* 发酵工程课程设计 *
啤酒厂糖化车间设备计算书
学生姓名： 罗忠 学 号： 1004011106
专 业： 生物工程 班 级： 10411
成 绩：
指导教师： 杨立，龚乃超，朱文婷
设计时间：2012年 06月21日至2012年 06月 25日
环境与生命科学系
第一章 绪论 ..................................................................................................................................... 3
1.1发酵工程课程设计的目的、要求和内容 ........................................................................ 3
1.1.1 设计能力 ............................................................................................................... 3 1.1.2 发酵工程课程设计的基本内容 ........................................................................... 3 1.1.3 发酵工程课程设计的设计任务要求 ................................................................... 3 1.2 单元过程及设备设计的基本原则与基本过程 ............................................................... 4
1.2.1 单元过程及设备设计的基本原则 ....................................................................... 4 1.2.2 单元过程及设备设计的基本内容和过程 ........................................................... 5 1.3 生产工艺流程设计 ........................................................................................................... 6
1.3.1工艺流程图中常见的图形符号 ............................................................................ 6 1.3.2工艺流程设计 ................................................................................................................ 8 第二章 设备设计方案 ................................................................................................................... 10
2.1设备的分类与设计步骤 .................................................................................................. 10
2.1.1 设备的分类 ......................................................................................................... 10 2.1.2 设备设计步骤 ..................................................................................................... 10 2.2 设备工艺设计 ................................................................................................................. 10
2.2.1设备工艺设计方案的确定 .................................................................................. 10 2.2.2 所选型号设备的工艺计算 ................................................................................. 10 2.2.3 设备结构设计 ..................................................................................................... 10
第三章 实例设计 ........................................................................................................................... 11
3.1 设计产品种类及方案 ..................................................................................................... 11
3.1.1 产品方案 ........................................................................................................... 11 3.1.2 原料麦芽质量标准 ........................................................................................... 11 3.1.5 糖化设备 ........................................................................................................... 12 3.1.4.7 工艺条件的确定 ............................................................................................. 12 3.2 工艺计算 ....................................................................................................................... 13
3.2.1 年产2.5万吨啤酒厂物料衡算 ......................................................................... 13 3.2.2 糖化车间热量衡算 ........................................................................................... 16 3.2.3 麦汁冷却耗冷量的计算 ..................................................................................... 21 3.2.4 糖化车间耗水量计算 ....................................................................................... 22 3.2.5 糖化车间耗电量的计算 ..................................................................................... 23 糖化锅 ............................................................................................................................. 23
第一章 绪论
1.1发酵工程课程设计的目的、要求和内容
发酵工程课程是由发酵工程理论、发酵工程实验以及发酵工程课程设计三个教学环节组成，该课程是普通高等学校生物工程及相关专业的专业课。发酵工程课程设计是学生学过基础课程及发酵工程理论与实验后，进一步学习发酵工程设计的基础知识，培养设计能力的重要教学环节。通过该环节的实践，可使学生初步掌握发酵工程单元操作设计的基本程序与方法，得到设计能力的基本锻炼。发酵工程课程设计是以实际训练为主的课程，设计前，学生应在认识实习及生产实习中到工厂了解设备结构，收集设计数据，而后在老师指导下完成一定的设备设计任务，以达到培养设计能力的目的。 1.1.1 设计能力
1. 决策能力
能正确评价各类发酵装置或设备的优缺点，进行方案比较，从而选择合理的操作条件、设备型号和工艺流程等。
2. 计算能力
能正确获取实际操作数据和文献数据，会运用手册、规范和基础理论，正确进行发酵工艺计算，并且掌握典型发酵设备的设计计算方法。能运用计算机进行上述计算。
3. 结构设计与绘图能力
能根据生产实际与文献资料，4设计合理的设备结构，并运用机械制图技能，使用计算机绘制出合乎工程要求的发酵设备图纸。 1.1.2 发酵工程课程设计的基本内容
发酵设计概论包括设计内容和步骤，设计项目和技术经济评价基础知识。 发酵单元设备设计
⑴ 方案设计（流程设计、设备型号评比与选择，操作条件确定等）； ⑵ 物料衡算与热量衡算； ⑶ 主要设备工艺计算； ⑷ 辅助设备的选择；
⑸ 主要设备结构设计与核算； ⑹ 其他（选作研究提高课题）。
制图包括工艺流程图、主要设备图。编写设计说明书，为培养学生运用计算机的能力。 1.1.3 发酵工程课程设计的设计任务要求
发酵工程课程设计的设计任务要求每一学生作设计说明书一份、图纸两张。各部分的具体要求如下：
设计说明书内容与顺序
⑴ 标题页：用粗体字写明设计题目； ⑵ 设计任务书；
⑶ 说明书目录；
⑷ 绪论：设计任务的意义，设计方案简介，设计结果简述； ⑸ 装置工艺流程图及其说明；
⑹ 装置的工艺计算：物料与热量衡算，主要设备尺寸计算； ⑺ 辅助设备的选择：机泵规格，换热器类型与换热面积等； ⑻ 设计结果一览表；
⑼ 结束语：对本设计的总结、收获、改进和建议等； ⑽ 文献一览表；
⑾ 附图（带控制点的工艺流程图、主要设备图）； ⑿ 主要符号说明。
说明书必须书写工整、图文清晰。说明书中所有公式必须写明编号，所有符号必须注明意义和单位。
设计图纸要求： ⑴流程图
本设计要求画“生产装置工艺流程图”一张，图纸的大小喂A2（594mm×420mm）。本图应表示出装置或单元设备中所有的设备和仪器，以线条和箭头表示物料流向。
设备以细实线画出外形，并简略表示内部结构特征，大致表明各个设备的相对位置。设备的位号、名称注在相应设备图形的上方或下方，或以引线引出设备编号，在专栏中注明各个设备的位号、名称等。管道以粗实线表示，物料流向以箭头表示（流向习惯从左向右）。辅助物料（冷却水、叫热蒸汽等）的管线以较细的线条表示。
⑵设备图
本设计要求画主要设备图一张，表示其结构形状，尺寸（表示设备特性的尺寸）。设备图基本内容有：
① 视图：一般用主视图、剖面图或俯视图表示设备主要结构形状；
② 尺寸：图上应注明设备直径、高度以及表示设备总体大小和规格的尺寸； ③ 技术特性表：列出设备操作压力、温度、物料名称、设备特性等；
④ 管口表：设备上所有接口应编号，管口表中列出管口编号、名称、公称直径、公称压力等。
图纸要求：投影正确、布置恰当、线型规范、字迹工整。
1.2 单元过程及设备设计的基本原则与基本过程
任何工艺过程都是由不同的单元过程与单元设备按照一定的要求组合而成的一个进与出的过程，从工艺角度来说对工艺过程的每个环节与总的流程都有进口和出口，而从设备来说也必须有一个或多个进口与出口，因而，单位过程及单元设备设计是整个发酵过程和设备设计的核心和基础，并贯穿于设计过程的始终，从这个意义上说，作为发酵工程类及其相关专业的本科生能够熟练地掌握常用的单位过程及设备的设计过程和方法，无疑是十分重要的。
1.2.1 单元过程及设备设计的基本原则
工程设计是一项政策性很强的工作，要求工程设计人员必须严格地遵守国家的有关方针政策和法律法规以及有关的行业规范，特别是国家的工业经济法规、环境保护法规和安全法规。由于设计本身是一个多目标优化的问题，对于同一个问题可能有多种解决方案，设计者需要在互相矛盾的因素中进行判断和选择，做出科学合理的决策。一般应遵守如下基本原则：
⑴技术的先进性和可靠性 工程设计工作，既是一种创造性劳动，也是一种特别需要严谨、科学的工作态度的工作，需要设计人员具有较强的创新意识和创新精神，具有丰富的技术知识和实践经验，掌握先进的设计工具和手段，尽量采用当前的先进技术，提高生产装备的技术水平，使其具有较强的竞争能力。另一方面，应该实事求是，结合实际，对所采用的新技术，要进行充分的论证，以保证设计的可靠性、科学性。
⑵过程的经济行
获取最大的经济利润是生产者追求的目标，生产设备的设计者也应该以生产者较少的投资获取最大的经济利润为目标，在各种方案的分析对比过程中，其经济技术指标评价 是最重要的决策因素之一。
⑶过程的安全性 使用或产生高温、高热以及高压是发酵工业中常见现象，在设计过程中要充分考虑到各个生产环节可能出现的各种危险，并选择能够采用有效措施以防止发生危险的设计方案，以确保生产人员的健康和人身安全。
⑷过程的可操作性和可控制性
系统的课操作性和可控制性是发酵设备设计中应该考虑的重要问题，能够进行稳定可靠地操作，从而满足正常的生产需要是对发酵设备的基本要求。另外，还应能够适应生产符合以及操作参数在一定范围内的波动。
1.2.2 单元过程及设备设计的基本内容和过程
单元过程及设备设计的内容主要包括单元过程的方案和流程设计、操作参数的选择、单元设备工艺设计或选型、过程设备的机械结构设计、编制设计技术文件。单元过程和设备设计的基本过程如下：
⑴过程的方案设计
过程的方案设计就是选择合适的生产方法和确定原则流程。在方案的选择过程中，应充分体现前述的基本原则，以系统工程的观点和方法，从众多的可用方案中，筛选出最理想的原则工艺流程。单元过程的方案设计虽然是比较原则的工作，但却是最重要的基础设计工作，将对整个单元过程及设备设计起决定性的影响。该项设计应以系统整体优化的思想，从过程的全系统出发，将各个单元过程视为整个过程的子系统，进行过程合成，使全系统达到结构优化。在这样的思想指导下，选择单元过程的实施方案和原则历程。因而，在一般情况下，单元过程方案和流程设计，较强地受整个过程的结构优化的约束，甚至由全过程的结构决定。
⑵工艺流程设计
工艺流程设计的主要任务是依据单元过程的生产目的，确定单位设备的组合方式。工艺流程设计应在满足生产要求的前提下，充分利用过程的能量集成技术，提高过程的能量利用率，最大限度地降低过程的能量消耗，降低生产成本，以提高产品的市场竞争力。另外，应结合工艺过程设计出合适的控制方案，使系统能够安全稳定生产。
⑶单元过程模拟计算
单元过程模拟计算的主要任务是依据给定的单位过程工艺流程，进行必要的过程计算，包括进行过程的物料平衡和热量平衡的计算，确定过程的操作参数和单元设备的操作参数，为单元设备的工艺设计提供设计依据。进行该项工作，常涉及到单元过程参数的选择，应对单元过程进行分析使单元过程达到参数优化，同事也应进行主要单元设备的工艺设计和选型，在此基础上，进行单元过程的综合评价，不断地进行优化、选择，只到达到优化目标，实现单元过程的参数优化。
⑷单元设备的工艺设计
单元设备的工艺设计就是从满足过程工艺要求的需要出发，通过对单元设备进行工艺计算，确定单元设备的工艺尺寸，为进行单元设备的详细设计或选项提供依据。此项工作也应同过程的模拟计算结合起来，同样存在参数优化的问题，需要进行多方案对比才能选择出较为理想的方案。
⑸绘制单元过程的工艺流程图 一般情况下，发酵装置的工艺流程图是按单元过程顺序安排的，单元过程的工艺流程是作为全装置流程的一部分出现在全装置流程图中，因而，单元过程工艺流程图是绘制全装置流程图的基础。
⑹工艺设计的技术文件
单元过程的工艺设计技术文件主要包括单元过程流程图，工艺流程说明，工艺设计计算说明，单元设备的工艺计算说明书及单元设备的工艺条件图。
⑺详细设计
按照工艺条件的要求，进行工程建设所需要的全部施工图设计，编制出所有的技术文件。单元过程设备的机械结构设计的工作内容主要集中于工程设计的详细设计阶段，其设计任务是在单元设备的工艺设计完成后，依据设备的工艺要求，进行设备的施工图设计。
1.3 生产工艺流程设计
化工生产工艺流程设计是所有化工装置设计中最先着手的工作，由浅入深、由定件到定量逐步分阶段依次进行，而且它贯穿于设计的整个过程。工艺流程设计的目的是在确定生产方法之后，以流程图的形式表示由原料到成品的整个生产过程中物料被加工的顺序以及各股物料的流向，同时表示出生产中所采用的化学反应、单元操作及设备之间的联系，据此可进一步制定管道流程和计量----控制流程。它是发酵过程技术经济评价的依据。 1.3.1工艺流程图中常见的图形符号
1.工艺流程图中管件、阀门的图形符号
2. 仪表参量代号、仪表功能代号和仪表图形符号 ⑴. 仪表参量代号
⑵. 仪表功能代号
⑶. 仪表图形符号
3. 流程图中的物料代号
1.3.2工艺流程设计
按照设计阶段的不同，先后设计方框流程图工艺流程草图、工艺物料流程图、带控制点的工艺流程图。后者列入施工图设计阶段的设计文件中。
1.方框流程图和生产工艺流程草图
为便于进行物料衡算、能量衡算及有关设备的工艺计算，在设计的最初阶段，首先要绘
制方框流程图，定性地标出物料由原料转化为产品的过程、流向以及所采用的各种处理过程及设备。
工艺流程草(简)图是一个半图解式的工艺流程图，为方框流程图的一种变体或深入，带有示意的性质，仅供工艺计算时使用，不列入设计文件。
2.工艺物料流程图
在完成物料计算后便可绘制工艺物料流程图，它是以图形与表格相结合的形式来表达物料计算结果，使设计流程定量化，为初步设计阶段的主要设计成品，其作用如下：①作为下一步设计的依据；②为接受审查提供资料：③可供日后操作参考。物料流程图中的设备应采用标淮规定的设备图形符号表示，不必严格按比例绘制，但图上需标注设备的位号及名称。设备位号的第一行字母是设备代号，其后是设备编号，一般由三位数字组成，第1位数字足设备所在的工段(或车间)代号，第2、3位数字是设备的顺序编号。例如没备位号T218表尔第二车间(或工段)的第18号塔器。物料流程图中需附上物料平衡表，包括物料代号、物料名称、组成、流量(质量流量和摩尔流邀)等：有时还列出物料的某些参数．如温度、密度、压力、状态、来源或去向等。
3带控制点的工艺流程图
在设备设计结束、控制方案确定之后，便可绘制带控制点的工艺流程图(此后，在进行车间布置的设计过程中，可能会对流程图作一些修改)。图中应包括如下内容。
⑴物料流程 物料流程包括
①设备示意图，其大致依设备外形尺寸比例画出，表明设备的主要管口，适当考虑设备合理的相对位置；
②设备流程号
③物料及动力(水、汽、真空、压缩机等)管线及流向箭头； ④管线上的主要阀门、设备及管道的必要附件；
⑤必要的计量、控制仪表，如流量计、液位计、压力表、真空表及其他测量仪表等； ⑥简要的文字注释，如冷却水、加热蒸汽来源、热水及半成品去向等。 ⑵图例
图例是将物料流程图中画的有关管线、阀门、设备附件、计量----控制仪表等图形用文字予以说明。
⑶图签
图签是写出图名、设计单位、设计人员、制图人员、审核人员(签名)、图纸比例尺、图号等项内容的一份表格，其位置在流程图的右下角，带控制点的工艺流程图一般是出工艺专业和白控专业人员合作绘制出来的。作为课程设计只要求能标绘出测量点位置即可。
第二章 设备设计方案
2.1设备的分类与设计步骤
2.1.1 设备的分类
通过查资料，了解所设计设备的分类情况。并且按照不同的分类，阐述分析不同种类的设备特点，为后续选型阶段的设计，提供数据理论支持。 2.1.2 设备设计步骤
⑴ 根据任务要求，确定设计方案； ⑵ 进行工艺计算；
⑶ 选择合适的结构方案，进行结构设计； ⑷ 进行流体阻力核算；
⑸ 绘制流程图及设备图纸，写说明书。
2.2 设备工艺设计
2.2.1设备工艺设计方案的确定
1. 设备型式的选择
根据不同的设备种类的特点，分析比较每种设备的优缺点，简单叙述每种类型设备的工作原理和适用范围。通过计算，筛选不同类型的设备，最终从经济性、实用性以及可操作性等方面综合评价，确定所选设备。
2. 设备设计与选型的原则 ⑴ 满足规定的工艺条件 ⑵ 确保安全可靠
⑶ 安装操作及维修的方便 ⑷ 经济合理
⑸ 尽可能采用标准系列 2.2.2 所选型号设备的工艺计算
通过2.2.1步骤的选择，对已选中的设备进行先关参数计算，包括容积、体积尺寸、壁厚以及加热面积等。 2.2.3 设备结构设计
此部分包括管束及壳程分程、管道布置、管道与管板的连接、管板与壳体的连接等。
第三章 实例设计
3.1 设计产品种类及方案
3.1.1 产品方案
3.1.1.1 种类
本产品为14度浅色麦汁，为保证啤酒发酵的正常进行，得到优质的啤酒，对麦芽提出的要求是：浸出物收得高，麦汁澄清透明，麦汁组成符合要求。 3.1.1.2 生产啤酒结构
本地区气温变化较大，全年生产天数定为302天，其中5，4.7，7，8，9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152天和150天，全年总糖化次数为1512次。
3.1.2 原料麦芽质量标准
3.2.1.1 感观
（1） 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，受霉菌侵蚀的大麦则呈灰色或微蓝色。
（2） 气味 良好大麦具有新鲜稻草香味，受潮发霉的则有霉臭味。 （3） 谷皮 优良大麦皮厚。有细密纹道，厚皮大麦则纹道粗糙。
（4） 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。 （5） 夹杂物 杂谷粒和砂土等应在2%以下 3.2.1.2 物理检验
（1） 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。
（2） 麦粒均匀度 按国际通用标准，麦粒腹径可分为2.8，2.5，2.2mm三级。2.5mm以上麦粒占85%者属一级大麦，2.5-2.8mm，者为二级，2.2mm以下为次级大麦，用作饲料。 （3） 胚乳性质 胚乳断面可分为粉状、玻璃质和半玻璃质三种状态。优良大麦粉状粒为80%以上。
3.2.1.3 化学检验
（1） 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。
（2） 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，成品啤酒易混浊。
（3） 浸出物 间接衡量淀粉含量的方法，一般为72%-80%（干物质）[2]。 3.1.3 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，但从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味也越好。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，泡性特好。
大米的相对密度高为1.40，容重为790-830kg/m3，千粒重为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[2]。
3.1.4 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，兑醪后温度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-淀粉酶伟液化剂则升温至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。
将从糖化锅取出来的部分醪液加热至沸；送回糖化锅兑醪。 3.1.5 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。
（2） 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。 （3） 麦芽汁煮沸锅
麦汁煮沸锅有称煮沸锅，或称浓缩锅，用于麦汁的煮沸和浓缩，把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。 （4） 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2种设备，即有平底筛的过滤槽和板框过滤槽。 3.1.4.7 工艺条件的确定
3.1.4.7.1 糊化、糖化
（1） 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。
（2） 辅料添加方式：磷酸、甲醛下料至一半时加入，石膏在投料结束是结束。
（3） 合醪方式：糊化完全后一次性倒入糖化锅中。 3.1.4.7.2 过滤
（1） 洗糟水温： 76—78℃
（2） 头号麦汁浓度： 14—16°P （3） 洗糟次数：3次
（4） 洗糟残糖：1.2—1.8°P （5） 过滤时间：≤2小时 3.1.4.7.3 煮沸
（1） 初沸麦汁浓度：10—11°P （2） 定型麦汁浓度：13—14°P （3） 煮沸时间：55—65min （4） 煮沸强度：≥7%
（5） 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CO2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。 3.1.4.7.4 回旋、沉淀、急冷 （1） 回旋时间：<20min （2） 沉淀时间：30min （3） 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℃） （4） 急冷时间：50—70min。
3.2 工艺计算
3.2.1 年产2.5万吨啤酒厂物料衡算
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（糖化糟和酒花糟）等。
3.2.2.1工艺技术指标及基础数据
表3-1 啤酒生产基础数据
项 目 名 称 百分比（%） 原料利用率 98.5 定额指标 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 93 原料配比
啤酒损失率 （对热麦汁）
麦 芽 90 大 米 10 冷却损失 4 发酵损失 1 过滤损失 1.5 装瓶损失 2.0 总 损 失 8.5
根据表3-1的基础数据，首先进行100kg原料生产14°淡色啤酒的物料计算，然后进行100L14°淡色啤酒的物料衡算，最后进行25000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
3.2.1.2 100kg原料（90%麦芽，10%大米）生产14°淡色啤酒的物料衡算 （1） 热麦汁量 据表1-1可得到原料收率分别为： 麦芽收率为： 0.8×（100－5）÷100=76%
大米收率为： 0.93×（100－12）÷100=81.84% 混合原料收得率为：
（0.90×76%+0.10×81.84%）×98.5=75.43（75.435）%
由上述可得100kg混合原料可制得的14°热麦汁量为：
（75.44÷14）×100=538.86（kg）
又知14°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：
（538.86÷1.056）×1.04=530.70（L）
（2） 冷麦汁量为： 530.70×（1－0.04）=509.47（L） （3） 发酵液量为： 509.47×（1－0.01）=504.38（L） （4） 过滤酒量为： 504.38×（1－0.015）=496.81（L） （5） 成品啤酒量为： 496.81×（1－0.02）=486.87（L） 3.2.1.3 生产100L14°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14°成品啤酒486.87L，故可得出下述结果：
（1） 生产100L14°淡色啤酒需耗混合原料量为：
（100/486.87）×100=20.54（kg）
（2） 麦芽耗用量为： 20.54×90%=18.49（kg） （3） 大米耗用量为： 20.54×10%=2.05（kg）
（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×（530.70/486.87）×100×0.2%=0.23（kg）
（5） 热麦汁量为： （530.70/486.87）×100=109.00（L） （4.7） 冷麦汁量为： （509.47/486.87）×100=104.64（L） （7） 湿糖化糟量 设排出的湿麦糟水分含量为84%，则湿度糟量为：
[（1－0.05）（100－80）/（100－84）]×18.49=21.96（kg）
而湿大米糟量为：
[（1－0.12）（100－93）/（100－84）]×2.05=0.79（kg）
故湿糖化糟量为：
21.96+0.79=22.75（kg）
（8） 酒花糟量 设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含 量为80%，则酒花糟量为：
[（100－40）/（100－80）]×0.230=0.69（kg）
（9） 发酵液量：
（504.38/486.87）×100=103.60(L)
(10) 过滤酒量：
（496.81/486.875）×100=102.04(L) （11） 成品酒量:
(486.875/486.87) ×100=100(L) 3.2.1.4 每次糖化投料量及其他项目的物料平衡。
设每天糖化4次，，每年工作日为310天，则每年的糖化次数为1240次，且14°淡色
3
啤酒的密度为1048kg/m，。
每次糖化可生产的成品啤酒为：
(25000×1000/1512)÷1048×1000=19237.87(L) 这相当于19237.87÷100＝192.3787个单位的100L14°淡色啤酒 由100L14°淡色啤酒的物料衡算算出糖化一次定额量为： （1） 混合原料：192.3787×20.54＝3951.46（kg） （2） 麦芽耗用量：192.3787×18.49＝3557.08（kg） （3） 大米耗用量：192.3787×2.05＝394.38（kg） （4） 热麦汁量：192.3787×109.00＝20969.28（L） （5） 冷麦汁量：192.3787×104.64＝20130.51（L） （6） 酒花耗用量：192.3787×0.23＝44.25（kg）
（7） 湿糖化糟的量：192.3787×22.75＝4376.62（kg） （8） 湿酒花的量：192.3787×0.69＝132.74（kg） （9） 发酵液的量：192.3787×103.60＝19928.51（L） （10） 过滤酒量： 192.3787×102.04＝19630.32（L） （11） 成品酒量：192.3787×100＝19237.87（L）
3.2.1.5 由上可得19000t/a啤酒生产糖化投料及其他项目的物料计算
6
（1） 混合原料： 3591.46×1240=4.90×10（kg）
6
（2） 麦芽耗用量为： 3557.08×1240=4.41×10（kg）
5
（3） 大米耗用量为： 394.38×1240=4.89×10（kg）
4
（4） 酒花耗用量为： 44.25×1240=5.487×10（kg）
7
（5） 热麦汁量为： 20969.28×1240=2.60×10（L）
7
（6） 冷麦汁量为： 20130.51×1240=2.496×10（L）
（7） 湿糖化糟量为： 4376.62×1240=5.427×10（kg）
5
（8） 湿酒花糟量为： 132.74×1240=1.646×10（kg）
7
（9） 发酵液量为： 19928.51×1240=2.47×10（L）
7
（10） 过滤酒量为： 19630.32×1240=2.434×10（L）
7
（11） 成品啤酒量为： 19337.87×1240=2.385×10（L）
4
（12） 实际年生产啤酒：2.385×10×1048=25000.0（T）（24994.8）
把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，如表3-2所示。
表3-2 啤酒厂糖化车间物料衡算表
物料名称 混合原料 大麦 大米 酒花 热麦汁 冷麦汁 湿糖化糟 湿酒花糟 发酵液 过滤酒 成品啤酒 单位 Kg Kg Kg Kg L L Kg Kg L L L 对100kg混合原料 100 90 10 1.12 530.70 509.47 110.75 3.36 504.38 496.81 486.87 36
100L12度淡色啤酒 20.54 18.49 2.05 0.23 109.00 104.64 22.75 0.69 103.60 102.04 100.00 糖化一次定额量 3591.46 3557.08 394.38 44.25 20969.28 20130.51 4376.62 132.74 19928.51 19630.32 19237.87 19000t/a啤酒生产 4.90×10
6
4.41×10
5
4.89×10
4
5.487×10
7
2.60×10
7
2.496×10
6
5.427×10
5
1.646×10
7
2.47×10
7
2.434×10
7
2.385×10 6
备注：14度淡色啤酒的密度为1048kg/m
3.2.2 糖化车间热量衡算
设计生产14°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3-1，其中的投料量为糖化一次的用料量。
糊化锅 自来水，18℃ 糖化锅 大米大米粉32 料水比1：5.0 料水比1：4.0. 大米粉394.38kg 麦芽粉3557.08kg 麦芽粉65.3kg 热水，50℃ t0（℃）20min 46.7℃，60min 13min 10min 70℃ t（℃） 63℃，60min 12min 冷却 7min 90℃,20min 100℃,40min 70℃，25min 20min 过滤 糖化结束 78℃ 100℃，10min 麦糟 90min 麦汁 煮沸锅 回旋 薄板 冷麦汁
煮沸强度 沉淀槽 冷却器
酒花 10% 去发酵
酒花糟 冷凝固物 热凝固物
[1]
图3-1 啤酒厂糖化工艺流程示意图
以下对糖化过程各步操作的热量分别进行计算： 3.2.2.1 糖化用水耗热量Q1
根据糖化工艺，糖化锅用水量：
G1＝3557.08×4.0＝14228.32（kg）
糊化锅用水量：
G2＝394.38×5.0＝1971.9（kg）
则总用水量为：
G总＝G1＋G2＝14228.32＋1971.9＝16200.22（kg）
糖化醪的量为：
G麦醪＝G麦＋G1＝3557.08+14228.32＝17785.4（kg） 糊化醪的量为：
G米醪＝G米＋G2＝394.38+1971.9＝2366.28（kg）
自来水平均温度取t1=18℃，而糖化配料用水温度t2=50℃，故耗热量为： Q1=（G1+G2）cw（t2－t1）
=（14228.32＋5868.3）×4.18×32=2166941.427（kJ） 3.2.2.2 第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程可知，
//////
Q2=Q2+Q2+Q2 （2-1）
/
（1） 糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热Q2
/
Q2=G米醪c米醪（100－t0） （2-2） ① 计算米醪的比热容c米醪根据经验公式c谷物=0.01[（100-W）c0+4.18W]进行 计算。式中W为含水百分率；c0为绝对谷物比热容，取c0=1.55kJ/（kg·K）
c麦芽=0.01[（100－5）1.55+4.18×5]=1.68[KJ/（kg·K）] c大米=0.01[（100－12）1.55+4.18×12]=1.87[kJ/（kg·K）
c米醪
Gc =
G大米大米G2cwG2大米
=
394.381.871971.94.18
394.381971.9 =3.80[kJ/（kg·K）] 则根据上式推算出麦醪的比热容：
c麦醪
GcGc =
G麦芽麦芽1麦醪w
=
2217.061.688868.244.18
11085.3 =3.68[kJ/（kg·K）] 也可类推出混合醪的比热容：
c混合醪
Gc=
米醪米醪G麦醪c麦醪混合G
=
17785.43.802366.283.68
17785.42366.28 =3.69[kJ/（kg·K）]
② 米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，
Gc则 t=
大米0
大米18G2cw50米醪米醪Gc
=错误！未找到引用源。
=47.3（℃）
③ 把上述结果代回（2-2）式，得：
/
Q2=2366.28×3.8（100－47.3） =473871.23（kJ）
//
（2） 煮沸过程蒸汽带出的热量Q2
设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为： V1=G米醪×5%×40÷60 =2366.28×5%×40÷60 =78.88（kg）
故Q2=V1I=78.88×2257.2=178047.94（kJ）
式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（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－V1=2366.28－78.88=2287.4（kg）
///
（3） 热损失Q2
米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的15%，即：
//////
Q2=15%（Q2+Q2） （4） 由上述结果得：
///
Q2=1.15（Q2+Q2） =749707.05（kJ）
3.2.2.3 第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3
按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的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t0。 （1） 糖化锅中麦醪的初温t麦醪
已知麦芽粉初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：
t麦醪
//
Gc=
麦芽麦芽18G1cw50麦醪麦醪Gc
=
3557.081.681814228.321850
17785.43.68=47.1（℃）
（2） 根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：
GctGctt=
Gc混合混合混合/麦醪米醪米醪麦醪麦醪
带入数据得：
t=95（℃） [184.3（℃）]
因此温度比煮沸温度高18℃，故需加中间冷却器。考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，
（3） Q3=G混合c混合（70－63）=20072.8×3.69×7=518480.42（kg） 3.2.2.4 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4
由糖化工艺流程可知：
//////
Q4=Q4+Q4+Q4 （2-3）
/
（1） 混合醪升温至沸腾所耗热量Q4 ① 进入第二次煮沸的混合醪量为：
//
G混合=G米醪+G麦醪
=2287.4+17785.4=20072.8（kg）
② 据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二 次煮沸的混合醪量为：
[
/
G混合（7870）10070]G混合]100%=26.7%
③ 故Q4=26.7%G混合c混合（100－70）
=26.7%×20151.68×3.69×30=595621.20（kJ）
//
（2） 二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4
煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：
V2=26.7%G混合×5%×10÷60
=44.84（kg）
//
故 Q4=IV2 =2257.2×44.84=101207.18（kJ） 式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg）
///
（3） 热损失Q4 根据经验有：
//////
Q4=15%（Q4+Q4）
（4） 把上述结果代回（2-3）式得
///
Q4=1.15（Q4+Q4）
=1.15×（595621.20+101207.18） =801352.63（kJ）
3.2.2.5 洗糟水耗热量Q5
设洗糟水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为： G洗=3951.46×450÷100=17787.57（kg）
故 Q5=G洗cw（80－18）=17781.57×4.18×62=4608271.681（kg） 2.2.2.6麦汁煮沸过程耗热量Q6
//////
Q6=Q6+Q6+Q6 （2-4）
/
（1）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℃。 又 c麦汁=
3557.081.68394.381.873951.466.44.18
3951.467.4 =3.84[kJ/（kg·K）]
/
故Q6=G麦汁c麦汁（100－70）=17599.79×3.85×30=2032775.30（kJ）
//
（2） 煮沸过程蒸发耗热量Q6
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
//
故 Q6=10％×1.5× G麦汁I
=2257.2×17599.79×0.1×1.5 =5958936.9（kJ）
（3） 热损失为
//////
Q6=15%（Q6+Q6）
（4） 把上述结果代回（2-4）式可得出麦汁煮沸总耗热
///
Q6=1.15（Q6+Q6）=1.15*（2032775.30+595836.90）=3022904.03（kJ）
3.2.2.7 糖化一次总耗热量Q总
6
Q总=错误！未找到引用源。∑i=1Qi
带入数据得：
Q总=11867657.24（kJ）
3.2.2.8 糖化一次耗用蒸汽量D
使用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，I=2257.2kJ/kg，则：
D=
Q总（Ii） =
11867657.24
(2257.2561.47)95%
=7366.91（kg） 式中，i为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）； 为蒸汽的热效率，取η=95%。 3.2.2.9 糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax
在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且知煮沸时间为90min，热 效率95%，故： Qmax=
QQ61.595% =
3022904.03=2121336.16（kJ/h）
1.595% 相应的最大蒸汽耗量为： Dmax=
maxIi =
2121336.16 =1250.99（kg/h）
2257.2561.473.2.2.10 蒸汽单耗
据设计，每年糖化次数为1240次，共生产啤酒25000.0t。年耗蒸汽总量为： DT =7509.68×1240=9312003.2（kg） 每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
Ds=93120032.2÷25000.24=372.48（kg/t啤酒） 每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
Dd =7509.68×4=30038.72（kg/d）
至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成冷麦汁后才送发酵车间，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：
表3-3 19000t/a啤酒场糖化车间总热量衡算表 名称 规格（MPa） 每吨产品耗定额 每小时最大用量 每昼夜消耗量 年消耗量
（kg） （kg/h） （kg/d） （kg/a） 蒸汽 0.3（表压） 372.48 1250.99 30038.72 9312003.2 3.2.3 麦汁冷却耗冷量的计算
使用的冷却介质为2℃的冷冻水，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知，每糖化一次得热麦汁20969.28L，而相应的麦汁密度为：1.056，故麦汁量为：
G=20969.28×1.056=20969.28（kg）
又知麦汁的比热容为c麦汁=3.85[kJ/（kg·K）]，工艺要求在一小时内完成冷却过程，则耗冷量为：
Q=Gc麦汁（△t）=22143.56×3.85×（95-6） =7587490.83（kJ） 式中，△t为冷却前后的温度差（℃）
故麦汁冷却介质耗量为：
G5=
Q7587490.83= 4.18(852)（）cwt1 =21869.75（kg）
式中，△t1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=21869.75÷1=21869.75（kg/h）
式中，T为冷却过程所用的时间（h） 3.2.4 糖化车间耗水量计算
3.2.4.1 糖化用水Gw
由上述计算可知Gw=16200.22（kg）
设糖化用水的时间为0.5h，故每小时用水量为：
N1=GW/T=16200.22÷0.5=32400.44（kg/h）
3.2.4.2 洗糟用水G洗
由上述计算可知G洗= 17781.57（kg）
设洗糟用水时间为1.5h，故每小时用水量为：
N2=G洗/T=17781.57÷1.5=11854.38（kg/h）
3.2.4.3 糖化室洗刷用水G3
一般糖化室及设备每用过一次洗刷一次，设每次用水G3=6000kg，用水时间为2h，则： N3=G3/T=6000÷2=3000（kg/h） 3.2.4.4 沉淀槽洗刷用水G4
每用过一次洗刷一次，设每次用水G4=3500kg，洗刷时间为0.5h，则
N4=G4/T=3500÷0.5=7000（kg/h）
3.2.4.5 麦汁冷却用水G5
麦汁冷却用水一般分为两段，第一段用自来水将麦汁由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，冷却用水量G5= 21869.75（kg） 则： N介=G介/T=21869.75÷1=21869.75（kg/h） 3.2.4.6 麦汁冷却器洗刷用水G6
每用过一次洗刷一次，设每次用水G6=4000kg，用水时间为0.5h，则： N6=G6/T=4000÷0.5=8000（kg/h） 3.2.4.7 将上述计算结果列成糖化车间用水量衡算表
表3-4 糖化车间用水量衡算表
编号 用 水 项 目 水质要求 1 2 3 4 5 4.7
糖化用水 洗糟用水 糖化室洗刷用水 沉淀槽洗刷用水 麦汁冷却用水 冷却器洗刷水
地下水 地下水 自来水 自来水 自来水 自来水
用 水 量
最大用水量kg/h kg/次 kg/d（按旺季算） 32400.44 11854.38 3000 7000 21869.75 8000
16200.22 17781.57 6000 3500
21869.75 4000
64800.88 71126.28 36000 21000 87479 24000
3.2.5 糖化车间耗电量的计算 最大计算有效负荷P
P30=KX×Pe
取糖化锅，糊化锅，过滤槽功率平均值为15kw，泵配电机功率8kw，两个粉碎机配电机功率取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机功率1kw。 则有：Pe=15×3+8×4+15×2+10×2+2×2+1×2=133（kw） 所以，P30=133×0.6=79.8（kw） 其中，KX需要系数取0.6
[1]
所以可取P=80kw。 糖化锅
3.3.2.1 容积的计算
进入糖化锅的混合醪量为：G混合醪=G米醪+G麦醪=20072.8（kg）
3
混合醪液的密度为1064kg/m
3
∴ V有效=20072.8÷1064=18.87（m）
按有效率80%计算：
3
∴ V总=18.87÷0.8=23.6（m）
3.3.2.2 锅体的主要尺寸
一般糖化锅直径与圆柱筒体高的比为：D：H=2：1，忽略底部容积可得：
22
V总=错误！未找到引用源。（错误！未找到引用源。）H=错误！未找到引用源。×D×错
3
误！未找到引用源。×错误！未找到引用源。×D=23.6（m）
∴ D=4.0（3.92）（m） ，则 H=2.0（1.96）（m）
一般锅底升气筒的截面积为锅内料液面积的错误！未找到引用源。
2
现取错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。d=错误！
2
未找到引用源。D，∴d=0.63（m）
搅拌器的长为锅体的直径的错误！未找到引用源。， ∴ d搅拌=错误！未找到引用源。×D=2.7（m） 3.3.2.3 壁厚的计算
（1） 顶封头壁厚，标准椭圆形封头S1
S1=
PD +C t（2）P
其中，错误！未找到引用源。=1，P=1.05×工作压力=1.05×1=1.05 kg/cm，D=5000mm，t2
[б]=1400 kg/cm，C=0.5+0+0=0.5（mm）
代入数据得：
S1=2.0（mm）
（2） 计算糖化锅筒体的壁厚S2
S2=
2
PD +C t（2）P
2t2
其中，错误！未找到引用源。=1，P=1.05×2＝2.1kg/cm，D=6000mm，[б]=1400 kg/cm， C=0.5+1+0=1.5（mm） 代入数据得：
S2＝5.0（4.5）（mm） （3） 底封头壁厚
S3=
PD +C t（2）P2
t
2
其中，错误！未找到引用源。=1，P=1.05×3＝3.15 kg/cm，D=5000mm，[б]=2140 kg/cm
C=0.5+1+1=2.5（mm）
代入数据得：
S3=6.0（5.5）mm
（4） 外底封头
平底略向中心倾斜，材料为A3钢。
t
S4=KDP/{2[б]φ-P}+ C
2t2
其中 P=1.05×3=3.15kg/cm [б]=1270 kg/cm C=C1+C2+C3=0.5+1.5+0=2.0mm 因而 S4=6.97mm , 圆整到7mm。 3.3.2.4 加热面积
加热面积主要铜材料，由于加热的强度不是很大，因而只用夹套加热。 3.3.2.5 搅拌功率计算
搅拌功率采用近似叶浆式搅拌机计算:
雷诺数
Re= DNρ/ц=3.3×0.5×1064/0.02=287496
式中 ρ— 醪液密度 ц —液体相对密度 功率准数为:
22
Np=A/Re+B×[(103+1.2Re0.66 )÷103+3.2Re0.66 )]2.1×
(H/D)
(0.35+B/D)
×Sinθ
1.2
式中 D — 搅拌叶直径 B — 搅拌叶实际宽度
n — 搅拌器转速 H —液面高度 θ—搅拌器与旋转面角度
其中D/D0=2.8/4.2=0.667，B/B0=0.12/4.2=0.03。查相关图表可知，A=18.9，B= 0.57, P=1.59；又知θ=60°, H =1.5m
所以求得 Np=0.0593 搅拌器需要的功率为:
N需=N×(ρn3d5)÷102g=(0.0593×1064×0.53×2.75)
÷102×9.81=1.13Kw
电动机的功率:
N电= KK1N需+0.5/η总=(1.2×1.3×1.13+0.5) 0.4=5.657Kw
故取N电=10Kw
÷
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