年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺方案设计书.docx
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年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺方案设计书
一、啤酒生产相关知识简介
1.1 啤酒酿造工艺流程
图1 啤酒酿造图
1:
原料贮仓
2:
麦芽筛选机
3:
提升机
4:
麦芽粉碎机
5:
糖化锅
6:
大M筛选机
7:
大M粉碎机
8:
糊化锅
9:
过滤槽
10:
麦糟输送
11:
麦糟贮罐
12:
煮沸/回旋槽
13:
外加热器
14:
酒花添加罐
15:
麦汁冷却器
16:
空气过滤器
17:
酵母培养及添加罐
18:
发酵罐
19:
啤酒稳定剂添加罐
20:
缓冲罐
21:
硅藻土添加罐
22:
硅藻土过滤机
23:
啤酒清滤机
24:
清酒罐
25:
洗瓶机
26:
罐装机
27:
啤酒杀菌机
28:
贴标机
29:
装箱机
1.2酿造啤酒的原料
酿造啤酒的主要原料是大麦,水,酵母,酒花。
1.3 麦汁的制备
其主要过程有原辅料粉碎,糖化,醪液过滤,麦汁煮沸,麦汁后处理等几个过程。
啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒,因此,麦汁的颜色,芬香味、麦汁组成有一些会影响啤酒的风味、有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味。
麦汁组成中影响发酵的主要因子是:
原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、α-氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。
1.4 啤酒的发酵
冷却后的麦汁添加酵母以后,便是发酵的开始,整个发酵过程可以分为:
酵母恢复活力阶段,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,以麦汁中的氨基酸为主要的氮源,可发酵糖为主要的碳源,进行呼吸作用,并从中获取能量而发生繁殖,同时产生一系列的代谢副产物,此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。
二、30000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算
啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要工程为原料(麦芽、大M)和酒花用量,热麦汁和冷麦汁量,废渣量(糖化槽和酒花槽)等。
2.1糖化车间工艺流程示意图
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。
图2啤酒厂糖化车间工程流程示意图
2.2工艺技术指标及基础数据
根据表1的基础数据,首先进行100kg原料生产10°淡色啤酒的物料计算,然后进行100L10°淡色啤酒的物料衡算,最后进行30000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
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
78
原料配比
麦 芽
70
大 M
30
无水大M
浸出率
90
啤酒损失率(对热麦汁)
冷却损失
7
发酵损失
2
原料利用率
98
过滤损失
1
麦芽水分
6
装瓶损失
2
大M水分
12
总损失
12
2.3100kg原料(70%麦芽,30%大M)生产10°淡色啤酒的物料衡算
(1)热麦计算 根据表1可得到原料收率分别为:
麦芽收率为:
78%×(100-6)%=73.32%
大M收率为:
90%×(100-12)%=79.2%
混合原料收得率为:
(0.70×73.32%+0.30×79.2%)98%=73.58%
由上述可得100kg混合料原料可制得的10°热麦汁量为:
(73.58%×100)÷10%=735.8(kg)
又知10°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:
735.8÷(1.084×1000)×1000×1.04=705.93(L)
(2)冷麦汁量为:
705.93×(1-0.07)=656.52(L)
(3)发酵液量为:
656.52×(1-0.02)=643.39(L)
(4)过滤酒量为:
643.39×(1-0.01)=636.95(L)
(5)成品啤酒量为:
636.95×(1-0.02)=624.22(L)
2.4生产100L10°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10°淡色成品啤酒624.22L,故可得以下结果:
(1)生产100L10°淡色啤酒需耗混合原料量为:
(100/624.22)×100=16.02(kg)
(2)麦芽耗用量为:
16.02×70%=11.21(kg)
(3)大M耗用量为:
16.02-11.21=4.81(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%,故为:
(100/624.22)×735.8×0.2%=0.24(kg)
(5)热麦汁量为:
(16.02/100)×705.93=113.09(L)
(6)冷麦汁量为:
(16.02/100)×656.52=105.18(L)
(7)湿糖化糟量 设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为80%,则湿麦芽糟量为:
[(1-0.06)(100-78)/(100-80)]×11.21=11.59(kg)
而湿大M糟量为:
[(1-0.12)(100-90)/(100-80)]×4.81=2.12(kg)
故湿糖化糟量为:
11.59+2.12=13.71(kg)
(8)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:
[(100-40)/(100-80)]×0.24=0.72(kg)
2.530000t/a10°淡色啤酒酿造车间物料衡算表
设生产旺季每天糖化8次,而淡季则糖化4次,每年总糖化次数为1800次。
由此可计算出每次投料量及其他工程的物料平衡。
把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啤酒厂酿造车间物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L10°度淡色啤酒
糖化一次定额量
30000t/a啤酒生产
混合原料
Kg
100
16.02
2638.34
4.75×106
大麦
Kg
70
11.21
1846.84
3.325×106
大M
Kg
30
4.81
791.5
1.425×106
酒花
Kg
1.50
0.24
39.53
7.12×104
热麦汁
L
705.93
113.09
18628.71
33.53×106
冷麦汁
L
656.52
105.18
17324.7
31.19×106
湿糖化糟
Kg
72.35
11.59
1909.24
3.44×106
湿酒花糟
Kg
4.50
0.72
118.60
2.13×105
发酵液
L
643.39
103.07
16978.35
30.56×106
过滤酒
L
636.95
102.04
16808.4
30.26×106
成品啤酒
L
624.22
100.00
16469.04
29.64×106
备注:
10度淡色啤酒的密度为1012kg/m3
三、30000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺,下面就以为基准进行糖化车间的势量衡算。
工程流程示意图如图2所示,其中的投料量为糖化一次的用料量(计算参表2)
3.1 糖化用水耗热量Q1
根据工艺,糊化锅加水量为:
G1=(791.5+158.3)×4.5=4274.1(kg)
式中,791.5kg为糊化一次大M粉量,158.3kg为糊化锅加入的麦芽粉量(为大M量的20%)
图3啤酒厂糖化工艺流程图
而糖化锅加水量为:
G2=1688.54×3.5=5909.89(kg)
式中,1688.54kg为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量,即1846.84-158.3=1688.54(kg)
而1846.84kg为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为:
GW=G1+G2=4274.1+5909.89=10183.99(kg)
(1)
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=(G1+G2)cw(t1-t2)=10183.99×(50-18)4.18=1362210.5(KJ)
(2)
3.2 第一次M醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图(图3)可知:
Q2=Q21+Q22+Q23 (3)
3.2.1糖化锅内M醪由初温t0加热到100℃的耗热量Q21
Q21=GM醪CM醪(100-t0) (4)
(1) 计算M醪的比热容GM醪根据经验公式G容物=00.1[(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M=0.01[(100-12)1.55+4.18×12]=1.87KJ/(Kg·K)
CM醪=(G大Mc大M+G麦芽c麦芽+G1cw)/(G大M+G麦芽+G1) (5)
=(791.5×1.87+158.3×1.71+4274.1×4.18]/(791.5+158.3+4274.1)
=3.76KJ/(Kg·K)
(2)M醪的初温t0设原料的初温为18℃,而热水为50℃,则
t0 =[(G大Mc大M+G麦芽c麦芽)×18+G1cw×50]/(GM醪CM醪) (6)
=[(791.5×1.87+158.3×1.71)×18+4274.1×4.18×50]/(5183.9×3.76)
=47.5℃
其中GM醪 =791.5+158.3+4274.1=5183.9(kg)
(3)把上述结果代如1中,得:
Q21=5183.9×3.76(100-47.5)=1023301.86KJ
3.2.2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%,则蒸发水量为:
V1=GM醪×5%×40/60=5183.9×5%×40/60=172.80Kg (7)
故Q22=V1I=172.80×2257.2=390036.637KJ (8)
式中,I为煮沸温度(约为100℃)下水的汽化潜热(KJ/Kg)
3.2.3热损失Q23
M醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%,即:
Q23=15%(Q21+Q22) (9)
3.2.4由上述结果得:
Q2=1.15(Q21+Q22)=1.15(1023301.86+390036.637)=1625339.28KJ (10)
3.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3
按照糖化工艺,来自糊化锅的煮沸的M醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63℃,
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