糖化锅设计.doc
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1、第1章 设计任务书 3第2章 工艺论证4 2.1 工艺介绍5 2.2 麦芽制备52.2. 1制麦目的52.2.2 原料选取52.2.3 浸麦5 2.2.4发芽82.2.5 干燥82.2.6 除根 8 2.2.7 贮藏92.2.8 麦芽粉碎92.3 糖化工艺选择及论证102.3.1 糖化定义102.3.2 糖化工艺流程102.3.3 辅料选取11 2.3.4 辅料粉碎11 2.3.5 糖化方法选择及论证112.4 麦汁煮沸与酒花添加112.5 麦汁澄清122.5.1 热凝固物的分离12 2.5.2 酒花分离122.6 麦汁冷却122.7 麦汁充氧132.8 物料输送13第3章 工艺计算143.1
2、 物料衡算143.1.1 物料衡算基础数据143.1.2 以100kg原料为基准143.1.3 以100L啤酒为基准15 3.2 热量衡算19 3.2.1 糖化用水耗热量19 3.2 .2 第一次米醪煮沸耗热量Q2193.2.3 第二次煮沸前混合醪升温到70度耗热量193.2.4 第二次煮沸前混合醪的耗热量Q3193.2.5 洗糟水耗热量Q520 3.2.6 麦汁煮沸过程耗热量Q6203.2.7 糖化一次总耗热量Q总203.2.8 糖化一次总耗用蒸汽量D203.2.9 糖化过程每小时最大蒸汽耗量213.2.10 蒸汽单耗21 第4章 主体设备设计27 4.1 糖化锅结构设计274.1.1 糖化
3、锅274.1.2搅拌器设计274.1.3 进料管274.1.4 排料管274.1.5 发酵罐洗刷用水274.1.6 蒸汽进管274.1.7 冷凝水出口管284.1.8 不凝汽出口管284.1.9人孔28 4.2 相关设备选型304.2.1 麦芽粉暂贮箱304.2.2 大米粉贮箱324.2.3 糊化锅334.2.4 过滤槽334.2.5 麦汁煮沸锅344.2.6 回旋沉淀槽35 4.3 糖化锅锅体设计及强度校核38 4.4 加热面积计算及校核39结 论40参考文献41第一章课程设计任务书设计题目: 年产6万吨12度淡色啤酒厂糖化锅设计 课程名称: 专业: 班级: 学生姓名: 学号: 接受任务时间
4、: 指导教师(署名): 教研室主任: (署名)1. 设计原始数据麦芽含水量5%,大米含水量11%,原料运用率98.5%,无水浸出率麦芽75%,大米95%,原料配比:70%麦芽,30%大米损失: 冷却损失5%,过滤损失1%,发酵损失1.5%,瓶装损失1%,总损失8.5%每年生产旺季产量占全年总产量的70%.2课程设计的重要内容及基本规定 (1).主体设备生产车间工艺论证;(2).主体设备相关物料、热量衡算;(3).主体设备设计计算及选型; (4).图纸:主体设备装配图。3重要参考文献(1). 顾国贤.酿造酒工艺学.中国轻工出版社,1996年(2).管敦仪.啤酒工业手册(上中下).中国轻工出版社,
5、2023年(3).吴思方主编 发酵工厂工艺设计概论 中国轻工业出版社 2023年(4).梁世中主编 生物工程设备 中国轻工业出版社 2023年(5).化工设备设计全书(6).机械工程手册(第二版)4进度安排序号课程设计各阶段名称起 止 日 期1工艺论证12.1212.132工艺计算12.1412.153主体设备设计12.1612.184图纸绘制12.1912.235说明书撰写12.2412.25注:本表在学生接受任务时下达,一式两份,一份交学生,一份交教学办保存。第二章 工艺论证2.1 工艺流程本设计为年产6万吨12度淡色啤酒厂糖化锅设计,以大米和麦芽为重要原料,其工艺流程如下; 水,蒸汽麦芽
6、,大米粉粹糊化糖化过滤麦汁煮沸锅 麦糟酒花渣分离器回旋沉淀槽 薄板冷却器 酒花槽 热凝固物 冷凝固物 2.2麦芽制备2.2.1制麦的目的制麦即是指原料大麦制成麦芽。制麦的目的:使大麦发芽,产生多种水解酶类,以便通过后续的糖化,使大分子淀粉和蛋白质得以分解溶出。绿麦芽通过烘干将产生必要的色、香和风味成分。 制麦的工艺流程原料大麦粗选精选分级浸麦发芽干燥除根计量、打包贮存成品麦芽 2.2.2原料的选取1.自古以来酿造啤酒的主料为大麦,大麦分为六棱、四棱和二棱。我国华北地区种植的六棱大麦,南方种植二棱大麦。我们设计生产淡色啤酒,选用二棱大麦。二棱大麦是六棱大麦的变种,淀粉含量较高,蛋白质的含量相对较
7、低,浸出物收率高于六棱大。2.大麦的质量标准 原料大麦的质量标准应符合QB141687的质量标准。具体指标如下:(1)感观指标:(一、二、三级相同)淡黄色,具光泽,无病斑粒,无霉味和其他异味。(2)理化指标表11啤酒大麦标准理化指标项目二棱多棱优级一级二级优级一级二级水分131313131313粒含无水物424036403530千粒重/g(无水物质)959085969285发芽率977590979590大麦浸出物含量507674767270蛋白质含量(无水)%1212.513.512.513.514选粒实验(2.5mm以上)%858076757065夹杂物含量%0.51.530.51.52破损
8、粒含量%0.5130.512麦芽的选择粗选粗选的目的:除去进厂大麦中的大土石块,杂草,野生植物种子。细小杂物等。为精选做准备。采用风力粗选机进行大麦粗选。 精选精选的目的:经粗选的大麦仍具有和种子横截面大小相等的杂质需要运用种子长度的不同将其分离。采用杂谷分离机进行大麦精选分级1.分级的目的:(1)为浸渍均匀,发芽整齐,发明条件。(2)颗粒整齐的麦芽,粉碎后能得到粗细均匀的麦芽粉。(3)分级捡出颗粒从而提高麦芽的浸出率。2.分级标准表13大麦分级标准分级标准筛控规格颗粒长度用途号大麦2.52.52.5以上制麦用号大麦2.52.52.5以上制麦用号大麦2.2以下饲料用3.分级设备分级设备为圆筒分
9、级筛。2.2.3 浸麦1.目的(1)使大麦吸取充足的水分。(2)在水浸的同时,可充足洗涤、除尘、出菌。(3)在浸麦水中适当加石灰乳,等化学药物可以加速酚类,谷皮酸等有害物质的浸出。明显促进麦芽和缩短制麦周期,能适当提高浸出物量。2.浸麦度浸渍后的大麦含水率叫浸麦度,一般为43%48%3.浸麦要点浸麦时间为 34h35h。 水温:1318采用浸喷结合法。浸麦设备:浸麦槽 2.2.4发芽1.发芽的目的:使麦粒生成大量的酶,并使麦粒中一部分非激活酶得到活化和增长。2.发芽的技术条件:(1)温度:发芽有低温发芽,高温发芽,低高温结合发芽。本设计采用低温发芽。温度控制在1216。(2)水分:本设计制造浅
10、色麦芽,控制麦芽水分在43%48%。(3)通风量:取500600m3/T.h。且应避免阳光直射。(4)发芽时间:45day3.发芽设备:通风发芽箱2.2.5干燥1.干燥的目的:(1)停止绿麦芽的生长和酶的分解作用。(2)除去多量的水分,防止麦芽腐败变质,便于贮藏。(3)使麦芽干燥,便于脱落。(4)除去绿麦芽的生腥味,增长麦芽的色香味。2.干燥设备:采用双层水平式干燥炉。 2.2.6除根1.目的:根芽吸湿性强,贮藏时容易吸取水分而腐烂。根芽有苦味,带入啤酒将破坏啤酒口味,根芽易使啤酒改变色泽。2.设备:采用麦芽除根机2.2.7贮藏1.目的(1)在干燥操作不妥时产生的玻璃质麦芽,在贮藏期间产生变化
11、,向好的方面转变。(2)蛋白酶活性提高,增进含氮物质的溶解。(3)增高麦芽酸度,有助于糖化。(4)淀粉酶活性提高,提高麦芽的糖化力。(5)麦芽贮藏吸水后,麦皮失去本来的脆性。粉碎是破而不碎。有助于麦汁过滤。2.贮藏时间最短一个月,最长半年2.2.8麦芽的粉碎麦芽的粉碎大体可分为干法、湿法、回潮增湿和浸润增湿4种,本设计采用湿法粉碎。湿法粉碎是将麦芽以50左右热水浸泡1520min,使麦芽含水量达成约30%后,在进入对辊粉碎机(两辊间隙0.35-0.45mm),在粉碎的同时,将糖化用水(料水比在1:3以上)送入粉碎机对粉料调浆,边粉碎边投入糖化锅。湿法粉碎涉及不少优点,由于湿法粉碎对麦芽进行了预
12、浸,使麦壳的韧性有所增长,所以麦壳可以保持完整。这样过滤槽中的麦层较为疏松,是麦汁过滤速度加快,并减少皮壳中有害成分的浸出,无粉尘。此外由于麦粒内容物预先吸水,容易磨成浆状细粒,这样,有助于颗粒的糊化。酶的游离和可溶成分的溶出。过滤槽单位面积负荷较大,达250350kg/m ,与糖化室可在同一平面2.3糖化工艺选择及论证2.3.1糖化的定义: 运用麦芽所含酶将麦芽和麦芽辅助原料中的不溶性高分子物质逐步分解为可溶性的低分子物质的过程。2.3.2糖化的工艺流程: 麦糟 酒花 冷凝固物 麦芽粉碎糖化过滤混合麦汁煮沸澄清冷却充氧麦汁 大米粉碎糊化 酒花糟 热凝固物 .2.3.3辅料选取1.选取因素(1
13、)大麦制成麦芽,其价格增长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。在麦汁制造中采用适当的比例(本设计采用30%)的辅料。虽增长加工设备,有热能消耗,还需要增长酶制剂等费用,但总成本减少,具有经济性。(2)辅助物料含可溶性氮少,只提供麦汁浸出物中的糖类。可以减少麦汁总氮。相对减少麦汁中高分子含氮化合物的比例。提高啤酒的非生物稳定性和减少啤酒的色泽。(3)使用大米具有丰富的糖蛋白。故提高啤酒的泡持性。2.大米的特点:价格较廉,而淀粉含量远高于麦芽。多酚物质和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。特别是以制造
14、底面发酵的淡色啤酒。3. 大米比例: 本设计采用30%的大米比例。3 酒花酒花可以赋予啤酒爽口的苦味和快乐的香味,增长麦汁和啤酒的防腐能力;增长啤酒的泡持性;酒花与麦汁共同煮沸,能促进蛋白质的凝固,有助于麦汁的澄清,有助于啤酒的非生物稳定性。本设计采用颗粒酒花制品。4 酿造用水水是啤酒酿造最重要的原料,酿造水被称为“啤酒的血液”。酿造水质不仅决定着产品的质量和风味,并且还直接影响着酿造的全过程。水的质量规定:本设计为经典啤酒,色泽较浅,水的残碱度RA值规定小于0.89mmol/L,水中Ca至少为4050mg/L,此外,Ca和Mg比例要大于3:1。Mg过高会使啤酒产生苦味。水的镁硬小于等于0.8
15、9mmol/L,水中含盐量规定很低。2.3.4 辅料的粉碎辅料常用的粉碎方法为干法粉碎,本设计采用的辅料为大米,大米的粉碎多采用对辊粉碎机,粉碎规定细一些好.2.3.5 糖化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、半纤维素等及其分解中间产物),通过麦芽中各种水解酶作用以及水和热力作用使之分解并溶于水的过程。原料麦芽的冷水浸出物,仅占17左右,非发芽谷物更少。通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7580,大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规定是:淀粉被最大限度的分解成可溶性
16、无色糊精和麦芽糖等可发酵性糖类,两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。啤酒原料的运用率重要取决于淀粉的运用率,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,但分解限度及比例远远低于发芽过程。糖化方法有多种。煮出糖化法是指麦芽醪运用酶的生化作用和热力的物理作用,使有效成分分解和溶解,通过部分麦芽醪的热煮沸、并醪,使醪液逐步梯级升温至糖化完毕。部分麦芽被几次煮沸即为几次煮出法。本设计采用的二次煮出糖化法1.
17、特点:(1)二次煮出糖化法灵活性较大,合用于解决各种性质的麦芽和制造各种类型的啤酒。(2)糖化过程可在34小时内完毕。各种糖化方法中物料的重要变化是依据麦芽中各类水解酶的催化,糖化控制就是发明适合酶作用的最佳条件,各种糖化方法中有几个控制原理是相同的。酸休止 运用麦芽中磷酸酯酶对麦芽中菲汀的水解,产生酸性磷酸盐,有时还运用乳酸菌来增殖产生乳酸,此工艺条件是:温度为3537,pH5.25.4,时间为3090分钟。蛋白质休止 运用内切酶分解蛋白质生成多肽和氨基酸,运用麦芽中肽酶分解多肽形成氨基酸。蛋白质休止最适pH为5.25.3,最适温度:形成-氨基氮为4550 ,形成可溶性多肽为5055 ,作用
18、时间为1010分钟。糖化分解淀粉水解成糖类,麦芽中-淀粉酶催化形成可发酵性糖最适温度为6065 。-淀粉酶最适活性温度为70,两种酶共同作用,最适H为5.55.6,时间为30120分钟。糖化终止当糖化完毕时,必须使醪液中的酶类(-淀粉酶除外)失活,此温度为7080 。100煮出部分糖化醪液加热至100,促进物料的水解,使淀粉彻底糊化、液化。酶制剂的和添加剂的使用-淀粉酶、-淀粉酶、糖化酶、R-酶、葡聚糖酶等酶制剂,乳酸、磷酸、石膏等H调整物质,多酚消除剂等一系列添加剂应在卫生规范下,根据工艺需要适量使用。2.糖化工艺技术条件(1)糖化温度: 表14 糖化温度的阶段控制温度控制阶段与作用1.35
19、40浸渍阶段:此时的温度称浸渍温度,有助于酶的浸出和酸的形成,并有助于-葡聚糖的分解2.4555蛋白质分解阶段:此时的温度称为蛋白分解温度,其控制方法如下:温度偏向下限,氨基酸生成量相对地多一些;温度偏向上限可溶性氮生成量较多一些。对溶解良好的麦芽来说,温度可以偏高一些,蛋白分解时间可以短一些。对溶解特好的麦芽,也可放弃这一阶段。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在上述温度下-葡聚糖的分解作用继续进行3.6270糖化阶段:此时的温度通称糖化温度,其控制方法如下:在6265下,生成的可发酵性糖比较多,非糖的比例相对较低,适于制造高发酵啤酒若控制在6570,则麦芽的浸出率相对增
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