啤酒工艺计算Word文档格式.docx
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P麦汁在20°
C的密度为1.04kg/L。
而100°
C热麦汁比20°
C时的麦汁体积增加1.04倍。
故,
1.热麦汁(100°
C)体积为:
738.3÷
1.04×
1.04=738.3(L)
2.冷麦汁量为:
738.3×
(1-0.05)=701.38(L)
3.发酵液量为:
701.38×
(1-0.015)=690.86(L)
4.过滤酒量为:
690.86×
(1-0.01)=683.95(L)
5.成品啤酒量:
683.95×
(1-0.01)=677.11(L)
3.1.3生产100L10°
根据上述衡算结果知,100kg混合原料可生产10°
P淡色啤酒约677.11L,故可得下述结果:
1.生产100L10°
P淡色啤酒需耗混合原料量为:
100÷
677.11×
100=14.77(kg)
2.麦芽耗用量:
14.77×
70%=10.34(kg)
3.大米耗用量:
30%=4.43(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:
738.3÷
100×
0.2%=0.218(kg)
同理,100kg原料耗酒花:
677.11÷
0.218=1.48(kg)
5.热麦汁量:
100=109.04(L)
6.冷麦汁量:
701.38÷
100=103.58(L)
7.发酵液量:
690.86÷
100=102.03(L)
8.滤过酒量:
683.95÷
100=101.01(L)
9.成品酒量:
100=100(L)
10.湿糖化糟量:
设排出的湿麦糟含水分80%
湿麦芽糟量:
[(1-0.05)(100-75)/(100-80)]×
10.34=12.28(kg)
湿大米糟量:
[(1-0.12)(100-95)/(100-80)]×
4.43=0.97(kg)
故湿糖化糟量:
12.28+0.97=13.25(kg)
同理,100kg原料产生湿糖化糟:
13.25=89.72(kg)
11.酒花糟量:
设酒花在麦汁中的浸出率为40%,酒花糟含水分以80%计,则酒花糟量为:
同理,100kg原料产生湿酒花糟:
0.654=4.43(kg)
12.酵母量(以商品干酵母计)
生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥,其中一半作生产接种用,一半作商品酵母用,即为1kg。
湿酵母泥含水分85%
酵母含固形物量:
1×
(100-85)÷
100=0.15(kg)
则含水分7%的商品干酵母量:
0.15×
(100-7)=0.16(kg)
13.二氧化碳量:
因10°
P冷麦汁密度为1.04kg/L,则103.58L冷麦汁质量为:
103.58×
1.04=107.72(kg)
所以,10°
P冷麦汁中浸出物量:
103.58×
10%=10.36(kg)
设麦汁的真正发酵度为80%,则可发酵的浸出物量:
10.36×
80%=8.29(kg)
麦芽糖发酵的化学反应式为:
C12H22O11+H2O→2C6H12O6
2C6H2O6→4C2H5OH+4CO2+56KJ
设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成,则CO2生成量:
8.29×
4×
44÷
342=4.27(kg)
式中44—CO2分子量
342—麦芽糖(C12H22O11)分子量
设10°
P啤酒含CO2为0.4%啤酒中其含量有:
0.4%=0.41(kg)
则释放出的CO2量:
4.27-0.41=3.86(kg)
而1m3CO2在20°
C常压下重1.832kg
故释放出的CO2的体积为:
3.86÷
1.832=2.11m3
3.1.4日产800吨10°
P啤酒糖化车间物料衡算
生产旺季以150天计,占总量的80%,日产量800吨,则年产量为:
设生产旺季每天糖化6次,旺季总糖化次数为6×
150=900次(淡季根据需要酌情调整糖化次数),可算得每次糖化可产成品啤酒量(灌装后)为:
800÷
6=133.3(吨/次)
由此可以算出每次投料量和其他项目的物料平衡:
1.成品啤酒量(罐装前):
133.3×
1000÷
(1-1%)÷
1.010=133313.3(L)
2.麦芽用量:
133313.3÷
70=13782.0(kg)
3.大米用量:
30=5906.6(kg)
4.混合原料用量:
13782.0+5906.6=19688.6(kg)
738.3=145360.7(L)
701.38=138091.7(L)
7.湿糖化糟量:
133313.3÷
89.72=17664.6(kg)
8.湿酒花糟量:
4.43=872.2(kg)
9.发酵液量:
690.86=136020.5(L)
10.过滤酒量:
683.95=134660.0(L)
11.酒花量:
1.48=291.40(kg)
由于生产旺季占到全年产量的80%,由此可算得全年产量:
133313.3×
6×
150÷
80%=15.0×
107(L)
年实际产量为:
15.0×
107×
1010=15.15(万吨)
以单次糖化生产做基准,可算得各个项目全年状况如下:
1.全年混合原料需要量:
19688.6×
80%=22.15×
106(kg)
2.全年麦芽耗用量:
13782.0×
80%=15.50×
3.全年大米耗用量:
5906.6×
80%=6.64×
4.全年酒花耗量:
291.40×
80%=3.28×
105(kg)
145360.7×
80%=16.35×
138091.7×
80%=15.54×
7.全年湿糖化糟量:
17664.6×
80%=19.87×
8.全年湿酒花糟量:
872.2×
80%=9.81×
9.全年发酵液量:
136020.5×
80%=15.30×
10.全年过滤酒量:
134660.0×
80%=15.15×
11.全年成品啤酒量:
把前述的有关啤酒物料衡算计算结果整理见下表:
表3-2发酵车间物料衡算表
物料名称
单位
对100㎏
混合原料
对100L
10°
P啤酒
糖化一次定额
15万吨/年
啤酒生产
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
㎏
L
100
1.48
738.3
701.38
89.72
4.43
690.86
683.95
677.11
14.77
10.34
0.218
109.04
103.58
12.28
0.97
102.03
101.01
19688.6
13782.0
5906.6
291.40
145360.7
138091.7
17664.6
872.2
136020.5
134660.0
133313.3
22.15×
106
15.50×
6.64×
3.28×
105
16.35×
107
15.54×
19.87×
9.81×
15.30×
15.15×
3.2耗热量的计算
在论证部分,选用二次煮出糖化法生产麦汁,下面就以此工艺为基准进行糖化车间的热量计算。
工艺流程示意图如下图所示:
投料为糖化一次所需原料。
操作示意图如下所示:
自来水,18℃
糊化锅糖化锅
大米粉5906.61kg
麦芽粉1181.32kg料水比1:
4.5料水比1:
3.5麦芽粉13782.0kg
T(℃,20分钟)热水50℃46.67℃60分钟
13分钟10分钟
70℃63℃,60分钟
T(℃)
12分钟5分钟
90℃,20分钟7分钟100℃,40分钟70℃,25分钟
20分钟
过滤糖化结束78℃100℃,10分钟
麦糟酒花糟,热凝固物冷凝固物
90分钟
麦汁煮沸锅回旋沉淀槽薄板冷却器
酒花
去发酵罐冷麦汁
3.2.1糖化用水耗热量Q1
根据工艺设计糊化锅中的料水比为1:
4.5,糖化锅中的料水比为1:
3.5,料水比过大,尽管对糊化有利,但是耗能大,设备体积大。
料水比过小的话,醪液粘稠,需较大的搅拌设备且及易产生糊锅的现象。
所以糊化锅加水量为:
G1=(5906.6×
0.2+5906.6)×
4.5=31895.64(kg)
式中5906.6为糖化一次大米粉量,5906.6×
0.2为糊化锅加入的麦芽粉量(为大米量的20%)。
糖化锅加水量为:
G2=12600.68×
3.5=44102.38(kg)
式中糖化一次投入糖化锅麦芽量为12600.68(kg),13782.0-1181.32=12600.68(kg),因此式中的12600.68为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为:
=
+
=31895.64+44102.38=75998.02(kg)
自来水温度t1=18°
C,而糖化配料用水温度t2=50°
C,一次耗热量为:
Q1=GWCW(t2-t1)=75998.02×
4.18×
32=10165495.16(kJ)
3.2.2第一次米醪煮沸耗热量
由流程图可知:
1.糊化锅内米醪由初温
加热到100℃耗热
=G米醪×
C米醪(100-t0)
(1)计算米醪的比热容
根据经验公式C容物=0.01[(100-W)C0+4.18W]进行计算。
公式中W为含水量,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)×
12]=1.87[kJ/(kg.K)]
C米醪=(G大米C大米+G麦芽C麦芽+G1CW)/(G大米+G麦芽+G1)
=(5906.6×
1.87+1181.32×
1.68+31895.64×
4.18)
/(5906.6+1181.32+31895.64)
=3.75[kJ/(kg.K)]
(2)米醪初温t0
t0=[(G大米C大米+G麦芽C麦芽)×
18+G1CW×
50]/(G米醪C米醪)
=[(5906.6×
1.71)×
18+31895.64×
50]
/[(5906.6+1181.32+31895.64)×
3.75]
=47.21°
C
(3)米醪煮沸耗热量
=G米醪C米醪×
(100-47.21)
=(5906.6+1181.32+31895.64)×
3.75×
=7717283.0(kJ)
2.煮沸过程蒸汽带走的热量
糊化时间定为40分钟,蒸发强度为5%,则水分蒸发量为
×
5%×
40÷
60
=(5906.6+1181.32+31895.64)×
=1299.5(kg)
I=1299.5×
2257.2=2933123.1(kJ)
式中,I为100°
C下饱和气压下水的汽化潜热2257.2kJ/kg
3.损失热
米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15%,即:
=(
)×
15%
4.由上述各项可得出:
=1.15(
)=1.15×
(7717283.0+2933123.1)
=10650406.1(kJ)
3.2.3第二次煮沸前混合醪液升温至70℃的耗热量
从示意图上可以看出,糊化锅内的煮沸米醪和糖化锅中的麦醪混合后温度约为63℃,固混合前米醪从100℃降温到中间温度t
1.麦醪初温
已知麦芽粉温度为18℃,用50℃热水配料,由前面数据可算得麦醪比热容C麦醪
C麦醪=(G麦芽×
C麦芽+G2CW)÷
(G麦芽+G2)
=(12600.68×
1.71+44102.38×
4.18)÷
(12600.68+44102.38)
=3.63[kJ/(kg.K)]
结合前面麦醪的比热容,可算得麦醪米醪混合后的比热容
C混合=(G麦醪×
C麦醪+G米醪C米醪)÷
(G麦醪+G米醪)
G麦醪=12600.68+44102.38=56703.06(kg)
C混合=(56703.06×
3.63+38983.56×
3.75)÷
(56703.06+38983.56)
=3.68[kJ/(kg.K)]
可以算得麦醪温度为:
t麦醪=(G麦芽×
C麦芽×
18+G2×
CW×
50)÷
(G麦醪×
C麦醪)
1.71×
18+44102.38×
(56703.06×
3.63)
=46.67℃
根据热量衡算,且忽视热损失,米醪与麦醪混合前后的焓不变,则米醪的中间温度t为:
t=(G混合C混合t混合-G麦醪C麦醪t麦醪)÷
(G,醪C米醪)
G,米醪=G米醪-V1=38983.56-1299.5=37684.06(kg)
G混合=GW+G麦芽+G大米=75998.02+13782.0+5906.6=95686.62(kg)
t=(95686.62×
3.64×
63-56703.06×
3.63×
46.67)÷
(37684.06×
3.75)=87.30°
2.混合醪从63℃升温到70℃所需要的热量:
Q3=G混合C混合×
(70-63)=95686.62×
(70-63)=2438095.1(kJ)
3.2.4第二次煮沸混合醪液耗热量
1.由工艺流程可知:
经过第一次煮沸后米醪量为:
G麦醪=G麦芽+G2=12600.68+44102.38=56703.06(kg)
因此进入第二次煮沸的混合醪量为:
G混合=G,米醪+G麦醪=37684.06+56703.06=94387.12(kg)
根据工艺,糖化结束醪温为78°
C,抽取混合醪的温度为70°
C,则送到第二次煮沸的混合醪量为:
[G混合(78-70)]÷
[(100-70)G混合]×
100%
=[(94387.12×
8)÷
(30×
94387.12)]×
=26.67%
因此:
=26.67%×
94387.12×
3.68×
=2779104.2(kJ)
2.第二次煮沸蒸汽带走热量
煮沸时间为10分钟,煮沸强度5%,则水分蒸发量为:
V2=26.67%G混合×
10÷
=26.67%×
=209.8(kg)
则可算得:
=V2I=97.88×
2257.2=473505.0(kJ)
3.热损失
根据经验公式
4.由上述三项可算出
=1.15×
(2779104.2+473505.0)
=3252609.2(kJ)
3.2.5洗糟水耗热量
洗糟水平均温度为80℃,每100kg原料洗糟用水450kg,则用水量为:
G洗=G总÷
450
=(5906.6+1181.32+12600.68)÷
=88598.7(kg)
则
=88598.7×
62=22961239.1(kJ)
3.2.6麦汁煮沸过程中耗热量
1.麦汁升温至沸点耗热量
由糖化物料衡算表可知,100kg混合原料可得热麦汁738.3kg,过滤后麦汁温度约为70°
C,则进入煮沸锅的麦汁量为:
G麦汁=(5906.6+1181.32+12600.68)÷
738.3=145360.9(kg)
热麦汁比热容:
C麦汁=(G麦芽C麦芽+G大米C大米+GWCW)/(G麦芽+G大米+GW)
=(13782.0×
1.71+5906.6×
1.87+75998.02×
/(13782.0+5906.6+75998.02)
=3.68[KJ/(Kg·
K)]
=145360.7×
30=16047821.3(kJ)
2.煮沸过程蒸发耗热量
煮沸强度为10%,持续时间为1.5小时,则水分蒸发量为:
V3=145360.7×
10%×
1.5=21804.1(kg)
由此可以算得:
=V3I=21804.1×
2257.2=49216214.5(kJ)
3.煮沸热损失:
4.综合以上算得的可得出麦汁煮沸总耗热:
(16047821.3+49216214.5)
=75053641.2(kJ)
3.2.7一次糖化总耗热量
=10165495.16+10650406.1+2438095.1+3252609.2+22961239.1+75053641.2=124521485.9(kJ)
2.2.8一次糖化蒸汽耗用量D
使用压力表为0.3Mpa的饱和蒸汽,热焓量为I=2725.3KJ/kg,相应的冷凝水的焓为:
i=561.47KJ/kg,气热效率为η=95%,则:
D=Q总/[(I-i)η]=124521485.9÷
[(2725.3-561.47)×
95%]
=60575.6(kg)
3.2.9糖化小时最大蒸汽耗用量
糖化操作时,麦芽煮沸时耗热量最大,已知煮沸时间1.5小时,热效率95%,
=75053641.2÷
1.5÷
95%=52669221.9(kJ)
相应最大蒸汽耗用量为:
D最大=Q最大÷
(I-i)
=52669221.9÷
(2725.3-561.47)
=19734.9(kg/h)
3.2.10蒸汽单耗
根据生产设计,旺季糖化次数为150×
6=900次,设淡季每天糖化4次,150天共600次,全年糖化总数为1500次;
共产啤酒15.15万吨(占全年的80%),则全年的蒸汽耗热量为:
D每年=60575.6×
1500=90863400(kg)
=90863400÷
151500=599.7(kg/t)
每昼夜蒸汽消耗量(按旺季算):
D,最大=60575.6×
6=363453.6(kg/d)
表3-37万吨啤酒厂糖化车间总热量衡算表
规格(MPa)
吨酒消耗/kg
小时最大消耗/kg
每昼夜消耗/kg
年消耗量/kg
蒸汽
0.3(表压)
599.7
19734.9
363453.6
90863400
3.3耗水量计算
3.3.1糖化用水
糖化锅加水比为1:
3.5,糊化锅加水比为1:
4.5,料水比过大,尽管对糊化有利,但是耗能大,设备体积大。
混合预料每次加入量为19688.6kg,
所以糖化锅加料量为:
13782.0-5906.6×
0.2=12600.68(kg)
糊化锅加料量为:
19688.6-12600.68=7087.92(kg)
则每次糖化锅中用水量为:
12600.68×
每次糊化锅中用水量为:
(5906.6×
单次糖化用水总量为:
44102.38+31895.64=75998.02(kg)
糖化用水时间为0.5h,因此:
每小时最大用水量:
75998.02÷
0.5=151996.04(kg/h)
3.3.2洗糟用水量
每100kg混合原料洗糟水用量为450,则洗糟水用量为:
450÷
100=88598.7(kg)
洗糟时间定为1.5h,则洗糟水最大用量为:
88598.7÷
1.5=59065.8(kg/h)
3.3.3糖化室洗刷用水
糖化室及设备洗刷用水单次定为20吨,清洗时间为2小时,则:
洗刷最大用水量为:
20/2=10(t/h)
3.3.4麦汁冷却器冷却用水
麦汁冷却时间定为1小时,麦汁冷却温度为95°
C降至10°
C,冷却水温度为2°
C升至80°
C。
冷却用水量
=Q/
(
-
)
麦汁放出热量Q=G麦汁
式中:
=95°
C
=10°
=80°
=2°
=145360.7(kg)
=3.68kJ/(kg.K)
所以Q=145360.7×
(95-10)=45468826.96(kJ/h)
G水=45468826.96÷
[4.18×
(80-2)]=139.46(t/h)
3.3.5澄清槽洗刷用水
单次洗刷耗水量为8t,洗刷时间为0.5小时,则有:
8/0.5=16(t/h)
3.3.6麦芽汁冷却器清洗用水
假设一次冲洗用水6t,清洗时间0.5小时,则:
最大用水量:
6/0.5=12(t/h)
3.3.7CIP装置洗涤用水
设配洗液一次用水6t,用水时间为1小时,
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