现场管理-年产5万吨12经典啤酒厂发酵车间设计(doc 42页)

齐 齐 哈 尔 大 学 毕业设计（论文） 题 目： 年产 5 万吨 12经典啤酒厂发酵车间设计（发酵罐） 学 院： 食品与生物工程学院 专业班级： 生物工程 111 班 学生姓名： # 指导教师： # 成 绩： 2015 年 06 月 15 日 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 摘 要 本设计为年产 5 万吨 12经典啤酒厂发酵车间设计。经典啤酒是以麦芽和大米 为主要原料，添加大量酒花以及适量酵母发酵酿制而成的一种低二氧化碳、起泡、 低酒精度（2.5%7.5%）的饮料。经典啤酒具有发酵度比较低、麦汁中大分子含量 多、口味独特、营养丰富等特点。本设计对 5 万吨 12经典啤酒厂的生产的发酵工 艺进行了论证，确定了发酵方法与工艺流程，进行了物料衡算，发酵工段耗冷计算， 水量衡算。糖化方法采用双醪二次煮出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。本设计 的图纸主要包括发酵车间流程图，发酵车间的平面图和立面图及重点设备发酵罐的 装配图。为了节能和减少污染，还设计了工业“三废 ”处理系统。在降低能耗、减少 废水排放、啤酒糟的回收与利用等方面进行了探讨研究。 关键词：啤酒厂；工艺设计；发酵罐；物料衡算；设备选型与论证 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） I Abstract This design subject is annual output 50,000 tons of 12 classic brewery fermentation workshop.Classic beer is a kind of low-carbon dioxide,sparkling,low-alcohol content (2.5% to 7.5%) of the beverage malt raw material, which added a large number of hops and fermented by the right amount of yeast, malt and rice as it s main raw material. Classic beer has many features,such as low fermentation degree,large macromolecule content in the wort, unique taste, nutrient-rich and etc.The production process of the 50,000 tons 12classic beer was demonstrated,the technological process was formulated,and the materials balance,cooling balance,water balance were calcuated.The double-mash decoction mashing and the bottom fermentation were adopted.The drawings of this design include the flow chart of the fermentation workshops,the ichnography and elevation drawing of fermentation workshop,the assembly drawing of major equipment (fermenter).The waste treament system was design- ed for conserving energy and decreasing pollution.The reducing energy consumption and wastewater discharge, recycle and utilization of beer grains were studied in the design. Key words: Beer factory; Craft design; Fermenter; Materials balance; Equipment selection and demonstration 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 目 录 摘要 .I AbstractII 第 1 章 绪论 1 1.1 选题依据、意义及理论 .1 1.2 设计依据 .1 1.3 设计内容 .1 1.4 发酵设备及其特点 .1 1.4.1 锥形罐的优点 2 1.4.2 锥形罐的安装和布局 2 1.5 厂址的选择 .2 1.6 课题研究的内容和方法 .3 第 2 章 工艺流程的选择与论证 .4 2.1 啤酒生产原料 .4 2.1.1 大麦芽 4 2.1.2 酒花 4 2.1.3 水 4 2.1.4 酵母 4 2.1.5 辅料 5 2.2 生产工艺流程的选择与论证 .5 2.2.1 麦汁的制备 5 2.2.2 糖化及糊化 5 2.2.3 麦汁的过滤 6 2.2.4 麦汁的煮沸和酒花的添加 7 2.2.5 麦汁的冷却及凝固物的分离 7 2.3 啤酒发酵 .7 2.3.1 酵母的扩大培养 7 2.3.2 啤酒发酵及工艺曲线 8 2.3.3 发酵工艺论证 8 2.3.4 贮酒工艺论证 8 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） I 2.3.5 啤酒过滤 8 第 3 章 三大衡算 .10 3.1 原始数据 .10 3.2 100kg 原料生产 12经典啤酒的物料衡算 .10 3.2.1 热麦汁量 10 3.2.2 冷麦汁量 11 3.2.3 发酵液量 11 3.2.4 过滤酒量 11 3.2.5 成品酒量 11 3.2.6 酒花量 11 3.2.7 酒花糟量 11 3.2.8 湿糖化糟量 11 3.3 生产 100L12经典啤酒的物料衡算 12 3.3.1 生产 100L12经典啤酒混合用料量 .12 3.3.2 麦芽消耗量 12 3.3.3 大米消耗量 12 3.3.4 酒花耗用量 12 3.3.5 热麦汁量 12 3.3.6 冷麦汁量 12 3.3.7 发酵液量 12 3.3.8 过滤液量 13 3.3.9 湿糖化糟量 13 3.3.10 酵母量 13 3.3.11 酒花糟量 13 3.3.12 二氧化碳量 13 3.3.13 耐高温 淀粉酶量 14 3.4 年产 5104t12经典啤酒的物料衡算 14 3.4.1 原料用量 14 3.4.2 麦芽用量 14 3.4.3 大米用量 15 3.4.4 酒花用量 15 3.4.5 热麦汁量 15 3.4.6 冷麦汁量 15 3.4.7 发酵液量 15 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） II 3.4.8 过滤液量 15 3.4.9 湿糖化糟量 15 3.4.10 干酵母量 15 3.4.11 酒花糟量 15 3.4.12 CO2 的释放量 15 3.5 发酵车间水耗量计算 .16 3.5.1 薄板冷却器用水 16 3.5.2 麦汁冷却器洗刷用水 17 3.5.3 过滤机用水 17 3.5.4 洗瓶机用水 17 3.5.5 发酵车间水量耗表 17 3.6 发酵车间的耗冷量衡算 .17 3.6.1 发酵工艺流程 17 3.6.2 工艺技术指标及基础数据 17 3.6.3 工艺耗冷量 Qt .18 3.6.4 酵母培养耗冷量 19 3.6.5 发酵车间工艺耗冷量 Qt .19 3.6.6 非工艺耗冷量 19 3.6.7 发酵车间冷量衡算表 20 第 4 章 啤酒生产主要设备的选型与论证 .21 4.1 主要设备的选型与计算 .21 4.1.1 薄板冷却器尺寸计算 21 4.1.2 清酒罐尺寸计算 21 4.2 附属设备设计与选型 .22 4.2.1 啤酒过滤设备 22 4.2.2 酵母的扩培设备 22 第 5 章 发酵罐的设计与论证 23 5.1 发酵罐数量的计算 .23 5.2 发酵罐的设计与论证 .23 5.2.1 锥角的选择 23 5.2.2 冷却方式的确定 23 5.2.3 罐的保温材料的选择 23 5.2.4 罐的材料的选择 23 5.2.5 径高比 24 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） III 5.2.6 罐主要附件 24 5.3 发酵罐作为内压容器的强度计算 .24 5.4 椭圆封头的壁厚计算与强度计算 .24 5.5 筒体壁厚计算与强度计算 .25 5.6 锥形封头壁厚计算与强度计算 .26 5.7 强度校核 .27 5.7.1 压力试验 27 5.7.2 应力校核 27 5.7.3 刚度校核 27 5.8 冷却面积的计算 .27 5.9 部分附件设计与选型 .28 5.9.1 人孔 28 5.9.2 视镜 28 5.9.3 洗涤液接管 28 5.9.4 CO2 回收压缩空气管 28 5.9.5 冷却剂出管 28 5.9.6 出酒管 28 5.9.7 支座 28 第 6 章 啤酒厂三废处理 .29 6.1 废水 .29 6.1.1 废水来源 29 6.1.2 废水处理 29 6.2 酵母 .30 6.2.1 废酵母在饲料工业中的应用 30 6.2.2 废酵母在食品工业中的应用 30 6.2.3 废酵母在制药工业中的应用 30 6.3 凝固物 .30 6.4 烟的危害 .31 6.5 玻璃碎片 .31 6.6 声音危害 .31 结论 32 参考文献 .33 附录 34 致谢 36 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 0 第 1 章 绪 论 1.1 选题依据、意义及理论 经典啤酒是以麦芽为主要原料，以大米为主要辅料，添加大量酒花以及酵母发 酵酿制而成的一种含有二氧化碳、起泡、低酒精度（2.5%7.5%）的饮料。经典啤 酒具有发酵度低、麦汁中残糖含量高、口味独特、营养丰富等特点。改革开放二十 多年来中国啤酒工业得到迅猛发展，2008 年啤酒产量为 4103.09 万千升，连续七年 保持世界第一。显然我国已成为啤酒生产主消费大国。然而传统的规模满足不了消 费的需求，因为传统主酵是在正方形或长方形的发酵池（槽）中进行的，设备的容 积仅在 530m3，生产规模小。所以在七十年代开始盛行圆柱锥形发酵罐，能满足传 统发酵达不到的产量需求，具有结构简单，节约冷库面积，便于实现自动控制，投 资费用少，发酵周期短，便于清洗，适用于较大型工厂的特点，所以本设计采用圆 柱锥形发酵罐。该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧形状，底部为圆锥形，罐体设有冷 却和保温装置为全封闭发酵罐 1。 1.2 设计依据 我国啤酒质量标准 GB 49271991 等国家啤酒生产的相关规定； 齐齐哈尔大学食品与生物工程学院下达的毕业设计任务书； 我国普遍使用的相关设计和设备的技术规范。 1.3 设计内容 完成开题报告；完成设计说明书；绘制 4 张图纸。 设计说明书内容有：绪论；工艺流程选择论证；物料衡算，耗冷衡算；主要设 备选型与计算；三废处理。 图纸内容：重点设备发酵罐的装配图；发酵车间流程图；发酵车间平面图；发 酵车间立面图。 1.4 发酵设备及其特点 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 1 本次设计所用的发酵设备是圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐） ，如今国内外 许多大型啤酒厂都选择使用发酵罐，因为它不仅适用于上面发酵，也适用于下面发 酵。而且该设备具有投资费用低、占地面积小、工艺灵活、便于回收酵母、冷却效 果好、酒损较低以及便于自动化控制等特点，同时适用于生产各种类型的啤酒。但 大型锥形罐只适合于批量生产同一主要啤酒品种 2。 1.4.1 锥形罐的优点 操作简便，工艺控制准确，感染机会少，啤酒质好且稳定；发酵周期短，啤酒 成熟快，提高了生产效率；经济效益好，符合多快好省的要求，建设周期短，工程 造价低投资少，见效快。 1.4.2 锥形罐的安装和布局 由锥形罐的大产量可知，锥形罐具有一定的高度，所以选择安装在露天，因为 露天安放形式的应用也更为广泛，选择直接安装在一个与混凝土地基相连的立式支 撑框架上。 1.5 厂址的选择 厂址的选择要符合国家下达建厂计划任务书中所作的规定和要求。厂址尽量靠 近城镇，可靠的水源，厂外已有的热、电源，地形平坦，交通便利。本设计厂址选 在北方（山东青岛） 。 地理环境：青岛位于山东半岛南端(北纬 3535-3709，东经 11930-12100)、 黄海之滨。青岛依山傍海，风光秀丽，气候宜人，是一座独具特色的海滨城市。青 岛地势东高西低，南北两侧隆起，中间低陷，其中，山地约占全市总面积的 15.5%，丘陵占 25.1%，平原占 37.7%洼地占 21.7%。全市海岸分为岬湾相间的山基 岩岸、山地港湾泥质粉砂岸及基岩砂砾质海岸等种基本类型。 浅海海底则有水下 浅滩、现代沁下三角州及海冲蚀平原等。 气候类型：青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候。市区由于海洋环境的 直接调节，受来自洋面上的东南季风及海流、水团的影响，故又具有明显的海洋性 气候特点。空气湿润，温度适中，四季分明。春季气温回升缓慢，较内陆迟 1 个月； 夏季湿热多雨，但无酷暑；秋季天高气爽，降水少；冬季风大温低，持续时间较长， 但无严寒。青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候，略有海洋性气候特征。市 区由于海洋环境的直接调节，受来自洋面上的东南季风及海流、水团的影响，故又 具有明显的海洋性气候特点。空气湿润，温度适中，四季分明。春季气温回升缓慢， 较内陆迟 1 个月；夏季湿热多雨，但无酷暑 7 月平均温度 23 度，极端高温 37.4 度； 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 2 秋季天高气爽，降水少；冬季风大温低，持续时间较长，但并无严寒，1 月平均温 度-3 度，极端低温-16 度。 气候要素变化特征：地理位置决定了气候的特点，据 1898 年以来的气象资料表 明，市区年平均气温 12.2，极端高气温 36.2（ 1939 年 7 月 31 日） ，极端低气温 16.4（ 1931 年 1 月 10 日） 。全年 8 月份最热，平均气温 25.1；1 月份最冷，平均 气温 1.2。日最高气温高于 30的日数年平均为 11.4 天，日最低气温低于 5的日 数年平均为 22 天。降水量年平均为 775.6mm，春、夏、秋、冬四季雨量分别占全年 降水量的 14、57、22和 7。年降水量最多 1272.7 毫米（1911 年） ，最少仅 308.2 毫米（1981 年） ，降水的年变率为 62。年平均降雪日数只有 10 天，气压平 均为 1008.6 百帕，年平均风速为 5.3m/s，以东南风为主导风向。年平均相对湿度为 73，7 月份最高，为 89；12 月份最低，为 68。青岛海雾多频，浓雾年平均 51.3 天，轻雾 108.2 天。 1.6 课题研究的内容和方法 本课题研究的内容是 5 万吨 12经典啤酒厂的发酵车间设计（发酵罐） 。包括厂 址的选择、物料衡算和水、热、冷等能源衡算，设备的选型和尺寸的计算及论证， 同时对重点备发酵罐进行详细计算，并对工艺流程和车间布置进行详细规划。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 3 第 2 章 工艺流程的选择与论证 2.1 啤酒生产原料 经典啤酒的主要原料有大麦芽、酒花、水、酵母；淀粉质辅助原料选用大米。 2.1.1 大麦芽 本次设计课题是经典啤酒，因为大麦芽含有较高的淀粉含量，所以选择大麦芽 为主要原料。本设计选择从麦芽厂直接购买麦芽。 2.1.2 酒花 经典啤酒具有酒花添加量多的特点，使用酒花的目的在于利用其苦味物质赋予 啤酒柔和的苦味和特殊的香味；加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝；增加啤酒的起泡 性；增加啤酒的防腐能力；提高啤酒的非生物稳定性。酒花的主要成分是 20.0%的 蛋白质，18.5%的苦味物质，8.0%的矿物质，3.5%的多酚物质和 0.5%的酒花油。酒 花中最主要的成分是酒花树脂，它是苦味物质的主要来源，其中 -酸（学名 Humulone）占 2%45%，- 酸（Lupulone ）占 45%58%，硬树脂约占 12%3。 然而啤酒厂直接使用酒花的比例越来越少，取而代之的是新的酒花制品，包括 酒花粉末、颗粒酒花、酒花浸膏、酒花油等 4。新的酒花制品具有利用率高、便于 运输和贮藏、费用低、质量稳定以及可自动计量添加等特点。本设计采用颗粒酒花。 2.1.3 水 啤酒生产用水分为酿造用水和洗刷用水。酿造用水是啤酒酿造最重要的原料， 酿造用水称为“ 啤酒的血液 ”5，所以对酿造用水必须达到以下标准：无色透明、无 悬浮物、无沉淀、无异味、无异臭味；硝酸盐含量及碳酸根含量 150-200mg/L；pH 值应在 6.8-7.2 之间；有毒离子不允许存在；重金属离子含量以只含痕量为好；游离 氯、氨的含量低于 0.3mg/L，无杂菌污染、符合饮用水的卫生标准。工厂用水来源 于江水、河水、泉水、井水等，只要经过适当的处理达到上述要求的均可作为酿造 用水。 2.1.4 酵母 啤酒是麦汁经过酿酒酵母的发酵酿制而成的，所以啤酒的质量与不同酵母的不 同性能有很大关系。酵母的种类很多，本设计使用下面酵母种类下的萨士酵母，在 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 4 发酵过程中啤酒酵母利用发酵液中的葡萄糖、麦芽糖、半乳糖以及蔗糖等糖类进行 发酵，产生酒精、CO 2、SO 2 等。萨士酵母：细胞呈卵圆形、发酵度低、凝集性强、 沉淀快 6。 2.1.5 辅料 常用的辅助原料有大米、玉米、大麦、小麦、高粱、着色糖、糖等，本设计使 用的辅料是大米，大米具有淀粉含量高、无水浸出率高、脂肪含量低、无多酚物质 且含有较多的泡持蛋白等特点。辅料的使用可以调整麦汁中的含氮物质，适当的辅 料加入比例可以改善啤酒风味特性、使啤酒泡沫洁白细腻。本设计使用的主辅物料 比为 3:1。 2.2 生产工艺流程的选择与论证 2.2.1 麦汁的制备 2.2.1.1 麦芽粉碎 麦芽粉碎常采用干法粉碎、湿法粉碎、回潮粉碎和连续浸渍增湿粉碎 4 种方法。 本设计采用湿法粉碎，就是将麦芽用 2050的温水浸泡 1520min，使其吸水 膨胀，当水分含量达到 28%30%时用粉碎机粉碎，湿法粉碎物麦皮完整，胚芽被磨 成浆状细粉，既有利于加速麦汁过滤，又可增加麦芽浸出率 7。 湿法粉碎的粉碎设备采用对辊粉碎机。 2.2.1.2 辅料粉碎 辅料粉碎采用湿法粉碎。辅料的粉碎对粉碎的要求是有较大的粉碎度、粉碎的 细一些，这样有利于辅料的糊化和糖化。 2.2.2 糖化及糊化 2.2.2.1 糖化、糊化工艺流程 糖化就是利用麦芽所含有的淀粉酶将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质逐 步水解成可溶性低的分子物质的过程 8。常用的糖化方法有浸出糖化法、煮出糖化 法、双醪煮出糖化法、双醪浸出糖化法、麦醪的连续糖化法。煮出糖化法就是在糖 化过程中要兑出一部分醪液进行煮沸，然后并入未煮沸部分，以提高混合醪液的温 度，双醪是指未发芽谷物粉碎后配成的醪液和麦芽粉碎后配成的醪液，双醪糖化法 又分为双醪一次煮出法和双醪二次煮出法。本设计采用双醪二次煮出糖化法。国内 的啤酒厂绝大部分采用二次煮出糖化法，虽然二次煮出糖化法生产麦芽和啤酒的类 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 5 10min 15min 取出部分醪液 取出部分醪液 取出部分醪液 型比较灵活，操作较简单，耗能较小，成本低，生产周期短，但双醪二次煮出糖化 法制得的麦汁糖分容易控制、适合酿造浓色啤酒，适用于酿造 12经典啤酒。双醪 二次煮出糖化法工艺流程如下图： 糖化锅 糊化锅 3537（30min） 45（20min） 70（20min） 5254（3060min） 煮沸（40min） 5254 6567 （碘液反应基本完全） 煮沸 6567 78 煮沸 麦汁过滤 图 2-1 糖化工艺流程图 2.2.2.2 糖化、糊化工艺论证 糊化锅中的料水比为 1:5，把大米粉和淀粉液化酶与热水一起放入糊化锅，在 45下保温 20min，这阶段蛋白质分解，持续加热 45min,使醪液升温至 70，保温 20min,此时 -淀粉酶的作用增强，非糖化比例增加。在 15min 内把醪液加热至煮沸 （100） ，煮沸 40min。 糖化锅中的料水比为 1:3.5，麦芽粉浆输送到糖化锅中在 3537保温 30min， 成为浸渍阶段，此阶段有利于酶的浸出和酸的形成，并有利于 -葡聚糖的分解，再 利用糖化锅夹层把醪液加热到 5254，保持 3060min，与糊化醪混合，此时蛋白 质分解，生成氨基酸、多肽和可溶性氮。之后一部分醪液在此温度下煮沸，另一部 分醪液升温至 6567并与之前煮沸的醪液混合，混合后再取出部分 6567醪液进 行煮沸。 2.2.3 麦汁的过滤 麦汁过滤必须在尽可能短的时间内彻底将从原料中溶出的浸出物(麦汁)与不溶 性物质（麦糟） 、细小的浑浊颗粒分开，获得清亮、固形物含量少的麦汁，然后将麦 汁进行预热及麦汁煮沸 9。麦汁过滤采用过滤槽,糖化结束后，意味着原料中可溶物 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 6 质已尽可能多的溶于水中。将过滤槽的滤板洗净铺好，并将过滤板和槽底之间充满 7678的热水，以浸没滤板为准。将糖化醪充分搅拌，并尽快泵入过滤槽后，使用 耕糟机翻拌均匀，再静置 20min 左右，让醪糟自然沉降，形成过滤层。自正式过滤 开始 1530min 后检查原麦汁的糖度、澄清度以及色、香、味。如果糖化效果好，静 置后麦糟上面麦汁如理石一样漆黑。设备主要优点：操作简单，劳动强度低，设备 简单，投资少，维修费用低。 2.2.4 麦汁的煮沸和酒花的添加 麦汁过滤结束后，麦汁先进入暂存罐，再通过一薄板换热器预热后进入煮沸锅， 在煮沸过程中添加颗粒酒花。 麦汁煮沸以及添加酒花的目的：破坏酶活性，固定麦汁组成；杀灭麦汁中的各 种杂菌；蒸发多余水分，浓缩到规定的浓度；苦味物质溶出赋予啤酒特殊的苦味和 香味；降低 pH 值；提高麦汁的生物稳定性 10。 酒花的添加量和方法：酒花的添加方式一般分为一次、二次、三次添加法，本 设计采用三次添加方式，再麦汁初沸时，加入酒花总量的 50%，煮沸 30min 后再添 加酒花总量的 30%，第三次是在麦汁煮沸结束前加入剩下的 20%。 2.2.5 麦汁的冷却及凝固物的分离 麦汁煮沸后必须立即冷却，本设计采用的设备是薄板冷却器，并采用一段冷却。 其优点：节能、降低生产成本且方便控制；不需冷冻剂；温度变化小，操作稳定； 热能利用充分。热凝固物的分离采用回旋沉淀槽。其优点：设备结构简单，占地面 积小卫生条件易控制，洗刷容易，杀菌彻底，不易污染，可自动清洗。 2.3 啤酒发酵 啤酒发酵是一项非常复杂的生化反应过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，在 厌氧条件下酒精发酵，使大部分可发酵性糖转化为酒精和 CO2 以及少量的代谢副产 物如高级醇、酯类、连二酮类、醛类、酸类和含硫化合物等发酵产物。这些发酵产 物影响到啤酒的风味、泡沫特性、色泽、非生物稳定性等理化指标，并形成了啤酒 的典型性。啤酒发酵过程巧妙地利用了酵母在有氧和无氧情况下的不同特征，在发 酵开始时，酵母在含有溶解氧的麦汁中大量繁殖并积累能量，保证在无氧条件下进 行发酵所需的酵母量和能量 11。 2.3.1 酵母的扩大培养 酵母扩大培养分为两个阶段：由斜面试管到卡氏罐为实验室扩大培养阶段，汉 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 7 生罐以后为生产现场扩大培养阶段。酵母的扩大培养就是指从斜面种子到生产所用 种子的培养过程。 2.3.1.1 实验室扩大培养 工艺流程：斜面试管 液体试管培养（2527，23 天） 小三角瓶培养 （2325，2 天） 大三角瓶培养（2325，2 天） 卡氏罐培养（1820 ，35 天） 汉生罐培养 工艺控制：扩培使用的一切用具必须洗刷干净，并高温灭菌；实验室使用的培 养基用全麦制备麦汁；扩大培养时采用逐级降温法；每次扩培稀释倍数保持 1020 倍；每个扩培阶段，应做平行培养，选择生长繁殖良好的进入下一级培养。 2.3.1.2 生产现场培养 工艺流程：汉生罐（1315 ，2 天） 繁殖期（911，2 天） 发酵罐 工艺控制：扩大培养所需麦汁组成要合理，能满足酵母生长繁殖的需要；应在 对数生长期移植；生产现场扩培温度也是逐级降低；稀释倍数 1:5 为宜。 2.3.2 啤酒发酵及工艺曲线 本设计采用圆柱锥底发酵罐，其工艺曲线如图 2-2： -20468102412345678910213451678991212-发 酵 天 数 /d温度/ 2.3.3 发酵工艺论证 本设计为“两罐法工艺 ”，采用低温发酵、高温后熟工艺，工艺总生产周期为 20d，其优点在于形成的发酵副产物不是特别多，而且这些发酵副产物又可在高温后 熟时得到良好的分解。接种温度 6，前发酵时间 2d；主发酵温度 9，发酵时间 4d，发酵度达到 50%左右后关闭冷却装置，自然升温至 12进行双乙酰的后熟阶段， 直到双乙酰还原降至 0.1mg/L,达到规定发酵度后开始降温，降温速度以控制在 2d 内 完成为宜，温度降至-1 ，在此温度下进行贮酒 7d。此方法酵母所生的双乙酰及其 它副产物少 12。 2.3.4 贮酒工艺论证 图 2-2 发酵曲线 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 8 当发酵液温降至 0后即进入贮酒阶段，贮酒时间为 7d。贮酒的目的是为了澄 清酒液，饱和 CO2，从而改善啤酒的胶体稳定性，在贮酒期间一定要控制温度的稳 定，期间可加澄清剂，充 CO2 饱和，提高啤酒的 CO2 含量。倒罐前必须采用 CO2 背 压以避免啤酒接触 O2，防止双乙酰回升、啤酒氧化，减少损失。 2.3.5 啤酒过滤 经过贮酒罐的低温贮藏并不能满足消费者的要求，而且酒体保质期短，很难进 行大范围销售，这时就需要对啤酒进行过滤及稳定化的处理。 啤酒过滤是利用过滤介质，将啤酒内炫富的微小颗粒从酒液内分离除去，使啤 酒清澈透明、不含悬浮物的一个物理过程。啤酒过滤的目的主要有以下几点：（1） 除去酒中的悬浮物；（2）适当减少使啤酒出现浑浊沉淀的物质；（3）减少或除去 酵母及微生物；（4）改善啤酒风味、色泽，提高生物稳定性。 啤酒过滤方法有硅藻土过滤、PVPP 过滤、膜过滤和错流过滤。本设计采用硅 藻土过滤方法，硅藻土作为过滤机主要有以下优点：结构简单、性能稳定、维护费 用低，使用寿命长；过滤效率高，过滤迅速方便；过滤精度高，可达到很高的澄清 度。啤酒过滤时应注意溶解氧、微生物、以及浊度的控制。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 9 第 3 章 三大衡算 3.1 原始数据 表 3-1 基础数据 项目 名称 百分比% 说明 原料利用率 98.5 麦芽水分 6.0 大米水分 13.0 无水麦芽浸出率 75.0 定额指标 无水大米浸出率 95.0 麦芽 75.0 原料配比 大米 25.0 冷却损失 5.0 发酵损失 1.5 对热麦汁而言 过滤损失 1.5 损失率 装瓶损失 1.0 空瓶 0.5 瓶盖 1.0包装物损失 商标 0.1 总损失率 啤酒总损失率 9.0 对热麦汁而言 根据表 3-1 基础数据，首先进行 100kg 原料生产 12经典啤酒的物料衡算，然后 进行生产 100L12经典啤酒的物料衡算，最后进行年产 5104t 啤酒厂物料衡算。 3.2 100kg 原料生产 12经典啤酒的物料衡算 3.2.1 热麦汁量 根据表 3-1 可得到原料收得率分别为： 原料麦芽收得率： %50.716075. 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 10 原料大米收得率： %65.8210395.0 混合原料收得率： 43.7.9.2.%.7. 由上述可得 100kg 混合原料可制得 12的热麦汁量 kg58.603143. 已知 12麦汁在 20的相对密度为 1.047，而 100热麦汁比 20麦汁的体积增 加 1.04 倍，故 100热麦汁的体积为： L54.90.147.58603 3.2.2 冷麦汁量 L6.9 3.2.3 发酵液量 L02.51.156. 3.2.4 过滤酒量 L602. 3.2.5 成品酒量 L07.541.6.5 3.2.6 酒花量 100L 热麦汁加酒花量为 0.2kg，则： kg20.1/.0549 3.2.7 酒花糟量 设麦汁煮沸过程中酒花浸出率为 40%，且酒花水分含量为 80%，则酒花糟量为： kg60.3810/420.1 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 11 3.2.8 湿糖化糟量 设啤酒厂排出的湿麦芽糟水分含量为 80%，则： 湿麦芽糟量为： kg13.87501/7506.1 湿大米糟量为： kg4.2/93. 故湿糖化糟量为： 88.13+5.44=93.57kg 3.3 生产 100L12经典啤酒的物料衡算 3.3.1 生产 100L12经典啤酒混合用料量 kg28.107.5410 3.3.2 麦芽消耗量 kg.3%28. 3.3.3 大米消耗量 57.4.1 3.3.4 酒花耗用量 已知 100L 热麦汁加入酒花的定量为 0.2kg，则酒花耗用量为：kg219.07.54.9 3.3.5 热麦汁量 L5.10 3.3.6 冷麦汁量 1.047.56.9 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 12 3.3.7 发酵液量 kg5.1027.5402.61 3.3.8 过滤液量 L. 3.3.9 湿糖化糟量 设啤酒厂排出的湿麦糟水分含量为 80%，则 麦糟量为： kg1.6801/7506.17.3 大米糟量为： 9./93.5.4 湿糖化糟量为： kg10.7.16 3.3.10 酵母量 生产 100L 啤酒可得到 2 公斤湿酵母泥，其中一半作为生产接种用，另一半作生 产酵母用，即 1kg 湿酵母泥含水分为 85%，则 酵母固形物含量为： kg15.0/810 则含水分 7%的商品干酵母量为： kg6.7/5. 3.3.11 酒花糟量 设酒花在麦汁中浸出率为 40%，酒花糟水分含量以 80%计，则酒花糟量为： kg6.081/4.0219. 3.3.12 二氧化碳量 12冷麦汁 104.11L 中浸出物量为： kg49.12.0%12 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 13 设麦汁的真正发酵度为 65%，则可发酵的浸出物量为： kg12.8%6049.12 麦芽糖发酵的化学反应式为： 612212 OHCOHCKcal54561 设麦芽中浸出物均为麦芽糖构成，则 CO2 生成量为： kg18.3/2.8 式中 44CO2 分子量 342麦芽糖分子量 设 12啤酒含 CO2 为 0.4%，则酒中含 CO2 量为： kg4.01104 则释放出的 CO2 量为： kg76.32.8 1m3CO2 在 20常压下重 1.832kg，故释放出的 CO2 体积为： m3051763 3.3.13 耐高温 淀粉酶量 大米淀粉含量为 80%， 淀粉酶使用量为 0.060.08L/100kg 淀粉，所以 淀粉 酶量为： 4.5780%(0.08/100)=2.92ml 3.4 年产 5104t12经典啤酒的物料衡算 设生产日为 300d，旺季 180d，每天糖化 4 次，而淡季 120d，每天糖化 3 次， 则总的糖化次数为每年 1080 次。 糖化一次的物料计算 3.4.1 原料用量 kg846310/2.108534 3.4.2 麦芽用量 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 14 kg6347%584 3.4.3 大米用量 21 3.4.4 酒花用量 kg39.0/9.0810534 3.4.5 热麦汁量 L5761/.34 3.4.6 冷麦汁量 4890/.108534 3.4.7 发酵液量 L71/5.234 3.4.8 过滤酒量 460/.108534 3.4.9 湿糖化糟量 kg791/.34 3.4.10 干酵母量 0.4/16.0810534 3.4.11 酒花糟量 kg56.3/.34 3.4.12 CO2 的释放量 334 m07.941/05.28105 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 15 表 3-2 啤酒厂物料衡算表 物料 名称 单 位 对 100kg 混合原料 100L12 啤酒 糖化一次 定额量 啤酒生y/t1054 产 混合原料 kg 100.00 18.28 8463 64.9 大麦 kg 75.00 13.71 6347 1085. 大米 kg 25.00 4.57 2116 62. 酒花 kg 1.20 0.219 101.39 5109. 热麦汁 kg 599.54 109.59 50736 74. 冷麦汁 L 569.56 104.11 48199 1025. 湿糖化糟 kg 93.57 17.10 7917 6.8 湿酒花糟 kg 3.60 0.66 305.56 5103. 干酵母 kg 0.88 0.16 74.07 4.8 CO2 释放量 m3 11.21 2.05 949.07 61025. 发酵液 L 561.02 102.55 47477 78. 过滤酒 L 552.60 101.01 46764 105. 成品酒 L 547.07 100.00 46296 7. 3.5 发酵车间的水耗量计算 3.5.1 薄板冷却器冷却用水 使用的冷却介质为 4的冷水，出口温度为 80，糖化车间送来的热麦汁温度 为 95，冷却发酵起始温度为 8，由物料衡算得： 麦汁量： kg59.31205760.1GP 设麦汁冷却时间为 1h 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 16 则： h/kJ01.753896.3GQP 用水量为： /g4.6891.4/0175 3.5.2 麦汁冷却器冲刷用水 设冲刷一次用水 4t，用水时间 0.5h，则最大用水量为为 4/0.5=8t/h 3.5.3 过滤机用水 设冲刷一次用水 3t，使用时间 1.5h，则最大用水量为 3/1.5=2t/h 3.5.4 洗瓶机用水 按设备规范表，洗瓶机生产能力为 3000 瓶/时，冲洗每个瓶约需水 2 ，则用水L 量为 30002=600L/h，每班生产 7h，总耗水量 60007=42000L 3.5.5 发酵车间水量耗表 表 3-3 啤酒厂发酵车间水量耗表 耗水分类 耗水量 薄板冷却器用水 46.89t/h 麦汁冷却器冲刷用水 8t/h 过滤机用水 2t/h 洗瓶机用水 6000L/h 3.6 发酵车间的耗冷量衡算 3.6.1 发酵工艺流程 95热麦汁 冷麦汁 8 锥形发酵罐 过冷却至 -1 贮酒 过滤 3.6.2 工艺技术指标及基础数据 生产 12经典啤酒 5104t，旺季每天糖化 4 次，淡季 3 次，每年总共糖化 1080 次，主发酵时间 6 天。冷媒用 15%酒精溶液，比热容可视作 C2=4.18kJ/(kgK)；麦芽 糖厌氧发酵热 q=623.6kJ/(kgK)；12 麦汁比热容 C1=4.10kJ/(kgK)；麦汁发酵度 65%； 3 锅麦汁装一个发酵罐。 根据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量，即： Q=Qt+Qnt （3- 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 17 6） 3.6.3 工艺耗冷量 Qt 3.6.3.1 麦汁冷却耗热量 Q1 冷却介质 4冷冻水，出口温度 80，热麦汁温度 95，发酵起始温度 8。由 啤酒厂物料衡算可知，每糖化一次热麦汁 50736L，而相应的麦汁密度为 1048kg/m3，故热麦汁量： kg3.517048150736G3 又知 12麦汁比热容 4.10kJ/(kgK),工艺要求在 1h 内完成冷却过程，则麦汁耗冷 量为： Q1 h/kJ103.2/89510.4357/t 721c 式中 t1 和 t2分别为麦汁冷却前后的温度（） 冷却操作过程时间（h） 根据设计结果，每个锥形发酵罐装 3 锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为： kJ771 109.610.23f 相应的冷冻介质（4的冷冻水）耗冷量为： （3-121/tCQMmf 7） 480./03.7 hkg652 式中 t1和 t2分别为冷冻水初温和终温（） Cm水的比热容 kJ/(kgK) 3.6.3.2 发酵耗冷量 （1）发酵期间发酵放热 Q2 假定麦汁固形物均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发 酵放热量为 613.6kJ/kg。设发酵度为 65%，则 1L 麦汁放热量为： q0=613.616%65%=63.81kJ 根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为 48199L，则每个锥形发酵罐放热量为： Q0=63.81481993=9.23106kJ 由于工艺规定主发酵时间为 6 天，每天糖化 4 锅麦汁（旺季） ，并考虑到发酵放 热不平衡，取系数 1.5，忽略主发酵的升温，则发酵高温时耗冷量为： 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 18 kJ/h4.12893624/5.102 Q （2）发酵后期发酵液降温耗冷 主发酵后期，发酵液温从 12缓降到-1 。2 每天单罐降温耗冷量为： Q0 kJGC61 105.8310.45373 工艺要求此过程在 2 天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装 1.4 个锥形罐）： kJ/h6.29/4.0Q （3）发酵总耗冷量 2 kJ/h1.372 （4）发酵用冷媒耗量 0Q kJ70 . （5）发酵用冷媒耗（循环量）M 2 发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质， 进出口温度为-8和 0，故耗冷媒量为： M2 kg/h34.1278.4/13768/ CQ 3.6.4 酵母培养耗冷量 根据工厂实践，年产 3104t 啤酒酵母培养耗冷量为 29260kJ/h，每月需进行一次 酵母醇培养，培养时间 12d，即 288h，则对应的年耗冷量为： kJ83 104./528Q 相应的高峰冷冻介质循环量为： M3 kg/h75.96/12tC 3.6.5 发酵车间工艺耗冷量 Qt 综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为： kJ/h77321 10.2961.3610. Qt 3.6.6 非工艺耗冷量 3.6.6.1 露天锥形罐冷量散失 根据经验，年产 3104t 啤酒厂露天锥形罐的耗冷量在 13000-30000kJ/t，取最高 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 19 值。故旺季生产每天耗冷量为： Q4 d/kJ925030/51462930G3b 式中 Gb旺季成品啤酒日产量（t） 若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的 2 倍，则高峰耗冷量为： kJ/h71604/24Q 冷媒（-8 稀酒精）用量： M4 kg/h16.23748./12 tCm 3.6.6.2 散失冷量 散失冷量，取 Q5=12%Qt，所以： kJ/h671048.20.%12t 冷媒（-8 稀酒精）用量： M5 kg/h./12tCm 3.6.6.3 非工艺耗冷量 kJ/h6654 1025.348.760Qnt 3.6.7 发酵车间冷量衡算表 将上述结果，整理后可得 5104t 啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如 3-4 所示 表 3-4 啤酒厂发酵车间冷量衡算表 耗冷 分类 耗冷项目 每小时耗冷量 h/kJ冷媒用量 h/kg每罐耗冷 kJ 麦汁冷却 1Q7103.265627.83 7109.6 发酵耗冷 2376111.11 11247.34 . 酵母培养 329260 875 645161 工 艺 耗 冷 量 工艺总耗冷 tQ710.271092. 锥形罐冷损 4771600 23074.16 9259200 非 工 艺 耗 管道等冷损 5 6108.274162.68 6104. 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 20 冷 量 非工艺总耗冷 ntQ61025.37105. 合计 总耗冷 79. 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 21 第 4 章 啤酒生产主要设备的选型与论证 4.1 主要设备的选型与计算 4.1.1 薄板冷却器尺寸计算 薄板冷却器采用一段式冷却的方式，设麦汁进回旋沉淀槽后的温度为 95，冰 水的温度为 4。麦汁 95-8，冰水 4-8。 ， t15t2kg01.73896.3GQ （4-2121t/lntt 6） （4-tK/F 7） 32.85/01.73 m8956 K=3553kJ/(m2h)，K 为 8504.18-28504.18。 选用型号为 RB0.9 的薄板冷却器，按人字型波纹，单台换热器的换热面积大。 4.1.2 清酒罐尺寸计算 考虑到清酒罐需保存，一发酵罐入三个清酒罐，一天两发酵罐酒进 6 个清酒罐。 备用 3 个，共需 9 个。3 锅进一个发酵罐，则： 3m41.2347.V发 清酒罐容积 ，填充系数 ，则：./41.29.0375././有 效总 设清酒罐直径为 D，高为 2D，圆形封头高 D/4，则：32m.D/V总 求出 D=3.23m，H=2D=6.46m。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 22 4.2 附属设备设计与选型 4.2.1 啤酒过滤设备 由于糖化一次成品酒 46296kg=46.296t，每天糖化四次，则每次出酒量为 46.2964=185.184t，选用水平式叶片过滤机，型号为 JZL120，最大过滤能力为 20t/h。 4.2.2 酵母的扩培设备 采用分级培养系统，一个麦汁杀菌管，一级，二级，三级扩培罐组成。 本设计取酵母接种细胞浓度 18106 个/ml，每一级细胞培养后的浓度为 75106 个/ml