年产20万吨啤酒厂设计.docx
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年产20万吨啤酒厂设计
年产20万吨啤酒工厂设计说明书
第一章绪论
我国盛产大米，所以大米一直是我国啤酒酿造广泛使用的一种辅助原料，添加量在25%左右。
大米最大的特点淀粉含量高，可达75%-82%，无水浸出率高达90%-93%，而蛋白质含量较低，只有8%-9%，多酚类物质和脂肪的含量也较低。
因此用大米做辅料，酿造的啤酒色泽浅，口味爽尽，泡沫细腻，酒花香味突出，非生物稳定性好。
第一节设计背景及前景
啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0.75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。
2007年至2011年，啤酒行业面临着较好的发展际遇：
国民经济持续快速发展和城市化水平提高，给行业发展创造了巨大的需求空间；西部大开发、振兴东北地区等老工业基地、促进中部崛起和建设社会主义新农村等重大发展战略，为啤酒行业创造了新的发展机遇；全球经济和区域化经济一体化进程的加快，为我国啤酒行业在更大范围内配置资源、开拓市场创造了条件。
此外，低度淡爽成啤酒的流行口味，且啤酒消费需求分层很快，但啤酒本身的特性不会因需求的多样化而消失，大众消费者养成的消费习惯不会很快改变，所以传统型消费仍是消费主流。
所以，根据市场调查分析，中国的啤酒市场还是有很大的前景。
现在我国啤酒产量方面跃居世界第二，而且在质量、技术、装备水平等方面也都有了较大幅度的提高，充分显示了我国啤酒工业强劲的发展势头。
但是，我国啤酒与世界发达国家相比，仍有很大差距。
我国啤酒厂不合理企业规模偏多，达不到啤酒生产应有的经济规模。
通过对国内外技术经济指标的数据分析得出，10万吨/年规模以上的啤酒厂才有较好的技术经济指标水平。
而现在这样的厂较少，多数是设备陈旧、老化，生产能力不足，设备的自动化程度不高，工艺落后的小酒厂。
所以建设一个现代化的大规模的啤酒厂势在必行。
第二节设计主要工艺参数
1、生产规模
年产20万吨啤酒，全年生产300天。
2、发酵周期
锥形发酵罐低温发酵24天。
3、原料配比
麦芽75％，大米25％
4、啤酒质量指标
理化要求按我国啤酒质量标准GB4927－1991执行，卫生指标按GB4789.1－4789.28执行。
12°啤酒理化指标
外观：
透明度：
清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物
浊度，EBC≤1.0
泡沫、形态：
洁白细腻，持久挂杯，泡持性S≥180
色度：
5.0—9.5
香气和口味：
明显的酒花香气，口味纯正、爽口，酒体柔和，无异香、异味
酒精度％（m/m）≥3.7
原麦汁浓度％（m/m）12±0.3
总酸mL/100mL≤2.6
二氧化碳％（m/m）≥0.40
双乙酰mg/L≤0.13
第二章厂址选择
第一节厂址选择的重要性
厂址选择关系到工业布局的落实,投资的地区分配,经济结构,生态平衡等,还将直接或间接地决定着工厂投产后的生产经营,经济效益.厂址选择须从国民经济和社会发展全局出发,运用科学发展观和方法分析评价建厂条件,正确选择厂址,实现资源的合理配置.
第二节厂址选择的原则
厂址选择应遵循的原则有以下几个方面：
1、须符合区域经济发展规划,国土开发及管理的有关规定.
2、厂区气候,水文,地质,地形地貌,水源及能源等须符合建设要求.
3、须按照指向原理,根据原料,市场,能源,技术,劳动力等生产要素相对区位综合分析
4、要考虑交通运输和通讯设施等条件.
5、要便于利用生活福利设施,卫生医疗设施,文化教育和商业网点等设施.
6、要注意环保和生态平衡,注意自然风景区,名胜古迹和历史文化等.
第三节厂址选择从投资和经济效益考虑
1、厂址应有较方便的运输条件，若需建公路或专用铁路时，距离最短为好，以节省投资。
2、有一定供电条件，满足生产需要。
3、所选厂址附近不仅有充足的水源，而且水质应较好。
4、厂址最好选在居民区附近，这样可以减少宿舍，商店，学校等职工的生活福利设施。
第四节厂址选择的结果
气象资料是工厂总平面布置的依据之一。
厂址选择用该接近原料产地，保证供应方便，减少运输损失。
再次还应该考虑到微生物发酵工厂对环境因素的特殊要求，需要地势平坦，利于排水，有丰富的水源。
综合以上结果，选择南京市作为建厂地址。
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。
第三章啤酒厂总平面设计
第一节总平面的设计的基本原则
总平面设计必须贯彻国家的各项方针，政策，在符合放火，卫生规范的前提下，尽可能节约用地，不占，少占农田；减少劳动强度，节约建筑材料，具体应注意以下几方面。
1、平面紧凑：
必须按设计任务书和选择厂址报告进行设计，按不同的规模和类别结合周围环境，布置上力求紧凑，节约用地。
2、布置合理：
（1）建筑物、构筑物的布置必须符合工艺流程要求，力求生产线略短，避免交
叉和往返运输，合理组织人流物流。
（2）动力设施应接近负荷中心，以缩短管线，减少损耗。
（3）根据生产性质不同，动力供应，货运周转，卫生防火等分区布置。
（4）车间应与食品卫生有影响的综合车间，废品仓库、煤堆、大量烟尘或有害气体排出车间间隔一定的距离，主车间应设在锅炉房的风位；并把有大量烟尘排出的车间布置在厂区边缘及常年主导风向的下侧。
第二节啤酒厂的组成
啤酒厂一般是由生产车间、辅助车间、动力设施、给水、排水设施，全厂性设施等组成。
生产车间：
制麦车间，糖化车间，发酵车间。
辅助车间：
原料预处理车间，过滤车间，灌装车间，仓库。
动力设施：
配电所，锅炉房，冷冻机房。
给水设施：
水塔，水池，冷却塔等。
全厂性设施：
办公室，食堂，医务室，哺乳室，托儿所，浴室，厕所，自行车棚，围墙，大门，传达室。
第三节占地面积的估算
估算该啤酒厂占地面积为50000m2。
厂区建筑系数取40%，厂区土地利用系数60%
第四章啤酒生产工艺
啤酒生产分为两大部分，即麦芽制造和啤酒酿造。
第一节麦芽制造工艺流程
麦芽制造主要有三大步骤：
浸麦、发芽、干燥
流程如下：
原料（大麦）→浸渍→发芽→干燥→除根
1、原料的选择
小麦是我国的主要食物，蛋白质含量高。
到目前为止，我国还没有专门用于啤酒酿造的小麦品种，只能从诸多小麦品种中选择蛋白含量相对较低，适合啤酒酿造的品种。
2、浸麦
浸麦方法与大麦相似，但小麦不带皮壳，吸水快，浸麦时间短，约24小时就达到了发芽最适水分，35-55h浸麦度可达到43%-44%。
另外，小麦无外壳，容易污染，必要时可添加甲醛杀菌，根据污染程度甲醛添加量波动在0.05‰-0.1‰之间。
3、发芽
与大麦相比要注意两点：
第一点，小麦料层压得比较紧，投料量要少些，在发芽箱中发芽比大麦投料量少10%-20%；第二点，小麦根芽非常容易脱落，翻麦是要特别小心，并尽可能少翻麦。
4、干燥
小麦麦芽干燥过程同样三个温度很重要：
出事温度、中间温度和焙焦温度。
单层高效干燥炉的初始温度在40-50℃之间，双层干燥炉在35-40℃之间。
中间温度60℃，避免过早加热升温。
小麦麦芽的焙焦温度略低于大麦麦芽，建议不超过82℃。
第二节啤酒酿造工艺流程
糖化用水洗槽用水酒花
↓↓↓
原料（大麦、大米）→粉碎→糖化→麦汁过滤→麦汁煮沸
↓
装箱←贴标←除菌灌装←啤酒过滤←发酵←麦汁冷却
↑↑
酵母充氧
1、粉碎
粉碎使原料表面积增加，与水接触面积增加，糖化时间减少，收得率增加。
麦芽可粉碎成麦皮、粗粒、细粒、粗粉、细粉五个部分。
要求麦芽皮壳破而不碎，胚乳部分尽可能细一些。
2、糖化
制备麦芽汁的主要过程是糖化。
将粉碎后的麦芽，在带底部搅拌的糖化锅中与45℃的水混合，利用麦芽自身的酶，使麦芽和辅料中的淀粉和蛋白质等的不溶性高分子物质水解成为可溶性低分子物质，如糊精、糖类、胨、肽、氨基酸等，这就是糖化过程。
本项目采用的糖化方法是国内常用的糖化方法──二次煮出糖化法。
该方法简单来说，首先将辅料与部分麦芽在糊化锅中与45℃温水混合，保温20min，然后用10min时间升温到70℃，再保温20min，其后再用15min时间升温煮沸，让其沸腾40min，称第一次煮沸，得到糊化醪。
与次同时，麦芽和水在糖化锅内混合，45～55℃保温30～90min，使麦芽所含蛋白质分解，称为蛋白质休止。
将煮沸之糊化醪泵入糖化锅中，使混合醪温达到65～68℃，保温搅拌进行糖化。
待糖化醪无碘色反应后，从糖化锅中取出部分醪液进入糊化锅进行第二次煮沸，尔后再次泵入糖化锅混合，使糖化锅中醪液升温至75～78℃（液化温度），静置10min即可送去过滤。
3、过滤
糖化工序结束后,意味着麦芽汁已经形成。
采用过滤方法尽快将麦汁和麦糟分离。
过滤的好坏，对麦汁的产量和质量有重要的影响。
麦汁过滤分为过滤和洗糟两个操作过程。
过滤的目的是获得清亮的麦汁和较高的麦汁收得率。
要求麦汁过滤速度正常，过滤应在规定时间内完成，麦汁低吸氧，具有正常的色、香、味。
4、煮沸
煮沸在煮沸锅中进行。
使多余的水分蒸发，使麦芽汁浓缩到规定浓度；使酒花有效成分溶入麦汁中，赋予麦汁独特的酒花香气和爽口的苦味；使麦汁中可凝固蛋白质凝固析出，以提高啤酒的非生物稳定性；破坏全部的酶活性，麦汁进行灭菌，以获得定型的麦汁。
煮沸要求适当的煮沸强度，分批添加酒花，在预定煮沸时间内，使麦汁达到规定浓度，保持有明显酒花香味和柔和的苦味，以保证成品啤酒有光泽、风味好、稳定性高。
煮沸时间70～90min，麦汁的煮沸强度应达到8%～10%，凝固性氮达1.5～20mg/L。
5、冷却
麦汁煮沸定型后，必须立即进行冷却，使温度适合酵母发酵的需要。
要求冷却时间短，麦汁无细菌，并且不混浊，沉淀损失少，操作简单，可减少人力。
本工艺采用“下面”酵母发酵，因此麦汁温度应冷却至4～8℃。
6、发酵
本工艺采用“前锥后卧”发酵方式。
先在锥形发酵罐中进行啤酒发酵和双乙酰还原，然后送入卧式贮酒罐中进行后发酵。
在主发酵结束，外观发酵达65%左右，酒温降至5～6℃时，先回受酵母，再将嫩啤酒送入贮酒罐内。
此时双乙酰还原需在贮酒罐内继续进行，贮酒罐兼有后发酵、成熟和贮酒三重作用。
贮酒罐需设有和发酵罐同样的冷却夹套降温设施。
倒灌之后，进行后发酵和双乙酰还原，气压缓慢上升至0.08MPa左右，待双乙酰下降达到要求后，急剧降温至0～1℃，进行贮酒。
贮酒时间7～14d。
第五章物料衡算
第一节基础数据
根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过据如表1所示。
表1基础数据表
序号
项目
名称
％
备注
1
定额指标
原料利用率
麦芽水份
大米水份
无水麦芽浸出率
无水大米浸出率
98.5
6
13
75％
95％
2
原料配比
麦芽
大米
75
25
3
损失率
冷却损失
发酵损失
过滤损失
包装损失
空瓶损失
瓶盖损失
商标损失
空罐损失
7.0
1.5
2.0
2.0
1.5
1.0
0.1
1.5
对热麦汁
4
总损失率
啤酒总损失率
12.5
对热麦汁
根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产12°淡色啤酒的物料计算，然后进行1000L12°淡色啤酒的物料衡算，最后进行100000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
第二节100kg原料（麦芽＋大米）生产12°淡色啤酒的物料衡算
1、热麦汁量
（1）原料麦芽收得率：
75％×（1-6％）＝70.5％
（2）辅料大米收得率：
95％×（1-13％）＝82.65％
（3）混合原料收得率：
（75％×70.5％＋25％×82.65％）×98.5％＝72.43％
（4）100kg原料生产12°热麦汁量：
72.43/12×100＝603.58kg
（5）100kg原料生产12°热麦汁体积：
603.58/1.047×1.04＝599.54L
查资料知12°麦汁在20℃时的相对密度为1.047，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加倍数是1.04倍
2、冷麦汁量：
603.58×（1－7％）＝561.33L
3、发酵液量：
561.33×（1－1.5％）＝547.30L
4、过滤酒量：
547.30×（1-2％）＝536.35L
5、成品啤酒：
536.35×（1-2％）＝525.63L
6、颗粒酒花使用量
选用质量较好，含α－酸较高的颗粒酒花，一般在热麦汁中加2－1.5kg/t颗粒酒花，选择加酒花1.5kg/t,即100L热麦汁加0.15kg的颗粒酒花
0.15/100×599.54＝0.8993kg
7、湿糖化槽量
糖化槽含水80％，则
湿麦槽量：
100×75％×（1-6％）（1-75％）/（1-80％）＝88.125kg
大米槽量：
100×25％×（1-13％）（1-95％）/（1-80％）＝5.4375kg
糖化槽量＝88.125＋5.4375＝93.563kg
8、酵母量
湿酵母泥含水分85％，生产100kg啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半做为生产接种用，一半做为干酵母
酵母含固形物量＝525.63/100×1×（1-85％）＝0.788kg
含水分7％的酵母量：
0.788/（1-7％）＝0.847kg
9、CO2含量
12°冷麦汁561.33L中浸出物量：
1.047×561.33×12％＝70.526kg
设麦汁真正发酵度为65％
则可发酵浸出物量：
70.526×65％＝45.842kg
麦芽糖发酵的化学反应式为
C12H22O11+H2O=2C6H12O6
2C6H12O6=4C2H5OH+4CO2+233.3kJ
设麦汁的浸出物均为麦芽糖构成
则CO2的生成量:
45.842×4×44/342＝23.591kg
设12°啤酒含CO2为0.4％，则酒中含CO2量为：
525.63×1.047×0.4％＝2.201kg
则释出的CO2量为：
23.591－2.201＝21.39kg
常压下1m3CO2重1.832kg，
所以游离CO2容积为21.39/1.832=11.676m3
10、空瓶用量：
525.63/0.64×1.015×0.6＝500.17个
11、瓶盖用量：
525.63/0.64×1.01×0.6＝497.71个
12、空罐用量：
525.63/0.355×1.015×0.25＝375.71个
13、商标用量：
525.63/0.64×1.001×0.6＝492.27张
14、空桶用量：
525.63/30×1×0.15＝2.63个
第三节生产100L12°啤酒的物料衡算
根据上述衡算可知，100kg混合原料生产12°成品啤酒525.63L
1、生产100L12°啤酒所需混合原料量：
100/525.63×100＝19.025kg
2、麦芽用量：
19.025×75％＝14.269kg
3、大米用量：
19.025×25％＝4.756kg
4、热麦汁量：
100×603.58/525.63=114.83L
5、冷麦汁量：
100×561.33/525.63=106.792L
6、发酵液量：
100×547.30/525.63=104.12L
7、过滤酒量：
100×536.35/525.63=102.04L
8、成品啤酒量：
100×525.63/525.63=100L
9、酒花用量：
100×603.58/525.63×0.15％=0.172kg
10、湿糖化槽量：
19.025/100×93.563＝17.8kg
11、酵母量：
19.025/100×0.847＝0.16kg
12、CO
量：
19.025/100×11.676＝2.20m3
13、空瓶用量：
100/0.64×1.015×0.6＝95.156个
14、空罐用量：
100/0.355×1.015×0.25＝71.472个
15、瓶盖用量：
100/0.64×1.01×0.6＝94.688个
16、商标用量：
100/0.64×1.001×0.6＝93.844张
17、空桶用量：
100/30×1×0.15＝0.5个
第四节年产20万吨12°淡色啤酒物料衡算
设生产旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数
150×6+150×4=1500（次），由此可算出每次投料量及其他项目的物料衡算。
1、查12°淡色啤酒密度为1.012kg/L，则每次糖化的啤酒量为：
100000000÷1500÷1.012=65876.15L
每次糖化的原料量为:
19.025/100×65876.15=12532.94（kg）
2、麦芽量：
12532.94×75％=9399.7（kg）
3、大米量：
12532.94×25％=3133.235（kg）
4、热麦汁量：
599.54/100×12532.94=75140（L）
5、冷麦汁量:
561.33/100×12532.94=70351.15（L）
6、酒花用量:
0.172/100×65876.15=113.31（kg）
7、湿糖化糟量:
17.8/100×65876.15=11725.95（kg）
8、发酵液量：
70351.15×（1-1.5%）=69295.88（L）
9、过滤酒量：
69295.88×（1-2%）=67909.96（L）
10、成品啤酒量：
67909.96×（1-1%）=67230.86（L）
11、空瓶用量：
95.156×65876.15/100=62686个
12、空罐用量：
71.472×65876.15/100=47083个
13、瓶盖用量：
94.688×65876.15/100=62377个
14、商标用量：
93.844×65876.15/100=61821张
15、空桶用量：
0.5×65876.15/100=330个
把前述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表2所示。
表2物料衡算计算结果
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L12°淡色啤酒
糖化一次定额量（66kL12°啤酒）
100000t/a啤酒生产量
混合原料
Kg
100
19.025
12532.94
18799410
大麦
Kg
75
14.269
9400
14099550
大米
Kg
25
4.756
3134
4699852.5
酒花
Kg
0.8993
2.13
113.31
169965
热麦汁
L
599.54
114.83
75140
112710000
冷麦汁
L
561.33
106.792
70351.15
105526725
湿糖化糟
Kg
93.563
17.8
11725.95
17588925
发酵液
L
547.30
104.12
69295.88
103943820
过滤酒
L
536.35
102.04
67909.96
101864940
成品啤酒
L
525.63
100
67230.86
100846290
空瓶用量
个
500.17
95.156
62686
94029000
空罐用量
个
375.71
71.472
47083
70624500
瓶盖用量
个
497.71
94.688
62377
93565500
商标用量
张
492.27
93.844
61821
92731500
空桶用量
个
2.63
0.5
330
495000
备注：
12度淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年产啤酒102057t。
第六章热量衡算
麦汁的制备是啤酒生产的重要工序。
麦汁的制备主要在糖化车间进行。
多年来麦汁的制备方法没有太大的改变，主要方法还是首先将麦芽和辅料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。
然而设备方面进步较快，在提高糖化时间，麦汁质量等方面有了很大提高。
糖化设备已不受传统工艺的限制，而根据糖化的方法进行选择。
该设计中设计的是选用质量一般的麦芽，选用双醪二次糖化煮出法。
双醪指的是麦醪和大米与麦芽的混合醪。
原因是制造淡色啤酒时，可依据麦芽的质量，及辅料的添加来选择是一次煮出糖化法，还是二次煮出糖化法。
本设计中选择的是中等麦芽，所以采用二次煮出糖化法。
而选择双醪则可以用廉价的大米替代部分麦芽，降低生产成本。
工艺流程示意图如图3所示，其中的投料量为糖化一次的用料量（计算参表2）
自来水18℃
料水比1：
5料水比1：
3.5
热水50℃
70℃15mint（℃）63℃60min
冷却
90℃20min100℃40min70℃25min
过滤糖化结束78℃100℃10min
麦芽煮沸锅90min回旋沉淀槽薄板冷却器发酵罐
酒花
图3啤酒厂糖化工艺流程图
第一节糖化和糊化用水耗热量Q1
根据工艺设计糊化锅中的料水比为1：
5，糖化锅中的料水比为1：
3.5。
料水比过大，尽管对糊化有利，但是耗能大，设备体积大。
料水比过小的话，醪液粘稠，需较大的搅拌设备且及易产生糊锅现象。
所以糊化锅加水量为：
M1=（3133×0.2+3133）×5=18798（kg）
式中，3133为粮化一次大米粉量，3133×0.2为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）
而糖化锅加水量为：
M2=8773×3.5=30706（kg）
式中，8773kg为糖化一次糊化锅投入的麦芽粉量，即9400-627=8773（kg）
而9400为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
MW=M1+M2=18798+30706=49504（kg）自来水的平均温度取T1=18℃,而糖化配料用水温度T2=50℃,故耗热量为：
Q1=CWMW（T2-T1）=4.18×49504×（50-18）=6621655（KJ）
第二节糊化锅中米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图（图3）可知，
Q2=Q21＋Q22＋Q23
Q21为米醪由初温即室温加热到煮沸的耗热，Q22为煮沸过程中蒸汽带走的热量，
Q23为升温过程中的热损失。
1、糊化锅内米醪由初温TO加热至煮沸的耗热量Q21
Q21=C米醪M米醪（100-T0）（3-1）
（1）计算米醪的比热容C米醪根据经验公式C容物=0.1[（100-W）C0+4.18W]进行计算。
式中W为含水百分率；C0为绝对谷物比热容，取C0=1.55KJ/（Kg·K）
C麦芽=0.01[（100-6）1.55+4.18×6]=1.71KJ/（Kg·K）
C大米=0.01[（100-13）×1.55+4.18×13]=1.89KJ/（Kg·K）
C米醪=（M大米C大米+M麦芽C麦芽+MwCw）/（M大米+M麦芽+MW）
=（3133×1.89+627×1.71+18798×4.18）/（3133+627+18798）
=3.79KJ/（Kg·K）
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