发酵工厂工艺设计Word下载.docx

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主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质，应用糖类发酵合成细胞并产生热量。

此时糖降比较缓慢，而氨基酸下降迅速。

由于有机酸和麦汁缓冲物质减少，PH下降迅速。

酵母达到最高浓度时，糖降最快，每天外观浓度降可达1.5～2.0°

P。

此阶段大量废热产生，必须进行冷却。

发酵度达到酵母凝聚点时（一般发酵度在35%～45%），酵母开始凝聚，发酵液中悬浮酵母细胞数开始下降，糖降速率随之降低。

为凝聚和保存凝聚酵母的活性，发酵后期应逐步降低温度，使发酵温度趋近后酵母温度。

3．后发酵和储酒:

过滤麦汁经主发酵后的发酵液较嫩啤酒，又叫新啤酒。

此时酒的二氧化碳含量不足，口味不成熟，不适于饮用。

啤酒的成熟和澄清均在后发酵期中完成。

后发酵的作用:

①嫩啤酒中残留的可发酵性糖性糖继续发酵，产生的二氧化碳在密闭的贮酒容器中，不断溶解酒内，使之达到饱和状态。

②后发酵初期产生的CO2在排出贮酒罐外时，降去酒内所含的一些酒类的挥发性成分，如乙醛，硫化氧，双乙酰等同时排出，减少啤酒的不成熟味觉，加快啤酒成熟。

③在较长的后发酵期中，悬浮的酵母，冷凝固物和酒花树脂等。

在低温和低PH值的情况下，缓慢沉淀下来，使啤酒逐渐澄清。

④在较低的贮酒温度下，一些易形成混浊的蛋白质－单宁复合物逐渐析出而先行沉淀下来或被过滤除去，改善了啤酒的非生物稳定性，从而提高了成品啤酒的保存期。

4.圆筒体锥底发酵罐发酵及其工艺:

①发酵方法分类：

主要分单酿罐发酵和两罐法发酵两种。

本次设计选择单酿罐法发酵。

②设备的结构特点：

⑴设备的外型特点：

外筒体蝶形或拱形盖，锥形体底，罐筒体壁和锥底有各种形式的冷却夹套。

单酿罐一般的D：

H=1:

1-5。

发酵罐底角，考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，取排出角73-75°

。

⑵罐材料：

大型C.C.T均采用碳钢加涂料或是不锈钢两种材料。

⑶冷却夹套：

国内C.C.T大多用低温低压（-3℃,0.03MPa）液态冷媒在半圆管，弧形管的夹套，或米勒板式夹套内流动换热。

冷却夹套的单酿罐内一般分三段：

上段距发酵液面15cm向下排列，中段在筒体的下部距支座15cm向上排列，锥底段尽可能接近排酵母口，向上排列。

⑷隔热层和防护层：

绝热材料常用绝热材料聚酰氨树脂或自熄式聚苯乙烯泡沫。

外防护层采用0.7-1.5mm厚的合金铝板或0.5-0.7mm的不锈钢板，特别是瓦楞型板更受欢迎。

⑸罐主要附件：

智能型铂温度传感器，清洗取样阀，安全阀，真空破坏阀，CIP执行机构，上视镜，灯镜，空气和二氧化碳排出管装置。

圆筒体锥底发酵罐发酵工艺：

⑴进罐方法：

采用直接进罐方法。

⑵接种量和起酵温度：

麦汁直接进罐法，为了缩短起酵时间，大多采用较高接种量，0.6%～0.8%，接种后细胞浓度为（15加或减3）×

106个/ml。

麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度2～3℃。

目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。

⑶主发酵温度：

采用低温发酵⑷VDK还原：

在大罐发酵中，后发酵一般称VDK还原阶段。

VDK还原初期一般不排放酵母，也就是发酵全部酵母参与VDK还原，这可缩短还原时间。

⑸冷却、降温：

VDK还原终点是根据成品啤酒应VDK的含量而定。

⑹罐压控制：

利用N2备压0.6～0.8Mpa。

⑺酵母的排放和收集：

酵母回收循环使用五代。

工艺计算

我国啤酒质量标准为GB4927-1991，实验方法GB4928-1991[8]。

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≤0.1

根据表1的基础数据，先进行100kg原料生产12°

P啤酒的物料衡算，然后进行100L12°

P啤酒的物料衡算，最后进行10000t/a啤酒厂的物料衡算。

表1

项目

名称

百分比%

名称

定额指标

原料利用率

98.5

原料配比

麦芽

75

麦芽水分

6

大米

25

大米水分

13

啤酒损失率

冷却损失

7.5

无水麦芽浸出率

发酵损失

1.6

我水大米浸出率

92

过滤损失

1.5

麦芽清静和磨碎损失

0.1

瓶装损失

2

总损失

12.6

以100kg原料（75%麦芽，25%大米）为基准

（1）热麦汁量根据表1可得原料收得率分别为：

原料麦芽收得率为：

0.75（100-6）÷

100=70.5%

原料大米收得率为：

0.92（100-13）÷

100=80.04%

混合原料收得率为

（0.75×

70.5%+0.25×

80.04%）×

98.5%=71.79%

由上述可得100kg混合原料可制得的12°

P热麦汁量为：

（71.79÷

12）×

100=598.3（kg）

又知12°

P麦汁在20℃时的密度为1.084kg/L，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：

（598.3÷

1.084）×

1.04=574（L）

（2）冷麦汁量574×

（1-0.075）=531（L）

（3）发酵液量531×

（1-0.016）=522.5（L）

（4）过滤酒量522.5×

（1-0.015）=514.7（L）

（5）成品啤酒量514.7×

（1-0.02）=504.4（L）

以100L12°

P淡色啤酒为基准根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°

P淡色啤酒约504.4L，故可得下述结果：

（1）生产100L12°

P淡色啤酒需耗混合原料量

（100/504.4）×

100=19.83（kg）

（2）麦芽耗用量19.83×

75%=14.87（kg）

（3）大米耗用量19.83×

25%=4.96（kg）

（4）酒花耗用量对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：

（574/504.4）×

100×

0.2%=0.228（kg）

（5）热麦汁量（574/504.4）×

100=103.8（L）

（6）冷麦汁量（531/504.4）×

100=105.3（L）

（7）发酵液量100×

（522.5/504.4）=103.59（L）

（8）过滤酒量100×

（514.7/504.4）=102.04（L）

（9）成品酒量100×

（504.4/504.4）=100（L）

（10）湿糖化糟量：

设排出的湿麦糟水分含量为80%，则湿度糟量为：

14.87×

（1-0.06）×

（100-75）÷

（100-80）=17.47（kg）

湿大米槽量为：

4.96×

（1-0.13）×

（100-92）÷

（100-80）=1.73（kg）

故湿糖化槽量为：

17.47＋1.73=19.2（kg）

（11）湿酒花糟量：

设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：

（12）酵母量（以商品干酵母计）

生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg。

湿酵母泥含水分85%

酵母含固形物量:

则含水分7%的商品干酵母量为：

（13）.二氧化碳量

因12°

P冷麦汁密度为1.084kg/L，则105.3L冷麦汁质量为：

所以，12°

P冷麦汁114.15kg中浸出物量为：

12%×

105.3=12.64（kg）

设麦汁的真正发酵度为80%，则可发酵的浸出物量为：

12.64×

80%=10.11（kg）

麦芽糖发酵的化学反应式为：

C12H22O11+H2O2C6H12O6

2C6H2O64C2H5OH+4CO2+560kJ

设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量为：

式中44—CO2分子量

342—麦芽糖（C12H22O11）分子量

设12°

P啤酒含二氧化碳为0.35%，酒中含CO2量为：

105.3×

0.35=0.37（kg）

则释放出的CO2量为：

5.20-0.37=4.83（kg）

而1m3CO2在20℃常压下重1.832kg

故释放出的CO2的体积为：

每年生产320天，淡季160天，每天糖化四次；

旺季160天，每天糖化八次。

故得知一年共糖化1920次，年产17.4万吨，所以每次糖化产酒量为

174000÷

1920=90.625

计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。

（1）年实际生产啤酒量：

（1-0.126）=199084.67（t）

（2）清酒产量：

199084.67÷

（1－0.02）=203147.62（t）

（3）发酵液总量：

203147.62÷

（1－0.015）=2236698.09（t）

（4）冷麦汁量

：

2236698.09÷

（1－0.016）=2273067.17（t）

（5）煮沸后热麦汁量：

2273067.17÷

（1－0.075）=2457369.91（t）

20℃麦汁体积：

2457369.91÷

1.04=2362855.682（t）

12°

P麦汁质量为（20℃）：

2362855.682×

1.084=2561335.559（t）

（6）干酵母用量：

0.16×

（199084.67÷

100）=318.535472（t）

（7）二氧化碳用量：

2.6×

100）=5176201.42

年产17.4万吨啤酒工厂物料衡算表

物料名称

单位

对100kg混合原料

100L12°

P淡色啤酒

糖化一次定额量

混合原料

Kg

100

19.46

19635.625

60

11.68

10585

40

7.78

7050.625

酒花

1.22

0.2276

206.2625

热麦汁

L

584.92

103.82

94086.75

冷麦汁

541.05

105.28

95410

湿糖化糟

84.42

16.43

14889.6875

湿酒花糟

3.66

0.683

618.96875

清酒液

524.41

102.04

92473.75

成品啤酒

513.92

90625

干酵母

0.16

145

二氧化碳

m3

2.6

2356.25

备注：

P淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒为171936759L

啤酒生产热力衡算

根据工艺，糊化锅加水量为：

G1=（3898.990+779.80）×

4.5=21054.555kg

式中，3898.990为糖化一次大米粉量，779.80为糊化锅加入的麦芽量（为

大米量的20%）。

糖化锅加水量为：

G2=5068.69×

3.5=17740.415kg

式中，5068.69为糖化一次麦芽粉量，即（5848.489-779.8）kg，而5848.489为糖化一次麦芽定额量。

故糖化总用水量为：

Gw=G1+G2=21054.555+17740.415=38794.97kg

自来水平均温度取t1=18℃，而糖化配料用水温度t2=50℃，故耗热量为：

Q1=（G1+G2）cw（t2-t1）=5189215.187kJ

第一次米醪煮沸耗热量Q2

Q2=Q21+Q22+Q23

1.糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热Q21Q21=G米醪c米醪（100-t0）

（1）计算米醪的比热容c米醪根据经验公式c谷物=0.01[（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]=1.708kJ/（kg·

K）c大米=0.01[（100-13）1.55+4.18×

13]=1.891kJ/（kg·

K）c米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+G1cw）/（G大米+G麦芽+G1）=（3898.990×

1.891+779.8×

1.708+21054.555×

4.18）÷

（3898.990+779.8+21054.555）=3.758kJ/（kg·

K）

（2）米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则t0=[（G大米c大米+G麦芽c麦芽）×

18+G1cw×

50]/G米醪c米醪=47.12℃其中：

G米醪=3898.990+779.8+G1=25733.345kg（3）把上述结果代回Q21=G米醪c米醪（100-t0），得

-13-Q21=25733.345×

3.758（100-47.12）=5113808.548kJ2.煮沸过程蒸汽带出的热量Q22设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分为：

V1=G米醪×

5%×

40÷

60=857.778kg故Q22=V1I=857.778×

2257.2=1936176.502kJ式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（kJ/kg）。

3．热损失Q23米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的15%，即：

Q23=15%（Q21+Q22）4.由上述结果得：

Q2=1.15（Q21+Q22）=8107482.807kJ

第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t。

1.糖化锅中麦醪的初温t麦醪已知麦芽粉初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：

t麦芽=（G’麦芽c麦芽×

18+G2cw×

50）/G麦醪c麦醪=（5068.69×

1.708×

18+17740.415×

4.18×

50）/（22809.105×

3.631）=46.65℃其中：

G麦醪=G’麦芽+G2=5068.69+17740.415=22809.105kgc麦醪=（G’麦芽c麦芽+G2cw）/（G’麦芽+G2）=（5068.69×

1.708+17740.415×

4.18）/（5068.69+17740.415）=3.631kJ/（kg·

K）2.根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：

t=（G混合c混合t混合-G麦醪c麦醪t麦醪）/G’米醪c米醪=（48542.45×

3.765×

63-22809.105×

3.631×

46.65）/（24875.567×

3.758）=81.84℃其中：

G’米醪=G米醪－V1=25733.345-857.778=24875.567kgG混合=G米醪+G麦醪=25733.345+22809.105=48542.45kgc混合=（G米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G’米醪+G麦醪）=（25733.345×

3.758+22809.105×

3.631）/（24875.567+22809.105）

-14-=3.765kJ/（kg·

K）因此温度比煮沸温度只低20℃左右，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。

3.Q3=G混合c混合（70－63）=1279336.27kJ（四）第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知：

Q4=Q41+Q42+Q431.混合醪升温至沸腾所耗热量Q41

（1）经第一次煮沸后米醪量为：

G’米醪=G米醪－V1=25733.345-857.778=24875.567kg糖化锅的麦芽醪量为：

G麦醪=G’麦芽+G2=5068.69+17740.415=22809.105kg故进入第二次煮沸的混合醪量为：

G’混合=G’米醪+G麦醪=24875.567+22809.105=47684.672kg

（2）根据工艺，糖化结束醪为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪量为=G’混合（78－70）/[G’混合（100－70）]=26.67%（3）麦醪的比热容c麦醪=（G’麦芽c麦芽+G2cw）/（G’麦芽+G2）=（5068.69×

K）混合醪的比热容：

c’混合=（G’米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G’米醪+G麦醪）=（24875.567×

3.631）/（24875.567+22809.105）=3.697kJ/（kg·

K）（4）故Q41=26.67%G’混合c’混合（100－70）=1410498.149kJ2.二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42煮沸时间为10min，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为：

V2=26.67%G’混合×

10÷

60=105.98kg故Q42=IV2=2257.2×

105.98=239218.056kJ式中，I为煮沸下饱和蒸汽焓（kJ/kg）。

3.热损失Q43根据经验有：

Q43=15%（Q41+Q42）

-15-4.把上述结果代回Q4=Q41+Q42+Q43得Q4=1.15（Q41+Q42）=1897173.636k

麦汁煮沸过程耗热量Q6Q6=Q61+Q62+Q631.麦汁升温至沸点耗热量Q61有表5-2糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到609.66kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃。

则进入煮沸锅的麦汁量为：

G麦汁=9747.475×

609.66÷

100=59426.456kg又c麦汁=（5848.489×

1.708+3898.99×

1.891+9747.475×

6.4×

4.18）/（9747.475×

7.4）=3.856kJ/（kg·

K）故Q61=G麦汁c麦汁（100-70）=6874452.43kJ2.煮沸过程蒸发耗热量Q62煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：

V3=59426.456×

10%×

1.5=8913.97kg故Q62=IV3=2257.2×

8913.97=20120613.08kJ3.热损失为Q63=15%（Q61+Q62）4.把上述结果代回Q6=Q61+Q62+Q63可得出麦汁煮沸总耗热Q6=115%（Q61+Q62）=31044325.34kJ

糖化一次总耗热量Q总

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=5885233.53（KJ）

啤酒生产主要设备工艺计算

本设计采用锥底圆柱形发酵罐，目前国内几乎所有的厂家都用这种发酵罐。

发酵罐的个数为：

N=[（t³

n）/A]+4

式中：

t-发酵周期

N-每天糖化的次数（按旺季计算）

A-每个发酵罐可以容纳的麦汁的批次数

4-周转量数

根据工艺，规定4锅麦汁进1个发酵罐，每天最大糖化次数为8次，啤酒生产周期为24天，

则有N=[（24³

8）/4]+4=52（个）

发酵罐的基本尺寸

容积糖化一次可得冷麦汁量为94086.75L，4锅进一个发酵罐，则有效容积V=94.08675×

4=376.347m3，取填充系数为0.8，以便为泡沫提供预留空间，则总容积

V总=376.347/0.8=470.43m3,取471m3

发酵罐的直径径高比一般以（1:

3）-（1:

4）为宜，此处取H:

D=4:

1，圆锥底角一般为70-75°

，这里选圆锥底角＠为74°

，则锥高：

h=D/（2tanα/2）,

5发酵罐的设计-49-

总，代入相关数据得D=5.26m,H=21m，h=3.49m5.2.3发酵罐总高封头高取h0=D/4,故h0=5.26/4=1.315m,H总=H+h0+h=21.00+1.31+3.49=25.8m

发酵罐的材料锥形发酵罐置于露天环境，要进行良好的保温，以降低生产中的耗冷量，所用保温材料要求热导率低，密度小，吸水率低，不易燃烧。

聚苯乙烯泡沫塑料式最佳绝缘材料，但价格较高，聚苯胺树脂价格较便宜，可现场发泡喷涂，施工方便，但易燃。

两种材料的保温厚度为15-20cm，膨胀珍珠岩因易吸水，保温性能要差一些，但价格低廉，使用厚度为20-25cm为宜，结合本设计实际情况，综合考虑选价格中等的聚酰胺树脂作为保温材料。

保温材料外部设防护层，采