畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書-啤酒廠的設(shè)計(jì)

齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE39年產(chǎn)15萬(wàn)噸啤酒廠設(shè)計(jì)任務(wù)書說(shuō)明書目錄第1章緒論11.1啤酒工業(yè)概述11.2啤酒設(shè)計(jì)概述 11.2.1設(shè)計(jì)目的 11.2.2設(shè)計(jì)選題依據(jù) 11.2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.2.4指導(dǎo)思想 21.3課題研究的內(nèi)容和流程21.4設(shè)計(jì)工作的背景 21.4.1啤酒的歷史 21.4.2當(dāng)代中國(guó)啤酒工業(yè) 31.5啤酒生產(chǎn)技術(shù) 31.5.1啤酒的主要工藝 31.5.2啤酒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 41.6中國(guó)啤酒的發(fā)展方向 5第2章啤酒工藝選擇與論證62.1啤酒釀造工藝流程 62.2釀造啤酒的原料 72.3麥汁的制備 82.4主要工藝方法 82.4.1糖化工藝 82.4.2發(fā)酵工藝 92.5廠址選擇的地點(diǎn)及條件112.5.1地理位置112.5.2氣候112.5.3地形 11第3章物料衡算113.1糖化車間物料衡算 113.1.1糖化車間工藝流程 123.1.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)123.1.3100kg原料的物料衡算133.1.4100L啤酒的物料衡算143.1515000t/a11°淡爽啤酒釀造車間物料衡算表143.2糖化車間的熱量衡算 153.2.1糖化用水耗熱量163.2.2第一次米醪煮沸耗熱量173.2.3第二次煮沸前混合醪升溫至70℃的耗熱量173.2.4第二次煮沸醪的耗熱量183.2.5洗槽水耗熱量 193.2.6麥汁煮沸過(guò)程耗熱量193.2.7糖化一次總耗熱量203.2.8糖化一次耗用蒸汽量203.2.9每小時(shí)最大蒸汽耗量203.2.10蒸汽單耗203.3發(fā)酵車間的水耗量計(jì)算213.4發(fā)酵車間的耗冷量衡算223.4.1發(fā)酵工藝流程223.4.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)223.4.3工藝耗冷量Qt233.4.4非工藝耗冷量243.4.5發(fā)酵車間冷量衡算歸納25第4章啤酒生產(chǎn)主要設(shè)備的選擇與論證274.1主要設(shè)備的選型及計(jì)算274.1.1麥芽貯藏箱274.1.2麥芽粉貯藏箱274.1.3大米貯藏箱284.14大米粉貯藏箱284.1.5糖化鍋尺寸的計(jì)算284.1.6煮沸鍋尺寸的計(jì)算 294.1.7回旋沉淀槽的尺寸計(jì)算294.1.8板框過(guò)濾機(jī)304.1.9麥汁暫存罐304.1.10薄板換熱器尺寸計(jì)算304.1.11發(fā)酵罐的尺寸計(jì)算304.1.12清酒灌尺寸計(jì)算314.2附屬設(shè)備設(shè)計(jì)與選型314.2.1啤酒過(guò)濾設(shè)備314.2.3酵母的擴(kuò)培設(shè)備314.2.4CIP清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)32第5章重點(diǎn)設(shè)備(糊化鍋)的計(jì)算和選型335.1.1糊化鍋的容積計(jì)算335.1.2糊化鍋的厚度計(jì)算335.1.3糊化鍋的管徑計(jì)算345.1.4糊化鍋重計(jì)算355.1.5法蘭選擇355.1.6支座的選擇355.1.7CIP清洗管路的設(shè)計(jì)36第6章啤酒三廢的處理 366.1啤酒廠廢水的治理366.1.1好氧處理工藝366.1.2水解-好氧處理 386.1.3厭氧—好氧聯(lián)合處理技術(shù)396.2副產(chǎn)物的利用406.2.1麥糟的利用416.2.2二氧化碳的回收416.2.3酵母的回收利用41第1章緒論1.1啤酒工業(yè)概述隨著人們生活水平的提高，飲食消費(fèi)結(jié)構(gòu)的不斷改變，啤酒已進(jìn)入了千家萬(wàn)戶。為了保持啤酒應(yīng)有的傳統(tǒng)并結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)情況，給啤酒下一個(gè)簡(jiǎn)明的定義是一件很有意義的事，既啤酒是以麥芽為主要原料，添加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的，一種含二氧化碳、氣泡、低酒精度的飲料酒。上述定義的實(shí)際意思：1、啤酒以麥芽為主要原料，亦即啤酒是以麥芽為主要原料生產(chǎn)的?；谝喳溠繛橹饕?，則麥芽使用量應(yīng)不少于50%。自古以來(lái)大麥?zhǔn)轻勗炱【频闹饕稀?、啤酒是添加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的。是世界目前各國(guó)公認(rèn)的經(jīng)過(guò)糖化、發(fā)酵方法而釀制的釀造酒，非配制酒。3、啤酒應(yīng)是含二氧化碳、氣泡、低酒精度的飲料酒。區(qū)別于汽酒和其它配制酒。我國(guó)啤酒工業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速。目前，我國(guó)啤酒的年產(chǎn)量已位居世界首位。但從人均消費(fèi)量來(lái)看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家水平。我國(guó)啤酒產(chǎn)很多，但設(shè)備產(chǎn)量參差不齊。最近幾年啤酒產(chǎn)業(yè)正向著規(guī)模化、效益化發(fā)展。不少的啤酒廠被大啤酒廠兼并。這一發(fā)展趨勢(shì)是符合世界發(fā)展趨勢(shì)的。隨著啤酒生產(chǎn)現(xiàn)代化的邁進(jìn)，我們將會(huì)喝到更新鮮、更可口的啤酒。啤酒是以麥芽為主要原料，添加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的，一種含二氧化碳、氣泡、低酒精度的飲料酒。1.2啤酒設(shè)計(jì)概述1.2.1設(shè)計(jì)目的通過(guò)此畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們初步掌握了工廠工藝設(shè)計(jì)的程序和方法。并受到一次工程設(shè)計(jì)的嚴(yán)格訓(xùn)練，讓我們具有一定的工程設(shè)計(jì)能力。這對(duì)于即將從事科研，生產(chǎn)或技術(shù)管理工作的畢業(yè)生具有十分重要的意義。1.2.2設(shè)計(jì)選題依據(jù)本設(shè)計(jì)是根據(jù)齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院生物工程教研室布置的畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱的要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。1.2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)15萬(wàn)噸11°(淡爽)啤酒廠設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)備糊化鍋，重點(diǎn)是糖化車間的設(shè)計(jì)。還包括設(shè)計(jì)工廠的工藝方法及流程，三大衡算，設(shè)備選型，生產(chǎn)車間的布置，繪制設(shè)計(jì)圖紙（工藝流程圖，車間平、立面布置圖、重點(diǎn)設(shè)備裝配圖），撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。1.2.4指導(dǎo)思想本設(shè)計(jì)是在確定工藝方法及流程和設(shè)備選型時(shí)，結(jié)合了實(shí)習(xí)工廠的實(shí)際情況，工藝上力求其合理性和先進(jìn)性，設(shè)備上根據(jù)實(shí)際盡可能采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備。通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)，自動(dòng)化、機(jī)械化的生產(chǎn)控制，來(lái)減輕繁重的體力勞動(dòng)和提高勞動(dòng)力生產(chǎn)率，并采用已經(jīng)成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備，使工廠建成后能夠順利投產(chǎn)，迅速達(dá)到設(shè)計(jì)能力。在經(jīng)濟(jì)上，因地制宜，采用適合的管理方法，降低能耗，減少污染，保護(hù)環(huán)境，選用合適的產(chǎn)品的，減少浪費(fèi)。設(shè)計(jì)工廠整體要做到投資少、成本低、見效快的效果。1.3課題研究的內(nèi)容和流程廠址的選擇：地理位置一般工廠廠址選在城鎮(zhèn)的郊區(qū)，考慮微生物發(fā)酵工廠對(duì)環(huán)境因素的特殊要求，需要地勢(shì)平坦，利于排水，有豐富的水源[2]。氣象資料是工廠總平面布置的重要依據(jù)之一。廠址應(yīng)該接近原料產(chǎn)地，保證供應(yīng)方便，減少運(yùn)輸損失。工藝選擇：1.保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)2.盡量采用成熟的，先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。3.選擇生產(chǎn)方法主要依據(jù)原料的來(lái)源，種類和性質(zhì)。設(shè)備的選擇：保證工藝的安全性和可靠性，經(jīng)濟(jì)上的合理性，技術(shù)先進(jìn)，投資省，加工方便，運(yùn)行費(fèi)低，操作清洗方便。主要流程：1.查閱資料，確定工藝方法以及流程2.進(jìn)行設(shè)計(jì)衡算（如物料衡算）3.設(shè)計(jì)圖紙繪圖4.撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。1.4設(shè)計(jì)工作的背景1.4.1啤酒的歷史我國(guó)古代的原始啤酒可能也有4000至5000年的歷史，但是市場(chǎng)消費(fèi)的啤酒是到十九世紀(jì)末隨帝國(guó)主義洋槍洋炮一起進(jìn)來(lái)的。在中國(guó)建立最早的啤酒廠是俄國(guó)人在哈爾濱八王子建立的烏盧布列夫斯基啤酒廠，此后五年時(shí)間里,俄國(guó)、德國(guó)、捷克分別在哈爾濱建立另外三家啤酒廠。1903年英國(guó)和德國(guó)商人在青島開辦英德釀酒有限公司，生產(chǎn)能力為2000噸，這就是現(xiàn)在青島啤酒廠的前身。1904年在哈爾濱出現(xiàn)了中國(guó)人自己開辦的啤酒廠—東北三省啤酒廠；1914年哈爾濱又建起了五洲啤酒汽水廠；同年北京建立了雙合盛啤酒廠；1935年廣州出現(xiàn)了五羊啤酒廠(廣州啤酒廠的前身)。1958年我國(guó)在天津、杭州、武漢、重慶、西安、蘭州、昆明等大城市投資新建了一批規(guī)模在2000噸左右的啤酒廠，成為我國(guó)啤酒業(yè)發(fā)展的一批骨干企業(yè)。1.4.2當(dāng)代中國(guó)啤酒工業(yè)新中國(guó)成立以來(lái)，啤酒工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一階段從1953年到1962年，是啤酒工業(yè)的調(diào)整和發(fā)展階段，新建了一批新的啤酒廠，啤酒年產(chǎn)量的平均增長(zhǎng)速度為38.2%。1963年至1972年，速度雖有所放慢，但啤酒產(chǎn)量仍增長(zhǎng)1.4倍。到1978年，我國(guó)的啤酒年產(chǎn)量達(dá)到40萬(wàn)噸。在這一階段,在啤酒科學(xué)研究、教育、人才培養(yǎng)等方面的工作為啤酒工業(yè)的今后的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。第二階段1979年后,啤酒生產(chǎn)全面發(fā)展。全國(guó)除西藏外，各省、市、自治區(qū)都建立了啤酒廠，全國(guó)除輕工系統(tǒng)外，其他部們?nèi)缟虡I(yè)、農(nóng)業(yè)、機(jī)械、國(guó)防、冶金等都建立了啤酒廠。一些啤酒廠的規(guī)模也越來(lái)越大。如在1980年,我國(guó)共生產(chǎn)啤酒68.8萬(wàn)噸[2]。第三階段在這一階段，我國(guó)的啤酒工業(yè)高速發(fā)展，其主要特點(diǎn)是擴(kuò)建和新建的啤酒廠如雨后春筍，啤酒生產(chǎn)規(guī)模也逐步擴(kuò)大，在有的省份,幾乎每個(gè)縣市都有啤酒廠。據(jù)1987年的統(tǒng)計(jì),在浙江省就有啤酒廠104家。由于實(shí)行改革開放政策,從國(guó)外引進(jìn)技術(shù),裝備,人才,加快了啤酒工業(yè)的發(fā)展.如從國(guó)外引進(jìn)了啤酒生產(chǎn)線，尤其是啤酒灌裝線。產(chǎn)量翻番的時(shí)間縮短,如1982年,全國(guó)啤酒產(chǎn)量為117萬(wàn)噸，到1985年，啤酒產(chǎn)量就達(dá)到310.4萬(wàn)噸。1988年，啤酒產(chǎn)量又翻了一番，達(dá)到654萬(wàn)噸。第四階段這一階段可說(shuō)是中國(guó)的啤酒工業(yè)進(jìn)入了旺盛的成熟期,一方面,啤酒工業(yè)繼續(xù)以高速度發(fā)展,在高速發(fā)展的同時(shí)，開始對(duì)啤酒的質(zhì)量，啤酒工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益更加重視，啤酒工業(yè)的規(guī)模按照國(guó)際上的慣例，開始向大型化，集團(tuán)化方向發(fā)展。一些中小型啤酒廠被大型啤酒廠兼并。1.5啤酒生產(chǎn)技術(shù)1.5.1啤酒的主要工藝啤酒生產(chǎn)過(guò)程分為麥芽制造、麥芽汁制造、前發(fā)酵、后發(fā)酵、過(guò)濾滅菌、包裝等幾道工序。麥芽制造：大麥（也正在試驗(yàn)用小麥）浸漬吸水后，在適宜的溫度和濕度下發(fā)芽，發(fā)芽時(shí)產(chǎn)生各種水解酶，如蛋白酶、糖化酶、葡聚糖酶等，這些酶可將麥芽本身的蛋白質(zhì)分解成肽和氨基酸，將淀粉分解成糊精和麥芽糖等低分子物質(zhì)。發(fā)芽到一定程度，就要中止發(fā)芽，經(jīng)過(guò)干燥，制成水份含量較低的麥芽。麥芽汁的制造：麥芽經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆鬯?，加入溫水，在一定的溫度下，利用麥芽本身的酶制劑，進(jìn)行糖化（主要將麥芽中的淀粉水解成麥芽糖），為了降低生產(chǎn)成本，還可以加入一定比例的大米粉作輔料（大米粉中先加水煮沸）。制成的麥芽醪，用過(guò)濾槽進(jìn)行過(guò)濾，得到麥芽汁，將麥芽汁輸送到麥汁煮沸鍋中，將多余的水份蒸發(fā)掉，并加入酒花。酒花是一種植物的花，加入到啤酒中,可使啤酒帶有特有的酒花香味和苦味，同時(shí)，酒花中的一些成份還具有防腐作用，可延長(zhǎng)啤酒的保藏期。發(fā)酵：麥芽汁經(jīng)過(guò)冷卻后，加入酵母菌，輸送到發(fā)酵罐中，開始發(fā)酵。傳統(tǒng)工藝分為前發(fā)酵和后發(fā)酵，分別在不同的發(fā)酵罐中進(jìn)行，現(xiàn)在流行的作法是在一個(gè)罐內(nèi)進(jìn)行前發(fā)酵和后發(fā)酵。前發(fā)酵主要是利用酵母菌將麥芽汁中的麥芽糖轉(zhuǎn)變成酒精，后發(fā)酵主要是產(chǎn)生一些風(fēng)味物質(zhì)，排除掉啤酒中的異味，并促進(jìn)啤酒的成熟，這一期間，控制一定的罐內(nèi)壓力，使后酵時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳保留在啤酒中。因此后期要充入二氧化碳，把二氧化碳通過(guò)沖氣管中的小泡吹入到發(fā)酵液中。在后發(fā)酵中壓強(qiáng)會(huì)逐漸升高。過(guò)濾滅菌：經(jīng)過(guò)二個(gè)星期左右的發(fā)酵（有些啤酒發(fā)酵期可能長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月），將啤酒經(jīng)過(guò)過(guò)濾，除去啤酒中的酵母菌和微小的顆粒，再經(jīng)達(dá)低溫滅菌（62℃左右），冷卻，啤酒就可以包裝。瓶裝的啤酒，瓶子要經(jīng)過(guò)幾次的滅菌，瓶蓋要經(jīng)過(guò)紫外線滅菌，包裝方式主要有瓶裝和罐裝，還有桶裝等。1.5.2啤酒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)啤酒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：GB4927-91國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局1991.9.10批準(zhǔn),1992.8.1實(shí)施1.引用標(biāo)準(zhǔn):GB191包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志GB2758發(fā)酵酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB4544啤酒瓶GB4789.1~4989.28食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法--微生物學(xué)部分GB4928啤酒試驗(yàn)方法GB5739啤酒塑料周轉(zhuǎn)箱GB6543瓦楞紙箱GB10344飲料酒標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)2.技術(shù)要求感觀要求:淡色啤酒的感觀指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1-1項(xiàng)目?jī)?yōu)級(jí)一級(jí)二級(jí)外觀透明度清亮透明，無(wú)明顯懸浮物和沉淀物尚清，較透明濁度，ＥＢＣ≤１．０≤１．５≤２．０泡沫形態(tài)泡持性瓶裝Ｓ≥２１０≥１８０≥１２０聽裝Ｓ≥１８０≥１８０色度ＥＢＣ１４°５．０＿１１．０１０°１２°５．０＿９．５５．０＿１１．０５．０＿１４．０８°５．０＿１２．０香氣和口味具有明顯的酒花香氣，口味純正，爽口，酒體諧調(diào)，柔和無(wú)異香、異味有較明顯的酒花香氣，口味純正，較爽口，諧調(diào)，無(wú)異香、異味有酒花香氣，口味較純正，無(wú)異味3．啤酒的保質(zhì)期瓶裝、聽裝熟啤酒保質(zhì)期不少于120天（優(yōu)、一級(jí)），60天（二級(jí)）。瓶裝鮮啤酒保質(zhì)期不少于7天。罐裝、桶裝鮮啤酒保質(zhì)期不少于3天。1.6中國(guó)啤酒的發(fā)展方向行業(yè)結(jié)構(gòu)的變化：集團(tuán)化、規(guī)模化。企業(yè)數(shù)量繼續(xù)下降，青島、燕京、華潤(rùn)的下屬企業(yè)會(huì)繼續(xù)增加，生產(chǎn)能力和年產(chǎn)量還將持續(xù)增長(zhǎng)。珠啤、雪津、哈啤等二級(jí)啤酒集團(tuán)也會(huì)迅速擴(kuò)張。一業(yè)為主，多元擴(kuò)張。大多數(shù)啤酒集團(tuán)在把啤酒業(yè)做強(qiáng)的同時(shí)依靠自身優(yōu)勢(shì)進(jìn)入其它行業(yè)進(jìn)行多元化發(fā)展。如青啤進(jìn)入茶飲料業(yè)、葡萄酒業(yè)，燕啤進(jìn)入生物制藥業(yè)，藍(lán)劍下屬20多家進(jìn)入其它產(chǎn)業(yè)等。信息化。知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，企業(yè)對(duì)信息的利用率和利用程度成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要方面，啤酒企業(yè)對(duì)加快企業(yè)信息化建設(shè)更加重視。一方面加快內(nèi)部信息化建設(shè)，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投資數(shù)千萬(wàn)元上ERP系統(tǒng)，許多企業(yè)建立內(nèi)部局域網(wǎng)等；另一方面加快外部信息溝通和利用。更多的企業(yè)成立信息中心，加快對(duì)外部商業(yè)情報(bào)的收集、分析、利用?？萍蓟??？萍加肋h(yuǎn)是第一生產(chǎn)力，加快科技進(jìn)步是啤酒企業(yè)未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。在純生技術(shù)進(jìn)一步提高的同時(shí)，啤酒企業(yè)會(huì)在啤酒保鮮度、延長(zhǎng)保鮮期等方面不斷創(chuàng)新。產(chǎn)品多樣化。傳統(tǒng)的普通啤酒依然會(huì)是主流，但隨著越來(lái)越多個(gè)性化產(chǎn)品的不斷推出，功能性保健啤酒、果汁啤酒、無(wú)醇啤酒等特色啤酒的消費(fèi)量會(huì)越來(lái)越大。企業(yè)所有制結(jié)構(gòu)的多元化。國(guó)有企業(yè)逐漸退出，股份制企業(yè)、多種所有制混合企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)得到大發(fā)展，新一輪的中外合資企業(yè)也會(huì)增多，不過(guò)合資企業(yè)也會(huì)增多，不過(guò)合資的形式發(fā)生了改變。市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化：在城市市場(chǎng)，新一輪消費(fèi)高潮掀起，中高檔啤酒市場(chǎng)、特色啤酒市場(chǎng)、女士啤酒市場(chǎng)得到發(fā)展。在農(nóng)村市場(chǎng)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，啤酒消費(fèi)出現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)。傳統(tǒng)的企業(yè)——經(jīng)銷商——消費(fèi)者的模式受到挑戰(zhàn)，企業(yè)——消費(fèi)者的直銷模式得到快速發(fā)展，尤其是電子商務(wù)的發(fā)展使網(wǎng)上營(yíng)銷在啤酒行業(yè)得到大發(fā)展。第2章啤酒工藝選擇與論證2.1啤酒釀造工藝流程采用如下工藝流程：輔料→粉碎→糊化酵母↓麥芽→粉碎→糖化→過(guò)濾→煮沸→沉淀→冷卻→發(fā)酵→過(guò)濾→罐裝→壓蓋→殺菌→貼標(biāo)→裝箱氧氣圖2-1啤酒釀造工藝流程圖原料麥芽和輔料粉碎后，分別進(jìn)入糖化鍋和糊化鍋。糊化好的糊化醪液進(jìn)入糖化鍋，與糖化醪混合后繼續(xù)糖化。糖化完成后經(jīng)過(guò)過(guò)濾，進(jìn)入煮沸鍋煮沸，然后進(jìn)入回旋沉淀槽沉淀，之后進(jìn)入發(fā)酵車間。進(jìn)入發(fā)酵車間的麥汁要先經(jīng)過(guò)冷卻，然后通入氧氣并加入酵母一起進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵好的啤酒經(jīng)過(guò)過(guò)濾后進(jìn)入清酒罐，然后就可以進(jìn)入包裝車間罐裝、壓蓋、殺菌、貼標(biāo)、裝箱。2.2釀造啤酒的原料釀造啤酒的主要原料是大麥、水、酵母、酒花。大麥在谷物中具有較為便宜，易于發(fā)芽，酶系統(tǒng)完全，并且含有蛋白質(zhì)，脂肪，磷酸鹽以及其他無(wú)機(jī)鹽，維生素，碳水化合物和其他多種礦物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，因此成為生產(chǎn)啤酒的主要原材料。釀造啤酒用的優(yōu)質(zhì)大麥具有籽粒飽滿，皮薄，淀粉含量高和發(fā)芽率高的4大特點(diǎn)。大麥?zhǔn)紫缺仨殞⑵渲瞥甥溠?，方能用于釀酒。大麥在人工控制和外界條件下發(fā)芽和干燥的過(guò)程，即稱為麥芽制造。大麥發(fā)芽后稱綠麥芽，干燥后叫麥芽。釀造水：每瓶啤酒90%以上的成份是水，水在啤酒釀造的過(guò)程中起著非常重要的作用。啤酒釀造所需要的水質(zhì)除潔凈外，還必須去除水中所含的礦物鹽成為軟水。對(duì)水的要求詳見下表(2-1)表2-1水質(zhì)要求表水質(zhì)內(nèi)容顏色透明度味道總?cè)芙恹}PH值有機(jī)物（高錳酸鉀耗氧量）理想狀態(tài)無(wú)色透明無(wú)沉淀無(wú)味150-200mg/L6.8-7.20-3mg/L水質(zhì)內(nèi)容鐵鹽(以計(jì)）錳鹽(以計(jì))氨態(tài)(計(jì))氯化(以計(jì))游離氯理想狀態(tài)<0.3mg/L<0.1mg/L020-60mg/L<0.1mg/L釀造啤酒的另一個(gè)重要原料就是酒花。作為啤酒工業(yè)的原料開始使用于德國(guó)。使用的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麥汁的能力。酒花的主要成分有：-酸（學(xué)名HUmulone)和B-酸（學(xué)名Lupulone)及未定性的B-組分(B-Fraction),以及酒花油和多酚物質(zhì)。酒花又稱啤酒花，英文名稱“HOP”，其實(shí)它的真正學(xué)名應(yīng)為Humuluslupulus。這種植物雌雄異株，只有雌株才能結(jié)出花朵。它將自身的苦味物質(zhì)，單寧，酒花油和礦物質(zhì)賦予了啤酒，增強(qiáng)了啤酒的防腐能力，使啤酒具有芳香，安神和調(diào)節(jié)整個(gè)人體新陳代謝的功能，并且使啤酒的泡沫潔白，細(xì)膩，持久。因此可以說(shuō)，大麥和啤酒和共同構(gòu)成了啤酒的靈魂。酵母是生產(chǎn)所有酒類不可缺少的物質(zhì)，酵母的種類很多，啤酒酵母的學(xué)名：Saccharomycescerevisiae，根據(jù)Loder分類，酵母有39屬，350種。啤酒釀造中酵母主要起的作用就是降糖，產(chǎn)生二氧化碳和酒精。但不是所有的酵母都可以用來(lái)釀酒，用來(lái)釀制啤酒的酵母大部分是經(jīng)過(guò)人工培養(yǎng)的專用酵母，稱之為啤酒酵母。啤酒酵母又可分為上面發(fā)酵酵母和下面發(fā)酵酵母。用上面發(fā)酵酵母釀造的啤酒，在發(fā)酵過(guò)程中，溫度比較高，發(fā)酵時(shí)間比較短，發(fā)酵完畢以后，酵母大多漂浮在上面。一般來(lái)講，Ale,Stout這些種類的啤酒大多采用此種酵母。相反，使用下面發(fā)酵酵母在釀制啤酒的發(fā)酵過(guò)程中，溫度比較低，發(fā)酵時(shí)間比較長(zhǎng)，發(fā)酵完畢之后，酵母大多沉聚在底部，像PilsnerBeer,MunichBeer這一類的著名啤酒，大多采用此種酵母進(jìn)行發(fā)酵。值得一提的是，用來(lái)釀酒的酵母，均含有大量的蛋白質(zhì)和多種氨基酸，維生素以及礦物質(zhì)，特別是核酸，更具有抗老防衰的獨(dú)特作用。2.3麥汁的制備主要過(guò)程有原料粉碎，糖化，醪液過(guò)濾，麥汁煮沸，麥汁后處理等幾個(gè)過(guò)程。啤酒是發(fā)酵后直接飲用的飲料酒，因此麥汁的顏色，芬香味、麥汁組成有一些會(huì)影響啤酒的風(fēng)味、有一些影響發(fā)酵、最終也影響啤酒的風(fēng)味[4]。麥汁組成中影響發(fā)酵的主要因子是：原麥汁濃度、溶氧水平、pH值、麥汁可發(fā)酵性糖含量、-氨基酸、麥汁中不飽和脂肪酸含量等。2.4主要工藝方法2.4.1糖化工藝糖化的主要方法：煮出糖化法，浸出糖化法，雙醪糖化法，分級(jí)糖化法。本設(shè)計(jì)采用二次煮出糖化法，特點(diǎn)：顏色色澤淡黃，泡沫豐富持久具有特殊味道。其可以補(bǔ)救一些麥芽溶解不良的缺點(diǎn)，當(dāng)部分醪液加熱至煮沸是，利用熱力作用，促進(jìn)物料的溶解，使溶液徹底糊化，便于淀粉酶的作用，以提高浸出物收得率。而且其靈活性比較大，適用于處理各種性質(zhì)的麥芽和制造各種類型的啤酒。用淡色麥芽采用此法制造淡色貯藏啤酒是比較普遍的。則二次煮出糖化法的糖化曲線：圖2-2糖化工藝曲線曲線的說(shuō)明：（1）輔助原料與部分麥芽粉在糊化鍋中與水混合，并升溫煮沸糊化。與此同時(shí)麥芽與水分在糖化鍋內(nèi)混合，52度保溫，進(jìn)行蛋白質(zhì)休止。（2）采用兩段式糖化溫度，提高可發(fā)酵性糖含量糖化溫度為63度，此溫度下糖化，麥芽中核苷酸、內(nèi)切肽酶及β-淀粉酶均有活性，促進(jìn)了核酸分解（形成核苷酸、及嘌呤、嘧啶）；內(nèi)切肽酶還有一定活性，可補(bǔ)充蛋白質(zhì)的分解，形成較多的可溶性氮；有利于形成較多的可發(fā)酵性糖。（3）第二段糖化，主要發(fā)揮-淀粉酶的催化作用，提高麥汁收率。此段要分醪煮沸至100度，在回到糖化對(duì)醪，最后升溫至78度時(shí)糖化結(jié)束。2.4.2發(fā)酵工藝?yán)鋮s后的麥汁添加酵母以后，便是發(fā)酵的開始，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程可以分為：酵母恢復(fù)階段，有氧呼吸階段，無(wú)氧呼吸階段。酵母接種后，開始在麥汁充氧的條件下，恢復(fù)其生理活性，以麥汁中的氨基酸為主要的氮源，可發(fā)酵性糖為主要的碳源，進(jìn)行呼吸作用，并從中獲取能量而發(fā)生繁殖，同時(shí)產(chǎn)生一系列的代謝副產(chǎn)物，此后便在無(wú)氧的條件下進(jìn)行酒精發(fā)酵。酵母恢復(fù)階段：酵母細(xì)胞膜的主要組成物質(zhì)是甾醇，當(dāng)酵母在上一輪繁殖完畢后，甾醇含量降的很低，因此當(dāng)酵母再次接種的時(shí)候，首先要合成甾醇，產(chǎn)生新的細(xì)胞膜，恢復(fù)滲透性和進(jìn)行繁殖甾醇的生物合成主要在不飽和脂肪酸和氧的參與下進(jìn)行，合成代謝的主要能量來(lái)源由暫儲(chǔ)藏細(xì)胞內(nèi)的肝糖和海藻糖提供。在次階段，酵母細(xì)胞基本不繁殖，所謂的酵母停滯期。一旦細(xì)胞膜形成，恢復(fù)滲透性，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入，酵母立即吸收糖類提供的能量，肝糖再行積累，供下一次接種使用。有氧呼吸階段：此階段主要是指酵母細(xì)胞以可發(fā)酵糖為主要能量來(lái)源，在氧的作用下進(jìn)行繁殖。無(wú)氧呼吸階段：在此發(fā)酵過(guò)程中，絕大部分可發(fā)酵糖被分解成乙醇和二氧化碳。這些糖類被酵母吸收，進(jìn)行酵解的順序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麥芽糖，麥芽三糖。本設(shè)計(jì)采用的是下面發(fā)酵工藝。表2-2主發(fā)酵現(xiàn)象和要求[5發(fā)酵階段外觀狀態(tài)和要求酵母繁殖期麥汁添加酵母8-16個(gè)小時(shí)以后，液面上出現(xiàn)二氧化碳小氣泡，逐漸形成白色的，乳脂狀的泡沫，酵母繁殖20小時(shí)以后立即進(jìn)入主發(fā)酵槽。泡期還槽4-5小時(shí)后，在麥汁表面逐漸出現(xiàn)更多的泡沫，由四周漸漸向中間，潔白細(xì)膩，厚而緊密，如花菜狀，有二氧化碳小氣泡上涌，并且?guī)С鲆恍┪龀鑫?。高泡期發(fā)酵后2-3天，泡沫增高，形成隆起，并因酒內(nèi)酒花樹脂和蛋白質(zhì)-單寧復(fù)合物開始析出而逐漸變?yōu)樽攸S色，此時(shí)為發(fā)酵旺盛期，需要人工降溫，但是不能太劇烈，以免酵母過(guò)早沉淀，影響發(fā)酵作用。落泡期發(fā)酵5天以后，發(fā)酵力逐漸減弱，二氧化碳?xì)馀轀p少，泡沫回縮，酒內(nèi)析出物增加，泡沫變?yōu)樽睾稚?。泡蓋形成期發(fā)酵7-8天后，泡沫回縮，形成泡蓋，撇去所析出的多酚復(fù)合物，酒花樹脂，酵母細(xì)胞和其他雜質(zhì)，此時(shí)應(yīng)大幅度降溫，使酵母沉淀。后發(fā)酵以及儲(chǔ)藏：麥汁經(jīng)主發(fā)酵后的發(fā)酵液叫嫩啤酒，此時(shí)酒的二氧化碳含量不足，雙乙酰，乙醛，硫化氫等揮發(fā)性物質(zhì)沒(méi)有減低到合理的程度，酒液的口敢不成熟，不適合飲用。大量的懸浮酵母和凝結(jié)析出的物質(zhì)尚未沉淀下來(lái)，酒液不夠澄清，一般還要幾個(gè)星期的后發(fā)酵和貯酒期，啤酒的成熟和澄清均在后發(fā)酵和貯酒期。發(fā)酵工藝曲線：2.5廠址選擇的地點(diǎn)及條件2.5.1地理位置哈爾濱位于東經(jīng)125°42′-130°10′，北緯44°04′-46°40′，是黑龍江省會(huì)，是東北地區(qū)北部最大的中心城市，也是中國(guó)省轄市中面積最大、人口居第二位的特大城市（僅次于成都）。2.5.2氣候哈爾濱的氣候?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，特點(diǎn)是四季分明，春季山野披綠、滿城丁香；夏季清涼宜人、休閑避暑；秋季秋高氣爽、層林盡染；冬季銀裝素裹、雪韻冰情。冬季1月平均氣溫約零下19度；夏季7月的平均氣溫約23度。全年平均降水量569.1毫米，夏季占全年降水量的60%。2.5.3地形哈爾濱市區(qū)及雙城市、呼蘭區(qū)地域平坦、低洼，東部10縣（市）多山及丘陵地。東南臨張廣才嶺支脈丘陵，北部為小興安嶺山區(qū)，山勢(shì)不高，河流縱橫，平原遼闊。第3章物料衡算3.1糖化車間物料衡算啤酒廠糖化車間的物料平衡計(jì)算主要項(xiàng)目為原料（麥芽、大米）和酒花用量，熱麥汁和冷麥汁量，廢渣量（糖化槽和酒花槽）等。3.1.1糖化車間工藝流程根據(jù)我國(guó)啤酒生產(chǎn)現(xiàn)況，有關(guān)生產(chǎn)原料配比、工藝指標(biāo)及生產(chǎn)過(guò)程的損失等數(shù)據(jù)如表2-3所示。圖3-1啤酒廠糖化車間工程流程示意圖3.1.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)根據(jù)表2-2的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行100kg原料生產(chǎn)11°淡爽啤酒的物料計(jì)算，然后進(jìn)行100L11°淡色啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行150000t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計(jì)算。

表3-1啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目名稱百分比﹪說(shuō)明定額指標(biāo)原料利用率98麥芽水分6大米水分12無(wú)水麥芽浸出率78無(wú)水大米浸出率90原料配比麥芽70大米30損失率冷卻損失7發(fā)酵損失2對(duì)熱麥汁而言過(guò)濾損失1裝瓶損失2總損失率啤酒總損失率12對(duì)熱麥汁而言3.1.3100kg原料的物料衡算1.100kg原料：根據(jù)表1可得到原料收得率分別為：原料麥芽收得率為：原料大米收得率為：混合原料收得率為：由上述可得100kg混合料原料可制得的11°熱麥汁量為：又知11°麥汁在20℃時(shí)的相對(duì)密度為1.0442，而100℃熱麥汁比20℃時(shí)的麥汁體積增加1.04倍，故熱麥汁（100℃）體積為：2.冷麥汁量為：3.發(fā)酵液量為：4.過(guò)濾酒量為：5.成品啤酒量為：3.1.4100L啤酒的物料衡算根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)11°淡爽啤酒583.27L，故可得下述結(jié)果：1.生產(chǎn)100L11°淡爽啤酒需耗混合原料量為：2.麥芽耗用量為：3.大米耗用量為：4.酒花耗用量：對(duì)淡爽啤酒，熱麥汁中加入的酒花量為0.2%，故酒花耗用量為：5.熱麥汁量為：6.冷麥汁量為：7.發(fā)酵液量：8.過(guò)濾酒量：9.成品酒量：10.濕糖化糟量設(shè)啤酒廠排出的濕麥芽糟水分含量為80%，則：濕麥芽糟量為：濕大米糟量為：故濕糖化糟量為：11.酒花糟量設(shè)麥汁煮沸過(guò)程中酒花浸出率為40%，且酒花糟水分含量為80%，則酒花糟量為：3.1515000t/a11°淡爽啤酒釀造車間物料衡算表設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化8次，共計(jì)200天，而淡季則每天糖化4次，共計(jì)100天，則總的糖化次數(shù)為2000次每年。把上述的有關(guān)啤酒糖化生產(chǎn)車間的三項(xiàng)物料衡算計(jì)算結(jié)果整理成物料衡算表，見表3-2：

表3-2啤酒廠釀造車間物料衡算表物料名稱單位對(duì)100kg混合原料100L11°淡色啤酒糖化一次定額量150000t/a啤酒生產(chǎn)混合原料kg10017.1413059.8826.12×106大麥kg7012.009141.9216.46×106大米kg305.143917.967.05×106酒花kg1.340.23174.723.15×105熱麥汁L666.35114.2183812.8216.76×107冷麥汁L619.71106.2277945.9615.59×107濕糖化糟kg85.5814.6711176.6522.35×106濕酒花糟kg4.020.69524.161.05×105發(fā)酵液L607.32104.1076387.0015.28×107過(guò)濾酒L595.17103.0675623.1315.12×107成品啤酒L583.27101.0074110.6714.82×107備注：11°淡色啤酒的密度為1011kg/m3，實(shí)際年產(chǎn)啤酒150032t3.2糖化車間的熱量衡算二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工藝，下面就以此為基準(zhǔn)進(jìn)行糖化車間的熱量衡算。工程流程示意圖如圖3-2所示，其中的投料量為糖化一次的用料量（計(jì)算參表3-2）圖3-2啤酒廠糖化工藝流程圖3.2.1糖化用水耗熱量1.根據(jù)工藝，糊化鍋加水量為：式中，3917.96為糖化一次大米粉量，783.59為糊化鍋加入的麥芽粉量（為大米量的20%），4.5為加水比。2.糖化鍋加水量為：式中，8358.33為糖化一次糖化鍋投入的麥芽粉量，即9141.92-783.59=8358.33(kg)而9141.92為糖化一次麥芽定額量，3.5為加水比。3.糖化總用水量為：（3-1）自來(lái)水的平均溫度取t1=18℃,而糖化配料用水溫度t2=50℃,故耗熱量為：（3-2）3.2.2第一次米醪煮沸耗熱量1.由糖化工藝流程圖（圖3-2）可知，（3-3）2.糖化鍋內(nèi)米醪由初溫t0加熱到100℃的耗熱量（3-4）(1)計(jì)算米醪的比熱容G米醪根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。式中W為含水百分率；C0為絕對(duì)谷物比熱容，取C0=1.55kJ/(kg?K).（3-5）(2)米醪的初溫t0設(shè)原料的初溫為18℃，而熱水為50℃，則（3-6）(3-3)把上述結(jié)果代入（3-4）式中，得：3.煮沸過(guò)程蒸汽帶出的熱量Q22設(shè)煮沸時(shí)間為40min，蒸發(fā)量為每小時(shí)5%，則蒸發(fā)水量為：（3-7）故：（3-8）式中，I為煮沸溫度（約為100℃）下水的汽化潛熱（kJ/kg）4.熱損失Q23米醪升溫和第一次煮沸過(guò)程的熱損失約為前兩次的耗熱量的15%，即：(3-9)由上述結(jié)果得：(3-10)3.2.3第二次煮沸前混合醪升溫至70℃的耗熱量按照糖化工藝，來(lái)自糊化鍋的煮沸的米醪與糖化鍋中的麥醪混后溫度應(yīng)為63℃，故混合前米醪先從100℃冷卻到中間溫度t01.糖化鍋中麥醪中的t麥醪已知麥芽初溫為18℃，用50℃的熱水配料，則麥醪溫度為：(3-11)(3-1)（3-13）2.根據(jù)熱量衡算，且忽略熱損失，米醪與麥醪混合前后的焓不變，則米醪的中間溫度為：（3-14）（3-15）（3-16）3.計(jì)算Q3（3-17）3.2.4第二次煮沸醪的耗熱量由糖化工藝流程可知：（3-18）1.混合醪升溫至沸騰所耗熱量Q41（1）經(jīng)第一次煮沸后米醪量為：（3-19）糖化鍋的麥芽醪量為：（3-20）故進(jìn)入第二次煮沸的混合醪量為：（3-21）（2）根據(jù)工藝，糖化結(jié)束醪溫為78℃，抽取混合醪的溫度為70℃，則送到第二次煮沸的混合醪量為：（3-22）（3）麥醪的比熱容（3-23）混合醪比熱容：（3-24）（4）故（3-25）2.二次煮沸過(guò)程蒸汽帶走的熱量Q42煮沸時(shí)間為10min，蒸發(fā)強(qiáng)度5%，則蒸發(fā)水分量為：（3-26）式中，I為煮沸溫度下飽各蒸汽的焓（kJ/kg）3.熱損失Q43根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有：（3-27）4.把上述結(jié)果代入公式（27）,得（3-28）3.2.5洗槽水耗熱量設(shè)洗槽水平均溫度為80℃，每100Kg原料用水450Kg，則用水量為故（3-29）3.2.6麥汁煮沸過(guò)程耗熱量（3-30）1.麥汁升溫至沸點(diǎn)耗熱量Q61由表3-2啤酒廠釀造車間物料衡算表可知，100kg混合原料可得到666.35kg熱麥汁，并設(shè)過(guò)濾完畢麥汁溫度為70℃，則進(jìn)入煮沸鍋的麥汁量為：故（3-31）2.煮沸過(guò)程蒸發(fā)耗熱量Q62煮沸強(qiáng)度10%，時(shí)間1.5h，則蒸發(fā)水分為故（3-32）3.熱損失為（3-33）4.把上述結(jié)果代入上式得出麥汁煮沸總耗熱（3-44）3.2.7糖化一次總耗熱量（3-35）3.2.8糖化一次耗用蒸汽量使用表壓0.3MPa的飽和蒸汽，I=2725.3KJ/Kg,則：（3-36）式中，i為相應(yīng)冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；η為蒸汽的熱效率，取η=95%。3.2.9每小時(shí)最大蒸汽耗量在糖化過(guò)程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量Q6為最大，且已知煮沸時(shí)間為90min熱效率為95%，故（3-37）相應(yīng)的最大蒸汽耗量為：(3-38)3.2.10蒸汽單耗據(jù)設(shè)計(jì)，每年糖化次數(shù)為2000次，總共生產(chǎn)啤酒150000t.年耗蒸汽總量為：每噸啤酒成品耗蒸汽（對(duì)糖化）：每晝夜耗蒸汽量（生產(chǎn)旺季算）為：至于糖化過(guò)程的冷卻，如熱麥汁被冷卻成熱麥汁后才送井發(fā)酵車間，必須盡量回收其中的熱量。最后若需要耗用冷凍水，則在以下“耗冷量計(jì)算”中將會(huì)介紹最后，把上述結(jié)果列成熱量消耗綜合表，如表3-3。表3-3啤酒廠糖化車間總熱量衡算表名稱規(guī)格（MPa）每噸消耗定額（kg）每小時(shí)最大用量（kg/h）每晝夜消耗量（kg/d）每年消耗量（kg/a）項(xiàng)目0.3（表壓）515.4114737.84309245.7677311440.03.3發(fā)酵車間的水耗量計(jì)算主要包括糖化用水洗槽用水沉淀槽冷卻用水麥汁薄板冷卻器冷卻用水1.糖化用水根據(jù)熱量衡算可知，糖化一次用水量為50411.14kg，糖化用水時(shí)間設(shè)為0.25小時(shí)，則每小時(shí)最大用水量為2.洗槽用水根據(jù)熱量衡算可知，糖化一次用水量為58769.46Kg設(shè)洗槽用水時(shí)間為1.5小時(shí)，則每小時(shí)洗槽用水最大量為3.糖化室洗刷用水一般糖化室設(shè)備洗刷用水每糖化一次，用水約60噸，用水時(shí)間為2小時(shí)，因此洗刷最大用水量為4.沉淀槽冷卻用水(冷卻時(shí)間為1小時(shí))熱麥汁放出熱量：熱麥汁比重：熱麥汁含量：熱麥汁比熱：，熱麥汁溫度：冷卻水溫度：t1=18℃t2=45℃冷卻水比熱：C=1kJ/(kg.℃)5.沉淀槽洗刷用水每次洗刷用水3.5噸，沖洗時(shí)間為0.5小時(shí)，則每小時(shí)最大用水量為6.麥汁冷卻器冷卻用水麥汁冷卻時(shí)間為1小時(shí)，麥汁冷卻溫度為55℃→6℃。分兩階段冷卻，第一段，麥汁溫度55℃→25℃，冷卻水溫18℃→30℃。冷卻用水量：麥汁放熱量：式中麥汁量：麥汁比熱：麥汁溫度：水的比熱：冷卻水溫度：7.麥汁冷卻器沖刷用水設(shè)沖刷一次，用水4噸，用水時(shí)間為0.5小時(shí)，則最大用水量為3.4發(fā)酵車間的耗冷量衡算啤酒發(fā)酵工藝有上面發(fā)酵和下面發(fā)酵兩大類，而后者有傳統(tǒng)的發(fā)酵槽發(fā)酵和錐形罐發(fā)酵等之分。不同的發(fā)酵工藝，其耗冷量也隨之改變。下面以目前我國(guó)應(yīng)用最普遍的錐形罐發(fā)酵工藝進(jìn)行150000t/a啤酒廠發(fā)酵車間的耗冷量計(jì)算[5]。3.4.1發(fā)酵工藝流程94℃熱麥汁→冷麥汁（6℃）→錐形發(fā)酵罐→過(guò)濾冷卻至-1℃→貯酒→過(guò)濾→清酒罐3.4.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)110淡爽啤酒150000t；旺季每天糖化8次，淡季每天糖化4次，每年共糖化2000次；主發(fā)酵時(shí)間6天；4鍋麥汁裝一錐形罐；110Bx麥汁比熱容C1=4.0kJ/(kg?K)；冷媒用15％酒精溶液，比熱容可視作C2=4.18kJ/(kg?K)；麥芽糖厭氧發(fā)酵熱q=613.6kg/kJ；麥汁發(fā)酵度60％。根據(jù)發(fā)酵車間耗冷性質(zhì)，可分工藝耗冷和非工藝耗冷兩類，既：3.4.3工藝耗冷量Qt1.麥汁冷卻耗冷量根據(jù)表3-2啤酒生產(chǎn)物資資料衡算表，可知每糖化一次需熱麥汁83812.82L，而相應(yīng)密度為1048Kg/m3，故麥汁量為：又知110麥汁的比熱容為4.0kJ/(kg?K),工藝要求在1h內(nèi)完成冷卻過(guò)程，則所耗冷量為：式中t1和t2-分別為麥汁冷卻前后溫度（0C）根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，每個(gè)錐形發(fā)酵罐裝4鍋麥汁，則麥汁冷卻每罐冷量為：相應(yīng)的冷凍介質(zhì)（2℃的冷水）耗量為：式中t1’和t2’－分別是冷凍水的初溫和終溫（oC）Cw－水的比熱容[kJ/(kg·K)]2.發(fā)酵耗冷量(1)發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q21假定麥汁固形均為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵房熱量為613.6KJ/Kg。設(shè)發(fā)酵度為60%，則1L麥汁放熱量為：根據(jù)物料衡算，每鍋麥汁的冷麥汁量為77945.92L,則每錐形罐發(fā)酵放熱量為：由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時(shí)間為6天，每天糖化8鍋麥汁（旺季），并考慮到發(fā)酵放熱不平衡，取系數(shù)1.5,忽略主發(fā)酵的升溫，則發(fā)酵高峰時(shí)期耗冷量為：(2)發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗Q22主發(fā)酵后期發(fā)酵液溫度從6℃緩慢降到-1℃。每天單罐降溫耗冷量為：工藝要求此過(guò)程在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝1.5個(gè)錐形罐）：(3)發(fā)酵總耗冷量Q2(4)每酵用冷媒耗量Q0(5)發(fā)酵用冷媒耗（循環(huán)量）M2發(fā)酵全過(guò)程冷卻用稀酒精液作冷卻介質(zhì)，進(jìn)出口溫度為-8℃和0℃，故耗冷媒量為3.酵母洗滌耗冷量在錐形罐啤酒發(fā)酵過(guò)程，主發(fā)酵結(jié)束時(shí)要排放部分酵母，經(jīng)洗滌活化后重復(fù)用于新麥汁的發(fā)酵，一般可重復(fù)使用5—7次。設(shè)濕酵母添加量為麥汁量的1.0%，且使用1℃的無(wú)菌水洗滌，洗滌無(wú)菌水量為酵母量的3倍[6]。冷卻前無(wú)菌水溫30℃。用-8℃的酒精液作冷地介質(zhì)。由上述條件，可得無(wú)菌水用量為：每班無(wú)菌水用量：假定無(wú)菌水冷卻操作在2h小時(shí)內(nèi)完成，則無(wú)菌水冷卻耗冷量為：所耗冷介質(zhì)為：式中，t1和t2—冷凍酒精液熱交換前后的溫度，分別為-8℃和0℃。每罐用于酵母洗滌的耗冷量為：式中1.5—每班裝罐1.5罐。4.酵母培養(yǎng)耗冷量根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，每月需進(jìn)行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為12d，即288h。根據(jù)工廠實(shí)踐，年產(chǎn)150000t啤酒培養(yǎng)耗冷量為209000（kJ/h），則對(duì)應(yīng)的年冷耗量為：相應(yīng)的高峰冷凍介質(zhì)循環(huán)量為：5.發(fā)酵車間工藝耗冷量綜上計(jì)算，可算出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為：3.4.4非工藝耗冷量除了上述的發(fā)酵過(guò)程工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械、維護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等均會(huì)耗用或散失冷量，構(gòu)成所謂的非工藝耗冷量，現(xiàn)分別介紹。1.露天錐形罐冷量散失錐形罐啤酒發(fā)酵工廠幾乎都把發(fā)酵罐置天露天，由于太陽(yáng)輻射，對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)等造成冷量散失。通常，這部分的冷量由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)戤a(chǎn)15萬(wàn)噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在36000-80000kJ/t啤酒之間，若在南方亞熱地區(qū)設(shè)廠，可取高值。故旺季每天耗冷量為：式中，Gb—旺季成品啤酒日產(chǎn)量（t）若白天日曬高峰耗冷為平均每小時(shí)耗冷量的2倍，則高峰耗冷量為：冷媒（-8℃稀酒精）用量：2.清酒罐、過(guò)濾機(jī)及管道等散失冷量因涉及的設(shè)備、管路很多，若按前面介紹的公式計(jì)算，十分繁雜，故啤酒廠設(shè)計(jì)時(shí)往往根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)選取。通常，取，所以：冷媒（-8℃稀酒精）用量3.4.5發(fā)酵車間冷量衡算歸納將上述計(jì)算結(jié)果，整理后可得150000t/a啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表，如表3-4所得表3-4啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表耗冷分類耗冷項(xiàng)目每小時(shí)耗冷量（kJ/h）冷媒用量（kJ/h）每罐耗冷（kJ）年耗冷量（kJ）工藝耗冷量麥汁冷卻Q130918214891171236728565.89×1010發(fā)酵耗冷Q257049317060224648531.60×1010無(wú)菌水冷卻Q328345884773779452.01×108酵母培養(yǎng)Q4209000625014630006.02×108工藝總耗冷Qt31981165145876356757.03×108非工藝耗冷量錐形罐冷損Q540000001196176875169.073.57×109管道等冷損Q6387774011476512587605.516.54×109非工藝總耗冷Qnt787774019462774.581.01×1010合計(jì)總耗冷Q39858905165339130.68.58×1010單耗571878kJ/t啤酒第4章啤酒生產(chǎn)主要設(shè)備的選擇與論證4.1主要設(shè)備的選型及計(jì)算4.1.1麥芽貯藏箱1.所需容積的計(jì)算每次投料量G=9141.92(Kg)麥芽容量γ=500(Kg/m2)有效容積系數(shù)=0.8所需要的容積為2.結(jié)構(gòu)采用方形的斜錐底，鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮，定箱內(nèi)尺寸為：A=4000mma=500mmAB=3000mmb=500mmHabBC=2000mmh=2000mmh總?cè)莘e為4.1.2麥芽粉貯藏箱1.所需容積的計(jì)算每次投料量G=9141.92kg麥芽粉比容C=2.560m3/t有效容積系數(shù)=0.7所需要的容積為2.結(jié)構(gòu)采用方形的斜錐底，鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮，定箱內(nèi)尺寸為：A=4000mma=700mmB=3000mmb=700mmH=2500mmh=2500mm總?cè)莘e為4.1.3大米貯藏箱1.所需容積的計(jì)算每次投料量G=3917.96kg大米容量=500kg/m2有效容積系數(shù)=0.8所需要的容積為2.結(jié)構(gòu)采用方形的斜錐底，鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮，定箱內(nèi)尺寸為：A=3000mma=600mmAB=2000mmb=600mmHabBhH=1600mmh=2000mmh總?cè)莘e為4.14.大米粉貯藏箱1.所需容積的計(jì)算每次投料量G=3917.96kg麥芽粉比容C=1.73m3/t有效容積系數(shù)=0.7所需容積2.結(jié)構(gòu)采用方形的斜錐底，鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)襯白鐵皮，定箱內(nèi)尺寸為：A=3000mma=600mmAB=2000mmb=600mmHabBhH=1600mmh=2000mh所需容積為4.1.5糖化鍋尺寸的計(jì)算糖化鍋用于麥芽淀粉及蛋白質(zhì)的分解，維持醪液在一定得溫度，使醪液進(jìn)行淀粉的糖化，以制備麥汁。（1）.鍋體形式為圓柱型鍋身球形鍋底，直徑與高之比為2:1（2）.加熱方式夾套間接蒸汽加熱，夾套的蒸汽壓力通常為0.3-0.6MPa（3）.材質(zhì)鍋體室用不銹鋼，夾套可用不銹鋼或普通鋼板查表得相對(duì)密度為1059kg/m3則糖化鍋有效容積為取糖化鍋充滿系數(shù)為0.8，則糖化總體積為糖化鍋其圓筒直徑D與高H之比為2:1，則則將以上數(shù)據(jù)整理并帶入得D=4.6m,H=2.3m4.1.6煮沸鍋尺寸的計(jì)算麥汁煮沸鍋是用于過(guò)濾后麥汁煮沸和加入酒花，使麥汁達(dá)到一定濃度的設(shè)備，擬采用內(nèi)加熱式煮沸鍋。（1）鍋體形式煮沸鍋圓柱形的器身，橢圓形封頭及封底。鍋身直徑與筒體高度之比為1.5:1-2:1，容量系數(shù)為65-75％，錐底角度應(yīng)小于或等于1400為宜（2）加熱方式外加熱器，殼層通入0.3-0.6MPa蒸汽進(jìn)行加熱（3）煮沸強(qiáng)度要求10％或更高（4）材質(zhì)鍋體一般宜用不銹鋼醪液量G=87024.51kg煮沸鍋內(nèi)麥汁濃度9.4度查表得，密度為1036kg/m3設(shè)煮沸鍋圓柱直徑為D,則圓柱部分高為,橢圓封頭及封底的高為則圓柱部分的高為2.85m，橢圓封頭及封底的高為1.42m。4.1.7回旋沉淀槽的尺寸計(jì)算回旋沉淀槽是圓柱形的器身，平底槽底及無(wú)折邊錐形封頭頂?；匦恋聿鄣柠溨繛椋?7500.58kg式中1036—為煮沸鍋中麥汁的密度，kg/m3—有效容積系數(shù)，0.8設(shè)過(guò)濾槽圓柱直徑為D,則圓柱高為,封頭頂?shù)捻斀菫?200，由體積公式：得D=6.4m,則圓柱高為3.2m。4.1.8板框過(guò)濾機(jī)糖化后麥汁量為87024.51kg設(shè)過(guò)濾需要2小時(shí)，則過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力為:4.1.9麥汁暫存罐作用：進(jìn)入煮沸鍋之前麥汁暫存，容積跟煮沸鍋一樣。4.1.10薄板換熱器尺寸計(jì)算薄板冷卻器：采用一段冷卻的方式，設(shè)麥汁進(jìn)回旋沉淀槽后的溫度為55℃，冰水的溫度為2℃。麥汁55oC升至8oC，冰水2oC升至40oC由Δt1=15oC，Δt2=6oC，則選用型號(hào)為RB0.9的薄板冷卻器，按人字型波紋形式，單臺(tái)換熱器的換熱面積最大。4.1.11發(fā)酵罐的尺寸計(jì)算1.發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為：t-發(fā)酵周期，（天）n-每天糖化的次數(shù)，（按旺季計(jì)算）A-每個(gè)發(fā)酵罐可容納的麥汁的批次數(shù)，（次）3-周轉(zhuǎn)量數(shù)則（1）錐角的確定錐角采用750，便于酵母沉降和排放。（2）冷卻方式的確定本次設(shè)計(jì)方式采用夾套冷卻，分成3段，對(duì)柱身進(jìn)行冷卻，而錐底部分采用冷卻層冷卻。（3）罐的保溫材料選擇選用經(jīng)濟(jì)的聚酰氨樹脂。（4）管的材料選擇選用不銹鋼作為發(fā)酵罐的材料，耐腐蝕且導(dǎo)熱系數(shù)小，罐體上各種接管均為不銹鋼。2.發(fā)酵罐尺寸的計(jì)算糖化一次發(fā)酵液的量為76387.0L，四鍋進(jìn)一罐。則發(fā)酵罐有效容積為：設(shè)填充系數(shù)=0.8則取徑高比為：D:H=1:4，錐角為750，，則將以上數(shù)據(jù)帶入公式，并整理得：D=4.4(m),H=4D=17.6(m)4.1.12清酒灌尺寸計(jì)算考慮到清酒罐需保存，一發(fā)酵罐酒入2個(gè)清酒罐，一天出3發(fā)酵罐酒，進(jìn)六個(gè)清酒罐，準(zhǔn)備3個(gè)備用，共設(shè)9個(gè)清酒罐。由于糖化四鍋進(jìn)一罐，一發(fā)酵罐進(jìn)兩個(gè)清酒罐,即：清酒罐有效容積為取有效容積系數(shù)=0.8，所以清酒罐體積設(shè)清酒罐的直徑為D，高為2D，圓形封頭高為。則：將以上數(shù)據(jù)帶入并整理得：D=4.95m，則高為9.90m，圓形封頭高為1.24m。4.2附屬設(shè)備設(shè)計(jì)與選型4.2.1啤酒過(guò)濾設(shè)備用途過(guò)濾啤酒，除去渾濁物、酵母細(xì)胞、殘?jiān)?。形式柱式硅藻土過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力及設(shè)備選擇設(shè)一罐啤酒40min過(guò)濾完連續(xù)生產(chǎn)每天最大需過(guò)濾啤酒選取ZIZ-II型自控螺旋柱式硅藻土過(guò)濾機(jī)，生產(chǎn)能力。4.2.3酵母的擴(kuò)培設(shè)備采用分級(jí)培養(yǎng)系統(tǒng)一個(gè)麥汁殺菌罐，一級(jí)，二級(jí)，三級(jí)擴(kuò)培罐各個(gè)組成。由于每罐麥汁量大約為305.55m3,固本設(shè)計(jì)取酵母接種細(xì)胞濃度18.75×106個(gè)/ml，每一級(jí)細(xì)胞培養(yǎng)后的濃度為75×106個(gè)/ml，各級(jí)擴(kuò)大比例為1:5，則三級(jí)擴(kuò)培：二級(jí)擴(kuò)培：一級(jí)擴(kuò)培：4.2.4CIP清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.CIP系統(tǒng)的設(shè)置（流量580ml/min）洗滌過(guò)程：清水噴淋10min，熱水噴淋洗滌10min，用（80℃，2%）熱堿水淋洗15min，熱水10min，清水10min，H2O2（2%）淋洗15min，用無(wú)菌水淋洗10min。2.洗滌水罐設(shè)置清水罐2個(gè)，堿水罐1個(gè)，熱水罐2個(gè)，H2O21個(gè)，無(wú)菌水罐1個(gè)。第5章重點(diǎn)設(shè)備(糊化鍋)的計(jì)算和選型5.1糊化鍋的容積計(jì)算糊化鍋采用的是圓柱形的器身，球形下頭和無(wú)折邊錐形上頭，頂角為120°，夾套內(nèi)置隔板加熱，60°角的攪拌器[9]。1070—糊化醪的密度(kg/m3)則—填充系數(shù)(0.8)由于是標(biāo)準(zhǔn)封頭，則設(shè)鍋圓柱部分的直徑為D，高為，即。得到D=3.6(m)H=1.8(m)5.2糊化鍋的厚度計(jì)算1.圓柱器身的厚度計(jì)算糊化鍋圓柱器身部分的糊化醪液量為：糊化鍋圓柱器身部分的液面高度為：則鍋壁承受的最大壓強(qiáng)為：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力P=0.112MPa，設(shè)計(jì)溫度t=200℃，圓柱內(nèi)徑為Di=3600mm。腐蝕裕量C2=1mm，柱體材料Q235-A，焊縫系數(shù)φ=1，查表[σ]t=105MPa，則筒體厚度為：設(shè)計(jì)厚度查《常用壓力容器手冊(cè)》表1-7-9，取鋼板負(fù)偏差C1=0.3mm，查得，δn=4，[σ]t沒(méi)有變化，故取柱體厚度為8mm，滿足要求。2.球形下封頭的厚度計(jì)算鍋底部受到的液體壓強(qiáng)為:圓柱體對(duì)底部的壓強(qiáng)為：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力P=0.131MPa，設(shè)計(jì)溫度為t=200℃，封頭內(nèi)徑Di=3600mm，腐蝕余量C2=1mm，封頭材料為Q235-A，焊縫系數(shù)φ=1，采用2：1標(biāo)準(zhǔn)封頭，查表[σ]t=105MPa，則球底下封頭的厚度為：設(shè)計(jì)厚度查表1-7-9，C1=0.5mm。取封頭名義厚度，δn=5mm，封頭有效厚度δe=2(δn－C)=7(mm)δe＞0.1%Di=3.2，符合實(shí)際要求。3.無(wú)折邊錐形上封頭的厚度計(jì)算腐蝕余量為C2=1mm，錐殼材料20R，焊縫系數(shù)φ=0.8，20R鋼材料[σ]t=133MPa,則無(wú)折邊錐形上封頭厚度:則設(shè)計(jì)厚度為查表1-7-9,C1=0.3。封頭有效厚度δe=8.0(mm)5.3糊化鍋的管徑計(jì)算1.氣升管徑的計(jì)算取氣升管的管口截面積為器身截面積的，則管徑的截面積為：則d=657(mm)2.排醪管徑計(jì)算設(shè)排醪時(shí)間為10min，在糊化鍋中的醪液量為24.2m3，則流量設(shè)流速v=1.5m/s，由則d=0.185(m)所以取排醪出口的直徑為185mm。3.進(jìn)料口管徑計(jì)算設(shè)進(jìn)料時(shí)間為10min，進(jìn)入糊化鍋的料量為3.1m3,則流量設(shè)流速v=1.5m/s，由則d=0.065(m)，所以取進(jìn)料口的直徑為65mm。4.加水管管徑的計(jì)算設(shè)加水時(shí)間為10min，在糊化是需要的加水量為21m3，則流量為設(shè)流速v=1.5m/s由則d=0.172(m)，所以取加水管的直徑為172mm。5.蒸汽進(jìn)出口管徑及冷凝水出口管徑計(jì)算蒸汽量為D=4573Kg/h，則流量Q=4.573m3/h，設(shè)流速為：v=0.4m/s由則d=0.069(m)，所以取蒸汽進(jìn)出口和冷凝水出口的直徑為80mm。5.4糊化鍋重計(jì)算糊化鍋的重量由上封頭、下封頭和圓柱器身的重量組成。圓柱形器身的表面積為：則無(wú)折邊錐形上封頭的表面積計(jì)算：則球形上封頭的表體積為：則糊化鍋的重量為：5.5法蘭選擇鍋底接管法蘭的最高無(wú)沖力工作壓力為0.2MPa，查表知糊化鍋容器法蘭的最大允許壓力為0.16Mpa。5.6支座的選擇糊化鍋選用A型耳式支座。進(jìn)入鍋的糊化醪的重量為25858.53(kg)則總重力為：支座允許載荷為266KN，設(shè)計(jì)為8個(gè)支座，則每個(gè)支座承重為32.2KN。有A、AN性耳式支座安裝尺寸表查得：高度H=200mm底板D1=160mmb2=105mmS1=50mm肋板D2=125mm地腳螺栓d=30mm規(guī)格為M24墊板厚度20mm安裝高度1m5.7CIP清洗管路的設(shè)計(jì)洗滌過(guò)程中，CIP流量為580ml/min，設(shè)流速v=2m/s，由則d=0.0785(m)所以取其管路的直徑為80mm。第6章啤酒三廢的處理6.1啤酒廠廢水的治理啤酒廠廢水主要來(lái)源有：麥芽生產(chǎn)過(guò)程的洗麥水、浸麥水、發(fā)芽降溫噴霧水、麥槽水、洗滌水、凝固物洗滌水；糖化過(guò)程的糖化、過(guò)濾洗滌水；發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐洗滌、過(guò)濾洗滌水；罐裝過(guò)程洗瓶、滅菌及破瓶啤酒；冷卻水和成品車間洗滌水；以及來(lái)自辦公樓、食堂、單身宿舍和浴室的生活污水。6.1.1好氧處理工藝啤酒廢水處理主要采用好氧處理技術(shù)，如活性污泥法、高負(fù)荷生物過(guò)濾法和接觸氧化法等。近年來(lái)，SBR和氧化溝處理工藝也得到了很大程度的應(yīng)用。1．接觸氧化工藝20世紀(jì)80年代初接觸氧化法比活性污泥法有一定的優(yōu)勢(shì)，所以在啤酒廢水的處理上得到了廣泛的應(yīng)用。由于啤酒廢水進(jìn)水CODc，濃度高，所以一般采用二級(jí)接觸氧化工藝。(1)日處理廢水2000m3/d，高峰流量200m3/h。(2)水質(zhì)：CODcr為1000mg/L；BOD5為600mg/L；SS為600mg/L。(3)出水水質(zhì)：CODcr≤60mg幾；BOD5≤10mg幾；SS≤30mg/L。采用接觸氧化工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活性污泥法，可以防止高糖含量廢水易引起污泥膨脹的現(xiàn)象，并且不用投配N、P營(yíng)養(yǎng)。用生物接觸氧化法，可以選擇的負(fù)荷范圍是1.0—1.5kSBODs/(1213.d)；用鼓風(fēng)曝氣，每去除lkgBOD5約需空氣80m3。[11]2．SBR工藝安徽某啤酒廠采用CASS工藝處理工程實(shí)例。該廠處理流量3500m3/d，進(jìn)水通過(guò)機(jī)械格柵，能有效地分離3mm以上的固體顆粒。然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，由于采用好氧處理不需添加任何化學(xué)藥劑。CASS法反應(yīng)池的容積一般包括選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)。水由污水提升泵直接提升到CASS的選擇區(qū)與回流污泥混合，選擇區(qū)不曝氣相當(dāng)于活性污泥工藝中的厭氧選擇器。在該區(qū)內(nèi)回流污泥中的微生物菌膠團(tuán)大量吸附廢水中的有機(jī)物，能迅速降低廢水中有機(jī)物濃度，并防止污泥膨脹。預(yù)反應(yīng)區(qū)采用限制曝氣，控制溶解氧在0.5mg/L，使反硝化過(guò)程得以進(jìn)行。主反應(yīng)區(qū)的作用是完成有機(jī)物的降解或氨氮的硝化。選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)的體積比為1:5:20，反應(yīng)池污泥回流比一般為30％-50％。工藝曝氣方式采用鼓風(fēng)曝氣，曝氣器選用可變微孔曝氣器。工藝中的撇水裝置采用旋轉(zhuǎn)式潷水器。該裝置主要由浮箱、堰口、支撐架、集水支管、集水總管(出水管)、軸承、電動(dòng)推桿、減速機(jī)、電機(jī)等部件組成。潷水器和整個(gè)工藝采用可編程序控制器(PLC)來(lái)進(jìn)行控制，主要根據(jù)時(shí)間、液位、撇水器位置等綜合控制各部