年產(chǎn)三萬噸啤酒廠啤酒發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)

1、一、啤酒生產(chǎn)相關(guān)知識(shí)簡介           啤酒釀造工藝流程圖1  啤酒釀造圖1：原料貯倉2：麥芽篩選機(jī)3：提升機(jī)4：麥芽粉碎機(jī)5：糖化鍋6：大米篩選機(jī)7：大米粉碎機(jī)8：糊化鍋9：過濾槽10：麥糟輸送11：麥糟貯罐12：煮沸/回旋槽13：外加熱器14：酒花添加罐15：麥汁冷卻器16：空氣過濾器17：酵母培養(yǎng)及添加罐18：發(fā)酵罐19：啤酒穩(wěn)定劑添加罐20：緩沖罐21：硅藻土添加罐22：硅藻土過濾機(jī)23：啤酒清濾機(jī)24：清酒罐25：洗瓶機(jī)26：罐裝機(jī)27：啤酒殺菌機(jī)28：貼標(biāo)機(jī)29：裝箱

2、機(jī)  釀造啤酒的主要原料是大麥，水，酵母，酒花。 麥汁的制備其主要過程有原輔料粉碎，糖化，醪液過濾，麥汁煮沸，麥汁后處理等幾個(gè)過程。啤酒是發(fā)酵后直接飲用的飲料酒，因此，麥汁的顏色，芬香味、麥汁組成有一些會(huì)影響啤酒的風(fēng)味、有一些影響發(fā)酵、最終也影響啤酒的風(fēng)味。麥汁組成中影響發(fā)酵的主要因子是：原麥汁濃度、溶氧水平、pH值、麥汁可發(fā)酵性糖含量、-氨基酸、麥汁中不飽和脂肪酸含量等。 啤酒的發(fā)酵冷卻后的麥汁添加酵母以后，便是發(fā)酵的開始，整個(gè)發(fā)酵過程可以分為：酵母恢復(fù)活力階段，有氧呼吸階段，無氧呼吸階段。酵母接種后，開始在麥汁充氧的條件下，恢復(fù)其生理活性，以麥汁中的

3、氨基酸為主要的氮源，可發(fā)酵糖為主要的碳源，進(jìn)行呼吸作用，并從中獲取能量而發(fā)生繁殖，同時(shí)產(chǎn)生一系列的代謝副產(chǎn)物，此后便在無氧的條件下進(jìn)行酒精發(fā)酵。二、 30000t/a啤酒廠糖化車間的物料衡算   啤酒廠糖化車間的物料平衡計(jì)算主要項(xiàng)目為原料（麥芽、大米）和酒花用量，熱麥汁和冷麥汁量，廢渣量（糖化槽和酒花槽）等。 糖化車間工藝流程示意圖   根據(jù)我國啤酒生產(chǎn)現(xiàn)況，有關(guān)生產(chǎn)原料配比、工藝指標(biāo)及生產(chǎn)過程的損失等數(shù)據(jù)如表1所示。圖2 啤酒廠糖化車間工程流程示意圖 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)根據(jù)表1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行100kg原料生產(chǎn)10°淡色啤酒的物料計(jì)算

4、，然后進(jìn)行100L 10°淡色啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行30000t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計(jì)算。表1 啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)   目名       稱百分比（%）項(xiàng)   目名      稱百分比（%）定 額 指 標(biāo)無水麥芽浸出率78原料配比麥    芽70大    米30無水大米浸出率90啤酒損失率（對熱麥汁）冷卻損失7發(fā)酵損失2原料利用率98過濾

5、損失1麥芽水分6裝瓶損失2大米水分12總 損 失122.3 100kg原料（70%麥芽，30%大米）生產(chǎn)10°淡色啤酒的物料衡算(1)熱麥計(jì)算  根據(jù)表1可得到原料收率分別為：麥芽收率為：   78%×(100-6) %=73.32%大米收率為：   90%×(100-12) %=79.2%混合原料收得率為： ××79.2%）98%=73.58%由上述可得100kg混合料原料可制得的10°熱麥汁量為：  （73.58%×100）÷10%=735.

6、8(kg)又知10°麥汁在20時(shí)的相對密度為1.084，而100熱麥汁比20時(shí)的麥汁體積增加1.04倍，故熱麥汁（100）體積為：  ÷×1000)×1000×1.04=705.93(L)  ×(1-0.07)=656.52(L)×(1-0.02)=643.39(L)×(1-0.01)=636.95(L)×(1-0.02)=624.22(L) 生產(chǎn)100L10°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)10°淡色成品啤酒624.22L，

7、故可得以下結(jié)果：（1）生產(chǎn)100L10°淡色啤酒需耗混合原料量為：（100/624.22）×100=16.02 (kg)×70%=11.21(kg)（3）大米耗用量為：16.02-11.21=4.81(kg)（4）酒花耗用量：對淺色啤酒，熱麥汁中加入的酒花量為0.2%，故為：(100/624.22) ××0.2%=0.24(kg)（5）熱麥汁量為：（16.02/100）×705.93=113.09(L)（6）冷麥汁量為：（16.02/100）×656.52=105.18(L)（7）濕糖化糟量  設(shè)熱電廠出的濕麥芽糟

8、水分含量為80%，則濕麥芽糟量為：（1-0.06）（100-78）/（100-80）×11.21=11.59(kg)而濕大米糟量為：（1-0.12）（100-90）/（100-80）×4.81=2.12(kg)故濕糖化糟量為：11.59+2.12=13.71(kg)（8）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：（100-40）/（100-80）×0.24=0.72(kg)2.5 30000t/a 10°淡色啤酒釀造車間物料衡算表設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化8次，而淡季則糖化4次，每年總糖化次數(shù)為1800次。

9、由此可計(jì)算出每次投料量及其他項(xiàng)目的物料平衡。把述的有關(guān)啤酒廠釀造車間的三項(xiàng)物料衡算計(jì)算結(jié)果，整理成物料衡算表，如表2所示。表2 啤酒廠釀造車間物料衡算表物料名稱單位對100kg混合原料100L 10°度淡色啤酒糖化一次定額量30000t/a啤酒生產(chǎn)混合原料Kg100×106大麥Kg70×106大米Kg30×106酒花Kg×104熱麥汁L×106冷麥汁L×106濕糖化糟Kg×106濕酒花糟Kg×105發(fā)酵液L×106過濾酒L×106成品啤酒L×106備注：10度淡色啤酒的密度為

10、1012kg/m3 三、 30000t/a啤酒廠糖化車間的熱量衡算二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工藝，下面就以為基準(zhǔn)進(jìn)行糖化車間的勢量衡算。工程流程示意圖如圖2所示，其中的投料量為糖化一次的用料量（計(jì)算參表2）                糖化用水耗熱量Q1根據(jù)工藝，糊化鍋加水量為：G1=（791.5+158.3）×4.5=4274.1(kg)式中，791.5kg為糊化一次大米粉量，158.3kg為糊化鍋加入的麥芽粉量（為大

11、米量的20%）圖3 啤酒廠糖化工藝流程圖而糖化鍋加水量為：            G2×3.5=5909.89(kg)式中，1688.54kg為糖化一次糖化鍋投入的麥芽粉量，即1846.84-158.3=1688.54(kg)而1846.84kg為糖化一次麥芽定額量。故糖化總用水量為：GW=G1+G2=4274.1+5909.89=10183.99(kg)          &

12、#160;                                    (1)自來水的平均溫度取t1=18,而糖化配料用水溫度t2=50,故耗熱量為：  Q1=(G1+G2×(50-18) 4.18=13622

13、10.5(KJ)                            (2)           第一次米醪煮沸耗熱量Q2由糖化工藝流程圖（圖3）可知:  Q2= Q21Q22Q23   

14、        (3)   3.2.1 糖化鍋內(nèi)米醪由初溫t0加熱到100的耗熱量Q21Q21=G米醪C米醪（100-t0）                              

15、60;                     (4)(1)  計(jì)算米醪的比熱容G米醪根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式G容物=00.1(100-W)c0+4.18W進(jìn)行計(jì)算。式中W為含水百分率；c0為絕對谷物比熱容，取c0=1.55KJ/(Kg·K).×6=1.71KJ/(Kg·K)×12=1.87KJ/(Kg·K)C米醪=（G大米c大米+G麥芽c麥芽+ G

16、1cw）/(G大米+G麥芽+ G1)                         （5）  ×××4.18/( 791.5+158.3+4274.1)          =3.76 KJ/(Kg·K)(2)

17、 米醪的初溫t0設(shè)原料的初溫為18，而熱水為50，則      t0  =（G大米c大米+G麥芽c麥芽）×18+ G1cw×50/( G米醪C米醪)                     （6）××1.71) ××××3.76）其中G米醪  =79

18、1.5+158.3+4274.1=5183.9（kg）（3）把上述結(jié)果代如1中，得：        ×3.76（100-47.5）=1023301.86 KJ3.2.2 煮沸過程蒸汽帶出的熱量Q22         設(shè)煮沸時(shí)間為40min，蒸發(fā)量為每小時(shí)5%，則蒸發(fā)水量為：         V1=G米醪×5%××5%×

19、40/60=172.80 Kg                         （7）  ×2257.2=390036.637 KJ                 &#

20、160;                        （8） 式中，I為煮沸溫度（約為100）下水的汽化潛熱（KJ/Kg）3.2.3 熱損失Q23         米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約為前兩次的耗熱量的15%，即：   &#

21、160;     Q23=15%（Q21+Q22）                                          

22、60;              （9）3.2.4 由上述結(jié)果得：      Q2=1.15（Q21+Q22）=1.15（1023301.86+390036.637）=1625339.28 KJ           （10）3.3 第二次煮沸前混合醪升溫至70的耗熱量Q3按照糖化工藝，來自糊化鍋的煮沸的米醪和糖化鍋中的

23、麥醪混合后溫度應(yīng)為63，故混合前米醪先從100冷卻到中間溫度t0。3.3.1 糖化鍋中麥醪中的t已知麥芽初溫為18，用50的熱水配料，則麥醪溫度為：G麥醪=G麥芽+G2=1688.54+5909.89=7598.43 kg                                (1

24、1)c麥醪=（G麥芽C麥芽+G2Cw）/（G麥芽+G2）××4.18）/（1688.54+5909.89）               （12）=3.63KJ/(kg.K)t麥醪=（G麥芽C麥芽×18+G2Cw×50）/（G麥醪C麥醪）  ×××××3.63）        （1

25、3）   3.3.2 根據(jù)熱量衡算，且忽略熱損失，米醪和麥醪混合前后的焓不變，則米醪的中間溫度為：G混合=G米醪+G麥醪=5183.9+7598.43=12782.33 Kg                           （14）C混合=（G米醪C米醪+G麥醪C麥醪）/（G米醪+G麥醪） &#

26、160;                            （15）××=3.68kJ/（kg·K）t=（G混合C混合×t混合-G麥醪C麥醪×t麥醪）/（G米醪C米醪）         

27、                （16） ×××××3.76）=863.3.3 Q3×3.68（70-63）=329272.821（kJ）         （17） 3.4 第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4由糖化工藝流程可知： Q4=Q41+Q42+Q43  &#

28、160;                                                 &#

29、160;       （18） 3.4.1 混合醪升溫至沸騰所耗熱量Q41（1）經(jīng)第一次煮沸后米醪量為：G/米醪=G米醪-V=5183.9-172.80=5011.1(kg)                             

30、0;      （19）糖化鍋的麥芽醪量為：G麥醪=G麥芽+G2=1688.54+5909.89=7598.43 (kg)                                （20）故進(jìn)入第二次煮沸的混合醪量為：G混合=G/米醪

31、+G麥醪=5183.9+7598.43=12782.33 (kg)                              （21） （2）根據(jù)工藝，糖化結(jié)束醪溫為78，抽取混合醪的溫度為70，則送到第二次煮沸的混合醪量為：G混合(78-70)/G混合(100-70)×100%=26.7

32、%                              （22） （3）麥醪的比熱容   c麥醪=（G麥芽C麥芽+G2Cw）/（G麥芽+G2）××4.18）/（1688.54+5909.89）     &

33、#160;          （23）=3.63KJ/(kg.K) 混合醪比熱容：C混合=（G/米醪c米醪+G麥醪c麥醪）/（G/米醪+G麥醪）                             

34、0;    （24）××=3.68kJ/（kg·K）（4）故Q41=26.7%G混合c混合（100-70）=376782.184（kJ）                           （25） 3.4.2 二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量Q42煮沸時(shí)間為10min，蒸發(fā)

35、強(qiáng)度5%，則蒸發(fā)水分量為：V2=G混合×5%×10/60    ×5%×10/60     =106.52(kg)×106.52=240435.628 (kJ)                          

36、0;             （26）式中，I為煮沸溫度下飽各蒸汽的焓（kJ/kg） 3.4.3 熱損失Q43根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有：Q42=15%（Q41+Q42）                         

37、60; （27） 3.4.4 把上述結(jié)果代入公式（27）得Q4 =1.15(Q41+Q42) =1.15(376782.184+240435.628) =709800.484 (kJ)              （28）3.5 洗槽水耗熱量Q5設(shè)洗槽水平均溫度為80，每100kg原料用水450kg，則用水量為:×450/100=11872.53(kg)故   ××(80-18)=3076884.87(kJ)

38、                   （29）3.6 麥汁煮沸過程耗熱量Q6                            

39、0;                                （30）3.6.1 麥汁升溫至沸點(diǎn)耗熱量Q61由表2啤酒廠釀造車間物料衡算表可知，100kg混合原料可得到735.8kg熱麥汁，并設(shè)過濾完畢麥汁溫度為70，則進(jìn)入煮沸鍋的麥汁量為：×735.8/100=19412

40、.91（kg）×××××7.4）          =3.85(kJ/kg.k)××30=2242190.61(kJ)                  (31）3.6.2 煮沸強(qiáng)度10%，時(shí)間1.5h，則蒸發(fā)水分為：×10%×1.5=2911.94

41、(kg)       故Q62=I V3=6572821.62(KJ)                                 (32）3.6.3 熱損失為    

42、0;                                                  

43、60;        (33）3.6.4 把上述結(jié)果代入上式得出麥汁煮沸總耗熱    Q6 =1.15(Q61+ Q62)=10137264.1(KJ)                             

44、                                    (34）3.7 糖化一次總耗熱量Q總Q總=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 = 17240772.1（KJ）     

45、;                                  （35）3.8 糖化一次砂耗用蒸汽用量D使用表壓0.3MPa的飽和蒸汽，I=2725.3Kj/kg,則：D= Q總/（I-i）= 17240772.1/(2725.3-561.47) ×95

46、%                                             （36）=8387.06(kg/h)   

47、60;          式中，i為相應(yīng)冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；為蒸汽的熱效率，取=95%。3.9 糖化過程每小時(shí)最大蒸汽耗量Qmax在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量Q6為最大，且已知煮沸時(shí)間為90min熱效率為95%，故：××95%)=7113869.55(KJ/h)                &

48、#160;       （37）相應(yīng)的最大蒸汽耗量為：Dmax=Qmax/（I-i）=7113869.55/(2725.3-561.47)=3287.63 (kg/h)                       （38）3.10 蒸汽單耗據(jù)設(shè)計(jì)，每年糖化次數(shù)為1800次，總共生產(chǎn)啤酒30000t.年耗蒸汽總量為：&#

49、215;1800=15096708(Kg)每噸啤酒成品耗蒸汽（對糖化）：D5=15096708/30000=503.22(kg/t啤酒)每晝夜耗蒸汽量（生產(chǎn)旺季算）為：Dd=8387.06 ×8=67096.48(kg/d)至于糖化過程的冷卻，如熱麥汁被冷卻成熱麥汁后才送井發(fā)酵車間，必須盡量回收其中的熱量。最后若需要耗用冷凍水，則在以下“耗冷量計(jì)算”中將會(huì)介紹最后，把上述結(jié)果列成熱量消耗綜合表，如表3表3  30000t/a啤酒廠糖化車間總熱量衡算表名稱規(guī)格（MPa）每噸消耗定額（kg）每小時(shí)最大用量（kg/h）每晝夜消耗量（kg/d）每年消耗量（kg/a）蒸汽0.3（表壓

50、）四、 30000t/a啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量衡算啤酒發(fā)酵工藝有上面發(fā)酵和下面發(fā)酵兩大類，而后者有傳統(tǒng)的發(fā)酵槽發(fā)酵和錐形罐發(fā)酵等之分8。不同的發(fā)酵工藝，其耗冷量也隨之改變。下面以目前我國應(yīng)用最普遍的錐形罐發(fā)酵工藝進(jìn)行20000t/a啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量計(jì)算。 發(fā)酵工藝流程示意圖          冷卻94熱麥汁        冷麥汁（6）      錐形灌發(fā)酵  &

51、#160;  過冷卻至-1    貯酒      過濾    清酒灌圖4  發(fā)酵工藝流程 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)   年產(chǎn)10°淡色啤酒30000t;旺季每天糖化8次，淡季為4次，每年共糖化1800次;主發(fā)酵時(shí)間6天；   4鍋麥汁裝1個(gè)錐形罐；   10°Bx麥汁比熱容c1=4.0KJ/（kgK）；   冷媒用15%酒精溶液，其比熱容可視為c2=4.18 KJ/（k

52、gK）；   麥芽糖化厭氧發(fā)酵熱q=613.6kJ/kg；麥汁發(fā)酵度60%。根據(jù)發(fā)酵車間耗冷性質(zhì)，可分成工藝耗冷量和非工藝耗冷量兩類，即：       （39） 工藝耗冷量 麥汁冷卻耗冷量Q1    近幾年來普遍使用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法9。使用的冷卻介質(zhì)為2的冷凍水，出口的溫度為85。糖化車間送來的熱麥汁溫度為94，冷卻至發(fā)酵起始溫度6。根據(jù)表2啤酒生產(chǎn)物衡酸表，可知每糖化一次熱麥汁20053L，而相應(yīng)的麥汁密度為1048kg/m3,故麥汁量為：G=1048×18.62871=

53、19522.89(kg)又知100 Bx麥汁比熱容C1=4.0KJ/(Kg·k),工藝要求在1h小時(shí)內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為：Q1  =GC（t1-t2）/            (40) ×4.0(94-6)/1=6872056.61(KJ/h)式中t1和t2分別表示麥汁冷卻前后溫度（）         冷卻操作過程時(shí)間（h）根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，每個(gè)錐形發(fā)酵罐裝4鍋麥

54、汁，則麥汁冷卻每罐耗冷量為：Qf=4Q1=4×6872056.61=27488226.42(kJ)                  (41)相應(yīng)地冷凍介質(zhì)（2的冷凍水）耗量為：Mf=Q1/Cm（t4-t3）= 6872056.61/4.18(85-2)=19807.62(kg/h)        (42)式中，t3和t4分別表示冷凍水的初溫和終溫

55、（）           Cm水的比熱容KJ/（kg·K）  發(fā)酵耗冷量Q2（1）發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q21，假定麥汁固形均為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵房熱量為613.6kJ/kg。設(shè)發(fā)酵度為60%，則1L麥汁放熱量為：q0×10%×60%=36.82(kJ)根據(jù)物料衡算，每鍋麥汁的冷麥汁量為17324.7L,則每錐形缺罐發(fā)酵放熱量為：Q01××4=2551581.82(kJ)由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時(shí)間為6天，每天糖化8鍋麥汁（旺季），并考慮到

56、發(fā)酵放熱不平衡，取系數(shù)1.5,忽略主發(fā)酵的升溫，則發(fā)酵高溫時(shí)期耗冷量為：Q21 =（Q01××7）/(24×6×4)     ××7)/(24×6×4)      =46513.21(kJ/h)(2)發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗Q22主發(fā)酵后期，發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從6緩降到-1。每天單罐降溫耗冷量為：Q02=4GC16-（-1）=4×××7=2186563.68(KJ)  

57、             （43）工藝要求此過程在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝1.5個(gè)錐形罐）：Q2202）/(24××2186563.68)/(24×2)=68330.12(KJ/h)       (44)（3）發(fā)酵總耗冷量Q2Q2=Q21+Q22=46513.21+68330.12=114843.33(kJ/h)     

58、60;    (45)(4)每罐用冷媒耗冷量Q0Q0=Q01+Q02            (46)(5)發(fā)酵用冷媒耗（循環(huán)量）M2發(fā)酵全過程冷卻用稀酒精液作冷卻介質(zhì)，進(jìn)出口溫度為-8和0，故耗冷媒量為：M2=Q2/（Cm××         (47) 在錐形罐啤酒發(fā)酵過程，主發(fā)酵結(jié)束時(shí)要排放部分酵母，經(jīng)洗滌活化后重復(fù)用于新麥汁的發(fā)酵，一般可重復(fù)使

59、用57次。設(shè)濕酵母添加量為麥汁量的1.0%，且使用1的無菌水洗滌，洗滌無菌水量為酵母量的3倍。冷卻前無菌水溫30。用-8的酒精液作冷地介質(zhì)。由中述條件，可得無菌水用量為：Gw×6×1.0%×3=3514.12(kg/d) 糖化一次的冷麥汁量（kg）每班無菌水量：Gw= Gw/3=3514.12/3=1171.37(kg/每班)            （48）假無菌水冷卻操作在2h小時(shí)內(nèi)完成，則無菌水冷卻耗量為：Q3=GwGm(tw-tw××(30-1