摘要本次的設(shè)計通過利用所學(xué)專業(yè)知識,對年產(chǎn)24萬噸15°啤酒廠發(fā)酵的發(fā)酵工藝進行相關(guān)的設(shè)計。在網(wǎng)上查閱大量資料后,決定以下面發(fā)酵法為主要工藝方法,進行工藝設(shè)計通過物料衡算，水衡算，熱衡算以及耗冷計算來完成此項設(shè)計。為使本設(shè)計更加完善自主設(shè)計了糖化罐，發(fā)酵罐及發(fā)酵罐換熱器。在三算的詳細計算后得到了建設(shè)啤酒廠的相關(guān)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：啤酒；物料衡算；工藝設(shè)計abstractThedesignbyusingprofessionalknowledge,theannualoutputof240000tonsof15breweryfermentation,fermentationtechnologyforthedesignofrelevantonlineaccesstoalotofdata,decidedtothefollowingfermentationasthemainprocessmethod,processdesignthroughthematerialbalance,waterbalance,heatbalanceandtheconsumptionofcoldcalculationtofinishthedesigninordertomakethedesignmoreperfect,wedesignourownsaccharifyingpot,fermentationtankandfermentationtankheatexchangerisinthreebreweriesafterdetailedcalculationoftheconstructionofrelevantdataKeywords:beer;materialbalance;processdesign目錄TOC\o"1-3"\h\u10086摘要 116603abstract 26989目錄 329109前言 928339第1章啤酒的定義及制作工藝的發(fā)展史 1089001.1啤酒的由來 10169941.2啤酒制作工藝的發(fā)展史 1114662第2章國內(nèi)外啤酒制作工藝的研究進展 11306722.1國內(nèi)啤酒制作工藝的研究進展 1195392.2國外啤酒制作工藝的研究進展 1210663第3章生產(chǎn)工藝的優(yōu)化 13241803.1冷接觸發(fā)酵方法 133963.2優(yōu)化的啤酒生產(chǎn)工藝 14321223.3巖藻多糖啤酒生產(chǎn)工藝 14316403.4環(huán)保型啤酒工藝 146893.5低醇啤酒的生產(chǎn)方法 14137223.6經(jīng)濟預(yù)算 14269833.7規(guī)章制度與安全防護 15284233.8廢料的處理及應(yīng)用 1518084第四章啤酒的生產(chǎn)流程 16175604.1啤酒廠的選址 1639854.2大麥和玉米的粉粹工藝 17109734.3原料液化工藝 17174734.4過濾工藝 17221194.5發(fā)酵工藝過程 1725714第5章物料衡算 1837225.115°啤酒的糖化車間工藝流程示意圖 19282935.215°啤酒生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 19253425.3一百千克原料生產(chǎn)十五度啤酒的工藝設(shè)計的物料衡算 20314305.3.1啤酒熱麥汁的計算過程 20318805.3.2冷麥汁量 20250635.3.3發(fā)酵液量 21245825.3.4過濾酒量 21205745.3.5成品啤酒量 2179155.4生產(chǎn)100L15°啤酒物料衡算 21300735.4.1生產(chǎn)100L15°啤酒消耗的混合原料量 2121425.4.2麥芽消耗量 22134265.4.3大米消耗量 22185925.4.4酒花消耗量 22119765.4.5熱麥汁量 2242025.4.6冷麥汁量 22313925.4.7濕糖化糟的用量 23277395.4.8酒花糟用量 23115245.5年產(chǎn)量為20萬噸十五度啤酒釀造車間的物料衡算表 2329870第6章熱量衡算 24243706.1啤酒糖化的工藝流程示意圖 24327216.2糖化車間（一次）的熱量衡算 25203216.2.1糖化工藝過程要求及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計算 2657876.2.2啤酒糖化工藝中熱量衡算的計算 261606．3糖化車間總熱量衡算表 357976第7章水衡算 3668447.2水衡算的計算過程 3770807.2.1浸麥所消耗水衡算量的計算 3746937.2.2糖化用水 3911957.2.3冷卻水換算 3988347.2.4設(shè)備和車間管道清洗耗水量 41170617.2.5其他消耗用水量 42114467.2.6總用水量 42104357.3年產(chǎn)24萬噸15°啤酒廠用水衡算表 4330926第8章發(fā)酵車間的耗冷計算 4390368.1發(fā)酵工藝流程示意圖 43241618.2年產(chǎn)24萬噸15°啤酒發(fā)酵車間耗冷量計算 4477148.2.1工藝技術(shù)指標以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計 44270898.2.2生產(chǎn)工藝的耗冷量 4430988.2.3非工藝耗冷量 46252668.3年產(chǎn)24萬噸15°啤酒發(fā)酵車間耗冷量衡算表 4732322第9章設(shè)備的選型與計算 4816559.1糖化鍋設(shè)計與選型 48292779.2發(fā)酵罐的設(shè)計和選型 4985889.2.1生產(chǎn)能力和數(shù)量以及容積確定 50312469.2.2主要尺寸計算 50169679.3發(fā)酵罐換熱器的設(shè)計 51103819.3.1冷卻面積計算 51236389.3.2換熱管的主要尺寸計算 5225311結(jié)論 5310380附錄 5420191附錄1．工藝流程圖 5411331附錄2．車間平面布置圖 5416297附錄3．設(shè)備裝配圖 5427826參考文獻 55前言隨著人們物質(zhì)文化水平的提高以及小康社會的到來，餐飲行業(yè)或者家庭聚餐對啤酒的需求也在不斷提高。所以建造和改善啤酒廠成為了當下的重要思考問題。進行一項啤酒廠的工藝設(shè)計是一項需要我們應(yīng)當嚴謹對待的與經(jīng)濟掛鉤的學(xué)術(shù)問題。在掌握相關(guān)的化學(xué)知識的前提下，還行當了解該行業(yè)的各種經(jīng)濟文化需求，只有這樣才能保證本次設(shè)計能出色的完成。[[]周廣田．現(xiàn)代啤酒工業(yè)技術(shù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007,89-160。[]周廣田．現(xiàn)代啤酒工業(yè)技術(shù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007,89-160。科技發(fā)達的今天各式各樣的啤酒品牌和釀酒技術(shù)百家爭鳴各放其彩。我深知要想做好啤酒的工藝設(shè)計就必須對其的發(fā)展有所了解。在這個前提下結(jié)合所學(xué)知識不斷努力在規(guī)范的理論和范圍內(nèi)進行設(shè)計和完善。[[]顧國賢．釀造酒工藝學(xué)（第二版）．中國輕工業(yè)出版社，1996,15-17。[]顧國賢．釀造酒工藝學(xué)（第二版）．中國輕工業(yè)出版社，1996,15-17。在這個過程里我不斷的深入學(xué)習(xí)設(shè)計上的知識和方法，在大量材料里整理并改進工藝技術(shù)。在提高自己閱歷的同時不管完善本次設(shè)計。把這次設(shè)計當做自己的磨刀石督促自己進步。它將指導(dǎo)我未來的設(shè)計，并對我未來的學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠的影響。第1章啤酒的定義及制作工藝的發(fā)展史1.1啤酒的由來啤酒是以麥芽和其他農(nóng)作物為基料進行生物發(fā)酵等化學(xué)工藝制成的低度數(shù)酒類。該類酒中含有少量,味道稍苦，經(jīng)過幾百年的發(fā)展已經(jīng)有了許多種類。1.2啤酒制作工藝的發(fā)展史在古代啤酒發(fā)源于埃及和美索不達米亞，在傳入德國以后隨著海上貿(mào)易在全球興起。關(guān)于啤酒的發(fā)源故事有很多其中一個是由于國外面包師的疏忽使面團在陽光下偶然發(fā)酵流出液體成了當時最早的啤酒。這也是最早的釀造方法。[[]佚名.啤酒的起源[J].內(nèi)蒙古林業(yè),2013(7):35-35.[]佚名.啤酒的起源[J].內(nèi)蒙古林業(yè),2013(7):35-35.四到五千年前,中國古代啤酒的發(fā)源就記載在甲骨文上,中國古代原始啤酒是利用分蘗(麥芽)糖化小米大米淀粉,在很短的時間釀造出古代啤酒。但隨著歷史的發(fā)展和其他酒類的興起使得該釀造方法失傳。第2章國內(nèi)外啤酒制作工藝的研究進展2.1國內(nèi)啤酒制作工藝的研究進展引進西方現(xiàn)代中國的行業(yè),據(jù)史料記載,清朝時期與沙俄通商，俄國人在東北建廠從此啤酒流入東北三省慢慢在全國傳開。在與外國人的通商中，國人學(xué)習(xí)到了相關(guān)的技術(shù)，在中外合資中興起的啤酒廠不斷發(fā)展生產(chǎn)力也不斷增加。在早一批的啤酒廠建設(shè)后，在中國啤酒企業(yè)如雨后春竹一般興起。在當代林立的啤酒廠中我國人表現(xiàn)突出在世界企業(yè)中成為了風(fēng)向標和啤酒強國。根據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計,我國啤酒行業(yè)發(fā)展非?？?成長率高,每年都有突出成就,中國啤酒行業(yè)在世界先進技術(shù)的應(yīng)用與推廣中快速發(fā)展。1970年代,中國啤酒是單一的，但生產(chǎn)技術(shù)在八十年代末有了很大改變,改革開放,國外技術(shù)不斷流入,引進先進技術(shù),使中國啤酒生產(chǎn)技術(shù)有了重大的突破和發(fā)展銷售機會。在增加國家收入方面發(fā)揮了重要作用,因為啤酒的興起帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展是如啤酒瓶蓋，塑料盒,配件工廠,工廠添加劑等。目前啤酒行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展差距與先進國家相比,產(chǎn)品質(zhì)量已達到國際水平，在國外也有一席之地。[[]肖景海.淺談啤酒工業(yè)發(fā)展的新趨勢[J].齊齊哈爾社會科學(xué),1995(03):48-49.][]肖景海.淺談啤酒工業(yè)發(fā)展的新趨勢[J].齊齊哈爾社會科學(xué),1995(03):48-49.面對著經(jīng)濟全球化和文化多元化的今天，在改革開放的的浪潮中我國啤酒行業(yè)飛速發(fā)展其中有挫折也有順利。在中國特色社會主義的制度下國家扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，社會團體相互幫助使得啤酒工業(yè)越來越好。2.2國外啤酒制作工藝的研究進展啤酒是酒精含量低且可口的飲品。在當下社會隨著科技發(fā)展更多的技術(shù)運用到提高啤酒生產(chǎn)量和口感上來。有以下研究進展：1,從原料上進行優(yōu)質(zhì)大麥的培養(yǎng)使得啤酒的口感更佳爽口。2,浸麥槽的設(shè)計與改進，利用科技手段讓生產(chǎn)過程自動化數(shù)據(jù)化。3,在釀造啤酒的過程中大多數(shù)的廠家利用生物科學(xué)技術(shù)不斷添加催化劑來提高啤酒原料的利用率減少資本支出，其中添加劑大多為生物蛋白酶來提高糖化率以及啤酒的口感，在工藝流程中添加其他的催化劑使工藝流程更加完善。也可以改善工藝流程讓生產(chǎn)更加科技化和機械化減少人力的運用以及數(shù)據(jù)化的支持使得反應(yīng)時間把控更加的當。生產(chǎn)出更好的啤酒不，這也是國內(nèi)外的工藝發(fā)展方向。4,為使啤酒的質(zhì)量更好人們不斷地探求新的過濾方式來提高啤酒口感，當今的酒液過濾方法為硅藻土和紙板過濾兩種。在過濾時加入蔬菜汁或者纖維等添加劑來完善啤酒的口感和色澤營養(yǎng)。5,啤酒裝瓶和裝瓶設(shè)備是啤酒生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟。品質(zhì)最好的是荷蘭、美國、德國、比利時等國家，實現(xiàn)從連續(xù)生產(chǎn)。生產(chǎn)能力一般可達每小時3萬到5萬瓶[[]陳志超.國外啤酒工藝發(fā)展現(xiàn)狀[J].今日科技(02):32.[]陳志超.國外啤酒工藝發(fā)展現(xiàn)狀[J].今日科技(02):32.第3章生產(chǎn)工藝的優(yōu)化3.1冷接觸發(fā)酵方法冷接觸發(fā)酵(CCF)是通過低溫發(fā)酵和延長發(fā)酵接觸時間來生產(chǎn)酒精含量低或為零的啤酒的眾多方法之一。雖然這種方法最早是在1983年被發(fā)現(xiàn)的，但直到最近，它在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重要性才開始上升，與世界范圍內(nèi)對無酒精啤酒(AFB)的需求不斷增長相平行[[]DylanW.Pilarski,DimitriosI.Gerogiorgis.Progressandmodellingofcoldcontactfermentationforalcohol-freebeerproduction:Areview[J].JournalofFoodEngineering,2020,273.[]DylanW.Pilarski,DimitriosI.Gerogiorgis.Progressandmodellingofcoldcontactfermentationforalcohol-freebeerproduction:Areview[J].JournalofFoodEngineering,2020,273.3.2優(yōu)化的啤酒生產(chǎn)工藝謝俊明確啤酒生產(chǎn)過程優(yōu)化,并提出了啤酒瓶洗,冷卻水反復(fù)變溫利用。使用麥芽汁冷卻和熱回收,糖化罐果汁,在發(fā)酵之前,添加酵母池動態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵過程中添加甜油菜籽堿性發(fā)酵,充分利用設(shè)備,跳轉(zhuǎn)到濾波器動態(tài)發(fā)酵罐,廢熱利用沸騰的鍋,啤酒經(jīng)振動泡罩包裝等先進技術(shù)，提高啤酒質(zhì)量，降低成本。[[]謝俊發(fā).啤酒生產(chǎn)優(yōu)化工藝:.][]謝俊發(fā).啤酒生產(chǎn)優(yōu)化工藝:.3.3巖藻多糖啤酒生產(chǎn)工藝在啤酒中加入巖藻多糖使麥芽汁通過降沉和降溫使啤酒的質(zhì)量達到最好并挑選最佳的原料和酵母,德國選擇最佳發(fā)酵酵母為主要發(fā)酵產(chǎn)品，發(fā)酵后添加巖藻多糖使啤酒味道更加純凈，獨特的香味，氣泡細膩，口感強勁。[[]岳宗翠,周廣田.巖藻多糖啤酒生產(chǎn)工藝的研究[J].中國釀造,2010(1):148-150.][]岳宗翠,周廣田.巖藻多糖啤酒生產(chǎn)工藝的研究[J].中國釀造,2010(1):148-150.3.4環(huán)保型啤酒工藝綠水青山就是金山銀山，中國的環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，在追求經(jīng)濟快速發(fā)展的同時也要滿足環(huán)保的要求，綠色的啤酒技術(shù)研發(fā)成為大勢所趨。綠色的啤酒產(chǎn)品更能快速的融入市場進入千家萬戶。在國家要求和民眾需求下在保證啤酒原料不變的前提下改進工藝流程和工藝條件。降低啤酒中有害物質(zhì)的含量，保證符合綠色安全標準規(guī)定。通過對原液中微生物的新陳代謝的研究，對在不同的影響下的原料的各種反應(yīng)影響。改變參數(shù)制定方案降低啤酒有害物質(zhì)的含量，達到工藝上的環(huán)保。和質(zhì)量上的保障。[[]林小榮.綠色啤酒生產(chǎn)工藝研究[D].江南大學(xué),2006.[]林小榮.綠色啤酒生產(chǎn)工藝研究[D].江南大學(xué),2006.3.5低醇啤酒的生產(chǎn)方法低濃度的啤酒分為如下兩種方法：脫醇法和限制發(fā)酵法兩種。其一是利用各種方法減少啤酒中酒精的含量。其二是限制工藝流程的反應(yīng)方向以此種方法減少原液中的酒精含量不管是對哪種方法來說降低其酒精濃度來保證啤酒口感和其相應(yīng)的指標。[[]王子棟.無醇啤酒生產(chǎn)工藝的探討[J].啤酒科技,2007(6):37-40.[]王子棟.無醇啤酒生產(chǎn)工藝的探討[J].啤酒科技,2007(6):37-40.3.6經(jīng)濟預(yù)算主要原料：大麥，玉米，酒花。表3.1原料購置花費表原料/價格大麥/（2.02元/kg）玉米/(2.70元/kg)酒花/（19.5元/kg)耗量37900t12650t5040t價格76558000341550009828000購置費為：購買大麥的價錢+購買玉米的價錢+購買酒花的價錢=76558000+34155000+9828000=120541000=1.20541億萬元設(shè)定啤酒的容量為500ml每瓶凈盈利4元則年盈利為240000000000×2÷500×4=38.4億萬元假設(shè)水電消耗占年盈利的0.02%：38.4億萬元×2%=0.0768億萬元員工工資總支出：設(shè)員工每年工資為6萬元，工人總數(shù)為50人?？偣べY支出=6×50=300萬設(shè)備維修花費占比為年盈利的0.03%：38.4億萬元×0.3%=0.1152億萬元年純盈利為：年盈利-購置費-水電費-員工工資總支出-設(shè)備維修花費=36.97259億萬元。3.7規(guī)章制度與安全防護自覺遵守廠規(guī)和正確的儀器使用規(guī)則，不得違反。在工作崗位上不得喧鬧，不得吸煙，接打手機等與工作無關(guān)的活動。認真閱讀逃生手冊上的相關(guān)事宜，避免在意外事故發(fā)生時造成慌亂及事故而錯過最佳逃生時間。認真填寫每周日志并詳細寫出自己的不足和需要改進的地方。工作日為每周一至周五，周末輪流排班，一旦出現(xiàn)兩次遲到曠工取消全勤獎。在職期間員工享有五險一金。崗位中各員工需要佩戴一次性手套和口罩以及安全服注意廠內(nèi)衛(wèi)生，按照值日表有序打掃。3.8廢料的處理及應(yīng)用在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物及廢料都應(yīng)經(jīng)過本廠特定部門進行無害處理后經(jīng)檢測滿足排放標準后方可進行排放和廢物的循環(huán)利用。能夠有效地回收利用廢料才可以有效減少經(jīng)濟損失為打造綠色工廠做基礎(chǔ)，完善工藝流程。有效利用回收的廢料進行其他副產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成綠色的循環(huán)系統(tǒng)。第四章啤酒的生產(chǎn)流程4.1啤酒廠的選址首先工廠占地應(yīng)符合國家相關(guān)的政策要求，凡是工廠選址不得影響附近居民正常生活以及公共設(shè)施的應(yīng)用，不得占用公共資源。選址應(yīng)便于商業(yè)運輸及施工，建議在臨近城區(qū)的郊區(qū)第一地價便宜，第二環(huán)境良好便于生產(chǎn)。滿足生產(chǎn)工藝的相關(guān)布局要求。廠房建筑符合消防安全的規(guī)定和城鎮(zhèn)環(huán)保要求等。遠離山區(qū)河流等易發(fā)生自然災(zāi)害的地段，然后盡量靠近交通樞紐。4.2大麥和玉米的粉粹工藝粉碎工藝:將玉米加工成胚胎，進行烘烤，然后用機器打碎。4.3原料液化工藝液化工藝處理：處理后添加麥麩、玉米等原料用45℃溫水浸泡,添加蛋白酶,（100℃）冷卻液體溫度到95℃進行恒溫加工，液化至液化液沒有反應(yīng)。4.4過濾工藝過濾工藝：液化后，溫度提高到80℃，使用壓力過濾器進行過濾和發(fā)酵。[[]董文華.玉米啤酒生產(chǎn)工藝[J].農(nóng)產(chǎn)品加工(創(chuàng)新版),2011(12):38.][]董文華.玉米啤酒生產(chǎn)工藝[J].農(nóng)產(chǎn)品加工(創(chuàng)新版),2011(12):38.4.5發(fā)酵工藝過程消費者對新型啤酒口味的興趣日益增長，這有助于創(chuàng)新材料和非酵母菌酵母在啤酒釀造中的應(yīng)用。本研究的目的是測試低乳酸產(chǎn)生的拉錢科耐熱MN477031在啤酒麥芽發(fā)酵過程中，兩種不同濃度的苦味化合物對啤酒品質(zhì)的影響。廣泛分析了乙醇含量、發(fā)酵表觀程度、糖類、有機酸、游離氨基氮、甘油、揮發(fā)性化合物、離子等因素的影響。結(jié)果表明，L.耐熱性菌株MN477031具有快速啟動麥汁發(fā)酵的能力和對啤酒花衍生化合物的耐受性。結(jié)果，這種方法生產(chǎn)的啤酒酒精含量降低了約20%，而真正的提取物的含量明顯高于商用SafbrewT-58。與釀酒酵母相比，該菌株產(chǎn)乳酸量低，對pH值的降低影響不大，因此在眾多耐熱L.菌中脫穎而出。因生產(chǎn)不同類型啤酒(不僅是酸啤酒)方面的潛力是非常大的。耐熱性L啤酒中揮發(fā)性化合物的組成不僅在菌株的使用上不同，而且在啤酒花品種上也不同。[[]ZdaniewiczMarek,SatoraPawe[]ZdaniewiczMarek,SatoraPawe?,PaterAneta,BogaczSylwia.LowLacticAcid-ProducingStrainofLachanceathermotoleransasaNewStarterforBeerProduction.[J].Biomolecules,2020,10(2).第5章物料衡算在進行工藝設(shè)計之前首先需要對，中所需的各種原料的用量以及過程中消耗量。在此基礎(chǔ)上才能準確的對整個流程進行估算與設(shè)計。具體的工藝流程圖和計算過程如下：5.115°啤酒的糖化車間工藝流程示意圖圖5.115°啤酒糖化車間工藝流程圖5.215°啤酒生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表5.1啤酒廠生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表項目名稱百分比（%）定額指標原料利用率98.5麥芽水分7大米水分10無水麥芽浸出率80無水大米浸出率95原料配比麥芽75大米25啤酒損失率冷卻損失5發(fā)酵損失3過濾損失2裝瓶損失1總損失115.3一百千克原料生產(chǎn)15°啤酒的工藝設(shè)計的物料衡算5.3.1啤酒熱麥汁的計算過程：大米收率為：混合原料收率為：由上可得100kg混合原料可制得15°P熱麥汁量為：5.3.2冷麥汁量5.3.3發(fā)酵液量 5.3.4過濾酒量5.3.5成品啤酒量5.4生產(chǎn)100L15°啤酒物料衡算從上述的計算結(jié)果可得，混合原料可生產(chǎn)15°黑啤酒的體積為474.55L/100kg，按照相關(guān)數(shù)據(jù)進行下列運算：5.4.1生產(chǎn)100L15°啤酒消耗的混合原料量5.4.2麥芽消耗量5.4.3大米消耗量5.4.4酒花消耗量熱麥汁中添加酒花量為故酒花好用量為：5.4.5熱麥汁量5.4.6冷麥汁量5.4.7濕糖化糟的用量：而濕大米糟量為：故濕糖化糟量為：5.4.8酒花糟用量：5.5年產(chǎn)量為20萬噸十五度啤酒釀造車間的物料衡算表可計算各投料量及其他流程的物料衡算過程。進行一次糖化反應(yīng)所得的成品啤酒總量為：15°P黑啤酒相對密度為1.061則糖化一次生產(chǎn)成品啤酒體積為：如5.2所示。表5.2物料衡算表物料名稱單位100kg混合原料100L啤酒糖化一次定額量24萬t/a啤酒生產(chǎn)混合原料Kg10021.0731773.805.06×107大麥Kg7515.8023826.583.79×107大米Kg255.277947.2212.65×106酒花Kg1.500.21316.685.04×106熱麥汁L530.79111.84168655.9826.84×107冷麥汁L504.2580.78121817.1519.39×107濕糖化糟Kg94.6921.1731924.605.08×107濕酒花糟Kg2.820.63950.051.51×106發(fā)酵液L489.12109.36164916.1226.25×107過濾酒L479.34107.15161583.4125.72×107成品啤酒L474.55100.00150801.1324.00×107備注：15度黑啤酒的密度為1061kg/m3由表可得出本設(shè)計中實際年生產(chǎn)啤酒量為：第6章熱量衡算6.1啤酒糖化的工藝流程示意圖 生產(chǎn)工藝。本設(shè)計以該工藝為基準，對糖化車間進行熱平衡計算。原理圖如圖6.1所示（該圖為糖化一次的用量）圖6.1啤酒糖化的工藝流程示意圖注：圖中中間溫度。[[][20]Gee．D．A．．Ramfrez，F(xiàn)．W．，l988．Optimaltemperaturecontrolforbatchbeerfermentation．Biotech．a(chǎn)ndBioeng．．31：224—234．[][20]Gee．D．A．．Ramfrez，F(xiàn)．W．，l988．Optimaltemperaturecontrolforbatchbeerfermentation．Biotech．a(chǎn)ndBioeng．．31：224—234．6.2糖化車間（一次）的熱量衡算熱量衡算的目的是對工藝過程奠定基礎(chǔ)，為工藝規(guī)劃，流程完善提供條件。a、通過對熱量平衡的運算，運用車間蒸汽和其他熱消耗用量可計算出生產(chǎn)過程的能耗指標。或者提出對生產(chǎn)制度的改造或創(chuàng)新，分析生產(chǎn)過程的經(jīng)濟合法性，找出生產(chǎn)中存在的問題。b、熱平衡是設(shè)備選型和尺寸確定的依據(jù)c、熱平衡是組織管理經(jīng)濟核算和優(yōu)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。結(jié)果有利于工藝流程和設(shè)備的改進，從而達到節(jié)能降耗的目的。[[][16]張元興，許學(xué)書.生物反應(yīng)器工程[M].上海：華東理工大學(xué)出版社[][16]張元興，許學(xué)書.生物反應(yīng)器工程[M].上海：華東理工大學(xué)出版社6.2.1糖化工藝過程要求及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計算由物料衡算結(jié)果可得，進行糖化一次大米消耗量工藝要求糊化鍋中加入的麥芽粉量為大米粉量的20%，即：所以糊化鍋中的原料為：糊化鍋原料與水比例為1:4糖化鍋原料與水比例為1:36.2.2啤酒糖化工藝中熱量衡算的計算a、糖化反應(yīng)用水耗熱量根據(jù)糖化工藝流程進行如下計算糊化鍋用水量為：G1而糖化鍋加水量為：式中22237.14為糖化一次糖化鍋中投入的麥粉量，即23826.58-1589.44=22237.14kg，而23826.58為糖化一次麥芽定額量故糖化總用水量為：自來水溫度取18℃,而糖化配料用水溫度t2=50℃，故耗熱量為：式中——水的比熱容，取b、第一次米醪煮沸耗熱量Q2由糖化工藝流程圖可知式中——糊化鍋內(nèi)米醪由初溫t0加熱至100℃耗熱量（kJ）——煮沸過程蒸汽帶走的熱量(kJ)——熱損失（kJ）1、糊化鍋內(nèi)米醪由初溫t0加熱至100℃耗熱量 式中——糊化鍋內(nèi)大米粉、麥芽粉和水的總量，——G大米+G麥芽+G1=7947.22+1589.44+38146.64=47683.30kg——米醪比熱容米醪比熱容的相關(guān)計算過程由下面的計算公式得：式中W——含水百分比——絕對谷物比熱容，取故：米醪的初溫t0設(shè)原料的初溫為18℃，而熱水溫度為50℃，則（3）把上述結(jié)果把上述結(jié)果代回上式得2、煮沸時蒸汽帶出的熱量設(shè)定煮沸時間為50分鐘，蒸發(fā)量為5%/h，則蒸發(fā)的水量為：QUOTE故式中I—煮沸溫度約為100℃下水的汽化潛熱，取3、熱量損失米醪進行升溫時，第一次煮沸時熱量消耗量大致為前兩次耗熱量的0.15倍，即4、第一次米醪煮沸耗熱量Q2把上述計算結(jié)果代入式，得c、第二次煮沸前混合醪升溫到70℃時的耗熱量為根據(jù)糖化過程，煮出的米漿，糖化鍋內(nèi)的米漿混合后的溫度應(yīng)為63℃，因此在攪拌前米漿需要從100℃冷卻到中間溫度t糖化鍋中麥醪的初始溫度：t麥醪：計算麥醪比熱容為:糖化鍋中麥醪量為：已知麥芽粉初溫為18℃，用50℃的熱水配料，則麥醪溫度為：2、米醪中間溫度為t經(jīng)第一次煮沸后剩余米醪量：式中——V1為蒸發(fā)的水量混合醪的量：混合醪的比熱容為：根據(jù)熱平衡計算和忽略熱損失，米漿和小麥米漿在混合前后的焓不發(fā)生變化，因此米漿的中間溫度為：由于此溫度比煮沸溫度低27.65℃（較大）故需加冷卻器。3、根據(jù)上述計算d、第二次煮沸混合醪的消耗量Q4由糖化工藝可知：式中——混合醪升溫至沸騰所耗熱量(kJ)——二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量(kJ)——熱損失(kJ)混合醪升溫至沸騰所耗熱量根據(jù)工藝流程，糖化結(jié)束后混合醪溫度為78℃，醪液溫度為70℃，則多相醪液送至第二次煮沸的量為：故2、二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量煮沸時間為10min，蒸發(fā)強度5%，則蒸發(fā)水分量為：故3、熱損失根據(jù)經(jīng)驗4、第二次煮沸混合醪的耗熱量把上述計算結(jié)果代入式4.27得e、洗槽水消耗的熱量設(shè)定洗糟水平均溫度為80℃，原料用水450kg/100kg，從糖化車間的物料衡算表（5.2）可知混合原料糖化一次定額量，則用水量為：QUOTE設(shè)自來水溫度為18℃故f、麥汁煮沸過程耗熱量Q6由糖化工藝可知：式中——麥汁升溫至沸點耗熱量(kJ)——煮沸過程蒸汽帶走的熱量(kJ)——熱量損失(kJ)麥汁升溫到沸點所消耗的熱量根據(jù)上一糖化車間的物料平衡表(5.2)，混合原料可得到530.79kg熱麥汁/100kg，若設(shè)定過濾后的麥汁溫度為70℃，則沸騰鍋中的麥汁量為：QUOTE根據(jù)經(jīng)驗，混合原料量∶煮沸鍋用水量=1∶5則煮沸鍋加水量為：麥汁比熱容c麥汁：式中——由表3.5得糖化一次麥芽粉定額量，—大米粉定額量，故煮沸過程蒸汽帶走的熱量煮沸強度10%，煮沸時間1.5h，則蒸發(fā)水分量為：故式中I——煮沸溫度下飽和蒸汽的焓，取3．熱損失根據(jù)經(jīng)驗由上可得麥汁煮沸的過程消耗的熱量將上述結(jié)果代入上式，麥汁煮沸的總熱量消耗為：g、糖化一次總耗熱量Q總h、糖化一次耗用蒸汽量使用表壓為0.3MPa的飽和蒸汽，則式中I——表壓為0.3MPa飽和蒸汽的焓，取i——相應(yīng)冷凝水的焓，取η——蒸汽的熱效率，取η=95%i、糖化過程每小時最大蒸汽耗用量在糖化過程的各個步驟中，麥汁沸騰耗熱量最大，沸騰時間90min，熱效率為95%。故：相應(yīng)最大蒸汽耗用量為：j、蒸汽的單次消耗量根據(jù)計算設(shè)計得：糖化次數(shù)為1500次/年，總共生產(chǎn)啤酒量為240000t。年蒸汽消耗總量為：每噸成品啤酒耗蒸汽（對糖化）：每晝夜耗蒸汽量（以生產(chǎn)旺季計算）：6．3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6.1。表6.1熱量衡算表名稱規(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0.3（表壓）142.2222755.3136531.834132995第7章水衡算發(fā)酵生產(chǎn),水是必不可少的物質(zhì)對于發(fā)酵過程參與生化反應(yīng)。微生物或酶和生物催化劑必須要有水的存在,因為主要是由于蛋白質(zhì)和水短缺,不能激活酶的催化作用,微生物不會增長。通常以糖為碳源,介質(zhì)含水80%以上,大多數(shù)微生物才能發(fā)酵，正常生長和新陳代謝,所以原材料的準備，處理介質(zhì)，加熱和冷卻設(shè)備清洗等都需要大量的水可以說沒有水就沒有生物反應(yīng),發(fā)酵生產(chǎn)不能繼續(xù)。[[][10]華南工學(xué)院等．發(fā)酵工程與設(shè)備[M]．北京：輕工業(yè)出版社，1985][][10]華南工學(xué)院等．發(fā)酵工程與設(shè)備[M]．北京：輕工業(yè)出版社，1985對于發(fā)酵生產(chǎn)來說，水衡算的計算對本設(shè)計非常重要的，是必不可少的設(shè)計步驟，因為水衡與算、物料平衡、熱量平衡等工藝運算，以及設(shè)備的計算和產(chǎn)品成本、技術(shù)和經(jīng)濟的選擇密切相關(guān)7.1設(shè)計中啤酒廠用水的工藝流程示意圖本設(shè)計中啤酒廠用水工的藝示意圖如圖7.1所示圖7.1啤酒廠用水工藝流程示意圖7.2水衡算的計算過程7.2.1浸麥所消耗水衡算量的計算原料車間為浸麥槽，故水平衡將浸麥槽作為計算基準。浸麥槽中每槽的大麥體積為：23826.58浸麥后的大麥體積為：浸麥后的大麥體積為： 式中1.5為——浸漬后大麥的膨脹系數(shù)浸麥開始時則浸麥完畢后槽中的水量為：根據(jù)計算得：平均浸漬時間為六十小時，需換水七次a、每槽需要的浸漬水量——第一次浸漬用水量——最終一次浸漬消耗水量b、每槽溢流浮麥消耗的水量在浸漬過程中，溢出水排出三次，去除水面浮物，常用水量為平均水量的15%/次：c、每槽浸漬大麥共用水量式中10%——浸漬水的寬裕量d、平均每小時消耗所需水量設(shè)定浸漬時間為60h，則平均每小時耗水量為：e、如考慮同時有兩個槽用水（即另一槽換水）則用水量：f、浸漬時生產(chǎn)工段洗地用水清洗用水為，一h用盡g、發(fā)芽地板洗涮用水每天一次，每次用水，一h用盡h、其他耗水為1ti、平均耗水量 平均用水量/h為：7.2.2糖化用水根據(jù)第4章得知一次糖化用水總量為：糖化時間為1小時，故每小時用水量為：7.2.3冷卻水換算a、糖化過程中冷卻消耗用水如圖（6.1）第一次蒸煮完時將米醪降溫至中間溫度假設(shè)冷卻器流體溫度變化如下：米醪100℃→85.75℃自來水50℃←18℃則=設(shè)冷卻時間為1小時,則每小時冷卻水的量為:b、回旋沉淀的槽冷卻用水設(shè)回旋沉淀槽內(nèi)流體溫度變化如下：熱麥汁的溫度變化:冷卻水的溫度變化：查本設(shè)計第6章可得知：；c;所以=250660.49kg式中——蒸煮后麥汁的量——麥汁的比熱容——水的比熱容設(shè)冷卻時間為1小時，則冷卻用水量為：c、薄板冷卻器冷卻消耗所用水量薄板換熱器溫度變化如下：麥汁的溫度變化：冷卻水的溫度變化：所以薄板冷卻器耗水用量為：設(shè)冷卻時間為1.5h，薄板冷卻器每小時冷卻水消耗用量如下：7.2.4設(shè)備和車間管道清洗耗水量a、糖化階段洗糟耗水量原料約用水量450kg/100kg，根據(jù)糖化一次所需原料為31773.80kg則耗水量為：設(shè)洗糟時間為1.5小時，則每小時洗糟用水量為：b、糖化室清洗消耗用水量一般糖化室和設(shè)備每糖化用水為10t/次，用水時間為2h，故c、回旋沉淀槽清洗消耗用水清洗用水4t/次，沖洗時間：0.5h，則每小時耗水量為:d、薄板冷卻器清洗用水消耗量設(shè)每清洗用水為5噸/次，用水時間為：0.5小時，則每小時最大用水量為：e、酵母洗滌耗水量酵母泥日產(chǎn)最高產(chǎn)量約三千千克。酵母貯存期間，每天換水一次，新收集的酵母清洗4次。每次的用水量是酵母的兩倍：設(shè)用水時間為1小時，故最大需水量為：f、發(fā)酵室清洗消耗用水量每天用10噸水清洗兩個發(fā)酵罐，并用5噸水清洗地面：設(shè)清洗時間為1.5小時，則每小時用水量為：g、貯酒室清洗消耗用水量每天用4噸水清洗一個儲罐，3噸水用于沖洗管道和地板。清洗時間為1小時，所以每小時用水量為：h、清酒罐清洗消耗用水量每天清洗8個清酒罐，用15噸水清洗一次，用時40分鐘：i、過濾機耗水量有5個過濾器，每個過濾器使用3噸水。過濾時間為1.5小時，每小時過濾體積為：7.2.5其他消耗用水量其他水包括洗鮮啤酒桶、洗水瓶機、洗水瓶機、瓶裝水灌裝機、瓶裝水消毒機、水洗地板、水洗管道等，每班50噸。如用水時間為2小時，則每小時用水量為：7.2.6總用水量全廠每天用水量為：全廠年耗水量為：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：QUOTE7.3年產(chǎn)24萬噸15°啤酒廠用水衡算表由以上計算結(jié)果可得啤酒廠水衡算見表7-1。表7-1年產(chǎn)24萬噸啤酒廠用水量衡算表名稱規(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28.59952.9422870.566861168第8章發(fā)酵車間的耗冷計算考慮到工廠特殊工段需要低溫條件所以在此進行耗冷運算。比如發(fā)酵過程中需要的溫度能夠達到零下有的也需要從高溫調(diào)節(jié)到低溫。以及工藝流段中需要的添加劑和微生物，都只能在低溫環(huán)境下進行反應(yīng)。不管是發(fā)酵還是生物提取都需要保證在較低的溫度下進行。通過對耗冷量計算，結(jié)合降低溫度過程的要求，選擇制冷系統(tǒng)的型號和制冷機的型號和規(guī)格，完成制冷系統(tǒng)的設(shè)計。8.1發(fā)酵工藝流程示意圖本次設(shè)計糖化車間的耗冷工藝流程見圖8.1圖8-1糖化車間耗冷工藝流程圖8.2年產(chǎn)24萬噸15°啤酒發(fā)酵車間耗冷量計算8.2.1工藝技術(shù)指標以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計4鍋麥汁導(dǎo)入1個錐形發(fā)酵罐中；15°啤酒麥汁比熱容為：水的比熱容冷媒用15%酒精溶液，比熱容可視作麥芽糖厭氧發(fā)酵熱麥汁的發(fā)酵程度達到：60%。根據(jù)發(fā)酵車間冷卻消耗的性質(zhì)，可分為過程冷卻消耗和非過程冷卻消耗兩大類：8.2.2生產(chǎn)工藝的耗冷量a、麥汁冷卻的耗冷量近年來，常用的冷卻方法是串聯(lián)逆流冷卻法。冷卻介質(zhì)為2℃的冷水出口溫度為85℃。從糖化車間出來的熱麥芽汁溫度為94℃，冷卻到發(fā)酵起始溫度6℃據(jù)表5.4啤酒廠糖化車間物料平衡衡算表，可知糖化一次得熱麥汁體積為168655.98L，相應(yīng)的麥汁密度為1043kg/m3故麥汁量為：又因為麥汁的比熱容為該工段要求在1h內(nèi)完成冷卻過程，則所消耗冷量為：式中和——分別為麥汁前后的溫度（℃）——冷卻操作過程時間（ｈ）根據(jù)設(shè)計結(jié)果，每個錐形發(fā)酵罐裝4鍋麥汁，則麥汁每罐耗冷量為：相應(yīng)的冷凍介質(zhì)（2℃的冷凍水）用量為：式中、——分別為冷凍水的初溫、終溫（℃）——水的比熱容為：b、發(fā)酵耗冷量(1）發(fā)酵期間發(fā)酵放熱假定麥汁固形物均為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵放熱量為613.6kJ/kg，設(shè)發(fā)酵度為60%，則1L麥汁放熱量為：13%-麥汁中麥芽糖量由物料衡算表可得，每鍋冷麥汁體積為121817.15L，則每錐形罐發(fā)酵放熱為：由于設(shè)定主要發(fā)酵時間為6天，加上6鍋麥汁每天糖化，并考慮發(fā)酵放熱的不平衡，故將系數(shù)設(shè)為1.5。如果忽略麥芽汁主要發(fā)酵期的溫度，則發(fā)酵峰值的冷卻消耗為：(2）發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷主發(fā)酵后階段，發(fā)酵液從6℃慢慢降至-1℃，每天單罐降溫耗冷量為：工藝要求在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝1.5個錐形罐）(3）發(fā)酵總耗冷量Q2(4）每罐發(fā)酵耗冷量Q0c、酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量在錐形罐發(fā)酵過程中,主發(fā)酵結(jié)束時放電部分酵母,反復(fù)清洗后激活新麥芽汁發(fā)酵,一般可重用的5~7次,濕的麥芽汁添加量是1.0%,酵母和使用無菌水清洗,清洗無菌水2倍，酵母無菌水溫度為30℃,冷卻介質(zhì)為-8℃酒精液。由上述條件得無菌水用量為：QUOTE式中121817.15——糖化一次冷麥汁的量（kg）每班無菌水的量為：假定無菌水操作在2小時內(nèi)完成，則無菌水冷卻耗冷量為：d、年產(chǎn)240000t啤酒廠酵母耗冷量為：根據(jù)工藝設(shè)計每月進行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為12天，即288小時。對應(yīng)的耗冷量為e、發(fā)酵車間總耗冷量為8.2.3非工藝耗冷量除上述發(fā)酵工藝技術(shù)的冷卻能力外，發(fā)酵罐的外墻運行機械維護結(jié)構(gòu)和管道也會消耗或耗散冷卻能力，構(gòu)成所謂的非過程冷卻能力，現(xiàn)分別介紹。露天錐形罐的冷量散失錐形罐和啤酒發(fā)酵幾乎總是把發(fā)酵罐放在露天。由傳熱引起的冷卻損失和由太陽輻射引起的傳熱通常由經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到，年產(chǎn)24萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷散失在。取最高耗冷量，所以單日耗冷量為：QUOTE式中—旺季啤酒單日產(chǎn)量150.801—糖化一次生成啤酒產(chǎn)量（m3）1.061—啤酒密度6—每天糖化的次數(shù)如果白天的制冷峰值是平均每小時制冷的2倍，則制冷峰值為：b、清酒罐、過濾機及管道等散失冷量Q6根據(jù)經(jīng)驗取8.3年產(chǎn)24萬噸15°啤酒發(fā)酵車間耗冷量衡算表由上可知發(fā)酵車間耗冷量的衡算表，見表8.1。表8.1200000t/a啤酒廠發(fā)酵車間耗冷量衡算表耗冷分類耗冷項目每小時耗冷量（kJ/h）年耗冷量（kJ）工藝耗冷量麥汁冷卻Q166579067.14.807QUOTEQUOTE×1011發(fā)酵耗冷Q2337496.22.430QUOTEQUOTE×109無菌水冷卻Q3295333.742.126QUOTEQUOTE×109酵母培養(yǎng)耗冷Q42407681.734QUOTEQUOTE×108工藝總耗冷Qt674526654.857QUOTEQUOTE×1011非工藝耗冷量錐形罐冷卻損失Q54479996.113.226QUOTEQUOTEQUOTE×1010管道耗冷Q68094319.85.828QUOTEQUOTE×1010非工藝總耗冷Qnt8420391.956.063QUOTEQUOTE×1010合計總耗冷量155833333.31.122QUOTEQUOTE×1012第9章設(shè)備的選型與計算設(shè)備的分類大致分為三種：專業(yè)設(shè)備，一般設(shè)備，非標準設(shè)備，為了滿足工藝設(shè)計的完整及合理性對糖化鍋和發(fā)酵罐以及其換熱器進行選型計算。根據(jù)三算數(shù)據(jù)以及設(shè)備布局在本章節(jié)對相關(guān)設(shè)備進行合理化的設(shè)計，其中對設(shè)備型號，繪圖，尺寸等數(shù)