年產10萬噸啤酒工廠設計畢業(yè)設計論文

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2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） i目錄摘 要 IAbstractII1 緒論 11.1 啤酒工業(yè)概述 .11.2 啤酒設計概述 .11.2.1 設計目的 .11.2.2 設計選題依據 .21.2.3 設計內容 .21.2.4 指導思想 .21.3 設計工作的背景 .21.3.1 啤酒的歷史 .21.3.2 當代中國啤酒工業(yè) .31.4 中國啤酒的發(fā)展方向 .31.4.1 行業(yè)結構的變化 .31.4.2 市場結構的變化 .42 啤酒工藝選擇與論證 52.1 原料要求 .52.1.1 大麥的要求 .52.1.2 麥芽質量的要求 .52.2 啤酒工藝流程 .62.2.1 釀造啤酒的原料 .72008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） ii2.2.2 麥芽的制備 .72.2.3 麥汁的制備 .82.2.4 啤酒的發(fā)酵 .102.2.5 啤酒的過濾 .113 年產 10 萬噸啤酒廠糖化車間的物料衡算 123.1 基礎數據 .123.1.1 糖化車間工藝流程示意圖 .123.1.2 工藝技術指標及基礎數據 .123.2 物料衡算 .133.3 熱量衡算 183.4 年產 10 萬噸啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量衡算 294 啤酒生產設備選型計算 374.1 啤酒生產設備選型計算 .374.2 重點設備設計計算（糖化鍋） .485 水、電、汽計算 575.1 用水量的計算 .575.2 用電量的計算 615.3 耗汽量的計算 .656 經濟核算 676.1 人力資源配置 676.2 產品成本及利潤估算 687 三廢處理方案 692008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） iii7.1 廢水和節(jié)水技術 697.1.1 廢水來源 .697.1.2 啤酒廢水的產生與特點 .697.1.3 廢水處理技術 .707.1.4 節(jié)水技術 .707.2 廢氣處理 .707.2.1 由鍋爐排出這煙氣 .717.2.2 熱管技術在干燥塔余熱回收的利用 .717.3 垃圾處理 .718 食品工廠衛(wèi)生問題 728.1 衛(wèi)生設施的要求 .728.2 衛(wèi)生設施 728.3 防蟲蛇措施 728.4 防鼠措施 739 結束語 74參 考 文 獻 75致 謝 762008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） I摘 要啤酒既是一種食品飲料,又是一種內涵豐富的文化用品。飲酒不僅是一種飲食行為,又是一種文化交際活動。啤酒作為食品飲料產品不僅代表生產力和微生物科學技術，飲酒活動又是世界各民族獨特傳統(tǒng)文化重要組成部分。啤酒雖不是人類生存的必需品，但在社會生活中具有無法替代的功能。如今，啤酒的產量在我國釀造酒生產中產量最高，已超過 3000 萬噸僅次于美國。啤酒的主要原料是大麥，大米，玉米等。而中國是一個糧食大國，它為啤酒廠的建立提供了良好的原料來源。本設計中把產品定位為市場比較普遍的淡色啤酒，年產量 10 萬噸。根據設計任務書，設計生產工藝流程并進行工藝計算并對重點設備和能量消耗進行計算。產品的廣闊市場為工廠的生存和發(fā)展提供了良好的保證。關鍵字：啤酒；原料；設計；工藝計算；設備選型2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） IIAbstractThe beer not only is one kind of food drink,also is one kind of connotation rich cultural item. Drinks wine not only is one kind of eating behavior,also is one kind of cultural human relations activity. The beer not only represents the productive forces and the microorganism science and technology as food drink product. Drinks wine to move also is the world various nationalities unique traditional culture important constituent. The beer although is not the human survival essential item, but has the function in the social life which is unable to substitute. Now, the beer output ferments in brew beer the production in our country the output to be highest, has surpassed 30 million tons to be only inferior in US.The beer main raw material is the barley, the rice, the corn and so on. China is a grain great nation, it has provided the good raw material origin for the brewery establishment. In this design product localization for market quite universal Pale Beers, annual output 100,000 tons. The product broad market has provided the good guarantee for the factory survival and the development.Key words：beer ；raw material；design；Process design ；Equipment shapin2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 11 緒論1.1 啤酒工業(yè)概述隨著人們生活水平的提高，飲食消費結構的不斷改變，啤酒已進入了千家萬戶。為了保持啤酒應有的傳統(tǒng)并結合實際的生產情況，給啤酒下一個簡明的定義是一件很有意義的事，既啤酒是以麥芽為主要原料，添加酒花，經酵母發(fā)酵釀制而成的，一種含二氧化碳、氣泡、低酒精度的飲料酒。上述定義的實際意思：1．啤酒以麥芽為主要原料，亦即啤酒是以麥芽為主要原料生產的?；谝喳溠繛橹饕?，則麥芽使用量應不少于 50%。自古以來大麥是釀造啤酒的主要原料。2．啤酒是添加酒花，經酵母發(fā)酵釀制而成的。是世界目前各國公認的經過糖化、發(fā)酵方法而釀制的釀造酒，非配制酒。3．啤酒應是含二氧化碳、氣泡、低酒精度的飲料酒。區(qū)別于汽酒和其它配制酒。我國啤酒工業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速。目前，我國啤酒的年產量已位居世界首位。但從人均消費量來看，遠遠落后于發(fā)達國家水平。我國啤酒產很多，但設備產量參差不齊。最近幾年啤酒產業(yè)正向著規(guī)模化、效益化發(fā)展。不少的啤酒廠被大啤酒廠兼并。這一發(fā)展趨勢是符合世界發(fā)展趨勢的。隨著啤酒生產現代化的邁進，我們將會喝到更新鮮、更可口的啤酒。 啤酒是以麥芽為主要原料，添加酒花，經酵母發(fā)酵釀制而成的，一種含二氧化碳、氣泡、低酒精度的飲料酒 [1]。1.2 啤酒設計概述1.2.1 設計目的通過此畢業(yè)設計，使我們初步掌握了工廠工藝設計的程序和方法。并受到一次工程設計的嚴格訓練，讓我們具有一定的工程設計能力。這對于即將從事2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 2科研，生產或技術管理工作的畢業(yè)生具有十分重要的意義。 1.2.2 設計選題依據本設計是根據合肥學院生物與環(huán)境工程系生物工程教研室布置的畢業(yè)設計大綱的要求來進行設計的。1.2.3 設計內容本設計為年產 10 萬噸啤酒工廠設計，重點設備糊化鍋，重點是糖化車間的設計。還包括設計工廠的工藝方法及流程，三大衡算，設備選型，生產車間的布置，繪制設計圖紙（工廠總體布置圖；主要生產車間工藝流程圖；設備選型） 。1.2.4 指導思想本設計是在確定工藝方法及流程和設備選型時，結合了實習工廠的實際情況，工藝上力求其合理性和先進性，設備上根據實際盡可能采用先進的生產設備。通過先進的技術，自動化、機械化的生產控制，來減輕繁重的體力勞動和提高勞動力生產率，并采用已經成熟的生產工藝技術和設備，使工廠建成后能夠順利投產，迅速達到設計能力。在經濟上，因地制宜，采用適合的管理方法，降低能耗，減少污染，保護環(huán)境，選用合適的產品的，減少浪費。設計工廠整體要做到投資少、成本低、見效快的效果。1.3 設計工作的背景1.3.1 啤酒的歷史我國古代的原始啤酒可能也有 4000 至 5000 年的歷史，但是市場消費的啤酒是到十九世紀末隨帝國主義洋槍洋炮一起進來的。在中國建立最早的啤酒廠是俄國人在哈爾濱八王子建立的烏盧布列夫斯基啤酒廠，此后五年時間里， 俄國、德國、捷克分別在哈爾濱建立另外三家啤酒廠。1903 年英國和德國商人在青島開辦英德釀酒有限公司，生產能力為 2000 噸，這就是現在青島啤酒廠的2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 3前身。1904 年在哈爾濱出現了中國人自己開辦的啤酒廠—東北三省啤酒廠；1914 年哈爾濱又建起了五洲啤酒汽水廠；同年北京建立了雙合盛啤酒廠；1935年廣州出現了五羊啤酒廠(廣州啤酒廠的前身)。1958 年我國在天津、杭州、武漢、重慶、西安、蘭州、昆明等大城市投資新建了一批規(guī)模在 2000 噸左右的啤酒廠，成為我國啤酒業(yè)發(fā)展的一批骨干企業(yè)。 1.3.2 當代中國啤酒工業(yè)新中國成立以來，啤酒工業(yè)的發(fā)展經歷了四個階段：第一階段 從 1953 年到 1962 年，是啤酒工業(yè)的調整和發(fā)展階段，新建了一批新的啤酒廠，啤酒年產量的平均增長速度為 38.2%。1963 年至 1972 年，速度雖有所放慢，但啤酒產量仍增長 1.4 倍。到 1978 年，我國的啤酒年產量達到 40萬噸。在這一階段，在啤酒科學研究、教育、人才培養(yǎng)等方面的工作為啤酒工業(yè)的今后的發(fā)展打下了基礎。第二階段 1979 年后，啤酒生產全面發(fā)展。全國除西藏外，各省、市、自治區(qū)都建立了啤酒廠，全國除輕工系統(tǒng)外，其他部們如商業(yè)、農業(yè)、機械、國防、冶金等都建立了啤酒廠。一些啤酒廠的規(guī)模也越來越大。如在 1980 年，我國共生產啤酒 68. 8 萬噸。第三階段 在這一階段，我國的啤酒工業(yè)高速發(fā)展，其主要特點是擴建和新建的啤酒廠如雨后春筍，啤酒生產規(guī)模也逐步擴大，在有的省份， 幾乎每個縣市都有啤酒廠。據 1987 年的統(tǒng)計， 在浙江省就有啤酒廠 104 家。由于實行改革開放政策，從國外引進技術，裝備，人才，加快了啤酒工業(yè)的發(fā)展.如從國外引進了啤酒生產線，尤其是啤酒灌裝線。產量翻番的時間縮短，如 1982 年，全國啤酒產量為 117 萬噸，到 1985 年，啤酒產量就達到 310.4 萬噸。1988 年，啤酒產量又翻了一番，達到 654 萬噸。第四階段 這一階段可說是中國的啤酒工業(yè)進入了旺盛的成熟期，一方面， 啤酒工業(yè)繼續(xù)以高速度發(fā)展，在高速發(fā)展的同時，開始對啤酒的質量，啤酒工業(yè)的經濟效益更加重視，啤酒工業(yè)的規(guī)模按照國際上的慣例，開始向大型化，集團化方向發(fā)展。一些中小型啤酒廠被大型啤酒廠兼并。2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 41.4 中國啤酒的發(fā)展方向1.4.1 行業(yè)結構的變化集團化、規(guī)?；?企業(yè)數量繼續(xù)下降，青島、燕京、華潤的下屬企業(yè)會繼續(xù)增加，生產能力和年產量還將持續(xù)增長。珠啤、雪津、哈啤等二級啤酒集團也會迅速擴張。一業(yè)為主，多元擴張。 大多數啤酒集團在把啤酒業(yè)做強的同時依靠自身優(yōu)勢進入其它行業(yè)進行多元化發(fā)展。如青啤進入茶飲料業(yè)、葡萄酒業(yè)，燕啤進入生物制藥業(yè)，藍劍下屬 20 多家進入其它產業(yè)等。信息化。 知識經濟時代，企業(yè)對信息的利用率和利用程度成為提高企業(yè)競爭力的重要方面，啤酒企業(yè)對加快企業(yè)信息化建設更加重視。一方面加快內部信息化建設，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投資數千萬元上 ERP 系統(tǒng)，許多企業(yè)建立內部局域網等；另一方面加快外部信息溝通和利用。更多的企業(yè)成立信息中心，加快對外部商業(yè)情報的收集、分析、利用?？萍蓟?。 科技永遠是第一生產力，加快科技進步是啤酒企業(yè)未來競爭的焦點之一。在純生技術進一步提高的同時，啤酒企業(yè)會在啤酒保鮮度、延長保鮮期等方面不斷創(chuàng)新。產品多樣化。 傳統(tǒng)的普通啤酒依然會是主流，但隨著越來越多個性化產品的不斷推出，功能性保健啤酒、果汁啤酒、無醇啤酒等特色啤酒的消費量會越來越大。企業(yè)所有制結構的多元化。 國有企業(yè)逐漸退出，股份制企業(yè)、多種所有制混合企業(yè)、民營企業(yè)得到大發(fā)展，新一輪的中外合資企業(yè)也會增多，不過合資企業(yè)也會增多，不過合資的形式發(fā)生了改變。1.4.2 市場結構的變化在城市市場，新一輪消費高潮掀起，中高檔啤酒市場、特色啤酒市場、女士啤酒市場得到發(fā)展。2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 5在農村市場，隨著農村經濟的發(fā)展，啤酒消費出現穩(wěn)步增長趨勢。傳統(tǒng)的企業(yè)——經銷商——消費者的模式受到挑戰(zhàn)，企業(yè)——消費者的直銷模式得到快速發(fā)展，尤其是電子商務的發(fā)展使網上營銷在啤酒行業(yè)得到大發(fā)展。2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 62 啤酒工藝選擇與論證2.1 原料要求2.1.1 大麥的要求（1）感官要求麥粒有光澤，呈淡黃色，子粒飽滿，大小均勻，表面有橫向且細的皺紋，皮較薄。（2）物理檢驗①千粒重 35～45g。能通過 2.8mm 篩孔徑的麥粒，應占 85%以上。②將大麥從橫面切開，胚乳段面應呈軟質白色，透明部分越少越好。③發(fā)芽率要求不得低于 96%，發(fā)芽力要求達到 85%以上。（3）化學檢驗①淀粉含量在 65%以上②含水量在 12%～13%③在 15℃浸泡 48h，大麥含水不低于 42%④蛋白質含量為 9%～12%，其中 1/3～1/2 的蛋白質可溶解到麥芽汁中。注：1)已正式定名的芳香型啤酒花制成的顆粒啤酒花，其 α-酸含量不受此要求限制。2)β-酸 2.0%為推薦值2.1.2 麥芽質量的要求（1）外觀特征干麥芽應無霉味，呈淺黃色，具有香味，口咬發(fā)脆且松散。麥芽色澤是判斷麥芽質量優(yōu)劣的重要依據 [2]。（2）化學檢驗及指標2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 7①水分 4.0～ 5.0% ，蛋白質含量為 10.0～10.8%②粗、細粉浸出率差 1.3～1.65%③細粉的碘值﹤ 2.8 ，最終發(fā)酵度 ﹥80%④蛋白質溶解度為 40～42%⑤PH 值為 5.6～5.8⑥煮沸色度≤5.0EBC⑦α-淀粉酶≥40ASBC 單位（3）糖化用水的質量要求①要求水的總硬度不超過 4.28mmol/L，硬度過高會使糖化醪的酸度降低，從而影響糖化和發(fā)酵。②鐵離子濃度小于 0.5mg/L ，氯離子濃度屬于 20～60mg/L，氯氣小于0.3mg/L，氨基氮小于 0.5mg/L。③衛(wèi)生指標要求細菌總數不得超過 100 個/ml，不得有大腸桿菌和八疊球菌。2.2 啤酒工藝流程2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 8水、蒸汽↙ ↘麥芽、大米→粉碎→糊化→糖化→過濾→麥汁煮沸鍋→酒花渣分離器→回旋沉淀槽↓ ↓ ↓ ↓ 麥槽 酒花槽 熱凝固物酵母↓ →薄板冷卻器→發(fā)酵罐→啤酒過濾機→清酒灌→灌裝機→殺菌機→熟啤↓ ↓冷凝固物 CO2圖 1 啤酒工藝流程圖2.2.1 釀造啤酒的原料釀造啤酒的主要原料是大麥，水，酵母，酒花及輔料 [3]。大麥是啤酒生產的重要原料，先將起制成麥芽，再用于釀酒。它不僅淀粉含量高而且還為糖化時提供了各種豐富的酶系和含氮物質，這為后發(fā)酵過程提供了良好的物質基礎。水是啤酒含量最多的成分，在釀造的過程中，水中的各種離子的作用是不可低估的，在一定程度上影響酵母的生產和啤酒的質量。酒花對啤酒的質量非常重要，它不僅賦予啤酒特殊的苦味，同時也影響啤酒的苦味與香氣。對啤酒發(fā)酵而言酵母的作用是至關重要的，它直接影響著啤酒的口味和特點。使用輔料是為了提供廉價的浸出物或糖類，這樣會減少麥芽的使用量，降低啤酒生產的成本 [4]。2.2.2 麥芽的制備2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 9麥芽的制造主要分為四個階段：（1）精選后的大麥浸泡在水中，使大麥吸收水分，達到能發(fā)芽的要求，此階段稱為浸麥。（2）然后在人工控制的條件下進行發(fā)芽，利用發(fā)芽過程中形成的酶系，使大麥的內溶物質進行分解，變?yōu)辂溠俊４篼湴l(fā)芽的主要目的：胚乳細胞壁的部分或全部降解，是干燥后的麥芽變得疏松，更易粉碎，內溶物質更容易溶出。（3）發(fā)芽完畢的成為綠麥芽，利用熱空氣 進行干燥。干燥的主要目的：使綠麥芽停止生長和酶的分解作用，除區(qū)多余的水分，防止腐爛，便于運輸。使根部干燥便于初去，增加麥芽的色，香，味。（4）然后經過機械原理將麥芽的根除去。2.2.3 麥汁的制備其主要過程有原料粉碎，糖化，醪液過濾，麥汁煮沸，麥汁后處理等幾個過程。 [5] （1）原料的粉碎采用濕法粉碎。濕粉碎就是將麥芽通過噴水浸漬和充以空氣使其水分達到 28～30％，然后在增加水分的條件下，用對輥粉碎機粉碎，一面粉碎，一面加水調漿，泵入糖化鍋。這樣的粉碎物，麥皮完整，面胚乳則被磨成漿狀細粒，既有利于加速麥汁過濾，又可增加麥芽浸出率。（2）利用麥芽所含的酶，將麥芽和麥芽輔助原料申的不溶性高分子物質，逐步分解為可溶性的低分子物質，這個分解過程，稱為糖化，由此制備的浸出物溶液就是麥芽汁。本設計中的糖化方法采用的是雙醪二次煮出糖化法。麥芽在糖化鍋中進行蛋白質分解，輔助原料大米與一部分麥芽在糊化鍋進行糊化和液化然后兌醪，達到所需要的糖化溫度。糊化鍋中投入大米為總麥芽量的 20%，料液比為 1：4.5。糊化醪開始的溫度為 45～50℃ ，保溫 30min，蛋白質分解。緩慢升溫至 70℃，α-淀粉酶的作用增強，非糖化比例增加。再保溫 15min，迅速加熱至沸，保持煮沸狀態(tài)20～40min，然后兌入糖化醪中。2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 10糖化鍋中的料水比為 1：3.5。為了防止麥芽中各種酶因高溫而引起破壞，糖化時的溫度變化一般是由低溫逐步升至高溫的。糖化的不同階段所采取的控制溫度也不同?？刂品椒ㄈ缦拢?35～40 ℃ 浸漬階段：此時的溫度稱浸漬溫度，有利于酶的浸出和酸○ 1的形成，并有利于 β-葡聚糖的分解。45～55℃ 蛋白質分解階段：此時的溫度稱為蛋白質分解溫度，溫度偏○ 2向下限，氨基酸生成量相對多一些，溫度偏向上限，可溶性氮生成量較多一些。對溶解不良的麥芽，溫度應控制偏低，并延長蛋白質分解時間。62～70℃ 糖化階段：此時的溫度稱為糖化溫度，若控制在 62～65℃溫○ 3度下生成的可發(fā)酵性糖比較多，非糖的比例相對較低，適于制造高發(fā)酵度啤酒。若控制在 65～70℃，則麥芽的浸出率相對減少，非糖化比例增加，適于制造低發(fā)酵度的啤酒。通過控制糖化階段的溫度，可以控制麥汁中糖與非糖之比。75～80℃， 糊精化階段：此時溫度下，α-淀粉酶仍起作用，殘留的淀粉○ 4可進一步分解。而其它的酶則受到抑制或失活。 （3）糖化工序結束后，應在最短時間內，將糖化醪中從原料溶出的物質與不溶性的麥槽分開，以得到澄清的麥汁。本設計中采用的是過濾槽過濾麥汁。淡色啤酒的第一道麥汁過濾后的濃度必須控制在 14～16%。第一麥汁濾出后，用水將麥糟中殘留的糖液洗出，其所用的水稱洗槽用水，出的浸出物稱第二麥汁。洗槽用水要求溫度為 75～80℃，洗槽殘水濃度為 0.5～1.5%。（4）麥汁過濾后先進入一貯槽再進入煮沸鍋煮沸和添加酒花。煮沸的主要目的：①破壞酶的活性，使之停止作用。②麥汁滅菌。③析出某些蛋白質，以提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。④蒸發(fā)混合麥汁中多余的水分。2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 11⑤酒花成分的浸出。⑥降低 Ph 值。⑦形成還原物質，煮出惡味。采用的是蒸汽常壓煮沸法，為縮短煮沸操作時間，當麥芽汁蓋滿煮沸鍋的加熱器后，即開始加熱。并在 80℃保持 30min，讓 α-淀粉酶將殘存的淀粉分解完全。在全部麥芽汁煮沸后，繼續(xù)煮沸 60～90min，并始終保持強烈的翻騰狀態(tài)，此期間按時添加酒花并經常取樣檢查煮沸質量。酒花采用三次添加法，在麥汁初沸時，添加全量的 10%，防止麥汁起泡沫。間隔二十分鐘后，再次添加。在煮沸終了前 5～10 分鐘添加最后一批香型酒花或質量比較好的酒花 [6]。（5）麥芽汁用于發(fā)酵前還要去除熱凝固物和冷凝固物，也就是麥芽汁的澄清。設計中使用的回旋沉淀槽除去熱凝固物。接著用薄板冷卻器讓麥芽汁冷卻，一方面是為了達到發(fā)酵溫度 6～7℃，另一方面使大量的冷凝固物析出。2.2.4 啤酒的發(fā)酵潔凈的麥芽汁從回旋沉淀槽中泵出后，被送入熱交換器冷卻。隨后，麥芽汁中被加入酵母，開始進入發(fā)酵的程序。整個發(fā)酵過程可以分為：酵母恢復階段，有氧呼吸階段，無氧呼吸階段。酵母接種后，開始在麥汁充氧的條件下，恢復其生理活性，所以在用薄板冷卻器冷卻麥汁時需在出口管道中安裝文丘里管，用來對麥芽汁充氧。人工培養(yǎng)的酵母將麥芽汁中可發(fā)酵的糖份轉化為酒精和二氧化碳，生產出啤酒。發(fā)酵在八個小時內發(fā)生并以加快的速度進行，積聚一種被稱作“皺沫“ 的高密度泡沫。這種泡沫在第 3 或第 4 天達到它的最高階段。從第 5 天開始，發(fā)酵的速度有所減慢，皺沫開始散布在麥芽汁表面，必須將它撇掉。酵母在發(fā)酵完麥芽汁中所有可供發(fā)酵的物質后，就開始在容器底部形成一層稠狀的沉淀物。隨之溫度逐漸降低，在 8～10 天后發(fā)酵就完全結束了。整個過程中，需要對溫度和壓力做嚴格的控制。當然啤酒的不同、生產工藝的不同，導致發(fā)酵的時間也不同。通常，貯藏啤酒的發(fā)酵過程需要大約 6 天，淡色啤酒為 5 天左右。發(fā)酵結束以后，絕大部分酵母沉淀于罐底。將這部分酵母回收起來以供下一罐使2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 12用。除去酵母后，生成物“嫩啤酒“ 被泵入后發(fā)酵罐（或者被稱為熟化罐中） 。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白質進一步沉淀下來，使啤酒的風格逐漸成熟。成熟的時間隨啤酒品種的不同而異，一般在 7～21 天。經過后發(fā)酵而成熟的啤酒在過濾機中將所有剩余的酵母和不溶性蛋白質濾去，就成為待包裝的清酒。2.2.5 啤酒的過濾 經過后發(fā)酵的成熟酒，大部分蛋白質顆粒和酵母已沉淀，少量懸浮于酒中，須濾除放能包裝。常用的方法有：①濾棉過濾法；②硅藻土過濾法；③離心分離法；④板式過濾法；⑤微孔薄膜過濾法。對啤酒的分離要求是：產量大，質量高（透明度高） ，損失小，勞動條件好，損失小，不易污染，不影響風味，啤酒不吸收氧。2CO本設計采用硅藻土過濾法。硅藻土是藻類——硅藻的化石，是一種較純的二氧化硅礦石，可作絕緣材料、清潔劑和過濾介質。硅藻土過濾的特點是可以不斷地添加助濾劑，使過濾性能得到更新、補充，所以，過濾能力強，可以過濾很渾濁的酒，沒有像面餅那樣洗棉和拆卸的勞動，省汽省水省工，酒損失也低 [1]。硅藻土過濾機型號很多，其設計的特點是在于體積小，過濾能力強，操作自動化。板框式過濾機的優(yōu)點是結構簡單，活動部件少，維修方便，過濾能力可通過增減板框而變更，排除的濾餅干實2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 133 年產 10 萬噸啤酒廠糖化車間的物料衡算啤酒廠糖化車間的物料平衡計算主要項目為原料（麥芽、大米）和酒花用量，熱麥汁和冷麥汁量，廢渣量（糖化槽和酒花槽） ，每次糖化量等。3.1 基礎數據3.1.1 糖化車間工藝流程示意圖 麥芽，大米 粉碎 糊化 糖化 過濾 薄板冷卻器 回旋沉淀槽 麥汁煮沸鍋 酒花渣分離器 圖 2 啤酒廠糖化車間工程流程示意圖3.1.2 工藝技術指標及基礎數據根據我國啤酒生產現況，有關生產原料配比、工藝指標及生產過程的損失等數據如表 1 所示。 [2] 表 1 啤酒生產基礎數據項目 名稱百分比（%）項目 名稱百分比（ %）麥 芽 75無水麥芽浸出率75 原料配比大 米 25冷卻損失 7無水大米浸出率92發(fā)酵損失 1.5原料利用率 98.5 裝瓶損失 1．5定額指標麥芽水分 3啤酒損失率（對熱麥汁）過濾損失 1.32008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 14根據表 1 的基礎數據，首先進行 100kg 原料生產 8°淡色啤酒的物料計算，然后進行 100L 8°淡色啤酒的物料衡算，最后進行 100000t/a 啤酒廠糖化車間的物料平衡計算。3.2 物料衡算3.2.1 100kg 原料（75%麥芽，25%大米）生產 8°淡色啤酒的物料衡算(1)熱麥汁計算 根據表 1 可得到原料收得率分別為：麥芽收率為： %75.20375.???）（大米收率為： 96.81-92.）（混合原料收得率為：（0.75×72.75%+0.25×80.96%）×98.5%=73.68%由上述可得 100kg 混合料原料可制得的 8°熱麥汁量為： ）（ Kg921%86.73?查資料知 8°麥汁在 20℃時的相對密度為 1.032kg/L，而 100℃熱麥汁相對密度為 1.042，故熱麥汁（100℃）體積為： ）（ L9.3042.1?（2）冷麥汁量為：883.9×(1-0.07)=822.3 (L)（3）發(fā)酵液量為：822.3×(1-0.015)=809.97(L)（4）過濾酒量為：809.97×(1-0.013)=799.44 (L)（5）成品啤酒量為：799.44×(1-0.015)=787.45(L)3.2.2 生產 100L8°淡色啤酒的物料衡算根據上述衡算結果知，100kg 混合原料可生產 8°淡色成品啤酒 787.45L，故可得以下結果：大米水分 12 總 損 失 11．32008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 15（1）生產 100L8°淡色啤酒需耗混合原料量為：（100÷787.45）×100=12.70(kg)（2）麥芽耗用量為： 12.70×75%=9.525(kg)（3）大米耗用量為： 12.70-9.525=3.175(kg)（4）酒花耗用量：目前國內苦味較淡的啤酒普遍受歡迎特別是深受年輕人的喜愛。所以對淺色啤酒熱麥汁中加入的酒花量為 0.2%即每 100 升熱麥汁添加0.2kg，故為： ）（ Kg24.0%.145.7893??（5）熱麥汁量為： ）（ L5.1.（6）冷麥汁量為： ）（43.045.7832??（7）濕糖化糟量：設濕麥芽糟水分含量為 80%，則濕麥芽糟量為：)(19.8.01).(325.9Kg???）（式中—0.03 是麥芽水分含量，0.75 是無水麥芽浸出率。濕大米糟量為：)(12.8.01)9.(275.3Kg???）（式中—0.12 為大米水分，0.92 是大米無水浸出率。故濕糖化糟量為：11.19+1.12=12.31(kg)（8）酒花糟量 設麥汁煮沸過程干酒花浸出率為 40%，且酒花糟水分含量為80%，則酒花糟量為 [9]：）（）（ Kg672.08.142.0???（9） 酵母量（以商品干酵母計）生產 100 升啤酒可得 2kg 濕酵母泥，其中一半做生產接種用，一半做商品酵母用，即為 1kg。濕酵母泥水分 85%2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 16酵母含固形物=1×（1-85% ）=0.15（kg）則含水分 7%的商品干酵母量為：）（ Kg16.0%75.??（10） 二氧化碳量因為 8°冷麥汁密度為 1.032kg/l，則 104.43L 冷麥汁質量為 104.43× 1.032=107.77（kg）8°的冷麥汁 104.43L 浸出物質量為： 8%×107.77=8.622（kg）設麥汁的真正發(fā)酵度為 80%，則可發(fā)酵的浸出物為：8.622×80%=6.90（kg）麥芽糖發(fā)酵的化學反應式為：C12H22O11 +H2O 2C6H12O62C6H12O6 4C2H5OH+4CO2+560KJ設麥芽汁中浸出物均為麥芽糖構成，則 生成量為：C）（ Kg5.34290.6??式中 44 為 分子量 342 為麥芽糖的分子量CO設 8°啤酒的 的含量為 0.35%2則啤酒中 含量為：107.77×0.0035=0.377（kg）2則釋放的 量為：3.55-0.377=3.173（kg）2CO1 的二氧化碳在 20℃常壓下重 1.832kg3M故釋放的二氧化碳的容積為： ）（ L17320832.1??2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 17(11) 發(fā)酵液量為： ）（ L86.10245.79810??(12) 過濾酒量為： ）（(13) 成品啤酒量為 :101.52×(1-0.013)=100 (L)(14) 空瓶需要量：個 ）(2015.01??0.5 為每瓶啤酒的容積為 500ml(15) 瓶蓋需要量（ 個 ）201.5??(16) 標簽需要量（ 套 ）2.01.50??3.2.3 生產 100000t/a，每次糖化的物料衡算設生產旺季每天糖化 8 次，而淡季則糖化 5 次，11，12 月為淡季.每年總糖化次數 304×8+61×5=2717(次)(1) 每次糖化的原料量為：混合原料: ）（ Kg4675.8102710??787.45 為 100kg 原料可生產出成品啤酒的量大麥:4674×0.75=3505.5(kg)大米:4674×0.25=1168.5(kg)(2) 熱麥汁量: ）（ L5.41367109.83??(3) 冷麥汁量: ）（ gK.8.22008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 18(4) 酒花用量: ）（ Kg4.82670.124??(5) 濕糖化糟量: ）（7.530.3(6) 濕酒花糟量: ）（ g2.4670.12??(7) 二氧化碳量： ）（ L5.370.3(8) 酵母量： ）（ Kg89.4670.12??(9) 發(fā)酵量：38434.3×（1-0.015）=37857.79 （L）(10) 過濾量：37857.79×（1-0.013）=37365.64 （ L）(11) 成品量：37365.64×（1-0.015）=36804.86 （ L） (12) 空瓶量： （ 個 ）3.79460.12??(13) 瓶蓋量： （ 個 ）.2.(14) 標簽量： （ 套 ）9.73640.12??3.2.4 100000t/a 8°淡色啤酒釀造車間物料衡算表把上述的有關啤酒廠釀造車間的三項物料衡算計算結果，整理成物料衡算表，如表 2 所示。表 2 啤酒廠釀造車間物料衡算表物料名稱 單位對 100kg 混合原料100L8°淡色啤酒糖化一次定額量年啤酒生產量混合原料 Kg 100 12.70 4674 1.27×107大麥 Kg 75 9.525 3505.5 9.53×106大米 Kg 25 3.175 1168.5 3.17×1062008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 19酒花 Kg 1.76 0.224 82.44 2.24×105熱麥汁 L 883.9 112.25 41313.5 1.12×108冷麥汁 L 822.3 104.43 38434.3 1.04×107濕糖化糟 Kg 96.94 12.31` 4530.47 1.23×107濕酒花糟 Kg 5.29 0.672 247.32 6.72×105酵母量 Kg 1.26 0.16 58.89 1.60×105二氧化碳量 L 13638.6 1732 637430.55 1.73×109發(fā)酵液 L 809.97 102.86 37857.79 1.028×108過濾酒 L 799.44 101.52 37365.64 1.015×108成品啤酒 L 787.45 100 36804.86 1.000×108空瓶量 個 1582.77 201 73974.3 200988173瓶蓋量 個 1590.65 202 74342.4 201988301標簽量 套 1576.47 200.2 73679.9 200188288備注：8°淡色啤酒的密度為 1008kg/m3，實際年產啤酒 1.008×105 噸3.3 熱量衡算本設計中是選用雙醪二次糖化煮出法。雙醪指的是麥醪和大米與麥芽的混合醪。原因是制造淡色啤酒時，可依據麥芽的質量，及輔料的添加來選擇是一次煮出糖化法，還是二次煮出糖化法。本設計中選擇的是中等麥芽，所以采用二次煮出糖化法。而選擇雙醪則可以用廉價的大米替代部分麥芽，降低生產成本。 工藝流程示意圖如圖 3 所示，其中的投料量為糖化一次的用料量（計算參表2）2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 20自來水 18℃料水比 1：4.5 料水比 1：3.5 熱水 50℃70℃ 15min t(℃) 63℃ 60min冷卻90℃ 20min 100℃ 40min 70℃ 25min過濾 糖化結束 78℃ 100℃ 10min麥芽 煮沸鍋 90min 回旋沉淀槽 薄板冷卻器 發(fā)酵罐酒花 圖 3 啤酒廠糖化工藝流程圖3.3.1 糖化和糊化用水耗熱量 Q1根據工藝設計糊化鍋中的料水比為 1：4.5，糖化鍋中的料水比為1：3.5。料水比過大，盡管對糊化有利，但是耗能大，設備體積大。料水比過小的話，醪液粘稠，需較大的攪拌設備且及易產生糊鍋現象 [10]。所以糊化鍋加水量為： M1=(1168.5×0.2+1168.5)×4.5=6309.9(kg)大米粉（1168.5kg）麥芽（233.7kg）麥芽粉（3271.8kg）46.7℃40 min2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 21式中，1168.5 為糧化一次大米粉量，1168.5×0.2 為糊化鍋加入的麥芽粉量（為大米量的 20%）而糖化鍋加水量為：M2=3271.8×3.5 =11451.3(kg)式中，3271.8kg 為糖化一次糖化鍋投入的麥芽粉量，即 3505.5-233.7=3271.8(kg)而 2280 為糖化一次麥芽定額量。故糖化總用水量為：MW=M1+M2=6309.9+11451.3=17761.2(kg)自來水的平均溫度取 T1=18℃，而糖化配料用水溫度 T2=50℃，故耗熱量為：Q1=CW MW(T2-T1)=4.18×17761.2×(50-18)=2375738(KJ)3.3.2 糊化鍋中米醪煮沸耗熱量 Q2由糖化工藝流程圖（圖 3）可知，2321Q??為米醪由初溫即室溫加熱到煮沸的耗熱，21為煮沸過程中蒸汽帶走的熱量，2為升溫過程中的熱損失。23Q(1)糊化鍋內米醪由初溫 TO 加熱至煮沸的耗熱量 Q213-1 ??0211MC??米 醪米 醪計算米醪的比熱容 根據經驗公式 =0.01×[(100-W)C 0+4.18W]進行計○1 米 醪 溶 物C算。式中 W 為含水百分率； C0 為絕對谷物比熱容，取 C0=1.55KJ/(Kg·K)2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 22=0.01×[（100-3）×1.55+4.18×3]=1.63KJ/(Kg·K)麥 芽C=0.01×[（100-12）×1.55+4.18×12]=1.87KJ/(Kg·K)大 米??KgJ75.39.6307.2.16818.4.MCC1????? ＋＋ 麥 芽大 米 ｗ麥 芽麥 芽大 米大 米米 醪米醪的初溫 t0 設原料的初溫為 18℃，而熱水為 50℃，則○2）（麥 芽大 米米 醪 Kg1.729.630.568M1??Ct?????2.4775.3)9607.235.168( 018418.( CMw0 ）米 醪米 醪 麥 芽麥 芽大 米大 米把上述結果代如 3-1 中，得：○3）KJ(5.12867)2.4710.3???Q(2) 煮沸過程蒸汽帶出的熱量 Q22設煮沸時間為 40min，蒸發(fā)量為每小時 5%，則蒸發(fā)水量為：）（米 醪水 Kg257%6041.Mm??2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 23）（水 KJ4.580127hm2??Q式中，h 為 100℃飽和氣壓下水的汽化潛熱 2257.2（KJ/Kg）(3)熱損失 23Q米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約為前兩次的耗熱量的 15%，即：)%(152123Q??(4) 由上述結果得：)(35.279416)4.801.23KJQ???故糊化鍋共需熱量為：）（ KJ3.21494.27916.58067Q2???3.3.3 第二次煮沸前混合醪升溫至 70℃的耗熱量 Q3(1)糖化鍋中混合醪中的麥醪已知麥芽初溫為 18℃，用 50℃的熱水配料，則麥醪溫度為：）（麥 芽麥 醪 Kg1.4723.58M??）（麥 醪麥 芽麥 芽麥 醪 KgJ61.31.47238.5.8CCw2?????2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 24C4.663.172508.48.321Mw2????麥 醪麥 醪麥 芽麥 芽麥 醪t(2)米醪的中間溫度根據熱量衡算，按照糖化工藝，來自糊化鍋的煮沸的米醪與糖化鍋中的麥醪混合后溫度應為 63℃，故混合前米醪先從 100℃冷卻到中間溫度 t℃。 [14]且忽略熱損失，米醪與麥醪混合前后的焓不變經第一次煮沸后米醪量為：○1）（水米 醪’米 醪 Kg1.7452-mM?糖化鍋的麥芽醪量為：）（麥 芽麥 醪 Kg1.4723.58??）（混 合 麥 醪麥 醪米 醪米 醪混 合 KgJ6.32.17861.345.74MCC?????則米醪的中間溫度 t 為：C7.9475.3144.61.26.218Mttt????米 醪’米 醪 麥 醪麥 醪麥 醪混 合混 合混 合因此中間溫度比煮沸溫度只低不到 6℃，考慮到米醪由糊化鍋到糖化鍋輸送2008 級生物工程專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 25過程的熱損失，可不必加中間冷卻器。(3)第二次煮沸前混合醪升溫至 70℃的耗熱量 3Q）（ ）（ ）（混 合混 合 KJ48.56206-7017CM3??Q3.3.4 第二次煮沸混合醪的耗熱量 Q4由糖化工藝流程可知： 4-143241??為混合醪升溫至沸騰所耗熱量41Q為第二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量42為熱損失43(1) 混合醪升溫至沸騰所耗熱量 41Q根據工藝，糖化結束醪溫為 78℃，抽取混合醪的溫度為 70℃，則送到第二次煮沸的混合醪量為：??26.7%10-M8??）（混 合混 合）（ ）（ ）（故 混 合混 合 KJ42.65018970-16.3C.4???Q(2) 二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量 42煮沸時間為 10min，蒸發(fā)強度 5%，則蒸發(fā)水分量為：