年产5千吨芦荟保健啤酒的工厂设计.docx
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年产5千吨芦荟保健啤酒的工厂设计
年产五千吨芦荟保健啤酒工厂设计
摘要：
芦荟具有极高的营养价值和保健功能。
芦荟保健啤酒是将芦荟打浆、水解、过滤后得到的澄清透明的芦荟汁添加到后发酵啤酒中，经贮存酿造而成。
本论文进行了年产量五千吨芦荟保健啤酒车间的设计。
并制定产品方案，设计工艺，进行车间平面设计，对芦荟啤酒加工过程中物料平衡进行计算，设备选型，设定企业管理组织架构，产品质量分析，实施环境保护规划等进行估算。
关键词：
芦荟；保健啤酒；生产工艺
Anannualoutputoffivethousandtonsofaloehealth-carebeerproductionprocessdesign
Abstract：
Aloehasahighnutritionalvalueandhealthcarefunction.Aloehealth-carebeerisproducedbybeatingthealoe,hydrolysising,filteringtoobtainclearandtransparentaloejuiceandthenaddittothefermentingbeer,brewedbystorage.Inthispaper,theannualoutputoffivethousandtonsofaloehealth-carebeerworkshopisdesigned.Thedesignincludedproductprojectmaking,techniquedesign,shop-floordiagram,materialbalanceintheprocessofdairy,deviceselection,organizationalcontrolchart,Productqualityanalysising,environmentalprotectionprogrammingandsoon.
Keywords:
Aloe;Healthbeer;Productionprocess
1
前言
啤酒是国际性的低酒精度饮料酒，为广大人们尤其是年轻人所喜爱，逐渐成为人们日常生活中不可缺少的部分。
啤酒在世界范围内的发展是很快的。
生产技术日益改进，尤其是六十年代后，啤酒工业在科学研究不断发展的基础上，无论在生产工艺或是生产设备方面都有突飞猛进的变革。
其主要表现为生产周期不断缩短，生产规模不断扩大，生产效益不断提高，功能性啤酒不断发展。
芦荟属百合科，是多年生肉质草本植物。
早在12世纪德国人已将它列入药典，而我国自古以来就以芦荟为药，据我国中医学记载，芦荟气味苦寒，无毒，具有主治热风烦闷，清热解毒，明目镇心，愈合伤口等功效，并具有健肤美容，健胃、消炎、通便、调节内分泌，提高人体免疫力等功能，有极大的开发利用价值。
芦荟保健啤酒是将芦荟打浆、水解、过滤后得到的澄清透明的芦荟汁添加到后发酵啤酒中，经7-9天贮存酿造而成。
其色浅黄，氨基酸种类丰富、含量较高，含大量R族维生素和有机活性物质，口味清香，纯正爽口，既有较高的营养价值又有保健功能，是集营养、保健、风味于一体的新型保健啤酒。
芦荟保健啤酒的生产不改变啤酒生产工艺，在啤酒生产过程中，按3％～5％的比例加入处理后的芦荟纯汁即可。
本文设计主要采用添加5%比例的芦荟纯汁。
2厂址选择及市场预测
2.1厂址选择
啤酒厂的建厂要符合各种原则，依据我国政策及现实状况，主要原则有以下几点：
（1）该地区应为农作物高产区，原辅料供应充足。
（2）该地区交通应便利，对于产品的内销和出口运输应有利。
（3）该厂应该靠近水源，电源，附近最好有热电。
（4）该厂应建在城市中心风向的下游以免污染城市空气。
（5）工厂所排放的废物能够得到及时处理，有较大的排污空间。
2.2市场预测
啤酒行业是我国发展很快的行业，随着经济体制改革的深入和人民生活水平的提高，人们对啤酒的需求量越来越大，而对于具有保健能力的啤酒的需求量也日益提高。
保健啤酒越来越受到人们的重视。
而且，中国的啤酒出口也有很大的市场和潜力。
3设计规模及生产方案
本项目的设计按照国家要求投资小，产出大，见效快的原则，尽可能使建筑设计，能源（水，电，汽）在设计是与治理三废、环保、消防同步进行。
3.1设计规模
设计项目：
年生产五千吨芦荟保健啤酒厂生产工艺设计
设计规模：
淡季日产20t，旺季日产30t
生产天数：
300天/年
糖化次数：
旺季（150天），8次/天，淡季（150天）4次/天
原料：
大麦麦芽、大米、酒花、芦荟
成品：
芦荟保健啤酒
3.2产品方案
在安排产品方案时，应尽量做到“四个满足”：
满足主要产品产量的要求，满足原料综合利用的要求，满足淡旺季平衡生产的要求，满足经济效益的要求。
“五个平衡”：
产品产量与原料供应量要平衡，生产季节性与劳动力要平衡，生产班次要平衡，设备生产能力要平衡，水、电、汽负荷要平衡。
3.2.1班产量的确定
淡季每天2班，班产量为10t
旺季每天3班，班产量为10t
3.2.2产品质量及标准
啤酒的质量标准符合GB4927-91，啤酒瓶符合GB4544，纸箱、标签、实验方法等，符合相关标准。
4工艺流程
芦荟叶片→刷洗、消毒→漂洗粉碎→过滤→芦荟汁
↓
麦芽大米酒花→粉碎→糖化→过滤→煮沸→冷却→主发酵→后发酵→过滤→包装→杀菌
↑↑
酒花酵母
4．1啤酒酿造的原料
酿造芦荟保健啤酒的主要原料是：
大麦、水、酵母、酒花、芦荟及辅料等。
大麦芽：
大麦是酿造啤酒的主要原料，但是首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。
酵母：
酵母的种类很多，用于啤酒生产的酵母叫啤酒酵母。
根据发酵方式分为上面发酵的酵母和下面发酵的酵母。
酒花：
酒花的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。
芦荟：
选择叶龄在2年以上，生长良好，叶片肥厚的芦荟，制成芦荟汁后使用。
4．2芦荟汁的制备
将芦荟用洁净自来水清洗干净，沥干，切成0.5-1cm大小的片，用打浆机打碎，得粘稠的芦荟叶浆。
在芦荟叶浆中加入α—淀粉酶进行水解，过滤，得澄清透明的芦荟汁，置于不锈钢桶内备用。
4.3糖化的工艺要点
4.3.1糖化车间工艺流程图
麦芽大米→粉碎→糊化→糖化→过滤→薄柄冷却器→回旋沉淀槽→麦汁煮沸锅
→酒花渣分离器
4.3.2糖化工艺要点
所谓糖化就是利用麦芽所含的各种水解酶，将麦芽中不溶性高分子物质逐步分解成低分子可溶性物质，这个分解过程叫做糖化。
糖化的主要方法有煮出糖化法，浸出糖化法，分级糖化法等等。
4.4发酵的工艺要点
4.4.1发酵车间工艺流程图
热麦汁→冷麦汁→锥形罐发酵→冷却至1°c→贮酒→过滤→清酒罐
4.4.2发酵工艺要点
冷却后的麦汁添加酵母以后，便是主发酵的开始，整个主发酵过程可分为：
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，此后便在无氧条件下进行酒精发酵。
主发酵温度控制在6-9°c，时间为6-8天。
当主发酵的可发酵糖为0.8%-1%时主发酵结束，进入后发酵时期。
在贮酒期加汝5%的芦荟汁，贮存7-9天后，得芦荟保健啤酒成品。
5产品质量分析
5.1质量指标
5.1.1外包装质量指标
啤酒瓶的外观质量、封盖质量、贴标质量、标示质量、封箱质量等。
5.1.2感官指标
色泽淡黄绿色，清亮透明，允许有轻微的沉淀物。
泡沫洁白、细腻，具有明显的酒花香和清新的芦荟风味，口味清爽、协调，杀口力强，具有芦荟啤酒的独特典型风格。
泡持性≥210s。
5.1.3理化指标
表1芦荟啤酒的理化指标
Table1Physicochemicalindexofaloehealthbeer
项目
理化指标
原麦汁浓度（°P）
10~12
芦荟苷含量（mg/L）
28～35
酒精（%，v/v）
≥4.0
总酸（mL/100mL）
≤2.6
色度（EBC）
9~15
双乙酰（mg/L）
≤0.10
CO2含量（%，m/m）
≥0．38
5.1.4产品合格率
产品合格率=合格品数量/（合格品数+次品数）×100%
5.2产量指标
啤酒产量指已全部啤酒生产工艺过程，检验入库的合格品数量，按生产时间段分为日产量、月产量、年产量。
该厂年产量为5000t
6工艺计算
根据我国啤酒生产现状，有关生产原料配比，工艺指标及生产过程损失等数据，损失情况如下表：
表2原料损失量
Table2Lossamountofrawmaterials
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
冷却损失
7.5
发酵损失
1.6
原料利用率
98.5
过滤损失
2
麦芽水分
6
瓶装损失
1.5
大米水分
13
总损失
12.6
根据表内的基础数据，首先进行100kg原料生产10°啤酒的物料计算，然后进行100L10°啤酒的物料衡算，最后进行5000t/年啤酒糖化车间的物料衡算。
6.1100kg生产啤酒原料（70%麦芽，30%大米）生产10°啤酒的物料衡算
（1）热麦汁计算
麦芽收率：
0.75×（100-6）/100=70.5%
大米收率：
0.92×（100-13）/100=80.04%
混合原料收得率：
（0.75×70.5%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79%
100kg混合原料可制得热麦汁量为：
71.79/10%=71.79kg
查资料知10°麦汁在20°c时的相对密度为1.084kg/L，而100°c热麦汁相对密度为1.024kg/L。
故热麦汁体积为：
717.9/1.042=689L
（2）冷麦汁量：
689×（1-0.075）=637.325L
（3）发酵液量为：
637.325×（1-0.016）=627.13L
（4）过滤酒量为：
627.13×（1-0.015）=617.72L
（5）啤酒量：
617.72×（1-0.02）=605.37L（加芦荟汁前）
（6）成品啤酒量：
605.37×5%+605.37=635.64L（加入芦荟汁后）
6.2生产100L10°啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产成品啤酒635.64L。
故
（1）生产100L啤酒需耗混合原料量：
（100/635.64）×100=15.73kg
（2）麦芽耗用量：
15.73×75%=11.80kg
（3）大米耗用量：
15.73-11.80=3.93kg
（4）酒花耗用量：
对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.13%即100L热麦汁添加0.13kg故：
（689/605.64）×100×0.13%=0.148kg
（5）热麦汁量：
（689/605.37）×100=113.8L
（6）冷麦汁量：
（637.33/605.37）×100=105.28L
（7）湿糖化糟量：
设湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[11.80×（1-0.06）×（1-0.75）]/（1-0.8）=13.87kg（0.06是麦芽水分含量，0.75是无水麦芽浸出率）
湿大米糟量：
[3.93×（1-0.13）×（1-0.92）]/（1-0.8）=1.37kg
故湿糖化糟量：
13.87+1.37=15.24kg
（8）酒花糟量：
设麦汁煮沸过程中干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为[0.148×（1-0.4）]/（1-0.8）=0.44kg
（9）酵母量：
（以商品干酵母量计）
生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半做生产接种用，一半做商品酵母用，即为1公斤。
湿酵母泥水分为85%，酵母含固形物为1×（1-85%）=0.15kg
则含水分7%的商品干酵母量为：
0.15/（1-7%）=0.16kg
（10）二氧化碳量：
10°麦芽汁105.28L浸出物为：
10%×105.28=10.528kg
设麦汁的真正发酵度为55%，则可发酵的浸出物为：
10.53×55%=5.79kg
设麦芽汁中浸出物为麦芽糖构成，根据麦芽糖发酵的化学反应可得：
二氧化碳的生成量为：
5.79×（4×44）/342=2.98kg（44：
二氧化碳分子量，342：
麦芽糖分子量）
设10°啤酒的二氧化碳含量为0.4%，则：
105.28×0.004=0.42kg
则释放的二氧化碳量为：
2.98-0.42=2.56kg
1平方米二氧化碳在20°c常压下重1.832kg，故释放二氧化碳容积为2.56/1.832=1397.48L
6.3每次糖化的原料量
混合原料：
（5000000×95%/2737）×（100/605.37）=286.69kg
大麦：
286.69×0.75=215.02kg
大米：
286.69×0.25=71.67kg
热麦芽汁：
（689×100）×286.69=1975.29L
冷麦芽汁：
（637.325×100）×286.69=1827.15L
酒花用量：
（0.148/15.73）×286.69=2.70kg
湿糖化糟量：
（13.87/15.73）×286.69=252.79kg
湿酒花糟量：
（0.44/15.73）×286.69=8.02kg
二氧化碳量：
（1397.48/15.73）×286.69=25470.03L
酵母量：
（0.16/15.73）×286.69=2.92kg
发酵量：
1827.15×（1-0.016）=1797.92L
过滤量：
1797.92×（1-0.015）=1770.95L
成品量：
1770.95×（1-0.02）=1735.53L
五千吨啤酒芦荟总用量：
5000000×0.05=250000kg
6.4五千吨/年芦荟保健啤酒酿造车间物料衡算表
表3物料衡算表
Table3Materialbalancetable
物料名称
单位
用量/100kg混合原料
用量/100L啤酒
用量/一次糖化
用量/年
混合原料
kg
100
15.73
286.69
5.16×105
芦荟汁
kg
2.5×105
大麦
kg
75
11.80
215.02
3.87×105
大米
kg
25
3.93
71.67
1.29×105
酒花
kg
0.89
0.148
2.70
4.86×103
热麦汁
L
689
113.8
1975.29
3.56×106
冷麦汁
L
637.325
105.28
1827.15
3.29×106
湿糖化糟
kg
15.24
252.79
4.55×105
湿酒花糟
kg
0.44
8.02
1.44×104
CO2量
L
1397.48
25470.03
4.58×107
发酵液
L
627.13
1797.92
3.24×106
过滤酒
L
617.72
1770.95
3.19×106
成品啤酒
L
635.64
1735.53
3.12×106
7主要设备选型及计算
芦荟汁的制取设备有：
破碎打浆机、过滤槽
啤酒厂主要设备：
糖化锅、糊化锅、煮沸锅、过滤槽、回旋沉淀槽、发酵罐
7.1主要设备计算
7.1.1破碎打浆机
经计算，糖化一次后平均需加入138.89kg芦荟汁，按芦荟汁提取70%计算，需芦荟198.41kg。
由经验得，可用SPDJ-2型破碎打浆机。
7.1.2过滤槽
由经验得，底面为1M2能容纳芦荟或麦芽200公斤。
麦芽制取时采用两个过滤槽，过滤槽将容纳糖化原料加一次洗槽水次加入过滤槽。
经计算，底面积5M2，底面半径1M，高1M，填充系数0.7。
设计体积18M3。
此设计为由底部进醪和麦汁集中中心排放的过滤槽。
麦槽厚度0.3-0.4M，过滤槽底和筛板间距1.5CM。
至少大于槽底管口直径的1/4，耕槽器器壁横梁距锅壁20CM，采用回臂式。
臂间距20CM，共72个耕刀，刀长80CM，底部有62个滤管和滤孔，内径50CM，半径1M，底厚0.01M，侧体厚0.008M，高0.5M，升气筒截面积为底面截面积1/50，高11M,直径0.05M，升气筒体积0.09M3，锅体体积0.7M3。
圆台体积0.09M3，底体积0.5M3（圆台与锅体夹角30°）芦荟汁制取时使用一个过滤槽。
7.1.3糖化锅
按物料衡算，每次糖化物料总量G=15988+5960=21948kg
糖化醪的密度为1065kg/M3，生产需1.2的空余系数。
故所需容量:
V有效=21948/1065=20.6M3
V总=20.6×1.2=24.7M3
D:
H=2:
1D=3.9M故取直径D=4M,H=2M
分为两个糖化锅来完成，以按单锅计算
实际体积25M3，高2M，半径2M，底厚0.01M，侧体厚0.08M，升气筒截面积为底面截面积1/50，高11M，直径0.1M，升气筒体积0.22M3，锅体体积0.63M3。
圆台体积0.07M3，底体积0.25M3
7.1.4糊化锅
一般糊化锅的轮廓比例为D:
H=2:
1
取糊化锅的有效容积为糖化锅的1/2到1/3，因此取其体积为13.5M3，D=3.2M。
故取直径3.2M，大米密度800kg/M3，麦芽密度500kg/M3，填充系数0.8，实际体积13.5M3，高0.8M，半径1.6M，底厚0.01M，侧体厚0.008M，升气筒11M，直径0.1M。
7.1.5煮沸锅
按物料衡算，每次糖化物料总量G=15988+5960=21948kg
糖化醪的密度为1065kg/M3，生产需1.4的空余系数。
故所需容量:
V有效=21948/1065=20.6M3V总=20.6×1.4=28.8M3
D:
H=2:
1D=4.1MH=2M
填充系数0.7，实际体积28.8M3，高2M，升气筒截面积为底面截面积1/,30，高11M,直径0.1M，升气筒体积0.33M3，锅体体积0.83M3。
圆台体积0.08M3，底体积0.34M3。
锅内采用列管式内加热器，占锅容积4%-5%，每小时蒸发量10%，锅底为弧形。
7.1.6回旋沉淀槽
半径2.7M，底厚0.01M，侧体厚0.008M，高4M，麦汁高2.7M，进口在0.9M处，出口有三：
1.8M处、1.6M处、底一个。
升气筒截面积1/47，高11M,直径0.,8M，升气筒体积0.22M3，锅体体积0.54M3。
圆台体积0.20M3，底体积0.23M3（圆台与锅体夹角30°）
7.1.7发酵罐
每天糖化8次，故一次投入冷麦汁量为1827.15×8=14617.2L
D:
H=2:
1空余系数1.2
V总=14.62×1.2=17.544M3
按规格取18M3
D=3.39MH=6.77M按实际取D=3.5MH=7M
发酵周期13-17d，考虑到进出料周转、清洗时间和发酵时间可能延长，故罐数取14个。
7.1.8CIP系统设计思路
CIP工艺的有效执行是发酵过程实现无菌酿造的前提和保证，为此CIP系统设计就显得尤为重要。
CIP系统应在发酵车间生产设备确定之后，按照各种容器及管路的清洗要求，生产工艺及CIP制度。
洗液罐是CIP系统配置的基础，其设计主要包括洗液罐的数量、容量。
清洗液的添加方法等。
本文设计的CIP系统需配备的洗液罐主要有：
回收水罐：
它来自最后一道清水的无菌水，回收贮存，供下一设备的预洗用。
高温碱贮罐：
贮存按工艺规定调配的碱液或碱液洗调剂
常温碱水罐：
用于清酒罐及发酵罐等容器有机污垢的清洗
酸贮罐：
贮存酸性洗调剂，酸洗主要去除系统内生成的无机污物，如钙盐、镁盐等。
7.2设备一览表
表4设备选择
Table4Theequipmentselection
设备名称
数量
型号/规格
破碎打浆机
1
SPDJ-2
粉碎机
2
JMH3.2
糊化锅
1
HHG22
糖化锅
2
THG37
煮沸锅
2
2GH60
麦汁沉淀锅
1
CDC55
板式换热器
2
LQ-300
酵母添加器
2
20D
过滤槽
3
18M3
发酵塔
14
FJT-01
FJT-02
FJT-03
清酒罐
4
100M3
灌装压盖机
3
PGF-323210
高温碱贮罐
2
15M3
常温碱贮罐
1
7M3
酸贮罐
2
10M3
热水罐
2
15M3
杀菌剂罐
1
10M3
回收水罐
1
20M3
无菌水罐
1
20M3
喷淋式杀菌机
3
QSP24/36
贴标机
3
SB30-8
空瓶清洗机
3
BXP-305
8平面布置设计
8.1总平面布置基本原则
（1）满足生产要求，工艺流程合理。
工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，减少物流量，同时重视各部门之间的关系密切程度。
具体布置模式有两种：
a）按功能划分厂区：
将工厂的各部门按生产、性质、卫生、防火与运输要求的相似性，将工厂划分为若干功能区段。
如中、大型机械工厂的厂区，可划分为加工装配区，备料区，动力区，仓库设施区及厂前区等，这种布置模式的优点是各区域功能明确，相互干扰少，环境条件好，但是，这种布置模式难以完全满足工艺流程和物流合理化的要求。
b）采用系统布置设计模式，即按各部门之间物流与非物流相互关系的密切程度进行系统布置，因此可以避免物料搬运的往返交叉，节省搬运时间与费用。
（2）适应工厂内外运输要求。
工厂总平面布置要与工厂内部运输方式相适应。
根据生产产品产量特点，可以采用铁路运输、带式运输或管道运输等。
根据选定的运输方式，运输设备及技术要求等，合理地确定运输线路及与之有关的部门位置。
（3）合理用地。
节约用地是我国一项基本国策。
工业企业建设中，在确保生产和安全的前提下，应尽量合理地节约建设用地。
在工厂总平面布置时可以采取如下措施：
a）根据运输、防火、安全、卫生、绿化等要求，合理确定通道密度以及各部门建筑物之间的距离，力求紧凑合理。
b）在满足生产工艺要求的前提下，将联系密切的生产厂房进行合并，建成联合厂房。
此外，可以采用多层建筑或建筑物外形。
c）适当预留发展用地
（4）充分注意防火、防爆、防震与防噪声。
安全生产是工厂布局首先要考虑的问题，在危险部门之间应留出适当的防火，防爆间距。
噪声不禁影响工作，而且还会摧残人的身体健康。
因此，在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题，一是可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级，二是可以采用使人员多的部门远离噪声源的方法。
（5）利用风向、朝向的自然条件，减少环境污染。
生产中产生的有害烟雾和粉尘会严重影响工作人员的身体健康，并会造成环境污染。
进行工厂总平面布置前，必须了解当地全年各季节风向的分布和变化转换规律，绘制成风向图，找出全年占优势的盛行风向及最小风频风向。
如我国北
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