食品工程原理课程设计.docx

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食品工程原理课程设计

目录

1、啤酒的背景.........................................3

2、啤酒生产工艺流程..................................5

3、啤酒生产的主要设备................................7

4、离心泵的选型.....................................12

5、心得体会........................................15

6、参考文献........................................16

一、啤酒的背景

（一）啤酒的历史

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。

啤酒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。

（二）啤酒的产品性质

啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。

啤酒于二十世纪初传入中国，属外来酒种。

啤酒是根据英语Beer译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。

啤酒是以大麦芽、酒花、水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。

其典型特征表现在多方面。

在色泽方面，大致分为淡色、浓色和黑色3种，不管色泽深浅，均应清亮、透明无浑浊现象；注入杯中时形成泡沫，应洁白、细腻、持久、挂杯；有独特的酒花香味和苦味，淡色啤酒较明显，且酒体爽而不淡，柔和适口，而浓色啤酒苦味较轻，具有浓郁的麦芽香味，酒体较醇厚；含有饱和溶解的二氧化碳，有利于啤酒的起泡性，饮用后有一种舒适的刺激感觉；应长时间保持其光洁的透明度，在规定的保存期内，不应有明显的悬浮物。

啤酒是一种含有碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质等平衡性良好的营养十分丰富的低酒精度的饮品，素有“液体面包”的美称。

科学研究表明，啤酒中含有人体所需的17种氨基酸，其中有8种不是人体所能合成的，人体必需氨基酸占12—22%，含有12种维生素（尤以B族维生素最突出）以及矿物质等多种营养素。

啤酒具有较高的热量，1L啤酒的热量可达1779KJ。

因此，早在1972年7月墨西哥召开的第9届世界营养食品会议上，啤酒就被正式推荐为营养食品。

（三）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。

此后﹐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后状态。

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。

当今，中国较具影响力的品牌有：

雪花啤酒、青岛啤酒、崂山啤酒等。

二、啤酒生产工艺流程

（一）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：

1、浸麦

使麦芽吸收发芽所需要的一定量水分的过程，称为大麦的浸渍，简称浸麦。

经浸渍后的大麦称为浸渍大麦。

浸麦是为了供给大麦发芽时所需的水分，给以充足的氧气，使之开始发芽。

与此同时还可洗涤麦粒，除去浮麦，除去麦皮中对啤酒有害的物质。

浸麦水最好使用中等硬度的饮用水，不得存在有害健康的有机物，应无漂浮物。

水中亚硝酸盐含量达到一定量时，对发芽有抑制作用。

水中含铁、锰过多，会使麦芽表面呈灰白色。

碱性的水，会提高皮壳的办渗透性，增加水的铁含量，限制沉降作用，甚至影响色泽。

大麦经浸渍后的含水百分率，称为浸麦度。

它既是浸麦效果的最终表现形式之一，又是大麦发芽的要素之一，成为制麦工艺关键的一个工艺控制点。

2、发芽

浸渍大麦在理想控制的条件下发芽，生成适合啤酒酿造所需要的新鲜麦芽的过程，称为发芽。

然后送入焙燥系统制成啤酒麦芽。

因此，发芽是一种生理生化过程。

大麦发芽的目的：

激活原有的酶；生成新的酶；物质转变。

发芽工艺条件主要控制浸麦度、发芽温度、发芽时间和通风。

发芽方式分地板式发芽和通风式发芽两大类，通风式发芽又有多种设备形式。

如箱式发芽、圆形制麦系统等。

传统的发芽放养是地板式发芽，即将浸渍后的大麦平摊在水泥地板上，人工翻麦，这种方式由于占地面积大、劳动强度大、不能机械化操作、工艺条件很难人工控制、受外界气候影响等，已不再采用。

通风式发芽料层厚，单位面积产量高，设备能力大，占地面积小，工艺条件能够人工控制，容易实现机械化操作，所以在国内已经完全取代了地板式发芽。

3、干燥

未干燥的麦芽称为绿麦芽，绿麦芽含水分高，不能贮存，也不能进入糖化工序，必须经过干燥。

通过干燥，可以使麦芽水分下降至5%以下，利于贮藏；终止化学—生物学变化，固定物质组成；去除绿麦芽的生青味，产生麦芽特有的色、香、味；容易除去麦根。

4、除根

根芽对啤酒酿造没有意义，并影响啤酒质量。

根芽吸湿性强，能够很快吸收环境的水分，使干燥麦芽含水量重新提高；根芽含有不良的苦味，影响啤酒的口味；根芽能使啤酒的色度增加。

所以麦芽干燥后应将根芽除掉。

（二）啤酒酿造工艺流程

酿造工艺流程描述：

糊化锅中加入52kg工艺水，加热至45℃；将已粉碎好的原料加入糊化锅中，在温度为70℃的条件下使α-淀粉酶充分作用，时间为20min；然后在100℃的条件下使淀粉充分糊化，提高浸出率，同时提供混合糖化醪升温所需的热量，时间为40min。

在糖化锅中加入96kg工艺水，加热至37℃；将已粉碎好的原料加入糖化锅中，在温度为50℃的条件下使羧肽酶充分作用，形成低分子含氮物质；然后将糊化锅醪液加入糖化锅中，并在65℃下保持30min，使β淀粉酶充分降解淀粉；然后在72℃下保持40min，让α淀粉酶充分分解淀粉，之后升温至78℃。

糖化锅醪液经过滤槽去除麦糟后，倒入煮沸锅加热煮沸，醪液的沸点为105℃，通过煮沸可以适当控制麦汁浓度在0.12-0.13之间；并能破坏酶的活性，终止生物化学反应；使蛋白质变性凝固；使酒花中的有效成分充分溶出。

煮沸过程的凝固的蛋白质在旋沉槽中沉淀除去；然后倒入发酵罐中进行发酵。

三、啤酒生产的主要设备

（一）主要设备

序号

设备名称

设备规格

备注

1

糊化锅

100L

用于加热煮沸大米或其他辅料粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化的设备。

2

糖化锅

200L

用于麦芽粉淀粉及蛋白质的分解，并与已糊化的辅料醪混合，维持醪液在一定的温度，使醪液进行淀粉糖化，以制备麦汁。

3

过滤槽

200L

用于过滤糖化后的麦醪，使麦汁与麦糟分开，得到清亮麦芽汁的设备。

4

煮沸锅

230L

用于过滤后麦汁煮沸和加入酒花，使麦汁达到一定浓度的设备。

5

旋沉槽

200L

用于煮沸后热凝固物的分离。

6

冷却器

用于发酵醪液的冷却，使醪液达到合适的发酵温度。

7

发酵罐

200L

用于啤酒发酵和部分冷凝固物的沉淀分离，在啤酒酵母参与下将可发酵性糖和氨基酸等分解成酒精。

8

硅藻土过滤机

用于过滤未分离完全的杂质，保证啤酒的口味。

9

清酒罐

200L

贮酒

（二）工艺指标

指标

单位

推荐值

备注

糊化锅

流量

自来水

Kg/h

270（开度：

50）

糊化锅进自来水流量

加热蒸气

Kg/h

10（开度：

50）

糊化锅加热蒸气流量

排液

Kg/h

254（开度：

50）

糊化锅向糖化锅排液流量

原料量

自来水

Kg

52.00

大米

Kg

10.00

麦芽

Kg

1.5（大米量的15%）

温度

温度1

℃

30

加热到30℃，有利于淀粉酶的浸出

温度2

℃

70

加热到70℃，有利于α-淀粉酶的作用

温度3

℃

100

辅料醪的煮沸称为预煮，预煮可进一步使淀粉充分糊化，提高浸出率，同时提供混合糖化醪升温所需的热量

压力

加热套压力

MPa

<0.3

反应时间

保持时间1

min

20

保证短链糊精成生

保持时间2

min

40

使淀粉充分糊化

糖化锅

流量

自来水

Kg/h

270（开度：

50）

糖化锅进自来水流量

糊化锅来料

Kg/h

254（开度：

50）

自糊化锅来料流量

加热蒸气

Kg/h

10（开度：

50）

糖化锅加热蒸气流量

排液

Kg/h

254（开度：

50）

糖化锅向过滤槽排液流量

原料量

自来水

Kg

96.00

麦芽

Kg

24.50

温度

温度1

℃

37

加热到30℃，有利于各种酶的浸出

温度2

℃

50

有利于羧肽酶的作用，低分子含氮物质的形成。

温度3

℃

65

保证最高量的麦芽糖形成

温度4

℃

72

保证最高量的麦芽糖形成

温度5

℃

78

麦芽a-淀粉酶和某些耐高温的酶的继续作用

压力

加热套压力

MPa

<0.3

反应时间

保持时间1

min

20

保证各种酶的充分浸出

保持时间2

min

40

保证含氮物质的充分转化

保持时间3

min

70

保证最高量的麦芽糖形成

过滤槽

流量

糖化锅来料

Kg/h

254（开度：

50）

自糖化锅来料流量

回流流量

Kg/h

200（开度：

50）

过滤槽回流量

排液

Kg/h

254（开度：

50）

过滤槽向煮沸锅排液流量

过滤时间

过滤时间

min

20

煮沸锅

流量

过滤槽来料

Kg/h

254（开度：

50）

自过滤槽来料流量

加热蒸气

Kg/h

10（开度：

50）

煮沸锅加热蒸气流量

排液

Kg/h

254（开度：

50）

煮沸锅向旋沉槽排液流量

温度

煮沸温度

℃

105

压力

加热套压力

MPa

<0.3

反应时间

保持时间1

min

90

旋沉槽

流量

煮沸锅来料

Kg/h

254（开度：

50）

自煮沸锅来料流量

排液

Kg/h

254（开度：

50）

旋沉槽向发酵罐排液流量

反应时间

旋沉时间1

min

30

发酵罐

流量

旋沉槽来料

Kg/h

254（开度：

50）

自旋沉槽来料流量

自来水

Kg/h

10（开度：

50）

换热器冷却自来水流量

冰水

Kg/h

10（开度：

50）

换热器冷却冰水流量

排液

Kg/h

2540（开度：

50）

发酵罐向清酒罐排液流量

原料量

酵母量

L

2

氧气量

mg/L

6~8

温度

前发酵

℃

9

前发酵温度

封罐

℃

12

封罐温度

后发酵

℃

0

后发酵温度

压力

前发酵

MPa

0.03

前发酵压力

封罐

MPa

0.14

封罐压力

后发酵

MPa

0.14

后发酵压力

发酵时间

前发酵

h

72~96

前发酵时间

封罐

h

96

封罐时间

后发酵

h

72~120

后发酵时间

清酒罐

流量

发酵罐来料

Kg/h

254（开度：

50）

自发酵罐来料流量

温度

贮酒温度

℃

0

压力

贮酒压力

MPa

0.14

四、离心泵的选型

（一）相关工艺参数

啤酒生产工艺设备中，倒醪泵是用来糊化醪和糖化醪输送到过滤槽的设备。

倒醪泵输送的是相对密度为1080Kg/m3的醪液，粘度约为5.17×104Pa·s，温度在78℃左右。

啤酒具有一定的腐蚀性，所以选用离心式耐腐蚀泵。

已知醪液需维持99的表压，泵的入口位置比水池液面高50m，吸入管路与压出管路中压头损失分别为0.6m和0.8m，管路中的动压头可以忽略。

（二）选管

由于在啤酒加工过程中，糊化，糖化进水、进料以及糖化锅到过滤槽进料都

使用同一个泵，而此过程流量最大是在糖化醪出料时的流量，因此选取流量

取流速u=9.02m/s

选用公称直径为100mm的YB231－70钢管，外径108mm，壁厚4mm.

实际流速

（三）流量和扬程

以得出

又

有：

（四）离心泵的选型

根据流量

与扬程H选择离心泵的型号：

8Sh—6

其性能参数是：

流量Q=234

扬程H=93.5m

转速n=2900r/min

轴功率N=79.6kW

电动机功率P=100kw

效率η=75%

允许吸上真空高度

=4.5m

叶轮直径D=282mm

（五）校核泵的性能参数

有：

=4.5+（10.33-10）-（3.64-0.24）

=1.43（m）

故泵的允许安装高度：

已知泵入口处动压头为0.1m

=1.43-0.1-0.6

=0.73（m）

该泵的实际安装高度应在0.73-0.5=0.23m以下。

（六）泵的效率计算

由

=0.0633×60.74×1080×9.81

=40.74kW

泵的效率：

=40.74/79.6

=51.18%

五、心得体会

食品工程原理这门课，从拿到书的那一刻起，就有一种无奈感。

其中的内容实在是复杂难懂，一直到现在，经过课程设计才有了一种拨开云雾的感觉。

从准备到结束，前前后后大约花了两个星期的时间吧。

这段时间在图书馆也借了不少相关书籍，林林总总的，不能说对离心泵设计掌握了多少，只是对这一方面的理解就不是从前可比的。

这一学期，杨老师的课很多，课堂要求也是比较严的。

经过这个课程设计，才深深的觉得老师的睿智，真的是不自己动手不知道，这门课的确有着十分深奥的学问。

本文中的离心泵选型是十分浅显理想的，数据也并不是十分科学。

在设计过程中，感触最深的就是，在生产实践中，任何一个设备的选型都有着方方面面的问题要考虑，某一个因素的遗失，对于生产线的运行可能是致命的。

由衷的对于这方面的工作人员产生一种神深深的敬佩，同时也觉得自己还有很多很多需要学习的地方，以后将会不断的学习进步。

六、参考文献

[1]（美国〕N.康索劳斯.离心泵的选择与评价[J].世界煤炭技术,1983,12.

[2]袁寿其，曹武陵，陈次昌，高良润.低比速离心泵的设计方法[J].江苏大学学报（自然科学版）,1992,4

[3]周先华.离心泵的宽流道设计法[J].农业机械学报,1997,S1.

[4]黄秀芗.离心泵的选型及电气控制[J].闽西职业大学学报,2005,1.

[5]李国志，曹忠辉.离心泵的选型与节能问题讨论[J].通用机械,2004,9.

[6]傅东.离心泵的选择[J].高等函授学报（自然科学版）,1999,2.

[7]马振利，刘振志.离心泵的优化选取[J].水泵技术,1993,6.

[8]曹武陵，袁寿其.全扬程离心泵的设计方法[J].江苏大学学报（自然科学版）,1992,1.