【導讀】生物工廠綜合設計說明書。題目：年產(chǎn)20萬噸的啤酒工廠設計。完成日期：2020年1月20日。和發(fā)酵車間為主體設計，只做初步設計，不做施工圖設計；（流程）設計為主導，為其他配套專業(yè)提供設計依據(jù)和提出要。和順序裝訂成冊；有先進性與合理性，工藝計算正確，繪圖規(guī)范，必須有計算機繪圖，綜合指標達到同類。工廠先進水平，“三廢”環(huán)保符合國家有關規(guī)定。生產(chǎn)工藝流程的選擇和設計；物料衡算；糖化及發(fā)酵主車間布置設計以及專業(yè)設備選型。序號各階段完成的內(nèi)容完成時間。2開題報告、制訂設計方案完成綜述第2周。[3]管敦儀主編，啤酒工業(yè)手冊（下）[M].輕工業(yè)出版社，1985：12-207. [4]張學群、張柏青,啤酒工藝控制指標及檢測手冊[M].中國輕工業(yè)出版社，1993. 費水平不斷提高，為中國啤酒行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了一個良好環(huán)境。國的啤酒行業(yè)進行了調(diào)查和分析，確定了項目的選址、設計和實施方案。決啤酒企業(yè)的發(fā)展需求。

　　

【正文】 =（ kg178。 K） （ 4）故 Q41=%G 混合 c 混合 （ 10070） =（ kJ） （ 25） 二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量 Q42 煮沸時間為 10min，蒸發(fā)強度 5%，則蒸發(fā)水分量為： V2=G 混合 179。 5%179。 10/60 =179。 5%179。 10/60=(kg) Q42=IV2=179。 =(kJ) （ 26） 式中， I 為煮沸溫 度下飽各蒸汽的焓（ kJ/kg） 18 熱損失 Q43 根據(jù)經(jīng)驗有： Q42=15%（ Q41+Q42） （ 27） 把上述結(jié)果代入公式（ 27）得： Q4 =(Q41+Q42) =179。 (+) = (kJ) （ 28） 洗槽水耗熱量 Q5 設洗槽水平均溫度為 80℃，每 100kg 原料用水 450kg，則用水量為 : G 洗 =179。 450/100=(kg) 其中 為混合原料一次糖化量 ， 故 Q5=GCw(8018) （ 29） =179。 179。 (8018)=797405486(kJ) 麥汁煮沸過程耗熱量 Q6 Q6=Q61+Q62+Q63 （ 30） 麥汁升溫至沸點耗熱量 Q61 由表 2 啤酒廠釀造車間物料衡算表可知， 100kg 混合原料可得到 熱麥汁，并設過濾完畢麥汁溫度為 70℃，則進入煮沸鍋的麥汁量為： G 麥汁 =179。 （ kg） 又 C 麥汁 =（ 179。 +179。 +179。 179。 ） /（ 179。 ） =(kJ/kg178。 k) 故 Q61= G 麥汁 C 麥汁 (10070)= 179。 179。 30= (kJ) (31） 煮沸強度 10%，時間 ，則蒸發(fā)水分為： V3=179。 10%179。 =(kg) 其中 為煮沸鍋的麥汁量 ， 故 Q62=IV3= KJ (32） 熱損失為 Q63=15%（ Q61+Q62） （ 33） 把上述結(jié)果代入上式得出麥汁煮沸總耗熱 Q6=(Q61+Q62)= (KJ) （ 34） 糖化一次總耗熱量 Q 總 Q 總 =Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=（ KJ） （ 35） 糖化一次耗用蒸汽用量 D 使用表壓 的飽和蒸汽， I=,i 為相應的冷凝水的焓 (), η為蒸汽的熱效率則： D= Q 總 /[（ Ii）η ] （ 36） =[()95% ]=(kg/h) 式中， i 為相應冷凝水的焓（ ）；η為蒸汽的熱效率，取η =95%。 19 糖化過程每小時最大蒸汽耗量 Qmax 在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量 Q6 為最大，且已知煮沸時間為 90min 熱效率為95%，故： Qmax=Q6/(179。 95%)= /(179。 95%)=(KJ/h) (37) 相應的最大蒸汽耗量為： Dmax=Qmax/（ Ii） （ 38） =()=(kg/h) 蒸汽單耗 據(jù)設計，每年糖化次數(shù)為 3600 次，總共生產(chǎn)啤酒 ： Dr=179。 1800=863805136(Kg) 每噸啤酒成品耗蒸汽（對糖化）： D5=863805136/100000=(kg/t 啤酒 ) 每晝夜耗蒸汽量（生產(chǎn)旺季算）為： Dd= 179。 8=(kg/d) 至于糖化過程的冷卻，如熱麥汁被冷卻成熱麥汁后才送井發(fā)酵車間，必須盡量回收其中的熱量。把上述結(jié)果列成熱量消耗綜合表，如表 3 ： 表 3 20萬噸 啤酒廠糖化車間總熱量衡算表 名稱 規(guī)格 （ MPa） 每噸消耗定額（ kg） 每小時最大用量（ kg/h） 每晝夜消耗量（ kg/d） 每年消耗量（ kg/a） 蒸汽 （表壓） 863805136 冷耗平衡計算 啤酒發(fā)酵工藝有上面發(fā)酵和下面發(fā)酵兩大類，而后者有傳統(tǒng)的發(fā)酵槽發(fā)酵和錐形罐發(fā)酵等之分。不同的發(fā)酵工藝，其耗冷量也隨之改變。下面以目前我國應用最普遍的錐形罐發(fā)酵工藝進行 20 萬噸 啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量計算。 發(fā)酵工藝流程示意圖 冷卻 94℃熱麥汁 → 冷麥汁（ 6℃→ 錐形灌發(fā)酵 → 過冷卻至 1℃ → 貯酒 → 過濾 → 清酒灌 工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù) 年產(chǎn) 10176。淡色啤酒 202000t。旺季每天糖化 16 次，淡季為 8 次，每年共糖化 3600 次 。主發(fā)酵時間 12 天； 4 鍋麥汁裝 1個錐形罐； 10176。 Bx 麥汁比熱容 c1=（ kgK）； 冷媒用 15%酒精溶液，其比熱容可視為 c2= KJ/（ kgK）； 麥芽糖化厭氧發(fā)酵熱 q=；麥汁發(fā)酵度 60%。 根據(jù)發(fā)酵車間耗冷性質(zhì)，可分成工藝耗冷量和非工藝耗冷量兩類，即： Q6=Qt+Qnt （ 39） 20 工藝耗冷 量 Qt 麥汁冷卻耗冷量 Q1 近幾年來普遍使用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法。使用的冷卻介質(zhì)為 2℃的冷凍水，出口的溫度為 85℃。糖化車間送來的熱麥汁溫度為 94℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度 6℃。 根據(jù)表 2 啤酒生產(chǎn)物衡酸表，可知每糖化一次熱麥汁 ，而相應的麥汁密度為1048kg/m3,故麥汁量為： G=1048179。 =(kg) 又知 100 Bx 麥汁比熱容 C1=(Kg178。 k),工藝要求在 1h 小時內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為： Q1=[GC（ t1t2） ]/τ (40) =[179。 (946)]/1 =(KJ/h) 式中 t1和 t2分別表示麥汁冷卻前后溫度（℃） τ —— 冷卻操作過程時間（ h） 根據(jù)設計結(jié)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=4179。 =(kJ) (41) 相應 地冷凍介質(zhì)（ 2℃的冷凍水）耗量為： Mf=Q1/[Cm（ t4t3） ]= [(852)]=(kg/h) (42) 式中， t3和 t4分別表示冷凍水的初溫和終溫（℃） Cm—— 水的比熱容 [KJ/（ kg178。 K） ] 發(fā)酵耗冷量 Q2 （ 1）發(fā)酵期間發(fā)酵放熱 Q21，假定麥汁固形均為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵房熱量為。設發(fā)酵度為 60%，則 1L麥汁放熱量為： q0=179。 10%179。 60%=(kJ) 根據(jù)物料衡算，每鍋麥汁的冷麥汁量為 ,則每錐形缺罐發(fā)酵放熱量為： Q01=179。 179。 4=(kJ) 由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時間為 6 天，每天糖化 8 鍋麥汁（旺季），并考慮到發(fā)酵放熱不平衡，取系數(shù) ,忽略主發(fā)酵的升溫，則發(fā)酵高溫時期耗冷量為： Q21 =（ Q01179。 179。 7） /(24179。 6179。 4) =(179。 179。 7)/(24179。 6179。 4)] =(kJ/h) （ 2） 發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗 Q22主發(fā)酵后期，發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從 6℃緩降到 1℃。每天單罐降溫耗冷量為： Q02=4GC1[6（ 1） ]=4179。 179。 179。 7=(KJ) （ 43） 工藝要求此過程在 2 天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝 個錐形罐）： Q22=（ ） /(24179。 2)=(179。 )/(24179。 2)=(KJ/h) (44) （ 3）發(fā)酵總耗冷量 Q2=Q21+Q22=+=(kJ/h) (45) （ 4） 每罐用冷媒耗冷量 Q0=Q01+Q02=+=(46) （ 5） 發(fā)酵用冷媒耗（循環(huán)量） M2 發(fā)酵全過程冷卻用稀酒精液作冷卻介質(zhì)，進出口溫度為 8℃和 0℃，故耗冷媒量為： M2=Q2/（ Cm179。 8） =(179。 8)=(47) 21 酵母 洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量 Q3 在錐形罐啤酒發(fā)酵過程，主發(fā)酵結(jié)束時要排放部分酵母，經(jīng)洗滌活化后重復用于新麥汁的發(fā)酵，一般可重復使用 5— 7 次。設濕酵母添加量為麥汁量的 %，且使用 1℃的無菌水洗滌，洗滌無菌水量為酵母量的 3倍。冷卻前無菌水溫 30℃。用 8℃的酒精液作冷地介質(zhì)。 由 上 述條件，可得無菌水用量為： Gw’ =179。 6179。 %179。 3=(kg/d) 式中 —— 糖化一次的冷麥汁量（ kg） 每班無菌水量： Gw= Gw’ /3=(kg/每班 ) （ 48） 假設 無菌水冷卻操作在 2h 小時內(nèi)完成，則無菌水冷卻耗量為： Q3=[GwGm(twtw’ )]/r =[179。 179。 (301)]/2=(kg/h) （ 49） 所耗冷凍介質(zhì)量： M3=Q3[cw(t2t1)]/r=(179。 8)=(kg/h) （ 50） 式中， t1和 t2—— 冷凍酒精液熱交換前后的溫度，分別為 8℃和 0℃。 每罐用于酵母洗滌的耗冷量： Q3=[GwGm(tw tw’ )]/ (51) =[179。 179。 (301)]/ =(kJ) 式中 —— 每班裝罐 罐 酵母培養(yǎng)耗冷量 Q4 根據(jù)工藝設計，每月需進行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為 12d，即 288h。根據(jù)工廠實踐，年產(chǎn) 202000t 啤酒培養(yǎng) 耗 冷量為 （ KJ/h），則 對應的年冷耗量為： Q4’ = Q4179。 288179。 10=179。 108(KJ) （ 52） 相應的高峰冷凍介質(zhì)循環(huán)量為： M4 =Q4/[cw(t1t2)]=(179。 8)=(kg/h) 發(fā)酵車間工藝耗冷量 Qt 綜上計算，可算出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為： Qt=Q1＋ Q2＋ Q3＋ Q 4=＋ ＋ ＋ =(KJ/h) 非工藝耗冷量 Qnt 除了上述的發(fā)酵過程工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運轉(zhuǎn)機械、維護結(jié)構(gòu)及管道等均會耗用或散失冷量，構(gòu)成所謂的非工藝耗冷量，現(xiàn)分別介紹。 露天錐形罐冷量散失 Q5 錐形罐啤酒發(fā)酵工廠幾乎都把發(fā)酵罐置天露天，由于太陽輻射，對流傳熱和熱傳導等造成冷量散失。通常，這部分的冷量由經(jīng)驗數(shù)據(jù)墳取。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn) 20 萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在 43000100000kJ/t 啤酒之間，若在南方亞熱地區(qū)設廠，可取高值。 故旺季生天耗冷量為： Q5’ =Gb179。 100000=179。 179。 6179。 100000=12289726(KJ/d)（ 54） 式中， Gb—— 旺季成品啤酒日產(chǎn)量（ t） 22 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=2179。 12289726/24=1024144 (KJ/h) （ 55） 冷媒（ 8℃稀酒精）用量： M5=Q5/Cm(t2t1)= 1024144 /(KJ/h)（ 56） 清酒罐、過濾機及管道等散失冷量 Q6 因涉及的設備、管路很 多，若按前面介紹的公式計算，十分繁雜，故啤酒廠設計時往往根據(jù)實驗經(jīng)驗選取。通常，取 Q6=12%Qt 所以： Q6=12％ Qt=12％179。 =(KJ/h) （ 57） 冷媒（ 8℃稀酒精）用量： M6=Q6/[cw(t2t1)]= (179。 8)=(KJ/h) （ 58） 202000t/a 啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表 將上述計算結(jié)果，整理后可得 202000t/a 啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表，如表 4 所得 ： 表 4 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 (kJ/h) 每罐耗冷 (kJ) 年耗冷量 （ kJ） 工藝 耗冷量 麥汁冷卻 Q1 發(fā)酵耗冷 Q2 無菌水冷卻 Q3 酵母培養(yǎng) Q4 工藝總耗冷 Q (M1) (M2) (M3) (M4) ————— 179。10 10 179。1 010 179。10 9 179。10 8 179。10