年产十万吨啤酒厂设计

长江师范学院 课程设计说明书 课题名称： 年产 10万吨啤酒工厂设计 设 计 人： 王博 学 号： 201215255012 班 级： 2013 级生物工程 1 班 指导教师： 陈今朝 设计时间：2016.6.10 生命科学与技术学院 成绩 长江师范学院课程设计 第 1 页 共 42 页 摘 要 本设计是年产 10万吨啤酒厂生产流程的设计，以大麦、大米为主要原料， 酒花为辅料，经过糊化，糖化，煮沸，过滤，冷却，发酵而成。设计内容主要 包括工厂的布局设计，发酵的工艺流程，物料衡算，车间布置的设计，发酵罐 的选型与设计。本次设计所采用的发酵罐为圆筒体锥底发酵罐，糖化方法为双 醪浸出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。设计的图纸主要包括发酵罐结构图， 生产车间设备布置图，工厂总平面图，生产工艺流程图。此次设计在保证啤酒 生产的基本条件下，对生产技术与生产设备进行了优化选择，旨在提高啤酒质 量、降低生产成本。 关键词：啤酒；糖化；发酵；发酵罐 目 录 第一章 总论 .4 1.1设计的任务及要求 .4 1.2设计的依据和原则 .4 1.3设计的目的与可行性 .4 第二章 厂址选择及论证 .6 2.1厂址选择 6 2.2厂址选择论证 6 第三章 工厂组成及布置 .8 3.1工厂组成 .8 3.2工厂布置 .8 第四章 发酵车间工艺流程 10 4.1啤酒原料要求 10 4.2工艺流程说明 12 4.3麦芽制造工艺流程 12 4.4麦汁制备工艺流程 13 4.5啤酒发酵 16 4.6啤酒包装与生产副产物的利用 19 第五章 物料衡算 21 5.1设计参数 21 5.2物料衡算 21 第六章 设备的选型与设计 28 6.1设备选择标准 28 6.2发酵车间主要设备的选择 28 6.3发酵罐体积的确定 30 6.4发酵罐个数的确定 31 6.5发酵罐设计与材料的选择 32 长江师范学院课程设计 第 3 页 共 42 页 6.6管道的计算与选择 35 6.7清酒罐的尺寸设计 36 第七章 三废处理方案 37 7.1啤酒废水的产生与特点 37 7.2废水处理技术 37 7.3节水技术 37 7.4废气处理 38 7.5垃圾处理 38 第八章 啤酒工厂卫生问题 40 8.1卫生设施的要求 40 8.2卫生设施 40 8.3防虫蛇措施 40 8.4防鼠措施 41 参考文献 .42 第一章 总论 1.1 设计的任务及要求 本设计是年产量为 10 万吨的 8 度啤酒发酵车间工艺设计，重点是物料衡 算、设备选型及论证、重点设备的详细设计、车间的布置、绘制图纸（发酵工 艺流程图、发酵车间平面布置图、工厂平面设计图、发酵罐图）。 1.2设计的依据和原则 1.2.1设计的依据 综合运用大学三年所学课程，参考酿造酒工艺学、生物工程设备、 化工原理、食品标准与法规、生物工程工厂设计概论，查阅有关 资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择， 工艺流程与工艺条件的确定与各种计算。 1.2.2设计的原则 设计出来的啤酒厂须符合相关规定和要求，以现代化建设为中心服务目标。 在工厂设备上，要求投资小、效率高、稳定性强、机械化程度高、环境污染小。 在工艺技术方面，解放思想，积极采用新技术，力求现实性和先进性。在经济 效益上，要求投资少，回报高，低成本，收益快，合理利用现有资源。 1.3设计的目的与可行性 1.3.1设计的目的 本设计将我们学到的知识应用到实践中来。一方面，为即将到来的实习生 活巩固专业技能。另一方面，通过查阅整理资料、独立排版设计，锻炼我们独 立分析和处理问题的能力，为下学年的毕业设计奠定基础。 长江师范学院课程设计 第 5 页 共 42 页 1.3.2设计的可行性 啤酒含有 17 种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质。其营养 价值丰富，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。而其 啤酒中的矿物盐，对人体组织细胞的代谢起着调节作用，有利于人体必需水分 的摄取吸收。其所含的酒花素，既能促进唾液、胃液和胆汁分泌，健胃益脾； 又可治疗肺和淋巴结核，促进伤口愈合和烧伤者痊愈，有着良好的药疗效果。 自啤酒厂在我国建立以来，其市场需求与日俱增。近几年来，各类啤酒厂 更如雨后春笋般不断涌现，遍及神州大地。但从人均消费水平来看，我国啤酒 市场还存在着巨大的上升空间，其经济效益较为可观。因此，依据市场规律和 现实条件，本设计工厂选址在湖北省丹江口地区，建立一所年产 10 万吨的啤酒 厂。 第 2章 厂址选择及论证 2.1厂址选择 2.1.1厂址选择的重要性 厂址选择是基本建设的重要环节，在工厂设计中有显著的政治经济技术意 义。厂址选择正确与否，不仅关系到建厂过程中能否以最省的投资费用，按质 按量按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产，技术 管理和发展远景，都有着很大的影响，并同国家地区的工业布局和城市规划有 着密切的关系。因此，厂址的选择应该作到深思熟虑和严谨从事，选出投资省、 建设快、运营费低、具有最佳经济效益、环境效益和社会效益的厂址。 2.1.2厂址选择的原则 第一，厂址选择必须符合工业布局；符合所在地区、城市规划的要求，按 照国家有关法律、法规及建设前期的规定进行。 第二，充分利用当地有利资源，摒除不利条件；充分利用当地人力、物力、 财力。 第三，总体经济效益好，有利于加快国民经济发展和人民生活的提高。 第四，须符合可持续发展观念，保护生态环境。 2.1.3厂址选择结果 本厂选择在湖北省西北部的丹江口经济特区。 2.2厂址选择论证 丹江口市位于湖北省西北部偏东，地处鄂豫两省交界处，素有“中国水都” 之称。自改革开放以来，中央对该地区第一、第二产业大力度扶持，地方经济 政策优越，对我厂前期建设极为有利。而从环境上看，其位于汉江中上游，是 长江师范学院课程设计 第 7 页 共 42 页 我国“南水北调”重要枢纽点，水资源贮备量大，水质优良。并且，其地质稳 定，地势平坦，亚热带季风性气候显著，利于工厂建设。在原料获取与运输上， 其地处湖广地区，北接农业大省河南省，西连车城十堰，生产原料易得且方便 运输。综合以上条件考虑，故选址在该地区。 第三章 工厂组成及布置 3.1工厂组成 啤酒厂的组成一般包括以下内容： （1）生产车间。通常由若干生产厂房建、构筑物组成。如由糖化、发酵、 灌酒、包装、酒库、化验等厂房联合建成的一个啤酒车间。 （2）辅助车间。由若干建、构筑厂房组成。如由酵母回收、麦糟处理、麦 芽储存、仓库、机修等组成啤酒车间的辅助车间。 （3）动力车间。由水泵房水塔、贮水池、锅炉房、空气压缩站、冷冻站、 变电所、仪表维修等厂房组成。 （4）行管部门。由办公室、中心试验室、医务所、汽车库、食堂、浴室等 建筑、构筑物厂房组成。 （5）绿化区域。绿化设施和工厂前区建筑小品等美化环境布置。 （6）道路等运输设施和各类地上、地下工程管网。如上下水道、电缆或架 空电气线路、热力管道、空气管道、冷冻管道、煤气管道、通讯电缆等室外管 道。 （7）三废治理。废污处理设施和场地等。 3.2工厂布置 （1）主要生产车间建筑物的布置位置 应首先考虑将其集中布置，且地 势需平坦，地耐力大于 150200kN/m2，才能满足生产设备的布置。其朝向应 当正面朝阳或偏南向布置，以便于自然采光与通风。 长江师范学院课程设计 第 9 页 共 42 页 （2）辅助车间建筑物等的布置位置 应靠近其服务的主车间厂房或其服 务对象。如啤酒厂内，瓶、箱堆场因其贮量较大而占地面积较多，应布置在厂 后区，但又紧靠啤酒包装车间的部位，这样可减少输送距离。 （3）动力车间建筑物的布置位置 应尽量靠近其服务的具体部门，可以 大部分集中在厂区的左侧或右侧。这样，可最大限度地减少管路线的铺设、输 送汽、冷、气。电的常年能量损失。 （4）行政管理和后勤部门建筑设施的总体布置位置 应集中在厂前区。 因其职能性质规定，对厂内要方便于全厂性的行政业务和生产技术管理及后勤 服务；对外在建筑上要适应城市规划、市容整齐的要求，所以多设置在工厂的 大门处对应位置。 第四章 发酵车间工艺流程 4.1啤酒原料要求 4.1.1酿造用水 啤酒中水占 8590%，酿造用水的质量好坏直接影响啤酒的质量和风味， 故称水是“啤酒的血液”。优质的水质、充足的水源是能否建厂的首要条件。 酿造淡色啤酒，糖化用水应是碳酸盐硬度低，非碳酸盐硬度适中，以便控 制糖化醪和麦汁的 pH值，使之偏酸性。因为水中的碳酸盐会降低麦汁的酸度， 消除麦汁中磷酸盐的缓冲作用，使糖化酶和蛋白酶的活性降低，导致麦汁煮沸 后不够清亮透明，同时还可使酒花中的苦味物质发生异构化，增加酒花苦味物 质的溶解，造成麦汁色度加深和不良口味。因此，酿造淡色啤酒应采用硬度较 低的水。 酿造用水除对水的硬度提出要求外，糖化用水还必须符合以下条件： (1) 外观 ：无色透明，无悬浮物及沉淀物。 (2) pH值 ：以 pH6.87.2 为宜。 (3) 细菌数 ：在 37下培养 24小时，每毫升水中细菌数不得超过 100。 (4) 铁盐 ： 铁离子应在 0.3 mg/L以下。 (5) 氯化物 ：要求含量在 2060 mg/L 范围内。 (7) 硅酸盐 ：一般要求含量在 1030 mg/L 以下。 (8) 硝酸盐与亚硝酸盐 ：硝酸盐不得超过 5 mg/L，亚硝酸盐不得超过 0.05 mg/L。 长江师范学院课程设计 第 11 页 共 42 页 (9) 钙盐 ：以含 CaSO4 11.5 mg/L 为宜，CaSO4 在麦汁煮沸时，可促进 蛋白质的凝结，使成品啤酒澄清，降低色度。 (10)游离 CO2 ：酿造用水不应含有。 由以上几点可知，对于水质较差的水，必须进行适当的处理方可用于酿造。 一般来说，泉水、深井水可直接用于酿造。 4.1.2麦芽 麦芽是酿造啤酒的主要原料。它含有丰富的淀粉和适量的蛋白质以及供糖 化的酶。因此，麦芽的成分和质量对啤酒的质量起着决定性作用，大麦有三种， 其中二棱大麦籽粒饱满且整齐，淀粉含量较高，蛋白质含量适中，发芽均匀， 一般认为是酿造啤酒的最好原料。 采用浅色麦芽，麦芽外观整齐，除根干净，不含杂草、谷粒、尘埃、枯芽、 半粒、霉粒、损伤残粒等杂质，色泽淡黄而有光泽。麦芽应有特殊的香味。不 应有霉味、潮湿味、酸味、焦苦及烟熏味等。 4.1.3酒花 酒花的功能是赋予啤酒特有的清香和苦味，增加啤酒的泡持性和稳定性， 与麦汁煮沸时能促进蛋白质的凝固、增加麦汁的防腐能力，酒花中最重要的是 a-酸。因此，评价酒花质量好坏时，不仅从它的外观、手感、纯净度、香味来 检验，最重要的是检验它的 -酸的含量，要求 -酸含量(以干态计)在 5.0%7.0%之间，-酸含量(以干态计)：3.0%4.1%(参考值)，水份在 8.0%12%之间，采用颗粒酒花，硬度大于 60 N/m2，崩解时间小于等于 10 s。 4.1.4辅料 以价格低廉而富含淀粉的谷类作为辅料可以提高麦汁收得率，制取廉价麦 汁，以达到降低成本的目的，辅料的蛋白质易氧化的多酚物质含量明显低于麦 芽，这有利于降低啤酒的色度和改善啤酒的非生物稳定性。 大米是啤酒厂最常用的辅料，其特点是价格低廉，蛋白质、多酚物质和脂 肪含量低于麦芽，而淀粉含量高于麦芽，本设计采用大米作为辅料，生产出的 啤酒具有色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香突出，非生物稳定性好等特点。 4.1.5酵母 在实际生产中最常用的酵母有两大类：上面酵母和下面酵母。二者形态上 存在明显的差别。上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互 连接，形成多枝的牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细 胞增殖后彼此分开，几乎都是单细胞或几个细胞连接。本设计设计的是经典型 啤酒，色泽浅，采用的是下面发酵技术，故选用下面酵母。本设计采用下面酵 母酵母 ZAU110。 4.2工艺流程说明 啤酒生产分为两大部分：麦芽制造和啤酒酿造。 （1）麦芽制造工艺流程 原料(大麦)浸渍发芽干燥除根 （2）啤酒酿造工艺流程图 原料糟 酒花 麦芽 粉碎糖化锅 过滤 麦汁煮沸 回旋沉淀 薄板冷却 大米 粉碎 糊化锅 酒花糟 图 1-1 啤酒酿造工艺流程图 啤酒的生产过程大体可以分为四大工序：麦芽制造；麦汁制备；啤酒发酵； 长江师范学院课程设计 第 13 页 共 42 页 啤酒包装与成品啤酒。 4.3麦芽制造工艺流程 （1）称重 麦芽原料从麦芽储仓通过传送带传送到电子称，通过电子称称取一定量的 麦芽进行后续加工。 （2）抛光 将麦芽送入抛光机进行抛光处理，以除去麦芽表面的芒刺。 （3）精选去石 将抛光后的麦芽送入去石机，比重的不同除去大米和麦芽中的石块、玻璃 块和金属等比重较大的杂质。 （4）麦芽粉碎 粉碎麦芽要求麦芽的皮破而不碎，因为麦皮的皮壳内含有对酒质量不利的 苦味物质、色素、单宁，当皮壳磨得太碎时就会大量浸出，而使啤酒色泽变深， 口味不正。另外麦芽的皮壳在麦汁中过滤时构成过滤层，磨得太碎，会降低过 滤效果，造成过滤困难。 4.4麦汁制备工艺流程 4.4.1麦汁前处理 （1）糖化糊化 对于大米淀粉原料而言，不需要经过前面的原料预处理过程，而是直接 将其送入糊化锅糊化后，再将糊化锅醪液送入糖化锅。 辅料中的淀粉一般由细胞壁包围，以颗粒状存在。这种颗粒不溶于冷水中， 也很难被麦芽中的淀粉酶分解，当淀粉颗粒经过加热，迅速吸水膨胀，当升到一 定温度后，淀粉细胞壁破裂，淀粉进入水中，淀粉继续膨胀，形成凝胶物，此过 程称为“糊化”。简言之，糊化就是淀粉分子在热溶液中膨胀破裂的过程。 糖化是指利用麦芽自身酶或外加酶制剂代替部分麦芽将麦芽和辅料中不溶性 高分子物质分解成可溶性低分子物质，如糖类、糊精、氨基酸、肽类等的麦汁制 过程。由此制得的溶液称为麦汁。 糖化的第一步是在糖化锅中加入一定量的水，升温至 37并保持 20min；然 后加入粉碎后的麦芽并搅拌；再将温度升高至 50并保持 40min；然后将糊化锅 醪液加入，将混合液升高至 65，并保持 70min。最后将糖化液排出并送入过滤 槽进行过滤。这一糖化过程称双醪浸出糖化法，双醪浸出糖化法糖化曲线见图 1-2。 图 1-2 双醪浸出糖化法糖化曲线 （2）过滤 麦汁过滤最常用的是过滤槽法。过滤槽的槽身内安装有过滤筛板、耕刀等， 槽身与若干管道、阀门以及泵组成可循环的过滤系统，利用液柱静压为动力进 行过滤。麦汁的粘度和过滤层的厚度影响过滤速度。 （3）煮沸 将过滤后的麦汁送入煮沸锅进行煮沸，煮沸麦汁有多个目的 ：蒸发多余的 水分；破坏酶的活性，终止生物化学反应，固定麦汁组成；将麦汁灭菌；浸出 酒花中的有效成分；使蛋白质变性凝固等。 （4）回旋沉淀 长江师范学院课程设计 第 15 页 共 42 页 发酵前必须除掉热凝固物。热凝固物主要是蛋白质与多酚物质的复合物， 另外吸附一些酒花树脂和无机物，若带入发酵醪中，可能会黏附在酵母细胞表 面，将影响酵母的正常发酵，影响啤酒色度、泡沫性质、苦味和口感稳定性。 这些热凝固物是通过回旋沉淀槽除去，其主要是利用离心力分离沉淀。 （5）冷却 将从回旋冷却槽出来的热的麦汁送入薄板冷却器进行冷却，冷却后的麦汁 送入发酵车间进行发酵处理。冷却的目的有三个，一是降低麦汁温度，使之达 到适合酵母发酵的温度；二是使麦汁吸收一定量的氧气，以利于酵母的生长增 殖；再就是析出分离麦汁中的冷、热凝固物，改善发酵条件提高啤酒质量。 4.4.2麦汁后处理 （1）热凝固物及冷凝固物的分离 麦汁煮沸后应尽快将麦汁中的热凝固物进行有效的分离，以获得澄清的麦 汁，然后将麦汁冷却至工艺要求的温度，冷却的同时，要进行通风，为酵母繁 殖提供足够的氧气。漩涡成沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其它设备 相比，她的分离效果最佳。漩涡沉淀槽是立式柱形槽，麦汁沿切线方向泵入， 形成旋转流动，并使热凝固物以锥丘状沉降于槽底中央，清亮麦汁从侧面麦汁 出口排出。 麦汁在冷却过程中会形成冷凝固物，并逐渐沉淀下来，去除冷凝固物的方 法可以用自然沉降法和浮选法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去， 浮选法是麦汁在去除热凝固物后，通入无菌空气就会吸附在细密的小气泡上， 随气泡升至液面，并加以除去。 （2）麦汁的冷却 常用的麦汁冷却器为板式换热器，换热效率很高。麦汁冷却的基本要求有： 麦汁和冷却水流经部位要便于清洗，密封性要好，严防冷却水和麦汁的渗漏。 要有足够的冷却面积，冷却时间要短，冷凝固物析出的量多。 麦汁冷却有一段式和两段式两种冷却方式，本设计采用一段式冷却方式。 即先采用氨直冷方式将酿造用水冷却至 3-4，然后与热麦汁在板式换热器内 进行一次性热交换，在麦汁冷却至发酵温度同时，冷水则被加热至 75-80， 此水可以直接作为洗糟水使用。 （3） 麦汁的充氧 发酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧气，以利于酵母增殖并同时进入 发酵阶段。为使空气溶解至冷麦汁中，必须通入很细小的空气泡，并以涡流形 式与麦汁进行混合4。冷却和输送麦汁的管道，在进麦汁之前都会先热酸洗， 热碱洗，高温热水冲洗共 30分钟，在用无菌水降温后开始进麦汁。 4.5 啤酒发酵 4.5.1啤酒酵母及其扩大培养 麦芽汁经啤酒酵母发酵酿制而成啤酒。酵母的主要代谢产物是乙醇和二氧 化碳，但同时也形成一系列发酵副产物，如醇类、醛类、酸类、酮类、酉旨类 和硫化物等物质这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项 理化指标，同时也赋予了啤酒典型的特色。 首先用平板分离法获得优良的酵母菌株，然后进行实验室和生产现场的扩 大培养。 实验室扩大培养： 斜面试管 试管或富氏瓶培养 巴氏瓶或三角瓶培养 卡氏罐培养 图 1-3 啤酒酵母实验室扩大培养流程图 生产现场扩大培养： 汉生库勒氏培养罐扩大培养 酵母扩大培养罐 酵母二级扩大培养罐 锥形罐 图 1-4 啤酒酵母生产现场扩大培养流程图 4.5.2啤酒主发酵 长江师范学院课程设计 第 17 页 共 42 页 啤酒发酵因所用酵母的不同，分为上面发酵和下面发酵。前者采用上面酵 母和较高的发酵温度，后者采用下面酵母和较低的发酵温度。下面发酵是普遍 使用的啤酒生产方法。本设计采用下面发酵。 啤酒的发酵方法有传统方法和现代方法。传统方法是将啤酒发酵分为前发 酵(或主酵)和后发酵 (后贮)两个阶段;前酵池和后贮罐都放置在很大的冷藏室 环境进行温度控制调节:酵母的繁殖和大部分可发酵性搪的代谢在前发酵阶段完 成，剩余糖份分解、二氧化碳溶解、成熟和澄清在后发酵阶段完成。现代方法 是以 20世纪 60年代广泛采用锥形发酵罐为代表，露天放置，酵母繁殖、降搪、 成熟和澄清均在一个发酵罐中完成，叫做露天锥罐一罐法发酵。各发酵方法比 较如下： （1） 传统发酵法：啤酒质量好，工艺简单成熟，但周期长，投资大，占 地面积大，工作环境差，不便于机械化、自动化生产，故不采用。 （2）连续发酵法：发酵周期短，便于自动化控制，节省人力、厂房和用地， 动力消耗低，但管理要求高，否则易污染，设备造价高，对酵母要求也高，产 品质量差，工艺不成熟，故不采用。 （3） 固定化酵母发酵法：发酵周期短，设备简单，缩减酵母培养工艺， 节省投资，减少占地面积，便于管道化生产，但工艺不成熟，啤酒性能不稳定， 尚在试验中，故也不采用。 （4）锥形罐单罐发酵法：单位占地面积的啤酒产量大，可方便排放酵母及 其他沉淀物，发酵温度控制方便，发酵周期短，便于自动控制，节省人力与洗 涤费用，卫生条件比较好，改善了工作环境，易于回收 CO2和酵母，降低生产 成本，且广泛应用，工艺成熟，啤酒质量较好，故本设计采用此法15。另外， 高温发酵有利缩短发酵周期，但副产物较多，影响啤酒的风味。而低温发酵则 风味好，周期长，考虑保证产品的质量，故采用低温发酵。 发酵罐酵母离心分离机 留种酵母 废酵母 废酵母 酵母种罐 酵母洗涤 酵母干燥 图 1-5 啤酒发酵工艺流程图 （1） 三锅麦汁注满一发酵罐，时间少于 12小时，加 0.7的酵母。 （2） 冷麦汁进罐温度为 9 ，自然升温至 12 ，然后保持 12 发酵 5天. （3） 糖度降至 10.511Bx，通过 CO2测纯度并回收，降至 4.0Bx时停 止，保证 0.8 kg/cm2 （4） 在 2 保持 5天，使外观发酵度达 60以上，用 36小时把发酵液 降至 7 ，排酵母一次，还原双乙酰 6天，每天排酵母及凝固物一次。 （5） 当双乙酰含量低于 0.1 ppm后，用 36小时降温至 3 ，保持 3天， 再泵至罐外的薄板冷却器中把温度冷至-1 ，然后送至啤酒处理罐冷罐 7天， 每天排一次酵母及冷凝固物，并进行 CO2洗涤，7 天后浊啤酒经硅藻土过滤机 过滤，同时进行啤酒混浊经验和滤过酒检查，然后进入清酒罐，再进入包装车 间。 4.5.3啤酒的过滤 经过发酵或后处理的成熟啤酒，其残余酵母和蛋白质凝固物等沉积于贮酒 罐底部，少量仍悬浮于酒液中，这些物质在以后的贮存期间会从啤酒中析出， 导致啤酒浑浊。所以，必须经过过滤工序将其除去。 发酵完的啤酒冷却器处理罐薄板冷却器硅藻土过滤机纸板过滤机 清酒罐 图 1-6 啤酒过滤流程图 长江师范学院课程设计 第 19 页 共 42 页 发酵出来的啤酒经酵母分离机分离出来后，进入一薄板冷却器，然后进入 啤酒处理罐，进行 CO2洗涤，再经一次冷却器，冷却至-1 ，经粗滤精滤后， 送清酒罐然后包装。 啤酒过滤的主要方式有棉饼过滤机、硅藻土过滤机、纸板过滤机、双流过 滤机、错流过滤机、无菌膜过滤机。现在普遍使用的是过滤设备是硅藻土过滤 机、纸板过滤机和无菌膜过滤机。硅藻土过滤机作为啤酒的粗滤，纸板过滤机 作为啤酒的精滤，无菌膜过滤机主要用于生产纯生啤酒。 硅藻土过滤机主要有板框式、烛式、水平圆盘式三种，本设计采用板框式。 4.6 啤酒包装与生产副产物的利用 4.6.1啤酒的包装 过滤完的啤酒，在清酒罐低温存放准备包装，通常同一批啤酒应在 24小时 内包装完毕。均采用瞬时巴氏杀菌工艺技术和自动包装生产线。啤酒杀菌的目 的是保证啤酒的生物稳定性，有利于长期保存。 滤过啤酒 瓶子选瓶 浸瓶洗瓶 空水验瓶装酒压盖巴氏灭菌 验酒贴标装箱瓶装熟啤酒 图 1-7 瓶装流程图 空罐卸装托盘机链条输送机洗涤机罐装机自动定量仪分道器 杀菌机风干机测重仪垛装 图 1-8 罐装流程图 空桶浸泡刷洗蒸汽灭菌罐装垛装 图 1-9 桶装流程图 4.6.2啤酒生产副产物的利用 （1）麦槽的利用 麦槽是麦芽和大米在不发芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物质构成的。麦 槽是有价值的饲料，有较高的蛋白质，并受到适度分解。 （2）二氧化碳的回收 二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，二氧化碳也是重要的原材料。在 过滤后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短时间内溶解和过饱和，简单 而有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。 CO2贮气柜 超压装置 压缩机 氧化剂洗涤器 水冷却器 活性炭过滤器 压缩 机 冷却器 干燥装置 冷却器 液态 CO2贮存罐 图 2-1 二氧化碳的回收流程图 CO2回收处理系统是使用密闭式发酵容器时特有的附属设备，是锥形罐的 配套设备。回收工艺主要有 3种： 高压法：高压法 CO2纯度低，操作强度大，储存方法单一，故也不采用。 低压法：该法产生的 CO2一般不能以液态储藏，且如果无发酵气，就不 能供气，故不采用。 中压法：采用专用的无油 CO2压缩机将 CO2压缩净化后在冷冻系统进行 净化，该法产生的 CO2纯度高，储存效率高，使用方便。故本设计采用。其组 成部分为：泡沫捕集器，贮气球，水洗塔，压缩站，干燥气，净化器，液化器， 贮液罐，气化器。 （3）酵母的回收与利用 根据酵母和发酵液的相对密度不同，采用离心机分离酒液和酵母。 长江师范学院课程设计 第 21 页 共 42 页 每生产 100吨啤酒可得含水分 7580的剩余酵母泥 1.5 t，可制成含 水 8.510的干酵母约 0.35 t。近年来用啤酒酵母生产具有肉类鲜味的调 料以及生产干酵母粉，有很好的经济和社会效益，故本设计采用一个酵母车间 来利用废酵母生产干酵母，其生产流程如下： 啤酒放弃的酵母泥固液分离湿酵母洗涤脱苦 固液分离水解固液分离干燥 干酵母 浓缩 调配调味料 酵母膏 图 2-2 酵母回收流程图 第五章 物料衡算 5.1 设计参数 项目 名称 百分比/% 项目 名称 百分比/% 原料利用率 91 冷却损失 2.90 麦芽水分 5.20 发酵损失 0.91 大米水分 13.0 过滤损失 0.87 无水麦芽浸出 率 75 装瓶损失 0.83 定额指标 无水大米浸出 率 90.50 麦芽 76原料 配比 大米 24 啤酒损失率（热麦汁） 总损失率 5.51 5.2物料衡算 根据表中数据，首先进行 100kg原料生产 8.5淡色啤酒的物料计算，然后 进行 1000L8.5淡色啤酒的物料衡算，最后进行 100000t/a啤酒厂糖化车间的 物料平衡计算。 5.2.1 100kg原料生产 8.5淡色啤酒物料衡算 （1）热麦汁量 据表可得到原料收率分别为： 麦芽收率： 大米收率： 0.905（100-13 ）/100=78.735% 混合原料收得率为： （0.7671.1%+0.2478.735%）91%=66.37% 由上述可得 100kg混合原料可制得的 8.5热麦汁量为： (66.37/8.5)100=780.82(kg) 又知 8.5麦汁在 20时的相对密度为 1.03385，而 100热麦汁比 20时 的麦汁体积增加 1.04倍，故热麦汁（100）体积为： （780.82/1.03385）1.04=785.46（L） （2）冷麦汁为： 785.46（1-0.029）=762.68（L） （3）发酵液量为： 长江师范学院课程设计 第 23 页 共 42 页 762.68（1-0.0091）=755.74（L） （4）过滤酒量为： 755.74（1-0.0087）=749.17（L） （5）成品啤酒量为： （6）添加酒花量：100L 热麦汁添加 0.2kg酒花，则： （7）湿酒花糟： 煮沸过程中酒花浸出率 40%、含水量 80%，则： （8）湿糖化糟 设湿麦糟水分为 80%，则： 湿麦芽糟： 湿大米糟： 湿糖化糟： 5.2.2生产 1000L 8.5淡色啤酒的物料衡算 根据上述衡算结果知，100kg 混合原料可生产 8.5成品啤酒 742.95L，故 可得出下述结果： （1）生产 1000L 8.5淡色啤酒需耗混合原料量： （2）麦芽耗用量为： （3）大米耗用量为： （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： （5）酒花糟量 设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为 40%，且酒花糟水分含量 为 80%，则酒花糟量为： （kg） （6）热麦汁量为： （7）冷麦汁量为： （8）发酵液量为： （9）过滤酒量为： 长江师范学院课程设计 第 25 页 共 42 页 （10）湿糖化糟量 设排出的湿麦芽糟含水量为 80%，则 湿麦糟量为： 湿大米糟量为： 湿糖化糟量为： 5.2.3年产 100000t/a 8.5淡色啤酒所需物料的衡算 设生产日共 300天，旺、淡季分别 200、100 天，旺季每天糖化 4次，淡季 每天糖化 3次，全年一共糖化 1100次。则糖化一次的物料需求： （1）原料用量为： (134.6/1000)=12236.36(kg) （2）麦芽用量为： （3）大米用量为： （4）酒花用量为： （5）酒花糟量为： （6）热麦汁量为： （7）冷麦汁量为： （8）发酵液量为： （9）过滤酒量为： （10）湿糖化糟量为： 5.2.4 100000t/a 8.5淡色啤酒酿造车间物料衡算表 设生产日共 300天生产旺季每天糖化 4次、淡季 3次，每年总糖化次数为 1100次。由此可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。 物料名称 单位 对 100kg 1000L 8.5 糖化一次 100000t/a 啤酒生产 混合原料 淡色啤酒 额定量 混合原料 kg 100 134.6 12236.36 长江师范学院课程设计 第 27 页 共 42 页 大麦 kg 76 102.3 9299.63 大米 kg 24 32.3 2936.73 酒花 kg 1.57 2.11 191.82 热麦汁 L 785.46 1057 96090.91 冷麦汁 L 762.68 1027 93363.64 湿糖化糟 kg 99.98 134.45 12222.73 湿酒花糟 kg 4.71 6.33 575.45 发酵液 L 755.74 1017.24 92476.36 过滤酒 L 749.17 1008.37 91670 成品酒 L 742.95 1000 90909 第六章 设备的选型与设计 本设计采用圆柱体锥形发酵罐也称锥形罐，圆柱形为主体部分，罐顶为椭 球圆弧形状，底部则为圆锥形，罐体自带冷却及保温装置的全封闭发酵罐。 6.1 设备选择标准 食品工厂设备大体分四个类型：计量和贮存设备、定型专用设备，通风机 械设备，在选择设备时，要按下列原则进行。 （1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量 （2）一般大型食品厂应选用较先进的机械化程度高的设备，中型厂则看具 体备件，一些产品可以选用机械化、连续化程度高的设备，小型厂则选用较简 单的设备。 能设备能充分利用原料，能耗少效率高、体积小、维修方便、劳动强度底， 并能一机多用。 长江师范学院课程设计 第 29 页 共 42 页 （3）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料不易 腐蚀不致对食品造成污染。 （4）设备结果构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、酸 碱度） （5）在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、计数和程序 等方面有合理的控制系统，尽量采用自动控制方式。 6.2 发酵车间主要设备的选择 啤酒厂一般分为七个车间，分别为：预处理车间，制麦车间，糖化车间， 发酵车间，过滤车间，灌装车间，热量供应车间。 6.2.1糖化车间 糖化车间是进行麦汁的制备这项重要的工艺。将粉碎后的麦芽和辅料中的 非水溶性组成通过酶的分解尽可能的转化成水溶性组分。 工艺流程： 糖化、糊化 过滤 酒花 煮沸 回旋沉淀 冷却 过滤 该设计中采用的是六锅式即糊化锅，糖化锅，过滤槽，煮沸锅的基础上增 加一个过滤槽和煮沸锅。因为糊化锅和糖化锅利用率较低，形成六器组合可增 大产量，也为啤酒厂扩建糖化车间所采用的方法。 采用不锈钢的糊化锅和糖化锅，而且是球形锅底便于清洗和料液排尽。锅 内装有螺旋浆搅拌器及挡板。糊化锅升温速度达 0.5/min。糖化锅的升温速 度达 1/min。采用点状加热夹套。因为它从加热效果上优于弧形盘管加热器。 糖化锅的容积为 30 ，糊化锅的容积为 25 。采用的是常压蒸煮。 过滤槽是最古老也是应用最广泛的麦汁过滤设备，过滤槽配置湿法辊粉碎 较完善，该设计中采用的是过滤槽对麦汁过滤，将麦糟和麦汁分开。与传统的 压滤机法，快速渗出法，膜式压滤机法相比麦汁相对浊度较好，节省原料消耗 的优点。 （1）煮沸锅 煮沸加热设备加热方式有直接加热与间接加热方式。直接加热方式由于操 作困难，劳动力强度大，工环境差的原因该设计中不采用而采用间接加热方式。 所采用的热源为饱和蒸汽或过热蒸汽。 （2）外加热器 该设计中采用的是外加热盘管的煮沸锅。外加热器克服了内加热器清洗困 难的以及加热时易局部过热的缺点，但是它需要一个大容量的耐热泵，使用动 力电耗增加。外加热式煮沸锅除了用于煮沸外还可以兼做回旋沉淀槽，省去了 一个设备，另外两个麦汁煮沸锅与一个外加热器组合，煮沸锅兼做回旋沉淀槽 和麦汁暂存槽使用。 添加系统可采用 2个或 2个以上的自动添加罐,避免事故发生.麦汁煮沸时 能回收。 （3）麦槽贮罐 被分离出来的麦糟被用来做饲料的原料。 （4）酒花分离器 煮沸结束后，采用酒花分离器尽快分离出酒花糟。如果使用的是酒花制品 （酒花粉，颗粒酒花，酒花浸膏）或者使用粉碎的酒花，则酒花分离器不再需 要。 （5）回旋沉淀槽 热凝固物分离的传统方法为自然沉淀法冷却盘法或沉淀槽法。冷却盘法 劳动强度大，麦汁易染杂菌，现在几乎不再使用沉淀槽还需结合离心机和压滤 机进行处理。本设计中采用的是回旋沉淀槽法过滤热麦汁，特点是尽可能减小 作为过滤介质的麦槽层厚度，以强化过滤速度，又不扩大过滤器的直径。 长江师范学院课程设计 第 31 页 共 42 页 6.3发酵罐体积的确定 由计算一次糖化麦汁 93.36 每日糖化 4次，一个发酵罐的有效容积要能 装下 3锅麦汁。 一般，控制 D:H=1:2-4范围较合适，锥形锥角 采用 60至 75为宜。 本设计选择 H:D=3:1，锥角为 75，装料系数 =85%，0.8%的接种量。 则容积为： ( ) 发酵罐上封头选用标准椭圆形封头，下封头的锥角 75的圆锥形封头，柱 体部分高径比为 3:1，故发酵罐的主要尺寸比例： 圆整后取 ，则 圆整后取： 校核： 校核后： ， 故符合要求。 6.4发酵罐个数的确定 设锥形罐的发酵周期 18天，则需要个数为：N 圆整后取：24 个 式中 ： 富裕量： 富裕量满足在 5%10%的要求。 6.5发酵罐设计与材料的选择 发酵罐选用耐酸、耐碱、耐腐蚀的材料，本设计设备采用 0Cr18Ni9不锈钢 制造。 对于一罐法发酵工艺，查啤酒工业手册得，温度、压力的关系： 罐压(Mpa)=温度()0.01=120.01=0.12(Mpa)。 设计压力取最大工作压的 1.1倍，则设计压力 长江师范学院课程设计 第 33 页 共 42 页 6.5.1 发酵罐圆柱体部分壁厚的确定： C+Pc)-PcDi/(2=Std 式中 Pc-设计压力 筒体与锥体的高度： 封罐前，罐压为液柱压，封罐后，罐压上升，最大压力为 0.12Mpa。满罐 时发酵罐最高工作压： 式中： 许用应力 焊缝系数 圆整后取 10 mm 式中: 钢板负偏差， 0.6mm 不锈钢腐蚀裕量，单面 =1mm，双面 =2mm 加工减薄量，冷加工 =0mm，热加工 =1mm 所以罐的筒体厚度为 10mm的 0Cr18Ni9钢板制作。 6.5.2标准椭圆封头壁厚计算 圆整后取 。 故椭圆封头以 10mm厚度的 0Cr18Ni9不锈钢制作。 6.5.3锥底封头的设计选型 选用许用应力t=137 的 0Cr18Ni9不锈钢制作。锥壳半顶角 =37.5， 用无折边不需加强锥形封头。 圆整后取 。 锥体大端与圆筒体的连接处需要增加厚度，增厚率 Q值为 1.775。 则需要增加厚度： 长江师范学院课程设计 第 35 页 共 42 页 圆整后取 锥壳加强 L锥不小于： 圆筒加强 不小于： 6.6管道的计算与选择 6.6.1进料管及排酒管 进料管与排酒管流量基本相等，设进料管与排酒管为相同管径。发酵罐有 效容积为 141.3m3，一般用时 7h装满一个发酵罐，则进醪液速度为： )/(01.)56/(.3293流 smTV 高粘度流体流速：0.51m/s，设发酵醪液流速为 0.8m/s。则管径：)(3.0814.3/(04)/(4流 muVD 圆整后取管径为 D=330mm。 校核： )/(13.0)3.044u22流 smdV 经检验符合要求，故此管可以采用。 6.6.2 CO2排出管及 CIP清洗管 CO2排出管和 CIP清洗管都设计在椭球形封头上，两管径设为一致。发酵 罐需要经过碱洗、清水洗和消毒水洗三次洗涤。又设洗涤 25min。消耗 3m3的 CO2。 则洗涤体积流量: )/(02.15/0.33洗 smtQV 水的流速在 1-1.5m/s之间，设洗涤水流速为 1.3m/s，则管径为:)(04.14.3/(024)/(4洗 muVD 圆整后取 D洗=50mm 校核： )/(02.1)514.3/(024)/(4 22洗 smdVu 经检验符合要求，故此管可以采用。 查简明管道工业手册，得出本设计中的不锈钢管规格、质量表管路标 准： 管路标准 公称直径/mm 外径壁厚/mm 理论质量/(kg/m) 40 453.5 3.6 65 764 7.15 100 1084 10.03 长江师范学院课程设计 第 37 页 共 42 页 6.7 清酒罐的尺寸设计 1个发酵罐的产品需 3个清酒罐保存，每天能发酵 4个罐，所以需要清酒 罐 12个，留 3个备用，共 9个。设清酒罐的填料系数 =92%。)(.6280/V3发清 m10593.63清总 设计清酒罐的 H：D=2：1，即 H=2D，圆形封头高为的 D/4，则有：3.52)/(V2D总 解及：D=4.01(m)，H=8.02(m),圆整后取 D=5m，H=9m。 第七章 三废处理方案 7.1啤酒废水的产生与特点 啤酒生产工艺流程包括制麦和酿造两部分。二者均有冷却水产生，约占啤 酒厂总排水量的 65% ，水质较好的，可循环用于浸洗麦工序。 中、高污染负荷的废水主要来自制麦中的浸麦工序和酿造中的糖化、发酵、 过滤、包装工序。其化学需氧量在 50040000 mg。除了包装工序的废水连续 排放以外，其它废水均以间歇方式排放。啤酒厂总排水属于中、高浓度的有机 废水，呈酸性，pH 值为 4.56.5，其主要污染因子是化学需氧量（CODcr）、 生化需氧量（BOD5）和悬浮物（SS）。浓度分别为 10001500，5001000 和 220440mg。啤酒废水的可生化性（BOD5/CODcr）较大，为 0.40.6，因此很 多治理技术的主体部分是生化处理。 7.2废水处理技术 目前，国内外普遍采用生化法处理啤酒废水。根据处理过程中是否需要曝 气，可把生物处理法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。 （1）好氧生物处理。好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生 物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放 于水中）。这类方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。 （2）活性污泥法是具有代表性的好氧生物处理方法。活性污泥法是中、低 浓度有机废水处理中使用最多、运行最可靠的方法。具有投资省，处理效果好 等优点。该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池。废水