1、生物工程課程設計啤酒廠糖化工段初步工藝設計班級學號姓名成績目錄一、設計任務書 11.1 設計任務 11.2 技術指標 11.3 要求 1二、糖化工藝方法與流程 22.1 啤酒生產工藝總體流程 22.2 糖化工藝地流程 22.3 糖化方法地選擇 2三、工藝計算 33.1 物料衡算 33.1.1 100kg 原料（ 70麥芽、 30大米）生產 10°啤酒物料衡算 33.1.2生產100L10°淡色啤酒地物料衡算43.1.3 年產 3.6 萬噸 10°啤酒廠地物料衡算 43.2 熱量衡算 63.2.1 糖化用水耗熱量 Q163.2.2 第一次米醪煮沸耗熱量 Q2 63.

2、2.3第二次煮沸前混合醪升溫至70C地耗熱量Q373.2.4 第二次煮沸混合醪地耗熱量 Q483.2.5 洗糟水耗熱量 Q593.2.6 麥汁煮沸過程耗熱量 Q693.2.7糖化一次總耗熱量 Q總103.2.8 糖化一次耗用蒸汽量 D103.2.9 糖化過程每小時最大蒸汽耗量 Qmax113.2.10 蒸汽單耗 11四、計算結果 124.1 物料衡算結果 124.2 熱量衡算結果 12五、問題分析與討論 135.1 蒸汽能量地回收利用 135.2 啤酒生產過程中廢水地處理 13六、附圖 13- 1 - / 17個人收集整理 -僅供參考亠、設計任務書1.1設計任務對3.6萬噸/年10°

3、啤酒廠糖化工段進行初步工藝設計1.2技術指標表一啤酒生產技術指標項目名稱百分比（% 項目名稱百分比（%原料利用率98.5疋麥芽水分5大米水分10額無水麥芽浸出率75指無水大米浸出率95標麥芽清凈和磨碎損失0.1麥芽70原料配比大米30冷卻損失4.0啤酒損失率發酵損失1.0（對熱麥汁）過濾損失0.5裝瓶損失2.0總損失7.51.3 要求1. 依據給出地技術指標，選擇適當地糖化工藝并進行糖化工段地物料衡算和熱量 衡算.2. 將計算結果分別匯總成物料衡算一覽表和能量衡算一覽表.3. 根據計算結果CAD繪制糖化工段物料平衡圖，并打印 A3圖紙一張.二、糖化工藝方法與流程2.1啤酒生產工藝總體流程啤酒是

4、一種以麥芽和水為主要原料，經糖化、添加酒花煮沸、過濾、啤酒酵 母發酵等過程，釀造而成含二氧化碳、低酒精濃度地釀造酒 . b5E2R。啤酒生產首先要經過預處理、糖化、過濾、煮沸，才能供酒母發酵所用，這 段工藝地水準將直接影響到糖化收得率、過濾時間、麥汁澄清度、發酵進程、雙 乙酰還原速度、 啤酒澄清狀況等質量參數， 因此這是關系到啤酒質量地一個重要 工藝流程 . p1Ean。2.2 糖化工藝地流程 麥芽汁制備俗稱糖化，就是指麥芽及輔料地粉碎，醪地糖化、過濾，以及麥 汁煮沸、冷卻地過程 . 其流程圖如附圖所示 . DXDiT。糖化工序主要將大米和麥芽等原料經除塵、 粉碎、調漿后送入糊化、 糖化鍋 內

5、，嚴格按照啤酒生產地工藝曲線進行升溫、保溫，并在酶地作用下，使麥芽等 輔料充分溶解，再將麥汁與麥糟過濾分離 . 過濾后地麥汁經煮沸、蒸發、濃縮以 達到工藝要求地濃度， 同時， 在這個工藝過程中添加酒花， 煮沸后地麥汁送入回 旋沉淀槽中進行澄清，再經過薄板冷卻至 7C 8C左右送入發酵罐.RTCrp糖化是利用麥芽自身地酶 （或外加酶制成劑代替部分麥芽） 將麥芽和輔料中 不溶性地高分子物質分解成可溶性地低分子物質等地麥汁制備過程 . 整個過程主 要包括：淀粉分解，蛋白質分解，B -葡聚糖分解，酸地形成和多酚物質地變化. 麥芽自身地酶含量豐富足以用于糖化 . 在我們地設計中糖化是利用麥芽自身 地酶

6、. 5PCzV。2.3 糖化方法地選擇糖化主要有煮出糖化法、浸出糖化法、雙醪煮出糖化法三種方法.本次糖化工藝設計采用二次煮出糖化法 .這個方法地特點是在糊化鍋中前后進行過 2次煮 沸操作，第 1 次是將輔助原料在糊化鍋中煮沸糊化，然后再進入糖化鍋糖化.煮沸糊化地目地是使糖化時糖化酶充分發揮作用 .第 2 次煮沸地對象是部分糖化醪 液，煮沸地目地是為了除酶， 避免其對啤酒泡沫和口味醇厚性有益地物質地過度 分解，而影響啤酒地質量水準 .jLBHr。三、工藝計算根據表一數據，先進行 100kg 原料（麥芽、大米）生產 10°啤酒地物料計 算，然后進行100L10。啤酒物料衡算,最后進行36

7、000噸/年啤酒廠他糖化車間 地平衡計算 . xHAQX。3.1 物料衡算3.1.1100kg 原料( 70麥芽、 30大米)生產 10°啤酒物料衡算1. 熱麥汁量：由技術指標數據可得原料收得率分別為麥芽收率：0.75 X( 100-5)十 100= 71.25 %大米收率：0.95 X( 100- 10)- 100= 85.5 %混合原料收得率為： (0.70X71.25%0.30X85.5%)X 98.5%=74.39%由上述可得100kg混合原料可制得10°熱麥汁量為： (74.39-10)X 100 =743.92(kg )又知10°麥汁在20r時地相對密

8、度為1.084 ,而100C熱麥汁比20r時地體 積增加1.04倍，故100 r熱麥汁體積為：(743.92 - 1.084 ) X 1.04 = 713.72(L) LDAYt。2. 冷麥汁量：713.72X(1-0.04)= 685.17(L)3. 發酵液量：685.17X(1-0.01 )= 678.32(L )4. 過濾酒量：678.32X(1-0.005)= 674.93(L)5. 成品啤酒量： 674.93X(1-0.02)= 661.43(L)6. 酒花耗用量：熱麥汁加入酒花量定為 0.2%，則：100Kg原料耗用酒花量為：743.92 X 0.2%= 1.49(kg)7. 濕糖

9、化糟：設排出濕麥糟水分含量為 80%，則：濕麥糟量為： 70X(1-0.05)(1-75%) /(1-80%) =83.13(kg ) 濕大米糟量為： 30 X(1-0.10)(1-95%) /(1-80%) =6.75(kg) 故濕糖化糟量為： 83.136.75=89.88(kg)8. 濕酒花糟：設酒花糟在麥汁中浸出率 40%，酒花糟水分含量為 80%，則：濕酒花糟量為： 1.49X(1-40%) /(1-80%) =4.47(kg)3.1.2生產100L100淡色啤酒地物料衡算由上面計算可知 100kg 混合原料可生產 10°成品啤酒 661.43L1. 生產100L10

10、76;淡色啤酒需耗混合原料為：100/661.43 X 100= 15.12(kg)2. 麥芽耗用量：15.12X70%= 10.58(kg)3. 大米耗用量：15.12X30%= 4.54(kg)4. 酒花耗用量：熱麥汁中加入酒花量為 0.2%，則：100L10° 啤酒耗用酒花量為：713.72/661.43 X 100X 0.2 % =0.22(kg)5. 熱麥汁量： 713.72/661.43 X100=107.91(L)6. 冷麥汁量： 685.17/661.43 X100=103.59(L)7. 發酵液量： 678.32/661.43 X100=102.55(L)8. 過濾

11、酒量： 674.93/661.43 X100=102.04(L)9. 濕糖化糟量：設排出地濕麥糟水份含量為 80%，則：濕麥糟量為： 10.58X(10.05)(175%)/(180%)=12.56(kg)濕大米糟量為：4.54X(10.10)(195%)/(180%)=1.02(kg)故濕糖化糟量為： 12.561.02=13.58(kg)10. 酒花糟量：設酒花糟在麥汁中浸出率 40%，酒花糟水分含量為 80%，則：濕酒花糟量為：0.22X(140%)/(180%)=0.66(kg)3.1.3 年產 3.6 萬噸 10°啤酒廠地物料衡算設生產旺季每天糖化 6次，而淡季糖化 4次，

12、旺季以 200天計，淡季 100天. 則每年總糖化次數： 6X 200+4X 100=1600次.3.6 萬噸 10°淡色啤酒糖化車間物料衡算：43-31.3.6 萬噸啤酒地體積為： 3.6X 104X 103/(1012X10-3)=35573122.53(L) Zzz6Z。2. 糖化 1 次成品酒定額量：35573122.53 - 1600= 22233.20(L)3. 消耗混合原料： 22233.20X15.12/100 =3361.66(kg)4. 麥芽耗用量： 3361.66X70%= 2353.16(kg)5. 大米耗用量： 3361.66X30%= 1008.50(kg

13、)6. 酒花耗用量： 0.22X22233.20/100 =48.91(kg)7. 熱麥汁量： 107.91X22233.20/100 =23991.85(L)8. 冷麥汁量： 103.59X22233.20/100 =23031.37(L)- 5 - / 17個人收集整理 -僅供參考9. 發酵液量：102.55 X 22233.20/100 = 22800.15(L)10. 過濾液量：102.04 X 22233.20/100 = 22686.76(L)11. 濕糖化糟量：13.58 X 22233.20/100 = 3019.27(kg)12. 濕酒花糟量：0.66 X 22233.20/

14、100 = 146.74(kg)13. 成品酒量：100X 22233.20/100 = 22233.20(L)把上述地有關啤酒糖化車間地三項物料衡算計算結果，整理成物料衡算表, 如表二：表二啤酒廠糖化車間物料衡算表物料名稱單位100kg混合原料100L 10。啤酒糖化一次定額3.6萬噸/年啤酒生產混合原料Kg10015.123361.665.38 X 106麥芽Kg7010.582353.1663.77 X 10大米Kg304.541008.5061.61 X 10酒花Kg1.490.2248.9147.83 X 10熱麥汁L713.72107.9123991.853.84 X 107冷麥汁

15、L685.17103.5923031.373.67 X 107濕糖化糟Kg89.8813.583019.2764.83 X 10濕酒花糟Kg4.470.66146.7452.35 X 10發酵液L678.3211.6022800.1573.65 X 10過濾液L674.930.6322686.763.63 X 107成品啤酒L661.4310022233.203.56 X 10710°淡色啤酒密度為1012kg/m3全年實際生產啤酒量為：3.56 X 107X 1.012 = 3.6萬噸3.2 熱量衡算二次煮出糖化法是啤酒生產常用地糖化工藝，本設計就以此工藝為基準進行 糖化車間地熱量

16、衡算 .工藝流程示意圖如附圖， 其中地投料量為 3.6 萬噸/年啤酒 廠糖化階段一年地用料量 . dvzfv 。3.2.1 糖化用水耗熱量 Q1根據工藝，糊化鍋加水量為：Gi =( 1008.50 + 201.70) X 4.5 = 5445.90(kg)式中， 1008.50 為糖化一次地大米粉量， 201.70 為糊化鍋中加入地麥芽粉量 ( 為大米量地 20).而糖化鍋中地加水量為：G2 = 2151.46 X 3.5 = 7530.11(kg)式中，2151.46為糖化一次糖化鍋投入地麥芽粉量，即：2353.16 201.70 =2151.46(kg) ，而2353.16 為糖化一次麥芽

17、定額量 . rqyn1。綜上所述，糖化總用水量為：Gw = G1 + G2= 5445.90 + 7530.11 = 12976.01(kg)自來水平均溫度取t1 = 18C，而糖化配料用水溫度t2= 50T，比熱容Cw =4.18 kJ/(kg.K) ，故耗熱量為： Emxvx。Q1 =( G1+ G2) Cw (t2 11)= 12976.01 X 4.18 X( 50 18)=1735671.10(kJ)3.2.2 第一次米醪煮沸耗熱量 Q2由糖化工藝流程圖可知：Q2=Q2+Q2+Q2?1. 糊化鍋內米醪由初溫to加熱至100C，耗熱量：Q2= G 米醪 . C 米醪 ( 100 t0)

18、(1)計算米醪地比熱容：c 米醪,由經驗公式c谷物二0.01 (100 W) C0+ 4.18W 進 行 計 算 . 式 中 W 為 含 水 百 分 比 、 C0 為 絕 對 谷 物 比 熱 容 ， 取 C0=1.55kJ/(kg K) . SixE2 。c麥芽=0.01 X (100 5) X 1.55 + 4.18 X 5 = 1.68kJ/(kg K)c大米=0.01 X (100 10) X 1.55 + 4.18 X 10 = 1.81kJ/(kg K)G大米c大米+ G麥芽c麥芽+ G1cwc米醪=G大米+ G麥芽+ G i1008.501.81 + 201.7 0 1.68 +

19、5445.904.18=3.75kJ/(kg K)1008.50 + 20 1.70 + 5445. 90(2)米醪地初溫t。，設原料初溫為18C，而熱水為50C，貝U：G 米醪=G 大米 + G 麥芽 + G1 = 1008.50 + 201.70 + 5445.90 = 6656.10(kg)(G大米c大米+ G麥芽c麥芽)漢18+ Ggw漢50 to=G米醪c米醪(1008.501.81 + 201.7 0 1.68) 18+ 5445.90 4.18 50。=47.16 C6656.10 3.75 把上述結果代入式Q2= G米醪c米醪(100to)中，得：Q2= 6656.10 X 3

20、.75 X( 100-47.16 )= 1318906.22(kJ)2. 煮沸過程蒸汽帶出地熱量 Q2煮沸時間40min，蒸發量為每小時5%，則蒸發水份量為：V1= G 米醪 X 5%X 40-60 = 6656.10 X 5%X 40- 60= 221.87(kg)故：Q2 = V1I = 221.87 X 2257.2 = 500804.96(kJ)式中，I為煮沸溫度(約為100C)下水地汽化潛熱(kJ/kg )3. 熱損失Q2?米醪升溫和第一次煮沸過程地熱損失為前兩次耗熱量地15%，即：Q2?= 15%( Q2 + Q2 )4. 由上述結果得：Q2= 1.15 (Q2 + Q2)= 1.

21、15 X( 1318906.22 + 500804.96)=2092667.86(kJ)3.2.3第二次煮沸前混合醪升溫至70C地耗熱量Q3按糖化工藝，來自糊化鍋地煮沸地醪與糖化鍋中地麥醪混合后溫度應為63 C,所以混合前米醪應先從100C冷卻到中間溫度 加ewMy1. 糖化鍋中麥醪地初溫t麥醪已知麥芽粉初溫為18C，用50C熱水配料，則麥醪溫度為：糖化鍋地麥芽醪量為：G 麥醪=G 麥芽 + G2= 2151.46 + 7530.11 = 9681.57(kg)- 7 - / 17個人收集整理 -僅供參考G麥芽c麥芽+ G2cwc麥醪= G麥芽+ G?2151.46 X 1.68 + 7530

22、. 11X 4.18 =3.62kJ/(kg.K)2151.46 + 7530.11G 麥芽 c 麥芽 X 18+ G2CwX 50 t麥醪=G麥醪c麥醪2151.46 X1.68 X18+ 7530.11 X 4.18 X 50 =46.76 C9681.57 X3.622. 經第一次煮沸后米醪量為：G'米醪=G 米醪一 V1 = 6656.10 221.87 = 6434.23(kg)進入第二次煮沸地混合醪量為：G 混合=G '米醪 + G 麥醪=6434.23 + 9681.57 = 16115.80(kg)3. 混合醪比熱容：c混合=(G麥醪c麥醪+ G 米w c米醪

23、)/G 混合=(9681.57 X 3.62 + 6434.23 X 3.75 ) /16115.80 = 3.67kJ/(kg.K) kavU4。根據熱量衡算，且忽略熱損失，米醪與麥醪合并前后地焓不變，則米醪中間溫度為：G混合c混合t混合一 G麥醪c麥醪t麥醪t 二G米醪c米醪16115.80 X 3.67 X 63 9681.57 X 3.62 X 46.76 門c “ =88.23 C6434.23 X 3.75因為此溫度只比煮沸溫度低11度多，考慮到米醪由糊化鍋到糖化鍋地輸送過程地熱損失，可不必加中間冷卻器.4. 綜上可得：Qa = G 混合 c 混合(70 63)= 16115.80

24、 X 3.67 X( 70 63)=414014.90(kJ)3.2.4第二次煮沸混合醪地耗熱量Q4由糖化工藝流程可知：Q4= Q4 + Q4 + Q4?1. 混合醪升溫至沸騰所耗熱量 Q4 '據工藝糖化結束溫度78 C，抽取混合醪地溫度70C，送到第二次煮沸地混合 醪量為：G混合(78一70) 乂混合 X 100%1(100-70=1611580(7 8-70) .16115.80 X 100% = 26.67 % IL100-70沸醪耗熱量為：Q4= 26.67 % G 混合 c 混合(100 70)=26.67 %X 16115.80 X 3.67 X( 100 70)= 473

25、219.03(kJ)2. 二次煮出過程蒸汽帶走地熱量Q4煮沸時間為10min,蒸發強度為5%,則蒸發水分量為：V2= 26.67 % G 混合X 5%X 10-60=26.67 %X 16115.80 X 5%X 10- 60= 35.81(kg)貝U:Q4= IV2= 2257.2 X 35.81 = 80836.85(kJ)式中，I為煮沸溫度下飽和蒸汽地焓(kJ/kg ).3. 熱損失Q4?根據經驗有：Q4?= 15%( Q4 '+ Q4)4. 綜上可得：Q4 = 1.15 X( Q4 + Q4)= 1.15 X( 473219.03 + 80836.85)=637164.26(k

26、J)3.2.5洗糟水耗熱量Q5設洗糟水平均溫度為80 T，每100kg原料用水450kg，則用水量為:G 洗=3361.66 X 450- 100= 15127.47(kg)Q5= G 洗 cw (80 18)= 15127.47 X 4.18 X( 80 18)=3920435.13(kJ)3.2.6麥汁煮沸過程耗熱量Q6Q6= Q6 + Q6 + Q6?1. 麥汁升溫至沸點耗熱量 Q6'由物料衡算可知，100kg混合原料可得713.72kg熱麥汁，并設過濾完畢麥汁 溫度為70 E .則進入煮沸鍋地麥汁量為：y6v3AG 麥汁=3361.66 X 713.72 - 100= 2399

27、2.84(kg)此時麥汁比熱容為：2353.16 X 1.68 +1008.50 X 1.81 + (445.90 + 7530.11) X 4.18c麥汁=2353.16 +1008.50+5445.90 +7530.11=3.87kJ/(kg.K)Q6= G 麥汁 c 麥汁(100-70) = 23992.84 X 3.87 X( 100-70)=2785568.72(kJ)2. 煮沸過程蒸發耗熱量Q6煮沸強度10%，時間1.5h，則蒸發水分為：Va= G 麥汁 X 10%X 1.5 = 23992.84 X 10%X 1.5 = 3589.93(kg)由上可得：Q = IVa = 225

28、7.2 X 3589.93 = 8123495.77(kJ)3. 熱損失Qe?根據經驗有：Q6?= 15%( Q6 + Q6)4. 綜上可得麥汁煮沸總耗熱量為：Q6= 1.15 X( Q6 + Q6)= 1.15 X( 2785568.72 + 8123495.77)=12545424.16(kJ)3.2.7糖化一次總耗熱量Q總6Q 總=Qi = 1735671.10 + 2092667.86 + 414014.90i壬+ 637164.26 + 3920435.13 + 12545424.16=21345377.41(kJ)3.2.8糖化一次耗用蒸汽量D使用表壓為0.3MPa地飽和蒸汽1 =

29、 2725.3 kJ/kg，貝 式中，i為相應冷凝水地焓(561.47kJ/kg )； n為蒸汽地熱效率，取n= 95%.Q總(I -i) n10383.82(kg)329糖化過程每小時最大蒸汽耗量 Qmax在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量 Q6最大，且知煮沸時間為90min，熱效率95%.D maxQmax=4068.62(kg/h)故：Qmax= 1.5= 880380643(kJ/h)相應地最大蒸汽耗熱量為:3.2.10蒸汽單耗據設計，每年糖化次數為1600次，共生產啤酒36000噸每年耗蒸汽總量為：Dt= 10383.82 X 1600= 16614109.85(kg)每噸啤酒成品耗

30、蒸汽(對糖化)：Ds= 16614109.85 - 36000= 461.50(kg/t) 啤酒每晝夜耗蒸汽量(按生產旺季計算)為：Dd= 10383.82 X 6 = 62302.92(kg/d)最后，把上述計算結果列成熱量消耗綜合表:表三3.6萬噸/年啤酒廠糖化車間總熱量衡算表名稱規格(MPa)每噸產品消耗定額(kg)母小時最大用量(kg/h)每天耗量(kg/d)年耗(kg/a)蒸汽0.3(表壓)461.504068.6262302.9216614109.85四、計算結果4.1 物料衡算結果:表二啤酒廠糖化車間物料衡算表物料名稱單位100kg混合原料100L 10。啤酒糖化一次定額3.6萬

31、噸/年啤酒生產混合原料Kg10015.123361.665.38 X 106麥芽Kg7010.582353.163.77 X 106大米Kg304.541008.5061.61 X 10酒花Kg1.490.2248.9147.83 X 10熱麥汁L713.72107.9123991.8573.84 X 10冷麥汁L685.17103.5923031.373.67 X 107濕糖化糟Kg89.8813.583019.274.83 X 106濕酒花糟Kg4.470.66146.7452.35 X 10發酵液L678.3211.6022800.153.65 X 107過濾液L674.930.6322

32、686.763.63 X 107成品啤酒L661.4310022233.203.56 X 1074.2 熱量衡算結果:表三3.6 萬噸/年啤酒廠糖化車間總熱量衡算表名稱規格(MPa)每噸產品消耗定額(kg)母小時取大用量(kg/h)每天耗量(kg/d)年耗(kg/a)蒸汽0.3(表壓)461.504068.6262302.9216614109.85五、問題分析與討論5.1 蒸汽能量地回收利用麥汁煮沸時產生地水蒸汽被稱為二次蒸汽， 二次蒸汽如不加處理地從排氣筒 直接排放至大氣中，不僅會對周圍環境造成污染，而且浪費了許多能量，將 1kg 100C地熱水轉換成為100C地蒸汽需要大約2260kJ地熱

33、能，如果這些水蒸汽直 接排入大氣，則這些能量就全部浪費了 . 蒸汽地回收由二次蒸汽穿過中間有服務 用水流動地列管，服務用水由80C升溫至96C，從而將二次蒸汽地大部分能量 儲存起來，二次蒸汽將它地熱能傳遞給服務用水后，自身變為100C地冷凝水，冷凝水再經20C釀造水冷卻，降溫至約40C, 20C地釀造水被升溫至80C,從 而最大限度地回收了二次蒸汽地能量.在麥汁經加熱薄板進入煮沸鍋時，以96C 服務用水作為加熱介質，將地麥汁加熱至94 E，從而將儲存地能量又釋放出來 . M2ub6。5.2 啤酒生產過程中廢水地處理1. 有效控制最終洗槽用水， 不使其排放， 不宜采用“濕排槽”，要用“干排槽”

34、， 壓糟水進入下水道，是一個嚴重地污染源 . 0YujC。2. 回收廢酵母，既能回收啤酒產量 0.1%地干酵母，又可回收啤酒總量 1%地啤酒.3. 硅藻土過濾替代棉餅過濾， 硅藻土過濾機應干卸料， 與麥糟混合作飼料 . 廢硅 藻土絕不要排入下水道 .4. 熱凝固蛋白返回糖化過濾，回收凝固蛋白和酒花糟，也回收麥汁 .5. 清濁分流， 合理排放， 生產污水和生活污水合流排至污水處理站處理后排放， 雨水和清潔生產廢水另行排出 .六、附圖3.6萬噸/年啤酒糖化車間物料平衡圖版權申明本文部分內容，包括文字、圖片、以及設計等在網上搜集整理.版權為個人所有This articlein eludes someparts, in cludi ng text, pictures,an