啤酒工厂设计

北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计11绪论1.1设计依据我国啤酒质量标准GB4927－1991等国家啤酒生产的相关规定；计任务书；我国普遍使用的相关设计和设备的技术规范。1.2设计指导思想采用成熟、先进的工艺技术，合理设计，产品符合我国啤酒质量标准GB4927－1991，保证产品质量，争取效益最大化。提高生产机械化、自动化的水平，提高资源的综合利用率，降低能耗，回收啤酒的副产物。适应消费者的需求，采用瓶装、罐装、桶装等包装规格。1.3设计范围完成设计说明书一份，图纸三份。设计说明书内容：总论；工艺流程选择论证，生产方法，工艺条件说明；物料衡算，热量衡算；主要设备设计及选型；水、电、汽、制冷量估算及有关设备选型。绘图内容：发酵车间工艺流程图；发酵车间设备平面布置图；发酵罐装配图。1.4厂址选择厂址的选择要符合城市规划和微生物发酵对环境的要求。工厂靠近原料产地、水源和电源。有一定的基建施工条件和良好的交通运输条件。有利于三废的处理。1.5主要工艺参数1、生产规模年产3万吨啤酒，全年生产300天。2、发酵周期锥行发酵罐低温发酵24天。3、原料配比麦芽70％，大米30％4、啤酒质量指标北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计2理化要求按我国啤酒质量标准GB4927－1991执行，卫生指标按GB4789.1－4789.28执行。12°啤酒理化指标外观透明度：清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物浊度，EBC≤1.0泡沫形态：洁白细腻，持久挂杯泡持性S≥180色度5.0—9.5香气和口味明显的酒花香气，口味纯正、爽口，酒体柔和，无异香、异味酒精度％（m/m）≥3.7原麦汁浓度％（m/m）12±0.3总酸mL/100mL≤2.6二氧化碳％（m/m）≥0.40双乙酰mg/L≤0.131.6生产管理制度1、生产计划本厂位于南方地区，产品也主要面向华南地区，一年四季啤酒的销售变化不是十分明显，所以产量评价分配，每月产量相同，一年生产300天，每月生产25天，每天糖化6次。2、工作制度和劳动定员各生产车间和行政部门一班制，保安和消防人员三班制。北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计3表1.1管理部门部门人数部门人数厂长室2行政部2人事部3市场销售部15财务部3生产管理部10计划部2消防保卫部2合计：39人表1.2生产部门车间人数车间人数酿造车间15制冷车间10包装车间30化验室5动力车间10运输站20机修车间5污水站3合计：98人其他：10人全厂总计：147人1.7三废处理及综合利用麦芽槽的麦芽可以作为饲料，回收酵母泥制成干酵母，作为饲料。采用一套全自动二氧化碳回收出来系统，回收、处理发酵中产生的二氧化碳，用于啤酒的充气和装瓶。糖化及粉碎用水可以用麦汁冷却及二次蒸汽的冷凝水。锅炉排出的灰渣，收集后供附近的砖厂加工为轻质砖。锅炉烟道气经消烟除尘达国家排放标准后排入大气。生产废水经污水处理站处理，符合国家排放标准，排入河沟。粉尘经旋风分离器处理后用麻袋收集，可用于改良建筑材料。1.8经济技术指标1、本生产线在核心设备上采用先进的设备，对于质量的保证提供了坚实的物质基础。2、本生产线在糖化、发酵、酵母、瞬时巴氏杀菌等关键部位采用PLC电脑自动控北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计4制，操作人员有较高的技术技能。3、生产线采用了大量的能源节约措施，如煮沸二次蒸汽回收，所有蒸汽冷凝水回收利用，瞬时巴氏杀菌等。4、本生产线在各工序的物料交接点安装了计量器具，自动记录和生成各项消耗报表，便于管理人员监控和发现生产中存在的问题。北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计52工艺流程的选择及论证2.1原料2.1.1麦芽大麦是啤酒生产的最重要的原料，先将其制成麦芽，再用于酿酒，麦芽不仅含有较高的淀粉，而且为糖化生产提供了各种丰富的酶系和含氮物质，为后续发酵过程提供良好的物质基础[1]。现今社会的社会分工越来越细，各生产要素越来越专业化。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）≤5.0α－氨基酸mg/100g≥150糖化力wk≥250糖化时间(min)≤10色度EBC2.5—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≤1.602.1.2酒花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。酒花制品具有以下优点：酒花制品所含有效苦味成分α－酸高，在无氧低温下储存，α－酸损失小，便于运输和长期储藏，费用低；酒花制品质量稳定；使用酒花制品可以提高有效成分利用率；酒花制品可实现自动计量添加[1]。酒花制品包括酒花粉末、颗粒酒花、颗粒酒花等。酒花粉的体积比整酒花的体积并没有缩小太多，使用不方便，易损失，故较少使用。通常把粉状酒花加工成颗粒酒花。颗粒酒花与粉末酒花相比，体积和质量减少，便于运北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计6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[1]。本设计采用颗粒酒花。2.1.3酵母酵母在麦汁中起物质转化作用。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。2.1.4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。啤酒厂水源选择的依据是符合我国生活饮用水标准（GB5749－1985）；水量应充足稳定；冷却用水的水温越低越好；在符合经济性的前提下尽可能采用地下水，地表水水质不稳定。地表水最大的缺点是水中含有盐很少，水质软，缓冲能力差，一般pH值较低，对铁制和钢制设备有腐蚀作用。2.1.5辅料啤酒生产中的辅料有大米、玉米、小麦、糖和淀粉糖浆等。辅料的质量对啤酒的品质影响很大[2]。麦芽的价格远高于不发芽的大米、玉米、小麦等谷物，在麦汁制造过程中采用合适比例的辅料，可提供廉价的浸出物或糖类，虽然增加辅料加工设备，加大热能消耗，有时要添加酶制剂等增大费用，但减少麦芽的使用量，总成本降低，所以使用辅料具有经济性[3]。辅料在糖化时使用的配比在20％－50％之间。大部分辅料含很少的可溶性氮，几乎没有增多麦汁中的含氮成分，所以可以降低麦汁总氮，提高啤酒的非生物稳定性[2]。由于本啤酒厂地处南方地区，盛产大米。而且用大米作辅料生产的啤酒，色度低、口味清爽、泡沫细腻、非生物稳定性高，故采用大米作为辅料。2.2生产工艺流程的选择及论证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。北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计7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→大米粉储箱北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计8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500－600mm，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60s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，以增加原料与北京理工大学珠海学院---生物工程课程设计9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