年产30万吨啤酒厂糖化车间设计.docx
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年产30万吨啤酒厂糖化车间设计
学号：
111051205
本科生毕业设计〔论文〕
年产30万吨啤酒厂糖化车间设计
Annualoutputof300000tonsofbeersaccharificationworkshopdesign
二〇一五年六月
学士学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的设计〔论文〕是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果，除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计〔论文〕不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究作出重要奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式说明。
本学位论文原创性声明的法律责任由本人承当。
学位论文作者签名〔手签〕：
年月日
摘要
本文主要介绍了年产30万吨啤酒厂糖化车间生的工艺设计。
其中包括啤酒糖化工艺流程及其论证，物料平衡的计算，设备的计算及其选型，本设计采用国内常用的煮出糖化法工艺过程，对物料和能量的计算以及糖化车间设备选型做了详细地论述和介绍。
同时，考虑系统的灵活性、经济性及平安、环保的要求，降低交叉污染的机率等。
本文根据啤酒生产的特点对糖化车间结构布局进行合理设计，使得该车间尽量紧凑、物料及能源输送距离尽量缩短，从而有效地节约资源、降低生产本钱。
针对啤酒煮出糖化法的特点进行物料衡算及热量衡算，选择恰当的生产设备，便于提高能源的利用率。
本设计的图纸主要包括糖化车间的流程图，以及糖化车间平面布置图，全厂车间布局图。
关键词：
糖化工艺设计设备选型
ABSTRACT
Thisarticlemainlyintroducedtheannualoutputof300000tonsofbeersaccharificationworkshopprocessdesign.Includingbeersaccharificationprocessanditsreasoning,thecalculationofmaterialbalance,thecalculationofequipmentanditsselection,thedesignadoptsdomesticcommonlyusedcookingsaccharificationmethod,technologicalprocess,thecalculationofmaterialandenergyandthesaccharificationworkshopequipmentselectiondoneisdiscussedandintroducedindetail.Atthesametime,consideringtheflexibilityofthesystem,economyandsafety,environmentalprotectionrequirements,reducetheriskofcrosscontamination,etc.
Inthispaper,accordingtothecharacteristicsofthebeerproductionlayoutofsaccharificationworkshopstructurereasonabledesign,compact,asfaraspossiblemaketheworkshopmaterialandenergydeliverydistanceshortenedasfaraspossible,andsaveresources,reduceproductioncosteffectively.
Cookingforbeersaccharificationmethodthecharacteristicsofthematerialbalanceandheatbalance,choosingtherightproductionequipment,toimproveenergyutilization.
Theflowchartofthisdesigndrawingsincludingsaccharificationworkshop,andthesaccharificationworkshoplayout,factoryworkshoplayoutdiagram.
KeyWords：
SaccharifyProcessdesignEquipmentselection
啤酒是一种营养丰富的低酒精度数的饮品，适量的饮用有提高肝脏解毒的作用，对冠心病、高血压、糖尿病和血脉不畅等身体不适病症均有一定缓解效果。
啤酒中含有丰富的二氧化碳，所含的二氧化碳和极其酸度、苦味具有生津止渴、消暑、帮助消化、消除疲劳、增进食欲的功能。
我国是啤酒生产消费大国，啤酒在我国有着巨大的消费市场与良好的消费前景。
国内众多的啤酒生产企业能否利用先进技术，高效节能的生产出优质啤酒已经成为竞争关键[1]。
改革开放二十多年来,中国啤酒工业得到迅猛开展,啤酒走向大型化、集中化、并努力和世界接轨。
这为啤酒生产开展提供了市场。
顾客对啤酒消费需求的个性化，让啤酒市场的需求呈现出多样化的特征，让我们国家的啤酒产品的多样化进程加快。
随着啤酒生产工艺的不断提升，啤酒生产的糖化技术越来越成熟。
但是，在啤酒生产的过程中，产品的质量既于设备有关、也与啤酒的生产工艺、原料质量控制效果有关。
啤酒生产工艺的控制是长时间经验积累的结果，受到我国啤酒生产历史的影响，生产经验与先进国家相比仍有一定的差距。
我国作为全球范围内的第二大啤酒生产国。
啤酒的市场前景广阔，啤酒生产工业的开展速度快。
但是，受到啤酒生产工艺、啤酒品种的影响，在一定程度上制约我们国家的啤酒工业开展水平。
所以，加大新型设备的应用，创新啤酒生产技术，提升啤酒生产工艺水平，成为促进我国啤酒工业开展的重要路径。
本研究通过对啤酒厂糖化车间的设计，旨在为了进一步提升啤酒的生产水平与产品的质量，在降低啤酒生产本钱的根底上，通过借助现代化的生产技术、工业设备，降低啤酒生产过程中的热量等的损失。
因此，提升啤酒生产原料的利用率，扩大啤酒生产的设备，借助现代化的啤酒生产技术来实现啤酒生产的效益与质量，有着重要的研究价值。
在啤酒厂糖化车间设计的过程中，主要包括了生产设备选型、啤酒生产工艺的控制、原材料的选择等。
遵循着提升资源利用率、降低生产过程损伤等原那么，得到质量高的啤酒。
本文在写作的过程中，受到理论掌握水平与实践认知能力的影响，设计的过程中存在一些不当之处，请各位老师予以批评指正！
啤酒生产的主要原料有两种：
麦芽、水，在啤酒生产的时候经过糖化过程、酒花处理、过滤过程、发酵等过程，获得一种含有一定浓度的酒精与CO2的酿造酒。
啤酒酿造的工艺流程如下列图所示：
图2-1啤酒厂糖化工艺流程图
在啤酒生产的过程中，第一步需要通过预先处理、糖化处理、原料过滤、煮沸等，才可以获得所用的酒母。
这一阶段的工艺水平将会对啤酒的糖化率、发酵的效果、啤酒的澄清效果等产生直接的影响。
所以，加大对啤酒预处理等环节的质量控制，成为啤酒生产质量控制的主要内容之一。
在啤酒生产的过程中，麦芽汁的植被又称作糖化，指的是通过将酿造啤酒所需的麦芽、辅料等进行粉碎、醪的糖化、过滤处理，麦汁加热煮沸、原料冷却等系统的过程。
其流程图如图2所示。
2.2原辅料预处理
在本设计开展的过程中，所选用的主要原料是麦芽，选用的辅料是大米。
在进行原〔辅〕料处理的时候，包括了两项内容：
第一项为哪一项麦芽与水的选取，第二个内容是原辅料粉碎方法与存储的方式[5]。
图2-3原辅料处理流程图
在原辅料处理的过程中，通过把麦芽、大米等，使用提升机把下料坑置于立仓，然后把原辅料置于除杂机里面进行除杂。
除杂完成之后，使用粉碎机对原辅料进行粉碎处理，之后送至糖化处理。
在这个过程中，原辅料的除杂与粉碎将会对啤酒生产的质量产生直接的影响。
水占到了啤酒总量的90%之多，因此，啤酒的口感会因为水质而产生非常大的影响。
世界上的名牌啤酒之所以有其特征，优良的酿酒水质是主要的因素之一。
同时，水质的重要性包含在啤酒生产的洗涤等各个过程中。
啤酒生产的酿造用水，包括了以下几种：
第一种是糖化用水、第二种是酵母洗涤用水、第三种是高浓度啤酒稀释用水。
啤酒所需的酿造用水要符合饮用水的标准，大局部是通过深井水的优化处理而获得的。
深井水的改进与储量方法是通过硬水软化、机械过滤、水质脱盐等方法完成的[6]。
而酿造啤酒过程中所需的冷却水，只要满足卫生清洁、低硬度就可以。
2.2.3辅料的贮存方式
本设计的在研究的过程中，使用的是立仓储存原料与辅料的方法。
当前，我们国家的辅料贮存主要有三种方式，第一种是散装贮存，第二种是袋装贮存，第三种是立仓贮存。
立仓贮存有下面几个优势：
容积的利用效率高，容量大、人工节省、易于杀菌等。
在辅料储存的时候，为了更好的提升原料的防潮效果，在设计的时候使用的是混凝土立仓贮存处理的。
2.2.4原料粉碎方法
生产啤酒的麦芽在糖化之前，需要进行标准化的粉碎，这是因为粉碎以后的麦芽，能够让可溶性物质更快的渗出来，对提升酶的作用有着重要的意义。
当前，我们国家的啤酒厂在生产的过程中，经常使用的粉碎方法有：
干法粉碎、湿法粉碎两种。
这两种粉碎方法的使用的，都是为了更好的提升原料的处理面积，有效的提升了热处理的效率。
为自动化生产程度的提升，打下了良好的根底。
干法粉碎的优点是设备投资额度小，不需要较大的面积，易于操作、粉碎程度控制水平高、设备维修简单等。
干法粉碎主要有粗碎、细碎两种工艺形式。
湿法粉碎的优点是能够保证较好的过滤层，有效的解决了粉碎过程中粉尘对工作人员的危害。
此外，原材料在经过温水浸泡之后，能够有效的降低糖化的时间。
但是，其缺乏之处在于：
粉碎所需设备大、操作专业性要求较高、粉碎的程度难以控制、生产本钱高等。
所以，本设计采用干法粉碎。
2.2.5原材料粉碎机的选择
啤酒厂麦芽与大米粉碎的方法主要有两种：
第一种是辊式粉碎机粉碎、第二种是湿式粉碎机粉碎。
通过上面的分析可以发现，在使用干法粉碎的时候，常用的辊式粉碎有两辊、四辊、五辊、六辊等几种。
两辊式粉碎机，主要是由两个相对平行的装置、辊筒构成的，在工作的过程中，
由上面可知，我们采用的是干法粉碎，所以湿式粉碎机就不考虑了。
辊式粉碎机常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等[7]。
通过将两辊之间的物料相对摩擦而被粉碎。
两辊式粉碎机的优点是：
工艺简洁，结构更为紧凑，有效运行平稳。
四辊式的粉碎机是通过4个辊筒、筛子构成的。
原材料在通过第一对辊筒之后被粉碎，然后筛选出皮壳，之后在进行第二辊筒的粉碎。
五辊粉碎机是由前面三个光面辊，后面两个丝辊组成的。
借助于筛选装置的共同使用，能够有效的进行细粉、颗粒等的筛选，这一机器的使用性能良好，能够科学的进行不同麦芽的粉碎。
六辊粉碎机同五辊粉碎机的性能根本相似，通过三对辊筒构成，前面两对是光面辊，后面的是丝面辊。
六辊粉碎及的使用，能够有效的提升糖化时有用物质的浸出率。
通过对上述不同粉碎机的分析，我们可以发现使用六辊式粉碎机，能够提升麦芽的粉碎效果。
2.2.6原料输送机械的选取[8]
在现代化的啤酒生产工艺中，主要有两种原材料的输送方式，第一种是机械输送的方式，第二种是气力输送的方式，通过风力进行物料的输送。
之所以选取机械输送，是为了更好、更便捷的进行操作。
在机械输送的过程中，所使用的固体原料的输送主要有下面几种：
带式输送机械、斗式提升设别、刮板输送设备、螺旋输送设备等。
在所选用的这些输送设备当中，斗式提升机械能够实现从低到高的输送。
因此，在输送麦芽等材料的时候选用此机械。
2.3麦芽汁的制备
2.3.1糊化
在生产的过程中，辅料首先要在糊化锅里面进行糊化，之后在将其与麦芽搅拌糖化。
通过把辅料的淀粉颗粒让其在温水中膨胀，在温度到达七十摄氏度之后，颗粒的外膜产生破裂，北部的淀粉等快速的析出，增加了液体的粘稠度。
此时如果继续加热，将会让淀粉糊变成短链的糊精。
在进行大米糊化的时候，可以将大米与麦芽配成5：
1的比例，借助麦芽里面的酶让大米中的淀粉进行分解，提升糖化酶的作用效果，有效的降低糊化醪的黏度。
啤酒生产中的糖化指的是通过借助麦芽自身的酶，实现麦芽汁制备与生产。
在这个过程中，主要包括了淀粉的分解、蛋白质的分解、β－葡聚糖分解，酸的形成等多个过程。
在这个过程当中麦芽自身的酶含量非常高能够很好的进行糖化。
在啤酒的糖化过程中，借助的麦芽汁的酶转化。
糖化的方法主要包括三种，第一种是煮出糖化法、第二种是浸出糖化法、第三种是双醪煮出糖化法[9]。
如果要生产出淡色啤酒，那么可以使用二次煮出的糖化法。
这一方法是通过在糊化锅中前后实施二次煮沸操作，其中，第一次的蒸煮是在糊化锅中煮沸糊化，然后开始糖化锅糖化。
为了更好的提升糖化时糖化酶作用的有效性而实施。
第二次煮沸的那么是一局部糖化醪液，此次操作是为了除酶，以提升啤酒的口感与质量。
[10]
当前，啤酒生产的过程中，常用的糖化醪过滤法包括三种，第一种是过滤槽法、第二种是压滤机过滤法、第三种是快速渗出槽法。
我们国家的啤酒生产企业大局部是用的过滤槽法。
在糖化完成之后，通过将78℃的热水通入，以浸没过滤板为标准。
过滤操作的程序是：
通过把糖化醪完全的搅拌均匀，并泵入过滤槽，接下来借助耕槽机来翻拌，然后进行二十分钟左右的静置，保证糖化醪的自然沉降。
在沉降发生的时候，最先沉降的是谷皮，接着是没有分解的淀粉与蛋白质，过滤层的厚度一般在40厘米左右。
当糖化取得较好的效果以后，糖化醪槽外表附着的粘稠物就会降低，相反那么会增加。
糖化醪的适宜温度在60摄氏度左右，在滤层形成之后进行过滤操作。
开始阶段流出来的麦芽汁是浑浊的，需要使用泵把这些浑浊的麦芽汁泵回，并进行第二次过滤，直到麦芽汁澄清方可，接着将澄清的麦芽汁泵入煮沸。
从正式过滤之后的十五到三十分钟，开始对麦芽汁的浓度、澄清效果、质量等进行检查。
在过滤的时候，如果过滤的速度比拟慢，那么可以进行耕槽处理，在耕槽的时候，注意在同一个深度上进行翻耕。
在过滤处理完成以后，需要将麦芽汁煮沸，并且在煮沸的过程当中要进行酒花的添加。
通过添加酒花能够让多余的水分争分，保证麦芽汁到达规定的浓度。
让酒花中的有效成分溶出，提升啤酒的香气与口味，保证蛋白质凝固析出的速度，实现啤酒稳定性的提升。
1〕麦芽汁煮沸的常用方法：
在麦芽汁煮沸的过程中，经常使用间歇常压煮沸法，麦芽汁在过滤的时候，在麦芽汁把加热层盖满之后，开始进行加热，温度保持在八十摄氏度左右。
加热煮沸的时间大局部在一到两个小时。
2〕酒花添加：
所需要添加的酒花是在麦芽汁煮沸的时候进行添加的。
在生产的过程中，不同的酒花添加时间、添加的数量会产生不同的效果。
所以，加大对啤酒花添加时间与数量的控制，有着重要的意义。
酒花添加的时间如下表2-1所示：
酒花的添加分为3个步骤见下表2-1
表2-1
次数
时间
占总量的百分数
主要目的
1
10min左右
20%
借助其苦味，防止泡沫升起
2
45min左右
40%
借助其苦味，防止泡沫升起
3
80min左右
40%
为保证更多的酒花香气
2.3.5麦汁热凝固物的沉淀
在使用麦芽汁进行发酵之前，要做好热凝与冷凝固物的去除工作，即对麦芽汁的澄清处理。
在本设计中使用的是盘旋沉淀槽。
在啤酒生产的过程中，盘旋沉淀槽就是一种常用的热凝固物别离工艺设备，此设备的优势是结构简单、便于操作、处理效果好等。
作为一种立式柱形槽，在处理的过程中热麦芽汁通过切线方向泵入，产生一种旋转的流动。
受到盘旋效应的影响，让其在重力的作用下，将较为坚实的沉淀物积于槽底部，实现固体、液体别离的效果，而澄清之后的麦芽汁通过侧面的麦芽汁出口排出来。
2.3.6麦汁冷却
在啤酒生产的过程中，麦芽汁的冷却是为了让麦芽汁获得更为适宜的接种温度。
通过冷却让冷凝固物快速的析出。
最近一段时间以来在生产的过程中，使用的是薄板冷却器进行冷却，冷却的时间在1小时到两个小时之间。
在麦芽汁冷却完成以后，通过借助无菌压缩空气把薄板冷却器里面的麦芽汁顶出来。
在冷却操作的各个环节中，要主要防止外界杂菌造成的污染[11]。
在应用薄板冷却器的时候需要：
①由于麦芽汁冷却的过程中易引起污染，所以，在使用薄板冷却器之前，一定要做好冷却管路的杀菌处理；
②加大对冷却水流量的控制，以更好的保持冷却所需的温度标准水平；
③要最大程度上保持薄板两侧麦芽汁与冷媒的压力均衡，以防止渗漏问题；
④做好对冷却过程中的麦芽汁浓度的控制，以获得更好的冷却效果；
⑤在麦芽汁冷却完成之后，要做好冷却薄板的清洗；
⑥在麦芽汁冷却的时候，要选用低硬度的冷却水，以降低水垢的产生。
在啤酒生产的过程中，糖化车间平衡计算的内容主要包括了以下几项，详见图表：
表3-1
工程
名称
百分比
定额指标
原料利用率
麦芽水分
6
大米水分
13
无水麦芽浸出率
75
无水大米浸出率
95
原料配比
麦芽
60
大米
40
啤酒损失率〔对热麦芽汁〕
冷却损失
发酵损失
过滤损失
包装损失
总损失
3.1.2100KG原料〔60%麦芽，40%大米〕生产12度淡色啤酒的物料衡算
按照上面表格的例如，第一步进行100千克原料生产12°淡色啤酒这一方法的计算，第二步展开100L12度淡色啤酒的物料衡算内容，最第三步那么是30万吨糖化车间的物料平衡计算。
〔1〕热麦汁量据上表可得到原料收得率分别为：
麦芽收率为：
0.75〔100－6〕/100=70.5%
大米收率为：
0.95〔100-13〕/100=82.65%
混合原料收得率为：
××82.65%〕98.5%=74.23%
通过上述分析可以得出，100千克的混合原料能够制成12°热麦汁量是：
（）×100=618.58kg
又知12°热麦汁在20℃时的相对密度为1.047kg/L，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：
（）×1.04=614.44（L）
（2）添加酒花量：
6×0.2%=1.23kg
（3〕冷麦汁量为：
×（）＝571.4（L）
（4）发酵液量为：
×（）=562.9（L）
（5）过滤酒量为：
×（）=554.4（L）
（6）成品啤酒量为：
×（）=548.9（L）
3.1.3生产100L12°淡色啤酒的物料衡算
通过上面计算的结果获得，100千克混合原料能够生产出12°成品啤酒的数量为548.9L，所以能够得出下面的结果：
〔1〕在生产100L12°的淡色啤酒时，所需消耗的混合料的数量为：
（）×100=18.22（kg）
（2）麦芽耗用量为：
×60％＝10.93（kg）
（3）大米耗用量为：
18.22-10.93=7.29（kg）
（4）酒花的使用数量对淡色啤酒来讲，热麦汁中参加的酒花量为0.2%，所以酒花的耗用量是：
〔614.44/548.9〕×100×0.2%＝0.224（kg）
〔5〕热麦汁量为：
〔614.44/548.9〕×100=111.9（L）
〔6〕冷麦汁量为：
〔571.4/548.9〕×100=104.1（L）
〔7〕湿糖化糟量假设排出来的湿麦糟水分含量数值为80%，那么湿度糟量是：
[（）（100-75）/（100-80）]×10.93=12.84（KG）
而湿大米槽量为：
[（）（100-95）/（100-80）]×7.29=1.59（KG）
故湿糖化糟量为：
12.84+1.59=14.43（kg）
〔8〕酒花槽量假设麦汁在煮沸的过程当中，其干酒花的浸出数值为40%，酒花糟水分的含量是80%，那么酒花糟的数量：
[（100-40）/（100-80）]×0.224=0.672（kg）
3.1.430万吨、年产12°淡色啤酒发酵车间物料的衡算表
将年生产的时间假设为300天，旺季的生产时间为240天，淡季的生产时间为60天，在旺季的时候每天进行糖化7此，淡季的时候每天糖化5此，那么一年的糖化次数得出：
240×7+60×5=1980〔次〕
通过年糖化次数，我们能够得出每次糖化处理的投料量及相关平衡。
〔1〕年实际生产啤酒：
300000/1.012=L
〔2〕清酒产量：
/
（1）=L
〔3〕发酵液总量：
/
（2）=L
〔4〕冷麦汁量：
/（5）=L
〔5〕煮沸后热麦汁量：
/（）=L
20℃麦汁体积：
/1.04=L
12°P麦汁质量为〔20℃〕：
47=×106Kg
〔6〕混合原料量：
×106Kg×12%÷%=×106Kg
〔7〕麦芽耗用量：
×106Kg×0.60=×106Kg
大米耗用量：
（－）×106=×106Kg
〔8〕酒花耗用量：
×0.2%=Kg
按照生产经验的分析，混合原料×106Kg，所获得的实际产量才将高于300000t。
通过将上述啤酒糖化的三相物料衡算结果的整理与分析，得出表3-2。
3.2能量衡算
在进行本设计开展时，使用的是我们国家啤酒企业使用最多的双醪一次煮出糖化法，以下为此工艺的糖化车间的热量衡算表。
数据根据表3-2。
3.2.1糖化用水耗热量Q1
按照生产的工艺，所需要的糊化锅加水量是：
G1=（10967.7＋2193.5）×4=52644.8（kg）
在这个公式当中,糖化一次大米粉量是：
糊化锅需要参加的麦芽粉量是2193.5.
而糖化锅加水量为:
G2×3.5=49903（kg）
式中,14258.0为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量,即
16451.5－2193.5=14258.0（kg）.
而16451.5为糖化一次麦芽定额量.
Kg
所使用的自来水的温度平均值为18℃，糖化配料时所需要的水温度为50摄氏度。
故耗热量为:
Q1=（G1+G2）Cw（t2－t1）=××32=13716793.73（kJ）
其中Cw—水的比热容为1cal·g-1℃-1（即4.1868×103J·kj-1·K-1）
表3-2年产30万吨啤酒生产物料衡算表
名称
单位
对100KG
混合原料
100L12度
淡色啤酒
糖化一次
定额量
30万吨/
年啤酒生产
混合原料
kg
100
×106Kg
麦芽
kg
60
×106Kg
大米
kg
40
×106Kg
酒花
kg
Kg
热麦汁
L
冷麦汁
L
湿糖化糟
kg
×106
湿酒花槽
kg
×106
成品啤酒
L
548．9
100
×108
3.2.2第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程可知,
〔3-1〕
1糊化锅里面的米醪，其初温由t0加热到100℃，耗热Q’2
〔3-2〕
⑴在进行米醪的比热容计算的时候，C米醪按照经验公式进行计算。
〔3-3〕
式中W为含水百分率;co为绝对谷物比热容,取co=1.55kJ/（kg.K）
〔3-4〕
〔3-5〕
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