毕业设计年产6万吨11176P啤酒厂发酵车间工艺的设计说明

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1、 理工学院毕业设计年产6万吨11P啤酒厂发酵车间工艺设计理工学院生物工程学院二O一三年六月四 川 理 工 学 院四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 年产6万吨11度淡色啤酒厂发酵车间设计 系：生物工程系 专业：生物工程 班级： 09.3 学号：学生： 薇 指导教师： 静 接受任务时间 ： 2013.01.10 教研室主任：（签名）系主任 ： （签名）1毕业设计（论文）的主要容与基本要求产 品：11P淡色啤酒 生产原料： 大麦麦芽、玉米淀粉生产天数：生产旺季（170天）占全年总产量的70 厂 址: 某地全厂工艺论证；全厂物料衡算、重点车间热量衡算； 重点车间主要设备设

2、计计算与附属设备选型。图纸要求: 车间平面布置图、车间立面布置图重点车间带控制点的工艺流程图全厂工艺流程方块图；主体设备装配图2指定查阅的主要参考文献与说明发酵工厂工艺设计概论生物工程设备 化工工艺设计手册化工机械基础 材料与零部件3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集和查阅2013.01.10-2012.03.182全厂工艺论证与工艺参数的确定2013.03.18-2013.03.313物料衡算、热量、耗冷量与耗水量的计算2013.03.31-2013.04.164发酵车间主体设备与附属设备的计算与选型2013.04.16-2013.05.065发酵车间设计与绘制图纸201

3、3.05.06-2013.05.246撰写设计说明书2013.05.24-2013.06.04注：本表在学生接受任务时下达理工学院毕业设计开题报告设 计 名 称年产6万吨11P啤酒厂发酵车间工艺设计设 计 类 型D指导教师静学生薇学号系、专业、班级生物工程学院生物工程专业2009级3班一、选题依据：（简述研究现状或生产需求情况，说明该设计（论文）目的意义。）啤酒发展现状与分析： 随着中国经济的快速发展，人们生活水平的提高，啤酒作为含酒精量最低的饮料酒,由于其营养丰富且价廉物美已受到越来越多消费者的喜爱，已经逐步成为人们大众最喜爱的饮料之一。从1903年啤酒进入中国市场到今天，我国啤酒产量逐年增

4、加，已成为世界啤酒产量最大的国家，由此可见啤酒在我国的发展速度之迅猛。然而，我国啤酒产量却仅以每年10%的速度增加，这说明啤酒在我国还无法完全满足人们日益增长的物质文化需求，中国啤酒市场拥有非常广阔的前景，为生产提供了可行性保证。设计（论文）的目的意义：1.了解现在啤酒生产所用的工艺，掌握一定的工厂设计的专业技能，巩固专业知识的。2.掌握完成一项给定任务的方法、步骤和全过程，充分发挥个人的主动性和创造性以完成毕业环节的学习任务。二、设计（论文研究）思路与工作方法1.查看啤酒相关书籍，了解啤酒现阶段的生产技术，获取相关工艺参数，对啤酒厂的设计进行工艺设计论证与工艺参数的选择。2.根据要求进行理论

5、工艺横算，包括发酵车间物料，热量，冷耗量，空气消耗量，耗水量等进行横算。3.根据横算结果对发酵车间设备与其附属设备选型以与发酵罐进行结构与强度设计。4.根据工艺计算绘制发酵车间设备平面布置图，发酵车间带控制点流程图和全场工艺流程方块图。三、设计（论文研究）任务完成的阶段容与时间安排。资料收集和查阅 2013.01.10-2012.03.18全厂工艺论证与工艺参数的确定2013.03.18-2013.03.31物料衡算、热量、耗冷量与耗水量的计算2013.03.31-2013.04.16发酵车间主体设备与附属设备的计算与选型2013.04.16-2013.05.06发酵车间设计与绘制图纸2013

6、.05.06-2013.05.24撰写设计说明书2013.05.24-2013.06.04指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日教研室毕业设计（论文）工作组审核意见难度分量综合训练程度 教研室主任： 年 月 日设计（论文）类型：A理论研究；B应用研究；C软件设计；D-其它摘 要本设计为年产6万吨11P啤酒厂发酵车间工艺设计，其生产原料为大麦麦芽和大米，生产旺季占全年产量的70%，设计的主体为发酵车间，主体设备为发酵罐。首先对原料、制备、糖化、发酵工艺进行选择与论证，再通过物料和热量衡算确定糖化车间主要设备的容量和数量，对发酵车间附属设备进行选型，对发酵罐进行结构与强度设计，在此基础上，对主体

7、设备发酵罐进行设计计算，最后绘制出发酵车间设备平立面布置图，发酵车间带控制点流程图和全厂工艺流程方块图。关键词：啤酒厂，发酵，发酵罐,工艺计算ABSTRACTThe design is the annual output of 6 million tons of 11 P brewery fermentation process design, the production of raw materials for barley malt and rice, production peak season account for 70% of the total production, the

8、design of main workshop for fermentation workshop, the main equipment for fermentor. First I through choose all technical parameters to determine the whole process, again through material and heat balance sure saccharification workshop of main equipment of capacity and quantity, then I choose the pr

9、oper type of accessorial equipments. On this basis, I will finish fermentor design calculations, finally plot fermentation workshop equipment layout, fermentation workshop diagram with control points and the whole process flow block diagram. KEY WORDS: brewery; fermentation; fermentor; process calcu

10、lation前 言啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，以本地主产淀粉物为主，经麦芽汁的制备、糖化、添加酒花、煮沸、过虑、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳，低酒精浓度的酿造酒。啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒，而且营养丰富，人们适量饮用时，酒精对人体的毒害非常小。在1972年世界第九次营养食品会议上，曾推荐啤酒为营养食品，也有人把啤酒称作营养食品、可口食品、卫生食品、方便食品。据研究显示，啤酒里所含的各种组成成份不但有非常高的营养价值，而且还具有良好的医药疗效，具体表现在以下两个方面：一方面，啤酒中酒精含量较低（10度黄啤酒含酒精3左右），不仅对胃和肝脏没

11、有损害，还可以平缓地促进人体血液循环。另一方面，啤酒中含有烟酸，在维生素B1和B6维持心脏正常活动的同时，烟酸能扩血管，加速新代，因此啤酒对心血管系统有益。中国啤酒消费仍有很大的提升空间。从世界围看，发达国家啤酒的人均消费量增长缓慢，而在经济增长较快地区，如东欧和中国的啤酒需求量和产量增长速度远远高于世界平均增长速度，增速比发达国家高3%。中国啤酒消费存在着地域分布的不均衡性。中国啤酒行业的发展路径与世界啤酒的发展路径基本一致，也就是从发达地区向不发达地区过渡。随着社会的发展，啤酒市场的竞争越来越激烈了，并且广大消费者对啤酒种类风味和质量的要求也越来越高，相应的新产品也层出不穷。因而，我个人认

12、为很有必要将啤酒生产方面的技术科学地总结和分析，以推动啤酒产品多样化发展。本次设计年产6万吨淡色啤酒厂，属于中型啤酒生产厂的规模。正是适应西部地区啤酒供销现状的。本次设计主要设计生产瓶装熟啤酒，既能够与时销售也可以较长时间保藏。适合啤酒这种随季节消耗量有巨大差异的饮品特点。在这种规模的生产，既满足了大部分市场需求，又能够作到对资源能源的合理利用。适合构建节约型社会的发展理念。本次设计查阅了我院图书馆中关于啤酒厂设计方面的部分资料，还采用了一些来自于工厂实际生产中的技术参数。主要进行了全厂工艺参数的选择与简单的论证，全厂的工艺计算，发酵车间相关设备的计算校核与选型，以与车间的布置。设计过程中难免

13、会出现一些错误，和设计不足的地方。恳请各位老师、专家指正，并提出宝贵的改进意见。您对这次设计的评阅。第一章啤酒工艺选择与论证全厂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。本设计为年产6万吨11P淡色啤酒的生产，以大米粉和麦芽粉为原料，设计工艺流程如下： 麦槽 酒花麦芽粉碎糖化过滤混合麦汁煮沸沉淀冷 却充氧大米、麦芽粉碎糊化 酒花糟 热凝固 冷凝固物扩培酵母麦芽汁发酵贮酒粗滤精滤清酒装瓶卸箱验瓶 酵母泥 剩余酵母洗瓶检验罐酒压盖检验杀菌贴标喷码检验装箱图2-1 全厂工艺流程图1.1啤酒原料1.1.1 大麦自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿

14、造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵。大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式，可分为六棱、二棱、四棱大麦我北地区都种植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。因此，在本设计中选用二棱大麦。1.1.1.1啤酒酿造对大麦的质量要求1. 感官 （1） 色泽 良好的大麦有光泽，淡黄，不成熟大麦呈微绿色；受潮大麦发暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蚀的大麦呈灰色或微蓝色。 （2） 气味 良好的大麦具新鲜稻草香味，受潮发霉则有霉臭味。（3） 麦粒形态 麦粒以短胖者比瘦长者为佳，前者浸出物高，蛋白质低，发芽快。2. 物理检验 （1）干粒重 以无水物记干粒重应为30-40g。 （2）麦粒均匀度 按国际通用标准，麦粒腹径可分为2.8，

15、2.5，2.2mm三级。2.5mm以上麦粒占85%者属于一级大麦。3.化学检验 （1）水分 测定水分是计算干物质的基础。原料大麦水分不高于13%，否则不能贮藏，易发生霉变，呼吸损失大。 （2）蛋白质 蛋白质含量一般要求为9%-12%。1.1.2 啤酒糖化的其他原料在啤酒麦汁中制造的原料中，除了主要原料大麦麦芽以外，还包括特种麦芽，小麦麦芽与辅助原料。1. 大米：原则上凡大米不论品种均可用于酿造，但从啤酒风味而言，米的食感越好，酿造的啤酒风味也越好。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，用它做辅料酿造啤酒

16、，啤酒的色泽浅、口味纯净，泡沫洁白细腻，泡持性好，它是优良的啤酒辅料。2. 小麦：我国是世界小麦主要生产国。小麦发芽后制成的小麦芽也是酿造啤酒的主要原料。利用小麦做辅料，麦汁总氮和-氨基氮均比大米高，发酵快，但过滤和煮沸麦汁略浑浊，需进行处理为好，酿成的啤酒泡沫细腻、持久。3. 淀粉：淀粉纯度高、杂质少、粘度低、无残渣、可生产高浓度啤酒。但是由于淀粉是原粮加工产品，一般价格均高于原料，在啤酒中作为辅料使用和原料相似，因此，淀粉作为辅料使用不如原料经济。1.1.3 啤酒花和酒花制品酒花赋予啤酒柔和优美的芳香和淡爽的微苦味，能加速麦汁中高分子蛋白的絮凝，提高啤酒泡沫起泡性和泡持性，也能增加麦汁和啤

17、酒的生物稳定性。1.1.3.1 酒花按世界市场上供应的可分为四类： A类：优质香型酒花。优质香型酒花的-酸含量为4.5%-5.5%，-酸、酸的比值为1：1，酒花精油含量为2.0%-2.5%。 B类：香型酒花（兼型） 普通香型酒花的-酸含量为5.0%-7.0%，-酸、酸的比值为1.22.3酒花精油含量为0.85%-1.6%。 C类：没有明显特征的酒花 D类：苦型酒花优质苦型酒花的-酸含量为6.5%-10.0%，-酸、酸的比值为2.2-2.6。1.1.3.2 酒花制品1.酒花粉 我国啤酒厂目前均把商品压榨酒花，在使用前用锤式粉碎机粉碎成颗粒1mm以下的酒花粉。这种粗加工方法也存在缺点，因此使用酒花

18、粉，应在酒花厂，酒花温度在55以下，干燥至水分为5%-6%然后进行粉碎，粉碎后立即包装于密闭容器中，并冲入惰性气体。2. 酒花颗粒酒花颗粒是把酒花压榨成直径2-8mm，长约15mm的短棒状，增加其密度，减少其体积，同时也降低了它们的表面积，在惰性气体中保存，酒花不易氧化变质，颗粒酒花是世界上使用最为广泛的酒花制品。1.1.4 啤酒酿造用水 啤酒生产用水主要包括加工水与洗涤，冷却水两大部分。加工用水中投料水，洗糟水，啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒重要原料之一，在习惯上称作酿造水。啤酒酿造水的性质，重要取决于水中溶解盐类的种类和含量，水的生物学纯净度与气味，酿造水对啤酒生产全过程将产生很大的

19、影响，如糖化时水解酶是活性和稳定性，酶促反应的速度，麦芽的酒花在不同含盐水中溶解度的差别，盐和蛋白质与酚类物质的絮凝成点，酵母生长，发酵风味物质的形成等，最终还将影响到啤酒的风味物质和稳定性。大自然的天然水源分为如下几种：雨水，雪水，地表水，地下水，冰水，海水。1.1.4.1 水中无机离子对啤酒酿造的影响1. 水中的碳酸盐和重碳酸盐有降酸作用：HCO3-+H+H2O+CO2大麦籽粒中存在复合磷酸盐，发芽中受到磷酸酯酶的降解，形成游离的H2PO4_,由于H2PO4在K2的作用下分解为H+，它使麦芽醪呈偏酸性，水中重碳酸盐的降酸作用，使麦芽醪PH升高，引起一系列的工艺缺点：（1）造成过滤减慢，收得

20、率下降。（2）啤酒色泽和涩味增加。（3）啤酒的稳定性降低。（4）改变酒花的苦味，使啤酒苦味粗糙。2.水中钙，镁离子的增酸作用：3Ca+2HPO4-Ca(PO4)2+2H+。在啤酒糖化时，Ca2+含量在每升40到70毫克，能保持淀粉液化酶的耐热性。麦汁含Ca2+在每升80到100毫克时，可促进麦汁煮沸时形成单宁蛋白质钙的复合物，促进热凝固物蛋白质的絮凝。Mg2+在麦芽中含量约为130mg/L.啤酒酿造用水中含有1015mg/L的Mg2+已经足够，不宜超过80mg/L。3.优质啤酒含Fe2+应少于0.1mg/L,若含量大于0.5mg/L，会对啤酒质量造成损害，使啤酒泡沫不洁白，加速啤酒的氧化浑浊。

21、Mn2+对啤酒的影响与二价铁离子相似。4.Na+ ,K+常常在50100:300400.过高常常使浅色啤酒变得粗糙，不柔和。5.Cl-对啤酒的澄清和胶体稳定性有重要作用，它能赋予啤酒丰满的酒体，爽口，柔和的风味。酿造水中含有2060mg/L的Cl-是必须的。1.2 麦芽制备麦芽制备工艺决定了麦芽品种和质量，从而决定了啤酒的类型，麦芽的质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。 制麦的目的在于使大麦发芽，产生多种水解酶类。以便通过后续糖化，使大分子淀粉和蛋白质得以分解溶出。而绿麦芽经过烘干将产生必要的色，香，和风味成分。 全制麦过程大体可分为原料分级，浸麦，发芽，干燥、除根等过程。 现代啤酒生产，

22、工业化程度越来越高，啤酒工厂一般不自行生产麦芽，而是从专门的麦芽生产工厂购买所需麦芽，以达到降低生产成本的目的。1.3 麦芽汁制备工艺麦汁制造过程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理（澄清，冷却，通氧）等一系列物理学，化学，生物化学的加工过程。麦汁制造的工艺要求：1. 原料中有效成分得到最大限度的萃取； 2. 原料中无用和有害的成分溶解最少 3. 制成麦汁的有机或无机组分的数量和配比应符合淡色啤酒的品种和类型的要求4. 保证上述三点原则的前提下，缩短生产时间，节省工时，节能是本车间的要求。1.3.1 麦芽与大米的粉碎在啤酒生产中，不单要考虑物料粉碎操作

23、的经济性，更应该考虑啤酒酿造的特殊要求：（1）麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒风味。（2）皮壳和原料物质中不容性物质粉碎过细，会增加过滤阻力。影响过滤操作。（3）淀粉等储藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速率，也影响到反应深度即影响到麦汁组成。1.麦芽的粉碎麦芽粉碎的方法主要有：干法粉碎，湿法粉碎，回潮干法粉碎，以与连续调湿粉碎。本设计采用麦芽湿法粉碎，湿法粉碎全部操作有：浸渍磨碎匀浆泵出。在0.5-2小时完成一批投料，根据日加工量，选择适当的机器台数。粉碎过程应尽量缩短麦芽在机器的停留时间，以防止受到污染。湿法粉碎麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎胚乳带水研磨均匀

24、，糖化速度快。湿法粉碎可提高过滤速度20%-25%或提高投料量，麦糟层厚度可达500-600mm , 但不影响过滤。2.大米的粉碎大米采用对辊碎机进行干法粉碎，大米的粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化。1.3.2 糖化原理糖化是将麦芽和辅料中高分子物质机器分解产物（淀粉，蛋白质，植酸盐，半纤维素等机器分解中间产物，通过麦芽中各种水解酶的作用，以与水和热能的作用，使之分解并溶解于水，此过程称作“糖化”。溶解于水的各种干物质称作“浸出物”，而构成的澄清液称作“麦芽汁”或“麦汁”。麦汁中浸出物的含量和原料中干物质的比称“无水浸出率”。糖化中的工艺控制，主要通过下列环节来

25、进行：（1）麦芽的质量，辅料的种类与其配料比。（2）麦芽与非发芽谷物的粉碎度。（3）控制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）加热温度和时间。（5）需通过外加酶制剂、酸、无机盐进行调节控制。1.3.3 糖化方法与设备糖化方法可分为以下几类：1. 煮出糖化法：煮出糖化法麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用，使有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸，并醪，使醪液逐步梯级升温至糖化完毕。部分麦芽被几次煮沸即几次煮出法。2. 浸出糖化法：浸出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪液的温度，使糖化完成，麦芽醪未经煮沸。3. 其他糖化法：其他糖化法

26、都由以上两种方法演变而来，以上两种方法用于最初的纯麦芽的糖化，当采用不发芽谷物作为辅料，进行糖化时必须先进行预辅料的预处理-即糊化和液化。这就是复式糖化法。由于浸出糖化法要求使用溶解良好的麦芽，成本高，原料利用率低，且更适合酿造上面发酵啤酒，本设计不采用。而煮出法糖化法可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，原料利用率高，糖化时间短，麦汁成份好，适合酿造传统下面发酵啤酒。故本设计采用该法。煮出糖化法，根据醪液煮沸的次数，常用的有一次、二次和三次煮出糖化法。 二次煮出糖化法：此法灵活性大，适于各种质量的麦芽和类型的啤酒，其操作较简单，煮沸时间短，能耗较小，设备利用率高，生产周期短，成本低。故本设计才用此

27、方法进行糖化。1.3.4 麦芽醪的过滤糖化结束时，麦芽的辅助中的高分子物质的分解和萃取基本完成。因此，必须在短时间把麦汁和麦醪分离。此分离过程称麦芽醪的过滤。 麦芽醪的过滤过程包括如下三个过程：（1） 残留在糖化醪中的耐热性的-淀粉酶，将少量的高分子糊精进一步液化，使之全部转变成无色糊精或糖类，提高原料浸出物收得率。（2） 从麦芽醪中分离出“头号麦汁”。（3）用热水洗涤麦糟，洗出麦糟中的可溶性浸出物，得到“二滤、三滤”麦汁。此操作要求为:用时尽量短,防止麦芽皮壳成分的溶解。1.3.4.1 过滤方法的选择1. 过滤槽法过滤槽是最古老的方法，也是至今采用最普遍的方法，它是以过滤筛板和麦糟构成过滤介

28、质，用醪的液柱高度1.5-2.0m产生静压力为推动力实现过滤。2. 压滤机法板框式压滤机是由容纳糖化醪的框和分离麦汁的滤布与收集麦汁的滤板各若干组组成过滤原件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。通过比较可知过滤槽法对麦芽粉碎度要求严格，过滤、洗涤时间长，并且过滤速度慢，因此在本设计中选用板框式压滤机。1.3.5 麦汁的煮沸和酒花的添加1. 麦汁煮沸的设备分批式麦汁煮沸，在一个有加热装置的特殊容器中进行，称煮沸锅。麦汁煮沸锅具有多种形式，本设计选用的是列管式加热器圆形麦汁煮沸锅。采用列管加热，管麦汁受热上升，在加热管上部喷出，底部麦汁不断进入加热管，麦汁形成对流，省去动力和搅拌系统。2.

29、 麦汁煮沸方法本设计采用采用传统的煮沸方法。3. 酒花的添加方法 以传统分34次添加法为主。酒花添加分三次完成，操作如下：第一次：煮沸515分钟后，添加总量的5%10%，主要作用是消除煮沸物得泡沫。第二次：煮沸3040分钟后，添加总量的55%60%，主要是萃取-酸，并促进异构。第三次：煮沸后8085分钟，添加总量的30%40%，主要是萃取酒花油，提高酒花香味。1.3.6 麦汁的处理从煮沸锅放出的定型热麦汁，进入发酵以前还需要进行一系列处理：酒花糟分离，热凝固物分离，冷凝固物分离，冷却，充氧等才能成为发酵麦汁。近代的啤酒生产大大缩短了发酵和贮酒周期，发酵容器也增大到数百至上千立方米，因此，对麦汁

30、处理要：1. 对能引起啤酒非生物浑浊的冷，热凝固物尽可能给予足够的分离2. 麦汁处于高温时尽可能减少空气接触，防止氧化。麦汁冷却后，在发酵前，根据进罐时间，必须补充适量空气，供酵母前期呼吸。3. 麦汁处理各工序中，严格杜绝有害微生物的污染。麦汁处理应适用设备的要求不同，流程很多，经比较采用以下流程对麦汁进行处理： 煮沸锅热麦汁泵回旋沉淀槽薄板冷却系统通风发酵 （酒花糟+热凝固物） （无菌空气） 1. 酒花分离使用酒花球果，并加入到煮沸锅的工艺，在煮沸结束后应尽快分离出酒花糟。我国广泛使用带筛孔的酒花分离器。2. 热凝固物的分离本设计中采用回旋沉淀槽沉淀法分离热凝固物，利用麦汁离心力分离实现分离

31、。3. 冷凝固物分离冷凝固物是分离热凝固物后澄清的麦汁，在冷却到50以下，随着冷却进行，麦汁重新析出的浑浊物质，并在25左右析出最多。若把此麦汁重新加热到60以上，麦汁又恢复澄清透明，因此，这是可逆的。1.3.7 麦汁的充氧1. 热麦汁的氧化麦汁在高温之下接触氧，此时氧很少以溶解形式存在，而是和麦汁中糖类、蛋白质等发生氧化反应。麦汁在高温下应该接触空气和应该严格禁止接触空气，从麦芽粉加水投料至冷却前，隔氧操作是关键措施。2. 冷却麦汁的充氧麦汁冷却至发酵接种温度以后，即使与氧接触，氧化反应较微弱，氧在麦汁中呈溶解状态。麦汁浓度增加减少饱和溶氧量。充氧操作为：麦汁温度降至6以下，空气通风，10P

32、麦汁饱和溶氧量为10.1ml/L。3. 冷麦汁通风方法若采用纯氧，溶氧将达到40ml/L以上。一般只有快速发酵法生产啤酒时采用纯氧，普通啤酒发酵采用压缩空气通风，即将无菌，无油的压缩空气在麦汁冷却的输送线路中，通过文丘里管或不锈钢舌片混合器，肽管混合器，在线上充氧。本设计选用文丘里管。此外麦汁应采取分批进罐，冷麦汁通风时间，宜早不宜晚，最后1-2批进罐麦汁不再通风。1.4 啤酒发酵1.4.1 啤酒酵母1. 啤酒酵母的分类能使含糖液体自然发酵，生成二氧化碳和酒精，液面上形成“膜”，器底形成“沉淀”的生物，统称为“酵母”。广义上说，凡是单细胞、世代时间较长的低等真核生物，统称为“酵母”。酵母的分类

33、：a.夫罗贝尔酵母：发酵度高，沉淀慢而不凝集b.薛士酵母：发酵度低，凝集性强，沉淀快c.卡尔斯贝酵母：卡尔倍一号，发酵度高，沉淀慢；卡尔号二号，发酵度低，沉淀快。2. 啤酒酵母的絮凝啤酒酵母的絮凝特性是重要的生产特性，它会影响酵母的回收再利用于发酵的可能，影响发酵速率和发酵度，影响啤酒过滤方法的啤酒风味。酵母细胞不同的絮凝能力受到其自身的基因和外界作用影响，金属离子对凝聚作用的影响极大，凝聚作用的强度还依赖于基质的离子浓度，尤其是钙离子含量达到30mg/l以上时的促凝作用相当显著，其他二价离子也能促凝，但是单价离子会因“反离子效应”对其产生抑制作用。3. 啤酒酵母的扩大培养 啤酒酵母纯正与否，

34、对啤酒发酵和啤酒质量的影响很大。啤酒工厂生产使用的酵母由保存的纯种酵母，经过扩大培养，达到一定数量后，供生产现场使用。每个啤酒厂都应保存适合本厂使用的纯种酵母，以保证生产的啤酒具有稳定的风格和特性。啤酒酵母扩大培养的顺序如下：斜面试管（原菌种）富氏瓶或试管培养巴氏瓶或三角瓶培养卡氏罐培养汉生罐培养酵母扩大培养罐酵母繁殖罐发酵罐。以上从斜面试管到卡氏罐培养为实验室扩大培养阶段；汉生罐以后为生产现场扩大培养阶段。4. 接种量表1-1 不同麦汁浓度的酵母添加量麦汁浓度酵母泥添加量790.30.410120.40.613150.50.716200.61.01.4.2 啤酒发酵方法的选择啤酒发酵方法主要

35、有以下几种方式：传统发酵，锥形罐发酵；连续发酵法，分批式发酵法；上面发酵法，下面发酵法；一罐发酵法，两罐法发酵；本设计选用的是两罐式发酵法。以下就这几种发酵方法进行分析和比较来进行取舍。1.连续发酵连续发酵主要有多罐式连续发酵和塔式连续发酵，这种连续发酵系统都可大大缩短发酵周期，提高设备利用率，降低了投资，减少了酒损，降低了蒸汽、劳动力和洗刷费用，提高了酒花利用率，且产生的成品啤酒质量稳定。但是这几种连续体系也各有不足：多罐式系统需搅拌，动力消耗大。塔式系统对酵母要求高，使用的酵母不仅要求发酵度高，而且要求凝聚性强。并且塔式观造价高，不利于小规模生产。更重要的是，连续发酵法啤酒从风味上品评与间

36、歇法啤酒差别大，难以被消费者接受。八十年代后，锥形罐发酵取代了传统发酵，生产周期得到了缩短，而连续发酵由于污染和风味（特别是双乙酰）控制的困难逐步停止了使用。从实际情况出发，故本设计不采用此法。2.下面发酵传统的下面发酵法，主发酵容器安置在空气过滤，绝热良好和清洁卫生的发酵室。室温保持56；采用开放式或密闭式、圆形或方形的主发酵容器。后发酵则设置在单独的贮酒室，采用金属或木制的贮酒罐，作后发酵和贮酒用。贮酒室温保持在Ol。下面发酵的工艺特点是：（1） 采用下面酵母，主发酵温度比较低，发酵进程比较缓慢，发酵的代副产物相对较少。主发酵完毕后，大部分酵母沉降发酵容器底部。（2） 下面发酵啤酒的后发酵

37、和贮酒期比较长，酒液澄清良好。C02饱和稳定，酒的泡沫细微，风味柔和，保存期较长。3.上面发酵啤酒发酵系以上面发酵为起源，而后由于选用的纯粹培养酵母不同，划分为上面发酵与下面发酵两种啤酒发酵类型。上面发酵在发酵外观、技术操作和发酵设备方面与下面发酵有所不同，但两者的发酵机理是一致的。上面发酵工艺的特点（1） 上面发酵系采用上面酵母，是在较高的温度(1520)下进行的。酵母起发快，接种量可以减少，形成的酵母新细胞较多。发酵终了，大部分酵母浮在液面，酵母回收工作虽较下面发酵复杂，但酵母使用代数远较下面发酵为多，长久没有衰退现象。（2） 上面发酵的麦汁接种温度为1316，比较高。发酵23天，当酵母升

38、至液面时，为发酵旺盛阶段，此时应开始降低液温，可采用1214冷水冷却，并在酵母形成泡盖时立即撤去，发酵46天即行结束。（3） 发酵结束后，酵母成紧密的一层浮在液面上，厚为34cm。（4） 上面发酵在发酵过程风时间长，目的是使酵母分散悬浮在发酵液中，对凝集性强的酵母，通风尤属必要。（5） 上面发酵一般不采用后发酵，主发酵的发酵度接近最终发酵度。分离酵母后，加胶处理，贮藏澄清一阶段，采用人工充二氧化碳，使达饱和。若上面发酵采用后发酵工艺，下酒时，酒液中保留部分残糖，继续发酵，产生的二氧他碳饱和在酒中。（6） 上面发酵酿制的啤酒成熟快，设备周转快，啤酒有独特的风味，但保存期短。从实际出发，选用下面酵

39、母发酵法。4.一罐法发酵随着啤酒工业的发展，现有啤酒厂普遍采用一罐发酵工艺，即麦汁的主发酵，双乙酰还原、降温以与贮酒阶段在同一个露天发酵罐中进行。一罐法工艺有以下优点：清洗消耗少，因为只有一个容器必须清洗；转入空罐时CO2损失少；酒损少，因为没有了管道中残酒的损失；所需的工作时间少；节能，因为不用倒罐，没有氧侵入的危险。5. 两罐法发酵一罐法发酵工艺简单, 便于操作, 能够节省投资, 但由于麦汁整个发酵过程都在同一个发酵罐中进行, 使得冷凝物的排放与酵母沉淀效果不十分理想。由于露天发酵罐一般直径较大, 若酒液缺少对流, 就会使其温度分布不均匀, 罐中心酒液温度与罐壁处酒液温度需长时间才能达到平

40、衡, 从而影响啤酒风味。同时, 一罐法发酵工艺发酵周期较长, 生产旺季难以满足市场需求。故不采用一罐法。故本设计采用两罐法发酵。1.4.3 啤酒发酵工艺传统式分批发酵，每批（一锅或两锅）定型麦汁，经过添加酵母，前发酵（酵母增殖），主发酵，后发酵和贮酒等阶段。相应的设备是：酵母添加器，前发酵池，主发酵池，后发酵罐和储酒罐。各段发酵均在有绝热维护层，并具有室温调节装置的的厂房进行，一般分为前发酵室（7-8）主发酵室（6-7），后酵和储酒室（2-0）等部分。1.4.3.1酵母接种量和添加方法1酵母接种量：本设计分批发酵采用低温，缓慢发酵，因此接种量比较小，接种后细胞浓度控制在（5-12）10个/ml

41、。 设酵母泥的浓度为2010个/g，按工艺规定接种后酵母浓度为：810个/ml则每千克麦汁接种酵母泥克数（n）：n=8101000/2010=4g 即接种量为0.4%。2. 酵母添加方法：a.干道和湿道添加法；b.倍量添加法；c.分割法；d.递加法。本设计采用干道法添加酵母：在酵母添加器中加入每批麦汁所需的酵母，再加上二倍量的冷麦汁，用无菌压缩空气充分混合，压到前酵池中，再用无菌空气搅拌均匀即可。1.4.3.2 前发酵:所谓前发酵，就是指接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长（数小时至十小时）的生长滞缓期，之后才能加入出芽繁殖，当酵母克服生长缓滞期，出芽繁殖细胞浓度达到20个/ml，

42、发酵麦汁表面开始气泡，此阶段即为前发酵。但由于工艺改进，前发酵时期已缩短至2030个小时。 1.4.3.3 主发酵：主发酵前期酵母吸收麦汁中的氨基酸和营养物质,应用糖类发酵释放自由能合成细胞并产生热量。此时糖降比较缓慢，而-氨基氮下降迅速。由于有机酸产生和麦汁缓冲物质减少，麦汁PH下降迅速。酵母达到最高浓度时，糖降最快，每天外观糖浓度降可达1.5-2.0P。VDK峰值出现在最高酵母浓度后12-24h。此阶段大量废热产生，必须进行冷却以保持最高发酵温度。当发酵度达到酵母凝聚点时（一般酵度在35%-45%），酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，糖降速率开始降低。为了促进凝聚和保存凝聚酵母

43、的活性，发酵后期应逐步降低温度，使发酵温度趋近后酵温度。主发酵后期每日糖降小于0.3P时，发酵缓慢，泡沫消失，逐步形成泡盖。泡盖是CO2带至发酵液面的多酚、酒花树脂、高分子蛋白质等接触空气氧化，聚合形成的。在主发酵结束前捞去泡盖，即可下酒至后发酵和回收沉于池底的凝聚酵母泥。1.4.3.4 后酵和贮酒主发酵结束后，下酒至密闭室后发酵罐，前期进行后发酵，后期进行低温储酒。后发酵和储酒的目的是：糖类继续发酵，促进啤酒风味成熟，增加CO2溶解，促进啤酒澄清。1.4.3.5圆筒体锥底发酵罐发酵与其工艺:圆柱锥底发酵罐的优点有：（1）加速发酵 C.C.T由于发酵基质（麦汁）和酵母对流获得强化，可加速发酵。

44、（2）厂房投资节省 C.C.T发酵可以大部分或全部在户外，而且罐数、罐总容积减少，厂房投资节省。（3）冷耗节省 C.C.T发酵冷却是直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质在强制循环下，传热系数高。（4）发酵罐清洗、消毒 C.C.T发酵可依赖于CIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。（5）该罐具有锥底，主发酵后回收酵母方便。（6）罐身具有冷却夹套，冷却面积能够满足工艺上的降温要求，一般在圆柱体部分，视罐体高度，可分设2-3段冷却，锥底部分设有一段冷却，有利于酵母沉降和保存。（7）圆柱锥底罐是密闭罐，可以回收二氧化碳，也可进行二氧化碳洗涤，可做发酵罐，也可做贮酒罐。因此在本设计中选用的是圆柱锥底

45、发酵罐，其具体情况介绍如下：1.发酵方法分类：主要分单酿罐发酵和两罐法发酵两种。本次设计选择两罐法发酵。2.设备的结构特点：（1）设备的外型特点：外筒体蝶形或拱形盖，锥形体底，罐筒体壁和锥底有各种形式的冷却夹套。两罐法发酵罐D：H=1:3-4。发酵罐底角，考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，取排出角73-75。（2）罐材料：大型C.C.T均采用碳钢加涂料或是不锈钢两种材料。（3）冷却夹套：国C.C.T大多用低温低压（-3,0.03MPa）液态冷媒在半圆管，弧形管的夹套，或米勒板式夹套流动换热。冷却夹套一般分三段：上段距发酵液面15cm向下排列，中段在筒体的下部距支座15cm向上排列，锥底段尽可能接

46、近排酵母口，向上排列。（4）隔热层和防护层：绝热材料常用绝热材料聚酰氨树脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。外防护层采用0.7-1.5mm厚的合金铝板或0.5-0.7mm的不锈钢板，特别是瓦楞型板更受欢迎。（5）罐主要附件：智能型铂温度传感器，清洗取样阀，安全阀，真空破坏阀，CIP执行机构，上视镜，灯镜，空气和二氧化碳排出管装置。3. 圆筒体锥底发酵罐发酵工艺：（1）进罐方法采用直接进罐方法。（2）接种量和起酵温度麦汁直接进罐法，为了缩短起酵时间，大多采用较高接种量，0.6%0.8%，接种后细胞浓度为（153）106个/ml。麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度23。（3）主发

47、酵温度本设计是10P的淡色啤酒，小于11P，所以采用低温发酵，9-10C。（4）VDK还原在大罐发酵中，后发酵一般称VDK还原阶段。VDK还原初期一般不排放酵母，也就是发酵全部酵母参与VDK还原，这可缩短还原时间。（5）冷却、降温VDK还原终点是根据成品啤酒应VDK的含量而定，要求VDK低于0.1mg/L，才称还原阶段基本结束，可降温。（6）罐压控制发酵液中二氧化碳是酵母的毒物，会抑制酵母繁殖和发酵速率，大多数C.C.T发酵主发酵阶段均采用微压（小于0.01Mpa-0.02Mpa），主发酵后期才封罐逐步升高，还原阶段1-2天才升至最高值。由于罐耐压强度和实际需要，C.C.T罐压一般最大控制在0

48、.07-0.08Mpa，以后保持或略有下降至啤酒成熟。（7）酵母的排放和收集当VDK还原至规定值，可顺利从锥底排放泥状酵母。收集酵母后，用酵母泥的1-1.5倍无菌低温酿造水（1-2C）覆盖并控制存放温度不超过2C，每天换一次无菌水。1.4.4 酵母的添加与回收在麦汁进行充氧同时添加酵母，为了使酵母均匀分布在发酵罐中，酵母应在整个麦汁流入过程中均匀添加，接种量：约0.60.8L浓酵母泥/hL麦汁。种酵母要求：外观色泽洁白，凝聚性良好，无黏着现象，无杂质，无变异，镜检酵母细胞大小整齐，健壮，无杂菌感染，细胞活性97%以上，冷水低温保存时间不超过3天，使用代数不超过7代。沉降于发酵罐底的酵母可以分为

49、三类：上层为轻质酵母，可做饲料或经行其它综合利用。中层为核心酵母，其量占65%70%,可留作下批种酵母用。下层为弱细胞或死细胞，可作饲料或弃置不用。1.4.5 发酵设备的降温控制本设计采用的发酵设备为应用极为广泛的露天锥形发酵罐，酵母在发酵过程中会产生热量，为使发酵和后熟在设计的工艺温度下进行，必须进行冷却。本设计采用间接冷却方式。1.4.6 啤酒生产副产物的利用1、麦槽的利用麦槽是麦芽和大米在不发芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物质构成的。麦槽是有价值的饲料，有较高的蛋白质，并受到适度分解。2、二氧化碳的回收二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，二氧化碳也是重要的原材料。在过滤后的清酒中，直接充入

50、二氧化碳，使啤酒在短时间溶解和过饱和，简单而有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。CO2贮气柜超压装置压缩机氧化剂洗涤器水冷却器活性炭过滤器压缩机冷却器干燥装置冷却器液态CO2贮存罐3、酵母的回收与利用根据酵母和发酵液的相对密度不同，采用离心机分离酒液和酵母。每生产100吨啤酒可得含水分75%80%的剩余酵母泥1.5t，可制成含水8.5%10%的干酵母约0.35t。近年来用啤酒酵母生产具有肉类鲜味的调料以与生产干酵母粉，有很好的经济和社会效益，故本设计采用一个酵母车间来利用废酵母生产干酵母，其生产流程如下：啤酒放弃的酵母泥固液分离湿酵母洗涤脱苦固液分离水解固液分离干燥干酵母 浓缩调配调味料 酵母

51、膏1.4.7 成品啤酒1.4.7.1. 啤酒的过滤发酵出来的啤酒经酵母分离机分离出来后，进入一薄板冷却器，然后进入啤酒处理罐，进行CO2洗涤，再经一次冷却器，冷却至-1 ，经粗滤精滤后，送清酒罐然后包装。啤酒过滤的主要方式有棉饼过滤机、硅藻土过滤机、纸板过滤机、双流过滤机、错流过滤机、无菌膜过滤机。现在普遍使用的是过滤设备是硅藻土过滤机、纸板过滤机和无菌膜过滤机。硅藻土过滤机作为啤酒的粗滤，纸板过滤机作为啤酒的精滤，无菌膜过滤机主要用于生产纯生啤酒。硅藻土过滤机主要有板框式、烛式、水平圆盘式三种，本设计采用板框式过滤机。1.4.7.2啤酒包装啤酒的包装形式有瓶装、易拉罐装和桶装三种形式，本设计

52、生产的主要是瓶装啤酒。瓶装啤酒包装工序生产流程：玻瓶卸箱验瓶洗瓶检验灌酒压盖检验杀菌检验贴标喷码检验装箱1.4.7.3验瓶验瓶方法有：人工验瓶与光学检验仪验瓶。现采用光学检验仪验瓶，利用光学验瓶装置，可自动将污瓶从传送带上排除。验瓶技术要求 1.外观：高矮一致，规格一致，颜色一致。2.瓶口：不得有破裂痕迹。3.瓶：不得有任何污物。4.瓶子运行速度：100-800瓶/分。第二章 工艺计算2.1 物料衡算2.1.1物料衡算的意义物料衡算是指理论上进行生产时，所要消耗的物料和可以得到的产品以与副产品的量，物料衡算的准确与否关系到整个生产工艺的合理性和设计的可行性，是整个设计阶段的重要一环。2.2.2

53、物料衡算基础数据根据表3-1的基础数据，先进行100kg原料生产11P啤酒的物料衡算，然后进行100L11P啤酒的物料衡算，最后进行6万吨/年啤酒厂的物料衡算表2-1啤酒生产基础数据项目名称百分比说明定额指标原料利用率98.5麦芽水分5.0大米水分11无水麦芽浸出率75无水大米浸出率95原料配比麦芽70大米30损失率冷却损失5.0发酵损失1.0对热麦汁而言过滤损失1.0装瓶损失1.0总损失率啤酒总损失率8对热麦汁而言2.1.3 100原料生产11P啤酒的物料衡算(1)热麦汁量根据表3-1可得原料收得率分别为：原料麦芽收得率为：0.75(100-5)100=71.25%原料大米收得率为：0.95

54、(100-11)100=84.55%混合原料收得率为：（0.7071.25%+0.3084.55%）98.5%=74.11%由上述可得100kg混合原料可制得的11P热麦汁量为：（74.1111）100=673.73(kg)又知11P麦汁在20时的密度为1.0442kg/L，而100热麦汁比20时的麦汁体积增加1.04倍。故热麦汁（100）体积为： （673.731.0442）1.04=671.02(L)(2)冷麦汁量671.02(1-0.05)=637.47(L)(3)发酵液量637.47(1-0.015)=631.10(L)(4)过滤酒量631.10(1-0.01)=624.79(L)(5

55、)成品啤酒量624.79(1-0.01)=618.54 (L)2.1.4生产100L 11P啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产11P淡色啤酒约609.99L，故可得下述结果：(1)生产100L11P经典啤酒需耗混合原料量 （100/618.54）100=16.17(kg)(2)麦芽耗用量16.1770%=11.32(kg)(3)大米耗用量16.1730%=4.85(kg)(4)酒花耗用100L热麦汁中加入的酒花量为0.2千克，故酒花耗用量为： （671.02/618.54）1000.2%=0.22(kg)同理，100kg原料耗酒花：618.54/1000.22=1.36

56、kg(5)热麦汁量（671.02 /618.54）100=108.84(L)(6)冷麦汁量（637.47/618.54）100=103.06(L)(7)发酵液量：（631.10/618.54）100=101.51(L)(8)滤过酒量：（624.79/618.54）100=101.01(L)(9)成品酒量：（618.54/618.54）100=100(L)(10)湿糖化糟量：l 设排出的湿麦糟含水分80%，l 湿麦芽糟量为：(1-0.05)(100-75)/(100-80) 11.32=13.51湿大米糟量为： (1-0.11)(100-95)/(100-80) 4.85=1.08故湿糖化糟量为

57、：13.51+1.08=14.59同理，100kg原料产生湿糖化糟：618.54/10014.59=90.24kg(11)湿酒花糟量：设酒花在麦汁中的浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：同理，100kg原料产生湿酒花糟：618.54/1000.66=4.06kg(12)酵母量（以商品干酵母计）生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg。湿酵母泥含水分85%酵母含固形物量:则含水分7%的商品干酵母量为：(13)二氧化碳量因11P冷麦汁密度为1.0442kg/L，则103.06L冷麦汁质量为： 103.061.0442=108.16kg

58、所以，11P冷麦汁108.16kg中浸出物量为：11%108.16=11.9kg设麦汁的真正发酵度为80%，则可发酵的浸出物量为：11.980%=9.52kg麦芽糖发酵的化学反应式为：C12H22O11+H2O 2C6H12O62C6H2O6 4C2H5OH+4CO2+560kJ设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量为：式中 44CO2分子量342麦芽糖（C12H22O11）分子量设11P啤酒含二氧化碳为0.35%，酒中含CO2量为：103.060.35=0.36kg则释放出的CO2量为：4.9-0.36=4.54kg而1m3CO2在20常压下重1.832kg故释放出的CO2的体积为

59、：2.1.5年产6万吨11P淡色啤酒糖化车间物料衡算生产旺季以170天计，占总产量的70%，则旺季日产量为：6000070%170=247(吨/天)设生产旺季每天糖化4次，旺季总糖化次数为680次（淡季根据需要酌情调整糖化次数），可算得每次糖化可产成品啤酒量（灌装后）为： 2474=61.75（吨/天）由此可算出每次投料量和其他项目的物料平衡。(1) 成品啤酒量（灌装前）： 61.751000（1-1%）1.0115=61664（L）(2) 麦芽用量：61664618.5470=6978 （kg）(3) 大米用量：61664618.5430=2991 (kg)(4) 混合原料用量：6978 +2991 =9969 (kg)(5) 热麦汁量： 61664618.54671.02=66896（L）(6) 冷麦汁量： 61664618.54637.47=63551（L）(7) 湿糖化糟量：61664