啤酒厂发酵车间工艺设计Word文档下载推荐.docx
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1.2.2厂址选择结果
综合以各种因素，初步选择南昌近郊作为啤酒厂的厂址。
这样，原料购买运输不成问题，产品又能及时的销往各中心城市，交通较为方便，是较为理想的选择。
1.3啤酒工业的发展
1.3.1世界啤酒业的发展
啤酒的起源与谷物的起源密切相关。
人类使用谷物制造酒类饮料已有8000多年的历史。
已知最古老的酒类文献﹐是公元前6000年左右巴比伦人用黏土板雕刻的献祭用啤酒制作法。
公元前4000年美索不达米亚地区已有用大麦﹑小麦﹑蜂蜜制作的16种啤酒。
公元前3000年起开始使用苦味剂。
公元前18世纪﹐古巴比伦国王汉穆拉比（Hammurapi﹖～公元前1750）颁布的法典中﹐已有关于啤酒的详细记载。
公元前1300年左右﹐埃及的啤酒作为国家管理下的优秀产业得到高度发展。
拿破仑的埃及远征军在埃及发现的罗塞塔石碑上的象形文字表明﹐在公元前196年左右当地已盛行啤酒酒宴。
苦味剂虽早已使用﹐但首次明确使用酒花作为苦味剂是在公元768年。
啤酒的酿造技术是由埃及通过希腊传到西欧的。
公元1～2世纪﹐古罗马政治家普利尼（公元62～113）曾提到过啤酒的生产方法﹐其中包括酒花的使用。
中世纪以前﹐啤酒多由妇女在家庭酿制。
到中世纪﹐啤酒的酿造已由家庭生产转向修道院﹑乡村的作坊生产﹐并成为修道院生活的一个重要内容。
修道院的主要饮食是面包和啤酒。
中世纪的修道院﹐改进了啤酒酿造技术﹐与此同时啤酒的贸易关系也建立并掌握在牧师手中。
中世纪﹐在欧洲可用啤酒来向教会交纳什一税﹑进行交易和向政府缴税。
在中世纪的德国﹐啤酒的酿造业主结成了坚犟的同业公会。
使用啤酒花作苦味剂的德国啤酒也已输往国外﹐不来梅﹑汉堡等城市均因此而繁荣起来。
17～18世纪﹐德国啤酒盛行﹐一度使葡萄酒不景气。
19世纪初﹐英国的啤酒生产大规模工业化﹐年产量达20Ml（万升，myriadliter的缩写）。
19世纪中叶﹐德国巴伐利亚洲开始出现下面发酵法﹐酿出的啤酒由于风味好﹐逐渐在全国流行。
目前在德国﹐92％的啤酒是下面发酵法生产的。
德国在19世纪颁布法令﹐严格规定碑酒的原料以保持啤酒的纯度﹐而且由于实行下面发酵法和进行有规律的酵母纯粹培养﹐从而提高了啤酒的质量﹐成为近代慕尼黑啤酒享有盛誉的基础。
在美洲新大陆﹐17世纪初由荷兰﹑英国的新教徒带入啤酒技术﹐1637年在马萨诸塞建立了最初的啤酒工厂。
不久﹐啤酒作为近代工业迅速发展﹐使美国成为超过德国的啤酒生产国。
19世纪﹐酿造学家相继阐明有关酿造技术。
1857年﹐L.巴斯德确立生物发酵学说﹔1845年﹐C.J.巴林阐明发酵度理论﹔1881年﹐E.汉森发明了酵母纯粹培养法﹐使啤酒酿造科学得到飞跃的进步﹐由神秘化﹑经验主义走向科学化。
蒸汽机的应用﹐1874年林德冷冻机的发明﹐使啤酒的工业化大生产成为现实。
目前全世界啤酒年产量已居各种酒类之首﹐已突破100000Ml。
1986年全世界生产啤酒101588.7Ml。
产量位于前10名的国家见表11986年啤酒产量居前10名的国家。
1.3.2中国啤酒业的发展
19世纪末﹐啤酒输入中国。
1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂﹔1901年俄国人和德国人联合建立了哈盖迈耶尔-柳切尔曼啤酒厂﹔1903年捷克人在哈尔滨建立了东巴伐利亚啤酒厂﹔1903年德国人和英国人合营在青岛建立了英德啤酒公司（青岛啤酒厂前身）﹔1905年德国人在哈尔滨建立了梭忌怒啤酒厂。
此後﹐不少外国人在东北和天津﹑上海﹑北京等地建厂﹐如东方啤酒厂建于1907年﹐谷罗里亚啤酒厂建于1908年﹐上海斯堪的纳维亚啤酒厂（上海啤酒厂前身）建于1920年﹐哈尔滨啤酒厂建于1932年﹐上海怡和啤酒厂（华光啤酒厂前身）建于1934年﹐沈阳啤酒厂建于1935年﹐亚细亚啤酒厂建于1936年﹐北京啤酒厂建于1941年等。
这些酒厂分别由俄﹑德﹑波﹑日等国商人经营。
中国人最早自建的啤酒厂是1904年在哈尔滨建立的东北三省啤酒厂﹐其次是1914年建立的五洲啤酒汽水厂（哈尔滨）﹐1915年建立的北京双合盛啤酒厂﹐1920年建立的山东烟台醴泉啤酒厂（烟台啤酒厂前身）﹐1935年建立的广州五羊啤酒厂（广州啤酒厂前身）。
当时中国的啤酒业发展缓慢﹐分布不广﹐产量不大。
生产技术掌握在外国人手中﹐生产原料麦芽和酒花都依靠进口。
1949年以前﹐全国啤酒厂不到十家﹐总产量不足万吨。
1949年後﹐中国啤酒工业发展较快﹐并逐步摆脱了原料依赖进口的落後状态。
1979年产量达到510Ml﹐1986年产量达到4000Ml。
中国的啤酒于1954年开始进入国际市场﹐当时出口仅0.3Ml﹐到1980年已猛增到26Ml）。
第二章生产工艺
2.1概论
传统啤酒发酵工艺
（1）主发酵又称前发酵，是发酵的主要阶段，也是酵母活性期，麦汁中的可发酵性糖绝大部分在此期间发酵，酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生的。
发酵方法分两类，即上面发酵法和下面发酵法。
我国主要采用后种方法。
下面重点介绍下面啤酒发酵法。
加酒花后的澄清汁冷却至6.5～8.0℃，接种酵母，主发酵正式开始。
酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO2，这是发酵的主要生化反应。
主要步骤如下：
①用直接添加法添加酵母在密闭酵母添加器内将回收的酵母按需要量与麦汁混匀（约1:
1），用压缩空气或泵送入添加槽内，适当通风数分钟。
②酵母添加量添加量常按泥状酵母对麦汁体积百分率计算，一般为0.5％～0.65％，通常接种后细胞浓度为800万～1200万个/ml。
接种量应根据酵母新鲜度，稀稠度，酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节。
若麦汁浓度高，酵母使用代数多，接种温度及酵母浓度低，则接种量应稍大，反之则少。
③发酵第一阶段又称低泡期。
接种后15～20小时，池的四周出现白沫，并向中间扩展，直至全液面，这是发酵的开始。
而后泡沫逐渐培厚，此阶段维持2.5～3天，每天温度上升0.9～1℃，糖度平均每24小时降1°
Bx。
④发酵第二阶段又称高泡期。
为发酵的最旺盛期，泡沫特别丰厚，可高达25～30cm。
由于麦汁中酒花树脂等被氧化，泡沫逐渐变为棕黄色。
此阶段2～3天，每天降糖1～1.5％。
⑤发酵第三阶段又称落泡期。
高泡期过后，酵母增殖停止、温度开始下降，降糖速度变慢，泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、蛋白质及多酚类氧化物等物质组成的泡盖，厚度2～5cm。
此阶段2天，每天降糖0.5％～0.8％。
当12度酒糖度降至3.8～4°
Bx时，即可下酒进入后发酵。
（2）后发酵
后发酵又称贮酒，其目的是完成残糖的最后发酵，增加啤酒的稳定性，饱充CO2，充分沉淀蛋白质，澄清酒液；
清除双乙酰、醛类及H2S等嫩酒味，促进成熟；
尽可能使酒液处于还原状态，降低氧含量。
下面介绍下面啤酒发酵法的后发酵。
①下酒将主酵嫩酒送至后酵罐称为下酒。
下酒时，应避免吸氧过多，为此先将贮酒罐充满无菌水，在用CO2将无菌水顶出，当CO2充满时再由贮酒桶底部进酒液。
此外，要求尽量一次满罐，留空隙10～15cm，以防止空气进入酒液。
如果酒液被CO2饱和，由于有CO2溢出，氧则难溶于酒液中。
否则啤酒中存在过多的溶解氧易引起氧化混浊，并产生氧化味。
②管理下酒后，先开口发酵，以防CO2过多，酒沫涌出，2～3天后封罐。
下酒初期室温2.8～3.2℃，若是外销酒，一个月后逐渐降至0～1℃。
温度前高后低目的在于先使残糖发酵，随后澄清。
注意不能将不同酒龄的酒液共存一室，否则温度要求互相矛盾，无法控制室温。
一般老工艺12°
Bx外销酒贮酒时间为60～90天，内销酒为35～40天。
贮酒期间，用烧杯取样观察，通常7～14天罐内酵母下沉。
若长期酒液不清，应镜检。
若是酵母悬浮，则是酵母凝聚性差；
若是细菌混浊，则属细菌污染，通常无法挽救，只能排放；
若是胶体混浊，原因是麦芽溶解度差，糖化蛋白分解不良，煮沸强度不够，冷凝固物分离不良等因素造成。
圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐），已广泛用于上面或下面发酵啤酒后生产。
锥形罐,可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在该罐进行（一罐法）。
这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，帮能适合于生产各种类型啤酒的要求。
目前，国内外啤酒工厂使用较多的是锥形发酵罐这种设备一般置于室外。
冷媒多采用乙二醇或酒精溶液。
也可使用氨作冷媒，优点心能耗低。
采用的管径小，生产费用可以降低。
最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用，安全阀和玻璃视镜。
影响发酵设备造价的因素
主要包括发酵设备大小，形式，操作压力及所需的新华通讯社却工作负荷，容光焕发器的形式主要指其单位容光焕发积所需的表面积，这是影响造价的主要因素。
罐的高度与直径的比例为1.5-6:
1.常用3:
1或4:
1.罐内真空主要是系列的发酵罐在密闭条件下转罐可进行内部清洗时造成成的,由于型发酵罐
在工作完毕后放料的速度很快.有可能造成成一定期负压,另外即便函罐内留学生存一部分二氧化碳.在进行清洗时,二氧化碳有被子除去的可能所以也可能造成真空。
由于清洗液中含有碱性物质能与二氧化碳起反应而除去罐内气体。
结构及特点
啤酒发酵罐是啤酒厂的主要设备之一，其发酵温度控制是依靠调节冷却系统的冷却流量来实现。
目前国内外较多采用罐体外壁的夹套通入低温酒精水冷却罐内发酵液，而酒精水的降温是通过液氨蒸发来冷却的，其缺点是需要酒精水的中间换热循环。
而本产品对目前现有的啤酒发酵罐，作了进一步发展和改进，其主要特点如下：
⑴把大罐的夹层当作蒸发器，液氨直接在夹套内蒸发，利用其气化潜热冷却罐内的啤酒液，从而省却了酒精水的中间换热循环，节省能耗12%以上。
⑵把夹套当作蒸发器，由于夹套内的压力比酒精水系统的要高，为此，设置了安全可靠、合理、结构新颖的蜂窝结构夹套，夹套与筒体组成的蜂窝状结构，其强度和刚度相互得到了提高。
夹套焊缝可减少30%。
⑶夹套做成分片式，与筒体的焊接完全避开筒体的纵、环向焊缝，避免了氨通过焊缝往罐内啤酒液泄漏的可能性。
克服了其它夹套的缺点。
⑷可选用碳钢或不锈钢材料，便于现场制造，降低制造成本，节省投资费用。
⑸本产品占地面积小，并可避免使用酒精水冷却系统带来的酒精挥发对大气带来的污染，符合环保产品要求.
⑹该设备底座可采用钢架结构和混凝土结构，定货时可根据用户确定。
2.2设计依据
2.2.1酿造酒工艺学课程设计指导书。
2.2.2酿造酒工艺学课程设计任务书。
2.2.3《发酵工程与设备》、《发酵工艺原理》、《发酵工厂工艺设计概论》、《化工工艺设计手册》及生物工程专业基础理论课本等参考资料。
2.3设计指导思想
2.3.1尽量采用先进的生产技术与设备，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺、新技术、新设备。
2.3.2合理利用资源，节约能量，消耗指标。
2.4设计范围
2.4.1确定工艺流程及生产操作条件
2.4.2工艺及主要设备计算（物料衡算、设备计算）
2.4.3绘制生产工艺流程图
2.4.4编制课程设计说明书
2.5产品产量及方案
产量：
年产啤酒十三万吨
产品品种：
12°
普通啤酒
2.6生产方法的选择
工艺方法：
利用麦芽、大米、啤酒花为原料，采用国内外比较先进的、成熟的二次煮出糖化法，添加啤酒酵母，采用锥形罐一罐法发酵，是目前最成熟、最典型的啤酒生产工艺。
啤酒生产全厂工艺流程简图：
大米→湿粉碎→糊化粉碎酒花
↓↑↓
麦芽→湿粉碎→糖化→过滤→煮沸→旋涡沉淀
↓
酵母→培养→扩大培养→锥形罐发酵←充氧←麦汗冷却
↓↑↓
酵母→贮存硅藻土过滤→纸板过滤
灌装←过冷←清酒罐
杀菌→贴标→装箱→入库→出厂
第三章工艺计算及设备选型
3.1主要工艺参数
年生产天数：
330天
原料利用率：
98.5%
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%
麦芽、大米配比：
65%：
35%
啤酒总损失率：
7%
其中：
冷却损失：
3.5%
发酵损失：
1.5%
过滤损失：
1%
装瓶损失：
糖化温度：
65-68℃
每批糖化醪操作时间：
3-4h
酵母添加量：
0.5-0.8%
锥形罐装料系数：
85%
发酵温度：
9℃
主发酵时间：
3-5d
双乙酰还原温度：
12℃
贮酒温度：
-1~0℃
发酵操作周期：
25d
灌装班次2班（每班8h）
3.2130000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量衡算
啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类，而后者有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分[8]。
不同的发酵工艺，其耗冷量也随之改变。
下面以目前我国应用最普遍的锥形罐发酵工艺进行130000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量计算。
3.2.1发酵工艺流程示意图
冷却
94℃热麦汁冷麦汁（6℃）锥形灌发酵过冷却至-1℃贮酒过滤清酒灌
3.2.2工艺技术指标及基础数据
年产12°
普通啤酒130000t;
旺季每天糖化7次，淡季为5次，每年共糖化2070次;
主发酵时间6天；
4锅麦汁装1个锥形罐；
12°
Bx麦汁比热容c1=4.0KJ/（kgK）；
冷媒用15%酒精溶液，其比热容可视为c2=4.18KJ/（kgK）；
麦芽糖化厌氧发酵热q=613.6kJ/kg；
麦汁发酵度60%。
根据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类，即：
3.3工艺耗冷量
3.3.1麦汁冷却耗冷量Q1
近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法[9]。
使用的冷却介质为2℃的冷冻水，出口的温度为85℃。
糖化车间送来的热麦汁温度为94℃，冷却至发酵起始温度6℃。
根据啤酒生产物衡酸表，可知每糖化一次热麦汁66787.855L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3,故麦汁量为：
G=1048×
66.787855=69993.672（kg）
又知120Bx麦汁比热容C1=4.0KJ/（Kg·
k）,工艺要求在1h小时内完成冷却过程，则所耗冷量为：
Q1=[（t1-t2）]/τ
=[69993.672×
4.0（94-6）]/1
=24637837（KJ/h）
式中t1和t2——分别表示麦汁冷却前后温度（℃）
τ——冷却操作过程时间（h）
根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为：
Qf=4Q1=4×
24637837=98551348（kJ）
相应地冷冻介质（2℃的冷冻水）耗量为：
Mf=Q1/[Cm（t4-t3）]=24637837/[4.18（85-2）]=71591.16（kg/h）
式中，t3和t4——分别表示冷冻水的初温和终温（℃）
Cm——水的比热容[KJ/（kg·
K）
3.3.2发酵耗冷量Q2
（1）发酵期间发酵放热Q21，假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6kJ/kg。
设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：
q0=613.6×
12%×
60%=44.18（kJ）
根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为64450.309L,则每锥形缺罐发酵放热量为：
Q01=44.18×
64450.309×
4=11389659（kJ）
由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化7锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高温时期耗冷量为：
Q21=（Q01×
1.5×
7）/（24×
6×
4）
=（11389659×
4）]
=207623.99（kJ/h）
（2）发酵后期发酵液降温耗Q22主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从6℃缓降到-1℃。
每天单罐降温耗冷量为：
Q02=4GC1[6-（-1）]=4×
69993.672×
4.0×
7=7839221（KJ）
工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装1.5个锥形罐）：
Q22=（1.5Q02）/（24×
2）=（1.5×
72874228.8967839221）/（24×
2）=244975.66（KJ/h）
（3）发酵总耗冷量Q2
Q2=Q21+Q22=207623.99+244975.66=452599.65（kJ/h）
（4）每罐用冷媒耗冷量Q0
Q0=Q01+Q02=11389659+7839221=19228880kg/h
（5）发酵用冷媒耗（循环量）M2发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为：
M2=Q2/（Cm×
8）=452599.65/（4.18×
8）=13534679kg/h
3.3.3酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3
在锥形罐啤酒发酵过程，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5—7次。
设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。
冷却前无菌水温30℃。
用-8℃的酒精液作冷地介质。
由中述条件，可得无菌水用量为：
Gw′=69993.672×
1.0%×
3=12598.861（kg/d）
式中69993.672——糖化一次的冷麦汁量（kg）
每班无菌水量：
Gw=Gw′/3=12598.861/3=4199.6203（kg/每班）
假无菌水冷却操作在2h小时内完成，则无菌水冷却耗量为：
Q3=[GwGm（tw-tw′）]/r=[4199.6203×
4.18×
（30-1）]/2=509077.98（kg/h）
所耗冷冻介质量为：
M3=Q3[cw（t2-t1）]/r=509077.98（4.18×
8）=17023567（kg/h）
式中，t1和t2——冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃。
每罐用于酵母洗涤的耗冷量：
Q3=[GwGm（tw-tw′）]/1.5=[4199.6203×
（30-1）]/1.5=339385.32（kJ）
式中1.5——每班装罐1.5罐
3.3.4酵母培养耗冷量Q4
根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h。
根据工厂实践，年产130000t啤酒培养冷量为170000（Kj/h），则
对应的年冷耗量为：
Q4’=Q4×
288×
10=4.896×
108（KJ）
相应的高峰冷冻介质循环量为：
M4=Q4/[cw（t1-t2）]=170000/（4.18×
8）
=5083.732（kg/h）
3.3.5发酵车间工艺耗冷量Qt
综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为：
Qt=Q1＋Q2＋Q3＋Q4=24637837＋452599.65＋339385.32＋170000
=25599781.97（Kj/h）
3.4非工艺耗冷量Qnt
除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁、运转机械、维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量，现分别介绍。
3.4.1露天锥形罐冷量散失Q5
锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失。
通常，这部分的冷量由经验数据坟取。
根据经验，年产13万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在43000-100000kJ/t啤酒之间，若在南方亚热地区设厂，可取高值。
故旺季生天耗冷量为：
Q5’=Gb×
32000=500×
32000=1700000Kj/d）
式中，Gb——旺季成品啤酒日产量（t）
若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷量为：
Q5=2Q5’/24=2×
1700000/24=1416666.7（KJ/h）
冷媒（-8℃稀酒精）用量：
M5=Q5/Cm（t2-t1）=1416666.7/4.18/8=42364.4（KJ/h）
3.4.2清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6
因涉及的设备、管路很多，若按前面介绍的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据实验经验选取。
通常，取
，所以：
Q6=12％Qt=12％×
25599781.97=3071973.7（KJ/h）
M6=Q6/[cw（t2-t1）]=3071973.7/（4.18×
8）=91865.243（KJ/h）
3.5130000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表
将上述计算结果，整理后可得130000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表。
啤酒厂发酵车间冷量衡算表
耗冷分类
耗冷项目
每小时耗冷量（kJ/h）
冷媒用量
（kJ/h）
每罐耗冷
（kJ）
年耗冷量
工
艺
耗
冷
量
麦汁冷却Q1
24637837
71591.16（M1）
98551348
5.1×
1010
发酵耗冷Q2
452599.65
13534679（M2）
819228880
0.994×
无菌水冷却Q3
509
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