毕业论文 年产10万吨10度纯生啤酒厂工艺初步设计

1、10万吨/年10度纯生啤酒厂工艺初步设计摘要随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，啤酒作为一种时尚消费品，已经为人们生活中不可或缺的商品。纯生啤酒作为一种口味更加纯正的饮料酒深受消费者的欢迎，其市场需求日益增加。本设计针对年产10万吨10度纯生啤酒厂工艺进行了初步设计。通过对工艺流程和工艺参数的确定，进行物料衡算、热量衡算、水平衡计算、耗电量计算、设备的计算与选型以及经济概算等。并在设备计算与选型基础上，绘制图纸。通过文献调研，确定了采用下面发酵法，以70%大麦和30%大米为原料进行为期20d（主发酵6d，后发酵14d）的分批式发酵。由物料衡算得出每年需大米4700t、大麦11000t、酒花

2、2350t；由热量衡算得出每年消耗蒸汽4.93×107kg；由水衡算得出每生产1t成品啤酒需耗水6.05t，年耗水量为599700t；由耗冷量的计算得出每年耗冷1.337×1010kJ。并且通过对设备的选型与计算得出需要112.4m3的糖化锅1个，924m3的圆筒体锥底发酵罐20个，.另外还需要21圈，分为3组的换热管。关键词：纯生啤酒；工艺设计；物料衡算；热量衡算；圆筒锥底发酵罐The preliminary design of 10ºP pure draft beer factory with an annual output of 100000 tons A

3、bstractWith the development of economy and the rising of our living standard, beer as a kind of fashionable consumer goods, has been an indispensable commodity in life for people. Pure draft beer with taste purity is more popular among consumers, and its market demand has been increasing. The gradua

4、tion task is to design preliminarily 10ºP pure draft beer factory with an annual output of 100000 tons. Based on the determination of technological process and process parameters, material balance, heat balance, water balance, power consumption, calculation and selection of equipments, as well

5、as economic estimate were performed. Finally, the related process flows were drawn. Through literature research, 70 percent of the barley and 30 percent of the rice is identified as raw materials and taken it in batches following by fermentation for 20 days, including main fermentation of 6 days, la

6、tter fermentation of 14 days. Drawn from the material balance, 4700t rice, 11000t barley and 2350t hops are needed yearly; drawn by the heat balance, annual consumption of steam is 4.93×107kg; drawn from the water balance, 6.05 tons beer is consumed for 1 ton water, and the consumption of total

7、 water is 599700 tons per year; Through the calculation of cold consumption, 1.337×1010 kJ of cold is needed yearly. Through the selection of equipment, the mash kettle is deduced to 112.4m3, 20 conical bottom cylindrical fermentation tanks with 924m3 needed and also need 21 circles, divided in

8、to 3 groups of tubes.Key Words：Pure draft beer; Process design; Material balance; Heat balance; Fermentation tank with cylinder cone bottom目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1纯生啤酒的特点11.2啤酒生产基本工艺介绍21.3啤酒的发展与现状52 啤酒发酵工艺设计72.1纯生啤酒的酿造基本控制72.2原料的选择82.3原料的制备102.4麦芽的糖化112.5 麦芽汁的发酵122.6 成熟纯生啤酒的过滤122.7无菌灌装142.8 CIP系统15

9、2.9 人员152.10厂址选择152.11工艺流程图163 物料衡算173.1啤酒糖化车间工艺流程示意图173.2啤酒生产基础数据173.3 100kg原料生产量的物料衡算173.4生产100L的10度纯生啤酒的物料衡算193.5 年产10万吨10度纯生啤酒酿造车间物料衡算表214 热量衡算224.1 糖化工艺流程示意图224.2 糖化车间的热量衡算224.3糖化车间总热量衡算表325 水衡算335.1 啤酒厂全厂用水工艺流程示意图335.2 水衡算345.3 年产10万吨10度纯生啤全厂用水衡算表396 发酵车间耗冷计算396.1 发酵工艺流程示意图406.2 年产10万吨10度纯生啤酒厂

10、发酵车间耗冷量计算406.3 年产10万吨10度纯生啤酒厂发酵车间冷量衡算表447 设备与选型计算457.1 糖化锅的设计与选型457.2发酵罐的设计与选型467.3 发酵罐换热器的设计48结 论51参考文献52致谢54附录551绪论随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，啤酒作为一种时尚消费品，已经成为人们生活中不可或缺的商品，其市场需求日益渐增。然而，在啤酒行业发展的同时，也存在着品种庞杂缺乏个性、创新乏力盲目跟风、倚重工艺忽视原料、企业规模偏小、渠道单一、赢利能力低等问题。因此，如何在我国啤酒生产工业的基础上，提高啤酒的生产工艺技术，提高生产过程的自动化水平，提高产品的技术含量，积极参与

11、国际市场竞争，是一个刻不容缓的问题。本设计采用以酵母菌为菌种的下面发酵法和一罐发酵法（即发酵和后熟在一个罐子中进行）。同时对年产值为10万吨纯生啤酒的生产工艺进行初步设计。以确定其物料，热量，水以及耗冷的衡算，并确定设备的选用数量与尺寸。1.1纯生啤酒的特点纯生啤酒是经过严格无菌处理（非热杀菌），确保酒液内没有任何活体酵母或其它微生物，保质期达六个月到一年，又称为冷杀菌啤酒，是近几十年逐步发展起来的一种啤酒新产品，其追求的目标是啤酒口感的新鲜、纯正和爽口。其生产是建立在整个酿造、过滤、包装全过程对污染微生物严格控制的基础上，其特点体现在纯和生这两个字上。“纯”是指啤酒是由麦汁接入酵母发酵而来，

12、一般的啤酒生产往往容易污染杂菌，影响啤酒品质。“生”是指发酵完成之后经过滤的啤酒仍含有部分酵母，普通啤酒为避免灌装后酒液发酵变质，须对灌装后的酒进行巴氏杀菌处理3。但啤酒在有氧的条件下进行热处理会损失部分营养物质，并对新鲜口感造成损害，破坏原有的啤酒香味，产生不愉快的老化味。而纯生啤酒的生产不经高温杀菌，采用无菌膜过滤技术滤除酵母菌、杂菌，使啤酒避免了热损伤，保持了原有的新鲜口味，其口感新鲜，酒香清醇，口味柔和。最后一道工序进行严格的无菌灌装，避免了二次污染。另外纯生啤酒与一般的生啤酒又有所区别，纯生啤酒是采用无菌膜过滤技术，滤除了酵母菌和杂菌，保质期可达180d；生啤酒虽然也未经高温杀菌，但

13、它采用的是硅藻土过滤机，只能滤掉酵母菌，杂菌不能被滤掉，因此其保质期一般在37d。因此纯生啤酒具有很长的保质期12。1.2啤酒生产基本工艺介绍1.2.1新型啤酒发酵设备（1）圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐）这种发酵罐目前已广泛用于上面或下面发酵啤酒后生产。锥形罐可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在该罐进行（一罐法）。这种设备的优点在于能缩短发酵时间，而且具有生产上的灵活性，能适合于生产各种类型啤酒的要求。其优点是能缩短发酵时间，而且具有生产上的灵活性，故能用于各类啤酒的生产要求。目前国内外啤酒厂使用较多的是锥形罐。本设计也是采用这种发酵罐进行啤酒发酵生产。如图1-1所示。（2）

14、联合罐这是近几年在美国出现的一种叫“Universal”型的发酵罐。这是一种具有较浅锥底的大直径（高径比为1.1:1.3）的发酵罐，能在罐内进行机械搅拌，并具有冷却装置。如图1-2所示。图1-1 圆筒体锥底发酵罐Figure 1-1Fermentation tank with cylinder cone bottom图1-2联合罐Figure 1-2 Universalfermentation tank这种联合罐在发酵生产上的用途与锥形罐基本相同，既用于前后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。因而它适合多方面的需要，故又称为通用罐。它的主体是一个圆柱体。由带人孔的薄壳垂直圆柱体，拱形顶有足够斜度

15、的除去酵母的锥底所组成。罐体采用15cm厚的聚尼烷作保温层，聚尼烷是泡沫状的，外面还要包盖能经受风雨的铝板。联合罐可以采用机械搅拌，也可以通过对罐体的精心设计达到同样的搅拌作用4。（3）朝日罐朝日罐又称朝日单一酿槽，它是1972年日本朝日啤酒公司试制成功的前发酵和后发酵合一的室外大型发酵罐。朝日罐与锥底罐具有相同的功能，但生产工艺不同。它的特点是利用离心机回收酵母，利用薄板换热器控制发酵的温度，利用循环泵把发酵液抽出又送回去。这三种设备互相组合，解决了前、后发酵温度控制和酵母的控制的问题，同时也解决了消除发酵液不成熟的风味，加速啤酒的成熟。因此利用朝日罐进行一罐法生产啤酒的优点是：可加速啤酒的

16、成熟。发酵时罐的装量达96%，提高设备利用率9。1.2.2啤酒发酵技术（1）浓醪发酵1967年开始应用于生产。是采用高浓度麦汁进行发酵，然后再稀释成规定浓度成品啤酒的方法。它可在不增加或少增加生产设备的条件下提高产量。原麦汁浓度一般为16°P左右。（2）快速发酵快速发酵是通过控制发酵条件，在保持原有风味的基础上，缩短发酵周期，提高设备利用率，增加产量。快速发酵法工艺控制条件为：在发酵过程某阶段提高温度；增加酵母接种量；进行搅拌。（3）连续发酵1906年已有啤酒连续发酵的方案，但直到1967年才得到工业化的应用。主要应用国家有新西兰、英国等。由于菌种易变异和杂菌的污染以及啤酒的风味等问

17、题，使啤酒连续发酵工艺的推广受到限制6。1.3啤酒的发展与现状啤酒的起源与谷物的起源密切相关。人类使用谷物制造酒类饮料已有8000多年的历史。已知最古老的酒类文献，是公元前6000年左右巴比伦人用黏土板雕刻的献祭用啤酒制作法。公元前4000年美索不达米亚地区已有用大麦小麦蜂蜜制作的16种啤酒7。公元前3000年起开始使用苦味剂。但首次明确使用酒花作为苦味剂是在公元768年。啤酒的酿造技术是由埃及通过希腊传到西欧的。在中世纪的德国，啤酒的酿造业主结成了坚强的同业公会。使用啤酒花作苦味剂的德国啤酒也已输往国外，不来梅汉堡等城市均因此而繁荣起来。17世纪之后，啤酒作为近代工业迅速发展，使美国成为超过

18、德国的啤酒生产国。19世纪，酿造学家相继阐明有关酿造技术。1857年，巴斯德确立生物发酵学说；1845年，巴林阐明发酵度理论；1881年，汉森发明了酵母纯粹培养法，使啤酒酿造科学得到飞跃的进步，由神秘化经验主义走向科学化。蒸汽机的应用，1874年林德冷冻机的发明，使啤酒的工业化大生产成为现实。目前全世界啤酒年产量已居各种酒类之首。19世纪末，啤酒输入中国。1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂；但直到1935年，这期间生产技术掌握在外国人手中，生产原料麦芽和酒花都依靠进口。1949年以前，全国啤酒厂不到十家，总产量不足万吨。1949年后，中国啤酒工业发展较快，并逐步摆脱了原

19、料依赖进口的落后状态。纯生啤酒是20世纪末在我国兴起，起源于20世纪90年代中期，我国最早的纯生啤酒是珠江啤酒厂生产的，1998年投放市场。纯生啤酒的酿造是啤酒界的一次革命，从原料、工艺、设备、均与传统酿造啤酒有着巨大的区别，突出的特点就是无菌酿造、设备价值昂贵、生产成本加大，仅检测费用比普通啤酒高20倍，可以说纯生啤酒是高科技产品，因此它的价格较高8。我国目前有四平金士百啤酒，北京燕京，陕西汉斯，广东珠江，青岛啤酒，四川雪花等厂家生产纯生啤酒。我国年生产啤酒近2200万吨，但目前纯生啤酒产量还不足50万吨，在日本纯生啤酒产量占啤酒总产量的95%，德国占50%，而我国还不到3%，但是，纯生啤酒

20、已代表中国啤酒市场的发展方向，是啤酒业的一次革命，它符合消费潮流，前景广阔。数据显示，今年上半年全国啤酒行业继续保持平稳发展的态势，累计生产啤酒1642万千升，同比增长14.2%，啤酒行业景气度上升。从半年报看，上半年很多上市公司业绩表现良好。青岛啤酒、燕京啤酒今年上半年实现净利润分别达20199.65万元、15442.65万元，同比增长23.81%、5.25%9。随着国民经济的发展，消费升级时代的到来，啤酒、乳品等以往非主流食品消费量得到大幅提升。我国啤酒产量从2000年的223.1万吨一路飙升到2010年的423.6万吨，年均增长率接近50%。同时，我国还有大量消费群体未开发，巨大的农村市

21、场还未充分挖掘，有巨大的潜在消费力作保证，啤酒行业的增长趋势将会得到延续。数据统计，二季度内，241只基金合计向食品饮料、批发与零售贸易、机械设备仪表三个行业投入350亿元，上述三个行业的市值增长占到基金新增市值的七成，啤酒板块成为基金热衷的增持对象。特别的是纯生啤酒具有“熟啤酒”相同的生物稳定性和非生物稳定性，又有较长时间内保持啤酒的新鲜程度（风味稳定性）和较好的口味、以及良好的酒体外观和泡沫性能。在目前的发展趋势来看，愈发受到广大消费者的青睐10。因此，一个优良的生产工艺的设计是迫不及待的。2 啤酒发酵工艺设计2.1纯生啤酒的酿造基本控制因为纯生啤酒生产的整个生产过程均要求严格的无菌操作，

22、所以本设计中对整个酿造过程要求非常严格的污染控制能力和产品质量的管理能力。（1）纯种酿造的关键-啤酒酵母 纯生啤酒的生产是纯种酿造和有效控制后期污染的有机地结合。任何杂菌的存在都会影响啤酒的质量。 （2）选择良好的酒基 经过发酵、后熟的啤酒，应具有良好的质量（包括风味、泡沫、非生物稳定性和满足理化指标要求）。生产中应认真做到：把好原料关、选好菌种、严格生产工艺与操作。 （3）保证有可靠的无菌生产条件 纯生啤酒生产就是在生产过程中有效控制杂菌的结果，而不是通过各种手段处理的结果。生产过程中严格控制杂菌是纯生啤酒生产的关键，无菌过滤和无菌灌装则是生产的辅助手段。因此，啤酒整个生产全过程要尽量做到没

23、有或基本没有杂菌污染，才能保证纯生啤酒的质量和减少后期处理的工作负荷量。 （4）在前道工序严格控制微生物污染的基础上，生产纯生啤酒进行的无菌过滤要满足以下要求：无菌过滤的有效性，对任何微生物除去率要达到要求，并且不会影响啤酒的口味、泡沫等质量要求；选用合理的无菌过滤组合，一般要求应按深层过滤-表面过滤-膜过滤的顺序进行组合，其孔径选择为：深层过滤13m、表面过滤0.81m、膜过滤0.450.65m。应配置两组过滤组合，以保证正常生产；具有独立的CIP和膜再生系统； （5）纯生啤酒包装时，要有以下基本要求：包装容器清洗系统（含瓶、易拉罐、生啤酒桶）应保证清洁、无菌；对灌装车间，灌装机可以放在一个

24、密闭的无菌房间内，室内空气要进行有效的过滤，室内对室外保持正压，约0.030.05kPa；对输送啤酒瓶的输送链，在未灌装啤酒、密封以前的部分应使用带有消毒作用的链润滑剂，同时在灌装机前的部分输送链应有不断清洗装置，确保整个输送链的卫生；生啤酒灌装线的洗瓶机，应采用单端进出，防止进瓶端的污瓶污染出瓶端的洁净瓶；洗净的啤酒瓶在输送到灌装机的过程中，要有密闭的防护罩，避免灰尘、飞虫等的污染12。2.2原料的选择本设计中选择的主要原料是大麦，水，酒花，酵母及辅料。大麦大麦是啤酒生产的重要原料，要先将起制成麦芽，才能再用于酿酒。它不仅淀粉含量高而且还为糖化时提供了各种丰富的酶系和含氮物质，这为后发酵过程

25、提供了良好的物质基础。水水是啤酒含量最多的成分，在酿造的过程中，水中各种离子的作用不可低估，在一定程度上影响酵母的生产和啤酒的质量。故设计中需要对用水量进行衡算。酒花酒花对啤酒的质量非常重要，它不仅赋予啤酒特殊的苦味，同时也影响啤酒的苦味与香气。酒花又称忽布花、蛇麻花，其学名为 Hunmulus Lupulus L，属荨麻科葎草属，为多年生蔓性草本植物，雌雄异株，酿酒上均用雌花。酒花的主要化学成分包括：酒花树脂、酒花油和多酚物质13。在啤酒酿造中酒花的作用是： （1）赋予啤酒特殊的香气与清爽的苦味；（2）形成啤酒优良的泡沫，增加啤酒的泡沫性和稳定性；（3）使蛋白质沉淀，有利于麦汁的澄清；（4）

26、酒花有抑菌作用，能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力；（5）酒花对啤酒酿造的不利影响是，酒花中的花色苷能引起啤酒的非生物性浑浊。酵母根据酵母的特性不同，可以将酵母分为上面酵母（Saccharomyces cervisiae Hansen）和下面酵母（Saccharomyces Carlsbergensis Hansen）啤酒酵母中几乎不含脂肪、淀粉和糖，而含有绝佳的蛋白质、完整的B族维生素、多种生物态矿物质及优质膳食纤维。“三低四优”是对其营养特点的高度概括：低脂、低糖、低热量（不含胆固醇），优质完全蛋白质（含人体必需的8种氨基酸）、完整的B族维生素群、14种生命结合态的优质矿物质、优质功能性膳食纤维

27、。营养酵母的特点是均衡营养，其营养成分的构成特别适合人体的需求，能够平衡由于饮食结构不合理而带来的营养失衡和消除缓解由此而引发的健康问题14。啤酒酵母是一种非常安全、营养丰富、均衡的食用微生物，啤酒酵母是吸收麦芽精华后，通过运用现代生物技术把酵母加工成纯天然的营养食品，可以直接食用。啤酒发酵而言酵母的作用是至关重要的，它直接影响着啤酒的口味和特点。因此在进行酿造前需要选择优良的酵母。优良啤酒酵母的评估包括：细胞形态呈圆形或卵圆形；生长繁殖力强；发酵活力高；凝聚性强；双乙酰还原能力强；耐压能力强；有稳定的遗传性能；具有良好的啤酒风味和泡沫性能。辅料使用辅料是为了提供廉价的浸出物或糖类，这样会减少

28、麦芽的使用量，降低啤酒生产的成本。主要的辅料有大米、玉米、小麦、糖和淀粉糖浆。本设计所采用的辅料为大米18。2.3原料的制备2.3.1 粗选、分选（1）粗选供生产啤酒用的大麦，由于含有泥土、砂石、草屑、杂谷或金属等杂质物，所以在浸麦前要采用粗选机将大麦进行清理。本设计采用三级振动筛进行大麦的原料的粗选，筛体往复运动的振幅大小，可调节偏重块的重量来达到。物料中的轻杂质由前后风道排出。由于物料在筛上面运动，砂石及其他杂质按其形状的不同分级清理出来，使被加工谷物达到整洁。（2）分选分选目的是进一步清除大麦中的灰尘、麦芒、杂谷、碎麦等夹杂物，并将大麦按麦粒度进行分级15。浸麦、发芽浸麦是将经精选后的大

29、麦置于浸麦槽中浸渍。精选大麦在用水浸渍过程中，由于浸渍水的循环置换及通入压缩空气，使大麦得到进一步清洗，并排除二氧化碳。大麦的含水量由原来的13%左右增加至4348%，同时麦粒因得到通风而增强了发芽的活力。发芽大麦是酿造啤酒的主要原料，但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，大麦发芽后成为绿麦芽。2.3.3 干燥、除根干燥大麦经过粗选、分选、浸渍、发芽后制成的绿麦芽还必须经过干燥将它制成干麦芽，以利于长期贮藏。干燥的目的是使麦芽的含水量从45%左右降至3.5%左右，并通过烘焙而增加麦芽特有的色、香、味，同时使麦根容易脱落。除根经干燥后的干麦芽不能马上用于酿酒，因麦根

30、中含有其它杂质，而且苦味，会破坏啤酒的味道和改变啤酒的色泽，所以必须用除根机除去已干燥的麦根，并利用风力清除其它杂质。2.4麦芽的糖化2.4.1 糊化、糖化糊化淀粉在常温下不溶于水，但当水温至53以上时，淀粉的物理性能发生明显变化。淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化。糊化后的产物又叫糊精。糖化是利用糖化酶将糊化产物糊精或低聚糖进一步水解转化为麦芽糖的过程。混合醪被泵入煮沸锅之前需先在过滤槽中去除其中的麦芽皮壳，并加入酒花再二次煮沸。2.4.2 过滤过滤是产品分离的一种方法，在啤酒生产过程中多次用到过滤技术，其主要原理是根据各种物质分子或颗粒的大小、形状、酸碱性和其他物

31、化性质的不同进行分离产物的技术。煮沸、冷却煮沸在煮沸锅中，混合醪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酒花分离器和回旋沉淀槽以除去不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。冷却洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入薄板换热器冷却，冷却至主发酵温度6。随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。2.5 麦芽汁的发酵广义的发酵是指利用生物体（包括微生物、植物细胞、酵母菌等）的代谢功能，使有机物分解的生物化学反应过程。狭义的发酵是指微生物通过无氧氧化将糖类转变成乙醇的过程。发酵分为有氧发酵和无氧（厌氧）发酵。啤酒发酵属于无氧发酵。在啤酒发酵的过程中，人工培养的酵母将麦芽

32、汁中可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳，生产出啤酒。发酵在8h内发生并以加快的速度进行，积聚一种被称作“皱沫”的高密度泡沫。这种泡沫在第3或4d达到它的最高阶段。从第5d开始，发酵的速度有所减慢，皱沫开始散布在麦芽汁表面，必须将它撇掉。酵母在发酵完麦芽汁中所有可供发酵的物质后，就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。随之温度逐渐降低，在610d后主发酵就完全结束了。整个过程中，需要对温度和压力做严格的控制。主发酵结束以后，绝大部分酵母沉淀于罐底。将这部分酵母回收起来以供下一罐使用。除去酵母后，生成物嫩啤酒继续在此锥形罐内培养，即后发酵。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐

33、成熟。成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在721d16。2.6 成熟纯生啤酒的过滤2.6.1 过滤方法经过后发酵的成熟酒，大部分蛋白质颗粒和酵母已经沉淀，少量悬浮于酒中，须滤除方能包装。对啤酒的分离要求是：产量大，质量高（透明度高），劳动条件好，CO2损失小，不易污染，不影响风味，啤酒不吸收氧。实际上不论何种方法要达到十全十美的效果很困难的。普通成熟啤酒的过滤多采用硅藻土过滤法。或者经过高温灭菌处理的熟啤酒，但这种方法减少了啤酒原有的香醇、新鲜味，存在口味上的不稳定性。而本设计中纯生啤酒由于采用了无菌膜过滤能保证啤酒内微生物含量只在每瓶12个之间，所以不需要经过巴氏杀菌，由于酒花里面含防腐成

34、分能抑制微生物的繁殖，加上罐装为无菌罐装,所以可以保证啤酒的质量。操作和设备要求基本上没多大的变化。膜过滤技术在纯生啤酒生产中广泛采用静态膜过滤对啤酒除菌，膜过滤具有较好的微生物可靠性、合理的经济性和优良的品质性。其原理是：膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的分离和浓缩的目的17。啤酒预过滤为了减轻低温无菌膜过滤系统的微生物负荷，因此本设计中对纯生啤酒需先经预过滤处理

35、，即一般是在硅藻土过滤后搭配无菌过滤纸板精滤或过滤精度为12tma的膜过滤，将清酒中的微生物数量控制在50个/l00mL以下。在硅藻土过滤机和精滤机杀菌时各点的温度都要求达到8590，同时过滤用的硅藻土和添加剂用水全部要使用无菌水或脱氧水。清酒输送系统和管道采用固定管道和自动转罐系统，以减少微生物的污染机会。低温无菌膜过滤建立低温无菌膜过滤系统双座阀、压力变送器校验和完整性测试异常情况处理等管理制度。由于CIP清洗和过滤过程中的压力波动会对膜滤芯产生冲击作用，清洗和过滤过程要严格监控压差波动情况，膜系统压差偏高时要对成品酒进行扩大抽样检查。膜过滤出口酒液在取瞬时样的基础上可增加用全自动取样阀取

36、连续样，每隔一定时间换一次瓶，酒液全部抽滤处理。膜过滤连续生产时间一般不要超过12h。滤芯在使用一段时间后，要定期拆开进行内部检查和滤芯单支完整性检测，以确保每支滤芯处于完好状态8。2.7无菌灌装国内空气质量一般都不太令人满意，因此为保险起见，无菌灌装应考虑在无菌室内进行。无菌室内洁净度要求达到万级或更高级别，无菌室内通入经过除尘、除菌过滤处理的空气，并保持一定正压，温度控制在1826，相对湿度控制5065%。每天生产前对无菌室的空气进行一次臭氧灭菌，以保持空气的无菌洁净度。2.7.1 啤酒瓶生产纯生啤酒的玻璃瓶最好采用新瓶。瓶子在洗瓶机中经过碱洗和热水洗后最后采用无菌水喷淋冲洗，使啤酒瓶中保

37、持一定量的二氧化氯含量。另外在冲瓶机以及灌装机中均采用110130的饱和蒸汽杀菌，可使瓶子达到无菌要求。瓶盖纯生啤酒所用的瓶盖要求供应商在无菌状态下制成并用无菌塑料袋装好后装入纸箱，确保盖在运输和贮存过程中不受到污染。瓶盖在进入无菌问到倒入贮斗时都要在无菌状态下进行，另外，在封盖前经过紫外线杀菌，以确保无菌。工艺用水无菌室设备内部和外部清洗用水、击泡用水、润滑用水等工艺用水全部采用无菌水。无菌水需先经多级袋式过滤或膜过滤除去水中的杂菌后，再添加0.31.2mg/L二氧化氯处理。而击泡水在使用前要再经过8085的高温加热处理。2.7.4 灌装设备灌酒机应采用无死角电子阀，管道连接应采用最高等级防

38、渗漏带自清洗的双座阀、三座阀。灌装区域即使配有自动泡沫清洗系统，操作人员也要定期将不容易清洗的部件手动拆开清洗，对灌装区域的空间空气每周用雾化的消毒剂消毒一次。灌装设备每灌装4h进行一次泡沫清洗，能有效抑制微生物在设备表面生长15。2.8 CIP系统CIP即：Clean In Place的缩写，原位清洗（在线清洗、就地清洗）。 CIP系统是酿造工序的重点系统，在日常工作中技术人员和操作人员要加强检查，注意检查清洗液浓度和温度、杀菌剂的添加程序和浓度，以及清洗时间（要求回流温度达到工艺要求时才开始计时）等操作是否符合工艺要求。CIP系统管道走向和布置应合理，不能存在卫生死角。每月应对CIP系统罐

39、进行一次酸洗或碱洗和全面检查，并对CIP系统的微生物状况进行检测，避免CIP系统本身成为污染源。要定期校验CIP泵的输出量、检查清洗喷球的畅通情况，并定期拆开罐体附件检查内部清洁状况，以确保CIP清洗效果。2.9 人员无菌室工作人员资格：具用广泛的技术知识，工作负责，对卫生问题有敏锐触角。公司应定期对工作人员进行食品卫生及微生物基本知识、卫生检查及管理、灌装线的清洁及杀菌措施和紧急应对措施的培训，不断提升员工的素质。工作人员（尤其要强调的是设备维修人员）进出无菌室必须按一定程序换鞋、换无菌服、戴工作帽及手部消毒，无关人员一律不能进入无菌间，以减少外来污染。2.10厂址选择厂址的选择要符合城市规

40、划和微生物发酵对环境的要求。工厂靠近原料产地、水源和电源。有一定的基建施工条件和良好的交通运输条件。2.11工艺流程图图2-1啤酒生产工艺流程图Figure 2-1 Process flow diagram of beer production3物料衡算物料衡算是工艺计算的基础，在整个工艺计算中开始得最早，并且是最先完成的项目。本设计中的物料平衡计算主要项目为原料（大麦麦芽、大米）和酒花用量，热麦芽汁和冷麦芽汁量，废渣量（糖化糟和酒花糟）等。3.1啤酒糖化车间工艺流程示意图啤酒糖化车间工艺流程见图2-1。3.2啤酒生产基础数据本设计中啤酒生产基础数据见表3-1。表3-1 啤酒生产基础数据表Ta

41、ble 3-1 Basic data of beer production项目名称百分比（%）定额指标原料利用率98麦芽水分6大米水分12无水麦芽浸出率78无水大米浸出率90原料配比麦芽70大米30啤酒损失率冷却损失7发酵损失2过滤损失1装瓶损失2总损失123.3 100kg原料生产量的物料衡算（1）热麦汁计算根据表3.1 可得原料的收率分别为：麦芽汁收率： 无水麦芽浸出率×(1麦芽水分)= 78%×(100-6)%=73.32%大米收率为：无水大米浸出率×(1大米水分)=90%×(100-12)%=79.2%混合原料收率为：(麦芽比例×麦芽收

42、率+大米比例×大米收率)×原料利用率=(0.70×73.32%+0.30×79.2%)×98%= 73.58%由上可得100kg混合原料可制得10°P 热麦汁量为：(混合原料收率×100)/10% =735.8kg又知10°P麦汁在20时的相对密度为1.084，而10热麦汁比20时的麦芽体积增加1.04倍。故热麦汁（100）体积为：V热麦汁=735.8÷(1.084×1000)×1000×1.04=705.93(L)（2）冷麦汁量为：V冷麦汁= V热麦汁×(1-冷却

43、损失)=705.93×(1-0.07)=656.52(L)（3）发酵液量为：V发酵液= V冷麦汁×(1-发酵损失)=656.52×(1-0.02)=643.39(L)（4）过滤酒量为：V过滤酒= V发酵液×(1-过滤损失) =643.39×(1-0.01)=636.95(L)（5）成品啤酒量为：V成品= V过滤酒×(1-装瓶损失)=636.95×(1-0.02)=624.22(L)3.4生产100L的10度纯生啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产10°P纯生成品啤酒624.22L，故可得以下结

44、果： （1） 生产100L的10°P纯生啤酒需耗混合原料量为：G原料=100kg混合原料×100/V成品 =100×100/624.22=16.02 (kg)（2） 麦芽耗用量为：M麦芽=G原料×麦芽比例=16.02×70%=11.21(kg)（3） 大米耗用量为：M大米=G原料×大米比例=4.81(kg)（4） 酒花耗用量：对纯生啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%故酒花好用量为：M酒花 =V热麦汁/V成品×100×0.2%=(100/624.22)×735.8×0.2%=0.24(kg)（5

45、） 热麦汁量为：V热麦汁=V热麦汁/V成品×100=(16.02/100)×705.93=113.09(L)（6） 冷麦汁量为：V冷麦汁=V热麦汁/V成品×100=(16.02/100)×656.52=105.18(L)（7） 湿糖化糟量 设排除的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：M麦芽糖 =(1麦芽水分) (1无水麦芽浸出率)/(180%)×M麦芽=(1-0.06) (100-78)/(100-80)×11.21=11.59(kg)而湿大米糟量为：M大米槽=(1麦芽水分) (1无水麦芽浸出率)/(180%)×M大米

46、=(1-0.12) (100-90)/(100-80)×4.81=2.12(kg)故湿糖化糟量为：11.59+2.12=13.71(kg)（8） 酒花糟量 设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，酒花糟水分含量为80%，则酒花糟为：M酒花槽=(1干酒花浸出率)/(1酒花槽含水量)×M酒花=(100-40)/(100-80)×0.24=0.72(kg)3.5 年产10万吨10度纯生啤酒酿造车间物料衡算表本设计中设定生产旺季为150天，每天糖化4次，淡季150天每天糖化2次，每年总糖化次数为900次。由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。每糖化一次生产的成品啤酒量为

47、：100000/900=111.111吨/次=111111kg/次10°P纯生啤酒相对密度为1.012，则糖化一次生产成品啤酒体积为：V=111111/1.012=108825.66L根据有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，得出本设计的物料衡算表，如表3-2所示。由表可得出本设计中实际年生产啤酒量为：97950000L×1012kg/m3=99125t表3-2 物料衡算表Table 3-2 Material balance物料名称单位100kg混合原料100L啤酒糖化一次定额量100000t/a啤酒生产混合原料Kg10016.0217434.001.57×1

48、07大麦Kg7011.2112203.801.10×107大米Kg304.815230.204.71×106酒花Kg1.500.24261.182.35×106热麦汁L705.93113.09123072.4911.08×107冷麦汁L656.52105.18114457.4210.30×107湿糖化糟Kg72.3511.5912612.891.13×107湿酒花糟Kg4.500.72783.540.70×106发酵液L643.39103.07112168.2710.10×107过滤酒L636.95102.0411

49、1046.5910.10×107成品啤酒L624.22100.00108825.669.79×107备注：10度纯生啤酒的密度为1012kg/m34 热量衡算4.1 糖化工艺流程示意图图4-1 糖化工艺流程Figure 4-1 Saccharification process注：其中t为中间温度85.75 。4.2 糖化车间的热量衡算热量衡算的目的在于定量研究生产过程，为过程设计和操作最佳化提供依据。热量衡算在生产过程中发挥着重要作用：（1）通过热量衡算，计算生产过程能耗定额指标。应用蒸汽等热量消耗指标，可对工艺设计的多种方案进行比较，以选定先进的生产工艺；或对已投产的系统

50、提出改造或革新，分析生产过程的经济合法性，并找出生产上存在的问题。（2）热量衡算是设备类型的选择及确定其尺寸、台数的依据。（3）热量衡算是组织和管理生产、经济核算和最优化的基础。其结果有助于工艺流程和设备的改进，达到节约能源、降低生产成本的目的15。4.2.1 糖化过程中工艺要求及基础数据由物料衡算结果表明，糖化一次用大米量 G大米 =5230.20kg，工艺要求糊化锅中加入的麦芽粉量为大米粉量的20%，即：G麦芽= 20%G大米=5230.20×20%=1046.04kg 所以糊化锅中的原料为： G糊= G大米+G麦=5320.20kg+1046.04kg=6274.24kg糊化锅

51、中料水比为1:4.5糖化锅中料水比为1:3.54.2.2 糖化工艺的热量衡算（1）糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为：G1=(G大米+G麦芽)×4.5=(5230.20+1046.04)×4.5=28234.08kg而糖化锅加水量为：G2=11157.76×3.5=39025.16kg式中11157.76为糖化一次糖化锅中投入的麦粉量，即12203.80-1064.04=11157.76kg，而12203.80为糖化一次麦芽定额量，故糖化总用水量为： Gw=G1+G2 =28234.08+39052.16=67286.24kg 来水温度取18，而糖化配料用

52、水温度t2=50，故耗热量为： Q1=(G1+G2)cw(t2-t1)=67286.24×4.18×(50-18)=9000207.46kg式中 cw水的比热容，取cw=4.18 kJ(kg·)（2）第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程图可知Q2=Q2+ Q2+ Q2 式中 Q2糊化锅内米醪由初温t0加热至100耗热量（kJ）Q2煮沸过程蒸汽带走的热量（kJ）Q2热损失（kJ） 糊化锅内米醪由初温t0加热至100耗热量Q2Q2=G米醪c米醪(100-t0)式中 G米醪糊化锅内大米粉、麦芽粉和水的总量，G米醪G大米+G麦芽+G1=5230.20+1046.04+2

53、8234.08=34510.32kgc米醪米醪的比热容 kJ(kg·)计算米醪的比热容 根据经验公式：C容物=0.01(100-W)c0+4.18W式中 W含水百分比C0绝对谷物比热容，取c0=1.55 kJ(kg ·)故：c麦芽=0.01(100-W)c0+4.18W =0.01(100-3) ×1.55+4.18×6=1.754 kJ(kg ·)c大米=0.01(100-W)c0+4.18W =0.01(100-12) ×1.55+4.18 ×12 =1.907kJ(kg ·)C米醪=(G大米c大米G麦芽c麦芽

54、G1CW)/(G大米G麦芽G1)=(5230.20×1.907+1046.04×1.754+28234.08×4.18)/(5230.20+1046.04+28234.08)=3.762kJ(kg ·)米醪的初温t0，设原料的初温为18，而热水温度为50，则 t0=C米醪=(G大米c大米+G麦芽c麦芽)×18+G1CW×50)/(G米醪c米醪)=47.09把上述结果把上述结果代回上式得Q2= G米醪c米醪(100-t0)=34510.32×3.762×(100-47.09)=6869190.16kJ 煮沸过程中蒸汽

55、带出的热量Q2设煮沸时间40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为：V1= 5%G米醪×40/60=34510.32×5%×40/60=1150.34kg故Q2=1150.34×2257.1=2596556.48kJ式中I煮沸温度（约100）下水的汽化潜热，取I=2.2257 kJ/kg 热损失Q2米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的15%，即Q2=15%(Q2+Q2)第一次米醪煮沸耗热量Q2把上述计算结果代入式，得Q2= Q2+Q2+Q2=1.15(Q2+Q2)=1.15(6869190.16+2596556.48)=10885608.64kJ（3）第二次煮沸前混合醪升温至70的耗热量Q3按糖化工艺，来自糊化锅煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63。故混合前米醪先从100冷却到中间温度t。 糖化锅中麦醪的初始温度： t麦醪：麦醪的比热容为：c麦醪 =(G麦芽c麦芽+G2