生物工厂设计

《生物工厂设计》课程设计任务书

一、课程目的：

在学生基本学完大学全部课程，掌握了基础理论，专业理论，专业知识的基础上，培养学生具备发酵工厂工艺、工程设计的能力，进行培养工程师的综合性基本训练。

已修课程：

微生物学、生物化学、化工原理、啤酒工艺学、酒精工艺学、氨基酸工艺学、酶制剂工艺学(酶技术) 、发酵工程与设备、生化工程、生物工程下游技术、建筑概论等。 时 间：2012～2013学年第一学期第十二周至第十三周

人员分组及分工

以3～5人一小组，每组题目略有不同，每组完成部分工段的全部工艺设计，每人应当完成工段工艺流程设计和车间平面布置设计，一～二个主体设备的工艺设计及选型计算，若干典型辅助设备选型设计。

二、设计内容：

1. 啤酒厂生产车间工艺设计（年产1000、2000、3000、4000、5000到50000）

2. 酒精厂生产车间工艺设计（年产1000、2000、3000、4000、5000到50000）

3. 味精厂生产车间工艺设计（年产1000、2000、3000、4000、5000到50000）

4. 白酒厂生产车间工艺设计（年产1000、2000、3000、4000、5000到6000）

5. 红葡萄酒厂生产车间工艺设计（年产1000、2000、3000、4000、5000到50000）

6. 深层液态食用醋厂生产车间工艺设计（年产1000、2000、3000、4000、5000到10000） 主要参考书：《发酵工厂工艺设计概论》、《化学工程原理》、《发酵工 艺与设备》、《酿造洒工艺学》、《酒精工艺学》、《氨基酸工艺学》、《酶制剂工艺学》、《啤酒工业手册》、《酒精工业手册》、《化工工艺设备设计手册》。

三、设计说明书要求

1.工艺设计说明书；

内容为：设计任务书、产品方案、物料衡算、气、水计算、设备选择和计算、管路计算、车间面积、车间布置情况说明。

2. 主要设备明细表；

将所有设备用一览表表示出来。

四、设计图纸要求

运用所掌握的制图基本知识，绘制规定量的图纸，图面清晰，表达准确，符合2002年中华人民共和国国家标准《房屋建筑制图统一标准》（GB/TJ 50001-2001）中的规范要求。

1. 生产工艺流程图，要求为生产工艺流程草图。

2. 生产车间设备平面图；

按照施工图的画图标准进行绘制设备平面布置图。

内容有：定位轴线、车间建筑物和构件的轮廓、设备外形轮廓、设备在平面图上的安装定位尺寸、轴线尺寸、设备名称及相关的设计说明，字体采用仿宋体书写。图之格式同机械制图。

3. 剖视图

至少要绘制一张设备车间布置剖视图，绘图要求同车间平面图。

4. 管路布置图；

在车间平面图的基础上，绘制车间管路的局部平剖图，线型按照标准绘制。

五、时间安排

1、在2012-2013第一学期12、13周进行。

2、日期从11月5号-11月16号。

3、开始10月21号-11月7号进行计算、查找资料、选择设备。

4、11月8号-11月16号期间在综合楼10楼绘图纸。在此期间每天点一次名。 5、11月16号每位学生自己收图纸，倒出绘图教室。

6、11月16-17号答辩。评定成绩。

以下的设计条件可作为参考，同学也可查找新的工艺条件，自行设计。

一. 啤酒厂生产车间工艺设计

(重点为糖化，发酵车间)

基础数据：生产规模： 50，000吨／年(或100，000吨／年)

产品规格： 12度(或10度) 淡色啤酒

生产天数： 300天／年

原料配比： 麦芽：大米=70：30

原料利用率： 98％

麦芽水分： 6％； 大米水分： 12％

无水麦芽浸出率78％； 无水大米浸出率：90％

啤酒损失率(对热麦汁) ： 冷却损失：7％；

发酵损失：1.5％； 过滤损失：1.5％：

装瓶损失：2％； 总损失： 12％

糖化次数： 生产旺季(150天) 8次／天

生产淡季(150天) 4次／天

设计内容：

1. 根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，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与论证。

2. 工艺计算：车间的物料衡算；糖化车间的热量衡算(即蒸汽耗量的计算) ；水用量的计算；发酵车间耗冷量计算。

3.糖化车间、发酵车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。 设计要求：

1. 根据以上设计内容，书写设计说明书(参照《发酵工厂工艺设计概论》P.254车间初步设计说明书的编写要求书写) 。

2.完成图纸三张(1号图纸) ：完整产品工艺流程图(初步设计阶段) (1号图纸) ，车间设备布置图(1号图纸) ，车间局部剖面图和管路布置图(1号图纸) 。

二、酒精工厂设计

( 重点为蒸煮糖化车间)

基础数据：

生产规模： 20，000吨／年（50，000吨／年）

产品规格： 国标食用酒精

生产方法： 以薯干为原料，双酶糖化，连续蒸煮，间歇发酵；三塔蒸馏 副产品： 次级酒精(成品酒精的3％) 杂醇油(成品酒精的O.6％)

原料： 薯干(含淀粉68％，水分12％)

酶用量： 高温一淀粉酶(20，000U ／m1) ：10 U／g 原料

糖化酶(100，000U ／m1) ：150 U／g 原料(糖化醪)

300 U／g 原料(酒母醪)

硫酸铵用量： 7kg／吨酒精

硫酸用量： 5kg／吨酒精

蒸煮醪粉料加水比： 1：2.5

发酵成熟醪酒精含量：11％(V)

酒母醪接种量： 糖化醪的10％(V)

酒母醪的组成： 65％为液化蒸煮醪，35％为糖化剂与水

发酵罐酒精捕集器用水：发酵成熟醪5％

发酵罐洗罐用水：发酵成熟醪的2％

生产过程淀粉总损失率： 9％

蒸馏效率： 98％

全年生产天数： 320天

设计内容：

1. 根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料及工艺参数，进行生产方法的选择与比较，工艺流程与工艺条件的确定和论证。

2.工艺计算：全厂的物料衡算；连续蒸煮及蒸馏蒸汽耗量的计算；蒸馏车间水用量的衡算。

3.蒸煮糖化车间(或蒸馏车间) 的生产设备选型计算：包括设备的选型，容量，数量及主要的外形尺寸。

设计要求：

1. 根据以上设计内容，书写设计说明书(参照《发酵工厂工艺设计概论》P.254车间初步设计说明书的编写要求书写) 。

2.完成图纸三张(1号图纸) ：完整产品工艺流程图(初步设计阶段) (1号图纸) ，车间设备布置图(1号图纸) ，车间局部剖面图和管路布置图(1号图纸) 。

三、味精工厂设计

(重点为发酵车间)

基础数据：

生产规模： 1万吨／年(或2万吨／年)

生产规格： 纯度为99％的味精

生产方法： 以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵，低温浓缩、等电提取 生产天数： 300天／年 倒罐率： O.5％

发酵周期：40-42小时 生产周期：48-50小时

种子发酵周期：8-10小时

种子生产周期：12-16小时

发酵醪初糖浓度： 15％(W／V)

流加糖浓度：45％(W／V)

发酵谷氨酸产率： 10％ 糖酸转化率： 56％

淀粉糖转化率： 98％ 谷氨酸提取收率： 92％

味精对谷氨酸的精制收率：112％

原料淀粉含量：86％ 发酵罐接种量： 10％

发酵罐填充系数： 75％

发酵培养基(W/V)： 水解糖：15％，糖蜜：O.3％，玉米浆：O.2%，MgS04 0.04％，KCl.O.12％，Na2HP04：O.16%，尿素：4％，消泡剂：0.04％

种子培养基(W/V)： 水解糖：2.5％，糖蜜：2％，玉米浆：l %，MgS04 0.04％，K2HP04：0.1％，尿素：0.35％，消泡剂：、0.03％

设计内容：

1. 根据设计任务查阅有关文献，收集必要的技术资料与工艺数据，进行生产方法的选择比较，生产工艺流程与工艺条件的确定与论证。

2.工艺计算：全厂的物料衡算；发酵车间的热量蘅算（蒸汽耗量的计算) ；无菌空气耗量的计算。

3.发酵车间(包括糖液连消) 生产设备的选型计算(包括设备的容量、数量、主要外形尺寸) 。

设计要求：

1. 根据以上设计内容，书写设计说明书(参照《发酵工厂工艺设计概论》P.254车间初步设计说明书的编写要求书写) 。

2.完成图纸三张(1号图纸) ：完整产品工艺流程图(初步设计阶段) (1号图纸) ，车间设备布置图(1号图纸) ，车间局部剖面图和管路布置图(1号图纸) 。

四、酶制剂工厂设计

(重点糖化酶车间)

基础数据：

生产规模：1000M 3／年(或3000 M3／年)

产品规格：食品级液体糖化酶(50,000U／m1)

生产天数：180天(其他时间生产其他酶)

罐发酵单位：25,000U ／ml 提取总收率：82％

发酵罐装料系数：85％ 生产周期：8天

发酵培养基： 玉米淀粉：22％； 豆饼粉：4％；

玉米浆： 1％；(NH4)2S04：O.4％；NaHP04：O ：1％； 接种量： 10%

种子培养基： (培养周期4-6天)

麦芽糊精：4％；玉米浆：1％；(NH4)2S04：0.2％ KHP04：O.2％

设计内容：

1. 根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。

2.工艺计算：全厂的物料衡算，发酵车间的热量衡算，无菌空气用量的计算。

3.糖化酶生产设备的选型计算(包括设备的容量、数量、主要的外形尺寸) 。 设计要求：

1. 根据以上设计内容，书写设计说明书(参照《发酵工厂工艺设计概论》P.254车间初步设计说明书的编写要求书写) 。

2.完成图纸三张(1号图纸) ：完整产品工艺流程图(初步设计阶段) (1备布置图(1号图纸) ，车间局部剖面图和管路布置图(1号图纸) 。

号图纸) ，车间设

附一、年产1万吨啤酒设计说明书实例

1 设计任务书

设计项目：年产10 000t啤酒厂设计

设计规模：淡季日产20t ，旺季日产60t

原料：大麦麦芽、大米、酒花

成品：12度淡色啤酒

⑴产品质量标准

感官指标：

透明度 清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物

浊度（保质期）/EBC单位 ≤1.0

形态 泡沫洁白细腻，持久挂杯

泡持性/s ≥210

色度/EBC单位 5.0～9.5

香气和口味有 明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体谐调，

柔和，无异香、异味

理化指标：

酒精含量/% ≥3.7

原麦汁浓度/% 12±0.3

总酸含量/0.1mL·L -1 ≤2.6

二氧化碳含量/% ≥0.40

双乙酰含量/mg·L -1 ≤0.13

⑵产品卫生标准：卫生指标按GB2758执行

产品用途：广泛用于食品及餐饮行业。

2 产品方案

2.1.1 生产规模

啤酒厂年产量为1.0×104t

厂建设采取统一的规划布局，规范化建设，科学化管理，规模化生产，一体化经营，完全采用现代化企业管理模式将逐渐形成规模。

2.1.2 主要原料的规格

本工艺采用符合我国啤酒麦芽标准QB1686—93的优质麦芽。

2.1.3 生产品种及数量

生产品种为12度淡色啤酒。年产量1.0×104t 。采用640mL 瓶装生产。设计淡季日产量为20t ，旺季日产量为60t 。

2.1.4 产品质量及标准

GB191 包装储运图示标志

GB2758 发酵酒卫生标准

GB4544 啤酒瓶

GB4789.1～4789.28 食品卫生检验方法 微生物学部分

GB4928 啤酒试验方法

GB5739 啤酒塑料周转箱

GB6543 瓦楞纸箱

GB10344 饮料酒标签标准

GB4927—91 啤酒质量标准

质量特征：富有洁白、细腻又持久的泡沫，悦目明快的色泽，酒液清亮，饮后有爽口和醇厚感。

2.2 生产工艺流程设计

2.2.1 工艺流程图

↓

↓ ↑

↑

↓

↓ ↓ ↓ ↓

2.2.2 工艺要点

⑴粉碎

粉碎使原料表面积增加，与水接触面积增加，糖化时间减少，收得率增加。

麦芽可粉碎成麦皮、粗粒、细粒、粗粉、细粉五个部分。

要求麦芽皮壳破而不碎，胚乳部分尽可能细一些。

⑵糖化

制备麦芽汁的主要过程是糖化。将粉碎后的麦芽，在带底部搅拌的糖化锅中与45℃的水混合，利用麦芽自身的酶，使麦芽和辅料中的淀粉和蛋白质等的不溶性高分子物质水解成为可溶性低分子物质，如糊精、糖类、胨、肽、氨基酸等，这就是糖化过程。

本项目采用的糖化方法是国内常用的糖化方法──二次煮出糖化法。

该方法简单来说，首先将辅料与部分麦芽在糊化锅中与45℃温水混合，保温20min ，然后用10min 时间升温到70℃，再保温20min ，其后再用15min 时间升温煮沸，让其沸腾40min ，称第一次煮沸，得到糊化醪。与次同时，麦芽和水在糖化锅内混合，45～55℃保温30～90min ，使麦芽所含蛋白质分解，称为蛋白质休止。将煮沸之糊化醪泵入糖化锅中，使混合醪温达到65～68℃，保温搅拌进行糖化。待糖化醪无碘色反应后，从糖化锅中取出部分醪液进入糊化锅进行第二次煮沸，尔后再次泵入糖化锅混合，使糖化锅中醪液升温至75～78℃（液化温度），静置10min 即可送去过滤。

⑶过滤

糖化工序结束后, 意味着麦芽汁已经形成。采用过滤方法尽快将麦汁和麦糟分离。过滤的好坏，对麦汁的产量和质量有重要的影响。

麦汁过滤分为过滤和洗糟两个操作过程。

过滤的目的是获得清亮的麦汁和较高的麦汁收得率。

要求麦汁过滤速度正常，过滤应在规定时间内完成，麦汁低吸氧，具有正常的色、香、味。

⑷煮沸

煮沸在煮沸锅中进行。使多余的水分蒸发，使麦芽汁浓缩到规定浓度；使酒花有效成分溶入麦汁中，赋予麦汁独特的酒花香气和爽口的苦味；使麦汁中可凝固蛋白质凝固析出，以提高啤酒的非生物稳定性；破坏全部的酶活性，麦汁进行灭菌，以获得定型的麦汁。

煮沸要求适当的煮沸强度，分批添加酒花，在预定煮沸时间内，使麦汁达到规定浓度，保持有明显酒花香味和柔和的苦味，以保证成品啤酒有光泽、风味好、稳定性高。

煮沸时间70～90min ，麦汁的煮沸强度应达到8%～10%，凝固性氮达1.5～20mg/L。

⑸冷却

麦汁煮沸定型后，必须立即进行冷却，使温度适合酵母发酵的需要。

要求冷却时间短，麦汁无细菌，并且不混浊，沉淀损失少，操作简单，可减少人力。

本工艺采用“下面”酵母发酵，因此麦汁温度应冷却至4～8℃。

⑹发酵

本工艺采用“前锥后卧”发酵方式。先在锥形发酵罐中进行啤酒发酵和双乙酰还原，然后送入卧式贮酒罐中进行后发酵。

在主发酵结束，外观发酵达65%左右，酒温降至5～6℃时，先回受酵母，再将嫩啤酒送入贮酒罐内。此时双乙酰还原需在贮酒罐内继续进行，贮酒罐兼有后发酵、成熟和贮酒三重作用。贮酒罐需设有和发酵罐同样的冷却夹套降温设施。倒灌之后，进行后发酵和双乙酰还原，气压缓慢上升至0.08MPa 左右，待双乙酰下降达到要求后，急剧降温至0～1℃，进行贮酒。贮酒时间7～14d 。

3 工艺计算

3.1 物料衡算

3.1.1 基础数据

表1 啤酒生产基础数据

项目 名称 % 说明

原料利用率 98.5

麦芽水分 6

定额指标 大米水分 13

无水麦芽浸出率 75

无水大米浸出率 95

原料配比 麦芽 75

大米 25

冷却损失 7 对热麦汁言

发酵损失 1.5

过滤损失 2

损失率 包装损失 2

空瓶 0.5

瓶盖 1

商标 0.1

总损失率 啤酒总损失率 12.5 对热麦汁言

3.1.2 100kg 原料（麦芽+大米）生产12度淡色啤酒的物料计算

⑴热麦汁量

原料麦芽收得率=0.75(100－6)%=70.5%

原料大米收得率=0.95(100－13)%=82.65%

混合原料收得率=(0.75×70.5%＋0.25×82.65%)×98.5%=72.43%

则100kg 原料产12度热麦汁量为：

72.43/12×100=603.6kg

12度麦汁在20℃时的比重为1.047

100℃的麦汁比20℃的麦汁体积增加1.04倍

热麦汁体积=603.58/1.047×1.04=599.5L

⑵冷麦汁量

599.54×(1－0.07)=557.6L

⑶发酵液量

557.6×(1－0.015)=549.2L

⑷滤过酒量

549.2×(1—0.02)=538.2L

⑸成品酒量

538.2×(1—0.02)=527.5L

3.1.3 生产100L12度淡色啤酒的物料计算

100公斤混合原料生产成品啤酒量为527.5L

⑴则生产100L12度啤酒需用混合原料量为：

100×100/527.5=18.95kg

⑵麦芽耗用量

18.95×75%=14.21kg

⑶大米耗用量

18.95×25%=4.74kg

⑷酒花耗用量

100L 热麦汁加入酒花量定为0.2kg

100×599.5/527.5×0.2%=0.227kg

⑸热麦汁量

100×599.5/527.5=113.7L

⑹冷麦汁量

100×557.6/527.5=105.7L

⑺发酵液量

100×549.2/527.5=104.1L

⑻滤过酒量

100×538.2/527.5=102.0L

⑼成品酒量

100×527.5/527.5=100L

⑽湿糖化糟量

设排出的湿麦糟含水分80%

0. 94⨯(100-95) 麦糟量=14.21×=16.68kg 100-80

0. 87⨯(100-95) 大米糟量=4.74×=1.03kg 100-80

湿糖化糟量=16.68＋1.03=17.71kg

⑾酒花糟量

设酒花在麦汁中浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：

0.227× (100-40) ⨯100=0.68kg (100-80) ⨯100

⑿酵母量（以商品干酵母计）

生产100L 啤酒可得2kg 湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用 即为1kg 。

湿酵母泥含水分85%

100-85酵母含固形物量=1×=0.15kg 100

则含水分7%的商品干酵母量为：

100 0.15×=0.16kg 100-7

⒀二氧化碳量

12度的冷麦汁105.7kg 中浸出物量为：

12%×105.7=12.68kg

设麦汁的真正发酵度为55%，则可发酵的浸出物量为：

12.68×55%=6.97kg

麦芽糖发酵的化学反应式为：

−→2C 6H 12O 6 C 12H 22O 11＋H 2O −

−→4C 2H 5OH ＋4CO 2＋56kcal 2C 6H 12O 6−

设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，则CO 2生成量为：

4⨯446.97×=3.59kg 342

式中44──CO 2分子量

342──麦芽糖分子量

设12度啤酒含二氧化碳为0.4%，酒中含CO 2量为：

105.7×0.4/100=0.42kg

1m 3CO 2在20℃常压下重1.832kg

故释出的CO 2体积为：3.17/1.832=1.74m3

⒁空瓶需用量

100/0.64×1.005=157.0个

⒂瓶盖需用量

100/0.64×1.01=157.8个

⒃商标需用量

100/0.65×1.001=156.4张

表2 啤酒生产物料衡算表

物料名称 单位 对于100㎏混合原料（麦芽＋大米） 对于100L 成品啤酒 混合原料用量 kg 100 18.95

麦芽 kg 75 14.21

大米 kg 25 4.74

酒花 kg 1.2 0.227

热麦（芽）汁 L 599.5 113.7

冷麦（芽）汁 L 557.6 105.7

发酵液 L 549.2 104.1

滤过酒 L 538.2 102.0

成品酒 L 527.5 100

湿糖化槽 kg 93.41 17.71

湿酒花槽 kg 3.59 0.68

商品干酵母 kg 0.84 0.16

游离二氧化碳 kg 16.72 3.17

空瓶 个 828.5 157.0

瓶盖 个 832.4 157.8 商标 张 825.0 156.4

表3 啤酒生产物料衡算表

物料名称 单位 1 000t/y啤酒厂糖化一次定额

混合原料用量 kg 1 800

麦芽 kg 1 350

大米 kg 450

酒花 kg 21.56

热麦汁 L 10 799

冷麦汁 L 10 042

发酵液 L 9 891

滤过酒 L 9 692

成品酒 L 9 500

湿糖化糟 kg 1 682

湿酒花糟 kg 64.6

商品干酒母 kg 15.2

游离二氧化碳 kg 301

空瓶 个 14 918

瓶盖 个 14 992

商标 张 14 858

3.2 热力衡算

3.2.1 耗水量计算

⑴糖化用水

100kg 混合原料大约需用水量400kg

糖化用水量=1 800×400/100=7 200kg

糖化用水时间设为0.5h ，故：

每小时最大用水量=7 200/0.5=14 400kg/h

⑵洗糟用水

100kg 原料约用水450kg, 则需用水量：

1 800×450/100=8 100kg

用水时间为1h ，则每小时洗糟最大用水量=8 100/1.5=5 400kg/h

⑶糖化室洗刷用水

一般糖化室及设备洗刷用水每糖化一次，用水约6t ，用水时间为2h 故

洗刷最大用水量=6/2=3t/h

⑷沉淀槽冷却用水

G =Q (冷却时间为1h) C (t 2-t 1)

' 式中热麦汁放出热量Q =G P C P (t 1－t '

2)

热麦汁比重C 麦汁=1.043

热麦汁量G P =10 799×1.043=11 263kg/h

热麦汁比热C P =0.98kcal/kg℃

' 热麦汁温度t 1=100℃ t '

2=55℃

冷却水温度t 1=18℃ t 2=45℃

冷却水比热C =1kcal/kg℃

Q =11 263×0.98(100－55)=496 698 kcal/h

G =496698=18 459kg/h 1⨯(45-18)

⑸沉淀槽洗刷用水

每次洗刷用水3.5t ，冲洗时间设为0.5h ，则每小时最大用水量=3.5/0.5=7t/h

⑹麦汁冷却器冷却用水

麦汁冷却时间设为1h ，麦汁冷却温度为5.5℃→6℃

分二段冷却，第一段：麦汁温度55℃→25℃

冷水温度18℃→30℃

冷却水用量G =Q C (t 2-t 1)

' G P C P (t 1' -t 2) 麦汁放出热量Q =τ

式中麦汁量G P =11 263kg

麦汁比热C P =0.98kcal/kg℃

' 麦汁温度t 1=55℃ t '

2=25℃

水的比热C =1kcal/kg℃

冷却水温度t 1=18℃ t 2=30℃

麦汁冷却时间τ=1h

11263⨯0. 98(55-25) ∴ Q ==332 258kcal/h 1

G =332258=27 688.2kg/h 1⨯(30-18)

⑺麦汁冷却器冲刷用水

设冲刷一次用水4t ，用水时间为0.5h ，则最大用水量为4/0.5=8t/h

⑻酵母洗涤用水（无菌水）

每天酵母泥最大产量约600L ，酵母储存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水量为酵母的二倍，则连续生产每天用水量为（4＋1）×600×2=6 000L

⑼发酵室洗涤用水

每天冲刷体积为30m 3的发酵罐2个，每个用水3t ，冲洗地面共用水2t ，每天用 水量=2×3＋2=8t

用水时间设为1.5h ，最大用水量=8/1.5=5.3t/h

⑽贮酒室洗涤用水

每天冲刷贮酒桶一个，用水为2t ，管路及地面冲刷用水1t ，冲刷时间为1h ，最大用水量为=2＋1=3t/h

⑾清酒罐洗刷用水

每天使用4桶，冲洗一次，共用水4t ，冲刷时间为40min ，则最大用水量=4×60/40=6t/h ⑿过滤机用水

过滤机二台，每台冲刷一次，用水3t （包括顶酒用水），使用时间为1.5h ，则 最大用水量=2×3/1.5=4t/h

⒀洗瓶机用水

洗瓶机最大生产能力为3 000瓶/h，冲洗每个瓶约需水1.5L ，则

用水量=3 000×1.5=4 500L/h

每班生产7h 计，总耗水量=4 500×7=31 500L

⒁装酒机用水

每冲洗一次，用水2.5t ，每班冲洗一次，每次0.5h ，最大用水量=2.5/0.5=5t/h ⒂杀菌机用水

杀菌机每个瓶耗水量1L 算

用水量=3 000×1=3 000L/h

3 000×7=21 000L/班

⒃其他用水

包括冲洗地板、管道冲刷、洗滤布等，每班需用水10t ，设用水时间为2小时， 则每小时用水量=10/2=5t/h

3.2.2 蒸汽耗量计算

⑴糖化工段耗用蒸汽量

以目前生产采用的二次煮出糖化法为计算依据

生产用最大蒸汽压力2.5kg/cm2（绝对压力）

自来水平均温度18℃

糖化用水平均温度50℃

洗糟用水平均温度80℃

糖化用水耗热量Q 1

Q 1=GC (t 2－t 2)

式中G =7 200kg

C =1kcal/kg℃

t 1=18℃ t 2=50℃

Q 1=7 200×1×(50－18)=230 400kcal

第一次蒸煮耗热量Q 2

Q 2=Q '

2+Q '

2' , Q '

2=G 醪C 醪(100－t 0)

Q '

2' =540W (540kcal/kg──汽化潜热)

大米用量为450kg ，糖化时为了防止大米醪结块及促进液化，在糊化时加入约占大米量20%的麦芽粉，则：

麦芽粉用量=450×20%=90kg

第一次蒸煮物料量=450＋90=540kg

以100kg 混合原料用水量450kg 算：

用水量=540×450/100=2 430kg

加热醪液所需热量Q '

2

Q '

2=G 醪C 醪(100－t 0)

G 醪=2430+540=2 970kg

C 醪=C 大米⨯450+C 麦芽⨯90+C 水⨯2430

450+90+2430

式中C 大米或麦芽=C 0×0.01(100－W ) ＋0.01W

C 0──谷物(绝干) 的比热0.37kcal/kg℃

W ──水分

C 麦芽=0.37×0.01(100－6) ＋0.01×6

=0.408kcal/kg℃

C 大米=0.37×0.01(100－13) ＋0.01×13

=0.452kcal/kg℃

0. 452⨯450+0. 408⨯90+1⨯2430C 醪= 450+90+2430

=0.899kcal/kg℃

t 0=45℃

Q '

2=2 970×0.899(100－45)

=146 851kcal

在煮沸时蒸发量以每小时5%计，煮沸时间为40min

蒸发量W =2 970×5%×40/60=99kg

Q '

2' =540×99=53 460kcal

Q 2=Q '

2＋Q '

2' =146 851＋53 460=200 311kcal

第二次煮沸的耗热量Q 3

' ' ' Q 3=Q 3＋Q 3

经过一次煮沸后的米醪量为：

‘G 醪=2970－99=2 871kg

糖化醪的量：G 麦醪=G 麦＋G 水

式中G 麦=1350－90=1 260kg

G 水=7200－2340=4 860kg

G 麦醪=1260＋4860=6 120kg

经第一次煮沸的麦醪与糖化醪混合后数量为：

G 混=2 871＋6 120=8 991kg

二次煮沸时取混合醪量40%，煮沸时间为10min ，蒸发量为每小时5%

' Q 3=GC 混(100－t 0)

式中G =8 991×40%=3 596kg

C 醪=0.899kcal/kg℃

C 麦醪=G 麦C 麦+G 水C 水

G 麦+G 水

式中G 麦=1 260kg

C 麦=0.408kcal/kg℃

G 水=4 860kg

C 水=1kcal/kg℃

1260⨯0. 408+4860⨯1 1260+4860

=0.87kcal/kg℃ C 麦醪=

C 混=

=G 麦醪C 麦醪+G 醪C 醪G 麦醪+G 醪 6120⨯0. 87+2871⨯0. 899 6120+2871

=0.88kcal/kg℃

t 0=60℃

Q 3' =GC 混(100－t 0)

=3 596×0.88(100－60)=126 579.2kcal

' ' Q 3=540W

式中W=3 596×5%×10/60

=29.97kg

' ' Q 3=540×29.97=16 183.8

' ' ' Q 3=Q 3＋Q 3=126 579.2＋16 183.8=142 763kcal

洗糟用水耗热量Q 4：

洗糟用水：每100kg 原料用水450kg

用水量G =18.00×450=8 100kg

耗热量Q 4=GC (80－t )

C =1kcal/kg℃

t =18℃

Q 4=8100×1(80－18)=502 200kcal

麦汁煮沸耗热量Q 5：

取100kg 原料加洗糟水后可得到700kg 麦汁，过滤完毕麦汁的温度约为65℃。

" 蒸煮时总耗热量 Q 5=Q '

5＋Q 5

加热麦汁耗热Q '

5=GC 麦汁(100－t )

式中G =18.00×700=12 600kg

C 麦汁=0.95kcal/kg℃

t =65℃

Q '

5=12 600×0.95(100－65)=418 950kcal

煮沸麦汁耗热：Q "

5=540W

麦汁煮沸时间为1.5h ，设每小时蒸发量为10%

W =12 600×10%×1.5=1 890㎏

Q "

5=540×1 890=1 020 600㎏

Q 5=Q '

5＋Q " 5=418 950＋1 020 600=1 439 550kcal

糖化一次需用蒸汽总量：

D 总=Q 总/i

设蒸汽的热效率η=95%

Q 总=

Q 1+Q 2+Q 3+Q 4+Q 5 0. 95

=2 647 604.21kcal

i =648.7－100

2647604. 21D 总==4 825㎏ 648. 7-100

糖化过程中每小时最大蒸汽用量：

糖化过程中，以麦汁煮沸时耗热最大，麦汁煮沸时耗热为1 020 600kcal，

煮沸时间1.5h ，取热效率95%。

D 最大=Q 最大

i

1020600=716 210.5kcal/h 0. 95⨯1. 5

i =648.7－100

716210. 5D 最大==1 305㎏/h 648. 7-100

⑵酵母培养耗热量

一般每月培养一次或每季度培养一次，每次约用汽1 000㎏，使用时间2h ，则 最大用气量D 2=1 000/2=500㎏/h

⑶洗瓶机用汽量

D 3=jN

式中 j ──经验数据，16～58㎏/1 000瓶h

N ──瓶数以千瓶为单位，按照定型生产能力N=3.00

D 3=58×3.00=174㎏/h

⑷杀菌机用汽

D 4=jN

式中 j ──经验数据，150㎏/瓶h

N ──3.00

D 4=150×3.00=450㎏/h 式中 Q 最大=

3.2.3 耗冷量计算

⑴麦汁冷却器耗冷量

耗冷量：

麦汁冷却分两段进行，第一段采用深井水，第二段用盐水冷却。二段冷却麦汁温度为：25℃→6℃

麦汁在1h 内冷却完毕。

Q 1=GC P (t 1－t 2)

式中G =11 263/1=11 263㎏/h

C p =0.98kcal/㎏℃

t 1=25℃ t 2=6℃

∴Q 1=11 263×0.98(25－6)=209 717kcal/h

盐水需量：

D 1=Q 1 C 盐(t 2-t 1)

盐水温度：t 1=－8℃ t 2=0℃

式中Q 1=209 717kcal/h

C 盐=0.731kcal/kg℃

∴D 1=209717=35 861kg/h 0. 731[0-(-8)]

⑵啤酒过冷却器耗冷量

耗冷量：

每班最大生产啤酒9.891×2=19.782t，每班过滤时间以6h 计，过冷却时间也为6h 。 啤酒过冷温度要求：2℃→－1℃

Q 3=GC (t 1-t 2)

τ

式中G =19 782t

C =1kcal/kg℃

t 1=2℃ t 2=－1℃ τ=6

19782⨯1⨯[2-(-1)]∴Q 3==9 891kcal/h 6

盐水需量D 3：

盐水温度变化为－8℃→－2℃

D 3=Q 3 C 盐(t 2-t 1)

式中Q 3=9 891kcal/h

C 盐=0.731kcal/kg℃

t 1=－8℃ t 2=－2℃

∴D 3=9891=2255kg/h 0. 731[-2-(-8)]

⑶无菌冷水耗冷量

耗冷量Q 4：

无菌水使用量最大为4t ，一般要求在6h 内把水温从18℃冷却到2℃。

Q 4=GC (t 1－t 2)/τ

式中G =4 000㎏

C =1kcal/kg℃

t 1=18℃ t 2=2℃ τ=6h

4000⨯1(18-2) ∴Q 4==10 666kcal/h 6

盐水需量D 4：

盐水温度变化：－8℃→－2℃

D 4=Q 4 C 盐(t 2-t 1)

式中Q 4=10 666kcal/h

C 盐=0.731kcal/kg℃

t 1=－8℃ t 2=－2℃

∴D 4=10666=2432kg/h 0. 731[-2-(-8)]

⑷酵母培养室耗冷量：

酵母培养期, 最大耗冷量约为10 000kcal/h

Q 5=10 000kcal/h

盐水需量D 5：

盐水温度变化为－8℃→－2℃

D 5=Q 5 C 盐(t 2-t 1)

式中Q 5=10 000kcal/h

C 盐=0.731kcal/kg℃

t 1=－8℃ t 2=－2℃

∴D 5=10000=2 280kg/h 0. 731[-2-(-8)]

3.2.4 压缩空气用量

⑴酒花分离器用气量

使用压力2kg/m2

分离器有效容积2m 2

当压送残液时，考虑一定的损失，故乘2倍安全系数，吹风次数设为4次，吹风时间约40min ，则每次风量：

q =2×2×4=16m3

每小时最大风量q 1=16×60/40=24m3/h

⑵酵母培养室用气

使用压力1.5kg/cm2

通风管口径为2mm, 压缩空气流速为8m/s

每小时最大用气量q 2=8×π⨯(0. 02) 2

4×60×60=9.04m3/h

⑶贮酒桶用气

使用压力1～1.5kg/cm2

过滤酒时，用压缩空气将酒顶出，设空气量为酒容量的1.5倍，每班放酒一桶, 放酒时间为6h ，则每小时用气量q 3=19.782/6×1.5=4.95m3/h

⑷清酒罐用气

设用气量为滤过酒用气的两倍, 则用气量：

q 4=4.95×2=9.9m3/h

⑸装酒机用气

装酒机的生产能力为3 000瓶/h

用气压力5kg/cm2

按经验数据，装1 000瓶啤酒(640ml)需耗气8m 3，则用气量q 5=3.00×8=24.00m3/h

3.3 主要设备选择计算

3.3.1 麦芽仓

用途：储存麦芽

所需容量计算：

每次投料量G =1 350kg

麦芽容重 r =500kg/m3

有效系数ϕ=0.8

所需容积V =G 1350

r ⨯ϕ=500⨯0. 8=3. 375m 3

3.3.2 麦芽粉仓

用途：储存麦芽粉

所需容积计算：

每次投料量G =1.35t

麦芽粉容重C =2.56m3/t

有效容积系数ϕ=0.7

所需容积V =GC ϕ=1. 35⨯2. 56

0. 7=4.937m3

3.3.3 大米仓

用途：储存大米

所需容积计算：

每次投料量G =450kg

大米容量r =800kg/m3

有效容积系数ϕ=0.8

所需容积V =G r ⨯ϕ=450

800⨯0. 8=0.703m3

3.3.4 大米粉仓

用途：储存大米粉

所需容积计算：

每次投料G =0.45t

大米粉容重C =1.73m3/t

有效容积系数ϕ=0.7

所需容积V =GC 0. 45⨯1. 73

ϕ==1.112m3

0. 7

3.3.5 糊化锅

一般糊化锅的轮廓比例为D ∶H =2∶1

取糊化锅的有效容积V 有效=5m3计算：

V 有效=πD 24⨯H =5

D =8⨯5π=2.34m

故取直径D =2.4m 锅身H =1.2m

3.3.6 糖化锅

按物料衡算，每次糖化物料总量G =7 200+1 800=9 000kg

糖化醪的密度为1 065kg/m3 生产需要1.2的空余系数

故所需容积：V 有效=9 000/1 065=8.45m3

V 总=8.45×1.2=10.14m3

D ∶H =2∶1

D =8⨯10. 14π=2.96m

故取直径D =3m 锅身H =1.5m

3.3.7 过滤槽

按物料衡算，每次糖化物料总量G =7 200+1 800=9 000kg

糖化醪的密度为1 065kg/m3 生产需要1.2的空余系数

故所需容积：V 有效=9 000/1 065=8.45m3

V 总=8.45×1.2=10.14m3

D ∶H =2∶1

D =8⨯10. 14π=2.96m

故取直径D=3m 锅身H=1.5m

3.3.8 煮沸锅

按物料衡算，每次糖化物料总量G =7 200+1 800=9 000kg

糖化醪的密度为1 065kg/m3 生产需要1.4的空余系数

故所需容积：V 有效=9 000/1 065=8.45m3

V 总=8.45×1.4=11.83m3

D ∶H =2∶1

D =8⨯11. 83π=3.11m

故取直径D =3.2m 锅身H =1.6m

3.3.9 麦汁冷却器

用途：将沉清后的麦汁冷却至发酵温度4～7℃。

型式：板式冷却器

所需冷却面积计算：

第一段冷却 (冷却介质为冷水) ：

麦汁温度55℃→25℃ 冷水温度18℃→30℃ 冷却时间60min

F =GC (t 1－t 2)

式中G =11 263kg/h C =0.98kcal/kg℃

' t 1=55℃ t 1=18℃ t 2=25℃ t '

2=30℃

Q 1=11 263×0.98(55－25)=331 132.2kcal/h

F =∆t -∆t 2Q 1 ∆t cp =1 ∆t K ∆t cp ln 1

∆t 2

逆流传导时的平均温度差：

' ∆t 1=t 1-t 2=55-30=25℃

∆t 2=t 2-t 1' =25-18=7℃

∆t cp =25-7=14. 14℃ 25ln 7

现取用麦芽冷却器为薄板冷却器，其传热系数K 值取2 000kcal/m2h ℃

331132. 2则F ==11.71m2 2000⨯14. 14

第二段冷却(冷却介质为盐水) ：

麦汁温度25℃→6℃

盐水温度－8℃→0℃ 冷却时间60min

Q 2=GC(t1－t 2)

G =11 263kg/h

C =0.98kcal/kg℃

' t 1=25℃ t 1=－8℃ t 2=6℃ t '

2=0℃

Q 2=11 263×0.98(25－6)=209 717kcal/h

F 2=∆t -∆t 2Q 2 ∆t cp =1 ∆t K ∆t cp ln 1

∆t 2

' ∆t =t 1-t 2=25-0=25℃ ∆t 2=t 2-t 1' =6-(-8) =14℃

25-14=18.96℃ 取K =2 000kcal/kg℃ 25ln 14

209717F 2==5.53m2 2000⨯18. 96∆tep =

盐水耗用量G =Q C ──0.731kcal/kg℃ ' ' C (t 2-t 1)

盐水量G =209717=35 861kg/h 0. 731[0-(-8)]

3.3.10 发酵罐

每天糖化两次，故一次投入冷麦汁量为10 042×2=20 082L

径高比：D ∶H =1∶2 空余系数1.2

V 总=20.082×1.2=24.10m3

按规格取30m 3

D =2⨯30π=2.67m

H =5.34m

发酵周期11～12天。考虑到进出料周转、清洗时间和发酵时间可能延长，故罐数取18个。

3.3.11 酵母洗涤槽

用途：把回收的酵母泥进行反复洗涤。

容量：每个洗涤槽要求储存酵母泥100L ，在洗涤及储存时均加入2倍无菌水，按生产经验每个容量确定为350L 。

数量：生产旺季，每天需洗涤两池酵母，酵母反复洗涤及储存时间以3天计，故共需洗涤槽6个。

型式：选用活动式半球面洗涤槽。

3.3.12 冰水箱

用途：把水从常温冷却至1～2℃，作为麦汁冷却用。

容量：要求有效容量9m 3。

型式：钢结构长方形箱，内壁涂料。

3.3.13 酵母培养设备

用途：麦汁经冷却杀菌后，放入酵母培养罐接种进行培养。经24h 左右扩大培养，以供繁殖槽繁殖酵母用。

选型：麦汁杀菌罐1个用效容积0.15m 3

酵母培养罐2个有效容积0.067m 3

扩大培养罐1个有效容积1.6m 3

3.3.14 啤酒过滤器

用途：过滤啤酒，除去混浊物，酵母细胞，残渣等。

型式：板框式硅藻土过滤器。

3.3.15 清酒罐

用途：暂贮过滤后的啤酒液。

型式：立式圆筒形。

设备：按生产需要，选用有效容量为5m 3的清酒罐4个，鲜、熟啤酒两个品 种可以轮换清洗使用。

3.3.16 瓶装包装线

选用3 000瓶/h联合自动包装设备一套（包括洗瓶、灌酒、压盖、杀菌、贴标等）。 3.4 设备一览表

4. 车间布置说明 5. 管路计算

附二、课程设计绘图相关图例

41

42