年产11万吨啤酒糖化工艺初步设计.doc
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1、海南大学材料与化工学院生物工程课程设计设计说明书题 目: 年产11万吨啤酒糖化工艺初步设计 学 号: 20060144039 姓 名: 严 珊 年 级: 2006级 学 院: 材料与化工学院 专 业: 生物工程 设计小组: 严珊 熊荣清 陈德力 孙桂祁 李玉文 指导教师: 王新广 张德拉 完成日期: 2009年6月15 日 目 录摘要.前言11 绪论11.1 设计的目的.11.2设计思想.11.3 设计依据.21.4 设计内容.22 啤酒生产工艺总体流程与说明.23 糖化工艺流程选择和论证.33.1啤酒糖化的流程与说明.33.2 原辅料预处理.43.3 麦芽汁的制备.63.3.1 糊化.63.
2、3.2 糖化.63.3.3 过滤.73.3.4 煮沸及添加啤酒花.83.3.5 麦汁热凝固物的去除.83.3.6 冷却.94 物料衡算.94.1计算基础数据.94.2 100kg原料生产12淡色啤酒的物料衡算.104.3生产100L 12淡色啤酒的物料衡算.114.4 110000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算.125 热量衡算.135.1糖化用水耗热量.145.2第一次米醪煮沸耗热量.155.3第二次煮沸前混合醪升温至70的耗热量.165.4第二次煮沸混合醪的耗热量.175.5洗槽水耗热量.195.6麦汁煮沸过程耗热量.195.7糖化一次总耗热量.205.8糖化一次耗用蒸汽量.205.9糖化
3、过程每小时最大蒸汽耗量.205.10蒸汽单耗.216设备设计计算与选型.216.1糊化锅.216.2糖化锅.226.3过滤槽.266.4煮沸锅.266.5回旋沉淀槽.277 设计评价.288 总结29致谢.29参考文献.30附图.31摘 要文章主要进行了11万吨12淡色啤酒糖化工段工艺的设计。以75%的淡色麦芽为原料,25%的大米为辅料,将其分别用六辊式和两辊式粉碎机进行粉碎,之后采用二次煮沸法进行糖化,然后进入过滤槽将所得的麦芽汁泵入煮沸锅中,灭菌后用回旋沉淀槽去除热凝固物,随后冷却进入发酵工段。整个过程中采用蒸汽加热,酿造用水源于深井。文章并进行的每批的物料衡算和热量衡算,然后根据经验公式
4、,确定设备的主要尺寸,蒸汽和水的用量。同时使用CAD绘制了糖化工段工艺流程图、糖化锅的设备图以及过滤槽的示意图。关键词:啤酒糖化;工艺设计;物料衡算;热量衡算;设备选型 前言啤酒是以优质大麦芽为主要原料,啤酒花为香料,经过制麦芽、糖化、发酵等工序制成的富含营养物质和二氧化碳的酿造酒。啤酒的酒精含量仅为3%6%(体积分数),有酒花香和爽口的苦味,深受消费者欢迎,因此消费面广,消费量大,是世界上产量最大的酒种。啤酒的历史悠久,大约起源于9000年前的地中海南岸地区,以后逐渐传入欧美及东亚地区。我国的啤酒生产只有100年的历史。啤酒是世界上产销量最大的酒种,近几年来,啤酒的产销量几乎以15%的速度巨
5、增,我国去年啤酒增长量为10亿升。2002年以来,中国的啤酒产销量已超过了美国,跃居世界第一位。2008年我国啤酒产销量超过5500万吨1。啤酒中高级醇、有机酸、双乙酰、醛、酯等物质的存在量不多,但影响啤酒的风味,它们的数量及配比,造成了啤酒色香味上的差别,造就品牌啤酒的个性。1 绪论1.1 设计的目的在学习掌握所学的生物工艺学、生物工程设备、化工原理等课程的基本理论和基础知识的基础上,通过本次课程设计,培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力,训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力,提高文字和语言表达能力,为其它专业课程的学习和毕业论文(设计)打下基础。随着
6、经济的增长,人们对啤酒的消费会越来越大。所以也看到了啤酒工业的发展前景。这时候建立一个啤酒工厂的话,产品的广阔市场为工厂的生存和发展提供了良好的保证。1.2设计思想本设计以课程设计任务书为基础,以最新科研成果和实际经验为依据,通过文献检索、收集资料,调查研究,综合分析;贯彻节省基建投资,充分重视技术先进,降低工程造价等思想,从节约能源和降低原料消耗,追求经济效益等角度出发,以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则,同时注重“三废”治理和综合利用副产物,充分重视环保防污。尽量采用本地原料、定型设备,各种设计方案综合比较,取长补短,制定一个高产节能的设计方案,高效生产高质量的优
7、质啤酒。1.3 设计依据1) 设计课题年产11万吨啤酒糖化工艺初步设计2)设计基础资料:产品名称:12普通淡色啤酒工厂厂址:海口近郊生产原料来源:麦芽由广州购进,大米从附近市场购买,酒花来自新疆,酵母在国外购买高效酵母。生产天数:全年生产300天,其中旺季200天,淡季100天。当地气候条件 温度 极高温度39 最低温度6 平均温度23.8 湿度 最高湿度92% 平均湿度85% 水温 河水(1米以下) 最高30 最低10 自来水 最高30 最低10 深井水 18风频率 年平均风速:3.3m/s降水量 年平均:1691ml/a风向 东北风和东风1.4 设计内容(1)原料的预处理及其工艺流程(2)
8、粉碎后糖化的设计及其工艺流程(3)物料衡算(4)热量衡算(5)设备选型2 啤酒生产工艺总体流程与说明啤酒是是一种以麦芽和水为主要原料,经糖化、添加酒花煮沸、过滤、啤酒酵母发酵等过程,酿造而成含二氧化碳、低酒精浓度的酿造酒。其一般的工艺流程2如下: 图1 啤酒生产总体工艺流程示意图啤酒生产首先要经过预处理、糖化、过滤、煮沸,才能供酒母发酵所用,这段工艺的水准将直接影响到糖化收得率、过滤时间、麦汁澄清度、发酵进程、双乙酰还原速度、啤酒澄清状况等质量参数,因此这是关系到啤酒质量的一个重要工艺流程。3 糖化工艺流程选择和论证3.1 啤酒糖化的流程与说明麦芽汁制备俗称糖化,就是指麦芽及辅料的粉碎,醪的糖
9、化、过滤,以及麦汁煮沸、冷却的过程。糖化工序主要将大米和麦芽等原料经除尘、粉碎、调浆后送入糊化、糖化锅内,严格按照啤酒生产的工艺曲线进行升温、保温,并在酶的作用下,使麦芽等辅料充分溶解,再将麦汁与麦糟过滤分离。过滤后的麦汁经煮沸、蒸发、浓缩以达到工艺要求的浓度,同时,在这个工艺过程中添加酒花,煮沸后的麦汁送入回旋沉淀槽中进行澄清,再经过薄板冷却至78左右送入发酵罐3。其流程图如图2所示:麦芽、大米粉碎 糊化糖化水、蒸汽过滤麦槽麦汁煮沸 锅酒花渣分离器回旋沉淀槽酒花槽薄板冷却器热凝固物冷凝固物图2 啤酒厂糖化工艺流程示意图3.2 原辅料预处理 在本设计中原料为麦芽,辅料为大米,在原辅料处理阶段主
10、要包括水的选择,原辅料的贮存及粉碎方式4。3.2.1原辅料处理流程与说明 斗式提升机 斗式提升机 大米粉碎 至糖化下料坑 立仓 除杂机 麦芽粉碎 图3 原辅料处理流程图将大米和麦芽分别用斗式提升机从下料坑提到立仓,再将其提到除杂机中处理,然后将大米和麦芽用粉碎机粉碎,最后送至糖化。麦芽和大米的粉碎对啤酒质量的好坏有直接影响。3.2.2水质要求啤酒中水的含量占90%以上,因此水质对啤酒口味的影响极大。国内外的著名啤酒之所以质量较好,其酿造用水的水质优良是原因之一,同时水也要用于洗涤、冷却、消防和生活等各个方面。酿造用水是指糖化用水、酵母洗涤用水以及高浓度酿造时的稀释用水。酿造用水必须达到饮用水标
11、准,一般由深井水经改良处理而成。改良和处理的方法主要机械过滤、软化处理、脱盐处理等5。而冷却用水,只要求干净、硬度低、金属离子含量少,一般的自来水即可达到要求。3.2.3辅料的贮存方式本设计选用立仓贮存麦芽和大米,目前国内的贮存有散装、袋装和立仓贮存三种方式。钢筋混凝土所制立仓具有一下优点:容积利用高,容量大,传热性小,节省劳动力,杀菌方便。由于麦芽和大米需注意防潮,故本设计选用钢筋混凝土制立仓贮存麦芽和大米。3.2.4原料粉碎方法麦芽在进行糖化前必须粉碎,粉碎后的麦芽,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溶解。 目前国内啤酒厂麦芽和大米的粉碎方法有干法、湿法,都是为
12、了增加原料的表面积,提高热处理效果;增加物料流动性,提高生产自动化程度。干法粉碎:设备投资少,占地面积少。生产操作简单灵活,粉碎程度易于控制,便于设备维修。且多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺,是麦芽及大米粉碎的理想选择。湿法粉碎:可获得良好的过滤层,解决了粉尘的危害。另外,麦芽和大米经过温水浸泡,糖化时间可减少。但设备大,占地面积大,操作复杂,维修困难,粉碎程度不易控制,此外,其耗电量要比干法粉碎高出8%10%6。所以,本设计采用干法粉碎。3.2.5粉碎机的选择啤酒厂粉碎麦芽和大米的方法有辊式粉碎机和湿式粉碎机。由上面可知,我们采用的是干法粉碎,所以湿式粉碎机就不考虑了。辊式粉碎机常用的有两辊式、
13、四辊式、五辊式和六辊式等7。两辊式粉碎机主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒。工作时,装在两辊之间的物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。两辊式粉碎机制造简便,结构紧凑,运行平稳。四辊式粉碎机由两对辊筒和一组筛子所组成。原料经第一对辊筒粉碎后,由筛选装置分离出皮壳排出,粉碎再进入第二对辊筒粉碎。五辊式粉碎机前三个是光棍,组成两个磨碎单元;后两个辊筒是丝辊,单独成一磨碎单元。通过筛选装置的配合,可以分离出细粉、细粒和皮壳。该机性能很好,在啤酒加工过程中,通过调节可以应用于各种麦芽。六辊式粉碎机性能与五辊式相同。它由三对辊筒组成,前两对用光棍,主要以挤压作用粉碎原料,
14、可以使得生物质原料的皮壳不至粉碎得太细而影响后一工序的操作。第三对辊筒用丝辊,将筛出的粗碎粉碎成细粉和细粒,有利于糖化时充分浸出有用物质。根据上面的内容,我们对麦芽粉碎采用六辊式粉碎机,对大米粉碎采用两辊式粉碎。3.2.6原料输送设备的选择8在现代化工业生产中,输送的方式有两种:一种是机械输送,利用机械运动输送物料;另一种是气力输送,借助风力输送物料。我们选择机械输送,因为气力输送与机械输送相比要求动力较大,且不适合间歇操作。在机械输送中,用于输送固体原料的主要有带式输送机、斗式提升机、刮板输送机、螺旋输送机。在这些输送机中,只有斗式提升机用于物料从低的地方提升到高的地方。所以,我们在输送麦芽
15、和大米的时候选择斗式提升机。3.3 麦芽汁的制备3.3.1 糊化辅料需先在糊化锅中煮沸糊化,然后再与麦芽粒一起进行糖化。辅料的淀粉颗粒在温水中吸水膨胀,当液温升到70 左右时,颗粒外膜破裂,内部的淀粉呈糊状物溶出而进入液体中,使液体黏度增加。如果对淀粉糊继续加热,那么淀粉长链断裂变成短链的糊精,糊状淀粉成为半透明的均质胶体。又糊状淀粉变成可流动的糊精的过程,称为液化。在糊化大米时,可按100kg大米加入20kg的麦芽,利用麦芽中的酶使大米中的淀粉有一定程度的分解,以加速糖化酶作用,同时也可降低糊化醪的黏度。3.3.2糖化糖化是利用麦芽自身的酶(或外加酶制成剂代替部分麦芽)将麦芽和辅料中不溶性的
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