【正文】 = 故 Q4′′=IV2== ③ 熱損失 Q4′′′ 根據(jù)經(jīng)驗 Q4′′′=15%（ Q4′+Q4′′） ④ 第二次煮沸混合醪的耗熱量 Q4 把上述 計算結(jié)果代入式 得 Q4= Q4′ +Q4′′+Q4′′′ =(Q4′ +Q4′′) 29 =(+) = （ 5）洗槽水耗熱量 Q5 設(shè)洗糟水平均溫度為 80℃ ，每 100kg 原料用水 450kg，從糖化車間的物料衡算表 32 可知混合原料糖化一次定額量 G 原料 =，則用水量為： G 洗 =G 原料 450/100 = = 設(shè)自來水溫度為 18℃ 故 Q5=G 洗 cw(8018) =78453(8018) = （ 6）麥汁煮沸過程耗熱 量 Q6 由糖化工藝可知： Q6= Q6′ +Q6′′+Q6′′′ 式中 Q6′—— 麥汁升溫至沸點耗熱量 (kJ) Q6′′—— 煮沸過程蒸汽帶走的熱量 (kJ) Q6′′′—— 熱損失 (kJ) ① 麥汁升溫至沸點耗熱量 Q6′ 由前面糖化車間的物料衡算表 32 可知， 100kg 混合原料可得到熱麥汁，并設(shè)過濾完畢麥汁溫度為 70℃ ，則進(jìn)入煮沸鍋的麥汁量為： G 麥汁 =G 原料 30 = = 根據(jù)經(jīng)驗，混合原料量 ∶ 煮沸鍋用水量 =1∶ 則煮沸鍋加水量 G3 為： G3== 麥汁比熱容 c 麥汁 ： C 麥汁 =(G 總麥芽 c 總麥芽 +G 總大米 c 總大米 +G3cw)/(G 總麥芽 +G 總大米 +G3) =[kJ(kg ℃ )] 式中 G 總麥芽 —— 由表 得糖化一次麥芽粉定額量， G 總麥芽= G 總大米 —— 大米粉定額量， G 總大米 = 故 Q6′=G 麥汁 c 麥汁 (10070) =30 = ② 煮沸過程蒸汽帶走的熱量 Q6′′ 煮沸強度 10%，煮沸時間 ，則蒸發(fā)水分量為： V3=G 麥汁 10% =10% = 故 Q6′′=IV3== 式中 I—— 煮沸溫度下飽和蒸汽的焓，取 I=③ 熱損失 Q6′′′ 根據(jù)經(jīng)驗 31 Q6′′′=15%(Q6′ +Q6′′) 則可得麥汁煮沸過程耗熱量 Q6 把上述結(jié)果代回上式可得出麥汁煮沸總耗熱量為： Q6= Q6′ +Q6′′+Q6′′′ =(Q6′ +Q6′′) =(+) = （ 7）糖化一次總耗熱量 Q總 Q總 =Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 =112717673kJ （ 8）糖化一次耗用蒸汽量 使用表壓為 ，則 D=Q總 /[(I－ i)η] = 式中 I—— 表壓為 ，取 I= kJ/kg i—— 相應(yīng)冷凝水的焓，取 i= kJ/kg η—— 蒸汽的熱效率，取 η=95% （ 9）糖化過程每小時最大蒸汽耗用量 Qmax 在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量 Q6為最大，且知煮沸時間為 90min，熱效率為 95%， 故： Qmax=Q6(/95%) = 32 相應(yīng)最大蒸汽耗用量為： D=Qmax/(I－ i)=（ 10）蒸汽單 耗 根據(jù)設(shè)計，每年糖化次數(shù)為 900次，共生產(chǎn)啤酒 99125t。 年耗蒸汽總量為： DT=1800D=900= 每噸成品啤酒耗蒸汽（對糖化）： Ds=DT/198237=每晝夜耗蒸汽量（以生產(chǎn)旺季計算）： Dd=4D= 糖化車間總熱量衡算表 把上述結(jié)果得出本設(shè)計中熱量消耗綜合表，見表 41。 表 41 熱量橫算表 Table 41 Heat balance 名稱 規(guī)格（ MPa） 每噸產(chǎn)品消耗定額 （ kg/t） 每小時最大用量 (kg/h) 每晝夜消耗量 (kg/d) 年消耗量 (kg/a) 蒸汽 （表壓） 33 5 水衡算 發(fā)酵生產(chǎn)中，水是必不可少的物料。因為發(fā)酵過程涉及的生化反應(yīng)，是由微生物或酶作生物催化劑。而微生物和酶的催化作用必須有水的存在，因為這兩者都主要由蛋白質(zhì)組成 并 起催化作用。缺水則酶無法被激活，微生物便不能生長繁殖。通常以糖為碳源，培養(yǎng)基含水 80%以上時，大多數(shù)微生物才能 正常生長、增殖和代謝。所以在發(fā)酵生產(chǎn)中，原料處理、培養(yǎng)基的制備、加熱和冷卻、設(shè)備清洗等都需用大量的水?？梢哉f沒有水就沒有生物反應(yīng)，發(fā)酵生產(chǎn)就無法進(jìn)行 [13]。 對于發(fā)酵生產(chǎn)，水的平衡計算是十分重要的設(shè)計步驟，因為水衡算與物料衡算、熱衡算等工藝計算以及設(shè)備的計算和選型、產(chǎn)品成本、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等均有密切關(guān)系。 啤酒廠全廠用水工藝流程示意圖 本設(shè)計中的全廠用水工藝示意圖如圖 51 所示 。 圖 51 啤酒廠全廠用水工藝流程示意圖 Figure 51 Process flow diagram of water in brewery 34 水衡算 浸麥用水量的計算 原料車間最大用水量為浸麥槽，故水平衡以浸麥槽為計算基準(zhǔn)。 浸麥曹每槽大麥體積為： V= 浸麥后的體積為： V′= 浸麥開始時 槽中水量 =浸麥槽容量 每槽大麥體積 浸麥曹每槽大麥體積為： V=式中 —— 大麥的相對密度 浸麥后的體積為： V′= = 式中 為 —— 浸漬后大麥的膨脹系數(shù) 浸麥開始時 槽中水量 =浸 麥槽容量 每槽大麥體積 =V 浸麥槽 V 大麥 = = 則浸麥完畢后槽中的水量為： V 水 = V 浸麥槽 V 浸漬麥 == 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗：平均浸漬時間為 60小時，共換水 7次 每槽所需浸漬水量 35 式中 V1—— 第一次浸漬用水量 V2—— 最后一次浸漬用水量 每槽溢流浮麥用水量 在浸漬過程中，浸溢水三次排去水面浮物，每次用水量為平均用水量的 15%，則共用水量為： W2=(V1＋ V7)/23 = 每槽浸漬大麥共用水量 W0=W1+W2+10%W1=++ 10%= 式中 10%—— 浸漬水的寬裕量 平均每日用水量 設(shè)浸漬時間為 60h，則平均每日水量為： D=W0/6024=24= 浸漬工段洗地用水 大清洗時間用水 3m3， 1h用完 發(fā)芽地板洗涮用水 每天一次，每次用水 4m3， 1h用完 其他用水一噸 平均日用水量 m1=1+3+4+= 糖化用水 根據(jù)第 4 章得知 4 次糖化用水總量為： m2=4= 冷卻水的計算 ① 糖化過程冷卻用水 如圖 第一次蒸煮完后要將米醪降溫至中間溫度 t=℃ 36 設(shè)冷卻器內(nèi)流體溫度變化為： 米醪 100℃ → ℃ 自來水 50℃ ←18 ℃ 則 G 糖冷 =[G 米醪 c 米醪 (100－ )]/[c 水 (50－ 18)] = 則日冷卻用水 m3=4= ② 回旋沉淀槽冷卻用水 設(shè)回旋沉淀槽內(nèi)流體溫度變化為： 熱麥汁 94℃ →55 ℃ 冷卻水 45℃ ←18 ℃ 根據(jù)第 4 章得知： G 麥汁 =； c 麥汁 = V3= 所以 G 糖冷 =[G’米醪 c 米醪 (9455)/[cw(4518)] = 式中 G′麥汁 —— 蒸煮后麥汁的量 G 麥汁 =G 麥汁 V3== C 麥汁 —— 麥汁的比熱容 Cw—— 水的比熱容 則日冷卻用水量為： m4=4= ③ 薄板冷卻器冷卻用水量 37 薄板換熱器內(nèi)溫度變化為： 麥汁 55℃ →6 ℃ 冷卻水 18℃ ←2 ℃ 故薄板冷卻器冷卻水耗用量為： G 回旋 =[G’麥汁 c 麥汁 (9455)/[cw(4518)]= 則薄板冷卻器每 日冷卻水用量為： m5=4= 設(shè)備及車間管道清洗用水的計算 ① 糖化階段洗糟用水 每 100kg原料約用水 450kg，根據(jù)表 則需用水量為： G 洗槽 =450/100=78453kg 則每日洗糟用水量為： M6=784534=313832kg ② 糖化室清洗用水 一般糖化室及設(shè)備每糖化一次用水約 6 噸 則 M7=64=24m3 ③ 回旋沉淀槽清洗用水 每次清洗用水 噸，則每日用水量為 ： M8=35004=14000kg ④ 薄板冷卻器清洗用水 設(shè)每清洗一次用水 4 噸，則每日最大用水量為： M9=40004=16000kg ⑤ 酵母洗滌用水 38 每天酵母泥最大產(chǎn)量約 1200kg，酵母貯存期每天換水一次，新收酵母洗滌4 次，每次用水量為酵母的 2 倍，則連續(xù)生產(chǎn)每天用水量為： m10=1200 (4+1) 2=12021kg ⑥ 發(fā)酵室清洗用水 每天清洗發(fā)酵罐兩個，每個用水 10t，洗涮地面用水 5t，則洗涮用水量為：m11=25000kg ⑦ 貯酒室清洗用水 每天清洗貯酒桶一個，用水 4t，管道及地面沖洗用水 3t，則每小時用水量為： M12=7000kg ⑧ 清酒罐清洗用水 每天清洗清酒罐 4個，清洗一次用水 15t 則用水量為： M13=60000kg ⑨ 過濾機用水 過濾機 5臺，每臺過濾機用水量為 3噸 則 M14=15000kg 其他用水 其他用水包括新鮮啤酒桶洗涮用水、洗瓶機用水、裝酒機用水、殺菌機用水、沖洗地板、沖洗管道等，每班需 50t，則： M15=25000kg 總用水量 全廠每天用水量為： 39 Md=27170+++++313832+24000+14000+16000+12021+7000+60000+15000+25000==1999t 全廠年耗水量為： Ma=1999 00=599700t 式中 300—— 為啤酒廠年生產(chǎn)天數(shù) 則每噸產(chǎn)品消耗水量為： Mt=599700/99125 =(t/t啤酒 ) 年產(chǎn) 10 萬噸 10 度純生啤全廠用水衡算表 將上述計算結(jié)果整理即可得全廠的水衡算見表 51。 表 51 年產(chǎn) 10萬噸純生啤酒廠用水量衡算表 Figure 51 Water balance for pure raw brewery with an annual amount of 100000t 名稱 規(guī)格 每 噸產(chǎn)品消耗用定額（ t/t） 每小時用量（ kg/h） 每天用量 （ t/d） 年消耗 （ t/a） 冷水 自來水 1999 599700 圖 61 糖化車間耗冷工藝流程 Figure 61 Process flows of cooling consumption in saccharification workshop 40 6 發(fā)酵車間耗冷計算 現(xiàn)代發(fā)酵工廠通常有制冷系統(tǒng)。無論菌種培養(yǎng)、發(fā)酵、產(chǎn)品提取精制等過程，都可能要求在室溫以下的溫度進(jìn)行。啤酒生產(chǎn)過程中，主發(fā)酵溫度為 6℃ ，和后 發(fā)酵在 1℃ 左右。此外，許多生物活性物質(zhì)，如酶、乙肝疫苗、干擾素以及一些抗生素等，其發(fā)酵生產(chǎn)或精制提取過都需要在較低溫度下進(jìn)行操作。以上這些過程均需制冷操作。通過耗冷量的計算，結(jié)合冷凍工藝要求，選定制冷系統(tǒng)的類型和冷凍機的型號、規(guī)格進(jìn)而完成制冷系統(tǒng)的設(shè)計。 發(fā)酵工藝流程示意圖 本設(shè)計糖化車間耗冷工藝流程見圖 61。