年产10万吨啤酒工厂的设计.docx
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年产10万吨啤酒工厂的设计
年产10万吨啤酒工厂的设计
THEDESIGNOFBEERFACTORY
WITHANNUALPRODUCTIONOF100,000TONS
专业：
生物工程
摘要
2005年我国啤酒产量预计达2400多万吨，居世界第一位。
作为当今世界做流行的一种饮品，啤酒越来越多的引起人们的青睐于关注。
本设计为年产10万吨的啤酒工厂的设计，设计的内容包括麦芽汁的制备工段，发酵工段和啤酒的包装三个部分。
在麦芽汁的制备工段，麦芽和大米的比例为4：
1。
采用三锅一槽（糊化锅，麦汁过滤槽和麦汁煮沸槽）的复式糖化设备，方法为双醪浸出糖化法，期间添加耐高温的α-淀粉酶，使糖化进行得比较彻底、完全。
发酵工段采用下面啤酒酵母、一罐法发酵，利用100吨的圆柱锥形发酵罐使主发酵、后发酵和贮酒都在一个罐内进行，省去了导管的烦恼，也为工厂节省了空间。
尽管温度76℃，主发酵温度8℃，发酵周期37天，共50个发酵罐。
啤酒包装车间采用两条包装线，分别罐装春生啤酒和普通啤酒。
其中纯生啤酒年产量为4万吨，普通啤酒年产量为6万吨。
关键字：
啤酒；工厂设计；发酵；糖化；
ABSTRACT
第一章总论……………………………………………………………………（）
第二章全厂物料衡算…………………………………………………………（）
第三章麦芽汁的制备…………………………………………………………（）
第一节麦芽和大米的粉碎………………………………………………………（）
第二节糖化制取麦汁……………………………………………………………（）
第三节过滤糖化醪………………………………………………………………（）
第四节麦汁煮沸和酒花的添加…………………………………………………（）
第五节麦汁的冷却与澄清………………………………………………………（）
第六节麦芽汁制备工段的设计计算……………………………………………（）
第四章啤酒的发酵……………………………………………………………（）
第一节下面发酵………………………………………………………………（）
第二节圆柱锥形发酵罐………………………………………………………（）
第三节发酵工段的设计计算…………………………………………………（）
第五章成品啤酒………………………………………………………………（）
第一节啤酒的澄清……………………………………………………………（）
第二节啤酒的包装工艺………………………………………………………（）
第三节成品啤酒工段设计计算………………………………………………（）
第六章综合利用………………………………………………………………（）
第一节麦糟的综合利用………………………………………………………（）
第二节酵母的综合利用………………………………………………………（）
第三节二氧化碳的综合利用…………………………………………………（）
第七章安全措施………………………………………………………………（）
第八章废水处理………………………………………………………………（）
第九章人员安排………………………………………………………………（）
第一十章投资估算与经济效益分析……………………………………………（）
致谢………………………………………………………………………………（）
参考文献…………………………………………………………………………（）
CONTENTS
Chapter1Introduction…………………………………………………………（）
Chapter2Balancecalculationofthetotalmaterialinwholefactory
（2）
Chapter3Thepreparationofthewort………………………………………（）
Section1Thecrushofthewaltandrice……………………………………（）
Section2Makeandfetchthewheatandjuiceinsacchaifiction………………（）
Section3Filterthewinewiththedregsofsacchaifiction……………………（）
Section4Wortferbandclarification………………………………………………（）
Section5Wortcollingandclarification……………………………………………（）
Section6Thecalculatedthedesignofthepaeparationofwortsection……（）
Chapter4Thefermentionofbeer………………………………………………………（）
Section1Undersidefermention…………………………………………………………（）
Section2Thefermentionplotofthecylindertoper……………………………（）
Section3Thecalculatedofdesignofthefermentionsection…………………（）
Chapter5Ripebeer………………………………………………………………………（）
Section1Theclarificationofbeer……………………………………………………（）
Section2Thepackingtechnicsofbeer………………………………………………（）
Section3Thecalculatedanddesignoftheripebeer……………………………（）
Chapter6Colligateusing………………………………………………………………（）
Section1Thecolligateusingoftherotonmalt…………………………………（）
Section2Thecolligateofyeast……………………………………………………（）
Section3Thecolligateofcarbondioxide…………………………………………（）
Chapter7Safemeasurement……………………………………………………………（）
Chapter8Liquidwastedispose………………………………………………………（）
Chapter9Personnelarrangement………………………………………………………（）
Chapter10Theinvestmentestmatesandanalyzeofeconomicbenefit………（）
Thanks………………………………………………………………………………………（）
References…………………………………………………………………………………（）
第一章总论
关于啤酒的渊源,可以追溯到人类文明的摇篮---东方世界的两河流域（底格里河与幼发拉底河）、尼罗河下游和九曲黄河之滨.最原始的啤酒可能出自居住于两河流域的苏美尔人之手,距今至少已有9000多年的历史.我国古代的原始啤酒可能也有4000至5000年的历史了。
最早的工业化生产啤酒厂：
1837年,在丹麦的哥本哈根城里,诞生了世界上第一个工业化生产瓶装啤酒的工厂其啤酒酿造技术至今仍居世界前列.
到1979年,全国啤酒厂总数达到90多家,啤酒产量达37.3万吨,比建国前增长了50多倍.然而,我们啤酒业大力发展真正发生在1979年后十年,我国的啤酒工业每年以30%以上的高速度持续增长。
80年代,我国的啤酒厂如雨后春笋般不断涌现,遍及神州大地.到1988年我国大陆啤酒厂家发展到813个,总产量达656.4万吨,仅次于美国、德国,名列第三,（到1993年跃居第二）短短十年,我国啤酒厂家增长9倍,产量增长17.6倍,从而我国成了名符其实的啤酒大国。
2005年我国啤酒产量预计达2400多万吨，居世界第一位。
今后的啤酒发展史将由中国人来谱写！
在啤酒的生产中，酒花、水、和酵母，这些原料的质量决定着生产啤酒的质量，大麦是用来制成麦芽的，作为本次工厂设计，麦芽采用已经制成成品的，不需要再用大麦进行麦芽制备工段。
酒花在啤酒酿造中最主要的成分是酒花树脂，酒花油和多酚物质，它们赋予啤酒的特有的苦味和香味，酒花树脂还具有防腐作用，多酚物质则具有澄清麦汁和赋予啤酒以醇酒体的作用。
水是啤酒酿造中使用最多的原料，但在所需水中，只用很少一部分直接进入啤酒，绝大部分用于物料清洗、冲洗和制冷系统的冷却设备。
水的获取和处理对啤酒酿造意义重大，因水质直接影响到啤酒的质量，因此，啤酒厂的水源应优先考虑采用地下水。
在本次设计中，采用较常用的下面发酵法，所以啤酒酵母也采用下面发酵酵母，在发酵中不仅将麦汁中的糖发酵成酒精，而且其心沉代谢产物也影响皮具的口味和特点。
为了降低麦汁的成本，应尽量多的采用辅料，谷类辅料的使用量常用比例为20%～30%，可根据所致啤酒类型和麦芽的同化氮含量而适当增减，本设计处于经济方面的考虑，采用大米作为辅料，大米浸出物含量较高，在90%以上（风干），蛋白质含量较低，今为8%～9%。
麦汁制备采用复式糖化法,复式设备（又称三锅一槽组合式）包括糊化锅，糖化锅，麦汁过滤槽（或麦汁压滤机）和麦汁煮沸锅等四项主要设备，将粉碎后的的麦汁与水与大米进行混合，利用各种酶，创造适合酶活性的最适条件。
糖化后的麦汁进行过滤，煮沸后在添加酒花，计算麦汁浸出物收得率。
经煮沸和添加酒花后，麦汁应迅速冷却，此后使麦汁发酵成乙醇和CO2，在圆柱锥形发酵罐里发酵，采用一罐法。
对生成的啤酒进行过滤，对设备进行清洗，胶木进行回收利用，利用硅藻土过滤机对啤酒进行过滤。
在制造纯生啤酒时，只需对发酵后的啤酒进行膜过滤即可。
将啤酒进行罐装，即完成了啤酒的工艺流程。
在罐装设备方面，包装机械也是在不断进步，自动化程度越来越高，罐装速度越来越快。
一些大型工厂都引进国外包装线，其罐装速度最高已达60000瓶/小时。
因此在对啤酒工厂的设计时，对啤酒的生产过程中的各种设备和各个阶段所需要的温度，清洗用水量，锥形罐形体设计等各方面的要点都要考虑进去。
在本次设计中，所采用的生产设备与生产方法，在当前国内同行业中，都处于领先水平，从糖化罐到发酵罐，从过滤槽到硅藻土过滤机，所有的设备都是当前工业生产中最流行的设备。
是众多先进设备与生产工艺的集合体，它具有很多优点，是其它的公意所不具备的，克服众多生产工艺的缺点，很容易被人们所接受。
受到大家的一致欢迎。
所以这套生产设备具有很强的可行性，生产工艺也为大多数厂家所常用。
因此，本次设计所采用的生产方法和生产工艺及其设备具有很强的可行性。
第二章全厂物料衡算
本次设计的是年产10万吨的啤酒工厂，主要生产两个档次的啤酒，中低档的普通啤酒与高档次的纯生啤酒。
普通啤酒年产6万吨，纯生啤酒大约年产4万吨。
生产原料采用麦芽与大米混合糖化进行发酵来制取啤酒。
一．100kg原料生产12度淡色啤酒的物料衡算
混合物料中大米占20%，大米浸出率92%，水分含量为12%。
麦芽的量占80%，浸出率80%，水分含量是5%。
原料利用率为98.4%。
100kg原料生产12度淡色啤酒物料衡算的基础数据表格
项目
名称
%
说明
额定指标
原料
98.4
麦芽水分
5
大米水分
12
无水麦芽浸出率
80
无水大麦浸出率
92
原料配比
麦芽
80
大米
20
损失率
冷却损失
0.7
对热麦汁而言
发酵损失
1.5
过滤损失
2
包装损失
2
空瓶
0.2
瓶盖
1
商标
0.1
总损失率
啤酒总损失率
6.2
对热麦汁而言
（1）热麦汁量
原料大米收得率：
%
原料麦汁浸出率：
混合收得率：
那么100kg原料产12度热麦汁量为：
12度麦汁在20℃比重为1.047，100℃的麦汁比20℃的麦汁体积增加1.04倍，热麦汁体积：
（2）冷麦汁量：
（3）发酵液量：
（4）过滤酒量：
（5）成品酒量：
L
二．若生产100L的12度淡色啤酒
（1）生产100L12度淡色啤酒混合原料量：
（2）麦芽耗用量：
（3）大米耗用量：
（4）酒花耗用量（0.2%）（100L热麦汁的酒花添加量为0.2kg）
（5）热麦汁量：
（6）冷麦汁量：
（7）发酵液量：
（8）过滤酒量
（9）成品酒量：
（10）湿的糖化糟量：
排出的湿麦糟含水分80%
是糖化糟：
每投100kg原料麦芽，约产湿麦糟110～130kg（根据麦芽及辅料配比不同而已），含水分80%左右，以干物质计为25～30kg.
假定每100kg原料麦芽产糟量为125kg,则
X=21.22
（11）酒花糟量：
酒花在麦汁中浸出率40%，酒花在麦汁中浸出率40%，酒花糟含水分80%
（12）酵母量（以商品干酵母计）：
每产100L啤酒可得2kg湿酵母，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，湿酵母泥含水分85%，商品干酵母含水分7%。
酵母固形物量：
含水7%的商品干酵母
（13）CO2产量：
生产12度100L啤酒需冷麦汁量为：
105.7kg,其浸出物量为：
麦汁的真正发酵度55%，可发酵浸出物量：
麦芽糖发酵的化学反应式为：
C12H22O6+H2O→2C6H12O6→4C2H5OH+CO2↑+56千卡
若麦汁中浸出物均为麦芽糖，则CO2生成量为：
若12度啤酒含CO2为0.4%，则酒中CO2量：
释出CO2量:
1M3CO2在20C常压重1.832Kg,释出CO2体积:
3
（14）空瓶量:
（15）瓶盖量:
（16）商标量:
物料名称
单位
100kg原料
100L成品啤酒
10万吨12度啤酒厂
6万吨11度啤酒
4万吨8度啤酒
全厂总衡算
混合原料用量
kg
100
16.98
16218t
8919.9
4324.8
13244.6
麦芽
kg
80
13.584
12974t
7135.7
3459.73
10595.43
大米
kg
20
3.396
3243.6t
1783.98
864.96
2648.94
酒花
kg
0.2
0.21372
32.436t
17.84
8.6496
26.31
热麦汁
L
627.1
106.45
101691.44
55930.1
37286.9
93217
冷麦汁
L
622.7
105.71
100964.66
55530.6
37020.4
92551
发酵液
L
613.37
104.12
99425.9
54684.3
36456.2
91140.5
过滤酒
L
601.1
102.04
97421.2
53581.7
35721.1
89302.8
成品酒
L
589.08
100
191020
105061
70040.1
175101.1
湿糖化糟
kg
93.41
21.22
20267.4
11147.1
7431.38
18578.48
湿酒化糟
kg
3.59
0.64
582.6
320.43
213.62
534.05
商品干酵母
kg
0.84
0.16
152.8
84.04
56.03
140.07
游离二氧化碳
kg
16.72
3.17
3207.7
1764.24
1176.16
2940.4
第三章麦芽汁的制备
第一节麦芽与大米的粉碎
啤酒酿造中大麦为主要原料，大麦要进过麦芽制造才能进入下一个阶段——麦汁制备。
麦芽制造是指酿造大麦经过一系列加工制成麦芽的过程，是啤酒生产的开始，是啤酒酿造原料——麦芽的生产过程。
制麦的主要目的是使大麦吸收一定水分后，在适当条件下发芽，产生一系列的酶，以便在后续处理过程中使大分子物质（如淀粉、蛋白质）溶解和分解。
绿麦芽通过干燥会产生啤酒所必需的色、香、味等成分。
麦芽制造过程如下：
麦芽制造过程决定麦芽的种类和质量，进而决定啤酒的类型并影响啤酒的质量。
大麦经过发芽过程，虽然内含物有了一定程度的溶解和分解，但远远不够。
这些大分子物质不能作为酵母的底物，酵母生长繁殖所需的营养物质和发酵所需的糖类都是低分子物质。
麦汁制备就是将固体的原辅料（如麦芽和大米）通过粉碎、糖化、过滤过程得到清亮的液体——麦芽汁，麦芽汁再经煮沸、冷却成为具有固定组成的成品麦芽汁。
1、麦芽和辅料大米的粉碎：
粉碎是一种纯机械加工过程，原料通过粉碎可以增大表面积，使内含物与介质水和生物催化剂酶接触面积增大，加速物料内含物的溶解和分解。
麦芽和大米在进行糖化前必须要进行粉碎，原料的粉碎程度对糖化制成麦汁的组成原料利用率的高低有密切的影响，应根据下达糖化配料及粉碎的工艺要求进行严格操作，经常观察粉碎的均匀度，以此判断粉碎效果。
麦芽的皮壳在麦汁过滤时作为自然滤层，因此不能粉碎过细，应尽量保持完整。
若粉碎过细，一方面滤层压的太紧，增加过滤阻力；另一方面皮壳中的有害物质如多酚、苦味物质等容易溶出，使啤酒苦味粗糙、色度加深。
麦芽胚乳部分从理论上讲粉碎的越细越好，特别是对溶解不好的麦芽，采用机械粉碎的方法可以使内含物在糖化过程中最大限度的溶出，提高糖化收得率。
但过细也会增加耗电量，操作费用增加。
反之，麦芽粉碎要求“皮壳破而不烂，胚乳尽可能细些”。
麦芽的粉碎方法分为三种，即干法粉碎、湿法粉碎、增湿粉碎。
本设计使用增湿粉碎法。
增湿粉碎法（或称回潮粉碎）是介于干法粉碎和湿法粉碎之间的一种粉碎方法，即将麦芽在粉碎之前用水或蒸汽进行增湿处理，使麦皮水分提高，增加其柔韧性，粉碎时达到破而不碎的目的。
增湿的方法是在粉碎机上加一个螺旋推进器，麦芽经过螺旋推进器，并通过饱和蒸汽，麦芽和饱和蒸汽在螺旋推进器中的接触时间为30～40s，蒸汽压力为50kPa（110℃），麦芽温度提高到40～50℃，平均吸水0.7～1.0%，麦皮略高为1.2%。
具体粉碎的流程如下：
粉碎采用的粉碎机选择为五辊粉碎机，因为辊式粉碎机的粉碎程度容易控制，并可保证皮壳磨碎适当。
其中影响麦芽粉碎的因素有
1、麦芽性质对粉碎细度的影响：
麦芽的溶解状态和麦芽中的水分含量都对粉碎情况有影响。
2、粉碎机对粉碎细度的影响
3、糖化方法对粉碎度的影响：
目前的糖化方法主要有两大类，即浸出糖化法和煮出糖化法。
浸出糖化法要求胚乳粉碎的细些，依靠机械粉碎破坏植物细胞壁，增加酶与底物的接触面积；而煮出糖化法则可以粉碎的粗些。
4、过滤设备对粉碎度的影响：
当使用过滤槽过滤时，麦芽的皮壳作为自然滤层，因此不能粉碎过细，应尽量保持完整.
第二节糖化制取麦汁
糖化是麦芽内含物在酶的作用下继续溶解和分解的过程，麦芽及辅料粉碎物加水混合后，在不同的温度段保持一定时间，使麦芽中的酶在最合适的条件下充分作用相应的底物，使之分解并溶于水。
即利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽和辅料原料中不溶性的高分子物质逐步分解为可溶性的低分子物质的过程。
糖化过程应尽可能多地将麦芽干物质浸出来，并在酶的作用下进行适度的分解。
一、糖化过程中主要物质的变化
1、淀粉的分解：
淀粉的分解是糖化过程中最主要的酶促反应，糖化是否彻底，换句话说淀粉分解是否完全，直接影响着淀粉的利用率，最终发酵度等指标。
1、淀粉酶的分解
淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、界限糊精酶、R-酶等，这些酶的作用方式、作用条件和产物是各不相同的。
1α-淀粉酶能迅速将大分子淀粉水解为糊精，使溶液黏度降低，但还原糖生成少，所以又称液化酶。
利用α-淀粉酶对淀粉溶液的液化性质，在处理辅料大米时，向大米醪中添加适量的α-淀粉酶，促进大米淀粉的液化。
2β-淀粉酶该酶水解淀粉时还原糖生成多，溶液还原能力上升快，黏度下降慢。
β-淀粉酶的最适作用PH略低于α-淀粉酶，但对温度较敏感。
2、淀粉的分解
糖化过程中淀粉的分解是发芽过程中淀粉分解的继续，淀粉在淀粉分解酶
协同作用下分解，分解速度大大快于发芽时期。
大麦淀粉主要是在糖化阶段分解的。
3、淀粉分解的检查
糖化过程中淀粉分解是否完全，需要靠一些检验项目来确定，这些指标从不同监督反映了淀粉的分解情况。
1碘反映无论是实验室还是实际生产中，淀粉与碘液的呈色反应都是检验淀粉分解是否完全的最重要、最常用和最简单的手段。
2最终发酵度最终发酵度是指麦汁发酵前与发酵后浸出物含量的差值占发酵前浸出物含量的百分数，发酵度越高，说明麦汁中可发酵性糖的含量越高，淀粉分解的越好。
3糖与非糖之比糖是指用菲林试剂测定的麦汁中的还原糖，非糖是指麦汁中除还原糖以外的所有浸出物。
与最终发酵度一样，糖与非糖之比是通过测定麦汁中可发酵性糖与非可发酵性糖的比例来检查淀粉的分解状况。
淡色啤酒一般控制在1﹕0.3左右。
4、影响淀粉分解的因素
1麦芽溶解度的影响
2粉碎细度的影响
3淀粉酶活性的影响
4糖化方法的影响
5糖化醪浓度的影响
6糖化温度和时间的影响
7糖化醪PH的影响
2、蛋白质分解：
与淀粉分解不一样，蛋白质溶解主要是在制麦过程中进行，而糖化过程主要起修饰作用，制麦过程中与糖化过程中蛋白质溶解之比为1﹕（0.6～1.0），而淀粉分解之比为1﹕（10～14）。
糖化过程中蛋白质分解的好坏，即各部分蛋白质所占的比例，直接影响啤酒发酵和最终产品的品质。
高分子蛋白质可以提高啤酒的圆润性和适口性，增强啤酒的泡沫，但过多也会降低啤酒的非生物稳定性，导致啤酒早期混浊；低分子氮作为酵母的营养物质，也会直接进入到成品啤酒中去，糖化过程中蛋白质分解适中，酵母生长繁殖期间无需人为补加氮源。
1、蛋白分解酶
分解蛋白质的主要酶类有：
内肽酶和外肽酶，其中内肽酶又包括蛋白酶、二肽酶和三肽酶等；外肽酶包括氨肽酶和羧肽酶。
2、蛋白质的分解
糖化过程中大麦蛋白质的分解同样是发芽过程中分解的继续，不同的是蛋白质分解主要是在发芽过程中进行，糖化过程起调整作用。
如果发芽时蛋白质分解很差，糖化过程中也很难调整过来。
⑶、蛋白质分解的控制
蛋白质的分解成都会影响到酵母的生长繁殖、啤酒的发酵和啤酒的质量。
所以蛋白质的分解要控制在一定范围内，既不能分解不足又不能分解过度。
①氮区分采用隆丁区分法，可将蛋白质区分为三部分，即高分子氮（A区）、中分子氮（B区）、低分子氮（C区）。
在未煮沸的麦芽汁中它们之间比较合适的比例为：
1﹕1﹕3。
②蛋白分解强度是指热麦汁蛋白溶解度与加酒花煮沸的标准协定法麦汁蛋白溶解度之比。
一般控制在85%～120%,
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