年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计.docx
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年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计
年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计
一、啤酒生产相关知识简介
1.1啤酒酿造工艺流程
图1 啤酒酿造图
1:
原料贮仓
2:
麦芽筛选机
3:
提升机
4:
麦芽粉碎机
5:
糖化锅
6:
大米筛选机
7:
大米粉碎机
8:
糊化锅
9:
过滤槽
10:
麦糟输送
11:
麦糟贮罐
12:
煮沸/回旋槽
13:
外加热器
14:
酒花添加罐
15:
麦汁冷却器
16:
空气过滤器
17:
酵母培养及添加罐
18:
发酵罐
19:
啤酒稳定剂添加罐
20:
缓冲罐
21:
硅藻土添加罐
22:
硅藻土过滤机
23:
啤酒清滤机
24:
清酒罐
25:
洗瓶机
26:
罐装机
27:
啤酒杀菌机
28:
贴标机
29:
装箱机
1.2酿造啤酒的原料
酿造啤酒的主要原料是大麦,水,酵母,酒花。
1.3麦汁的制备
其主要过程有原料粉碎,糖化,醪液过滤,麦汁煮沸,麦汁后处理等几个过程。
啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒,因此,麦汁的颜色,芬香味、麦汁组成有一些会影响啤酒的风味、有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味。
麦汁组成中影响发酵的主要因子是:
原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、α-氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。
1.4啤酒的发酵
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副产物,此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。
二、30000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算
啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料(麦芽、大米)和酒花用量,热麦汁和冷麦汁量,废渣量(糖化槽和酒花槽)等。
2.1糖化车间工艺流程示意图
根据我国啤酒生产现况,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1所示。
图2啤酒厂糖化车间工程流程示意图
2.2工艺技术指标及基础数据
根据表1的基础数据,首先进行100kg原料生产10°淡色啤酒的物料计算,然后进行100L10°淡色啤酒的物料衡算,最后进行50000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
表1啤酒生产基础数据
项目
名称
百分比(%)
项目
名称
百分比(%)
定
额
指
标
无水麦芽
浸出率
75
原料配比
麦芽
75
大米
25
无水大米
浸出率
92
啤酒损失率(对热麦汁)
冷却损失
7.5
发酵损失
1.6
原料利用率
98.5
装瓶随时
2.0
麦芽水分
6
过滤损失
1.5
大米水分
13
总损失
12.6
2.3100kg原料(75%麦芽,25%大米)生产10°淡色啤酒的物料衡算
(1)热麦计算 根据表1可得到原料收率分别为:
麦芽收率为:
0.75(100-6)÷100=70.75%
大米收率为:
0.92(100-13)÷100=80.04%
混合原料收得率为:
(0.75×70.50%+0.25×80.04%)98.5%=71.79%
由上述可得100kg混合料原料可制得的10°热麦汁量为:
(71.79÷10)×100=717.9(kg)
又知10°麦汁在20℃时的相对密度为1.084,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:
(717.9÷1.084)×1.04=688.7(L)
(2)冷麦汁量为:
688.7×(1-0.075)=637.05(L)
(3)发酵液量为:
530.92×(1-0.016)=636.03(L)
(4)过滤酒量为:
522.42×(1-0.015)=626.49(L)
(5)成品啤酒量为:
514.59×(1-0.02)=613.96(L)
2.4生产100L10°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10°淡色成品啤酒613.96L,故可得以下结果:
(1)生产100L10°淡色啤酒需耗混合原料量为:
(100/613.96)×100=16.29(kg)
(2)麦芽耗用量为:
16.29×75%=12.22(kg)
(3)大米耗用量为:
16.29-12.22=4.07(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%,故为:
(688.7/613.96)×100×0.2%=0.22(kg)
(5)热麦汁量为:
(688.7/613.96)×100=112.17(L)
(6)冷麦汁量为:
(637.05/613.96)×100=103.76(L)
(7)湿糖化糟量 设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为80%,则湿麦芽糟量为:
[(1-0.06)(100-75)/(100-80)]×12.22=14.36(kg)
而湿大米糟量为:
[(1-0.13)(100-92)/(100-80)]×4.07=1.42(kg)
故湿糖化糟量为:
14.36+1.42=16.09(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:
[(100-40)/(100-80)]×0.22=0.66(kg)
2.530000t/a10°淡色啤酒酿造车间物料衡算表
设生产旺季每天糖化6次,而淡季则糖化4次,每年总糖化次数为1500次。
由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。
把上述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果,整理成物料衡算表,如表2所示。
表2啤酒厂酿造车间物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L10度淡色啤酒
糖化一次定额量
30000t/a啤酒生产
混合原料
Kg
100
16.29
3305
4.96×106
大麦
Kg
75
12.22
2479
3.72×106
大米
Kg
25
4.07
826.2
1.24×106
酒花
Kg
1.44
0.22
47.6
6.7×104
热麦汁
L
688.7
112.17
22771
34.16×106
冷麦汁
L
637.05
103.76
21063
31.60×106
湿糖化糟
Kg
96.82
16.09
3201
4.89×106
湿酒花糟
Kg
4.31
0.66
142.5
2.0×105
发酵液
L
636.03
103.59
21030
31.54×106
过滤酒
L
626.49
102.04
20714
30.07×106
成品啤酒
L
613.96
100
20300
30.45×106
备注:
10度淡色啤酒的密度为1015kg/m3,实际年产啤酒30450t
三、30000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺,下面就以为基准进行糖化车间的热量衡算。
工程流程示意图如图2所示,其中的投料量为糖化一次的用料量(计算参表2)
糊化锅
糖化锅
图3啤酒厂糖化工艺流程图
3.1糖化用水耗热量Q1
根据工艺,糊化锅加水量为:
G1=(826.23+165.25)×4.5=4461.64(kg)
式中,826.23为糖化一次大米粉量,165.25为糊化锅加入的麦芽粉量(为大米量的20%)
而糖化锅加水量为:
G2=2313.44×3.5=8097.05(kg)
式中,1850.4为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量,即2478.69-165.25=2313.44(kg)
而2478.69为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为:
GW=G1+G2=12558.70(kg)
(1)
自来水的平均温度取t1=18℃,而糖化配料用水温度t2=50℃,故耗热量为:
Q=(G1+G2)cw(t1-t2)=12558.7(50-18)4.18=1679851.7KJ)
(2)
3.2第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图(图3)可知,
Q2=Q21+Q22+Q23 (3)
Q21——糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃耗热
Q22——煮沸过程蒸汽带出的热量
Q23——热损失
3.2.1糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃耗热Q21
Q21=G米醪C米醪(100-t0) (4)
(1)计算米醪的比热容G米醪根据经验公式G容物=0.01[(100-W)c0+4.18W]进行计算。
式中W为含水百分率;c0为绝对谷物比热容,取c0=1.55KJ/(Kg·K).
C麦芽=0.01[(100-6)1.55+4.18×6]=1.71KJ/(Kg·K)
C大米=0.01[(100-13)1.55+4.18×13]=1.89KJ/(Kg·K)
C米醪=(G大米c大米+G麦芽c麦芽+G1cw)/(G大米+G麦芽+G1) (5)
=[826.23×1.89+165.25×1.71+4461.64×4.18]/(661.23+165.25+4461.64)
=3.76KJ/(Kg·K)
(2)米醪的初温t0设原料的初温为18℃,而热水为50℃,则
t0 =[(G大米c大米+G麦芽c麦芽)×18+G1cw×50]/(G米醪C米醪) (6)
=[(826.23×1.89+165.25×1.71)×18+4461.44×4.18×50]/(5453.12*3.76)
=47.1℃
(3)把上述结果代如1中,得:
Q21=5453.12×3.73(100-47.1)=1084737.44KJ
3.2.2煮沸过程蒸汽带出的热量Q22
设煮沸时间为40min,蒸发量为每小时5%,则蒸发水量为:
V1=G米醪×5%×40/60=5453.12×5%×40/60=181.77Kg (7)
故Q22=V1I=181.77×2257.2=410292.75KJ (8)
式中,I为煮沸温度(约为100℃)下水的汽化潜热(KJ/Kg)
3.2.3热损失Q23
米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%,即:
Q23=15%(Q21+Q22) (9)
3.2.4由上述结果得:
Q2=1.15(Q21+Q22)=1.15(1084737.44+410292.75)=1495030.187KJ (10)
3.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3
按照糖化工艺,来自糊化锅的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t0。
G混合=G米醪+G麦醪=(5453.12-181.77)+10410.49=15681.84Kg
G麦醪=(G麦芽C麦芽+G2Cw)/(G麦芽+G2)
=(2313.44×1.71+8097.05×4.18)/(2313.44+8097.05) (12)
=3.63KJ/(kg.K) (14)
C混合=(G米醪C米醪+G麦醪C麦醪)/(G米醪+G麦醪) (15)
=(5271.35×3.76+10410.49×3.63)/(5271.35+10410.49)
=3.67kJ/(kg·K)
Q3=G混合C混合(70-63)=15681.84×3.67(70-63)=402866.47(kJ) (17)
3.4第二次煮沸混合醪的耗热量Q4
由糖化工艺流程可知:
Q4=Q41+Q42+Q43 (18)
3.4.1混合醪升温至沸腾所耗热量Q41
(1)经第一次煮沸后米醪量为:
G/米醪=G米醪-V=5453.12-181.77=5271.35(kg) (19)
糖化锅的麦芽醪量为:
G麦醪=G麦芽+G2=2313.44+8097.05=10410.49(kg) (20)
故进入第二次煮沸的混合醪量为:
G混合=G/米醪+G麦醪=5271.35+10410.49=15681.84(kg) (21)
(2)根据工艺,糖化结束醪温为78℃,抽取混合醪的温度为70℃,则送到第二次煮沸的混合醪量为:
[G混合(78-70)]/[G混合(100-70)]×100%=26.7% (22)
(3)麦醪的比热容
C麦醪=3.63kJ/(kg·K)
混合醪比热容:
C混合=3.67kJ/(kg·K)
(4)故Q41=26.7%G混合c混合(100-70)=460994.35(kJ) (25)
3.4.2二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42
煮沸时间为10min,蒸发强度5%,则蒸发水分量为:
Q42=G加热×5%×10/60
=26.7%×15681.84×5%×10/60
=34.89(kJ)
故Q42=IV2=2257.2×34.89=78758.43(kJ) (26)
式中,I为煮沸温度下饱各蒸汽的焓(kJ/kg)
3.4.3热损失Q43
根据经验有:
Q42=15%(Q41+Q42) (27)
3.4.4把上述结果代入公式(27)得
(28)
3.5洗槽水耗热量Q5
设洗槽水平均温度为80℃,每100kg原料用水450kg,则用水量为
故
(29)
3.6麦汁煮沸过程耗热量Q6
(30)
3.6.1麦汁升温至沸点耗热量Q61
由表2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知,100kg混合原料可得到688.7kg热麦汁,并设过滤完毕麦汁温度为70℃,则进入煮沸锅的麦汁量为:
故
(31)
3.6.2煮沸强度10%,时间1.5h,则蒸发水分为:
故
(32)
3.6.3热损失为
(33)
3.6.4把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热
(34)
3.7糖化一次总耗热量Q总
(35)
3.8糖化一次耗用蒸汽用量D
使用表压03MPa的饱和蒸汽,I=2725.3Kj/kg,则:
(36)
式中,i为相应冷凝水的焓(561.47kJ/kg);η为蒸汽的热效率,取η=95%。
3.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax
在糖化过程各步骤中,麦汁煮沸耗热量Q6为最大,且已知煮沸时间为90min热效率为95%,故:
(37)
相应的最大蒸汽耗量为:
(38)
3.10蒸汽单耗
据设计,每年糖化次数为1500次,总共生产啤酒30250t.年耗蒸汽总量为:
每吨啤酒成品耗蒸汽(对糖化):
每昼夜耗蒸汽量(生产旺季算)为:
最后,把上述结果列成热量消耗综合表,如表3
表3 30000t/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表
名称
规格
(MPa)
每吨消耗定额(kg)
每小时最大用量(kg/h)
每昼夜消耗量(kg/d)
每年消耗量(kg/a)
蒸汽
0.3(表压)
500.40
4018.69
71481.06
15317370.00
武汉科技学院生物09发酵工艺学课程设计
题目:
年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计
内容:
30000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算及30000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
参数:
1、30000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算
热麦汁为12°
生产12°淡色啤酒,其余参数同模板。
2、30000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
原料温度均为18℃。
其它工艺条件及参数同模板。