年产9.9万吨14°啤酒工厂糖化车间过滤槽设计

发 酵 工 程 课 程

学院：环境与生物工程学院 系别：生物工程学院 姓名：冯佩全 学号：指导教师：杨立，龚乃超

成绩：

2017年 1 月 1日 设 计

发酵工程课程设计

任务书

姓名：冯佩全专业：生物工程班级：14生物本二

设计题目：年产9.9万吨14°啤酒工厂糖化车间过滤槽设计

生产基础数据

产品规格：14°浅色

生产天数：293天/年

原料配比：

麦芽：大米=7：3 ；原料利用率：98%

麦芽水分：5%；大米水分：12%

无水麦芽浸出率：80%；无水大米浸出率： 90%

啤酒损失(对热麦汁) ：

冷却损失 4%；发酵损失1%

过滤损失1.5%；灌装损失1.7%

麦芽清净及磨碎损失：0.3%

总损失：8%

糖化次数：生产旺季（153天）6次/天；生产淡季（140天）4次/天 其它工艺指标参考设计指导书

设计内容

1、根据以上设计任务，查阅有关文献资料，搜集必要的技术资料、工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定及论证。

2、工艺计算：全厂物料衡算、糖化车间热、冷、水与电量衡算。

3、糖化车间设备选型计算

4、主体设备的设计与计算

设计要求

1、根据以上设计内容，撰写设计说明书

2、完成图纸2张：工艺流程图、总平面布置图

摘要

本设计为年产9.9万吨14°啤酒厂设计，糖化工段的工艺设计是设计的重点。此次设计计算主要包括物料衡算，热量衡算，冷耗计算和设备选型的计算以及重点设备过滤槽的计算。该啤酒厂设计的图纸主要包括糖化车间和发酵车间的流程，重点设备糊化锅装配图，以及糖化车间的平面图和立面图。

啤酒的酿造采用70%的优质麦芽，30%的大米。设计中采用湿法粉碎，该工艺可以使麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎，胚乳带水碾磨，较均匀，糖化速度快，可提高过滤速度。对大米来说，粉碎的越细越好，越利于糊化。而湿法粉碎恰恰能更好的更细的粉碎。糖化采用二醪一次煮出糖化法，用此方法酿造啤酒，其颜色色泽淡黄，泡沫丰富持久具有特殊味道。可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，促进物料的溶解，使溶液彻底糊化，便于淀粉酶的作用，以提高浸出物收得率。

关键词：啤酒厂；过滤槽；二醪一次煮出糖化法

Abstract

Thedesignfortheannualproductioncapacityof

degreesbeerfactorydesign , 99 thousandtonsof 14 processdesignisthekeyofthedesignofthesaccharification .

heatbalance , Thecalculationofthedesignincludesmaterialbalance ,

thecalculationofcoldconsumptionandequipmentselectionandthecalculationofkeyequip mentfiltertank .

Thedesignofthebeerfactorymainlyincludesthesaccharificationworkshopandthefermenta tionprocess , thefocusoftheequipmentpastepotassemblydrawing , aswellasthesaccharificationworkshopplanandelevation .

Beerisbrewedusing 70% ofhighqualitymalt , andabout 30% ofrice . Thedesignusedinwetgrinding , thisprocesscanmakethemalthullfullofwaterbecomessoft , skinisnoteasytogrindcrushing , endospermwithShuiniangrinding , uniformsaccharifyingspeed , canimprovethefilteringspeed . Forrice , thefinerthebetter , themoreconducivetogelatinization . Andwetcrushingisjustbettercrushing . AtwomashDecoctionmashingmethodbyusingthismethodforbrewingbeersaccharificatio n , thecolor , thecoloryellow , richfoamwithspecialtastelasting . Theutilitymodelcanbeusedtoremedythedisadvantagesofsomemaltdissolving , topromotethedissolutionofthematerial ,

tomakethesolutionthoroughlygelatinized , andtofacilitatetheactionofamylasetoimprovetheyieldoftheextract .

Keywords :beerfactory ; filtertank ; atwomashDecoctionmashingmethod

目录

1设计产品种类及方案 .............................................................. 1

1. 1产品方案 . ............................................................................................................................ 1

1. 1. 1种类 . ......................................................................................................................... 1

1. 1. 2生产啤酒结构 . ......................................................................................................... 1

1. 2原料麦芽质量标准 . ............................................................................................................ 1

1. 2. 1感官 . ......................................................................................................................... 1

1. 2. 2物理检验 . ................................................................................................................. 1

1. 2. 3化学检验 . ................................................................................................................. 2

1. 3辅料的质量标准 . ................................................................................................................ 2

1. 4糖化方法的确定 . ................................................................................................................ 2

1. 5糖化设备 . ............................................................................................................................ 3

1. 6工艺条件的确定 . ................................................................................................................ 4

1. 6. 1糊化、糊化 . ............................................................................................................. 4

1. 6. 2过滤 . ......................................................................................................................... 4

1. 6. 3煮沸 . ......................................................................................................................... 4

1. 6. 4回旋、沉淀、急冷 . ................................................................................................. 4

2工艺计算 . .................................................................................. 5

2. 1年产9.9万吨啤酒厂物料衡算 . ......................................................................................... 5

2. 1. 1工艺技术指标及基础数据 . ..................................................................................... 5

2. 1. 2100kg 原料生产14o 淡色啤酒的物料衡算 ............................................................. 6

2. 1. 3生产100L14o 淡色啤酒的物料衡算 ...................................................................... 6

2. 1. 4每次糖化投料量及其他项目的物料平衡 .............................................................. 7

2. 1. 5年产99000啤酒生产糖化投料及其他项目的物料计算 ...................................... 7

2. 2糖化车间热量衡算 . ............................................................................................................ 9

2. 2. 1糖化用水耗热量Q 1................................................................................................. 9

2. 2. 2第一次米醪煮沸耗热量Q 2 . .................................................................................... 9

2. 2. 3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q 3 . ................................................. 11

2. 2. 4第二次煮沸混合醪的耗热量Q 4 . .......................................................................... 11

2. 2. 5洗槽水耗热量Q 5 .................................................................................................. 12

2. 2. 6麦汁煮沸过程耗热量Q 6 . ...................................................................................... 12

2. 2. 7糖化一次总耗热量Q 总 . ........................................................................................ 13

2. 2. 8糖化一次耗用蒸汽量D . ....................................................................................... 13

2. 2. 9糖化过程每小时最大蒸汽量Q max ....................................................................... 13

2. 2. 10蒸汽单耗 . ............................................................................................................. 14

2.3麦汁冷却耗冷量的计算 . .................................................................................................. 14

2. 4糖化车间耗水量计算 . ...................................................................................................... 15

2. 4. 1糖化用水G w . ......................................................................................................... 15

2. 4. 2洗槽用水 . ............................................................................................................... 15

2. 4. 3糖化室洗刷用水G 3............................................................................................... 15

2. 4. 4沉淀槽洗刷用水G 4............................................................................................... 15

2. 4. 5麦汁冷却器洗刷用水G 6 . ...................................................................................... 16

2. 4. 6将上述计算结果列成糖化车间用水量衡算表 .................................................... 16

2. 5糖化车间耗电量的计算 . .................................................................................................. 16

3主要设备计算 ........................................................................ 17

3. 1过滤槽 . .............................................................................................................................. 17

3. 1. 1形式与结构 . ........................................................................................................... 17

3. 1. 2有关参数 . ............................................................................................................... 17

3. 1. 3壁厚的计算 . ........................................................................................................... 17

3. 1. 4过滤槽耕槽装置的功率计算 . ............................................................................... 18

4 啤酒废弃物的处理 ............................................................. 19

4.1 啤酒厂废水的治理 . ......................................................................................................... 19

4.1.1接触氧化工艺 . ....................................................................................................... 19

4.1.2 SBR工艺 ................................................................................................................ 19

4.1.3氧化沟活性污泥法 . ............................................................................................... 20

参考文献 . ................................................................................... 21

致谢 . ........................................................................................... 22

1设计产品种类及方案

1. 1产品方案

1. 1. 1种类

本产品为14度浅色麦汁，为保证啤酒发酵的正常运行，得到优质的啤酒，对麦芽提出的要求是：浸收物收得高，麦汁澄清透明，麦汁组成符合要求。

1. 1. 2生产啤酒结构

本地区气温变化较大，全年生产天数定为293天，其中5,6,7,8,9月为生产旺季10,11,2,3,4为生产淡季，12,1月停产，做技术设备检修及计划准备工作。设计生产旺季每天糖化6次，淡季每天糖化4次，旺淡季分别占153和140天，全年总糖化次数为1478次。

1. 2原料麦芽质量标准

1. 2. 1感官

色泽：良好大麦有光泽，淡黄，不成熟大麦呈微绿色，受潮大麦发暗，胚部呈深褐色，收菌侵蚀的大麦则呈灰色或微蓝色。

气味：良好大麦具有新鲜稻草香味，受潮发霉的则有霉臭味。 谷皮：优良大麦皮厚。有细密纹道，厚皮大麦则纹道粗糙。

麦粒形态：麦粒以短胖者比瘦长者为佳，前者浸出物高，蛋白质低，发芽快。 夹杂物：杂谷粒和砂土等应在2%以下

1. 2. 2物理检验

千粒重：以无水物计千粒重应为30-40g ，二棱大麦较六棱大麦重。千粒重高浸出物相应亦高。

麦粒均匀度：按国籍通用标准，麦粒腹径可分为2.8,2.5,2.2mm 三级。2.5以上麦粒占85%者属一级大麦，2.5-2.8者为2级，2.2以下为次级大麦，用作饲料。

胚乳性质：胚乳断面可分为粉粒状、玻璃质和半玻璃质三种状态。优良大麦粉粒状为80%以上。

1. 2. 3化学检验

水分：测定水分是计算干物质的基础。原料大麦水分不能高于13%，否则不能贮存，易发生霉变，呼吸损失大。

蛋白质：蛋白质含量一般要求为9%-12%。蛋白质含量高，制麦不易管理，易生成玻璃质，溶解差，浸出物相应地低，成品啤酒易浑浊。

浸出物：间接衡量淀粉含量的方法，一般为72%-80%（干物质）[2]。

1. 3辅料的质量标准

啤酒酿造用大米，原则上凡大米不论品种均可用于酿造，但从啤酒风味上而言，米的食感越好，酿造的啤酒的风味越好。一般来说粳米优于籼米，晚稻米优于早稻米，糯米优于非糯米。糯米酿造啤酒，发酵度适中，啤酒的口味纯净，泡性特别好。

大米的相对密度高为1.40，容重为790-830kg /m 3, 千粒重为20-27g 。 由于大米淀粉含量高（75-82%），无水浸出率高达90%-93%，无花色苷，含脂肪低（0.2-1.0%），并含有较多泡性蛋白（糖蛋白）用它做辅料酿造啤酒，啤酒的色泽浅、口味纯净，泡沫洁白细腻，泡特性好，它是优良的啤酒辅料。美国只有高级啤酒才用大米辅料。我国稻米产量为世界第一，稻谷产量占全国粮食总产量的1/2，因此。啤酒辅料至今习惯用大米。

1. 4糖化方法的确定

生产方法为：双醪一次煮出糖化法。

双醪煮出糖化法：经糊化的大米醪与麦芽醪混合后，一次取出部分混合醪液在一次煮沸的糖化方法称为双醪一次煮出糖化法。操作过程如下（以麦芽为液化

剂）。

糖化锅：

麦芽投料，投料温度50摄氏度，保温进行蛋白质休止，直至与来自糊化锅的大米醪；

第一次兑醪，兑醪后温度65至80摄氏度，保温糖化至碘反应基本完全；分出部分醪液入糊化锅，剩余醪液继续保温糖化；第二次兑醪，兑醪厚温度76至78摄氏度；静止10分钟后泵入过滤槽过滤；

糊化锅：

大米投料，投料温度45至50摄氏度，保温20分钟左右；升温至70摄氏度（若以α-淀粉酶伟液化则升温至90摄氏度）保温10分钟左右；升温至煮沸温度，煮沸30分钟左右；送入糖化锅进行兑醪。将糖化锅取出来的部分醪液加热至沸；送回糖化锅兑醪。

1. 5糖化设备

四器组合，一般的啤酒厂多采用四器组合，每一个锅负责完成一项任务，四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁煮沸锅。六器组合适用于产量较大的工厂。

（1）糊化锅

糊化锅是用来加热煮沸辅助原料（一般为大米粉）和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。

糖化锅

啤酒糖化锅的用途是使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。其结构外形加工材料都与糊化锅大致相同。

麦芽汁煮沸锅

麦汁煮沸锅又称煮沸锅，或称浓缩锅，用于麦汁的煮沸和浓缩，麦汁中多余水分蒸发掉，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质。还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。

糖化醪过滤槽

糖化醪的过滤是啤酒长获得澄清麦汁的一个关键设备。国内对糖化醪过滤主要有两种设备，即有平底筛的过滤槽和板框过滤槽。

1. 6工艺条件的确定

1. 6. 1糊化、糊化

酶制剂添加方式：耐高温α—淀粉酶在糊化升温至60℃时加入，糖化下料时，复合酶与麦芽料一同加入到糖化锅中。

辅料添加方式：磷酸、甲醛下料至一半时加入，石膏在投料结束时加入。 合醪方式：糊化完全后一次性倒入糖化锅。

1. 6. 2过滤

洗槽水温：76-80℃

头号麦汁浓度：14-160P

洗槽次数：3次

洗槽残糖：1.2-1.80P

过滤时间:≦2小时

1. 6. 3煮沸

初沸麦汁浓度：10-110P

定型麦汁浓度：13-140P

煮沸时间：55-65min

煮沸强度：≦7%

酒花及辅料添加时间：

1初沸时加入颗粒酒花1kg 及磷酸1000ml

2煮沸30min 时加入CO 2酒花浸膏0.3kg

3煮沸终了前10min 加入颗粒酒花2kg ，ZnCl 10g 及麦汁澄清剂0.3kg 。

1. 6. 4回旋、沉淀、急冷

回旋时间：

沉淀时间：30min

急冷温度：9.0-9.5℃，进罐温度只许持平或由低到高（酵培第一批11.5-12℃，第二批10.5-11℃，第三批9.0-9.5℃）

急冷时间：50-70min

2工艺计算

2. 1年产9.9万吨啤酒厂物料衡算

啤酒厂的物料衡算主要项目为原料（麦芽，大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。 2. 1. 1工艺技术指标及基础数据

表1-1啤酒生产基础数据

项目 定额指标

名称 原料利用率 麦芽水分 大米水分 无水麦芽浸出率 无水大米浸出率

原料配比

啤酒损失率（热麦汁）

大米 麦芽 冷却损失 发酵损失 过滤损失 装瓶损失 总损失

百分比（%） 98 5 12 80 90 30 40 3.5 1 1.5 2 8

根据表1-1的基础数据，首先进行100kg 原料生产14o 淡色啤酒的物料衡算，然后进行100L ，14o 淡色啤酒的物料衡算，最后进行99000/a 啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。

2. 1. 2100kg 原料生产14o 淡色啤酒的物料衡算 热麦汁量 据表1-1可得原料收率分别为： 麦芽收率为：0. 8⨯(100-5) ÷100=76% 大米收率为：0. 90⨯(100-12) ÷100=79.20%

（70%*76%+30%*79.2%）*98%=75% 混合原料所收得率为：

由上述可得100kg 混合原料可制得的14o 热麦汁量为：

(75÷14) ⨯100=538.79

又知14o 麦汁在20℃时的相对密度为14⨯0. 004+1=1. 056

而100℃的热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：

(538.79÷1. 056) ⨯1. 04=530.55758(L )

(L ) 冷麦汁量为：530.55758⨯(1-0.04) =504.24192发酵液量为：509.33527⨯(1-0. 01) =504.24192(L )

(L ) 过滤酒量为：504.24192⨯(1-0.015) =496.67829成品啤酒量为：486.74473⨯(1-0. 02) =486.74473(L ) 2. 1. 3生产100L14o 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14o 成品啤酒497.9752L ，故可得出下述结果： (1)

生产100L 14o 淡色啤酒需耗混合原料量：

(100÷486.74473) ⨯100=20.54465

（2）麦芽耗用量为:20. 54465⨯70%=14.3812 （3）大米耗用量为：20. 54465⨯30%=6.1634

（4）酒花耗用量：对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：1. 056⨯(538.72÷486.67829) ⨯100⨯0. 2%=0. 2337(kg ) （5）热麦汁量为：(538.72÷486.7447) ⨯100=110.6781(L ) （6）冷麦汁量为：(509.3357÷486.7447) ⨯100=104. 6411(L ) （7）湿糖化槽量 设排出的湿麦槽水含量为84%，则湿度槽量为：

[(1-0. 05)(100-80) /(100-84)]⨯14.3814=17.0777(kg )

而湿大米槽量为：[(1-0. 05)(100-80) /(100-84)]⨯6.163=3.3898(kg )

故湿糖化槽量为：17.0777+3. 3898=20.4676(kg )

(8)酒花槽量 设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为50%，且酒花槽水含量为80%，则酒花槽量为：[(100-40) /(100-80)]⨯0.2337=0.7012(kg ) (9)发酵液量：(504. 24192÷486.74473) ⨯100=103. 5947(L ) (10)过滤酒量：(496.6782÷486.74473) ⨯100=102. 04(L ) (11)成品酒量：(486.74473÷486.74473) ⨯100=100(L ) 2. 1. 4每次糖化投料量及其他项目的物料平衡

设生产旺季（二，三季）每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年工作日为293天，则每年的糖化次数为1478，且14o 淡色啤酒的密度为1048kg /m 3，每次糖化可生产的成品啤酒为：

(99000⨯1000/1478) ÷1048⨯1000=63914.512(L )

这相当于63914.512÷100=639.145个单位的100L 14o 淡色啤酒。 由100L 14o 淡色啤酒的物料衡算算出糖化一次定额量为： (1)混合原料：639.145⨯20. 08=13131.013kg (2)麦芽耗用量：639.145⨯14.3812=9191.7089kg (3)大米耗用量：639.145⨯6.163=3939.3038kg (4)热麦汁量：639.145⨯110.67814=70739.392L (5)冷麦汁量：540.7125⨯104.64=56580.774L (6)酒花耗用量：639.145⨯0. 23=149.4016kg (7)湿糖化槽的量：639.145⨯20.4676=13081.771kg (8)湿酒花的量：639.145⨯0. 7012=448.2047kg (9)发酵液的量：639.145⨯103. 59=66212.071L (10)过滤酒量：639.145⨯102. 04=65218.89L (11)成品酒量：639.145⨯100=63914.512L 2. 1. 5年产99000啤酒生产糖化投料及其他项目的物料计算

(1)混合原料：13131.013⨯1478=19407636.88kg (2)麦芽耗用量为：9191.7089⨯1478=13585345.82kg

(3)大米耗用量为：3939.3038⨯1478=5822291.065kg (4)酒花耗用量：149.4016⨯1478=220815.5588kg (5)热麦汁量为：170739.392⨯1478=104552821. 4L (6)冷麦汁量：66880.88⨯1478=98849940.26L (7)湿糖化槽量为：13081.771⨯1478=19334858.25kg (8)湿酒花槽量为：448.20478⨯1478=662446.6765kg (9)发酵液量为：66212.071⨯1478=97861440.85L (10)过滤酒量为：65217.89⨯1478=96393519.24L (11)成品啤酒量为：63914.512⨯1478=94465648.85L (12)实际年生产啤酒：94465.6489⨯1048⨯1.08=106920000T

把上述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如2-1所示

表2-1 啤酒糖化车间物料衡算表

物料名称

单位

对100kg

100L 14度

糖化一次定额量

99000t /a 啤酒生产

混合原料 淡色啤酒

混合原料 大麦 大米 酒花 热麦汁 冷麦汁 湿糖化槽 湿酒花槽 发酵液 过滤酒 成品啤酒

Kg Kg Kg L L L Kg Kg L L L

100 60 40 1.15 542.799 521.087 86.65 2.87 515.877 508.138 497.975

20.081 12.049 8.033 0.23 109 104.641 17.4 0.576 103.59 102.04 100

7

13131.01 1.9408*10 7

9191.709 1.3585*10 6

3939.304 5.8223*10 5

149.4016 2.2082*10 8

70739.39 1.0455*10 7

66880.88 9.8850*10 7

13081.77 1.9335*10 5

448.2048 6.6245*10 7

66212.07 9.7861*10 7

65218.89 9.6394*10

63914.51

9.9*107

2. 2糖化车间热量衡算

设计生产14o 淡色啤酒，选择用复式一次煮出糖化工艺，下面以此工艺为基准进行糖化车间的热量衡算。工艺流程示意图如图4-1，其中的投料量为糖化一次的用料量。

以下对糖化过程各步操作的热量分别进行计算： 2. 2. 1糖化用水耗热量Q 1

根据糖化工艺，糖化锅用水量：G 1=9191.71⨯4.0=36766.8kg 糊化锅用水量：G 2=3939.3⨯5.0=19696.5kg 则总用水量为：G 总=G 1+G 2=56463.4kg

糖化醪的量为：G 麦醪=G 麦+G 1=9191.71+36766.8=45958.5kg 糊化醪的量为：G 米醪=G 米+G 2=3939.3+19696.5=23635.8kg 自来水平均温度取：t 1=18℃，而糖化配料用水温度t 2=50℃，故耗热量为：

Q 1=(G 1+G 2) c W (t 2-t 1)

=(36766.8+19696.5) ⨯4.18⨯(50-18) =7552538kJ 2. 2. 2第一次米醪煮沸耗热量Q 2

由糖化工艺流程可知，Q 2=Q 2+Q 2+Q /2（2-1） 糊化锅内米醪由初温t o 加热至100℃耗热Q /2

/

（2-2） Q 2=G 米醪c 米醪（100-t 0）

/

//

//

计算米醪的比热容C 米醪根据经验公式c 谷物=0. 01[(100-W ) c 0+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，取c o =1.55kj /(kg *k )

c 麦芽=0.01[(100-5) 1.55+4.18⨯5]=1.7078[KJ /(kg∙K ）] c 大米=0.01[(100-12) 1.55+4.18⨯12]=1.8919[KJ /(kg∙K ）]

c 米醪

=

G 大米c 大米+G 2c w =

G 大米+G 2

4343.29⨯1.8656+21716.44⨯4.18

4343.29+21716.44

=3.799

c 麦醪=

则根据上式推算出比热容：=

G 麦芽c 麦芽+G 1c w

G 麦醪

6414.9321⨯1.6815+26059.7284⨯4.18

6514.9321+26059.7284

=3.686[kj /(kg ∙K )]

c 混合醪

也可类推出混合缪的比热容：=

G 米醪c 米醪+G 麦醪c 米醪=

G 混合

26059.73⨯3.79+32574.66⨯3.68

58636.39

=3.72[kj /(kg ∙K )]

2米醪的初温t o 设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则

t 0=

4343.29⨯1.8656⨯18+21716.44⨯50

=47.34

26059.73⨯3.79

3把上述结果代回2-2，得

Q 2/=23635.8⨯3.799⨯(100-47.3) =4727700kj

煮沸过程蒸汽带出的热量Q //2

设煮沸时间为40min ，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为：

V 1=23635.8⨯5%⨯40÷60=787.86kg

故Q 2//=V 1I =787.86⨯2257.2=1778359kJ

式中，I 为煮沸温度（约为100℃）下的水的汽化潜热（kj /kg ） 由上可算出经糊化锅的煮沸后的米醪的量：

/

G 米醪=G 米醪-V 1=23635.8-787.86=22847.96kg

热损失Q ///2

米醪升温和第一次煮沸过程中的热损失约为前两次耗热量的15%，即

//////

Q 2=15%(Q 2+Q 2)

由上述结果得：Q 2=1.15(Q 2/+Q 2//) =7481968kJ

2. 2. 3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q 3

按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t o 。

糖化锅中麦醪的初温t 麦醪

已知麦醪初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为；

t 麦醪=

=

G 麦芽c 麦芽⨯18+G 1c w ⨯50

G 麦醪c 麦醪

6514.9321⨯1.6815⨯18+26059.73⨯4.18⨯50

=47.034℃

32574.66+3.68

根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合的焓不变，则米醪的中间温度为：

G 混合c 混合t 混合-G 麦醪c 麦醪t 麦醪

t =

G 麦醪c 麦醪

=

58634.39⨯3.799⨯63? 45958.5⨯3.68⨯47.034

=96.1℃

22848⨯3.79

因此温度比煮沸温度只低5℃，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送的过程的热损失，可不必加中间冷却器。

Q 3=G 混合c 混合（70-63）=（45958.5+23635.8）⨯3.69⨯7

=1812605kg

2. 2. 4第二次煮沸混合醪的耗热量Q 4

//////

由糖化工艺流程可知：Q 4=Q 4(2-3） +Q 4+Q 4

混合醪升温至沸腾所消耗热量Q 4

//

G 混合=G 米醪+G 麦醪

/

进入第二次煮沸的混合醪量为：=22848+45958.5 =68806.51kg

据工艺，结束醪温为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸

69594.4⨯(78-70)

的混合醪的量为：[]÷69594.4=26.7%

100-70

故

Q 4/=26.7%G 混合c 混合（100-70）

=26.7%⨯69594.4⨯3.73⨯30=2071549kj

（2）二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q //4

煮沸时间为10min ，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：

V 2=26.7%⨯69594.4⨯5%⨯10÷60

=154.65kg

故Q 4//=IV 2=2257.2⨯154.65=349085.3kj 式中，I 为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kj /kg ）

///

热损失Q 4

根据经验有：Q 4///=15%(Q 4/+Q 4//) 把上述结果代回（2-3）式得

Q 4=1.15(Q 4/+Q 4//)

=1.15⨯(2071549+349085.3) =2783729kj

2. 2. 5洗槽水耗热量Q 5

设洗澡水平均温度为80℃，每100kg 原料用水450kg ，则用水量为：

G 洗=13131⨯450÷100=59089.56kg

（80-18）=59089.56⨯4.18⨯62=15313650kg 故Q 5=G 洗c w

2. 2. 6麦汁煮沸过程耗热量Q 6

//////

（2-4） Q 6=Q 6+Q 6+Q 3

麦汁升温至沸点耗热量Q

由表1-2糖化物料衡算表可知，进入煮沸锅的热麦汁量，并设过滤完毕麦汁温度为70℃。

9191.71⨯1.71+3939.3⨯1.89+13131⨯6.4⨯4.18

又 13131⨯7.4=3.854[kj/（kg ∙K ）]

/

c 麦汁=

故

Q 6=G 麦汁c 麦汁（100-70）=70739.4⨯3.854⨯30

=8177856kj

G 麦汁=G 混合原料V 热麦汁÷100=10858. 22⨯521. 087÷100=58938. 31kj 煮沸过程蒸发耗热量Q //6

煮沸强度10%，时间1.5h 。由上述结果知，蒸发过程蒸发走的水量V

Q 6=10%⨯1.5⨯G 麦汁I

故=2257.2⨯70739.4⨯0.1⨯1.5 =23950943kj 热损失为

//////Q 6=15%(Q 6+Q 6)

把上述结果代回（2-4）式可得出麦汁煮沸总耗热

Q 6=1.15(Q 6/+Q 6//)

=1.15(8177856+23950943) =36948119kj 2. 2. 7糖化一次总耗热量Q 总

Q 总=∑i 6=1Q i

带入数据得：Q 总=Q 1+....... +Q 6=71892609kj 2. 2. 8糖化一次耗用蒸汽量D

使用表压为0.3MPa 的饱和蒸汽，I =2725.6kj /kg ，则

D =

Q 总

（I -i ）η

=

71892609

（2725.3-561.47）⨯95%

=34973.37kg

式中，i 为相应冷凝器的焓（561.48kj /kg ）：为蒸汽的热效率，取η=95% 2. 2. 9糖化过程每小时最大蒸汽量Q max

在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q 6为最大，且知煮沸时间为90min ，

热效率95%，故

Q max =

Q 6

1.5⨯95%

=

36948119

=25928505kj /h

1.5⨯95%

相应的最大蒸汽耗量为：

D max =

Q max 25928505

==11982.69kg /h

I -i 2725.3-561.47

2. 2. 10蒸汽单耗

据设计，每年糖化次数为1478次，工生产啤酒99000. 年耗蒸汽总量为：

D t =34973.37⨯1478=51690643

每吨啤酒成品蒸汽（对糖化）：

D s =51690643⨯99000=522.12（8kg /t 啤酒)

每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：

D d =34973.37⨯6=209840.23kg /d

至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成冷麦汁才送发酵车间，必须尽量回收其中的热量。

最后，把上述计算结果列成热量消耗综合表，如下：

9.9万吨啤酒厂糖化车间总热量衡算表

每小时最大用量

每吨产品耗定额(Kg /h ） (Kg /h ） 每昼夜消耗量(Kg /h ） 522.1277096

25928505

155571029

年消耗 51690643

2.3麦汁冷却耗冷量的计算

使用的冷却介质为2℃的冰冻水，出口温度为85℃，糖化结束后的热麦汁温度为95℃，冷却至发酵起始温度6℃。

根据表3-2可知，每糖化一次得热麦汁70739.4L 。而相应的麦汁密度为：1.056，故麦汁量为：G =70739.4⨯1.056=74700.8kg

又知麦汁的比热容为c 麦汁=3.85[kj/（kg ∙K ）]，工艺要求在一个小时内完

成冷却过程，则耗冷量为：

式中，∆t 为冷却前后的温差（℃） 故麦汁冷却介质耗量为：

G 5=

Q 25596228

=c w t 14.18⨯(85-2)

=73777.1kg

式中，∆t 为冷却水前后温度差（℃）

所以每小时冷却介质（2℃的冷冻水）耗量为； N 介=G 介/T =73777. （1kg/h）

式中，T 为冷却过程中所用的时间（h ）。

2. 4糖化车间耗水量计算

2. 4. 1糖化用水G w

由上述计算可知G =56463.35kg

设糖化用水的时间为0.5h ，每小时用水量为；

N 1=G w /T =56463.35÷0.5=112926.7(kg /h )

2. 4. 2洗槽用水

由上述计算可知G 洗=45958.54kg

设洗槽用水时间为1.5h ，故每小时用水量为；

N 2=G 洗/T =45958.54÷1.5=30639.03kg/h

2. 4. 3糖化室洗刷用水G 3

一般糖化室及设备每用过一次洗刷一次，设每次用水G 3=6000kg ，用水时间为2h ，则；N 3=G 3/T =6000÷2=3000(kg /h ) 2. 4. 4沉淀槽洗刷用水G 4

没用过一次洗刷一次，设每次用水G 4=3500kg ，洗刷时间0.5h ，则

N 4=G 4/T =3500÷0.5=7000kg /h

2.4.5麦汁冷却用水G 5

麦汁冷却水一般分为两段，第一段用自来水由95℃冷却成50℃而自来水由18℃上升至50℃，冷却时间为1h 。

由上述计算结果已知。冷却水用量G 5=61564.19kg 则；N 介=G 介/T =73777.1÷1=73777.1kg/h 2. 4. 5麦汁冷却器洗刷用水G 6

没用过一次洗刷一次，设每次用水G 6=4000kg ，用水时间为0.5h ， 则：N 6=G 6/T =4000÷0.5=8000kg /h 2. 4. 6将上述计算结果列成糖化车间用水量衡算表

编号 用水项目 1 糖化用水 2 洗槽用水 3 糖化室洗刷用水 4 沉淀槽洗刷用水 5 麦汁冷却用水 6 冷却器洗刷水

水质要求

地下水 地下水 自来水 自来水 自来水 自来水

最大用水量kg /h 112926.71 30639.03 3000 7000 73777.104 8000

kg /次 56463.35 45958.54 6000 3500 73777.10 4000

kg /d 338780.13 275751.268 36000 21000 73777.10 24000

2. 5糖化车间耗电量的计算

最大计算有效负荷P P =K x ⨯P e

取糖化锅，糊化锅，过滤槽功率平均值为15kw ，泵配电功率8kw ，两个粉碎机配电功率取15kw ，两台真空输送配电机功率取2kw ，还有两个旋转加料器配电功率1kw 。

则有：P e =15⨯3+8⨯4+15⨯2+10⨯2+2⨯2+1⨯2=133kw 所以：P 30=133⨯0.6=79.8kw 其中，K x 需要系数取0.6

所以，133⨯0.6=78.9kw ，取整为80kw

所以可取P =80kw

3主要设备计算

3. 1过滤槽

3. 1. 1形式与结构

过滤槽是一常压过滤设备，具有圆柱形槽身，弧形顶盖，平底上有带滤板的夹层。上半部的形状与糊化锅，糖化锅基本相同。过滤槽平底上方8~12cm 处，水平铺设过滤筛板。槽中设有耕槽机，用疏松麦槽层厚为0.3~0.4m 过滤面积为每100kg 干麦芽，所需过滤面积为0.5m 2 左右。 3. 1. 2有关参数

(1)麦槽层厚度：一般取0.3~0.4m 较为合适

(2)过滤面积：对每100kg 混合原料，所需过滤面积为0.5~0.6m 2 S =（13131÷100）×0.6=78.786m 2

(3)过滤槽容积：V /=（13131÷100）×0.8=105.048m 3 设其填充系数为0.8，则： V 总=105.048÷0.8=131.31m 3

14

πD 2H =131.31 且 D :H =2:1

带入数据得D =6.94m 圆整得D =7m 则H =3.5m (4)过滤槽耕槽装置的转速

耕槽时为避免麦槽层扬起，一般转速0.25~0.4转/min , 圆周速度为0.04~0.07m /s , 出槽时的转速，根据实践约为4~5转/min , 圆周速度为0.4~0.7m /s 3. 1. 3壁厚的计算

锅体全部采用不锈钢制作，所有有连接的地方都采用双面对接焊接，其余的

无损探伤

（1） 计算糖化锅的壁厚S 1

S 1=

PD 2σt ϕ-P

+c

2

P =1.25×1=1.25 Kgf /cm C =1+1.5+0=2.5(mm )

S 1=

PD 2σϕ-P

t

+c =5.86（mm ） 圆整到6（mm ）

(2)顶封头壁厚，标准椭圆形封头S 2

2

P =1.25*2=2.5 Kgf /cm C =1+1.5+0=2.5

带入数据得S 2=9.23 （mm ） 圆整得9.5（mm ） (3)底封头壁厚

P =1.25×3=3.75 Kgf /cm 2 C =1+1.5+0=2.5

带入数据得S 3=12.61（mm ） 圆整得13 （mm ） 3. 1. 4过滤槽耕槽装置的功率计算

雷诺准数ξ=f ξ

其中D 耕刀旋转半径4.2m ，N 为转速，取最大转速助力系数，查表为0.85，取矫正系数f =2

S 1=

PD 2σt ϕ-P

+c

ξ=fξ=2⨯0.85=1.7

搅拌所需功率为：

N 需=ρδD 5n 3/102g =1.7⨯1080⨯4.25⨯0.0833÷(102⨯9.81) =1.47Kw

电机所需功率为：

N 电=K (K 1N 需+N T ) /η=1.4⨯(1.5⨯1.4+0.5) /0.4=9.1K w

4啤酒废弃物的处理

4.1 啤酒厂废水的治理

啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒；冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。 4.1.1接触氧化工艺

20世纪80年代初接触氧化法比活性污泥法有一定的优势，所以在啤酒废水的处理上得到了广泛的应用。由于啤酒废水进水CODc ，浓度高，所以一般采用二级接触氧化工艺。

(1)日处理废水2000m 3/d ，高峰流量200m 3/h 。

(2)水质：CODcr 为1000mg /L ；BOD 5为600mg /L ；SS 为600mg /L 。 (3)出水水质：CODcr ≤60mg 几；BOD 5≤10mg 几；SS ≤30mg /L 。 采用接触氧化工艺代替传统的活性污泥法，可以防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配N 、P 营养。 4.1.2SBR 工艺

CASS 法反应池的容积一般包括选择区、预反应区和主反应区。水由污水提升泵直接提升到CASS 的选择区与回流污泥混合，选择区不曝气相当于活性污泥工艺中的厌氧选择器。在该区内回流污泥中的微生物菌胶团大量吸附废水中的有机物，能迅速降低废水中有机物浓度，并防止污泥膨胀。预反应区采用限制曝气，控制溶解氧在0.5mg /L ，使反硝化过程得以进行。主反应区的作用是完成有机物的降解或氨氮的硝化。选择区、预反应区和主反应区的体积比为1:5:20，反应池污泥回流比一般为30％-50％。工艺曝气方式采用鼓风曝气，曝气器选用可变微孔曝气器。

工艺中的撇水装置采用旋转式滗水器。该装置主要由浮箱、堰口、支撑架、集水支管、集水总管(出水管) 、轴承、电动推杆、减速机、电机等部件组成。滗水器和整个工艺采用可编程序控制器(PLC ) 来进行控制，主要根据时间、液位、撇水器位置等综合控制各部件运行。主要控制参数有污水流量、曝气量、剩余污泥排放量、曝气时间、沉淀时间、滗水时间等。工艺控制系统预先设置控制程序发出指令，控制部件能够按照设定的程序自动操作，这既省劳动力，又简化操作。 4.1.3氧化沟活性污泥法

(1)类型：氧化沟是20世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“环行曝气池”。自1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来，氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用。如同活性污泥法一样，自从第一座氧化沟问世以来，演变出了许多变形工艺方法和设备。氧化沟根据其构造和运行特征，并根据不同发明者和专利情况可分为以下几种有代表性的类型：①卡鲁塞尔氧化沟；②三沟式氧化沟(或二沟式氧化沟) ；③Orbal 型氧化沟；④一体化氧化沟。

(2)特点：氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的活性污泥法工艺，与传统的活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点：

①工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便； ②处理效果稳定，出水水质好； ③基建费用低，运行费用低； ④污泥产量少，污泥性质稳定；

⑤能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力； ⑥占地面积少于传统活性污泥法处理厂。

参考文献

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[7] 吴思方. 发酵工厂工艺设计概论. 北京：中国轻工业出版社，2007，62-74. [8] 郑津洋，董其伍，桑芝富。过程设备设计. 北京：化学工业出版社，2004. [9]陈洪章. 生物过程工程与设备. 北京：化学工业出版社，2004：78-90. [10]高孔荣. 发酵设备[M].北京：中国轻工业出版社，2005：45-69.

致谢

紧张而有忙碌的毕业设计就要结束了，在本次设计中我收获了很多，不仅学到了专业知识，还学会了如何在团队中做好自己，发挥自己的才能。

首先我一定要感谢我的指导教师杨立和龚乃超老师。是他们以自己渊博的学识一次又一次的为我指点迷津，让我对以前所学的知识有了更进一步的掌握，同时又学到了很多工厂实际操作过程中的经验。在他们身上我同样也看到了严谨的治学态度，拼搏进取的精神。老师对我的帮助将使我受益一生。

同时，我还要谢谢所有帮助过我的同学们，尤其是感谢李东，胡建发，杨丽君等同学在工艺流程的选择和设备的选型诸多方面提出了宝贵的意见和建议，使我更深的感受到同学之间的友谊。一个个问题，一次次认真的讨论，都是我们成功的基础和动力，感谢他们与我一起成长。

毕业设计虽然结束了，但学习是永无止境的，在将来的学习生活中我会更加努力。再次向这些在这次设计中给我帮助的老师和同学们致以最真诚的感谢！

课程设计教师评语

教师（签名）：年月日