畢業(yè)論文 年產(chǎn)10萬噸10度純生啤酒廠工藝初步設(shè)計

1、10萬噸/年10度純生啤酒廠工藝初步設(shè)計摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，啤酒作為一種時尚消費品，已經(jīng)為人們生活中不可或缺的商品。純生啤酒作為一種口味更加純正的飲料酒深受消費者的歡迎，其市場需求日益增加。本設(shè)計針對年產(chǎn)10萬噸10度純生啤酒廠工藝進行了初步設(shè)計。通過對工藝流程和工藝參數(shù)的確定，進行物料衡算、熱量衡算、水平衡計算、耗電量計算、設(shè)備的計算與選型以及經(jīng)濟概算等。并在設(shè)備計算與選型基礎(chǔ)上，繪制圖紙。通過文獻調(diào)研，確定了采用下面發(fā)酵法，以70%大麥和30%大米為原料進行為期20d（主發(fā)酵6d，后發(fā)酵14d）的分批式發(fā)酵。由物料衡算得出每年需大米4700t、大麥11000t、酒花

2、2350t；由熱量衡算得出每年消耗蒸汽4.93×107kg；由水衡算得出每生產(chǎn)1t成品啤酒需耗水6.05t，年耗水量為599700t；由耗冷量的計算得出每年耗冷1.337×1010kJ。并且通過對設(shè)備的選型與計算得出需要112.4m3的糖化鍋1個，924m3的圓筒體錐底發(fā)酵罐20個，.另外還需要21圈，分為3組的換熱管。關(guān)鍵詞：純生啤酒；工藝設(shè)計；物料衡算；熱量衡算；圓筒錐底發(fā)酵罐The preliminary design of 10ºP pure draft beer factory with an annual output of 100000 tons A

3、bstractWith the development of economy and the rising of our living standard, beer as a kind of fashionable consumer goods, has been an indispensable commodity in life for people. Pure draft beer with taste purity is more popular among consumers, and its market demand has been increasing. The gradua

4、tion task is to design preliminarily 10ºP pure draft beer factory with an annual output of 100000 tons. Based on the determination of technological process and process parameters, material balance, heat balance, water balance, power consumption, calculation and selection of equipments, as well

5、as economic estimate were performed. Finally, the related process flows were drawn. Through literature research, 70 percent of the barley and 30 percent of the rice is identified as raw materials and taken it in batches following by fermentation for 20 days, including main fermentation of 6 days, la

6、tter fermentation of 14 days. Drawn from the material balance, 4700t rice, 11000t barley and 2350t hops are needed yearly; drawn by the heat balance, annual consumption of steam is 4.93×107kg; drawn from the water balance, 6.05 tons beer is consumed for 1 ton water, and the consumption of total

7、 water is 599700 tons per year; Through the calculation of cold consumption, 1.337×1010 kJ of cold is needed yearly. Through the selection of equipment, the mash kettle is deduced to 112.4m3, 20 conical bottom cylindrical fermentation tanks with 924m3 needed and also need 21 circles, divided in

8、to 3 groups of tubes.Key Words：Pure draft beer; Process design; Material balance; Heat balance; Fermentation tank with cylinder cone bottom目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1純生啤酒的特點11.2啤酒生產(chǎn)基本工藝介紹21.3啤酒的發(fā)展與現(xiàn)狀52 啤酒發(fā)酵工藝設(shè)計72.1純生啤酒的釀造基本控制72.2原料的選擇82.3原料的制備102.4麥芽的糖化112.5 麥芽汁的發(fā)酵122.6 成熟純生啤酒的過濾122.7無菌灌裝142.8 CIP系統(tǒng)15

9、2.9 人員152.10廠址選擇152.11工藝流程圖163 物料衡算173.1啤酒糖化車間工藝流程示意圖173.2啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)173.3 100kg原料生產(chǎn)量的物料衡算173.4生產(chǎn)100L的10度純生啤酒的物料衡算193.5 年產(chǎn)10萬噸10度純生啤酒釀造車間物料衡算表214 熱量衡算224.1 糖化工藝流程示意圖224.2 糖化車間的熱量衡算224.3糖化車間總熱量衡算表325 水衡算335.1 啤酒廠全廠用水工藝流程示意圖335.2 水衡算345.3 年產(chǎn)10萬噸10度純生啤全廠用水衡算表396 發(fā)酵車間耗冷計算396.1 發(fā)酵工藝流程示意圖406.2 年產(chǎn)10萬噸10度純生啤酒廠

10、發(fā)酵車間耗冷量計算406.3 年產(chǎn)10萬噸10度純生啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表447 設(shè)備與選型計算457.1 糖化鍋的設(shè)計與選型457.2發(fā)酵罐的設(shè)計與選型467.3 發(fā)酵罐換熱器的設(shè)計48結(jié) 論51參考文獻52致謝54附錄551緒論隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，啤酒作為一種時尚消費品，已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的商品，其市場需求日益漸增。然而，在啤酒行業(yè)發(fā)展的同時，也存在著品種龐雜缺乏個性、創(chuàng)新乏力盲目跟風、倚重工藝忽視原料、企業(yè)規(guī)模偏小、渠道單一、贏利能力低等問題。因此，如何在我國啤酒生產(chǎn)工業(yè)的基礎(chǔ)上，提高啤酒的生產(chǎn)工藝技術(shù)，提高生產(chǎn)過程的自動化水平，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，積極參與

11、國際市場競爭，是一個刻不容緩的問題。本設(shè)計采用以酵母菌為菌種的下面發(fā)酵法和一罐發(fā)酵法（即發(fā)酵和后熟在一個罐子中進行）。同時對年產(chǎn)值為10萬噸純生啤酒的生產(chǎn)工藝進行初步設(shè)計。以確定其物料，熱量，水以及耗冷的衡算，并確定設(shè)備的選用數(shù)量與尺寸。1.1純生啤酒的特點純生啤酒是經(jīng)過嚴格無菌處理（非熱殺菌），確保酒液內(nèi)沒有任何活體酵母或其它微生物，保質(zhì)期達六個月到一年，又稱為冷殺菌啤酒，是近幾十年逐步發(fā)展起來的一種啤酒新產(chǎn)品，其追求的目標是啤酒口感的新鮮、純正和爽口。其生產(chǎn)是建立在整個釀造、過濾、包裝全過程對污染微生物嚴格控制的基礎(chǔ)上，其特點體現(xiàn)在純和生這兩個字上?！凹儭笔侵钙【剖怯甥溨尤虢湍赴l(fā)酵而來，

12、一般的啤酒生產(chǎn)往往容易污染雜菌，影響啤酒品質(zhì)?！吧笔侵赴l(fā)酵完成之后經(jīng)過濾的啤酒仍含有部分酵母，普通啤酒為避免灌裝后酒液發(fā)酵變質(zhì)，須對灌裝后的酒進行巴氏殺菌處理3。但啤酒在有氧的條件下進行熱處理會損失部分營養(yǎng)物質(zhì)，并對新鮮口感造成損害，破壞原有的啤酒香味，產(chǎn)生不愉快的老化味。而純生啤酒的生產(chǎn)不經(jīng)高溫殺菌，采用無菌膜過濾技術(shù)濾除酵母菌、雜菌，使啤酒避免了熱損傷，保持了原有的新鮮口味，其口感新鮮，酒香清醇，口味柔和。最后一道工序進行嚴格的無菌灌裝，避免了二次污染。另外純生啤酒與一般的生啤酒又有所區(qū)別，純生啤酒是采用無菌膜過濾技術(shù)，濾除了酵母菌和雜菌，保質(zhì)期可達180d；生啤酒雖然也未經(jīng)高溫殺菌，但

13、它采用的是硅藻土過濾機，只能濾掉酵母菌，雜菌不能被濾掉，因此其保質(zhì)期一般在37d。因此純生啤酒具有很長的保質(zhì)期12。1.2啤酒生產(chǎn)基本工藝介紹1.2.1新型啤酒發(fā)酵設(shè)備（1）圓筒體錐底立式發(fā)酵罐（簡稱錐形罐）這種發(fā)酵罐目前已廣泛用于上面或下面發(fā)酵啤酒后生產(chǎn)。錐形罐可單獨用于前發(fā)酵或后發(fā)酵，還可以將前，后發(fā)酵合并在該罐進行（一罐法）。這種設(shè)備的優(yōu)點在于能縮短發(fā)酵時間，而且具有生產(chǎn)上的靈活性，能適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。其優(yōu)點是能縮短發(fā)酵時間，而且具有生產(chǎn)上的靈活性，故能用于各類啤酒的生產(chǎn)要求。目前國內(nèi)外啤酒廠使用較多的是錐形罐。本設(shè)計也是采用這種發(fā)酵罐進行啤酒發(fā)酵生產(chǎn)。如圖1-1所示。（2）

14、聯(lián)合罐這是近幾年在美國出現(xiàn)的一種叫“Universal”型的發(fā)酵罐。這是一種具有較淺錐底的大直徑（高徑比為1.1:1.3）的發(fā)酵罐，能在罐內(nèi)進行機械攪拌，并具有冷卻裝置。如圖1-2所示。圖1-1 圓筒體錐底發(fā)酵罐Figure 1-1Fermentation tank with cylinder cone bottom圖1-2聯(lián)合罐Figure 1-2 Universalfermentation tank這種聯(lián)合罐在發(fā)酵生產(chǎn)上的用途與錐形罐基本相同，既用于前后發(fā)酵，也能用于多罐法及一罐法生產(chǎn)。因而它適合多方面的需要，故又稱為通用罐。它的主體是一個圓柱體。由帶人孔的薄殼垂直圓柱體，拱形頂有足夠斜度

15、的除去酵母的錐底所組成。罐體采用15cm厚的聚尼烷作保溫層，聚尼烷是泡沫狀的，外面還要包蓋能經(jīng)受風雨的鋁板。聯(lián)合罐可以采用機械攪拌，也可以通過對罐體的精心設(shè)計達到同樣的攪拌作用4。（3）朝日罐朝日罐又稱朝日單一釀槽，它是1972年日本朝日啤酒公司試制成功的前發(fā)酵和后發(fā)酵合一的室外大型發(fā)酵罐。朝日罐與錐底罐具有相同的功能，但生產(chǎn)工藝不同。它的特點是利用離心機回收酵母，利用薄板換熱器控制發(fā)酵的溫度，利用循環(huán)泵把發(fā)酵液抽出又送回去。這三種設(shè)備互相組合，解決了前、后發(fā)酵溫度控制和酵母的控制的問題，同時也解決了消除發(fā)酵液不成熟的風味，加速啤酒的成熟。因此利用朝日罐進行一罐法生產(chǎn)啤酒的優(yōu)點是：可加速啤酒的

16、成熟。發(fā)酵時罐的裝量達96%，提高設(shè)備利用率9。1.2.2啤酒發(fā)酵技術(shù)（1）濃醪發(fā)酵1967年開始應(yīng)用于生產(chǎn)。是采用高濃度麥汁進行發(fā)酵，然后再稀釋成規(guī)定濃度成品啤酒的方法。它可在不增加或少增加生產(chǎn)設(shè)備的條件下提高產(chǎn)量。原麥汁濃度一般為16°P左右。（2）快速發(fā)酵快速發(fā)酵是通過控制發(fā)酵條件，在保持原有風味的基礎(chǔ)上，縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率，增加產(chǎn)量?？焖侔l(fā)酵法工藝控制條件為：在發(fā)酵過程某階段提高溫度；增加酵母接種量；進行攪拌。（3）連續(xù)發(fā)酵1906年已有啤酒連續(xù)發(fā)酵的方案，但直到1967年才得到工業(yè)化的應(yīng)用。主要應(yīng)用國家有新西蘭、英國等。由于菌種易變異和雜菌的污染以及啤酒的風味等問

17、題，使啤酒連續(xù)發(fā)酵工藝的推廣受到限制6。1.3啤酒的發(fā)展與現(xiàn)狀啤酒的起源與谷物的起源密切相關(guān)。人類使用谷物制造酒類飲料已有8000多年的歷史。已知最古老的酒類文獻，是公元前6000年左右巴比倫人用黏土板雕刻的獻祭用啤酒制作法。公元前4000年美索不達米亞地區(qū)已有用大麥小麥蜂蜜制作的16種啤酒7。公元前3000年起開始使用苦味劑。但首次明確使用酒花作為苦味劑是在公元768年。啤酒的釀造技術(shù)是由埃及通過希臘傳到西歐的。在中世紀的德國，啤酒的釀造業(yè)主結(jié)成了堅強的同業(yè)公會。使用啤酒花作苦味劑的德國啤酒也已輸往國外，不來梅漢堡等城市均因此而繁榮起來。17世紀之后，啤酒作為近代工業(yè)迅速發(fā)展，使美國成為超過

18、德國的啤酒生產(chǎn)國。19世紀，釀造學家相繼闡明有關(guān)釀造技術(shù)。1857年，巴斯德確立生物發(fā)酵學說；1845年，巴林闡明發(fā)酵度理論；1881年，漢森發(fā)明了酵母純粹培養(yǎng)法，使啤酒釀造科學得到飛躍的進步，由神秘化經(jīng)驗主義走向科學化。蒸汽機的應(yīng)用，1874年林德冷凍機的發(fā)明，使啤酒的工業(yè)化大生產(chǎn)成為現(xiàn)實。目前全世界啤酒年產(chǎn)量已居各種酒類之首。19世紀末，啤酒輸入中國。1900年俄國人在哈爾濱市首先建立了烏盧布列希夫斯基啤酒廠；但直到1935年，這期間生產(chǎn)技術(shù)掌握在外國人手中，生產(chǎn)原料麥芽和酒花都依靠進口。1949年以前，全國啤酒廠不到十家，總產(chǎn)量不足萬噸。1949年后，中國啤酒工業(yè)發(fā)展較快，并逐步擺脫了原

19、料依賴進口的落后狀態(tài)。純生啤酒是20世紀末在我國興起，起源于20世紀90年代中期，我國最早的純生啤酒是珠江啤酒廠生產(chǎn)的，1998年投放市場。純生啤酒的釀造是啤酒界的一次革命，從原料、工藝、設(shè)備、均與傳統(tǒng)釀造啤酒有著巨大的區(qū)別，突出的特點就是無菌釀造、設(shè)備價值昂貴、生產(chǎn)成本加大，僅檢測費用比普通啤酒高20倍，可以說純生啤酒是高科技產(chǎn)品，因此它的價格較高8。我國目前有四平金士百啤酒，北京燕京，陜西漢斯，廣東珠江，青島啤酒，四川雪花等廠家生產(chǎn)純生啤酒。我國年生產(chǎn)啤酒近2200萬噸，但目前純生啤酒產(chǎn)量還不足50萬噸，在日本純生啤酒產(chǎn)量占啤酒總產(chǎn)量的95%，德國占50%，而我國還不到3%，但是，純生啤酒

20、已代表中國啤酒市場的發(fā)展方向，是啤酒業(yè)的一次革命，它符合消費潮流，前景廣闊。數(shù)據(jù)顯示，今年上半年全國啤酒行業(yè)繼續(xù)保持平穩(wěn)發(fā)展的態(tài)勢，累計生產(chǎn)啤酒1642萬千升，同比增長14.2%，啤酒行業(yè)景氣度上升。從半年報看，上半年很多上市公司業(yè)績表現(xiàn)良好。青島啤酒、燕京啤酒今年上半年實現(xiàn)凈利潤分別達20199.65萬元、15442.65萬元，同比增長23.81%、5.25%9。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，消費升級時代的到來，啤酒、乳品等以往非主流食品消費量得到大幅提升。我國啤酒產(chǎn)量從2000年的223.1萬噸一路飆升到2010年的423.6萬噸，年均增長率接近50%。同時，我國還有大量消費群體未開發(fā)，巨大的農(nóng)村市

21、場還未充分挖掘，有巨大的潛在消費力作保證，啤酒行業(yè)的增長趨勢將會得到延續(xù)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計，二季度內(nèi)，241只基金合計向食品飲料、批發(fā)與零售貿(mào)易、機械設(shè)備儀表三個行業(yè)投入350億元，上述三個行業(yè)的市值增長占到基金新增市值的七成，啤酒板塊成為基金熱衷的增持對象。特別的是純生啤酒具有“熟啤酒”相同的生物穩(wěn)定性和非生物穩(wěn)定性，又有較長時間內(nèi)保持啤酒的新鮮程度（風味穩(wěn)定性）和較好的口味、以及良好的酒體外觀和泡沫性能。在目前的發(fā)展趨勢來看，愈發(fā)受到廣大消費者的青睞10。因此，一個優(yōu)良的生產(chǎn)工藝的設(shè)計是迫不及待的。2 啤酒發(fā)酵工藝設(shè)計2.1純生啤酒的釀造基本控制因為純生啤酒生產(chǎn)的整個生產(chǎn)過程均要求嚴格的無菌操作，

22、所以本設(shè)計中對整個釀造過程要求非常嚴格的污染控制能力和產(chǎn)品質(zhì)量的管理能力。（1）純種釀造的關(guān)鍵-啤酒酵母 純生啤酒的生產(chǎn)是純種釀造和有效控制后期污染的有機地結(jié)合。任何雜菌的存在都會影響啤酒的質(zhì)量。 （2）選擇良好的酒基 經(jīng)過發(fā)酵、后熟的啤酒，應(yīng)具有良好的質(zhì)量（包括風味、泡沫、非生物穩(wěn)定性和滿足理化指標要求）。生產(chǎn)中應(yīng)認真做到：把好原料關(guān)、選好菌種、嚴格生產(chǎn)工藝與操作。 （3）保證有可靠的無菌生產(chǎn)條件 純生啤酒生產(chǎn)就是在生產(chǎn)過程中有效控制雜菌的結(jié)果，而不是通過各種手段處理的結(jié)果。生產(chǎn)過程中嚴格控制雜菌是純生啤酒生產(chǎn)的關(guān)鍵，無菌過濾和無菌灌裝則是生產(chǎn)的輔助手段。因此，啤酒整個生產(chǎn)全過程要盡量做到?jīng)]

23、有或基本沒有雜菌污染，才能保證純生啤酒的質(zhì)量和減少后期處理的工作負荷量。 （4）在前道工序嚴格控制微生物污染的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)純生啤酒進行的無菌過濾要滿足以下要求：無菌過濾的有效性，對任何微生物除去率要達到要求，并且不會影響啤酒的口味、泡沫等質(zhì)量要求；選用合理的無菌過濾組合，一般要求應(yīng)按深層過濾-表面過濾-膜過濾的順序進行組合，其孔徑選擇為：深層過濾13m、表面過濾0.81m、膜過濾0.450.65m。應(yīng)配置兩組過濾組合，以保證正常生產(chǎn)；具有獨立的CIP和膜再生系統(tǒng)； （5）純生啤酒包裝時，要有以下基本要求：包裝容器清洗系統(tǒng)（含瓶、易拉罐、生啤酒桶）應(yīng)保證清潔、無菌；對灌裝車間，灌裝機可以放在一個

24、密閉的無菌房間內(nèi)，室內(nèi)空氣要進行有效的過濾，室內(nèi)對室外保持正壓，約0.030.05kPa；對輸送啤酒瓶的輸送鏈，在未灌裝啤酒、密封以前的部分應(yīng)使用帶有消毒作用的鏈潤滑劑，同時在灌裝機前的部分輸送鏈應(yīng)有不斷清洗裝置，確保整個輸送鏈的衛(wèi)生；生啤酒灌裝線的洗瓶機，應(yīng)采用單端進出，防止進瓶端的污瓶污染出瓶端的潔凈瓶；洗凈的啤酒瓶在輸送到灌裝機的過程中，要有密閉的防護罩，避免灰塵、飛蟲等的污染12。2.2原料的選擇本設(shè)計中選擇的主要原料是大麥，水，酒花，酵母及輔料。大麥大麥是啤酒生產(chǎn)的重要原料，要先將起制成麥芽，才能再用于釀酒。它不僅淀粉含量高而且還為糖化時提供了各種豐富的酶系和含氮物質(zhì)，這為后發(fā)酵過程

25、提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。水水是啤酒含量最多的成分，在釀造的過程中，水中各種離子的作用不可低估，在一定程度上影響酵母的生產(chǎn)和啤酒的質(zhì)量。故設(shè)計中需要對用水量進行衡算。酒花酒花對啤酒的質(zhì)量非常重要，它不僅賦予啤酒特殊的苦味，同時也影響啤酒的苦味與香氣。酒花又稱忽布花、蛇麻花，其學名為 Hunmulus Lupulus L，屬蕁麻科葎草屬，為多年生蔓性草本植物，雌雄異株，釀酒上均用雌花。酒花的主要化學成分包括：酒花樹脂、酒花油和多酚物質(zhì)13。在啤酒釀造中酒花的作用是： （1）賦予啤酒特殊的香氣與清爽的苦味；（2）形成啤酒優(yōu)良的泡沫，增加啤酒的泡沫性和穩(wěn)定性；（3）使蛋白質(zhì)沉淀，有利于麥汁的澄清；（4）

26、酒花有抑菌作用，能增強麥芽汁和啤酒的防腐能力；（5）酒花對啤酒釀造的不利影響是，酒花中的花色苷能引起啤酒的非生物性渾濁。酵母根據(jù)酵母的特性不同，可以將酵母分為上面酵母（Saccharomyces cervisiae Hansen）和下面酵母（Saccharomyces Carlsbergensis Hansen）啤酒酵母中幾乎不含脂肪、淀粉和糖，而含有絕佳的蛋白質(zhì)、完整的B族維生素、多種生物態(tài)礦物質(zhì)及優(yōu)質(zhì)膳食纖維?！叭退膬?yōu)”是對其營養(yǎng)特點的高度概括：低脂、低糖、低熱量（不含膽固醇），優(yōu)質(zhì)完全蛋白質(zhì)（含人體必需的8種氨基酸）、完整的B族維生素群、14種生命結(jié)合態(tài)的優(yōu)質(zhì)礦物質(zhì)、優(yōu)質(zhì)功能性膳食纖維

27、。營養(yǎng)酵母的特點是均衡營養(yǎng)，其營養(yǎng)成分的構(gòu)成特別適合人體的需求，能夠平衡由于飲食結(jié)構(gòu)不合理而帶來的營養(yǎng)失衡和消除緩解由此而引發(fā)的健康問題14。啤酒酵母是一種非常安全、營養(yǎng)豐富、均衡的食用微生物，啤酒酵母是吸收麥芽精華后，通過運用現(xiàn)代生物技術(shù)把酵母加工成純天然的營養(yǎng)食品，可以直接食用。啤酒發(fā)酵而言酵母的作用是至關(guān)重要的，它直接影響著啤酒的口味和特點。因此在進行釀造前需要選擇優(yōu)良的酵母。優(yōu)良啤酒酵母的評估包括：細胞形態(tài)呈圓形或卵圓形；生長繁殖力強；發(fā)酵活力高；凝聚性強；雙乙酰還原能力強；耐壓能力強；有穩(wěn)定的遺傳性能；具有良好的啤酒風味和泡沫性能。輔料使用輔料是為了提供廉價的浸出物或糖類，這樣會減少

28、麥芽的使用量，降低啤酒生產(chǎn)的成本。主要的輔料有大米、玉米、小麥、糖和淀粉糖漿。本設(shè)計所采用的輔料為大米18。2.3原料的制備2.3.1 粗選、分選（1）粗選供生產(chǎn)啤酒用的大麥，由于含有泥土、砂石、草屑、雜谷或金屬等雜質(zhì)物，所以在浸麥前要采用粗選機將大麥進行清理。本設(shè)計采用三級振動篩進行大麥的原料的粗選，篩體往復(fù)運動的振幅大小，可調(diào)節(jié)偏重塊的重量來達到。物料中的輕雜質(zhì)由前后風道排出。由于物料在篩上面運動，砂石及其他雜質(zhì)按其形狀的不同分級清理出來，使被加工谷物達到整潔。（2）分選分選目的是進一步清除大麥中的灰塵、麥芒、雜谷、碎麥等夾雜物，并將大麥按麥粒度進行分級15。浸麥、發(fā)芽浸麥是將經(jīng)精選后的大

29、麥置于浸麥槽中浸漬。精選大麥在用水浸漬過程中，由于浸漬水的循環(huán)置換及通入壓縮空氣，使大麥得到進一步清洗，并排除二氧化碳。大麥的含水量由原來的13%左右增加至4348%，同時麥粒因得到通風而增強了發(fā)芽的活力。發(fā)芽大麥是釀造啤酒的主要原料，但首先必須將其制成麥芽方能用于釀酒。大麥在人工控制和外界條件下發(fā)芽，大麥發(fā)芽后成為綠麥芽。2.3.3 干燥、除根干燥大麥經(jīng)過粗選、分選、浸漬、發(fā)芽后制成的綠麥芽還必須經(jīng)過干燥將它制成干麥芽，以利于長期貯藏。干燥的目的是使麥芽的含水量從45%左右降至3.5%左右，并通過烘焙而增加麥芽特有的色、香、味，同時使麥根容易脫落。除根經(jīng)干燥后的干麥芽不能馬上用于釀酒，因麥根

30、中含有其它雜質(zhì)，而且苦味，會破壞啤酒的味道和改變啤酒的色澤，所以必須用除根機除去已干燥的麥根，并利用風力清除其它雜質(zhì)。2.4麥芽的糖化2.4.1 糊化、糖化糊化淀粉在常溫下不溶于水，但當水溫至53以上時，淀粉的物理性能發(fā)生明顯變化。淀粉在高溫下溶脹、分裂形成均勻糊狀溶液的特性，稱為淀粉的糊化。糊化后的產(chǎn)物又叫糊精。糖化是利用糖化酶將糊化產(chǎn)物糊精或低聚糖進一步水解轉(zhuǎn)化為麥芽糖的過程?；旌硝脖槐萌胫蠓绣佒靶柘仍谶^濾槽中去除其中的麥芽皮殼，并加入酒花再二次煮沸。2.4.2 過濾過濾是產(chǎn)品分離的一種方法，在啤酒生產(chǎn)過程中多次用到過濾技術(shù)，其主要原理是根據(jù)各種物質(zhì)分子或顆粒的大小、形狀、酸堿性和其他物

31、化性質(zhì)的不同進行分離產(chǎn)物的技術(shù)。煮沸、冷卻煮沸在煮沸鍋中，混合醪被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。在煮沸后，加入酒花的麥芽汁被泵入酒花分離器和回旋沉淀槽以除去不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白質(zhì)。冷卻潔凈的麥芽汁從回旋沉淀槽中泵出后，被送入薄板換熱器冷卻，冷卻至主發(fā)酵溫度6。隨后，麥芽汁中被加入酵母，開始進入發(fā)酵的程序。2.5 麥芽汁的發(fā)酵廣義的發(fā)酵是指利用生物體（包括微生物、植物細胞、酵母菌等）的代謝功能，使有機物分解的生物化學反應(yīng)過程。狹義的發(fā)酵是指微生物通過無氧氧化將糖類轉(zhuǎn)變成乙醇的過程。發(fā)酵分為有氧發(fā)酵和無氧（厭氧）發(fā)酵。啤酒發(fā)酵屬于無氧發(fā)酵。在啤酒發(fā)酵的過程中，人工培養(yǎng)的酵母將麥芽

32、汁中可發(fā)酵的糖份轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳，生產(chǎn)出啤酒。發(fā)酵在8h內(nèi)發(fā)生并以加快的速度進行，積聚一種被稱作“皺沫”的高密度泡沫。這種泡沫在第3或4d達到它的最高階段。從第5d開始，發(fā)酵的速度有所減慢，皺沫開始散布在麥芽汁表面，必須將它撇掉。酵母在發(fā)酵完麥芽汁中所有可供發(fā)酵的物質(zhì)后，就開始在容器底部形成一層稠狀的沉淀物。隨之溫度逐漸降低，在610d后主發(fā)酵就完全結(jié)束了。整個過程中，需要對溫度和壓力做嚴格的控制。主發(fā)酵結(jié)束以后，絕大部分酵母沉淀于罐底。將這部分酵母回收起來以供下一罐使用。除去酵母后，生成物嫩啤酒繼續(xù)在此錐形罐內(nèi)培養(yǎng)，即后發(fā)酵。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白質(zhì)進一步沉淀下來，使啤酒的風格逐漸

33、成熟。成熟的時間隨啤酒品種的不同而異，一般在721d16。2.6 成熟純生啤酒的過濾2.6.1 過濾方法經(jīng)過后發(fā)酵的成熟酒，大部分蛋白質(zhì)顆粒和酵母已經(jīng)沉淀，少量懸浮于酒中，須濾除方能包裝。對啤酒的分離要求是：產(chǎn)量大，質(zhì)量高（透明度高），勞動條件好，CO2損失小，不易污染，不影響風味，啤酒不吸收氧。實際上不論何種方法要達到十全十美的效果很困難的。普通成熟啤酒的過濾多采用硅藻土過濾法?；蛘呓?jīng)過高溫滅菌處理的熟啤酒，但這種方法減少了啤酒原有的香醇、新鮮味，存在口味上的不穩(wěn)定性。而本設(shè)計中純生啤酒由于采用了無菌膜過濾能保證啤酒內(nèi)微生物含量只在每瓶12個之間，所以不需要經(jīng)過巴氏殺菌，由于酒花里面含防腐成

34、分能抑制微生物的繁殖，加上罐裝為無菌罐裝,所以可以保證啤酒的質(zhì)量。操作和設(shè)備要求基本上沒多大的變化。膜過濾技術(shù)在純生啤酒生產(chǎn)中廣泛采用靜態(tài)膜過濾對啤酒除菌，膜過濾具有較好的微生物可靠性、合理的經(jīng)濟性和優(yōu)良的品質(zhì)性。其原理是：膜過濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進液側(cè)，成為濃縮液，因而實現(xiàn)對原液的分離和濃縮的目的17。啤酒預(yù)過濾為了減輕低溫無菌膜過濾系統(tǒng)的微生物負荷，因此本設(shè)計中對純生啤酒需先經(jīng)預(yù)過濾處理

35、，即一般是在硅藻土過濾后搭配無菌過濾紙板精濾或過濾精度為12tma的膜過濾，將清酒中的微生物數(shù)量控制在50個/l00mL以下。在硅藻土過濾機和精濾機殺菌時各點的溫度都要求達到8590，同時過濾用的硅藻土和添加劑用水全部要使用無菌水或脫氧水。清酒輸送系統(tǒng)和管道采用固定管道和自動轉(zhuǎn)罐系統(tǒng)，以減少微生物的污染機會。低溫無菌膜過濾建立低溫無菌膜過濾系統(tǒng)雙座閥、壓力變送器校驗和完整性測試異常情況處理等管理制度。由于CIP清洗和過濾過程中的壓力波動會對膜濾芯產(chǎn)生沖擊作用，清洗和過濾過程要嚴格監(jiān)控壓差波動情況，膜系統(tǒng)壓差偏高時要對成品酒進行擴大抽樣檢查。膜過濾出口酒液在取瞬時樣的基礎(chǔ)上可增加用全自動取樣閥取

36、連續(xù)樣，每隔一定時間換一次瓶，酒液全部抽濾處理。膜過濾連續(xù)生產(chǎn)時間一般不要超過12h。濾芯在使用一段時間后，要定期拆開進行內(nèi)部檢查和濾芯單支完整性檢測，以確保每支濾芯處于完好狀態(tài)8。2.7無菌灌裝國內(nèi)空氣質(zhì)量一般都不太令人滿意，因此為保險起見，無菌灌裝應(yīng)考慮在無菌室內(nèi)進行。無菌室內(nèi)潔凈度要求達到萬級或更高級別，無菌室內(nèi)通入經(jīng)過除塵、除菌過濾處理的空氣，并保持一定正壓，溫度控制在1826，相對濕度控制5065%。每天生產(chǎn)前對無菌室的空氣進行一次臭氧滅菌，以保持空氣的無菌潔凈度。2.7.1 啤酒瓶生產(chǎn)純生啤酒的玻璃瓶最好采用新瓶。瓶子在洗瓶機中經(jīng)過堿洗和熱水洗后最后采用無菌水噴淋沖洗，使啤酒瓶中保

37、持一定量的二氧化氯含量。另外在沖瓶機以及灌裝機中均采用110130的飽和蒸汽殺菌，可使瓶子達到無菌要求。瓶蓋純生啤酒所用的瓶蓋要求供應(yīng)商在無菌狀態(tài)下制成并用無菌塑料袋裝好后裝入紙箱，確保蓋在運輸和貯存過程中不受到污染。瓶蓋在進入無菌問到倒入貯斗時都要在無菌狀態(tài)下進行，另外，在封蓋前經(jīng)過紫外線殺菌，以確保無菌。工藝用水無菌室設(shè)備內(nèi)部和外部清洗用水、擊泡用水、潤滑用水等工藝用水全部采用無菌水。無菌水需先經(jīng)多級袋式過濾或膜過濾除去水中的雜菌后，再添加0.31.2mg/L二氧化氯處理。而擊泡水在使用前要再經(jīng)過8085的高溫加熱處理。2.7.4 灌裝設(shè)備灌酒機應(yīng)采用無死角電子閥，管道連接應(yīng)采用最高等級防

38、滲漏帶自清洗的雙座閥、三座閥。灌裝區(qū)域即使配有自動泡沫清洗系統(tǒng)，操作人員也要定期將不容易清洗的部件手動拆開清洗，對灌裝區(qū)域的空間空氣每周用霧化的消毒劑消毒一次。灌裝設(shè)備每灌裝4h進行一次泡沫清洗，能有效抑制微生物在設(shè)備表面生長15。2.8 CIP系統(tǒng)CIP即：Clean In Place的縮寫，原位清洗（在線清洗、就地清洗）。 CIP系統(tǒng)是釀造工序的重點系統(tǒng)，在日常工作中技術(shù)人員和操作人員要加強檢查，注意檢查清洗液濃度和溫度、殺菌劑的添加程序和濃度，以及清洗時間（要求回流溫度達到工藝要求時才開始計時）等操作是否符合工藝要求。CIP系統(tǒng)管道走向和布置應(yīng)合理，不能存在衛(wèi)生死角。每月應(yīng)對CIP系統(tǒng)罐

39、進行一次酸洗或堿洗和全面檢查，并對CIP系統(tǒng)的微生物狀況進行檢測，避免CIP系統(tǒng)本身成為污染源。要定期校驗CIP泵的輸出量、檢查清洗噴球的暢通情況，并定期拆開罐體附件檢查內(nèi)部清潔狀況，以確保CIP清洗效果。2.9 人員無菌室工作人員資格：具用廣泛的技術(shù)知識，工作負責，對衛(wèi)生問題有敏銳觸角。公司應(yīng)定期對工作人員進行食品衛(wèi)生及微生物基本知識、衛(wèi)生檢查及管理、灌裝線的清潔及殺菌措施和緊急應(yīng)對措施的培訓，不斷提升員工的素質(zhì)。工作人員（尤其要強調(diào)的是設(shè)備維修人員）進出無菌室必須按一定程序換鞋、換無菌服、戴工作帽及手部消毒，無關(guān)人員一律不能進入無菌間，以減少外來污染。2.10廠址選擇廠址的選擇要符合城市規(guī)

40、劃和微生物發(fā)酵對環(huán)境的要求。工廠靠近原料產(chǎn)地、水源和電源。有一定的基建施工條件和良好的交通運輸條件。2.11工藝流程圖圖2-1啤酒生產(chǎn)工藝流程圖Figure 2-1 Process flow diagram of beer production3物料衡算物料衡算是工藝計算的基礎(chǔ)，在整個工藝計算中開始得最早，并且是最先完成的項目。本設(shè)計中的物料平衡計算主要項目為原料（大麥麥芽、大米）和酒花用量，熱麥芽汁和冷麥芽汁量，廢渣量（糖化糟和酒花糟）等。3.1啤酒糖化車間工藝流程示意圖啤酒糖化車間工藝流程見圖2-1。3.2啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)本設(shè)計中啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表3-1。表3-1 啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表Ta

41、ble 3-1 Basic data of beer production項目名稱百分比（%）定額指標原料利用率98麥芽水分6大米水分12無水麥芽浸出率78無水大米浸出率90原料配比麥芽70大米30啤酒損失率冷卻損失7發(fā)酵損失2過濾損失1裝瓶損失2總損失123.3 100kg原料生產(chǎn)量的物料衡算（1）熱麥汁計算根據(jù)表3.1 可得原料的收率分別為：麥芽汁收率： 無水麥芽浸出率×(1麥芽水分)= 78%×(100-6)%=73.32%大米收率為：無水大米浸出率×(1大米水分)=90%×(100-12)%=79.2%混合原料收率為：(麥芽比例×麥芽收

42、率+大米比例×大米收率)×原料利用率=(0.70×73.32%+0.30×79.2%)×98%= 73.58%由上可得100kg混合原料可制得10°P 熱麥汁量為：(混合原料收率×100)/10% =735.8kg又知10°P麥汁在20時的相對密度為1.084，而10熱麥汁比20時的麥芽體積增加1.04倍。故熱麥汁（100）體積為：V熱麥汁=735.8÷(1.084×1000)×1000×1.04=705.93(L)（2）冷麥汁量為：V冷麥汁= V熱麥汁×(1-冷卻

43、損失)=705.93×(1-0.07)=656.52(L)（3）發(fā)酵液量為：V發(fā)酵液= V冷麥汁×(1-發(fā)酵損失)=656.52×(1-0.02)=643.39(L)（4）過濾酒量為：V過濾酒= V發(fā)酵液×(1-過濾損失) =643.39×(1-0.01)=636.95(L)（5）成品啤酒量為：V成品= V過濾酒×(1-裝瓶損失)=636.95×(1-0.02)=624.22(L)3.4生產(chǎn)100L的10度純生啤酒的物料衡算根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)10°P純生成品啤酒624.22L，故可得以下結(jié)

44、果： （1） 生產(chǎn)100L的10°P純生啤酒需耗混合原料量為：G原料=100kg混合原料×100/V成品 =100×100/624.22=16.02 (kg)（2） 麥芽耗用量為：M麥芽=G原料×麥芽比例=16.02×70%=11.21(kg)（3） 大米耗用量為：M大米=G原料×大米比例=4.81(kg)（4） 酒花耗用量：對純生啤酒，熱麥汁中加入的酒花量為0.2%故酒花好用量為：M酒花 =V熱麥汁/V成品×100×0.2%=(100/624.22)×735.8×0.2%=0.24(kg)（5

45、） 熱麥汁量為：V熱麥汁=V熱麥汁/V成品×100=(16.02/100)×705.93=113.09(L)（6） 冷麥汁量為：V冷麥汁=V熱麥汁/V成品×100=(16.02/100)×656.52=105.18(L)（7） 濕糖化糟量 設(shè)排除的濕麥芽糟水分含量為80%，則濕麥芽糟量為：M麥芽糖 =(1麥芽水分) (1無水麥芽浸出率)/(180%)×M麥芽=(1-0.06) (100-78)/(100-80)×11.21=11.59(kg)而濕大米糟量為：M大米槽=(1麥芽水分) (1無水麥芽浸出率)/(180%)×M大米

46、=(1-0.12) (100-90)/(100-80)×4.81=2.12(kg)故濕糖化糟量為：11.59+2.12=13.71(kg)（8） 酒花糟量 設(shè)麥汁煮沸過程干酒花浸出率為40%，酒花糟水分含量為80%，則酒花糟為：M酒花槽=(1干酒花浸出率)/(1酒花槽含水量)×M酒花=(100-40)/(100-80)×0.24=0.72(kg)3.5 年產(chǎn)10萬噸10度純生啤酒釀造車間物料衡算表本設(shè)計中設(shè)定生產(chǎn)旺季為150天，每天糖化4次，淡季150天每天糖化2次，每年總糖化次數(shù)為900次。由此可計算出每次投料量及其他項目的物料平衡。每糖化一次生產(chǎn)的成品啤酒量為

47、：100000/900=111.111噸/次=111111kg/次10°P純生啤酒相對密度為1.012，則糖化一次生產(chǎn)成品啤酒體積為：V=111111/1.012=108825.66L根據(jù)有關(guān)啤酒廠釀造車間的三項物料衡算計算結(jié)果，得出本設(shè)計的物料衡算表，如表3-2所示。由表可得出本設(shè)計中實際年生產(chǎn)啤酒量為：97950000L×1012kg/m3=99125t表3-2 物料衡算表Table 3-2 Material balance物料名稱單位100kg混合原料100L啤酒糖化一次定額量100000t/a啤酒生產(chǎn)混合原料Kg10016.0217434.001.57×1

48、07大麥Kg7011.2112203.801.10×107大米Kg304.815230.204.71×106酒花Kg1.500.24261.182.35×106熱麥汁L705.93113.09123072.4911.08×107冷麥汁L656.52105.18114457.4210.30×107濕糖化糟Kg72.3511.5912612.891.13×107濕酒花糟Kg4.500.72783.540.70×106發(fā)酵液L643.39103.07112168.2710.10×107過濾酒L636.95102.0411

49、1046.5910.10×107成品啤酒L624.22100.00108825.669.79×107備注：10度純生啤酒的密度為1012kg/m34 熱量衡算4.1 糖化工藝流程示意圖圖4-1 糖化工藝流程Figure 4-1 Saccharification process注：其中t為中間溫度85.75 。4.2 糖化車間的熱量衡算熱量衡算的目的在于定量研究生產(chǎn)過程，為過程設(shè)計和操作最佳化提供依據(jù)。熱量衡算在生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用：（1）通過熱量衡算，計算生產(chǎn)過程能耗定額指標。應(yīng)用蒸汽等熱量消耗指標，可對工藝設(shè)計的多種方案進行比較，以選定先進的生產(chǎn)工藝；或?qū)σ淹懂a(chǎn)的系統(tǒng)

50、提出改造或革新，分析生產(chǎn)過程的經(jīng)濟合法性，并找出生產(chǎn)上存在的問題。（2）熱量衡算是設(shè)備類型的選擇及確定其尺寸、臺數(shù)的依據(jù)。（3）熱量衡算是組織和管理生產(chǎn)、經(jīng)濟核算和最優(yōu)化的基礎(chǔ)。其結(jié)果有助于工藝流程和設(shè)備的改進，達到節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的目的15。4.2.1 糖化過程中工藝要求及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由物料衡算結(jié)果表明，糖化一次用大米量 G大米 =5230.20kg，工藝要求糊化鍋中加入的麥芽粉量為大米粉量的20%，即：G麥芽= 20%G大米=5230.20×20%=1046.04kg 所以糊化鍋中的原料為： G糊= G大米+G麥=5320.20kg+1046.04kg=6274.24kg糊化鍋

51、中料水比為1:4.5糖化鍋中料水比為1:3.54.2.2 糖化工藝的熱量衡算（1）糖化用水耗熱量Q1根據(jù)工藝，糊化鍋加水量為：G1=(G大米+G麥芽)×4.5=(5230.20+1046.04)×4.5=28234.08kg而糖化鍋加水量為：G2=11157.76×3.5=39025.16kg式中11157.76為糖化一次糖化鍋中投入的麥粉量，即12203.80-1064.04=11157.76kg，而12203.80為糖化一次麥芽定額量，故糖化總用水量為： Gw=G1+G2 =28234.08+39052.16=67286.24kg 來水溫度取18，而糖化配料用

52、水溫度t2=50，故耗熱量為： Q1=(G1+G2)cw(t2-t1)=67286.24×4.18×(50-18)=9000207.46kg式中 cw水的比熱容，取cw=4.18 kJ(kg·)（2）第一次米醪煮沸耗熱量Q2由糖化工藝流程圖可知Q2=Q2+ Q2+ Q2 式中 Q2糊化鍋內(nèi)米醪由初溫t0加熱至100耗熱量（kJ）Q2煮沸過程蒸汽帶走的熱量（kJ）Q2熱損失（kJ） 糊化鍋內(nèi)米醪由初溫t0加熱至100耗熱量Q2Q2=G米醪c米醪(100-t0)式中 G米醪糊化鍋內(nèi)大米粉、麥芽粉和水的總量，G米醪G大米+G麥芽+G1=5230.20+1046.04+2

53、8234.08=34510.32kgc米醪米醪的比熱容 kJ(kg·)計算米醪的比熱容 根據(jù)經(jīng)驗公式：C容物=0.01(100-W)c0+4.18W式中 W含水百分比C0絕對谷物比熱容，取c0=1.55 kJ(kg ·)故：c麥芽=0.01(100-W)c0+4.18W =0.01(100-3) ×1.55+4.18×6=1.754 kJ(kg ·)c大米=0.01(100-W)c0+4.18W =0.01(100-12) ×1.55+4.18 ×12 =1.907kJ(kg ·)C米醪=(G大米c大米G麥芽c麥芽

54、G1CW)/(G大米G麥芽G1)=(5230.20×1.907+1046.04×1.754+28234.08×4.18)/(5230.20+1046.04+28234.08)=3.762kJ(kg ·)米醪的初溫t0，設(shè)原料的初溫為18，而熱水溫度為50，則 t0=C米醪=(G大米c大米+G麥芽c麥芽)×18+G1CW×50)/(G米醪c米醪)=47.09把上述結(jié)果把上述結(jié)果代回上式得Q2= G米醪c米醪(100-t0)=34510.32×3.762×(100-47.09)=6869190.16kJ 煮沸過程中蒸汽

55、帶出的熱量Q2設(shè)煮沸時間40min，蒸發(fā)量為每小時5%，則蒸發(fā)水分量為：V1= 5%G米醪×40/60=34510.32×5%×40/60=1150.34kg故Q2=1150.34×2257.1=2596556.48kJ式中I煮沸溫度（約100）下水的汽化潛熱，取I=2.2257 kJ/kg 熱損失Q2米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約為前二次耗熱量的15%，即Q2=15%(Q2+Q2)第一次米醪煮沸耗熱量Q2把上述計算結(jié)果代入式，得Q2= Q2+Q2+Q2=1.15(Q2+Q2)=1.15(6869190.16+2596556.48)=10885608.64kJ（3）第二次煮沸前混合醪升溫至70的耗熱量Q3按糖化工藝，來自糊化鍋煮沸的米醪與糖化鍋中的麥醪混合后溫度應(yīng)為63。故混合前米醪先從100冷卻到中間溫度t。 糖化鍋中麥醪的初始溫度： t麥醪：麥醪的比熱容為：c麥醪 =(G麥芽c麥芽+G2