啤酒厂设计说明书

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）I年产 15 万吨啤酒厂设计任务书齐齐哈尔大学毕业设计（论文）II说明书目录第 1 章 绪论.11.1 啤酒工业概述.11.2 啤酒设计概述 .11.2.1 设计目的 .11.2.2 设计选题依据 .11.2.3 设计内容 .11.2.4 指导思想 .21.3 课题研究的内容和流程.21.4 设计工作的背景 .21.4.1 啤酒的历史 .21.4.2 当代中国啤酒工业. 31.5 啤酒生产技术 .31.5.1 啤酒的主要工艺 .31.5.2 啤酒国家标准. 41.6 中国啤酒的发展方向 .5第 2 章 啤酒工艺选择与论证.62.1 啤酒酿造工艺流程. 62.2 酿造啤酒的原料. 72.3 麦汁的制备 .82.4 主要工艺方法. 82.4.1 糖化工艺. 82.4.2 发酵工艺 .92.5 厂址选择的地点及条件.112.5.1 地理位置.112.5.2 气候.112.5.3 地形 .11第 3 章 物料衡算.113.1 糖化车间物料衡算 .113.1.1 糖化车间工艺流程 .123.1.2 工艺技术指标及基础数据.123.1.3 100kg 原料的物料衡算.133.1.4 100L 啤酒的物料衡算.143.15 15000t/a11淡爽啤酒酿造车间物料衡算表.143.2 糖化车间的热量衡算 .153.2.1 糖化用水耗热量.163.2.2 第一次米醪煮沸耗热量.173.2.3 第二次煮沸前混合醪升温至 70的耗热量.173.2.4 第二次煮沸醪的耗热量.183.2.5 洗槽水耗热量. .193.2.6 麦汁煮沸过程耗热量.193.2.7 糖化一次总耗热量.20齐齐哈尔大学毕业设计（论文）III3.2.8 糖化一次耗用蒸汽量.203.2.9 每小时最大蒸汽耗量.203.2.10 蒸汽单耗.203.3 发酵车间的水耗量计算.213.4 发酵车间的耗冷量衡算.223.4.1 发酵工艺流程.223.4.2 工艺技术指标及基础数据.223.4.3 工艺耗冷量 Qt.233.4.4 非工艺耗冷量.243.4.5 发酵车间冷量衡算归纳.25第 4 章 啤酒生产主要设备的选择与论证.274.1 主要设备的选型及计算.274.1.1 麦芽贮藏箱.274.1.2 麦芽粉贮藏箱.274.1.3 大米贮藏箱.284.14 大米粉贮藏箱.284.1.5 糖化锅尺寸的计算.284.1.6 煮沸锅尺寸的计算. .294.1.7 回旋沉淀槽的尺寸计算.294.1.8 板框过滤机.304.1.9 麦汁暂存罐.304.1.10 薄板换热器尺寸计算.304.1.11 发酵罐的尺寸计算.304.1.12 清酒灌尺寸计算.314.2 附属设备设计与选型.314.2.1 啤酒过滤设备.314.2.3 酵母的扩培设备.314.2.4 CIP 清洗系统设计.32第 5 章 重点设备(糊化锅)的计算和选型. 335.1.1 糊化锅的容积计算.335.1.2 糊化锅的厚度计算.335.1.3 糊化锅的管径计算.345.1.4 糊化锅重计算.355.1.5 法兰选择.355.1.6 支座的选择.355.1.7 CIP 清洗管路的设计.36第 6 章 啤酒三废的处理 .366.1 啤酒厂废水的治理.366.1.1 好氧处理工艺.366.1.2 水解-好氧处理 .386.1.3 厌氧 好氧联合处理技术.396.2 副产物的利用.406.2.1 麦糟的利用.41齐齐哈尔大学毕业设计（论文）IV6.2.2 二氧化碳的回收.416.2.3 酵母的回收利用.41齐齐哈尔大学毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 啤酒工业概述随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。为了保持啤酒应有的传统并结合实际的生产情况，给啤酒下一个简明的定义是一件很有意义的事，既啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，一种含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。上述定义的实际意思：1、啤酒以麦芽为主要原料，亦即啤酒是以麦芽为主要原料生产的。基于以麦芽为主要原料，则麦芽使用量应不少于 50%。自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料。2、啤酒是添加酒花，经酵母发酵酿制而成的。是世界目前各国公认的经过糖化、发酵方法而酿制的酿造酒，非配制酒。3、啤酒应是含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。区别于汽酒和其它配制酒。我国啤酒工业起步较晚，但发展迅速。目前，我国啤酒的年产量已位居世界首位。但从人均消费量来看，远远落后于发达国家水平。我国啤酒产很多，但设备产量参差不齐。最近几年啤酒产业正向着规模化、效益化发展。不少的啤酒厂被大啤酒厂兼并。这一发展趋势是符合世界发展趋势的。随着啤酒生产现代化的迈进，我们将会喝到更新鲜、更可口的啤酒。 啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，一种含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。1.2 啤酒设计概述1.2.1 设计目的通过此毕业设计，使我们初步掌握了工厂工艺设计的程序和方法。并受到一次工程设计的严格训练，让我们具有一定的工程设计能力。这对于即将从事科研，生产或技术管理工作的毕业生具有十分重要的意义。 1.2.2 设计选题依据本设计是根据齐齐哈尔大学生命科学与工程学院生物工程教研室布置的毕业设计大纲的要求来进行设计的。1.2.3 设计内容本设计为年产 15 万吨 11(淡爽 )啤酒厂设计，重点设备糊化锅，重点是糖化车间的设计。还包括设计工厂的工艺方法及流程，三大衡算，设备选型，生产车间的布置，绘制设计图纸（工艺流程图，车间平、立面布置图、重点设备装配图） ，撰写设计说明书。1.2.4 指导思想本设计是在确定工艺方法及流程和设备选型时，结合了实习工厂的实际情况，工艺上力求其合理性和先进性，设备上根据实际尽可能采用先进的生产设备。通过先进的技术，自动化、机械化的生产控制，来减轻繁重的体力劳动和提高劳动力生产率，并采用已经成熟的生产工艺技术和设备，使工厂建成后能够顺利投产，迅速达到设计能力。在经济上，因地制宜，采用适合的管理方法，降低能耗，减少污染，保护环境，选用合适的产品的，减少浪费。设计工厂整体要做到投资少、成本低、见效快的效果。1.3 课题研究的内容和流程厂址的选择：地理位置一般工厂厂址选在城镇的郊区，考虑微生物发酵工厂对环境因素的特殊要求，需要地势平坦，利于排水，有丰富的水源 2。气象资料是工厂总平面布置的重要依据之一。厂址应该接近原料产地，保证供应方便，减少运输损失。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）2工艺选择：1.保证产品质量符合国家的标准 2.尽量采用成熟的，先进的技术和设备。3.选择生产方法主要依据原料的来源，种类和性质。设备的选择：保证工艺的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。主要流程：1.查阅资料，确定工艺方法以及流程 2.进行设计衡算（如物料衡算）3.设计图纸绘图 4.撰写设计说明书。1.4 设计工作的背景1.4.1 啤酒的历史我国古代的原始啤酒可能也有 4000 至 5000 年的历史，但是市场消费的啤酒是到十九世纪末随帝国主义洋枪洋炮一起进来的。在中国建立最早的啤酒厂是俄国人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂，此后五年时间里, 俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。1903 年英国和德国商人在青岛开办英德酿酒有限公司，生产能力为 2000 吨，这就是现在青岛啤酒厂的前身。1904 年在哈尔滨出现了中国人自己开办的啤酒厂东北三省啤酒厂；1914 年哈尔滨又建起了五洲啤酒汽水厂；同年北京建立了双合盛啤酒厂；1935 年广州出现了五羊啤酒厂(广州啤酒厂的前身) 。1958 年我国在天津、杭州、武汉、重庆、西安、兰州、昆明等大城市投资新建了一批规模在 2000吨左右的啤酒厂，成为我国啤酒业发展的一批骨干企业。 1.4.2 当代中国啤酒工业新中国成立以来，啤酒工业的发展经历了四个阶段：第一阶段 从 1953 年到 1962 年，是啤酒工业的调整和发展阶段，新建了一批新的啤酒厂，啤酒年产量的平均增长速度为 38.2%。1963 年至 1972 年，速度虽有所放慢，但啤酒产量仍增长 1.4 倍。到 1978 年，我国的啤酒年产量达到 40 万吨。在这一阶段,在啤酒科学研究、教育、人才培养等方面的工作为啤酒工业的今后的发展打下了基础。第二阶段 1979 年后,啤酒生产全面发展。全国除西藏外，各省、市、自治区都建立了啤酒厂，全国除轻工系统外，其他部们如商业、农业、机械、国防、冶金等都建立了啤酒厂。一些啤酒厂的规模也越来越大。如在 1980 年,我国共生产啤酒 68. 8 万吨 2。第三阶段 在这一阶段，我国的啤酒工业高速发展，其主要特点是扩建和新建的啤酒厂如雨后春笋，啤酒生产规模也逐步扩大，在有的省份, 几乎每个县市都有啤酒厂。据 1987 年的统计, 在浙江省就有啤酒厂 104 家。由于实行改革开放政策,从国外引进技术,装备,人才,加快了啤酒工业的发展.如从国外引进了啤酒生产线，尤其是啤酒灌装线。产量翻番的时间缩短,如 1982 年,全国啤酒产量为 117万吨，到 1985 年，啤酒产量就达到 310.4 万吨。1988 年，啤酒产量又翻了一番，达到 654 万吨。第四阶段 这一阶段可说是中国的啤酒工业进入了旺盛的成熟期,一方面, 啤酒工业继续以高速度发展,在高速发展的同时，开始对啤酒的质量，啤酒工业的经济效益更加重视，啤酒工业的规模按照国际上的惯例，开始向大型化，集团化方向发展。一些中小型啤酒厂被大型啤酒厂兼并。1.5 啤酒生产技术1.5.1 啤酒的主要工艺啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工 序。麦芽制造：大麦（也正在试验用小麦）浸渍吸水后，在适宜的温度和湿度下发芽，发芽时产生各种水解酶，如蛋白酶、糖化酶、葡聚糖酶等，这些酶可将麦芽本身的蛋白质分解成肽和氨基酸，将淀粉分解成糊精和麦芽糖等低分子物质。发芽到一定程度，就要中止发芽，经过干燥，制成水份含量较低的麦芽。麦芽汁的制造：麦芽经过适当的粉碎，加入温水，在一定的温度下，利用麦芽本身的酶 制剂，进行糖化（主要将麦芽中的淀粉水解成麦芽糖） ，为了降低生产成本，还可以加入一 定比例的大米粉作辅料（大米粉中先加水煮沸） 。制成的麦芽醪，用过滤槽进行过滤，得到麦芽汁，将麦芽汁输送齐齐哈尔大学毕业设计（论文）3到麦汁煮沸锅中，将多余的水份蒸发掉，并加入酒花。酒花是一种植 物的花，加入到啤酒中,可使啤酒带有特有的酒花香味和苦味，同时，酒花中的一些成份还具有防腐作用，可延长啤酒的保藏期。发酵：麦芽汁经过冷却后，加入酵母菌，输送到发酵罐中，开始发酵。传统工艺分为前发酵和后发酵，分别在不同的发酵罐中进行，现在流行的作法是在一个罐内进行前发酵和后发酵。前发酵主要是利用酵母菌将麦芽汁中的麦芽糖转变成酒精，后发酵主要是产生一些风味物质，排除掉啤酒中的异味，并促进啤酒的成熟，这一期间，控制一定的罐内压力，使后酵时产生的二氧化碳保留在啤酒中。因此后期要充入二氧化碳，把二氧化碳通过冲气管中的小泡吹入到发酵液中。在后发酵中压强会逐渐升高。过滤灭菌：经过二个星期左右的发酵（有些啤酒发酵期可能长达几个月） ，将啤酒经过过滤，除去啤酒中的酵母菌和微小的颗粒，再经达低温灭菌（62左右） ，冷却，啤酒就可以包装。瓶装的啤酒，瓶子要经过几次的灭菌，瓶盖要经过紫外线灭菌，包装方式主要有瓶装和罐装，还有桶装等。1.5.2 啤酒国家标准啤酒国家标准编号：GB4927-91国家技术监督局 1991.9.10 批准, 1992.8.1 实施1.引用标准:GB 191 包装储运图示标志GB 2758 发酵酒卫生标准GB 4544 啤酒瓶GB 4789.1 4989.28 食品卫生检验方法-微生物学部分GB 4928 啤酒试验方法GB 5739 啤酒塑料周转箱GB 6543 瓦楞纸箱GB 10344 饮料酒标签标准2.技术要求感观要求: 淡色啤酒的感观指标应符合表 1 的规定。表 1-1项 目 优 级 一 级 二 级透明度 清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物尚清，较透明外观浊度， 形 态 瓶装 泡沫 泡持性听装 色度 香气和口味 具有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，有较明显的酒花香气，口味纯正，较爽口，有酒花香气，口味较纯正，无异味齐齐哈尔大学毕业设计（论文）4酒体谐调，柔和无异香、异味 谐调，无异香、异味3啤酒的保质期瓶装、听装熟啤酒保质期不少于 120 天（优、一级） ，60 天（二级） 。瓶装鲜啤酒保质期不少于 7天。罐装、桶装鲜啤酒保质期不少于 3 天。1.6 中国啤酒的发展方向行业结构的变化：集团化、规模化。 企业数量继续下降，青岛、燕京、华润的下属企业会继续增加，生产能力和年产量还将持续增长。珠啤、雪津、哈啤等二级啤酒集团也会迅速扩张。一业为主，多元扩张。 大多数啤酒集团在把啤酒业做强的同时依靠自身优势进入其它行业进行多元化发展。如青啤进入茶饮料业、葡萄酒业，燕啤进入生物制药业，蓝剑下属 20 多家进入其它产业等。信息化。 知识经济时代，企业对信息的利用率和利用程度成为提高企业竞争力的重要方面，啤酒企业对加快企业信息化建设更加重视。一方面加快内部信息化建设，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投资数千万元上 ERP 系统，许多企业建立内部局域网等；另一方面加快外部信息沟通和利用。更多的企业成立信息中心，加快对外部商业情报的收集、分析、利用。科技化。 科技永远是第一生产力，加快科技进步是啤酒企业未来竞争的焦点之一。在纯生技术进一步提高的同时，啤酒企业会在啤酒保鲜度、延长保鲜期等方面不断创新。产品多样化。 传统的普通啤酒依然会是主流，但随着越来越多个性化产品的不断推出，功能性保健啤酒、果汁啤酒、无醇啤酒等特色啤酒的消费量会越来越大。企业所有制结构的多元化。 国有企业逐渐退出，股份制企业、多种所有制混合企业、民营企业得到大发展，新一轮的中外合资企业也会增多，不过合资企业也会增多，不过合资的形式发生了改变。市场结构的变化：在城市市场，新一轮消费高潮掀起，中高档啤酒市场、特色啤酒市场、女士啤酒市场得到发展。在农村市场，随着农村经济的发展，啤酒消费出现稳步增长趋势。传统的企业经销商消费者的模式受到挑战，企业消费者的直销模式得到快速发展，尤其是电子商务的发展使网上营销在啤酒行业得到大发展。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）5第 2 章 啤酒工艺选择与论证2.1 啤酒酿造工艺流程采用如下工艺流程：辅料粉碎糊化 酵母 麦芽粉碎糖化过滤煮沸沉淀冷却发酵过滤罐装压盖杀菌贴标装箱氧气图 2-1 啤酒酿造工艺流程图原料麦芽和辅料粉碎后，分别进入糖化锅和糊化锅。糊化好的糊化醪液进入糖化锅，与糖化醪混合后继续糖化。糖化完成后经过过滤，进入煮沸锅煮沸，然后进入回旋沉淀槽沉淀，之后进入发酵车间。进入发酵车间的麦汁要先经过冷却，然后通入氧气并加入酵母一起进行发酵。发酵好的啤酒经过过滤后进入清酒罐，然后就可以进入包装车间罐装、压盖、杀菌、贴标、装箱。2.2 酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是大麦、水、酵母、酒花。大麦在谷物中具有较为便宜，易于发芽，酶系统完全，并且含有蛋白质，脂肪，磷酸盐以及其他无机盐，维生素，碳水化合物和其他多种矿物质等优点，因此成为生产啤酒的主要原材料。酿造啤酒用的优质大麦具有籽粒饱满，皮薄，淀粉含量高和发芽率高的 4 大特点。大麦首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和干燥的过程，即称为麦芽制造。大麦发芽后称绿麦芽，干燥后叫麦芽。酿造水：每瓶啤酒 90%以上的成份是水，水在啤酒酿造的过程中起着非常重要的作用。啤酒酿造所需要的水质除洁净外，还必须去除水中所含的矿物盐成为软水。对水的要求详见下表(2-1)表 2-1 水质要求表水质内容 颜色 透明度 味道 总溶解盐 PH 值 有机物（高锰酸钾耗氧量）理想状态 无色 透明无沉淀无味 150-200mg/L 6.8-7.2 0-3mg/L水质内容铁盐(以 2Fe计） 锰盐(以 2Mn计) 氨态( 5N计) 氯化(以 1Cl计)游离氯理想状态 0.3mg/L 0.1mg/L 0 20-60mg/L 0.1mg/L酿造啤酒的另一个重要原料就是酒花。作为啤酒工业的原料开始使用于德国。使用的主要目的是利齐齐哈尔大学毕业设计（论文）6用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。酒花的主要成分有： -酸（学名 HUmulone)和 B-酸（学名 Lupulone)及未定性的 B-组分(B-Fraction),以及酒花油和多酚物质。酒花又称啤酒花，英文名称“HOP ”，其实它的真正学名应为 Humuluslupulus。这种植物雌雄异株，只有雌株才能结出花朵。它将自身的苦味物质，单宁，酒花油和矿物质赋予了啤酒，增强了啤酒的防腐能力，使啤酒具有芳香，安神和调节整个人体新陈代谢的功能，并且使啤酒的泡沫洁白，细腻，持久。因此可以说，大麦和啤酒和共同构成了啤酒的灵魂。酵母是生产所有酒类不可缺少的物质，酵母的种类很多，啤酒酵母的学名：Saccharomyces cerevisiae，根据 Loder 分类，酵母有 39 属，350 种。啤酒酿造中酵母主要起的作用就是降糖，产生二氧化碳和酒精。但不是所有