生物工程课程设计文档格式.docx

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麦芽自身的酶含量丰富足以用于糖化。

在我们的设计中糖化是利用麦芽自身的酶。

糖化主要有煮出糖化法、浸出糖化法、双醪煮出糖化法三种方法[9]。

煮出糖化法：

糖化过程中对部分醪液进行煮沸的方法。

根据煮沸的次数，分为一次、二次、三次煮出法。

其特点是取部分醪液加热到沸点，然后与未煮沸的醪液混合，使醪液温度分次升高到不同分解的适宜温度，以达到糖化完全的目的。

生产淡色啤酒，一般采用二次煮出糖化法。

这个方法的特点是在糊化锅中前后进行过2次煮沸操作，第1次是将辅助原料在糊化锅中煮沸糊化，然后再进入糖化锅糖化。

煮沸糊化的目的是使糖化时糖化酶充分发挥作用。

第2次煮沸的对象是部分糖化醪液，煮沸的目的是为了除酶，避免其对啤酒泡沫和口味醇厚性有益的物质的过度分解，而影响啤酒的质量水准。

2.3过滤糖化醪的过滤方法有过滤槽法、压滤机法及快速渗出槽法。

目前国内的啤酒厂多采用过滤槽法。

糖化结束后，从过滤槽底通入76～78℃的热水，以浸没滤板为度。

2.4麦汁煮沸与酒花的添加经过滤得到的原麦芽汁须经煮沸，并在煮沸过程中添加酒花，其目的是：

蒸发多余水分，使麦芽汁浓缩到规定浓度；

溶出酒花中有效成分，增加麦汁香气苦味；

促进蛋白质凝固析出，增加啤酒稳定性；

破坏全部酶，进行热杀菌。

2.5麦汁热凝固物的沉淀在麦汁用于发酵之前，先要去除热凝固物和冷凝固物，也就是进行麦汁的澄清。

我们使用回旋沉淀槽除热凝固物。

回旋沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其他分离设备相比，具有结构简单、操作方便、分离效果好的特点。

回旋沉淀槽是立式柱形槽，热麦芽汁沿切线方向泵入，形成旋转流动。

由于回旋效应，使热凝固物颗粒沿着重力和向心力所形成的合力的方向，以较坚实的丘状沉积于槽底中央，达到固、液分离的目的，清亮麦芽汁则从侧面麦汁出口排出。

2.6麦汁冷却麦芽汁冷却的目的主要是使麦芽汁达到发酵接种的温度8～10℃。

同时，使大量的冷凝固物析出。

近年来都使用薄板冷却器冷却麦芽汁，冷却时间通常为1～2h。

麦芽汁冷却结束后，可用无菌压缩空气将薄板冷却器中的麦芽汁顶出。

整个冷却操作，要防止外界杂菌污染。

3物料衡算计算基础数据根据我国啤酒生产现状，有关生产原料配比、工艺指标、生产工程的损失等数据如表1所示：

啤酒生产技术指标项目名称百分比（%）项目名称百分比（%）定额指标原料利用率98.5原料配比麦芽70麦芽水分5大米30大米水分10啤酒损失率（对热麦汁）冷却损失4.0无水麦芽浸出率75发酵损失1.0无水大米浸出率95过滤损失0.5麦芽清净和磨碎损失0.1装瓶损失2.0总损失7.53.1100kg原料生产9°

淡色啤酒的物料衡算

（1）热麦芽汁量麦芽收率：

0.75×

（1－5%）＝71.25%大米收率：

0.95×

（1－10%）＝85.5%混合原料收率：

0.985×

（0.7×

71.25%＋0.3×

85.5%）=74.39%由上可知100kg混合原料可制得的9°

麦汁量：

100×

74.39%/9%=826.56（kg）又知9°

麦汁在20℃是相对密度为1.0212，而100°

热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍。

故热麦汁体积为：

（826.56/1.0212）×

1.04=841.80

（2）冷麦芽汁量：

841.8×

（1－0.04）=808.13（L）（3）发酵液量：

808.13×

（1－0.01）=800.05（L）（4）过滤酒量：

800.05×

（1－0.005）=796.05（L）（5）成品酒量：

796.05×

（1－0.02）=780.13（L）3.2生产100L9°

淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果可知，100kg混合原料产生成品酒量为780.13L，故可得出下述结果：

（1）生产100L9°

淡色啤酒需混合原料量：

100×

（100/780.13）=12.82（kg）

（2）麦芽耗用量：

12.82×

70%=8.974（kg）（3）大米耗用量：

30%=3.846（kg）（4）酒花耗用量：

对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%（841.8/780.13）×

0.2%=0.216（kg）（5）热麦芽汁量：

（841.8/780.13）×

100=107.91（L）（6）冷麦芽汁量：

（808.13/780.13）×

100=103.59（L）（7）发酵液量：

（800.05/780.13）×

100=102.55（L）（8）过滤酒量：

（796.05/780.13）×

100=102.04（L）（9）成品酒量：

（780.13/780.13）×

100=100（L）（10）湿糖化槽量：

设糖化槽含水分80%，则湿糖化槽的量为：

麦槽量：

8.974×

[（1－0.75）×

（1－5%）/（1－80%）]=10.66（kg）米槽量：

3.846×

[（1－0.95）×

（1－10%）/（1－80%）]=0.87（kg）糖化槽量：

10.66+0.87=11.53（kg）（11）酒花槽量：

设麦芽汁煮沸过程中干酒花浸出率为40%，且酒花槽的水分含量80%，则酒花槽的量为：

0.261×

（1－40%）/（1－80%）=0.648（kg）3.345000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算4.5万吨/年啤酒的体积为：

4.5000000/1.012=44466403（L）设每年总糖化次数为1500次每次糖化生产啤酒的体积：

44466403/1500=20212.00（L）一次糖化指标：

20212×

12.82/100=2591.18（kg）全年糖化指标：

2591.18×

1500=3886770（kg）把上述的有关啤酒糖化车间的所有物料衡算计算结果整理成物料衡算表，如下：

表4啤酒厂糖化车间物料衡算表物料名称单位对100kg混合原料100L9°

淡色啤酒一次糖化指标年指标混合原料Kg10012.822591.183886770麦芽Kg708.9741813.822720730大米Kg303.846777.351166025酒花Kg1.680.26143.6665490热麦汁L841．80107.9121820.7732716155冷麦汁L808.13103.5920937.6131406415发酵液L799.92102.5520727.4131091115过滤酒L795.94102.0420624.3230936480成品酒L780.03100.002021230318000湿糖化槽Kg89.9411.532330.443495600湿酒花槽Kg5.050.648130.97196455年总产量Kg450000004、热量衡算4.1糖化用水耗热量由糖化工艺流程可知，糊化锅内加水量为：

=（777.35＋155.47）×

4.5=4197.69（kg）式中，777.35为糖化一次大米粉量，155.47为糊化锅中加入的麦芽粉量（为大米的20%）。

糊化锅加水量：

=1813.83×

3.5=6348.41（kg）式中1813.83为糖化一次糖化锅中投入的麦芽粉量，即2591.18﹣777.35=1813.83（kg）.而2591.18为一次糖化麦芽定额量。

故糖化总用水量为：

==4197.69＋6348.41=10546.1（kg）深井水平均温度取t2=18℃，而糖化配料用水温度t1=50℃，耗热量为：

=10546.1×

3.31×

（50－18）=1117043（kJ）4.2第一次米醪煮沸耗热量由糖化工艺流程可知，（1—1）1.糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热量（1—2）

（1）计算米醪的比热容，根据经验公式＝0.01[（100－W）+4.18W]进计算。

式中W为含水百分率；

为绝对谷物比热容，取=1.55kJ/（kg·

K）。

=0.01[（100-5）×

1.55+4.18×

5]=1.682kJ/（kg·

K）=0.01[（100-10）×

10]=1.813kJ/（kg·

K）==777.35×

1.813+155.47×

1.682+4197.69×

4.18777.35+155.47+4197.69=3.75kJ（kg·

K）

（2）米醪的初温度设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则=777.35+155.47+4197.69=5130.51（kg）=（777.35×

1.682）×

18+4197.69×

4.18×

505130.51×

3.75=47.2℃（3）把上述结果代入（1—2）式中，得：

Q2a=5130.51×

3.75×

（100－47.2）=1015840.98（kJ）2.煮沸过程蒸汽带出的热量Q2b设煮沸过程为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为：

=5130.51×

5%×

40/60=171.02（kJ）故Q2b=V1I=171.02×

2257.2=386026.34（kJ）式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的气化潜热（kJ/kg）3.热损失Q2c米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15%，即：

Q2c=15%（Q2a+Q2b）4.由上述结果得：

Q2=1.15（Q2a+Q2b）=1.15×

（1015840.98＋386026.34）=1612147.42（kJ）4.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅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t。

1.糖化锅中麦醪的初温糖化锅的麦醪量为：

=1813.83+6348.41=8162.24（kg）已知麦芽粉初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：

其中=（G麦芽+G2cw）/（G麦芽+G2）=（1813.83×

1.682+6348.41×

4.18）/（1813.83+6348.41）=3.62kJ/（kg·

K）t麦醪=（1813.83×

50）/（8162.24×

3.62）=46.8℃2.根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪合并前后的焓不变，则米醪的中间温度为：

经第一次煮沸后米醪量为：

=5130.51－171.02=4959.49（kg）第二次煮沸的混合醪量为：

=4959.49+8162.24=13121.73（kg）3.据工艺，糖化结束醪温度为78℃，提取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪中混合醪的比热容：

=（8162.24×

3.62+5130.51×

3.75）/13121.73=3.718kJ/（kg·

K）=（13121.73×

3.718×

63－8162.24×

3.62×

46.8）/（4959.49×

3.75）=90.9℃因此温度比煮沸温度降低不到10℃，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不用加中间冷却器。

4.综上可得：

=13121.73×

3.718（70－63）=341506.2（kJ）4.4第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知：

（1—3）1.混合醪升温至沸腾所耗热量第二次混合醪量G′（G混合－G′）（78－70）C混合＝G′C混合（100－78）所以G′/G混合＝26.7%则，=2257.2×

101.09=26.7%×

13121.73×

30=390780.6（kJ）2.第二次煮沸过程蒸汽带走的热量煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：

=26.7%×

10/60=29.2（kg）故=2257.2×

29.2=65910.24（kJ）热损失根据经验有：

把上述结果代回（1—3）式得=1.15×

（390780.6+65910.24）=525194.5（kJ）4.5洗槽水耗热量设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为：

=2591.18×

450/100=11660.31（kg）故=11660.31×

62=3021885.94（kJ）4.6麦汁煮沸过程耗热量（1—4）1.麦汁升温至沸点耗热量由上述糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到841.80kg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：

=2591.81×

608.67/100=21812.55（kg）故=21812.55×

30=2165986.215（kJ）2.煮沸过程蒸发耗热量煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：

=21812.55×

10%×

1.5=3271.88（kg）故=3271.88×

2257.2=7385287.54（kJ）3.热损失为4.把上述结果代回（1—4）式中可得出麦汁煮沸总耗热=1.15×

（2165986.215+7385287.536）=9551273.751（kJ）4.7糖化一次总耗热量=16169050.81（kJ）4.8糖化一次耗用蒸汽量D使用表压为0.3Mpa的饱和蒸汽，I=2725.3kJ/kg，蒸汽的热效率取95%，则：

=7865.71（kg）式中，为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）。

4.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量为最大，且知煮沸时间为90min，热效率为95%，故：

=6792648.246（kg/h）相应的最大蒸汽耗量为：

=6702648.246/（2725.3－561.47）=3097.585（kg/h）4.10蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为1500次，共生产啤酒45000t。

年耗蒸汽总量为：

7865.71×

1500=11798565（kg）每吨啤酒成品耗蒸汽量（对糖化）：

11798565/45000=262.2（kg）表5啤酒厂糖化车间热量衡算表名称规格每吨产品每小时最年耗Mpa消耗定额大用量kg/akgkg/h蒸汽0.2262.23097.58511798565三、糖化应注意的问题：

（举出三点）1.麦芽应采用施法粉碎，由于麦芽皮壳充分吸水变软，皮壳不易磨碎形成疏松、高厚度的麦糟层，可提高过滤速度。

2.较低的温度（45～50℃）较长的时间（40～60min）,能促使高分子蛋白质降为中、低分子蛋白质和?

-氨基氮,保持高、中、低分子蛋白质的恰当比例。

即控制麦汁高分子可溶性氮,应不超过麦汁总氮的15%,中分子氮占15%～25%,低分子氮60%～70%。

3.从回收浸出物观点来讲,洗糟终点应在最终残留液浓度但从提高啤酒稳定性,降低麦汁中有害成分的观点讲,洗糟终点应为残留液浓度2.5～3.5°

P较为合适。

因为随着洗糟的进行,被洗出麦汁浓度的降低,pH升高,被洗出浸出物中影响啤酒稳定性的有害成分——高分子含氮化合物、多酚的比例会相应增加。

四、设计评价啤酒受大众所喜爱，市场需求量大，其成为世界上产量最大的酒种。

但是，目前国内啤酒品牌众多，口味纷纭。

创造一个受大众信赖的品牌是市场所迫切需要的，超凡的工艺就关系到信赖的品牌。

其中，糖化工段工艺及其设备在整个啤酒生产工艺中又起着举足轻重的作用。

因此，我们所进行的啤酒糖化工段工艺的设计具有深刻的社会实际意义。

五、总结通过这次的课程设计，我们受益匪浅。

巩固了我们在课堂上所学的发酵工程学，化工原理的基本理论，使其用于实践设计，理解的淋漓透彻。

并提高了我们分析问题，解决问题的能力，锻炼了公式计算的推导能力。

在大家的讨论中，我们认识问题并解决问题，锻炼了我们协作公关的能力，为以后学习和工作奠定了基础。

同时感受到了语言文字表达能力的重要性，以前不太重视这一方面，但经历这次课程设计后，语言功底达到了锻炼和提高，并掌握了如何使用文献资料进行技术分析，知道了文献是我们学习的又一重要渠道。

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