年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺的设计

啤酒生产相关知识简介1.1啤酒的酿造工艺图1啤酒酿造图1.原料库2.麦芽筛分机3.起重机4.麦芽粉碎机5.糖化锅6:大米筛分机7:碎米机8:糊化锅9:过滤罐10:小麦谷物运输11:麦粒储存罐12:沸腾/旋转罐13:外部加热器14:啤酒花添加罐15:麦芽汁冷却器16:空气过滤器17:酵母培养和添加罐18:发酵罐19:啤酒稳定剂添加罐20:缓冲罐21:硅藻土添加罐22:硅藻土过滤器23:啤酒过滤器24:清酒罐25:洗瓶机26:戛纳27:啤酒消毒机28:贴标机29:包装机1.2酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是大麦、水、酵母和啤酒花。1.3麦芽汁的制备主要工艺包括原辅料粉碎、糖化、醪液过滤、麦汁煮沸和麦汁后处理。啤酒是发酵后直接饮用的饮料。因此，麦芽汁的颜色、香气和成分会影响啤酒的风味、发酵以及最终的啤酒。影响麦芽汁成分发酵的主要因素有：原麦芽汁浓度、溶解氧水平、酸碱度、麦芽汁可发酵糖含量、-氨基酸、麦芽汁不饱和脂肪酸含量等。1.4啤酒发酵酵母加入冷却的麦芽汁后，发酵开始。整个发酵过程可分为：酵母复活阶段、有氧呼吸阶段和无氧呼吸阶段。酵母接种后，在麦芽汁充氧条件下，开始恢复其生理活性。麦芽汁中的氨基酸是主要的氮源，可发酵的糖是主要的碳源，进行呼吸并从中获得能量以产生繁殖。同时，会产生一系列的代谢副产品。之后，酒精发酵在无氧条件下进行。二、啤酒厂糖化车间物料平衡3万吨/年啤酒厂糖化车间物料平衡计算的主要项目是原料(麦芽和大米)和酒花消耗、冷热麦汁、废渣(糖化罐和酒花罐)等。2.1糖化车间工艺流程示意图根据我国啤酒生产的现状，生产过程中的原料配比、工艺指标和损耗数据见表1。图2啤酒厂糖化车间流程示意图2.2工艺技术指标和基础数据根据表1中的基础数据，首先进行100公斤原料生产10瓶淡色啤酒的物料平衡计算，然后进行100升10瓶淡色啤酒的物料平衡计算，最后进行3万吨/年啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。表1啤酒生产基本数据项目名字百分比(%)项目名字百分比(%)设置额手指标记无水麦芽浸出率78原材料比率小麦胚芽70大米饭30无水大米浸出率90啤酒损失率(热麦芽汁)冷却损失7发酵损失2原材料利用率98过滤损失1麦芽水分6瓶子丢失2大米水分12全损122.3用100公斤原料(70%麦芽，30%大米)生产10瓶淡啤酒的物料平衡(1)热小麦计算根据表1获得的原料产量如下：麦芽得率为78%(100-6) %=73.32%水稻产量：90%(100-12) %=79.2%混合原料得率为(0.7073.32% 0.3079.2%)98%=73.58%由上述100公斤混合原料可制备的10份热麦芽汁的量为(73.580)10%=735.8(公斤)众所周知，10种麦汁在20时的相对密度为1.084，100时的热麦汁体积是20时的1.04倍，因此热麦汁的体积(100)为735.8(1.0841000)10001.04=705.93(L)(2)冷麦芽汁的量为705.93(1-0.07)=656.52(升)(3)发酵液体积：656.52(1-0.02)=643.39(L)(4)过滤器容量：643.39(1-0.01)=636.95(升)(5)成品啤酒量：636.95(1-0.02)=624.22(L)2.4生产100升10轻啤酒的物料平衡根据以上计算结果，100公斤混合原料可以生产624.22升10种浅色成品啤酒，因此可以得到以下结果：(1)生产100L10淡色啤酒所需的混合原料量如下：(100/624.22)100=16.02(千克)(2)麦芽消耗量：16.0270%=11.21(千克)(3)大米消耗量：16.02-11.21=4.81(千克)(4)啤酒花消耗量：对于浅色啤酒，加入到热麦芽汁中的啤酒花量为0.2%，因此：(100/624.22) 735.80.2%=0.24(千克)(5)热麦芽汁的量为：(16.02/100)705.93=113.09(升)(6)冷麦芽汁的量为：(16.02/100)656.52=105.18(升)(7)湿糖化酒糟：如果火力发电厂的湿麦芽酒糟含水量为80%，则湿麦芽酒糟如下：(1-0.06)(100-78)/(100-80)11.21=11.59(千克)然而，湿米粒的数量如下：(1-0.12)(100-90)/(100-80)4.81=2.12(千克)因此，湿糖化酒糟的量为11.592.12=13.71(kg)(8)啤酒花的量设定为麦芽汁煮沸时干啤酒花浸出率的40%和啤酒花含水量的80%，则啤酒花的量为：(100-40)/(100-80)0.24=0.72(千克)2.5 30000吨/年10个淡色啤酒酿造车间的物料平衡表将生产季节设置为每天糖化8次，淡季设置为糖化4次，总糖化频率为每年1800次。由此，可以计算出每个进料量和其他项目的物料平衡。啤酒酿造车间的三个物料平衡计算结果汇总成一个物料平衡表，如表2所示。表2啤酒厂酿造车间物料平衡材料名称单位100公斤混合原料100升10度淡啤酒一次性糖化定额3万吨/年啤酒产量混合原料公斤10016.022638.344.75106大麦公斤7011.211846.843.325106大米公斤304.81791.51.425106啤酒花公斤1.500.2439.537.12104热麦芽汁L705.93113.0918628.7133.53106冷麦芽汁L656.52105.1817324.731.19106湿粉料公斤72.3511.591909.243.44106湿啤酒花公斤4.500.72118.602.13105发酵液L643.39103.0716978.3530.56106过滤葡萄酒L636.95102.0416808.430.26106成品啤酒L624.22100.0016469.0429.64106注：10度淡啤酒的密度为1012公斤/立方米三、3万吨/年啤酒厂糖化车间热平衡计算二次煮沸糖化法是一种常用的啤酒糖化工艺。以下是基于标准的糖化车间的潜在平衡计算。工程流程示意图如图2所示，其中投料量为一次糖化的投料量(计算见表2)3.1糖化用水的热量消耗根据该工艺，加入糊化锅的水量如下：G1=(791.5 158.3)4.5=4274.1(千克)在配方中，791.5千克是一次糊化的米粉的量，158.3千克是添加到糊化锅中的麦芽粉的量(大米量的20%)图3啤酒厂糖化工艺流程图然而，加入糖化罐的水量为G2=1688.543.5=5909.89(千克)配方中，1688.54公斤是放入一次糖化罐的麦芽粉量，即1846.84-158.3=1688.54(公斤)然而，1846.84公斤是麦芽糖化的定额。因此，糖化总用水量为：GW=G1 G2=4274.1 5909.89=10183.99(千克)(1)自来水平均温度t1=18，糖化配料水温度t2=50，因此耗热量为：Q1=(G1 G2)CW(t1-T2)=10183.99(50-18)4.18=. 5(千焦)(2)3.2第一次蒸煮米醪的Q2耗热量根据糖化工艺流程图(图3)， Q2=q21 q22 q23 (3)3.2.1糖化罐中糖化醪从初始温度t0到100的耗热量Q21Q21=100-t0米糖化醪和100-t0米糖化醪(4)(1)计算米糊的比热容G根据经验公式G含量=00.1(100-W)c0 4.18W计算米糊。其中，W是含水率的百分比；C0是绝对粮食比热容，取c0=1.55KJ/(KgK)。麦芽=0.01 (100-6) 1.55 4.186=1.71千焦/(千克)大米=0.01 (100-12) 1.55 4.1812=1.87千焦/(千克)大米醪液=(克大米c大米G麦芽c麦芽G1cw)/(克大米G麦芽G1) (5)=(791 . 51 . 87 158 . 31 . 71 4274 . 14 . 18/(791 . 5 158 . 3 4274 . 1)=3.76 KJ/(KgK)(2)大米醪的初始温度t0设定为原料18，热水50T0=(G大米c大米G麦芽c麦芽)18 G1 w50/G大米醪液c大米醪液)(6)=(791 . 51 . 87 158 . 31 . 71)18 4274 . 14 . 1850/(5183 . 93 . 76)=47.5其中，大米糖化醪=791.5 158.3 4274.1=5183.9(千克)(3)将上述结果替换为1，以获得：Q21=5183 . 93 . 76(100-47.5)=0.86千焦3.2.2沸腾过程Q22中蒸汽带出的热量如果沸腾时间为40分钟，蒸发量为每小时5%，蒸发量为：V1=5磅/60=5183.95磅/60=172.80千克(7)因此，Q22=V1I=172.802257.2=.637千焦(8)式中，I是水在沸腾温度(约100)下的汽化潜热(千焦/千克)。3.2.3热损失Q23米醪加热和第一次煮沸过程的热量损失约为前两次热量消耗的15%，即：Q23=15%(Q21 Q22) (9)3.3第二次煮沸前将混合醪液加热至70的热量消耗Q3根据糖化工艺，糊化锅煮出的米醪与糖化锅内的麦醪混合后的温度应为63，因此米醪在混合前应由100冷却至中间温度t0。3.3.1糖化罐中糖化醪的温度众所周知，麦芽的初始温度为18，与50的热水混合后，麦芽浆的温度为：麦芽浆=麦芽G2=1688.54 5909.89=7598.43千克(11)c麦芽浆=(G麦芽c麦芽G2Cw)/(G麦芽G2)=(1688 . 541 . 71 5909 . 894 . 18)/(1688 . 54 5909 . 89)(12)=3.63KJ/(kg。k)麦芽浆=(克麦芽c麦芽18 G2Cw50)/(克麦芽c麦芽浆)=(1688 . 541 . 7118 5909 . 894 . 1850)/(7598 . 433 . 63)(13)=46.673.3.2根据热平衡计算，忽略热损失，如果大米醪和小麦醪混合前后焓不变，大米醪的中间温度为：克混合物=克大米醪液=克小麦醪液=5183.9 7598.43=12782.33千克(14)混合比例=(糖化醪c m糖化醪g m糖化醪c m糖化醪)/(糖化醪G m糖化醪)(15)=(5183 . 93 . 76 7598 . 433 . 63)/12782.33=3.68kJ/(kgK)T=(混合糖化醪混合糖化醪混合糖化醪)/(混合糖化醪混合糖化醪)(16)=(12782 . 333 . 6863-7598 . 433 . 6346 . 67)/(5183 . 93 . 76)=863.3.3 Q3Q3=G混合c混合(70-63)=12782 . 333 . 68(70-63)=0 . 821(kj)(17)3.4第二次沸腾混合醪的耗热量Q4根据糖化过程：Q4=Q41 Q42 Q43 (18)3.4.1将混合醪液加热至沸腾的热量消耗Q41(1)第一次蒸煮后米醪量如下：G/大米醪液=G大米醪液-V=5183.9-172.80=5011.1(千克)(19)糖化罐中麦芽浆的量如下：麦芽浆=麦芽G2=1688.545909.89=7598.43(千克)(20)因此，进入第二次煮沸的混合醪的量为：克混合物=克/米麦芽浆克小麦麦芽浆=5183.9 7598.43=12782.33(千克)(21)(2)根据该工艺，糖化结束时的醪液温度为78，提取混合醪液的温度为70，那么送至第二次煮沸的混合醪液的量为：混合(78-70)/混合(100-70)100%=26.7% (22)(3)小麦醪的比热容c麦芽浆=(G麦芽c麦芽G2Cw)/(G麦芽G2)=(1688 . 541 . 71 5909 . 894 . 18)/(1688 . 54 5909 . 89)(23)=3.63KJ/(kg。k)混合醪的比热容：混合比例=(克/米糖化醪，克/米糖化醪，克/米糖化醪)/(克/米糖化醪，克/米糖化醪)(24)=(5183 . 93 . 76 7598 . 433 . 63)/12782.33=3.68kJ/(kgK)(4)因此Q41=26.7%G混合c混合(100-70)=.184(kJ) (25)3.4.2二次沸腾期间蒸汽带走的热量Q42当沸腾时间为10分钟，蒸发强度为5%时，蒸发水量为：V2=G混合5/60=12782.335/60=10