资源描述
设计阐明书
—年产10万吨啤酒工厂工艺设计
姓名: 张硕
学号: 45110629
院系: 生物与农业工程学院生物工程系
日期: .6.21
摘要:中华人民共和国啤酒产业发展迅速,市场需求量大,中华人民共和国啤酒工业进入了旺盛成熟期,一方面,啤酒工业继续以高速度发展,在高速发展同步,开始对啤酒质量,啤酒工业经济效益更加注重,啤酒工业规模按照国际上惯例,开始向大型化,集团化方向发展。本设计是年产10万吨啤酒工厂工艺设计,涉及厂址选取、工艺流程、全场平面设计图等。
核心字:啤酒工厂 厂址选取 全场平面设计图 工艺流程
目录
1、 项目简介…………………………………………………………… 4
2、 厂址选取…………………………………………………………… 5
3、 产品工艺…………………………………………………………… 6
4、 工厂平面图………………………………………………………… 7
5、 物料衡算…………………………………………………………… 9
6、总结………………………………………………………………… 15
7、参照文献…………………………………………………………… 16
当前国内啤酒产量方面跃居世界第二位,并且在质量、技术、装备水平等方面也均有了较大幅度提高,充分显示了国内啤酒工业强劲发展势头。但是,国内啤酒与世界发达国家相比,仍有很大差距。国内啤酒厂不合理公司规模偏多,达不到啤酒生产应有经济规模。通过对国内外技术经济指标数据分析得出,10万吨/年规模以上啤酒厂才有较好技术经济指标水平。而当前这样酒厂还较少,多数是设备陈旧、老化,生产能力局限性,设备自动化限度不高,工艺落后小酒厂,因此建设一种当代化大规模啤酒厂势在必行。
1 项目简介
随着中华人民共和国改革开放进一步,中华人民共和国经济迅速发展使得中华人民共和国啤酒市场需求量呈现出几何级数迅猛膨胀,中华人民共和国啤酒公司如雨后春笋般地成长起来,丙浮现了众多支撑中华人民共和国民族啤酒工业脊梁和中坚力量大型啤酒集团,但是随之而来外国资本介入,许多外国啤酒品牌在中华人民共和国建厂,并迅速占据了一定市场份额,这加大了中华人民共和国啤酒行业竞争,然而,国内啤酒产量已持续近年保持世界第一,是世界上啤酒市场增长最快地区之一,虽然受到经济危机影响,但啤酒市场依然是硝烟弥漫,啤酒厂商在品牌、市场以及渠道等方面都展开了极为激烈竞争,国内啤酒市场格局也在潜移默化中发生着变革。所谓“强者恒强”,凭借着奥运营销、市场布局与整合等一系列创新性活动,行业地位依然坚如磐石,国际化之路也是越走越远,整个啤酒行业发展趋势也是愈创造显。 国内啤酒市场也逐渐成熟,以国际啤酒跨国公司主导着国内啤酒市场整合。在经济全球化和中华人民共和国加入WTO环境下,外资再次进入国内市场,与国内大公司集团结成战略联盟,控股或参股,使国内啤酒行业发展速度大大加快。本设计旨在建立一种当代化大规模啤酒工厂。
1.1 工厂名称
年产10万吨啤酒生产工厂
1.2 经济指标
全场建筑面积13506平米,全场占地面积0平米,年产10万吨,工厂总人数为300名。
1.3 设计阐明
从沈阳地区风玫瑰可以看出,此地少有西北风和东南风,故厂房设计充分考虑到本地风向问题,特将污水解决池和锅炉房建在西北面,行政管理及后勤职能部门建在东北面。
1.4 风玫瑰图
2 厂址选取
2.1地理位置
将此厂建立在辽宁省沈阳市沈北新区。
2.2周边环境
沈北新区(原新城子区)地处沈阳市区北郊,位于大连、沈阳、长春、哈尔滨“东北都市走廊”中部,南靠沈阳市区,北隔辽河、万泉河与铁岭、法库县相望,东与抚顺市、铁岭县毗邻,西接辽西走廊,与新民市、于洪区相连。是连接吉林、黑龙江和内蒙古三省区黄金通道和"东北都市走廊"枢纽重地。坐标介于东经123°16'至48',北纬41°54'至42°11'之间。
沈北新区总面积819平方千米,总人口319380人。沈北新区要成为东北老工业基地改革开放实验区,沈北新区基本设施完备,水、电、气供应充分。辽河、蒲河流经境内,黄家自来水厂日供水能力达10万吨,是沈阳五大水源地之一。东北电网最大输变电所坐落在境内,电力设施齐全。沈北新煤气储罐储气能力达20万立方米。邮电通讯与各大都市联网,可办理国际国内邮政业务,程控电话可直接拨通国际国内各大都市。
工业发展突飞猛进。形成了以机械、建材、制药、机绣、化工、造纸、服装、酿酒八大行业为主体、门类齐全工业体系。乡镇公司异军突起,成为全区经济主导力量。
此厂北靠蒲河,南邻浑河,周边共有九十九座山,九十九个泉眼,是大清龙脉所在地。与知名莲花池泉、仲官泉、王岗台泉相连,泉水清澈透明、甘甜爽口,富含身体所需微量元素铁、锌、硒 等,这样得天独厚自然环境为酿造啤酒创造了可靠资源。
沈北新区共有国省干线公路三条总长度84公里,县级公路九条、27公里,乡级公路15条、155公里,形成了以国省干线为骨架,县乡公路为支线、村级公路为补充四通八达公路网,全区公路密度达到了46.05%/百平方公里。沈大、沈哈高速公路连结成网,国、省、市、区、乡五级公路四通八达;并在境内设有4个出口;沈阳至哈尔滨、沈阳至承德、沈阳至明水、沈阳至平岗等4条过境国、省级公路干线同区乡级公路形成了密集交错、四通八达交通运送网。长大铁路贯穿境内,南下可抵辽南沿海及关内,北上可达长春、哈尔滨及中俄边境口岸。长大铁路贯穿境内。
2.3气候条件
沈阳位于中华人民共和国东北地区南部,辽宁省中部,坐标介于东经123°16'至48',北纬41°54'至42°11'之间。 平原为主,山地、丘陵集中在东南部,辽河、浑河、秀水河等路过境内。属于温带季风气候,年平均气温 6.2~9.7℃,全年降水量600~800毫米,1951年至市区年平均降水量716.2mm,全年无霜期155~180天。受季风影响,降水集中在夏季,温差较大,四季分明。冬寒时间较长,近半年,降雪较少;夏季时间较短,多雨,春秋两季气温变化迅速,持续时间短:春季多风,秋季晴朗。
2.4 厂址区域图示
啤酒厂
图1.啤酒工厂区域图
3 产品工艺
3.1设计思路图示
图2.啤酒生产工艺流程图
3.2简易流程
水,蒸汽 酒花
糊化锅
粉碎机
回旋沉淀槽
煮沸锅
过滤槽
糖化锅
麦芽
大米
麦糟 热凝固物
酵母 CO2
成品
杀菌机
灌装机
清酒罐
过滤器(啤酒)
发酵罐
冷却器(麦汁)
:
鲜啤
图3 简易工艺流程图
4 工厂平面图
4.1工厂总平面布置图
图4年产10万吨啤酒工厂总平面布置图
4.2重要建构筑物
表1.年产10万吨啤酒工厂建构筑物明细表
编号
名称
1
门卫一(人流入口)
2
门卫二(物流入口)
3
绿化地
4
仓库
5
停车场
6
原料间
7
糖化车间
8
发酵车间
9
原料库
10
水解决气体间空压站
11
变配电
12
制冷间
13
包装车间
14
食堂
15
办公楼
16
污水解决池
17
锅炉房
18
瓶堆区
4.3工厂建构筑物布置阐明
工厂布局整体呈长方形,两处门卫分别为人流入口和物流入口;生产区和包装区在中间,空气压缩站布置在紧邻糖化间处,离发酵区较近,服务以便,背面是变配电及制冷区,变配电接近负荷中心,线路短,较安全以便;两侧分别是停车场、仓库和瓶堆区,参照风玫瑰图,将污水解决池及锅炉房安排在弱风向西北区,东北区为食堂和办公楼,别的空地为绿化区。
4.4道路和运送设计
此图纸中道路简洁明了,门口处设立人流出入处及物流出入处,人流出入口接近停车场及生产区,以便工作人员上下班,物流入口邻近生产区、原料库及瓶堆区,以便物料输送及产品输出,道路基本笔直畅通,以便车辆及人员来往。
4.5环保办法
将污水解决池及锅炉厂建在弱风向处,减少空气污染,同步尽量扩大绿化面积,尽量减少污染,美化周边环境,并且尽量将生产车间接近,减少电量及物料输送,节约电能。
5 工艺计算
5.1 100000t/a啤酒厂糖化车间物料衡算
啤酒厂糖化车间物料平衡计算重要项目为原料(麦芽、大米)和酒花用量,热麦汁和冷麦汁量,废渣量(糖化槽和酒花槽)等。
5.1.1 糖化车间工艺流程示意图
如图3所示,依照国内啤酒生产现况,关于生产原料配比、工艺指标及生产过程损失等数据如表2所示。
5.1.2 工艺技术指标及基本数据
依照表2基本数据,一方面进行100kg原料生产12°淡色啤酒物料计算,然后进行1000L 12°淡色啤酒物料衡算,最后进行100000t/a啤酒厂糖化车间物料平衡计算。
表2 啤酒生产基本数据
项 目
名 称
比例(%)
项 目
名 称
比例(%)
定
额
指
标
无水麦芽
浸出率
75
原料配比
麦 芽
75
大 米
25
无水大米
浸出率
92
啤酒损失率(对热麦汁)
冷却损失
3
发酵损失
1
原料运用率
98.5
过滤损失
1
麦芽水分
6
装瓶损失
1
大米水分
13
总 损 失
6
5.1.3 100kg原料(75%麦芽,25%大米)生产12°淡色啤酒物料衡算
(1)热麦计算 依照表2可得到原料收率分别为:
麦芽收率为: 0.75*(100-6)/100=70.5%
大米收率为: 0.92*(100-13)/100=80.04%
混合原料收得率为: (0.75*70.5%+0.25*80.04%)*98.5%=71.79%
由上述可得100kg混合料原料可制得12°热麦汁量为: (71.79/12)*100=598.3(kg)
又知12°麦汁在20℃时相对密度为1.084g/ml,而100℃热麦汁是20℃时麦汁体积1.04倍,故热麦汁(100℃)体积为:598.3*1000/1.084*1.04/1000=574(L)
(2)冷麦汁量为:574*(1-0.03)=556.8(L)
(3)发酵液量为:556.8*(1-0.01)=551.2(L)
(4)过滤酒量为:551.2*(1-0.01)=545.7(L)
(5)成品啤酒量为:545.7*(1-0.01)=540.2(L)
5.1.4生产1000L12°淡色啤酒物料衡算
依照上述衡算成果知,100kg混合原料可生产12°淡色成品啤酒540.2L,故可得如下成果:
(1)生产1000L12°淡色啤酒需耗混合原料量为:
(1000/540.2)*100=185.1 (kg)
(2)麦芽耗用量为:185.1*75%=138.8(kg)
(3)大米耗用量为:185.1-138.8=46.3(kg)
(4)热麦汁量为:(1000/540.2)*574=1063(L)
(5)酒花耗用量:对浅色啤酒,热麦汁中加入酒花量为0.2%,故为:
(1000/540.2) *574*0.2%=2.13(kg)
(6)冷麦汁量为:(1000/540.2)*556.8=1031(L)
(7)湿糖化糟量: 设热电厂出湿麦芽糟水分含量为80%,则湿麦芽糟量为:
[(1-0.06)(100-75)/(100-80)]*138.8=163.1(kg)
而湿大米糟量为:
[(1-0.13)(100-92)/(100-80)]*46.3=16.11(kg)
故湿糖化糟量为:163.1+16.11=179.2(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)]*2.13=6.39(kg)
5.1.5 100000t/a 12°淡色啤酒酿造车间物料衡算表
设生产旺季每天糖化6次,而淡季则糖化4次,每年总糖化次数为1500次。由此可计算出每次投料量及其她项目物料平衡。把上述关于啤酒厂酿造车间三项物料衡算计算成果,整顿成物料衡算表,如表2所示。
糖化一次体积为:
100000t*1000kg/t÷1500÷1012kg/m3=65.88m3=65.88*1000L
表3 啤酒厂酿造车间物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
1000L 12°度淡色啤酒
糖化一次定额量
100000t/a啤酒生产
混合原料
Kg
100
185.1
12194.4
18291582
大麦
Kg
75
138.8
9144.1
13716216
大米
Kg
25
46.3
3050.2
4575366
酒花
Kg
1.20
2.31
152.2
228274.2
热麦汁
L
574
1063
70030.4
冷麦汁
L
556.8
1031
67922.3
湿糖化糟
Kg
96.78
179.2
11805.7
17708544
湿酒花糟
Kg
3.45
6.39
421
631459.8
发酵液
L
551.2
1020
67197.6
过滤酒
L
545.7
1010
66538.8
99808200
成品啤酒
L
540.2
1000
65880
9880
备注:12度淡色啤酒密度为1012kg/m3,实际年生产啤酒100006吨。
5.2 100000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算
二次煮出糖化法是啤酒惯用糖化工艺,下面就觉得基准进行糖化车间热量衡算。
工程流程示意图如图5所示,其中投料量为糖化一次用料量(计算参照表3)
5.2.1糖化用水耗热量Q1
依照工艺,糊化锅加水量为:
m1=(3050.2+610.04)*4.5=16471.08 (kg)
式中,3050.2kg为糊化一次大米粉量,610.04kg(3050.2*20%)为糊化锅加入麦芽粉量(即为大米量20%)
而糖化锅加水量为: m2=8534.06*3.5=29869.21 (kg)
式中,8534.06kg为糖化一次糖化锅投入麦芽粉量,即9144.1-610.04=8534.06 (kg)
故糖化总用水量为:
mW=m1+m2=16471.08+29869.21=46340.29 (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=mwcw(t2-t1)= 46340.29*4.18*(50-18) =6198477.19(KJ)
大米粉
(3050.2kg)
麦芽粉
(610.04kg)
麦芽粉
(8534.06kg)
46.7℃,60min
自来水18℃
料水比1:4.5 料水比1:3.5
热水,50℃
13min 10min
冷却 63℃,60min
70℃
12min 5min
7min 70℃,25min
90℃,20min 100℃,40min
20min
过滤 糖化结束 78℃ 100℃,10min
麦糟 煮沸锅90min 去发酵
麦芽 回旋沉淀槽 薄板冷却器 冷麦汁
煮沸强度(10%)
酒花 酒花槽热凝固物 冷凝固物
图5 啤酒厂糖化工艺流程图
1. 第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图(图4)可知: Q2= Q21+Q22+Q23
5.2.2.1糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃耗热量Q21
Q21=M米醪C米醪(100-t0)
(1) 计算米醪比热容M米醪依照经验公式M容物=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[(100-6)*1.55+4.18*6]=1.71KJ/(Kg•K)
C大米=0.01[(100-13)*1.55+4.18*13]=1.89KJ/(Kg•K)
C米醪=(m大米c大米+m麦芽c麦芽+ m1cww)/(m大米+m麦芽+ m1)
=(3050.2*1.89+610.04*1.71+16471.08*4.18)/(3050.2+610.04+16471.08)
=3.76 KJ/(Kg•K)
(2) 米醪初温t0,设原料初温为18℃,而热水为50℃,则
t0=[(m大米c大米+m麦芽c麦芽)*18+ m1cww*50]/( m米醪C米醪)
=[(3050.2*1.89+610.04*1.71)*18+16471.08*4.18*50]/(36669.6*3.76)
=25.9℃
其中m米醪=36669.6(kg)
(3)把上述成果代如1中,得:
Q21=36669.6*3.76*(100-47.1)=7293730KJ
5.2.2.2煮沸过程蒸汽带出热量Q22
设煮沸时间为40min,蒸发量为每小时5%,则蒸发水量为:
V1=m米醪*5%*40/60=36669.6*5%*40/60=1222.32 Kg
故Q22= V1I=1222.32*2257.2=2759021KJ
式中,I为煮沸温度(约为100℃)下水汽化潜热(KJ/Kg)
5.2.2.3热损失Q23
米醪升温和第一次煮沸过程热损失约为前两次耗热量15%,即:
Q23=15%(Q21+Q22)
5.2.2.4由上述成果得:
Q2=1.15(Q21+Q22)=1.15*(729373+2759021)=4011653KJ
5.2.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃耗热量Q3
按照糖化工艺,来自糊化锅煮沸米醪与糖化锅中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t0。
54.2.3.1糖化锅中麦醪中t
已知麦芽初温为18℃,用50℃热水配料,则麦醪温度为:
m麦醪=m麦芽+m2=8534.06+29869.21=38403.27kg
c麦醪=(m麦芽C麦芽+m2Cw)/(m麦芽+m2)
=(8534.06*1.71+29869.21*4.18)/(8534.06+29869.21)
=3.63KJ/(kg.K)
t麦醪=(m麦芽C麦芽*18+m2Cw*50)/(m麦醪C麦醪)
=(8534.06*1.71*18+29869.21*4.18*50)/(38403.27*3.63)
=46.67℃
5.2.3.2依照热量衡算,且忽视热损失,米醪与麦醪混合先后焓不变,则米醪中间温度为:
m混合=m米醪+m麦醪=36669.6+38403.27=75072.87Kg
C混合=(m米醪C米醪+m麦醪C麦醪)/(m米醪+m麦醪)
=(36669.6*3.76+38403.27*3.63)/(36669.6+38403.27)
=3.69kJ/(kg•K)
t =(m混合C混合*t混合-m麦醪C麦醪*t麦醪)/(m米醪C米醪)
=(75072.87*3.69*63-38403.27*3.63*46.67)/(36669.6*3.76)
= 79.39℃
因而温度只比煮沸温度低20.61度,考虑到米醪到糊化锅到糖化锅输送过程 热损失,可 不必加中间冷却器。
5.2.3.3由上述成果得Q3
Q3=m混合C混合(70-63)=75072.87*3.69*(70-63)=1939132(kJ)
4.2.4第二次煮沸混合醪耗热量Q4
由糖化工艺流程可知: Q4=Q41+Q42+Q43
5.2.4.1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:
M米醪=m米醪-V1=36669.6-1222.32=35447.28(kg)
故进入第二次煮沸混合醪量为:
M混合=M米醪+M麦醪=35447.28+38403.27=73850.55(kg)
(2)依照工艺,糖化结束醪温为78℃,抽取混合醪温度为70℃,则送到第二次煮沸混合醪量为:
[M混合(78-70)]/[M混合(100-70)]*100%=26.7%
故Q41=26.7%M混合c混合(100-70)
=26.7%*73850.55*3.69*30
=2182793(kJ)
5.2.4.2二次煮沸过程蒸汽带走热量Q42
煮沸时间为10min,蒸发强度5%,则蒸发水分量为:
V2=26.7%M混合*5%*10/60
=0.267*73850.55*5%*10/60
=164.32(kg)
Q42=IV2=234.47*164.32=38528.11 (kJ)
式中,I为煮沸温度下饱和蒸汽焓(kJ/kg)
5.2.4.3热损失Q43
依照经验有:Q43=15%(Q41+Q42)
5.2.4.4把上述成果代入公式得
则Q4 =1.15(Q41+Q42)=1.15*(2182793 +38528.11)=2554519(kJ)
5.2.5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:
M=12194.4*450/100=54874.8(kg)
故 Q5=MCw(80-18)
= 54874.8*4.18*(80-18)
= 14221353 (kJ)
5.2.6麦汁煮沸过程耗热量Q6
Q6=Q61+Q62+Q63
5.2.6.1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℃,则进入煮沸锅麦汁量为:
M麦汁 =12194.4*574/100=69995.86(kg)
又C麦汁=(9144.1*1.71+3050.2*1.89+12194.4*6.4*4.18)/(12194.4*7.4)
=3.852(kJ/kg.k)
故Q61= M麦汁C麦汁 (100-70)= 69995.86*3.852*30=8088722 (kJ)
5.2.6.2煮沸强度10%,时间1.5h,则蒸发水分为:
V3=69995.86*10%*1.5=10499.38 (kg)
故Q62=V3 I=10499.38*2257.2=23699201 (KJ)
式中,I为煮沸温度(约为100℃)下水汽化潜热(KJ/Kg)
5.2.6.3热损失为
Q63=15%(Q61+Q62)
5.2.6.4把上述成果代入上式得出麦汁煮沸总耗热
Q6 =1.15(Q61+ Q62)=1.15*(8088722+23699201)=36556111(KJ)
5.2.7糖化一次总耗热量Q总
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
= 6198477.19+4011653+1939132+2554519+14221353+36556111
=65481245(KJ)
5.2.8糖化一次耗用蒸汽用量D
使用表压0.3MPa饱和蒸汽,I=2725.3KJ/kg,则:
D= Q总/[(I-i)η]
= 65481245/[(2725.3-561.47) *95%]
=31854.46 (kg/h)
式中,i为相应冷凝水焓(561.47kJ/kg);η为蒸汽热效率,取η=95%。
5.2.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量Dmax
在糖化过程各环节中,麦汁煮沸耗热量Q6为最大,且已知煮沸时间为90min热效率为95%,故:
Qmax=Q6/(1.5*95%)=36556111/(1.5*95%)=25653411 (KJ/h)
相应最大蒸汽耗量为:
Dmax=Qmax/(I-i)=25653411/(2725.3-561.47)= 11855.56 (kg/h)
4.2.10蒸汽单耗
据设计,每年糖化次数为1500次,总共生产啤酒100000t.年耗蒸汽总量为:
Dr=31854.46*1500=47781690 (Kg)
每吨啤酒成品耗蒸汽(对糖化):
Dt=47781690/100000=477.82(kg/t啤酒)
每昼夜耗蒸汽量(生产旺季算)为:
Dd=31854.46*6=191126.8 (kg/d)
至于糖化过程冷却,如热麦汁被冷却成冷麦汁后才送井发酵车间,必要尽量回收其中热量。最后若需要耗用冷凝水,则在如下“耗冷量计算”中将会简介
最后,把上述成果列成热量消耗综合表,如表3
表4 100000t/a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)
旺季每昼夜消耗量(kg/d)
每年消耗量(kg/a)
蒸汽
0.3(表压)
477.82
11855.56
191126.8
47781690
4.3 100000t/a啤酒厂发酵车间耗冷量衡算
啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类,而后者有老式发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分。不同发酵工艺,其耗冷量也就不同。下面以当前国内应用最普遍锥形罐发酵工艺进行100000t/a啤酒厂发酵车间耗冷量计算。
4.3.1发酵工艺流程示意图
图4 发酵工艺流程
冷却
94℃热麦汁 ——→ 冷麦汁(6℃)→ 锥形灌发酵→冷却至 -1℃ → 贮酒 → 过滤→清酒灌
4.3.2工艺技术指标及基本数据
年产12°淡色啤酒100000t;旺季每天糖化6次,淡季为4次,每年共糖化1500次;主发酵时间6天;
4锅麦汁装1个锥形罐;
12°Bx麦汁比热容c1=4.0KJ/(kg.K);
冷媒用15%酒精溶液,其比热容可视为c2=4.18 KJ/(kg.K);
麦芽糖化厌氧发酵热q=613.6kJ/L;
麦汁发酵度60%。
依照发酵车间耗冷性质,可提成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类,即:
Q6 = Qnt + Qt
4.3.3工艺耗冷量Qt
4.3.3.1麦汁冷却耗冷量Q1
近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却办法。使用冷却介质为2℃冷冻水,出口温度为85℃。糖化车间送来热麦汁温度为94℃,冷却至发酵起始温度6℃。
依照表2啤酒生产物料衡算表,可知每糖化一次需热麦汁70030.4L,而相应麦汁密度为1048kg/m3,故麦汁质量为:
M=1048*70.0304=73391.86 (kg)
又知120 Bx麦汁比热容C1=4.0KJ/(Kg•k),工艺规定在1h小时内完毕冷却过程,则所耗冷量为:
Q1=[M*c*(t1-t2)]/τ
=[73391.86*4.0*(94-6)]/1
=25833935(KJ/h)
式中t1和t2——分别表达麦汁冷却先后温度(℃)
τ——冷却操作过程时间(h)
依照设计成果,每个锥形发酵罐装4锅麦汁,则麦汁冷却每罐耗冷量为:
Qf=4Q1=4*25833935 = (kJ)
4.3.3.2发酵耗冷量Q2
(1)发酵期间发酵放热Q21,假定麦汁固形均为麦芽糖,而麦芽糖厌氧发酵放热量为613.6kJ/kg。设发酵度为60%,则1L麦汁放热量为:
q0=613.6*12%*60%=44.18(kJ)
依照物料衡算,每锅麦汁冷麦汁量为67922.3L,则每锥形罐发酵一罐放热量为:
Q01=44.18*67922.3*4=1229 (kJ)
由于工艺规定主发酵时间为6天,每天糖化6锅麦汁(旺季),并考虑到发酵放热不平衡,取系数1.5,忽视主发酵升温,则发酵高温时期耗冷量为:
Q21 =(Q01*1.5*6)/(24*6*4)
=(1229*1.5*6)/(24*6*4)
=187550.5 (kJ/h)
(2)发酵后期发酵液降温耗Q22,主发酵后期,发酵液温度从6℃缓降到-1℃。每天单罐降温耗冷量为:
Q02=4MC1[6-(-1)]=4*73391.86*4.0*7=8219888 (KJ)
工艺规定此过程在2天内完毕,则耗冷量为(麦汁每天装1.5个锥形罐):
Q22=(1.5Q02)/(24*2)=(1.5*8219888)/(24*2)= 256871.5 (KJ/h)
(3)发酵总耗冷量Q2
Q2=Q21+Q22=187550.5+256871.5=44422(KJ/h)
(4)每罐用冷媒耗冷量Q0
Q0=Q01+Q02=1229+8219888=20223117 (KJ)
4.3.3.3 酵母洗涤用冷无菌水冷却耗冷量Q3
在锥形罐啤酒发酵过程,主发酵结束时要排放某些酵母,经洗涤活化后重复用于新麦汁发酵,普通可重复使用5—7次。设湿酵母添加量为麦汁量1.0%,且使用1℃无菌水洗涤,洗涤无菌水量为酵母量3倍。冷却前无菌水温30℃。用-8℃酒精液作冷地介质。
由中述条件,可得无菌水用量为:
Mw′=67922.3*6*1.0%*3=12226.01 (kg/d)
每罐无菌水用量:
Mw= Mw′/1.5=12226.01/1.5=8150.67(kg/每罐)
式中 67922.3——糖化一次冷麦汁量(L)
1.5——每天发酵1.5罐
假设无菌水冷却操作在2h小时内完毕,则每罐用于酵母洗涤无菌水耗冷量:
Q3=Mw *c*(tw-tw′)/t=8150.67*4.18*(30-1)/2=494012.1(kJ/h)
4.3.3.4酵母培养耗冷量Q4
依照工艺设计,每月需进行一次酵母纯培养,培养时间为12d,即288h。依照工厂实践,年产100000t啤酒酵母培养单位耗冷量为56.5 KJ/h,则相应年耗冷量为:
Q4= 56.5*288*12=195264 (KJ)
4.3.3.5发酵车间工艺耗冷量Qt
综上计算,可算出发酵车间工艺耗冷量为:
Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=25833935+44422+494012.1+195264=26567633(KJ/h)
4.3.4非工艺耗冷量Qnt
除了上述发酵过程工艺耗冷量外,发酵罐外壁、运转机械、维护构造及管道等均会耗用或散失冷量,构成所谓非工艺耗冷量,现分别简介。
4.3.4.1露天锥形罐冷量散失Q5
锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天,由于太阳辐射,对流传热和热传导等导致冷量散失。普通,这某些冷量由经验数据计算后获得。依照经验,年产10万吨啤酒厂露天锥形罐冷量在9000-0kJ/t啤酒之间,若在南方亚热地区设厂,可取高值。故旺季每天耗冷量为:
Mt=100000/1500*6=400 (t/d)
Q5’= Mt *0=8000000(KJ/d)
式中,Mt——旺季成品啤酒日产量(t)
若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量2倍,则高峰耗冷量为:
Q5
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