年產(chǎn)十萬噸啤酒廠設(shè)計

1、成績長江師范學(xué)院課程設(shè)計說明書 課題名稱： 年產(chǎn)10萬噸啤酒工廠設(shè)計設(shè) 計 人： 王博 學(xué) 號： 2 班 級： 2013級生物工程 1 班 指導(dǎo)教師： 陳今朝 設(shè)計時間：2016.6.10 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院摘 要本設(shè)計是年產(chǎn)10萬噸啤酒廠生產(chǎn)流程的設(shè)計，以大麥、大米為主要原料，酒花為輔料，經(jīng)過糊化，糖化，煮沸，過濾，冷卻，發(fā)酵而成。設(shè)計內(nèi)容主要包括工廠的布局設(shè)計，發(fā)酵的工藝流程，物料衡算，車間布置的設(shè)計，發(fā)酵罐的選型與設(shè)計。本次設(shè)計所采用的發(fā)酵罐為圓筒體錐底發(fā)酵罐，糖化方法為雙醪浸出糖化法，發(fā)酵方法采用下面發(fā)酵法。設(shè)計的圖紙主要包括發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖，生產(chǎn)車間設(shè)備布置圖，工廠總平面圖，生產(chǎn)工藝流程

2、圖。此次設(shè)計在保證啤酒生產(chǎn)的基本條件下，對生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)設(shè)備進行了優(yōu)化選擇，旨在提高啤酒質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞：啤酒；糖化；發(fā)酵；發(fā)酵罐目 錄第一章 總論41.1設(shè)計的任務(wù)及要求41.2設(shè)計的依據(jù)和原則41.3設(shè)計的目的與可行性4第二章 廠址選擇及論證62.1廠址選擇62.2廠址選擇論證6第三章 工廠組成及布置83.1工廠組成83.2工廠布置8第四章 發(fā)酵車間工藝流程104.1啤酒原料要求104.2工藝流程說明124.3麥芽制造工藝流程124.4麥汁制備工藝流程134.5啤酒發(fā)酵164.6啤酒包裝與生產(chǎn)副產(chǎn)物的利用19第五章 物料衡算215.1設(shè)計參數(shù)215.2物料衡算21第六章 設(shè)備的選

3、型與設(shè)計286.1設(shè)備選擇標(biāo)準(zhǔn)286.2發(fā)酵車間主要設(shè)備的選擇286.3發(fā)酵罐體積的確定306.4發(fā)酵罐個數(shù)的確定316.5發(fā)酵罐設(shè)計與材料的選擇326.6管道的計算與選擇356.7清酒罐的尺寸設(shè)計36第七章 三廢處理方案377.1啤酒廢水的產(chǎn)生與特點377.2廢水處理技術(shù)377.3節(jié)水技術(shù)377.4廢氣處理387.5垃圾處理38第八章 啤酒工廠衛(wèi)生問題408.1衛(wèi)生設(shè)施的要求408.2衛(wèi)生設(shè)施408.3防蟲蛇措施408.4防鼠措施41參考文獻42第一章 總論1.1 設(shè)計的任務(wù)及要求本設(shè)計是年產(chǎn)量為10萬噸的8度啤酒發(fā)酵車間工藝設(shè)計，重點是物料衡算、設(shè)備選型及論證、重點設(shè)備的詳細設(shè)計、車間的布

4、置、繪制圖紙（發(fā)酵工藝流程圖、發(fā)酵車間平面布置圖、工廠平面設(shè)計圖、發(fā)酵罐圖）。1.2設(shè)計的依據(jù)和原則1.2.1設(shè)計的依據(jù)綜合運用大學(xué)三年所學(xué)課程，參考釀造酒工藝學(xué)、生物工程設(shè)備、化工原理、食品標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)、生物工程工廠設(shè)計概論，查閱有關(guān)資料、文獻，搜集必要的技術(shù)資料，工藝參數(shù)與數(shù)據(jù)，進行生產(chǎn)方法的選擇，工藝流程與工藝條件的確定與各種計算。 1.2.2設(shè)計的原則設(shè)計出來的啤酒廠須符合相關(guān)規(guī)定和要求，以現(xiàn)代化建設(shè)為中心服務(wù)目標(biāo)。在工廠設(shè)備上，要求投資小、效率高、穩(wěn)定性強、機械化程度高、環(huán)境污染小。在工藝技術(shù)方面，解放思想，積極采用新技術(shù)，力求現(xiàn)實性和先進性。在經(jīng)濟效益上，要求投資少，回報高，低成本，

5、收益快，合理利用現(xiàn)有資源。1.3設(shè)計的目的與可行性1.3.1設(shè)計的目的本設(shè)計將我們學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中來。一方面，為即將到來的實習(xí)生活鞏固專業(yè)技能。另一方面，通過查閱整理資料、獨立排版設(shè)計，鍛煉我們獨立分析和處理問題的能力，為下學(xué)年的畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。1.3.2設(shè)計的可行性啤酒含有17種氨基酸，多種維生素及碳水化合物、礦物鹽等物質(zhì)。其營養(yǎng)價值豐富，被世界營養(yǎng)協(xié)會組織列為營養(yǎng)食品，素有“液體面包”之譽。而其啤酒中的礦物鹽，對人體組織細胞的代謝起著調(diào)節(jié)作用，有利于人體必需水分的攝取吸收。其所含的酒花素，既能促進唾液、胃液和膽汁分泌，健胃益脾；又可治療肺和淋巴結(jié)核，促進傷口愈合和燒傷者痊愈，有著良

6、好的藥療效果。自啤酒廠在我國建立以來，其市場需求與日俱增。近幾年來，各類啤酒廠更如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，遍及神州大地。但從人均消費水平來看，我國啤酒市場還存在著巨大的上升空間，其經(jīng)濟效益較為可觀。因此，依據(jù)市場規(guī)律和現(xiàn)實條件，本設(shè)計工廠選址在湖北省丹江口地區(qū)，建立一所年產(chǎn)10萬噸的啤酒廠。第2章 廠址選擇及論證2.1廠址選擇2.1.1廠址選擇的重要性廠址選擇是基本建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，在工廠設(shè)計中有顯著的政治經(jīng)濟技術(shù)意義。廠址選擇正確與否，不僅關(guān)系到建廠過程中能否以最省的投資費用，按質(zhì)按量按期完成工廠設(shè)計中所提出的各項指標(biāo)，而且對投產(chǎn)后的長期生產(chǎn)，技術(shù)管理和發(fā)展遠景，都有著很大的影響，并同國家地區(qū)的工

7、業(yè)布局和城市規(guī)劃有著密切的關(guān)系。因此，廠址的選擇應(yīng)該作到深思熟慮和嚴謹從事，選出投資省、建設(shè)快、運營費低、具有最佳經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的廠址。2.1.2廠址選擇的原則第一，廠址選擇必須符合工業(yè)布局；符合所在地區(qū)、城市規(guī)劃的要求，按照國家有關(guān)法律、法規(guī)及建設(shè)前期的規(guī)定進行。第二，充分利用當(dāng)?shù)赜欣Y源，摒除不利條件；充分利用當(dāng)?shù)厝肆?、物力、財力。第三，總體經(jīng)濟效益好，有利于加快國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的提高。第四，須符合可持續(xù)發(fā)展觀念，保護生態(tài)環(huán)境。2.1.3廠址選擇結(jié)果本廠選擇在湖北省西北部的丹江口經(jīng)濟特區(qū)。2.2廠址選擇論證丹江口市位于湖北省西北部偏東，地處鄂豫兩省交界處，素有“中國水都

8、”之稱。自改革開放以來，中央對該地區(qū)第一、第二產(chǎn)業(yè)大力度扶持，地方經(jīng)濟政策優(yōu)越，對我廠前期建設(shè)極為有利。而從環(huán)境上看，其位于漢江中上游，是我國“南水北調(diào)”重要樞紐點，水資源貯備量大，水質(zhì)優(yōu)良。并且，其地質(zhì)穩(wěn)定，地勢平坦，亞熱帶季風(fēng)性氣候顯著，利于工廠建設(shè)。在原料獲取與運輸上，其地處湖廣地區(qū)，北接農(nóng)業(yè)大省河南省，西連車城十堰，生產(chǎn)原料易得且方便運輸。綜合以上條件考慮，故選址在該地區(qū)。第三章 工廠組成及布置3.1工廠組成啤酒廠的組成一般包括以下內(nèi)容：（1）生產(chǎn)車間。通常由若干生產(chǎn)廠房建、構(gòu)筑物組成。如由糖化、發(fā)酵、灌酒、包裝、酒庫、化驗等廠房聯(lián)合建成的一個啤酒車間。（2）輔助車間。由若干建、構(gòu)筑廠

9、房組成。如由酵母回收、麥糟處理、麥芽儲存、倉庫、機修等組成啤酒車間的輔助車間。（3）動力車間。由水泵房水塔、貯水池、鍋爐房、空氣壓縮站、冷凍站、變電所、儀表維修等廠房組成。（4）行管部門。由辦公室、中心試驗室、醫(yī)務(wù)所、汽車庫、食堂、浴室等建筑、構(gòu)筑物廠房組成。（5）綠化區(qū)域。綠化設(shè)施和工廠前區(qū)建筑小品等美化環(huán)境布置。（6）道路等運輸設(shè)施和各類地上、地下工程管網(wǎng)。如上下水道、電纜或架空電氣線路、熱力管道、空氣管道、冷凍管道、煤氣管道、通訊電纜等室外管道。（7）三廢治理。廢污處理設(shè)施和場地等。3.2工廠布置（1）主要生產(chǎn)車間建筑物的布置位置 應(yīng)首先考慮將其集中布置，且地勢需平坦，地耐力大于1502

10、00kN/m2，才能滿足生產(chǎn)設(shè)備的布置。其朝向應(yīng)當(dāng)正面朝陽或偏南向布置，以便于自然采光與通風(fēng)。（2）輔助車間建筑物等的布置位置 應(yīng)靠近其服務(wù)的主車間廠房或其服務(wù)對象。如啤酒廠內(nèi)，瓶、箱堆場因其貯量較大而占地面積較多，應(yīng)布置在廠后區(qū)，但又緊靠啤酒包裝車間的部位，這樣可減少輸送距離。（3）動力車間建筑物的布置位置 應(yīng)盡量靠近其服務(wù)的具體部門，可以大部分集中在廠區(qū)的左側(cè)或右側(cè)。這樣，可最大限度地減少管路線的鋪設(shè)、輸送汽、冷、氣。電的常年能量損失。（4）行政管理和后勤部門建筑設(shè)施的總體布置位置 應(yīng)集中在廠前區(qū)。因其職能性質(zhì)規(guī)定，對廠內(nèi)要方便于全廠性的行政業(yè)務(wù)和生產(chǎn)技術(shù)管理及后勤服務(wù)；對外在建筑上要適應(yīng)

11、城市規(guī)劃、市容整齊的要求，所以多設(shè)置在工廠的大門處對應(yīng)位置。第四章 發(fā)酵車間工藝流程4.1啤酒原料要求4.1.1釀造用水啤酒中水占8590%，釀造用水的質(zhì)量好壞直接影響啤酒的質(zhì)量和風(fēng)味，故稱水是“啤酒的血液”。優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)、充足的水源是能否建廠的首要條件。釀造淡色啤酒，糖化用水應(yīng)是碳酸鹽硬度低，非碳酸鹽硬度適中，以便控制糖化醪和麥汁的pH值，使之偏酸性。因為水中的碳酸鹽會降低麥汁的酸度，消除麥汁中磷酸鹽的緩沖作用，使糖化酶和蛋白酶的活性降低，導(dǎo)致麥汁煮沸后不夠清亮透明，同時還可使酒花中的苦味物質(zhì)發(fā)生異構(gòu)化，增加酒花苦味物質(zhì)的溶解，造成麥汁色度加深和不良口味。因此，釀造淡色啤酒應(yīng)采用硬度較低的水。

12、釀造用水除對水的硬度提出要求外，糖化用水還必須符合以下條件：(1) 外觀 ：無色透明，無懸浮物及沉淀物。 (2) pH值 ：以pH6.87.2為宜。 (3) 細菌數(shù) ：在37下培養(yǎng)24小時，每毫升水中細菌數(shù)不得超過100。 (4) 鐵鹽 ： 鐵離子應(yīng)在0.3 mg/L以下。 (5) 氯化物 ：要求含量在2060 mg/L范圍內(nèi)。 (7) 硅酸鹽 ：一般要求含量在1030 mg/L以下。 (8) 硝酸鹽與亞硝酸鹽 ：硝酸鹽不得超過5 mg/L，亞硝酸鹽不得超過0.05 mg/L。 (9) 鈣鹽 ：以含CaSO4 11.5 mg/L為宜，CaSO4在麥汁煮沸時，可促進蛋白質(zhì)的凝結(jié)，使成品啤酒澄清，

13、降低色度。 (10)游離CO2 ：釀造用水不應(yīng)含有。 由以上幾點可知，對于水質(zhì)較差的水，必須進行適當(dāng)?shù)奶幚矸娇捎糜卺勗?。一般來說，泉水、深井水可直接用于釀造。4.1.2麥芽麥芽是釀造啤酒的主要原料。它含有豐富的淀粉和適量的蛋白質(zhì)以及供糖化的酶。因此，麥芽的成分和質(zhì)量對啤酒的質(zhì)量起著決定性作用，大麥有三種，其中二棱大麥籽粒飽滿且整齊，淀粉含量較高，蛋白質(zhì)含量適中，發(fā)芽均勻，一般認為是釀造啤酒的最好原料。采用淺色麥芽，麥芽外觀整齊，除根干凈，不含雜草、谷粒、塵埃、枯芽、半粒、霉粒、損傷殘粒等雜質(zhì)，色澤淡黃而有光澤。麥芽應(yīng)有特殊的香味。不應(yīng)有霉味、潮濕味、酸味、焦苦及煙熏味等。4.1.3酒花酒花的功

14、能是賦予啤酒特有的清香和苦味，增加啤酒的泡持性和穩(wěn)定性，與麥汁煮沸時能促進蛋白質(zhì)的凝固、增加麥汁的防腐能力，酒花中最重要的是a-酸。因此，評價酒花質(zhì)量好壞時，不僅從它的外觀、手感、純凈度、香味來檢驗，最重要的是檢驗它的-酸的含量，要求-酸含量(以干態(tài)計)在5.0%7.0%之間，-酸含量(以干態(tài)計)：3.0%4.1%(參考值)，水份在8.0%12%之間，采用顆粒酒花，硬度大于60 N/m2，崩解時間小于等于10 s。4.1.4輔料以價格低廉而富含淀粉的谷類作為輔料可以提高麥汁收得率，制取廉價麥汁，以達到降低成本的目的，輔料的蛋白質(zhì)易氧化的多酚物質(zhì)含量明顯低于麥芽，這有利于降低啤酒的色度和改善啤酒

15、的非生物穩(wěn)定性。大米是啤酒廠最常用的輔料，其特點是價格低廉，蛋白質(zhì)、多酚物質(zhì)和脂肪含量低于麥芽，而淀粉含量高于麥芽，本設(shè)計采用大米作為輔料，生產(chǎn)出的啤酒具有色澤淺、口味清爽、泡沫細膩、酒花香突出，非生物穩(wěn)定性好等特點。4.1.5酵母在實際生產(chǎn)中最常用的酵母有兩大類：上面酵母和下面酵母。二者形態(tài)上存在明顯的差別。上面酵母又叫表面酵母，其母細胞和子細胞能夠長時間相互連接，形成多枝的牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、貯藏酵母，其母細胞和子細胞增殖后彼此分開，幾乎都是單細胞或幾個細胞連接。本設(shè)計設(shè)計的是經(jīng)典型啤酒，色澤淺，采用的是下面發(fā)酵技術(shù)，故選用下面酵母。本設(shè)計采用下面酵母酵母ZAU110。4.2工藝

16、流程說明啤酒生產(chǎn)分為兩大部分：麥芽制造和啤酒釀造。（1）麥芽制造工藝流程原料(大麥)浸漬發(fā)芽干燥除根（2）啤酒釀造工藝流程圖原料糟 酒花 麥芽 粉碎糖化鍋 過濾 麥汁煮沸 回旋沉淀 薄板冷卻 大米 粉碎 糊化鍋 酒花糟圖1-1 啤酒釀造工藝流程圖啤酒的生產(chǎn)過程大體可以分為四大工序：麥芽制造；麥汁制備；啤酒發(fā)酵；啤酒包裝與成品啤酒。4.3麥芽制造工藝流程（1）稱重麥芽原料從麥芽儲倉通過傳送帶傳送到電子稱，通過電子稱稱取一定量的麥芽進行后續(xù)加工。（2）拋光將麥芽送入拋光機進行拋光處理，以除去麥芽表面的芒刺。（3）精選去石將拋光后的麥芽送入去石機，比重的不同除去大米和麥芽中的石塊、玻璃塊和金屬等比重

17、較大的雜質(zhì)。（4）麥芽粉碎粉碎麥芽要求麥芽的皮破而不碎，因為麥皮的皮殼內(nèi)含有對酒質(zhì)量不利的苦味物質(zhì)、色素、單寧，當(dāng)皮殼磨得太碎時就會大量浸出，而使啤酒色澤變深，口味不正。另外麥芽的皮殼在麥汁中過濾時構(gòu)成過濾層，磨得太碎，會降低過濾效果，造成過濾困難。4.4麥汁制備工藝流程4.4.1麥汁前處理（1）糖化糊化對于大米淀粉原料而言，不需要經(jīng)過前面的原料預(yù)處理過程，而是直接將其送入糊化鍋糊化后，再將糊化鍋醪液送入糖化鍋。輔料中的淀粉一般由細胞壁包圍，以顆粒狀存在。這種顆粒不溶于冷水中，也很難被麥芽中的淀粉酶分解，當(dāng)?shù)矸垲w粒經(jīng)過加熱，迅速吸水膨脹，當(dāng)升到一定溫度后，淀粉細胞壁破裂，淀粉進入水中，淀粉繼續(xù)

18、膨脹，形成凝膠物，此過程稱為“糊化”。簡言之，糊化就是淀粉分子在熱溶液中膨脹破裂的過程。糖化是指利用麥芽自身酶或外加酶制劑代替部分麥芽將麥芽和輔料中不溶性高分子物質(zhì)分解成可溶性低分子物質(zhì)，如糖類、糊精、氨基酸、肽類等的麥汁制過程。由此制得的溶液稱為麥汁。糖化的第一步是在糖化鍋中加入一定量的水，升溫至37并保持20min；然后加入粉碎后的麥芽并攪拌；再將溫度升高至50并保持40min；然后將糊化鍋醪液加入，將混合液升高至65，并保持70min。最后將糖化液排出并送入過濾槽進行過濾。這一糖化過程稱雙醪浸出糖化法，雙醪浸出糖化法糖化曲線見圖1-2。圖1-2 雙醪浸出糖化法糖化曲線（2）過濾麥汁過濾最

19、常用的是過濾槽法。過濾槽的槽身內(nèi)安裝有過濾篩板、耕刀等，槽身與若干管道、閥門以及泵組成可循環(huán)的過濾系統(tǒng)，利用液柱靜壓為動力進行過濾。麥汁的粘度和過濾層的厚度影響過濾速度。（3）煮沸將過濾后的麥汁送入煮沸鍋進行煮沸，煮沸麥汁有多個目的 ：蒸發(fā)多余的水分；破壞酶的活性，終止生物化學(xué)反應(yīng)，固定麥汁組成；將麥汁滅菌；浸出酒花中的有效成分；使蛋白質(zhì)變性凝固等。（4）回旋沉淀發(fā)酵前必須除掉熱凝固物。熱凝固物主要是蛋白質(zhì)與多酚物質(zhì)的復(fù)合物，另外吸附一些酒花樹脂和無機物，若帶入發(fā)酵醪中，可能會黏附在酵母細胞表面，將影響酵母的正常發(fā)酵，影響啤酒色度、泡沫性質(zhì)、苦味和口感穩(wěn)定性。這些熱凝固物是通過回旋沉淀槽除去，

20、其主要是利用離心力分離沉淀。（5）冷卻將從回旋冷卻槽出來的熱的麥汁送入薄板冷卻器進行冷卻，冷卻后的麥汁送入發(fā)酵車間進行發(fā)酵處理。冷卻的目的有三個，一是降低麥汁溫度，使之達到適合酵母發(fā)酵的溫度；二是使麥汁吸收一定量的氧氣，以利于酵母的生長增殖；再就是析出分離麥汁中的冷、熱凝固物，改善發(fā)酵條件提高啤酒質(zhì)量。4.4.2麥汁后處理（1）熱凝固物及冷凝固物的分離麥汁煮沸后應(yīng)盡快將麥汁中的熱凝固物進行有效的分離，以獲得澄清的麥汁，然后將麥汁冷卻至工藝要求的溫度，冷卻的同時，要進行通風(fēng)，為酵母繁殖提供足夠的氧氣。漩渦成沉淀槽是最常用的熱凝固物分離設(shè)備，與其它設(shè)備相比，她的分離效果最佳。漩渦沉淀槽是立式柱形槽

21、，麥汁沿切線方向泵入，形成旋轉(zhuǎn)流動，并使熱凝固物以錐丘狀沉降于槽底中央，清亮麥汁從側(cè)面麥汁出口排出。麥汁在冷卻過程中會形成冷凝固物，并逐漸沉淀下來，去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮選法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮選法是麥汁在去除熱凝固物后，通入無菌空氣就會吸附在細密的小氣泡上，隨氣泡升至液面，并加以除去。（2）麥汁的冷卻常用的麥汁冷卻器為板式換熱器，換熱效率很高。麥汁冷卻的基本要求有：麥汁和冷卻水流經(jīng)部位要便于清洗，密封性要好，嚴防冷卻水和麥汁的滲漏。要有足夠的冷卻面積，冷卻時間要短，冷凝固物析出的量多。麥汁冷卻有一段式和兩段式兩種冷卻方式，本設(shè)計采用一段式冷卻方式。即

22、先采用氨直冷方式將釀造用水冷卻至3-4，然后與熱麥汁在板式換熱器內(nèi)進行一次性熱交換，在麥汁冷卻至發(fā)酵溫度同時，冷水則被加熱至75-80，此水可以直接作為洗糟水使用。（3） 麥汁的充氧發(fā)酵需要大量的酵母，而酵母繁殖需要氧氣，以利于酵母增殖并同時進入發(fā)酵階段。為使空氣溶解至冷麥汁中，必須通入很細小的空氣泡，并以渦流形式與麥汁進行混合4。冷卻和輸送麥汁的管道，在進麥汁之前都會先熱酸洗，熱堿洗，高溫?zé)崴疀_洗共30分鐘，在用無菌水降溫后開始進麥汁。4.5 啤酒發(fā)酵4.5.1啤酒酵母及其擴大培養(yǎng)麥芽汁經(jīng)啤酒酵母發(fā)酵釀制而成啤酒。酵母的主要代謝產(chǎn)物是乙醇和二氧化碳，但同時也形成一系列發(fā)酵副產(chǎn)物，如醇類、醛類

23、、酸類、酮類、酉旨類和硫化物等物質(zhì)這些發(fā)酵產(chǎn)物決定了啤酒的風(fēng)味、泡沫、色澤和穩(wěn)定性等各項理化指標(biāo)，同時也賦予了啤酒典型的特色。首先用平板分離法獲得優(yōu)良的酵母菌株，然后進行實驗室和生產(chǎn)現(xiàn)場的擴大培養(yǎng)。實驗室擴大培養(yǎng)：斜面試管 試管或富氏瓶培養(yǎng) 巴氏瓶或三角瓶培養(yǎng) 卡氏罐培養(yǎng)圖1-3 啤酒酵母實驗室擴大培養(yǎng)流程圖生產(chǎn)現(xiàn)場擴大培養(yǎng)：漢生庫勒氏培養(yǎng)罐擴大培養(yǎng) 酵母擴大培養(yǎng)罐 酵母二級擴大培養(yǎng)罐 錐形罐圖1-4 啤酒酵母生產(chǎn)現(xiàn)場擴大培養(yǎng)流程圖4.5.2啤酒主發(fā)酵啤酒發(fā)酵因所用酵母的不同，分為上面發(fā)酵和下面發(fā)酵。前者采用上面酵母和較高的發(fā)酵溫度，后者采用下面酵母和較低的發(fā)酵溫度。下面發(fā)酵是普遍使用的啤酒生

24、產(chǎn)方法。本設(shè)計采用下面發(fā)酵。啤酒的發(fā)酵方法有傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法。傳統(tǒng)方法是將啤酒發(fā)酵分為前發(fā)酵(或主酵)和后發(fā)酵 (后貯)兩個階段;前酵池和后貯罐都放置在很大的冷藏室環(huán)境進行溫度控制調(diào)節(jié):酵母的繁殖和大部分可發(fā)酵性搪的代謝在前發(fā)酵階段完成，剩余糖份分解、二氧化碳溶解、成熟和澄清在后發(fā)酵階段完成?，F(xiàn)代方法是以20世紀60年代廣泛采用錐形發(fā)酵罐為代表，露天放置，酵母繁殖、降搪、成熟和澄清均在一個發(fā)酵罐中完成，叫做露天錐罐一罐法發(fā)酵。各發(fā)酵方法比較如下：（1） 傳統(tǒng)發(fā)酵法：啤酒質(zhì)量好，工藝簡單成熟，但周期長，投資大，占地面積大，工作環(huán)境差，不便于機械化、自動化生產(chǎn)，故不采用。（2）連續(xù)發(fā)酵法：發(fā)酵周

25、期短，便于自動化控制，節(jié)省人力、廠房和用地，動力消耗低，但管理要求高，否則易污染，設(shè)備造價高，對酵母要求也高，產(chǎn)品質(zhì)量差，工藝不成熟，故不采用。（3） 固定化酵母發(fā)酵法：發(fā)酵周期短，設(shè)備簡單，縮減酵母培養(yǎng)工藝，節(jié)省投資，減少占地面積，便于管道化生產(chǎn)，但工藝不成熟，啤酒性能不穩(wěn)定，尚在試驗中，故也不采用。（4）錐形罐單罐發(fā)酵法：單位占地面積的啤酒產(chǎn)量大，可方便排放酵母及其他沉淀物，發(fā)酵溫度控制方便，發(fā)酵周期短，便于自動控制，節(jié)省人力與洗滌費用，衛(wèi)生條件比較好，改善了工作環(huán)境，易于回收CO2和酵母，降低生產(chǎn)成本，且廣泛應(yīng)用，工藝成熟，啤酒質(zhì)量較好，故本設(shè)計采用此法15。另外，高溫發(fā)酵有利縮短發(fā)酵周

26、期，但副產(chǎn)物較多，影響啤酒的風(fēng)味。而低溫發(fā)酵則風(fēng)味好，周期長，考慮保證產(chǎn)品的質(zhì)量，故采用低溫發(fā)酵。發(fā)酵罐酵母離心分離機 留種酵母 廢酵母 廢酵母 酵母種罐 酵母洗滌 酵母干燥圖1-5 啤酒發(fā)酵工藝流程圖（1） 三鍋麥汁注滿一發(fā)酵罐，時間少于12小時，加0.7的酵母。（2） 冷麥汁進罐溫度為9 ，自然升溫至12 ，然后保持12 發(fā)酵5天.（3） 糖度降至10.511Bx，通過CO2測純度并回收，降至4.0Bx時停止，保證0.8 kg/cm2（4） 在2 保持5天，使外觀發(fā)酵度達60以上，用36小時把發(fā)酵液降至7 ，排酵母一次，還原雙乙酰6天，每天排酵母及凝固物一次。（5） 當(dāng)雙乙酰含量低于0.1

27、 ppm后，用36小時降溫至3 ，保持3天，再泵至罐外的薄板冷卻器中把溫度冷至-1 ，然后送至啤酒處理罐冷罐7天，每天排一次酵母及冷凝固物，并進行CO2洗滌，7天后濁啤酒經(jīng)硅藻土過濾機過濾，同時進行啤酒混濁經(jīng)驗和濾過酒檢查，然后進入清酒罐，再進入包裝車間。4.5.3啤酒的過濾經(jīng)過發(fā)酵或后處理的成熟啤酒，其殘余酵母和蛋白質(zhì)凝固物等沉積于貯酒罐底部，少量仍懸浮于酒液中，這些物質(zhì)在以后的貯存期間會從啤酒中析出，導(dǎo)致啤酒渾濁。所以，必須經(jīng)過過濾工序?qū)⑵涑?。發(fā)酵完的啤酒冷卻器處理罐薄板冷卻器硅藻土過濾機紙板過濾機 清酒罐 圖1-6 啤酒過濾流程圖發(fā)酵出來的啤酒經(jīng)酵母分離機分離出來后，進入一薄板冷卻器，

28、然后進入啤酒處理罐，進行CO2洗滌，再經(jīng)一次冷卻器，冷卻至-1 ，經(jīng)粗濾精濾后，送清酒罐然后包裝。啤酒過濾的主要方式有棉餅過濾機、硅藻土過濾機、紙板過濾機、雙流過濾機、錯流過濾機、無菌膜過濾機?，F(xiàn)在普遍使用的是過濾設(shè)備是硅藻土過濾機、紙板過濾機和無菌膜過濾機。硅藻土過濾機作為啤酒的粗濾，紙板過濾機作為啤酒的精濾，無菌膜過濾機主要用于生產(chǎn)純生啤酒。硅藻土過濾機主要有板框式、燭式、水平圓盤式三種，本設(shè)計采用板框式。4.6 啤酒包裝與生產(chǎn)副產(chǎn)物的利用4.6.1啤酒的包裝過濾完的啤酒，在清酒罐低溫存放準(zhǔn)備包裝，通常同一批啤酒應(yīng)在24小時內(nèi)包裝完畢。均采用瞬時巴氏殺菌工藝技術(shù)和自動包裝生產(chǎn)線。啤酒殺菌的

29、目的是保證啤酒的生物穩(wěn)定性，有利于長期保存。 濾過啤酒 瓶子選瓶 浸瓶洗瓶 空水驗瓶裝酒壓蓋巴氏滅菌驗酒貼標(biāo)裝箱瓶裝熟啤酒圖1-7 瓶裝流程圖 空罐卸裝托盤機鏈條輸送機洗滌機罐裝機自動定量儀分道器殺菌機風(fēng)干機測重儀垛裝圖1-8 罐裝流程圖空桶浸泡刷洗蒸汽滅菌罐裝垛裝圖1-9 桶裝流程圖4.6.2啤酒生產(chǎn)副產(chǎn)物的利用（1）麥槽的利用麥槽是麥芽和大米在不發(fā)芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物質(zhì)構(gòu)成的。麥槽是有價值的飼料，有較高的蛋白質(zhì)，并受到適度分解。（2）二氧化碳的回收二氧化碳是啤酒發(fā)酵中最主要的副產(chǎn)物，二氧化碳也是重要的原材料。在過濾后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短時間內(nèi)溶解和過飽和，簡單而

30、有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。CO2貯氣柜 超壓裝置 壓縮機 氧化劑洗滌器 水冷卻器 活性炭過濾器 壓縮機 冷卻器 干燥裝置 冷卻器 液態(tài)CO2貯存罐圖2-1 二氧化碳的回收流程圖CO2回收處理系統(tǒng)是使用密閉式發(fā)酵容器時特有的附屬設(shè)備，是錐形罐的配套設(shè)備?；厥展に囍饕?種： 高壓法：高壓法CO2純度低，操作強度大，儲存方法單一，故也不采用。 低壓法：該法產(chǎn)生的CO2一般不能以液態(tài)儲藏，且如果無發(fā)酵氣，就不能供氣，故不采用。 中壓法：采用專用的無油CO2壓縮機將CO2壓縮凈化后在冷凍系統(tǒng)進行凈化，該法產(chǎn)生的CO2純度高，儲存效率高，使用方便。故本設(shè)計采用。其組成部分為：泡沫捕集器，貯氣球

31、，水洗塔，壓縮站，干燥氣，凈化器，液化器，貯液罐，氣化器。（3）酵母的回收與利用根據(jù)酵母和發(fā)酵液的相對密度不同，采用離心機分離酒液和酵母。每生產(chǎn)100噸啤酒可得含水分7580的剩余酵母泥1.5 t，可制成含水8.510的干酵母約0.35 t。近年來用啤酒酵母生產(chǎn)具有肉類鮮味的調(diào)料以及生產(chǎn)干酵母粉，有很好的經(jīng)濟和社會效益，故本設(shè)計采用一個酵母車間來利用廢酵母生產(chǎn)干酵母，其生產(chǎn)流程如下：啤酒放棄的酵母泥固液分離濕酵母洗滌脫苦 固液分離水解固液分離干燥 干酵母 濃縮 調(diào)配調(diào)味料 酵母膏 圖2-2 酵母回收流程圖第五章 物料衡算5.1 設(shè)計參數(shù)項目名稱百分比/%項目名稱百分比/%定額指標(biāo)原料利用率91

32、啤酒損失率（熱麥汁）冷卻損失2.90麥芽水分5.20發(fā)酵損失0.91大米水分13.0過濾損失0.87無水麥芽浸出率75裝瓶損失0.83無水大米浸出率90.50總損失率5.51原料配比麥芽76大米245.2物料衡算根據(jù)表中數(shù)據(jù)，首先進行100kg原料生產(chǎn)8.5淡色啤酒的物料計算，然后進行1000L8.5淡色啤酒的物料衡算，最后進行t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計算。5.2.1 100kg原料生產(chǎn)8.5淡色啤酒物料衡算（1）熱麥汁量據(jù)表可得到原料收率分別為：麥芽收率：大米收率： 0.905（100-13）/100=78.735%混合原料收得率為：（0.7671.1%+0.2478.735%）91%

33、=66.37%由上述可得100kg混合原料可制得的8.5熱麥汁量為：(66.37/8.5)100=780.82(kg)又知8.5麥汁在20時的相對密度為1.03385，而100熱麥汁比20時的麥汁體積增加1.04倍，故熱麥汁（100）體積為：（780.82/1.03385）1.04=785.46（L）（2）冷麥汁為： 785.46（1-0.029）=762.68（L）（3）發(fā)酵液量為： 762.68（1-0.0091）=755.74（L）（4）過濾酒量為： 755.74（1-0.0087）=749.17（L）（5）成品啤酒量為： （6）添加酒花量：100L熱麥汁添加0.2kg酒花，則： （7）

34、濕酒花糟： 煮沸過程中酒花浸出率40%、含水量80%，則： （8）濕糖化糟 設(shè)濕麥糟水分為80%，則： 濕麥芽糟： 濕大米糟： 濕糖化糟：5.2.2生產(chǎn)1000L 8.5淡色啤酒的物料衡算根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)8.5成品啤酒742.95L，故可得出下述結(jié)果：（1）生產(chǎn)1000L 8.5淡色啤酒需耗混合原料量： （2）麥芽耗用量為： （3）大米耗用量為： （4）酒花耗用量 對淺色啤酒，熱麥汁中加入的酒花量為0.2%，故酒花耗用量為： （5）酒花糟量 設(shè)麥汁煮沸過程干酒花浸出率為40%，且酒花糟水分含量為80%，則酒花糟量為：（kg）（6）熱麥汁量為： （7）冷麥汁量為： （

35、8）發(fā)酵液量為： （9）過濾酒量為： （10）濕糖化糟量 設(shè)排出的濕麥芽糟含水量為80%，則濕麥糟量為： 濕大米糟量為： 濕糖化糟量為： 5.2.3年產(chǎn)t/a 8.5淡色啤酒所需物料的衡算設(shè)生產(chǎn)日共300天，旺、淡季分別200、100天，旺季每天糖化4次，淡季每天糖化3次，全年一共糖化1100次。則糖化一次的物料需求：（1）原料用量為： (134.6/1000)=12236.36(kg)（2）麥芽用量為： （3）大米用量為： （4）酒花用量為： （5）酒花糟量為： （6）熱麥汁量為： （7）冷麥汁量為： （8）發(fā)酵液量為： （9）過濾酒量為： （10）濕糖化糟量為： 5.2.4 t/a 8.5

36、淡色啤酒釀造車間物料衡算表設(shè)生產(chǎn)日共300天生產(chǎn)旺季每天糖化4次、淡季3次，每年總糖化次數(shù)為1100次。由此可算出每次投料量及其他項目的物料平衡。物料名稱 單位 對100kg 1000L 8.5 糖化一次 t/a 啤酒生產(chǎn)混合原料 淡色啤酒 額定量混合原料kg100134.612236.36大麥kg76102.39299.63大米kg2432.32936.73酒花kg1.572.11191.82熱麥汁L785.46105796090.91冷麥汁L762.68102793363.64濕糖化糟kg99.98134.4512222.73濕酒花糟kg4.716.33575.45 發(fā)酵液L755.741

37、017.2492476.36過濾酒L749.171008.3791670成品酒L742.95100090909第六章 設(shè)備的選型與設(shè)計本設(shè)計采用圓柱體錐形發(fā)酵罐也稱錐形罐，圓柱形為主體部分，罐頂為橢球圓弧形狀，底部則為圓錐形，罐體自帶冷卻及保溫裝置的全封閉發(fā)酵罐。6.1 設(shè)備選擇標(biāo)準(zhǔn)食品工廠設(shè)備大體分四個類型：計量和貯存設(shè)備、定型專用設(shè)備，通風(fēng)機械設(shè)備，在選擇設(shè)備時，要按下列原則進行。（1）滿足工藝要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量（2）一般大型食品廠應(yīng)選用較先進的機械化程度高的設(shè)備，中型廠則看具體備件，一些產(chǎn)品可以選用機械化、連續(xù)化程度高的設(shè)備，小型廠則選用較簡單的設(shè)備。能設(shè)備能充分利用原料，能耗少

38、效率高、體積小、維修方便、勞動強度底，并能一機多用。 （3）所選設(shè)備應(yīng)符合食品衛(wèi)生要求，易清洗裝拆，與食品接觸的材料不易腐蝕不致對食品造成污染。（4）設(shè)備結(jié)果構(gòu)合理，材料性能可適應(yīng)各種工作條件（如溫度、濕度、酸堿度）（5）在溫度、壓力、真空、濃度、時間、速度、流量、液位、計數(shù)和程序等方面有合理的控制系統(tǒng)，盡量采用自動控制方式。6.2 發(fā)酵車間主要設(shè)備的選擇 啤酒廠一般分為七個車間，分別為：預(yù)處理車間，制麥車間，糖化車間，發(fā)酵車間，過濾車間，灌裝車間，熱量供應(yīng)車間。6.2.1糖化車間糖化車間是進行麥汁的制備這項重要的工藝。將粉碎后的麥芽和輔料中的非水溶性組成通過酶的分解盡可能的轉(zhuǎn)化成水溶性組分。

39、工藝流程：糖化、糊化 過濾 酒花 煮沸 回旋沉淀 冷卻 過濾該設(shè)計中采用的是六鍋式即糊化鍋，糖化鍋，過濾槽，煮沸鍋的基礎(chǔ)上增加一個過濾槽和煮沸鍋。因為糊化鍋和糖化鍋利用率較低，形成六器組合可增大產(chǎn)量，也為啤酒廠擴建糖化車間所采用的方法。采用不銹鋼的糊化鍋和糖化鍋，而且是球形鍋底便于清洗和料液排盡。鍋內(nèi)裝有螺旋漿攪拌器及擋板。糊化鍋升溫速度達0.5/min。糖化鍋的升溫速度達1/min。采用點狀加熱夾套。因為它從加熱效果上優(yōu)于弧形盤管加熱器。糖化鍋的容積為30，糊化鍋的容積為25。采用的是常壓蒸煮。過濾槽是最古老也是應(yīng)用最廣泛的麥汁過濾設(shè)備，過濾槽配置濕法輥粉碎較完善，該設(shè)計中采用的是過濾槽對麥

40、汁過濾，將麥糟和麥汁分開。與傳統(tǒng)的壓濾機法，快速滲出法，膜式壓濾機法相比麥汁相對濁度較好，節(jié)省原料消耗的優(yōu)點。（1）煮沸鍋煮沸加熱設(shè)備加熱方式有直接加熱與間接加熱方式。直接加熱方式由于操作困難，勞動力強度大，工環(huán)境差的原因該設(shè)計中不采用而采用間接加熱方式。所采用的熱源為飽和蒸汽或過熱蒸汽。（2）外加熱器該設(shè)計中采用的是外加熱盤管的煮沸鍋。外加熱器克服了內(nèi)加熱器清洗困難的以及加熱時易局部過熱的缺點，但是它需要一個大容量的耐熱泵，使用動力電耗增加。外加熱式煮沸鍋除了用于煮沸外還可以兼做回旋沉淀槽，省去了一個設(shè)備，另外兩個麥汁煮沸鍋與一個外加熱器組合，煮沸鍋兼做回旋沉淀槽和麥汁暫存槽使用。添加系統(tǒng)可

41、采用2個或2個以上的自動添加罐,避免事故發(fā)生.麥汁煮沸時能回收。（3）麥槽貯罐被分離出來的麥糟被用來做飼料的原料。（4）酒花分離器煮沸結(jié)束后，采用酒花分離器盡快分離出酒花糟。如果使用的是酒花制品（酒花粉，顆粒酒花，酒花浸膏）或者使用粉碎的酒花，則酒花分離器不再需要。（5）回旋沉淀槽熱凝固物分離的傳統(tǒng)方法為自然沉淀法冷卻盤法或沉淀槽法。冷卻盤法勞動強度大，麥汁易染雜菌，現(xiàn)在幾乎不再使用沉淀槽還需結(jié)合離心機和壓濾機進行處理。本設(shè)計中采用的是回旋沉淀槽法過濾熱麥汁，特點是盡可能減小作為過濾介質(zhì)的麥槽層厚度，以強化過濾速度，又不擴大過濾器的直徑。6.3發(fā)酵罐體積的確定由計算一次糖化麥汁93.36每日糖

42、化4次，一個發(fā)酵罐的有效容積要能裝下3鍋麥汁。 一般，控制D:H=1:2-4范圍較合適，錐形錐角采用60至75為宜。本設(shè)計選擇H:D=3:1，錐角為75，裝料系數(shù)=85%，0.8%的接種量。則容積為： ()發(fā)酵罐上封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，下封頭的錐角75的圓錐形封頭，柱體部分高徑比為3:1，故發(fā)酵罐的主要尺寸比例： 圓整后取 ，則 圓整后取： 校核： 校核后： ， 故符合要求。6.4發(fā)酵罐個數(shù)的確定設(shè)錐形罐的發(fā)酵周期18天，則需要個數(shù)為：N 圓整后?。?4個 式中 ： 富裕量：富裕量滿足在5%10%的要求。6.5發(fā)酵罐設(shè)計與材料的選擇發(fā)酵罐選用耐酸、耐堿、耐腐蝕的材料，本設(shè)計設(shè)備采用0Cr18

43、Ni9不銹鋼制造。對于一罐法發(fā)酵工藝，查啤酒工業(yè)手冊得，溫度、壓力的關(guān)系：罐壓(Mpa)=溫度()0.01=120.01=0.12(Mpa)。設(shè)計壓力取最大工作壓的1.1倍，則設(shè)計壓力6.5.1 發(fā)酵罐圓柱體部分壁厚的確定： 式中 Pc-設(shè)計壓力筒體與錐體的高度：封罐前，罐壓為液柱壓，封罐后，罐壓上升，最大壓力為0.12Mpa。滿罐時發(fā)酵罐最高工作壓： 式中： 許用應(yīng)力 焊縫系數(shù) 圓整后取 10 mm式中: 鋼板負偏差， 0.6mm 不銹鋼腐蝕裕量，單面=1mm，雙面=2mm 加工減薄量，冷加工=0mm，熱加工=1mm所以罐的筒體厚度為10mm的0Cr18Ni9鋼板制作。6.5.2標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭

44、壁厚計算 圓整后取 。故橢圓封頭以10mm厚度的0Cr18Ni9不銹鋼制作。6.5.3錐底封頭的設(shè)計選型選用許用應(yīng)力t=137的0Cr18Ni9不銹鋼制作。錐殼半頂角=37.5，用無折邊不需加強錐形封頭。 圓整后取 。錐體大端與圓筒體的連接處需要增加厚度，增厚率Q值為1.775。則需要增加厚度： 圓整后取 錐殼加強L錐不小于：圓筒加強不小于： 6.6管道的計算與選擇6.6.1進料管及排酒管進料管與排酒管流量基本相等，設(shè)進料管與排酒管為相同管徑。發(fā)酵罐有效容積為141.3m3，一般用時7h裝滿一個發(fā)酵罐，則進醪液速度為：高粘度流體流速：0.51m/s，設(shè)發(fā)酵醪液流速為0.8m/s。則管徑：圓整后

45、取管徑為D=330mm。校核：經(jīng)檢驗符合要求，故此管可以采用。6.6.2 CO2排出管及CIP清洗管CO2排出管和CIP清洗管都設(shè)計在橢球形封頭上，兩管徑設(shè)為一致。發(fā)酵罐需要經(jīng)過堿洗、清水洗和消毒水洗三次洗滌。又設(shè)洗滌25min。消耗3m3的CO2。則洗滌體積流量:水的流速在1-1.5m/s之間，設(shè)洗滌水流速為1.3m/s，則管徑為:圓整后取D洗=50mm校核：經(jīng)檢驗符合要求，故此管可以采用。查簡明管道工業(yè)手冊，得出本設(shè)計中的不銹鋼管規(guī)格、質(zhì)量表管路標(biāo)準(zhǔn)：管路標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑/mm外徑壁厚/mm理論質(zhì)量/(kg/m)40453.53.6657647036.7 清酒罐的尺寸

46、設(shè)計1個發(fā)酵罐的產(chǎn)品需3個清酒罐保存，每天能發(fā)酵4個罐，所以需要清酒罐12個，留3個備用，共9個。設(shè)清酒罐的填料系數(shù)=92%。設(shè)計清酒罐的H：D=2：1，即H=2D，圓形封頭高為的D/4，則有：解及：D=4.01(m)，H=8.02(m),圓整后取D=5m，H=9m。第七章 三廢處理方案7.1啤酒廢水的產(chǎn)生與特點啤酒生產(chǎn)工藝流程包括制麥和釀造兩部分。二者均有冷卻水產(chǎn)生，約占啤酒廠總排水量的65% ，水質(zhì)較好的，可循環(huán)用于浸洗麥工序。中、高污染負荷的廢水主要來自制麥中的浸麥工序和釀造中的糖化、發(fā)酵、過濾、包裝工序。其化學(xué)需氧量在50040000 mg。除了包裝工序的廢水連續(xù)排放以外，其它廢水均以

47、間歇方式排放。啤酒廠總排水屬于中、高濃度的有機廢水，呈酸性，pH值為4.56.5，其主要污染因子是化學(xué)需氧量（CODcr）、生化需氧量（BOD5）和懸浮物（SS）。濃度分別為10001500，5001000和220440mg。啤酒廢水的可生化性（BOD5/CODcr）較大，為0.40.6，因此很多治理技術(shù)的主體部分是生化處理。7.2廢水處理技術(shù)目前，國內(nèi)外普遍采用生化法處理啤酒廢水。根據(jù)處理過程中是否需要曝氣，可把生物處理法分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。（1） 好氧生物處理。好氧生物處理是在氧氣充足的條件下，利用好氧微生物的生命活動氧化啤酒廢水中的有機物，其產(chǎn)物是二氧化碳、水及能量（釋放于水中）。這類方法沒有考慮到廢水中有機物的利用問題，因此處理成本較高。（2） 活性污泥法是具有代表性的好氧生物處理方法?；钚晕勰喾ㄊ侵小⒌蜐舛扔袡C廢水處理中使用最多、運行最可靠的方法。具有投資省，處理效果好等優(yōu)點。該處理工藝的主要部分是曝氣池和沉淀池。廢水進入曝氣池后，與活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工