啤酒工艺计算

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第三章工艺计算

3.1.1 物料横算基础数据

根据表3-1的基础数据，先进行100kg原料生产11°P啤酒的物料衡算，然后进行100L11°P啤酒的物料衡算，最后进行800吨/天啤酒厂的物料衡算

表3-1啤酒生产基础数据

项目定额指标原料配比损失率总损失率

名称原料利用率麦芽水分大米水分无水麦芽浸出率无水大米浸出率

麦芽大米冷却损失发酵损失过滤损失装瓶损失啤酒总损失率

百分比﹪ 98.5 5.0 12 75 95 70 30 5.0 1.5 1.0 1.0 8.5

说明对热麦汁而言

对热麦汁而言

3.1.2 100㎏原料生产10°P啤酒的物料衡算

热麦汁量

根据表2-1可得原料收得率分别为：原料麦芽收得率为：

0.75(100-5)÷100=71.25% 原料大米收得率为：

0.95(100-12)÷100=83.6% 混合原料收得率为：

（0.7×71.25%+0.3×83.6%）×98.5%=73.83%

由上述可得100kg混合原料可制得10°P热麦汁量为：

（73.83÷10）×100=738.3（kg）

查《啤酒工业手册》得10°P麦汁在20°C的密度为1.04kg/L。而100°C热麦汁比20°C时的麦汁体积增加1.04倍。故，

1.热麦汁（100°C）体积为：

738.3÷1.04×1.04=738.3（L） 2.冷麦汁量为：

738.3×（1-0.05）=701.38(L) 3.发酵液量为：

701.38×（1-0.015）=690.86（L） 4.过滤酒量为：

690.86×（1-0.01）=683.95(L) 5.成品啤酒量：

683.95×（1-0.01）=677.11（L）

3.1.3生产100L 10°P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°P淡色啤酒约677.11L，故可得下述结果：

1.生产100L 10°P淡色啤酒需耗混合原料量为：

100÷677.11×100=14.77（kg）

2.麦芽耗用量：

14.77×70%=10.34（kg）

3.大米耗用量：

14.77×30%=4.43（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：

738.3÷677.11×100×0.2%=0.218（kg）

同理，100kg原料耗酒花：

677.11÷100×0.218=1.48(kg)

5.热麦汁量：

738.3÷677.11×100=109.04（L）

6.冷麦汁量：

701.38÷677.11×100=103.58（L）

7.发酵液量：

690.86÷677.11×100=102.03（L）

8.滤过酒量:

683.95÷677.11×100=101.01(L)

9.成品酒量：

677.11÷677.11×100=100（L）

10.湿糖化糟量：

设排出的湿麦糟含水分80% 湿麦芽糟量：

[(1-0.05)(100-75)/(100-80)] ×10.34=12.28（kg）

湿大米糟量：

[(1-0.12)(100-95)/(100-80)] ×4.43=0.97(kg)

故湿糖化糟量：12.28+0.97= 13.25（kg）同理，100kg原料产生湿糖化糟：

677.11÷100×13.25=89.72(kg)

11.酒花糟量：

设酒花在麦汁中的浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：

0.218?(100?40)?100?0.654kg(100?80)?100

同理，100kg原料产生湿酒花糟：

677.11÷100×0.654=4.43（kg）

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：

1×（100-85）÷100=0.15（kg）

则含水分7%的商品干酵母量：

0.15×100÷（100-7）=0.16（kg）

13.二氧化碳量：

因10°P冷麦汁密度为1.04kg/L，则103.58L冷麦汁质量为： 103.58×1.04=107.72（kg）

所以，10°P冷麦汁中浸出物量：103.58×10%=10.36（kg）

设麦汁的真正发酵度为80%，则可发酵的浸出物量：

10.36×80%=8.29（kg）

麦芽糖发酵的化学反应式为：

C12H22O11+H2O→2C6H12O6

2C6H2O6→4C2H5OH+4CO2+56KJ

设麦芽汁中的浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量： 8.29×4×44÷342=4.27（kg）式中 44—CO2分子量

342—麦芽糖（C12H22O11）分子量

设10°P啤酒含CO2为0.4%啤酒中其含量有：

103.58×0.4%=0.41（kg）

则释放出的CO2量：

4.27-0.41=3.86（kg）

而1m3 CO2在20°C常压下重1.832kg 故释放出的CO2的体积为：

3.86÷1.832=2.11 m3

3.1.4 日产800吨10°P啤酒糖化车间物料衡算

生产旺季以150天计，占总量的80%，日产量800吨，则年产量为: 设生产旺季每天糖化6次，旺季总糖化次数为6×150=900次（淡季根据需要酌情调整糖化次数），可算得每次糖化可产成品啤酒量（灌装后）为：

800÷6=133.3（吨/次）

由此可以算出每次投料量和其他项目的物料平衡： 1. 成品啤酒量（罐装前）：

133.3×1000÷（1-1%）÷1.010=133313.3（L）

2. 麦芽用量：

133313.3÷677.11×70=13782.0（kg）

3. 大米用量：

133313.3÷677.11×30=5906.6（kg）

4. 混合原料用量：

13782.0+5906.6=19688.6（kg）

5. 热麦汁量：

133313.3÷677.11×738.3=145360.7（L）

6. 冷麦汁量：

133313.3÷677.11×701.38=138091.7（L）

7. 湿糖化糟量：

133313.3÷677.11×89.72=17664.6（kg） 8. 湿酒花糟量：

133313.3÷677.11×4.43=872.2（kg）

9. 发酵液量：

133313.3÷677.11×690.86=136020.5（L）

10.

过滤酒量：

133313.3÷677.11×683.95=134660.0（L）

11.

酒花量：

133313.3÷677.11×1.48=291.40（kg）

由于生产旺季占到全年产量的80%，由此可算得全年产量：

133313.3×6×150÷80%=15.0×107（L）

年实际产量为：

15.0×107×1010=15.15（万吨）

以单次糖化生产做基准，可算得各个项目全年状况如下：

1. 全年混合原料需要量：

19688.6×6×150÷80%=22.15×106（kg）

2. 全年麦芽耗用量：

13782.0×6×150÷80%=15.50×106（kg）

3. 全年大米耗用量：

5906.6×6×150÷80%=6.64×106（kg）

4. 全年酒花耗量：

291.40×6×150÷80%=3.28×105（kg）

5. 热麦汁量：

145360.7×6×150÷80%=16.35×107（L）

6. 冷麦汁量：

138091.7×6×150÷80%=15.54×107（L）

7. 全年湿糖化糟量：

17664.6×6×150÷80%=19.87×106（kg）

8. 全年湿酒花糟量：

872.2×6×150÷80%=9.81×105（kg）

9. 全年发酵液量：

136020.5×6×150÷80%=15.30×107（L）

10.全年过滤酒量：

134660.0×6×150÷80%=15.15×107（L）

11.全年成品啤酒量：

133313.3×6×150÷80%=15.0×107（L）

把前述的有关啤酒物料衡算计算结果整理见下表：表3-2 发酵车间物料衡算表

物料名称

单位㎏㎏㎏㎏ L L ㎏㎏ L L L

对100㎏混合原料 100 70 30 1.48 738.3 701.38 89.72 4.43 690.86 683.95 677.11

对100L 10°P啤酒 14.77 10.34 4.43 0.218 109.04 103.58 12.28 0.97 102.03 101.01 100

糖化一次定额

15万吨/年啤酒生产 22.15×106 15.50×106 6.64×106 3.28×105 16.35×10

混合原料麦芽大米酒花热麦汁冷麦汁湿糖化糟湿酒花糟发酵液过滤酒成品啤酒

19688.6 13782.0 5906.6 291.40 145360.7 138091.7 17664.6 872.2 136020.5 134660.0 133313.3

15.54×107 19.87×106 9.81×105 15.30×107 15.15×107 15.0×107

3.2 耗热量的计算

在论证部分，选用二次煮出糖化法生产麦汁，下面就以此工艺为基准进行糖化车间的热量计算。工艺流程示意图如下图所示：投料为糖化一次所需原料。操作示意图如下所示：

自来水，18℃

糊化锅糖化锅大米粉 5906.61kg 麦芽粉 1181.32kg 料水比 1:4.5 料水比 1:3.5 麦芽粉 13782.0kg

T(℃，20分钟) 热水 50℃ 46.67℃ 60分钟 13分钟 10分钟

70℃ 63℃，60分钟 T(℃) 12分钟 5分钟 90℃，20分钟 7分钟 100℃，40分钟 70℃，25分钟 20

分钟

过滤糖化结束 78℃ 100℃，10分钟麦糟酒花糟，热凝固物冷凝固物

90分钟麦汁煮沸锅回旋沉淀槽薄板冷却器

酒花

去发酵罐冷麦汁

3.2.1 糖化用水耗热量Q1

根据工艺设计糊化锅中的料水比为1: 4.5，糖化锅中的料水比为1:3.5，料水比过大，尽管对糊化有利，但是耗能大，设备体积大。料水比过小的话，醪液粘稠，需较大的搅拌设备且及易产生糊锅的现象。所以糊化锅加水量为：

G1=（5906.6×0.2+5906.6）×4.5=31895.64（kg）

式中5906.6为糖化一次大米粉量，5906.6×0.2为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）。

糖化锅加水量为：

G2=12600.68×3.5=44102.38（kg）

式中糖化一次投入糖化锅麦芽量为

12600.68(kg),

13782.0-1181.32=12600.68(kg)，因此式中的12600.68为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：

Gw=G1+G2=31895.64+44102.38=75998.02（kg）

自来水温度t1=18°C，而糖化配料用水温度t2=50°C，一次耗热量为：

Q1=GWCW(t2-t1)= 75998.02×4.18×32=10165495.16(kJ)

3.2.2 第一次米醪煮沸耗热量Q2

?+Q2??+Q2??? 由流程图可知：Q2=Q2? 1. 糊化锅内米醪由初温t0加热到100℃耗热Q2?= G×C（100- t0） Q2米醪米醪

(1) 计算米醪的比热容

c米醪

根据经验公式C容物=0.01[(100-W)C0+4.18W]进行计算。公式中W为含水量，C0为绝对谷物比热容，取C0=1.55kJ/（kg．K）

C麦芽=0.01[(100-5) ×1.55+4.18×5]=1.68[ kJ/（kg．K）]

C大米=0.01[(100-12) ×1.55+4.18×12]=1.87[ kJ/（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） =（5906.6×1.87+1181.32×1.68+31895.64×4.18） /（5906.6+1181.32+31895.64） =3.75[ kJ/（kg．K）] (2)米醪初温t0

t0= [（G大米C大米+ G麦芽C麦芽）×18+ G1CW×50]/(G米醪C米醪) = [（5906.6×1.87+1181.32×1.71）×18+31895.64×4.18×50] / [（5906.6+1181.32+31895.64）×3.75] = 47.21°C (3)米醪煮沸耗热量

?= GQ2米醪C米醪×（100-47.21）

=（5906.6+1181.32+31895.64）×3.75×（100-47.21） = 7717283.0(kJ）

?? 2. 煮沸过程蒸汽带走的热量Q2糊化时间定为40分钟，蒸发强度为5%，则水分蒸发量为

V1=G米醪×5%×40÷60

=（5906.6+1181.32+31895.64）×5%×40÷60 =1299.5（kg）

??=V1I=1299.5×2257.2=2933123.1（kJ） Q2式中，I为100°C下饱和气压下水的汽化潜热2257.2kJ/kg

??? 3. 损失热Q2 米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15%，即：

?+Q2??）×15% ???=（Q2Q24. 由上述各项可得出：

?+Q2??）=1.15×（7717283.0+2933123.1） Q2=1.15（Q2 =10650406.1（kJ）

3.2.3 第二次煮沸前混合醪液升温至70℃的耗热量Q3

从示意图上可以看出，糊化锅内的煮沸米醪和糖化锅中的麦醪混合后温度约为63℃，固混合前米醪从100℃降温到中间温度t

1. 麦醪初温