年产吨干红葡萄酒厂设计毕业论文.docx
《年产吨干红葡萄酒厂设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产吨干红葡萄酒厂设计毕业论文.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
年产吨干红葡萄酒厂设计毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---
摘要
本文以生产干红葡萄酒为研究对象，做一套年产2000吨干红葡萄酒厂的设计，主要针对生产工艺流程、物料衡算、设备选型、工厂的选址和绘制生产流程图及设备设计图进行描述。
本设计侧重于研究出最适宜的干红葡萄酒生产条件以及工艺流程，进而设计出发酵时间短、成本低，并应用于以后工厂的大规模生产的干红葡萄酒厂。
关键词：
干红葡萄酒；工厂设计；发酵；工艺流程
Designofadryredwinefactorywithanannualoutputof2000tons
Abstract
Inthispaper,theproductionofdryredwineastheresearchobject,todoasetof2000tonsperyeardryredwinefactorydesign,mainlyfortheproductionprocess,materialbalance,equipmentselection,plantlocationanddrawingproductionflowchartandequipmentdesigncharttodescribe.Thisdesignfocusesonthestudyofthemostsuitabledryredwineproductionconditionsandtechnologicalprocess,andthendesignsadryredwinefactorywithshortfermentationtimeandlowcost,whichwillbeappliedtothelarge-scaleproductionofthefactoryinthefuture.
Keywords:
dryredwine;factorydesign;fermentation;technologicalprocess
1前言
葡萄酒是以葡萄为原料的一种酿造果酒，据记载，最原始的葡萄酒是由波斯人发明的，在中东国家广泛流传。
后来葡萄酒文化逐渐在阿拉伯国家消退。
然而葡萄酒的酿造方法并没有因此消失，反而是传到希腊、罗马、高卢后葡萄酒盛行于欧洲。
葡萄酒的种类繁多，可细分至如下表所示。
表1.1葡萄酒的分类标准
按颜色
按含糖量
是否含有二氧化碳
按葡萄汁含量
按酿造方法
白葡萄酒
干葡萄酒
静态葡萄酒
全汁葡萄酒
天然葡萄酒
红葡萄酒
半干葡萄酒
起泡酒
半汁葡萄酒
加强葡萄酒
桃红葡萄酒
半甜葡萄酒
汽酒
——
加香葡萄酒
——
甜葡萄酒
——
——
葡萄蒸馏酒
干红葡萄酒是以葡萄为原料进行人工加工酿造，使得以果糖为原料葡萄酒中的蛋白质和糖分完全转化成酒精的一种红葡萄酒。
这种干红葡萄酒的口味独特，喝酒氛围优雅，因此葡萄酒广受人们欢迎。
另外干红葡萄酒中还含有不同的营养物质，他们多对人体的健康拥有不同的益处，如下表所示：
表1.2葡萄酒中的营养物质及其益处
抗氧化
抗衰老
糖类、蛋白质、维生素、氨基酸、矿物质
防癌
白藜芦醇、山梨醇
保持血管壁弹性
维持血管渗透压
预防心血管疾病
多酚类物质（花色素、黄酮类）
葡萄酒有众多益处，人们对干红葡萄酒的研究也因此热度高涨。
表1.3理化指标
项目
指标
酒精度（v/v）%20℃
9.0-13.0
总糖（以葡萄糖计）g/l
≤4.0
总酸（以酒石酸计）g/l
5.0-7.5
挥发酸（以乙酸计）g/l
≤0.8
游离二氧化硫mg/l
≤50
总二氧化硫mg/l
≤250
干浸出物g/l
≥18
铁（以Fe计）mg/l
≤8
铜（以Cu计）mg/l
≤0.5
PH值
3.1-3.6
铅（以Pb计）mg/l
≤0.2
砷（以As计）mg/l
≤0.2
山梨酸g/l
≤0.5
容量偏差20℃＞500ml
±2%
容量偏差20℃＜500ml
±3%
干红葡萄酒的国家标准要求：
表1.4感官要求
色泽
紫红、深红、宝石红、红微带棕、棕红色。
澄清程度
澄清，有光泽，无明显悬浮物（使用软木塞封口的酒允许有少量的软木渣，装瓶超过一年的葡萄酒允许有少量沉淀）。
香气
具有纯正、优雅、怡悦、和谐的果香和酒香，陈酿香或橡木香。
滋味
具有纯净、优雅、爽怡的口味和新鲜悦人的果香味，酒体完整。
典型性
典型突出、明确。
表1.5微生物指标
项目
指标
细菌总数个/ml
≤50
大肠菌群个/100ml
≤3
1.1课题目的和意义
干红葡萄酒是残糖量小于或等于4.0g/L的红葡萄酒。
干红葡萄酒的口味独特，喝酒氛围优雅，因此葡萄酒广受人们欢迎。
由于我国的葡萄酒行业发展起步较晚，工艺成熟度相对较弱，因此在面对国外葡萄酒品牌的竞争时，需要通过研究并提高中国葡萄酒产业的国际竞争力，让更多人了解国产葡萄酒，提升其知名度。
而本设计将研究并优化干红葡萄酒的工艺流程，以及开拓国产干红葡萄酒的市场。
1.2葡萄酒产业在国内的发展状况
我国现代大规模生产葡萄酒的行业是从十九世纪末，才正式拉开帷幕的，然而因为经济、文化、生活习惯等各种因素有较大差异，导致我国大规模生产葡萄酒的工业受到了较大的挑战，直到二十世纪九十年代后期，我国的葡萄酒生产行业才真正算是步入正轨。
2000年之后的几年内我国葡萄酒产量迅速上升。
随着中国经济的发展，国内葡萄酒行业通过中外合资、人才引进、技术交流等形式，使我国的葡萄酒工业走向世界，较好地完成了与国际接轨[1]。
国内葡萄酒产量的不断上升一直持续到2013年，之后的连续五年，我国葡萄酒产量平均降幅为6%左右。
与此同时，我国葡萄酒的进口金额都有较大涨幅，瓶装酒的进口金额为25.5亿美元，同比增长16.4%，平均涨幅达到15%以上[2]。
1.3本设计应解决的主要问题
目前国内葡萄酒厂家大多是工业化生产，很少有传统酿造生产，更少有窖藏，并且由于国内种植的葡萄含糖度不高，在15~18度左右，因此会采用蔗糖发酵，这就是国内生产的原酒与国外酒有差别的原因，使其失去了葡萄酒原有的天然性及应有的功能[3]。
本设计的产品将从葡萄酒的原料、预处理、浸提、发酵等各个方面的细节入手以最大限度地提升陈酿型干红葡萄酒的口感，以满足消费者的需求[4]。
1.4市场前景
根据《中国酒业协会十点报》发布报告显示，葡萄酒进口方面，2017年，全国酒类规模以上企业进口葡萄酒总产量100.11万千升，同比下降5.25%。
另据中国海关的数据报告显示，2017年全国规模以上的葡萄酒进口商品销售总量约73.27万千升，同比上年增长17.13%，总额27.14亿美元，同比上年增长17.58%，占全国以上规模企业酒类进口商品销售总额53.2%，占全国葡萄酒进口商品销售总额91.2%[5]。
可以看出中国葡萄酒的消费市场逐渐形成多元化的消费潮流。
2设计思路及方案
2.1厂址的选择
厂址选择（plantsiting），即针对工厂的类型或种类选定合理的建厂地理位置。
表2.1工厂建设原则及要求表
厂址需选择原则
葡萄酒厂布置对象
厂区平面布置要求
距离葡萄果园尽可能近或交通便利
酿造葡萄酒所需的各种设施和机械设备
生产要求
电力充足，供应方便
各种物料及辅料，如葡萄、汁、皮渣、酒等
安全卫生要求
水源充沛，水质优良
从事葡萄酒生产的操作人员及其他非生产人员
发展要求
厂区面积、形状满足工艺流程的布置需要
——
施工和安装要求
厂址的自然地形有利于建筑施工
——
绿化要求
无环境污染
——
——
公用工程和生活设施能够良好的协作。
葡萄酒厂布置对象
——
——
据上述原则及要求，葡萄酒厂应建设在无环境污染源及其他影响葡萄酒生产卫生的地方，拥有干净安全的环境，远离吵杂的市区，靠近原料源，非常适合坐落于中国的西北地区。
厂区应该进行行政、生产、生活等区域划分，做到分区明显，互不交叉。
厂房中无菌室的设计与设施必须符合无菌操作的技术规范，拥有完善的消毒措施，适合葡萄酒生产，生产车间布置要按照工艺流程布局，避免重复往返，尽量形成一条单向的流水线，以防交叉污染。
2.2原料的选择
据国际葡萄与葡萄酒组织的规定（OIV,2006），葡萄酒只能是破碎或未破碎的新鲜葡萄果实经完全或部分酒精发酵后获得的饮料[6]。
葡萄酒质量的关键点有两个，一个是葡萄，另个就是酵母菌[7]。
葡萄的质量极大程度地决定了其酿造出来的葡萄酒的质量。
因此，在原料的选择上，需要选择能够最大化提升葡萄酒质量的葡萄。
而葡萄的质量又在于其品种以及种植地，需要选择适合酿造葡萄酒的优良的葡萄品种，再根据其生物属性，采用科学的农田管理方法在适宜的地区进行种植，才能充分发挥该品种的优越性，生产出不俗的葡萄酒。
单单在法国的葡萄酒产区，这里就种植了有不低于250个种类的葡萄。
而这些品种的葡萄在许多方面都存在着不小的差异，具体差异如下：
表2.2葡萄品种的差异体现表
形态
果粒生物化学特性
特殊的生物化学特性
酶学特性
果梗比例
含氮量
多酚物质的含量
酶的种类及含量
果粒大小
含糖量
花色素苷的含量
多酚氧化酶的含量
含汁量
含酸量
芳香物质的含量
——
果皮厚度
苹果酸
黄色素与红色素比例
——
——
酒石酸
——
——
——
氨基酸
——
——
各种葡萄的形态学及生物化学特性上的差异，会影响他们各自生产葡萄酒时工艺的差别，也就是说，葡萄品种具有工艺特异性。
世界最有名的酿酒葡萄品种——赤霞珠，该品种的葡萄由于过去政府主导，通过集体方式生产葡萄酒，于是形成了我国“大江南北赤霞珠”的现象，这是国产葡萄酒同质化的一大原因[8]。
梅洛是另一个广受喜爱的红葡萄种类，常用来与其他种类的葡萄混酿，但中国这边也会生产纯梅洛葡萄酒。
梅洛葡萄酒颜色深，酒体饱满，散发着红黑色水果的气息，骨架坚实，陈年潜力优秀。
另外，我国葡萄酒产量呈现明显的下跌趋势，而市场和需求的扩大表明市场上进口葡萄酒越来越得到消费者的青睐。
据调查，葡萄酒消费人群日益多元化，整体更趋年轻、更愿意尝试不同类型的葡萄酒，对葡萄酒态度更开放。
因此鉴于我国的葡萄酒市场需求及产能较高，梅洛干红的市场前景又十分可观。
因此本设计决定选用更能吸引年轻人梅洛葡萄进行干红葡萄酒厂的设计。
2.3生产工艺流程设计
2.3.1确定工艺流程
干红葡萄酒的工艺流程：
挑选优质的梅洛葡萄分选，再进行葡萄破碎除梗，加入果胶酶，使皮核与果汁混合进行酒精发酵，酒精发酵同时控制浸提，酒精发酵结束后收集自流汁与压榨汁，进行乳酸发酵，最后陈酿，转瓶储。
2.3.2工艺流程图
破碎糖
果胶酶
除梗酵母
浸渍发酵
果梗
压榨自流酒
皮渣
陈酿与瓶储
图2.1干红葡萄酒酿造工艺流程图
2.4工艺流程详述
2.4.1原料的采收及预处理
在整个原料的采收及运输过程中，必须尽量保证葡萄完好无损，以防出现破损和污染的情况。
因此，需要注意以下事项：
表2.3原料的采收注意事项表
建设葡萄酒厂
装运过程中
原料的清洁
离原料基地较近
减少落差
保持果实表面的清洁状态
运输距离短
防止果实间的碰撞挤压
避免使浆果破损、污染
减少转倒次数和高度
通过严格的标准采收运输好葡萄后，葡萄酒厂进行接收，并进行破碎除梗，同时，可按照葡萄的量同时加入50PPm~60PPm的SO2，破碎后再加入适量果胶酶[9]。
为防止其他野生微生物的繁殖，可以亚硫酸的形式加入SO2。
浆果细胞的细胞壁中含有大量果胶，因此需要使用果胶酶进行浸提，但是我们在这一步之前，应选择能够最大限度地快速浸提花色苷，释放出果实中的多糖，并通过促进单宁与多糖的联合，极大地提升酒的醇厚和圆润的口感，适于酿造高档陈酿酒的果胶酶[10]。
2.4.2酵母菌种的选择
发酵阶段是酿造葡萄酒最关键的阶段，而发酵质量的关键在于单宁的浸提。
用于葡萄酒生产的良好酵母菌株应该要有发酵力强、发酵稳定、发酵完全且发酵行为可以预测可控制的特点；不产生不良气味的气体；到了发酵结束阶段时酵母凝聚快。
同时要求发酵所产生的酒香与果味相协调、口感饱满、单宁的涩感结构较强，严格与新鲜型葡萄酒酵母相区分[11]。
2.4.3酒精发酵及控制浸提
进行酒精发酵所使用不锈钢材质的发酵罐，必须要进行防腐涂料处理。
将葡萄倾入除梗破碎机进行破碎除梗处理，产生的葡萄浆汁由泵运输分装至发酵罐中，罐内的浆汁不得超过容积的五分之四。
装罐完成后，需要再进行一次开放式倒罐，这时可以趁机加入果胶酶、活性干酵母、优质单宁或橡木素。
发酵温度控制在20℃~30℃范围内。
添加的优质单宁或橡木素不仅可以很好地保护红葡萄酒中的色素，还能够改善梅洛干红葡萄酒的风味，增加结构感[12]。
活性干酵母的加入量计算方式如下
表2.4活性干酵母的配制体系表
纯净水
活性干酵母
蔗糖
葡萄酱汁
温度
35℃~38℃
常温
常温
常温
加入量
10公斤
1公斤
1公斤
5倍体积
这一步加糖是为了让酵母繁殖，减少葡萄果汁中的葡萄糖消耗。
观察葡萄浆中的含糖量，确保含糖量在200g/L以上，则不需补加糖，若低于200g/L则使用浓缩葡萄浆增加含糖量而不是直接加糖，以保证酿造出的葡萄酒保持天然性。
2.4.3苹果酸—乳酸发酵
酒精发酵结束后，应立即将半成品转至橡木桶内进行苹果酸—乳酸发酵，因为这一步是酿制陈酿型干红葡萄酒所必需的。
苹果酸—乳酸发酵不但能够有效降低葡萄酒的酸度，而且可以增加葡萄酒的口感和香气的多样性，丰富葡萄酒的风味，还可以增加其细菌稳定性[13、14]。
在选择乳酸菌投入生产前，必须通过试验选择适宜的乳酸菌菌种。
经过30天左右的二次发酵，若检测红葡萄原酒中不含有果酸，则说明发酵过程已结束，应立即往红原酒中加入SO2,抑制乳酸菌的活动，并过滤倒桶，将红原酒中的乳酸菌和酵母菌分离掉[15]。
2.4.4红葡萄原酒陈酿与瓶储
将已分离完微生物的红葡萄原酒转移至陈酿专用的橡木桶内储存陈酿。
橡木桶的优点是透气性好，能够持续供给氧气，另外木桶和酒的接触过程中还会使葡萄酒带有橡木的香味，因此需要长期陈酿储存的，口感柔滑，复杂的醇厚性葡萄酒就适合使用橡木桶[16]
再进行市场调研，了解消费者对干红葡萄酒的需求方向，决定分配梅洛干红葡萄酒的陈酿时间。
陈酿结束的红葡萄酒可进行装瓶存储。
进行瓶装前，还应视情况澄清葡萄酒，以免沉淀过多，影响葡萄酒的视觉效果。
若沉淀太多，可以通过加入亲水胶体，使沉淀发生絮凝反应，以此除去沉淀后即可使得澄清的红葡萄酒[17]。
选用质量及各项指标合格的波尔多瓶进行葡萄酒装瓶，使用软木塞封口。
装瓶后经过包装装盒应立即投入市场进行售卖。
3干红葡萄酒物料衡算
3.1生产周期
酒精发酵期：
5~7天
苹果酸—乳酸发酵期：
30天
生产周期：
37天
全年工作日：
300天
周期数：
8.1个
年产量：
2000吨
周期产量：
246.9吨
日产量：
6.7吨
3.2原料用量
损耗：
去梗破碎（5%）、皮渣（15%）、发酵（10%）、操作损失（1%）、倒罐（4%）、过滤装配（2%）
1000kg葡萄原料约可成品干红葡萄酒：
1000×（1-5%）×（1-15%-1%）×（1-10%）×（1-4%）×（1-2%）=675.68kg
成品1000kg干红葡萄酒约需要葡萄原料：
1000÷675.68×1000=1479.99kg
生产一个周期产量的干红葡萄酒所需要的葡萄原料：
1479.99×246.9=365409.531kg=365.4t
成品2000t干红葡萄酒约需要葡萄原料：
1479.99×2000=2959981kg=2959.981t≈2960t
3.3二氧化硫用量
二氧化硫用量为50mg/L，6%的亚硫酸
亚硫酸所需量：
2000t×50mg/L÷6%=1666L
3.4果胶酶添加量
果胶酶用量为1g/10L，则果胶酶所需量：
2000t×1g/10L=200L
4设备选型
生产葡萄酒的设备主要有，葡萄除梗破碎机、发酵罐、压榨机、过滤机、速冷机、灌酒机、橡木桶、包装生产线等。
根据计算所得的周期生产能力，选用合适的设备型号及规格，并且要保证选用的各种设备的规格和贮藏容器要配套一致。
为了保证食品的卫生及安全，必须严格筛选符合卫生标准的设备。
4.1葡萄除梗破碎机
工作原理：
将带梗的葡萄由螺旋进料装置均匀地推进到除梗转筒中，使果粒和果梗分离的同时，又将果梗沿螺旋线向出梗口推进，从而排出机外;而果粒则从除梗转筒壁上的圆空落入合的齿形辊中间通过，同时被挤压破碎，进入到果酱泵后被输出。
4.2发酵罐
由于葡萄浆果中含有多种有机酸。
在生产过程中为了避免杀死发酵用的菌，需要加入适量二氧化硫。
为了不腐蚀设备，本设计选用钢塑复合材料制作的立式柱体发酵罐。
不锈钢发酵罐的优点在于气密性很高，并很容易控制温度，为了防止氧化而需要低温发酵的情况[18]。
在技术能力水平允许的条件下，尽可能选择容积较大的发酵罐。
这里我们选择单罐容积为100m3的发酵罐。
发酵罐设计图见附录1。
根据葡萄酒发酵时间和日产量，本设计设定的发酵时间为37天，日产量为6.7t结合公式计算出发酵罐的个数：
（公式4.1）
算得需要发酵罐3个。
其中：
——昼夜生产的红葡萄原酒体积（L）
t——发酵时间（h）
——发酵罐体积（m3）
——填充系数
4.3果汁压榨机
将物料加入本设备后，在筛壁和锥形体的阻力作用下，将物料中含有的液体挤出，再从筛孔中流向接汁斗内。
压榨后的果渣，排出机外。
4.4过滤机
该设备主要由输送泵、粗过滤器、自动阀、卫生级连接管道、模块式膜分离单元、精密过滤器、阀门、CIP清洁系统、在线监测及保护系统、西门子PLC及界面操作系统等。
4.5速冷机
特点：
1处理量大，按实际处理量可分200~8000公斤/小时，效率高，节约能耗；
2按实际温度，自动运转制冷。
3体积不大，节省空间。
4降温效率高；
4.6包装生产线
可完成洗瓶、输瓶、计量分装、灌装、薄膜套标、集合薄膜包裹等程序。
4.7设备选型表
表4.1设备选型表
序号
设备名称
规格
型号/材质
功率kw
数量
G101
葡萄除梗破碎机
1920×750×1200mm
JCP-10
5.5
1
G102
发酵罐
100m3
Q235-A
120
3
G103
果汁压榨机
1920×750×1200mm
Q235-A
5.5
1
G104
过滤机
2500×1600×2700mm
CLB-10
21.5
1
G105
速冷机
1300×850×1530mm
SJ
120
1
G106
橡木桶
100m3
橡木
——
6
G107
包装生产线
——
SCX1
——
1
5冷热衡算
5.1耗冷量计算
耗冷量Q主要分为工艺耗冷Qt和非工艺耗冷量Qnt。
工艺耗冷量包括发酵放热量、酵母培养耗冷量等；非工艺耗冷量包括维护结构耗冷量、露天冷量散失等。
具体公式如下：
Q=Qt+Qnt（公式5.1）
5.1.1工艺耗冷量Qt
①发酵耗冷量Q1
葡萄糖的厌氧发酵放热量为2.26×103KJ/kg，发酵度80%，则1L葡萄汁发热量为：
q=2.26×103×12%×80%=216.96KJ
一个发酵罐放热量为：
Q`=216.96×6.7×37÷3×1068=19147240.704KJ
其中：
6.7——日产量
37——发酵天数
3——发酵罐个数
1068——葡萄汁在12℃下的密度
由于发酵时间为37天，忽略发酵初期的葡萄汁升温，则每小时耗冷量为：
Q1=Q`÷37÷24=21562.208KJ/h
②酵母培养耗冷量Q2
根据工艺设计每月需要进行一次酵母培养，培养时间为12d，即288h。
根据工厂实践，年产2000吨干红葡萄酒厂酵母培养耗冷量为：
q2=4180KJ/h
对应的年耗冷量为：
Q2=q2×300×10=12540000KJ
5工艺耗冷总量Qt
综上所述，工艺总耗冷量：
Qt=q2+Q1=4180+21562.208=25742.208KJ/h
5.1.2非工艺耗冷量Qnt
①橡木桶冷量散失
冷量散失可通过经验公式计算。
根据经验，橡木桶冷量散失在15000KJ/t左右，每小时耗冷量可达：
Q3=15000×6.7÷24=4187.5KJ/h
②过滤机及管道等散失冷量Q4
因为涉及的设备、管道很多，计算复杂，这里也用经验公式计算，通常取Q4=12%Qt
Q4=25742.208×12%=3089.06KJ/h
1非工艺耗冷总量Qnt
Qnt=Q3+Q4=4187.5+3089.06=7276.56KJ/h
5.1.3耗冷表
表5.1耗冷表
耗冷项目
耗冷项目
每小时耗冷KJ/h
年耗冷量KJ
工艺耗冷量
发酵耗冷
21562.208
6.47×107
酵母培养
4180
1.25×107
工艺总耗冷
25742.208
7.72×107
非工艺耗冷量
橡木桶冷损
4187.5
1.26×107
管道冷损
3089.06
9.27×106
非工艺总耗冷
7276.56
2.18×107
合计
总耗冷
33018.77
9.90×107
5.2水耗量计算
1生活用水
通过调查得知，工人一天一人约用水50L（包括生活用水和饮用水），本厂雇佣工人300人，故生活用水为15t/d
年生活用水量=15×300=4500t
2车间用水
查阅资料得出，生产区每平米用水3L，5天清洗一次，生产区占工厂总面积的50%（工厂占地面积200亩，一亩=666.7平方米）。
年用水量=100×666.7×3×300÷5=1.2万吨
3总用水量
年总用水量=4500+12000=16500吨
5.3电耗量计算
葡萄酒工厂用电主要是生产发酵时用电及工人们的生活用电，其中生产上的用电主要用于运行设备，生活用电用于行政办公和员工生活。
1生产用电
根据设备的技术参数计算每日设备运作所需要的用电量约为3500千瓦时每天
年生产用电量=3500×300=1050000千瓦时
2生活用电
调查得知，工人用电约为3千瓦时一天，300名工人则
年生活用电量=3×300×300=270000千瓦时
3总用电量
日总用电量=3500+900=4400千瓦时
年总用电量=1050000+270000=1.32×106千瓦时
6经济估算
6.1原辅料成本估算
表6.1原辅料成本估算表
原辅料
生产厂家
单价元/kg
年需求量
总价万元
梅洛葡萄
平度市大泽山双宝果树苗木专业合作社
1.5
2960t
444
活性干酵母
河北九星化工产品有限公司
32
升级会员 