1、Hefei university生 物 工 程 工 厂 设 计题 目: 啤酒厂全厂总物料衡算系 别: 生物与环境工程系 专 业: 12 生物工程 2 班 学 号: 1202012038 姓 名: 饶金丽 指导教师: 于 宙 2014 年 5 月 27 日 年产 11400 吨啤酒厂糖化车间设计11400t/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（麦芽、大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化糟和酒花糟）等。1. 糖化车间工艺流程示意图图 1 啤酒厂糖化车间工程流程示意图2.工艺技术指标及基础数据基础数据见表 1表 1 啤酒生产基础数据项 目 名 称 百分
2、比（ %） 项 目 名 称 百分比（ %）原料利用率 98.5 麦芽 60麦芽水分 6 原料配比 大米 40大米水分 13 冷却损失 7.5无水麦芽浸出率 75 发酵损失 1.6无水大米浸出率 92 过滤损失 1.5装瓶损失 2.0定 额 指 标麦芽清净和磨碎损失 0.1啤酒损失率(对热麦汁)总损失 12.6根据上表的基础数据首先进行 100kg 原料生产 12淡色啤酒的物料衡算，然后进行 100L12淡色啤酒的物料衡算，最后进行 100000t/a 啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。麦汁煮沸锅麦糟糊化粉碎麦芽，大米 糖化 过滤水、蒸汽薄板冷却器回旋沉淀槽热凝固物 冷凝固物发酵车间3. 100kg
3、 原料（60%麦芽，40%大米）生产 12P 淡色啤酒的物料衡算（1）热麦汁量 根据表 5-1 可得原料收率分别为：麦芽收率为： 0.75（1006）100=70.5%大米收率为： 0.92（10013）100=80.04%混合原料收得率为： 0.6070.5%（10.1）+0.4080.04%98.5%=73.16%由上述可得 100kg 混合原料可制得的 12热麦汁量为：（73.1612）100=609.66（kg）又知 12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：（609.661.084）1.04=584.9
4、2L（2） 添加酒花量： 609.660.2%=1.22kg（3） 冷麦汁量为： 584.92（10.075）=541.05L（4） 发酵成品液量： 541.05（10.016）=532.39L（5） 清酒量（过滤）为：532.39（10.015）=524.41L（6） 成品啤酒量为： 524.41（10.02）=513.92L4. 生产 100L12P 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成品啤酒513.92L，故可得出下述结果：（1） 生产 100L12淡色啤酒需耗混合原料量为：（100513.92）100=19.46kg（2） 麦芽耗用量： 19.466
5、0%=11.68kg（3） 大米耗用量： 19.4611.68=7.78kg（4） 酒花用量为 对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为 0.2%，故酒花耗用量为： （584.92/513.92） 1000.2%=0.2276kg（5） 热麦汁量为： （584.92/513.92）100=113.82L（6） 冷麦汁量为： （541.05/513.92）100=105.28L（7） 湿糖化糟量： 设排出的湿麦糟水分含量为 80%，则湿度糟量为：（10.06） （10075）/（10080）11.68=13.72kg湿大米糟量为：（10.13） （10092）/（10080）7.78=2.71kg故湿
6、糖化糟量为： 13.72+2.71=16.43kg（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：（10040）/（10080）0.2276=0.683kg（9） 发酵成品液量：（532.39/513.92）100=103.60L（10）清酒量： （524.41/513.92）100=102.04L5. 100000t/a 12P 淡色啤酒糖化车间物料衡算全年生产天数为 300 天，设旺季生产 240 天，淡季生产 60 天。旺季每天糖化数为 7 次，淡季每天生产次数为 5 次，则全年糖化次数为：2407+605=1980（次）计算的基础数据可
7、算出每次投料量及其他项目的物料平衡。（1）年实际生产啤酒：114001.012=11264.82L（2）清酒产量：11264.82 （10.02）=11494.72L（3）发酵液总量：11494.72 （10.015） =11669.77L（4）冷麦汁量：11669.77 （10.016）=11859.52L（5）煮沸后热麦汁量：11859.52 （10.075 ）=12821.1L20麦汁体积：12821.11.04=12327.98L12P 麦汁质量为（ 20）：12327.981.084=13363.53Kg （6）混合原料量：13363.53Kg 12%73.16%=2191.94Kg
8、（7）麦芽耗用量：2191.94Kg 0.60=1315.16Kg 大米耗用量：2191.941315.16=876.78Kg（8）酒花耗用量：12821.10.2%=25.64Kg根据经验估算，混合原料量定为 2192Kg，实际产量才大于 11400t 啤酒。把前述的有关啤酒糖化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。表 2 啤酒厂糖化车间物料衡算表物料名称 单位 对 100kg 混合原料 100L 12P 淡色啤酒 糖化一次定 额量 100000t/a 啤酒生产混合原料 Kg 100 19.46 1.11 2192麦芽 Kg 60 11.68 0.66 1315.2大米
9、 Kg 40 7.78 0.44 876.8酒花 Kg 1.22 0.2276 0.01 25.64热麦汁 L 584.92 113.82 6.48 12821.1冷麦汁 L 541.05 105.28 5.99 11859.52湿糖化糟 Kg 84.42 16.43 0.94 1855.59湿酒花糟 Kg 3.66 0.683 0.38 77.14发酵成品液 L 532.39 103.60 5.89 11669.77清酒液 L 524.41 102.04 5.81 11494.72成品啤酒 L 513.92 100 5.69 11264.82备注：12P 淡色啤酒的密度为 1012kg/m3
10、，实际年生产啤酒为 11399t。六、11400/a 啤酒厂糖化车间热量衡算本设计采用国内常用的双醪一次煮出糖化法，下面就工艺为基准进行糖化车间的热量衡算。工艺流程如 6-1 图，数据根据表 5-2以下对糖化过程各步操作的热量分别进行计算：（一）糖化用水耗热量 Q1根据工艺，糊化锅加水量为：G1=（0.44+0.088）4.5=2.376kg式中，0.44 为糖化一次大米粉量，0.088 为糊化锅加入的麦芽量（为大米量的 20%） 。糖化锅加水量为： G2=0.5723.5=2.002kg式中，0.572 为糖化一次麦芽粉量，即（0.66-0.088）kg，而 0.66 为糖化一次麦芽定额量。
11、故糖化总用水量为：Gw=G1+G2=2.376+2.002=4.378kg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 1+G2）c w（t 2-t1）=585.60kJ去发酵煮沸强度10%冷凝固物冷麦汁酒花糟热凝固物薄板冷却器回旋沉淀槽90min酒花煮沸锅麦汁麦糟过滤70糖化结束 7820min10min7min13min12min料水比 1：4.5糖化锅热水，5070，25min5min自来水 18糊化锅大米粉 0.44kg麦芽粉 0.088kgt0（） ，20min麦芽粉 0.572kg46.7， 60min料水比 1：3.5t（）100，10mi
12、n90 20min 100，40min63，60min图 3 啤酒厂糖化工艺流程示意图（二）第一次米醪煮沸耗热量 Q2由工艺流程图可知Q2=Q21+Q22+Q231. 糊化锅内米醪由初温 t0 加热至 100耗热 Q21Q21=G 米醪 c 米醪 （100-t 0）（1） 计算米醪的比热容 c 米醪 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；c 0 为绝对谷物比热容，取 c0=1.55kJ/（kgK ） 。c 麦芽 =0.01（100-6 ）1.55+4.186=1.708 kJ/（kgK）c 大米 =0.01（100-13）1.55+4
13、.1813=1.891 kJ/（kgK）c 米醪 =（G 大米 c 大米 +G 麦芽 c 麦芽 +G1cw）/ （G 大米 +G 麦芽 + G1）=（0.441.891+0.0881.708+2.3764.18） （0.44+0.088+2.376）=3.758 kJ/（kgK）（2） 米醪的初温 t0 设原料的初温为 18，而热水为 50，则 t0=（G 大米 c 大米 +G 麦芽 c 麦芽 ）18+G 1cw50 / G 米醪 c 米醪 =47.12其中：G 米醪 =0.44+0.088+G1=2.904kg（3）把上述结果代回 Q21=G 米醪 c 米醪 （100-t 0） ，得Q21=
14、2.9043.758（100-47.12）=577.09kJ2. 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%，则蒸发水分为：V1=G 米醪 5%4060=0.0968kg故 Q22=V1I=0.09682257.2=218.49kJ式中，I 为煮沸温度（约为 100）下水的汽化潜热（ kJ/kg） 。3热损失 Q23米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的 15%，即：Q23=15%（Q 21+Q22）4.由上述结果得：Q2=1.15（Q 21+Q22）=914.917kJ（三）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
15、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。1. 糖化锅中麦醪的初温 t 麦醪已知麦芽粉初温为 18，用 50的热水配料，则麦醪温度为：t 麦芽 =（G 麦芽 c 麦芽 18+G2cw50）/G 麦醪 c 麦醪=（0.5721.70818+2.0024.1850）/ （2.5743.631）=46.65其中：G 麦醪 =G麦芽 +G2=0.572+2.002=2.574kgc 麦醪 =（G 麦芽 c 麦芽 +G2cw）/（G 麦芽 +G2）=（0.5721.708+2.0024.18）/ （0.572+2.002 ）=3.631kJ/（kgK ）2.
16、 根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：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=（5.4783.76563-2.5743.63146.65）/（2.80723.758）=81.84其中：G 米醪 = G 米醪 V 1=2.904-0.0968=2.8072kgG 混合 =G 米醪 +G 麦醪 =2.904+2.574=5.478kgc 混合 =（G 米醪 c 米醪 + G 麦醪 c 麦醪 ）/（G 米醪 +G 麦醪 ）=（2.9043.758+2.5743.631）/ （2.8072+2.574 ）=
17、3.765 kJ/（kgK）因此温度比煮沸温度只低 20左右，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。3. Q3=G 混合 c 混合 （7063）=144.37kJ（四）第二次煮沸混合醪的耗热量 Q4由糖化工艺流程可知：Q4= Q41+ Q42 +Q431. 混合醪升温至沸腾所耗热量 Q41（1）经第一次煮沸后米醪量为：G米醪 = G 米醪 V 1=2.904-0.0968=2.8072kg糖化锅的麦芽醪量为：G 麦醪 =G麦芽 +G2=0.572+2.002=2.574kg故进入第二次煮沸的混合醪量为：G混合 =G米醪 +G 麦醪 =2.8072+2.574=5.38
18、12kg（2）根据工艺，糖化结束醪为 78，抽取混合醪的温度为 70，则送到第二次煮沸的混合醪量为=G 混合 （7870）/ G混合 （10070）=26.67%（3）麦醪的比热容c 麦醪 =（G 麦芽 c 麦芽 +G2cw）/（G 麦芽 +G2）=（0.5721.708+2.0024.18）/ （0.572+2.002 ）=3.631kJ/（kgK ）混合醪的比热容：c混合 =（G 米醪 c 米醪 + G 麦醪 c 麦醪 ）/（G 米醪 +G 麦醪 ）=（2.80723.758+2.5743.631）/（2.8072+2.574）=3.697kJ/（kgK ）（4） 故 Q41=26.67%
19、 G混合 c混合 （10070 ）=159.17kJ2.二次煮沸过程蒸汽带走的热量 Q42煮沸时间为 10min，蒸发强度为 5%，则蒸发水分量为：V2=26.67% G混合 5%1060=0.01kg故 Q42=IV2=2257.20.01=22.572kJ式中，I 为煮沸下饱和蒸汽焓（kJ/kg） 。3.热损失 Q43根据经验有：Q43=15%（Q 41+Q42）4.把上述结果代回 Q4= Q41+ Q42 +Q43 得Q4=1.15（Q 41+Q42）=209kJ（五）洗糟水耗热量 Q5设洗糟水平均温度为 80，每 100kg 原料用水 450kg，则用水量为：G 洗 =1.114501
20、00=4.995kg故 Q5=G 洗 cw（8018）=4.9954.1862=1294.50kJ（六）麦汁煮沸过程耗热量 Q6Q6=Q61+Q62+Q631.麦汁升温至沸点耗热量 Q61有表 5-2 糖化物料衡算表可知，100kg 混合原料可得到 609.66kg 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：G 麦汁 =1.11609.66100=6.77kg又 c 麦汁 =（0.5721.708+0.0881.891+1.116.44.18）/ （1.117.4 ）=3.856 kJ/（kgK）故 Q61= G 麦汁 c 麦汁 （100-70）=783.15kJ2.煮沸过
21、程蒸发耗热量 Q62煮沸强度 10%，时间 1.5h，则蒸发水分为：V3=6.7710%1.5=1.02kg故 Q62=IV3=2257.21.02=2302.34kJ3.热损失为Q63=15%（Q 61+Q62）4.把上述结果代回 Q6=Q61+Q62+Q63 可得出麦汁煮沸总耗热Q6=115%（Q 61+Q62）=3548.31kJ(七) 糖化一次总耗热量 Q 总（八）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，则式中，i 为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg） ； 为蒸汽的热效率，取=95%。（九）糖化过程每小时最大蒸汽耗量 Qmax在糖化
22、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 95%，故：kgiI09.3）（ 总 kJi 697.6543216 总Qmax 2490.04kJ/h%95.16相应的最大蒸汽耗量为：（十）蒸汽单耗根据设计，每年糖化次数为 1980 次，共生产啤酒 11400t。年耗蒸汽总量为：DT=3.091980=6118.2kg每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：Ds=6118.211400=0.54kg/t 啤酒每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：Dd=3.097=21.63kg/d将上述计算结果列成热量消耗综合表名称规格（MPa）每吨产品消耗定额（kg）每小时最大用量（kg/h）每昼夜消耗量（kg/d）年消耗量（kg/a） 备注蒸汽0.3（表压） 0.54 1.15 21.63 6118.2七、设备的工艺计算和设备选型（一）啤酒厂糖化设备的组合方式六器组合方式，一只糊化锅，一只糖化锅，一只过滤槽和两只麦汁煮沸锅，一只回旋沉淀槽，一只麦汁冷却器。（二）糊化设备1.功能用途糊化设备是用来加热、煮沸谷物辅料（大米粉或玉米粉）和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化的设备，用于糊化的设备有糊化锅和糊化煮沸锅。3.型号根据 QB91789 和 ZBY9903090 标准的规定，常用的糊化锅产品型号见表 7-2表 7-2 常用糊化锅型号表hkgiID/15.maxax
