年产20万吨啤酒发酵车间的课程设计

I食品工厂综合设计任务书设计题目： 年产 20 万吨啤酒工厂设计 学号： 姓名： 专业： 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求主要内容： 1.选择厂址新建一座年产 20 万吨啤酒饮料工厂； 2.以啤酒发酵（糖化）车间为主体设计； 3.以生产工艺（流程）设计为主导，为其他配套专业（如全厂总平面、土建、采暖通风、水电、环保、技术经济与概算等单项工程设计）提供设计依据和提出要求，兼顾非工艺设计。 4.完成设计图纸 23 份。 基本要求： 生产方案和平面布局合理，工艺流程设计和设备选择及生产技术经济指标具有先进性与合理性，工艺计算正确，绘图规范，综合指标达到同类工厂先进水平或世界先进水平。主要包含以下几点： 1. 概述与设计方案简介； 2. 设计条件及主要物性参数表；工艺设计计算，完成编写设计说明书一份（2000 字以上，涵盖总平面及车间布置、生产方案、工艺流程、物料衡算、设备选型、环保与综合利用、技术经济与概算等内容） ，按规定格式和顺序装订成册； 3.完成以下设计图：果汁饮料车间设备装配图、带控制点的工艺流程图各一份； 二、重点研究的问题1.生产工艺流程的选择和设计； 2.物料衡算； 3. 啤酒主车间布置设计以及生产设备选型; 4.经济指标及核算。 三、进度安排II序号 各阶段完成的内容 完成时间1 查阅资料、调研 第 1 周2 开题报告、制订设计方案 完成综述 第 2 周3 初步设计（工艺设计、物料衡算） 第 35 周4 绘图 第 6 周5 编写设计说明书、打印装订 第 78 周6 指导教师审阅 第 910 周78四、应收集的资料及主要参考文献1. 管敦仪.啤酒工业手册.上、中、下M.北京：中国轻工业出版社，19982. 吴思芳.发酵工厂工艺设计概论M.北京：中国轻工业出版社，2005.83. 刁玉伟.化工设备机械基础M.大连：大连理工大学出版社，1998(8)51-3474. 丁 浩.化工工艺设计M.上海：上海科学技术出版社，19895. 梁世忠.生物工程设备M.北京：中国轻工业出版社，2005（2）188-1946. 石光源编写.机械制图M.北京：高等教育出版社，1990（5）10-217. 顾国贤.酿造酒工艺学M.北京：中国轻工业出版社，1996（12）1-2858. 化工设备设计手册编写组.材料与零部件.上、中、下M.上海：上海人民出版社，1973.109. 王文甫主编.啤酒生产工艺.北京：中国轻工艺出版社.199710 Takashi, K. App l. Envirom. Microbiol. J . 1993, 59 ( 40) :953.11 MarklundS,etal. Involvement of the superoxideanion radical in the autoxidation of pyrogallol and a convenient assay for superoxide dismutaseJ. Eur J Biolchem, 1974, 47: 469- 475.III目录摘要-1前言-2第一章 啤酒工艺选择与论证-31.1 啤酒原料-31.1.1 大麦-31.1.2 啤酒花和酒花制品-31.1.3 啤酒酿造用水-31.2 麦芽制备-41.3 生产工艺流程的选择及论证-41.3.1 麦芽汁制备工艺-41.3.1.1 麦芽与大米的粉碎-41.3.1.2 糖化原理-41.3.1.3 糖化方法及设备-41.3.1.4 麦芽醪的过滤-51.3.1.5 麦汁的煮沸和酒花的添加-51.3.1.6 麦汁的处理-51.3.1.7 麦汁的充氧-61.3.2 啤酒发酵-61.3.2.1 啤酒酵母-61.3.2.2 啤酒发酵方法的选择-71.3.2.3 啤酒发酵工艺-71.3.2.4 酵母的添加与回收-71.3.2.5 发酵设备的降温控制-71.3.3 啤酒生产副产物的利用-71.3.4 成品啤酒-7第二章 工艺计算-92.1 物料衡算-92.1.1 物料衡算的意义-92.1.2 物料衡算基础数据-92.1.3 100原料生产啤酒的物料衡算-92.1.4 生产 100L 啤酒的物料衡算-102.1.5 年产 20 万吨啤酒糖化车间物料衡算-122.2 耗热量的计算-14IV2.2.1 糖化用水耗热量 Q1-152.2.2 第一次米醪煮沸耗热量-152.2.3 第二次煮沸前混合醪液升温至 70的耗热量-152.2.4 第二次煮沸混合醪液耗热量-152.2.5 洗糟水耗热量-152.2.6 麦汁煮沸过程中耗热量-152.2.7 一次糖化总耗热量-162.2.8 一次糖化蒸汽耗用量 D-162.2.9 糖化小时最大蒸汽耗用-162.2.10 蒸汽单耗-162.3 工艺耗水量计算-162.4 工艺耗冷量的计算-172.4.1 发酵车间工艺流程-172.4.2 工艺技术指标及基础数据-172.4.3 工艺耗冷量的计算-172.4.4 发酵车间工艺总耗冷量-17第三章 发酵车间设备设计与选型-193.1 发酵罐的设计与选型-193.1.1 发酵罐体积的确定-193.1.2 发酵罐个数的确定-193.2 发酵车间其他附属设备选型-193.2.1 清酒罐-193.2.2 扩大培养罐选型-203.2.3 麦汁杀菌罐-213.2.4 贮酒罐的设计与选型-22第四章车间布置-234.1 发酵车间设备布置-234.1.1 发酵设备-234.1.2 泵-234.1.3 过滤机-234.1.4 清酒罐-23第五章 经济核算5.1 基本费用预算-245.2 年生产成本的计算-24V5.3 利润，利润率，投资回收期预算-24总结-25致谢-26参考文献-271摘 要本设计为年产 20 万吨啤酒的啤酒厂发酵车间工艺设计，其生产原料为大麦麦芽和大米，生产旺季占全年产量的 80%，全年生产天数为 300 天，设计的主体为发酵车间，主体设备为发酵罐。首先对原料、制备、糖化、发酵工艺进行选择及论证，再通过物料和热量衡算确定糖化车间主要设备的容量和数量，对发酵车间附属设备进行选型，对发酵罐进行结构及强度设计，在此基础上，对主体设备发酵罐进行设计计算，最后绘制出发酵车间设备平面布置图，发酵车间带控制点流程图和全厂工艺流程图。关键词：啤酒厂，发酵，发酵罐,工艺计算AbstractThe design for the fermentation process of beer factory workshop design with an annual output of 200000 tons of beer, the raw materials for the production of barley and rice, the production season accounted for 80% of production, annual production for 300 days, the design as the main fermentation workshop, the main equipment for fermentation tank. First of all raw materials, preparation, saccharification, fermentation process of selection and demonstration, and then determine the main saccharification workshop equipment capacity and the number of material and heat balance calculation, selection of fermentation workshop equipment, structure and strength design of fermentation tank, on this basis, the design of the main equipment in fermentation tank, finally drawing of fermentation workshop equipment layout, with control chart and process flow diagram of fermentation workshop.Keywords: beer factory, fermentation, fermentation tank,process calculation前 言啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽和水为主要原料，经麦芽汁的制备、糖化、添2加酒花、煮沸、过虑、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳，起泡的，低酒精浓度的饮料。啤酒在德国巴州等地素有液体面包之称。在 1972 年世界第九次营养食品会议上，曾推荐啤酒为营养食品。啤酒中含有的营养成分，主要有酒精、糖类、糊精、蛋白质及其分解产物、维生素、无机盐、二氧化碳等。啤酒被列为营养食品必须具备的三个条件：一是啤酒中含有多种氨基酸和维生素。二是啤酒发热高。三是啤酒中含有的营养物质都是在酿造过程中由酶将原料中的淀粉和蛋白质分解成的糖类、肽和氨基酸等，这些物质容易被人体吸收消化。啤酒的营养价值表现为两方面：一方面，酒精含量较低（10 度黄啤酒含酒精 3左右） ，不仅对胃和肝脏没有损害，还可以平缓地促进人体血液循环。另一方面，啤酒中含有烟酸，在维生素 B1 和 B6 维持心脏正常活动的同时，烟酸能扩张血管，加速新陈代谢，因此啤酒对心血管系统有益。自 20 世纪 90 年代，中国啤酒行业进入了快速发展的阶段，行业发展至今，中国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。2003-2007 年 5 年间，中国啤酒经济指标取得了一定增长，啤酒产量增加 1426 万千升，增长 56.9%。随着社会的发展，啤酒市场的竞争越来越激烈了，并且广大消费者对啤酒种类风味和质量的要求也越来越高，相应的新产品也层出不穷。因而，我个人认为很有必要将啤酒生产方面的技术科学地总结和分析，以推动啤酒产品多样化发展。随着人们，饮食消费结构的不断调整，生活水平的不断提高，啤酒已进入了万户千家。然而调查显示我国人均的啤酒消费却还没有达到世界平均水平。所以只有建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，才能满足人们日益增长的物质生活需求。因此，对于啤酒厂的设计是有意义的，是很有必要的。第一章 啤酒工艺选择与论证1.1 啤酒原料1.1.1 大麦自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵。大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式，可分为六棱、二棱、四棱大麦我国华北地3区都种植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。因此，在本设计中选用二棱大麦。本啤酒厂采用优质一级以上浅色麦芽，粒大皮薄，有明显的麦芽香味、无异味。质量指标如下：夹杂物（质量）0.5； 水分（质量）5.0 ； 氨基酸 mg/100g150； 糖化力 wk250； 糖化时间(min)10；色度 EBC 2.53.5煮沸色度 EBC8.0； 浸出物%(质量)79.0； 粗细粉差%2.0粘度 Mpa*s1.601.1.2 啤酒花和酒花制品酒花对啤酒的质量十分重要，它不仅赋予啤酒特殊的苦味，影响啤酒的口味和香气，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒泡沫的起泡性和泡持性，能增加麦汁和啤酒的生物稳定性，而且有一定的防腐和澄清麦汁的能力。啤酒厂直接使用酒花的比例越来越少，新的酒花制品不断受到厂家的欢迎。酒花制品包括酒花粉末、颗粒酒花等。颗粒酒花与粉末酒花相比，体积和质量减少，便于运输和储藏。颗粒酒花已成为世界上使用最广泛的酒花制品，其产量已占全部酒花产量的 50以上。本设计采用颗粒酒花。1.1.3 啤酒酿造用水 工厂用水一部分用于酿造啤酒，包括投料用水、洗槽水、啤酒稀释用水等，而大部分用于冲刷、清洗及冷却系统用水。啤酒含量最多的成分是水。水中各种离子在一定程度上影响酵母的生产和啤酒的质量。1.2 麦芽制备麦芽制备工艺决定了麦芽品种和质量，从而决定了啤酒的类型，麦芽的质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。制麦的目的在于使大麦发芽，产生多种水解酶类。以便通过后续糖化，使大分子淀粉和蛋白质得以分解溶出。而绿麦芽经过烘干将产生必要的色，香，和风味成分。全制麦过程大体可分为原料分级，浸麦，发芽，干燥、除根等过程。现代啤酒生产，工业化程度越来越高，啤酒工厂一般不自行生产麦芽，而是从专门的麦芽生产工厂购买所需麦芽，以达到降低生产成本的目的。41.3 生产工艺流程的选择及论证 4啤酒厂的生产工艺主要包括麦汁的制备和啤酒的发酵。1.3.1麦芽汁制备工艺麦汁制造过程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理（澄清，冷却，通氧）等一系列物理学，化学，生物化学的加工过程。1.3.1.1 麦芽与大米的粉碎 1.麦芽的粉碎本设计采用麦芽湿法粉碎，湿法粉碎全部操作有：浸渍磨碎匀浆泵出。在0.5-2 小时内完成一批投料，根据日加工量，选择适当的机器台数。2.大米的粉碎大米采用对辊碎机进行干法粉碎，大米的粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化。1.3.1.2糖化原理糖化是将麦芽和辅料中高分子物质机器分解产物（淀粉，蛋白质，植酸盐，半纤维素等机器分解中间产物，通过麦芽中各种水解酶的作用，以及水和热能的作用，使之分解并溶解于水，此过程称作“糖化” 。1.3.1.3 糖化方法及设备由于浸出糖化法要求使用溶解良好的麦芽，成本高，原料利用率低，且更适合酿造上面发酵啤酒，本设计不采用。而煮出法糖化法可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，原料利用率高，糖化时间短，麦汁成份好，适合酿造传统下面发酵啤酒。故本设计采用该法。煮出糖化法，根据醪液煮沸的次数，常用的有一次、二次和三次煮出糖化法。二次煮出糖化法：此法灵活性大，适于各种质量的麦芽和类型的啤酒，其操作较简单，煮沸时间短，能耗较小，设备利用率高，生产周期短，成本低。故本设计才用此方法进行糖化。1.3.1.4 麦芽醪的过滤糖化过程结束时，已基本完成了麦芽和辅料中高分子物质的分解、萃取。因此，必须在短时间内把麦汁和麦醪分离。此分离过程称麦芽醪的过滤。 麦芽醪的过滤工艺基本要求：迅速和较彻底地分解可溶性浸出物，尽可能减少有害于啤酒风味的麦壳多酚、色素、苦味物，以及麦芽中高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸、-葡聚糖等物质被萃取，尽可能获得澄清透明的麦汁。通过比较可知过滤槽法对麦芽粉碎度要求严格，过滤、洗涤时间长，并且过滤速度慢，因此在本设计中选用板框式压滤机法。1.3.1.5 麦汁的煮沸和酒花的添加51. 麦汁煮沸的设备分批式麦汁煮沸，在一个有加热装置的特殊容器中进行，称煮沸锅。麦汁煮沸锅具有多种形式，本设计选用的是列管式内加热器圆形麦汁煮沸锅。采用列管加热，管内麦汁受热上升，在加热管上部喷出，底部麦汁不断进入加热管，麦汁形成对流，省去动力和搅拌系统。2. 麦汁煮沸方法传统煮沸锅均采用常压