年产35万吨啤酒车间设计分析.docx

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年产35万吨啤酒车间设计分析

年产3.5万吨啤酒工厂发酵车间设计

课程设计任务书

专业：

生物工程

学生姓名：

黄麒麟

学号：

201114335010

指导教师：

陈今朝

生命科学与技术学院

2015.6.30

第一章总论

1.1设计的任务及要求····················································

1.2设计依据和原则······································

第二章厂址选择及布置

2.1厂址选择·································································

2.2各类建构筑物的布置··························································

第三章发酵车间工艺流程

3.1工艺流程说明·····························································

32发酵生产工艺流程图·········································

第四章物料衡算

4.1基础数据·······································································

100kg原料生产8.1oP淡色啤酒物料衡算·····································

生产100L8.1oP淡色啤酒物料衡算··········································

年生产10万吨8.1oP浅色啤酒物料衡算······················

第五章设备的设计与选型

5.1发酵车间主要设备·····················································

5.2.1发酵过程采用微机控制系统进行分布式控制··········

5.2.2过滤设备························································

5.2.3CIP系统···························································

5.2.4酵母系统··········································

5.2.5关于缩短传统发酵周期的设备组合······························

5.2.6配备高浓稀释设备··········································

第六章环境保护及综合利用

6.1.2污染物及治理方法····················

6.2副产品的综合利用······································

参考文献······························································

第一章总论

第一节设计的任务要求和依据

一、设计的任务及要求

本设计是年产量为3.5万吨的12°淡色啤酒的啤酒厂，重点是产品的物料衡算，热量衡算，同时工艺流程及设备选型等设计。

本设计的重点车间为糖化车间，重点设备为糖化，煮沸，发酵设备。

二、设计的依据

本设计是以《毕业设计任务书》为标准，通过综合运用大学四年自己所学到的知识付诸于实践当中。

参考了《酿酒工艺与设备选用手册》、《发酵设备》、《食品工厂设计》、《食品机械与设备》、《化工原理》上下册、《现代食品发酵技术》、《啤酒工业手册》上下册等。

根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与各种计算。

第二节设计的原则、特点

一、设计原则

1、必须符合计划任务书的规定和要求。

各阶段工作要有明确的进度。

毕业设计要有计划的进行。

2、本设计争取做到积极采用和大力发展新技术，吸收科研和技术改造的新成果，力求技术上具有现实性和先进性，经济上有合理性。

3、设备选用时，应满足生产工艺要求，同时安全可靠，尽量选用成套设备，通用设备，以利于提高机械化程度，方便生产，节约投资。

4、本设计尽量少或不占耕地，选择流程尽量减少，避免污染物排放。

尽量减少三废处理量，同时注意节能和充分利用余热。

5、结合实际，根据国家的所需而合理决定工厂的产品品种及合理安排工厂的产品方案，兼顾经济效益和社会效益，以最小投资，换回最大的经济效益。

二、设计特点

1、本设计从实际出发，讲究效益，生产的各个环节中力图以较少的人力、物力、财力取得较大的经济效益。

此为本设计的指导思想，亦是本设计最主要的特点。

2、本设计从国内市场的销售来确定产品，使产品在市场上具有较强的竞争力。

3、本设计的厂址在城市近郊，在劳动力，动力、水的供应，排水工程及生

活设施等方面能利用城市原有的设施，减少投资。

4、本设计从节约用地出发，充分利用厂房设备来安排产品，对于那些类型不相同，生产设备，生产条件十分相同，甚至是用同一厂房，设备来生产不同产品，这对于厂房用地，设备投资都很有利。

5、本设计是产品卫生达食品卫生法规，遵守有关条款的规定。

第三节设计的目的、可行性

一、目的

大学三年的全面学习，包括基础知识和专业知识，使我们在离开学校，步向社会之际，有了一定的基础应用技能。

本设计是将我们学到的知识应用到实践中来。

在独立完成这个设计的过程中，一方面巩固学到的知识，另一方面通过查阅，整理资料增加我们的认识和科研技能，同时，进一步熟悉工厂的生产实际，培养我们理论联系实际的能力，锻炼了我们作为一名技术骨干应有的独立工作能力。

二、现实意义和可行性分析

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。

现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度黄啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。

在中国建立最早的啤酒厂是俄国人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂,此后五年时间里,俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。

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。

随着经济的增长，人们对啤酒的消费会越来越大。

所以也看到了啤酒工业的发展前景。

这时候建立一个啤酒工厂的话，产品的广阔市场为工厂的生存和发展提供了良好的保证。

第二章厂址选择及布置

第一节厂址的选择

一、厂址选择的原则

厂址选择是设计工作的基本内容之一。

厂址选择的好坏直接影响设计质量、建设进度、投资大小和投产后经营管理条件。

因此，厂址选择是一项包括政治、经济、技术的综合性的复杂工作，具有较高的原则性和广泛的技术性。

1、厂址要符合国家下达建厂计划任务书中所作的规定和要求。

2、厂址应符合当地城镇总体发展规划的要求，并尽量与附近工业企业相配合，以节约基建投资。

3、厂址的面积和外形要满足啤酒生产工艺的要求，并留有适当的扩建余地。

4、厂址地形宜平坦，地面倾斜坡度最好不超过3%,便于厂区运输线路布置，并尽可能减少土方工程量。

5、厂址应符合国家有关卫生、防火、人防等要求。

如:

厂区应在居民点下风侧;河流的上游;厂区附近不得有细菌，传染病病源或其他污染的来源;不应选择在低洼窝风的地形做厂区，应避开军事措施地区等等。

6、厂址应在当地最高洪水水位之上，如果低于洪水位则须有坚固堤防保护.同时，要防止内涝水的浸淹.

二、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。

三、厂址的选择依据

1、要有可靠的水源，在满足啤酒厂生产用水的水质、水量及水温的条件之下，应尽可能靠近水似，以缩短管路及动力电缆的铺设工程.如用山泉水、地下水、水库水，自来水或江河水等水源，可单独采取一种水源，也可取二种或三种水源以分别用于生产。

2、根据交通运输方式的不同而考虑厂址的位置.如原材料、成品以水运为主，则应尽可能靠近河流，并考虑码头的适当位置:

如以陆运为主，则须靠近铁路或公路，并尽量减少沿途修建桥、隧洞的工程。

3、厂址应尽可能靠近一些已有的热，电源，以充分取得企业协作的条件。

4、厂址地质要符合啤酒厂设计的要求，一般地耐力宜在20吨/平方米以上为好，可节约基础工程投资，但应避免在地表过浅或已露头岩石的地区及喀斯特、土崩、滑坡、流砂地区或是古河道，古墓之上选择厂区。

5、一般啤酒厂厂址应避免选在地震基本烈度在七度或七度以上地区:

当地展基本烈度为九度或超过九度的地区不宜建大型啤酒厂.

6、厂址不宜选在有矿产地区、有古迹文物地区。

风景游览区、有化学废料，有机废料堆放的地区等。

7、厂址应尽量靠近城镇或啤酒销售区域，以减少大量的瓶箱运输。

8、选厂时应考虑职工生活区的位置，并尽可能靠近城镇，以减少集体事业设施的投资，改善职工生活福利的条件。

9、选厂中还应尽量了解施工期间水电供应，劳动力来源，施工工人居住生活，施工机械、预制场地、建材的运输、堆放等条件的利便情况。

10、要考虑啤酒厂的综合利用以及啤酒厂废料的处理及堆放场地。

四、厂址选择结果

综合以各种因素，初步选择涪陵李渡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。

第二节各类建筑物的布置

一、总平面设计的基本原则

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。

二、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：

变电所，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，宿舍，停车位，围墙，大门，传达室。

三、占地面积的估算估算

该啤酒厂占地面积为12000-15000m2。

厂区建筑系数取40%，厂区土地利用系数60%。

第三章发酵车间工艺流程

第一节原料要求

一、大麦的要求

1.感官要求

麦粒有光泽，呈淡黄色，子粒饱满，大小均匀，表面有横向且细的皱纹，皮较薄。

2.物理检验

①千粒重35~45g。

能通过2.8mm筛孔径的麦粒，应占85%以上。

②将大麦从横面切开，胚乳段面应呈软质白色，透明部分越少越好。

③发芽率要求不得低于96%，发芽力要求达到85%以上。

3.化学检验

①淀粉含量在65%以上

②含水量在12%～13%

③在15℃浸泡48h，大麦含水不低于42%

④蛋白质含量为9%～12%，其中1/3～1/2的蛋白质可溶解到麦芽汁中。

注：

1）已正式定名的芳香型啤酒花制成的颗粒啤酒花，其α-酸含量不受此要求限制。

2）β-酸2.0%为推荐值。

二、麦芽质量的要求

1.外观特征

干麦芽应无霉味，呈浅黄色，具有香味，口咬发脆且松散。

麦芽色泽是判断麦芽质量优劣的重要依据。

2.化学检验及指标

①水分4.0～5.0%，蛋白质含量为10.0～10.8%

②粗、细粉浸出率差1.3～1.65%

③细粉的碘值﹤2.8，最终发酵度﹥80%

④蛋白质溶解度为40～42%

⑤PH值为5.6～5.8

⑥煮沸色度≤5.0EBC

⑦α-淀粉酶≥40ASBC单位

三．糖化用水的质量要求

①要求水的总硬度不超过4.28mmol/L,硬度过高会使糖化醪的酸度降低，从而影响糖化和发酵。

②铁离子浓度小于0.5mg/L,氯离子浓度属于20~60mg/L，氯气小于0.3mg/L，氨基氮小于0.5mg/L。

③卫生指标要求细菌总数不得超过100个/ml，不得有大肠杆菌和八叠球菌。

第二节啤酒工艺流程

水酒花酵母

↓↓↓

原料粉碎糖化过滤煮沸冷却发酵滤酒验瓶杀菌贴标喷码装箱入库

一、酿造啤酒的原料

酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花及辅料。

大麦是啤酒生产的重要原料，先将起制成麦芽，再用于酿酒。

它不仅淀粉含量高而且还为糖化时提供了各种丰富的酶系和含氮物质，这为后发酵过程提供了良好的物质基础。

水是啤酒含量最多的成分，在酿造的过程中，水中的各种离子的作用是不可低估的，在一定程度上影响酵母的生产和啤酒的质量。

酒花对啤酒的质量非常重要，它不仅赋予啤酒特殊的苦味，同时也影响啤酒的苦味与香气。

对啤酒发酵而言酵母的作用是至关重要的，它直接影响着啤酒的口味和特点。

使用辅料是为了提供廉价的浸出物或糖类，这样会减少麦芽的使用量，降低啤酒生产的成本。

二、麦芽的制备

制麦芽的目的是为了产生出各种水解酶便于糖化时便于淀粉和蛋白质的水解。

所制得的麦芽不仅除掉了更多的水分和生腥味，而且干麦芽具有了特色的色，香，味，对啤酒的风味产生了很大影响，这就比直接用大麦粒做糖化原料好。

三、麦汁的制备

其主要过程有原料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。

1．原料的粉碎采用湿法粉碎。

湿粉碎就是将麦芽通过喷水浸渍和充以空气使其水分达到28—30％，然后在增加水分的条件下，用对辊粉碎机粉碎，一面粉碎，一面加水调浆，泵入糖化锅。

这样的粉碎物，麦皮完整，面胚乳则被磨成浆状细粒，既有利于加速麦汁过滤，又可增加麦芽浸出率。

2．利用麦芽所含的酶，将麦芽和麦芽辅助原料申的不溶性高分子物质，逐步分解为可溶性的低分子物质，这个分解过程，称为糖化，由此制备的浸出物溶液就是麦芽汁。

本设计中的糖化方法采用的是双醪二次煮出糖化法。

麦芽在糖化锅中进行蛋白质分解，辅助原料大米与一部分麦芽在糊化锅进行糊化和液化然后兑醪，达到所需要的糖化温度。

糊化锅中投入大米为总麦芽量的20%，料液比为1：

5。

糊化醪开始的温度为45～50℃，保温30min，蛋白质分解。

缓慢升温至70℃，α-淀粉酶的作用增强，非糖化比例增加。

再保温15min，迅速加热至沸，保持煮沸状态20～40min，然后兑入糖化醪中。

糖化锅中的料水比为1：

3.5。

为了防止麦芽中各种酶因高温而引起破坏，糖化时的温度变化一般是由低温逐步升至高温的。

糖化的不同阶段所采取的控制温度也不同。

控制方法如下：

（1）35～40℃浸渍阶段：

此时的温度称浸渍温度，有利于酶的浸出和酸的形成，并有利于β-葡聚糖的分解。

（2）45～-55℃蛋白质分解阶段：

此时的温度称为蛋白质分解温度，温度偏向下限，氨基酸生成量相对多一些，温度偏向上限，可溶性氮生成量较多一些。

对溶解不良的麦芽，温度应控制偏低，并延长蛋白质分解时间。

（3）62～70℃糖化阶段：

此时的温度称为糖化温度，若控制在62～65℃温度下生成的可发酵性糖比较多，非糖的比例相对较低，适于制造高发酵度啤酒。

若控制在65～70℃，则麦芽的浸出率相对减少，非糖化比例增加，适于制造低发酵度的啤酒。

通过控制糖化阶段的温度，可以控制麦汁中糖与非糖之比。

（4）75～80℃，糊精化阶段：

此时温度下，α-淀粉酶仍起作用，残留的淀粉可进一步分解。

而其它的酶则受到抑制或失活。

两次糖化煮出法大概用时3～4小时。

3．糖化工序结束后，应在最短时间内，将糖化醪中从原料溶出的物质与不溶性的麦槽分开，以得到澄清的麦汁。

本设计中采用的是过滤槽过滤麦汁。

淡色啤酒的第一道麦汁过滤后的浓度必须控制在14～16%。

第一麦汁滤出后，用水将麦糟中残留的糖液洗出，其所用的水称洗槽用水，洗出的浸出物称第二麦汁。

洗槽用水要求温度为75～80℃，洗槽残水浓度为0.5～1.5%。

4．麦汁过滤后先进入一贮槽再进入煮沸锅煮沸和添加酒花。

煮沸的主要目的：

①破坏酶的活性，使之停止作用。

②麦汁灭菌。

③析出某些蛋白质，以提高啤酒的非生物稳定性。

④蒸发混合麦汁中多余的水分。

⑤酒花成分的浸出。

⑥降低PH值。

⑦形成还原物质，煮出恶味。

采用的是蒸汽常压煮沸法，为缩短煮沸操作时间，当麦芽汁盖满煮沸锅的加热器后，即开始加热。

并在80℃保持30min，让α-淀粉酶将残存的淀粉分解完全。

在全部麦芽汁煮沸后，继续煮沸60～90min，并始终保持强烈的翻腾状态，此期间按时添加酒花并经常取样检查煮沸质量。

酒花采用三次添加法，在麦汁初沸时，添加全量的10%，防止麦汁起泡沫。

间隔二十分钟后，再次添加。

在煮沸终了前5～10分钟添加最后一批香型酒花或质量比较好的酒花。

5．麦芽汁用于发酵前还要去除热凝固物和冷凝固物，也就是麦芽汁的澄清。

设计中使用的回旋沉淀槽除去热凝固物。

接着用薄板冷却器让麦芽汁冷却，一方面是为了达到发酵温度6～7℃，另一方面使大量的冷凝固物析出。

四、啤酒的发酵

洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。

随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。

整个发酵过程可以分为：

酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。

酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，所以在用薄板冷却器冷却麦汁时需在出口管道中安装文丘里管，用来对麦芽汁充氧。

人工培养的酵母将麦芽汁中可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳，生产出啤酒。

发酵在八个小时内发生并以加快的速度进行，积聚一种被称作"皱沫"的高密度泡沫。

这种泡沫在第3或第4天达到它的最高阶段。

从第5天开始，发酵的速度有所减慢，皱沫开始散布在麦芽汁表面，必须将它撇掉。

酵母在发酵完麦芽汁中所有可供发酵的物质后，就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。

随之温度逐渐降低，在8～10天后发酵就完全结束了。

整个过程中，需要对温度和压力做严格的控制。

当然啤酒的不同、生产工艺的不同，导致发酵的时间也不同。

通常，贮藏啤酒的发酵过程需要大约6天，淡色啤酒为5天左右。

发酵结束以后，绝大部分酵母沉淀于罐底。

将这部分酵母回收起来以供下一罐使用。

除去酵母后，生成物"嫩啤酒"被泵入后发酵罐（或者被称为熟化罐中）。

在此，剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐成熟。

成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在7～21天。

经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去，就成为待包装的清酒。

第四章物料衡算

啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦芽、大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。

第一节数据准备

一、糖化车间工艺流程示意图

水、蒸汽

↙↘

麦芽、大米→粉碎→糊化→糖化→过滤→麦汁煮沸锅→酒花渣分离器→

↓↓

麦糟酒花糟

回旋沉淀槽→薄板冷却器→到发酵车间

↓↓

热凝固物冷凝固物

二、工艺技术指标及基础数据

根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的损失等数据如表1所示。

表1啤酒生产基础数据

项目

名称

百分比（%）

项目

名称

百分比（%）

定

额

指

标

无水麦芽

浸出率

75

原料配比

麦芽

76.5

大米

23.5

无水大米

浸出率

92

啤酒损失率（对热麦汁）

冷却损失

2.5

发酵损失

1.5

原料利用率

96.5

装瓶损失

0.3

麦芽水分

5.5

过滤损失

0.2

大米水分

12.5

总损失

4.5

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35000t╱a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。

第二节物料衡算

一、100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产12°淡色啤酒的物料衡算

（1）热麦汁计算根据表1可得到原料收得率分别为：

麦芽收率为：

0.75×（100-5.5）÷100=70.88%

大米收率为：

0.92×（100-12.5）÷100=80.5%

混合原料收得率为：

（0.765×70.88%+0.235×80.05%）×96.5%=65.19%

由上述可得100kg混合料原料可制得的12°热麦汁量为：

65.19÷12×100=543.25（kg）

查资料知12°麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：

543.25/1.084×1.04=521.20（L）

（2）冷麦汁量为：

521.20×（1-0.025）=508.17（L）

（3）发酵液量为：

508.17×（1-0.015）=500.55（L）

（4）过滤酒量为：

500.55×（1-0.002）=499.55（L）

（5）成品啤酒量为：

499.55×（1-0.003）=498.05（L）

二、生产1000L12°淡色啤酒的物料衡算

根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°淡色成品啤酒498.05L，故可得以下结果：

（1）生产1000L12°淡色啤酒需耗混合原料量为：

（1000/498.05）×100=200.78（kg）

（2）麦芽耗用量为：

200.78×75%=150.59（kg）

（3）大米耗用量为：

200.78-150.59=50.19（kg）

（4）酒花耗用量：

对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：

（521.20/498.05）×1000×0.2%=2.09（kg）

（5）热麦汁量为：

（521.20/498.05）×1000=1046.48（L）

（6）冷麦汁量为：

（508.17/498.05）×1000=1020.32（L）

（7）湿糖化糟量设排出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽