啤酒廠設計重點設備-稿子糊化鍋

齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）PAGEPAGE46第1章緒論1.1啤酒發(fā)展簡介啤酒經(jīng)過幾千年的發(fā)展歷史，已成為世界上產(chǎn)量最大、酒精含量最低，營養(yǎng)非常豐富的酒種，是廣大消費者普遍喜愛的大眾型飲料。早在1977年7月在墨西哥舉行的第九屆“國際營養(yǎng)食品會議”上啤酒就被正式列為營養(yǎng)食品。1.1.1世界啤酒業(yè)的發(fā)展人類使用谷物制造酒類飲料已有幾千年的歷史。已知最古老的酒類文獻，是公元前6000年左右巴比倫人用黏土板雕刻的獻祭用啤酒制作法，公元前4000年美索不達米亞地區(qū)已有用大麥、小麥、蜂蜜制作的16種啤酒。公元前3000年起開始使用苦味劑，但首次明確使用酒花作為苦味劑是在公元768年。公元前18世紀古巴比倫國王漢穆拉比頒布的法典中，已有關于啤酒的詳細記載。公元前1300年左右，埃及的啤酒作為國家管理下的優(yōu)秀產(chǎn)業(yè)得到高度發(fā)展。啤酒的釀造技術是由埃及通過希臘傳到西歐的。公元1～2世紀，古羅馬政治家普利尼(公元62～113)曾提到過啤酒的生產(chǎn)方法，其中包括酒花的使用。17～18世紀，德國啤酒盛行，一度使葡萄酒不景氣。19世紀初，英國的啤酒生產(chǎn)大規(guī)模工業(yè)化。19世紀中葉，德國巴伐利亞洲開始出現(xiàn)下面發(fā)酵法，釀出的啤酒由於風味好，逐漸在全國流行。德國在19世紀頒布法令，嚴格規(guī)定啤酒的原料以保持啤酒的純度，而且由於實行下面發(fā)酵法和進行有規(guī)律的酵母純粹培養(yǎng)，從而提高了啤酒的質量，成為近代慕尼黑啤酒享有盛譽的基礎。17世紀初荷蘭、英國的新教徒將啤酒技術帶入美洲大陸，1637年在馬薩諸塞建立了最初的啤酒工廠，不久，啤酒作為近代工業(yè)迅速發(fā)展，美國成為超過德國的啤酒生產(chǎn)大國。19世紀，釀造學家相繼闡明有關釀造技術。1857年，L.巴斯德確立生物發(fā)酵學說；1845年，C.J.巴林闡明發(fā)酵度理論；1881年，E.漢森發(fā)明了酵母純粹培養(yǎng)法，使啤酒釀造科學得到飛躍的進步，由神秘化、經(jīng)驗主義走向科學化。目前全世界啤酒年產(chǎn)量已居各種酒類之首。1.1.2中國啤酒業(yè)的發(fā)展19世紀末，啤酒進入中國，1900年俄國人在哈爾濱市首先建立了啤酒廠，此后，不少外國人在東北和天津、上海、北京等地建廠，如東方啤酒廠，上海斯堪的納維亞啤酒廠(上海啤酒廠前身)，哈爾濱啤酒廠，北京啤酒廠等，這些酒廠都由外國商人經(jīng)營。中國人最早自建的啤酒廠是1904年在哈爾濱建立的東北三省啤酒廠，當時中國的啤酒業(yè)發(fā)展緩慢，分布不廣，產(chǎn)量不大。生產(chǎn)技術掌握在外國人手中，生產(chǎn)原料麥芽和酒花都依靠進口。1949年以前，全國啤酒廠不到十家，總產(chǎn)量不足萬噸。1949年后，中國啤酒工業(yè)發(fā)展較快，并逐步擺脫了原料依賴進口的落后狀態(tài)。中國的啤酒于1954年開始出口。改革開放以后的20多年中，我國的啤酒工業(yè)飛速發(fā)展，實現(xiàn)了3級跳，1988年啤酒產(chǎn)量達到660多萬噸，位居世界第三，1996年為1225萬噸，超過德國躍居世界第二位，2002年為2386.83萬噸，超過美國成為世界第一，2003年為2540.48萬噸，穩(wěn)居世界霸主地位。目前我國啤酒人均消費量已接近世界平均水平，并仍以每年約5％的增長率上升，技術裝備也已達到或接近世界先進水平。1.2課程設計選題的目的和任務本次設計選擇題目為年產(chǎn)10萬噸12度經(jīng)典啤酒工廠設計，重點設備糊化鍋。本設計是在學習了啤酒的加工工藝、工廠設備概論等課程，經(jīng)過工藝實驗和工廠實習的基礎上進行的，目的使同學們更進一步的了解啤酒加工生產(chǎn)的技術和要求，鞏固所學的知識，培養(yǎng)同學們具備工廠工藝設計的能力。本次課程設計的任務是：1、了解世界啤酒的發(fā)展狀況以及我國啤酒的歷史狀況、發(fā)展前景和國家有關規(guī)定。2、掌握啤酒生產(chǎn)工藝設計的范圍、內容、基本方法和步驟，理論和實際相結合。3、熟悉發(fā)酵工廠設計說明書和工藝設計圖的要求，了解工廠設計有關標準及技術經(jīng)濟和概算等內容和要求。4、通過實地調查、正確計算，結合所學的知識完成年產(chǎn)10萬噸12度經(jīng)典啤酒工廠的廠址選擇，工藝設計，設備選型及工廠布置設計。1.3啤酒生產(chǎn)的國家標準啤酒的國家標準編號：GB4927—91國家技術監(jiān)督局1991年9月10號批準，1992年8月1號實施1、引用標準：GB 191包裝儲運圖示標志GB2758發(fā)酵酒衛(wèi)生標準GB4544啤酒瓶GB4928啤酒試驗方法GB5739啤酒塑料周轉箱GB6543瓦楞紙箱GB10344飲料酒標簽標準2、技術要求感官要求：淡色啤酒的感官指標應符合表1-1的規(guī)定。表1-1啤酒指標項目優(yōu)級一級二級外觀透明度清亮透明，無明顯懸浮物和沉淀物尚清，較透明濁度，EBC>1.0<1.5<2.0泡沫形態(tài)泡持性聽裝S>210>180>120瓶裝S>180>180色度EBC14O5.0—11.010O～12O5.0～9.55.0～11.05.0～14.08O5.0～12.0香氣和口味具有明顯的酒花香氣，口味純正，爽口，酒體協(xié)調，柔和無異香、異味有較明顯的酒花香氣，口味純正，較爽口，酒體協(xié)調，無異香、異味有酒花香氣，口味較純正，無異味3、啤酒的保質期瓶裝，聽裝熟啤酒保質期不少于120天（優(yōu)級一級）60天（二級）。瓶裝鮮啤酒保質期不少于7天。罐裝，桶裝鮮啤酒保質期不少于3天。1.4課題研究的內容和方法1.４.1廠址選擇廠區(qū)地理位置一般工廠選在城鎮(zhèn)的郊區(qū)，因為本設計是年產(chǎn)10萬噸12度經(jīng)典的啤酒工廠，目標市場為重慶市區(qū)及以下區(qū)縣。從有利于啤酒的生產(chǎn)和銷售的角度考慮，將廠址選在重慶市涪陵李渡工業(yè)園區(qū)，涪陵區(qū)總人口118萬人，2005年實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值135.08億元，財政收入18.15億元，固定資產(chǎn)投資49.44億元，工業(yè)總產(chǎn)值126.45億元，全區(qū)綜合經(jīng)濟實力位居重慶市各區(qū)（市）縣前列。其地址位于長江邊上，重慶一小時經(jīng)濟圈內，交通發(fā)達，水，電，煤資源豐富。涪陵是千里烏江第一城，處于長、烏兩江交匯的三峽庫區(qū)腹心地帶，連接渝東南二十多個縣市的經(jīng)濟走廊，近百億的物資在此集散。涪陵區(qū)處長江上游交通樞紐的副樞紐。渝懷鐵路、規(guī)劃中渝利鐵路、南涪鐵路、渝涪高速、滬蓉高速、渝湘高速，三條鐵路、三條高速公路穿越全境。鐵、公、水綜合交通網(wǎng)絡初步成型，提高了內外通達能力。涪陵區(qū)是重慶一小時經(jīng)濟圈中的大城市，新興的工業(yè)基地和區(qū)域性商貿(mào)物流中心。連鎖經(jīng)營、物流配送新型業(yè)態(tài)應運而生，具有承接重慶主城區(qū)一小時經(jīng)濟圈集聚幅射能力，城鎮(zhèn)化率達49%。本工廠設計有合理的環(huán)境保護方案：工廠選在遠離市中心的，水源豐富、地勢平坦的李渡工業(yè)區(qū)。原料處理產(chǎn)生的粉塵，采用布袋除塵，排放濃度為7.3mg/m3。該廢氣通過不低于15m高排氣筒排放，滿足《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）二級標準。燃氣鍋爐排放污染物NOx濃度約200mg/m3，SO2濃度約10mg/m3，煙塵濃度約26mg/m3。通過不低于8m高排氣筒排放，滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2001）標準排放要求。啤酒廠的廢水屬于有害無毒性的二類廢水，其長遠影響小于第一類有害物質，但由于每生產(chǎn)100t啤酒，排放的廢水中BOD相當于1.4萬人的生活污水，若不經(jīng)處理會嚴重污染環(huán)境。對于啤酒工廠生活及生產(chǎn)中的廢水，由涪陵李渡工業(yè)區(qū)污水處理站統(tǒng)一收費處理，對廢水處理后滿足我國《工業(yè)廢水排放標準》相關要求。1.４.2工藝選擇1、保證產(chǎn)品質量符合國家的標準的前提下盡量采用成熟、先進的技術和設備。2、選擇生產(chǎn)方法主要依據(jù)設計中對目的產(chǎn)物的質量及風味要求、原料的來源，種類和性質，選擇經(jīng)濟可行的生產(chǎn)工藝。1.４.3設備的選擇保證工藝生產(chǎn)的安全性和可靠性，經(jīng)濟上的合理性，技術先進，投資省，加工方便，運行費低，操作清潔方便。第2章啤酒工藝選擇和論證2.1釀造啤酒的原料本設計是生產(chǎn)12度經(jīng)典濃醇型淡色啤酒，麥芽要求質量高，成品麥芽淡黃色而有光澤感，麥芽香濃郁，牙咬發(fā)脆且松散。輔料選擇大米，可使成品啤酒色澤較淺但仍保持品味的濃醇性。釀造用水取適于淡色啤酒釀造工藝的軟水。酒花選用傳統(tǒng)的苦型酒花以增加啤酒醇厚的感覺。由工藝需要選用下面發(fā)酵的酵母菌株，發(fā)酵度達到62－63%，雙乙酰峰值低的即可。2.1.1大麥適于啤酒釀造用的大麥為二棱或六棱大麥。二棱大麥的浸出率高，溶解度較好；六棱大麥的農(nóng)業(yè)單產(chǎn)較高，活力強，但浸出率較低，麥芽溶解度不太穩(wěn)定。二棱大麥主要產(chǎn)地在我國南方地區(qū)，廠址所在的重慶地區(qū)即有二棱大麥生產(chǎn)基地，所以選擇當?shù)貎?yōu)質二棱大麥進行麥芽的制作。2.1.2大米大米淀粉含量高，無水浸出率也高，含油質較少。但大米淀粉的糊化溫度比玉米高。以大米為輔助原料釀造的啤酒色澤淺。我國大米產(chǎn)量較高，成本選小于麥芽的，所以選用適當比例的大米作輔料也可是使生產(chǎn)成本降低。大米是我國用量最多的輔助原料。2.1.3釀造用水釀造用水是指糖化用水和洗糟用水，其水質狀況對整個啤酒釀造的過程和啤酒成品的質量都有重要影響。釀造用水除了符合飲用水的標準外，還應符合釀造要求。通常，軟水適於釀造淡色啤酒，碳酸鹽含量高的硬水適於釀制濃色啤酒。淡色啤酒用水要求為：無色、無臭、透明、無浮游物，味純正，無生物污染；硬度低；鐵、錳含量低(含量高對啤酒的色、味有害，而且能引起噴涌現(xiàn)象)；不含亞硝酸鹽。廠區(qū)可取清潔的地下水，水質，但由于含鹽量較高，需經(jīng)過處理，同時可取烏江的江水，此水水質較軟，適合目的產(chǎn)品的釀造要求，但由于鄰近城市受到了一些污染，所以也需要經(jīng)過處理才可應用于生產(chǎn)。2.1.4酒花酒花又稱啤酒花。使啤酒具有獨特的苦味和香氣并有防腐和澄清麥芽汁的能力。酒花始用于德國，學名為蛇麻，為大麻科葎草屬多年生蔓性草本植物。雌雄異株。釀造所用均為雌花。中國人工栽培酒花的歷史已有半個世紀。始于東北。目前在新疆、甘肅、內蒙、黑龍江、遼寧等地都建立了較大的酒花原料基地。成熟的新鮮酒花經(jīng)干燥壓榨，以整酒花使用，或粉碎壓制顆粒後密封包裝，也可制成酒花浸膏，然后在低溫倉庫中保存。其有效成分為酒花樹脂和酒花油。經(jīng)典啤酒的釀造，啤酒酒花的用量約為0.2%左右。2.1.5酵母酵母是用以進行啤酒發(fā)酵的微生物。啤酒酵母又分上面發(fā)酵酵母和下面發(fā)酵酵母。啤酒工廠為了確保酵母的純度，進行以單細胞培養(yǎng)法為起點的純粹培養(yǎng)。為了避免野生酵母和細菌的污染，必須嚴格啤酒工廠的清洗滅菌工作，釀造啤酒的酵母用量一般為0.35%～0.45%。對于釀造淡色啤酒，酵母的添加量可適當高一些。但需限制后酵中的酵母濃度。以防止高級醇的形成，導致啤酒有上頭的感覺。2.2工藝技術指標2.2.1工藝技術指標及啤酒生產(chǎn)新技術啤酒質量標準各國不盡相同，中國的啤酒質量標準如下：中華人民共和國國家標準(11度、12度優(yōu)級淡色啤酒，GB4927-85)適用于以麥芽為主要原料，加酒花經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的、含有CO2的、起泡的、低酒精度的優(yōu)級淡色啤酒。感官指標、理化指標應符合感官指標規(guī)定及啤酒的理化指標規(guī)定。保存期：11度、12度啤酒，保存期≧120天。啤酒的質量問題主要有以下3個：1、非生物穩(wěn)定性：指不是由於微生物污染而產(chǎn)生渾濁沉淀現(xiàn)象的可能性。啤酒是一種穩(wěn)定性不強的膠體溶液，在保存過程中易產(chǎn)生渾濁沉淀現(xiàn)象，最常見的啤酒非生物渾濁是所謂蛋白質渾濁。2、風味異常：由於原料﹑生產(chǎn)工藝﹑酵母﹑生產(chǎn)過程中的微生物管理等問題，可引起啤酒的風味異常。主要表現(xiàn)為：口味粗澀，苦味不正，有氧化味等。3、噴涌現(xiàn)象：啤酒在啟蓋後發(fā)生不正常的竄沫現(xiàn)象。嚴重時會竄出流失多半瓶啤酒，其主要原因為原料大麥在收獲時受潮感染上霉菌等。2.2.2啤酒生產(chǎn)新技術1、濃醪發(fā)酵：1967年開始應用於生產(chǎn)。是采用高濃度麥汁進行發(fā)酵，然后再稀釋成規(guī)定濃度成品啤酒的方法。它可在不增加或少增加生產(chǎn)設備的條件下提高產(chǎn)量。原麥汁濃度一般為16度左右。2、快速發(fā)酵：通過控制發(fā)酵條件，在保持原有風味的基礎上，縮短發(fā)酵周期，提高設備利用率，增加產(chǎn)量。其工藝控制條件為：在發(fā)酵過程某階段提高溫度；增加酵母接種量；進行攪拌。3、連續(xù)發(fā)酵：1906年已有啤酒連續(xù)發(fā)酵的方案，但直到1967年才得到工業(yè)化的應用。主要應用國家有新西蘭﹑英國等。由於菌種易變異和雜菌的污染以及啤酒的風味等問題，使啤酒連續(xù)發(fā)酵工藝的推廣受到限制。4、固定化酵母生產(chǎn)啤酒的研究：70年代開始研究，目的在於大幅度縮短發(fā)酵周期。實質上是為了克服菌種變異﹑雜菌污染問題，而且是更為快速的連續(xù)發(fā)酵工藝。已取得的成果為：前發(fā)酵由傳統(tǒng)法的5～10日縮短為1日，可連續(xù)穩(wěn)定運行3個月。5、圓柱圓錐露天發(fā)酵罐：其主要優(yōu)點是可縮短發(fā)酵周期，節(jié)約投資，回收CO2和酵母簡便，有利于實現(xiàn)自動控制。目前單罐容積在600KL的已很普遍，材質一般為不銹鋼。6、純生啤酒的開發(fā)：隨著除菌過濾﹑無菌包裝技術的成功，自70年代開始開發(fā)了不經(jīng)巴氏殺菌而能長期保存的純生啤酒。由于口味好，很受消費者歡迎。目前有的國家純生啤酒已占整個啤酒產(chǎn)量的50％。7、低醇、無醇啤酒、白啤酒的開發(fā)：為汽車司機、婦女、兒童和老年人飲用的一種清涼飲料。它的特點是酒精含量低。無醇啤酒酒精含量一般在0.5～1％，泡沫豐富，口味淡爽，有較好的酒花香味，保持了啤酒的特色。2.3工藝論證本設計要求生產(chǎn)12度經(jīng)典啤酒，成品啤酒在符合我國啤酒產(chǎn)品質量標準的前提下追求色澤淺淡、泡沫豐富，品味具有傳統(tǒng)的醇厚感覺，設計中盡量選用成熟的工藝，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，原料及能源使用上要求節(jié)約，節(jié)能減排同時降低生產(chǎn)，成本設備要求安全適用，設備利用率高，操作、維修方便。2.3.1原料配比本工藝原料選用麥芽為主料，大米為輔料。大米屬未發(fā)芽谷物，其淀粉含量高達75%～82%，無水浸出率過90%～93%，而蛋白質含量低，多酚物質和脂肪含量也較低，因些用大米作輔料，釀造的啤酒色澤淺，口味爽凈，泡沫細膩，酒花香味突出，非生物穩(wěn)定性較高。在糖化時的使用比例以20%～30%為宜，綜合大米在本工藝中的作用――提高啤酒非生物穩(wěn)定性、降低啤酒色澤、提高啤酒泡持性及降低生產(chǎn)成本幾個方面考慮，輔料大米使用比例定為25%。2.3.2糖化工藝在我國，加輔料啤酒的糖化方法多采用復式糖化法，近年來淺色啤酒均追求色澤極淺（色度在5.0-6.0EBC），發(fā)酵度高，殘余可發(fā)酵性糖少，泡沫好（泡持時間在5min以上），多數(shù)采用復式浸出糖化法釀造淺色啤酒。其方法的選擇取決于原料的質量，產(chǎn)品的類型，設備狀況等多中因素。因為我本次設計任務是12度經(jīng)典淡色啤酒，因此在各種方法的選擇上我選擇了復式浸出糖化法。因生淀粉糊化是吸水膨脹的過程，所以輔料應采用較大加水比進行糊化，并盡可能利用外加a－淀粉酶，協(xié)助糊化、液化，避免添加過多的麥芽。采用兩段式糖化溫度，以提高可發(fā)酵性糖的含量。操作過程如下：1、糊化鍋：大米粉投料，投料溫度50℃，同時加入耐高溫a－淀粉酶，及52℃釀造水，PH控制6.5，保溫休止10分鐘左右，以1℃/分鐘的速率升溫至93℃，保溫20分鐘左右；升溫至101℃進行煮沸，煮沸20分鐘左右；送入糖化鍋進行兌醪。2、糖化鍋：麥芽粉投料，投料溫度47.8℃，釀造水50℃，PH控制5.2，保溫休止30分鐘；與來自糊化鍋的大米醪進行兌醪，兌醪后溫度63℃，保溫30分鐘；升溫至70℃，保持25分鐘，碘反應完全后升溫至75℃，保持15分鐘。具體的糖化過程如下圖麥芽粉+50麥芽粉+50℃釀造水50℃30min10min,大米粉、酶、52℃水10C/min93℃20min50℃101℃20min50C/min63℃30min70℃25min75℃15min20204060801001201401601802001030405060708090100糖化時間/min糖化溫度/℃5min碘試不呈色圖2-1復式浸出糖化法曲線2.3.3醪液過濾工藝常用過濾的設備有壓濾機和過濾槽，由于本設計要求短過濾時間，因此采用的方式是壓濾機。壓濾機工作時間短，過濾后麥汁較清，麥汁收率高，可自控，自動化程度高，洗糟水用量少。工藝過程如下：1、麥醪過濾前，先用80℃的熱水進行預熱以及排除機內空氣。2、排除預熱水，并同時泵入糖化醪。3、泵入糖化醪初即打開壓濾機麥汁排出閥，邊裝醪，邊濾出頭號麥汁頭號麥汁較渾濁，回流至糖化鍋進行再次過濾。4、頭號麥汁濾完，立即泵入洗糟水，充分洗出糟吸附的麥汁。5、洗糟結束后，再通入壓縮空氣，擠出糟吸附的殘留麥汁，提高收率。6、解開壓濾機，排出麥糟，洗滌濾布。2.3.4煮沸工藝麥汁的容量已蓋滿煮沸鍋的加鹽層時，即開始加熱，使麥汁維在70-80℃之間,防止乳酸菌等雜菌污染,待麥糟洗滌結束后即加大蒸汽量，使麥汁達到沸騰。本設計采用外加熱煮沸鍋,煮沸強度10%,煮沸時間為1.5小時。添加酒花：初沸5-10分鐘加20%；煮沸40分鐘左右加入50%-60%；煮沸終了前5-10分鐘加剩余酒花。2.3.5熱凝固物分離工藝采用回旋沉淀槽法，熱麥汁由切線方向進槽。在槽內高速回旋產(chǎn)生離心力。由于受槽內運動離心力的作用力的合力把煮沸過程中的推向槽底中央。該設備占地面積小,加工容易投資也少。技術條件如下：1、回旋沉淀槽徑高比為2：12、槽底部向出口傾斜1-2%便于凝固物中麥汁緩慢流出3、麥汁進口速度10-16m/s(泵能力)4、進料時間為12-20min,麥汁靜置30-40min5、麥汁切線進口位置約在麥汁量的高度1/3處2.3.6麥汁冷卻工藝采用一段冷卻方式，冷卻設備為薄板冷卻器，冷媒為2℃冰水，對流換換熱。薄板冷卻器的優(yōu)點：占地面積小，麥汁不容易受到污染，清洗和和殺菌比較簡單，冷卻效率高。另外麥汁中的熱能可通過冷卻水的升溫，回收利用。綜合上述考慮，采用薄板冷卻器。2.3.7發(fā)酵工藝要點啤酒是依賴于純種酵母，對麥汁組分進行一系列的代謝過程，產(chǎn)生酒精等各種風味物質，構成獨特風味的飲料。所以發(fā)酵過程對啤酒的質量和風味的形成都尤為重要。本設計采用下面發(fā)酵法釀造經(jīng)典濃醇型低發(fā)酵度（62%）啤酒，發(fā)酵溫度選擇中低溫，使生成的高級醇及代謝副產(chǎn)物較少，PH降低緩慢，灑花香氣和苦味物質損失少，增加啤酒的飽滿及協(xié)調性，但不會使有啤酒有上頭感覺且口感細膩，濃醇性好。具體發(fā)酵溫度與時間控制為：1、接種：接種溫度為8℃，酵母泥添加量1%（V/V），采用干加法加入。即通入適當量冷麥汁，用無菌空氣（或氧氣）使之混勻，然后將混合液壓入裝有麥汁的酵母繁殖槽中并混合均勻。2、主發(fā)酵：主發(fā)酵在10℃下發(fā)酵7日即可接近最終發(fā)酵度，主發(fā)酵結束后迅速降溫至3℃進行雙乙酰還原。2、后酵：為加速雙乙酰還原，可采用較高后發(fā)酵溫度5～8℃。在后酵7～10開，均可控制后酵溫度偏高，保證后酵能在4.5℃左右，7天以后逐步降至0～-1℃使酒進入低溫貯酒階段，貯酒溫度愈低，成品啤酒抗冷霧濁能力愈強。2.4工藝流程2.4.1大麥生產(chǎn)流程大麥粗選分選浸麥發(fā)芽干燥除根成品麥芽2.4.2啤酒生產(chǎn)流程麥芽粉碎50℃水，休止30min混合大米粉碎50℃熱水休止10min101℃，20min混合醪升至63℃，糖化30min糖化醪升溫70℃，糖化25min75℃保持15min過濾槽過濾煮沸鍋煮沸1.5h回旋沉淀槽煮沸強度10%薄板換熱器冷卻離心分離冷凝固物泵入增殖罐分次添加酒花分離熱凝固物發(fā)酵罐降溫后通發(fā)酵罐貯酒罐過濾通入CO2清酒罐成品啤酒第3章12度啤酒的生產(chǎn)工藝計算3.1糖化車間物料衡算3.1.1啤酒生產(chǎn)的基礎數(shù)據(jù)項目名稱百分比%定額指標原料利用率98．5麥芽水分6.0大米水分13.0無水麥芽浸出率75.0無水大米浸出率95.0原料配比麥芽75.0大米25.0損失率冷卻損失3.5發(fā)酵損失1.5過濾損失1.0包裝損失1.0總損失率啤酒總損失率7.0表3-1啤酒生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù)3.1.2100㎏原料生產(chǎn)12度啤酒的物料衡算(根據(jù)表3-1計算)1、熱麥汁量原料麥芽收得率＝0.75×（100－6）/100=70.5%原料大米收得率＝0.95×（100－13）%＝82.65%混合原料收得率＝（0.75×70.5%+0.25×82.65%）×98.5%＝72.34%100kg原料生產(chǎn)12度熱麥汁量為(72.43/12）×100=603.58kg已知12度麥汁在20℃的相對密度為1.084而100℃熱麥汁比20℃麥汁的體積增加1.04倍,故100℃熱麥汁的體積為：（603.58÷1.084）×1.04=598.97L2、冷麥汁量598.97×(1－0.035)=578.00L3、發(fā)酵液量578.00×(1－0.015)=569.33L4、過濾酒量569.33×(1－0.01)=563.64L5、成品啤酒量563.64×(1－0.01)=558.00L3.1.3生產(chǎn)100L12度啤酒物料衡算1、生產(chǎn)100L12O啤酒需混合原料100÷558.00×100=17.92㎏2、麥芽用量17.92×75%=13.44㎏3、大米用量17.92×25%=4.48㎏4、酒花耗用量（100L熱麥汁加入酒花的量定為0.2㎏）598.97÷558.00×100×0.2=0.22㎏5、熱麥汁量598.97÷558.00×100=107.34L6、冷麥汁量578.00÷558.00×100=103.58L7、發(fā)酵液量569.33÷558.00×100=102.03L8、過濾酒量563.64÷558.00×100=101.01L9、成品酒量100L10、濕糖化糟量設排水的溫麥槽水份含量為80%濕麥芽槽量為（1－0.06）（100－75）÷（100-80）×13.44=15.79㎏濕大米槽量為（1－0.13）（100－95）÷（100-80）×4.48=0.97㎏濕糖化糟量15.792+0.9744=16.77kg11、酒花糟量設酒花在麥汁中浸出率為40%，酒花糟含水分以80%計，則酒花糟量為：（100－40）÷（100－80）×0.215=0.65kg12、酵母量生產(chǎn)100L啤酒可得2kg濕酒母泥，其中一半作生產(chǎn)接種用，一半作商品酵母用，即為1kg,濕酵母泥含水分85%酵母含固形物量為：1×（1－0.85）=0.15kg則含水分7%的商品干酵母量為：0.15×（1－0.07）=0.16kg13、二氧化碳量12度的冷麥汁103.58kg中浸出物量為：12%×103.58=12.43kg設麥汁的真正發(fā)酵度為62%，則可發(fā)酵的浸出物量為：12.43×62%=7.71kg麥芽糖發(fā)酵的化學方程式為：C12H22O11+H2O→2C6H12O62C6H12O6→4C2H5OH+CO2+564卡設麥汁中浸出物均為麥芽糖構成，則二氧化碳生成量為：7.71×（4×44）/342=3.97kg44——二氧化碳分子量342——麥芽糖分子量設12度啤酒含CO2為0.4%，酒中含CO2為103.58×0.4÷100=0.41kg則釋放出的二氧化碳量為3.97－0.41=3.56kg1m3CO2在20℃常壓下重1.832kg,所以釋放出的二氧化碳容積為3.56/1.832=1.95m33.1.3年產(chǎn)10萬噸1２度啤酒的物料衡算設啤酒廠年工作日為300天，生產(chǎn)旺季200天，每天糖化6次，而生產(chǎn)淡季為100天，每天糖化4次，則年總糖化次數(shù)為：200×6+100×4=1600（次）每次糖化所得成品啤酒量為：（12度啤酒的密度為：1012kg/m3）1.0×105/1600÷1.012×1000=61758.90L則實際年產(chǎn)量為：61758.90×1.012×1600/1000=99985.60t糖化一次定額量為：（1）混合原料量17.92×61758.90/100=11067.20kg（2）麥芽用量61758.90×13.44÷100=8300.40kg（3）大米用量61758.90×4.48÷100=2766.80kg（5）熱麥汁61758.90×107.34÷100=66292.00L（6）冷麥汁61758.90×103.58÷100=63969.90L（7）發(fā)酵液61758.90×102.03÷100=63012.60L（8）過濾酒61758.90×101.01÷100=62382.70L（9）酒花量61758.90×0.215÷100=132.78kg（10）濕糖化糟量61758.90×16.77÷100=10357.00kg（11）濕酒花糟61758.90×0.645÷100=395.26kg表3-2啤酒廠物料衡算表物料名稱單位對100kg混合原料100L12度啤酒糖化一次定額量100000t/a啤酒生產(chǎn)混合原料Kg100.0017.9211067.201.77×107大麥Kg75.0013.448300.391.33×107大米Kg25.004.483766.804.43×106酒花Kg1.200.22132.782.12×105熱麥汁L598.97107.3466292.001.06×108冷麥汁L578.00103.5863969.861.02×108濕糖化糟Kg93.5816.7710357.001.66×107濕酒花糟Kg3.600.65395.266.37×105發(fā)酵液L569.33102.0363012.601.01×108過濾酒L563.64101.0162382.669.98×107成品酒L558.00100.0061758.909.88×1073.2耗水量計算3.2.1糖化用水糖化用水量為：54387.40kg糖化用水時間設為25分鐘，則每小時最大用水量為54387.4÷25×60=130529.76kg/h3.2.2洗糟用水來自薄板換熱器的用于冷卻得到的熱水，發(fā)降低能耗。3.2.3麥汁冷卻器冷卻用水使用的冷卻介質為2℃的冷水，出口溫度為85℃。糖化車間送來的熱麥汁溫度為95℃，發(fā)酵起始溫度8℃，由物料衡算知，每糖化一次得熱麥汁66296.00L，密度為1048kg/m3。設麥汁冷卻時間設為1小時，冷卻用水量G=Q/[C1(t1－t2)]麥汁放出熱量Q=GC2(t1ˊ－t2ˊ)/τ式中：麥汁量G=69474.02kg熱麥汁比熱C2=4.07kJ/(kg·℃)麥汁溫度t1ˊ=95℃t2ˊ=8℃水的比熱C1=4.18kJ/(kg·℃)冷卻水溫度t1=2℃t2=85℃麥汁冷卻時間т=1小時Q=69474.02×4.07×（95－8）/1=24600055.74kJ/hG=24600055.74/[（85－2）×4.18]=70905.79kJ/h3.2.4洗瓶機用水按設備規(guī)范表，洗瓶機最大生產(chǎn)能力為3000瓶/時（最高線速），沖洗每個瓶約用水1.5L，則用水量3000×1.5=4500（L/h）每班生產(chǎn)8小時，總耗水量4500×8=36000（L）3.3糖化車間的熱量衡算3.3.1糖化總投料量的計算W＝A（1-B0）÷B0×GW-總投料水kg；B0-工藝規(guī)定的頭號麥汁濃度；G-麥芽和輔料的混合投料量kg；A＝大米浸出率×比例+大麥浸出率×比例＝0.75×0.75+0.95×0.25＝0.80W＝（1-0.14）÷0.14×11067.2＝54387.40kg所以：總的加水比為4.9由熱平衡方程：G糖＝G糊×(t1-t3)/(t3-t2)(t1=100℃,t3=63℃)對醪時，糖化鍋內醪液的溫度為48.7則糊化鍋內的加水比為1：5.5，加水量為16969.48kg；糖化鍋內的加水比為1：4.7，加水量為37417.92kg；3.3.2投料用水耗熱量自來水室溫下平均溫度：20℃；糊化鍋內加50℃投料水，則糊化鍋用水耗熱量為：Q1=G·C(t2－t1)式中G=16969.48kgC=4.18kJ/（kg·℃）t1=20℃,t2=50℃Q1=16969.48×4.18×（50－20）=2127972.80(kJ)糖化鍋投料后，麥醪溫度為48.7℃，C谷物=0.01[（100－W）×1.55+4.18W]式中：1.55——谷物（絕干）的比熱；W——含百分率；故：C麥芽=0.01×[（100－6）×1.55+4.18×6]=1.71kJ/(kg·℃)C麥醪=（G麥芽C麥芽+G水C水）/G麥醪=（7981.84×1.71+37417.92×4.18）/45399.76=3.75kJ/(kg·℃)糖化用水耗熱量：Q1〞＝G醪·C醪·t麥醪＝45399.76×3.75×48.7＝8282287.30kJ又Q1〞＝G麥芽·C麥芽·t麥芽+G2·CW·tW＝7987.84×1.71×20+37417.92×4.18×tW得tW＝51℃即總的投料用水溫度為51℃，總的投料用水耗熱Q1=Q1′+Q1〞＝2127972.80+8282287.30＝10410260.00kJ3.3.3糊化鍋內耗熱量糊化鍋內米醪由t0加熱到100℃，耗熱Q2′，Q2′=G醪·C醪·（100－t0）C谷物=0.01[（100－W）×1.55+4.18W]式中1.55——谷物（絕干）的比熱W——含水百分率C大米＝0.01×[（100－13）×1.55+4.18×13]=1.89kJ/(kg·℃)C米醪＝[C大米·3085.36+C水·16969.48]/3085.36+16969.48＝3.83kJ/(kg·℃)米醪初溫t0：設原料初溫為20℃，而熱水為50℃則t0[G大米C大米×20+G水C水×50]/G醪C醪=47.7℃Q2′=（3085.36+16969.48）×3.83×（100-47.7）＝4017165.00kJ糊化鍋中煮沸過程蒸汽帶出的熱量：Q2〞設煮沸時間20min，蒸發(fā)量5%/h則蒸發(fā)水分量為V1＝G醪×5%×20/60＝334.25kgQ2〞=V1I=334.25×2257.2=754463.00KJ式中I為煮沸溫度下水的汽化潛熱，2257.20kJ/kg熱損失：Q23米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約前二次耗熱量的15%Q23＝15%×（Q2′+Q2〞）＝15%×（4017165+754463）＝715744.20KJ得Q2＝1.15×（4017165+754463）＝5487372.20KJ3.3.4混合醪液升溫耗熱Q3C混G混=G麥醪C麥醪+G米醪C米醪）=（7981.84+37417.92）×3.746+（3085.36+16969.48）×3.83）=246877.50kJ/℃混醪從63℃升高到75℃，耗熱量：Q3=C混G混×（75-63）＝246877.5×12＝2962530.00kJ3.3.5洗糟用水耗熱量Q4設洗糟水平均溫度為80℃，由耗水量計算知用洗糟用水量：G=54387.4㎏耗熱量：Q5=G·C（80－t）式中C=4.18kJ/(kg·℃)t=20℃所以，Q4=54387.4×4.18×（80－20）=13640359.92kJ3.3.6麥汁煮沸耗熱量Q5Q5=1.15（Q5′+Q5〞）設過濾完畢麥汁溫度為70℃，采用低壓煮沸G麥汁=603.58×11067.2÷100=66799.40㎏G進麥汁′（1-10%×1.5）＝G出麥汁G出麥汁×12÷G進麥汁＝10.2G水＝G進麥汁′（1-0.102）＝70571.60㎏C出麥汁＝4.07kJ/(kg·℃)Q5′＝G出麥汁C出麥汁(106-70)＝11514640.50KJ設煮沸強度10%，煮沸時間90min,則蒸發(fā)水分V＝78587.5×10%×1.5＝11788.12㎏Q5〞＝2257.2×11788.12＝26608144.46KJ熱損失：Q53＝15%（Q5′+Q5〞）＝5718417.75KJ總耗熱：Q5=1.15×（Q5′+Q5〞）＝43841202.70KJ3.3.7糖化一次的耗熱量Q總=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5＝76341724.90KJ3.3.8糖化一次的耗蒸汽量D表壓為0.3MP的飽合蒸汽D＝Q總/（I－i）ηI：2725.30KJ/㎏i：冷凝水焓561.47KJ/㎏η：熱效率95%；D＝37137.72KJ/h3.3.9糖化過程中每小時最大蒸汽耗量Qmax糖化中Q5最大，煮沸時間90min,熱效率95%。Qmax＝Q5×95%/1.5＝30765756.28KJ/h相應最大蒸汽耗量：Dmax＝Qmax/（I－i）＝14218.20Kg/h3.3.10蒸汽單耗據(jù)設計每年糖化1600次，共產(chǎn)啤酒99985.60噸年耗蒸汽量為Dt＝14218.2×1600=59420352.00Kg/年每噸啤酒成品耗蒸汽（對糖化）Ds＝59420352÷99985.6=594.30Kg/t啤酒每晝夜耗蒸汽量（生產(chǎn)旺季）Dd＝37137.72×6=222826.32Kg/d3.4耗冷量計算3.4.1發(fā)酵工藝流程熱麥汁（95℃）→冷麥汁（8℃）→錐形罐發(fā)酵（主發(fā)酵最高溫度10℃）→快速冷卻（3℃）→過冷卻（－1℃）→貯酒→過濾→清酒罐3.4.2麥汁冷卻器耗冷量Q1耗冷量：使用的冷卻介質是2℃的冷水，出口溫度85℃，糖化車間來的熱麥汁溫度為95℃，冷卻至8℃。由啤酒生產(chǎn)物料衡算表知，每糖化一次得熱麥汁量為：G=69474.02kg又知，12度麥汁耗冷量為：24600055.74kg/h根據(jù)設計結果，每個錐形發(fā)酵罐裝4鍋麥汁，則麥汁冷卻每罐耗冷量為：Qf=4Q1=4×24600055.74=98400222.96(kJ/h)相應的冷凍介質（2℃的冷水）耗量為：M1=Q1/Cm(t2＇-t1＇)=24600055.74÷4.18×(85-2)=70905.79(kg/h)式中t1＇，t2＇——分別是冷凍水的初溫和終溫Cm——水的比熱容3.4.3發(fā)酵耗冷量Q發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q2＇假定麥汁固形物為麥芽糖，麥芽糖的厭氧發(fā)酵放熱量為613.6kj/kg。發(fā)酵度為62%，則1L麥汁放熱量為：q0=613.6×12%×62%=45.65(kJ)根據(jù)物料衡算，每鍋麥汁的冷麥汁量為63969.86L,則每錐形罐發(fā)酵放熱量為：Q0＇=45.65×63969.86×4=11681367.25(kJ)工藝規(guī)定主發(fā)酵的時間為7天，每天糖化6鍋麥汁。并考慮到發(fā)酵放熱的不平衡，取系數(shù)1.5，忽略主發(fā)酵期的麥汁溫升，則發(fā)酵高峰期耗冷量為：Q2＇=Q0＇×1.5×6/（24×4×7）=11681367.25×1.5×6/（24×4×7）=156446.88(kJ/h)發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷Q2＂主發(fā)酵期發(fā)酵溫度從10℃緩慢降至3℃，每天單罐降溫耗冷量為：Q0＂=4GC1（10-3）=4×63969.86×7=8713143.43(kJ)工藝要求此過冷過程在2天內完成，則耗冷量為：（麥汁每天裝1.5個錐形罐）Q2＂=1.5Q0＂/（24×2）=272854.50(kJ/h)發(fā)酵總耗冷量Q2Q2=Q2＇+Q2＂=156446.88＋272854.5=429301.40(kJ/h)每罐發(fā)酵耗冷量Q0=Q0＇+Q0＂=12246390＋8713143.43=20977733.43(kJ/h)發(fā)酵用冷媒耗量（循環(huán)量）M2發(fā)酵過程冷卻用稀酒精液作冷卻介質，進出口溫度為-8℃和0℃，故耗冷媒量為：m2=Q2/（Cm×8）=429301.4/（4.18×8）=12838.00(kg/h)3.4.４發(fā)酵車間的工藝耗冷量QtQt=24600055.74＋429301.4=25029357.14(kJ/h)3.４.5非工藝耗冷量除了上述的發(fā)酵工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁，運轉機械，維護結構及管道等均會耗用或散失冷量，構成所謂的非工藝冷量露天錐形罐冷量散失Q5Q5＇=Gb×30000=61758.9×1.012×6×30000=11250001.00(kJ/d)若白天日曬高峰耗冷為平均每小時耗冷量的2倍，則高峰耗冷量為：Q5=2Q5＇/24=2×11250001/24=937500.00(kJ/h)冷媒（－8℃稀酒精）用量：M5=Q5/[Cm(t2-t1)]=937500.1/(4.18×8)=28035.30(kJ/h)清酒罐、過濾機及管道散失冷量Q6Q6=12%Qt=12%×25141527.45=3016983.29(kJ/h)冷媒（－8℃稀酒精）用量：M6=Q6/[Cm(t2-t1)]=3016983.29/(4.18×8)=90220.80(kJ/h)表3-5年產(chǎn)10萬噸啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表耗冷分類耗冷項目每小時耗冷量(kJ/h)冷媒用量(㎏/h)每罐耗冷量kJ工藝耗冷量麥汁冷卻Q124600055.7470905.7998400222.96發(fā)酵耗冷Q2429301.41283820977733.43工藝總耗冷QT25082400.12非工藝耗冷量錐形罐冷損Q5937500.128035.3管道等冷損Q63016983.2990220.8非工藝總耗冷量Q3954483.4第4章啤酒生產(chǎn)主要設備選型4.1大米貯存箱1、所需容積計算：每次投料量G=3085.36kg大米容重γ=800kg/m3有效容積系數(shù)φ=0.8所需容積V=G/γφ=3085.36kg/800×0.8=4.8m32、結構：結構采用方形斜錐底,鐵結構內襯白鐵皮，具體尺寸如下：A=1800mma=400mmB=1800mmb=400mmH=1400mmh=1400mm總體積如下:V總=ABH+h/6×(2AB+Ab+aB+2ab)=6.46m3則有V/V總=74.3%滿足容積系數(shù)70%～80%，則合格。4.2麥芽貯存箱1、所需容積計算：每次投料量G=7981.84kg麥芽容重γ=500kg/m3有效容積系數(shù)φ=0.8所需容積V=G/γφ=7981.84/500×0.8=19.95m32、結構：結構采用方形斜錐底,鐵結構內襯白鐵皮，具體尺寸如下：A=3000mma=400mmB=2500mmb=400mmH=2500mmh=2200mm總體積:V總=ABH+h/6×(2AB+Ab+aB+2ab)=25.174m3則有V/V總=78%滿足容積系數(shù)70%～80%，則合格。4.3麥芽粉暫存箱所需容積計算：每次投料量G=7981.84kg麥芽容重c=2.560m3/t有效容積系數(shù)φ=0.7所需容積V=Gc/φ=7981.84×2.56×10-3/0.7=29.19m32、結構：結構采用方形斜錐底,鐵結構內襯白鐵皮，具體尺寸如下：A=3500mma=400mmB=3500mmb=400mmH=2500mmh=2000mm總體積:V總=ABH+h/6×(2AB+Ab+aB+2ab)=39.83m3則有V/V總=73.2%滿足容積系數(shù)70%～80%，則合格。４.４麥芽粉碎機采用連續(xù)浸漬增濕粉碎機，連續(xù)浸漬，浸漬和粉碎是連續(xù)作業(yè)，自動化程度較高?？蓪崿F(xiàn)對工藝參數(shù)（如水溫，水量）的自動調節(jié)和計量顯示，以及故障的控制。特別可控制糖化最佳料水比，提高酶活性。其優(yōu)點麥芽經(jīng)極短時間的浸漬，水分含量高至20%～25%。避免了回潮粉碎的水分過小，麥皮破碎較嚴重的缺點，又避免了濕法粉碎機麥芽水分過大，內部胚乳也變濕不利于粉碎的缺點。每次糖化需要粉碎的物料8300.39kg每四個小時需要投料一次，算上物料運入糖化鍋的時間，粉碎能力不小于8300.39/4=2075.10（kg/h）。采用S型麥芽粉碎機，技術參數(shù)：型號：JMF3.8產(chǎn)量：3.8T/h對磨軸：2對浸漬水工作溫度：52℃用水量（瞬間流量）：55立方米/h調漿水工作溫度：52℃4.5大米錘式粉碎機每次投料量3058.36kg,每四個小時需要投料一次，算上物料運入糖化鍋的時間，粉碎能力不小于3058.36/4=764.6（kg/h）。選用型號：MY8型產(chǎn)量：0.9-1.6T/h4.6糖化鍋采用圓筒形鍋身，120度無折邊錐形上封頭，橢球形下封頭，D:H=2:1,D：h=4：1，D、H、h分別為圓筒體直徑高和下封頭高度。糖化鍋的總醪量為：G=45091.20kg，麥醪的密度為1070kg/m3取填充系數(shù)為0.7，則糖化鍋的有效容積V有效=45091.20÷1070=42.14m3糖化鍋的總容積V總=V有效÷0.7=60.20m3V總=π（D/2）2D/2+πD3/24=πd3/6得D=4.8m,則H=2.4m,h=1.2m4.7煮沸鍋進入煮沸鍋麥汁量G進=78587.50kg，麥汁濃度為10.2度，麥汁的密度為1040kg/m3，有效容積V有效=78587.5/1040=75.56m3，填充系數(shù)0.8，則總體積V總=75.56/0.8=94.46m3設D:H=2:1,D:h=4:1,其體積計算公式：，得D=5.8m,則H=2.9m,h=1.45m4.8回旋沉淀槽進入回旋沉淀槽的麥汁量：G＝66799.4kg，有效容積V有效=66799.4/1048=63.74m3。設回旋沉淀槽的填充系數(shù)為0.8，則其容積V總=63.74/0.8=79.675m3采用圓柱形槽身，平底回旋沉淀槽，高徑比為2：1V總=πD×D/4×HD=5.5mH=2.75m式中D—圓筒體直徑H—圓筒體高設切線進口，進麥汁的時間為0.5小時，麥汁進罐速度為14m/s，麥汁在槽內回轉速度為10r/min。4.9啤酒過濾機糖化一次，發(fā)酵液為63012.6L。12度啤酒的密度為1012kg/m3。一天糖化6次，G＝63.77×6=382.61設過濾機每天工作20小時，382.61/20=19.13t/h選擇啤酒過濾機：IFP型，過濾能力20t/h4.10麥汁暫存罐為提高設備利用率，設計麥汁暫存罐，可裝一鍋麥汁，有效容積42.14，填充系數(shù)取0.8，V＝52.675，設成圓柱體，徑高比為1：2，V＝πD2H/4則D=3.2m，H=6.4m4.11發(fā)酵罐將發(fā)酵濾酒定為300天，產(chǎn)品分配：旺季每天產(chǎn)6鍋，規(guī)定4鍋進一罐，每天出1.5罐酒。由物料衡算知糖化一次混合原料用量為11067.20Kg，得到冷麥汁量為63969.86Kg，4鍋進一罐，糖化4次得冷麥汁量V1＝63969.86×4＝255879.44L＝225.88m3。酵母接種量為1%（V/V），剛酵母體積為V2=225.88×1%=2.26m3。則每個發(fā)酵罐的有效容積為V有=225.88+2.26＝228.00m3。取發(fā)酵罐有效填充系數(shù)為0.8，V總=285.17m3.發(fā)酵罐個數(shù)為N=T×N/A+3T—發(fā)酵周期（天）N—每天糖化次數(shù)（按旺季計算）A—每個發(fā)酵罐可以容納麥汁的批次數(shù)3—周轉量數(shù)則N=18×6÷4+3=30個4.12薄板換熱器采用一段冷卻方式。麥汁回旋沉淀后的溫度為95℃，出薄板換熱器的溫度為8℃，冷水進、出薄板換熱器的溫度為2℃、85℃。即：麥汁95℃→8℃冷水2℃→85℃冷卻時間：60mint1=95℃t2=8℃t1′=2℃t2′=85℃△t1=t1-t2′=95-85=10℃，△t2=t2－t1′=8-2=6℃△t=（△t1-△t2）/㏑(△t1/△t2)=（10-6）/㏑(10/6)=7.83℃薄板換熱器的換熱量Q為：24600055.74kJ/h換熱面積S=Q/(k△t)，k取8000kJ/(㎡·h)S=24600055.74/(7.83×8000)=392.70㎡選擇換熱面積為400㎡的薄板換熱器。4.13水箱包括投料用水和洗糟用水水箱，用水量均為69696.28m3，V有效69686.28/1000＝69.69m3。V總＝69.69/0.8＝87.10m3水箱形狀為長方體，設長為5.5m，寬為4m，高為4m。V=88m3。合格 4.1４泵的選用4.14.1糊化鍋倒醪泵糊化鍋醪液量：19.01m3，10min完成倒醪進入糖化鍋，泵流量Q＝124.06m3選泵：型號：ZA100－160；葉輪型式C，流量130m3/h，揚程17m，軸承架LK－2，電機功率11KW，電機型號Y160M1-2，泵額定轉速η=2950r/min4.14.2糖化鍋倒醪泵糖化鍋醪液量：42.14m3，20min完成倒醪進入糖化鍋，泵流量Q＝126.12m3選泵：型號：ZA100－160；葉輪型式C，流量130m3/h，揚程17m，軸承架LK－2，電機功率11KW，電機型號Y160M1-2，泵額定轉速η=2950r/min4.15.3麥汁泵過濾完畢，麥汁由泵打入煮沸鍋，過濾1.5h,麥汁量為75.56m3，流量Q＝50.37m3。選泵：型號：ZA100－160；葉輪型式A，流量53m3/h，揚程25m，軸承架LK－2，電機功率11KW，電機型號Y160M-4，泵額定轉速η=1475r/min煮沸鍋倒醪：煮沸鍋醪液量：63.74m3，20min完成倒醪，泵流量Q＝191.22m3。選泵：型號：ZA150－250；葉輪型式A，流量195m3/h，揚程18.5m，軸承架LK－2，電機功率15KW，電機型號Y160L-4，泵額定轉速η=1475r/min第五章重點設備糊化鍋5.1基本尺寸及容積計算鍋體選用圓筒形，作為標準件的封頭，目前常用的主要有：橢圓形封頭、碟形封頭，半球形封頭及錐形封頭。本設計要求承壓能力好，焊接容易方便，所以采用橢球形下封頭，120度無折邊錐形上封頭，D:H:h=4:2:1，D、H、h分別為糊化鍋圓筒體直徑、鍋身高度和下封頭高度。糊化鍋的總醪量為：G=20054.84（kg）設填充系數(shù)為0.7，醪液密度為1055kg/m3,則糊化鍋的有效容積為：V有效=20054.84÷1055=19.01m3糊化鍋的總容積V總=V有效÷0.7=27.16m3V總=π（D/2）2D/2+πh2(D/2-h/3)=0.5D3=27.16m得D=3.75m,取D=3.8m則H=1.9m,h=0.95m212+2=5.2壁厚計算設液面距圓筒底的高度為h′，則h′＝1.04m下封頭承受的壓強為：P下=ρg(h′+h)+0.1=1055×9.8×(1.04+0.95)+0.1=0.021(MPa)圓筒底承受的壓強為：P筒=ρgh′+0.1=1055×9.8×1.04+0.1=0.019(MPa)上封頭承受的壓強為：0.1MPa查表可知，上，中，下三部分均可采用材料1G18NiCrTi.1、內壓圓筒的設計設計數(shù)據(jù)：設計壓力P=0.119MPa,設計溫度t=200℃,圓筒內徑Di=3800mm,腐蝕裕量C2=1.1mm,筒體材料1G18NiCrTi,焊逢系數(shù)Φ=1。查表得1G18NiCrTi鋼板材料[b]t=96MPaδ=PD/2[b]tφ-P=0.119×3800/(2×96×1-0.119)=2.3mm設計厚度δd=δ+C2=2.3+1=3.3(mm)查表，取鋼板負偏差C1=0.2mm檢查，δn=7mm,[b]t沒有變化，故取筒體厚度7.0mm,滿足要求。2、橢球形封頭底設計設計數(shù)據(jù)：設計壓力P=0.121MPa,設計溫度t=200℃,封頭內徑Di=5400mm,腐蝕裕量C2=1mm,封頭材料1G18NiCrTi,焊逢系數(shù)Φ=1。查表得1G18NiCrTi鋼板材料[b]t=96MPaδ=PD/2[b]tφ-0.5P=0.121×3800/(2×96×1-0.5×0.119)=2.4mm設計厚度δd=δ+C2=2.4+1=3.4(mm)查表，取鋼板負偏差C1=0.2mm檢查，δn=7.0mm,[b]t沒有變化，故取筒體厚度7.0mm,滿足要求。3、120度無折邊錐形封頭的設計設計數(shù)據(jù)：設計壓力P=0.1MPa，設計溫度t=200℃，錐殼內Di=3800mm，錐殼半頂角α=60o，腐蝕裕量C2=1.1mm,錐殼材1G18NiCrTi,焊逢系數(shù)Φ=1。查表得1G18NiCrTi鋼板材料[b]t=96MPaδ=PD/cosα(2[b]tφ-P)=0.1×3800/0.5×(2×96×1-0.1)=2.3mm設計厚度δd=δ+C2=2.3+1.=3.3(mm)查表，取鋼板負偏差C1=0.2mm檢查，δn=7mm，[b]t沒有變化，故取筒體名義厚度7mm。5.3管徑計算5.3.1升氣管直徑設升氣管截面積為液體蒸發(fā)面積的1/30，則S=1/30[π（D/2）2]，得d升=580（mm）,取標準管徑DN=600mm式中,D為圓筒體直徑。5.3.2加水管直徑由水衡算可知糊化鍋加水量為16.97m3。設加水時間10min,則流體流量Q=V/h=16.97÷10÷60=0.028m3/s，取加水流速為1.5m/s，則加水管內徑為：Q/V=π（d/2）2，d=0.154m,取標準管徑DN=160mm5.3.3糊化醪出口管直徑設糊化倒醪時間為10min，糊化鍋中醪液量為26.9m3則流體流量：Q=V/h=26.9/（10×60）=0.045m3/s，取糊化醪流速為1.5m/s，則糊化醪進管直徑：Q/V=π（d/2）2D=0.195m,取標準管徑DN=250mm5.3.4進料管直徑設進料時間為10min，進料量為5.34m3則流體流量：Q=V/h=5.34/（10×60）=0.009m3/s,取糊化醪流速為1.5m/s,則進料管直徑：Q/V=π（d/2）2D=0.087m,取標準管徑DN=90mm5.3.5加水管直徑設進料時間為10min，糊化鍋加水量為16.97m3則流體流量：Q=V/h=16.97/（10×60）=0.028m3/s,取糊化醪流速為1.5m/s,則進料管直徑：Q/V=π（d/2）2D=0.154m,取標準管徑DN=160mm5.3.6蒸汽進出口管直徑及冷凝水出口管直徑使用表壓為0.3MP的飽和蒸汽，故密度為1.65kg/m3。糊化鍋使用的蒸汽量為：D=Q/(I-i)η=2669.3kg/h則Q=1.617m/hQ/V=π（d/2）2d=0.077m,取標準管徑DN=80mm5.4鍋體重計算圓柱形鍋體的體積：V1=π×Di×H×δ=3.14×3.8×1.9×0.007=0.1587（m3）鍋底的體積：V2=S內×δ=16.25×0.007=0.1137（m3）錐形頂蓋的體積：V3=（0.5πD×1.9/sin60°-0.5πdd/2sin60°）δ=0.1587（m3）鍋重：G=(V1+V2+V3)×ρ鍋=(0.1587+0.1587+0.1137)×7800=3362.58(㎏)5.5鍋底開孔補強設計設計數(shù)據(jù)：設計壓力Pc=0.12MPa；設計溫度為200℃，標準橢圓形封頭Di=3800mm，封頭的厚度δ=7mm，封頭中心設置φ160×4的內平齊接管，開孔未通過封頭焊接，腐蝕余量C2=1mm，封頭材料為1G18NiCrTi，[]t=96MPa，接管材料不銹鋼，[]nt=96MPa1、計算壁厚封頭：δn=PcK1Di/{2[]tφ-0.5Pc}=（0.12×0.9×3800）/（2×96×1-0.5×0.12）=2.13mm接管：δt=Pcdi/{2[]ntφ-Pc}=(0.12×160)/(2×96×1-0.12)=0.10mm其中，K1=0.9為標準橢圓形封頭，φ為焊接系數(shù)，取φ=1。2、需要補強的面積A=dδc+2δc(δnt-C)(1-fr)=162×2.13+2×2.13×3×(1-0.95)=345.40(mm2)式中，C1是接管壁厚負偏差，查表1-7-9得，C1=0.5mmC=C1+C2=1mm開孔直徑d=di+2C=160+2×1=162mmfr=[]t/[]nt=96/101=0.953、已有的加強面積封頭上多余金屬面積：A=（B-d）(δe-δc)+2δet(δe-δc)(1-fr)=162×5.8+2×2.8×3.67×(1-0.95)=940.6(mm2)式中，C1是封頭壁厚負偏差，查表1-7-9得，C1=0.2mmC=C1+C2=1.2mmδe=δn-C=7-1.2=5.8δet=δnt-C=4-1.2=2.8B=2d因為已有的封頭多余金屬面積940.6mm2大于需要補強的面積345.4mm2，所以可以不另行補強。5.6支座和法蘭的選擇5.6.1每個支座需要承擔的負荷Q鍋體重量：G鍋=3362.58kg在計算支座承擔的負荷時，還要考慮到糊化鍋附屬設備的質量，這里按照糊化鍋體重的一定比例來計算，設比例系數(shù)為0.15，則附屬設備的重量為：G附=3362.58×0.15=504.39（kg）糊化醪液量：G醪=20054.84kg,則總重量為：G總=G鍋+G附+G醪=23921.81（kg）設有6個支座，則每個支座需要承擔的負荷為：Q=G總×g/4=58(kN)5.6.2支座的選擇我國標準耳式支座（JB/T4725-1992）有A型和B型兩種結構,B型耳式支座有較容易的安裝尺寸，當設備外設保溫層或將設備直接放置在樓板上時，采用B型耳式支座較適宜。（如下圖）查表可知，公稱直徑為3800設備的B型耳式支座結構尺寸如5-8表所示：支座允許載荷KN公稱直徑(mm)尺寸(mm)Hl1b1S1l2dδB2603800250200140702903010160表5-8B型耳式支座結構尺寸5.6.3法蘭的選擇鍋底接管法蘭的最高無沖擊工作壓力為0.2MPa,糊化鍋容器法蘭的最大允許工作壓力為0.16MPa。5.8糊化鍋加熱面積的計算糊化鍋最大的熱量消耗為：5487372.2kjt1=48℃，t2=101℃，△tm=53℃F=Q/K△tm=5487372.2/1800×4.18×53=13.76m2橢圓形封頭底表面積為S=0.35πD2=0.35×3.14×3.82=15.87（m2）HπD=15.87-13.76＝2.1,得H=0.18m第六章附屬設備選型6.1清酒罐清酒罐均采用不銹鋼的罐體，內表面拋光精度0.04～0.8μm，達到酵母純粹發(fā)酵對發(fā)酵罐，清酒罐內表面的精度要求。兩個清酒罐裝一個發(fā)酵罐發(fā)酵后過濾所得的酒液，每天發(fā)酵1.5罐。再加2個備用清酒罐，因此，采用2×1.5+2=5個清酒罐V有效=1/2×228.1×2=228m3設清酒罐的填充系數(shù)為0.9，V總=94/0.9=253m3設直徑D,高H=3D則V總=3.14×D/2×D/2×H=3×3.14×D×D×D/4=105m3得D=4.5mH=13.5m6.2酵母擴培系統(tǒng)設計6.2.1麥汁殺菌罐取D：H=1：1.5D=1000mmH=1500mm選用材質：1Cr18Ni9Ti由于體積較大，內外徑加熱盤管夾套，管徑Dg60YB804-70的不銹鋼管，冷卻罐Pg25Dg40，酒精冷卻管Pg25Dg40，水封管Pg15Dg16，風管Pg15Dg16，放料罐采用角支架，溫度計0～200℃，表壓0～1Mpa。附件：安全閥、壓力表、溫度計、液面計6.2.3種母擴培罐圓柱形筒體，橢圓形封頭設D：H=1：1.5D=1000mm，所以H=1500mm材質：1Cr18Ni9Ti采用冷卻夾套：設人孔一個，壓力表0～1Mpa，溫度計0～20℃，酒精冷卻管Pg16Dg20，水冷卻管Pg16Dg20，進料管Pg16Dg30，放料管Pg16Dg35，圓管Pg16Dg20，管體材質1Cr18Ni9Ti，型號YB804-706.2.3一級擴培罐取D：H=1：1.5D=2400mmH=3600mm采用橢圓形封頭材質：1Cr18Ni9Ti酒精冷卻管Pg16Dg25，溫度表一個，水冷卻管Pg16Dg25，進料管Pg16Dg40，放料管Pg16Dg45，風管Pg16Dg306.2.4二級擴培罐取D：H=1：1.5D=4000mmH=6000mm采用橢圓形封頭材質：1Cr18Ni9Ti上設一個人孔酒精冷卻管Pg16Dg30，水冷卻管Pg16Dg30進料管Pg16Dg45，放料管Pg16Dg50風管進料管Pg16Dg356.3洗滌罐設計6.3.1洗滌方式采用CIP自動洗滌裝置，其過程如下：1、清水噴淋15min2、熱水噴淋洗滌15min3、酸淋洗15min（2%）4、甲醛水洗10min（2%）在一般的現(xiàn)代化大廠中，多數(shù)采用以強力酶溶液代替甲醛進行洗滌5、最后用無菌水淋洗10min6.3.2洗滌水貯罐的選擇選5個洗滌罐，分別為清水罐（1個），酸液罐（1個），熱水罐（1個），甲醛罐（1個），無菌水罐（1個）對于每種洗滌液來說：流量750L/min所以750L/min×10min=7500L=7.5m圓整取為9.5m取D=2000mmD：H=1：1.5則H=3000mmm =7.5/9.42=85%符合要求6.3.3洗滌水管徑的計算Q=VS=Vπd2/4，設流速為1.5m/s，則d=43mm，設計管徑為45mm第７章啤酒廠的三廢處理及效益概算發(fā)酵工廠在生產(chǎn)過程中，要排放大量的廢氣、廢水和廢渣，簡稱三廢。一方面我國發(fā)酵工業(yè)有許多工廠，如不認真治理三廢，將給生態(tài)環(huán)境造成很大污染，后患無窮。另一方面，我國人口多，能源、資源嚴重匱乏，利用三廢生產(chǎn)能源和蛋白質，既消除和減輕了環(huán)境污染，又變廢為寶，造富人類，其意義相當重大。7.1廢水處理7.1.1減少廢水排放的措施我國啤酒工業(yè)由于發(fā)展鹽水起步較晚，投資費較低，在生產(chǎn)過程中對廢水形成的控制還不很得力，但是隨著工藝的技術的成熟，在生產(chǎn)中可以通過一些措施進行生產(chǎn)用水的控制。具體措施有：浸麥廢水重復利用；糖化車間的洗糟水、洗鍋水作為投料用水；采用干式排麥糟法等。7.1.2工業(yè)廢水的處理我國啤酒廠的耗水量比較大，廢水排放量接近于耗水量的90%。按照我國1996年頒布的《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的替規(guī)定，啤酒廠廢水屬于二級廢水，其長遠影響小于第一類有害物質。啤酒廠的廢水是從各個工序排放出來的，簡單分為三類：第一類：大量的冷卻水、沖洗水。第二類：含有大量有機物的廢水，主要有麥糟及洗糟水、熱冷凝固物、廢酵母和硅藻土。第三類：含有無機物的水，主要來自包裝車間。啤酒生產(chǎn)廢水的處理方法主要是利用微生物的厭氧和好氧處理：處理工藝：廢水一次過濾（除較大雜質）二次過濾（除粗雜質）三次過濾（濾池，測pH值）好氧池（通風曝氣）水靜止使活性污泥與水分離7.2廢氣處理7.2.1廢氣處理方式原料處理產(chǎn)生的粉塵，采用布袋除塵，排放濃度為7.3mg/m3。該廢氣通過不低于15m高排氣筒排放，滿足《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）二級標準。燃氣鍋爐排放污染物NOx濃度約200mg/m3，SO2濃度約10mg/m3，煙塵濃度約26mg/m3。通過不低于8m高排氣筒排放，滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2001）標準排放要求。7.2.2二氧化碳的回收啤酒發(fā)酵所產(chǎn)生的CO2含量很高，排入大氣將造成很大的污染,若能將其凈化回收將產(chǎn)生很高的經(jīng)濟效益。對于啤酒廠，可將回收的CO2用于清酒備壓、灌裝、過濾等工段，以增加啤酒中CO2的含量，使啤酒味道更加爽口，泡沫更豐富，并能延長啤酒保質期，克服老化變味，對保證啤酒質量起到重要作用。另外也可出售以用于飲料、工業(yè)焊接、化學醫(yī)藥工業(yè)、煙絲膨化等領域，其回收價值已引起各個廠家的重視。工藝流程：發(fā)酵氣→水洗除沫→鉀洗氧化→水洗凈化→壓縮→吸附→干燥→冷凍液化→貯罐7.3廢渣處理7.3.1麥糟的利用啤酒廠生產(chǎn)排放的廢渣主要是麥糟，但其蛋白質含量較高，并受到適度分解，作為飲料它的消化率極高，一直以來做為動物的飼料得到了較好的利用。7.3.2酵母的回收利用酵母是啤酒生產(chǎn)的重要副產(chǎn)物，酵母中用種人體必須氨基酸的含量均很高，在中、小型廠可直接收集酵母，經(jīng)干燥后得到酵母粉，大型工廠也可利用酵母制備各種酶制劑。7.4經(jīng)濟效益概算表7-1原料成本概算表原料名稱數(shù)量（T）單價（元）金額（萬元）單耗（元/噸酒）麥芽1330040005320大米44301900841水8000004320合計6481648物料名稱數(shù)量（T）單價（元）金額（萬元）單耗（元/噸酒）電1000萬度0.8800煤12000355426酒精45400018合計1244125表7-2主要材料成本概算表銷售價（噸）原料成本材料成本稅毛利年利潤（毛利）21706481254209779770（萬元）注：毛利=銷售價-原料成本-材料成本-稅款表5-3利潤概算參考文獻[1]梁世中．生物工程設備[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，2005年2月[2]丁伯民，黃正林．化工容器[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2003年9月[3]劉湘秋．常用壓力容器手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004年6月[4]巨勇智、靳士蘭．過程設備機械基礎[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2004年6月[5]范欽珊．工程力學[M]．高等教育出版社，2004年8月[6]夏清，陳常貴．化工原理[M]．天津：天津大學出版社，2005年1月[7]化工部設備設計技術中心站．北京：化工設備設計手冊[M]．上海科技出版社，1982[8]管敦儀．啤酒工業(yè)手冊，上、下冊[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，1991年1月[9]吳思方．發(fā)酵工廠工藝設計概論[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，2005年8月[10]王文甫．啤酒生產(chǎn)工藝[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，1997年2月[11]劉善淑．AutoCAD2006化工機械圖形設計[M]．南京：南京大學出版社，2000年7月[12]林大鈞．簡明化工制圖[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2005年8月[13][德]路德維?！ぜ{爾蔡斯．啤酒廠麥芽制備工藝技術[M]．孫明波譯，譯，中國輕工業(yè)出版社，1991年9月[14]程殿林．啤酒生產(chǎn)技術[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2005年9月[15]徐斌．啤酒生產(chǎn)問答[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，1998年6月[16]秦叔經(jīng)，葉文邦．換熱器[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2005年6月[17]KeijiKondo.Beerandhealth:Preventiveeffectsofbeercomponentsonlifestyle-relateddiseses.BioFactors,22(2004)303-310.[18]H.Yajima,E.Ikeshima,M.Shiraki,T.Kanaya,D.Fujiwara,H.Odai,N.Tsuboyama-Kasaoka,O.Ezaki,S.OikawaandK.Kondo,Isohumulones,bitteracidsderivedfromhops,activatebothperoxisom