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    啤酒厂糖化工段初步工艺设计Word文档格式.docx

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    啤酒厂糖化工段初步工艺设计Word文档格式.docx

    1、3.根据计算结果CAD绘制糖化工段能量平衡图,并打印A3图纸一张。(二)工艺计算一、99000 t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料(麦汁、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。1、糖化车间工艺流程流程示意图如图1所示: 水、蒸汽 麦芽、大米粉碎糊化糖化过滤麦汁煮沸锅 麦槽酒花渣分离器回旋沉淀槽薄板冷却器到发酵车间 酒花槽 热凝固物 冷凝固物 图1.啤酒厂糖化车间工艺流程示2、技术指标表1. 啤酒生产技术指标根据表1的基础数据,首先进行100kg原料生产13淡色啤酒的物料计算,然后进行100L 13淡色啤酒的物料衡算,最后进行99

    2、000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。3、100kg原料(70%麦芽,30%大米)生产13淡色啤酒的物料衡算(1)热麦汁计算 根据表1可得到原料收得率分别为:麦芽收率为:0.75(100-5)/100=71.25%大米收率为:0.95(100-10)/100=85.5%混合原料收得率为:(0.7071.25%+0.3085.5%)98.5%=74.39%由上述数据可计算出100kg混合料原料可制得的13热麦汁量为:100=572.2 (kg)查资料知13麦汁在20时的相对密度为1.084,而100热麦汁相对密为1.024,100热麦汁比20时的麦汁体积增加1.04倍,故热麦汁(100)体积

    3、为:572.2/1.0841.04=549(L)(2)冷麦汁量为:549(1-0.04)=527.04 (L)(3)发酵液量为:527.04(1-0.01)=521.77 (L)(4)过滤酒量为:521.77(1-0.005)=519.16 (L)(5)成品啤酒量为:519.16(1-0.02)=508.78 (L)(6)颗粒酒花使用量:选用质量较好,含酸较高的颗粒酒花,一般在热麦汁中加1.5-2 kg/t颗粒酒花,选择加酒花2kg/t,即100 L热麦汁加2kg的颗粒酒花 : 0.2/1005491.098 (kg)(7)湿糖化槽量:糖化槽含水80,则湿麦槽量:10070(1-5)(1-75

    4、)/(1-80)83.125 (kg)大米槽量:30(1-10)(1-95)/(1-80)6.75 (kg)糖化槽量83.1256.7589.875 (kg)(8)湿酒花槽量 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%,则湿酒花槽量:1.098(100-40)/(100-80)=3.29 (kg)4、生产100L 13根据上述衡算可知,100 kg混合原料生产13成品啤酒508.78 L,故(1)生产100 L 13啤酒所需混合原料量: 100/508.7810019.65 (kg)(2)麦芽用量:19.657013.76 (kg)(3)大米用量:305.90 (kg)(4)

    5、酒花用量:549/508.780.2= 0.216 (kg)(5)热麦汁量:549/508.78=107.9 (L)(6)冷麦汁量:527.04/508.78=103.59 (L)(7)湿糖化糟量:设湿麦芽糟水分含量为80%,则湿麦芽糟量为:(1-0.05)(100-75)/(100-80)13.76=16.34 (kg)湿大米糟量为:(1-0.1)(100-95)/(100-80)5.90=1.33 (kg)故湿糖化糟量为:16.34+1.33=17.67 (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%,湿酒花糟量为: (1-0.4)/(1-0.8)0.

    6、216=0.648 (kg)(9)发酵液量:521.77/508.78=102.55 (L)(10)过滤酒量:519.16/508.78=102.04 (L)(11)成品啤酒量:508.78/508.78=100 (L)5、生产99 000t/a 13淡色啤酒糖化车间的物料衡算设生产旺季每天糖化6次,而淡季则糖化4次,每年总糖化次数 1506+1504=1500(次),由此可算出每次投料量及其他项目的物料衡算。(1)查13淡色啤酒密度为1.012kg/L,则每次糖化的啤酒量为:99 000 00015001.012=65217 (L)每次糖化的原料量为: 19.65/10065217=1281

    7、5 (kg)(2)麦芽量:1281570=8970.5(kg)(3)大米量:12815-8970.5=3844.5(kg)(4)热麦汁量:549/10012815=70354(L)(5)冷麦汁量: 70354(1-4%)=67540(L)(6)湿糖化糟量:18.6/10065217=12130 (kg)(7)湿酒花糟量:0.675/10065217=440.2 (kg)酒花用量:0.225/10065217=146.74 (kg)(8)发酵液量:67540(1-1%)=66864.6(L)(9)过滤酒量:66864.6(1-0.5%)=66530(L)(10)成品啤酒量:66530(1-2%)

    8、=65199(L)(1)由以上设计中可得出100kg原料可得成品啤酒508.78 L,13啤酒的密度为=1012kg/m3,508.78 L啤酒的质量M=508.781.012=514.89 kg,由此可得出年产9.9万吨的啤酒所需要的量为:99 000 000100/514.89=1.92107 (kg)(2)麦芽投料:1.921070.70=1.34(3)大米投料:0.30=5.8106(kg)(4)每次热麦汁收得率:107=11.0107(kg)热麦汁量:11107 /1.024=10.74107(L)(5)冷麦汁量:10.74(1-0.04)=10.31(6)湿麦糟量:(1-0.05)

    9、(100-75)/(100-80)1.34107 =1.60湿米糟量:(1-0.10)(100-95)/(100-80)5.8106 =1.31106 (kg)总湿糖化槽量:1.60107 +1.31106 =1.731(7)酒花量为热麦汁的0.2%:11.00.2%=2.2105(kg)湿酒花槽量:(100-40)/(100-80)2.2105=6.610.31(1-0.01)=10.2110.21(1-0.005)=10.16(10)成品酒量:10.16(1-0.020)=9.96106(L)二、99000 t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算化车间的热量衡算,工艺流程示意图如图2所示。大米粉(

    10、3203.75kg)麦芽(640.75kg)47.2,20 min麦芽粉(25607kg)46.760min 自来水,18 料水比1:4.5 料水比1:3.5 热水,50 12min70 t() 6360min 7min 冷却90 20min 100 40min 70 25min过滤 糖化结束 78 100 10min 麦芽 煮沸锅90min 回旋沉淀槽 薄板冷却器 冷麦汁 酒花 图2.啤酒厂糖化工艺流程图糖化用水耗热量Q1根据工艺,糊化锅加水量为:G1=(3203.75+ 640.75)4.5 =17300.25 (kg)式中3203.75为糖化一次大米粉量,640.75为糊化锅加入的麦芽粉

    11、量(为大米量的20%)。而糖化锅加水量为:G2=8970.53.5 =31396.75 (kg)式中,8970.5为糖化锅投入的麦芽粉量,即9611.25-640.75=8970.5(kg)。而9611.25为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为:Gw=G1+G2=17300.25+31396.75=48697(kg) 自来水的平均温度取t1=18,而糖化配料用水温度t2=50,故耗热量为:Q1=cwGW(t2-t1)=4.1848697(50-18)=6.514106 (kJ)第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程图(图2)可知,Q2 = Q21Q22Q23 Q21 为米醪由初温即室温加热到

    12、煮沸的耗热,Q22为煮沸过程中蒸汽带走的热量,Q23为升温过程中的热损失。2.1糊化锅内米醪由初温tO加热至煮沸的耗热量Q21Q 21= G米醪* c米醪(100-t0) (1)计算米醪的比热容c米醪根据经验公式C容物=0.01(100-w)C 0+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=1.55 kJ/(kgK)c麦芽=0.01(100-5)1.55+4.185=1.68 kJ/(kgc大米=0.01(100-10)10=1.81 kJ/(kgc米醪=(G大米c大米+G麦芽c麦芽+Gwcw)/G大米+G麦芽+ GW) =(3203.751.81+640.751.

    13、68+17300.254.18)/(3203.75+640.75+17300.25)=3.75 kJ/(kgK) (2)米醪的初温t0设原料的初温为18,而热水为50,则t0 =(G大米 c大米+G麦芽c麦芽)18+ GWcW50/( G米醪c米醪) =(3203.751.68)18+17300.254.1850/(21144.753.75)=47.2 其中G米醪= G大米+G麦芽+ G1 =3203.75+640.75+17300.25 =21144.75 (kg)(3)把上述结果代入Q 21= G米醪* c米醪(100-t0)中,得: Q21=21144.753.75(100-47.2)=

    14、4.1867106(kJ)2.2 煮沸过程蒸汽带出的热量Q22设煮沸时间为40min,蒸发量为每小时5%,则蒸发水量为: V1=G米醪5%40/60=21144.7540/60=704.8(kg) Q22= V1I=704.82257.2=1.59106(kJ) 式中,I为100饱和气压下水的汽化潜热2257.2(kJ/kg)2.3 热损失Q23 米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%,即: Q23=15%(Q21+Q22)=15%(4.1867106+1.59106)=866505(kJ) 2.4 由上述结果得: Q2=1.15(Q21+Q22)=1.15(4.18671

    15、06)=6.643 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应为63,故混合前米醪先从100冷却到中间温度t。3.1 糖化锅中麦醪的初温t麦醪已知麦芽初温为18,用50的热水配料,则麦醪温度为:t麦醪=(G麦芽G麦芽18+ G250)/(G麦醪c麦醪)其中G麦醪=G麦芽+G2=640.75+31396.75=32037.5(kg)麦醪的比热容c麦醪=(G麦芽c麦芽)+G2cW)/G麦醪=(640.751.68+31396.754.18)/32037.5= 4.13 kJ/(kg.K)t麦醪=(G麦芽c麦芽 =(640.751.681

    16、8+31396.7550)/(32037.54.13) = 49.74 3.2 米醪的中间温度t G混合=G米醪+G麦醪 =21144.75 +32037.5=53182.25 (kg)G/米醪=G米醪- V1=21144.75-704.8=20439.95 (kg)根据热量衡算,且忽略热损失,米醪与麦醪混合前后的焓不变,则米醪的中间温度为:混合醪的比热容 c混合=(G米醪c米醪+G麦醪c麦醪)/(G米醪+G麦醪) =(21144.753.75+32037.54.13)/(21144.75+32037.5)=3.98 kJ/(kgt=(G混合c混合t混合-G麦醪c麦醪t麦醪)/(G/米醪c米醪

    17、) =(53182.253.9863-32037.54.1349.74)/(20439.953.75)=88.11由上述结果得 Q3Q3=G混合c混合(70-63)=53182.25(70-63)=1.48 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知: Q4=Q41+Q42+Q43 Q41 为混合醪升温至沸腾所耗热量,Q42为第二次煮沸过程蒸汽带走的热量,Q43 为热损失4.1 混合醪升温至沸腾所耗热量Q41(1)经第一次煮沸后米醪量为:G/米醪=G米醪- V1=21144.75-704.8=20439.95 (kg) 故进入第二次煮沸的混合醪量为:G混合= G/米醪+G麦醪 = 2043

    18、9.95+32037.5=52477.45(kg) (2)根据工艺,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(78-70)/G混合(100-70)100%=26.7% 故Q41=26.7%G混合c混合(100-70)=0.26752477.4530=1.7364.2 二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42煮沸时间为10min,蒸发强度5%,则蒸发水分量为:GV2=26.7%G混合10/60 =26.7%10/60=117 (kg)Q42=IGV2=2257.2117=0.264式中,I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓(kJ/kg)4.3 热损失Q43 根据经验有:Q4

    19、3=15%(Q41+Q42) 4.4 把上述结果代入公式得 Q4=1.15(Q41+Q42)=2.3 洗槽水耗热量Q5设洗槽水平均温度为80,每100kg原料用水450kg,则用水量为G洗=12815450/100=57667.5(kg)Q5=G洗cW(80-18)= 57667.562=14.945 麦汁煮沸过程耗热量Q6Q6=Q61 +Q62 +Q636.1 麦汁升温至沸点耗热量Q61由表2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知,100kg混合原料可得到574kg热麦汁,并设过滤完毕麦汁温度为70,则进入煮沸锅的麦汁量为:G麦汁=(549/100)12815=70354(kg)又c麦汁=(9611.

    20、251.68+3203.751.81+128156.4)/(128157.4) =3.847 kJ/(kg*K) Q61=G麦汁c麦汁(100-70)=8.120106(kJ),则蒸发水分为:GV3=703540.11.5=10553.1(kg)Q62= IGV3 = 2257.210553.1=23.8206.2 热损失为 Q63=15%(Q61+Q62)6.3 把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热Q6 = Q61+Q62+Q63 =1.15(Q61+Q62)=36.73 糖化一次总耗热量Q总 Q总= Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=(6.514+6.643+1.48+2.3+14.94

    21、5+36.73)106=68.612(8)耗气量衡算8.1 糖化一次耗用蒸汽用量D使用表压0.3MPa的饱和蒸汽,I=2725.3 kJ/kg,则:D=Q总/(I-i)= 33377(kg)式中,i为相应冷凝水的焓(561.47kJ/kg);为蒸汽的热效率,取=95%。8.2 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,且已知煮沸时间为90min,热效率95%,故:Qmax=Q6/(1.595%)=36.73106/(1.595%)=25.78106 (kJ/h)相应的最大蒸汽耗量为:Dmax=Qmax/(I-i)= 25.78106 /(2725.3-56

    22、1.47)=11914 (kg/h)8.3、蒸汽单耗据设计,每年糖化次数为1500次,每糖化一次生产啤酒99 000/1500=66 (t),年耗蒸汽总量为:D总=333771500=50.06每吨啤酒成品耗蒸汽(对糖化):D1=33377/66=506(kg/t)每昼夜耗蒸汽量(生产旺季算)为:Dd=333776=200262(kg/d)(三)计算结果表2. 99 000t/年啤酒厂糖化车间总物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L 13淡色啤酒糖化一次定额量99 000 t/a啤酒生产量混合原料Kg10019.6512815107大麦13.768970.55.903844.510

    23、6酒花1.20.216146.74105热麦汁L549107.970354冷麦汁527.04103.5967540湿糖化糟89.87517.67121301.731湿酒花糟3.290.648440.26.6发酵液521.77102.5566864.6过滤酒519.16102.0466530成品啤酒508.78651999.96备注:13淡色啤酒的密度为1012kg/m3表3. 99 000t/年啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格(MPa)每吨消耗定额(kg)每小时最大用量(kg/h)每昼夜消耗量(kg/d)每年消耗量(kg/a)蒸汽0.3(表压)5061191420026250.06(四)问题

    24、分析与讨论啤酒厂糖化工段的麦汁煮沸需消耗大量的热能,如果不合理利用会造成能源的浪费,所以要对煮沸过程中产生的二次蒸汽的热能回收并进行再利用。热能回收有如下方法:(1)带蒸汽冷凝器的热能回收系统煮沸过程产生的二次蒸汽通过冷凝器与80的热水进行热交换,回收二次蒸汽的潜热,使80的热水升温到98,并用98的热水加热下批过滤后的麦汁,使之温升到90左右。该系统设备简单,容易操作,投资少见效快,特别适合我国的国情,不论是新建厂还是原有的老厂都可采用此系统。(2)二次蒸汽压缩的热能回收系统煮沸过程产生的二次蒸汽通过压缩机进行压缩,使低压无法利用的二次蒸汽转化为可利用的高压蒸汽。此系统麦汁煮沸开始时使用生蒸汽,然后使用压缩后的二次蒸汽。该系统设备较为复杂,适合于大啤酒厂中有34个糖化间的工厂。因为蒸汽压缩机的开车和停车都有一定的技术难度,对于我们国家的啤酒厂来讲,采用此项技术目前尚有一定的难度。煮沸二次蒸汽的热能回收装置,其节能效果是相当显著的。带热能回收的低压煮沸比常压煮沸节能56%;比低压煮沸节能43;比带热回收的常压煮沸节能23%。新建的糖化车间宜采用带热能回收的低压煮沸装置。对于大多数目前常压煮沸的啤酒厂来说,可以通过技术改造,增加一套热能回收装置可以起到明显的节能效益。


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