糖化鍋、糊化鍋升溫速率的計算和校核

張俊 趙顏 王?；?/p>

啤酒工廠糖化工藝對于糊化鍋和糖化鍋醪液的升溫速率有嚴格要求，合適的升溫速率可以滿足糖化工藝對溫度的需求并且提高生產效率，又可以減少鍋內壁結垢，降低CIP 清洗頻次。對于升溫速率，糊化鍋一般要求為1.5-2℃/min，糖化鍋一般要求為1-1.5℃/min；下面介紹一種糖化鍋、糊化鍋升溫速率的計算和校核方法。

1 確定蒸汽夾套的換熱面積

對于新設計的糖、糊化鍋根據確定的鍋體尺寸和封頭形式，畫出鍋體圖，并在鍋體圖上標出醪液有效容積的液面高度，然后根據所選擇的夾套形式，在筒體和下封頭上進行夾套的初步布置并計算出換熱面積，夾套布置的原則如下：

1.1 夾套應在醪液液面以下50mm處開始布置。

1.2 夾套布置應考慮到鍋體所選用材料的板幅，不要覆蓋鍋體制造焊接的環縫并且盡量避開縱縫。

1.3 夾套布置應留出溫度傳感器和支撐腿或座的位置。

1.4 夾套布置要結合土建或操作平臺相對于鍋體的位置，盡量不要把夾套與外接管連接的位置與土建樓板、支撐梁或鋼結構平臺重合，留出足夠的安裝和維修空間。

1.5 根據工藝提供的不同產品的投料量，夾套可以分段設置，但最多不宜超過4段（含鍋底封頭加熱段）。

對于已有糖、糊化鍋的換熱面積可以查閱制造商提供的圖紙，在設計參數表中有總換熱面積和各分段的換熱面積，可以作為升溫速率計算校核的依據。

2 夾套內蒸汽對傳熱面的傳熱膜傳熱系數α1 計算

式中 ρ1：水密度 Kg/m3

g：重力加速度g r：汽化潛熱 KJ/Kg

λ1：導熱系數 W/( m·k)

γ1：運動粘度 m2/s

L：夾套高度m Δt：溫差℃

3 鍋內壁傳熱面到醪液的傳熱膜傳熱系數α2 計算

其中 Pr= CPμ/λ2

式中 ρ2：醪液密度Kg/m3μ：動力粘度Pa·S

γ2：運動粘度m2/s CP：比熱J/Kg.K

λ2：導熱系數W/(m·k)

ε：單位質量攪拌功率w/kg

Pr: 普朗特準數 D：容器內直徑m

d：攪拌槳直徑m b：攪拌葉片寬度m

4 壁溫校核

在傳熱過程中，由夾套通過鍋體熱傳遞，其熱流量密度是相等，即

5 總傳熱系數K 計算

式中污垢系數：夾套蒸汽側外壁面Rη，

鍋內壁面 Rυ， m2K/W

λ3：導熱系數 ， W/(m·k) δ：鍋壁厚度 ， mm

6 夾套熱負荷Q 計算

夾套熱負荷Q=FKΔtm（KJ/h）

式中： F：換熱面積 m2Δtm：對數平均溫差

K：傳熱系數

7 醪液升溫需要的熱量q 計算

醪液熱量q=ρ2V CPΔt1（KJ）

式中：ρ2：醪液密度， Kg/m3

V：醪液量，m3CP：醪液比熱， KJ/Kg.K

Δt1：醪液溫差， ℃

就這樣，他們和我見了面。見面之后，他們覺得我不僅有知識有學問，還具備良好的修養，更難能可貴的是我才剛剛24歲，而且家境貧寒急需用錢。他們認為我會是一個稱職的“代孕媽媽”。而我得知了陳清夫婦的坎坷遭遇，看著這對經歷了太多磨難的夫妻飽含希冀的眼神，不禁欣然同意為他們孕育孩子。

8 升溫時間m 計算

升溫時間m =60kq/Q （min）

其中 k：熱損耗系數

9 升溫速率V 計算

升溫速率V=Δt1/m （℃/min）

計算升溫速率V 與工藝要求的升溫速率v 進行比較，如果V＞v，可以適當減少換熱面積或者降低供蒸汽壓力；如果V＜v，應當考慮增大供蒸汽壓力或重新設計鍋體，通過降低徑高比、變更下封頭型式、在鍋內增加加熱盤管等方法，提高換熱面積。

10 計算實例：20KL/批糖化生產線糖化鍋升溫速率計算

條件：糖化鍋鍋體內徑3m，下封頭采用蝶形封頭；醪液量16.1KL，液位高度2.5m；攪拌葉直徑d=2.6m，攪拌葉片寬度b=0.35m，攪拌功率W=7.5kw；糖化工藝要求醪液從65℃到76℃升溫速率v=1.2℃/min，夾套內的蒸汽壓力為3-4bar。

10.1 在糖化鍋筒體和下封頭布置夾套，夾套的型式為全覆蓋型蜂窩夾套，夾套分上、中、下3 段設計，單段夾套高度1.1m，初步計算換熱面積A 為19.8m2。

10.2 計算夾套內蒸汽對傳熱面的傳熱膜傳熱系數α1

143.4℃的水物理性能：

10.3 計算鍋內壁面的傳熱膜傳熱系數α2

糖化醪液從65℃升溫至76℃，平均溫度tm1=(65+76)/2=70.5℃；

在此溫度下醪液的物性參數：ρ2=1060 Kg/m3, μ=0.010Pa·S（取糖化升溫過程醪液的平均粘度）,γ2=1.13×10-5m2/s ，

單位質量攪拌功率ε=1000W/G=1000×7.5/16.1×1060)=0.429 w/kg

普朗特準數 Pr=CPμ/λ2=3660×0.010/0.686=53.35

10.4 壁溫TB 校核

計算得TB=130.4℃

原設定蒸汽側壁溫Tb=136.6℃

誤差=[(Tb- TB)/ TB]×100%=[(136.6-130.4)/130.4]×100%=4.7%

誤差為4.7%，原設定蒸汽側壁溫可行。如果誤差大于5%應重新設定壁溫按上述計算方法，重新計算，直到滿足要求為止。

10.5 總傳熱系數K

污垢系數：夾套蒸汽側外壁面 Rη=0.000052 m2K/W

糖化鍋內壁面 Rυ=0.000106 m2K/W

糖化鍋材料 S30408， 導熱系數λ3=17W/(m2K)，鍋壁厚度δ=5mm

10.6 醪液升溫需要的熱量q 計算

10.7 夾套熱負荷Q 計算

蒸汽溫度T=143.4℃（蒸汽壓力0.30MPa），醪液平均溫度tm1=70.5℃

對數平均溫差

10.8 升溫時間m 計算

10.9 升溫速率V 計算

通過計算可以看出 V ＞v，可以滿足糖化工藝要求的升溫速率。

11 結束語

糖化和糊化的升溫速率與總傳熱系數K 值息息相關，而影響K 值大小的一個關鍵因素，就是糖化醪液和糊化醪液的粘度，而醪液粘度在整個糖化過程中隨著糊化、液化、糖化、蛋白質分解工藝過程的進行以及醪液溫度的不斷增加，實際上醪液的粘度是一個不斷變化的值，這就導致每個階段的K 值是不同的，這也是在糖化糊化實際操作中可以觀察到的有些階段升溫快有些階段升溫較慢的原因，以上的計算方法也是在醪液取其平均粘度的前提下，求其平均升溫速率，與實際情況還是有所差異。