年产20万吨啤酒发酵车间的课程设计

食品工厂综合设计任务书

设计题目： 年产20万吨啤酒工厂设计 学号： 姓名： 专业：

指导教师： 系主任：

一、主要内容及基本要求

主要内容： 1.选择厂址新建一座年产20万吨啤酒饮料工厂； 2.以啤酒发酵（糖化）车间为主体设计； 3.以生产工艺（流程）设计为主导，为其他配套专业（如全厂总平面、土建、采暖通风、水电、环保、技术经济与概算等单项工程设计）提供设

计依据和提出要求，兼顾非工艺设计。 4.完成设计图纸2~3份。 基本要求： 生产方案和平面布局合理，工艺流程设计和设备选择及生产技术经济指标具有先进性与合理性，工艺计算正确，绘图规范，综合指标达到同类

工厂先进水平或世界先进水平。主要包含以下几点：

1. 概述与设计方案简介； 2. 设计条件及主要物性参数表；工艺设计计算，完成编写设计说明书一份（2000字以上，涵盖总平面及车间布置、生产方案、工艺流程、物料衡算、设备选型、环保与综合利用、技术经济与概算等内容），按规定格

式和顺序装订成册； 3.完成以下设计图：果汁饮料车间设备装配图、带控制点的工艺流程图各一份；

二、重点研究的问题

1.生产工艺流程的选择和设计； 2.物料衡算； 3. 啤酒主车间布置设计以及生产设备选型; 4.经济指标及核算。

I

三、进度安排

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

各阶段完成的内容 查阅资料、调研 开题报告、制订设计方案 完成综述 初步设计（工艺设计、物料衡算） 绘图 编写设计说明书、打印装订 指导教师审阅 完成时间 第1周 第2周 第3～5周 第6周 第7～8周 第9～10周 四、应收集的资料及主要参考文献

[1]. 管敦仪.啤酒工业手册.上、中、下[M].北京：中国轻工业出版社，1998

[2]. 吴思芳.发酵工厂工艺设计概论[M].北京：中国轻工业出版社，2005.8

[3]. 刁玉伟.化工设备机械基础[M].大连：大连理工大学出版社，1998(8)51-347

[4]. 丁 浩.化工工艺设计[M].上海：上海科学技术出版社，1989 [5]. 梁世忠.生物工程设备[M].北京：中国轻工业出版社，2005（2）188-194

[6]. 石光源编写.机械制图[M].北京：高等教育出版社，1990（5）10-21 [7]. 顾国贤.酿造酒工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，1996（12）1-285

[8]. 化工设备设计手册编写组.材料与零部件.上、中、下[M].上海：上海人民出版社，1973.10

[9]. 王文甫主编.啤酒生产工艺.北京：中国轻工艺出版社.1997

[10] Takashi, K. App l. Envirom. Microbiol. [ J ]. 1993, 59

II

( 40) :953.

[11] MarklundS,etal. Involvement of the superoxideanion radical in the autoxidation of pyrogallol and a convenient assay for superoxide dismutase[J]. Eur J Biolchem, 1974, 47: 469- 475.

III

目录

摘要------------------------------------------------------1 前言------------------------------------------------------2 第一章 啤酒工艺选择与论证---------------------------------3 1.1 啤酒原料-----------------------------------------------3 1.1.1 大麦-------------------------------------------------3 1.1.2 啤酒花和酒花制品-------------------------------------3 1.1.3 啤酒酿造用水-----------------------------------------3 1.2 麦芽制备-----------------------------------------------4 1.3生产工艺流程的选择及论证--------------------------------4 1.3.1 麦芽汁制备工艺----------------------------------------4 1.3.1.1 麦芽与大米的粉碎------------------------------------4 1.3.1.2 糖化原理--------------------------------------------4 1.3.1.3 糖化方法及设备--------------------------------------4 1.3.1.4 麦芽醪的过滤----------------------------------------5 1.3.1.5 麦汁的煮沸和酒花的添加------------------------------5 1.3.1.6 麦汁的处理------------------------------------------5 1.3.1.7 麦汁的充氧------------------------------------------6 1.3.2 啤酒发酵----------------------------------------------6 1.3.2.1 啤酒酵母--------------------------------------------6 1.3.2.2 啤酒发酵方法的选择----------------------------------7 1.3.2.3 啤酒发酵工艺----------------------------------------7 1.3.2.4酵母的添加与回收------------------------------------7 1.3.2.5发酵设备的降温控制----------------------------------7 1.3.3啤酒生产副产物的利用----------------------------------7 1.3.4成品啤酒----------------------------------------------7 第二章 工艺计算---------------------------------------------9 2.1 物料衡算------------------------------------------------9 2.1.1 物料衡算的意义----------------------------------------9 2.1.2 物料衡算基础数据--------------------------------------9 2.1.3 100㎏原料生产啤酒的物料衡算---------------------------9 2.1.4 生产100L 啤酒的物料衡算------------------------------10 2.1.5 年产20万吨啤酒糖化车间物料衡算-----------------------12 2.2 耗热量的计算--------------------------------------------14

IV

2.2.1 糖化用水耗热量Q1-------------------------------------15 2.2.2 第一次米醪煮沸耗热量----------------------------------15 2.2.3 第二次煮沸前混合醪液升温至70℃的耗热量----------------15 2.2.4 第二次煮沸混合醪液耗热量------------------------------15 2.2.5 洗糟水耗热量------------------------------------------15 2.2.6 麦汁煮沸过程中耗热量----------------------------------15 2.2.7 一次糖化总耗热量--------------------------------------16 2.2.8 一次糖化蒸汽耗用量D-----------------------------------16 2.2.9 糖化小时最大蒸汽耗用----------------------------------16 2.2.10 蒸汽单耗---------------------------------------------16 2.3 工艺耗水量计算------------------------------------------16 2.4 工艺耗冷量的计算----------------------------------------17 2.4.1 发酵车间工艺流程--------------------------------------17 2.4.2 工艺技术指标及基础数据--------------------------------17 2.4.3 工艺耗冷量的计算--------------------------------------17 2.4.4 发酵车间工艺总耗冷量----------------------------------17 第三章 发酵车间设备设计与选型-------------------------------19 3.1 发酵罐的设计与选型--------------------------------------19 3.1.1 发酵罐体积的确定--------------------------------------19 3.1.2 发酵罐个数的确定--------------------------------------19 3.2 发酵车间其他附属设备选型--------------------------------19 3.2.1 清酒罐------------------------------------------------19 3.2.2 扩大培养罐选型----------------------------------------20 3.2.3 麦汁杀菌罐--------------------------------------------21 3.2.4 贮酒罐的设计与选型------------------------------------22 第四章车间布置----------------------------------------------23 4.1 发酵车间设备布置----------------------------------------23 4.1.1 发酵设备----------------------------------------------23 4.1.2 泵----------------------------------------------------23 4.1.3过滤机-------------------------------------------------23 4.1.4清酒罐-------------------------------------------------23 第五章 经济核算

5.1基本费用预算---------------------------------------24 5.2年生产成本的计算-----------------------------------------24

V

5.3利润，利润率，投资回收期预算-----------------------------24 总结-------------------------------------------------------25 致谢-------------------------------------------------------26 参考文献----------------------------------------------------27

VI

摘 要

本设计为年产20万吨啤酒的啤酒厂发酵车间工艺设计，其生产原料为大麦麦芽和大米，生产旺季占全年产量的80%，全年生产天数为300天，设计的主体为发酵车间，主体设备为发酵罐。首先对原料、制备、糖化、发酵工艺进行选择及论证，再通过物料和热量衡算确定糖化车间主要设备的容量和数量，对发酵车间附属设备进行选型，对发酵罐进行结构及强度设计，在此基础上，对主体设备发酵罐进行设计计算，最后绘制出发酵车间设备平面布置图，发酵车间带控制点流程图和全厂工艺流程图。

关键词：啤酒厂，发酵，发酵罐,工艺计算

Abstract

The design for the fermentation process of beer factory workshop design with an annual output of 200000 tons of beer, the raw materials for the production of barley and rice, the production season accounted for 80% of production, annual production for 300 days, the design as the main fermentation workshop, the main equipment for fermentation tank. First of all raw materials, preparation, saccharification, fermentation process of selection and demonstration, and then determine the main saccharification workshop equipment capacity and the number of material and heat balance calculation, selection of fermentation workshop equipment, structure and strength design of fermentation tank, on this basis, the design of the main equipment in fermentation tank, finally drawing of fermentation workshop equipment layout, with control

chart and process flow diagram of fermentation workshop.

Keywords: beer factory, fermentation, fermentation tank,

process calculation

1

前 言

啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽和水为主要原料，经麦芽汁的制备、糖化、添加酒花、煮沸、过虑、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳，起泡的，低酒精浓度的饮料。

啤酒在德国巴州等地素有液体面包之称。在1972年世界第九次营养食品会议上，曾推荐啤酒为营养食品。

啤酒中含有的营养成分，主要有酒精、糖类、糊精、蛋白质及其分解产物、维生素、无机盐、二氧化碳等。啤酒被列为营养食品必须具备的三个条件：一是啤酒中含有多种氨基酸和维生素。二是啤酒发热高。三是啤酒中含有的营养物质都是在酿造过程中由酶将原料中的淀粉和蛋白质分解成的糖类、肽和氨基酸等，这些物质容易被人体吸收消化。

啤酒的营养价值表现为两方面：一方面，酒精含量较低（10度黄啤酒含酒精3％左右），不仅对胃和肝脏没有损害，还可以平缓地促进人体血液循环。另一方面，啤酒中含有烟酸，在维生素B1和B6维持心脏正常活动的同时，烟酸能扩张血管，加速新陈代谢，因此啤酒对心血管系统有益。

自20世纪90年代，中国啤酒行业进入了快速发展的阶段，行业发展至今，中国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。2003-2007年5年间，中国啤酒经济指标取得了一定增长，啤酒产量增加1426万千升，增长56.9%。

随着社会的发展，啤酒市场的竞争越来越激烈了，并且广大消费者对啤酒种类风味和质量的要求也越来越高，相应的新产品也层出不穷。因而，我个人认为很有必要将啤酒生产方面的技术科学地总结和分析，以推动啤酒产品多样化发展。随着人们，饮食消费结构的不断调整，生活水平的不断提高，啤酒已进入了万户千家。然而调查显示我国人均的啤酒消费却还没有达到世界平均水平。所以只有建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，才能满足人们日益增长的物质生活需求。因此，对于啤酒厂的设计是有意义的，是很有必要的。

2

第一章 啤酒工艺选择与论证

1.1啤酒原料

1.1.1 大麦

自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵。大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式，可分为六棱、二棱、四棱大麦我国华北地区都种植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。因此，

在本设计中选用二棱大麦。

本啤酒厂采用优质一级以上浅色麦芽，粒大皮薄，有明显的麦芽香味、无异味。质量指标如下：

夹杂物％（质量）≤0.5； 水分％（质量）≤5.0 ； α－氨基酸mg/100g≥150； 糖化力wk≥250； 糖化时间(min)≤10；色度EBC 2.5—3.5 煮沸色度EBC≤8.0； 浸出物%(质量)≥79.0； 粗细粉差%≤2.0 粘度Mpa*s≤1.60

1.1.2 啤酒花和酒花制品

酒花对啤酒的质量十分重要，它不仅赋予啤酒特殊的苦味，影响啤酒的口味和香气，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒泡沫的起泡性和泡持性，能增加麦汁和啤酒的生物稳定性，而且有一定的防腐和澄清麦汁的能力。

啤酒厂直接使用酒花的比例越来越少，新的酒花制品不断受到厂家的欢迎。酒花制品包括酒花粉末、颗粒酒花等。

颗粒酒花与粉末酒花相比，体积和质量减少，便于运输和储藏。颗粒酒花已成为世界上使用最广泛的酒花制品，其产量已占全部酒花产量的50％以上。

本设计采用颗粒酒花。

1.1.3 啤酒酿造用水

工厂用水一部分用于酿造啤酒，包括投料用水、洗槽水、啤酒稀释用水等，而大部分用于冲刷、清洗及冷却系统用水。

啤酒含量最多的成分是水。水中各种离子在一定程度上影响酵母的生产和啤酒的质量。

3

1.2 麦芽制备

麦芽制备工艺决定了麦芽品种和质量，从而决定了啤酒的类型，麦芽的质量将直接影响酿造工艺和成品啤酒的质量。

制麦的目的在于使大麦发芽，产生多种水解酶类。以便通过后续糖化，使大分子淀粉和蛋白质得以分解溶出。而绿麦芽经过烘干将产生必要的色，香，和风味成分。

全制麦过程大体可分为原料分级，浸麦，发芽，干燥、除根等过程。 现代啤酒生产，工业化程度越来越高，啤酒工厂一般不自行生产麦芽，而是从专门的麦芽生产工厂购买所需麦芽，以达到降低生产成本的目的。

1.3生产工艺流程的选择及论证

[4]

啤酒厂的生产工艺主要包括麦汁的制备和啤酒的发酵。

1.3.1麦芽汁制备工艺

麦汁制造过程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理（澄清，冷却，通氧）等一系列物理学，化学，生物化学的加工过程。

1.3.1.1 麦芽与大米的粉碎

1.麦芽的粉碎

本设计采用麦芽湿法粉碎，湿法粉碎全部操作有：浸渍→磨碎→匀浆→泵出。在0.5-2小时内完成一批投料，根据日加工量，选择适当的机器台数。

2.大米的粉碎

大米采用对辊碎机进行干法粉碎，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。

1.3.1.2糖化原理

糖化是将麦芽和辅料中高分子物质机器分解产物（淀粉，蛋白质，植酸盐，半纤维素等机器分解中间产物，通过麦芽中各种水解酶的作用，以及水和热能的作用，使之分解并溶解于水，此过程称作“糖化”。

1.3.1.3 糖化方法及设备

由于浸出糖化法要求使用溶解良好的麦芽，成本高，原料利用率低，且更适合酿造上面发酵啤酒，本设计不采用。而煮出法糖化法可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，原料利用率高，糖化时间短，麦汁成份好，适合酿造传统下面发酵啤酒。故本设计采用该法。

4

煮出糖化法，根据醪液煮沸的次数，常用的有一次、二次和三次煮出糖化法。

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。故本设计才用此方法进行糖化。

1.3.1.4 麦芽醪的过滤

糖化过程结束时，已基本完成了麦芽和辅料中高分子物质的分解、萃取。因此，必须在短时间内把麦汁和麦醪分离。此分离过程称麦芽醪的过滤。

麦芽醪的过滤工艺基本要求：迅速和较彻底地分解可溶性浸出物，尽可能减少有害于啤酒风味的麦壳多酚、色素、苦味物，以及麦芽中高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸、β-葡聚糖等物质被萃取，尽可能获得澄清透明的麦汁。

通过比较可知过滤槽法对麦芽粉碎度要求严格，过滤、洗涤时间长，并且过滤速度慢，因此在本设计中选用板框式压滤机法。

1.3.1.5 麦汁的煮沸和酒花的添加

1. 麦汁煮沸的设备

分批式麦汁煮沸，在一个有加热装置的特殊容器中进行，称煮沸锅。麦汁煮沸锅具有多种形式，本设计选用的是列管式内加热器圆形麦汁煮沸锅。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。

2. 麦汁煮沸方法

传统煮沸锅均采用常压煮沸，常压煮沸的优点有工艺成熟，操作方便，维修费用低。酒花浸出率高，所得麦汁质量好。故本设计采用该方法。

3. 酒花的添加

酒花添加量应依据酒花质量（含α-酸的量），消费者习惯，啤酒品种，浓度等不同而不同。浅色啤酒苦味物值为15-40（Bu）之间，一般在此范围内选取一个固定值，生产时允许在固定值上波动±5 Bu。 酒花的添加方法，还是以传统分3～4次添加法为主。酒花添加分三次完成，操作如下：

第一次：煮沸5～15分钟后，添加总量的5%～10%，主要作用是消除煮沸物得泡沫。第二次：煮沸30～40分钟后，添加总量的55%～60%，主要是萃取α-酸，并促进异构。第三次：煮沸后80～85分钟，添加总量的30%～40%，主要是萃取酒花油，提高酒花香味。

1.3.1.6 麦汁的处理

从煮沸锅放出的定型热麦汁，进入发酵以前还需要进行一系列处理：

5

酒花糟分离，热凝固物分离，冷凝固物分离，冷却，充氧等才能成为发酵麦汁。近代的啤酒生产大大缩短了发酵和贮酒周期，发酵容器也增大到数百至上千立方米。

麦汁处理应适用设备的要求不同，流程很多，经比较采用以下流程对麦汁进行处理：

↓ ↑

（酒花糟+热凝固物） （无菌空气）

煮沸锅→热麦汁→泵→回旋沉淀槽→薄板冷却系统→通风→发酵

1.3.7 麦汁的充氧

1. 热麦汁的氧化

麦汁在高温之下接触氧，此时氧很少以溶解形式存在，而是和麦汁中糖类、蛋白质、酒花树脂、多酚等发生氧化反应。目前我国认为从麦芽粉加水投料至冷却前，隔氧操作是关键措施。

2. 冷却麦汁的充氧

麦汁冷却至发酵接种温度以后，即使与氧接触，氧化反应较微弱，氧在麦汁中呈溶解状态，是酵母前期繁殖必须的。麦汁浓度增加减少饱和溶氧量。

3. 冷麦汁通风方法

普通啤酒发酵采用压缩空气通风，即将无菌，无油的压缩空气在麦汁冷却的输送线路中，通过文丘里管或不锈钢舌片混合器，肽管混合器，在线上充氧。

1.3.2 啤酒发酵

[7]

1.3.2.1 啤酒酵母

1. 啤酒酵母的选择

能使含糖液体自然发酵，生成二氧化碳和酒精，液面上形成“膜”，器底形成“沉淀”的生物，统称为“酵母”。广义上说，凡是单细胞、世代时间较长的低等真核生物，统称为“酵母”。

本设计采用嘉士伯酵母，该酵母是汉生氏从丹麦嘉士伯啤酒厂分离培养出来。使用的酵母为嘉士伯一号，细胞椭圆形，菌体大小为（7－10）×（3－5）微米，发酵度高。

2. 啤酒酵母的扩大培养

啤酒酵母纯正与否，对啤酒发酵和啤酒质量的影响很大。啤酒工厂生产使用的酵母由保存的纯种酵母，经过扩大培养，达到一定数量后，供生产现场使用。

6

1.3.2.2 啤酒发酵方法的选择

啤酒发酵方法主要有以下几种方式：传统发酵，锥形罐发酵；连续发酵法，分批式发酵法；上面发酵法，下面发酵法；一罐发酵法，两罐法发酵；本设计选用的是两罐式发酵法。

1.3.2.3 啤酒发酵工艺

传统式分批发酵，每批（一锅或两锅）定型麦汁，经过添加酵母，前发酵（酵母增殖），主发酵，后发酵和贮酒等阶段。相应的设备是：酵母添加器，前发酵池，主发酵池，后发酵罐和储酒罐。各段发酵均在有绝热维护层，并具有室温调节装置的的厂房内进行，一般分为前发酵室（7-8℃）主发酵室（6-7℃），后酵和储酒室（2-0℃）等部分。

1.3.2.4 酵母的添加与回收

在麦汁进行充氧同时添加酵母，为了使酵母均匀分布在发酵罐中，酵母应在整个麦汁流入过程中均匀添加，接种量一般为（1.5～1.8）×107/mL麦汁，即约0.6～0.8L浓酵母泥/hL麦汁。

1.3.2.5 发酵设备的降温控制

本设计采用的发酵设备为应用极为广泛的露天锥形发酵罐，酵母在发酵过程中会产生热量，为使发酵和后熟在设计的工艺温度下进行，必须进行冷却。因为发酵罐的夹套焊接要求也较高，故本设计采用间接冷却方式。

1.3.3 啤酒生产副产物的利用

1、麦糟的利用

麦糟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。麦糟是有价值的饲料，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。

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1.5t，可制成含水8.5%～10%的干酵母约0.35t。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。

1.3.4 成品啤酒

1. 啤酒的过滤

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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。

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

2．啤酒包装

啤酒的包装形式有瓶装、易拉罐装和桶装三种形式，本设计生产的主要是瓶装啤酒。

过滤啤酒 ↓

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

啤酒包装的基本功能有以下几点。

1. 保护功能。包装应该保证产品的安全和清洁卫生，使其在储存、运输和销售过程中不致散失、损坏和变质，这是包装最基本的作用。

2. 美化增值功能。美观大方的包装造型、生动形象的图案和新颖别致的装潢可以衬托产品形象，提高产品的附加价值。

3. 促销功能。包装是“无声的推销员”，消费者通过包装可以了解产品，引起消费兴趣，激发购买动机，从而有利于扩大商品销售。

8

第二章 工艺计算

[1]

2.1 物料衡算

2.1.1 物料衡算的意义

物料衡算是指理论上进行生产时，所要消耗的物料和可以得到的产品以及副产品的量，物料衡算的准确与否关系到整个生产工艺的合理性和设计的可行性，是整个设计阶段的重要一环。

2.1.2 物料衡算基础数据

根据表2-1的基础数据，先进行100kg原料生产10°P啤酒的物料衡算，然后进行100L 10°P啤酒的物料衡算，最后进行20万吨/年啤酒厂的物料衡算。

表2-1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 2.1.3 100㎏原料生产啤酒的物料衡算

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：

9

（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）

2.1.4 生产100L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:

10

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

11

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

2.1.5 年产20万吨啤酒糖化车间物料衡算

设全年生产共有300天，其中旺季淡季各150天。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。

200000÷1800=111.11（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）：

111.11×1000÷（1-1%）÷1.010=111121.1（L）

2. 麦芽用量：

111121.1÷677.11×70=11487.76（kg）

3. 大米用量：

111121.1÷677.11×30=4923.33（kg）

4. 混合原料用量：

11487.76+4923.33=16411.1（kg）

5. 热麦汁量：

111121.1÷677.11×738.3=121163.04（L）

6. 冷麦汁量：

111121.1÷677.11×701.38=115104.07（L） 7. 湿糖化糟量：

111121.1÷677.11×89.72=14724.03（kg） 8. 湿酒花糟量：

111121.1÷677.11×4.43=727.01（kg）

9. 发酵液量：

111121.1÷677.11×690.86=113377.62（L）

10. 过滤酒量：

12

111121.1÷677.11×683.95=112243.62（L）

11. 酒花量：

111121.1÷677.11×1.48=242.88（kg）

由于全年糖化次数为1800次，由此可算得全年产量：

111121.1×1800=200.02×106（L）

年实际产量为：

200.02×106×1010=20.2（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：

16411.1×1800=29.54×106（kg）

2. 全年麦芽耗用量：

11487.76×1800=20.68×106（kg）

3. 全年大米耗用量：

4923.33×1800=8.86×106（kg）

4. 全年酒花耗量：

242.88×1800=4.37×10（kg）

5. 热麦汁量：

121163.04×1800=218.09×106（L）

6. 冷麦汁量：

115104.07×1800=207.19×106（L）

7. 全年湿糖化糟量：

14724.03×1800=26.5×106（kg）

8. 全年湿酒花糟量：

727.01×1800=13.09×105（kg）

9. 全年发酵液量：

113377.62×1800=204.08×106（L）

10. 11.

全年过滤酒量：

112243.62×1800=202.04×10（L）

全年成品啤酒量：

111121.1×1800=200.02×106（L）

把前述的有关啤酒物料衡算计算结果整理见下表3-2：

表2-2 7万吨啤酒厂糖化车间物料衡算表

6

5

13

物料名称

单对100㎏

对100L 10°P啤

酒 14.77 10.34 4.43 0.218 109.04 103.58 13.25 0.654 13.25 0.654 102.03

糖化一次定

额 16411.1 11487.76 4923.33 242.88 121163.04 115104.07 14724.03 727.01 113377.62 112243.62 111121.1

7万吨/年 啤酒生产 29.54×106 20.68×106 8.86×106 4.37×105 218.09×106 207.19×106 26.5×106 13.09×105 204.08×106 202.04×106 200.02×106

位 混合原料 ㎏ ㎏ ㎏ ㎏ L L ㎏ ㎏ L L L

100 70 30 1.48 738.3 701.38 89.72 4.43 690.86 683.95 677.11

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

备注：10°P啤酒的密度为1010kg/m3，实际年生产啤酒：20.2万吨

2.2 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 4923.33kg

麦芽粉 984.67kg 料水比 1:4.5 料水比 1:3.5 麦芽粉 6430.9kg T(℃，20分钟) 热水 50℃ 46.07℃ 60分钟

13分钟 10分钟

70℃ 63℃，60分钟 T(℃) 12分钟 5分钟

14

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

表2-3 20万吨啤酒厂糖化车间总热量衡算表

名称 规格（MPa） 蒸汽 0.3（表压） 吨酒消耗/kg 403.4 小时最大消耗/kg 15798.88 每昼夜消耗/kg 362159.68 年消耗量/kg 81485928 2.3 工艺耗水量计算

2.3.1 糖化用水

每小时最大用水量：63346.797÷0.5=126693.59（kg/h）

2.3.2 洗糟用水量

每100kg混合原料洗糟水用量为450，则洗糟水用量为：

16411.09×450÷100=73849.91（kg）

洗糟时间定为1.5h，则洗糟水最大用量为：73849.91÷1.5=49233.27（kg/h）

2.3.3 糖化室洗刷用水

糖化室及设备洗刷用水单次定为20吨，清洗时间为2小时，则：洗刷最大用水量为：20/2=10(t/h)

2.3.4 麦汁冷却器冷却用水

G

水

=37899811.42÷[4.18×(80-2)]=116.24(t/h)

2.3.5 澄清槽洗刷用水

单次洗刷耗水量为8t，洗刷时间为0.5小时，则有： 洗刷最大用水量为：8/0.5=16(t/h)

2.3.6 麦芽汁冷却器清洗用水

假设一次冲洗用水6t，清洗时间0.5小时，则： 最大用水量：6/0.5=12(t/h)

15

2.3.7 CIP装置洗涤用水

设配洗液一次用水6t，用水时间为1小时，则： 最大用水量为：6/1=6(t/h)

2.3.8 CIP系统配洗液用水

配洗液用水每次用水20t，用水时间为1小时，则： 最大用水量为：20/1=20(t/h)

2.3.9 过滤冷却器洗刷用水

过滤冷却器洗刷用水为4t,洗刷地面用水为2t,用水时间为1.5小时，则：最大用水量（4+2）/1.5=4(t/h)

2.3.10 硅藻土过滤机洗刷用水

设硅藻土过滤机洗刷用水为10t，地面洗刷用水2t，用水时间1小时，最大用水量为12(t/h)。

2.3.11 清酒罐洗刷用水

每天洗刷清酒罐2个，用水量10t，地面清洗用水3t，用水时间1小时，则最大用水量为13(t/h)。

2.3.12 洗瓶机用水

洗瓶机最大生产能力按2000瓶/h计，单瓶清洗用量1.0kg，则总用水量为：2000×1.0÷1000=2(t/h)。

2.3.13 瓶装机洗刷用水

每冲洗一次用水5 t，冲洗时间为40分钟，则 最大耗水量为：5×60÷40=7.5(t/h)

2.3.14 杀菌机用水

杀菌机单瓶耗水量1kg，总耗水量为：20000×1÷1000=2(t/h)。

2.3.15包装车间地面洗刷用水

包装车间地面洗刷用水为15 t，用水时间为0.5h，则 最大用水量为:15÷0.5=30(t/h)

2.3.16 发酵罐洗刷用水

一个发酵罐用水为3 t，每罐洗涤时间0.5 h.则 最大用水量为：3÷0.5=6(t/h)

2.3.17 其他用水

以上未计算的地面用水，管道冲洗用水，每班计20 t, 用水时间2小时，则

每小时的用水量为：20÷2=10(t)

2.4 工艺耗冷量的计算

16

2.4.3 工艺耗冷量的计算

2.4.3.1 麦汁冷却耗冷量Q1

Q1全=Qf×1800÷3= 7.98×1010(kJ)

2.4.3.2 发酵耗冷量Q2

Q2全=Q0×1800÷3 =23299198.57×1800÷3=13.98×10 (kJ)

9

2.4.3.5 酵母洗涤用冷无菌水冷却耗冷量Q3

?×1800÷3=418584.8×1800÷3=2.51×108（kJ) Q3全=Q32.4.3.6酵母培养耗冷量Q4

单罐工艺耗冷量为：

?÷（1800÷3） =7.54×108÷（1800÷3）=1256558（kJ） Q4单=Q4相应的高峰冷冻介质循环量为：

M4=Q4/[cm(t2-t1)]

=261782.9/(4.18×8) =7828.44（kJ/h）

2.4.4 发酵车间工艺耗冷量Qt

1. 工艺耗冷量为：

Qt=Q1+Q2+Q3+Q4

=44355365.1+705916.7+418584.8+261782.9 =45741649.5（kJ/h）

2. 全年工艺总耗冷量为：

Qt全=Q1全+Q2全+Q3全+Q4全

=7.98×1010+13.98×109+2.51×108+7.54×108 =9.48×1010(kJ)

3. 单罐工艺耗冷量

?+Q4单 Qt单=Qf+Q0+Q3 =133066095.36+23299198.57+418584.8+1256558 =158040436.8 (kJ)

将上述结果，整理后可得年产7万吨啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如下：

表2-4 20万吨啤酒厂发酵车间耗冷量衡算表

耗冷分类 耗冷项目 每小时耗冷量（kJ/h) 冷媒用量（kg/h） 每罐耗冷量（kJ） 年耗冷量（kJ） 17

麦汁冷却 Q1 44355365.1 705916.7 127847.37 133066095.36 23299198.57 7.98×10 10发酵耗冷 工艺耗冷量 Q2 21109.9 12517.5 7828.44 —— 28180 164144.68 13.98×10 9无菌水耗冷 Q3 418584.8 261782.9 45741649.5 4096575.3 5488997.94 9585573.24 55327222.74 418584.8 1256558 2.51×10 8酵母培养 Q4 7.54×108 工艺总耗冷 Qt 158040436.8 9.48×1010 5653980 14.75×10 9锥形罐冷损失 非工艺耗冷量 合计 单耗

Q5 管道等冷损 Q6 18964852.42 11.4×109 43544304.42 26.15×109 201584741.2 12.095×非工艺耗冷 Qnt —— —— 总耗冷 Q 1010 598762kJ/t啤酒 18

第三章 发酵车间设备设计与选型

3.1 发酵罐的设计与选型

3.1.1 发酵罐体积的确定

本次设计选用锥底发酵罐，由物料衡算可知，糖化设备一次性糖化麦汁量64.4m3。一日糖化8次，选用发酵罐的有效容积为（三锅装一罐）

Vs=64.4×3=193.2(m3)

发酵罐H:D=1.5-6:1,这里选用4∶1；锥角60°～80°，这里选用60°；装料系数取80-85%，这里取85%。 V0?= Vs/Φ=193.2/0.85 =227.2(m3)

主要尺寸比例：V椭圆?[3]

?4D2h1??24D3 V锥底??D2/12h2?3?D3 24对此发酵罐选用标准椭圆形封头为上封头，60°锥角的锥形封头为下封头，柱体部分高与直径比4：1.则可得：

V0'??4D2?4D?25?33??D3=227.2 ?D3?D3

242424可得D=3.99m 圆整到4m,那么H=4×4=16m

V0'?25?325?3?D3??3.14?43?223.8m3 2424圆整后取V0'?230m3

校核： Vs/V总=193.2÷230=84%（符合要求）

3.1.2 发酵罐个数的确定

设锥形发酵罐的发酵周期为10天。所以对锥体个数的最低要求：

N=nt+1=（6÷3）×10+1=21（个）

式中：n——每天装罐数 t——发酵周期 1——备用罐个数

。

3.2 发酵车间其他附属设备选型

3.2.1 清酒罐

年产200000吨啤酒，由物料衡算可知，每锅麦汁过滤后得酒112243.62L，则每天过滤酒产量为：

112243.62×8=97948.96(L)

由于工艺要求，设有16个清酒罐，则每罐容积为（装料系数Φ=0.8）：

97948.96/（0.8×16）=78543.25(L)

19

果汁饮料按市场价5000元/吨计算，销售费用为销售收入的35%；银行贷款月利率为6‰；设流动资金占固定资产的20%，则 利润=销售总收入-生产总成本-财务费用-销售费用 =200000*0.5-（672+36667）-13000*（1+20%）*6‰*12-200000*0.5*35%

=100000-37339-1123.2-35000=26537.8万元 投资回收期:回收期=资产总投资/年纯利润=51339/26537.8=1.935年

总结

通过对年产5万吨果汁饮料工厂车间的设计和工艺论证，经济，实用，合理的方案。本项目的特点：

1.工艺先进，布局合理，设备自动化程度高。 2.效益好，每年可实现至少达26537.8万元的利润。 3.投资回收期短，为1.935年。

25

确定了最

致谢

首先，向我的毕业设计指导老师张剑老师致以最诚恳的谢意！非常感谢张剑在毕业设计过程中对我的细心指导和帮助。在设计刚刚开始时，张老师给我们详细介绍了设计的任务、要求以及应该注意的事项等。同时，张老师还耐心地给我们列举了课程设计应用专业书籍等，第一次走进学院图书馆借阅相关图书，也感谢图书馆老师给与的支持。设计过程中，老师经常询问我们的设计进程，提醒我们合理利用时间，完成任务。在老师的耐心指导下，我的设计终于完成了。过程中收获了很多专业知识。

最后，还要感谢学校和实习工厂，为我提供了一个很好的学习的环境和机会，才使得我有了今天的成长。

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参考文献

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[2]. 吴思芳.发酵工厂工艺设计概论[M].北京：中国轻工业出版社，2005.8

[3]. 刁玉伟.化工设备机械基础[M].大连：大连理工大学出版社，1998(8)51-347

[4]. 丁 浩.化工工艺设计[M].上海：上海科学技术出版社，1989 [5]. 梁世忠.生物工程设备[M].北京：中国轻工业出版社，2005（2）188-194

[6]. 石光源编写.机械制图[M].北京：高等教育出版社，1990（5）10-21 [7]. 顾国贤.酿造酒工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，1996（12）1-285

[8]. 化工设备设计手册编写组.材料与零部件.上、中、下[M].上海：上海人民出版社，1973.10

[9]. 王文甫主编.啤酒生产工艺.北京：中国轻工艺出版社.1997

[10] Takashi, K. App l. Envirom. Microbiol. [ J ]. 1993, 59 ( 40) :953.

[11] MarklundS,etal. Involvement of the superoxideanion radical in the autoxidation of pyrogallol and a convenient assay for superoxide dismutase[J]. Eur J Biolchem, 1974, 47: 469- 475.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/p355.html