年产8万吨9度淡色啤酒厂糖化车间煮沸锅锅体设计

目 录

第一章 绪 论 ................................................... 2 第二章 设计概论 ................................................ 2 2.1 设计目的 ................................................ 2 2.2 设计依据 ................................................ 3 2.5 原料、辅料等物料的选择标准 .............................. 3 第三章 生产工艺的选择及论证 .................................... 4 3.1 全厂工艺的选择及论证 .................................... 4 3.2 糖化工艺的选择及论证 .................................... 4 3.3 发酵工艺及设备的选择及论证 .............................. 6 第四章 工艺计算 ................................................ 8 4.1 物料平衡计算 ............................................ 8 4.2 热量衡算 ............................................... 10 4.3 耗水量的计算 ........................................... 11 第五章 相关设备计算与选型 ..................................... 15 5.2 重点设备的设计选型 ..................................... 15 第六章 设计感想 ............................................... 22 第七章 参考文献 ............................................... 23

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第一章 绪 论

啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，是一种含二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。由于其含醇量低，清凉爽口，深受世界各国的喜爱，成为世界性的饮料酒。

啤酒的原料是大麦。大麦是世界上种植最早的谷物之一，几乎世界上所有地区都可种植，它的产量在谷物排名上，在小麦、玉米、稻谷之下，居第四位，而且大麦不是人类主要的粮食，习惯上作饲料。酿酒后的麦糟中，蛋白质含量得到相对富集，更适宜于做饲料，于是，用大麦制啤酒得到发展。

中国近代啤酒是从欧洲传入的，据考证在1900年俄罗斯技师在哈尔滨建立了第一家啤酒作坊。第一家现代化啤酒厂是1903年在青岛由德国酿造师建立的英德啤酒厂。1915年在北京由中国人出资建立了双合盛啤酒厂。从1905年到1949年的40多年中，中国只有在青岛、北京、哈尔滨、上海、烟台、广州等地建立了不到10年工厂，年产啤酒近一万吨，从1949年到1993年，我们用43年的时间，发展成为世界啤酒第二生产大国，这样的发展速度举世瞩目。

我国啤酒工业的未来主要有以下几方面的变化：产量的发展；规模的扩大；技术经济指标还有差距，要不断的提高；原料的发展；啤酒品种向多样化发展；高浓度酿造技术；非热消毒的纯生啤酒酿造；人才的培养等。

随着世界的发展，啤酒的生产技术逐步成为重点。当今，纯生啤酒的生产技术，膜过滤技术，微生物检测和控制技术，糖浆辅料的使用逐步发展起来。相信不久的将来，中国的啤酒业将以崭新的面貌跻身于世界啤酒先进领域。

第二章 设计概论

2.1 设计目的

通过本次课程设计，使本专业的学生初步掌握工厂工艺设计的程序和方法，受到

一次工程设计的严格训练，使其具有一定的工程设计能力。这对于即将从事科研，生产或技术管理工作的学生具有十分重要的意义。

2.2 设计依据

本设计以生物工程学院生物工程教研室的“生物工程专业设计任务书”为依据。

2.3 设计内容

本设计为年产5万吨 12oBx浅色啤酒工厂

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重点工段：糖化工段 重点设备：煮沸锅 设计的主要内容如下：

1.啤酒生产工艺流程的选择、设计及论证。 2.全厂物料衡算，水、汽、冷衡算。

3.糖化工段设备及重点设备的选型及设计。 4.发酵工段设备选型及技术论证。 5.附属设备的选型。 设计的绘图内容：

(1).糖化及发酵工艺流程图 (2).煮沸锅总装配图

(3).糖化车间平面图及立面图

2.4 设计指导思想

本设计在确定工艺流程和选择设备时，在工艺上力求其合理性和先进性，在设备上尽量采用先进的生产设备，做到技术上先进，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率。尽量采用已成熟的生产技术和设备，使建厂后即能顺利投产，并能达到设计能力。经济上合理，因地制宜，管理方便，合理降低能耗，保护环境。生产出能满足人们口味的优质啤酒，达到投资少，见效快的效果。

2.5 原料、辅料等物料的选择标准

2.5.1原料的选择

酿造啤酒所需原料的质量直接影响所生产的啤酒质量、啤酒酿造所需的原料主要是大麦、酒花和酵母。

1.大麦

大麦是啤酒生产中最重要的原料，他发芽不仅含有较高的淀粉，同时也为糖化生产提供了各种丰富的酶系和含氮物质。对于其选用要经过质量判断，达标后才能选用，质量判断包括：感官判断，物理分析，化学分析，生理检验。

2.酒花

酒花是啤酒生产重要的原料，它赋予啤酒以纯正的苦味和啤酒香气，同时它还具有一定的防腐和澄清麦汁的能力。对其选用需要通过质量评价，达标后才能选用。质量包括：酒花的感官，酒花的化学鉴定，压缩酒花技术要求。

3．酵母

酵母是单细胞微生物，在麦汁中起着物质转化作用。再有氧情况下将发酵糖转化为水和二氧化碳，再无氧情况下将发酵糖转化为乙醇和二氧化碳，酵母的选用要根据实际情况，从以下几点出发选用优质酵母。如：凝聚性和沉淀能力，发酵度，发酵速度，抗热能力，产孢子能力，对维生素的要求。

4.大米

大米是最常用的一种麦芽辅助原料，其特点是价格较低廉，而淀粉高于麦芽，多酚物质和蛋白质含量低于麦芽。糖化麦芽汁收得率提高，成本降低，又可改善啤酒的风味和色泽，啤酒泡沫细腻，酒花香气突出，非生物稳定性比较好，特别适宜制造下面发酵

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的淡色啤酒。大米的用量一般是25%-35%，质量要求如表2-1：

表2-1大米的质量要求

项 目 色泽香 味夹杂物浸出物蛋白质脂肪水 分

要 求

洁白，富有新鲜光泽，无黄色，棕色和青绿色不成熟粒， 无霉粒 有新鲜粮香，无异味 不超过0.2%，

不得含有米胚芽 92%以上（无水物计） 10%以下（无水物计） 1%以下 12.5%以下

2.5.2辅料的选择

啤酒生产中使用辅料是因为辅料可提供廉价的浸出物或糖类，这样会减少麦芽的使用量，降低啤酒的生产成本。主要的辅料有大米、玉米、小麦、大麦、糖和淀粉糖浆，使用辅料应注意以下几个问题：

1.加入辅料的品种和数量应根据麦芽的质量情况和所要酿造的啤酒类型来决定。 2.添加辅料量过大或麦芽力不足时应适当加入相应的酶制剂。

3.辅料的加入通常情况下使麦汁中蛋白质含量偏低，可通过降低蛋白质休止温度或加入中性蛋白酶等方法弥补以上不足，若仍达不到拟定的标准，应考虑降低辅料的比例。 4.辅料的使用不应对啤酒质量指标产生太大的影响。

第三章 生产工艺的选择及论证

3.1 全厂工艺的选择及论证

3.1.1全厂工艺流程 大米→粉碎→糊化→浊液

麦芽→筛选→粉碎→糖化→过滤→煮沸→回旋沉淀→冷却→ 充氧→发酵→过滤→清酒→灌装 3.1.2设备流程

麦芽→麦芽粉碎机→糖化锅→过滤槽→煮沸锅→回旋沉淀槽 ↑ ↓ ↑ ↓

大米→大米粉碎机→糊化锅 暂 存 槽 薄板换热器 ↓ 成品啤酒←装酒机←清酒罐 ←硅藻土过滤机 ←发酵罐

3.2 糖化工艺的选择及论证

3.2.1工艺方法的选择 1.麦芽粉碎方法

麦芽的粉碎方法随着时间的推移先后出现了干法粉碎，浸湿粉碎，回潮干法粉碎，连续湿法粉碎四种方法。干法粉碎可调节麦芽粉碎度，根据麦芽质量来控制，此法成本

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较低，可以节省浸泡这一环节，但粉尘污染较大，本设计采用干法粉碎。辅料也用同样的方法。

2.糖化方法

糖化过程是一项非常复杂的生化反应过程，也是啤酒生产中的重要环节。糖化的目的就是要将原料（包括麦芽和辅助原料）中的可溶性物质尽可能多的萃取出来，并且创造有利于各种酶的作用条件，使很多的不溶性物质在酶的作用下变成可溶性物质而溶解出来，制成符合要求的买麦芽汁收得率。

糖化方法可分为以下几大类：

三次浸出糖化法 煮出糖化法 二次浸出糖化法 一次浸出糖化法 升温浸出糖化法 浸出糖化法 糖化方法 降温浸出糖化法 复式一次煮出糖化法 复式煮浸糖化法 谷皮分离糖化法 外加酶制剂糖化法 其它特殊糖化法

现今，出于节省投资成本，使用了大量的辅料代替了原有的部分麦芽，从而出现了一种新的糖化方法，复式浸出糖化法，它是由这两种方法演变而来的方法。它对于生产色泽极浅（5.0～6.0 EBC左右），高发酵度（12oBx啤酒的真正发酵度为66%左右），残余可发酵性糖少的啤酒有较好的应用。它具有加水比大，避免添加过多的麦芽，再糊化煮沸时。处进皮壳溶解和形成焦糖、类糊精的特点。因此本设计采用复式浸出糖化法。生产过程简单，糖化时间短（一般在3小时以内），耗能少，故设计中采用的是复式浸出糖化法。

3.过滤方法

采用过滤槽法。此法虽然古老，但槽的结构日新月异，可有效的提高过滤速度，保证分离效果。由于表面积大，过滤的也较为充分，效率较高。

4.煮沸设备：煮沸锅的种类有夹套式、内加热式和外加热式。

夹套式是比较古老的加热方式，他加热循环好，但是煮沸麦汁的量受限制，制作也比较麻烦，实用于中小型厂。

外加热式在国内不是很常用。本设计采用内加热式，麦汁通过垂直安装在煮沸锅内的列管式换热器的列管而被加热向上沸腾，同时蒸汽被冷凝为液体。在加热器的上方装有伞型的分布罩，借此使上升的麦汁反射向四周，同时可避免泡沫的形成，保证麦汁在煮沸锅中较好的循环。

5.麦汁澄清设备

采用回旋沉淀槽。热麦汁由切线方向进入回旋沉淀槽，在槽内回旋，可产生离心力。由于在槽内运动，离心力的和其反作用力的合力把颗粒推向槽底部中央，达到沉淀的目的。由于该设备占地面积小，可缩短沉淀时间，提高麦汁的澄清度，降低了损失。 6.麦汁暂存槽

麦汁在过滤后温度为78度左右，经薄板换热器使温度升至90度左右，再进入暂存槽，提高了糖化次数，节省了投资能耗，在煮沸锅中加热时可缩短到沸腾的时间。 3.2.2糖化工艺流程中工艺参数及操作规程

1.大米的比例为30%，麦芽的比例为70%。

2.糊化：糊化锅料水比为1：5，投料后升温至50oC，50oC是蛋白酶最适温度，有利

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于氨基酸的产生，调PH，加入耐温α—淀粉酶，保温10分钟。加热至90oC，然后升温至100oC，保温30分钟。

3.糖化：糖化锅料水比为1：3.5，加入39oC的水使其混合后温度为37oC，保持30分钟，升温至51oC，保持75分钟，进行蛋白休止，将换热后的88oC糊化醪打入糖化锅，保持在63oC，保温30分钟，升温至70oC以碘液检查为主，直至变色，表示糖化彻底，升温至78oC，保温5分钟，将醪液泵入过滤槽。由于采用了高辅糖化，所以投料糖化前应加入耐高温的α—淀粉酶。

4.PH值的调整：α—淀粉酶最适PH值是5.6～5.8，β—葡聚糖酶最适PH值是4.6～7.0，则加入磷酸调节PH值控制在5.6。

5.甲醛的加入：在糖化时加入0.025%的甲醛来降低麦汁中花色苷的含量。 6.过滤：过滤时醪液的温度保持不变，（控制在73--76oC），PH值保持在5.5～7.5之间，洗糟水温度为80oC。当洗糟残液浓度达到工艺规定值，过滤结束。

7.酒花的添加：煮沸90分钟，酒花分三次加入

第一次：煮沸5--15分钟，添加总量的5--10%，主要是消除煮沸时的泡沫; 第二次：煮沸30--40分钟后，添加总量的55--60%，主要是萃取α—酸，促其异构; 第三次：煮沸完成前15分钟，加入35%，萃取酒花油，提高酒花香.

3.2.3糖化工艺的控制原理糖化曲线

1.酸休止，利用麦芽中磷酸酯酶对麦芽中菲订的水解，产生酸性磷酸盐，此工艺条件是：温度为35～37oC，PH在5.2～5.4，时间为30～90分钟

2.蛋白质休止，利用麦芽中羧基肽酶分解多肽形成氨基酸（?-氨基酸）和利用内切肽酶分解蛋白质形成多肽和氨基酸为45～50oC，形成可溶性多肽为50～55oC，作用时间为10～20分钟。

3.糖化分解，淀粉分解成可溶性糊精和可发酵性糖，对麦芽中β-淀粉酶催化形成可发酵性糖，最适温度为60～65oC，?-淀粉酶最适活性温度为70oC，这个酶共同作用，最适PH为5.5～5.6，作用时间为30～120分钟。4.糖化终了，糖化终了必须使醪中除了

，此温度为70～80oC，再此温度范围内主要?-淀粉酶以外，其它水解酶会失活（钝化）

依据需保留?-淀粉酶的量及考虑到过滤的要求。采用上限温度，醪黏度小，过滤加快，有害物质溶解多，?-淀粉酶残留少。

4．酶制剂和添加剂的应用，?-淀粉酶，?-淀粉酶，糖化酶，R-酶等酶制剂再卫生规范下，根据工艺要求，适时适量的使用，对改善工艺和麦汁组分有一定的作用。 3.2.4流程论证

本设计引用了的辅料，而辅料都为不发芽谷物，谷物中淀粉是包含在胚乳细胞壁中的生淀粉，只有经过破除淀粉细胞壁，使淀粉溶出，再经糊化和液化，使之形成稀薄的淀粉浆，才能受到麦芽中淀粉酶的充分利用，形成可发酵性糖和可溶性低聚糊精。此未发芽谷物的预处理，一般在糊化加水加麦芽后，生温生至煮沸。而本设计选用的复式浸出糖化法，能很好的完成辅料的酶和煮沸处理。此法对辅料糊化有两大特点：一是大加水比，二是尽可能利用外加?-淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多的麦芽，再糊化煮沸时，促进皮壳溶解和形成焦糖，类黑精。并且此法采用两段式糖化温度，提高了可发酵性糖的含量。综上所述，复式浸出糖化法对本设计是非常实用的。

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3.3 发酵工艺及设备的选择及论证

3.3.1工艺流程的说明

1.麦汁的冷却过程：采用薄板冷却器。冷却介质为2oC的冷水，经换热后麦汁的温度为8oC，热麦汁进口温度为8oC，水出口温度为80oC，冷却时间为1小时。此流程的优点如下：

（1） 有效解决啤酒生产中生产用水的问题。经过一段冷却后的本身被加热到80oC左右; （2） 可以做为糖化和洗涤用水; （3） 冷却面积大;

（4） 降低能耗。操作简单。

2.麦汁充氧：麦汁冷却到发酵接种温度后，接触氧，此时氧反应微弱，氧在麦汁中成溶解状态，它是酵母前期发酵繁殖所必须的。它可使酵母自身的数量增殖（5～60）3107个/mL，保证发酵顺利进行。通入无菌空气，使麦汁含氧量达到8mg/L麦汁。

3.麦汁的发酵：采用圆筒锥底发酵罐，它同传统发酵罐比有以下优点： （1）加速发酵 由于发酵基质（麦汁）和酵母对流获得强化，可加速发酵 （2）厂房投资节省 发酵和贮酒可以大部分或全部分在户外，而且罐数、罐总容积减少，厂房投资节省

（3）冷耗节省 冷却是直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质再强制循环下，传热系数高，比传统发酵节省40--50%的冷耗

（4）发酵罐清洗、消毒 依赖CIP自动化清洗消毒，工艺卫生易得到保证 4.麦汁的过滤 ： 采用硅藻土过滤机。通过不断的添加助滤剂，使过滤性能得到更新，补充，具有过滤性强，对过滤很浑浊的酒比棉饼过滤省气、省水、省工的特点。 3.3.2发酵工艺

1.麦汁进罐温度，第一锅8.5oC，第二锅是8oC，第三锅是8oC，满锅温度8oC。 2.冷却的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵，接种量为0.6～0.8%，接种后细胞浓度为（15±3）3106个/L。

3.麦汁（五锅）在20小时必须满罐。

4.满罐8oC，开始敞口自然发酵，维持8oC 24小时，排冷凝物及死酵母。 5.进冷控制升温，使温度在24小时升至9.59oC，恒温发酵24小时，然后生温，在24小时升至11oC。

6.当糖度降至5.5～5.8BX时封罐保压，11oC恒温3～5天，进行双乙酰还原。 7.当双乙酰降至0.15mg/L以下时，以0.33oC/h速度在12h降至6oC，然后0.25oC/h速度在12h降至5oC，恒温发酵24h，排第一次酵母3～5min.

8.以0.33oC/h速度降温至-1oC(24h)，恒温24h，排第二次酵母3～5min .

9.罐压保持在0.15～0.2Mpa，如果压力不够，可通入其它罐旺盛时排出的CO2，使其达到要求，出酒前排第三次酵母。

3.3.3发酵工艺参数的确定

1.进罐方法

以前采用冷却麦汁混合酵母后分批进入繁殖罐，使酵母克服滞缓期，进入对数生长

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期再泵入C.C.T。而现在采用直接进罐法。即冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵。操作方便，控制容易。

2.接种量和起酵温度

麦汁直接进罐法，为了缩短发酵时间，大多采用较高接种量，0.6～0.8﹪，接种后细胞浓度为（15±3）3106个/ml,麦汁是分批进入C.C.T，为了减少VDK前驱位置，α-乙酰乳酸的生成量，要求满罐时间在12～18h之内。麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度2～3℃，目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。

3.主发酵温度

大罐发酵就国内采用的酵母菌株而言，多采用低温发酵（8～9℃）和中温发酵（10～12℃），低温发酵适用于〈11度麦汁浓度。中温发酵适用于新菌株，酿造淡爽啤酒，而本设计恰好为10度淡爽啤酒，故选用中温发酵。

4.VDK还原

大罐发酵中，后发酵一般称做”VDK”还原阶段。VDK还原初期一般均不排放酵母，就是发酵全部酵母参与VDK还原，这样可缩短还原时间。

5.冷却、降温

VDK还原阶段的终点，是根据成品啤酒应控制的含量而定，现代优质啤酒要求

VDK<0.1mg/L才称还原阶段结束，可降温。再降温、排酵母、贮酒中，VDK有少量下降，则可达到要求。本设计采用C.C.T冷却夹套对啤酒降温，有效的起到了还原，使酵母凝聚和絮凝沉淀的效果。

6.罐压控制

再传统式发酵中，主发酵是在无罐压或微压下进行的。发酵中是酵母的毒物，会抑制酵母繁殖和发酵速率。本设计选用的C.C.T发酵，主发酵阶段均采用微压（<0.01MP～0.02MP），主发酵后期才封罐逐步升高，还原阶段才1～2d才升至最高制，这样一来有效的提高了酵母繁殖和发酵速率。综上所述，本设计选用的圆筒锥底发酵罐大大优越于传统发酵罐。

第四章 工艺计算

4.1 物料平衡计算

4.1.1啤酒生产的物料衡算 糖化车间工艺流程示

4.1.2 工艺技术指标及基础数据：

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表4-1 项 目 定 额 指 标 名 称 无水麦芽 浸出率 无水大米 浸出率 原料利用率 麦芽水分 大米水分 百分比（%） 75 95 98.5 5 11 啤酒损失率（对热麦汁） 项 目 原料配比 名 称 麦 芽 大 米 冷却损失 发酵损失 过滤损失 装瓶损失 总 损 失 百分比（%） 70 30 5 1.5 1 1 8.5 4.1.3糖化物料计算

1.100Kg混合原料中含浸出物的重量（E）

麦芽：Gm=m3(1-Wm)3Em=703(1-5%)375%=49.88kg 大米：Gn=n3(1-Wn)3En=303(1-11%)395%=25.37kg

其中：m为100Kg混合原料中麦芽的质量;n为100Kg混合原料中大米的质量

Wm为麦芽的含水量:Em为麦芽的污水浸出率;En为大米的污水浸出率 则E=Gm+Gn=49.88+25.37=75.25kg

混合原料的收得率=75.25398.5%÷100=74.12% 其中：98.5%为原料的利用率

100kg原料产12度热麦汁量为:74.123100÷12=617.7kg 12度麦汁在20℃时的相对密度为1.084 100℃麦汁比20℃麦汁体积增加1.04倍 热麦汁体积=617.731.04÷1.084=592.6L 冷麦汁量=592.63(1-0.05)=563.0L 发酵液量=563.03(1-0.015)=554.6L 滤过酒量=554.63(1-0.01)=549.1L 成品酒量=549.13(1-0.01)=543.6L 酒花耗用量：（592.6÷543.6）30.2%3100=0.218kg 2.生产100L12度淡色啤酒的物料计算 100kg原料生产成品酒543.6L

生产100L10度啤酒需用混合原料为1003(100÷543.6)=18.40kg 麦芽耗用量=18.40370%=12.88kg

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大米耗用量=18.40-12.88=5.52kg 酒花耗用量 592.6÷543.6310030.2%=0.218 kg 热麦汁量=1003592.6÷543.6=109.0L 冷麦汁量=1003563.0÷543.6=103.6L 成品酒量=100L 3.年产5万吨12度淡色啤酒的物料计算 每年生产300天，旺季170天，每天糖化6次，占生产任务的70%。12度淡色啤酒的密度为1.084Kg/L 旺季产量：50000370%÷170=205.88（吨/ 天） 设每年旺季糖化次数为6次，则总糖化次数为1540次 成品啤酒量=205.88÷6=34.31（吨/天） 计算方法同上，这里不再重述。 表4-2啤酒厂车间物料衡算，列表如下； 物料名称 单位 对100Kg混合原料 100L 12°度淡色啤酒 糖化一次定额量 5万吨每年啤酒生产 混合原料 Kg 大麦 大米 酒花 热麦汁 冷麦汁 发酵液 过滤酒 Kg Kg Kg L L L L 100 70 30 1.54 592.6 563.0 554.6 549.1 543.6 718.40 12.88 5.52 0.218 109.0 103.6 102.02 101.01 100.00 6238 4367 1872 43.91 36954 35124 34588 34246 33903 39.61310 6.73310 2.88310 6.76310 5.69310 5.41310 5.33310 5.27310 5.22310 777775666成品啤酒 L 共生产啤酒：5.22310/1.012=51581吨(备注：12度淡色啤酒的密度为1012kg/m) 4.2 热量衡算

本设计采用二次煮出糖化法糖化工艺流程为:

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4.2.1 糖化用水耗热量Q1

根据工艺，糊化锅加水量为:G1＝（1783+356.6）34.5＝9628.2kg

式中：1336.8kg为糖化一次的大米粉量，267.36kg为糊化锅中加入的麦芽粉量(大米的20％)

而糖化锅中的加水量为：G2＝3803.433.5＝13311.9kg

式中：2845.9kg为糖化一次糖化锅投入的麦芽量，即：4016－356.6＝3803.4kg 综上所述，糖化总用水量为：Gw＝G1＋G2＝9628.2＋1311.9= 22940.1kg

自来水平均温度取t′＝18℃，而糖化配料用水温度t″＝50℃，比热容 Cw＝ 4.18kJ/kg.K

故耗热量Q1＝GwCw(t″－t′)＝22940.134.183(50－18)＝3068468kJ 4.2.2 第一次米醪煮沸耗热量Q2

1.糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃，耗热量:Q2′＝G米醪.C米醪(100－t0) (1)计算米醪的比热容：C米醪

由经验公式 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，去C0＝1.55 kJ/kg.K

C麦芽＝0.013[(100－5) 31.55＋4.1835]＝1.682 kJ/kg.K C大米＝0.013[(100－11) 31.55＋4.18311]＝1.84 kJ/kg.K

C米醪＝(G大米C大米＋G麦芽C麦芽＋G1Cw)/(G大米＋G麦芽＋G1)

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＝(178331.84＋356.631.68＋9628.234.18) ÷（1783＋356.6

＋9628.2）

＝3.75kJ/kg.K

(2)米醪的初温t0

设原料初温为18℃，而热水为50℃，则G米醪＝G大米＋G麦芽＋G1 ＝1783＋356.6＋9628.2

＝11767.8kg

t0＝[(G大米C大米＋G麦芽C麦芽)318＋G1Cw350]/G米醪C米醪

＝[(178331.84＋356.631.68)318＋9628.834.18350]÷11767

33.75＝47.2 ℃

(3)代入式 Q2′＝G米醪C米醪（100－t0）＝11767.833.793（100－47.2）＝2330024.4kJ 2.煮沸过程蒸汽带出的热量Q2″

煮沸时间40min，蒸发量为每小时5％，则蒸发水份量 V1＝G米醪35％340÷60＝11767.835％340/60＝392.26kg 故，Q2″＝V1I＝392.2632257.2＝885409.3 kJ

式中，I为煮沸温度约100℃下水的汽化潜热（kJ/kg） 3.热损失Q2″′

米醪升温和第一次煮沸过程的热损失为前两次耗热量的15％，即：

Q2″′＝15％（Q2′＋Q2″）

4.综上可得Q2＝1.15（Q2′＋Q2″）＝1.153（2330024.4＋885409.3）

＝3697748.7kJ 4.2.3 第二次煮沸前混合醪升温到70℃的耗热量Q3

按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的醪与糖化锅中的麦醪混合后 温度应为63℃，所以混合前米醪应先从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，则麦醪温度

t麦醪＝（G麦芽C麦芽318＋G2Cw350）/G麦醪C麦醪

其中，G麦醪＝3803.4＋13311.9＝17115.3kgC麦醪＝（G麦芽C麦芽＋G2Cw）/（G麦芽＋G2）

＝（2845.9431.68＋11383.7634.18） ÷14229.7＝3.63kJ/kg.K

t麦醪＝（3803.431.682318＋13311.934.18350）

÷17115.3÷3.6＝44.95 ℃

2.经第一次煮沸后米醪量为 G′米醪＝G米醪－V1＝9624.96－240.624＝9384.336kg

进入第二次煮沸的混合醪量 G混合＝G米醪′＋G麦醪＝9384.336＋14229.7＝23614.066 kg 3.混合醪比热容 C混合＝（G麦醪C麦醪＋G米醪′C米醪）/G混合

＝（380433.6＋13311.933.79）÷23614.066＝3.68 kJ/kg.K

根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪合并前后的焓不变，则米醪中间温度为：

t＝（G混合C混合t混合-G麦醪C麦醪t麦醪）／G米醪′C米醪

＝（28883.133.68363-17115.333.6344.95）÷(11767.83

3.75)＝88.13℃

因为此温度只比煮沸温度低10度多，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅的输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。

综上可得:Q3＝G混合C混合（70－63）＝28883.133.6837＝744028 kJ

4.2.4 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4

12

据工艺糖化结束醪温度78℃，抽取混合醪的温度70℃，

沸的混合醪量G′ (G混合－G′)（78－70）C混合＝G′C混合（100－78）

∴G′/G混合＝26.7%

1.沸醪耗热量为: Q4′＝26.7%G混合C混合（100－70）＝26.7%328883.133.68330 ＝851381kJ 2.二次煮出过程蒸汽带走的热量Q4″

煮沸时间为10min，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为：

V2＝26.7%G混合35%310÷60＝64.26kg

则： Q 4″＝IV2＝2257.2364.26＝145059kJ 式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg） 3.热损失Q4″′

据经验：Q4″′＝15%(Q4′+Q4″)

4.综上可得：Q4＝1.15(Q4′+Q4″)＝1.153(851381＋145059)＝149466kJ 4.2.5 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：

G洗＝59433450÷100 ＝26743.5kg

Q5＝G洗Cw（80－18） ＝26743.534.18362

＝5196792.942kJ 4.2.6 麦汁煮沸过程耗热量Q6

1.麦汁升温至沸点耗热量Q6′ 由前物料衡算知：100kg混合原料可得741.2kg热麦汁，设过滤完毕麦汁温度70℃。则进入煮沸锅的麦汁量为：G麦汁＝59433617.6÷100＝36704kg 此时麦汁比热容为:

C麦汁＝（416031.682+178331.84+594336.434.18）÷（59436+1783+594337.4）

＝3.27 kJ/kg.K

Q6′＝G麦汁C麦汁（100-70）

＝3670433.27330 =3600662.4KJ 2．煮沸过程蒸发耗热量Q6 ″

煮沸强度10%，时间90min，则蒸发水分为：

V3＝36704310%390÷60＝5505.6 kg

由上可得Q6 ″＝IV3＝2257.235505.6＝12427240 kJ

3.热损失Q6″′: Q6″′＝15%(Q6′+Q6″)

4.综上可得麦汁煮沸总耗热量Q6″′＝15%(Q6′+Q6″) ＝1.153(3600662.4+12427240)＝2404185.36 kJ 4.2.7 糖化一次总耗热量Q总

Q总＝3068468+3697748.7+744028+1145906+6930845+18432087.8 ＝34019083.3kJ

4.2.8 糖化一次耗用蒸汽量D

使用表压为0.2MPa的饱和蒸汽I＝2196.78kJ/kg D＝Q总/(Ｉ-ｉ)η＝14896 kg

13

I为相应冷凝水的焓503.67kJ/kg（《化工工艺设计手册》上2-297） η为蒸汽的热效率，取η＝95%

4.2.9 糖化过程每小时最大蒸汽量Qmax

在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6最大，且知煮沸时间为90min，热效率95%， 故Qmax＝Q6/(90/60)395%＝12934798.46kJ/h

相应的最大蒸汽耗热量为:Dmax＝Qmax／(Ｉ-ｉ)=5962 kg/h 4.2.10 蒸汽单耗

据设计，每年糖化次数为1020次，共生产啤酒49276.2吨 每年耗蒸汽总量为 :DT＝1489631020/70%＝21705600kg

每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）:Ds＝14896÷32133÷1.084÷1000＝427.6kg/t啤酒 每天耗蒸汽量（按生产旺季计算）:Dd＝1489636＝89376kg/d 综上可得，10万吨/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表：

每吨产品消每小时最大每天耗量名称 蒸汽 规格MPa 0.3 耗定额kg 427.6 用量kg/h 5962 kg/d 89376 年耗kg/a 21705600 表2—2全厂

糖化车间热量衡算

4.3 耗水量的计算

4.3.1 糖化用水

100kg混合原料糖化大约需用水量1:3.5，糊化1:4.5。 糖化用水量＝3803.43350÷100＝13311.9kg 护花用水量 =2139.634.5=9628.2 糖化用水时间设为0.5小时。

4.3.2 洗糟用水量

100kg混合原料约用洗糟水450kg，则需水量为： 59433450÷100＝26743.5kg 用水时间为1.5小时。则

每小时洗糟最大用水量为:26743.5÷1.5＝17829kg/h

4.3.3 糖化室洗刷用水量

一般糖化室及设备每糖化一次洗刷用水约20用水时间约2h故：洗刷最大用水量为

20÷2＝10t/h 4.3.4 沉淀槽冷却用水量

G＝Q/C(t2－t1) (冷却时间为0.5小时) 热麦汁放出热量 Q＝GpCp(t1′－t2′) 热麦汁比重 C＝1.04

热麦汁量 Gp＝32972.631.04＝34291.5㎏/h 热麦汁比热 Cp＝0.98Kcal/kg.℃

热麦汁温度 t1′＝100℃ t2′＝55℃ 冷麦汁温度 t1＝18℃ t2＝45℃ 冷却水比热 C＝1

Q＝34291.530.983(100－55)＝1512255.15Kcal/h G＝1512255.15÷13(45－18)＝40830889.05Kg

14

4.3.5沉淀糟洗刷用水

每次洗刷用水2吨.冲洗时间设为0.25h， 则每天最大用水用水量为 2÷0.25 =8 t/h 4.3.6 麦汁冷却器冷却用水

麦汁冷却时间为1小时 麦汁温度： 94℃ 冷冻水温度：2℃耗用冷冻水量为 :M1＝100460.83㎏/h 4.3.7 麦汁冷却器冲刷用水

冲刷一次,用水2t用水时间为0.25h, 则每次最大用水量为 :2÷0.25 ＝8吨/h

4.3.8 酵母洗涤用水(无菌水)

在计工艺耗冷量时得无菌水 2281.1kg/班 每天有3班用无菌水,冷却操作1h内完成 则 无菌水耗用量为8.23t/h

4.3.9 发酵室洗刷用水

每天洗刷二个发酵室,每个用水1t洗刷地面共用1吨 .每天用水231＋1＝3 吨设时间0.75h 最大用水量 : 3÷0.75＝4t/h

4.3.10 贮酒室洗刷用水

每天冲刷贮酒桶一个，用水为1吨，管路及地面冲刷用水为0.5t，冲刷时间为0.5小时。最大用水量为:(1＋0.5) ÷0.5＝3t/h

4.3.11 清酒罐洗刷用水

每天用4桶,冲洗一次.共用水4t, 时间40分钟，则最大用水量 4360/40＝6t/h 4.3.12 过滤机用水

过滤机两台,每台冲刷一次,用水1.5t(包括顶酒用水)使用时间0.75h, 则最大用水量: 231.5÷0.75＝4 t/h

4.3.13 洗瓶机用水

按设备规范表，洗瓶机最大生产能力为1500瓶/时，冲洗每个瓶需水0.75L。则用水量为 :150030.75＝4500L/h

每班生产7小时计,总耗水量 :450037＝31500L 4.3.14 装酒机用水

每冲洗一次用水1.25t,每班冲洗一次,每间次0.25h 最大用水量 : 1.25÷0.25＝5 t/h

4.3.15 杀菌机用水

杀菌机每瓶耗水量1L用水量为:150031＝1500L/h 150037＝10500L/班 4.3.16其它用水

包括冲洗地板,管道冲刷.洗滤布.每班需用水5吨,用水时间1h 则：每小时用水量 :5÷1＝5t/h。

6℃ 85℃

重点设备的设计选型

糖化工段的重点设备：煮沸锅的单体设计 煮沸工艺:

麦汁的煮沸时间对啤酒的质量影响很大，在常压下煮沸，淡色啤酒(10%-12%)的煮

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沸时间一般在90-120分钟，浓色啤酒可适当延长一些。在加压0.11-0.12 MPa条件下煮沸，时间可缩短一半左右。合理的延长煮沸时间，对蛋白质的凝固、提高酒花利用率和还原物质的形成是有利的，对泡沫性能不利。过分的延长煮沸时间，不仅经济上不合理，麦汁质量也会下降。例如:麦汁色泽深、口味粗糙、苦味减轻、泡沫不佳等，对淡色啤酒来说影响更严重一些。因此合理的煮沸时间是很重要的。

本次煮沸工艺是按照常用煮沸方法设定78OC麦汁打入煮沸锅进行煮沸。在麦汁淹没内加热器加热区后往内加热器壳程中通入0.5 MPa 155℃的饱和蒸汽，麦汁由92℃加热到1040C并维持一段时间。其整个煮沸过程如下:

在煮沸锅内麦汁从780C升至1000C约22m in内;1000C预煮沸l0min左右;煮沸温度从1000C升至102-104 0C约10-15min内;在压力O.03MPa,温度102-1040C下煮沸35min左右;蒸汽在15min内卸压麦汁降至1000C;在100℃ 后煮沸IOmin. 采用圆筒球底内加热式煮沸锅

1.容积 进入煮沸锅的麦汁量=3803.4L V有效=34.23m3

取充满系数为0.7,所以V锅=48.9m3

2.尺寸 V

有效

＝3803.4÷100039003850＝34.23m3

V总＝26.531.25＝48.9m3 R=0.8D, h1=1/2D h2=0.18D

又V有效＝

＝

＝34.23D＝4.53m

圆整取 D＝4600mm

R=3.624m,h1=2.3m,h2=1.15m

3.排气管：排气管的截面积与锅底面积

d2/D2=(1/30-1/50) 取1/40 d--排气管直径 d2/D2=1/40 D--煮沸锅直径 D=

4.62?1?40=0.727m

730/6800?<1/40复合要求。

2取整d=730mm，取?110?10mm 复核d2/D2=

4.麦汁进口管

糖化一次可煮沸35.21m3麦汁，设30分钟内装完一次糖化量，则： VS=35.21/(30?60)=0.0196m3/s

而麦汁的流速为V=0.5--1m/s，现取V=0.55m/s A=4A/3.14=0.213m=213mm

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?? 圆整后取213mm，查化工原理上册知?219?6mm

5.蒸气进口管

在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6最大，且知煮沸时间为1.5小时，热效率95%，故蒸汽进口管能满足最大进气量，就满足该设备的需要。 由之前的计算可知

Qmax=12934798.5KJ D最大=5962Kg/h Qmax——每小时最大蒸汽耗量，KJ/h。

D最大——最大蒸汽耗量，Kg/h。

设有两个蒸气进口管? 则每个管子最大蒸汽进量D=2981Kg/h=0.83Kg/s 0.3Mpa下?蒸汽?1.6501kg/m3 Vs汽?D/??0.83/1.6501?0.503 m3/s 查《发

0.3Mpa（表压）下，??20~40m/s;取

??28m/s 则 4VS/(3.14?)?0.151m;圆整到d=152mm ??4VS/(3.14d2)?28.1m/s?[20,40]；符合要求 查表知取?159?4.5符合要求。

6.冷凝管出口管计算

D冷水?0.95?D最大?0.95?5962?5663.9kg/m3

0.3Mpa下?水?D冷水/?水?5663.5/932.0?608m3?0.0017m3/s

??0.5~1.5m/s,现取??0.8m/sd?4VS/2?3.14??4?0.0017?(2?3.14?0.8)?0.037m?37mm

圆整后去40mm u?2VS/(3.14d2)?2?0.0017?(3.14?0.04)?0.68m/s?(0.5,1.5),d=40mm 查《化工原理》上册知应选?45?2.5mm。

7.排料管管径计算

设在20分钟内排尽麦汁，且流速为0.6m/s， Vs?33.45?20?60?0.028m/s

所以d?4VS/(3.14?)?0.244m?244mm 圆整后去259mm，查表知?277?9mm

8.不凝气出口管径计算

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VS不汽?2?0.05VS汽?2?0.05?0.503?0.0503m3/s

u为20~40m/s,现取u?25m/s所以d?4Vs不汽（/3.14u）?0.051,圆整后为55mm应选取?57?3.5的钢管。

9.封头的选择和计算

（1）形状选择

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，锥形封头。

表5-1 各种封头比较如下

封头形式

相同条件（材质、温度、D、δ）下的承载能力 最 大 次 之 再次之 差

相同条件（材质、温度、P、D、δ）下的壁厚 最 小 次 之 再次之

相同条件（材单位容积的表面积 制造难易质、温度、P、程度 D、δ）下的壁厚金属耗量 最 少 次 之 再次之

最 小 次之

与半锥角α有关

难 易 较复杂

半球形 椭圆形 碟形 带折边的锥形封头

与椭圆形封头接近 易

α大，则δ大与α、Dis有α小，则δ小 关

本设计力求承压能力好，焊接容易方便的原则，下封头采用球形，上封头采用锥圆

形的封头。

（2）球形下封头厚度与强度计算

厚度：δ=PcDi/(4[σ]tφ－Pc) Pc为计算压力0.15MPa Di为圆筒内直径3300mm Δ为计算厚度, mm Φ为焊接接头系数, 1.0

[σ]t为设计温度下材料的许用应力，本设计封头选钢后号为的高合金材料Q235-A，105 则δ=0.1533300÷（4310531-0.15）=1.3mm δe=δ+C2=1.3+1.5=2.8mm 查表1-7-9 C1=0.5,δn=5mm

计算应力：δ=0.153(3300+3)÷(433)=41.25Mpa δ=41.25<[σ]t=105 故符合标准 最大工作压力 ：[Pw]= 433310531÷(3300+3)=0.382Mpa 设液面高度h ： V液=21.3m3 V球=3.14÷123D3=12.2m3

V柱=21.3-12.2=9.1=433.143h得h=0.9m h总=0.9+1.8=2.7m

锅底承受压力 ：P=pgh=104839.832.7=27730Pa 标准大气压 ：P总=0.1+0.028+0.0009=0.129MPa 取设计压力为0.15MPa (3)折边锥型封头的设计

设计压力0.15MPa (标准大气压)设计温度200℃,锥壳大端直径3600mm,大端过滤段转角的半径为140mm,锥壳半顶角为60度,腐蚀余量1mm,锥壳材料Q235-A,焊缝系数为0.85 ,厚度与主体一样也为6mm

10.筒体部分计算

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（1）锅体材料选择 选用型号为Q235-A. （2）锅体壁厚的计算

由于本设计选用球形封头，球形封头的薄膜应力较其它封头为最小，边缘应力影响也较小，为了焊接方便，标准上允许取封头与筒体等厚度，本设计取δ=6mm的不锈钢板 (3) 锅体重量计算

圆柱形锅体的体积：V1 =π3Di3H3δ =3.1433.631.830.006=0.122 m3 锅底的体积：V2=S内3δ=0.533.1433.633.630.005 =0.102 m3

锥形顶盖的体积：V3={[0.5π3D+0.3633.14]}3δ=16.530.006=0.099 m3 G=(V1+V2+V3)3ρ=(0.122+0.102+0.099)37800=2519.4(㎏)

11.升气筒计算

设升气筒面积为料液面积的1/40，则管径d

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即 πd/4=（1÷40）3πd÷4，

即d=550mm δ=PcDi=55030.15÷(2310531-0.1)=0.4 mm δe=δ+C1+C2+△=0.4+0.2+1.1+2.33=4mm

12.支座的计算

取锅体重3t，醪液重22t

则总重 G=3+22=25t 本设计选用6个支座

每个支座需承担的负荷 Q=25÷6=4.1t 按标准取B型耳式支座6支。 12.2.2煮沸锅加热面积的计算

煮沸锅的内加热器和管壳式换热器相似，可以采用管壳式换热器的设计方法计算所需换热面积。

传热计算中的两个基本方程式 12.2.2.1传热方程式

热流体将热量通过某固定壁面传给冷流体的过程称为传热。传热的基本方程式称为传热方程式，以下式表示: Q=kmF△tm 式中km-换热器的平均传热系数，W/(m2 K) F为传热面积，m2;

△tm为两个流体之间的平均温差，K。

由上式可知，为求传热面积F，必须先求取传热量Q，传热系数k以及热、冷流体间的平均温差△tm.

12.2.2.2内加热器热力计算步骤

整个麦汁加热过程选取换热量最大的两个过程计算所需的换热面积，分别是麦汁加热段和加压煮沸段。首先计算出每段所需吸收的热量，并利用己知条件求出平均温度及平均温差，然后假设一个总传热系数后，计算出所需的换热面积。得到内加热器的基本模型。再校核总传热系数。如校核合格即可确立所需的内加热器换热面积。 12.2.2.2.1两个煮沸阶段换热面积的计算 1)麦汁加热段(700C--1000C)的换热面积计算

①平均温度及平均温度下的物性参数 tm=(70+100)÷2=85OC 麦汁的物性参数

粘度 ：μ=0.615310-3Pa s

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密度 ：p=1014kg/m3

导热系数：λ=0.5540W/(m K ) 比热： CP=3.968kJ/（kg K） tm =155OC时

饱和蒸汽的物性参数

粘度： μ=0.719310-3Pa s 密度： p=2.898kg/m3

汽化潜热： r=2113.2kJ/kg

②麦汁升温所需的热量 Q1=CPG1(t2 -t1)=21253.330.8893(100一70)=2380667kJ G1为麦汁的质量 Gl=ρˊV

③流体的平均温差△tm △tm=[(Ti-t0)-(T0-ti)]/ln[(Ti-t0)-(T0-ti)]

=[(155-70)-(155-100]÷ln[(155-70)-(155-100)]=69℃ ④传热面积的计算

先假设这个阶段所需的传热系数K'AB=1200W/(m2K ) 相应可以确定所需的换热面积K'AB

K'AB =Q/(△tm2K'AB)=238066731000÷(2036036931200)=24m2

2)加压煮沸段(1040C)的换热面积计算 ① 平均温度及平均温度下的物性参数 平均温度：tm=104oC 麦汁的物性参数

粘度：μ= 0.548310-3Pa s 密度： p=1084kg/m3

导热系数：λ=0.5610W/(m K ) 比热： CP=3.9785kJ/（kg K） Tm =155OC时

饱和蒸汽的物性参数

粘度： μ= 0.719310-3Pa s 密度： p=2.898kg/m3 汽化潜热 r =2245.5kJ/kg ② 麦汁升温所需的热量

麦汁煮沸强度一般取8%，但是考虑到加压煮沸段的煮沸强度实际要比其它段强，因此在计算水份汽化所需热量时，煮沸强度按10%来计算;

Q2=V总'10%(35÷60)r'=21253.3310%3(35÷60)32245.5=9297492.75kJ

③流体的平均温差

加压煮沸阶段麦汁进口和出口温度都是1040C,△tm =510C ④面积的计算

先假设所需的传热系数：K'’AB=1200W/（m2K） 相应可以确定所需的换热面积F’’AB

F’’AB=Q2/(△tmK'’AB)=2783916.631000÷(3536035131200)=21.7m2 因为F’’AB

所以取内加热面积为：FAB = 24m2

取1.1的安全系数。因此实际选用的内加热器面积为

FAB=FAB31.1=2431.1=26.4m2

按照内加热器的换热面积，选用Φ60的1Cr18Ni9不锈钢管，壁厚为2mm总共为90根。管

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