啤酒工厂设计

摘  要 本设计是对安阳市年产10万吨10度淡色啤酒厂的工艺设计。在设计过程中，完成了啤酒生产过程的确定，根究产量完成糖化和发酵车间的物料衡算，车间的设备计算和设备选型，糖化车间的平面布置。

关键词 安阳市 啤酒厂 工艺设计 

目    录

1. 设计背景    1

1.1 啤酒简介    1

1.2啤酒原料    1

2. 设计方案    2

2.1 生产工艺流程    2

2.2 麦汁制备    2

2.3 发酵过程    3

3. 方案实施    3

3.1制麦    3

3.2 糖化    4

3.3 发酵    4

3.4 包装    5

4. 结果与结论    5

4.1 生产规模    5

4.2 产品质量标准    6

4.3 物料衡算    7

4.4 主要设备及设备选型    10

4.5 啤酒生产工艺流程图    12

5. 收获与致谢    12

参考文献    13

附件    13

1. 设计背景

1.1 啤酒简介

1.1.1 定义

　 啤酒以大麦芽﹑酒花﹑水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。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％。但在德国，除制造出口啤酒外，国内销售啤酒一概不使用辅助原料。国际上常用的辅助原料为﹕玉米、大米、大麦、小麦、淀粉、糖浆和糖类物质等。

1.1.2啤酒原料

　　啤酒的原料为大麦、酿造用水、酒花、酵母以及淀粉质辅助原料(玉米、大米、大麦、小麦等)和糖类辅助原料[3]等。主要原料：麦芽、大米。

　　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。 

　　酿造用水对于发酵啤酒也很重要，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)；不含亚盐。 

1.1.3 基本分类

    根据所采用的酵母和工艺，国际上啤酒分下面发酵啤酒和上面发酵啤酒两大类。啤酒具有独特的苦味和香味，营养成分丰富，含有各种人体所需的氨基酸及多量维生素如维生素B，菸酸，泛酸以及矿物质等。

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。酒花始用于德国，学名为蛇麻，为大麻科葎草属多年生蔓性草本植物[2]。

1.2 我国啤酒工业发展状况

啤酒是在二十世纪初传入我国，属外来酒种。啤酒是人们根据英语“Beer”的字头发音，译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒的起源与谷物的起源密切相关。人类使用谷物制造酒类饮料已有8000多年的历史。我国是世界上用粮食原料酿造酒历史最悠久的国家之一。早在5000多年前，当时人们就已经能够酿造酒了，其所用原料、发酵的方法、酿造的时间，与世界公认的苏美尔人所酿啤酒非常相似，如出一辙[1]。

直到19世纪，以工业化方法生产的现代啤酒酿造技术才又从西方传到了中国，并逐渐繁衍起来，一批啤酒厂应运而生。新中国成立后，随着经济的逐步发展和人民生活水平的提高，啤酒工业取得了一定进展。近几年来，我国啤酒以每年增加100多万千升的速度迅猛发展。中国的啤酒工业已经成为一个现代化的工业体系，为世人所瞩目。

1.3 中国啤酒的发展前景

    改革开放二十多年来中国啤酒工业迅猛发展，从1987年到1994年国内啤酒年产量均增幅在20%以上，最高时达到30%以上，1995年以来我国啤酒产量增长速度放慢，但年均增幅仍达到7%以上。2003年啤酒产量为2540.48万吨，连续两年超过美国成为世界第一啤酒生产主消费大国，但至今中国人均年啤酒消费量只有18升，与世界平均水平25升相比还有相当大的差距。随着中国经济的迅速发展，居民生活水平的日渐提高，啤酒消费量将会继续稳定提升，中国啤酒市场拥有非常广阔的前景，被国外行业观察家誉为“世界啤酒产业最后的乐土”。

2. 设计方案

2.1 生产工艺流程

啤酒生产工艺过程主要包括原料粉碎、糊化、糖化、过滤、发酵和包装等。工艺流程如下：

    大麦原料→粗选→精选→浸麦→发芽→干燥→除根→成品麦芽

 原料（大米）→粉碎→糊化

                         ↘

                             →过滤→煮沸→酒花分离→沉渣→冷却→前发酵

                         ↗                                        ↓

原料（麦芽）→粉碎→糖化                                           CO2

→后发酵（贮酒）→过冷却→过滤→滤过酒暂贮→装酒→压盖→杀菌→贴标→成品啤酒

2.2 麦汁制备

制备麦芽汁的主要过程是糖化，糖化车间工程流程如图2-1所示：

图2-1啤酒厂糖化车间工程流程示意图

2.3 发酵过程

啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。一般可以把啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。现代发酵主要有圆柱露天锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱露天锥形发酵罐发酵，本方案拟采用圆柱露天锥形发酵罐发酵。

3. 方案实施

3.1制麦

大麦必须通过发芽过程将内含的难溶性淀料转变为用于酿造工序的可溶性糖类。大麦在收获后先贮存2-3月，才能进入麦芽车间开始制造麦芽。

为了得到干净、一致的优良麦芽，制麦前，大麦需先经风选或筛选除杂，永磁筒去铁，比重去石机除石，精选机分级。

制麦的主要过程为：大麦进入浸麦槽洗麦、吸水后，进入发芽箱发芽，成为绿麦芽。绿麦芽进入干燥塔/炉烘干，经除根机去根，制成成品麦芽。从大麦到制成麦芽需要10天左右时间。

    制麦工序的主要生产设备为：筛选机、分级机、永磁筒、去石机等除杂、分级设备；浸麦槽、发芽箱、空调机、干燥塔、除根机等制麦设备；斗式提升机、螺旋输送机、风机、立仓等输送、储存设备。

3.2 糖化

麦芽、大米等原料由投料口或立仓经斗式提升机、螺旋输送机等输送到糖化楼顶部，经过去石、除铁、定量、粉碎后，进入糊化锅、糖化锅糖化分解成醪液，经过滤槽过滤，然后加入酒花煮沸，去热凝固物，冷却分离。

麦芽在送入酿造车间之前，先被送到粉碎塔。在这里，麦芽经过轻压粉碎制成酿造用麦芽。糊化处理即将粉碎的麦芽与水在糊化锅中混合。糊化锅是一个巨大的回旋金属容器，装有热水与蒸汽入口，搅拌装置如搅拌棒、搅拌桨或螺旋桨，以及大量的温度与控制装置。在糊化锅中，麦芽和水经加热后沸腾，这是天然酸将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物，称作“麦芽汁”。然后麦芽汁被送至称作分离塔的滤过容器。麦芽汁在被泵入煮沸锅之前需先在过滤槽中去除其中的麦芽皮壳，并加入酒花和糖。煮沸：在煮沸锅中，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。在煮沸后，加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去除不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。

糊化锅：首先将一部分麦芽、大米、玉米及淀粉等辅料放入糊化锅中煮沸。 

糖化槽：往剩余的麦芽中加入适当的温水，并加入在糊化锅中煮沸过的辅料。此时，液体中的淀粉将转变成麦芽糖。 

麦汁过滤槽：将糖化槽中的原浆过滤后，即得到透明的麦汁（糖浆）。

煮沸锅：向麦汁中加入啤酒花并煮沸，散发出啤酒特有的芳香与苦味。 

3.3 发酵

发酵罐成熟罐：在冷却的麦汁中加入啤酒酵母使其发酵。麦汁中的糖分分解为酒精和二氧化碳，大约一星期后，即可生成“嫩啤酒”，然后再经过几十天使其成熟。将成熟的啤酒过滤后，即得到琥珀色的生啤酒。 

    冷却、发酵：洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。在发酵的过程中，人工培养的酵母将麦芽汁中可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳，生产出啤酒。发酵在八个小时内发生并以加快的速度进行，积聚一种被称作“皱沫”的高密度泡沫。这种泡沫在第3或第4天达到它的最高阶段。从第5天开始，发酵的速度有所减慢，皱沫开始散布在麦芽汁表面，必须将它撇掉。酵母在发酵完麦芽汁中所有可供发酵的物质后，就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。随之温度逐渐降低，在8~10天后发酵就完全结束了。整个过程中，需要对温度和压力做严格的控制。当然啤酒的不同、生产工艺的不同，导致发酵的时间也不同。通常，贮藏啤酒的发酵过程需要大约6天，淡色啤酒为5天左右。发酵结束以后，绝大部分酵母沉淀于罐底。酿酒师们将这部分酵母回收起来以供下一罐使用。除去酵母后，生成物"嫩啤酒"被泵入后发酵罐（或者被称为熟化罐中）。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐成熟。成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在7~21天。经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去，就成为待包装的清酒。

3.4 包装

    包装是啤酒生产过程的最后一步，包装要求在无菌的环境下进行。常用的包装类型有瓶装、灌装和桶装。

装瓶、装罐机：酿造好的啤酒先被装到啤酒瓶或啤酒罐里。然后经过目测和液体检验机等严格的检查后，再被装到啤酒箱里出厂。 

4. 结果与结论    

4.1 生产规模

设计项目：年产10万吨啤酒厂设计

设计规模：淡季日产200t，旺季日产330t，班产量为110t.

成品：淡色啤酒

生产品种及数量如下表4-1：

表4-1生产品种为10°淡色啤酒

    啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦芽、大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化槽和酒花槽）等。啤酒生产的基础数据如表4-2。

表4-2啤酒生产基础数据

表4-3啤酒厂酿造车间物料衡算表

 (1)热麦计算  根据表4-2可得到原料收率分别为：

麦芽收率为：   78%×(100-6) %=73.32%

大米收率为：   90%×(100-12) %=79.2%

混合原料收得率为：  （0.70×73.32%+0.30×79.2%）98%=73.58%

由上述可得100kg混合料原料可制得的10°热麦汁量为：  （73.58%×100）÷10%=735.8(kg)

    又知10°麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积：  735.8÷(1.084×1000)×1000×1.04=705.93(L)

  (2)冷麦汁量为：705.93×(1-0.07)=656.52(L)

(3)发酵液量为：656.52×(1-0.02)=3.39(L)

(4)过滤酒量为：3.39×(1-0.01)=636.95(L)

(5)成品啤酒量为：636.95×(1-0.02)=624.22(L)

4.3.3  100000t/a 10°淡色啤酒酿造车间物料衡算表

设生产旺季每天糖化8次，而淡季则糖化4次，淡季150天，旺季150天，则每年总糖化次数为1800次。由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。把述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表4-2所示。

糖化一次定额：

成品啤酒：100000吨÷1800次=55.556吨／次

          55555.556 kg÷1.012kg∕L=546.794L

过滤酒：102.04L×546.794L÷100L=56016.6L

发酵液：103.07L×546.794L÷100L=56582.126L

湿酒花槽：0.72 kg×546.794L÷100L=395.257 kg

湿糖化槽：11.59 kg×546.794L÷100L=6362.538 kg

冷麦汁：105.18 L×546.794L÷100L=57738.8 L 

热麦汁：113.09 L×546.794L÷100L=62082.784 L

    酒花：0.24 kg×546.794L÷100L=131.752 kg     

大米：4.81 kg×546.794L÷100Ｌ=20.536 kg

大麦：11.21 kg×546.794L÷100L=6153.931 kg

混合原料16.02 kg×546.794L÷100L=8794.4 kg

旺季一天生产：546.794L×8=439174.352L

淡季一天生产：546.794L×4=219587.176L  

年生产量：546.794L×1800=98814229.2L其他的年产量的计算都乘以1800可得到

表4-6

    4.3.4  100000t/a 10°淡色啤酒酿造车间用水量衡算表

根据工艺，糊化锅加水量为：G1=（20+528）×4.5=14256kg

式中，20kg为糊化一次大米量，528kg为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）。

而糖化锅加水量为：G2=5625×3.5=19687.5kg

式中，5625kg为糖化一次投入的麦芽粉量，即6153-528=5625kg

而6153为糖化一次麦芽糖定额量。

故糖化总用水量为：GW=G1+G2=14256+19687.5=33943.5kg

4.3 产品质量标准

质量特征：富有洁白、细腻又持久的泡沫，悦目明快的色泽，酒液清凉，饮后有爽口和醇厚感。

感观要求:

浓、黑色啤酒的感观指标应符合表4-2规定

表4-4 浓、黑色啤酒的感官指标[3]

表4-5 淡色啤酒的感官指标

理化要求应符合表4-4的规定

表4-6理化要求

年产十万吨所需设备选型如表4-7所示

4-7设备选型

5. 收获与致谢

    本论文是在老师的悉心指导下完成的。本课题在选题及进行过程中得到马雪梅老师的悉心指导，老师多次帮助我分析思路，开拓视角，感谢老师对我的辛勤培育，正是老师的辛勤劳动，我才有了今天的成绩!在此，谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。从开始进入课题设计到顺利完成，还得到了其他老师和同学的热心帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

参考文献

［1］毛青钟.山东食品发酵[J].2007，第2期，维普资讯网。

 [2] 酿造酒工艺学，无锡轻工业大学.顾国贤教授主编[M].轻工业出版社.1996. 12，12-24。

 [3] 王文甫.啤酒生产工艺[M].中国轻工业出版社.1997，63-74。

 [4] 桂祖发.当代食品生产技术丛书——酒类制造[M].化学工业出版社.2001，74-77。

 [5] 周国藩.设备安装工程施工概算编制——通用设备[M].黑龙江科技出版社.1997，143-148。

 附件

啤酒生产工艺流程图