啤酒糖化發(fā)酵課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、啤酒糖化發(fā)酵工藝設(shè)備課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)作 者： 劉啟香 學(xué) 號(hào)： 2012304030102院 系： 生物與輕化工程 專 業(yè)： 生物工程 題 目：啤酒糖化發(fā)酵工藝設(shè)備課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 重點(diǎn)設(shè)備 煮沸鍋 指導(dǎo)教師： 魏群 劉月華 2015年11月 吉林目錄目 錄第1章 工藝計(jì)算11.1 計(jì)算依據(jù)11.2 啤酒生產(chǎn)物料衡算11.2.1 糖化物料衡算11.2.2 澄清冷卻物料計(jì)算31.2.3 發(fā)酵物料衡算31.2.4 成品啤酒計(jì)算41.2.5 數(shù)據(jù)換算5 第2章 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型62.1 貯箱62.1.1 麥芽貯箱62.1.2 麥芽粉貯箱62.1.3 大米暫貯箱72.1.4 大米粉貯箱72.2 粉碎機(jī)生

2、產(chǎn)能力計(jì)算82.2.1 麥芽粉碎機(jī)82.2.2 大米粉碎機(jī)82.3 糊化鍋計(jì)算82.3.1 尺寸計(jì)算82.3.2 加熱面積92.3.3 升汽筒直徑92.4糖化鍋計(jì)算102.4.1投麥芽量102.4.2加熱面積102.4.3 升汽筒直徑102.5 過(guò)濾槽112.5.1 過(guò)濾槽容積112.5.2 過(guò)濾篩板112.5.3 升汽筒直徑112.6 麥汁暫貯罐112.7 漩渦沉淀槽122.7.1 漩渦沉淀槽槽容積計(jì)算122.7.2 升汽筒直徑122.7.3泵的選型122.8 薄板冷卻器132.8.1 溫度的確定132.8.2 傳熱系數(shù)K142.8.3 冰水段傳熱系數(shù)K2152.8.4 泵的選型與計(jì)算172

3、.9 錐形發(fā)酵罐17I2.9.1容積計(jì)算172.9.2 結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算172.9.3 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)182.10 硅藻土過(guò)濾機(jī)182.11 清酒罐18第3章 重點(diǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算193.1 煮沸鍋的作用193.2 煮沸鍋主要結(jié)構(gòu)及種類193.2.2 種類193.3 煮沸鍋結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算193.3.1 尺寸193.3.2 升汽筒直徑203.3.3 加熱面積計(jì)算203.3.4 加熱器計(jì)算213.3.5 洗滌器213.3.6 鍋重21I東北電力大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)III第1章 工藝計(jì)算1.1 計(jì)算依據(jù) 年產(chǎn)25萬(wàn)噸11°淡色啤酒，原料配比為麥芽：大麥=65:35（以100kg混合原料為基準(zhǔn)），原料利

4、用率為98%，麥芽水分（Wm）=5.3%，大米水分（Wn）=12%，無(wú)水麥芽浸出率（Em）=81%，無(wú)水大米浸出率（En）=95%。表1-1 基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)項(xiàng)目名稱代號(hào)（%）說(shuō)明定額指標(biāo)原料利用率麥芽水分大米水分淀粉水分玉米水分無(wú)水麥芽浸出率無(wú)水大米浸出率無(wú)水淀粉浸出率無(wú)水玉米浸出率985.3128195原料配比麥芽大米mn6535損失率澄清冷卻損失發(fā)酵損失過(guò)濾損失包裝損失1.01.01.52.0對(duì)熱麥汁1.0對(duì)冷麥汁1.0對(duì)發(fā)酵后啤酒1.5對(duì)過(guò)濾后啤酒2.0啤酒總損失率5.5 每年生產(chǎn)320天，年產(chǎn)25萬(wàn)噸11°淺色啤酒，每天糖化6次，頭號(hào)麥汁濃度（B）15%，采用濕法粉碎，麥糟含水

5、率84%，麥汁煮沸時(shí)間1.6h，煮沸強(qiáng)度10%。1.2 啤酒生產(chǎn)物料衡算1.2.1 糖化物料衡算 (1) 100kg混合原料衡算 (2) 糖化用水量W1 (3) 麥糟重量Wg (4)麥糟吸頭號(hào)麥汁量 (5) 頭號(hào)麥汁吸量 (6) 洗糟用水量W2 Wx =(W+Wx)×10%×1.6 (7) 熱麥汁體積V（煮沸后的麥汁）煮沸后麥汁量W=717.94kg，煮沸后麥汁濃度10.8% ，100時(shí)熱麥汁比20時(shí)，其體積膨脹系數(shù)為1.04 (8) 酒花用量設(shè)酒花用量為0.12kg/100L，則酒花用量= (9) 酒花糟量設(shè)酒花在麥汁中的浸出率為40%，酒花糟含水80%，則酒花糟量=1.

6、2.2 澄清冷卻物料計(jì)算 設(shè)澄清冷卻損失占熱麥汁體積的1%，則冷麥汁產(chǎn)量=715.19（1-1.0%）=708.04L1.2.3 發(fā)酵物料衡算(1) 真正發(fā)酵度 (2) CO2 產(chǎn)量 342 444 發(fā)酵時(shí)浸出物量（以麥芽糖計(jì)） (3) 溶解在啤酒中的CO2 量 設(shè)11°啤酒中CO2量為0.5%，則708.08 ×1.044×0.5%=3.70kg(4) 發(fā)酵中放出的的CO2 量為227.99-3.696=24.29kg 20，常壓下CO2的比重為1.832kg/m³，VCO2= 24.294/1.832=13.26m³(5) 酵母產(chǎn)量 設(shè)每升

7、麥汁在發(fā)酵后形成1.5-2.5kg酵母泥，現(xiàn)取2.0kg； 則酵母產(chǎn)量： 其中40%用于接種，60%做商品酵母 設(shè)酵母含水85%，干酵母含水7% 商品酵母 (4) 發(fā)酵液量=1.2.4 成品啤酒計(jì)算 (1) 過(guò)濾后啤酒量： (2) 成品啤酒量： 成品啤酒總收率= (3) 設(shè)瓶裝啤酒容量為0.64L/瓶，則裝瓶數(shù)n= (4) 11°啤酒噸酒耗糧 設(shè)11°啤酒每升重1.011kg，則噸酒耗糧1.2.5 數(shù)據(jù)換算 (1) 換算成100L啤酒的各項(xiàng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)100L啤酒，相當(dāng)于100kg混合原料生產(chǎn)啤酒的倍數(shù)倍，所有數(shù)據(jù)乘以n (2) 換算成25萬(wàn)噸啤酒，相當(dāng)于100kg混合原料生產(chǎn)

8、啤酒的倍數(shù) (3) 換算成每日產(chǎn)量每年生產(chǎn)320天，則每天生產(chǎn)啤酒，相當(dāng)于100kg混合原料生產(chǎn)啤酒的倍數(shù) ，所有數(shù)據(jù)乘以n 表1-2 啤酒生產(chǎn)物料衡算物料名稱100kg混合原料100L成品啤酒每日生產(chǎn)酒量(×104)年產(chǎn)25萬(wàn)噸啤酒(×107)1. 混合原料用量中麥芽用量(kg)大米用量(kg)65359.615.177.424.002.381.282. 酒花用量（kg)3. 糖化用水量(kg)4. 洗糟用水量(kg)5. 熱麥汁量(L)6. 冷麥汁量(L)0.86439.38448.83717.94708.400.1364.9466.34106.11104.700.10

9、50.1851.2681.9980.900.0316.0616.4026.2425.897. 發(fā)酵液量（L）8. 濾過(guò)液量(L)9.成品啤酒量(L)700.96690.45676.64103.60102.05100.0180.0578.8977.2725.6225.2324.7310. 濕酒花糟量(kg)11.濕麥糟量(kg)12.商品干酵母(kg)13.放出二氧化碳(kg)2.5881.061.3724.290.3811.980.203.590.299.260.162.780.092.960.050.89第2章 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型第2章 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型2.1 貯箱2.1.1 麥芽貯箱 (

10、1) 每年工作320天，麥芽每天用量7.4232×104kg，每天糖化6次 則麥芽的每次糖化用量G=kg 每次投料量G=1.237×104kg，麥芽密度 (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=3500mm B=4000mm H=2500mm a=500mm b=400mm h=200mm 2.1.2 麥芽粉貯箱 (1) 每次糖化麥芽用量Gm=1.237×104kg 每次投料量G為：G=1.237×104kg (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=5000mm B=4000mm H=2500mm a=500mm b=400mm

11、h=200mm東北電力大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 2.1.3 大米暫貯箱 (1) 每次投料量G為：G=3.997×104/6kg=6.66G×103kg大米密度為800 (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=3000mm B=2000mm H=1800mm a=300mm b=300mm h=300mm 2.1.4 大米粉貯箱 (1) 每次投料量G為 (2) 結(jié)構(gòu) 采用方形斜錐底，木結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮 A=4000mm B=2000mm H=2000mm a=400mm b=200mm h=200mm 2.2 粉碎機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算2.2.1 麥芽粉碎機(jī) 查破碎機(jī)選型樣本

12、，選用六輥型麥芽粉碎機(jī)，生產(chǎn)能力為6t/h，輥?zhàn)右?guī)格為，配電機(jī)Y160L-611，2千瓦，3臺(tái)，1臺(tái)備用。2.2.2 大米粉碎機(jī) 查破碎機(jī)選型樣本，選用六輥型麥芽粉碎機(jī)，生產(chǎn)能力為6t/h，輥?zhàn)右?guī)格為150×1000mm，配電機(jī)Y160L-611，2千瓦，3臺(tái)，1臺(tái)備用。2.3 糊化鍋計(jì)算 2.3.1 尺寸計(jì)算 采用圓柱形球底加熱式糊化鍋。 (1) 糊化鍋投料量（糊化鍋投15%的麥芽）為7 蒸發(fā)量W（煮沸時(shí)蒸發(fā)5%水，煮沸時(shí)間20min） 則 糊化醪液量G= 糊化醪的相對(duì)密度：1.01kg/L 其有效體積： 糊化鍋的填充系數(shù)，即糊化醪所需糊化鍋的總體積， 糊化鍋徑高比為2:1， D=

13、4.26m，圓整為D=4.30m，H=2.15m2.3.2 加熱面積 取不銹鋼材質(zhì)，a=0.6-1.2，取a=0.6 則=2.3.3 升汽筒直徑 2.4糖化鍋計(jì)算2.4.1投麥芽量 2.4.2加熱面積 采用不銹鋼，球底為鋼質(zhì)，中有夾套（備用）， （a取0.6） A= 2.4.3 升汽筒直徑 2.5 過(guò)濾槽2.5.1 過(guò)濾槽容積 每次糖化物料總量G 過(guò)濾槽采用圓柱形器身的平底容器，徑高比取2 D=7.93m，圓整為D=8.00m，H=4.00m 2.5.2 過(guò)濾篩板 采用不銹鋼焊制，條形篩孔，尺寸約為 每100kg干麥芽所需過(guò)濾面積0.5-0.6，取過(guò)濾面積0.55 則總篩板過(guò)濾面積= 2.5.

14、3 升汽筒直徑 2.6 麥汁暫貯罐 麥汁暫貯罐容積（圓柱形，不銹鋼） 糖化一次產(chǎn)生過(guò)濾液為 取高徑比比為2, D =6.15m，圓整為D=6.20m，H=12.40m2.7 漩渦沉淀槽2.7.1 漩渦沉淀槽槽容積計(jì)算麥汁的進(jìn)口速度為10m/s，進(jìn)料時(shí)間20min，麥汁靜置時(shí)間40min，轉(zhuǎn)速10r/min 麥汁煮沸后麥汁量，即熱麥汁體積為 取空余系數(shù)為1.2，則 取徑高比為2:1，則D:H=2:1 D=7.026m，圓整為D=7.10m，H=3.55m 2.7.2 升汽筒直徑 2.7.3泵的選型 查工業(yè)用泵選型手冊(cè)（第二版），選用F100-57型泵，Q150m³/h，H揚(yáng)程42.5，

15、轉(zhuǎn)速2910r/min，軸功率24.23kW，配用電機(jī)功率40kW，泵效率=62%，允許吸上真空度4m。2.8 薄板冷卻器2.8.1 溫度的確定（冷卻時(shí)間1h） (1) 由物料衡算可知，100kg混合原料可得到熱麥汁717.94kg 每批次麥汁量為: 每小時(shí)冷卻麥汁量1.37×105kg/h 取3臺(tái)薄板冷卻器，2臺(tái)工作，1臺(tái)備用， 每臺(tái)每小時(shí)工作量6.835104kg/h臺(tái) (2) 熱麥汁的比熱：C=0.3711%+1(1-11%)=0.931kcal/kg 麥汁干物質(zhì)比熱1.55kJ/kg (3) 冷水段、冰水段換熱量 采用兩段冷卻：a.前段用18深井水冷卻，麥汁由90至40；b.

16、后段用-4冷凍水冷卻，麥汁由40至6。 冷水段換熱量Q=GC(T1-T2)=6.835×104×0.931×(90-40) =3.18×106k cal/h 冷凍水段換熱量Q=GC(T1-T2)=6.835×104×0.931×(40-6) =2.164×106k cal/h (4) 冷水段、冰水段終溫 冷水初溫18，麥汁溫度T=90，T=40，冷水終溫t 根據(jù)熱平衡：GC(T1-T2)=G水C水(t1-t2)， 取冷水流量為麥汁流量的3倍， 則t=t+=18+=33.5 冷凍水初溫-4，冷凍水終溫，麥汁溫度T=4

17、0，T=6 根據(jù)熱平衡：GC(T2-T3)=G水C水(-) 則=+=-4+=6.55 (5) 冷水、冷凍水平均溫差 冷水：tm1 =36.58 冷凍水:tm2 =19.332.8.2 傳熱系數(shù)K（冷水段） (1) 流道數(shù)的確定：麥汁流速0.25-0.9m/s，經(jīng)驗(yàn)上取u=0.3m/s, =74.02 取m=74.00(2) 校正麥汁流速u=0.327m/s(3) 冷水段麥汁計(jì)算（麥汁平均溫度為65） 查發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，=1040kg/m³，=0.99C，C=0.9364kcal/kg， =0.5148kcal =0.1 =4448.5W/K (4) 2計(jì)算（麥汁平均溫度為25.75

18、） 查發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，=996.40kg/m³，=85.7710-5NS/m C= 4.1765kcal/kg，=0.61238W/m，u水=3u =0.1 =1.002W/K K值計(jì)算 其中，-不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)，-不銹鋼板厚1mm K =2.66610 換熱面積（冷水段F、Z、i） 換熱面積F= 板片數(shù)Z=180.595=181片 麥芽汁程數(shù)程 2.8.3 冰水段傳熱系數(shù)K2 (1) 冰水段麥汁平均溫度14.8 查得 =1048.8kg/m³，=2.12C，C=0.916kcal/kg，=0.50kcal/ =0.1 =3528.83W/K (2) 冰水段麥汁2計(jì)算（麥汁

19、平均溫度為1.28） 查化工原理水的物化性質(zhì)，=999.897kg/m³，=172.910Pas， C=4.2093kcal/kg，=0.55432W/m =0.1 =8932.76W/K (3) K2計(jì)算 其中，-不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)，-不銹鋼板厚1mm K =2242.6W/m (4) 冷凍水段換熱面積（冷水段F1、Z1、i1） 換熱面積F1= 板片數(shù)Z2=276.47=277片 麥芽汁程數(shù)程 則共用薄板數(shù)Z=Z1+Z2=181+277=458片 冷卻面積F=F1+F2=37.93+58.0596=95.99 故選用板式換熱器八臺(tái)，換熱面積38，機(jī)器重1396kg (5) 冷水耗量 G

20、1= (6) 冷凍水耗量 G2=2.8.4 泵的選型與計(jì)算 冷水泵、冷凍水泵個(gè)6臺(tái)，流量均相同，由前可知，水流量為麥汁流量的3倍，冷水、冷凍水流量為3×21.05=63.15m/h，每臺(tái)水泵麥汁水流量為63.15/2=31.575m/h臺(tái)。 2.9 錐形發(fā)酵罐 采用露天錐形發(fā)酵罐2.9.1容積計(jì)算每日糖化后冷麥汁體積為：8.09105L=809m³，規(guī)定一鍋麥汁進(jìn)入一個(gè)發(fā)酵罐，則有效容積V有效=809/6=134.83m³，取0.8則V= 校核=，合乎要求2.9.2 結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 (1) 錐角=60-85°，取60°，一般D:H=1：1.5-6

21、，初取D:H=1:4；則下部錐體的高h(yuǎn)=21.1732=3.46m查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)：h1=0.05m，h2=1.00m，V封=9.02m³，封頭內(nèi)表面積S=17.9則錐形罐總?cè)莘e=V封頭+V封底 +V柱=170m³ h2=11.664m，圓整為 h2=11.70m ， 則總高h(yuǎn)=h1 + h2+h3=3.46+11.70+0.05=16.13m H/D=11.7/4=2.93,即D:H=1:2.93，在1:1.5-6范圍內(nèi) (2) 壁厚 根據(jù)罐的直徑D，查材料與零部件上冊(cè)， D=4.00m，材料為不銹鋼，主體壁厚=8.00m，封頭錐體=5.00mm2.9.3 發(fā)酵罐個(gè)

22、數(shù) 設(shè)錐形發(fā)酵罐的發(fā)酵周期為20天， 所以N=+2（n-每天裝罐數(shù)；t-發(fā)酵周期20天；2-備用發(fā)酵罐個(gè)數(shù)） N=620+2=122個(gè)2.10 硅藻土過(guò)濾機(jī) 采用立式葉片式硅藻土過(guò)濾機(jī)，每天產(chǎn)啤酒量為8.0052105L=800.52m³ 每天按過(guò)濾8h，則生產(chǎn)能力800.52/8=100.07m³/h； 選用硅藻土過(guò)濾機(jī)2臺(tái)，生產(chǎn)能力100.10m³/h，其中一臺(tái)備用2.11 清酒罐 采用臥式清酒罐，日產(chǎn)啤酒量為：7.72×105L=772.74m³，送入5個(gè)清酒罐中，則罐的有 效容積：V 則（ 取=0.94（0.90-0.95） 每個(gè)清酒罐

23、容積170m³，則3.14 設(shè)D：H=1:4，則D=3.78m，圓整為D=3.80m，H=15.20m， 校核 =（符合0.9-0.95的范圍） 第3章 重點(diǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 煮沸鍋的作用麥汁煮沸時(shí)間對(duì)啤酒的質(zhì)量影響很大，在常壓下，10-12°的淡色啤酒的煮沸時(shí)間一般在1.5-2h，濃色啤酒可適當(dāng)延長(zhǎng)煮沸時(shí)間；在加壓0.11-0.12MPa條件下，煮沸時(shí)間可縮短一半左右，合理的延長(zhǎng)煮沸時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)的凝固，提高酒花利用率和還原物質(zhì)的形成是有利的，但對(duì)泡沫性能不利，過(guò)分的延長(zhǎng)煮沸時(shí)間不僅經(jīng)濟(jì)不合理，麥汁質(zhì)量也會(huì)下降。3.2 煮沸鍋主要結(jié)構(gòu)及種類 主要由鍋體、保溫層外包覆層，上

24、封頭、進(jìn)液口、放液口、蒸汽口、電機(jī)、減速機(jī)、螺旋翅等構(gòu)成。其主要是在鍋體錐形體的內(nèi)腔安置一由電機(jī)、減速機(jī)帶動(dòng)的螺旋翅，鍋壁向上翻騰流動(dòng)，既能提高熱效率，又能對(duì)鍋壁進(jìn)行沖刷，可有效的避免糊鍋現(xiàn)象。3.2.2 種類 (1) 直火加熱式煮沸鍋 (2) 帶夾套的蒸汽煮沸鍋 (3) 兩個(gè)加熱區(qū)的老式煮沸鍋 (4) 帶外加熱器的煮沸鍋 (5) 帶內(nèi)加熱器的煮沸鍋 (6) 一種內(nèi)加熱式的煮沸鍋3.3 煮沸鍋結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 3.3.1 尺寸 V4=Wx+V5（V4-煮沸鍋有效容積；Wx-蒸發(fā)水分量；V5-煮沸后麥汁體積）= () 則V5= Wx=136.751142.03/6=26.018m³ W=

25、（e-煮沸強(qiáng)度10%，t-煮沸時(shí)間1.6h） Wx =a V4=0.16 V4 則 V4=a V4+ V5， V5=(1-a)V4 即（1-a） V4= ， V4= 設(shè)容積系數(shù)=0.6（=0.6-0.7），膨脹系數(shù)=1.02-1.05，取=1.04 則煮沸鍋的容積V= 采用內(nèi)加熱式煮沸鍋，忽略加熱器中麥汁量，取D:H=2:1 D=， 圓整為D=7.60m，H=1/2D=3.80m3.3.2 升汽筒直徑（與糊化鍋相同，蒸汽量較大） 3.3.3 加熱面積計(jì)算由過(guò)濾槽至煮沸鍋的麥汁溫度為75，升溫到102-105，需要15min，煮沸1.6h，加熱蒸汽壓力為2kg/（表壓），即133（2.5kg/） 由釀造酒工藝學(xué)，麥汁沸點(diǎn)103（102-105）,麥汁前麥汁濃度9.07%，麥汁比熱c=0.379.07%+1(1-9.07%)=0.943kcal/kg (1) 加熱段Q1=GC(t-t)=100.943(103-75) =1.71310k cal/h tm=48.66 經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)K =800