学位论文-—年产20万吨的啤酒工厂设计.doc

湘潭大学
生物工厂综合设计说明书

题 目：年产20万吨的啤酒工厂设计

学 院： 化工学院
专 业： 生物工程
学 号：
姓 名：
指导教师：

完成日期： 2013年1月20日

湘 潭 大 学
生物工厂综合设计任务书

设计题目： 年产20万吨的啤酒工厂设计
学号： 姓名： 专业： 生物工程
指导教师： 系主任：

一、主要内容及基本要求

设计内容：1.拟在湘潭市西郊羊牯塘选择厂址新建年产20万吨啤酒工厂；
2.以糖化车间和发酵车间为主体设计，只做初步设计，不做施工图设计；
3.以生产工艺（流程）设计为主导，为其他配套专业提供设计依据和提出要求。
设计任务：1.完成编写课程设计说明书一份（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；
2.完成初步图设计。
设计要求：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，必须有计算机绘图，综合指标达到同类工厂先进水平，“三废”环保符合国家有关规定。

二、重点研究的问题

生产工艺流程的选择和设计；物料衡算；糖化及发酵主车间布置设计以及专业设备选型。

三、进度安排

序号
各阶段完成的内容
完成时间
1
查阅资料、调研
第1周
2
开题报告、制订设计方案　完成综述
第2周
3
初步设计（工艺设计、物料衡算）
第3-5周
4
绘图
第6周
5
编写设计说明书、打印装订
第7-8周
6
指导教师审阅

四、应收集的资料及主要参考文献
[1]管敦仪主编，啤酒工业手册（上）[M]. 轻工业出版社，1985：69-346
[2]管敦仪主编，啤酒工业手册（中）[M]. 轻工业出版社，1985：33-108
[3]管敦仪主编，啤酒工业手册（下）[M]. 轻工业出版社，1985：12-207
[4]张学群、张柏青,啤酒工艺控制指标及检测手册[M]. 中国轻工业出版社，1993
[5]刘芳，啤酒工业废水治理技术研究[J]. 酿酒科技，1999,（9）：47-51
[6]吴延东，啤酒工厂糖化设备的组合比较[J]. 酿酒科技，2002,（1）：33-37
[7]李大勇，啤酒工厂糖化工艺选择[J]. 酿酒科技，2002,（3）：22-30
[8]王坚，啤酒高浓度发酵工艺技术要点[J]. 山西食品科技，2000（5）：58-63
[9]乔玉胜，啤酒麦汁一段冷却新技术[J]. 酿酒科技，2001, (2)：20-24
[10]无锡轻工业学院，轻工业部上海轻工业设计院组编，食品工厂设计基础[M]. 中国轻工业出版社，1992：8-262
[11]中国食品发酵工业研究院，中国海诚工程科技股份有限公司，江南大学主编.食品工程全书（第三卷）食品工业工程[M]. 中国轻工业出版社，2005
[12]P.F.斯坦伯里，A.惠特克.发酵工艺学原理[M]. 中国医药科技出版社，1992
[13]王念春.啤酒厂自动化控制方案的设计与实现[J]. 测控自动化，2004.1
[14]郑岳传. 现代化啤酒厂设备的选择[J]，食品与发酵工业，2001, 5：75-84

摘要：随着我国改革开放的不断深入，在当前国民经济稳定快速发展的形势下，人民消费水平不断提高，为中国啤酒行业的发展创造了一个良好环境。本论文设计主要是对中国的啤酒行业进行了调查和分析，确定了项目的选址、设计和实施方案。新建项目是一个产能20万吨的啤酒项目可以直接扩大啤酒企业原有的市场，有利于开发新市场，解决啤酒企业的发展需求。本设计包括工厂设计，主要生产车间的平面布置图，全厂的平面布置图。
关键词：啤酒 新建项目 工厂设计 平面布置图

Abstract: With the constant deepening of China's reform and opening up, steady and rapid development in the current economic situation, people's consumption has improved continuously, the development of China's beer industry has created a favorable environment. In this paper, designed mainly conducted a survey and analysis of China's beer industry to determine the project's site, design and implementation of programs. New project is a capacity of 200,000 tons of beer, beer companies to expand the project can be directly established markets are conducive to the development of new markets, solve the beer business development needs. The design includes plant design, the main production plant layout diagram, the whole plant layout diagram.
Keyword: Beer New project Factory design Layout diagram

目 录
第一章 综述 - 1 -
1.1 啤酒的历史与发展 - 1 -
1.2 啤酒的营养价值 - 1 -
1.3 啤酒的分类 - 2 -
第二章 设计概论 - 3 -
2.1 设计的任务及要求 - 3 -
2.2 设计的依据和原则 - 3 -
第三章 厂址选择及总平面设计 - 4 -
3.1 厂址选择的重要性及原则 - 4 -
3.2 总平面设计 - 4 -
第四章 工艺设计 - 5 -
4.1 啤酒生产总工艺设计 - 5 -
4.2 糖化车间工艺设计 - 8 -
4.3 发酵车间工艺设计 - 10 -
第五章 工艺计算 - 13 -
5.1 主要产品的物料衡算 - 13 -
5.2 啤酒生产中蒸汽耗量的计算 - 15 -
5.3 冷耗平衡计算 - 19 -
第六章 环境保护及综合利用 - 23 -
6.1 污染源及污染物 - 23 -
6.2 污水处理 - 24 -
6.3 副产品的综合利用 - 24 -
第七章 经济核算 - 24 -
7.1 产品成本与售价 - 24 -
7.2 经济效益 - 25 -
7.3 投资回收期 - 25 -

第一章 综述
啤酒既是一种食品饮料，又是一种内涵丰富的文化用品。饮酒不仅是一种饮食行为，又是一种文化交际活动。啤酒作为食品饮料产品不仅代表生产力和微生物科学技术，饮酒活动又是世界各民族独特传统文化重要组成部分。啤酒虽不是人类生存的必需品，但在社会生活中具有无法替代的功能。如今，啤酒的产量在我国酿造酒生产中产量最高，已超过3000万吨仅次于美国。

1.1 啤酒的历史与发展
啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料，中国在四五千年前，就有古代啤酒。中国近代啤酒是从欧洲传入的，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，从1902年到1949年的40多年中，中国只建立了不到10个工厂，年产啤酒近1万吨，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。现在国际上的啤酒大部分均添加辅助原料。有的国家规定辅助原料的用量总计不超过麦芽用量的50%。在德国，除出口啤酒外，德国国内销售啤酒一概不使用辅助原料。在2009年，亚洲的啤酒产量约5867万升，首次超越欧洲，成为全球最大的啤酒生产地。

1.2 啤酒的营养价值
啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0.75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度黄啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。啤酒中的矿物盐，对人体组织细胞的代谢起着调节作用。有利于人体必需水分的摄取吸收，啤酒所含酒花素、既能促进唾液、胃液和胆汁分泌、健胃益脾，又可治疗肺和淋巴结核，还能促进伤口愈合和烧伤者痊愈。贫血患者常饮啤酒，能促进红细胞的生长，增强造血功能。神经衰弱者采用“啤酒疗法”，即饭后半小时和睡前各饮啤酒半瓶（约320毫升），30日为一疗程，效果显著。特别是冬季饮用温啤酒，会使人周身发热，祛寒解乏，中、老年人最为适宜。

1.3 啤酒的分类
啤酒品种很多，一般可根据生产方式，按产品浓度、啤酒的色泽、啤酒的消费对象、啤酒的包装容器、啤酒发酵所用的酵母菌等种类来分类。
1.3.1 根据原麦汁浓度分类
啤酒酒标上的度数与白酒上的度数不同，它并非指酒精度，它的含义为原麦汁浓度，即啤酒发酵进罐时麦汁的浓度。主要的度数有18、16、14、12、11、10、8度啤酒。日常生活中我们饮用的啤酒多为11、12度啤酒。
1.3.2 根据啤酒色泽分类
淡色啤酒，色度在5-14EBC之间。淡色啤酒为啤酒产量最大的一种。淡色啤酒又分为浅黄色啤酒、金黄色啤酒。浅黄色啤酒口味淡爽，酒花香味突出。金黄色啤酒口味清爽而醇和，酒花香味也突出。
浓色啤酒，色泽呈红棕色或红褐色，色度在14-40EBC之间。浓色啤酒麦芽香味突出、口味醇厚、酒花苦味较清。
黑色啤酒，色泽呈深红褐色乃至黑褐色，产量较低。黑色啤酒麦芽香味突出、口味浓醇、泡沫细腻，苦味根据产品类型而有较大差异。
1.3.3 根据杀菌方法分类
鲜啤酒，啤酒包装后，不经巴氏灭菌的啤酒。这种啤酒味道鲜美，但容易变质，保质期7天左右。
熟啤酒，经过巴氏灭菌的啤酒。可以存放较长时间，可用于外地销售，优级啤酒保质期为120天。
1.3.4 根据包装容器分类
瓶装啤酒，国内主要为640 ml和355 ml两种包装。国际上还有500 ml和330 ml等其他规格。
易拉罐装啤酒，采用铝合金为材料，规格多为355 ml。便于携带，但成本高。
桶装啤酒，材料一般为不锈钢或塑料，容量为30升。啤酒经瞬间高温灭菌，温度为72°C，灭菌时间为30秒。多在宾馆、饭店出现，并专门配有售酒机。由于酒桶内的压力，可以保持啤酒的卫生。

第二章 设计概论
2.1 设计的任务及要求
设计题目：年产20万吨的啤酒工厂设计
设计内容：1.拟在湘潭市西郊羊牯塘选择厂址新建年产20万吨啤酒工厂；
2.以糖化车间和发酵车间为主体设计，只做初步设计，不做施工图设计；
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、行政管理、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。
设计任务：1.完成编写课程设计说明书一份（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；
2.完成初步图设计。
设计要求：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，必须有计算机绘图，综合指标达到同类工厂先进水平，“三废”环保符合国家有关规定。

2.2 设计的依据和原则
本设计是根据教材及所学的知识和参考文献所写。因本人缺少在工厂的实际工作经验，所以，设计过程中各个工艺控制点均来自参考文献，具有一定的不准确性，这样就会存在很多问题与不足，设计效果有待考证，同时也敬请老师指出。
本设计在确定工艺流程和选择设备时，在工艺上力求其合理性和先进性，在设备上采用先进的生产设备，做到技能上先进，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的身体的力量劳动，提高劳动生产率。采用已成熟的生产技能和设备，使建厂后即能顺利投产，并能到达预设能力。经济上合理，随机应变，管理方便，合理降低能耗，保护环境。生产出能满足人们口味的优质啤酒，做到投资少，收效快的效果。

第三章 厂址选择及总平面设计
3.1 厂址选择的重要性及原则
厂址选择是企业建设的重要环节，包括了建厂地区的选择和工厂场地位置的选择。厂址选择合理与否，将直接影响工厂前期的基建投资、建厂速度和企业后期的经济效益和社会效益。 因此，确定建厂地址是一项具有深远影响的大事。
厂址选择必须遵寻以下原则：厂址选择必须符合工业布局、符合所在地区、城市规划的要求，按照国家有关法律、法规及建设前期工作的规定进行；充分利用各地区的有利条件，避开或克服不利条件；充分利用当地人力、物力、财力和自然资源，保护环境；节约用地，不占用良田急经济效益高的土地，并符合国家现行土地管理、环境保护、水土保持等法规有关规定；使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合理运输。

3.2 总平面设计
工厂总平面设计是工厂总体布置的平面设计，其任务是将组成工厂的所有建筑物、构筑物和其他工程设施，合理地布置在所选厂址的界区内。工厂总平面是一项设计面广、影响重大的设计任务，有“一张蓝图值千金”的比喻。工厂总平面设计一般包括平面布置设计、竖向设计、运输设计、管线综合布置、绿化布置五项内容。
总平面设计要求:
1) 依据批准的计划任务书及厂址选择报告书的内容，布置紧凑，节约用地，因地制宜地进行总平面设计。
2) 建筑物构筑物布置必须符合啤酒先进工艺生产流程，使作业线短，管路顺，占地少。
3) 布置必须符合国家有关规范和规定，诸如：防火、卫生、防震、人防等规范，并结合当地的发展规划，加强与其他工业的协作条件。
4) 路应按运输量及运输工具的情况决定其宽度，一般厂区道路应采用水泥或沥青路面。
5) 筑物间距应按有关规范设计。从防火、卫生、防震、防尘、噪音、日照、通风等方面来考虑，在符合有关规范的前提下，使建筑物间的距离最小。
6)　有影响的车间，尽量不要放在同一建筑物里，但相似车间应尽量放在一起，提高场地利用率。
7) 根据啤酒生产发展情况，总平面布置中应留有适当的扩建余地。
总平面设计对一个啤酒工厂的发展前途以及地区的的资源、农业发展来说意义十分重大，所以，总平面设计必须依照以上要求

第四章 工艺设计
4.1 啤酒生产总工艺设计
4.1.1 原料选择
1) 大麦 适于啤酒酿造用的大麦为二棱或六棱大麦。二棱大麦的浸出率高，溶解度较好；六棱大麦的农业单产较高，活力强，但浸出率较低，麦芽溶解度不太稳定。啤酒用大麦的品质要求为：壳皮成分少，淀粉含量高，蛋白质含量适中（9～12%）；淡黄色，有光泽；水分含量低于13%；发芽率在95%以上。
2) 酿造用水 通常，软水适于酿造淡色啤酒，碳酸盐含量高的硬水适于酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为：无色，无臭，透明，无浮游物，味纯正，无生物污染；硬度低；铁、锰含量低（含量高对啤酒的色、味有害，而且能引起喷涌现象）；不含亚硝酸盐。
3) 酒花 又称啤酒花。使啤酒具有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力。成熟的新鲜酒花经燥压榨，以整酒花使用，或粉碎压制颗粒后密封包装，也可制成酒花浸膏，然后在低温仓库中保存。其有效成分为酒花树脂和酒花油。每KI啤酒的酒花用量约为1.4～2.4kg。
4) 酵母 酵母是用以进行啤酒发酵的微生物。啤酒酵母又分上面发酵酵母和下面发酵酵母。啤酒工厂为了确保酵母的纯度，进行以单细胞培养法为起点的纯粹培养。为了避免野生酵母和细菌的污染，必须严格啤酒工厂的清洗灭菌工作。
5) 大米 淀粉含量高，浸出率也高，含油质较少。但大米淀粉的糊化温度比玉米高。以大米为辅助原料酿造的啤酒色泽浅，口味清爽。大米是中国用量最多的辅助原料。
6) 糖类 大都在产糖地区应用，一般使用量为原料的10～20%。添加的种类主要有蔗糖、葡萄糖、转化糖、糖浆等。
4.1.2 原料处理
原料处理包括对大米和麦芽的处理。原料处理工艺包含原料贮存、精选、输送、称重、除尘和粉碎。
1) 原料输送 原料输送方式主要有风力输送和机械输送两种。对于当前我国的大中型啤酒企业，一般应选择机械输送，包括斗式提升机和刮板输送机。不宜采用风力输送，因为风力输送不但能耗大，而且易使麦皮破碎。
2) 精选 麦芽、大米的精选包括去石、除杂、除铁和进行原料筛选，麦芽宜采用麦芽振动筛，大米宜采用去石机，一般使用磁力除铁器对麦芽和大米进行除铁。
3) 原料贮存 原料贮存可采用筒仓、平仓。而筒仓又分为钢板仓和混凝土仓。现大中型啤酒厂一般选用钢板筒仓。
4) 称重 对于原料称重，一般可考虑使用压片式计量称重装置和独立脉冲型计量电子称。
5) 除尘 在原料的投料、输送和精选过程中必须安装除尘系统才能符合环保要求和提供良好的生产工作环境。
6) 粉碎 目的是增加原料与水的接触面积，使麦芽可溶性物质浸出，促进难溶解性的物质溶解。
4.1.3 啤酒生产工艺要点
啤酒的生产主要包括麦芽制备、麦汁制造、啤酒发酵、后处理及包装四大工序，每一个部分都很重要。
4.1.3.1 麦芽的制备
大麦是酿制啤酒的主要原料，它在人工控制的外界条件下需经浸麦、发芽、干燥、除根的操作过程，生产上称为麦芽制造。麦芽是啤酒的灵魂，麦芽质量是否能达到合格的标准将直接影响啤酒的质量。
1） 选麦 好的麦芽先要选好的大麦。通常要求精选后的净麦夹杂物不得超过0.15％；麦粒整齐度，即腹径2.2mm以上麦粒要求达93％以上；精选率一般为85％～90％。
2） 浸麦 也叫浸渍，包括洗麦、浸麦和通风三个过程。浸麦主要是为了供给大麦发芽时所需要的水分，通过洗麦，除去浮麦，浸出皮壳中的色素、单宁和盐类等有害物质，提高发芽的质量。
3） 催芽 催芽是在最后一次浸麦时或发芽初期，采用0.15mg/kgGA处理，对促进与调节麦芽生长有良好的效果。
4） 发芽 大麦经过浸渍，吸收了一定的水分，使麦粒脱离休眠状态，在适当的温度和充足的空气条件下，使之生成新鲜麦芽的过程被称之为发芽。大麦发芽的方法按设置条件，可分为地板式、通风式、塔式和连续式等。
5） 干燥 干燥的作用是使绿麦芽的水分降低，发芽停止，从而便于去根和贮藏。但麦芽国那种并不只是一个简单的水分蒸发过程，他还进行了复杂的生化变化。
6） 除根 经干燥后的麦根十分焦脆，只要稍加摩擦就能脱落。因此，出塔以后的干麦芽，须随即把根除去。
4.1.3.2 麦汁的制造
麦汁制造俗称糖化，即指麦芽及辅料的粉碎，醪的糖化、过滤以及麦汁煮沸、冷却的过程。其工艺指标控制的好坏对啤酒的稳定性、口感等技术指标起着决定性的作用。麦汁制造过程包括：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) 麦芽及辅料的粉碎 麦芽及其辅料原料在进行糖化前必须先进行粉碎。粉碎是为了增加原料和水的接触面积，使原料及麦芽内可溶物质浸出，促进难溶物质溶解。原料粉碎俗的程度和糖化制成麦汁的组成及原料利用率的高低有着密切的关系。粉碎时要控制麦芽及其辅料适宜的粉碎度，有助于较好地处理质量较差的麦芽，降低麦皮的浸出物含量，加快糖化过程的物质溶解，缩短糖化时间，提高收率，使糖化过程的自动化操作处于最佳状态。
2) 糖化 糖化是麦汁制备的最主要的部分。糖化是指将麦芽和辅料中高分子贮藏物质及其分解产物（淀粉、蛋白质、核酸、植酸盐、半纤维素等及其分解中间产物），通过麦芽中各种水解酶类作用以及水和热力作用，使之分解并溶解于水，此过程称为“糖化”。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的酶促分解，而水和热力作用是协助酶促分解和浸取过程。糖化过程是一个非常复杂的生化过程。
3) 糖化醪过滤 麦芽醪过滤就是要获得澄清麦汁。麦芽醪的过滤包括如下三个过程：残留在糖化醪中的耐热性的α－淀粉酶，将少量的高分子糊精进一步液化，使之全部转变成无色糊精和糖类，提高原料浸出物收率；从麦芽醪中分离出“头号麦汁”；用热水洗涤麦糟，洗出吸附于麦糟的可溶性浸出物，得到“二滤、三滤麦汁”。
4) 麦汁的煮沸和酒花的添加 麦汁的煮沸主要是为了蒸发多余水分，使麦汁浓缩到规定浓度；为了破坏酶的活力，防止淀粉酶等继续作用，稳定可发酵性糖与糊精的比例，稳定麦汁组成；同时能达到麦汁灭菌，特别是乳酸菌等杂菌，避免发酵时产生酸败，以保证最终产品的质量。
5) 麦汁的冷却 麦汁煮沸定型后，必须立即进行冷却，目的在于麦汁冷却至定型温度，适合酵母发酵的需要；充入一定量的氧气以利酵母繁殖；除去麦汁煮沸及冷却时凝聚的沉淀物和酒花，以利发酵和提高啤酒质量。冷却要求时间短，麦汁无细菌且不浑浊，沉淀损失少，操作简单。
4.1.3.3 啤酒发酵
将预先制备好的啤酒酵母接种于被冷却的麦汁内，啤酒发酵便开始了。
发酵分前发酵、主发酵和后发酵。所谓前发酵，实际上是接种酵母泥处于休眠阶段（芽生率0％），酵母和麦汁接触后，有较长生长滞缓期，才能进入出芽繁殖细胞浓度达到2×107个/ml时，发酵麦汁表面开始起沫，此阶段为前发酵。
主发酵是啤酒发酵的主要阶段，也是啤酒发酵的第一阶段，主要内容是啤酒酵母菌对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，生成酒精和CO2以及其他一些物质，以构成啤酒的主要成分。主发酵过程工艺的控制很重要，重点控制的是温度、浓度和时间。三者互相制约，又相辅相成。
4.1.3.4 后处理及包装
经过贮藏后的成熟皮具，其残余酵母和蛋白质凝固物等沉积于贮酒罐底部，少量仍悬浮于酒液中，必须经过过滤或分离将其除去，以得到清亮透明的啤酒。这样既可使啤酒的外观富有吸引力，又可大大改善啤酒的生物稳定性与非生物稳定性。然后，才可进行包装。啤酒过滤或分离的方法有：半渗透膜、滤棉法、硅藻土法、板式过滤法、微孔薄膜过滤法、离心分离法。单用半渗透膜一次处理可制新啤酒，且能达到无菌水平。成熟啤酒经过过滤以后，即可包装出厂。啤酒包装是啤酒生产的最后一道工序，对啤酒质量与外观有直接的影响。啤酒的包装方式，根据销售需要而分为瓶装啤酒、罐装啤酒和桶装啤酒等几种。一般在当地销售的啤酒以不经杀菌的桶装或瓶装、罐装鲜(生）啤酒为主,而运至外地销售的以及出口啤酒，则通常是经过杀菌的瓶装或罐装熟啤酒，或经无菌过滤的纯生啤酒，其保质期较长。
4.1.4 啤酒酿造工艺流程
水、蒸汽 麦糟 酒花
↙ ↘ ↓ ↓
原料（麦芽、大米）→粉碎机→糊化锅→糖化锅→过滤槽→煮沸锅→回旋沉淀槽
↓
熟啤←杀菌机←灌装机←清酒罐←啤酒过滤机←发酵罐←麦汁冷却器
↓ ↑ ↓
鲜啤 酵母、CO2 冷固形物
4.1.5 啤酒生产流线
原材料的粉碎 → 糖化过滤 → 煮沸 → 冷却 → 发酵 → 虑酒 → 验瓶 → 杀菌 → 贴标 → 喷码 → 装箱入库

4.2 糖化车间工艺设计
4.2.1 工艺方法的选择
1) 麦芽粉碎方法 麦芽的粉碎方法随着时间的推移先后出现了干法粉碎，浸湿粉碎，回潮干法粉碎，连续湿法粉碎四种方法。干法粉碎可调节麦芽粉碎度，根据麦芽质量来控制，此法成本较低，可以节省浸泡这一环节，但粉尘污染较大，本设计采用干法粉碎。辅料也用同样的方法。
2) 糖化方法 糖化过程是一项非常复杂的生化反应过程，也是啤酒生产中的重要环节。糖化的目的就是要将原料（包括麦芽和辅助原料）中的可溶性物质尽可能多的萃取出来，并且创造有利于各种酶的作用条件，使很多的不溶性物质在酶的作用下变成可溶性物质而溶解出来，制成符合要求的买麦芽汁收得率。现今，出于节省投资成本，使用了大量的辅料代替了原有的部分麦芽，从而出现了一种新的糖化方法，复式浸出糖化法，它是由这两种方法演变而来的方法。它对于生产色泽极浅（5.0～6.0 EBC左右），高发酵度，残余可发酵性糖少的啤酒有较好的应用。它具有加水比大，避免添加过多的麦芽，再糊化煮沸时。处进皮壳溶解和形成焦糖、类糊精的特点。因此本设计采用复式浸出糖化法。生产过程简单，糖化时间短（一般在3小时以内），耗能少，故设计中采用的是复式浸出糖化法。
3) 过滤方法 采用过滤槽法。此法虽然古老，但槽的结构日新月异，可有效的提高过滤速度，保证分离效果。由于表面积大，过滤的也较为充分，效率较高。
4) 煮沸设备 煮沸锅的种类有夹套式，内加热式和外加热式。夹套式是比较古老的加热方式，他加热循环好，但是煮沸麦汁的量受限制，制作也比较麻烦，实用于中小型厂。外加热式在国内不是很常用。本设计采用内加热式，麦汁通过垂直安装在煮沸锅内的列管式换热器的列管而被加热向上沸腾，同时蒸汽被冷凝为液体。在加热器的上方装有伞型的分布罩，借此使上升的麦汁反射向四周，同时可避免泡沫的形成，保证麦汁在煮沸锅中较好的循环。
5) 麦汁澄清设备 采用回旋沉淀槽。热麦汁由切线方向进入回旋沉淀槽，在槽内回旋，可产生离心力。由于在槽内运动，离心力的和其反作用力的合力把颗粒推向槽底部中央，达到沉淀的目的。由于该设备占地面积小，可缩短沉淀时间，提高麦汁的澄清度，降低了损失。
6) 麦汁暂存槽 麦汁在过滤后温度为78度左右，经薄板换热器使温度升至90度左右，再进入暂存槽，提高了糖化次数，节省了投资能耗，在煮沸锅中加热时可缩短到沸腾的时间。
4.2.2 糖化工艺流程中工艺参数及操作规程
1) 大米的比例为25%，麦芽的比例为75%。
2) 糊化：糊化锅料水比为1：5，投料后升温至50ºC，50ºC是蛋白酶最适温度，有利于氨基酸的产生，调PH，加入耐温α-淀粉酶，保温10分钟。加热至90ºC，然后升温至100ºC，保温30分钟。
3) 糖化：糖化锅料水比为1：3.5，加入39ºC的水使其混合后温度为37ºC，保持30分钟，升温至51ºC，保持75分钟，进行蛋白休止，将换热后的88ºC糊化醪打入糖化锅，保持在63ºC，保温30分钟，升温至70ºC以碘液检查为主，直至变色，表示糖化彻底，升温至78ºC，保温5分钟，将醪液泵入过滤槽。由于采用了高辅糖化，所以投料糖化前应加入耐高温的α-淀粉酶。
4) PH值的调整：α-淀粉酶最适PH值是5.6～5.8，β-葡聚糖酶最适PH值是4.6～7.0，则加入磷酸调节PH值控制在5.6。
5) 甲醛的加入：在糖化时加入0.025%的甲醛来降低麦汁中花色苷的含量。
6) 过滤：过滤时醪液的温度保持不变，（控制在73～76ºC），PH值保持在5.5～7.5之间，洗糟水温度为80ºC。当洗糟残液浓度达到工艺规定值，过滤结束。
7) 酒花的添加：煮沸90分钟，酒花分三次加入。第一次：煮沸5～15分钟，添加总量的5～10%，主要是消除煮沸时的泡沫；第二次：煮沸30～40分钟后，添加总量的55～60%，主要是萃取α-酸，促其异构；第三次：煮沸完成前15分钟，加入35%，萃取酒花油，提高酒花香。
4.2.3 糖化工艺流程图
糖化工艺流程：
麦芽 → 粉碎 → 糖化 → 过滤 → 煮沸 → 沉淀 → 冷却 （麦芽汁）
↑ ↑
大米 → 粉碎 → 糊化 酒花
4.3.4 糖化车间主要设备选择
糖化车间重点设备一览表：
名称
尺寸
容积
个数
材料
糊化锅
糖化锅
煮沸锅
过滤槽
麦汁暂存罐
回旋沉淀槽
φ2200*1100
φ3400*1700
φ3600*1800
φ4200*2100
φ1500*3000
φ4200*2100
7
24
30
30
21
30
1
1
1
1
1
1
不锈钢
不锈钢
不锈钢
不锈钢
不锈钢
不锈钢

4.3 发酵车间工艺设计
4.3.1 工艺流程的说明
1) 麦汁的冷却过程：采用薄板冷却器。冷却介质为2ºC的冷水，经换热后麦汁的温度为8ºC，热麦汁进口温度为8ºC，水出口温度为80ºC，冷却时间为1小时。此流程的优点如下： a、有效解决啤酒生产中生产用水的问题，经过一段冷却后的本身被加热到80ºC左右; b、可以做为糖化和洗涤用水; c、冷却面积大;d、降低能耗，操作简单。
2) 麦汁充氧：麦汁冷却到发酵接种温度后，接触氧，此时氧反应微弱，氧在麦汁中成溶解状态，它是酵母前期发酵繁殖所必须的。它可使酵母自身的数量增殖（5～60）×107个/ml，保证发酵顺利进行。通入无菌空气，使麦汁含氧量达到8mg/L。
3) 麦汁的发酵：采用圆筒锥底发酵罐，它同传统发酵罐比有以下优点：a、加速发酵。由于发酵基质（麦汁）和酵母对流获得强化，可加速发酵；b、厂房投资节省。发酵和贮酒可以大部分或全部分在户外，而且罐数、罐总容积减少，厂房投资节省；c、冷耗节省。冷却是直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质再强制循环下，传热系数高，比传统发酵节省40～50%的冷耗。d、发酵罐清洗、消毒。依赖CIP自动化清洗消毒，工艺卫生易得到保证。
4) 麦汁的过滤：采用硅藻土过滤机。通过不断的添加助滤剂，使过滤性能得到更新，补充，具有过滤性强，对过滤很浑浊的酒比棉饼过滤省气、省水、省工的特点。
4.3.2 发酵工艺
1) 麦汁进罐温度，第一锅8.5ºC，第二锅是8ºC，第三锅是8ºC，满锅温度8ºC。
2) 冷却的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵，接种量为0.6-0.8%，接种后细胞浓度为（15±3）×106个/L。
3) 麦汁（五锅）在20小时必须满罐。
4) 满罐8ºC，开始敞口自然发酵，维持8ºC 24小时，排冷凝物及死酵母。
5) 进冷控制升温，使温度在24小时升至9.59ºC，恒温发酵24小时，然后升温，在24小时升至11ºC。
6) 当糖度降至5.5-5.8BX时封罐保压，11ºC恒温3-5天，进行双乙酰还原。
7) 当双乙酰降至0.15mg/L以下时，以0.33ºC/h速度在12h降至6ºC，然后0.25ºC/h速度在12h降至5ºC，恒温发酵24h，排第一次酵母3-5min。
8) 以0.33ºC/h速度降温至-1ºC(24h)，恒温24h，排第二次酵母3-5min。
9) 罐压保持在0.15-0.2Mpa，如果压力不够，可通入其它罐旺盛时排出的CO2，使其达到要求，出酒前排第三次酵母。
4.3.3 发酵工艺参数的确定
1) 进罐方法 以前采用冷却麦汁混合酵母后分批进入繁殖罐，使酵母克服滞缓期，进入对数生长期再泵入C.C.T。而现在采用直接进罐法,即冷却通风后的麦汁用酵母计量泵定量添加酵母，直接泵入C.C.T发酵,操作方便，控制容易。
2) 接种量和起酵温度 麦汁直接进罐法，为了缩短发酵时间，大多采用较高接种量，0.6-0.8﹪，接种后细胞浓度为（15±3）×106个/ ml,麦汁是分批进入C.C.T，为了减少VDK前驱位置，α-乙酰乳酸的生成量，要求满罐时间在12-18h之内。麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度的，一般低于主发酵温度2-3℃，目的是使酵母繁殖在较低温度下进行，减少酵母代谢副产物过多积累。
3) 主发酵温度 大罐发酵就国内采用的酵母菌株而言，多采用低温发酵（8-9℃）和中温发酵（10-12℃），低温发酵适用于〈11度麦汁浓度。中温发酵适用于新菌株，酿造淡爽啤酒。
4) VDK还原 大罐发酵中，后发酵一般称做“VDK”还原阶段。VDK还原初期一般均不排放酵母，就是发酵全部酵母参与VDK还原，这样可缩短还原时间。
5) 冷却、降温 VDK还原阶段的终点，是根据成品啤酒应控制的含量而定，现代优质啤酒要求VDK<0.1mg/L才称还原阶段结束，可降温。再降温、排酵母、贮酒中，VDK有少量下降，则可达到要求。
6) 罐压控制 在传统式发酵中，主发酵是在无罐压或微压下进行的。发酵中酵母的毒物，会抑制酵母繁殖和发酵速率。本设计选用的C.C.T发酵，主发酵阶段均采用微压（<0.01MP—0.02MP），主发酵后期才封罐逐步升高，还原阶段1-