1、105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书1目录目录 .1前言 .3第 1 章、设计的概论 .31.1、设计的目的 31.2、设计的要求 31.3、设计的依据 4本设计是以我们所使用的教材“生物工程工厂设计概论”为依据。 .4第 2 章、啤酒工艺选择和论证 .42.1、酿造啤酒的原料 42.1.1 大麦 42.1.2 大米 42.1.3 酿造用水 42.1.4 酒花 52.1.5 酵母 52.2、工艺论证 52.2.1、原料配比 52.2.2、糖化工艺 62.2.3、醪液过滤工艺 62.2.4、煮沸工艺 72.2.5、热凝固物分离工艺 72.2.6、麦汁冷却工艺 72.3、工艺流程 82.
2、3.1、大麦生产流程 82.3.2、啤酒生产流程 8第 3 章、12淡色啤酒的生产工艺计算 .83.1、糖化车间物料衡算 83.1.1、糖化车间工艺流程图 83.1.2、物料衡算基础数据 .83.1.3 100kg 原料（75%麦芽，25%大米）生产 12淡色啤酒的物料衡算 93.1.4 、生产 1000L12淡色啤酒的物料衡算 103.1.5、 以 105 t/a 12淡色啤酒糖化车间的物料衡算 .113.2 、100000t/a 啤酒厂糖化车间热量衡算 113.2.1、糖化用水耗热量 Q1.113.2.2、第一次米醪煮沸耗热量 Q2.123.2.3、第二次煮沸前混合醪升温至 70的耗热量
3、Q3 133.2.4、第二次煮沸混合醪的耗热量 Q4.143.2.5、洗糟水耗热量 Q5.153.2.6、麦汁煮沸过程耗热量 Q6.163.2.7、糖化一次总耗热量 Q 总 16105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书23.2.8、糖化一次耗用蒸汽量 D .173.2.9、糖化过程每小时最大蒸汽耗量 Q max 173.2.10、蒸汽单耗 17第 4 章、糊化锅的选型与计算 184.1、容积计算 .184.2、壁厚计算 .194.2.1、圆筒壁厚的计算 .204.2.2、锅底壁厚的计算（加热夹套内底） .204.2.3、夹套壁厚的计算（外锅底） .214.2.4、锥形上封头的壁厚计算 .
4、224.3 、管径计算 .224.3.1、升气管的直径计算 .224.3.2、物料进口管的直径计算 .234.3.3、糊化醪出口的直径计算 .244.3.4、蒸汽进口管的直径计算 .254.3.5、蒸汽冷凝水出口管的直径计算 .264.3.6、不凝性气体出口管的直径计算 .264.3.7、排污管的直径计算 .274.4、锅的体重计算 .274.5、支座的选择 .284.5.1、每个支座需要承担的负荷 Q .284.5.2、支座的选择 .284.6、加热面积的计算 .294.7、搅拌功率设计与选型 .324.8、主体设备尺寸和零部件尺寸 .34第 5 章、设备总装配图 35参考文献 35105t
5、/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书3前言啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。啤酒以大麦芽、酒花、水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。现在国际上的啤酒大部分均添加辅助原料。在啤酒的发酵酿造过程中，需要通过许多工艺如糖化、糊化等。而糊化锅是将各种原料醪液一起煮沸，而使其中的淀粉糊化；淀粉糊化后，醪液中的淀粉酶可以较好地将其分解。第 1 章、设计的概论1.1、设计的目的本设计是在学习了酿造酒工艺学、生物工程工厂设计概论等课程后，并在经过工艺实验和工厂实习的基础上进行的，让同学们更进一步的了解啤酒加工
6、生产的技术和要求，巩固所学的知识，培养同学们具备工厂工艺设计的能力。1.2、设计的要求本次设计的题目为 105t/a 啤酒厂糖化车间的糊化锅，本次课程设计的要求是：1、物性数据与物料、热量衡算数据可以选用教材中给出的。2、设计主要内容必须有设备性质（工作参数） 、生产能力、材质、数量、尺寸、结构与附件、壁厚、支撑等基本内容。3、给出设备装配图。4、在文中给出引用符号，还必须在文末给出正规的引用格式文献。5、设计说明书有条理、逻辑性强、层次分明、装配图线型规范、附件齐备（与说明书完全配用） 。105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书41.3、设计的依据本设计是以我们所使用的教材“生物工程工
7、厂设计概论”为依据。第 2 章、啤酒工艺选择和论证2.1、酿造啤酒的原料本设计是生产 12淡色啤酒，麦芽要求质量高，成品麦芽淡黄色而有光泽感，麦芽香浓郁，牙咬发脆且松散。辅料选择大米，可使成品啤酒色泽较浅且口味清爽。酿造用水取适于淡色啤酒酿造的软水。酒花选用传统的苦型酒花。由工艺需要选用下面发酵的酵母菌株，发酵度达到 6263%，双乙酰峰值低的即可。2.1.1 大麦适于啤酒酿造用的大麦为二棱或六棱大麦。二棱大麦的浸出率高，溶解度较好；六棱大麦的农业单产较高，活力强，但浸出率较低，麦芽溶解度不太稳定。二棱大麦主要产地在我国南方地区，所以选择优质二棱大麦进行麦芽的制作。2.1.2 大米 大米淀粉含
8、量高，无水浸出率也高，含油质较少。但大米淀粉的糊化温度比玉米高。以大米为辅助原料酿造的啤酒色泽浅。我国大米产量较高，成本远小于麦芽，所以选用适当比例的大米作辅料也可是使生产成本降低。大米是我国用量最多的辅助原料。2.1.3 酿造用水 酿造用水是指糖化用水和洗糟用水，其水质状况对整个啤酒酿造的过程和啤酒成品的质量都有重要影响。酿造用水除了符合饮用水的标准外，还应符合酿造要求。通常，软水适于酿造淡色啤酒，碳酸盐含量高的硬水适于酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为：无色、无臭、透明、无浮游物，味纯正，无生物污染；硬度低；铁、锰含量低(含量高对啤酒的色、味有害，而且能引起喷涌现象)；不含亚硝酸盐。一般取山
9、泉105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书5水，经处理后使用。2.1.4 酒花 酒花又称啤酒花。使啤酒具有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力。酒花始用于德国，学名为蛇麻，为大麻科葎草属多年生蔓性草本植物。雌雄异株。酿造所用均为雌花。中国人工栽培酒花的历史已有半个世纪。始于东北。目前在新疆、甘肃、内蒙、黑龙江、辽宁等地都建立了较大的酒花原料基地。成熟的新鲜酒花经干燥压榨，以整酒花使用，或粉碎压制颗粒後密封包装，也可制成酒花浸膏，然后在低温仓库中保存。其有效成分为酒花树脂和酒花油。每 KI 啤酒的酒花用量约为1.42.4kg。2.1.5 酵母 酵母是用以进行啤酒发酵的微生物。啤酒酵母
10、又分上面发酵酵母和下面发酵酵母。啤酒工厂为了确保酵母的纯度，进行以单细胞培养法为起点的纯粹培养。为了避免野生酵母和细菌的污染，必须严格啤酒工厂的清洗灭菌工作，酿造啤酒的酵母用量一般为 0.35%0.45%。对于酿造淡色啤酒，酵母的添加量可适当高一些。但需限制后酵中的酵母浓度。以防止高级醇的形成，导致啤酒有上头的感觉。2.2、工艺论证本设计要求生产 12 淡色啤酒，在设计中尽量选用成熟的工艺，保证生产的稳定性，原料及能源使用上要求节约，节能减排同时降低生产，成本设备要求安全适用，设备利用率高，操作、维修方便。2.2.1、原料配比本工艺原料选用麦芽为主料，大米为辅料。大米属未发芽谷物，其淀粉含量高
11、达75%82%，无水浸出率达 90%93%，而蛋白质含量低，多酚物质和脂肪含量也较低，因些用大米作辅料，酿造的啤酒色泽浅，口味爽净，泡沫细腻，酒花香味突出，非生物稳定性较高。在糖化时的使用比例以 20%30%为宜，综合大米在本工艺中的作105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书6用提高啤酒非生物稳定性、降低啤酒色泽、提高啤酒泡持性及降低生产成本几个方面考虑，辅料大米使用比例定为 25%。2.2.2、糖化工艺在我国，加辅料啤酒的糖化方法多采用复式糖化法，近年来浅色啤酒均追求色泽极浅（色度在 5.0-6.0EBC） ，发酵度高，残余可发酵性糖少，泡沫好（泡持时间在5min 以上） ，多数采用复
12、式煮出糖化法酿造浅色啤酒。其方法的选择取决于原料的质量，产品的类型，设备状况等多中因素。因为我本次设计任务是 12 淡色啤酒，综合各种因素我选择了复式煮出糖化法。因生淀粉糊化是吸水膨胀的过程，所以辅料应采用较大加水比进行糊化。因此采用两段式糖化温度，以提高可发酵性糖的含量。其工艺流程示意图如下： 105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书72.2.3、醪液过滤工艺目前国内的啤酒厂多采用过滤槽法。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。过滤操作如下：将糖化醪充分搅拌，并尽快泵入过滤槽后，使用耕槽机将其翻拌均匀，再静置 2
13、0 分钟左右，让醪在过滤槽内自然沉降，形成过滤层。最先沉下的是谷皮之类，随后是未分解的淀粉和蛋白质，滤层厚度要求在 3045cm，如果糖化效果较好，醪槽表面的黏稠物就少，且醪槽上面的糖化液清凉。糖化醪温度控制在 5570。滤层形成后开始过滤操作。起始流出的原麦芽汁混浊不清，必须用泵 将其泵回过滤槽后再次过滤，直至得到澄清原麦芽汁，然后将原麦芽汁泵入煮沸锅。2.2.4、煮沸工艺麦汁煮沸方法常用间歇常压煮沸，原麦汁过滤期间，当麦汁已将加热层盖满后，开始加热保持 80左右，酶继续对残存淀粉分解，洗槽结束时加热至沸，煮沸时间一般为 12 小时。煮沸锅的种类有夹套式、内加热式和外加热式。本设计采用内加热
14、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。2.2.5、热凝固物分离工艺采用回旋沉淀槽法，热麦汁由切线方向进槽，形成旋转流动。由于回旋效应，使热凝固物颗粒沿着重力和向心力所形成的合力的方向，以较坚实的丘状沉积于槽底中央，达到固、液分离的目的，清亮麦芽汁则从侧面麦汁出口排出。具有占地面积小，操作方便、分离效果好的特点。2.2.6、麦汁冷却工艺本设计的麦汁冷却采用薄板冷却器，冷却介质为 2冰水，对流换热。薄板冷却器105t/a 啤酒厂糖化车间
15、糊化锅的设计说明书8的优点：占地面积小，麦汁不容易受到污染，清洗和和杀菌比较简单，冷却效率高。另外麦汁中的热能可通过冷却水的升温，回收利用。2.3、工艺流程2.3.1、大麦生产流程2.3.2、啤酒生产流程第 3 章、12淡色啤酒的生产工艺计算105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书93.1、糖化车间物料衡算3.1.1、糖化车间工艺流程图3.1.2、物料衡算基础数据根据我国啤酒生产现况，有关生产原料比、工艺指标及生产过程的损失等数据如表 3-1 所示。表 3-1 啤酒生产基础数据项目 名称 百分比%原料利用率 985麦芽水分 6.0大米水分 13.0无水麦芽浸出率 75.0定额指标无水大米
16、浸出率 92.0麦芽 75.0原料配比 大米 25.0冷却损失 3.0发酵损失 1.0过滤损失 1.0损失率装瓶损失 1.0总损失率 啤酒总损失率 6.0105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书10根据表 3-1 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 10t/a 啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。3.1.3 100kg 原料（75%麦芽，25%大米）生产 12淡色啤酒的物料衡算（1）热麦汁量 据表 3-1 可得到原料收率分别为：麦芽收率为： %5.701675.0大米收率为： %4.8392.混合原料收得率为
17、： 0000 79.15.9.575. 由上述可得 100kg 混合原料可制得的 12热麦汁量为：kg3.8129.又知 12麦汁在 20C 时的相对密度为 1.084，而 100C 热麦汁比 20C 时的麦汁体积增加 1.04 倍，故热麦汁（100C）体积为：L5740.18.359（2） 冷麦汁量为： .674（3） 发酵液量为： 256（4） 过滤酒量为： L7.54012（5） 成品啤酒量为： .7.43.1.4 、生产 1000L12淡色啤酒的物料衡算1、生产 1000L 12 啤酒需混合原料量为：1000540.20100=185.1（）2、麦芽耗用量为：185.175%=138.
18、8（）3、大米耗用量为：185.125%=46.3（）4、酒花耗用量（1000L 热麦汁加入酒花的量定为 2）为：105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书11574540.210000.2=2.13（）5、热麦汁量为：574540.21000=1063（L）6、冷麦汁量为：556.8540.21000=1031（L）7、发酵液量为：551.2540.21000=1020（L）8、过滤酒量为：545.7540.21000=1010（L）9、成品酒量为：540.2540.21000=1000（L）10、湿糖化糟量设排水的温麦槽水份含量为 80%，则湿麦芽槽量为：（10.06）（10075）（
19、100-80）138.8=163.1（）而湿大米槽量为（10.13） （10092）（100-80）46.3=16.11（）故湿糖化糟量为：163.1+16.11=179.2（kg）11、酒花糟量为：设酒花在麦汁中浸出率为 40%，而酒花糟含水分以 80%计，则酒花糟量为：（10040）（10080）2.13=6.39（kg）3.1.5、 以 105 t/a 12淡色啤酒糖化车间的物料衡算设生产旺季每天糖化 6 次（或 4 次） ，每年总糖化次数为 1300 次。由此可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。把前述的有关啤酒糖化车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表32 所示。物料名称
20、 单位 对 100kg 混合原料1000L12淡色啤酒糖化一次定额量10t/a 啤酒生产混合原料 kg 100 185.1 14808 1925010麦芽 kg 75 138.8 11104 1443510大米 kg 25 46.3 3704 481510酒花 kg 1.20 2.13 170.4 221.510热麦汁 L 574 1063 85040 11055210105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书12冷麦汁 L 556.8 1031 82480 10722410湿糖化糟 kg 96.78 179.2 14336 1863710冷糖化糟 kg 3.45 6.39 511.2 6
21、64.610发酵液 L 551.2 1020 81600 10608010过滤液 L 545.7 1010 80800 11440010成品啤酒 L 540.2 1000 80000 104000103.2 、100000t/a 啤酒厂糖化车间热量衡算3.2.1、糖化用水耗热量 Q1根据工艺，糊化锅加水量为：m 1=（3704+740.8）4.5=20001.6(kg)式中:3704糊化一次大米粉量；740.8糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的 20%）糖化锅加水量为：m 2= 10363.23.5=36271.2(kg)式中：10363.2糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即 11104-740.
22、8=10363.2(kg)，而11104 为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：m W=m1+m2=20001.6+36271.2=56272.8(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=(m1+m2)Cw(t2-t1)= 56272.8(50-18)4.18=7.527106 (KJ) 3.2.2、第一次米醪煮沸耗热量 Q2由糖化工艺可知：Q2 = Q2 + Q2 + Q21、糊化锅内米醪由初温加热到 100耗热量为 Q2105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书13（1）计算米醪的比热容 C 米醪 根据经验公式：C 谷物 = 0.0
23、1（100-W）C0 + 4.18W进行计算。式中：W 为含水百分率；C O为绝对谷物比热容，一般取 C 0 = 1.55 kJ/（kgK）C 麦芽 = 0.01（100-6）1.55 + 4.18 6 = 1.71kJ /(kgK C 大米 = 0.01 （100-13）1.55 + 4.18 13= 1.89 kJ /（kgK）C 米醪 = (m 大米 C 大米 +m 麦芽 C 麦芽 +m1Cw)/(m 大米 +m 麦芽 +m1) =(37041.89+740.81.71+20001.64.18)/(3704+740.8+20001.6)=3.76kJ/（kgK）(2)米醪的初温 t0设原
24、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 + m1Cw50/ m 米醪 C 米醪= (37021.89+740.81.71)18+20001.64.1850/(3702+740.8+20001.6)3.76=47.1( )把（1） 、 （2）的结果带入 Q2 =m 米醪 C 米醪 （100-t0）得：Q 2 24446.4 3.76（100-47.1）=4.862106 (kJ)2、煮沸过程蒸汽带出的热量 Q2设煮沸时间为 40min,蒸发量为每小时 5%，则蒸发量为：mV1= m 米醪5%40/60=24446.4x5%40/60=814
25、.88(Kg)故 Q2 = mV1I=814.882257.2=1.839106(kJ)式中：I 为煮沸温度（约为 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约为前两次耗热量的 15%，即：Q 2 = 15%（Q 2 + Q2 ） =0.15（4.862106+1.839106）105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书14=1.005106 (kJ)4、Q 2= 115%（Q 2 + Q2 ）=1.15（4.862106+1.839106）=7.706106(kJ)3.2.3、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
26、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 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，则麦醪的温度为：t 麦醪 = (m 麦芽 C 麦芽 18 + m2Cw50)/m 麦醪 C 麦醪 又由 m 麦醪 =10365.2+36271.2=46636.4(Kg)C 麦醪 = (m 麦芽 C 麦芽 + m2Cw)/m 麦醪=(10365.21.71+36271.24.18)/46636.4=3.63kJ/（kgK）所以 t 麦醪 =（10365.21.7118+36271.24.1850）/（46636.43.63）
27、=46.66 （2）米醪的中间温度 t根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：因为C 混合 =（m 米醪 C 米醪 +m 麦醪 C 麦醪 ）/（m 米醪 +m 麦醪 ） =（24446.43.76+46636.43.63)/(24446.4+ 46636.4)=3.67kJ/（kgK）所以 t=（m 混合 C 混合 t 混合 -m 麦醪 C 麦醪 t 麦醪 ）/（m 米醪 C 米醪 ） =（71082.83.6763-46636.43.6346.66）/（24446.43.76）=92.86()(3)Q3=m 混合 C 混合 （70-63）=71082.83
28、.677=1.826106(kJ)105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书153.2.4、第二次煮沸混合醪的耗热量 Q4由糖化工艺流程可知： Q4 = Q4 + Q4 + Q4 1 、混合醪升温至 100所耗热量 Q4（1）经第一次煮沸后米醪量为：m 米醪 =m 米醪 -mV1=24446.4-814.88=23631.52(kg) 故进入第二次煮沸的混合醪量为：m 混合 =m 米醪 +m 麦醪=23631.52+46636.4=70267.92(kg)（2）根据工艺，糖化结束醪温为 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：m 混合 (78-70)/m 混合 (10
29、0-70)100%=26.7% 故 Q4=26.7%m 混合 c 混合 （100-70） =26.7%70267.923.6730=2.066106（kJ） 2 、二次煮沸过程蒸汽带走的热量 Q4煮沸时间为 10min，蒸发强度 5%，则蒸发水分量为：mV2=26.7%m 混合 5%10/60 =26.7%70267.925%10/60=156.3(kg)所以 Q4 =ImV2=2257.2156.3=0.353106(kJ) 式中:I 为 100时饱和蒸汽的焓（kJ/kg）3 、热损失 Q4根据经验有：Q4=15%（Q 4+Q4） 105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书16= （2.
30、066106 +0.353106 ） 15% =0.363106 (kJ) 4、Q 4 =1.15(Q4+Q4) =1.15(2.066106 +0.353106) =2.782106 (kJ) 3.2.5、洗糟水耗热量 Q5设洗槽水平均温度为 80，每 100kg 原料用水 450kg，则用水量为:m 洗 =(3704+740.8+10365.2)450/100=66645(kg)故 Q5=m 洗 Cw(80-18)= 666454.18(80-18)=1.727107(kJ) 3.2.6、麦汁煮沸过程耗热量 Q6Q6 = Q6 + Q6 + Q6 1、 麦汁升温至沸点耗热量 Q6由于，10
31、0kg 混合原料可得到 574kg 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：m 麦汁 =(3704+740.8+10365.2)574/100=85009.4（kg）C 麦汁 =(m 麦芽 C 麦芽 +m 大米 C 大米 +m 水 Cw)/m 麦汁=（111041.71+37041.89+148106.44.18）/（148107.4） =3.852kJ/（kg.k)故 Q6= m 麦汁 C 麦汁 (100-70)= 85009.43.85230=9.824106(kJ) 2、煮沸过程中蒸发耗热量 Q6由于煮沸强度为 10%，时间为 1.5 小时105t/a 啤酒厂糖化车
32、间糊化锅的设计说明书17所以蒸发水分为：mV3=m 麦汁 10%1.5=85009.410%1.5=12751.41（kg）Q6 =mV3I=12751.412257.2=28.782106 （kJ）3、热损失 Q6Q6=15%（Q6 +Q6 ）4、Q6=1.15（Q6+Q6）=1.15（9.824106+28.782106）=44.397106（kJ）3.2.7、糖化一次总耗热量 Q 总Q 总 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6=7.527106+7.706106+1.826106+2.782106+1.727107+44.397106=81.508106（Kg）3.
33、2.8、糖化一次耗用蒸汽量 D使用表压 0.3MPa 的饱和蒸汽，I=2725.3KJ/kg,则D= Q 总 /（I-i）=81.508106/(2725.3-561.47)95% =39650.9(kg) 式中：i 为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg） ； 为蒸汽的热效率，取 =95%。3.2.9、糖化过程每小时最大蒸汽耗量 Q max在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量 Q6为最大，且已知煮沸时间为 1.5 小时，热效率为 95%，故：Q max=Q6/(1.595%)105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书18=44.397106/(1.595%)=31.16106(KJ/h)
34、 相应的最大蒸汽耗量为：mDmax=Q max/（I-i）=31.16106/(2725.3-561.47)=14400.4(kg/h) 3.2.10、蒸汽单耗根据前面可知，在旺季每天糖化 6 次（或 4 次） ，而每年糖化次数为 1300 次，总共生产啤酒 105248t。年耗蒸汽总量为：mT=39650.91300=51546170(Kg)每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：ms=51546170/105248=489.76(kg/t 啤酒)每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：md=39650.9 6=237905.4(kg/d)最后，把上述计算结果列成热量衡算综合表，100000 啤酒厂糖化车间总
35、热量衡算表名称 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） 489.76 14400.4 237905.4 51546170第 4 章、糊化锅的选型与计算4.1、容积计算1、糊化醪液的密度计算105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书19已知糊化醪的量为 24446.4kg干物质含量：%10糊 化 醪 液 的 量干 物 质 的 量G= %104.26)(87374）（=16.0%根据计算数据查表发酵工厂设计概论附表 9，得糊化醪的相对密度为：=1.067（t/m）2、糊化锅体积的计算由糊化醪的密度和重量可以计算
36、出糊化醪的体积 ,所以：/mV醪V31067.24.=22.92 (m）取空余系数为 0.7，则糊化锅的全容积为：(m）74.32.09全V此设计选择 D:H:h=4:2:1，其中 D、H、h 分别为糊化锅圆筒体直径、锅身高度和下封头高度。如右图所示：（1）糊化锅圆柱部分的体积为：V21785.0（2）椭圆形底的计算：ha223（3）锅的全体积为： 74.32785.0221 haHDV全式中： hDa42，解得： mm985.1,.9.7.3，DaHh105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书20圆整后取： maHhmD2,14，3、糊化锅有效容积的计算根据国内生产的实际情况，有效容积取
37、人孔边 0.5m 以下来计算，则：haV2235.078.0）（有 效 = 214.)(4=27.21 （m）富裕量为： 18.72%，所以糊化锅的设计符合要求。92.174.2、壁厚计算设液面距圆筒底的高度为 h1，则 球液 VD-)2(1（3.972） 2h1=22.92- （3.97） 3 24 h11.19m 下封头承受的压强为：P 下 =g(h 1+h)+0.1=10679.8(1.19+0.9925)10-6+0.101=0.124(MPa)圆筒底承受的压强为：P 筒 =gh+0.1=10679.81.1910-6+0.101=0.113(MPa)上封头承受的压强为：0.101MP
38、a4.2.1、圆筒壁厚的计算设计数据：工作压力 P=0.113MPa,设计温度 t=200,圆筒内径 Di=4000mm,腐蚀裕量 C2=1mm,筒体材料选用 16MnR 不锈钢,焊逢系数 =1（采用双面对接焊缝，100探伤） 。 查化工设备设计基础附录表 1 得 16MnR 钢板材料 t=170MPa 105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书21=1.1P=1.10.113=0.1243（M Pa）CP=（P c D）/（2 t-P c）=0.12434000/(21701-0.1243)=1.46（mm）设计厚度 d=+ C 2=1.46+1=2.46(mm)查化工设备设计基础表 3
39、-13 可知，取钢板负偏差 C1=0.15mm（mm）61.5.046.21n圆整后取 4mm 厚的 16MnR 不锈钢制作罐体。4.2.2、锅底壁厚的计算（加热夹套内底）外夹套通入 0.3MPa 蒸汽，工作压力为 0.124MPa，即为 0.154MPa，为了使锅底传热效果更好，采用紫铜作为制作材料。在此采用外压圆筒的工程设计方法来计算。本设计的锅底选用椭圆型封头，这样能使液体形成自然循环，可节省搅拌功率的消耗，并便于清洗设备。（1）假设 （ mm）821010CSmSnen， 令（mm）45.2iDR（mm）0ni（2）用公式计算系数 A0498.2815.2.0eSR查化工设备机械基础图
40、 511 得 B=63，得 B=52MPa（3）许用外压应力 P(M Pa)215.08400RBSee（4）比较 C与计算压力P105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书22许用外压应力P从以上计算数据可以得 =0.1243MPa ， =0.215MPaCP则 ,假设厚度符合要求，实际加工时 =8mmC nS4.2.3、夹套壁厚的计算（外锅底）夹套外锅底采用 不锈钢，则查表在常温下的许用应力为:16MnRmPaaCsb 1,345,502)(.Ppc安全系数 6.1,sb，许用应力 ，夹层与筒体间距取 100mmMant70/MPat170m424D夹 )(08.43.2/43./ mS
41、pctc 夹查得 =0.2C1mm，圆整后取厚度 6mm8.512.084n则有效壁厚 =Se mCn.464.2.4、锥形上封头的壁厚计算（1） 、锥形封头的选用选用不锈钢板 16MnR，则在 200的条件下，其许用应力为 MPa170t（2） 、锥壳大端厚度的计算由于锥壳大端半顶角等于 30，所以可以按照无折边锥型封头设计。MPapc1.0.1锥壳计算厚度： = 1.51mm cos/12/pDStic30cos1.01724.105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书23加上腐蚀 2mm 为 3.51mm，为了方便制作 4mm,满足压力要求。（3） 、锥壳小端厚度的计算当锥壳小端半顶
42、角小于 45时，可采用无折边结构，所以锥壳小端的厚度为 = 1.85mm cos/12/pDStic 45cos1.0172.加上腐蚀余量 2mm，为 3.85mm，为了方便制作，可取筒壁一样厚 4mm，满足压力要求。4.3 、管径计算4.3.1、升气管的直径计算根据经验值，升气管的截面积为液体蒸发面积的 ，即 30152Dd3015式中： D糊化锅的直径d升气管的直径在本设计中，取 ，则 （m） ，取整为 0.63m 。查化工原2401632.0412d理上 ，取 9mm，则 d=612mm 。63验证： 0.023，在要求的 的范围内，则符合要求。2Dd241. 30154.3.2、物料进
43、口管的直径计算1、物料进入调浆罐的进口直径成品大米的比重为 1.73m/t，成品麦芽粉比重为 2.56m/t 而加入糊化锅中的大米粉中3704kg，则：麦 芽 粉 比 重麦 芽 粉大 米 比 重大 米 GGV=370410001.73+740.82.561000=8.30 （m）所以总原料的体积为：8.30 （m）105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书24假设 20min 下完料，则：（m/s）0692.23.8SV设下料速度为 1m/s,则 ，即：0692.ruS（m）4.1.3urS而物料进口管径：d=2r=20.0469=0.0938m =93.8mm，圆整为 94mm。查化工原
44、理上 ，取 mm，则 d=94mm 。022、进水管直径由前的计算可知进水量为 20001.6kg，加水时间设为 20min，自来水流速为1.01.5m/s，而在本设计中取 u=1 m/s， =988.1kg/m(加热水温度为 50比热） 。WC则： （m）04.21.986WCGV水水 总则： （m/s）7.620tS总而 ， 所 以 ： udVS41（m)146.0.37S取整为 146mm，查化工原理上 ，取 6.5mm，则 d=146mm59验证： （m/s）146.0137422dVuSu 在 1.01.5m/s 范围内，则符合要求。3、浆液进入糊化锅的直径已知： （m）92.106
45、7.24.3醪V设从调浆罐输送浆液到糊化锅中的时间约为 20min，则其体积流量 u 取， dVS2411.0m/s，则：105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书25（m/s）019.629.SV则： )(.5)(.14.30md查表取 DN=157mm， mm 的管径。5.684.3.3、糊化醪出口的直径计算糊化醪液在第一次煮沸的过程中蒸发的水分量为 814.88kg，则剩余的糊化醪液量为：G=24446.4-814.88=23631.52 (kg)而干物质的量为：%10糊 化 醪 液 的 量干 物 质 的 量干 物 质 含 量 G= %1052.36)6(874374）（=16.58
46、%查表用内查法求的其密度为 1.068t/m，则：31068.25V=22.13（m）同理，u=1m/s 输送完的时间为 20min，则：（m/s）0184.6213.SV（m）534ud则选取的出口管 DN=154,由于选取管径与标准法兰相适应，则出口管选用 mm5180的无缝钢管。105t/a 啤酒厂糖化车间糊化锅的设计说明书264.3.4、蒸汽进口管的直径计算)()(2iIQiID式中： D糊化一次耗用的最大蒸汽量（kg）第一次糊化醪煮沸的热量(kJ） ，取 7.706106 kJ2I使用表压为 0.3Mpa 的饱和蒸汽压（kJ/ kg） ，取 I=2725.3 kJ/ kgi为相应的冷凝水的焓（kJ/ kg） ，取 i=561.47 kJ/ kg为蒸汽的热效率，这里取 =95%把以上各数据带入公式，则可得：（kg）7.34895.0)47.613.275(D又因为在 0.3Mpa 下的蒸汽压，查化工原理 （上）得其密度为 kg/m，6501.从热量衡算的工艺来看，在糊化过程中，糊化醪第一次煮沸耗用的蒸汽最大，设其煮沸时间为 40min，单位时间通入的蒸汽量为 ，则：SG（kg/s）562.104738tDGS故： （m/s）94SV汽查的饱和蒸汽流速 u=2060m/s，在本设计中取 u=60 m/s设糊化锅底部有 4 个对称的蒸汽进口管，
