽冷却用水

G?Q(冷却时间设为1h)

C(t2?t1)式中，热麦汁放出热量Q?Gp?Cp?(t1'?t2') 热麦汁比重C麦汁?1.043 热麦汁量

Gp?30280.06?1.043?31582.10kg/h

21

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热麦汁比热Cp=0.98 KJ/kg℃ 热麦汁温度t1'?100℃; t2'=55℃ 冷却水温度t1=18℃;t2=45℃ 冷却水比热c=1

Q?31582.10?0.98?(100?55)?1392770.61KJ/h G?Q1392770.61??51584.10kg/h

C(t2?t1)1?(45?18)5.麦汁冷却器冷却用水

麦汁冷却时间设为1h，麦汁冷冷却温度为5.5℃至6℃ 分二段冷却，第一段：麦汁温度55℃至25℃ 冷水温度18℃至30℃ 麦汁放出热量

Q?Gp?Cp?(t1'?t2')t?31582.10?0.98?(55?25)?928513.74KJ/h

1冷却水用量

G?Q928513.74??77376.15kg/h

C(t2?t1)1?(30?18)6.酵母洗涤用水（无菌水）

每天酵母泥最大产量约300L，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二倍，则连续生产每天用水量：

(4?1)?300?2?3000L

设用水时间为1h，故最大用水量为3t/h 7.发酵室洗刷用水

每天洗刷发酵罐2个，第个用水2t，洗刷地面共用水2t，每天用水量：2?2?2?6t 用水时间设为1.5h，最大用水量:

6?4t/h 1.58.贮酒室洗刷用水

每天冲洗一个贮酒罐，用水为2t，管路及地面冲刷用水1t，冲刷时间为1h，最大用水量：

2?1?3t/h

9.清酒罐洗刷

每天使用4桶，冲洗一次，共用水4t，冲刷时间为40min，则最大用水量：

4?60?6t/h 4022

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10.其他用水

包括冲洗地板、管道冲刷、洗滤布等，每班需用水10t，设用水时间为2h，则每小时用水量：

10?5t/h 2将上述结果列于表3-4

3-4 啤酒用水量衡算表

项目

糖化用水 洗糟用水 糖化室洗刷用水 沉淀槽冷却用水 麦汁冷却器冷却用水 酵母洗涤用水 发酵室洗刷用水 贮酒室洗刷用水 清酒罐洗刷用水 其他用水

水质需要 自来水 自来水 自来水 自来水 自来水 无菌水 自来水 自来水 自来水 自来水

最大用水量t/h

49.71 18.64 3.0 51.58 77.38 3.0 4.0 3.0 6.0 5.0

t/次 24.86 27.96 6.0 51.58 77.38 3.0 6.0 3.0 4.0 10.0

3.4 耗冷量计算

3.4.1发酵工艺流程示意图

94℃热麦汁—冷麦汁（5℃）—锥形罐发酵—过冷却至-1℃—贮酒—过滤—清酒罐。

3.4.2工艺技术指标及基础数据

年产14°黑啤酒50054.4吨；

旺季每天糖化6次，淡季4次，每年共糖化1680次； 主发酵时间15天；

4锅麦汁装1个锥形发酵罐； 14BX麦汁比热容C1=4.0 kJ/(kg.K)；

冷煤用15%酒精溶液，比热容可视作C2=4.18kJ/(kg.K)； 麦芽糖厌氧发酵热q=613.6(kJ/kg)； 麦汁发酵度60%；

根据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类，即：

Q?Qt?Qnt

23

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3.4.3工艺耗冷量Qt

1.麦汁冷却耗冷量Q1

近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法，使用的冷却介质为2℃的冷冻水，出口温度85℃，糖化车间送来的热麦汁温度为94℃，冷却至发酵起始温度6℃。

根据啤酒生产物料衡算表，可知每糖化一次得热麦汁30280.06L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3 ,故麦汁量为：

G?1048?30280.06?10?3?31733.50kg

又知14°麦汁的比热容为4.0kJ/(kg.K)，工艺要求在1h内完成冷却过程，则所耗冷量为：

Q1?G?C?(t1?t2)??31733.50?4.0?(94?5)?11170192kJ/h

1式中 t1, t2—麦汁冷却前后的温度（℃）；

； ?—冷却操作过程的时间（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?11170192?44680768kJ

相应的冷冻介质（2℃的冷水）耗量为：

M1?Q111170192??32196.32kg/h

Cm(t2'?t1')4.18?(85?2)式中 t1'和t2'—分别为冷冻水的初温和终温(℃)；

Cm—水的比热容[kJ/(kg.K)]

2.发酵耗冷量Q2 (1)发酵期间发酵放热量Q2'

假定麦汁固形物均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵放热量为613.6kJ/kg，设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：

q0?613.6?14%?60%?51.54kJ

根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为29235.92L，则每锥形罐发酵放热量为：

24

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

Q0'?51.54?29235.92?4?6027277.27kJ

由于工艺规定主发酵时间为15天，每天糖化6锅麦汁，并考虑到发酵放热不平衡，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?66027277.27?1.5?6??37670.48kJ/h

24?15?424?15?4(2)发酵后期发酵液降温耗冷Q2''

主发酵后期，发酵液温度从5℃缓慢降到-1℃，每天单罐降温耗冷量为：

Q0''?4G?C[5?(?1)]?4?31733.5?4.0?6?3046416kJ

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''1.5?3046416??95200.5kJ/h 24?224?2(3)发酵总耗冷量Q2

Q2?Q2'?Q2''?37670.48?95200.5?132870.98kJ/h

(4)每罐发酵耗冷量Q0

Q0?Q0'?Q0''?6027277.27?3046416?9073693.27kJ

(5)发酵用冷媒耗量（循环量）M2

发酵过程冷却用稀酒精作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为：

M2?Q2132870.98??3973.41kg/h Cm?84.18?83.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，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5-7次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。冷却前无菌水温为30℃，用-8℃的酒精液作冷却介质。

由上述条件，可得无菌水用量为：

GW'?31733.50?6?1.0%?3?5712.03kg/d

式中 31733.50—糖化一次的冷麦汁量（kg）

25

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

每班无菌水用量：

GW?GW'5712.03??1904.01kg/班 33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?GW?C?(tW?tW')??1904.01?4.18?(30?1)?115402.05kJ/h

2所耗冷冻介质量为：

M3?Q3115402.05??3451.02kg/h

C(t2?t1)4.18?[0?(?8)]式中 t1，t2—冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃ 每罐用于酵母洗涤的耗冷量为：

Q3?GW?C?(tW?tW')1904.01?4.18?(30?1)??153869.39kJ

1.51.5式中 1.5—每班装罐1.5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12d，即12×24=288h。根据工厂实践，年产5万吨啤酒工厂酵母培养耗冷量：Q=69666.7 kJ/h 对应的年耗冷量为：

320320?Q4?Q4?288??69666.7?288??2.14?108kJ

3030相应的高峰冷冻介质循环量为：

M4?Q469666.7??2083.33kg/h

C(t2?t1)4.18?[0?(?8)]5.发酵车间工艺耗冷量Qt

综上计算，可求算出发酵车间的工艺耗冷量为：

Qt??Qi?11170192?132870.98?115402.05?69666.7?11488131.73kJ/h

i?143.4.4非工艺耗冷量Qnt

除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁、运转机械、围护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量，现分别介绍。

26

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1.露天锥型罐冷量散失Q5

锥型罐啤酒发酵工厂几乎都是把发酵罐至于露天，由于太阳辐射、对流传热和热传导等造成冷量散失，可根据前面介绍的低温设备、管道的冷量散失公式计算。通常，这部分的冷量散失可由经验数据求取。根据经验，年产5万吨啤酒厂露天锥型罐的冷量散失在22000-50000KJ/t啤酒之间，若在北方地区设厂，可取低值。故旺季每天耗冷量为：

?Q5?Gb?22000?28220?10?3?1020?10?3?6?22000?3799540.8kJ/d

式中 Gb—旺季成品酒日产量（t）

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?2Q52?3799540.8??316628.4kJ/h 2424冷媒（-8℃稀酒精）用量：

M5?Q5316628.4??9468.55kJ/h

C(t2?t1)4.18?[0?(?8)]2.清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6

因涉及的设备、管路很多，若按前面介绍的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据实践经验选取，通常取Q6?12%Qt，所以：

Q6?12%Qt?0.12?11488131.73?1378575.81kJ/h

冷媒（-8℃稀酒精）用量：

M6?Q61378575.81??41225.35kJ/h

C(t2?t1)4.18?[0?(?8)]3.4.5年耗冷量计算

1.因麦汁冷却每罐耗冷量为Qf?44680768kJ

则麦汁冷却年耗冷量：（4锅麦汁装一发酵罐，一年糖化1680次）

168044680768??1.88?1010kJ

42.发酵年耗冷：

16801680Q0??9073693.27??3.81?109kJ

443.无菌水冷却年耗冷：

27

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

Q3?16801680?153869.39??6.46?107kJ 444.酵母培养年耗冷：2.14?108kJ 因此，年耗冷：

Qt?1.88?1010?3.81?109?6.46?107?2.14?108?2.29?1010kJ

5.锥形罐年冷损：

?因旺季每天耗冷量Q5?3799540.8kJ/d，糖化每班装罐1.5罐，

?Q53799540.8??2533027.2kJ 则每罐冷耗：1.51.5则年耗冷量：2533027.2?6.管道等年冷损：

1680?1.06?109kJ 4因Q6?12%Qt?0.12?2.29?1010?2.75?109kJ 所以，（年耗冷）：

1.06?109?2.75?109?3.81?109kJ

年总耗冷：

Qt?Qnt?2.29?1010?3.81?109?2.67?1010kJ

单耗：

2.67?1010?533419.6kJ/t啤酒

50054.4将上述计算结果，整理后可得50000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如表3-5所示：

28

齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 3-5 啤酒发酵车间冷量衡算表

耗冷分类

工艺耗冷量

耗冷项目

每小时耗冷量（kJ/h） 11170192

冷媒用量（kg/h） 32196.32(2℃的冷水) 3973.41 3451.02

年耗冷量（kJ）

麦汁冷却Q1

发酵耗冷Q2 无菌水冷却

1.88?1010

132870.98 115402.05

3.81?109 6.46?107

Q3

酵母培养Q4 工艺总耗冷

69666.7 11488131.73

2083.33 41704.08

2.14?108 2.29?1010

Qt

非工艺耗冷

量

锥形罐冷损

316628.4

9468.55

1.06?109

Q5

管道等冷损

1378575.81

41225.35

2.75?109

Q6

非工艺总耗冷Qnt

1695204.21

50693.9

3.81?109

合计总耗冷

Q 单耗

13183335.94 —

2.67?1010

2.67?1010?533419.6KJ/t啤酒

50054.4

29

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

第4章 啤酒生产设备选型计算

4.1 啤酒生产设备论证

4.1.1设备的组合方式论证

本设计选用的是二器组合的生产方法，对于此方法来说，年产5万吨的啤酒厂的生产能力完全可以达到。而且此方法对糖化锅原料利用率较高。

4.1.2糖化设备组合方式的综合比较

通过对糖化设备采用3种不同组合方式的技术经济分析，可以得到如何下结果,如表4-1

4-1 糖化设备采用3种不同的组合方式的技术经济结果

序号 组合方式 生产批次设备平均 投资系数 投资效率比

（批/次） 利用率（%） 1 2 3

二器组合 四器组合 四器＋缓冲罐组合

2.7 4.0 6.0

89 80 80

0.5 1.0 1.2

5.4 4.0 5.0

因此，二器组合方式投资少，设备平均利用率高，生产效率。使用于小型啤酒厂。

4.2 啤酒生产设备选型计算

4.2.1麦芽暂贮箱

1.所需容量计算 每次投料量 G=6214.04kg 麦芽容重 r=500kg/m3 有效容积系数??0.8 所需容积

V?G6214.04??15.54m3r??500?0.830

[7]

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

2.结构

采用方形斜锥底,金属结构。 定箱内尺寸为： A=4000mm，a=500mm B=2000mm，b=300mm H=1500mm，h=1500mm 总容积为:

V总?ABH?h(2AB?Ab?aB?2ab)61.5?4?2?1.5?(2?4?2?4?0.3?0.5?2?2?0.5?0.3)

6?16.625m34.2.2麦芽粉贮箱

1.所需容量计算

每次投料量 G=6214.04kg 麦芽粉比容C?2.560m3/t 有效容积系数??0.7 所需容积

V?G?C??6214.04?2.560?22.73m3

0.72.结构

方形锥底,金属结构。 定箱内尺寸为： A=4500mm，a=500mm B=2000mm，b=300mm H=2200mm，h=1500mm 总容积为:

V总?ABH?h(2AB?Ab?aB?2ab)61.5?4.5?2?2.2?(2?4.5?2?4.5?0.3?0.5?2?2?0.5?0.3)

6?24.96m34.2.3水箱

设计两个水箱，一个投料水箱，一个洗糟水箱。

31

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

取水箱尺寸为4000×3000×2000mm

4.2.4糖化锅

糖化锅的主要作用是进行麦芽的蛋白分解作用，并与已糊化的大米醪混合，维持醪液在一定的温度，使醪液进行淀粉糖化。

(1)锅体采用圆柱形器身，略带锥形夹层底和弧形顶盖。锅身直径与高度比为2：1，

D容量系数取0.8，下封头高度h?。

4(2)加热方式为夹套间接蒸汽加热，夹套的蒸汽压力通常为0.3—0.6MPa。 (3)糖化锅的材料，全部采用不锈钢板。 糖化醪量：

G?6214.04?6214.04?4?31070.2kg

糖化醪的干物质百分含量：

6214.04?94%?18.8%

31070.2查《啤酒工业手册》，得相对密度为1077kg/m3。 则糖化锅的有效容积为：

V?31070.2?28.85m3

1077取糖化锅充满系数为0.8 糖化锅总体积：

28.85?36.06m3 0.8糖化锅其圆筒直径D与高度H之比取2：1，即D=2H 则

D1?11V总??()2H??D3?D3??D3??D3

2248246V总?D?36V总??36?36.06?4.10m

3.14H?DD?2.05m,h??1.025m 244.2.5麦汁煮沸锅

用于麦汁的煮沸和浓缩，蒸发掉多余的水分，使麦汁达到一定的浓度，并加入酒花，

使酒花中所含的苦味及芳香构成物质进入麦汁中。

(1)煮沸锅锅体采用圆柱形器身，椭圆形封头及封底。锅身直径与筒体高度之比取2：1，容量系数0.7，锥底高度以??140?为宜。

(2)加热采用外加热器，壳层通入0.3—0.6MPa的蒸汽进行加热。 (3)煮沸锅材质选用不锈钢。

32

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

混合原料浸出率：

原料无水浸出率×原料使用量=75×1=75%

则头号麦汁浓度P0：

P0?A75%??15.8% A?W75%?4由头号麦汁浓度15.8%查得??1064kg/m3

设计规定煮沸之前，加完水后麦汁浓度为11度，查??1044kg/m3 设煮沸时加水量V 则

31070.2?7721.10(?V)?1044?31070.2?7721.10?1000V

1077得V?16.25m3 糖化醪量：

G?31070.2?5578.10?1000?16.25?39599.1kg

则煮沸锅有效容积：

V?G??39599.1?37.93m3 1044取煮沸锅充满系数0.8，则煮沸锅总容积：

V37.93V总???47.41m3

0.80.8取高径比H：D=1：2，则

D11V总??()2H??D3??D3

2246得

D?36V总??36?47.41?4.5m 3.14H?D?2.25m 24.2.6过滤槽（煮沸之前）

采用圆柱形器身，平底锅底。

因醪液量：G?31070.2kg，密度??1077kg/m3 则过滤槽有效容积 取充满系数0.85，则

33

齐齐哈尔大学毕业设计(论文)

V总?取高径比H：D=1：2

D则V??()2H，得：D=4.42m,H=2.21m

228.85?33.94m3 0.854.2.7回旋沉淀槽

回旋沉淀槽采用圆柱形器身，平顶锥底。

进入回旋沉淀槽的热麦汁量：30280.06L，即30.28m3 容积系数取0.8，则回旋沉淀槽容积为：

30.28V容??37.85m3

0.8回旋沉淀槽高径比为1：2，设圆柱部分直径D，则高因此，

DDV容??()2?

22D?2.3m 2D 2得D=4.6m 圆柱部分高H?4.2.8薄板换热器

采用一段式冷却方式，由工艺可知麦汁经回旋沉淀槽后的温度为94℃，而所用冷水2℃。

麦汁：94℃—10℃；冷水：2℃—85℃

于是?t1?9℃，?t2?8℃

?t??t1??t29?8??8.49℃ ?t19lnln8?t2进入薄板换热器的麦汁量为：

因

G??30.28?1056?31975.68kg G?31975.68?(1?0.5%)?31815.80kg

式中 31975.68—进入回旋沉淀槽麦汁量

0.5—湿热凝固物含量 换热量：

Q?GC(t1?t2?31815.80?3.85?(94?10)?10289229.72KJ

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则换热面积：

S?Q10289229.72??144.97m2 K??t2000?4.18?8.49式中 K—850?4.18?2850?4.18KJ/m2?h?℃,取K：2000×4.18

4.2.9麦汁暂存罐

麦汁经薄板冷却器冷却后，进入暂存罐。 其容积可取回旋沉淀槽容积，V容?37.85m3

D=4.6m,H=2.3m

4.2.10酵母扩培系统

采用三级扩培。在逐级扩大培养过程中，正确选择扩大比，会影响到起始细胞浓度、扩大培养时间、酵母菌龄一致性以及在扩大培养中抵抗杂菌污染的能力。扩大比遵循的原则如下：在汉生罐以前各级，由于采用较高培养温度（25—27℃），酵母倍增时间短，无菌操作条件好，可采用1：10—20；反之，汉生罐以后各级，采用低温培养（不大于13℃），酵母倍增时间长，杂菌污染机会多，扩大比宜小，一般比宜1：4—5。[4]

由于每罐麦汁量为：

29235.92?4?116943.68?117m3

若发酵接种后细胞浓度为15?20?106/mL，则汉生罐以后各级扩大比定为1：5，高每一级细胞培养后浓度为75?106个/mL。

则第三级罐有效容积为大罐容积。

所以

18.75?106V1??117?29.25m3

75?10629.25V2??5.85m3

55.85V3??1.17m3

54.2.11发酵罐

锥形发酵罐的数量

n?T?N15?6?3??3?25.5[4] A4取n=26个

式中 T—发酵周期（天）；

A—每个发酵罐可装麦汁批量数（批）；

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N—每天的糖化次数（次）； 3—考虑到进出料等周转、清洗时间和发酵时间可能延长而需要的罐数（个）。 1.锥角的确定

不锈钢罐锥角一般为60?，此时沉降酵母在锥底所占的比表面积小，有利于酵母的沉降和排放。

2.冷却方式的确定

采用无缝钢管盘成的蛇管分成3段绕柱身进行冷却，而锥底部分采用冷却夹套进行冷却。

3.罐的保温材料选择

由于是露天发酵罐，只有锥底部分在室内，露天的罐体应作好保温措施。设计选用经济的聚酰氨树脂。

4.罐的材料选择

啤酒是酸性饮料，容易导致钢铁腐蚀，选择不锈钢作为发酵罐的材料，耐腐蚀且导热系数小，利于罐的保温。罐体上各接管均采用不绣钢。

5.发酵罐尺寸计算

因糖化一次发酵液的量为28784.40L,4锅麦汁装一发酵罐，则发酵罐有效容积为：

V?28784.40?4?115137.6L?116m3

设填充系数为0.8,则

V总?116?145m3 0.8取径高比D：H=1：4，锥角60? 因tan60??h3?3,h?D D22D1D3D1D3V??()2H??()2?D??()2?4D??()2?D

23222322得D=3.5mm 圆筒体高H=4D=14m 锥体部分高度h?3D?3m 24.2.12板框式硅藻土过滤机

由不锈钢制成，滤板和滤框交替排列。选用德国ORION-AIOO，过滤能力350—

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370L/(m2?h)，台机产量为10000—50000L。

4.2.13清酒罐

设计4个清酒罐，2个备用，共6个罐。 因糖化一次滤过酒量为：28502.20L 则进入清酒罐的洒量：

28502.20?4?114m3

每个清酒罐的体积：

114?28.5m3 4设清酒罐填充系数0.9，则：

28.5?31.7m3 0.9清酒罐采用圆柱形锅体，取径高比D：H=1：3。

V总?D2D2?3D 则V??()H??24得D=2.4m,H=3D=7.2m

4.2.14 CIP系统

1.CIP系统的设置（流量580L/min）

洗涤过程：清水喷淋10min，热水喷淋洗涤10min，80℃,2%热碱水淋洗15min，热水洗涤10min，清水10min，甲醛水（0.015%）或双氧水（2%）淋洗15min，无菌水淋洗15min。

2.洗涤罐设置

清水罐2个，热水罐2个，碱水罐1个，甲醛水或双氧水罐1个，无菌水罐1个。

4.3 重点设备设计计算（糖化锅）

4.3.1糖化锅主要尺寸

由前面设备选型知：糖化锅

V总?36.06m3，直径D?4.1m，高H?2.05m，下封头高度h?1.025m

4.3.2内压薄壁圆筒底的强度设计

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1.设计压力P

设液面距离圆筒底的高度为h?，则

D?()2?h??V容?V球 2134?(28.85??3.14?4.1)4(V容?V球)24?h????1.5m 22?D3.14?4.1则下封头所承受的压强：

P下??g(h??h)?0.1?1056?9.8?(1.5?1.025)?10?6?0.1?0.126MPa

圆筒底所承受的压强：

P筒??gh??0.1?1056?9.8?1.5?10?6?0.1?0.116MPa

而上封头所承受的压强为：0.1MPa

由表可知，筒体和封头可选用Q235-A.F材料。 2.圆筒的壁厚计算[8]

Q235-A.F钢板在0—250℃范围内的许用应力由表查取，估计此筒体厚度在3—12mm之间，为安全计，取[?]t?105MPa；焊缝为双面焊，采用全部无损探伤，其焊缝系数由表查得??1；钢板负偏差由表查得：C1?0.3mm，腐蚀裕度由表选得C2?1mm，则壁厚附加量C=0.3+1=1.3mm。

因此，圆筒壁厚：

??PDi0.116?4100?C??1.3?3.57mm

2?105?1?0.1162[?]t??P根据钢板厚度规格，取?n?3.8mm

气压试验强度校核：规定的试验压力由表知：

PT?1.15P?1.15?0.116?0.133MPa

气压试验时的应力：

?T?PT[Di??e]0.133?[4100?(3.8?1.3)]??109.1MPa

2?e?2?(3.8?1.3)?1Q235-A.F钢制容器在常温气压试验时的许用应力:

[?T]?0.9?s?0.9?235?211.5MPa

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因为?T?[?T]，故筒体厚度满足气压试验时强度要求。

4.3.3椭圆形封头设计

从强度、结构和制造等方面综合考虑，设计采用椭圆形封头。由壁厚公式

?d?PDi?C2[?]t??0.5P[8]

标准椭圆形封头的厚度与筒体基本相同，而因?值有所不同，则相差不会很大，为焊接方便，常取两者等厚。

因此，?d?3.8mm

4.3.4管径计算

(1)升气管直径

设升气管截面积为液体蒸发面积的

1，则 50)2?1D?()2 502?(D升2得D升?0.537m，取D升?600mm 式中 D—圆筒体直径 (2)加水管直径

由水衡算，糖化锅加水量为24856.16，即24.86m3. 设加水时间为0.4 h,则流体流量：

V24.86Q???62.15m3/h

t0.4取加水流速为2m/s,则加水管内径为：

D水?4Q4?62.15??0.1049m,取D水?105mm ?V3.14?2?3600式中 Q—流体流量（m3/s）

V—流体的流速(m/s) (3)糖化醪出口管直径

由设备选型知糖化醪量为28.85m3,设倒醪时间为30min,则流量

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Q?V28.85??57.7m3/h t0.5

取糖化醪流速为0.8m/s，则糖化醪出口管直径：

D出?4Q??V4?57.7?0.1598m

3.14?0.8?3600圆整，取D出?160mm (4)进料管直径

设进料管流体流量为100m3/h，流体流速取0.8m/s,则进料管内径为：

D入?4Q??V4?100?0.2103m

3.14?0.8?3600圆整，取D入?220mm

4.3.5设备的开孔补强设计

设计数据：计算压力 P= 0.13MPa，设计温度t = 200℃， 标准椭圆形封头Di = 4100mm，封头名义厚度δn = 7.0mm，焊接接头系数??1.0，腐蚀余量C2 = 1mm，封头材料Q235-A.F，[?]t?105MPa,而接管材料为10钢，[?]t?101MPa，封头中心设置

??350?4的内平齐接管。

1.需要补强的面积

A?d??2?(?nt?C)(1?fr)[8]

其中，C为接管壁厚度附加量，查表C1?0.3mm 则C?C1?C2?1.3mm

开孔直径：

d?di?2C?350?2?1.3?352.6mm

[?]n?1.0 强度削弱系数fr?[?]ttA?352.6?3.8?2?3.8?(3.8?1.3)(1?1)?1339.8mm2

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