啤酒工厂设计

年产50万吨啤酒工厂设计一、课程设计的内容1．我们组的设计任务是：年产30万吨啤酒厂的设计。2．根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。3．工艺计算：全厂的物料衡算；糖化车间的热量衡算(即蒸汽耗量的计算)；水用量的计算；发酵车间耗冷量计算。4．糖化车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。5．选择其中某一重点设备进行单体设备的详细化工计算与设计。二、课程设计的要求与数据1、生产规模：年产30万吨啤酒，全年生产300天。2、发酵周期：锥形发酵罐低温发酵24天。3、原料配比：麦芽75％，大米25％4、啤酒质量指标理化要求按我国啤酒质量标准GB4927－1991执行，卫生指标按GB4789.1－4789.28执行。12°啤酒理化指标外观透明度：清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物浊度，EBC≤1.0泡沫形态：洁白细腻，持久挂杯泡持性S≥180色度5.0—9.5香气和口味明显的酒花香气，口味纯正、爽口，酒体柔和，无异香、异味酒精度％（m/m）≥3.7原麦汁浓度％（m/m）12±0.3总酸mL/100mL≤2.6二氧化碳％（m/m）≥0.40双乙酰mg/L≤0.13三、课程设计应完成的工作根据以上设计内容，书写设计说明书。四、主要参考文献[1]金凤,安家彦.酿酒工艺与设备选用手册.北京:化学工业出版社,2003.4[2]顾国贤.酿造酒工艺学.北京:中国轻工业出版社,1996.12[3]程殿林.啤酒生产技术.北京:化学工业出版社,2005[4]俞俊堂,唐孝宣.生物工艺学.上海:华东理工大学出版社,2003.1[5]余龙江.发酵工程原理与技术应用.北京:化学工业出版社,2006[6]徐清华.生物工程设备.北京:科学出版社,2004[7]吴思方.发酵工厂工艺设计概论.北京:中国轻工业出版社,2006.7[8]黎润钟.发酵工厂设备.北京:中国轻工业出版社,2006[9]梁世中.生物工程设备.北京:中国轻工业出版社,2006.9[10]陈洪章.生物过程工程与设备.北京:化学工业出版社,2004【糖化车间】一、300000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦汁、大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。1、糖化车间工艺流程流程示意图如图1所示：水、蒸汽↙↘麦芽、大米→粉碎→糊化→糖化→过滤→麦汁煮沸锅→↓麦槽酒花渣分离器→回旋沉淀槽→薄板冷却器→到发酵车间↓↓↓酒花槽热凝固物冷凝固物图1啤酒厂糖化车间工艺流程示2、工艺技术指标及基本数据根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过据如表1所示。表1啤酒生产基础数据项目名称百分比（%）项目名称百分比（%）定额指标无水麦芽浸出率75原料配比麦芽75大米25无水大米浸出率92啤酒损失率（对热麦汁）冷却损失3发酵损失1原料利用率98.5过滤损失1麦芽水分6装瓶损失1大米水分13总损失6根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产12°淡色啤酒的物料计算，然后进行1000L12°淡色啤酒的物料衡算，最后进行300000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。3、100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产12°淡色啤酒的物料衡算(1)热麦汁计算根据表1可得到原料收得率分别为：麦芽收率为：0.75×(100-6)/100=70.5%大米收率为：0.92×(100-13)/100=80.04%混合原料收得率为：（0.75×70.5%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79%由上述可得100kg混合料原料可制得的12°热麦汁量为：1279.71×100=598.3(kg)查资料知12°麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：598.3/1.084×1.04=574(L)（2）冷麦汁量为：574×(1-0.03)=556.8(L)（3）发酵液量为：556.8×(1-0.01)=551.2(L)（4）过滤酒量为：551.2×(1-0.01)=545.7(L)（5）成品啤酒量为：545.7×(1-0.01)=540.2(L)4、生产1000L12°淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°淡色成品啤酒540.2L，故可得以下结果：（1）生产1000L12°淡色啤酒需耗混合原料量为：2.5401000×100=185.1(kg)（2）麦芽耗用量为：185.1×75%=138.8(kg)（3）大米耗用量为：185.1-138.8=46.3(kg)（4）酒花耗用量：目前国内苦味较淡的啤酒普遍受欢迎特别是深受年轻人的喜爱。所以对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为0.2%即每1000升热麦汁添加2kg，故为：2.540574×1000×0.2%=2.13(kg)（5）热麦汁量为：2.540574×1000=1063(L)（6）冷麦汁量为：2.5408.556×1000=1031(L)（7）湿糖化糟量设湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：[(1-0.06)×(100-75)]/(100-80)×138.8=163.1(kg)湿大米糟量为：[(1-0.13)×(100-92)]/(100-80)×46.3=16.11(kg)故湿糖化糟量为：163.1+16.11=179.2(kg)（8）酒花糟量设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：(1-0.4)/(1-0.8)×2.13=6.39(kg)5、生产500000t/a12°淡色啤酒糖化车间的物料衡算设生产旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数150×6+150×4=1500(次)，由此可算出每次投料量及其他项目的物料衡算。(1)查12°淡色啤酒密度为1.012kg/L，则每次糖化的啤酒量为：500000000÷1500÷1.012=329381L每次糖化的原料量为:185.1/1000×329381=60968(kg)(2)麦芽量：60968×75％=45726（kg）(3)大米量：60968-27436=33532（kg）(4)热麦汁量：574/100×60968=349956（L）(5)冷麦汁量:349956×(1-3%)=339458（L）(6)酒花用量:2.13/1000×329381=702(kg)(7)湿糖化糟量:179.2/1000×329381=59025(kg)(8)湿酒花糟量：6.39/1000×329381=2015(kg)(9)发酵液量：339458×(1-1%）=336063（L）(10)过滤酒量：336063×(1-1%)=332702（L）(11)成品啤酒量：332702×（1-1%）=329376（L）把前述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表2所示。物料名称单位对100kg混合原料1000L12°淡色啤酒糖化一次定额量（80kL12°啤酒）300000t/a啤酒生产量混合原料Kg100185.1609689.15×107大麦Kg75138.8457266.86×107大米Kg2546.3335325.03×107酒花Kg1.22.137021.05×106热麦汁L57410633499565.25×108冷麦汁L556.810313394585.09×108湿糖化糟Kg96.78179.2590258.85×107湿酒花糟Kg3.456.3920153.02×106发酵液L551.210203360635.04×108过滤酒L545.710103327024.99×108成品啤酒L540.210003293764.94×108备注：12度淡色啤酒的密度为1.12kg/m3，实际年产啤酒488142t。二、300000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算2.1二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，下面就以此工艺为基准进行糖化车间的热量衡算，工艺流程示意图如图2所示。自来水18℃料水比1：4.5料水比1：3.5热水50℃70℃12mint(℃)63℃60min7min冷却90℃20min100℃40min70℃25min过滤糖化结束78℃100℃10min麦芽煮沸锅90min回旋沉淀槽薄板冷却器冷麦汁酒花图2啤酒厂糖化工艺流程图2.2热量衡算⑴糖化用水耗热量1Q根据工艺设计糊化锅中的料水比为1：4.5，糖化锅中的料水比为1：3.5。料水比过大，尽管对糊化有利，但是耗能大，设备体积大。料水比过小的话，醪液粘稠，需较大的搅拌设备且及易产生糊锅现象。所以糊化锅加水量为：m1=（9415+1829）×4.5=50598(kg)式中，9415为糖化一次大米粉量，1829为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量大米粉（33532kg）麦芽（45726kg）20min麦芽粉（45726kg）46.7℃60min的20%）而糖化锅加水量为：m2=25607×3.5=89624.5(kg)式中，25607为糖化锅投入的麦芽粉量，即27436-1829=25607（kg）。而27436为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：mw=m1+m2=50598+89624.5=140222.5(kg)自来水的平均温度取t1=18℃,而糖化配料用水温度t2=50℃,故耗热量为：Q1=cwmW(t2-t1)=4.18×140222.5×(50-18)=18.756×106(KJ)⑵第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程图（图2）可知，Q2=Q21＋Q22＋Q23Q21为米醪由初温即室温加热到煮沸的耗热，Q22为煮沸过程中蒸汽带走的热量，Q23为升温过程中的热损失。2.1．糊化锅内米醪由初温tO加热至煮沸的耗热量Q21Q21=m米醪*c米醪（100-t0）（1）计算米醪的比热容c米醪根据经验公式C容物=0.1[(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)c麦芽=0.01[（100-6）1.55+4.18×6]=1.71KJ/(Kg·K)c大米=0.01[（100-13）×1.55+4.18×12]=1.89KJ/(Kg·K)c米醪=（m大米c大米+m麦芽c麦芽+mwcw）/m大米+m麦芽+mW)=（9145×1.89+1829×1.71+50598×4.18）/（9145+1829+50598）=3.76KJ/(Kg·K)（2）米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则t0=[（m大米c大米+m麦芽c麦芽）×18+mW*cW×50]/(m米醪c米醪)=[（9145×1.89+1829×1.71）×18+50598×4.18×50]/（3.76×61572）=47.1℃其中M米醪=M大米+M麦芽+M1=9145+1829+50598=61572kg（3）把上述结果代入Q21=m米醪*c米醪（100-t0）中，得：Q21=3.76×61572×（100-47.1）=12.247×106KJ）2.2煮沸过程蒸汽带出的热量Q22设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水量为：mv1=m米醪×5%×40/60=61572×5%×40/60=2052.4（Kg）Q22=mv1I=2052.4×2257.2=4.633×106(KJ)式中，I为100℃饱和气压下水的汽化潜热2257.2（KJ/Kg）2.3热损失Q23米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%，即：Q23=15%（Q21+Q22）2.4由上述结果得：Q2=1.15（Q21+Q22）=19.412×106（KJ）⑶第二次煮沸前混合醪升温至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t。3.1糖化锅中麦醪的初温t麦醪已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：t麦醪=（m麦芽m麦芽