20万吨经典啤酒厂课程设计

课程设计（论文）

题    目        年产20万吨12°经典啤酒厂设计                        

         学    院        食品与生物工程学院                                   

         专业班级        生工122班                                            

         学生姓名        王佳慧                                                 

         指导老师           田英华         江成英                                      

         成     绩                                                            

2015年11月16日

摘  要

经典啤酒口味新鲜、酒花香味突出、泡沫洁白细腻并且营养丰富，是人们所喜爱的饮料之一。它是一种绿色食品。随着人们健康意识的增加，啤酒消费将出现热潮。啤酒是以麦芽和大米为主要原料，添加酒花，采用啤酒酵母发酵酿制而成的一种低二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。 本设计对20万吨12°经典啤酒厂进行生产工艺流程论证，物料衡算，糖化工段热量衡算，水量衡算等等。并对啤酒厂主要设备的体积，外形尺寸，壁厚，附件及重点设备煮沸锅进行研究设计。糖化方法采用双醪浸出糖化法。在降低能耗、减少水污染、啤酒糟的回收与利用等方面进行了探讨研究。

关键词：啤酒厂；工艺论证；物料衡算；热量衡算；煮沸锅

Abstract

The classic beer tastes fresh and light. The hops′ fragrance from the beer is prominent. The bubble of it is white and exquisite.And also the nutrition is rich. It is a Green food. With the increase in health awareness, beer consumption will appear boom.The beer uses malt and rice as the main raw materials, adding hops and also with some beer yeast to ferment and brew. It′s one kind of drinking wine which including low Carbon Dioxide, sudsy and low alcohol degree. An production process demonstration for the design of 2000,00 tons of 12° light beer and also Production material balance, Glycosylated section heat balance, Calculation of consumption of cold on fermentation section， Water balance were carried on. The brewery of the volume of the major equipment, profile size, area, the thickness of cylinder, attachment, the major equipment of Boiling Pot has been designed and researched.The method of Glycosylated use double-infusion mashing system.. The reduction of power consumption,.water pollution, recovery and utilization of brewer's grains were researched and discussed.

Key words: Brewery; Technology demonstration; Materials balance calculate; Heat balance calculate; Boiling pot

摘  要    2

Abstract    2

第一章 绪 论    7

1.1  啤酒的起源    7

1.2   我国啤酒工业发展简况    7

1.3  啤酒的种类    8

第二章 工艺流程的选择与论证    8

2.1  啤酒生产原料    9

2.2  生产工艺流程的选择与论证    10

2.3  啤酒发酵    12

第三章 物料衡算

    3.1  糖化车间的物料衡算    15

3.1.1  工艺技术指标及基础数据    16

3.1.2  100kg原料生产12°P经典啤酒的物料衡算    16

3.1.3  生产100L12°P经典啤酒的物料衡算    17

3.1.4  200000t/a 12°P经典啤酒糖化车间物料衡算

第四章 设备的选择

4.1设备选择原则    20

4.2预处理车间设备    21

4.3制麦车间    21

4.4糖化车间    22

4.5发酵车间    23

4.6过滤车间    24

4.7.罐装车间    24

4.8.热量供应车间    24

4.9.啤酒车间主要设备规范表    24

第五章  啤酒厂的三废治理    25

5.1  三废治理    25

5.2  副产物的利用    26

参考文献    27

第一章 绪 论

1.1  啤酒的起源

啤酒是世界上历史最悠久且分布范围最为广泛的饮料。啤酒的酒精度低、营养丰富并且有益于人的身体健康，因而有“液体面包”之美称，受到众人的喜爱。啤酒距今大约已有9000多年的历史，起源于古代的巴比伦和亚述地带、幼发拉底河、底格里斯河流域、尼罗河下游和九曲黄河之滨，后传入欧美及东亚等地。公元前3000年左右，古埃及人就已经开始使用啤酒和葡萄酒来作为饮料。随着科学技术以及生产实践的不断进步，啤酒酿造技术也同样日趋完善，公元9世纪日耳曼人在啤酒酿造中使用酒花来代替香料，使得啤酒酿造技术向前跨进了一大步。18世纪后期，由于欧洲资产阶级的兴起和产业的发展，使得科学技术取得了极大的进步，啤酒工业开始从手工业生产模式转变成为大规模机械生产模式。

1.2   我国啤酒工业发展简况

我国啤酒工业开始于近代。19世纪末，帝国主义的侵略我国，我国啤酒产业开始进入市场消费模式。1900年，沙皇在哈尔滨八王子建立了乌卢布列夫斯基啤酒厂这是我国建立的第一个啤酒厂，即现在的哈尔滨啤酒厂前身。50~60年代，随着国家经济的复苏与发展，开始斥资兴建啤酒厂，我国啤酒工业初具规模。80年代，随着经济的快速增长，我国啤酒产业得到了空前的发展，啤酒消费及生产能力也随之提高，我国也随之成为了啤酒大国。

2014年，世界经济持续“复苏疲弱”状态，中国国内经济情况同样受到影响，从而使我国的酿酒行业进入了调整期。啤酒行业则开始了销量减少，盈利增长的模式。至2015年，中国啤酒产业进入发展的重要时期，是由成长期进入成熟期的关键时期[2]。

早期的啤酒生产，啤酒生产工艺及添加剂的使用极其落后，科研水平不高，其监控过程大多采用人工方式，随着啤酒生产量的加大，也使得工作人员的人工任务量过大，使得啤酒产量无法达到人们所需求的量，同时也容易出现质量问题。 虽然采用了一些监控设备，但其控制简单、可视性差，不能良好地完成对啤酒生产过程的控制，使得所生产的啤酒产品质量不高。随着我国啤酒工业水平的迅猛发展，啤酒酿造技术也在不断改进创新，传统啤酒酿造技术已经被打破，尤其是在添加剂的使用、啤酒的后修饰等方面更为突出。啤酒酿造设备也在不断完善，从而啤酒产量及品质更加完善。

本设计内容为，年产15万吨12°P经典啤酒糖化车间的设计，重点设备为煮沸锅。了解经典啤酒酿造工艺及原料，对啤酒生产过程中进行物料衡算、热量衡算、耗冷量计算。并对重点设备进行设计与选型。绘制工艺流程图、厂区平面图及设备图。

1.3  啤酒的种类

啤酒是全世界分布最广，也是历史最悠久的酒精性饮料，啤酒酒精含量低、营养丰富、有益于人的健康，因而有“液体面包”之美称，受到众人的喜爱。

我国最新的国家标准规定：啤酒是以大麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精度（2.5％～7.5％，V/V）的各类熟鲜啤酒。

啤酒品种很多，一般可根据生产方式、产品浓度、啤酒的色泽、杀菌种类、啤酒的包装容器、啤酒发酵所用的酵母菌等种类来分类。

1.  根据麦汁浓度性质分类

啤酒酒标上的度数并非指酒精度，它的含义为原麦汁浓度，即啤酒进罐发酵时的原麦汁浓度。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。

2.  根据啤酒色泽分类

（1）淡色啤酒：色度在5-14EBC之间。淡色啤酒是啤酒中最为常见的一种。浅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。

（2）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。

（3）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。

3.  根据杀菌种类分类

（1）鲜啤酒：不经巴氏杀菌出产的啤酒。鲜啤酒味道鲜美但易变质，保质期仅为7天左右。

（2）熟啤酒：经过巴氏灭菌的啤酒。啤酒保质期为120天。

第二章  工艺流程的选择与论证

2.1  啤酒生产原料

   经典啤酒的主要原料有大麦芽、酒花、水、酵母；淀粉质辅助原料选用大米。

2.1.1  大麦芽

本次设计课题是经典啤酒，因为大麦芽含有较高的淀粉含量，所以选择大麦芽为主要原料。本设计选择从麦芽厂直接购买麦芽。

2.1.2  酒花

经典啤酒具有酒花添加量多的特点，使用酒花的目的在于利用其苦味物质赋予啤酒柔和的苦味和特殊的香味；加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝；增加啤酒的起泡性；增加啤酒的防腐能力；提高啤酒的非生物稳定性。酒花的主要成分是20.0%的蛋白质，18.5%的苦味物质，8.0%的矿物质，3.5%的多酚物质和0.5%的酒花油。酒花中最主要的成分是酒花树脂，它是苦味物质的主要来源，其中α-酸（学名Humulone）占2%~45%，β-酸（Lupulone）占45%~58%，硬树脂约占12%[3]。

然而啤酒厂直接使用酒花的比例越来越少，取而代之的是新的酒花制品，包括酒花粉末、颗粒酒花、酒花浸膏、酒花油等[4]。新的酒花制品具有利用率高、便于运输和贮藏、费用低、质量稳定以及可自动计量添加等特点。本设计采用颗粒酒花。

2.1.3  水

啤酒生产用水分为酿造用水和洗刷用水。酿造用水是啤酒酿造最重要的原料，酿造用水称为“啤酒的血液”[5]，所以对酿造用水必须达到以下标准：无色透明、无悬浮物、无沉淀、无异味、无异臭味；盐含量及碳酸根含量150-200mg/L；pH值应在6.8-7.2之间；有毒离子不允许存在；重金属离子含量以只含痕量为好；游离氯、氨的含量低于0.3mg/L，无杂菌污染、符合饮用水的卫生标准。工厂用水来源于江水、河水、泉水、井水等，只要经过适当的处理达到上述要求的均可作为酿造用水。

2.1.4  酵母

啤酒是麦汁经过酿酒酵母的发酵酿制而成的，所以啤酒的质量与不同酵母的不同性能有很大关系。酵母的种类很多，本设计使用下面酵母种类下的萨士酵母，在发酵过程中啤酒酵母利用发酵液中的葡萄糖、麦芽糖、半乳糖以及蔗糖等糖类进行发酵，产生酒精、CO2、SO2等。萨士酵母：细胞呈卵圆形、发酵度低、凝集性强、沉淀快[6]。

2.1.5  辅料

    常用的辅助原料有大米、玉米、大麦、小麦、高粱、着色糖、糖等，本设计使用的辅料是大米，大米具有淀粉含量高、无水浸出率高、脂肪含量低、无多酚物质且含有较多的泡持蛋白等特点。辅料的使用可以调整麦汁中的含氮物质，适当的辅料加入比例可以改善啤酒风味特性、使啤酒泡沫洁白细腻。本设计使用的主辅物料比为3:1。

2.2  生产工艺流程的选择与论证

2.2.1  麦汁的制备

麦芽粉碎

麦芽粉碎常采用干法粉碎、湿法粉碎、回潮粉碎和连续浸渍增湿粉碎4种方法。

本设计采用湿法粉碎，就是将麦芽用20~50℃的温水浸泡15~20min，使其吸水膨胀，当水分含量达到28%~30%时用粉碎机粉碎，湿法粉碎物麦皮完整，胚芽被磨成浆状细粉，既有利于加速麦汁过滤，又可增加麦芽浸出率[7]。

湿法粉碎的粉碎设备采用对辊粉碎机。

辅料粉碎

辅料粉碎采用湿法粉碎。辅料的粉碎对粉碎的要求是有较大的粉碎度、粉碎的细一些，这样有利于辅料的糊化和糖化。

2.2.2  糖化及糊化

糖化、糊化工艺流程

糖化就是利用麦芽所含有的淀粉酶将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质逐步水解成可溶性低的分子物质的过程[8]。常用的糖化方法有浸出糖化法、煮出糖化法、双醪煮出糖化法、双醪浸出糖化法、麦醪的连续糖化法。煮出糖化法就是在糖化过程中要兑出一部分醪液进行煮沸，然后并入未煮沸部分，以提高混合醪液的温度，双醪是指未发芽谷物粉碎后配成的醪液和麦芽粉碎后配成的醪液，双醪糖化法又分为双醪一次煮出法和双醪二次煮出法。本设计采用双醪二次煮出糖化法。国内的啤酒厂绝大部分采用二次煮出糖化法，虽然二次煮出糖化法生产麦芽和啤酒的类型比较灵活，操作较简单，耗能较小，成本低，生产周期短，但双醪二次煮出糖化法制得的麦汁糖分容易控制、适合酿造浓色啤酒，适用于酿造12°经典啤酒。双醪二次煮出糖化法工艺流程如下图：

 糖化锅                                                糊化锅

10min

35~37℃（30min）                                        45℃（20min）                                      

15min

                                                               70℃（20min）

取出部分醪液

取出部分醪液

    52~54℃（30~60min）                                       煮沸（40min）

                                                       52~54℃                  

               65~67℃                                                   

取出部分醪液

               （碘液反应基本完全）                                         煮沸                                     

                                                        65~67℃

            78℃                                                        煮沸

                                                         麦汁过滤

图2-1  糖化工艺流程图

糖化、糊化工艺论证

糊化锅中的料水比为1:5，把大米粉和淀粉液化酶与热水一起放入糊化锅，在45℃下保温20min，这阶段蛋白质分解，持续加热45min,使醪液升温至70℃，保温20min,此时α-淀粉酶的作用增强，非糖化比例增加。在15min内把醪液加热至煮沸（100℃），煮沸40min。

糖化锅中的料水比为1:3.5，麦芽粉浆输送到糖化锅中在35~37℃保温30min，成为浸渍阶段，此阶段有利于酶的浸出和酸的形成，并有利于β-葡聚糖的分解，再利用糖化锅夹层把醪液加热到52~54℃，保持30~60min，与糊化醪混合，此时蛋白质分解，生成氨基酸、多肽和可溶性氮。之后一部分醪液在此温度下煮沸，另一部分醪液升温至65~67℃并与之前煮沸的醪液混合，混合后再取出部分65~67℃醪液进行煮沸。

2.2.3  麦汁的过滤

麦汁过滤必须在尽可能短的时间内彻底将从原料中溶出的浸出物(麦汁)与不溶性物质（麦糟）、细小的浑浊颗粒分开，获得清亮、固形物含量少的麦汁，然后将麦汁进行预热及麦汁煮沸[9]。麦汁过滤采用过滤槽,糖化结束后，意味着原料中可溶物质已尽可能多的溶于水中。将过滤槽的滤板洗净铺好，并将过滤板和槽底之间充满76~78℃的热水，以浸没滤板为准。将糖化醪充分搅拌，并尽快泵入过滤槽后，使用耕糟机翻拌均匀，再静置20min左右，让醪糟自然沉降，形成过滤层。自正式过滤开始15~30min后检查原麦汁的糖度、澄清度以及色、香、味。如果糖化效果好，静置后麦糟上面麦汁如理石一样漆黑。设备主要优点：操作简单，劳动强度低，设备简单，投资少，维修费用低。

2.2.4  麦汁的煮沸和酒花的添加

麦汁过滤结束后，麦汁先进入暂存罐，再通过一薄板换热器预热后进入煮沸锅，在煮沸过程中添加颗粒酒花。

麦汁煮沸以及添加酒花的目的：破坏酶活性，固定麦汁组成；杀灭麦汁中的各种杂菌；蒸发多余水分，浓缩到规定的浓度；苦味物质溶出赋予啤酒特殊的苦味和香味；降低pH值；提高麦汁的生物稳定性[10]。

酒花的添加量和方法：酒花的添加方式一般分为一次、二次、三次添加法，本设计采用三次添加方式，再麦汁初沸时，加入酒花总量的50%，煮沸30min后再添加酒花总量的30%，第三次是在麦汁煮沸结束前加入剩下的20%。

2.2.5  麦汁的冷却及凝固物的分离

    麦汁煮沸后必须立即冷却，本设计采用的设备是薄板冷却器，并采用一段冷却。其优点：节能、降低生产成本且方便控制；不需冷冻剂；温度变化小，操作稳定；热能利用充分。热凝固物的分离采用回旋沉淀槽。其优点：设备结构简单，占地面积小卫生条件易控制，洗刷容易，杀菌彻底，不易污染，可自动清洗。

2.3  啤酒发酵

    啤酒发酵是一项非常复杂的生化反应过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，在厌氧条件下酒精发酵，使大部分可发酵性糖转化为酒精和CO2以及少量的代谢副产物如高级醇、酯类、连二酮类、醛类、酸类和含硫化合物等发酵产物。这些发酵产物影响到啤酒的风味、泡沫特性、色泽、非生物稳定性等理化指标，并形成了啤酒的典型性。啤酒发酵过程巧妙地利用了酵母在有氧和无氧情况下的不同特征，在发酵开始时，酵母在含有溶解氧的麦汁中大量繁殖并积累能量，保证在无氧条件下进行发酵所需的酵母量和能量[11]。

2.3.1  酵母的扩大培养

酵母扩大培养分为两个阶段：由斜面试管到卡氏罐为实验室扩大培养阶段，汉生罐以后为生产现场扩大培养阶段。酵母的扩大培养就是指从斜面种子到生产所用种子的培养过程。

2.3.1.1  实验室扩大培养

工艺流程：斜面试管   液体试管培养（25~27℃，2~3天）  小三角瓶培养（23~25℃，2天）  大三角瓶培养（23~25℃，2天）  卡氏罐培养（18~20℃，3~5天）  汉生罐培养

工艺控制：扩培使用的一切用具必须洗刷干净，并高温灭菌；实验室使用的培养基用全麦制备麦汁；扩大培养时采用逐级降温法；每次扩培稀释倍数保持10~20倍；每个扩培阶段，应做平行培养，选择生长繁殖良好的进入下一级培养。

2.3.1.2  生产现场培养

工艺流程：汉生罐（13~15℃，2天）  繁殖期（9~11℃，2天）  发酵罐

工艺控制：扩大培养所需麦汁组成要合理，能满足酵母生长繁殖的需要；应在对数生长期移植；生产现场扩培温度也是逐级降低；稀释倍数1:5为宜。

2.3.2  啤酒发酵及工艺曲线

本设计采用圆柱锥底发酵罐，其工艺曲线如图2-2：

图2-2  发酵曲线

2.3.3  发酵工艺论证

本设计为“两罐法工艺”，采用低温发酵、高温后熟工艺，工艺总生产周期为20d，其优点在于形成的发酵副产物不是特别多，而且这些发酵副产物又可在高温后熟时得到良好的分解。接种温度6℃，前发酵时间2d；主发酵温度9℃，发酵时间4d，发酵度达到50%左右后关闭冷却装置，自然升温至12℃进行双乙酰的后熟阶段，直到双乙酰还原降至0.1mg/L,达到规定发酵度后开始降温，降温速度以控制在2d内完成为宜，温度降至-1℃，在此温度下进行贮酒7d。此方法酵母所生的双乙酰及其它副产物少[12]。

2.3.4  贮酒工艺论证

当发酵液温降至0℃后即进入贮酒阶段，贮酒时间为7d。贮酒的目的是为了澄清酒液，饱和CO2，从而改善啤酒的胶体稳定性，在贮酒期间一定要控制温度的稳定，期间可加澄清剂，充CO2饱和，提高啤酒的CO2含量。倒罐前必须采用CO2背压以避免啤酒接触O2，防止双乙酰回升、啤酒氧化，减少损失。

2.3.5  啤酒过滤

经过贮酒罐的低温贮藏并不能满足消费者的要求，而且酒体保质期短，很难进行大范围销售，这时就需要对啤酒进行过滤及稳定化的处理。

啤酒过滤是利用过滤介质，将啤酒内炫富的微小颗粒从酒液内分离除去，使啤酒清澈透明、不含悬浮物的一个物理过程。啤酒过滤的目的主要有以下几点：（1）除去酒中的悬浮物；（2）适当减少使啤酒出现浑浊沉淀的物质；（3）减少或除去酵母及微生物；（4）改善啤酒风味、色泽，提高生物稳定性。

啤酒过滤方法有硅藻土过滤、PVPP过滤、膜过滤和错流过滤。本设计采用硅藻土过滤方法，硅藻土作为过滤机主要有以下优点：结构简单、性能稳定、维护费用低，使用寿命长；过滤效率高，过滤迅速方便；过滤精度高，可达到很高的澄清度。啤酒过滤时应注意溶解氧、微生物、以及浊度的控制。

第3章  物料衡算

3.1  糖化车间的物料衡算

糖化车间工艺流程示意图（图3-1）

图3-1  啤酒厂糖化车间流程示意图

3.1.1  工艺技术指标及基础数据

表3-1  基础数据

3.1.2    100kg原料生产12°P经典啤酒的物料衡算

（1）热麦汁计算  根据表1可得到原料收得率分别为：

麦芽收率为：0.75×(100-6)÷100=70.75%

大米收率为：0.92×(100-13)÷100=80.04%

混合原料收得率为：

（0.75×70.50%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79%

由上述可得100kg混合料原料可制得的11°热麦汁量为：

(71.19÷11）×100=7.18(kg)

查资料知11°麦汁在20℃时的相对密度为1.084kg/l，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：  

（7.18÷1.084）×1.04=620.91(L)

（2）冷麦汁量为：620.91×(1-0.075)=574.34(L)

（3）发酵液量为：574.34×(1-0.016)=565.15 (L)

（4）过滤酒量为：565.15×(1-0.015)=556.67 (L)

（5）成品啤酒量为：556.67×(1-0.02)=545.54 (L)

3.1.3  生产100L12°P经典啤酒的物料衡算

根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产11°淡色成品啤酒545.54L，故可得以下结果：

（1）生产100L11°淡色啤酒需耗混合原料量为：

（100/545.54）×100=18.33(kg)

（2）麦芽耗用量为：18.33×75%=13.75(kg)

（3）大米耗用量为：18.33-13.75=4.58(kg)

（4）酒花耗用量：所以对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为0.15 %，故每100升热麦汁酒花耗用量为：

        （620.91/545.54）×100×0.15%=0.17(kg)

（5）热麦汁量为：（620.91/545.54）×100=113.82 (L)

（6）冷麦汁量为：（576.34/545.54）×100=105.65(L)

（7）湿糖化糟量  设湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：

[13.75×(1-0.06)×(1-0.75)]/(1-0.8)=16.15(kg)

0.06是麦芽水分含量，0.75是无水麦芽浸出率。

湿大米糟量为：[4.58×(1-0.13)×(1-0.92)]/(1-0.8)=1.59(kg)

0.13为大米水分，0.92是大米无水浸出率。

故湿糖化糟量为：16.15+1.59=17.74(kg)

（8）酒花糟量  

设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：

[0.17×(1-0.4)]/(1-0.8)=0.51(kg)

（9）酵母量（以商品干酵母计）

生产100升啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半做生产接种用，一半做商品酵母用，即为1公斤。湿酵母泥水分85%

酵母含固形物=1×（1-85%）=0.15（kg）

则含水分7%的商品干酵母量为：

0.15/(1-7%）=0.16（kg） 

（10）二氧化碳量

      11度的冷麦汁105.65L浸出物为：11%×105.65=11.62（kg）

     设麦汁的真正发酵度为55%，则可发酵的浸出物为：

     11.62×55%=6.39（kg）

     设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，根据麦芽糖发酵的化学反应式可得到：

二氧化碳的生成量为：6.39×（4×44）/342=3.29（kg）

44为CO2  分子量        342为麦芽糖的分子量

设11度啤酒的CO2的含量为0.4%

则105.65×0.004=0.42（kg）

则释放的CO2量为3.29-0.42=2.87（kg）

1立方米的二氧化碳在20℃常压下重1.832kg

故释放的二氧化碳的容积为：2.87/1.832=1566.59（L）

（11）发酵液量为： 100×565.15/545.54=103.59(L)

（12）过滤酒量为：100×556.67/545.54=102.04(L)

（13）成品啤酒量为: 102.04×(1-0.02)=100 (L)

（14）空瓶需要量

（100/0.6）×1.005=167.50（个）

 0.6为每瓶啤酒的容积为600ml

（15）瓶盖需要量

    （100/0.6）×1.01=168.33（个）

（16）标签需要量

（100/0.60）×1.001=166.83（张）

（17）纸箱需要量

     168÷12×1.005=14.07（个）12瓶一箱

3.1.4  200000t/a 12°P经典啤酒糖化车间物料衡算

    4—9月为生产的旺季，每天糖化8次，每个月生产28天，10—3月为生产的淡季，每天糖化7次，每个月生产22天则全年的总糖化次数为：

   8×28×6+7×22×6=1344+924=2268

    混合原料:  (200000000/2268)×(100/545.54)=161.43(kg)

    545.54为100kg原料可生产出成品啤酒的量

  大麦: 161.43×0.75=12123.32(kg)

     大米: 161.43×0.25=4041.11(kg)

（1）热麦汁量: (620.91/100)×161.43=100366.56 (L)

（2）冷麦汁量: (574.34/100)×161.43=92838.79(L)

（3）酒花用量: (0.17/18.33) ×161.43=149.92(kg)

（4）湿糖化糟量: (16/18.33)×161.43=14109.70 (kg)

（5）湿酒花糟量: (0.51/18.33) ×161.43=449.75(kg)

（6）二氧化碳量：(1566.59/18.33)×161.43=1381507.61（L）

（7）酵母量：(0.16/18.33)×161.43=141.10（kg）

（8）发酵量： 92838.79×（1-0.016）=91353.37（L）

（9）过滤量： 91353.37×（1-0.015）=983.07（L）

（10）成品量： 983.07×（1-0.02）=88183.41（L）

（11）空瓶量：(167.50/18.33)×161.43 =147710.97（个）

（12）瓶盖量：(168.33/18.33)×161.43=123911.81（个）

（13）标签量：(166.83/18.33)×13493.16=148442.91（张）

（14）纸箱量：147711÷12×1.005=12370.79（个）

    把前述的有关啤酒糖化间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表：如表3-2所示。

表3-2  啤酒厂糖化车间物料衡算表

4.1设备选择原则

啤酒厂一般分为七个车间，分别为：预处理车间，制麦车间，糖化车间，发酵车间，过滤车间，灌装车间，热量供应车间。在选择设备时，要按下列原则进行。

（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量

（2）一般大型食品厂应选用较先进的机械化程度高的设备，中型厂则看具体备件。

（3）能设备能充分利用原料，能耗少效率高、体积小、维修方便、劳动强度底，

并能一机多用。

（4）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料不易腐蚀不致对食品造成污染。

（5）设备结果构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、酸碱度）

4.2预处理车间设备

4.2.1筛选设备

（1）磁铁分离器

    磁铁分离器可由磁铁和电磁铁组成。考虑到电磁铁需耗电能且结构复杂，维修困难。该设计中选择了永久磁铁的平板式磁铁分离器。它具有结构简单，维护简便，不耗电能等优点，词性退化后，更换磁铁即可。

（2）筛选机

    筛选机机械有多种不同的构造，发酵工厂较常用的是振动筛和转筒筛。该设计中的大麦粗选机是由筛选与风选相结合的筛选机。还配套一圆筒分级筛，用于大麦精选后的分级。其生产能力大于10t/h。

第4章 风选机

    啤酒原料大米,麦芽等原料中含有杂草等杂质,所以要用一风选机对其 

进行除杂。

4.2.2粉碎设备

（1）六辊式粉碎机

    辊式粉碎机广泛用于粒状物料的中碎及细碎。该设计中采用的是六辊式粉碎机。原因是二辊式粉碎机粉碎麦芽时，粉碎度不易控制，一般用语粉碎大米。六辊式的前两对用光辊，以便皮壳不至粉碎得太细而影响麦汁的过滤操作。第三对用丝辊，将筛选的粗粒粉碎成细粒和细粉。

    改进方案：与增湿法结合，使水分在90~120s内水分增加28—30％。与干法比较，经过增湿的麦芽粒大小适宜，谷皮无碎片。后糖化工艺进行中过滤速度比较快，滤汁较澄清，且麦芽汁颜色教浅，涩味较淡。

4.2.3称量设备

    本设计的投料量比较大，所以用传统的倾翻计量称就不再适用，本设计里面使用的是电子计量称，该称为了能够准确的称量，投料过程不能太快，它分为：前容器，称重容器和后容器。 

4.3制麦车间

  把原料大麦制成啤酒生产所需的麦芽的过程将在制麦车间进行。其工艺流程：

    大麦精选 →   浸渍     →       发芽       →      干燥

              （平底浸麦槽）  （萨易拉丁发芽箱）  （单层高效炉）

4.4糖化车间

    糖化车间是进行麦汁的制备这项重要的工艺。将粉碎后的麦芽和辅料中的非水溶性组成通过酶的分解尽可能的转化成水溶性组分。

    工艺流程：

糖化，糊化  → 过滤 —酒花→ 煮沸 → 回旋沉淀 → 冷却 →过滤

    该设计中采用的是六锅式即糊化锅，糖化锅，过滤槽，煮沸锅的基础上增加一个过滤槽和煮沸锅。因为糊化锅和糖化锅利用率较低，形成六器组合可增大产量，也为啤酒厂扩建糖化车间所采用的方法。

4.4.1糊化，糖化设备

   采用不锈钢的糊化锅和糖化锅，而且是球形锅底便于清洗和料液排尽。锅内装有螺旋浆搅拌器及挡板。糊化锅升温速度达0.5℃/min。糖化锅的升温速度达1℃/min。采用点状加热夹套。因为它从加热效果上优于弧形盘管加热器。糖化锅的容积为25m3，糊化锅的容积为18m3。采用的是常压蒸煮。

4.4.2过滤设备

    过滤槽是最古老也是应用最广泛的麦汁过滤设备，过滤槽配置湿法辊粉碎较完善，该设计中采用的是过滤槽对麦汁过滤，将麦糟和麦汁分开。与传统的压滤机法，快速渗出法，膜式压滤机法相比麦汁相对浊度较好，节省原料消耗的优点。

4.4.3煮沸设备

（1）煮沸锅

    煮沸加热设备加热方式有直接加热与间接加热方式。直接加热方式由于操作困难，劳动力强度大，工环境差的原因该设计中不采用而采用间接加热方式。所采用的热源为饱和蒸汽或过热蒸汽。

（2）外加热器

    该设计中采用的是外加热盘管的煮沸锅。外加热器克服了内加热器清洗困难的以及加热时易局部过热的缺点，但是它需要一个大容量的耐热泵，使用动力电耗增加。外加热式煮沸锅除了用于煮沸外还可以兼做回旋沉淀槽，省去了一个设备，另外两个麦汁煮沸锅与一个外加热器组合，煮沸锅兼做回旋沉淀槽和麦汁暂存槽使用。

4.4.4.酒花添加设备

   添加系统可采用2个或2个以上的自动添加罐,避免事故发生.麦汁煮沸时

能回收。

4.4.5麦槽贮罐

被分离出来的麦糟被用来做饲料的原料。

4.4.6分离设备

（1）酒花分离器

    煮沸结束后，采用酒花分离器尽快分离出酒花糟。如果使用的是酒花制品（酒花粉，颗粒酒花，酒花浸膏）或者使用粉碎的酒花，则酒花分离器不再需要。

（2）回旋沉淀槽

    热凝固物分离的传统方法为自然沉淀法—冷却盘法或沉淀槽法。冷却盘法劳动强度大，麦汁易染杂菌，现在几乎不再使用沉淀槽还需结合离心机和压滤机进行处理。本设计中采用的是回旋沉淀槽法过滤热麦汁，特点是尽可能减小作为过滤介质的麦槽层厚度，以强化过滤速度，又不扩大过滤器的直径。

4.4.7冷却设备

（1）薄板冷却器

    麦汁的冷却主要是开放式和密闭式。开放式冷却较封闭式传热效率更低。本设计中采用的是密闭式冷却器—薄板冷却器。冷却效果好，且冷却温度较易控制。

4.4.8.麦汁通风设备

（1）空气过滤器

    麦汁通风是使麦汁内含有一定量的溶氧，所以麦汁必须在发酵前需通入空气，为了不混入杂菌，通入的空气需经过空气过滤器。

（2）文丘里管

    在冷麦汁进入发酵罐的管路上安装文丘里管，使无菌空气与麦汁充分混合。

4.5发酵车间

4.5.1酵母培养及添加罐

（1） 酵母培养罐

    发酵所需酵母通过纯种培养获得的，从优良菌株的获取到培养出满足接种所需添加量，酵母还须经历实验室扩大培养和生产现场扩大培养两个阶段。该设计中在发酵车间就设计了个酵母培养罐，使生产现场扩大培养在其中实现。

（2）酵母添加罐

    实现使酵母添加入准备发酵的麦汁中。

4.5.2.发酵设备

（1）奈塔罐（立式密闭圆柱锥体罐）

    奈塔式罐克服了室外开放式易染杂菌等特点。实现了大型化，啤酒质量

 均一化，生产合理化，降低主要设备投资，缩短发酵时间等特点。所以该设计中选择了奈塔罐。

4.5.3.清洗设备

（1）CIP清洗系统

    随着啤酒发酵罐的容量正在逐步增大，这类发酵罐大部分安装在室外，原来的清洗方法已不适宜。必须采用自动化的喷洗设备。本设计中采用的清洗系统，即内部清洗系统，实现清晰消毒的自动化，保证了啤酒生产的无菌程度。

4.6过滤车间

4.6.1配套设备

(1)缓冲罐

    直接把管道中的麦汁通入硅藻土过滤机中，因流速与流量太大，必然会影响过滤效果。所以本设计中在发酵完后，麦汁过滤前通入缓冲罐中进行缓冲。

(2)添加罐

    实现啤酒生产过程中一些稳定剂，添加剂的添加。

4.6.2.过滤设备

（1）硅藻土过滤机

    对于异相物料的分离有过滤，沉降的方法。本设计中通过对固相物质的性质与大小的考虑，认为过滤法更适合。过滤法根据过滤介质的不同可分纤

维滤布和松散粉粒两种。考虑到前者其技术特性受许多因素的影响，如纤维特性，编织纹法等。所以选择了硅藻土过滤机。生产时按滤除粒子的大小，选择不同粒子直径分布的硅藻土作预涂层。

4.7.罐装车间

1．洗瓶机2．罐装机3．啤酒杀菌机4．贴标机5．装箱机

4.8.热量供应车间

本设计中选用的是锅炉。作为热量供应设备。

4.9.啤酒车间主要设备规范表

5.1  三废治理

啤酒工业废水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于，排入水体要消耗大量的 溶解氧，对水体环境造成严重危害。啤酒废水的水质和水量在不同季节有一定差别，处于高峰流量时的啤酒废水，有机物含量也处于高峰。

5.1.1 啤酒厂废水来源

啤酒废水主要来自麦芽车间（浸麦废水） ，糖化车间（糖化，过滤洗涤废水） ，发酵车间（发酵罐洗涤，过滤洗 涤废水） ，灌装车间（洗瓶，灭菌废水及瓶子破碎流出的啤酒）以及生产用冷却废水等。 啤酒工业废水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于，排入水体要消耗大量的 溶解氧，对水体环境造成严重危害。

国内啤酒厂废水中：CODcr 含量为：1000～2500mg/L，BOD5 含量为：600～ 1500mg/L，该废水具有较高的生物可降解性，且含有一定量的凯氏氮和磷。

5.1.2  啤酒厂废水的分类

 啤酒废水按有机物含量可分为 3 类：

（1）清洁废水如冷冻机冷却水，麦汁冷却水等。这类废水基本上未受污染。 

（2）清洗废水如漂洗酵母水、洗瓶水、生产装置清洗水等，这类废水受到不同程度污染。

（3）含渣废水如麦糟液、 冷热凝固物。剩余酵母等，这类废水含有大量有机悬浮性固体。

 5.1.3啤酒废水处理方法 

鉴于啤酒废水自身的特性，啤酒废水不能直接排入水体，据统计，啤酒厂工业废水如不经处理，每生产 100 吨 啤酒所排放出的 BOD 值相当于 14000 人生活污水的 BOD 值，悬浮固体 SS 值相当于 8000 人生活污水的 SS， 其污染程度是相当严重的，所以要对啤酒废水进行一定的处理。

 目 前 常 根 据 BOD5/CODcr 比 值 来 判 断 废 水 的 可 生 化 性 ，处理啤酒废水的方法多是采用好氧生物处理，也可先采用厌氧处理，降低污染负荷，再用好氧生物处理。 目前国内的啤酒厂工业废水的污水处理工艺，都是以生物化学方法为中心的处理系统。80 年代中前期，多数处 理系统以好氧生化处理为主。由于受场地、气温、初次投资，除少数采用塔式生物滤池，生物转盘靠自然 充氧外，多数采用机械曝气充氧，其电耗高及运行费用高制约了污水处理工程的发展和了已有工程的正常 使用或运行。 

酸化—SBR 法处理啤酒废水：其主要处理设备是酸化柱和 SBR 反应器。这种方法在处理啤酒废水时， 在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程 的厌氧反应具有以下优点： 

（1）由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小； 

（2）不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大； 

（3）对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性 COD 比例大 幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将加速有机物的降解， 为后续生物处理创造更为有利的条件。

5.2  副产物的利用

现代农副产品加工工业为了避免和减少环境污染、为了使宝贵的资源得到最大限度地有效利用，必须把生产中的废气、废渣、废水回收和利用，进一步开发加工制成有价值的产品。

5.2.1  麦糟的利用

啤酒在糖化过程中的部分不溶解物质及麦芽和不发芽谷物构成麦糟，主要是由麦芽的皮壳、叶芽、不溶性蛋白质、半纤维素、脂肪、灰分及少量的未分解淀粉和未洗出的可溶性浸出物等组成。麦糟中含有较高的蛋白质并得到了适度的溶解，因此是作为饲料的最佳原料，作为饲料它的消化率极高，特别适合作牛、马饲料。

5.2.2  二氧化碳的回收

二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，同时二氧化碳又是必不可少的重要原料。二氧化碳合理应用对改进酿造工艺、提高啤酒的质量起着重要的作用。

过滤后得到清酒，并同时充入二氧化碳，使之在短时间内溶解和过饱和，简单并有效地达到控制成品啤酒中二氧化碳的含量的目的。在近代啤酒完成啤酒生产过程操作中，为了避免啤酒接触空气中氧，减少啤酒中溶解氧、均需要二氧化碳作背压、备压、以提高啤酒的非生物稳定性和风味稳定性。

啤酒生产中二氧化碳的回收方法：

现代回收二氧化碳，包括如下单元操作：

收集→洗涤→压缩→净化→干燥→冷却→液化→贮存或装瓶

在液化回收二氧化碳时，常采用如下方法：高压回收，低压回收。

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