工厂设计-工艺衡算
Hefei University
论文题目：年产量8100吨啤酒厂糖化车间物料衡算专业班级： 12级生物工程（1）班
姓名学号：崔俏俏（1202011027）
导师姓名：于宙
完成时间： 2014年5月28日
日产量27吨（年产量8100吨）啤酒厂糖化车间工艺衡算
一、物料衡算
1、糖化车间工艺流程示意图
水、蒸汽
麦芽、大米粉碎糊化糖化过滤
麦糟麦汁煮沸锅酒花渣分离器回旋沉淀槽薄板冷却器
酒花槽热凝固物冷凝固物
2、工艺技术指标及基础数据根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的损失等数据如表
啤酒生产基础数据
项目名称百分比% 项目名称百分比%
定额指标
原料利用率
麦芽水分
大米水分
无水麦芽浸出率
无水大米浸出率
98.5
6
13
75
92
原料配比
麦芽
大米
75
25
啤酒损失率
（对热麦汁）
冷热损失
发酵损失
过滤损失
装瓶损失
总损失
3
1
1
1
6
3、100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产12°淡色啤酒的物料衡算
（1）热麦汁量据表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 混合原料可制得的12°热麦汁量为：
71.79 /12×100 =598.3（kg）
又知12°麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：
598.3/1.084 ×1.04 =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）
4、生产1000L 12°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12°成品啤酒540.2L，故可得出下述结果：
（1）生产1000L 12°淡色啤酒需耗混合原料量为：100/540.2 ×1000 =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）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：
574 /540.2×1000×0.2 % =2.13（kg）
（5）热麦汁量为：574/540.2×1000 =1063（L）
（6）冷麦汁量为：556.8/540.2×1000 =1031（L）
（7）湿糖化糟量设排出的湿麦糟水分含量为80%，则湿麦糟量为：
（1－0.06）×（100－75）/(100-80)×138.8 =163.1（kg）
而湿大米糟量为：（1－0.13）×（100－72）/(100-80)×46.3 =16.1（kg）
故湿糖化糟量为：163.1+16.1 =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、8100t/a（8003953L）12°淡色啤酒糖化车间的物料衡算
设平均每天糖化3次，每年糖化900次，则每次所得的产量为8893.3L
（1）生产8893.3L 12°淡色啤酒需耗混合原料量为：100/540.2 ×8893.3=1646.3（kg）
（2）麦芽耗用量为：1646.3×75 %=1234.7（kg）
（3）大米耗用量为：1646.3－1234.7=411.6（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：
574 /540.2×8893.3×0.2 %=18.9（kg）
（5）热麦汁量为：574/540.2×8893.3=9449.7（L）
（6）冷麦汁量为：556.8/540.2×8893.3 =9166.6（L）
（7）湿糖化糟量设排出的湿麦糟水分含量为80%，则湿麦糟量为：
（1－0.06）×（100－75）/(100-80)×1234.7=1450.8（kg）
而湿大米糟量为：（1－0.13）×（100－92）/(100-80)×411.6 =143.2（kg）
故湿糖化糟量为：1450.8+143.2 =1594（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)×18.9=56.7（kg）
(9)发酵液量为：9166.6×(1-0.01)=9074.9
(10)过滤酒量为：9074.9×(1-0.01)=8984.2
8100t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算表
物料名称单
位
对100kg混
合原料
1000L12°淡色
啤酒
糖化一次定额量
(8893.3L)
8100t/a啤酒生
产
混合原料麦芽大米酒花热麦汁冷麦汁湿糖化糟Kg
Kg
Kg
Kg
L
L
Kg
100
75
25
1.20
574
556.8
96.78
185.1
138.8
46.3
2.13
1063
1031
179.2
1646.3
1234.7
411.6
18.9
9449.7
9166.6
1594
1481670
1111230
370440
17010
8504730
8249940
1434600
湿酒花糟发酵液过滤酒成品啤酒Kg
L
L
L
3.45
551.2
545.7
540.2
6.39
1020
1010
1000
56.7
9074.9
8984.2
8894.4
51030
8167410
8085780
8004960
备注：12°淡色啤酒的密度为1 012kg/m3，实际年生产啤酒8101.02t
二、用水量衡算
1.糖化耗水量计算
100kg混合原料大约需要用水量400kg
则1481670kg混合原料糖化用水量为：1481670/100×400=5926680(kg)
糖化用水时间设为0.5h,故：
每小时最大用水量=5926680/0.5=11853360(kg/h)
(2)洗槽用水
100kg原料约用水450kg，则需水量：
1481670/100×450=6667515（kg）
用水时间为1.5h，则每小时：
洗槽最大用水量=6667515/1.5=4445010(kg/h)
(3)糖化锅洗刷用水
有效容积为20m3的糖化锅及其设备洗刷用水每糖化一次，用水约6t，用水时间为2h,故：洗刷最大用水量=6/2=3(t/h)
(4)沉淀槽冷却用水
每次冷却用水2t,冷却时间1h，则每小时最大用水量=2/1=2(t/h)
(5)沉淀槽洗刷用水
每次洗刷用水3.5t，冲洗时间设为0.5h,则每小时最大用水量=3.5/0.5=7(t/h)
(6)麦汁冷却器冷却用水
麦汁冷却时间设为1h，麦汁冷温度从55°冷却至6°
冷却水用量：G=Q/[c(t2-t1)]=1093716/[4.18×(30-18)]=21804(kg/h)
(7)麦汁冷却器洗刷用水
设洗刷一次，用水4t,用水时间为0.5h，则最大用水量为：4/0.5=8(t/h)
(8)酵母洗涤用水（无菌水)
每天酵母泥最大产量约300L，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水量为酵母的2倍，则连续生产每天用水量：（4+1）×300×2=3000（L）
设用水时间为1h，故最大用水量为3(t/h)
(9)发酵罐洗刷用水
每天冲刷体积为10 m3的发酵罐2个，每个用水2t，冲刷地面共用水2t，
每天用水量=2×2+2=6（t）
用水时间设为1.5h，最大用水量=6/1.5=4(t/h)
(10)贮酒罐冲刷用水
每天冲刷体积为10 m3的贮酒罐两个，用水4t，管路及地面冲刷用水1t,冲刷时间为1h，最大用水量为2+1=3（t/h）
(11)清酒罐冲洗
每天使用体积为2.5 m3的清酒罐8个，冲洗一次，共用水8t，冲刷时间为1h,
则最大用水量：8t/h
(12)过滤机用水
过滤机2台，每台冲刷一次，用水3t（包括顶酒用水），使用时间1.5h，
则最大用水量=2×3/1.5=4(t/h)
(13)洗棉机用水
洗棉机每日换水量14.6t,设换水时间为2h，则每小时最大用水量为：14.6/2=7.3(t/h)
(14)洗瓶机用水
按设备规范表，洗瓶机最大生产能力为3000瓶/h（最高线速），冲洗每个瓶约需水1.5L，则：用水量=3000×1.5=4500（L/h）
以每班生产7h计，总耗水量4500×7=31500（L）
（15）装酒机用水
每冲洗一次，用水2.5t，每班冲洗一次，每次0.5h，最大用水量=2.5/0.5=5（t/h）
（16）其他用水
包括冲洗地面、管道冲洗、洗滤布、每班需用水10t，设用水时间为2h，
则每小时用水量=10/2=5（t/h）
三、热量衡算(按一次糖化投料量计算)
（一）糖化用水耗热量Q1
根据工艺，糖化锅加水量为：
m1=(411.6+82.32)×4.5=2222.64kg)
糖化锅加水量为：m2=(1234.7-82.32)×3.5=4033.33(kg)
故糖化总用水量=2222.64+4033.33=6255.97(kg)
自来水平均温度取t1=18°C，而糖化配料用水温度t2=50°C,故耗热量为：
Q1=（m1+m2）·C w·(t2-t1)=6255.97×4.18×32=836798.55kJ
（二）第一次米醪煮沸耗热量Q2
Q2=Q2′+Q2″+Q2′″
1、糊化锅内米醪由初温t0（18℃）加热至100℃耗热Q2′
Q2′＝m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谷物=0.01[(100-w)C0+4.18w]进行计算，式中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+m1Cw)/(m大米+ m麦芽+ m1)
=（411.6×1.89+82.32×1.71+2222.64×4.81）/（411.6+82.32+2222.64） =4.27kJ/(kg·K)
(2)米醪的初温t0 设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则
t0=[（m大米C大米+ m麦芽C麦芽）×18 + m1Cw×50]/（m米醪c米醪）=49(℃) (3) Q2′＝m米醪c米醪（100－t0）
=2634.24×4.27×（100-49）
=573658.44（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：
m v1=m米醪×5%×40/60=87.808(kg)
故Q2″= m v1I=87.808×2257.2=198200.22（kJ）
式中I为煮沸温度（100℃）下水的汽化潜热（kJ/kg）
3、热损失Q2′″
米醪升温和第一次蒸煮过程的热损失约为前二次耗热量的15%，即：
Q2′″=15%（Q2′+ Q2″）=115778.8（kJ）
4、由上述结果可得Q2
Q2=1.15（Q2′+ Q2″）=887637.46（kJ）
（三）第二次蒸煮前混合醪升温至70℃的耗热量Q3
米醪与麦醪混合后的温度为63℃
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=（m麦芽C麦芽×18 + m2Cw×50）/ m麦醪c麦醪=49.75℃
其中，m麦醪=m麦+ m2=768.23 + 4033.33=4801.56kg）
2、米醪的中间温度t
米醪的中间温度为：
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
c麦醪=（m麦芽C麦芽+ m2Cw）/m麦醪=3.77[kJ/(kg·K)]
c混合=(m麦醪c麦醪+ m米醪c米醪)/ m混合=3.94[kJ/(kg·K)]
故 t=(7435.8×3.94×63-4801.56×3.77×49.75)/(2634.24×4.27)=84.03℃3、由上述结果得Q3
Q3=m混合c混合（70-63）=205079.36(kJ)
（四）第二次蒸煮混合醪的耗热量Q4
Q4= Q4′ + Q4 ″+ Q4′″
1、混合醪升温至沸腾所耗热量Q4′
（1）经第一次煮沸后米醪量为：
m米醪′= m米醪- m v1=2546.43（kg）
故进入第二次煮沸的混合醪量为：
m混合= m米醪′+ m麦醪=7347.99（kg）
(2)糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪温为70℃，则送到第二次蒸煮的混合醪量占：
m混合（78-70）/(100-70)/ m混合×100%=26.7%
故Q4′= 26.7% m混合c混合（100-70）=231898.16（kJ）
2、二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4 ″
煮沸时间为10min，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为：
m v2=26.7% m混合×5%×10/60=16.35kg)
故Q4 ″= m v2 h=16.35×2257.2=36905.22(kJ)
式中h为煮沸温度下饱和蒸汽的焓
3、热损失Q4′″
Q4′″=15%（Q4′+ Q4 ″）=40320.51（kJ）
4、由上述结果可得Q4
Q4=1.15（Q4′+ Q4 ″）=309123.89（kJ）
（五）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洗=1646.3×450/100=7408.35(kg)
故Q5= m洗Cw（80-18）=2208870.85（kJ）
（六）麦汁煮沸过程耗热量Q6
Q6 = Q6′+ Q6″+ Q6′″
1、麦汁升温至沸点所耗热量Q6′
设过滤完毕麦汁温度为70℃。则进入煮沸锅的麦汁量为：
m麦汁=1646.3×574/100=9449.76kg)
又 C麦汁=(1234.7×1.71+411.6×1.89+1646.3×6.4×4.18)/(1646.3×7.4) =3.852[kJ/(kg·K)]
故Q6′=m麦汁C麦汁（100-70）=1092014.27kJ）
2、煮沸过程蒸发耗热量Q6″
煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分量为：
m v3=9449.76×10%×1.5=1417.46(kg)
故Q6″= m v3 h=1417.46×2257.2=3199490.71(kJ)
3、热损失Q 6′″
Q 6′″=15%（Q 6′+ Q 6″）=643725.75（kJ ）
4、由上述结果可得Q 6
Q 6=1.15（Q 6′+ Q 6″）=4935230.73（kJ ）
（七）、糖化一次总耗热量Q 总
Q 总= Q 1 + Q 2 + Q 3 +Q 4 + Q 5 + Q 6 = 9382740.84（kJ ）
8100t/a 啤酒糖化车间总热量衡算表
（八）、糖化一次耗用蒸汽量D
使用表压为0.3MPa 的饱和蒸汽，h=2725.3kJ/kg.则:
m 0= Q 总/[(h-i)y]=4564.39(kg)
i 为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg ） y 为蒸汽的热效率（95%）
（九）糖化过程每小时最大蒸汽耗量Q max
Q max=Q 6/(1.5×95%)=3463319.81(kJ/kg)
名
称
糖化用水耗热量 第一次米醪煮沸耗热量 第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量 第二次煮
沸混合醪
的耗热量 洗槽水耗热量 麦汁煮沸过
程耗热量
糖化一次总耗热量
年耗热量
数值 836798.55
887637.46
205079.36
309123.8
9
2208870.85
4935230.73 9382740.84
844446675
6
相应的最大蒸汽耗量为：
m Dmax= Q max/(h-i)=1600.55(kg/h)
（十）蒸汽单耗
每年糖化次数为900次，共生产啤酒8101.02t。年耗蒸汽总量为：
m T=4564.39×900=4107951(kg)
每吨啤酒耗蒸汽量（对糖）
m s=4107951/8101.02=507.09kg/t啤酒
每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
m d=4564.39×4=18257.56(kg/d)
8100t/a啤酒糖化车间总热量衡算表（耗蒸汽量）
名称压力/MPa 每吨产品消耗定额每小时最大用量每昼夜消耗量年消耗量
蒸汽0.3（表压）507.09 1600.55 18257.56 4107951
四、耗冷量衡算
根据发酵车间耗冷性质，可分为工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类。即：
Q= Q t+ Q nt
（一）工艺耗冷量Q t
1、麦汁冷却耗冷量Q1
冷却介质为2℃的冷冻水，出口温度为85℃。糖化车间送来的热麦汁温度为94℃，冷却至发酵起始温度为6℃。
每糖化一次得热麦汁9449.7L，而相应的麦汁密度为1048kg/ m3,故热麦汁为：
m=1048×9.4497=9903.23(kg)
又知12℃麦汁的比热容为4.0kJ/(kg·K)，工艺要求在1h内完成冷却过程，则所耗冷量为：
Q1=mc(t1-t2)/t=9903.23×4.0×(94-6)/1=3485936.96(kJ/h)
根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为：
Q f=4 Q1=4×3485936.96=13943747.84（kJ）
2、发酵耗冷量Q2
（1）发酵期间发酵放热Q2′假设麦汁固形物均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵放热量为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)
根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为9166.6L，则没锥形罐发酵放热量为：
Q0′=44.18×9166.6×4=1619921.55（kJ）
发酵高峰期耗冷量为：
Q2′= Q0′×1.5×6/(24×3×4)=50622.55(kJ/h)
（2）发酵后期发酵液降温耗冷Q2″主发酵后期，发酵液温度从6℃缓慢降至-1℃，每天单罐降温耗冷量为：
Q0″=4mc1[6-(-1)]=1109161.76(kJ)
工艺要求此过冷过程在2天内完成，则耗冷量为：
Q2″=1.5 Q0″/(24×2)=34661.31(kJ/h)
（3）发酵总耗冷量Q2
Q2= Q2′+ Q2″=50622.55+34661.31=85283.86（kJ/h）
（4）每罐发酵耗冷量Q0
Q0= Q0′+ Q0″=1619921.55+1109161.76=1670544.1(kJ)
3、酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗热量Q3
设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。冷却前无菌水温30℃，用-8℃的酒精液作冷却介质。
m w′=9166.6×6×1.0%×3=1649.99(kg/d)
每班无菌水用量：m w= m w′/3=550(kg/班)
假定无菌水冷却操作在2h内完成，则无菌水冷却耗冷量为：
Q3= m w c m（t w- t w′）/t=33335.1(kJ/h)
每罐用于酵母洗涤的耗冷量为：
Q3= m w c m（t w- t w′）/1.5=44446.8（kJ）
3、酵母培养耗冷量Q4
每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12天，即288h。根据实践每产5400t啤酒工厂酵母培养耗冷量为：
Q4 =10530（kJ/h）
对应的年耗冷量为：
Q4′= Q4×288×10=30326400（kJ）
4、发酵车间工艺耗冷量Q t
Q t= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 3615085.92(kJ/h)
（二）非工艺耗冷量Q nt
1、露天锥形罐冷量散失Q5
Q5′= m b×30000=25×1.012×30000=759000(kJ/d)
式中m b为旺季成品啤酒日产量
若白天日晒高峰耗冷量为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷量为：
Q5=2 Q5′/24=63250(kJ/h)
2、清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6
Q6=12% Q t=433810.31（kJ/h）
五、耗电量衡算
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15kw，两台真空输送配电机功率2kw，两个旋转加料器配电机功率1kw。
则有
P c=15×5+15×1+15×5+8×5+15×2+2×2+1×2=241(kw)
故P =P c×K=241×0.6=144.6(kw)
啤酒厂糖化工艺流程示意图
糊化锅自来水,18 ℃糖化锅
大米粉274.35kg 料水比1：4.5 料水比1:3.5 麦芽粉768.23kg 麦芽粉54.87kg 热水，50℃46.7 ℃，60min 49 ℃，20min
13min 10min
70 ℃冷却，86.1 ℃63 ℃，60min
12min 5min
7min 70 ℃，25min 90 ℃，20min 100 ℃，40min 20min
过滤糖化结束78 ℃100 ℃，10min
麦糟90min 去发酵麦汁煮沸锅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