啤酒年产200吨糖化车间设计瞧瞧

长江大学

发酵工厂设计课程设计

题 目 名 称： 学 院（系）： 专 业 班 级： 学 生 姓 名： 指 导 教 师：

年产200吨啤酒糖化车间设计

生命科学学院

课程设计日期： 2013年10月23日-2014年1月10日

目录

引言

1 发酵工厂总平面设计方案

1.1 工厂的选址 1.2 工厂总平面设计方案 2 生产工艺流程设计

2.1 生产工艺概述 2.2 原料及产品质量 2.3 生产工艺流程 3 设计计算说明

3.1 物料平衡计算 3.2 水平衡计算 3.3 热量平衡计算 3.4 无菌空气平衡计算 3.5 班产量计算与人员安排 3.6 设备的选型与校核计算 4 车间设备布置设计

4.1 车间布置说明

4.l 车间布置图纸（平面图、立面图、主要设备图） 总结

年产200吨啤酒糖化车间设计

学 生：李文清 吴宇 徐宗凯 滕炎桐 生命科学学院

指导老师：夏 帆，生命科学学院

引言

啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，是一种含二氧化碳、起泡、

低酒精度的饮料酒。由于其含醇量低，清凉爽口，深受世界各国的喜爱，成为世界性的饮料酒。 啤酒的原料是大麦。大麦是世界上种植最早的谷物之一，几乎世界上所有地区都可种植，它的产量在谷物排名上，在小麦、玉米、稻谷之下，居第四位，而且大麦不是人类主要的粮食，习惯上作饲料。酿酒后的麦糟中，蛋白质含量得到相对富集，更适宜于做饲料，于是，用大麦制啤酒得到发展。 中国近代啤酒是从欧洲传入的，据考证在1900年俄罗斯技师在哈尔滨建立了第一家啤酒作坊。第一家现代化啤酒厂是1903年在青岛由德国酿造师建立的英德啤酒厂。1915年在北京由中国人出资建立了双合盛啤酒厂。从1905年到1949年的40多年中，中国只有在青岛、北京、哈尔滨、上海、烟台、广州等地建立了不到10年工厂，年产啤酒近一万吨，从1949年到1993年，我们用43年的时间，发展成为世界啤酒第二生产大国，这样的发展速度举世瞩目。

我国啤酒工业的未来主要有以下几方面的变化：产量的发展；规模的扩大；技术经济指标还有差距，要不断的提高；原料的发展；啤酒品种向多样化发展；高浓度酿造技术；非热消毒的纯生啤酒酿造；人才的培养等。

随着世界的发展，啤酒的生产技术逐步成为重点。当今，纯生啤酒的生产技术，膜过滤技术，微生物检测和控制技术，糖浆辅料的使用逐步发展起来。相信不久的将来，中国的啤酒业将以崭新的面貌跻身于世界啤酒先进领域。

1 发酵工厂总平面设计方案

1.1 工厂的选址

1.1.1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.

1.1.2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。

1.1.3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。 1.1.4厂址选择结果

综合以各种因素，初步选择荆州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。 1.1.5环境保护方案

工厂应远离市中心距大型的化工厂较远，尽量减少大气污染及水污染，污水先用活性污泥处理，达标后再排放。三废要符合国家标准。

1.2 工厂总平面设计方案

（1） 满足生产要求，工艺流程合理 工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，减少物流量，同时重视各部门之间的-关系密切程度。具体布置模式有两种：

① 按功能划分厂区，即将工厂的各部门按生产性质、卫生，防火与运输要求的相似性，将工厂划分为若干功能区段。如中、大型机械工厂的厂区，可划分为加工装配区，备料（热加工）区，动力区、仓库设施区及厂前区等。这种布置模式的优点是各区域功能明确，相互干扰少，环境条件好，但是，这种布置模式难以完全满足工艺流程和物流合理化的要求。

② 采用系统布置设计模式，即按各部门之间物流与非物流相互关系的密切程度进行系统布置，因此可以避免物料搬运的往返交叉，节省搬运时间与费用。

（2）适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直 工厂总平面布置要与工厂内部运输方式相适应。根据生产产品产量特点，可以采用铁路运输、道路运输、带式运输或管道运输等。根据选定的运输方式，运输设备及技术要求等，合理地确定运输线路及与之有关的部门的位置。

厂内道路承担着物料运输，人流输送，消防通行的任务，还具有划分厂区的功能；道路系统的布局对厂区绿化、美化，排水设施布置，工程管线铺设，也有重大影响。

工厂内部运输方式，道路布局等应与厂外运输方式相适应，这也是工厂总平面布置应给予重视的问题。

（3）合理用地 节约用地是我国的一项基本国策。工业企业建设中，在确保生产和安全的前提下，应尽量合理地节约建设用地。在工厂总平面布置时可以采取如下措施：

① 根据运输、防火、安全，卫生、绿化等要求，台理确定通道宽度以及各部门建筑物之间的距离，力求总体布局紧凑合理。

② 在满足生产工艺要求的前提下，将联系密切的生产厂房进行合并，建成联合厂房。此外，可以采用多层建筑或适宜的建筑物外形。 ③ 适当预留发展用地。

（4）充分注意防火、防爆、防振与防噪声 安全生产是工厂布局首先要考虑的问题，在某些危险部门之间应留出适当的防火、防爆间距。

振动会影响精密作业车间的生产，因此精密车间必须远离振源或采用必要的隔振措施。如机械厂的精加工车间及计量部门应远离锻造车间或冲压车间。 噪声不仅影响工作，而且还会摧残人的身体健康。因此，在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题，一是可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级；二是可以采取使人员多的部门远离噪声源的方法。 （5）利用风象、朝向的自然条件，减小环境污染 生产中产生的有害烟雾和粉尘会严重影响工作人员的身体健康，并会造成环境污染。进行工厂总平面布置前，必须了解当地.全年各季节风向的分布和变化转换规律，绘制成风象图，拽出全年占优势的盛行风向及最小风频风向。如我国北方大部分地区春，夏季盛行东南风，秋，冬季盛行西北风。散发有害烟雾或粉尘的车间，应分布在两盛行风向间的最小频风向的上风侧。

另外，建筑物的朝向也是工厂总平面布置时应注意的问题，特别是对日照、采光和自然通风要求较高的建筑物，更应注意这个问题。 （6）充分利用地形、地貌、地质条件。

（7）考虑建筑群体的空间组织和造型，注意美学效果。 （8）考虑建筑施工的便利条件。

2 生产工艺流程设计

2.1 生产工艺概述

啤酒厂的生产工艺主要包括麦汁的制备和啤酒的发酵。

麦汁的制备主要在糖化车间进行。粉碎后的麦芽和辅料和水混合进入糖化锅和糊化锅，原料中的非水溶性物质在酶作用下，经过糖化、糊化过程被分解为水溶性浸出物。滤槽将麦汁中的水溶性浸出物和非水溶性麦槽等物质分开。麦汁经煮沸加入颗粒酒花，然后经迴旋沉淀槽将热麦汁与热凝固物分离。分离后的麦汁进入薄板冷却器冷却，再利用过滤设备等分离出麦汁中的冷凝固物[4]。麦芽汁组分直接影响酵母生长、发酵，进而影响啤酒的风格和风味稳定性[5]。处理后的麦汁进入发酵罐发酵。 2.2.1 麦汁的制备

热水 蒸汽

↓ ↓ 麦槽贮槽 大米粉————→糊化锅 ↑

蒸汽 ↓ 麦槽 75－85 ℃热水洗槽 ↓ ↓ ↑ ↓

麦芽粉浆——→糖化锅————————→ 板框式压滤机——→

颗粒酒花 ↓ ——→麦汁暂存罐————→薄板热交换器———→煮沸锅 蒸汽 冰水 供O2

↓ ↓ ↓ 煮沸锅——→迴转沉淀槽——→麦汁冷却器——→发酵罐 ↓ ↓ ↓ 二次蒸汽 热凝固物 80 ℃热水罐 ↓

冷水——→冷凝器——→90 ℃热水罐 图2.1 麦汁制备流程图 1、原料的粉碎及输送

原料经过粉碎后，有较大的比表面积，物质更容易溶解和分散在水中，加速物料的溶解和酶的反应。 麦芽→ 麦芽立仓→ 精选筛→ 除铁器→ 麦芽定量秤→ 湿式粉碎机

大米→ 大米立仓 →平面迴转筛→ 除铁器→ 大米定量秤→ 大米粉碎机→ 大米粉储箱

大米和麦芽由斗式提升机和螺旋机送入立仓储藏，然后经过倾斜输送板送至螺旋输送带送入平面迴转振筛除杂，再经除铁器除铁，进入定量秤。满秤后，大米用干法粉碎，要求尽量细。麦芽用湿法粉碎，要求麦芽皮裂而不碎。粉碎后，大米粉和麦芽粉分别进入糊化和糖化锅。 目前原料输送采用机械输送和气流输送较多，它们的优缺点如下：

（1） 气流输送：设备简单，占地面积少，费用少，连续化、自动化程度高，输送能力和距离有较大的变动范围。在气流输送的同时，还可以对物料进行加热、冷却、干燥等操作。但气流输送能耗大，使用不当容易堵塞管道，输送过程麦芽易磨损，故不设计不采用。

（2） 机械输送：设备较复杂，占地面积大，但斗式提升机和螺旋机输送机配合，可将原料送至所需地方，功率小，运输能力强，操作连续，生产可靠，对麦芽无磨损，适于短距离输送。 根据本厂的实际情况，采用斗式提升机和螺旋输送机相配合的机械输送方式。 麦芽的粉碎有干法、回潮法、湿法和连续浸渍湿式粉碎等方法。

（1） 干法粉碎 干法粉碎是传统的粉碎方法，一般采用辊式粉碎机。该法要求麦芽含水在5％－8％，此时麦芽松脆，便于控制粉碎度。它的不足之处是麦皮易被破碎过细，影响麦汁过滤和啤酒的口味、色泽，粉碎时粉尘大，造成物料损失。

（2） 回潮法 又叫增湿粉碎，短时间内向麦芽通入蒸汽或热水，使麦壳增加水分，使麦皮有韧性而不破碎，有利于过滤，减少不利于啤酒质量的物质溶出。但该法对麦壳吸水量和粉碎时间要求较高，易造成增湿不均匀，粉碎质量难以保证。

（3） 湿法粉碎 由于麦壳吸水变软，粉碎时麦片不破碎。过滤速度可提高20％－25％或提高槽投料量，麦槽层厚度可达500－600 mm，但不影响过滤。由于麦芽进行了预浸渍，使酶增强，从而使麦芽浸出率比干法粉碎提高0.7％左右。粉尘减少，麦汁色度下降。但缺点是：每吨麦芽粉碎电耗比干法高20％—30％；投料后同时浸泡，但粉碎时间不一致，麦芽的溶解性有差异，影响糖化的均匀性。 （4） 连续浸渍湿式粉碎法 麦芽在进入粉碎机前先连续进入浸渍室或斗仓，用温水浸渍60 s使麦芽壳变得富有弹性后再进入粉碎机边喷水边粉碎，落入调浆槽中加入糖化用水后用醪泵泵入糖化锅。此法改进了前几种方法的缺点，本设计采用该方法。 大米采用四辊的二级粉碎机进行干法粉碎，大米的粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化。 2、糖化[3 ,6]

糖化过程是利用麦芽中各种水解酶在适宜的条件下将原料中的不溶性高分子物质（淀粉、蛋白质等）分解为可溶性的低分子物质。 糖化方法包括以下几种：

煮出糖化法：一次煮出糖化法、二次煮出糖化法、三次煮出糖化法； 浸出糖化法：升温浸出糖化法、降温浸出糖化法；

其他方法：复式一次煮出糖化法、复式煮浸糖化法、谷皮分离糖化法、外加酶制剂糖化法、其他特殊糖化法。

煮出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用 ，使其有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸、并醪，使醪逐步梯级升温至糖化终了。部分麦芽醪被煮沸次数则称为几次煮出法。

浸出糖化法是指麦芽醪只利用酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪的温度，使糖化完成。麦芽醪没有煮沸。

其他方法是由两种基本方法演变而来。当使用大米、玉米等不发芽谷物作为辅料时，要对辅料进行糊化和液化，采用复式糖化法。

由于浸出糖化法成本高，原料利用率低，且只适合酿造上面啤酒和低浓度啤酒，本设计不采用。而煮

出法糖化法原料利用率高，糖化时间短，麦汁成份好，糖与非糖成分易控制，酿造出的啤酒有浓厚和杀口感觉，该工艺成熟，已被广泛使用。故本设计采用该法。

煮出糖化法，根据醪液煮沸的次数，常用的有一次和二次煮出糖化法。

（1） 一次煮出糖化法：该法原料利用率不高，对麦芽质量要求高。但此法有3大显著优点：一是糖化时间短；二是过程简单，节约蒸汽和动力；三是煮沸时间短，麦皮浸出物少，因而麦汁色泽清而浅，啤酒味醇。由于原料供应商完全可以保证提供优质麦芽，故采用一次煮出糖化法。

（2） 二次煮出糖化法：此法灵活性大，适于各种质量的麦芽和类型的啤酒，其操作较简单，煮沸时间短，能耗较小，设备利用率高，生产周期短，成本低，但与一次煮出糖化法相比，这些方面都不比一次煮出糖化法理想，故不采用。 本设计采用一次煮出糖化法。

糖化锅 糊化锅

35 ℃（30 min） 45 ℃（20 min） ↓15 min ↓45 min 50 ℃ (30 min) 90 ℃ (20 min)

↓ ↓15 min 68 ℃（50 min）←—————100 ℃（30 min） ↓10 min

76 ℃————→麦汁过滤 图2.2 一次煮出糖化流程图

（1） 经过连续浸渍湿式粉碎的麦芽粉浆输送到糖化锅中在35 ℃下保温30 min,此时麦芽中磷酸酯酶将麦芽中的菲汀水解为酸性磷酸盐，pH5.3。再利用糖化锅夹层把醪液加热到50 ℃进行，在30 min的蛋白质休止里，酶分解蛋白质形成多肽和氨基酸，pH 5.3。

（2） 把大米粉及淀粉液化酶制剂一同送入糊化锅中与定量的热水混合，在45 ℃下保温20 min，持续加热45 min,使醪液升温至90 ℃，保温20 min。在15 min内把醪液加热至100 ℃，煮沸30 min。 （3） 一边搅拌，一边把糊化醪液送到糖化锅，加热混合液到 68 ℃，进行糖化分解，淀粉水解成可溶性糊精和可发酵性糖，麦芽中β－淀粉酶催化形成可发酵性糖，pH 5.6。 （4） 糖化至碘检反应基本完全， 10 min内把醪液加热至76 ℃使糖化终了。 （5） 把糖化结束的醪液送入过滤机，进行过滤处理。 3、麦芽醪的过滤

糖化过程完成后，麦汁的组分基本确定，必须采用过滤方法将麦汁与麦糟尽快分离，得到清亮的麦汁和较高的麦汁收得率。要求麦汁清亮透明，无白色淀粉颗粒、麦皮等杂物，洗糟水清亮，无失光混浊，控制洗糟次数。

麦芽醪过滤得到头道麦汁；然后用80 ℃热水洗槽，洗出吸附在麦芽槽中的可溶性浸出物，得到二滤、三滤洗槽麦汁。 根据不同的设备配置，过滤的方法主要有以下三种（:1） 依赖于液柱静压力为推动力的过滤槽法；（2） 依赖于泵送醪液的正压力为推动力的压滤机法；（3） 依赖于液柱静压和麦汁泵抽吸局部负压的渗出过滤法。近年来压滤机开发了很多功能不断完善的新型产品，包括板框式压滤机、袋式高压压滤机和膜压式压滤机，许多大型啤酒集团使用新型麦汁压滤机。

（1） 新型压滤机法：该法对麦芽粉碎度要求不很严格，过滤面积大，与旧式的过滤机不同，笨重的人工装卸已全部实行自动控制和机械化。水、电、汽的需求量比较均衡，高峰负荷降低，缩短了压缩时间，一天可过滤12次左右，提高了设备利用率，本设计采用板框式压滤机。

（2） 过滤槽法：新型过滤槽的生产能力较传统的麦汁过滤槽容量大，但对麦芽粉碎度要求严格，过滤、洗涤时间长，辅助原料用量相对少些，并且过滤速度慢，每24小时周转4次，成为麦汁制备的限制因素，故不采用。

4、麦汁煮沸和颗粒酒花添加

麦汁过滤结束后，麦汁先进入暂存罐，然后通过一薄板换热器预热后进入煮沸锅，在煮沸过程中添加颗粒酒花。煮沸可以蒸发水分浓缩麦汁，破坏酶的活性和杀菌，浸出酒花的有效成分，使蛋白质变性

和絮凝。煮沸锅设内加热器，煮沸强度为10％，总煮沸时间为90 min。

煮沸时颗粒酒花分两次加入，第一次是在初沸后10 min加10％颗粒酒花，主要起消泡作用；第二次在煮沸1小时后加入剩余的颗粒酒花。使用时用手打开铝薄包装袋，把袋中的颗粒酒花直接加入煮沸锅中[6]。

绝大多数煮沸设备采用间接加热方式，热源有热水和蒸汽。热水的总热效率比蒸汽高20％，但对设备的加热器耐压性要求高，设备制造费用高，所以普遍使用蒸汽。

本设计使用列管式内加热器煮沸锅，常压煮沸法。采用列管加热，管内麦汁受热上升，在加热管上部喷出，底部麦汁不断进入加热管，麦汁形成对流，省去动力和搅拌系统。 煮沸方法包括常压煮沸、加压煮沸和低压煮沸（体外煮沸）。

（1） 常压煮沸：工艺成熟，操作方便，维修费用低。酒花浸出率高，所得麦汁质量好。同时由于本设计每天的糖化次数不多，故采用该方法。

（2） 加压煮沸：在0.11～0.22 MPa压力下煮沸，温度高达120 ℃，缩短煮沸时间，获得更好的非生物稳定性。但降低了α－酸的浸出量和酒花的利用率，故本设计不采用。 （3） 低压煮沸：该方法设备复杂，能耗大，故不采用。 5、热凝固物的分离[6]

热凝固物是麦汁煮沸过程中高分子氮凝聚而成的不溶性混合物，主要由直径为30—80 μm的蛋白质和多酚混合物组成。

迴旋沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，分离效果最佳。将煮沸好的麦汁以切线方向倒入回转沉淀槽，麦汁在槽内回旋运动，进料时间为15－20 min，停留30 min左右，麦汁从槽边麦汁出口流出，在离心的作用下，热凝固物下沉至槽底中心排出。 6、麦汁的冷却与充氧

啤酒发酵要求在低温下进行，所以麦汁要尽快冷却至发酵所需要的温度。最常用的麦汁冷却器是薄板冷却器。麦汁冷却方式有一段冷却和两段冷却。一段薄板冷却器无中间板，结构简单，节能和控制方面优于两段冷却薄板冷却器，故使用一段薄板冷却器。用3 ℃冰水冷却热麦汁，冰水被加热至75～80 ℃，可做洗槽用水。

酵母繁殖需要氧气，给酵母提供足够的氧气（无菌空气方式）有利于酵母繁殖和积累能量，并进入发酵阶段。为避免氧化作用，麦汁通风充氧须在麦汁冷却后进行。通风后的麦汁溶氧量一般在6～10 mg/L。过高会使酵母过度繁殖，产物减少，副产物增多。而酵母繁殖过少，则发酵速度慢，延长发酵周期[6]。

2.2.2 啤酒发酵工艺

麦芽汁经啤酒酵母发酵酿制而成啤酒。酵母的主要代谢产物是乙醇和二氧化碳，但同时也形成一系列发酵副产物，如醇类、醛类、酸类、酮类、酉旨类和硫化物等物质这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化指标，同时也赋予了啤酒典型的特色[7,8]。 1、啤酒酵母的扩大培养[1,9]

首先用平板分离法获得优良的酵母菌株，然后进行实验室和生产现场的扩大培养。 实验室扩大培养：

斜面试管→ 试管或富氏瓶培养→ 巴氏瓶或三角瓶培养→ 卡氏罐培养 图2.3 啤酒酵母实验室扩大培养流程图

生产现场扩大培养：

汉生－库勒氏培养罐扩大培养→ 酵母扩大培养罐→ 酵母二级扩大培养罐→ 锥形罐 图2.4 啤酒酵母生产现场扩大培养流程图

2、啤酒的发酵[6,10]

啤酒发酵因所用酵母的不同，分为上面发酵和下面发酵。前者采用上面酵母和较高的发酵温度，后者采用下面酵母和较低的发酵温度。下面发酵是普遍使用的啤酒生产方法。本设计采用下面发酵。 啤酒的发酵方法有传统方法和现代方法。传统方法是将啤酒发酵分为前发酵(或主酵)和后发酵 (后贮)两个阶段;前酵池和后贮罐都放置在很大的冷藏室环境进行温度控制调节:酵母的繁殖和大部分可发酵

性搪的代谢在前发酵阶段完成，剩余糖份分解、二氧化碳溶解、成熟和澄清在后发酵阶段完成。现代方法是以20世纪60年代广泛采用锥形发酵罐为代表，露天放置，酵母繁殖、降搪、成熟和澄清均在一个发酵罐中完成，叫做露天锥罐一罐法发酵。各发酵方法比较如下：

（1） 传统发酵法：啤酒质量好，工艺简单成熟，但周期长，投资大，占地面积大，工作环境差，不便于机械化、自动化生产，故不采用。

（2） 连续发酵法：发酵周期短，便于自动化控制，节省人力、厂房和用地，动力消耗低，但管理要求高，否则易污染，设备造价高，对酵母要求也高，产品质量差，工艺不成熟，故不采用。

（3） 固定化酵母发酵法：发酵周期短，设备简单，缩减酵母培养工艺，节省投资，减少占地面积，便于管道化生产，但工艺不成熟，啤酒性能不稳定，尚在试验中，故也不采用。

（4） 锥形罐单罐发酵法：单位占地面积的啤酒产量大，可方便排放酵母及其他沉淀物，发酵温度控制方便，发酵周期短，便于自动控制，节省人力与洗涤费用，卫生条件比较好，改善了工作环境，易于回收CO2和酵母，降低生产成本，且广泛应用，工艺成熟，啤酒质量较好，故本设计采用此法。另外，高温发酵有利缩短发酵周期，但副产物较多，影响啤酒的风味。而低温发酵则风味好，周期长，考虑保证产品的质量，故采用低温发酵。 发酵罐————→酵母离心分离机 ↓ ＼ ↓

留种酵母 ＼废酵母 废酵母 ↓ ↓＿＿＿＿＿↓ 酵母种罐 ↓ 酵母洗涤

↓

酵母干燥 图2.5 啤酒发酵工艺流程图

（1） 三锅麦汁注满一发酵罐，时间少于12小时，加0.7％的酵母。

（2） 冷麦汁进罐温度为9 ℃，自然升温至12 ℃，然后保持12 ℃发酵5天.

（3） 糖度降至10.5－11°Bx，通过CO2测纯度并回收，降至4.0Bx时停止，保证0.8 kg/cm2

（4） 在2 ℃保持5天，使外观发酵度达60％以上，用36小时把发酵液降至7 ℃，排酵母一次，还原双乙酰6天，每天排酵母及凝固物一次。

（5） 当双乙酰含量低于0.1 ppm后，用36小时降温至3 ℃，保持3天，再泵至罐外的薄板冷却器中把温度冷至-1 ℃，然后送至啤酒处理罐冷罐7天，每天排一次酵母及冷凝固物，并进行CO2洗涤，7天后浊啤酒经硅藻土过滤机过滤，同时进行啤酒混浊经验和滤过酒检查，然后进入清酒罐，再进入包装车间。

2.2.3 啤酒的过滤

发酵完的啤酒—→冷却器—→处理罐—→薄板冷却器—→硅藻土过滤机—→纸板过滤机—→ 清酒罐 图2.6 啤酒过滤流程图

发酵出来的啤酒经酵母分离机分离出来后，进入一薄板冷却器，然后进入啤酒处理罐，进行CO2洗涤，再经一次冷却器，冷却至-1 ℃，经粗滤精滤后，送清酒罐然后包装。

啤酒过滤的主要方式有棉饼过滤机、硅藻土过滤机、纸板过滤机、双流过滤机、错流过滤机、无菌膜过滤机。现在普遍使用的是过滤设备是硅藻土过滤机、纸板过滤机和无菌膜过滤机。硅藻土过滤机作为啤酒的粗滤，纸板过滤机作为啤酒的精滤，无菌膜过滤机主要用于生产纯生啤酒[6,9]。 硅藻土过滤机主要有板框式、烛式、水平圆盘式三种，本设计采用板框式。 2.2.4 啤酒包装

过滤完的啤酒，在清酒罐低温存放准备包装，通常同一批啤酒应在24小时内包装完毕。均采用瞬时巴氏杀菌工艺技术和自动包装生产线。啤酒杀菌的目的是保证啤酒的生物稳定性，有利于长期保存。 滤过啤酒 ↓

瓶子—→选瓶—→ 浸瓶—→洗瓶—→ 空水—→验瓶—→装酒—→压盖—→巴氏灭菌—→验酒—→贴标—→装箱—→瓶装熟啤酒 图2.7 瓶装流程图

空罐卸装托盘机—→链条输送机—→洗涤机—→罐装机—→自动定量仪—→分道器 —→杀菌机—→风干机—→测重仪—→垛装 图2.8 罐装流程图

空桶—→浸泡—→刷洗—→蒸汽灭菌—→罐装—→垛装 图2.9 桶装流程图

2.2.5 啤酒生产副产物的利用

1、麦槽的利用

麦槽是麦芽和大米在不发芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物质构成的。麦槽是有价值的饲料，有较高的蛋白质，并受到适度分解。 2、二氧化碳的回收

二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，二氧化碳也是重要的原材料。在过滤后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短时间内溶解和过饱和，简单而有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。

CO2贮气柜→ 超压装置→ 压缩机→ 氧化剂洗涤器→ 水冷却器→ 活性炭过滤器→ 压缩机→ 冷却器→ 干燥装置→ 冷却器→ 液态CO2贮存罐 图2.10二氧化碳的回收流程图

CO2回收处理系统是使用密闭式发酵容器时特有的附属设备，是锥形罐的配套设备。回收工艺主要有3种：

（1） 高压法：高压法CO2纯度低，操作强度大，储存方法单一，故也不采用。

（2） 低压法：该法产生的CO2一般不能以液态储藏，且如果无发酵气，就不能供气，故不采用。 （3） 中压法：采用专用的无油CO2压缩机将CO2压缩净化后在冷冻系统进行净化，该法产生的CO2纯度高，储存效率高，使用方便。故本设计采用。其组成部分为：泡沫捕集器，贮气球，水洗塔，压缩站，干燥气，净化器，液化器，贮液罐，气化器。 3、酵母的回收与利用

根据酵母和发酵液的相对密度不同，采用离心机分离酒液和酵母。 每生产100吨啤酒可得含水分75％－80％的剩余酵母泥1.5 t，可制成含水8.5％－10％的干酵母约0.35 t。近年来用啤酒酵母生产具有肉类鲜味的调料以及生产干酵母粉，有很好的经济和社会效益，故本设计采用一个酵母车间来利用废酵母生产干酵母，其生产流程如下： 啤酒放弃的酵母泥→固液分离→湿酵母→洗涤脱苦→ 固液分离→水解 —→固液分离→干燥→ 干酵母 ↓

浓缩 —→调配—→调味料 ↓ 酵母膏

图2.11 酵母回收流程图

2.2 原料及产品质量标准

我国啤酒的质量标准为GB 4927-2008，实验方法GB/T 4928-2008 2.2.1. 理化指标

表2-1 成品啤酒理化指标

级别 项目 酒精度%

18o

16o 14o 12o

11o

10o 8o

原麦18o 汁浓16o 度% 14o

12o 11o 10o 8o

总酸 18o16ml/100 o ml 14o

12o11o

二氧化碳% 双乙浅色 酰 浓色 Mg/l

保存期（天）

优级 ≥4.5 ≥4.4 ≥4.3 ≥3.7 ≥3.4 ≥3.1 ≥2.57 18±0.3 16±0.3 14±0.3 12±0.3 11±0.3 10±0.3 8±0.3 ≤4.5 ≤3.0 ≤2.6 ≥0.40 ≤0.13 ≤0.14 ≥120

一级 ≥4.3 ≥4.2 ≥4.1 ≥3.5 ≥3.2 ≥2.9 ≥2.4

二级

≥2.2

≥0.38 ≤0.15 ≤0.16 ≥120

≥0.35 ≤0.20 ≤0.20 ≥60

2.2.2 感官指标

表2-2 成品啤酒的感观指标 级别 项目 外观 形态 泡沫性

透明度 浑浊度

优级

一级

二级 尚清，较透明 ≤2.0

泡沫尚洁白 较粗 ≥120

5.0-14.0 5.0-12.0

5.0-12.0

有酒花香气，口味纯正，无异味

瓶装 罐装

14o 色度 12o11o10

o

8o

有明显的酒花香气， 香气和口味 口味纯正，爽口，酒

体谐调柔和，无异味。

清亮透明，无明显悬浮沉淀物 ≤1.0 ≤1.0

泡沫洁白细腻持久泡沫较洁白细腻 挂杯 较持久挂杯 ≥210 ≥100 ≥180 ≥180 5.0-11.0 5.0-11.0 5.0-9.5 5.0-11.0

5.0-12.0

有较明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体谐调柔和，无异味

2.3 生产工艺流程

2.3.1 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）大麦：大麦是酿造啤酒的主要原料，但是首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和干燥的过程，即称为麦芽制造。大麦发芽后称绿麦芽，干燥后叫麦芽。 麦芽的制造主要分为四个阶段：

1、精选后的大麦浸泡在水中，使大麦吸收水分，达到能发芽的要求，此阶段称为浸麦。根据设备和工艺要求的不同，又有好多种方法，这里就不做详细介绍。

2、然后在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程中形成的酶系，使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽。

大麦发芽的主要目的：胚乳细胞壁的部分或全部降解，是干燥后的麦芽变得疏松，更易粉碎，内容物质更容易溶出。

3、发芽完毕的成为绿麦芽，利用热空气 进行干燥。

干燥的主要目的：使绿麦芽停止生长和酶的分解作用，除区多余的水分，防止腐烂，便于运输。使根部干燥便于初去，增加麦芽的色，香，味。 4、然后经过机械原理将麦芽的根除去。

（2）酿造水：啤酒的主要成分就是水，所以水的好坏对啤酒的影响很大，详见下表

水质内容： 理想状态：

水质内容： 理想状态： 铁盐(以Fe计) <0.3mg/L 锰盐(以Mn计) <0.1mg/L 氨态氮(以N计) 0 氯化物(以Cl计) 20-60mg/L 游离氯 <0.1mg/L

（3）酵母：酵母的种类很

颜色 无色 透明度 透明，无沉淀 味 无味 总溶解盐 150-200mg/L PH值 有机物(高锰酸钾耗氧量) 6.8-7.2 0-3mg/L 多，用于啤酒生产的酵母叫做啤酒酵母。

啤酒酵母的学名：Saccharomyces cerevisiae 根据Loder分类，酵母有39属，350种。

根据发酵方式分为：上面发酵的酵母和下面发酵的酵母

啤酒酿造中酵母主要起的作用就是降糖，产生二氧化碳和酒精

（4）酒花：啤酒花（简称：酒花）作为啤酒工业的原料开始使用于德国。使用的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。

2.3.2 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? 麦芽粉碎：麦芽粉碎的目的主要在于，使表皮破裂，增加麦芽本身的表面积，使其内容物质更容易溶解，利于糖化。按其粉碎类型来说，可以分为干粉碎和湿粉碎两种。

值得注意的是，对于表皮的粉碎要求破而不碎，原因是表皮主要组成是各种纤维组织，其中有很多物质会影响啤酒的口味，如果将其粉碎，在糖化的过程中，会使其更容易溶解，从而影响啤酒的质量，其次使是因为，在糖化过后的过滤中，可以将去其更容易的过滤掉，而且可以让其充当过滤层，达到更好的过滤效果。

人们通过测定麦芽某些性能，预示或指导后续工艺及控制啤酒质量，从而对麦芽质量作出正确评定 大米和玉米的粉碎：对于大米来说，粉碎的越细越好，越利于糊化。玉米要求先脱胚和壳，粉碎度不能超过要求。两种辅料粉碎后的时间不能超过24小时，防止发热结块。

（2）糖化：所谓糖化就是利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽中不溶性高分子物

质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中间分解产物），逐步分解成低分子可溶性物质，这个分解过程叫做糖化。

? 整个过程主要包括：淀粉分解，蛋白质分解， B-葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。 ? 糖化的主要方法：煮出糖化法，浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化法。见下表 温度℃

效应

35-37 酶的浸出，有机磷酸盐的分解

40-45 有机磷酸盐的分解，B-葡聚糖的分解，蛋白质分解，R-酶对支链淀粉的解支作用 45-52 蛋白质分解，低分子含氮物质多量形成，B-葡聚糖的分解，R-酶和界限糊精对支链

淀粉的解支作用，有机磷酸盐的分解

50 有利于羧肽酶的作用，低分子含氮物质的形成。 55 有利于内肽酶的作用，大量可溶性氮形成，内-B-葡聚糖酶，氨肽酶逐渐失活 53-62 有利于B-淀粉酶的作用，大量麦芽糖形成 63-65 最高量的麦芽糖形成

65-70 有利于a-淀粉酶的作用，B-淀粉酶的作用相对减弱，糊精生成量相对增多，麦芽糖

生成相对减少，界限糊精酶失活

70 麦芽a-淀粉酶的最适合温度，大量短链糊精成生，B-淀粉酶，内肽酶，磷酸盐酶失

活

70-75 麦芽a-淀粉酶的反应速度增加，形成大量糊精，可发酵糖的生成量减少 76-78 麦芽a-淀粉酶和某些耐高温的酶仍起作用，浸出率开始降低 80-85 麦芽a-淀粉酶失活 100 酶的破坏

（3）醪液过滤：? 过滤目的：糖化工序结束后，应在最短的时间内，将糖化醪液中的原料溶出物质和非溶性的麦糟分离，以得到澄清的麦汁和良好的浸出物收得率。

? 过滤步骤：以麦糟为滤层，利用过滤方法提取麦汁，叫做第一麦汁或者过滤麦汁。然后利用热水洗涤过滤后的麦糟，叫做第二麦汁或者洗涤麦汁。

? 过滤方法：过滤槽法，压滤机法，快速渗出法(Strainmaster) （4）麦汁煮沸 麦汁煮沸的目的：

酶的钝化：破坏酶的活力，主要是停止淀粉酶的作用，稳定可发酵糖和糊精的比例，确保定和发酵的一致性。

麦汁灭菌：通过煮沸，消灭麦汁中的各种菌类，特别是乳酸菌，避免发酵时发生败坏，保证产品的质量。

蛋白质的变性和絮凝沉淀：此过程中，析出某些受热变性以及与单宁物质的结合而絮凝沉淀得蛋白质，提高啤酒的非生物稳定性。

蒸发水分：蒸发麦汁中多余的水分，达到要求的浓度。

酒花成分的浸出：在麦汁的煮沸过程中添加酒花，将其所含的软树脂，单宁物质和芳香成分等溶出，以赋予麦汁独特的苦味和香味，同时也提高了啤酒的生物和非生物稳定性。 降低麦汁的PH值：还原物质的形成，蒸发出不良的挥发性物质。 煮沸设备：麦汁煮沸锅

（5）麦汁后处理：麦汁后处理主要是通过物理方法将热凝物质与麦汁分离，和将麦汁冷却。 ? 分离：冷却盘法，沉淀槽法和回旋槽法

? 冷却：开放式冷却和密闭式（薄板冷却器，列管式冷却）冷却。

2.3.3 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。

（1）酵母恢复阶段：酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降的很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏细胞内的肝糖和海藻糖提供。在次阶段，酵母细胞基本不繁殖，所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。

（2）有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。 无氧呼吸阶段：在此发酵过程中，绝大部分可发酵糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽糖，麦芽三糖。 下 面发酵

表2-3主发酵

Table2-3shows Major ferment 发酵阶段 1.酵母繁殖期 2.起泡期

外观状态和要求

麦汁添加酵母8-16个小时以后，液面上出现二氧化碳小气泡，逐渐形成白色的，乳脂状的泡沫，酵母繁殖20小时以后立即进入主发酵槽。

还槽4-5小时后，在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间，洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，有二氧化碳小气泡上涌，并且带出一些析出物。

发酵后2-3天，泡沫增高，形成隆起，并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色，此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵作用。

发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增加，泡沫变为棕褐色。 发酵7-8天后，泡沫回缩，形成泡盖，撇去所析出的多酚复合物，酒花树脂，酵母细胞和其他杂质，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。

3.高泡期

4.落泡期 5.泡盖形成期

后发酵以及储藏：麦汁经主发酵后的发酵液叫嫩啤酒，此时酒的二氧化碳含量不足，双乙酰，乙醛，硫化氢等挥发性物质没有减低到合理的程度，酒液的口敢不成熟，不适合饮用。大量的悬浮酵母和凝结析出的物质尚未沉淀下来，酒液不够澄清，一般还要几个星期的后发酵和贮酒期，啤酒的成熟和澄清均在后发酵和贮酒期。

上面发酵的主要方法：传统的撇去法，落下法，巴顿联合法，约克夏法。上面发酵采用上面发酵酵母，在15-20摄氏度下进行发酵，细胞形成量较多，酵母回收比较复杂，代数远远超过下面发酵酵母，长久没有衰退现象。上面发酵的啤酒成熟快，设备周转快，啤酒有独特的风味，但保质期短。一般不采用后发酵期，而是加胶处理，澄清一阶段后，采用人工充二氧化碳，使达到饱和。 表2-4上面发酵和下面发酵的技术参数比较：

接种温度： 酵母添加量： 酵母增殖时间： 主发酵最高温度： 主发酵时间：

上面主发酵技术要求 14-16

0.15-0.30% 8-16小时 18-20 4-6天

下面发酵技术要求 5-7

0.4-0.6% 20小时左右 7.5-9 7-8天

（3）其他代谢产物 高级醇类，挥发脂，连二酮，硫化物，脂肪酸和其他有机酸。羰基化合物。

2.3.4 啤酒的包装与成品啤酒

(1) 啤酒的过滤：发酵后的啤酒，从理论上讲一定口味成熟，二氧化碳饱和，但是其内还仍然存在一定量的固体小颗粒，必须将其过滤掉，方可包装出售。

过滤的方法：滤棉过滤，硅藻土过滤，板式过滤机，离心分离。 (2) 啤酒的包装：啤酒的包装类型主要有三种：瓶装，桶装，罐装。

啤酒的包装流程：瓶子→选瓶→浸瓶→洗瓶→控水→验瓶→装酒→压盖→验酒→杀菌（生啤酒无需此步骤）→贴标→装箱

(3) 成品啤酒： 色泽：啤酒主要有淡色啤酒，浓色啤酒和黑色啤酒，只要是以原料的不同和酿造工艺的不同来决定的，良好的啤酒，色泽光洁醒目，可以用次方法来辨别啤酒的质量。 ? 透明度：良好的啤酒应该有着很好的透明度，不应该带有浑浊的现象。

2.3.5 生产工艺流程简图

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：大米筛选机 7：大米粉碎机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：帖标机 29：装箱机

2.3.6 主要工艺参数 表2-5 啤酒生产基本数据 项目 名称 原料利用率 麦芽水分 大米水分 无水麦芽浸出率 污水大米浸出率 百分比/% 项目 98.5 6 13 75 92 原料配比 名称 麦芽 大米 百分比/% 75 25 3 1 1 1 6 定 额 指 标 冷却损失 发酵损失 啤酒损失率过滤损失 （对热麦汁） 装瓶损失 总损失

3 设计计算说明

3.1 物料平衡计算

1.对100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产12°淡色啤酒物料衡算

（1）热麦汁量 据表2-5可得到原料收率为：

麦芽收率： 0.75*（100-6）/100=71.9% 大米收率 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°热麦汁量为： （71.79/12）*100=598.3(kg) 又知12°麦汁在20 oC时的相对密度为1.084，而100 oC热麦汁比20 oC时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100oC）体积为：

（598.3/1.084）*1.04=574 (L) （2）冷麦汁的量为： 574*(1-0.03)=556.8 (L)

（3）发酵液量为： 556.8*（1-0.01）=551.2 (L) （4）过滤酒量为： 551.2*（1-0.01）=545.7 (L) （5）成品啤酒量为： 545.7*（1-0.01）=540.2 (L)

2.生产 1000L 12o淡色啤酒的物料衡算

根据上述衡酸结果知，100kg混合原料可产生12o成品啤酒540.2L，故可得出下述结果： 生产1000L12o淡色啤酒需耗混合原料量

（1000/540.2）*100=185.1kg （2）麦芽耗用量为： 185.1*75%=138.8 (kg) （3）大米耗用量为： 185.1-138.8=46.3 (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： （574/540.2）*1000*0.2%=2.13 (kg)

（5）热麦汁量为： （574/540.2）*1000=1063 (L) （6）冷麦汁量为： （556.8/540.2）*1000=1031 (L)

（7）湿糖化槽量为 设排除的湿麦槽水分含量为80%，则湿麦槽量为： [（1-0.06）*（100-75）/（100-80）]*138.8=163.1 (kg) 而湿大米槽量为：[(1-0.13)*(100-92)/(100-80)*46.3]*46.3=16.11 (kg) 故湿糖化槽量为：163.1+16.11=179.2 （kg）

（8）酒花槽量：设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花槽水分含量为80%，则酒花槽量为： [（100-40）/（100-84）]*2.13=6.39 (kg)

3. 200t/a12o淡色啤酒糖化车间的物料衡算

（1）由以上设计中可得出100kg原料可得成品啤酒540.2L 12°P啤酒的密度为ρ=1012kg/m3，

540.2L啤酒的质量M=540.2L31012 kg/m3=546.68kg 由此可得出：

年产200吨的啤酒所需要的原料量为：2000003100/546.68=3.66310000kg 所以：

年产200吨啤酒所需的麦芽质量：3.6631000030.75=2.75310000kg

年产200吨啤酒所需的大米质量：3.66310000-2.75310000=0.91310000kg 设生产的时间为：4—9月为生产的旺季，每天糖化6次，每个月生产28天， 3—10月为生产的淡季，每天糖化4次，每个月生产22天

则全年的总糖化次数为：632836+432236=1008+528=1536次 （2）每次糖化物料衡算：

每次糖化投料 3.66310000/1536=23.83kg 每次麦芽投料 23.8330.75=17.87kg 每次大米投料 23.83-17.87=5.96kg

每次热麦汁收得率为 （71.79/12）323.83=142.56kg

表3-1 200t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算表 物料名称 单位 对100kg混合原料 100 75 25 1.15 574 556.8 96.78 3.45 551.2 545.7 540.2 1000L12o淡色啤酒 185.1 138.8 46.3 2.13 1063 1031 179.2 6.39 1020 1010 1000 糖化一次定200t/a啤酒生额量（28.73L 产 12o啤酒） 23.83 17.87 5.96 0.27 136.77 132.67 22.94 0.81 131.34 130.03 128.73 36600 27500 8100 414.72 210078 203781 35236 1244 201738 199726 197729 混合原料 麦芽 大米 酒花 热麦汁 冷麦汁 湿糖化槽 湿酒花槽 发酵液 过滤酒 成品啤酒 kg kg kg kg L L kg kg L L L 备注: 12o淡色啤酒的密度为1012kg/ m3 ，实际年生产啤酒200.1t。

3.2 热量平衡计算 （一）糖化用水耗热量Q1

根据工艺，糊化锅加水量为：

m1=（5.96+1.19）34.5=32.18 kg

式中 5.96——糖化一次大米粉量

1.19——糊化锅加入麦芽粉的量（为大米量的20%） 糖化锅加水量为：

m2=16.6833.5=58.38 kg

式中，16.68为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即17.87-1.19=16.68（kg）。而17.87为糖化一次麦芽定额量。

故糖化总用水量为：

mw= m1+m2=90.56（kg）

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=（m1+m2）cw（t1+t2）=90.5634.18310332=1.211310（kJ）

34（二）第一次米醪煮沸耗热量Q2

由糖化工艺流程（图2-2）可知，

Q2'=Q2''+Q2'''+Q2 （3-1）

'Q21.糊化锅内米醪由初温

'Q2t0加热至100℃耗热

=m米醪c米醪（100- t0） （3-2）

（1）查《生物工程工厂设计概论》可得： c麦芽=1.71kJ/（kg2K） c故：

大米=1.89kJ/（kg2K）

m大米c大米?m麦芽c麦芽?m1cwc米醪=

m大米?m麦芽?m1

5.96*1.89?1.19*1.71?32.18*4.185.96?1.19?32.18 =

=3.75kJ/（kg2K）

（2）米醪的初温t0 设原料的初温为18℃，我饿热水为50℃，则

(m大米c大米?m麦芽c麦芽）*18?m1cw*50t0=

m米醪c米醪

=47.2℃ 式中m米醪=39.33（kg）

（3）把上述结果带回式（3-2），得：

'Q2=39.3333.753（100-47.2）

=7787.34（kJ） 2.煮沸过程中蒸汽带出的热量

''Q2

设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为:

m米醪*5%*40 mV1=

60

=1.311(kg) 故

''Q2=mV1I=1.31132257.2=2959.19（kJ）

式中 I——煮沸温度（约100℃）下水的汽化潜能（kJ/kg） 3.热损失

'''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''+Q2'=15%（Q2''+Q2）

4.由上述结果得Q2

Q2'=1.15（Q2''+Q2）

=12358.51（kJ）

（三）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℃，故混合前米醪先重100℃冷却到中间温度t0。 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：

m麦芽c麦芽*18?m2cw*50 t麦醪=

m麦醪c麦醪

其中，糖化锅中m麦醪=m麦+m2=75.06（kg）

2.米醪的中间温度t

根据热量衡算，且忽略损失，米醪与麦醪并和前后的焓不变，则米醪的中间温度为：

m混合c混合t混合?m麦醪c麦醪t麦醪 t=其中，麦醪的比热容

m米醪c米醪m麦芽c麦芽?m2cw

c麦醪=混合醪的比热容

m麦醪16.68*1.71?58.38*4.1816.68?58.38==3.63kJ/(kg2K)

m麦醪c麦醪?m米醪c米醪 c混合=

m混合=3.67kJ/（kg2K）

114.39*3.67*63?75.06*3.63*46.6739.33*3.75故 t=

=93.11℃

因此温度比煮沸只低6.99℃ ，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.由上述结果得Q3

Q3=m混合c混合（70-63）=2938.68kJ

（四）第二次煮沸混合醪的耗热量Q4

由糖化工艺流程可知：

Q4'=Q4''+Q4'''+Q4 （3-3）

（1）经第一次煮沸后米醪量为： m

‘米醪=m米醪-mV1=39.33-1.311=38.02kg

‘米醪故进入第二次煮沸的混合醪量为： m混合= m

+m麦醪=38.02+75.06=113.08kg

（2）据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪温为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪量占：

m混合（78?70） 故

'Q4100?70m混合3100%=26.7%

=26.7%m混合c混合（100-70）=3362.69kJ

''Q42.二次煮沸过程蒸汽带走的热量

煮沸时间为10min，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为：

26.7%m混合*5%*10 mV2=故

''Q460=0.255kg

=mV2h=0.255*2257.2=574.50kg

式中 h——煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg） 3.热损失

'''Q4

'''Q4'=15%（Q4''+ Q4根据经验有： ）

4.把上述结果代回式（3-3）得Q4

Q4'=1.15（Q4''+ Q4）=4527.77kJ

（五）洗槽水耗热量Q5

设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为： m洗=23.83*450/100=107.24kg

故 Q5=m洗cw（80-18）=107.24*4.18*62=27792.32kJ （六）麦汁煮沸过程耗热量Q6

''''''666Q=Q+Q+Q6 （3-4）

'Q6

1.麦汁升温至沸点所耗热量

由表3-1糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到574kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃。则进入煮沸锅的麦汁为： m麦汁=23.83*574/100=136.78kg

17.87*1.71?5.96*1.89?136.78*6.4*4.18136.78*7.4又 c麦汁=

=3.514kJ/（kg2K）

'Q6= c麦汁 m麦汁（100-70）=14419.35kJ

2.煮沸过程蒸发耗热量

''Q6

煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分量为： mV3=136.78*10%*1.5=20.52kg 故

''Q6= mV3h=20.52*2257.2=46310.97kJ

式中 h——煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg） 3.热损失

'''Q6

'''Q6''''=15%（Q6+Q6 ）

4.把上述结果代回式（3-4）可得出麦汁煮沸总耗热

''''66Q=1.15（Q+Q6）=69839.87kJ

（七）糖化一次总耗热量Q总

Q总=?Qi=129815.66kJ

i?16（八）糖化一次耗用蒸汽的量D

使用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，h=2725.3kJ/kg，则：

Q总（h-i）?=63.15kg m0=

式中 i——相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg） ?——蒸汽的热效率，取95%

（九）糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax

在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且知煮沸时间为90min，热效率为95%，故：

Q6Qmax=1.5*95%=49010.44

相应的最大蒸汽量为：

mDmaxQmax=h-i=22.65kg/h

（十）蒸汽单耗

据设计，每年糖化次数为1536次，总共生产啤酒200.1t。年耗蒸汽总量为: mT=63.15*1536=96998.4kg 每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：

ms=96998.4/200.1=484.75kg/t啤酒

每昼夜耗蒸汽量：

生产旺季：md旺=63.15*6=378.9kg/d 生产淡季：md淡=63.15*4=252.6kg/d

热消耗综合表：

表3-2 200t/a啤酒厂总热量衡算表（耗蒸汽量） 名称 蒸汽 压力/MPa 每吨产品每小时最消耗定额大用量//kg （kg/h） 22.65 每昼夜消每昼夜消年消耗量 耗量（旺）耗量（淡）/（kg/a） 备注 /（kg/d） /（kg/d） 378.9

252.6 96998.4 0.3(表压) 484.75 3.3 水平衡计算

估计生产用水:设每吨啤酒耗水5吨.则年产200t啤酒.大约耗水为1000吨 其中,糖化工段用水如下:

糖化、糊化投料水: g1= mw*1536= 90.56*1536=139.1（t） 洗麦糟用水: g2= m洗*1536=107.24 *1536=164.8(t) 设洗酒花糟每100kg原料用水10kg，则洗酒花糟用水: g3=10*（23.83/100）*1536=3.66 (t)

设每100kg原料糖化设备洗涤用水150kg，则糖化设备洗涤用水: g4=150*（23.83/100）*1536=54.98(t)

糖化车间总用水:g总=i?1?g4i=363.54t

3.4 班产量计算与人员安排

1.班产量计算

每天一班,每班8小时 班产量:

旺季天产量:128.73*6=772.38L,用500ml瓶装,则天产量为 772.38*1000/500=1544瓶/天

淡季天产量 :128.73*4=514.92L,用500ml瓶装,则天产量为 514.92*1000/500=1029瓶/天 糖化车间人员安排: 车间主任 1人 班长 1人 操作员 5人 技术人员 2人 维修工 2人 清洁工、杂工 2人

3.5 设备的选型与校核计算

1. 糖化锅选型:

糊化锅投料量=5.96+1.19=7.15 (kg) 米醪量:7.15+32.18=39.33 (kg)

设糊化锅煮沸时 ,每小时蒸发5%水分,煮沸时间40min 则:蒸发量=39.33*5%*40/60=1.311(kg)

第一次煮沸后米醪量=39.33-1.311=38.02(kg) 糖化锅中麦醪量=75.06(kg)

第一次煮沸后,糊化醪量+糖化醪量=38.02+75.06=113.08 (kg) 大米粉含水13%麦芽粉含水6%

糖化醪干物质=[17.87*(1-6%)+5.96*(1-13%)]/113.08 =19.44%

查《生物工程工厂设计》附录表9 相对密度为1.082

则糖化锅有效体积=113.08/(1.082*1000)=0.105(m) 取R=0.65H，算得，底面直径R=0.44m 高H=0.68m 2．糊化锅选型

糊化锅体积为糖化锅体积的确1/2~2/3，现取0.53，则糊化锅的有效体积0.105*0.53=0.056（m） R=0.36m H=0.55m 3．过滤锅选型

从糖化锅出来的物质，直接进入到过滤锅中，所以过滤锅的有效体积可取0.105m。 R=0.44m H=0.68m

4．煮沸锅选型

由物料衡算可知，100KG混合原料煮沸前的麦汁量为598.3kg，则糖化一锅可产生598.3*23.83/100=142.57（kg）麦汁，取密度为1040kg/m，计算得有效体积为0.137m R=0.48m H=0.74m 5．回旋沉淀槽选型

可取与煮沸锅相同的有效体积，即0.137m R=0.48m H=0.74m

参照有关数据及所算的有效体积，可取如下设备：

糊化锅 JPV0.0630.056 QB/T 1846 φ0.36 V有效：0.056 m 糖化锅 JPV0.1230.105 QB/T 1846 φ0.44 V有效：0.105 m 过滤锅 JPV0.1230.105 QB/T 1846 φ0.44 V有效：0.105 m 煮沸锅 JPV0.1430.137 QB/T 1846 φ0.48 V有效：0.137 m 回旋沉淀槽 JPV0.1230.105 QB/T 1846 φ0.48 V有效：0.137 m

333333333334 车间设备布置设计

4.1 车间布置说明

（1）确定设备布置形式 根据车间的生产纲领，分析产品—产量关系，从而确定生产类型是大量生产、成批生产还是单件生产，由此决定车间设备布置形式是采用流水线式，成组单元式还是机群式。 （2）满足工艺流程要求 车间布置应保证工艺流程顺畅，物料搬运方便，减少或避免往返交叉物流现象。

（3）实行定置管理，工作环境整洁，安全.对车间布置时除对主要生产设备安排适当位置外，还需对其它所有组成部分包括在制品暂存地，废品废料存放地，检验试验用地、工人工作地，通道及辅助部门如办公室，生活卫生设施等安排出合理的位置，确保工作环境整洁及生产安全。

（4）选择适当的建筑形式 根据工艺流程要求及产品特点，配备适当等级的起重运输设备，进一步确定建筑物高度、跨度、拄距及形状。

（5）采光、照明、通风，采暖、防尘、防噪声。 （6）具备适当的柔性，适应生产的变化。

4.l 车间布置图纸（平面图、立面图、主要设备图）

平面图见图纸 设备一览图如下：

总结

1、生产规模较小,适合学校实验室学生做实验。

2、原料的质量是保证啤酒质量的首要因素。糖化、麦汁煮沸、发酵是啤酒生产工艺中三个重要的物质转化过程。

3、生产中降低能耗和生产副产物的回收与利用，能提高工厂的经济效益和社会效益。

4、完成物料衡算、水、汽、冷、电、CO2用量的计算和设备的选型与计算，但计算和设备的选型需要完善。

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