四川理工学院毕业论文

四川理工学院毕业设计

年产10万吨9°P淡色啤酒厂发酵车间设计

学 生：唐小川 学 号：12051050110 专 业：生物工程

班 级：12级生物工程本硕班 指导教师：黄治国

四川理工学院生物工程系

二O一六年五月

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毕业设计任务书

四 川 理 工 学 院 毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： 年产10万吨啤酒厂发酵车间工艺设计

系： 生物工程 专业：生物工程 班级：生工本硕班 学号： 12051050110 学生： 唐小川 指导教师： 黄治国 接受任务时间 2016年3月14日

教研室主任 （签名）二级学院院长 （签名） 0. 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 全厂工艺流程及工艺参数选择论证 发酵车间物料及热量衡算 绘制全厂工艺方框流程图 绘制发酵车间带控制点工艺流程图

绘制发酵车间平面图、立面图各一份或主体设备装配图一份 撰写设计说明书一份

1. 指定查阅的主要参考文献及说明

[1]顾国贤.酿造酒工艺学（第二版）[M].中国轻工业出版社，1996

[2]管敦议.啤酒工业手册（第一版）[M]中国轻工业出版社.1985

[3]化工设备设计手册（第一版）[M].编写组.材料也零部件.上海人民出版社，1973 [4]梁世中.生物工程设备（第一版）[M].中国轻工业出版社.2006 [5]吴思方.发酵工厂工艺设计概论（第一版）[M].中国轻工业出版社.2006

3．进度安排

1 2 3 4 5 设计（论文）各阶段名称 毕业设计下达任务，搜集有关材料，数据 进行设备选型、设计方案的初步确定 工艺论证、物料衡算、基础数据进行统一 车间设备选型 绘图和设计说明书的撰写 起 止 日 期 2016.3.14-2016.3.20 2016.3.21-2016.3.30 2016.4.01-2016.4.15 2016.4.16-2016.4.20 2016.4.21-2016.6.10 注：本表在学生接受任务时下达 II

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毕 业 设 计 说 明 书

题

学

专 业

学

指 导

目 生 别 班 级 号 12051050110 教 师 年产10万吨淡色啤酒厂发酵车间设计(9°P) 唐小川

生 物 工 程 系

生物工程12级本硕班 黄治国 III

系

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目 录

前 言 ................................................. 错误！未定义书签。 第一章.全厂工艺论证 ..................................................... 2 1.1原 料 ............................................................... 2 1.1.1 大麦 .............................................................. 2 1.1.2 啤酒酿造用水 ...................................................... 2 1.2麦芽制备 ............................................................. 2 1.3麦芽汁制备工艺 ....................................................... 3 1.3.1 概述 .............................................................. 3 1.3.2 麦汁制造的工艺要求 ................................................ 3 1.3.3 麦芽与玉米的粉碎 .................................................. 4 1.3.4 啤酒糖化的其他辅料 ................................................ 5 1.3.7 麦芽醪的过滤 ...................................................... 9 1.3.8 麦汁的煮沸、酒花 ................................................. 10 1.3.9 麦汁的处理 ....................................................... 11 1.3.10 麦汁的充氧 ...................................................... 13 1.4啤酒发酵 ............................................................ 14 1.4.1 啤酒发酵机理 ..................................................... 14 1.4.2 啤酒发酵工艺 ..................................................... 14 1.4.3 发酵温度 ......................................................... 15 1.4.4 罐压、CO2浓度对发酵的影响 ........................................ 16 1.4.5 啤酒的过滤 ....................................................... 16 第二章 工 艺 计 算 ..................................................... 17 2.1 物料衡算 ........................................................... 17 2.1.1定额指标 .......................................................... 17 2.2发酵车间物料衡算 .................................................... 17 2.3工艺耗水量计算(含冷水) .............................................. 22 2.4 发酵车间耗冷衡算 ................................................... 24 第三章 发酵车间设备的设计与选型 ....................................... 29 3.1 发酵罐的设计与选型 ................................................. 29 3.1.1 发酵罐体积确定 ................................................... 29 3.1.2 罐子个数的确定 ................................................... 30 3.1.3 发酵罐材料的选择 ................................................. 30 3.2 发酵车间其他附属设备选型 ........................................... 33 3.2.1清酒罐 ............................................................ 33 3.2.2扩大培养罐选型 .................................................... 34 3.2.3麦汁杀菌罐 ........................................................ 36 3.2.4 过滤设备 ......................................................... 36 3.3 车间布置 ........................................................... 36 3.3.1厂房的整体布置和轮廓设计 .......................................... 36 3.3.2厂房的立面布置 .................................................... 37

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目录

3.3.3厂房的平面布置 .................................................... 37 3.4.1发酵设备 .......................................................... 37 发酵罐数量较多，车间布置形式沿车间长度方向呈四条直线对称整齐排列，发酵罐间距离1.5m，离墙距离也为1.5m，锥底离地面距离大概1.5m。 .................... 37 3.4.2泵 ................................................................ 37 3.4.3过滤机 ............................................................ 38 3.4.4其他罐 ............................................................ 38 3.4.5门、楼梯 .......................................................... 38第4章 参考文献 ........................................................ 39 II

四川理工学院毕业论文 绪论

啤酒是国际性的低酒精度饮料酒，为广大人们所喜爱。啤酒工业在世界范围内的发展是很快的，生产技术日益改进，尤其是六十年代后，啤酒工业在科学研究不短发展的基础上，无论在生产工艺或生产设备方面都有突飞猛进的变革，其主要表现为生产周期不断缩短，生产规模不断扩大，生产效率不断提高。啤酒是世界上产量最大，酒精含量最低，营养含量非常丰富的酒种。早在1977年7月2日在墨西哥举行的第9届“国际营养食品会议”上就被正式列为营养丰富食品。据统计，除茶，碳酸饮料和牛奶外，啤酒与咖啡并列2001年世界人均消费量第四位，达到23L。

啤酒的历史悠久，大约起源于9千年前的中东和古埃及地区，后跨越地中海，传入欧洲，19世纪末，随着欧洲强国向东方侵略，传入亚洲。啤酒是世界性饮料酒，现在除了伊斯兰国家由于宗教原因不生产和不饮用酒外，啤酒生产几乎遍及世界各地，啤酒是世界产量最大的饮用酒，已达11300万吨，人均占有量23L。

我国是人口大国，也是酒类消费市场最大的国家。改革开放以来，随着国民经济的发展及人民生产生活水平的日益提高，我国城乡广大消费者对啤酒的求购量越来越大，尤其以优质名牌啤酒供不应求。啤酒中含有丰富的蛋白质、氨基酸、微量元素, 开胃健脾、清爽解渴的作用.

中国啤酒大发展期是20世纪70年代末至80年代。随着啤酒工业的发展，20世纪90年代中期以后将向大型化，集中化，集团化发展。现在已经有近30家啤酒企业年产量超过10万吨，这些大型厂的产量以超过全国总产量的25％，年产5～10万吨的中型啤酒厂以超过40家，产量占全国总产量的20％以上，但是这仍然不能满足现在人们对啤酒的需要，为了顺应发展趋势所以需要设计一个规模较大，工艺先进的现代化啤酒厂。

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第一章 全厂工艺论证

第一章 全厂工艺论证

1.1原 料 1.1.1 大麦

啤酒有史以来，都是以大麦作为主要原料。大麦便于发芽，酶系统全面，生长遍及全球，适应各种气候，价格低廉，又非主粮，制成的酒更别具风格，所以啤酒酿造一直使用。

大麦在人工控制的外界条件下发芽的过程，即为麦芽制造，简称“制麦”。发芽后的新鲜麦芽称绿麦芽，绿麦芽经培燥后称干麦芽。

1.1.2 啤酒酿造用水

水是啤酒生产的重要原料。啤酒酿造用水主要是糖化用水，洗涤麦糟用水和啤酒稀释用水，这些水直接参与工艺反应，是麦汁和啤酒的主要成分。水质状况对整个酿造过程有非常重要的影响，因此，酿造用水首先要符合我国饮用水的标准GB5749—85，然后再根据酿造啤酒的类型予以调整。改良水质可以针对性地选择过虑，煮沸，加酸，加石膏，离子交换或电渗析，活性炭过虑，紫外线消毒等。

啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤、冷却水两大部分。加工用水中投料水、洗糟水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒的重要原料之一，在习惯上称作酿造水。洗酵母水、啤酒过滤用水等也或多或少会进入啤酒。

啤酒酿造水的性质，主要取决于水中溶解盐类的种类和含量、水的生物学纯净度及气味。酿造水对啤酒生产全过程将产生很大的影响，如糖化时水解酶是活性和稳定性、酶促反应的速度、麦芽和酒花在不同含盐水中溶解度的差别、盐和蛋白质及酚类物质的絮凝沉淀、酵母生长、发酵风味物质的形成等，最终还将影响到啤酒的风味物和稳定性。

1.2麦芽制备

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

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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麦芽汁制备工艺 1.3.1 概述

麦汁制造是将固态的麦芽、非发芽谷物、酒花用水调制加工成澄清透明的麦芽汁的过程。制成的麦汁供酵母发酵，加工制成啤酒。

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、通学的加工过程）。

下图为啤酒酿造工艺流程图：

酒花

麦芽 粉碎 糖化锅 过滤槽 煮沸 玉米 粉碎 糊化锅

旋涡沉淀槽 麦汁冷却机 发酵罐 啤酒过滤机

清酒罐装机 灌装机 熟啤

1.3.2 麦汁制造的工艺要求

（1）原料中有效成分得到最大限度的萃取 主要指原料和辅料中的淀粉转变成可溶性无色糊精和可发酵性糖类的程度。这关系到麦汁的收得率和原料利用率，和啤酒生产成本直接挂钩。

（2）原料中无用和有害的成分溶解最少，主要指麦芽的皮壳物质、原料的脂肪，、

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第一章 全厂工艺论证

高分子蛋白质等。这些物质会影响到啤酒的风味和稳定性。在麦汁制造中减少溶解这些物质或通过麦汁处理使其减少是提高啤酒质量的关键之一。

（3）制成麦汁的有机和无机组分的数量和配比应符合淡色啤酒的要求，啤酒风格和类型的形成，除了酵母品种发芽技术外，麦汁组成是主要的物质基础。

（4）保证上述三点原则的前提下，缩短生产时间，降低工时和能耗。麦汁制造是加热和冷却的过程，所需热能占啤酒制造总热能的55％以上，麦汁制造工艺和设备应注意热能的利用。

1.3.3 麦芽与玉米的粉碎

麦芽和玉米的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后，有较大的比表面积，使物料中储藏的物质增加和水、酶的接触面积，加速酶促反应及物料的溶解。

在啤酒生产中，不但要考虑物料粉碎操作的经济性，更应考虑啤酒酿造的特殊要求：(1)麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒风味。(2)皮壳和原料物质中不溶性物质粉碎过细，会增加过滤阻力，影响过滤操作。(3)淀粉等储藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速率，也影响到反应深度即影响到麦汁组成。

1.麦芽的粉碎

麦芽粉碎的方法主要有：干法粉碎、湿法粉碎、回潮干法粉碎以及连续调湿粉碎。本设计中麦芽采用湿法粉碎。

麦芽在预浸麦槽中用温水（20～50OC）浸泡10～20分钟，使麦芽含水量达到25％～30％，放走浸泡水，用加料辊把麦芽加入到粉碎机中，带水粉碎，粉碎物在匀浆槽中加入30～40OC糖化水，匀浆后用醪泵送至糖化锅。

粉碎机的对辊为锥形辊，直径250mm，长为1250mm，拉丝、辊间距为0.5mm， 转速为2500转/分。

湿法粉碎全部操作有：浸渍→磨碎→匀浆，0.5～2小时内完成一次投料，根据日加工量，选取适当的机器台数。

粉碎过程中应尽量缩短麦芽在机器内的停留时间，以防止受到污染。如弃去浸泡水，可提高啤酒质量，但会损失浸出物0.5％～1.0％。湿法粉碎麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎胚乳带水碾磨均匀，糖化速度快。湿法粉碎可提高过滤速度20％～25％或提高投料量，麦糟层厚度可高达500～600mm，但不影响过滤。

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2.玉米的粉碎

玉米应当适当地磨细，依靠机械剪切力，使谷物淀粉颗粒的细胞壁被撕开，磨得愈细，糊化和液化愈容易。但磨得太细时，也会撕碎谷物中蛋白质，是麦芽醪过滤困难，麦汁混浊。一般原料以通过40目筛为宜。

1.3.4 啤酒糖化的其他辅料

在啤酒麦汁制造的原料中，除了主要原料大麦麦芽以外，还包括特种大麦、小麦麦芽以及辅助原料。

1.啤酒生产中使用辅助原料的意义

(1)降低啤酒生产过程的成本

将大麦制成麦芽，其价格约增加70％～100％，浸出物含量减少10％。麦芽的价格远远高于不发芽的大麦、小麦、玉米、大米等谷物，在麦汁制造中使用适当比例的辅料，虽然要增加辅料价格设备，有热能消耗，有时还需增加酶制剂等费用，但总成本是降低的，所以，具有经济性。

(2)降低麦汁总氮，提高啤酒稳定性

由于大多数辅料（大米、玉米、糖和糖制品等）含有可溶性氮很少，它们只提供麦汁浸出物中糖类，几乎不给麦汁带来含氮组分，因此，可以降低麦汁总氮。同时可相对减少麦汁中高分子含氮化合物的比例，可以提高啤酒的非生物稳定性。

(3)调整麦汁组分，提高啤酒某些特性

使用除大麦以外的其他辅料，由于它们很少含有多酚类化合物，故可提高啤酒非生物稳定性和降低啤酒的色泽，小麦、大麦中含有丰富的糖蛋白，故可提高啤酒泡持性。使用蔗糖和糖浆作辅料，可以提高啤酒的发酵度，酿制色泽浅、口味爽快的啤酒。

在本设计中选用大米作辅料。

2.大米做啤酒辅料的特性

大米，玉米，小麦，大麦，糖和制品等是大多数国家为降低成本和麦汁总氨含量，调整麦汁成分，提高啤酒发酵度，提高啤酒稳定性和改善啤酒风味作为麦芽的辅料，其用量一般为20%--30%。

大米是最常用的辅助原料，其特点是价格较低。而淀粉含量远高于麦芽，多酚物质

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第一章 全厂工艺论证

与麦芽蛋白质含量，则较麦芽为低。添加大米的啤酒色泽浅，口味清爽，泡沫细腻。酒花香味突出，非生物稳定性比较好，特别适宜制造下面发酵的淡色啤酒。四川大米多，原料易收集。

1.3.5酒花的添加

酒花属蔓性草本植物，自公元9世纪酿造啤酒添加酒花为香料以来，酒花一直是啤酒生产的香料。酿造啤酒用成熟雌花，酒花中对酿造有意义的三大成分是酒花树脂，酒花酒和多酚物质，它们赋予啤酒特有的香味和爽口的苦味，酒花树脂还具有防腐的能力，多酚物质的单宁，则具有澄清麦汁的作用。添加酒花的作用是：赋予啤酒特有的香味，爽品的苦味。增加啤酒的防腐能力。提高啤酒的非生物稳定性，添加酒花颗粒量0.28%。分三次添加，第一次：煮沸5～10分钟后，添加苦型酒花，总量的5％～10％，作用为压泡。第二次：煮沸30～40分钟后，添加苦花，占酒花总量的55％～60％，主要为萃取α-酸，并促进异构。第三次：煮沸后80～85分钟，添加香花，占酒花总量30％～40％，作用为萃取芳香物质，提高酒花香味。

酒花颗粒较全酒花均匀一致，添加煮沸麦汁中极易分散，酒花利用率可提高10~25%； 麦汁煮沸后不需要酒花分离器。用回旋沉淀槽极易分离残渣，麦汁损失也少，贮存与运输体积较全。酒花减少达80%以上，使用和贮藏却更为方便

1.3.6 糖化法选用双醪二次煮出法糖化法

1.目的、要求及控制方法

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，以及水和热能作用，使之分解并溶解于水，此过程称作糖化。溶解的各种干物质称作浸出物，而构成的澄清溶液称作麦芽汁或麦汁。麦汁中浸出物的含量和原料中干物质的比称无水浸出率。麦汁的组成、颜色将直接影响到啤酒的品种和质量；糖化工艺和原料；水、电、汽以及热量的消耗，与生产成本密切相关。因此糖化过程是啤酒生产中的重要环节。

糖化中的工艺控制，主要通过下列环节来进行： （1）麦芽的质量、辅料的种类及其配料比 （2）麦芽及非发芽谷物的粉碎度。

（3）控制麦芽中各水解酶的作用条件及其，如温度、pH、底物浓度、作用时间。 （4）加热的温度和时间。

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（5）需通过外加酶制剂、酸、无机盐进行调节。

2.糖化时的主要物质变化

原料麦芽的无水浸出物，仅占17％左右，非发芽谷物更少。经过糖化过程的酶促分解和热力的作用，麦芽的浸出率提高到75％～80％，玉米的无水浸出率提高到90％以上糖化过程提高了原料和辅料的浸出率。糖化过程中原料和辅料的分解深度即分解产物的基本要求是：

淀粉被最大限度的分解成可溶性无色糊精和麦芽糖等可发酵性糖类，二者之间有一定的比例。

淀粉的分解产物站到麦汁组成的90％以上。麦汁中以麦芽糖为主的可发酵糖类供酵母发酵产生酒精及副产物，低聚糊精是构成啤酒残余浸出物的主体，它给啤酒带来粘度和口味的浓醇性。啤酒原料的利用率主要取决于淀粉的利用率，优良的糖化工艺可使淀粉分解以后99％进入麦汁。

麦芽中高分子物质和肽类，在糖化时得到进一步分解，但分解程度及比例远远低于发芽过程。

本设计中采用二次煮出糖化法

二次煮出糖化法适合于淡色啤酒酿造，其特点如下:

(1)辅料加水比较大（1：6以上），并且尽可能外加α-淀粉酶，协助帮助糊化、液化，避免过多添加麦芽，在糊化煮沸时促进皮壳溶解形成焦糖、类黑精。

(2)辅料比较大，大米可占到总投料的30％～40％。 (3)辅料糊化醪分两次倒入糖化锅。

(4)大米糊化醪倒入时，调整ｐH至5.3。蛋白质休止温度为50～520C,时间为20分钟。

(5)采用二段式糖化温度，提高可发酵性糖含量。

(6)第二段700C糖化休止，由碘试至醪不变色时，再升温至750C时糖化结束。

二次煮出糖化法曲线如下：

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第一章 全厂工艺论证

100 75

50 25

1 2 3 4 时间/h 各段曲线的操作：

1.麦芽粉投入糖化锅，与37度热水混合，并与35度进行酸休止保温30～60min 2.将1/3左右的浓麦醪通过倒醪泵送至糊化锅，加热至50℃，保温10min再以1℃/min 的速度升温到100℃；

3.煮沸醪泵回糖化锅边搅拌，边漫漫泵入，休止20～90min；

4.将糖化锅内1/3左右的浓醪第二次泵入糊化锅内至70℃，保温10min再以1℃/min 的速度升温到100℃，煮沸10min ;

注：实线为糖化曲线，虚线为糊化曲线 温度控制： 1.糊化阶段

麦芽粉可先用35?37℃左右的温水浸泡10min左右，有利于麦芽粉中的的酶的浸出,然后升温到50℃保温30-120分钟蛋白质分解。而糊化锅内的大米粉和少量麦芽粉在用温水浸渍后则升温到45-50℃。这个温度有利于蛋白质的分解，保温20分钟左右开始缓慢升温到70℃此过程约耗时10min.70℃是α-淀粉酶的最适温度。这一温度保持20min

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左右，大米淀粉大部分被糊化。然后经过15分钟左右加热到煮沸，糊化完成将醪液通过糖化锅。此时糖化锅内温度约为65-68℃。 2. 糖化温度的阶段控制

(1) 35-40℃浸渍阶段。有利用酶的浸出和酸的形成.并有利于β-葡萄糖的分解. (2) 45-55℃蛋白质分解阶段。温度偏向氨基酸生成量相对多些，温度偏向上限，可溶性氮生成多些；对溶解性良好的麦芽来说，温度可以偏 离一些，蛋白质分解时间可短一些，对溶解不良的麦芽。温度应控制偏低，并延长蛋白质分解时间，由于所先麦芽溶解性较高故选择蛋白质分解温度为50℃时间为60min，有利于充争分解。

(3) 62-70℃糖化阶段。在62-65℃下，生成的可发酵性糖较多，适于制造高发酵度啤酒；控制在65-70℃则麦芽的浸出率相对增多。可发酵糖相对减少。适于制造低发酵度啤酒。；控制65℃糖化，可得到较高的可发酵浸出物收得率。；糖化温度偏高，有利于α-淀粉酶作用。糖化时间缩短,生成的非糖比例高；故，先用65℃糖化，既保证了可发酵浸出物得收率，又使糖化时间不会太长。

(4)75-80℃ 糊精化阶段

在此温度下，α-淀粉酶仍起作用,残留的淀粉可进一步分解。故，在第二次煮出时采用此温度，提高原料利用率。

1.3.7 麦芽醪的过滤

在本设计中麦汁的过滤采用过滤槽进行。操作如下：

(1)进醪前，从麦汁引出管进78°C热水直至溢过滤板，预热槽壁及排除管、筛底的空气。

(2)泵入糖化醪，送完后开动耕糟机保持3～5分钟，使糖化醪均匀分布。 (3)静止10～30分钟，使醪沉降，形成滤层。

(4)通过麦汁阀或麦汁泵抽出混浊麦汁，回到槽内重新过滤，直至麦汁澄清。 (5)进行正常过滤，注意调节麦汁流量（逐步减少）。收集头号麦汁。一般持续45～90分钟。

(6)待麦糟将露出时，开动耕糟机，将麦糟疏松。

(7)喷水洗糟，采用连续或分2～3次洗糟，同时收集二滤麦汁，此操作也需回流澄清。

(8)带洗糟残液浓度降到工艺值（0.1°P、1.0°P或3.0°P）时，结束过滤，旋转耕糟机刀或出糟刀，打开麦糟排出阀，排走麦糟，然后清洗过滤槽。

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第一章 全厂工艺论证

过滤工艺控制:

(1)过滤时间尽量缩短，麦芽应粉碎适当，溶解良好。

(2)过滤时保持温度不变（73～76°C之间），若麦糟降温将导致收缩，过滤阻力增加。

(3)糖化醪ｐH维持在5.5～5.75之间。

(4)头号麦汁收集量ｖ和浓度，取决于混合原料的浸出物含量和加水比。

(5)洗糟水将参与二、三滤麦汁，所以洗糟要用酿造水，洗糟时麦糟ｐH会逐步增加，若ｐH超过6.0，将不利于过滤和麦汁组分，此时应调节ｐH至5.3～5.6并且水温应高于糖化醪过滤温度。

1.3.8 麦汁的煮沸、酒花

1.目的

(1)蒸发水分、浓缩麦汁 过滤后的麦汁其浓度低于需定型浓度（约1.0～1.5°P），通过煮沸、蒸发浓缩，方可达到规定浓度。

(2)灭酶和杀菌 过滤后麦汁中残留有少量酶类，为保证酿造过程中麦汁组分的一致，需通过加热使酶钝化。同时杀菌，以保证发酵的安全性。

(3)蛋白质变形和絮凝 煮沸时利用蛋白质热变性与单宁结合等反应使麦汁中高分子蛋白质变性和絮凝以便除去。

(4)浸出酒花中物质。 (5)排除麦汁异杂臭气。

2.煮沸设备

(1)麦芽汁过滤之后应尽快进行煮沸，该操作在煮沸锅内完成。本设计中采用W型夹套煮沸锅进行煮沸，麦汁煮沸时，受热均匀，对流较好，煮沸强度适中，锅底不易结垢，便于清洗。

煮沸锅夹套加热面积，可由煮沸麦汁量、煮沸强度及最终定型麦汁浓度情况，综合算得。

(2)麦汁煮沸ｐH

麦汁煮沸时的ｐH取决于煮沸前麦汁的ｐH，煮沸中热凝固物蛋白质沉降、磷酸盐形成等都会使ｐH上升，而由于酒花的溶解，温度的升高，ｐH有所下降，整个煮沸过程

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ｐH变化在0.2～0.4之间。

表1-1麦汁煮沸pH及效果（混合麦汁10.8OP，蒸发强度8%）

冷麦汁中热凝固氮（mg/L）

麦汁情况

3.酒花的添加

酒花添加量应依据酒花质量、消费者习惯、啤酒品种、浓度等不同而不同。为便于物料衡算，酒花添加量定为0.2％。但实际生产时由于酒花品质、添加时间和方法、发酵条件、酵母品种等条件的不同或变动，酒花中有效物的损失变化很大，应根据以上情况，在衡算基础上做一定的调整。

酒花添加分三次完成（煮沸时间90分钟），操作如下：

第一次：煮沸5～10分钟后，添加苦型酒花，总量的5％～10％，作用为压泡。 第二次：煮沸30～40分钟后，添加苦花，占酒花总量的55％～60％，主要为萃取α-酸，并促进异构。

第三次：煮沸后80～85分钟，添加香花，占酒花总量30％～40％，作用为萃取芳香物质，提高酒花香味。

pH6.5 52 极浑浊

pH6.0 38 浑浊

pH5.6 25 较清

pH5.2 15 清絮状块

1.3.9 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：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。

麦汁处理要求是：

(1)尽可能将引起啤酒非生物混浊的冷、热凝固物分离。

(2)麦汁处于高温时，尽可能减少空气接触，防止氧化，麦汁冷却后，在发酵前，补充适量空气，供酵母前期呼吸。

(3)麦汁处理各工序中，严格杜绝有害微生物的污染。

麦汁处理因使用设备和要求不同，流程很多，经比较本设计采用以下流程对麦汁进

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第一章 全厂工艺论证

行处理:

煮沸锅→热麦汁→泵→回旋沉淀槽→薄板冷却系统→通风→发酵

↓

↑充氧

（酒花糟＋热凝固物） （无菌空气）

1.酒花分离

使用酒花球果，并加入到煮沸锅的工艺，在煮沸结束后应尽快分离出酒花糟。我国广泛使用带筛孔的酒花分离器。

每千克酒花球果，在废酒花糟中，吸附约6～7L麦汁。为使损失降低，可用热水洗涤，降低酒花糟中残余物浓度。每千克酒花约产生含水85％的废糟3千克。 2.热凝固物的分离 (1)热凝固物成分

糖化醪过滤后得到的麦汁中含有水溶性的清蛋白和少量盐溶性蛋白质以及肽段，这些物质在煮沸时变性和多酚结合形成热凝固物， (2)回旋沉淀槽分离热凝固物

本设计中采用回旋沉淀槽沉淀法分离热凝固物，利用麦汁离心力分离实现分离。 A.结构(尺寸特性)：

H麦汁：D＝1：1.5～2.0 H麦汁≤3.0(ｍ)

麦汁切线进槽速度v＝10～20（ｍ/ｓ） B.原理

热麦汁经泵加速，由槽切线方向进槽，麦汁在槽内旋转，产生的离心力，由于槽壁作用产生的离心力反作用力将热凝固物推向槽底部中央。

热凝固物在槽内的沉淀情况和以下因素有关：

a.麦汁切线速度 它决定麦汁在槽内的旋转速度，旋转速度应达到5～8周/分钟。 b.热凝固物大小。 c.麦汁粘度。

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C操作工艺和效果 操作：

进罐：20～30分钟 静置：40～80分钟 出罐：30～40分钟 除渣情况：20～30分钟 作业周期：100～140分钟

3.冷凝固物分离

本设计采用浮选法对冷凝固物进行分离。浮选法的原理是将无菌空气通入冷麦汁，冷凝固物吸附于气泡并随着汽泡上升至液面，将冷凝固物分离。

浮选法是目前去除麦汁中冷凝固物的最好方法。其特点是简单,投资少，不产生环境污染，提高成品啤酒非生物稳定性，冷凝固物去除效果较好。

1.3.10 麦汁的充氧

1.热麦汁的氧化

麦汁在高温下接触氧，此时氧很少以溶解形式存在，而是和麦汁中物质发生氧化反应。麦汁在高温下（60OC以上）应该严格隔绝空气，隔氧操作是酿造淡爽型啤酒的关键。 2.冷麦汁的充氧

麦汁冷却至发酵接种温度以后，即使与氧接触，氧化反应也较微弱，氧在麦汁中呈溶解状态，是酵母前期繁殖必需的。

麦汁中氧气的溶解度，与麦汁中氧分压成正比，与麦汁温度成反比。麦汁浓度增加将减少饱和溶氧量。

充氧操作为:麦汁温度降至6 OC以下，空气通风，10 OP麦汁饱和溶氧量约为9.9ml/L。 若采用纯氧，溶氧将达到40ml/L以上。一般只有快速发酵法生产啤酒时采用纯氧，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。

此外麦汁应采取分批进罐，冷麦汁通风时间。宜早不宜晚，最后1～2批进罐麦汁不再通风。因为通风太迟，会延长酵母停滞期，增加双乙酰，并使罐中泡沫增加，影响罐容积。

13

第一章 全厂工艺论证

1.4啤酒发酵 1.4.1 啤酒发酵机理

啤酒是依赖于纯种啤酒酵母，对麦汁某些组分进行一系列的代谢过程，产生酒精等各种风味物质，构成有独特风味的饮料酒。

影响啤酒质量的主要因素：

1.麦汁组成，2.啤酒酵母的品种的菌株特性，3.投入酵母的数量的质量状况，以及发酵中酵母的生长情况，4.发酵容器的形状、尺寸、材料，5.发酵工艺条件（pH、温度、溶氧水平、发酵时间等）。

1.4.2 啤酒发酵工艺

传统式分批发酵，每批定型麦汁经过添加酵母、前发酵、主发酵、后发酵和储酒等阶段。本次设计采用圆筒体锥底发酵罐发酵工艺。 1.前发酵 (1)酵母添加量

本设计分批发酵采用低温、缓慢发酵，因此接种量比较小，接种量后细胞浓度控制在（5～12）×10６个/ｍｌ。

设酵母泥浓度为20×10８个/ｇ，工厂规定接种后酵母浓度为：8×10６个/ｍｌ，则每Kｇ麦汁接种酵母泥克数（ｎ）：

ｎ＝8×10６×1000/20×10８＝4ｇ即接种量为0.4％。 (2)前发酵

所谓前发酵，就是指接种酵母泥处于休眠阶段，酵母和麦汁接触后，有较长（数小时至十小时）的生长滞缓期，之后才能加入出芽繁殖，当酵母克服生长缓滞期，出芽繁殖细胞浓度达到20×106个/ml，发酵麦汁表面开始起泡，此阶段即为前发酵。 2.啤酒主发酵

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，而氨基氮下降迅速。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1.5～2.0oP。此阶段大量

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废热产生，必须进行冷却。

主发酵后期每日糖降小于0.3 oP时，发酵缓慢，泡沫消失，逐步形成泡盖。泡盖是CO2带至发酵液面的多酚、酒花树脂、蛋白质等被氧化、聚合形成的。在主发酵结束前，捞去泡盖，即可进行后发酵和回收凝聚酵母泥。

3.后酵和储酒

主发酵结束后，下酒至密闭式后发酵罐前期进行后发酵，后期进行低温储藏。后酵和储酒的目的是：糖类继续发酵、促进啤酒风味成熟、增加CO2溶解、促进啤酒澄清。

1.4.3 发酵温度

酵母增殖浓度高，氨基酸同化率高，pH值降低迅速，高分子蛋白质多酚和酒花沉淀较多，不但易酿成淡爽啤酒而且在相同贮酒期可以酿成非生物稳定性好的啤酒。本次设计是酿造10oP淡色啤酒，因此采用低温发酵。起酵温度为6℃，随着酵母细胞的繁殖，温度会逐渐升高，进入主发酵后，温度通过冷却夹套控制在9-10℃，后发酵温度同样控制在9-10℃，发酵结束后经过冷却，发酵液降温至-1℃。

15

第一章 全厂工艺论证

1.4.4 罐压、CO2浓度对发酵的影响

过去传统发酵均为敞口式发酵（主），近代不论大罐还是传统发酵池均采用密闭式发酵。为了回收CO2主酵采用带压发酵，人民发现绝大多数酵母菌株，在有罐压下发酵，均发现酵母增殖浓度减少，发酵滞缓，代射产物也减少。为了改善啤酒风味，节省原料，提高澄清度应用酶制剂，增加未发芽辅料用量，采用高浓度酿造，稀释啤酒，固定化技术及反应器，抗氧化技术等成为现代啤酒研究的特点。在发酵过程中，发生一系列的生物化学反应。由于酵母的作用，麦汁中的可发酵性糖降低，其降低的程度可用发酵度表示。发酵度是指随着发酵的进行，麦汁中的比重逐渐下降，亦即浸出物浓度逐渐下降，下降的百分率称为发酵度。

发酵度=[ (E ─ E') / E ] × 100 %

式中 ： E ： 发酵前麦汁的浓度； E' ： 发酵后的麦汁的浓度；

一般主酵结束，糖度3.5─5.5，pH=4.2─4.4；中等发酵度的啤酒，发酵度为62%─64%。

1.4.5 啤酒的过滤

经过后发酵的成熟，大部分蛋白质颗粒和酵母已沉淀，少量悬浮于酒中，须滤除方能包装。这里选用硅藻土过滤法进行过滤。硅藻土密度小，100-250kg/ m3但比表面积却很大，约1-2万m2/ kg ，粒度2-100?m这种颗粒能提供极大的吸附和渗透能力，能滤降0.1-1.0?m的粒子，且其化学性能稳定。

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第二章 工 艺 计 算

2.1 物料衡算

2.1.1定额指标 2.1.1.1物料情况

(1) 麦芽含水量：5％，大米含水量13％ (2) 原料利用率：98.5％

(3) 无水浸出率：无水麦芽75％，无水大米92％ (4) 原料配比： 麦芽：大米＝70％：30％

2.1.1.2热麦汁损失

冷却损失：4％ 过滤损失：0.5％ 发酵损失：1％ 瓶装损失：0.5％ 总损失： 6％

每年第二、三季度为生产旺季，产量占年总产量的70％，工作日以170天计，年产9°P淡色啤酒10万吨。

2.2发酵车间物料衡算

发酵车间的物料平衡计算主要项目为原料、酒花用量，冷、热麦汁量，废渣量等。

2.2.1发酵车间物料流程示意图如下：

薄板冷却器 回旋沉淀槽 水 蒸汽大米 粉碎 糊化 糖化 过滤酒花分离器 麦汁煮沸锅 麦槽 冷凝固物 热凝固物 酒花糟 17

第二章 工艺计算

发酵 图 2-1

根据额定指标，首先进行100kg原料生产9°P淡色啤酒的物料衡算，然后进行 100L9°P淡色啤酒的物料衡算，最后进行100000吨/年发酵车间的物料衡算。

2.2.2 100kg原料（70％麦芽、30％大米）生产9°P淡色啤酒的物料衡算。

(1) 热麦汁量

根据定额指标可得到原料收率分别为： 麦芽收率为：0.75×（100－6）＝70.5％ 大米收率为：0.92×（100－13）＝80.04％

混合原料收得率为：（0.7×70.5％＋0.3×80.04％）*98.5%＝72.26％

由上述算得100kg混合原料可制得的9°P热麦汁量为：

（72.26÷9）×100＝802.89（kg）

又知9°P麦汁在20°C时的相对密度为1.018g/cm3，而100°C热麦汁比20°C时的体积增加1.04倍，故热麦汁体积为：

（802.89÷1.018）×1.04＝820.24（L）

(2) 冷麦汁量为：

820.24×（1－0.04）＝787.43（L）

(3) 发酵液量为：

787.43×（1－0.01）＝779.56（L）

(4) 过滤酒量为：

779.56×（1－0.005）＝775.66（L）

(5) 成品啤酒量为：

775.66×（1－0.005）＝771.78（L）

2.2.3生产100L 9°P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9°P成品啤酒771.78（L），故可得出下列结果：

(1) 生产100L 9°P淡色啤酒需混合原料量为：

（100÷771.78）×100＝12.96kg

(2) 麦芽耗用量为：

12.96×70％＝9.072（kg）

18

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(3) 大米耗用量为：

12.96－9.072＝3.888（kg）

(4) 酒花耗用量：（浅色啤酒酒花加入量为0.2％）

（820.24÷771.78）×100×0.2％＝0.213（kg）

(5) 热麦汁量为：

（820.24÷771.78）×100＝106.28(L)

(6) 冷麦汁量为：

（787.43÷771.78）×100＝102.03(L)

(7) CO2

9°P冷麦汁102.03L中浸出物为 102.03×1.04×0.16=13.79（kg）

麦汁的真正发酵物为60%，则可发酵的浸出量为 13.79×60%=8.274（kg） 麦芽糖的化学反应式为 C12H22O11+H2O→2C6H12O6

2C12H22O11→4C2H5OH+4CO2+56kcal

设麦芽汁中浸出物军为麦芽糖构成，则CO2生成量为 8.274×4×44÷342=可

其中，44为CO2分子量，342为麦芽糖分子量。 设9°P啤酒含CO2为0.4%

酒中含CO2 102.03×1.04×0.4%=0.4244（kg） 释出CO2量 4.258-0.4244=3.834（kg） 1m3CO2常压下重1.832 kg，故释放CO2容积为 3.834÷1.832=2.093（m3） (8) 酒花糟量

设酒花浸出率为40％。且酒花糟含水80％则酒花糟量为：

〔（1－40％）/（1－80％）×0.213=0.639（kg）

(9) 酵母量（以商品干酵母计）

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

湿酵母泥含水85%

19

第二章 工艺计算

酵母含固形物量=1×（100-85）÷100=0.15 则需要含水分7%的商品干酵母量为:

0.15×100÷(100-7)=0.16(Kg)

(10) 空瓶需要量

设每瓶装酒量为0.64L，则每100L需瓶量为:

100÷0.64×（1+0.015）=158.6(个)

(11) 瓶盖需要量

设爆瓶率为1%，则瓶盖需要量为:

100÷0.64×1.01=157.8(个)

(12) 商标需用量

100÷0.64×1.001=156.40(张)

2.2.4年产10万吨10°P淡色啤酒发酵车间物料衡算表

生产旺季以170天计，占总产量的70％，则旺季日产量为：

100000×70％÷170＝411.76（吨/天）

设生产旺季每天糖化6次，旺季总糖化次数为1020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：

411.76÷6＝68.63（吨/天）

由此可算出每次投料量和其它项目的物料平衡。 (1) 成品啤酒量（罐装前）

68.63×1000÷（1—0.5％）÷1.00825＝68850（L）

(2) 麦芽用量

68850÷711.78×70＝6771（kg）

(3) 大米用量

68850÷711.78×30＝2902（kg）

(4) 混合原料用量

6771＋2902＝8921（kg）

(5) 热麦汁量

68850÷711.78×820.24=79341（L）

(6) 冷麦汁量

68850÷711.78×787.43=76168（L）

20

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(7) 湿糖化糟量

68850÷711.78×96.82＝8268.89（kg）

(8) 湿酒花糟

68850÷711.78×3.45＝439.95（kg）

(9) 发酵液量

68850÷711.78×779.56＝75406（L）

(10) 过滤酒量

68850÷711.78×775.66＝75029（L）

由于旺季产量占到全年产量70%，由此可算得全年产量

68850×6×170/70%=1.003×10

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：

9673×6×170/70％＝1.409×107（kg）

(2) 全年麦芽耗量：

6771×6×170/70％＝9.87×106（kg）

(3) 全年大米耗量：

2902×6×170/70％＝4.23×106（kg）

(4) 全年酒花耗量：

146.65×6×170/70％＝2.14×105（kg）

(5) 热麦汁量：

79341×6×170/70％＝1.156×108（L）

(6) 冷麦汁量：

76168×6×170/70％＝1.1099×108（L）

(7) 全年湿糖化糟量：

8268.89×6×170/70%=1.205×107（kg）

(8) 全年湿酒花糟量：

439.95×6×170/70％＝6.41×105（kg）

(9) 全年发酵液量：

75406×6×170/70％＝1.0988×108（L）

(10) 全年过滤酒量：

75029×6×170/70％＝1.0933×108（L）

21

8

第二章 工艺计算

(11) 全年成品啤酒量：

68850×6×170/70％＝1.0032×108（L）

表2-1 发酵车间物料衡算表

物料名称

单位

对100kg混合

原料

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

Kg Kg Kg Kg L L Kg Kg L L L

100 70 30 1.2 820.24 787.43

96.82 3.45 779.56

775.66 771.7

100L9°P淡色

啤酒 12.96 9.072 3.888 0.213 106.3 102.0 12.01 0.64 103.6 102.1 100

9673 6771

2902 146.65 79341 76168 8268.9 439.95

75406 75029 68850 糖化一次定额

10万吨/年啤酒

生产 1.409×10

7

9.87×106 4.23×106

2.14×10 1.156×10 1.1099×10 1.205×10 6.41×10 1.0988×10 1.0933×10 1.0032×10

88857885

2.3工艺耗水量计算(含冷水)

2.3.1糖化用水

糖化锅加水比为1：3.5，原料每次加入量为4928.977kg， 则每次糖化锅中用水量为：

4928.977×3.5＝17251.490（kg）

糖化用水时间为0.5小时，因此：

每小时最大用水量＝17251.490÷0.5＝34502.98（kg/h）

2.3.2洗糟水用量

每100kg混合原料洗糟水用量为450kg，则洗糟水用量为：

6771×450÷100＝30469.5（kg）

22

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洗糟时间定为为1.5小时，则洗糟水最大用量为：

30469.5÷1.5＝20313（kg/h）

2.3.3 CPI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＝6/1＝6（t/h）

2.3.4 CPI系统配洗液用水

配洗液每次用水20t用水时间为1小时，则：

最大用水量＝20/1＝20（t/h）

2.3.5发酵罐清洗用水量

发酵罐清洗采用喷射清洗（使用CIP清洗洗涤），对内径为3-4m发酵罐采用中压清洗（0.5-0.6 mPa）

流量：每平方米内表面每小时需洗涤液0.2 m3，所考虑的原则是单位容积麦汁发酵产生的代谢产物为常量。

清洗基本方式：冲洗水泵无泡 2%-4%碱液循环清洗30min 冲水至Ph为10 消毒剂循环杀菌10min以上（一般采用冷清洗），碱液用3.0%NaOH清洗液 发酵罐内表面积：由第3章计算知F内=278 m3，所以需碱液量： V=278×0.2×30/60=27.8m3

在13.38 m3碱液中含水：V水=27.8×（1-3%）= 26.966m3 若采用下列程序

步骤 预洗 主洗 冲洗 杀菌 清洗 清洗介质 回收水 硷液2% 水 杀菌剂 无菌水 清洗时间/ min 10 30 10 40 20 总的洗液 V总=278×110/60×0.2=101.93 m3/h

忽略洗液中碱液和杀菌剂的含量，则用水量为101.93m3/h

2.3.6发酵室洗刷用水

每天洗发酵罐一个，每个用水12t,洗刷地板共用水6t，用水时间设为1.5小时，

23

第二章 工艺计算

则最大用水量为

（12+6）/1.5=12（t/h）

2.3.7汉生罐及酵母扩大培养罐洗刷用水

设汉生罐及扩培罐等洗刷用水每次20t，用水时间为1.5小时，则最大用水量为20/1.5=13.5（t/h）

2.3.8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，则最大用水量为12t/h。

2.4 发酵车间耗冷衡算

2.4.1主发酵期间每天每小时最大放热量Q最大

啤酒生产与其他发酵工业生产的显著不同在于采用低温发酵。因此，在啤酒资料报道，每㎏麦芽糖发酵的放热量为418.6KJ

2.4.2发酵过程中每个发酵罐被发酵掉的麦芽糖W为：

W?V麦汁?r麦汁Bf

式中：V——每罐冷麦汁体积110990×3=332970（L）

r——冷麦汁比重1.0358 B----麦汁原始浓度10% f----真正发酵度60%

故：W=332970×1.047×10%×60%=20917（㎏）

2.4.3每个发酵罐麦汁发酵过程中的放热量Q2? 为：

Q2?=418.6W=418.6×20917=8755856.2（KJ/罐）

2.4.4每罐发酵麦汁在主酵期间每小时最大放热量Q最大为

Q=Qε/t

式中：ε——发酵期间放热不平衡系数取1.3～1.5

t——主发酵总时数6?24?144h

则：Q=8755856.2×1.5/144=91206.8（KJ/h）

主发酵期为6天，每16小时麦汁满一个锥形发酵罐，则同时正进行主发酵

’

最大

2

最大

的锥形罐数N为：

N?nt

24

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式中：n——每天麦汁满锥形罐的数

t----主发酵天数

即N=24/16×6=9（罐）

故主发酵期间每天每小时最大放热量Q最大为：

Q

最大

=91206.8×9=820861.2（KJ/h）

2.4.5主发酵期间酒精最大耗用D最大

发酵采用-4℃稀酒精进行冷却，冷却后稀酒精温度升至0℃，则： D= QC (t-t)=820861.2/(3.725×4)=55091.4（㎏/h）

最大

最大/

2

1

2.4.6降温期耗冷量Q2??

2.4.7啤酒由12℃降至7℃，每个发酵罐的耗冷量Q2?1

?? Q2?1???VrC(t1?t2)

式中：V——发酵液量，每罐109880×4=329640(L) r----发酵液比重1.0358㎏/h C——发酵液比热3.979㎏/㎏℃ t1.t2---降温前后温度

故：Q=329640×1.0358×3.979×(12-7)=57970.9（KJ）

把啤酒由12℃降至7℃需36小时，设同时有3个锥形罐进行降温，则每小时所需-4℃稀酒精量D2?1??

D2?1??=Q2?1??×3/C(t-t) ×36

”2-1

2

1

=5792970.9×3/(3.725×4×36) =32399.2(KJ/h)

2.4.8啤酒由7℃降至3℃每个发酵罐的耗冷量Q2?2

Q2?2??=VrC(t2-t1)

?? =332970×1.0358×3.979×(7-3)

=5489274.4（KJ）

把啤酒由7℃降至3℃需36小时，设同时有3个罐进行降温，则每个小时需-4℃，

稀酒精量D2?2??为：

D2?2??=Q2?2??×3/C(t-t) ×36

2

1

=5489274.4×3/(3.725×4×36) =30700.6（KJ/h）

25

第二章 工艺计算

2.4.9把啤酒由3℃降至-1℃每个发酵罐的耗冷量Q2?3??

Q2?3???VrC酒(t2?t1)

=332970×1.0358×3.979×[3-(-1)] =5489274.4（KJ）

把啤酒由3℃降至-1℃需24小时，设同时有2个罐进行降温，则每小时需-4℃稀

酒精量D2?3??为：

D2?3??= Q2?3??×2/C(t-t) ×24

=5489274.4×2/{3.725×[0-(-4)] ×24} =30700.6（KJ/h）

2

1

2.4.10降温期间每个发酵罐的总耗冷量Q降

Q降?Q2?1???Q2?2???Q2?3??

=5792970.9+5489274.4+5489274.4

=16771519.7（KJ）

降温期间每个发酵罐需-4℃稀酒精的量D为：

D= Q/C (t-t)

降

降

降

2

1

=16771519.7/{3.725×[0-(-4)]} =945789.553（㎏/罐）

2.4.11啤酒过冷却器耗量Q3 2.4.11.1每小时耗冷量

设旺季每天有两罐啤酒要进行过冷却，过冷却时间8小时，啤酒过冷温度要求2℃→-1℃

Q3=GC(t1-t2)

式中：G——每天过冷却啤酒量332970×1.0358×2=689780.652(kg) C——啤酒比热3.979KJ/㎏℃ ?——过冷时间8小时

则：Q=689780.652×3.979×[2-(-1)]/8=1029238.955（KJ/h）

3

2.4.11.2 -4℃稀酒精每小时的需用量

D= Q/C(t-t)=1029238.955/3.725×[2-(-4)]=46050.96（㎏/h）

3

3

2

1

2.4.11.3酵母培养室及无菌水耗冷量Q4

酵母培养期间，最大耗冷量约为600000KJ

Q4?600000(KJ/h)

26

四川理工学院毕业论文

2.4.11.4酒花库耗冷量Q5

为减少酒花有效成分的损失酒花应进行低温贮藏，酒花耗冷应包括两方面一是酒花围护结构传热而引起的耗冷量Q5?，二是经营操作的耗冷量Q5??。

2.4.11.5围护结构传热而引起的耗冷量Q5?

Q5??qV(tw?tn)

式中:q---建筑物的热指标，查表的酒花库q=0.67-0.83KJ/mh℃ V——酒花库的容积，设为400m

tw---冷间外空气计算温度，设32℃ tn——冷间空气计算温度，设2℃ 故：Q5?=0.83×400×(32-2)=9960（KJ/h）

3

3

2.4.11.6经营操作的耗冷量Q5??

Q5??包括开门耗冷量Q5?1??和操作工厂耗冷量Q5?2??两部分 （1）开门耗冷量Q5?1??

Q5?1???qcF

式中：qc---每米地面面积，每小时由开门所引起的耗冷量，查表得酒花库的

qc=16.67（KJ/mh）

F——冷间面积，设为100m 故：Q5?1???16.67?100?1667（KJ/h）

2

2

2

（2）操作工人耗冷量

Q5?2???qdn

式中qd——每个操作工人工作时，单位时间内产生的热量，查表得酒花库的

qd=1000（KJ/h人）

n——操作工人数，设为1人 故：Q5?2???1000?1?1000（KJ/h） （3）酒花库耗冷量Q5

Q5?Q5??Q5???Q5??Q5?1???Q5?2??

?9960?1667?1000?12627（KJ/h）

2.4.11.7非工艺耗冷量

年产10万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量散失在26000-60000KJ/t啤酒之间，取最高

值。故旺季每天耗冷量为：

Q5′＝60000G=377.56203×60000=22653721.8（KJ/d）

b

27

第二章 工艺计算

式中：Gb——旺季成品啤酒的量

若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰冷量为：

Q5＝2 Q5′/24=2×22653721.8/24=1887810.15（KJ/h）

冷媒（－4℃稀酒精）用量：

M5＝Q5/[C2（t2－t1）]＝1887810.15/[4.18×4] ＝112907.3056(kg/h)

28

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第三章 发酵车间设备的设计与选型

3.1 发酵罐的设计与选型

3.1.1 发酵罐体积确定

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76.168 m3 。一日糖化6次。选用发酵罐的有效容积为（三锅装一罐）

Vs=76.168×3=228.5 m3

发酵罐H∶D=2～4∶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?=80%。接种量范围在0.7-0.8%。这里取0.8%。

则容积为：V有ˊ=Vs（1+0.8%）

=228.5×（1+0.8%） =230.3 m3

V有效 = V有ˊ/0.8=287.9 m3

主要尺寸比例：

?2DH 4?1?3

V椭圆 =D2（h+D）=D

62443

V锥底 = ?D2/12h=?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：

??3 3?D3 + V0ˊ=D2×4D+D

2442425?3287.9=?D3

24∴ D=4.35m

取D=4.3m。则H=4×4.35=17.4m V

圆柱

=

??3?×4.33 +×4.32×4.3×4 +×4.33=278.07 m3

24424

圆整后取V0ˊ=278 m3

最后圆整取V0 =278m3的发酵罐体。

校核： V有效 /V总=230.3/278=82.8% 符合要求 V0ˊ=

29

第三章 发酵车间设备的设计与选型

3.1.2 罐子个数的确定

设锥形发酵罐的发酵周期为17天。所以对罐体个数的最底要求： N=nt+1=2×17+1=35（个） 其中：n——每天装罐数 t——发酵周期 1——备用罐个数

3.1.3 发酵罐材料的选择

本设备采用不锈钢制作。0Cr18Ni9不锈纲。

因为发酵罐里面所装的溶液是酸性的，而CIP清洗液中仅有碱性溶液，因此。

选用材料必须耐酸耐碱耐腐蚀。因此材料选用不锈钢。

3.1.3.1 发酵罐圆柱体部分壁厚确定：

Sd=PcDi/（2【σ】tΦ-Pc）+C 上式中各字母表示： Pc——设计压力

工作压力的确定

发酵罐的高度（不加椭圆封头）即筒体与锥体的高度

3×4.3=20.9m 2封罐之前，由于与外界接通，则罐内的压力只有液柱力，但如封罐以后，罐内压力上升，而封罐之后压力最大0.12Mpa。发酵罐内的液体全部装满时的最高工作压力为：

P最高工作压力 =P表+P液柱 =0.12+ｐgh

=0.12+1.0358×20.9×10×103×10-6 =0.33Mpa 取P=0.33Mpa

所以Pc=1.1P工作压力 =0.363Mpa Di——发酵罐内径4300mm

【σ】——不锈钢许用应力【σ】=137，出自〈〈化工设备机械基础〉〉P319

Φ——焊缝系数Φ=1。双面对接头100% C——壁厚附加量

H=4×4.3+

30

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C1——钢板负偏差。C1取0.6

C2——腐蚀裕量，不锈钢。腐蚀裕微量。一般单面腐蚀C2=1。双面C2=2

C3——加工减薄量C3=0（冷加工C3=0，热加工C3=1mm） S= PcDi/（2【σ】tΦ-Pc）

=0.363×4300/（2×137×1-0.363） =5.704mm

Sd=S+C2=5.704+2=7.704mm。查〈〈化工设备机械基础〉〉P93表4-9得C1=0.60mm

∴Sn=7.704+0.6=8.304mm 圆整后取Sn=9mm

罐的筒体厚度为9mm的0Cr18Ni9钢板制作。

3.1.3.2标准椭圆封头壁厚计算

一般中低压容器采用椭圆形封头，为了便于设计加工，本设计选用标准椭圆形封头也是用不锈钢0Cr18Ni9制作起许用应力【σ】t137

S= PcDi/（2【σ】tΦ-0.5Pc）+C 各字母表示与前公式一致，则

S=0.363×4300/（2×137-0.363） =8.3mm

圆整后取Sd =9mm

由《发酵工厂设计概论》表15和《材料与零部件》（上）得：

表3-1椭圆封头系数 (mm) 公称直接 曲面高度 直边高度 内表面积 容积V σ Dg（mm） h1 h F（㎡） M3 mm 4300 1075 50 19.24 9.7 9 3.1.3.3 罐底锥形封头的设计选型

选用不锈钢【σ】t=137的0Cr18Ni9制作，锥壳半顶角30。，选用无折边不需加强锥形封头，便于收集和卸除这些设备。 Sd= PcDi/（2【σ】tΦ-Pc）cos ? +C Pc——锥壳计算内直径。无折边时Pc=Dimm d——锥角半顶角 Sc——锥壳厚度

。

Sd=0.363×4300/（2×137-0.363）×1/cos30+2.6

=9.18mm

无折边锥形封头锥体大端与圆筒连接时，应按下述方法确定连接处锥壳大端厚度，以Pc/【σ】tΦ与半顶角值查〈〈化工设备机械基础〉〉P105图4-15：

Pc/【σ】t=0.0016。在增加厚度区域需增加厚度，由下式计算得：

t

Sr=QPcDi/（2【σ】Φ-Pc）

=1.3×0.363×4300/（2×137×1-0.363） =7.415mm

圆整后取厚度为8mm。在任何情况下，加强段的厚度不得小于相

31

第三章 发酵车间设备的设计与选型

连接的锥壳厚度，锥壳加强度段的长度L不得小于

0.5DiSr =270.36mm cos?圆筒加强长度L应不小于20.D =252.53mm 5iSr圆锥体小端连接处的厚度无需加强，仍取9mm。 23.1.3.4进料管及排酒管的直径与选型

本设计采用直型接管及进料过酒为同一管道，与派酵母也为同一管道，对进料管与排酒管流量相差不大，可选同一管径的管子。 该发酵罐实装醪液230.3 m3

由工厂实际经验知，一般装满一罐发酵罐的麦汁要6h，则进醪速度：

Vs=V/?= 230.3/（6×4300） =0.008926m3/s 查〈〈化工原理〉〉（上）表1-1，高黏度流体的速度在0.5～1m/s。取发酵醪流速u=0.8m/s。

4Vs4?0.008926 = =0.119m ?u3.14?0.8则管径D取125mm。 在〈〈材料与零部件〉〉（上）P154查得管子Φ133×4的无缝钢管其内径为：di =125mm

校核：u=4Vs/?di=4×0.008926/（3.14×0.1252）

=0.7277m/s，在0.5～1m/s范围，所以采用此管。

表3-2 管法兰连接尺寸 (mm) 则管径D=

公称直径 DN 125 PN0.6MPa D 240 K 200 L 18 Th M16 n 8 3.1.3.5 CO2排出管及CIP清洗管

CO2排出管与CIP清洗管都安放在封头上，又设CO2管与清洗管径一致，洗涤发酵罐经过三次，第一次进碱，第二次清水，第三次消毒水。每次约1吨水。又设洗涤时间为0.5h。

则洗涤体积流量Vs=Q/t=3000/（1800×1000）=0.00167 m3/s 查〈〈化工原理〉〉（上）P20表1-1，自来水流速范围1～1.5m/s 取洗涤水流速为1.5m/s，则管径

D=

4Vs ?u32

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4?0.00167=0.0376 m/s 取38 mm

3.14?1.5查〈〈化工设备机械基础〉〉P56表2-6，选用Φ45×3.5的无缝钢管，其内径di=0.038m

校核：u=4Vs/?di2

=4×0.00167/（3.14×0.0382）

=1.47m/s，在范围内，满足要求。

表3-3 管法兰连接尺寸 (mm)

=

3.1.3.6型

公称直径 DN 40 PN0.6MPa D 130 K 100 L 14 Th M12 n 4 其他选

（1）温度计的接管

查表得选用Φ219×6的无缝钢管 （2）人孔的选择

由〈〈材料与零部件〉〉，设备内径大于2500mm的应该有两个人孔标准，椭圆封头上人孔选用Dg450的圆形人孔，普通碳钢制造。 总高H=233mm，另外封头的视镜取Dg125mm的。

筒体下部也安装一个同样的圆形人孔，普通碳钢制造。 （3）取样塞的选取

取样塞主要作用是在发酵后期贮酒过程中，不同时间去发酵醪来检测，看是否符合标准，情况是否正常，还能通过此口来检测罐内CO2的浓度，由于此流量不大，内径取10mm则足够。 （4）支座的选取

G麦汁=G冷麦汁=76168×3×1.0358=236684kg G筒体=16738.52 kg G封头=G椭圆形封头+G锥形

=1000×0.05+100+1500=2550 kg ∴发酵时的重量： G= G麦汁+G筒体+G封头

=236684+16738.52+2550 =255972.52 kg

3.2 发酵车间其他附属设备选型

3.2.1清酒罐

年产100000t啤酒，由前物料衡算可知，每锅麦汁过滤后得过滤酒75029L，则每天

33

第三章 发酵车间设备的设计与选型

过滤酒的产量为75029×6=450174 L

由于工艺要求，设有6个清酒罐，则每罐容积为： 设装料系数?=0.8，则： 450174/（0.8×6）=93786.25L

?33?3?2

取径高比为1：2，则有D+D+D2D=93.8 m3

24424

∴D=3.65 m

取Dg3800的罐子。H=7.6 m

查《发酵车间设计概论》表15得

表3-4 椭圆封头尺寸 （mm） 公称直接 曲面高度 直边高度 内表面积 容积V Dg（mm） h1 H F（㎡） m3 3800 950 50 16.2 7.75 3.2.2扩大培养罐选型

各级扩培罐的选型及尺寸如下： 扩大比遵循原则如下：

在汉生罐以前的各级，由于采用较高的培养温度，酵母倍增时间短。无菌操作条件好，可采用1:10—20，反之。汉生罐以后的各级，采用低温培养（不大于13℃） 酵母倍增时间长，杂菌污染机会多。扩大比宜小。一般1:4—5。例如，大罐发酵，每罐麦汁量为167.532m3 。若希望发酵接种后细胞浓度为15--20×106/mL。则汉生罐以后各级扩大比若定为1:5。可按如下安排，设每一级细胞培养后浓度为75×106/mL。则最末一级（n）有效容积为大罐容积。且各级罐锥角取60゜。

Vn=20×106/（75×106）×228.5=60.93m3 Vn-1=60.93/5=12.186m3

Vn-2=12.186/5= 2.437m3 Vn-3=2.437/5=0.4874m3

3.2.2.1汉生罐

0.8=V有效/V实? V实= 0.4874/0.8=0.6093m3 又取D:H=1:2 0.8为填充系数

?则0.6093=D3?D=0.729 mm，圆整后取Dg700mm

2∴H=2D=1400mm

该罐采用8Cr18Ni9的不锈钢制作。查《发酵车间设计概论》表15得 表3-5 椭圆封头尺寸 （mm）

34

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公称直径 700 曲面高度 175 直边高度 H 40 内表面积 0.617 容积V 0.0603 Dg（mm） h1 F（㎡） m3 3.2.2.2一级扩大培养罐

则装料系数?=0.8，D:H=1:2，

则0.8= V有效/V总?V总=2.437/0.8=3.046 m3

?

V总=D3=3.046?D=1.247 m

2圆整取Dg1200mm，H=2D=2400m。查《发酵车间设计概论》表15得

表3-6 椭圆封头尺寸 （mm） 公称直径 曲面高度 直边高度 H 40 内表面积 容积V Dg（mm） h1 1200 300 F（㎡） m3 1.71 0.272 3.2.2.3二级扩大培养罐

取装料系数?=0.8，D:H=1:2， 则0.8= V有效/V总?V总=12.186/0.8=

?3

D2?D=2.133m，圆整D=2.1 m。

H=2D=4.2m。查《发酵车间设计概论》表15得

表3-7 椭圆封头尺寸 （mm）

公称直径 曲面高度 直边高度 h 40 内表面积 容积V Dg（mm） h1 2100 525 F（㎡） m3 5.03 1.36 3.2.2.4三级扩大培养罐

取装料系数?=0.8，D:H=1:2， 则0.8= V有效/V总?V总=60.93/0.8=

?3

D2D=3.647m ，圆整后取D=3.6 m

表3-8椭圆封头尺寸 （mm）

H=2D=7.2m。查《发酵车间设计》表15得

公称直径 曲面高度 直边高度 h 50 35 内表面积 容积V Dg（mm） h1 3600 900 F（㎡） m3 14.6 6.62

第三章 发酵车间设备的设计与选型

以上各级扩陪培罐都是采用不锈钢8Cr18Ni9的材料制作。

3.2.3麦汁杀菌罐

酵母扩培一共需要麦汁的量为： V有效=VnVn-1Vn-2Vn-3

=60.93+12.186+2.437+0.4874

=76.04m3

装料系数同样设为?=0.8，D:H=1:2，

? V实= V有效/0.8=D3

2

D=3.927m3 圆整后取Dg4000mm

∴H=2D=8.0m

同样采用8Cr18Ni9不锈钢材料制作 。

查《发酵车间设计概论》表15得

表3-9 椭圆封头尺寸 （mm） 公称直径 曲面高度 直边高度 内表面积 容积V Dg（mm） h1 h F（㎡） m3 4000 1000 50 17.9 9.02 3.2.4 过滤设备

本次过滤设备选用硅藻土板框式过滤机，由不锈钢制式，滤板和滤框交替排列。在框上用金属丝网有覆盖一层纤维律板，此种滤机有双重功能。

选用的硅藻土过滤机大概尺寸4×1m的占地面积。

3.3 车间布置

3.3.1厂房的整体布置和轮廓设计

本次设计针对大罐发酵工艺的啤酒厂，所以选用露天发酵，即发酵罐均布置露天，除发酵罐和清酒罐，其他附属设备均置于厂房中。

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3.3.2厂房的立面布置

因为厂房内最高的麦汁杀菌罐差不多也有7.2m高，为了空间足够，又柱顶标高为3000mm的倍数，所以选取单层厂房的高为9m，另外发酵罐虽为露天，修筑5.00m高的围墙将其围住。

3.3.3厂房的平面布置

厂房的平面布置形式，需按生产车间的组成和工艺要求以及建筑本身的可能性和合理性综合考虑，发酵工厂厂房外形多样，采用长方形设计。

单层厂房平面柱网的选择柱子的纵向横向定位轴线和相交，在平面上排列所构成的网络称为柱网，柱网是用来表示厂房跨度和柱距的。

厂房外发酵罐的围墙长宽都大于18m，所以跨度和柱距都为6000mm。

3.4 设备布置选取

3.4.1发酵设备

发酵罐数量较多，车间布置形式沿车间长度方向呈四条直线对称整齐排列，发酵罐间距离1.5m，离墙距离也为1.5m，锥底离地面距离大概1.5m。

3.4.2泵

泵是发酵工厂使用较多。按普通流体输送设备，泵也集中分布在一条直线上，泵头

37

第三章 发酵车间设备的设计与选型

部集中于一侧。

泵与泵的间距视泵的大小而定，一般不宜于小于0.7m，双排泵之间的间距不宜小于2m。泵还应布置在高出地面30mm的基础上。

3.4.3过滤机

硅藻土过滤机一般布置在室内，以便过滤、清洗、出料等操作交替进行。 设备布置所占用的面积，一般在过滤机周围要留出一个过滤机宽度的地方，便于小车通行和工作人员操作。

3.4.4其他罐

总的来说，罐与罐之间的距离在1.5m以上，罐与墙距离至少为1.5m,符合要求。

3.4.5门、楼梯

门选用1800mm的双开门一个，休息室和控制室为1200mm。因为厂房为单层，只需一个到发酵罐二楼的楼梯即可。

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四川理工学院毕业论文

第四章 参考文献

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