论文——年产20万吨啤酒厂糖化车间的设计

１摘要本设计为一个年产20万吨啤酒厂的糖化车间设计，该设计采用三锅三槽体系并重点介绍一种名为MERLIN的新技术。以下所述的德国斯坦尼克公司煮沸系统可以保证，即使总蒸发率为4%左右也可得到很好的麦汁分析值。为此人们首先设计了实验设备，然后用它对新工艺进行了详尽的测试。本文将介绍这种工艺。新的煮沸系统结构十分简单，主体设备是名为MERLIN的煮沸锅，在锅底安装一个锥形加热面，对麦汁进行煮沸和蒸发，回旋沉淀槽安装在MERLIN煮沸锅的下面，作为麦汁收集槽，另外还需要象传统打出麦汁泵一样根据功率安装一个循环泵，酒花添加使用传统设备。该设计方案使糖化车间的热能得到了较为充分的利用，与传统糖化设计相比节能在60%以上，由于采用了热冷凝水作为热媒，既节省了水源，为企业赢得了经济效益，又保护了环境，因而具有现实意义。２AbstractThisdesignisadesignofabrewery'smashingworkshopwhichcanproduce200,000tbeerinayear.Itisasystemofthree-copper-three-tankandthemostimportantpointsareenergysaving.Withthenaturalcirculationsystem,someenergyissavedandthewortqualityisimproved.Theenergysavingsystemcanrecoverthevaporbycondensationandusetheenergyforwortpreheatingviaenergystorage.Theboilingprocessdescribedasfollowsensuresverygoodanalyticalvalueswithatotalevaporationrateofabout4%.Firstofallapilotplantwasconceived,withwhichthenewprocesswasfullytested.Thenewprocesswillbefirstofalldescribedandtheresultsofthepilotplantpresented.Theconstructionofthenewboilingsystemissimple.ThemaincomponentistheMERLIN,avessel,inwhichaconicalheatingsurfaceisplacedtoserveforboilingandevaporationofthewort.Thewhirlpool,belowtheMERLINvessel,servesasacollectorforthewort.Inaddition,acirculationpumpisrequiredofthesamesizeasthecastingpump.Forhopaddition,theusualequipmentisused.Inall,thedesigncanmakethebestuseoftheenergyofmashingworkshop.Thetotalsavingofenergycomparedtoconventionalboilingcanbeupto60%.Now,it'sthekeyperiodformostbreweriestomakeinnovations.So,todesignamashingworkshopofabrewerywiththecapacityof200,000tperyearinanewideaisvoluble!３目录中英文摘要目录第一章前言……………………………………………………………………1第二章工艺流程论证…………………………………………………………2一．原料粉碎……………………………………………………………………2二．糖化工艺……………………………………………………………………2三．糖化工艺曲线………………………………………………………………4四．麦芽醪的过滤………………………………………………………………4五．麦汁煮沸及酒花添加………………………………………………………5六．麦汁处理……………………………………………………………………8七．酵母的扩大培养……………………………………………………………9八．发酵…………………………………………………………………………10九．发酵车间的CIP清洗系统…………………………………………………12十．过滤前高浓啤酒的稀释……………………………………………………13十一．过滤………………………………………………………………………14十二．包装………………………………………………………………………15第三章物料衡算………………………………………………………………17一．物料衡算……………………………………………………………………17二．耗水量计算…………………………………………………………………22三．热量衡算……………………………………………………………………23第四章糖化车间设备的设计及计算…………………………………………25一．新型麦汁煮沸系统的设计及计算…………………………………………25二．其它设备设计及计算………………………………………………………32第五章糖化车间平面立面布置………………………………………………35开题报告…………………………………………………………………………36翻译………………………………………………………………………………40参考文献…………………………………………………………………………43致谢………………………………………………………………………………44４第一章前言我国是啤酒生产大国，啤酒在我国有巨大的消费市场。目前全国啤酒厂家正处于企业调整的关键时期。能否利用先进技术，高效节能的生产出优质啤酒已成为企业竞争的关键。在啤酒生产各工段中，糖化工段无疑是极其重要的一环。由于其工艺比较复杂，耗能多，并且决定了麦汁质量的好坏，所以设计一个年产20万吨啤酒厂的糖化车间具有现实意义。为了适应当前啤酒业的激烈竞争机制，在设计上要求日益严格化、合理化。本设计设备采用三锅三槽体系，在设计合理化、严密性的基础上，本设计将侧重于低压煮沸锅的设计，能源及二次蒸汽的利用，力求采用最新的技术设备，节约能源，高效合理地生产出优质麦汁。本设计采用德国斯坦尼克公司的新型麦汁煮沸系统Merlin。在Merlin煮沸系统中可有针对性的控制麦汁的热负荷和蒸发，通过循环泵的功率也可以改变麦汁的热负荷，因为随着流量的提高，麦汁液层的厚度会增加，麦汁的热负荷就会降低。对麦汁质量(主要指对冷、热凝固性氮的含量影响)以及啤酒风味的都有好的影响。另外，在设计过程中，与糖化车间相关的土建工程均采用国家标准设计，从而使该设计具有合理的经济性。５第二章生产工艺论证一．原料粉碎原料选用优级麦芽。麦芽在进行糖化前必须先经粉碎，粉碎后的麦芽，增加了比表面积，可溶性物质容易浸出，也有利于酶的作用，使麦芽的不溶性物质进一步分解。麦芽粉碎只是简单的机械过程，但其粉碎程度对糖化时的生化变化，对麦汁的组成成分，对麦汁过滤速度以及对提高原料利用率都是非常重要的，粉碎过细会增加麦皮中有害物质的溶解，影响啤酒质量，也会增加麦汁过滤的难度，粉碎过粗则会影响麦芽有效成分的利用，降低麦汁浸出率。目前国内有四种方法。1．干法粉碎：此法虽然粉碎效果好，但麦皮破坏多，且车间环境粉尘及噪音较大，有尘爆的危险。2．回潮粉碎：也叫增湿干粉碎，回潮后的麦芽，麦皮具有韧性，其粉碎物谷皮完整，麦汁收得率低，控制方法困难，操作不易。3．麦汁湿法粉碎：优点：谷皮较完整，过滤时间缩短。缺点：电负荷高，对麦汁纯净度要求较高，且糖化不均匀。4．连续浸渍湿法粉碎：优点：糖化收得率高，麦汁组成有较好的改善，却设备结构复杂，价格高，但是此法改进了全湿法粉碎的缺点，于工艺要求上来说目前是最完善的。由于考虑到啤酒质量的方面，我们选用连续浸渍湿法粉碎。辅料选用高麦芽糖浆和大米各50%混合。大米可经干法粉碎。高麦芽糖浆成分与麦芽麦汁比较接近，可直接在煮沸锅中直接添加。二．糖化工艺糖化是指利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件（温度，PH值，时间）下，将麦芽和麦汁辅助原料中的不溶性高分子物质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中分解产物等）逐步分解为可溶性的低分子物质。麦汁的组成成分，颜色将直接影响到产品啤酒的品种和质量；糖化工艺和原料，水，电，汽的消耗，将影响到啤酒的成本，因此糖化过程是啤酒生产中的重要环节。糖化过程是原料的分解和萃取过程，它主要是依靠麦芽中各种水解酶促分解，而水和热力作用是协助酶促分解和浸取过程。糖化中的工艺控制，主要通过下述环节来进行：（1）.选择麦芽的质量，辅料的种类及其配比、配料。（2）.麦芽及非发芽谷物的粉碎度。（3）.控制麦芽中各种水解酶的作用条件，如温度、PH、底物浓度（加水比）、作用时间。（4）.加热的温度和时间。（5）.有时还需通过外加酶制剂、酸、无机盐进行调节控制。６糖化方法传统的糖化方法有两大类，煮出糖化法和浸出糖化法，其他的方法都是从这两大类演变而来的。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即几次煮出法。浸出糖化法是指麦芽醪纯粹利用其酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪的温度，使之糖化完成。复式糖化法是源于以上两种方法而形成的，当采用大米等不发芽谷物时，进行糖化时必需首先对添加的辅料进行预处理、糊化、液化。本设计采用复式浸出法，由于没有部分醪液的煮沸，麦皮中多酚物质，麦胶物质等的熔出相对较少，所制麦汁色泽浅，粘度低，口味柔和，且发酵度高，残余可发酵性糖少。啤酒泡沫好，适于酿造浅色淡爽型啤酒。此法还有一优点是操作简单，糖化周期短。操作时在并醪后不再有煮沸阶段，而是在糖化锅内直接升温，达到糖化各阶段所需要的温度。本工艺使用大米20%，需要对辅料进行糊化液化，辅料糊化有两大特点：一是大加水比，二是尽可能利用外加α-淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多麦芽，在糊化煮沸时，促进皮壳，溶解和形成焦糖，类黑色素。采用外加耐高温α-淀粉酶的方法促进糊化，加水比为1：6，高温α-淀粉酶用量为4µ/g大米。糊化起始温度为50℃，10分钟后升温至90℃（1.5℃/min）。加入耐高温α-淀粉酶，同时加入一定量石膏，有助于消除重碳酸盐引起的碱度，控制Ca2+浓度在40~70mg/L，保护α-淀粉酶，提高耐热性，增加酵母凝聚性，保温20min迅速升至101℃，煮沸10min，即完成辅料的糊化、糖化，醪在47℃保温50min，然后并醪至63℃保温40min，升至70℃，保温20min。碘试完全后，升至75℃。糖化终了。糖化温度63℃为糖化阶段温度，有利于β-淀粉酶的作用，生成大量的可发酵性糖、麦芽糖，适合制造高发酵度的啤酒。76℃为糊精化阶段温度，此温度下α-淀粉酶进一步分解残留淀粉，生成大量短链糊精，而β-淀粉酶、内肽酶、磷酸酶等酶失活或受到抑制，不起作用。采用二段式糖化温度，可提高可发酵性糖含量，对酵母的生长繁殖有利。糖化终点由淀粉分解程度决定，对此检验和控制标准可以为殿试反应，也可以是糖含量：非糖低于1：0.35。糖化醪PH值一般在5.0~5.3之间，为改善酶的作用，可以采用处理酿造用水、生物酸化或添加乳酸麦芽等方法调节醪液的PH值。由于采用浸出法制造，淡爽型啤酒辅助糊化的加水比较大，麦芽加水比可相应较少，采用大米加水比1：6，麦芽加水比1：3。７三．糖化工艺曲线的论证：1．麦芽质量的影响。优级麦芽糖化力为250wk/100g干麦芽2．混合透料的糖化力。1000×60%×250/100=1500wk1000×75%×250/100=1875wk3．麦汁总氮α-氨基氮的估算设100g混合投料可得14.5