【導(dǎo)讀】啤酒是用含有淀粉的谷類釀造而成的，多數(shù)添加啤酒花來(lái)調(diào)味，有時(shí)。候還會(huì)添加一些香草和水果。本設(shè)計(jì)是對(duì)年產(chǎn)15萬(wàn)噸淡色啤酒的工廠工藝設(shè)計(jì)。主要包括工廠廠址選擇及總平面。發(fā)酵罐），環(huán)境保護(hù)及末端治理，工業(yè)衛(wèi)生與勞動(dòng)安全。繪制啤酒生產(chǎn)工藝流程圖和全廠

　　

【正文】 70） = 30= 107(kJ) （ 2） 煮沸過(guò)程蒸發(fā)耗熱量 Q6， 2 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 21 煮沸強(qiáng)度為 10%時(shí)間 ，則蒸發(fā)水分為： mV3= 10% =(kg) 故 Q6， 2=2257 .2 = 106 (kJ) 熱 量損失 Q6， 3=15%（ Q6， 1+Q6， 2） 把上述結(jié)果代入⑶可得 熱麥汁煮沸總耗熱： Q6=115%（ Q6， 1+Q6， 2） =( 107+ 106)= 106 (kJ) 糖化一次的總耗熱量 Q 總 Q 總 =Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6= 106 (kJ) 糖化一次耗用蒸汽量 D 使用表壓為 的飽和蒸汽 ,h=,則 : m0=Q 總 /[(hi)η ]= 106 /[() ] =(kg) 式中 ,i為相應(yīng)冷凝水的焓 (), η為蒸汽的熱效率 ,去η =95%. 糖化過(guò)程每小時(shí)最大蒸汽耗量 QMAX 在糖化過(guò)程各步驟中 ,麥汁煮沸耗熱量 Q6最大 ,且知煮沸時(shí)間為 90min ,熱效率 95%,故 : QMAX=Q6/( 95%)= 106 (kJ/h) 相應(yīng)的最大蒸汽耗熱量為 : mDMAX=QMAX/(hi)=(kg/h) 蒸汽單耗 據(jù)設(shè)計(jì) ,每年糖化次數(shù)為 1500 次 ,共生產(chǎn) 152609t. 年耗蒸汽總量為 : mT= 1500=74343300(kg) 每噸啤酒成品耗蒸汽 (對(duì)糖化 ): ms=74343300/152609=(kg/t 啤酒 ) 每晝夜耗蒸汽量 (生產(chǎn)旺季算 )為 : md= 6=(kg/d) 最后，把上述計(jì)算結(jié)果列成熱量消耗綜合表， 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 22 表 43 150000t/a啤酒廠糖化車間總熱量衡算表（耗蒸汽量） 名稱 壓力 /MPa 每噸產(chǎn) 品消耗定 額/kg 每小時(shí) 最大 用 量/(kg/h) 每晝夜 消耗量/(kg/d) 年消耗 量/(kg/a) 備注 蒸汽 (表壓 ) 74343300 發(fā)酵車間的耗冷量衡算 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(guó)應(yīng)用最普遍的錐形罐發(fā)酵工藝進(jìn)行 150000t/a 啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量計(jì)算。 發(fā)酵工藝流程示意圖 圖 42 發(fā)酵工藝流程示意圖 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 年產(chǎn) 12176。淡色啤酒 151800t。旺季每天糖化 6 次，淡 季為 4 次，每年共糖化 1500次 。主發(fā)酵時(shí)間 6 天； 4 鍋麥汁裝 1 個(gè)錐形發(fā)酵罐； 12176。 Bx 麥汁比熱容 c1= KJ/（ kg K）； 冷媒用 15%酒精溶液，其比熱容可視為 c2= kJ/（ kg K）； 麥芽糖化厭氧發(fā)酵熱 q= kJ/kg； 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?jī)深?，即? ntt Q ?? 工藝耗冷量 Qt 麥汁冷卻耗冷量 Q1 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 23 近幾年來(lái)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(lái)的熱麥汁溫度為 94℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度 6℃。 根據(jù)表 42啤酒生產(chǎn)物衡酸表，可知每糖化一次熱麥汁 106300L，而相應(yīng)的麥汁密度為 1048kg/m3,故麥汁量為： m=1048 =(kg) 又知 100 Bx 麥汁比熱容 C1=(kg K),工藝要求在 1h 小時(shí)內(nèi)完成冷卻過(guò)程，則所耗冷量為： ? ?116c2m t tτ ( 94 6)1Q39 .21 1 0 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(guò)程時(shí)間（ h） 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，每個(gè)錐形發(fā)酵罐裝 4鍋麥汁，則麥汁冷卻每罐耗冷量為： Qf=4Q1=4 106= 106 (kJ) 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(shè)發(fā)酵度為 60%，則 1L 麥汁放熱量為： q0= 12% 60%=(kJ) 根據(jù)物料衡算，每鍋麥汁的冷麥汁量為 103100L,則每錐形缺罐發(fā)酵放熱量為： Q01= 103100 4= 106 (kJ) 由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時(shí)間為 6 天，每天糖化 6 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(shí)期耗冷量為： Q21 =(Q01 6)247。 (24 6 4) =( 106 6)247。 (24 6 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=4mc1[6（ 1） ]=4 7= (kJ) 工藝要求此過(guò)程在 2 天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝 個(gè)錐形罐）： Q22=（ ） /(24 2)=(kJ/h) （ 3）發(fā)酵總耗冷量 Q2 Q2=Q21+Q22=+=(kJ/h) （ 4） 每罐用冷媒耗冷量 Q0 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 24 Q0=Q01+Q02= 106+= 106kg/h 酵母洗滌用冷無(wú)菌水冷卻的耗冷量 Q3 在錐形罐啤酒發(fā)酵過(guò)程，主發(fā)酵結(jié)束時(shí)要排放部分酵母，經(jīng)洗滌活化后重復(fù)用于新麥汁的發(fā)酵，一般可重復(fù)使用 5— 7 次。設(shè)濕酵母添加量為麥汁量的 %，且使用 1℃的無(wú)菌水洗滌，洗滌無(wú)菌水量為酵母量的 3 倍。冷卻前無(wú)菌水溫 30℃。用 8℃的酒精液作冷地介質(zhì)。 由中述條件，可得無(wú)菌水用量為： mw′ =103100 6 % 3=18558(kg/d) 式中 103100—— 糖化一次的冷麥汁量（ kg） 每班無(wú)菌水量： mw= mw′ /3=18558/3=6186(kg/每班 ) 假無(wú)菌水冷卻操作在 2h 小時(shí)內(nèi)完成，則無(wú)菌水冷卻耗量為： Q3=[mwcm(twtw′ )]/ τ =[6186 (301)]/2=(kg/h) 每罐用于酵母洗滌的耗冷量： Q3=[GwGm(twtw′ )]/ =[6186 (301)]/ = (kJ) 式中 —— 每班裝罐 罐 酵母培養(yǎng)耗冷量 Q4 根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，每月需進(jìn)行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為 12d，即 288h。根據(jù)工廠實(shí)踐，年產(chǎn) 150000t 啤酒培養(yǎng)冷量為 20xx00（ kJ/h），則 對(duì)應(yīng)的年冷耗量為： Q4’ = Q4 288 15 =20xx00 288 15 = 106 (kJ) 發(fā)酵車間工藝耗冷量 Qt 綜上計(jì)算，可算出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為： Qt=Q1＋ Q2＋ Q3＋ Q4 =39210000+++20xx00 = 106 (kJ/h) 非工藝耗冷量 Qnt 除了上述的發(fā)酵過(guò)程工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械、維護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 25 均會(huì)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(yáng)輻射，對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)等造成冷量散失。通常，這部分的冷量由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)墳取。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，年產(chǎn) 15 萬(wàn)噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在 16000380000kJ/t 啤酒之間，若在南方亞熱地區(qū)設(shè)廠，可取高值。故旺季生天耗冷量為： 5 2 0 0 0 0 6 0 7 . 2 2 0 0 0 0 2 3 0 7 3 6 0 0 ( k J / d )bQm? ? ? ? ? ? 式中， mb—— 旺季成品啤酒日產(chǎn)量（ t） 若白天日曬高峰耗冷為平均每小時(shí)耗冷量的 2 倍，則高峰耗冷量為： 552 / 2 4 2 2 3 0 7 3 6 0 0 / 2 4 1 9 2 2 8 0 0 ( k J / h ) ?? ? ? ? 清酒罐、過(guò)濾機(jī)及管道等散失冷量 Q6 因涉及的 設(shè)備、管路很多，若按前面介紹的公式計(jì)算，十分繁雜，故啤酒廠設(shè)計(jì)時(shí)往往根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)選取。通常，取 t %126 ? ，所以： Q6=12％ Qt =12％ 106 = 106 (kJ/h) 150000t/a啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表 將上述計(jì)算結(jié)果，整理后可得 150000t/a 啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表，如表 44所得 表 44 啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表 耗冷分類 耗冷項(xiàng)目 每小時(shí)耗冷量 (kJ/h) 每罐耗冷 (kJ) 年耗冷量 （ kJ） 工 藝 耗 冷 量 麥汁冷卻 Q1 107 108 1010 發(fā)酵耗冷 Q2 105 106 109 無(wú)菌水冷卻 Q3 105 106 108 酵母培養(yǎng) Q4 105 105 108 工藝總耗冷 Qt 107 108 1010 非工藝 耗冷量 錐形罐冷損 Q5 106 106 109 管道等冷損 Q6 106 107 109 非工藝總耗冷 Qnt 106 107 1010 合計(jì) 總耗冷 Q 107 108 1010 單耗 kJ/t 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 26 5 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 糖化鍋選型 糖化機(jī)理 糖化是利用麥芽自身的酶（或外加酶制成劑代替部分麥芽）將麥芽和輔料中不溶性的高分子物質(zhì)分解成可溶性的低分子物質(zhì)等的麥汁制備過(guò)程 . 整個(gè)過(guò)程主要包括：淀粉分解，蛋白質(zhì) 分解， β 葡聚糖分解，酸的形成和多酚物質(zhì)的變化 [6]。 糖化的目的 通過(guò)物理和化學(xué)的措施，使麥芽（包括輔料）的內(nèi)容物大部分溶解出來(lái)，也就是說(shuō)通過(guò)煮沸（醪液和麥汁）以及控制溫度和 PH 值等，以發(fā)揮酶的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，且保持最大的收得率和最少的餓損失率。因此，糖化的任務(wù)是在經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)上，保證麥芽汁的組成能適合酵母的繁殖并順利的進(jìn)行發(fā)酵，而且要考慮啤酒的典型和類型上的要求 [7]。 糖化鍋設(shè)計(jì)及選型 糖化鍋投料量 =926+4630=5556(kg) 糖化醪量 :5556+25002=30558 (kg) 設(shè)糖化鍋煮沸時(shí) ,每小時(shí)蒸發(fā) 5%水分 ,煮沸時(shí)間 40min 則 :蒸發(fā)量 =30558 5% 40/60=(kg) 第一次煮沸后 糊 化醪量 == (kg) 糖化醪量 =5556+45339=50895(kg) 第一次煮沸后 ,糊化醪量 +糖化醪量 =+50895= (kg) 大米粉含水 13%麥芽粉含水 6%，則： 5 5 5 6 ( 1 6 % ) 9 2 6 ( 1 6 % ) 4 6 3 0 ( 1 1 3 % )8 0 4 3 4 . 4 1 2 . 6 %? ? ? ? ??? ? ? ?糖 化 醪 干 物 質(zhì) 查表的相應(yīng)密度為 則糖化鍋有效體積 ： ? ?38 0 4 3 4 . 4 / (1 . 0 5 1 1 0 0 0 ) 7 6 . 5 mV ? ? ?有 效 設(shè)糖化鍋 空余 系數(shù)為 37 6 .5 1 .2 9 1 .8Vm? ? ?總 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 20xx屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 27 1:2: ?HD 3 8 9 1 .8 6 .2Dm???? 故取直徑 ? ? 糊化鍋選型 糊化原理 生淀粉在水中加熱至膠束結(jié)構(gòu)全部崩潰，淀粉分子形成單分子，并為水所包圍而成為溶液狀態(tài)。 由于淀粉分子是鏈狀或分支狀，彼此牽 扯，結(jié)果形成具有粘性的糊狀溶液，這種現(xiàn)象稱為糊化。淀粉糊化溫度必須達(dá)到一定程度，不同淀粉的糊化溫度不一樣，同一種淀粉，顆粒大小不一樣，糊化溫度也不一樣，顆粒大的先糊化，顆粒小的后糊化。 糊化目的 為糖化更好的做準(zhǔn)備，以及為以后釀造做準(zhǔn)備。 糊化鍋設(shè)計(jì)及選型 糊化鍋體積為糖化鍋體積的 1/2～ 2/3，現(xiàn)取 ， 則糊化鍋的有效體積 =（ m3） 3 8 5Dm???? 故取直徑 5Dm? ? 過(guò)濾鍋選型 從糖化鍋出來(lái)的物