年产5万8度啤酒发酵车间设计课程设计报告 精品.docx
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年产5万8度啤酒发酵车间设计课程设计报告精品
课程设计报告
题目：
年产5万8°啤酒发酵车间设计
Annualoutputof500008degreesofbeerfermentationworkshopdesign
学院化学化工与生命科学学院
专业生物工程
课程设计成绩评定表
学生姓名：
学号：
10008037专业班级：
10级生物工程
课程设计题目：
年产5万吨8°啤酒发酵车间设计
课程设计报告评语：
课程设计总评成绩
指导老师（签字）：
年月日
课程设计任务书
2013—2014学年第一学期
化学化工与生命科学学院生物工程专业设计题目：
年产5万吨8°啤酒发酵车间（工厂）设计
完成期限：
自2013年12月20日至2014年1月2日共二周
一、主要内容及基本要求
主要内容：
1．拟在巢湖市选择厂址新建年产5万吨啤酒工厂
2．设计范围：
以发酵车间为主体设计，只做初步设计
基本要求：
生产方案和平面布局合理，工艺流程设计和设备选择及生产技术经济指标具有先进性与合理性，工艺计算正确，绘图规范，综合指标达到同类工厂先进水平，“三废”环保符合国家有关规定
二、重点研究的问题
生产工艺流程的选择和设计；物料衡算；发酵主车间布置设计以及专业设备选型。
三、工作计划和进度
设计进度安排
（1）2013年12月20-21日查阅相关资料
（2）2013年12月22-23日完成开题报告
（3）2013年12月23-30日完成设计的撰写和图纸的绘制
（4）2013年12月31日-2014年1月2日修改设计
四、设计成果形式
1）完成设计报告2）绘制工艺流程图
摘要
本设计是年产五万吨8°的啤酒厂设计，此啤酒的酿造方法采用75%的麦芽，25%的大米，经过糊化，糖化，煮沸，过滤，冷却，发酵而成。
发酵设备采用圆筒体锥底发酵罐，发酵周期是14天。
本设计内容主要包括物料衡算，热量衡算，冷耗衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算。
本次设计还进行了“三废”处理和副产物综合利用的设计。
糖化方法采用双醪浸出糖化法，发酵方法采用下面发酵法。
本设计的图纸主要包括发酵罐图，厂区图。
本论文对啤酒生产线工艺设计中的关键部分—原料的糊化、糖化、麦汁过滤、煮沸、发酵、啤酒过滤进行了研究。
在核心设备上选用国际先进装置，在提高啤酒质量、降低生产成本方面相对现实的生产工艺具有较大优势。
关键词：
啤酒；糖化；发酵；发酵罐
Abstract
Thisdesignistheannualoutputoffiftythousandtonsof8°tothedesignofthebrewery,thebeerbrewingmethodusing75%malt,rice25%,afterpasting,saccharification,boiling,filtering,cooling,andfermented.Fermentationequipmentadoptcylinderconebottomfermentationtank,fermentationperiodis14days.Thisdesigncontentmainlyincludesmaterialbalance,heatbalance,thecoldlosscalculationandequipmentselectioncalculationandequipmentselectionandcalculation.Thisdesignalsohascarriedonthe"threewastes"treatmentandcomprehensiveutilizationofby-productofdesign.Saccharificationmethodadoptsdoublemashleachingmethodofsaccharification,fermentationmethodadoptsthefollowingfermentation.Thisdesignmainlyincludesthedrawingfigureandthefactoryfigurefermentationtank.Akeypartinthispaperforbeerproductionlineprocessdesign,pasting,saccharification,wortfiltrationofrawmaterials,boiling,fermentation,beerfiltrationwerestudied.Onthecoreequipmentuseinternationaladvancedequipment,toimprovebeerquality,reduceproductioncostsrelativetorealproductionprocesshasmoreadvantages.
Keywords:
beer;saccharify;fermentation;fermentationtank
第一章绪论.............................................................................................................................8
第二章啤酒工艺选择与论证...............................................................................................11
第三章物料衡算...................................................................................................................17
第四章耗热量的计算...........................................................................................................19
第五章耗冷量的计算...........................................................................................................24
第六章耗水衡算...................................................................................................................27
第七章主要设备选型与论证...............................................................................................30
第八章啤酒的三废处理.......................................................................................................31
第一章绪论
1.1设计选题的目的
目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷。
因而，很有必要将这方面得计书加以科学地总结和分析以推动啤酒产品多样化在广度和深度上的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。
但是我国人均啤酒的消费还没有达到世界平均水平。
所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活的需求。
所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。
另外，此次选题是教研室下达的任务。
是根据教学的实际需求来选定的。
1.2设计工作的意义
啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0．75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。
现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度黄啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。
通过这次的选题，查阅资料，使我们在设计中进一步掌握了啤酒的工艺方法为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。
1.3中国啤酒产业的发展趋势
行业结构的变化：
集团化、规模化。
企业数量继续下降，青岛、燕京、华润的下属企业会继续增加，生产能力和年产量还将持续增长。
珠啤、金星、哈啤等二级集团也会迅速扩张。
一业为主，多元发展。
大多数啤酒企业集团在把啤酒业做强的同时依靠自身优势进入其他行业进行多元化发展。
如青啤进入茶饮料业、葡萄酒业，燕啤进入生物制药业，蓝剑下属20多家进入其他产业等。
信息化。
知识经济时代，企业对信息的利用效率和利用程度成为提高企业竞争力的重要方面，啤酒企业对加快企业信息化建设更加重视。
一方面加快内部信息化建设，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投资数千万元上ERP系统，许多企业建立内部局域网等；另一方面加快外部信息沟通和利用。
更多的企业成立信息中心，加强对外部商业情报的收集、分析、利用。
科技化。
科技永远是第一生产力，加快科技进步是啤酒企业未来竞争的焦点之一。
在纯生技术进一步提高的同时，啤酒企业会在啤酒保鲜度、延长保鲜期等方面不断创新。
产品多样化。
传统的普通啤酒依然会是主流，但随着越来越多个性化产品的不断出现，功能性保健啤酒、果汁啤酒、无醇啤酒等特色啤酒的消费量会越来越大。
企业所有制结构多元化。
国有企业逐渐退出，股份制企业、多种所有制混合式企业、民营企业得到大发展，新一轮的中外合资企业也会增多，不过合资的形式发生了改变。
市场结构的变化：
在城市市场，新一轮消费高潮掀起，中高档啤酒市场、特色啤酒市场、女士啤酒市场得到发展。
在农村市场，随着农村经济的快速发展，啤酒消费出现稳步增长趋势。
传统的企业———经销商———消费者的渠道模式受到挑战，企业———消费者的直销模式得到快速发展，尤其是电子商务的发展使网上营销在啤酒行业得到大发展。
1.4课题研究内容及方法
1.4.1设计依据
本设计是根据巢湖学院化学化工与生命科学院生物工程教研室布置的课程设计大纲要求来进行设计的。
1.4.2设计范围
本设计为年产5万吨8°的啤酒厂，重点设备发酵罐，发酵工段为重点工段。
该设计包括工艺方法及流程的选择论证、物料衡算、耗热量衡算、耗冷量衡算、设备选型及论证、重点设备的详细设计、车间的布置、绘制图纸（发酵罐图和厂区图），三废处理等。
1.4.3指导思想
设计出来的啤酒厂要求投资小、技术高、运行稳定、管理方便、环境好。
最重要的一点是生产成本低。
在工艺方面，力求合理性和先进性；在设备方面，采用先进技术及机械化、自动化生产控制，提高劳动生产率；在经济上，要做到合理利用资源，降低能耗，减少污染，保护环境，减少浪费。
1.5厂址的选择
地理位置一般工厂厂址选在城镇的郊区，考虑微生物发酵工厂对环境因素的特殊要求，需要地势平坦，利于排水，有丰富的水源。
巢湖市地处安徽中部，是五大淡水湖之一，有着优质的水源。
巢湖市还有着巨大的市场潜力，是理想的建厂地址。
气象资料是工厂总平面布置的重要依据之一。
厂址应该接近原料产地，保证供应方便，减少运输损失。
巢湖市当地盛产大米和小麦，地域平坦，为啤酒厂的原料供应提供了充足的保证。
1.6工艺选择
1.保证产品质量符合国家的标准；
2.尽量采用成熟的，先进的技术和设备；
3.选择生产方法主要依据原料的来源，种类和性质。
1.7设备的选择
保证工艺的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。
主要方法：
1.查阅资料，确定工艺方法以及流程；
2.进行设计衡算（如物料衡算）；
3.设计图纸绘图；
4.撰写设计说明书。
第二章啤酒工艺选择与论证
2.1啤酒原料
2.1.1酿造用水[1]
水是啤酒酿造最重要的原料，酿造水被称为“啤酒的血液”。
酿造水质不仅决定着产品的质量和风味，而且还直接影响着酿造的全过程。
水的质量要求：
本设计为经典啤酒，色泽较浅，水的残碱度RA值要求小于0.89mmol/L，水中Ca至少为40~50mg/L，另外，Ca和Mg比例要大于3:
1。
Mg过高会使啤酒产生苦味。
水的镁硬小于等于0.89mmol/L，水中含盐量要求很低。
2.1.2麦芽
采用浅色麦芽，麦芽外观整齐，除根干净，不含杂草、谷粒、尘埃、枯芽、半粒、霉粒、损伤残粒等杂质，色泽淡黄而有光泽。
麦芽应有特殊的香味。
不应有霉味、潮湿味、酸味、焦苦及烟熏味等。
2.1.3酒花
酒花能够赋予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，增加麦汁和啤酒的防腐能力；增加啤酒的泡持性；酒花与麦汁共同煮沸，能促进蛋白质的凝固，有利于麦汁的澄清，有利于啤酒的非生物稳定性。
本设计采用颗粒酒花制品。
2.1.4辅料
以价格低廉而富含淀粉的谷类作为辅料可以提高麦汁收得率，制取廉价麦汁，以达到降低成本的目的，辅料的蛋白质易氧化的多酚物质含量明显低于麦芽，这有利于降低啤酒的色度和改善啤酒的非生物稳定性。
大米是啤酒厂最常用的辅料，其特点是价格低廉，蛋白质、多酚物质和脂肪含量低于麦芽，而淀粉含量高于麦芽，本设计采用大米作为辅料，生产出的啤酒具有色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香突出，非生物稳定性好等特点。
2.1.5酵母
在实际生产中最常用的酵母有两大类：
上面酵母和下面酵母。
二者形态上存在明显的差别。
上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互连接，形成多枝的牙簇，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细胞增殖后彼此分开，几乎都是单细胞或几个细胞连接。
本设计设计的是经典型啤酒，色泽浅，采用的是下面发酵技术，故选用下面酵母。
2.2麦汁制备[2]
2.2.1麦芽及辅料的粉碎理论
麦芽和谷物原料经过粉碎后才能很好的溶解，并且粉碎质量对糖化过程中物质的生化变化、麦汁组成、麦汁过滤和原料的利用率都有重要作用，从理论上讲，麦芽粉碎的越细，其内含物的溶解就越迅速、越完全，化学和酶促反应更容易进行，因此就能获得最佳收得率，然而。
在实际生产中，不能将麦芽粉碎的太细，因为麦芽和淀粉颗粒各具有不同的性质，麦芽的粉碎只需达到一定的程度即可。
2.2.2麦芽的粉碎
麦芽的粉碎大致可分为干法、湿法、回潮增湿和浸润增湿4种，本设计采用湿法粉碎。
湿法粉碎是将麦芽以50℃左右热水浸泡15~20min，使麦芽含水量达到约30%后，在进入对辊粉碎机（两辊间隙0.35-0.45mm），在粉碎的同时，将糖化用水（料水比在1:
3以上）送入粉碎机对粉料调浆，边粉碎边投入糖化锅。
湿法粉碎包括不少优点，由于湿法粉碎对麦芽进行了预浸，使麦壳的韧性有所增加，所以麦壳可以保持完整。
这样过滤槽中的麦层较为疏松，是麦汁过滤速度加快，并减少皮壳中有害成分的浸出，无粉尘。
另外由于麦粒内容物预先吸水，容易磨成浆状细粒，这样，有利于颗粒的糊化。
酶的游离和可溶成分的溶出。
过滤槽单位面积负荷较大，达250~350kg/m，与糖化室可在同一平面。
2.2.3辅料的粉碎
辅料常用的粉碎方法为干法粉碎，本设计采用的辅料为大米，大米的粉碎多
采用对辊粉碎机，粉碎要求细一些好
2.2.4糖化工艺的选择与论证
利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件（温度、pH值、时间）下，将麦芽和麦芽辅料中的不溶性高分子物质逐步分解为可溶性低分子物质，这个分解过程称为糖化。
从麦芽和麦芽辅料中溶解出来的物质称为浸出物。
浸出物主要有各种发酵性的糖类（麦芽糖、麦芽三塘、葡萄糖），非发酵性的糖、蛋白质、麦胶物质和矿物质组成、麦汁中的糖类比大麦原有糖类（蔗糖、果糖）的含量有所增加，在11-12P的麦汁中，这些可发酵性糖占总浸出物的61%-65%,决定了麦汁的最终发酵度。
麦汁中浸出物与投料量比值的百分数称为浸出率。
在糖化过程中约有75%-80%的原料内容物能够浸出，未溶解的残余物将和麦糟一起排出。
糖化的目的是利于各种酶的作用，使不溶性物质溶解出来，从而得到尽可能多的溶解物，并且使麦汁组成适和发酵。
糖化的总体目标和要求见下表2-1。
表2-1糖化总体目标和要求
糖化的总目标
糖化的工艺目标
数值目标
主要影响因素
最佳的麦汁组分；
较高的浸出率；
提高原料的利用率；
减小能源消耗；
具备良好的过滤性；
主发酵和后发酵速；
有利于酵母的沉降；
良好的啤酒稳定性；
良好的过滤性能；
减小最终发酵度与外观发酵度的差值小于2%；
色度浅；
啤酒的还原能力强；
口味稳定性好；
减少发副产物的量；
减少DMS、脂肪酸和羰基化合物的量；
麦芽质量；
良好的粉碎；
通过对温度、时间、PH值和浓度的调整，优化酶的最佳作用条件；
（1）糖化方法
麦芽的糖化方法通常可分为煮出糖化法和浸出糖化法，煮出糖化法的特点是将糖化醪液分批地加热到沸点，然后与其余未煮沸的醪液温度分阶段地升温到不同酶作用所要求的温度，最后达到糖化终了的温度，煮出糖化法设备复杂，操作也比较复杂，工作时间长，生产成本高，设备多，占地面积大，投资较高。
浸出糖化法的特点是：
糖化醪液自始自终不经煮沸，单纯依靠酶的作用浸出各种物质，麦汁在煮沸前仍保留一定的酶活力，同时，浸出糖化法设备比较简单，操作简单，工作时间短，生产成本低，占地面积小。
生产的啤酒柔和、淡爽，因而，本设计采用浸出糖化法工艺。
糖化的具体过程:
糖化醪与糊化醪兑醪后，醪液不再煮沸，而是直接在糖化锅内升温，达到糖化各阶段所要求的温度。
由于只有部分醪液进行煮沸，胚乳细胞壁的高分子麦胶物质及其他杂志溶出较少，所制麦汁色泽浅，黏度低，口味柔和，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3h内即可完成。
有关糖化工艺图见下图2-1和图2-2。
图2-1糖化工艺图解
糖化锅糊化锅
30-35℃（30min）50℃（20min）
15min15min
50-55℃（30-60min）70℃（20min）
15min15min
煮沸（30min）
65-68℃（30-60min）（碘液反应基本完全）
76-78℃（10min）
过滤
2.3麦汁过滤
2.3.1麦汁过滤的基本要求及技术指标
麦汁过滤的基本要求是迅速、彻底地分离糖化醪液中的可溶性浸出物，尽量减少影响啤酒风味的麦皮多酚、色素、苦味质以及麦芽中的高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸和β-葡聚糖等物质进入麦汁，从而保证麦汁良好的口味和较高的澄清度[3]。
技术指标应保证过滤的麦汁达到生产所需要的质量要求，尽可能多地获得澄清麦汁，提高生产率，减少对环境的污染。
具体技术指标见表2-4。
2.3.2麦汁过滤方法及影响因素
过滤槽是大多数啤酒厂经常采用的麦汁过滤设备，在啤酒生产中，麦汁过滤方法大致可以分为四类：
过滤槽静压过滤法，过滤槽正压过滤法，过滤槽抽吸是负压过滤法，压滤机过滤法。
我国大多数啤酒厂均采用过滤槽静压过滤法进行麦汁过滤。
本设计采用过滤槽静压过滤法进行麦汁过滤。
过滤槽法过滤麦汁是通过筛分效应，滤层效应和深层过滤效应三方面的作用而进行的。
麦汁的过滤速度受滤层阻力、滤层渗透性、滤层厚度、麦汁黏度和滤层面积等诸多因素影响。
表2-4过滤操作技术指标
目标
理想值
相关因素
质量
麦汁澄清度
<30EBC,短期<10EBC（小麦麦汁浊度略高）
脂肪酸；口味稳定性；苦味质
固形物
<30mg/L;最佳值为0
脂肪酸；口味稳定性；碘值；苦味质；回旋沉淀槽凝固物的数量
碘值
<0.2E,煮沸后<0.3E
过滤性；生物活性
氧含值
<0.05mg/L
色度；单宁；苦味质；口味；口味稳定性
生产率
收得率高
实验室值<1%；过滤槽的收得率不大于实验室值的0.5%
麦芽成本
速度快（过滤槽）
每天8-14锅
个体；贷款；投资
环保要求
无洗糟残水
达到标准
其它辅助设备；人员投入；质量；废水；成本
出糟
残糟剩余量<400g/m2
小型过滤槽出糟困难；废水
麦糟压榨汁
在封闭系统进行
废水；气味
麦糟的排放
饲料
成本；垃圾堆放场
筛本底部的冲洗
下次糖化时使用
废水；成本
2.4麦汁煮沸
2.4.1麦汁煮沸设备选择及优缺点
麦汁过滤结束后，就要进行麦汁煮沸，并在麦汁过滤中添加酒花。
煮沸期间将发生一系列复杂的物理和化学变化，麦汁质量也会受多种因素影响。
啤酒厂商用的煮沸锅有内加热式煮沸锅、外加热式煮沸锅、低压煮沸过和连续流动式麦汁煮沸器，本设计采用内加热式煮沸锅。
内加热式煮沸锅的特点是：
麦汁加热器垂直安装在锅内，加热器为列管式加热器。
麦汁煮沸时，麦汁由下而上穿过加热器的列管向上沸腾，内加热式煮沸锅具有以下优点：
1，设备投资少，无需维护，没有磨损，耗电量低；2热辐射损失小；3煮沸温度和蒸发速率可以调整；4设备简单，不需外加加热器和搅拌器。
2.4.2麦汁煮沸工艺
内加热式麦汁煮沸锅又可分为常压煮沸和低压煮沸。
本设计采用常压煮沸工艺，具体为进锅麦汁在15-20min从75℃升至100℃，在100℃煮沸维持30min，总煮沸时间为70-90min，总蒸发量为8%-12%，其温度变化曲线如下表2-5。
2.5麦汁后处理
2.5.1热凝固物及冷凝固物的分离
麦汁煮沸后应尽快将麦汁中的热凝固物进行有效的分离，以获得澄清的麦汁，然后将麦汁冷却至工艺要求的温度，冷却的同时，要进行通风，为酵母繁殖提供足够的氧气。
漩涡成沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其它设备相比，她的分离效果最佳。
麦汁在冷却过程中会形成冷凝固物，并逐渐沉淀下来，去除冷凝固物的方法可以用自然沉降法和浮选法，自然沉降法是待冷凝固物自然沉降后加以除去，浮选法是麦汁在去除热凝固物后，通入无菌空气就会吸附在细密的小气泡上，随气泡升至液面，并加以除去。
2.5.2麦汁的冷却
常用的麦汁冷却器为板式换热器，换热效率很高。
麦汁冷却的基本要求有：
麦汁和冷却水流经部位要便于清洗，密封性要好，严防冷却水和麦汁的渗漏。
要有足够的冷却面积，冷却时间要短，冷凝固物析出的量多。
第三章物料衡算
3.1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及副产品的量，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。
3.1.1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8°P啤酒的物料衡算，然后进行100L8°P啤酒的物料衡算，最后进行50000t/a啤酒厂的物料衡算。
表3-1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
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