年产12吨12度淡色啤酒厂糖化车间的工艺设计.doc

学科分类号081801本科学生毕业论文(设计) 题 目(中文)： 年产12万吨啤酒厂糖化车间的工厂设计 (英文)：Design for Saccharification Workshop of the beer brewery which its annual output is 120000 tons 姓 名 潘 锋 学 号 200907002232 院 (系) 生命科学与化学工程系 专业、年级 生物工程专业 2009级 指导教师 余 响 华 讲师 2013年 3 月 10日湖南科技学院学士学位论文目录目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 啤酒简介11.2啤酒的历史11.3啤酒的分类21.3.1根据原麦汁浓度分类21.3.2根据啤酒色泽分类21.3.3根据杀菌方法分类21.3.4根据包装容器分类21.4 设计依据31.5 设计指导思想31.6 设计规模与深度31.7 产品的规格、种类31.8 生产概况4第2章有关设备的准备工作52.1 厂址的选择52.2 啤酒生产工艺流程52.2.1麦芽制造52.2.2 麦汁制备62.2.3 啤酒发酵72.2.4 啤酒包装与成品酒72.3 工艺流程的确定8第3章工艺设计及车间设备布置93.1 工艺设计93.1.1 原料的质量要求93.1.2 粉碎设备113.2 工艺计算123.2.1 物料衡算123.2.2热量衡算153.2.3 糖化车间耗水量的计算203.2.4 糖化车间耗冷衡算223.2.5 糖化车间耗电量的计算223.3 主要设备的计算223.3.1 通用设备的选择与计算22 3.3.2 通用设备的选型与计算343.4 车间布置说明35第4章 啤酒工厂三废治理364.1 废水处理364.1.1降低废水污染强度的措施364.1.2废水处理方法374.2 防尘、除尘374.3 噪音的防治37第5章 设计总结39参考文献40致 谢41湖南科技学院学士学位论文摘要年产12万吨12P啤酒糖化车间的设计摘 要本生产设计的内容是一个年产12万吨12P淡色啤酒的啤酒工厂糖化车间的设计。设计的目的是掌握啤酒糖化的一般设计步骤和啤酒酿造技术。在查阅了大量生产啤酒工艺资料及相关参考文献后，比较啤酒糖化多种生产工艺，综合考虑多种因素，选择了较为先进的生产工艺，设计了符合生产实际需求的工艺流程,进行了车间物料衡算，车间热量衡算和车间给排水计算,进行了设备选型计算。绘制了车间带控制点的工艺流程图一张，糖化车间设备布置图两张及全厂总平面布置图一张，另附上一张主设备糖化锅的结构图。【关键词】：糖化锅；物料衡算；热量衡算；工艺流程湖南科技学院学士学位论文AbstractDesign for Saccharification Workshop of the beer brewery which its annual output is two hundred thousand tons AbstractThe production design content is with an annual output of one hundred and eighty thousand tons of twelve degrees ale beer saccharification and the design of the factory workshop. The purpose of the design is master of the general design steps saccharifying beer and beer brewing technology. Production of beer material and related reference data is looked up， compared to various production process about beer saccharification various production process， considered many factors,It is chosen that the more advanced production technology and design with the actual needs of the production process flow. The workshop is material balance,workshop heat balance calculations and workshop water supply and drainage computation.Draw the a workshop process flow diagram taking control point, saccharification workshop equipment layout two tickets and the general layout a attach a lord saccharification workshop equipment of the structure.【Key words】： Saccharification workshop；The material balanced computation；Heat balance calculations ；Process flowI湖南科技学院学士学位论文 第1章 绪论第1章 绪论1.1 啤酒简介啤酒是全世界分布最广，也是历史最悠久的酒精性饮料，它的酒精度低、营养丰富、有益于人的健康，因而有“液体面包”之美称，受到众人的喜爱。我国最新的国家标准规定：啤酒以大麦芽(包括特种麦芽)为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的，含二氧化碳的、起泡的、低酒精度2.57.5%(v/v)的发酵酒。它营养丰富、含酒精低、易为人体吸收。 1.2啤酒的历史中国19世纪末，20世纪初开始有啤酒工业以来，一直到20世纪70年代，啤酒工业的发展始终是十分缓慢的。虽然在70年代也建立了一定数量的啤酒厂(不到六十个)，啤酒产量也增加到40余万L，但我国啤酒工业的快速发展史从70年代末，80年代初开始的。从1979年开始到目前，中国的啤酒工业发展经历了二次快速增长的高潮。第一次是在19791988年，再次期间，啤酒工厂由70多个发展到800多个，啤酒产量由40至50万吨增到880余万吨，第二次是从1990年到现在，啤酒工厂进一步增加到了一百余个，啤酒产量则增加到1800余万吨，位居世界第二。根据轻工业行业对啤酒工业发展指定的规划，预计到2000年，我国有可能在啤酒产量上跃居世界第一，达到25003000万吨，但中国人口众多，预计到2010年可能达到14亿左右，因此，人均啤酒消费量不过20L/年左右，接近世界人均啤酒消费量(22L/年)1。中国的沿海发达地区人均消费量也不过60L/年左右，仍低于世界发达国家的人均消费水平(70160L/年)。而80%以上的农村人口的人均消费量还不足5L/年。因此，我国啤酒市场还拥有很大的挖掘潜力，10亿农民的啤酒消费量的增加将是一个十分惊人的数字。此外，随着国际著名的名酒集团看好中国市场，不断在中国寻找合作伙伴和进行投资，国外啤酒工业的发展模式，先进的技术装备水平和管理水平的引入，使我国的啤酒工业也向着规模大型化，装备现代化以及具有先进的生产管理和销售方式的方向发展。啤酒品种将日益增多，包括小麦啤酒、白啤酒、低糖低醇、低发热量啤酒以及保健型啤酒等将陆续推向市场。包装规模也将多样化，不同容量的瓶罐桶将适应不同消费者需求，特别是非杀热菌型的生啤酒将日益受到消费者的欢迎。1.3啤酒的分类啤酒一般可根据生产方式，产品浓度、生产工艺、啤酒的色泽、啤酒的消费对象、啤酒的包装容器、啤酒发酵所用的酵母菌的种类来分。1.3.1根据原麦汁浓度分类啤酒酒标上的度数与白酒上的度数不同，它并非指酒精度，它的含义为原麦汁浓度，即啤酒发酵进罐时麦汁的浓度。主要的度数有18、16、14、12、11、10、8度2啤酒。日常生活中我们饮用的啤酒多为11、12度啤酒。1.3.2根据啤酒色泽分类淡色啤酒色度在514EBC之间。淡色啤酒为啤酒产量最大的一种。浅色啤酒又分为浅黄色啤酒、金黄色啤酒。浅黄色啤酒口味淡爽，酒花香味突出。金黄色啤酒口味清爽而醇和，酒花香味也突出。浓色啤酒色泽呈红棕色或红褐色，色度在1440EBC之间。浓色啤酒麦芽香味突出、口味醇厚、酒花苦味较清。黑色啤酒色泽呈深红褐色乃至黑褐色，产量较低。黑色啤酒麦芽香味突出、口味浓醇、泡沫细腻，苦味根据产品类型而有较大差异。1.3.3根据杀菌方法分类鲜啤酒啤酒包装后，不经巴氏灭菌的啤酒。这种啤酒味道鲜美，但容易变质，保质期7天左右。熟啤酒经过巴氏灭菌的啤酒。可以存放较长时间，可用于外地销售，优级啤酒保质期为120天。1.3.4根据包装容器分类瓶装啤酒国内主要为640ml和355ml两种包装。国际上还有500ml和330ml等其他规格。易拉罐装啤酒采用铝合金为材料，规格多为355ml。便于携带但成本高。桶装啤酒材料一般为不锈钢或塑料，容量为30L。啤酒经瞬间高温灭菌，温度为72C，灭菌时间为30s。多在宾馆、饭店出现，并专门配有售酒机。由于酒桶内的压力，可以保持啤酒的卫生。1.4 设计依据我国的啤酒是外来酒种，工业起步较晚，但80年代以后得到了迅速的发展。目前，我国啤酒的年产量已位居世界首位。虽然我国是啤酒生产大国，总产量已经稳居世界第一，但人均消费量仍然较少，约为18L，还达不到世界平均水平(23L)，远远落后于发达国家水平。我国城镇啤酒已成为大众饮料，但在农村的消费量却很少，随着经济的发展和人民生活水平的提高，农村的消费潜能巨大，中国这个消费市场更大。同时随着科学技术的进步，啤酒的生产技术、设备及产量也都会有很大的提高的。因此市场空间很大。本设计正是为了适应这种发展的需要而进行的。1.5 设计指导思想 本设计根据设计任务书的要求，任务为12万t/年12啤酒工厂糖化车间的设计，本设计围绕现代化建设这个中心，按下述原则进行设计：(1)设备的选型必须是先进、成熟，运行可靠或经过鉴定推广的新设备。 (2)尽量节省投资，收效快，回收期短 (3)应结合麦汁制备的特点，选择机械化程度高，效率高，能耗较低，噪音较小，易于清洁卫生的专业设备，并适当考虑自动化水平 (4)设备的型式必须结构较简单，制造较容易，易损零件更换容易，维修方便，在使用上易于操作和装拆。同时其选用材料适应物料性质和食品卫生的要求。 尽量提高生产过程中的机械化和自动化水平(5) 尽量考虑水的重复使用、热能的回收利用，努力加强节约能源措施 (6) 注意“三废”处理，搞好环境保护工作；(7) 基础设计参考数据以啤酒工业手册、啤酒生产技术为主。 1.6 设计规模与深度本设计规模为12万t/年12淡色啤酒工厂糖化车间设计。本设计范围属于工艺设计范围，进行工艺流程的设计，并对相关车间、辅助设施提出工艺要求。1.7 产品的规格、种类本车间产品为1215浅色麦汁。为保证啤酒发酵的正常进行，得到优质啤酒，对麦芽的要求是：浸出物收得率要高，麦汁澄清透明，麦汁组成符合要求，本产品经发酵制得的12浅色啤酒之感官指标和理化指标应符合轻工业部颁布的标准GB34773的规定。1.8 生产概况本车间的任务是将原料麦芽、辅料大米粉碎、糖化制得麦汁，过滤后经煮沸、加酒花浓缩成12热麦汁，再经沉淀冷却后送往发酵车间，生产设备为三锅两槽复式糖化设备，所用原料、麦芽和大米外购，大部分是进口麦芽，放仓库贮存。酒花为外购进口颗粒酒花，贮存在冷库里。水为地下水，经处理后使用。3湖南科技学院学士学位论文 第2章 有关设备的准备工作第2章有关设备的准备工作2.1 厂址的选择 厂址的选择遵循以下原则：(1)节约用地，考虑发展，在用地规划上，做到分期建设，分期征用； (2)利用城镇设施，节约投资，有利协作； (3)工厂接近原料基地或产品消费区； (4)不淹不涝，靠水近电； (5)交通运输方便；(6)地质可靠，少坑烧填，地耐力1520E/m2。2.2 啤酒生产工艺流程啤酒生产分为两大部分：麦芽制造和啤酒酿造。麦芽制造工艺流程原料(大麦)浸渍发芽干燥除根啤酒酿造工艺流程图4 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 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；啤酒包装与成品啤酒。2.2.1麦芽制造大麦是酿制啤酒的主要原料，是先将其制成麦芽，再用于酿酒。大麦在人工控制的外界条件下进行发芽和干燥的过程，即为麦芽制造，简称“制麦”。发芽后的新鲜麦芽称绿麦芽。绿麦芽经干燥后称为干麦芽。麦芽制造过程如下： 大麦预处理浸麦发芽干燥除根成品麦芽传统的制麦过程分为三个阶段： (1)精选后的大麦，浸渍水中，使达到发芽所需要的水分，此阶段为大麦浸渍。 (2)浸渍后的大麦，在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程形成的酶系，使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽，此阶段为人工发芽。5 (3)发芽完毕的绿麦芽，利用热空气进行干燥和焙焦此阶段为麦芽焙燥。新型的制麦方法，常运用浸渍时充分供氧的理论，使大麦在浸渍吸水过程中，即开始萌芽。边浸渍，边发芽，使浸渍和发芽合为一个生产阶段，大大缩短了生产时间。大麦发芽的目的是使麦粒内部产生一定数量的水解酶，并利用这些水解酶，分解胚乳的贮藏物质，使其进行合理的降解。(1)胚乳细胞壁的部分或全部降解，使焙燥后的麦粒变得疏松，更易粉碎，内容物质更易溶出。(2)麦粒的胶质聚糖物质充分降解，使麦芽浸出物的粘度大大降低。(3)胚乳的部分淀粉和蛋白质进行合理降解，形成一部分低分子水溶性物质，这些物质是组成麦汁的主要成分。麦芽焙燥的作用是使绿麦芽的水分降低，发芽停止，便于去根和贮藏。但麦芽焙燥并不只是一个简单的水分蒸发过程，它还同时进行了复杂的生化变化，使焙燥后的麦芽具有独特的香味和色泽。麦芽焙燥系根据制造不同的麦芽类型，采取不同的焙燥方法，以适应酿制不同类型的啤酒。2.2.2 麦汁制备麦汁制备通常在工厂又称为糖化。麦芽及辅料必须经过这个过程，制成各种成分含量适宜的麦汁，才能由酵母发酵酿成啤酒。麦汁制造的全过程，可分为麦芽及辅料的粉碎、醪的糖化、过滤，以及麦汁煮沸、冷却五道工序。将粉碎的谷粒/麦芽于水在糊化锅/糖化锅中混合。糊化锅/糖化锅是一个巨大的金属容器：匹配CIP清洗系统5与加热系统、搅拌装置以及大量自控装置。在糊化锅和糖化锅中，将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性麦芽汁。麦芽汁在被泵入煮沸锅之前需要先在过滤槽中去除其中的麦糟。过滤后的麦汁进入煮沸锅后，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽，除去不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵工序。2.2.3 啤酒发酵冷麦芽汁添加酵母后，开始发酵作用。啤酒发酵是一项非常复杂的生化变化过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，其主要变化产物是酒精和二氧化碳，另外还有一系列的发酵副产物，如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等。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性能，使啤酒具有其独特的典型性。不同的酿造者，由于采用了不同的酵母菌株，从而衍生出不同的发酵工艺和生产出不同类型的啤酒。传统的啤酒发酵方法，可分为上面发酵和下面6发酵两种类型。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。这两种啤酒风味不同，各具特点。啤酒发酵过程分主发酵(又名前发酵)和后发酵两个阶段。酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的分解以及酵母的一些主要代谢产物，均在主发酵阶段完成。后发酵是前发酵的延续，必须在密闭容器中进行，使残留糖分分解所形成的二氧化碳溶于酒内，达到饱和；并使啤酒在低温下陈酿，促进酒的成熟和澄清。由于科学技术的不断发展，啤酒发酵过程中的一些变化机制，正逐步为人们所掌握。为了缩短发酵周期，提高发酵设备利用率，人们在传统的发酵技术上，又创造了许多新型发酵方法，如搅拌发酵、高温发酵、加压发酵、连续发酵等，并且创造了多种新型发酵容器。2.2.4 啤酒包装与成品酒酒经过后发酵或后处理，口味已经达到成熟，二氧化碳已经饱和酒内，酒液也已逐渐澄清，此时再经过机械处理，使酒内悬浮的轻微粒子最后分离，达到酒液澄清透明的的程度，即可包装出售。啤酒的包装方式系根据销售的需要而为，有瓶装啤酒，罐装啤酒和桶装啤酒。在包装啤酒之前，必须将啤酒澄清，啤酒的澄清系指啤酒与其所含的固体粒子分离的过程。啤酒在贮藏期间，因酵母逐渐沉降和部分不稳定的蛋白质-单宁复合物的析出、凝集、沉淀而逐步变得澄清。这种自然澄清的现象，主要由于固液相的不同相对密度而产生的，沉降速度较慢，只能使啤酒达到一定的澄清程度，对其中极轻微的粒子则很难在较短时间内完全沉淀下来。要使成品啤酒达到澄清透明，富有光泽的程度，则必须通过机械方法进行处理。这些机械澄清方法可以除去啤酒中的酵母和细菌以及微小的混浊物质粒子，不仅使啤酒外观富有吸引力，而且大大改善了啤酒的生物稳定性和非生物稳定性。啤酒机械澄清的方法3分为：(1)啤酒过滤；(2)啤酒离心分离。啤酒过滤就是让流体通过分离介质，使其中的固体从流体中分离出来。在酒中，一些具有较高表面活性的物质如蛋白质、酒花物质、色素物质、高级醇、酯类等都易被过滤介质吸附一定数量。其过滤方式有：滤棉过滤；硅藻土过滤；板式过滤。它们因其过滤介质不同而有各自的优缺点。但是我们在啤酒过滤过程中必须重点控制以下几个方面：(1)压力差；(2)过滤前后啤酒的混浊度；(3)菌含量(特别对无菌过滤要求而言)；(4)生物和非生物稳定性的试验；(5)啤酒损失；(6)二氧化碳含量的降低值；(7)含氧量的升高值；(8)助滤剂对风味影响的试验。7啤酒的离心分离就是离心机中离心力将固体粒子从液体中分离出来。当啤酒澄清后，就该进行啤酒生产的最后一道工序啤酒的包装，它对啤酒的质量和外观有直接的影响。在包装过程中应做到以下要求：(1)严格的无菌要求，包装后的啤酒应符合卫生标准；(2)在包装过程中应减少二氧化碳损失，以保证啤酒口味和泡沫性能；(3)在包装过程中应尽量避免与空气接触，防止因氧化作用而影响啤酒的风味稳定性和非生物稳定性。2.3 工艺流程的确定(1)技术上要先进，生产过程中考虑单机或作业线的机械化、自动化操作，减少繁重的体力劳动，提高劳动生产率，采用成熟的生产技术和设备，使设计厂建成后即可顺利投产，并迅速达到设计能力； (2) 经济上要合理，尽量选用标准产品，充分发挥设备生产能力，考虑原材料生产废料的综合利用。达到投资少、成本低、见效快的目的； (3) 要因地制宜，考虑设计厂所在地的原料来源，水、电、气的供应，热能和水。 根据以上原则，可供选择的工艺有：(1) 糖化过程中辅助原料的糊化作业有常压和加压蒸煮两种； (2) 麦汁过滤有过滤槽和板框式过滤机两种； (3) 麦汁澄清和冷却分别采用回旋沉淀槽和薄板冷却器； (4) 发酵过程中有采用发酵罐和露天发酵； (5) 麦芽、大米的输送有斗式提升机和真空输送机两种。 8湖南科技学院学士学位论文 第3章 工艺设计及车间设备布置第3章工艺设计及车间设备布置3.1 工艺设计3.1.1 原料的质量要求 原料质量的好坏直接影响成品啤酒的品质。因此，对原料的质量要严要求。3.1.1.1 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6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。 (6) 硬度 ：淡色啤酒用水总硬度在8 dh以下。 (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。 (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。93.1.1.2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。啤酒酿造对麦芽质量的要求如下：(1)外观特征7夹杂物 ：麦芽应除根、不含杂草、谷粒、霉粒、小麦粒及杂质。 色泽：麦芽色泽应具有淡黄色且有光泽。 香味：麦芽香味浓，不能有霉味。 (2)物理特性干粒重：干粒重一般应在2535 g之间。 麦芽比重 ：比重越重者溶解和干燥情况越差。 分选实验 ：麦粒应大小一致，大小不一会引起麦芽溶解不均。 沉浮实验 ：麦芽溶解愈好，比重愈小，不易沉降。 切断实验 ：通过200粒麦芽断面进行评价，玻璃质粒为02.5%、2.55.0%、5.07.0%、7.5%以上，分别为优、良好、满意及不佳。 叶芽长度 ： 浅色麦芽叶芽长度2/33/4者应为75%左右。 (3)化学性质水分：干燥后的浅色麦芽水分应为3.5%4.0%，使用时最好为5%6% 。糖化时间：自70分开始计时，优良的浅色麦芽为1015分钟，时间过长说明麦芽的淀粉酶活性差，糖化酶活性低，相对溶解度低，浸出物低;糖化时间过短，说明麦芽溶解过度，浸出率也低。 浸出率： 表示麦芽经糖化溶解的量，其数量越高说明麦芽质量越好，优质的麦芽，实验室测定无水麦芽浸出率为78%82%，比糖化车间的数值稍低一些。 麦汁过滤速度及透明度： 溶解良好的麦芽，麦汁过滤速度快，麦汁清亮透明。 色度：麦汁色度是决定啤酒类型的主要指标，淡色麦芽的糖化醪应有明显的清苦味，其色度小于0.25 mL/10碘液，麦芽色度与发芽温度及干燥方法有关。 香气和口味：香气和口味应纯正，无酸涩味、霉味、焦味和铁腥味。 麦芽的质量标准本设计采用的是二级以上的麦芽。具体的质量标准按1998年颁布的麦芽质量试行标准8规定如下：表1麦芽质量试行标准项目一级二级外观淡黄色有光泽具有麦香无异味淡黄色有光泽具有麦香无异味夹杂物(%)0.5 以下0.8以下出炉水分(%)5以下5以下糖化时间(min)15以下18以下色度(0.1Nml/100ml碘麦汁)0.22以下0.26以下无水浸出率(%)76以下74以上a-氨基酸(1mg/100mg无水麦芽)160以上140以上粗细粉差(%)2以下3以下糖化力(g麦芽糖/100g无水麦芽)259以上200以上3.1.1.3大米啤酒的生产中为了降低生产成本，改善麦汁浸出物组成，增加啤酒的保存性。在糖化时常用大米、玉米、大麦、糖浆等作为辅助原料，以代替部分麦芽。基于大米淀粉含量高，可达75%82%，无水浸出率高，高达90%93%，而蛋白质含量低，只有8%9%，多酚类物质和脂肪的含量也较低，不含皮壳。故被认为是最适的辅料。添加大米的啤酒色泽浅、口味清爽、泡沫细腻，酒花香味突出，非生物稳定性比较好，特别适宜制造下面发酵型的淡色啤酒。选用大米时一般要求用精白米。3.1.1.4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)4，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。3.1.2 粉碎设备在粉碎前通过斗式提升机将原料从楼底输送到楼顶的.其装置特点为：1设备简单、占地面积小、设备费用低； 2其它机械输送装置受路径条件限制不能设置和输送的场合也能进行输送；3可以进行长距离的集中和分散输送。 输送的麦芽和大米经去杂后进行粉碎，本设计采用的是增湿法粉碎，粉碎前应首先用蒸汽将麦芽进行增湿处理，增加其柔韧性，达到皮破而不碎的目的。3.2 工艺计算3.2.1 物料衡算啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料(麦芽、大米和酒花)用量，热麦汁、冷麦汁、废渣的量的计算等，糖化车间工艺流程图如图2所示。根据我国啤酒生产现状，有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的损失数据4如下表所示：表2工艺技术指标及基础数据项目名称百分比(%)项目名称百分比(%)定额指标原料利用率98.5原料配比麦芽75麦芽水分6啤酒损失率(相对热麦汁)大米25大米水分13冷却7.5无水麦芽浸出率75发酵损失1.6过滤损失1.5无水大米浸出率92瓶装损失2.0总损失12.6根据上表的基础数据，首先进行100 kg原料生产12淡色啤酒的物料衡算，然后进行100 L 12淡色啤酒的物料衡算，最后进行12万t/年啤酒糖化车间的物料平衡计算。3.2.1 .1 100 kg原料(70%麦芽、30%大米)生产12啤酒的物料衡算 (1)热麦汁量：根据上表可得到原料收得率分别为：麦芽收得率： 0.75(100-6)/100 =70.5%大米收得率：0.92(100-13)/100 =80.04%混合原料收得率： (0.770.5% + 0.380.04%)100 =73.36%由上述可得100 kg原料可制得的12热麦汁为： (73.3612)100 =611.3 kg加热后的麦汁体积增加1.04倍，12麦汁在20时的相对密度为1.084kg/L9故热麦汁100的体积为：(611.31.084)1.04 =586.5 L(2)添加酒花量：611.30.2%=1.2226 kg(3)100热麦汁在 20时冷麦汁的量为：586.5(1-0.075)=542.5 L(4)发酵液量为：542.5(1-0.016)=533.8 L(5)过滤酒量为：533.8(1-0.015)=525.8 L(6)成品啤酒量为：525.8(1-0.02)=515.3 L3.2.1 .2 生产100 L12度淡色啤酒需耗混合原料根据上述衡算结果，100 kg混合原料可生产12度成品啤酒515.3 L。故可得出下述结果。(1)生产100 L 12度啤酒需消耗混合原料为： (100515.3)100 =19.41 kg(2)麦芽耗用量为：19.4170= 13.58 kg(3)大米耗用量为：19.4130= 5.82 kg(4)酒花的耗用量：对浅色啤酒而言，热麦汁中加入的酒花量为0.2，故酒花用量为：(586.5 515.3)100 0.2= 0.228 kg(5)热麦汁量为：(586.5 515.3)100= 113.8 L(6)冷麦汁量为：(542.5 515.3)100= 105.28 L(7)湿糖化糟量：设排出的湿麦糟水分含量为80麦糟 (1-0.06)(100-75)(100-80)13.58 =15.96 kg米糟 (1-0.13)(100-92)(100-80)5.82=2.03 kg故： 湿糖化糟量为：15.96+2.0317.98 kg(8)设麦汁煮沸过程中酒花浸出率为40，且酒花糟水分含量为80，则酒花糟量为：(100-40)(100-80)0.228 =0.684 kg（9） 发酵成品液量：(533.8513.3)100=104 L（10） 清酒量：(525.8513.3)100=102.4 L由以上设计中可得出100kg原料可得成品啤酒515.3L，12P啤酒的密度为=1.012kg/m3，515.3L啤酒的质量M=515.31.012=521.48 kg，由此可得出年产12万吨的啤酒所需要的量为：120000000100/521.48=2.3010000000 kg所以年产12万吨啤酒需麦芽质量：2.30100000000.7=1.6110000000 kg年产12万吨啤酒需的大米质量：2.30100000000.3=0.6910000000 kg3.2.1 .3糖化一次需耗物料衡算设每年工作300天，旺季200天，每天糖化7次；淡季100天，每天糖化5次。每年共糖化2007+1005 =1900次啤酒的密度为1.012g/cm3，则12万t即1.2108 L糖化一次所得啤酒为：1200001900=63.16(吨/次) 631581.012=62409.0L计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡混合糖化一次所得清酒产量：62409.0(1-0.02)=63682.7L发酵液总量：63682.7(1-0.015)=64652.5L冷麦汁量：64652.5(1-0.016)=65703.8 L煮沸后热麦汁量：65703.8 (1-0.075)=71031.1L20麦汁体积：71031.11.04=68299.2 L12P麦汁质量为(20)：68299.21.084=74036.3 kg原料量：74036.312%0.7376=12045.0 kg糖化一次所需麦芽量：12045.00.7=8431.5kg糖化一次所需大米量：12045.00.3=3613.5kg3.2.1 .4 12万t/年12淡色啤酒车间物料衡算表把前三项有关啤酒糖化物料衡算的计算结果整理成物料衡算表，列表如下：表3物料衡算表物料名称单位100kg混合物料100L啤酒糖化一次12t啤酒生产混合物料kg10019.4112045.0 2.29107麦芽kg7013.588431.51.60107大米kg305.823613.50.69107热麦汁L586.5113.871031.11.35108冷麦汁L542.5105.365703.81.25108发酵液L533.810464652.51.23108过滤液L525.8102.463682.71.21108成品酒L515.310062409.01.19108备注：12淡色啤酒的实际密度为1.012 kg/m3，实际年生产啤酒12万t。3.2.2热量衡算 双醪一次煮出糖化法是啤酒生产中常用的糖化工艺，下面就是以该工艺为基准进行糖化车间的热量衡算，工艺流程示意图如下： 去发酵煮沸强度10%冷凝固物冷麦汁酒花糟热凝固物薄板冷却器回旋沉淀槽90 min酒花煮沸锅麦汁麦糟过滤70糖化结束78 i10 min7 min13min12 min料水比1：4.5热水，50 70，25 min5 min自来水18 糊化锅大米粉 3613.5kg麦芽粉722.7kgt0()，20 min麦芽粉7708.8 kg46.7，60min料水比1：3.588.05()100，10 min90 20 min10030min63，60 min糖化锅图2 啤酒厂糖化工艺流程示意图以上流程图中的投料为糖化一次的用料量，以下对过程中各步骤操作的热量分别进行计算：3.2.2.1 糖化用水耗热量Q1：根据糖化工艺，糊化锅用水量为G1=(3613.5+722.7)4.5=19512.9 kg式中，3613.5为糖化一次大米粉量，722.7为糊化锅加入的麦芽量(为大米量的20%)。糖化锅加水量为：G2=7708.83.5=26980.8 kg式中，7708.8为糖化一次麦芽粉量，即(12045.0-722.7)kg，而12045.0为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：Gw=G1+G2=19512.9+26980.8=46493.7 kg自来水平均温度取t1=18，而糖化配料用水温度t2=50 ，故耗热量为：Q1=(G1+G2)Cw(t2-t1)=6218997.3KJ其中Cw1 kcal/ kg.4.18 KJ/( kg.) 3.2.2.2 第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程可知： Q2Q2+ Q2+ Q21 糊化锅米醪由初温t0加热到100耗热Q2 Q2G米醪C米醪(100t0)(1)计算米醪的比热容C米醪，根据经验公式 C谷物= 0.01(100W)C0+4.18W进行计算，式中W为含水百分比，C0为绝对谷物比热容，取C01.55 KJ/( kg.) C麦芽= 0.01(1006)1.55+4.1861.71 KJ/( kg.) C大米= 0.01(10013)1.55+4.18131.89 KJ/( kg.)所以 C米醪= (G大米C大米+G麦芽C麦芽+ G1Cw)/(G大米+G麦芽+ G1) =(3613.51.89+722.71.71 + 19512.94.18)/(3613.5+722.7+19512.9) =3.76 KJ/( kg.)(2)米醪的初温t0，设原料的初温为18，而热水50则G米醪G大米+G麦芽+ G13613.5+722.7+19512.9=23849.1kg则 t0= (G大米C大米+ G麦芽C麦芽)18+ G1Cw50 ( G米醪C米醪)(3613.51.89+722.71.71)18+19512.94.1850(23849.13.76)47.1(3)把上述结果代回可得： Q2 G米醪C米醪(100t0) =23849.13.76(10047.1) =4743681.39 KJ2 煮沸过程蒸汽带出的热量Q2设煮沸时间为30min，蒸发量为每小时5，则蒸发水分量为：V1G米醪 5 306023849.10.053060=596.23 kg故： Q2V1I=596.232257.21345804.71 KJ其中，I为煮沸温度(约为100)时水的汽化潜热(2257.2 KJ/kg)3 热损失Q2米醪升温和第一次煮沸过程的损失约为前两次耗热量的15即Q215(Q2+Q2)=0.15(4743681.39+1345804.71 )=913422.915 KJ由上述结果，可得：Q2= 1.15(Q2+Q2) = 1.15(4743681.39+1345804.71) = 7002909.02KJ3.2.2.3 第二次煮沸前混合醪升温至70 的耗热量Q3 按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸米醪与糖化锅中的麦醪混后，温度为63 ，故混合前米醪先从表面上100 冷却到温度t糖化锅中的麦醪的初温为t麦醪其中：G麦醪=G麦芽+G2=7708.8+26980.8=34689.6 kg C麦醪=(G麦芽C麦芽+G2Cw)/(G麦芽+G2) =(7708.81.71+26980.84.18)(7708.8+26980.8) =3.63 KJ/(kgK)已知麦芽粉的初温为18，用50的热水配料，则麦醪 t麦醪 (G麦芽C麦芽18+ G2Cw50)/ G麦醪C麦醪 =(7708.81.7118+26980.84.1850)(34689.63.63) =46.7 根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：其中G米醪=G米醪V1=23849.1-596.23=23252.87kg G混合=G米醪+G麦醪=23252.87+34689.6=57942.47kg C混合=(G米醪C米醪+ G麦醪C麦醪)/(G米醪+G麦醪) =(23849.13.76+34689.63.63)(23252.87+34689.6) =3.72 KJ/(kgK) t=(G混合C混合t混合G麦醪C麦醪t麦醪)/ G米醪C米醪 =(57942.473.7263-34689.63.6346.7)(23252.873.76) =88.05因此温度比煮沸温度只低12左右，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。 Q3=G混合C混合(7063)=57942.473.727=1508821.9KJ3.2.2.4 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4 由糖化工艺可知Q4Q4+ Q4+ Q4混合醪升温至沸腾所耗热量Q4按工艺，糖化结束醪温度为78，抽取混合醪的温度为70，则送到糊化锅进行第二次煮沸的混合醪量x：xC混合(100-70)=G混合C混合(78-70)X=G混合(78-70)/(100-70)=26.7%G混合故：Q4= 26.7G混合C混合(10070) = 26.757942.473.7230 = 1726523.4 KJ二次煮沸过程中蒸汽带走的热量煮沸时间10 min，蒸发强度5，则蒸发水分量为： V2=26.7G混