大学毕业论文--年产15万吨11度淡色啤酒厂设计

摘要广东石油化工学院：低分子量水溶性壳聚糖的制备和分子量测定年产15万吨11度淡色啤酒厂设计年产15万吨11度淡色啤酒厂设计基础参数基础数据：生产规模：150000t/年产品规格：11度淡色啤酒生产天数：330天/年原料配比：麦芽：大米=70:30原料利用率：98.5%麦芽水分6%大米水分：13%无水麦芽浸出率：76%无水大米浸出率：75%麦汁冷却澄清损失：热麦汁量的8%冷却损失：2.7%发酵损失：1.5%过滤损失：0.9%装瓶损失：0.7%总损失：9%糖化次数：生产旺季（8个月）6次/天生产淡季（3个月）4次/天设计内容：(1)根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。(2)工艺计算：全厂的物料衡算；糖化车间的热量横算（即蒸汽耗量的计算）；糖化用水量的计算；发酵车间耗冷量计算。(3)糖化车间、发酵车间设备的选型计算；包括设备的容积、型号、主要尺寸。设计要求：1.根据以上设计内容，书写设计任务说明书。广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：年产15万吨11度淡色啤酒厂设计第二章厂址的选择厂址选择是基本建设前期工作的重要环节，在工厂设计中有明显的政治经济技术的意义。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厂址的选择应该作到深思熟虑和严谨从事。根据我国的具体情况，食品工厂一般建在距原产地附近大中城市的郊区。由于啤酒属于消费性强的休闲饮品，为了有利于销售，所以选择建于市区比较合适。这样不但可以获得足够的原料，而且利于产品的销售，同时还可以减少运输费用。2.1厂址选择的原则(1)厂址的位置要符合城市规划（供气、供电、给排水、交通运输等）和工厂对环境的要求。(2)厂址地区要接近原料基地和产品销售市场，还要接近水源和能源。(3)具有良好的交通运输条件。(4)场地有效利用系数高，并有远景规划的最终总体布局。(5)有一定的施工条件和投产后的协作条件。(6)厂址选择要有利于三废处理，保证环境卫生。(7)选厂中还应尽量了解施工期间水电供应，劳动力求来源，施工工人居住生活，施工机械、预制场地、建材的运输、堆放等条件的利便情况。2.2自然条件及能源根据食品工厂厂址选择的要求，将啤酒厂建于广州市郊区内。厂址地势平坦，周围无污染源，符合标准。场地面积有利于合理布置，符合工厂发展需要，并有一定扩建余地。该地自来水使用方便，且水质良好，可不用地下水，减少处理费用。接近排水系统，有利废水排放。供电系统也配备良好，可以满足生产需要。附近有居民区和学校，方便销售。2.3政治经济和交通该地区在城市规划区内，经规划部门批准，符合规划布局。并且接近销售渠道，有良好的经济开发前景。附近有发达的交通运输条件，接近高速公路与铁路，使原料入厂和啤酒出厂顺利进行。2.4厂址选择结果本设计的厂址选择在广州市南沙开发区。广州市南沙经济开发区位于广州市的东南部、伶仃洋的西岸。规划面积为544平方公里，期中陆地面积为338平方公里。它位于珠江三角洲的地理几何中心，方圆100公里范围内把整个珠江三角洲城市群都网络其中。南沙水路距香港38海里，距澳门41海里。周边有广州、珠海、深圳、香港、澳门等五大国际机场。南沙背靠着珠江三角洲4000万人口的广阔市场腹地。又通过穗、深、港、澳等大城市连着海内外市场，战略位置突出，具有很强的市场潜力和辐射力。在这里建厂，原因有以下几个方面：第一：市场广阔。优越的地理位置、庞大的消费市场、辽阔的辐射区域，为投资者提供了广阔的市场前景。第二：劳动力资源丰富。第三章总平面设计啤酒厂总平面设计3.1总平面设计原则(1)布置紧凑合理，节约用地，同时为长期发展有余地。(2)必须满足食品工厂卫生要求和食品卫生要求。(3)优化建筑物间距，按有关规划进行设计。(4)适合运输要求。3.2总平面设计(1)厂区主要建筑物：原料库、生产车间、冷库、配电室、锅炉房等。(2)全建筑物朝向有利于通风采光。(3)配电室靠近生产车间，减少能源消耗，锅炉房位于下风向。(4)在厂房四周种植草坪，保证绿化。(5)通盘考虑全厂布置，力求经济合理，充分考虑扩大生产。(6)方便生产，符合生产程序。3.3平面设计图（附图一）广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：年产15万吨11度淡色啤酒厂设计第四章啤酒生产工艺及论证第四章啤酒厂生产工艺及论证4.1原料4.1.1大米啤酒酿造用大米，原则上凡大米不论品种均可用来酿造，但从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味也愈好[2]。一般来说梗米优于山米，晚稻米优于早稻米，糯米优于非糯米。糯米酿造啤酒，发酵度适中，啤酒的口味纯净，泡持性好。由于大米淀粉含量高（75%～82%），无水浸出率高达90%～93%，无花色苷，含脂肪低（0.2%～1.0%），并含有较多泡持蛋白（糖蛋白）。本设计用大米（大米﹕麦芽=3﹕7）作辅料酿造啤酒，所酿造的啤酒色泽浅、口味柔和，泡沫洁白细腻，泡持性好，它是优良的啤酒辅料。现阶段有人应用正交旋转组合试验设计，研究了在挤压大米过程中添加酶制剂作啤酒辅料对糖化过程的影响规律。试验结果表明：用挤压加酶大米作啤酒辅料，淀粉利用率较高，其麦汁浸出物收得率提高了5.09%。在可见的未来，挤压膨化大米啤酒辅料是啤酒酿造技术发展趋势之一[25]。大米对啤酒风味的影响:正面：用大米做辅料，可以改善啤酒的色泽和风味，泡沫洁白细腻，泡持性耗，提高啤酒的非生物稳定性。负面：经过碾米后的精米，极不耐贮藏，在贮藏中由于呼吸作用、氧化作用、酶促分解，使米质恶化。特别是脂肪分解后形成脂肪酸，渗透进入胚乳，充塞于直链淀粉的螺旋圈内，导致阻碍淀粉吸水膨胀，使糊化困难。在酿制过程中不饱和的脂肪酸可通过酶和非酶氧化为过氧化物，进一步氧化为羟基化合物，形成啤酒风味老化的醛类物质。4.1.2麦芽大麦是啤酒生产的最重要的原料，先将其制成麦芽，再用于酿酒，麦芽不仅含有较高的淀粉，而且为糖化生产提供了各种丰富的酶系和含氮物质，为后续发酵过程提供良好的物质基础[4]。溶解良好的麦芽应该无霉杂味，麦芽香浓，牙咬发脆且松散。优质浅色麦芽具淡黄色而有光泽感。优良浅色麦芽糖化时间为10～15min，糖化时间代表着麦芽淀粉酶的综合性活动，时间愈短活力愈强。本设计采用淡色麦芽作为主要原料酿造啤酒。淡色麦芽的感官要求——淡黄色、有光泽、具有麦芽香味、无异味、无霉粒。在酿造时要先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和干燥的过程，即称为麦芽制造。大麦发芽后称绿麦芽，干燥后叫麦芽。麦芽的制造主要分为四个阶段：(1)精选后的大麦浸泡在水中，使大麦吸收水分，达到能发芽的要求，此阶段称为浸麦。根据设备和工艺要求的不同，有多种方法。(2)然后在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程中形成的酶系，使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽。大麦发芽的主要目的：胚乳细胞壁的部分或全部降解，使干燥后的麦芽变得疏松，更易粉碎，内容物质更容易溶出。(3)发芽完毕成为绿麦芽，利用热空气进行干燥。干燥的目的：使绿麦芽停止生长和酶的分解作用，除去多余的水分，防止腐烂，便于运输。使根部干燥便于除去，增加麦芽的色、香、味。(4)经过机械原理将麦芽的根除去。4.1.3水啤酒的主要成分是水，所以水的好坏对啤酒的影响很大。用于酿造啤酒的水应该是无色、透明、无沉淀、无味、总溶解盐150～200mg/L、PH值6.8～7.2、有机物（高锰酸钾耗氧量）0～3mg/L、铁盐（以Fe计）＜0.3mg/L、锰盐（以Mn计）＜0.1mg/L、氨态氮（以N计）＜0.1mg/L、氯化物（以Cl计）20～60mg/L、游离氯＜0.1mg/L。质量指标应符合啤酒大麦国家标准。通常，软水适于酿造淡色啤酒，碳酸盐含量高的硬水适于酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为：无色，无臭，透明，无浮游物，味纯正，无生物污染；硬度低；铁、锰含量低（含量高对啤酒的色、味有害，而且能引起喷涌现象）；不含亚硝酸盐。4.1.4酒花酿造啤酒过程中，添加酒花能赋予啤酒柔和优美的芳香和爽口的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性[2]。我国酒花主要产地新疆、内蒙、甘肃、青海、黑龙江及北京地区，均在北纬40°~50°。酒花栽培气温的要求，生长期14~19℃，开花期17~23℃，成熟期15~25℃。酒花宜在中性土壤、低地下水位、雨水少（但要有灌溉）、长日照（1700~2600h）的地区栽培。酒花的化学组成中，对啤酒酿造有特殊意义的三大成分为酒花精油、苦味物质和多酚。酒花中的-酸在麦汁煮沸时异构化，形成异-酸，赋予啤酒爽快的苦味。在传统麦汁煮沸过程中，酒花-酸只有50%能被利用，同时由于酵母吸附以及啤酒过滤，会进一步损失。所以，啤酒中-酸的总利用率很少超过40%，有时可能只有10%。为了最大限度提高-酸利用率，目前开发出多种异构化酒花制品，异构颗粒酒花就是其中的一种。颗粒酒花是目前世界上使用最广泛的酒花制品，也是国内啤酒企业应用最多的酒花制品。颗粒酒花较全酒花的利用率提高了10%～25%，贮藏和运输体积减少达80%以上。异构颗粒酒花是把-酸先经异构化处理，再用于啤酒酿造，酒花利用率提高90%以上[3]。多酚对啤酒质量有双重影响：一方面：是啤酒口味助剂能加强啤酒的醇厚性和抗氧化能力。在麦汁煮沸时及冷却过程中，能与蛋白质结合产生凝固物沉淀，促进非生物稳定性。另一方面：多酚能与啤酒中的蛋白质形成聚合体，是造成啤酒浑浊的主要原因，影响啤酒的非生物稳定性。要避免形成这种类型的浑浊，可以去除蛋白多酚或两者成比例的去除。采用吸附剂通过吸附作用除去啤酒中的多酚类物质，减少或者除去形成蛋白质多酚类物质复合物的前体。不但能提高啤酒的澄清度，还能使啤酒稳定延长啤酒的货架寿命，改善啤酒的风味。常用的吸附剂有：皂土、活性炭、硅胶、尼龙、PVPP等。由于PVPP具有生理安全性吸水性水不溶性络合性等特性，是一种性能优良的多酚类物质吸附剂被广泛应用于啤酒工业中[5]。表4.1酒花的感官评定内容鉴定情况外观花体整齐、完整；黄绿色，有光泽，叶片内花粉饱满，金黄色纯净度优良的酒花应不含叶、梗及其他杂物手感干燥良好的酒花有弹性，以手挫擦，有油腻的粘性感觉香味干燥良好的酒花以手挫擦，含有酒花特有的清香气味表4.2酒花的化学鉴定内容鉴定情况水分应在10%以内-酸香型酒花应在5%以上；苦型酒花应在8%以上软树脂香型酒花应在14%以上，苦型酒花应在16%以上4.1.5酵母啤酒酵母在麦汁中25℃培养三天，细胞为圆形、卵形、椭圆形到腊肠形。世界各大型啤酒厂均有自己独特的菌株，各菌株特性是由生产厂长期驯养、选育获得的。由于啤酒酵母种类不同，导致所酿造的啤酒风味也多种多样。啤酒酵母的凝絮特性是重要的生产特性，它会影响酵母回收再利用于发酵的可能，影响到发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法的选择，乃至影响到啤酒风味。金属离子对凝聚作用影响极大。特别是钙离子，一般认为在啤酒中Ca2+达到30mg/L以上，啤酒酵母才能呈良好的凝聚性其他二价离子也能促进凝聚，但远比Ca2+低[2]。啤酒酿造中，酵母主要起的作用就是降糖，产生二氧化碳和酒精。啤酒工厂为了确保酵母的纯度，进行以单细胞培养法为起点的纯粹培养。为了避免野生酵母和细胞的污染，必须严格啤酒工厂的清洗灭菌工作。评价酵母菌种优良与否，主要从以下几个方面考虑：形态学上的要求：细胞形态为圆形或卵圆形，优良菌株酵母短轴与长轴之比为1：（1.1～1.3），细胞大小趋向于中小型体积为（100μm3～160μm3），相同接种量，细胞比表面积大，发酵速度快。生理学要求：希望选择繁殖速度快的菌株，细胞倍增时间短，细胞密度增长快，短接种后的停滞期，很快进入对数生长期。发酵力的要求：主要指酵母对糖的发酵能力，希望酵母具有良好的合成麦芽糖和麦芽三糖渗透酶的能力，使酵母能利用麦芽糖、麦芽三糖进行发酵，提高发酵度。凝聚性和沉淀能力：凝聚性太强的酵母一般发酵速度较慢，发酵度偏低，双乙酰还原慢。要求凝聚性适中，即能达到较高的发酵度，又沉淀坚实，发酵完毕后能顺利从发酵液中分离。双乙酰峰值和还原速度：希望双乙酰峰值低，还原速度快。挥发性风物物质：要求酵母最终代谢产物赋予啤酒以良好的风味。酵母对压力的耐受力：希望酵母对压力有较强的耐受力。酵母的稳定性：希望酵母能抗变异，连续发酵10代以上发酵速度、发酵度、双乙酰含量及酒的风格无显著变化。主酵液和成品啤酒的风味品尝：不能有特殊的异香、异味。4.2啤酒生产工艺流程啤酒生产工艺流程如图1.所示沉淀槽沉淀槽冷却器粉碎机大米糊化锅加酒花麦芽粉碎机糖化锅过滤槽煮沸锅罐装灭菌清酒罐过滤机发酵罐扩培罐图1.啤酒生产工艺流程图4.3工艺原理及方法其主要过程有原料粉碎，糖化，过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。4.3.1原料粉碎原料粉碎的目的主要在于，使表皮破裂，增加麦芽本身的表面积，使其内容物质更容易溶解，利于糖化。按其粉碎类型来说，可以分为干粉碎和湿粉碎两种。大米的粉碎：对于大米来说，粉碎得越细越好，越利于糊化。辅料粉碎后的时间不能超过24h，防止发热结块。本设计采用湿法粉碎，原因是由于麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎，胚乳带水碾磨，较均匀，糖化速度快，可提高过滤速度20%～25%。麦芽在预浸槽中用温水（25～50℃）浸泡10～20min，使麦芽的含水量达到25%～35%，放走浸泡水，用加料锟把麦芽加入四锟式粉碎机中，带水粉碎，粉碎物在匀浆槽中加入30～40℃糖化水，匀浆后用醪泵送至糖化锅。4.3.2糖化及糖化工艺论证糖化方法糖化[6-9]是指将麦芽和辅料中的高分子贮藏物质及其分解产物，通过麦芽中各种水解酶类作用，以及水和热力作用，使之溶解并溶解于水。本设计采用双醪浸出糖化方法，所制麦汁色泽浅，粘度低，味柔和，发酵度高。特别适合酿造浅色淡爽型啤酒.而且操作简单，糖化时间短，在3小时内即可完成。目前我国用辅料酿造淡色啤酒的厂家大多采用此法。酿制的啤酒，色泽淡黄，泡沫丰富，洁白细腻，挂杯持久，具有特殊风味。整个糖化过程包括：淀粉分解，蛋白质分解，β-葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。糖化过程是原料的分解和萃取过程，它主要是依靠麦芽中各种水解酶的酶促分解和萃取过程。糖化过程中的工艺控制，主要是通过下述环节来进行：(1)选择麦芽的质量，辅料的种类及其配比、配料。(2)麦芽及非麦芽谷物的粉碎度。(3)麦芽中各种水解酶的作用条件，如温度、PH、底物浓度、作用时间。(4)加热的时间和温度。(5)有时还需通过外加酶制剂、加酸、无机盐进行调节控制。糖化时主要物质变化：(1)非麦芽谷物中淀粉的糊化和液化。(2)淀粉的糖化。(3)糖化过程中蛋白质的分解。(4)β-葡聚糖的分解。(5)麦芽谷皮成分的溶解。糖化的主要方法：煮出糖化法，复式浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化。在各种糖化方法中物料的主要变化是依据麦芽中各类水解酶的催化，糖化控制就是创造合于各类酶作用的最佳条件，各种糖化方法中有几段控制原理是相似的[2]。(1)酸休止。利用麦芽中磷酸酯酶对麦芽中菲汀的水解，产生酸性磷酸盐，有时还利用乳酸菌繁殖产生乳酸，此工艺条件是：温度为35～37℃，pH5.2～5.4，时间为30～90min。(2)蛋白质休止。利用麦芽中羧基肽酶分解多肽形成氨基酸（-氨基氮）和利用内切肽酶分解蛋白质形成多肽和氨基酸。蛋白质休止最佳pH为5.2～5.3，最适温度：形成-氨基氮为45～50℃，形成可溶性多肽为50～55℃，作用时间为10～120min。(3)糖化分解。淀粉分解成可溶性糊精和可发酵性糖，对麦芽中的β-淀粉酶催化形成可发酵性糖，最适温度为60～65℃（62.5℃）。-淀粉酶最适活性温度为70℃.这两个酶共同作用，最适pH为5.5～5.6，作用时间为30～120min。(4)糖化终了。无论哪一种糖化方法，糖化终了，必须使醪中除了-淀粉酶以外，其他水解酶均失活，此温度为70～80℃.在此温度范围内主要依据需保留-淀粉酶的量及考虑到过滤的需要。采用上限温度，醪粘度小，过滤加快，有害物质溶解多，-淀粉酶残留少。设计采用双醪浸出糖化法。辅料采用较大加水比进行糊化，并尽可能利用外加-淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多的麦芽，在糊化煮沸时，促进皮壳溶解和形成焦糖、类黑精。辅料糊化醪一次倒入糖化锅。经糊化后的大米醪与麦芽醪混合后，直接经过68℃保温30min，升温到78℃保温15min到过滤温度，然后过滤。糖化工艺曲线如图2.所示。曲线说明：(1)大米在糊化锅中与水混合，并升温煮沸糊化，与此同时麦芽与水在糖化锅内混合，46.76℃保温，进行蛋白质休止。(2)糊化过程是：糊化是在47.09℃恒温20min，加热到70℃保温20min，再加热到104℃煮沸30min.糖化过程是：在46.76℃保温30min进行蛋白质休止，对醪加热到糖化温度68℃，恒温60min再加热到78℃结束糖化过程。麦芽粉麦芽粉+50℃酿造水46℃30min20min大米粉+耐温α-淀粉酶+52℃酿造水1℃/min70℃20min47℃104℃30min5min68℃30minNnN70℃25min78℃15min20204060801001201401601802002202401030405060708090100糖化时间/min糖化温度/℃5min碘试不呈色图2.糖化工艺曲线糖化工艺论证：占投料总量30%的大米先在糊化锅中煮沸糊化。大米糊化温度高，若直接与麦芽一起糊化会造成大米糊化不完全，大米浸出率下降，浪费原料等。有时会破坏麦芽中的水解酶类，影响到原料的利用率。由于麦芽糖化力和粉碎度的因素，麦芽糖化宜采用分段式糖化方法：首先，在46.76℃进行蛋白质休止，目的是减少高分子氮比列，限制蛋白质过度分解。麦汁中有适量的可溶性氮及其分解中间产物能赋予啤酒醇厚丰满的口感；升温至68℃利用-和β-淀粉酶协助麦芽醪的糊化、液化，促进果糖、葡萄糖、麦芽糖等可发酵性糖的形成；然后在78℃麦芽中的水解酶类钝化；糖化醪的pH是随麦芽质量、酿造用水水质而变化，对于啤酒的糖化，一般在63～70℃温度范围内，-和β-淀粉酶的最适pH范围较宽，可以在pH5.2～5.8范围内波动，影响不大。4.3.3过滤糖化过程结束后，已基本完成了麦芽和辅料中高分子物质的分解、萃取。因此，必须在最短时间内，将糖化醪中的可溶性浸出物与不溶性的麦糟分离，获得尽可能多的澄清麦汁。麦汁的分离过程实际就是一个过滤过程，麦芽中的麦皮直接起到过滤介质的作用。滤槽将麦汁中的水溶性浸出物和非水溶性麦槽等物质分开。麦汁经煮沸加入颗粒酒花，然后经迴旋沉淀槽将热麦汁与热凝固物分离。分离后的麦汁进入薄板冷却器冷却，再利用过滤设备等分离出麦汁中的冷凝固物[10]。过滤在整个生产中虽然工艺参数较少，但操作技术却是要求最高的一个过程。过滤控制不当，不仅影响到最终麦汁产量，而且麦芽汁组分直接影响酵母生长、发酵，进而影响啤酒的风格和风味稳定性[11]。麦芽醪的过滤设备，通常有三类：(1)依赖于液柱静压力为推动力的过滤槽法。(2)依靠泵送醪的正压力为推动力的压滤机法。(3)依赖于液柱正压力和麦汁泵抽吸局部负压的渗出过滤槽法。本设计采用压滤法：板框式压滤机是由容纳糖化醪的框和分离麦汁的滤布及收集麦汁的滤板各若干组组成过滤元件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。采用此法麦汁收得率高，可实现自控，而且操作费用低、水耗小。糖化醪过滤多采用过滤糟进行间歇操作，包括：过滤槽预热、进醪、静置、打回流、过滤得头号麦汁、洗槽得洗涤麦汁。4.3.4麦汁煮沸麦汁煮沸的作用(1)蒸发多余的水分，浓缩到规定的浓度。(2)使酒花中的有效成分溶解于麦芽汁中，使麦汁具有香味和苦味。(3)使麦汁可凝固性蛋白质凝结沉淀，延长啤酒的保存期。(4)钝化全部的酶和麦芽汁杀菌。(5)排除麦汁中的特异的异杂臭味。操作方法由板框过滤机泵入煮沸锅的麦汁液位置达到一定高度后，开始向列管加热器通入蒸汽，令麦汁保持沸腾60min，蒸发强度10%，当出现溢锅时，打开冷却水阀门，冷水通过冷环管进入锅内，同时关蒸汽阀，降低蒸发强度。本设计采用内加热器加热，内加热器由于结构紧凑，不需要动力，有利于节省蒸汽耗量，还省去了其他外加热器的附件，节省了成本投资。酒花分两次添加：第一次，煮沸5~10分钟，添加总量的30%~40%；第二次，煮沸30~45分钟，添加总量的60%~70%4.3.5麦汁后处理由煮沸锅放出的定型热麦汁，在进入发酵以前还需要进行一系列处理，包括：(1)热凝固物分离冷凝固物分离、冷却、充氧等系列处理，才能制成发酵麦汁。(2)麦汁后处理主要是通过物理方法将热凝固物质与麦汁分离，将麦汁冷却。(3)分离：本设计采用回旋沉淀槽分离热凝固物。(4)冷却：本设计采用薄板换热器。(5)麦汁冷却发酵接种温度后，接触氧，此时氧化反应微弱，氧在麦汁中呈溶解态，它是酵母前期发酵繁殖必需的。4.3.6啤酒的发酵本设计采用下面发酵法。热麦汁经薄板冷却器冷却到6℃，接种酵母，主发酵开始。热麦汁热麦汁薄板冷却器发酵罐酵母清酒罐过滤啤酒杀菌酵母CO2图3.发酵工艺流程发酵过程介绍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[12,13]。冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。酵母恢复阶段：酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降得很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖。甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏在细胞内的肝糖和海藻糖提供。在此阶段，酵母细胞基本不繁殖，所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。无氧呼吸阶段：在此发酵过程中，绝大部分可发酵糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽糖，麦芽三糖。主发酵阶段的外观状态和要求：发酵工艺曲线如图4.所示。酵母繁殖期：麦汁添加酵母8～16个小时以后，液面上出现二氧化碳小气泡逐渐形成白色的，乳脂状的泡沫，酵母繁殖20小时以后立即进入主发酵槽。起泡期：4～5小时后，在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间，洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，有二氧化碳小气泡上涌，并且带出一些析出物。高泡期：发酵后2～3天，泡沫增高，形成隆起，并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色，此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵作用。落泡期：发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增加，泡沫变为棕褐色。泡盖形成期：发酵7～8天后，泡沫回缩，形成泡盖，撇去所析出的多酚复合物，酒花树脂，酵母细胞和其他杂质，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。后发酵以及储藏：麦汁经主发酵后的发酵液叫嫩啤酒，此时酒的二氧化碳含量不足，双乙酰，乙醛，硫化氢等挥发性物质没有减低到合理的程度，酒液的口感不成熟，不适合饮用。大量的悬浮酵母和凝结析出的物质尚未沉淀下来，酒液不够澄清，一般还要几个星期的后发酵和贮酒期，啤酒的成熟和澄清均在后发酵和贮酒期。12℃12℃6d4℃1d-1℃5d1123456789101112131415-12345678910发酵时间/d发酵温度/℃11排放酵母图4.发酵工艺曲线发酵工艺论证本设计采用主发酵温度12℃中温发酵，发酵温度较高，酵母增值浓度高，氨基酸同化率高，pH降低迅速，高分子蛋白质、多酚和酒花树脂沉淀较多，不但易酿成淡爽啤酒，而且在相同贮酒期可以酿成非生物稳定性好的啤酒。酵母的添加温度应低于主发酵温度2～3℃，后几批次麦汁温度逐批提高，最后达到温罐温度（低于主发酵1℃左右），满罐后自然升温到主发酵温度[14]。设计选择在6℃下低温接种，目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。后发酵一般是VDK还原阶段，同时温度不断降低时为了让酵母凝聚沉淀，以利于排出酵母。-1℃贮酒5天是为了使VDK还原含量低于0.06mg/L。4.3.7啤酒的过滤经过后发酵的成熟酒，大部分蛋白质颗粒和酵母已沉淀，少量悬浮于酒中，须滤除放能包装。常用的方法有：滤棉过滤法、硅藻土过滤法；离心分离法；板式过滤法；微孔薄膜过滤法。对啤酒的分离要求是：产量大，质量高（透明度高），损失小，劳动条件好，CO2损失小，不易污染，不影响风味，啤酒不吸收氧。本设计采用硅藻土过滤法。硅藻土是藻类——硅藻的化石，是一种较纯的二氧化硅矿石，可作绝缘材料、清洁剂和过滤介质。硅藻土过滤的特点是可以不断地添加助滤剂，使过滤性能得到更新、补充，所以，过滤能力强，可以过滤很浑浊的酒，没有像面饼那样洗棉和拆卸的劳动，省汽省水省工，酒损失也低[2]。硅藻土过滤机型号很多，其设计的特点是在于体积小，过滤能力强，操作自动化。板框式过滤机的优点是结构简单，活动部件少，维修方便，过滤能力可通过增减板框而变更，排除的滤饼干实。4.3.8装罐啤酒的装罐流程如图5.所示。啤酒罐装设备技术更新速度日新月异，罐装过程要求较高，为了防止罐装时溶入氧，常需要注入CO2来加压，这样会提高生产成本。但随着技术的更新，这问题有望得到很好的解决。在2007年1月底在米兰举行的新闻发布会上，嘉士伯啤酒公司提出了未来的啤酒灌装设备的设计方向：在意大利推出Turborg牌号的新型DraughtMaster啤酒灌装设备。由于使用内置压力装置的PET小桶，在加压时可使啤酒有一定的流速，并可改进啤酒质量。这种灌装方式不需要往里注入CO2来加压，消除了生产过程中的浸透和氧化过程，还可提高质量。另外，这种桶装啤酒可以贮存20天，味道还像第一天一样新鲜。为了保持恒定和合适的温度，设备还接有冷却装置，可以同时供两个小桶使用[15]。瓶子选瓶浸瓶洗瓶瓶子选瓶浸瓶洗瓶控水验瓶装瓶压盖瓶装验酒贴标装箱酒箱商标瓶装鲜啤酒过滤啤酒贴标装箱验酒杀菌瓶装熟啤酒广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：年产15万吨11度淡色啤酒厂设计第五章啤酒生产物料衡算第五章啤酒生产物料衡算15万吨/年啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目包括原料（麦芽、大米）和酒花用量热麦汁和冷麦汁计量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。5.1糖化车间工艺流程糖化车间的工艺流程如图6.所示麦芽、大米麦芽、大米粉碎糊化过滤水、蒸汽麦糟糖化回旋沉淀槽麦汁煮沸锅酒花糟酒花渣分离器热冷凝固物薄板冷却器冷凝固物图6.糖化车间流程图5.2糖化车间工艺技术指标及基础数据根据我国南方啤酒生产状况，有关生产原料配比，工艺指标及生产过程的损失等数据。如表5.1所示[16]。根据表5.1的基础数据，首先进行100千克的原料生产11°淡色啤酒的物料计算，然后进行100升11°淡色啤酒的物料横算，最后进行15万吨/年啤酒厂糖化车间物料平衡计算。表5.1啤酒生产原料基础数据项目名称百分（%）项目名称百分比（%）定额指标原料利用率麦芽水分大米水分无水麦芽浸出液无水大米浸出液98.55.01376.095原料配比麦芽70大米30啤酒损失率冷却损失2.7发酵损失1.5过滤损失0.9装罐损失0.7总损失9.05.3物料衡算5.3.1100千克原料（70%麦芽、30%大米）生产出的啤酒量(1)热麦汁量[17]，根据表5.1可计算得到原料收率分别为原料麦芽收率：原料大米收得率：混合原料收得率：由上述可得100千克混合原料可制的11°热麦汁量又知11°麦汁在20℃的相对密度d为1.0442，而100℃热麦汁比20℃时的热麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：(2)冷麦汁量：（L）(3)发酵液量：（L）(4)过滤酒量：（L）(5)成品啤酒量：（L）5.3.2生产100L11°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11°成品啤酒633.56L，故可得下述结果。(1)生产100L11°淡色啤酒需耗混合原料量：(2)麦芽耗用量：（kg）(3)大米耗用量：（kg）(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)热麦汁量：(6)冷麦汁量：(7)湿糖化糟量设排出的湿麦糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量：湿大米糟量：故湿糖化糟量：（kg）(8)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：5.3.3二氧化碳量11°的冷麦汁103.17kg浸出物量：（kg)设麦汁的真正发酵度为65%，则可发酵的浸出物量：(kg)麦芽糖发酵的化学反应式：C12H22O11+H2O→2C6H12O8+2C2H5OH+4CO2+56千卡设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，则生成CO2量：(kg)式中：44——CO2的分子量342——麦芽糖分子量设11°啤酒含二氧化碳0.4%，则酒中含二氧化碳量：(kg)则释放出的二氧化碳量:(kg)因1m二氧化碳在20℃常压下重1.832(kg)故释放出的二氧化碳体积：(m3)5.3.415万吨/年11°淡色啤酒糖化车间的物料衡算由于南方旺季时间长，从4月到11月底结束共8个月旺季生产，旺季每月生产30天，每天6个糖化批次；淡季共90天，每天4个糖化批次，则每年总糖化次数为：(次)。每次糖化生成成品啤酒量：（t）11°啤酒2℃时的密度为1004kg／m3，则每次糖化生成成品啤酒量：（L）(1)生产83吨11°啤酒需用混合原料量：（kg）(2)麦芽耗用量：（kg）(3)大米耗用量：（kg）(4)酒花耗用量：（kg）(5)热麦汁量：(kg)(6)冷麦汁量：(kg）(7)发酵液量：（kg）(8)过滤酒量：（kg）(9)湿糖化糟量：(kg)(10)湿酒花糟量：（kg）11°淡色啤酒的密度为1004kg/m3。将前述的有关啤酒糖化间的物料衡算计算结果整理成物料衡算表如下。表5.2啤酒厂糖化车间物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L11°啤酒一次糖化定额量150000t/a啤酒生产混合原料kg10015.78130482.37×107麦芽kg7011.04691341.67×107大米kg304.7339147.13×106酒花kg173.60.211743.17×105热麦汁L671.78106.03876541.6×108冷麦汁L653.64103.17852901.56×108湿糖化糟kg1126813.63112682.05×107湿酒花糟kg5210.635219.35×105发酵液L643.83102840081.53×108过滤酒L638.03101832561.53×108成品啤酒L633.56100826691.51×1085.4热量衡算采用双醪浸出糖化方法，所制麦汁色泽浅，粘度低，味柔和，发酵度高。特别适合酿造浅色淡爽型啤酒。而且操作简单，糖化时间短，在3小时内即可完成。目前我国用辅料酿造淡色啤酒的厂家大多采用此法。酿制的啤酒，色泽淡黄，泡沫丰富，洁白细腻，挂杯持久，具有特殊风味[18]。双醪浸出糖化法工艺如图7.所示。糊化锅糊化锅大米：3914kg麦芽：783kg50℃、20min糖化锅麦芽粉：8350kg35℃、30min自来水，20℃回旋沉淀槽煮沸30min料水比1：4.5热水50℃70℃、20min煮沸锅T（℃）55℃、50min68℃、60min78℃、10min糖化结束过滤麦汁酒花麦糟薄板冷却器酒花槽热凝固物冷凝固物15min去发酵冷麦汁15min冷却15min料水比1：3.5料水比1：3.515min15min图7.双醪浸出糖化法工艺流程图5.4.1糖化用水热耗量的计算根据工艺，糊化锅加水量为：（kg）式中：3914——糖化一次大米粉用量783——糊化锅加入的麦芽粉量(为大米量的20%)糖化锅加水量：（kg）式中：8350——糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量9133——糖化一次麦芽定额量故糖化总用水量：（kg）自来水平均温度取t1=20℃，而糖化配料用水温度t2=50℃，故耗热量：(KJ)5.4.2第一次米醪煮沸耗热量的计算由糖化工艺流程图可知：(5-1)糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热:(5-2)计算米醪的比热容根据经验公式(5-3)式中：w——含水百分率——绝对谷物比热容取C0=1.55kJ／（kg·K）则KJ/(kg·K)KJ/(kg·K)=3.76KJ/(kg·K)(3)米醪的初温t0，设原料的初温为18℃，而热水为50℃。t0=(5-4)(kg)由公式（5-4）得：℃(4)公式（5-2）式得：(KJ)5.4.3煮沸过程蒸汽带出的热量的计算设煮沸时间为30min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量：(kg)(kg)式中：I--煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热KJ/kg。5.4.4热损失的计算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：(KJ）5.4.5米醪煮沸耗热总量计算由公式（5-1）得：（KJ）5.4.6混合米醪升温至68℃时的耗热量Q3的计算按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为68℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t。(1)糖化锅中麦醪的初温已知麦芽粉初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度：==46.76(℃)麦醪的比热容：==3.62KJ/(kg·K)(3)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:（kg）kJ/(kg·K)；kg==92.4(℃)因此中间温度比煮沸温度值低不到8℃，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。(4)混合醪耗用的热量：(KJ)5.4.7洗遭水耗热量Q4的计算设洗糟水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量：(kg)则(KJ)5.4.8麦汁煮沸过程的耗热量Q5计算（5-5）(1)麦汁升温至煮沸点耗热量由表5.2糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到674.5kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为78℃，则进入煮沸锅的麦汁量：kg=4KJ/(kg·K)(KJ)(2)煮沸过程蒸发耗热量煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分：(kg)(KJ)(3)热损失(KJ)(4)见公式(5-5)式可得出麦汁煮沸总耗热(KJ)5.4.9糖化一次总耗热量(KJ)5.4.10糖化一次耗用蒸汽量使用表压为0.3Mpa的饱和蒸汽，I=2725.3KJ/kg，则 kg 式中：i——相应冷凝水的焓（561.47KJ/kg）——蒸汽的热效率，取=95%5.4.11糖化过程每小时最大蒸汽耗量在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量为最大，且知煮沸时间为90min，热效率95%=(KJ/h)相应的最大蒸汽耗量：(KJ/h)5.4.12蒸汽单耗根据设计，每年糖化次数为1800次，每糖化一次生产啤酒：(kg)年耗蒸汽总量(kg)每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）(kg/d)糖化车间的热量衡算如下表所示。表5.3150000t/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格（MPa）每吨产品消耗定额（kg）每小时最大用量（kg/h）每昼夜消耗量（kg/d）年消耗量（kg/a）蒸汽0.3（表压）67915051209763629289185.5耗冷量的计算5.5.1发酵工艺流程发酵工艺流程如图8.所示。9494℃热麦汁冷麦汁（6℃）过冷却至-1℃锥形发酵罐过滤冷却清酒罐贮酒图8.发酵工艺流程图5.5.2工艺技术指标及基础数据年产11°淡色啤酒155376t；旺季每天糖化6个批次，淡季4次，每年共糖化1800次；主发酵时间6天，2锅麦汁装1个发酵灌；11°Bx麦汁比热容c1=3.85KJ/(kg·K)；冷媒用15%酒精溶液，比热容c2=4.18KJ/(kg·K)；麦芽糖厌氧发酵热q=613.6KJ/kg；麦汁发酵度60%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两类，即:（5-6）5.5.3工艺耗冷量(1)麦汁冷却耗冷量Q1使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法，使用的冷却介质为2℃冷冻水，出口温度为85℃，糖化车间送来的热麦汁温度为94℃，冷却至发酵起始温度6℃。根据表5.2啤酒生产物料衡算表，可知每糖化一次得热麦汁87654L，而相应的麦汁密度为1044kg/m3。故麦汁量：(kg)又知11°麦汁的比热容为3.85KJ(kg·K)，工艺要求在1h内完成冷却过程，则所耗冷量：(KJ/h)式中：t1和t2——分别为麦汁冷却前后温度℃——冷却操作过程时间h根据设计，每个锥形发酵灌装2锅麦汁，则麦汁冷却每灌耗冷量：KJ/h相应的冷冻介质（2℃的冷水）耗量KJ/h式中：和——分别是冷冻水的初温和终温℃——水的比热容KJ/(kg·K)5.5.4发酵耗冷量(1)发酵期间发酵放热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316.6KJ/kg，则1L麦汁放热量:(kg)根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为57520L，则每锥形灌发酵放热量：(KJ)由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化6锅麦汁，并考虑到发酵放热的不平衡，取系数1.5，忽略主发酵期的麦汁升温，则发酵高峰期耗冷量：=215837(J/h)(2)发酵后期发酵液降温耗冷主发酵后期，发酵温度从6℃缓慢降至-1℃，每天单灌降温耗冷量：=4932461(KJ)工艺要求此过冷过程在2天内完成，则耗冷量（麦汁每天装3个锥形灌）(KJ/h)(3)发酵总耗冷量Q2：=524114(KJ/h)(4)每灌发酵耗冷量=1183924(5KJ)(5)发酵用冷媒耗量（循环量）M2发酵过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷量：=15673(kg/h)(6)酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3在锥形灌啤酒发酵过程，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁发酵，一般可重复使用5~7次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。冷却前无菌水温为30℃，用-8℃的酒精液作冷却介质。由上述条件，可得无菌水用量：=16471.94(kg/d)式中：91698——糖化一次的冷麦汁量kg每班无菌水用量：(kg/班)假定无菌水冷却操作在2h内完成，则无菌水冷却耗冷量：=332749(KJ/h)所耗冷冻介质量：=9951(kg/h)式中：t1、t2——冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8和0℃每灌用于酵母洗涤的耗冷量：=332749(KJ)式中：2——每班装灌2灌(7)酵母培养耗冷量Q4根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d。即288h。根据工厂实践，年产150000t啤酒厂酵母培养耗冷量：(KJ/h)对应的年耗冷量：(KJ)相应的高峰冷冻介质循环量：=6011(kg/h)(8)发酵车间工艺耗冷量综上计算，可求算出发酵车间的工艺耗冷量：=32061713(KJ/h)5.5.5非工艺耗冷量除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵灌外壁、运转机械、维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成非工艺耗冷量。(1)露天锥形灌冷量散失锥形灌啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置于露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失，根据经验，年产15万吨啤酒厂露天锥形灌的冷量散失在52000~120000KJ/t啤酒之间，在南方亚热带地区设厂，取高值。故旺季每天耗冷量：(KJ/d)式中：——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：(KJ/h)冷媒（-8℃稀酒精）用量：(KJ/h)(2)清酒灌、过滤机及管道等散失冷量因涉及的设备，管路很多，若按前面的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据经验选取，通常，取=12%，所以(KJ/h)冷媒（-8℃稀酒精）用量：(KJ/h)5.5.6150000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算将上述计算结果，整理后得150000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表表5.4发酵车间冷量衡算表耗冷分类耗冷项目每小时耗冷量（KJ/h）冷媒用量（kg/h）每罐耗冷（KJ）年耗冷量（KJ）工艺耗冷量麦汁冷却Q131003850.9117872762007701.825.58×1010发酵耗冷Q252411415673118392451.1×1010无菌水冷却Q333274999513327492.99×108酵母培养Q420100060112.7×108工艺总耗冷Qt320617139.23×1010非工艺耗冷量锥形罐冷损Q552007215552管道等冷损Q63847406115054非工艺总耗冷Qnt4367478合计总耗冷Q68490904.91年耗冷量5.6耗水量衡算5.6.1工艺用水(1)糖化用水100kg混合原料大约需用水量400kg糖化用水量(kg)糖化用水时间设为0.5h，故每小时最大用水量：(kg/h)(2)洗料用水100kg公斤原料约用水450kg，则需用水量：(kg)用水时间约为1.5h，则每小时洗糟最大用水量：(kg/h)(3)糖化室洗涮用水一般糖化室及设备洗涮用水每糖化一次，用水约6t，用水时间约为2h。故洗涮最大用水量：(t/h)(4)沉淀槽冷却用水（冷却时间为1小时）（5-7）式中：Q——热麦汁放出热量，热麦汁比重：热麦汁量：kg/h热麦汁比热：KJ/(kg·K)热麦汁温度：℃，℃冷却水温度：℃，℃冷却水比热：C=1故(KJ/h)（KJ/h)(5)沉淀槽洗涮用水每次洗涮用水3.5t，冲洗时间设为0.5h，则每小时最大用水量：t/h(6)麦汁冷却器冷却用水麦汁冷却时间设为1h，麦汁冷却温度为5.5℃→6℃。分二段冷却，第一段：麦汁温度70℃→25℃，冷却水温度18℃→30℃则冷却水用量麦汁放出热量：式中：麦汁量=369835kg麦汁比热=4.10kJ/kg·℃麦汁温度℃，25℃水的比热C=4.18kJ/kg·℃冷却水温度=18℃=30℃则(KJ/h)则(kg/h)(7)麦汁冷却器冲涮用水设冲涮一次，用水4t，用水时间为0.5h，则最大用水量：(t/h)(8)酵母洗涤用水（无菌水）每天酵母泥最大产量约300L，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水量为酵母的2倍，则连续生产每天用水量：(L)设用水时间为1h，故最大用水量为3t/h。5.6.2洗涤用水(1)清酒罐洗涮每天使用4桶，冲洗一次，共用水4t，冲涮时间为40min，则最大用水量：(t/h)(2)过滤机用水过滤机二台，每台冲涮一次，用水3t包括顶酒用水），使用时间为1.5h，则最大用水量：(t/h)5.6.3啤酒生产用水量衡算表5.5啤酒用水量衡算表编号用水项目水质需要日水量最大用水量t/ht/次t/日1糖化用水自来水70.435.2211.22洗糟用水自来水26.439.6237.63糖化室洗涮用水自来水36364沉淀槽冷却用水深井水70.2070.204205沉淀槽洗涮用水深井水73.5216麦汁冷却器冲涮深井水84247酵母洗涤用水自来水33188贮酒室洗涮用水无菌水32129清酒灌洗涮自来水642410过滤机用水深井水431811洗棉机用水深井水21.142.2253.212其他用水深井水51060广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：年产15万吨1度淡色啤酒厂设计第六章啤酒生产主要设备的选型及论证第六章啤酒生产主要设备的选型及论证6.1主要设备设计选型及论证6.1.1麦芽暂贮箱(1)所需用量的计算每次投料量G=9133.6kg麦芽容量r=500kg/m³有效容积系数φ=0.8所需容积(m³)(2)结构采用方形斜锥底，内衬白铁皮。定箱内尺寸A=2500mm，a=500mmB=2000mm，b=500mmH=2800mm，h=700mm总容积=15.49(m³)6.1.2麦芽粉贮箱(1)所需容量计算每次投料量G=9133.6kg麦芽粉比容C=2.560m³/t有效容积系数φ=0.7所需体积=33.403(m³)(2)结构方形椎体内衬白铁皮。定箱尺寸A=3000mm，a=400mmB=3000mm，b=400mmH=2800mm，h=1000mm总容积=28.65(m³)6.1.3大米暂贮箱(1)所需容量计算每次投料量G=3914.4kg大米容重r=800kg/m³有效容积系数φ=0.8所需容积m³(2)结构采用方形斜锥底，内衬白铁皮。定箱内尺寸A=2200mm，a=300mmB=1200mm，b=200mmH=1300mm，h=1400mm总容积=4.875m³6.1.4大米粉贮箱(1)所需用量计算每次投料量G=3914.4kg麦芽粉比容C=1.73m³/t有效容积系数φ=0.7所需体积=9.67m³(2)结构方形椎体内衬白铁皮。定箱尺寸为：A=2000mm，a=200mmB=2000mm，b=200mmH=1800mm，h=1200mm总容积=9.12m³6.1.5糖化过滤槽(1)所需容积计算，按物料衡算，每次糖化物料总量(kg)糖化醪的重度为1065kg/m³，生产需要1.2的空余系数，故所需容积：(m³)，(m³)6.1.6糖化锅(1)所需容积计算，按物料横算，每次糖化锅投料量G=8350kg，投料总量：(m³)糖化生产需要1.2的空余系数，故所需容积：(m³)(2)锅的主要尺寸，一般糖化锅的轮廓比例为D:H=2:1，如设低高部分为空余系数部分的情况下，则取糖化锅有效容量（m³）计算H=D/2(m)故直径D=5810mm，锅身H=D/2=2905mm糖化锅升气管的直径为D，气管面积占总面积的1/50，則0.785D2=(1/50)×0.785×5.812所以D=530mm。6.1.7糊化锅糊化锅圆柱形的器身，椭圆形的封头底及折边锥形封头顶。糊化锅投料总量：(kg)其容积计算：m³式中：1055——米醪的密度，单位是kg/m³m³式中：f——有效容积系数0.7设糊化锅圆柱直径为D，则圆柱部分高为D/2，锅底的高为D/4，封头顶的顶角为120°。由体积公式：(6-1)，D=3.22(m)则圆柱部分高H=D/2=1.61m，锅底的高为0.81m。6.1.8麦汁冷却器(1)用途：将沉清后的麦汁冷却至发酵温度4~7℃。(2)型式：薄板冷却器。(3)所需冷却面积计算冷却介质为深井水，麦汁温度94℃到6℃，冷却水温度2℃到85℃，冷却时间60min。(6-2)式中：G=59.98L；C=4.10kJ/kg.℃t1=94℃，t'1=2℃，t2=6℃，t'2=85℃(KJ/h)(6-3)(6-4)逆流传导时的平均温度差：℃麦汁薄板冷却器，其传热系数K值取8360(KJ/m2·h·℃)，则：m³6.1.9发酵罐发酵罐的个数为：(6-5)式中：t—发酵周期（天）N—每天糖化的系数（按旺季计算）A—每个发酵罐可以容纳麦汁的批次数（次）3—周转量数故：（个）(1)锥角的确定。锥角采用75°，便于酵母沉降和排放。(2)罐的保温材料的选择。选用经济的聚酰胺树脂。(3)罐的材料选择。选用不锈钢作为发酵罐的材料，耐腐蚀且导热系数小，罐体上各种接管均为不锈钢。6.1.10煮沸锅麦汁煮沸锅采用的是圆柱型的器身，椭圆型封头底和无折边锥形封头顶，顶角为60°。采用列管式内加热器(m3)式中：1044——麦汁密度kg/m3(m3)式中：f——填充系数0.7设锅圆柱部分的直径为D，高为D/2，椭圆形封头底的高为D/4。(6-6)m则麦汁煮沸锅圆柱高2.55m，椭圆形封头底的高为1.27m。6.2圆柱筒体的厚度计算设计数据[19]设计压力P=0.3Mpa，设计温度150℃，圆柱内径为5090mm，1mm，筒体材料，焊缝系数=1，在设计温度下材料许用应力=103Mpa，圆柱筒体的壁厚mm设计公式为[11]。(6-6)式中：P——设计压力MPa——圆筒内径mm[σ]t——设计温度下圆筒材料的许用应力MPa——焊接接头系数或许用应力折减系数C2——腐蚀裕量mm则=8.42mm查钢板厚度常用规格及其负偏差表知，可知C1=0.8mm；名义厚度取8.8mm；有效厚度8.8-(0.8+1)=7mm。其最大允许操作压力：(6-7)==0.29(MPa)<P符合标准6.3锅体下封头的选择与厚度计算本麦汁煮沸锅下封头选用椭圆形封头。椭圆形封头的厚度计算式可以用半径为的半球形封头厚度乘以2倍形状系数K表示。加上腐蚀裕量，其设计厚度：(6-8)式中K——系数K值，对于=2的标准椭圆形封头K=1.0P——设计压力MPa——圆筒内径mm[σ]t——设计温度下圆筒材料的许用应力MPa——焊接接头系数或许用应力折减系数——腐蚀裕量mm则=8.42mm查钢板厚度常用规格及其负偏差表，知C1=0.8mm；名义厚度取9.8mm；有效厚度mm；其最大允许操作压力为:(6-9)==0.3MPa符合标准。6.4锅体上封头的选择与计算上封头选用无折边锥形封头。取=0.3Mpa设计温度t=150℃，焊缝系数=1.0，选用，在设计温度下其许用应力=103Mpa，锥壳下端内直径5090mm，锥壳半顶角=30°取腐蚀裕量=1mm。无折边锥形封头的设计壁厚的计算式：(6-10)式中：——半锥顶角，以度为单位则=9.57(mm)查钢板厚度与负偏差表。可知C1=0.8mm；名义厚度取10.8mm；有效厚度mm；锥体壳最大的薄膜应力应为大端处的环向应力(6-11)式中:——为锥形封头壁厚故：=92.10(MPa)因，故锥壳无需进行局部加强。6.5内加热器的计算采用列管式换热器[21]。冷流体麦汁温度从70℃升温至100℃；饱和蒸汽压0.3MPa的饱和蒸汽，进口温度为120℃，出口温度为85℃。表6.1麦汁和水蒸气物性数据表项目密度/kg·m-3比热容/KJ·kg-1·℃-1粘度/Pa·S热导率/kg·m-1·℃麦汁10433.622×10-30．457水蒸气958.44.2090．28×10-30．586根据热量衡算，饱和蒸汽每小时耗量为10052kg/h。(1)试算和初选换热器的型号1)计算热负荷和蒸汽流量蒸汽流量，由热量衡算知，麦汁煮沸过程蒸汽耗量Q为46409350.73KJ。热负荷由单位换算知(W)蒸汽流量kg/s计算两流体的平均温度差。先求逆流时平均温差（℃）假设换热器流体流动为错流，由图查得=0.87==0.87×17.5=15.23(℃)初选换热器规格根据两流体的情况，假设W/(m2·℃)，传热面积A估应为：m2两流体均不发生相变的传热过程。为减少热损失和充分利用麦汁的热量。可采用麦汁走壳程，蒸汽走管程。两流体平均温差：℃故不考虑热补偿。流速的选择：管内流体流速取u=0.5m/s；管子采用普通无缝钢管25mm×2.5mm其内经为=0.02m，外径为=0.025m估算单程管子根数：(kg/h)=49（根）根据，估算管子长度为：（m）若采用4管程，则每程管长l=6.0m。据此，由换热器系列标准，选定BES600-2.5-90-6125-6I型换热器，有关参数如下。表6.2列管式换热器数据表项目数据项目数据壳经/mm600管长/m6公称压强/Mpa2.5管子总数308管程数4管子排列方法正方形斜转45°壳程数1管中心距/mm32管子尺寸/mm25×2.5折流挡板间距/mm200实际传热面积108.2折流板型式圆缺型由于取折流挡板间距h=200mm，挡板数应为：（块）(2)校核总传热系数K1)管程对流传热系数管程流通面积：(m2)(m/s)则：=793.32W/(m2·℃)2)壳程对流传热系数流体通过管间最大截面积:(m2)(6-12)水蒸气的流速：(m/s)管子正方形排列的当量直径：(m)壳程中麦汁被加热，取所以：=187.9W/m2·℃3)污垢热阻管内、外侧污垢热阻分别取：m2·℃/W，=0.0002m2·℃/W4)总传热系数大，钢的导热率=45W/(m2·℃)总传热系数K(6-13)==0.00739故：K=5520.32W/(m2·℃)(3)传热面积A(m2)安全系数：故所选择的换热器是合适的。6.6换热器的面积(m2)6.7换热器蒸汽进管的计算每秒蒸汽耗量：(KJ/s)采用两管进蒸汽则ρ=1.65kg/m3，=10052kg/h=2.79kg/s，(m3/s)蒸汽流速取V=0.5m/s则故d=0.98m。6.8麦汁排醪管径计算设排醪时间为20min。在煮沸锅中的容积为49m3，则流量：m3/h设流速V=1.5m/s，，则d=0.186m所以取排醪出口的直径为186mm。选取200mm6.9麦汁倒醪入口管径计算设排醪时间为20min，在过滤沉淀槽的容积为51m3，则流量：（m3/h）设流速V=1.5m/s，，则d=0.19m故取排醪入口的直径为200mm。6.10锅重及支座选型(6-14)(6-15)=1080.10(kg)(kg)(6-16)==1050.82(kg)故：=3211.02(kg)酶液重为32717.69kg，取锅体重4t，酶液重33t，则总体重为37t。选用8个支座，每个支座承担的负荷为：Q=37/8=4.625选用A型悬挂式支座查表得[22]支座的支撑面积为714.3cm2，支撑面上的单位压力为0.69MPa，尺寸为：H=395mm；b=250mm；δ=10mm；a=230mm；c=315mm；f=115mm；δ1=16mm。6.11升气管取煮沸锅升气管的面积为料液面积的m2。设煮沸锅升气管的直径为d，由(6-16)所以d=0.8m。6.12酒花分离器(1)型式：采用圆柱锥底。(2)主要尺寸：直径4m，圆柱高1.5m，锥底高0.5m，工作压力1kg/cm²，搅拌器转速50转/min。(3)配用电动机：型号JQ232-6，功率3000瓦，转速：1000转/min。6.13人孔人孔削弱了容器的强度，同时增加了漏液的机会。人孔必须考虑在成年人能够进出的前提下，迟寸应尽量小些。由于设备内径大，顶盖和筒体上都应设置一个人孔。一般选用DN400mm人孔。6.14视镜视镜除受工作压力外，还要承受高温、热应力作用。选用DN125mm可供两只眼睛窥视。综上所述，计算得啤酒生产设备的基础数据如表6.3所示。表6.3啤酒生产设备一缆表设备名称规格（mm）材料数量大米暂存仓2200×1200×1300A32麦芽暂存仓2500×2000×2800A32大米粉碎机2000×2000×2500A31麦芽粉碎机2000×2000×2500A31水箱4000×4000×2500A32糊化锅φ2830V=24m30Gr18Ni91糖化锅φ5100V=52m30Gr18Ni91煮沸锅φ5200V=70m30Gr18Ni91过滤槽φ5400×27000Gr18Ni91回旋沉淀槽φ4400×52000Gr18Ni91麦汁缓冲罐φ2500×50000Gr18Ni91斗式提升机D160Q=103t/hA32麦糟槽φ1500×2000A33充氧器F-219-14500Gr18Ni91无菌水罐φ2500×32500Gr18Ni91双氧水罐φ2500×32500Gr18Ni91清水罐φ2500×32500Gr18Ni93碱罐φ2500×32500Gr18Ni91热水罐φ2500×32500Gr18Ni92麦汁灭菌罐φ2000×30000Gr18Ni91一级扩培罐φ1500×22500Gr18Ni91二级扩培罐φ3000×45000Gr18Ni91三级扩培罐φ5000×75000Gr18Ni91发酵罐φ4200×168000Gr18Ni963硅藻土助滤器φ1000×15000Gr18Ni91板框过滤助滤器φ1000×15000Gr18Ni91硅藻土过滤机S=150m30Gr18Ni91清酒罐V=60m30Gr18Ni910酵母泥贮罐V=15m3A31酵母泥洗涤罐V=15m3A31干燥机JF2501A31粉碎机JG3301A31贮仓V=40m3A31CO2贮罐V=20m30Gr18Ni91冷却器6AW-170Gr18Ni91空气压缩机2E1/80Gr18Ni91无菌罐φ2000×30000Gr18Ni91薄板换热器BR4J-S-1100Gr18Ni91广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：年产15万吨1度淡色啤酒厂设计第七章啤酒厂三废处理啤酒厂三废治理7.1三废治理7.1.1啤酒厂的废水情况废水来源：(1)设备、容器、管道清洗水。(2)设备、容器、管道内残留麦汁、啤酒。(3)糖化过滤槽出糟排放带出的水。(4)糖化回旋沉淀槽热凝固物。(5)发酵池、灌残留废弃酵母。(6)烛式硅藻土过滤机硅藻土排放。(7)洗瓶机碱性废水、啤酒巴氏消毒机热废水。(8)车间地板、墙壁、设备外表清洗水。(9)麦汁、啤酒冷却器冷却水。(10)冷冻机、空压机冷却水。(11)锅炉排渣、烟道除尘废水。(12)啤酒工厂非工艺生活污水。啤酒生产废水主要污染物来自于设备、管道中残留的麦汁、啤酒、废酒花糟、废麦糟、废冷和热凝固物、废酵母、废硅藻土、废纸板、洗瓶碱性水等。其中制麦和酿造两个工艺流程中均有冷却水产生，约占啤酒厂总排水量的65%，水质较好，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500～40000mg.L-1之间，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4.5～6.5[23]，其中的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1000～1500，500～1000和220～440mg.L-1，啤酒废水的可生化性（BOD5/CODcr）较大，为0.4～0.6，因此很多治理技术的主体部分是生化处理。虽然啤酒生产的废水属有害而无毒性废水，但由于每生产100t啤酒，排放废水中BOD量相当于1.4万人的生活污水，每瓶啤酒的BOD相当于1个人每天生活的污水。因此，由于啤酒废水污染环境的严重状况，随着啤酒生产地日益集中化、大规模化、污染环境的问题愈来愈不能忽视。7.1.2啤酒厂减少废水污染的途径(1)减少生产用水。糖化车间洗锅、洗管道水作投料水分批式糖化中，每批次结束后将用锅容积5%~10%水冲洗设备及管道，这部分水完全可以作投料水回收利用。干式排麦糟法：将过滤槽麦糟排出口增加到2~4个，耕糟机装速可调节，用脉冲式气流输送，可干式快速排麦糟。过滤棉洗涤水的减少传统啤酒过滤采用滤棉饼过滤法，每吨啤酒过滤棉洗涤用水为0.2~0.5t。实际上滤棉饼被啤酒酵母、酒花树脂、蛋白质污染仅仅为滤饼一侧表面，如果洗涤滤饼时，撕下被污染表面的薄薄一层，单独洗涤，则滤棉洗涤用水可节约50%以上，洗滤时间也可缩短一半。水啤酒回收。在啤酒过滤、清酒罐、装瓶机等形成的水和啤酒混合物，可通过适当处理全部回收，以减少污水量。(3)啤酒工厂废水处理通常采用的方法如下：1)初级沉淀