1、沈阳化工大学课程设计题 目：年产12万吨啤酒厂糖化车间的设计姓 名： 刘显锋 学 号： 09070106 院 （系）： 生物与制药工程学院 专 业： 生物工程 指导教师： 陈若飞 目录1、前言：32、啤酒生产工艺流程32.1、工艺流程32.2、麦芽制造32.3、麦汁制备32.4、啤酒发酵32.5、啤酒包装与成品啤酒.63、啤酒糖化工艺综述33.1、糊化、糖化33.2、过滤33.3、煮沸33.4、冷却34、120000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算34.1、糖化车间工艺流程示意图34.2、工艺技术指标及基础数据34.3、120kg原料（60%麦芽，40%大米）生产12P淡色啤酒的物料衡算34.4
2、、生产120L12P淡色啤酒的物料衡算34.5、120000t/a 12P淡色啤酒糖化车间物料衡算115、120000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算125.1、糖化一次总耗热量Q总135.2、糖化一次耗用蒸汽量D145.3、蒸汽单耗156、设计总结16参考文献171、前言：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（2.57.5，V/V）的各类熟鲜啤酒。啤酒品种很多，一般可根据生产方式，按产品浓度、啤酒的色泽、啤酒的消费对象、啤酒的包装容器、啤酒发酵所用的酵母菌等种类来分类。根据原麦汁浓度分类：啤酒酒标上的度数与
3、白酒上的度数不同，它并非指酒精度，它的含义为原麦汁浓度，即啤酒发酵进罐时麦汁的浓度。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。根据啤酒色泽分类：淡色啤酒色度在5-14EBC之间。淡色啤酒为啤酒产量最大的一种。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。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。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，苦味根据产品类型而有较大差
4、异。根据杀菌方法分类：鲜啤酒啤酒包装后，不经巴氏灭菌的啤酒。这种啤酒味道鲜美，但容易变质，保质期7天左右。熟啤酒经过巴氏灭菌的啤酒。可以存放较长时间，可用于外地销售，优级啤酒保质期为120天。根据包装容器分类：瓶装啤酒国内主要为640ml和355ml两种包装。国际上还有500ml和330ml等其他规格。易拉罐装啤酒采用铝合金为材料，规格多为355ml。便于携带，但成本高。桶装啤酒材料一般为不锈钢或塑料，容量为30升。啤酒经瞬间高温灭菌，温度为72C，灭菌时间为30秒。多在宾馆、饭店出现，并专门配有售酒机。由于酒桶内的压力，可以保持啤酒的卫生。2、啤酒生产工艺流程 啤酒生产分为两大部分：麦芽制造
5、和啤酒酿造。 2.1、工艺流程麦芽制造工艺流程： 原料（大麦）浸渍发芽干燥除根啤酒酿造工艺流程： 糖化用水洗糖用水 酒花 原料（麦芽，大米）粉碎糖化麦汁过滤麦汁煮沸 酵母 冲氧啤酒的生产过程大体可以分为四大工序：麦芽制造；麦汁制备；啤酒发酵；啤酒包装与成品啤酒。2.2、麦芽制造大麦是酿制啤酒的主要原料，是先将其制成麦芽，再用于酿酒。大麦在人工控制的外界条件下进行发芽和干燥的过程，即为麦芽制造，简称“制麦”。发芽后的新鲜麦芽称绿麦芽。绿麦芽经干燥后称干麦芽。麦芽制造过程如下： 大麦预处理浸麦发芽干燥除根成品麦芽传统的制麦过程分为三个阶段：（1）精选后的大麦，浸渍水中，使达到发芽所需要的水分，此阶
6、段为大麦浸渍。（2）浸渍后的大麦，在人工控制的条件下进行发芽，利用发芽过程形成的酶系,使大麦的内容物质进行分解，变为麦芽，此阶段为人工发芽。（3）发芽完毕的绿麦芽，利用热空气进行干燥和焙焦此阶段为麦芽焙燥。新型的制麦方法，常运用浸渍时充分供氧的理论，使大麦在浸渍吸水过程中，即开始萌芽。边浸渍，边发芽，使浸渍和发芽合为一个生产阶段，大大缩短了生产时间。大麦发芽的目的是使麦粒内部产生一定数量的水解酶，并利用这些水解酶，分解胚乳的贮藏物质，使其进行合理的降解。（1）胚乳细胞壁的部分或全部降解，使焙燥后的麦粒变得疏松，更易粉碎，内容物质更易溶出。（2）麦粒的胶质聚糖物质充分降解，使麦芽浸出物的粘度大大
7、降低。（3）胚乳的部分淀粉和蛋白质进行合理降解，形成一部分低分子水溶性物质，这些物质是组成麦汁的主要成分。 麦芽焙燥的作用是使绿麦芽的水分降低，发芽停止，便于去根和贮藏。但麦芽焙燥并不只是一个简单的水分蒸发过程，它还同时进行了复杂的生化变化，使焙燥后的麦芽具有独特的香味和色泽。麦芽焙燥系根据制造不同的麦芽类型，采取不同的焙燥方法，以适应酿制不同类型的啤酒。2.3、麦汁制备麦汁制备通常在工厂又称为糖化。麦芽及辅料必须经过这个过程，制成各种成分含量适宜的麦汁，才能由酵母发酵酿成啤酒。麦汁制造的全过程，可分为麦芽及辅料的粉碎、醪的糖化、过滤，以及麦汁煮沸、冷却五道工序。将粉碎的谷粒/麦芽于水在糊化锅
8、/糖化锅中混合。糊化锅/糖化锅是一个巨大的金属容器：匹配CIP清洗系统与加热系统、搅拌装置以及大量自控装置。在糊化锅/糖化锅中，将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性麦芽汁。麦芽汁在被泵入煮沸锅之前需要先在过滤槽中去除其中的麦糟。过滤后的麦汁进入煮沸锅后，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，除去不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。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，开始进入发酵工序。2.4、啤酒发酵冷麦芽汁添加酵母后，开始发酵作用。啤酒发酵是一项非常复杂的生化变化过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，其主
9、要变化产物是酒精和二氧化碳，另外还有一系列的发酵副产物，如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等。这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化性能，使啤酒具有其独特的典型性。不同的酿造者，由于采用了不同的酵母菌株，从而衍生出不同的发酵工艺和生产出不同类型的啤酒。传统的啤酒发酵方法，可分为上面发酵和下面发酵两种类型。前者采用上面酵母和较高的发酵温度；后者采用下面酵母和较低的发酵温度。这两种啤酒风味不同，各具特点。啤酒发酵过程分主发酵（又名前发酵）和后发酵两个阶段。酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的分解以及酵母的一些主要代谢产物，均在主发酵阶段完成。后发酵是前发酵的延续，必须在密闭容器中
10、进行，使残留糖分分解所形成的二氧化碳溶于酒内，达到饱和；并使啤酒在低温下陈酿，促进酒的成熟和澄清。由于科学技术的不断发展，啤酒发酵过程中的一些变化机制，正逐步为人们所掌握。为了缩短发酵周期，提高发酵设备利用率，人们在传统的发酵技术上，又创造了许多新型发酵方法，如搅拌发酵、高温发酵、加压发酵、连续发酵等，并且创造了多种新型发酵容器。2.5、啤酒包装与成品啤酒 啤酒经过后发酵或后处理，口味已经达到成熟，二氧化碳已经饱和酒内，酒液也已逐渐澄清，此时再经过机械处理，使酒内悬浮的轻微粒子最后分离，达到酒液澄清透明的的程度，即可包装出售。啤酒的包装方式系根据销售的需要而为，有瓶装啤酒，罐装啤酒和桶装啤酒。
11、 在包装啤酒之前，必须将啤酒澄清，啤酒的澄清系指啤酒与其所含的固体粒子分离的过程。啤酒在贮藏期间，因酵母逐渐沉降和部分不稳定的蛋白质-单宁复合物的析出、凝集、沉淀而逐步变得澄清。这种自然澄清的现象，主要由于固液相的不同相对密度而产生的，沉降速度较慢，只能使啤酒达到一定的澄清程度，对其中极轻微的粒子则很难在较短时间内完全沉淀下来。要使成品啤酒达到澄清透明，富有光泽的程度，则必须通过机械方法进行处理。这些机械澄清方法可以除去啤酒中的酵母和细菌以及微小的混浊物质粒子，不仅使啤酒外观富有吸引力，而且大大改善了啤酒的生物稳定性和非生物稳定性。啤酒机械澄清的方法分为：（1）啤酒过滤；（2）啤酒离心分离。啤
12、酒过滤就是让流体通过分离介质，使其中的固体从流体中分离出来。在酒中，一些具有较高表面活性的物质如蛋白质、酒花物质、色素物质、高级醇、酯类等都易被过滤介质吸附一定数量。其过滤方式有：滤棉过滤；硅藻土过滤；板式过滤。它们因其过滤介质不同而有各自的优缺点。但是我们在啤酒过滤过程中必须重点控制以下几个方面：（1）压力差；（2）过滤前后啤酒的混浊度；（3）菌含量（特别对无菌过滤要求而言）；（4）生物和非生物稳定性的试验；（5）啤酒损失；（6）二氧化碳含量的降低值；（7）含氧量的升高值；（8）助滤剂对风味影响的试验。啤酒的离心分离就是离心机中离心力将固体粒子从液体中分离出来。当啤酒澄清后，就该进行啤酒生产
13、的最后一道工序啤酒的包装，它对啤酒的质量和外观有直接的影响。在包装过程中应做到以下要求：（1）严格的无菌要求，包装后的啤酒应符合卫生标准；（2）在包装过程中应减少二氧化碳损失，以保证啤酒口味和泡沫性能；（3）在包装过程中应尽量避免与空气接触，防止因氧化作用而影响啤酒的风味稳定性和非生物稳定性。3、啤酒糖化工艺综述3.1、糊化、糖化糖化方法一般分为两种，即全麦芽啤酒的糖化方法和加辅料啤酒的糖化方法。根据糖化醪和糊化醪兑醪后，取部分醪液煮沸的次数，又分为双醪一次煮出糖化法或双醪二次煮出糖化法，其特点是：1.添加部分未发芽的谷物作为麦芽的辅助原料，其添加量在2030，最高可达到50，所采用的麦芽的酶
14、活性相对高一些。2.麦芽在糖化锅进行蛋白分解，辅助原料在糊化锅进行糊化和液化，然后兑醪，达到所需要的糖化温度。3.各类辅助原料在进行糊化时，一般要添加适量的淀粉酶使淀粉边糊化边液化，有利于对醪后的糖化作用。4.麦芽的蛋白分解时间应较为一般煮出糖化法长一些，避免低分子含氮物质含量不足。5.因辅助原料粉碎得较细，麦芽粉碎物应适当粗一些，尽量保持麦皮完整，防止麦芽汁过滤困难。6.本法制备的麦芽汁色泽浅，发酵度高，适合制造淡色贮藏啤酒。本设计将采用双醪一次煮出糖化法。3.2、过滤糖化结束后，应尽快地把麦芽汁和麦糟分开，以得到清凉和较高收得率的麦芽汁，避免影响半成品麦芽汁的色香味。因为麦糟中含有的多酚物
15、质，被浸渍时间长了，易给麦芽汁带来不良的苦涩味和麦皮味，麦皮中的色素浸渍时间长了，易增加麦汁的色泽，微小的蛋白质颗粒，可破坏泡沫的持久性。此过程用的设备是过滤槽。3.3、煮沸过滤后的麦汁，被泵入煮沸锅煮沸，其目的和作用是：1.蒸发多余水分，使混合麦芽汁通过煮沸、蒸发、浓缩到规定的浓度。2.破坏全部酶的活性，防止残余的淀粉酶继续作用，稳定麦汁组分。并通过煮沸，消灭麦芽汁中存在的各种有害微生物，保证最终产品的质量。3.浸出酒花中的有效成分（软树脂、单宁物质、芳香成分等），赋予麦芽汁独特的苦味和香味，提高麦芽汁的生物和非生物稳定性。4.使高分子蛋白质变性和凝固析出，提高啤酒的非生物稳定性。5.降低麦
16、芽汁的pH值，麦芽汁煮沸时，水中钙离子和麦芽中的磷酸盐起反应，使麦芽汁的pH值降低，利于球蛋白的析出和成品啤酒pH的降低，有利于啤酒生物和非生物稳定性的提高。6.还原物质的形成，在煮沸过程中，麦芽汁色泽逐步加深，形成了一些成分复杂的还原物质，如类黑素等。对啤酒的泡沫性能以及啤酒的风味稳定性和非生物稳定性的提高有利。7.挥发出不良气味，把具有不良气味的碳氢化合物，如香叶烯等随水蒸汽的挥发而逸出，提高麦芽汁质量。3.4、冷却煮沸定型后的麦芽汁，必须立即冷却，其目的是：1.降低麦芽汁温度，使之达到合适酵母的温度。2.使麦芽汁吸收一定量的氧气，以利于酵母的生长增殖。3.析出和分离麦芽汁的冷、热凝固物，
17、改善发酵条件和提高啤酒质量。4、120000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算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（糖化糟和酒花糟）等。4.1、糖化车间工艺流程示意图麦汁煮沸锅麦糟糊化粉碎麦芽，大米糖化过滤水、蒸汽薄板冷却器回旋沉淀槽热凝固物冷凝固物发酵车间图4-1 啤酒厂糖化车间工程流程示意图4.2、工艺技术指标及基础数据基础数据见表4-2表4-2 啤酒生产基础数据项 目名 称百分比（%）项 目名 称百分比（%）定 额 指 标原料利用率98.5原料配比麦芽70麦芽水分6大米50大米水分13啤酒损失率(对热麦汁)冷却损失7.5无水麦芽浸出率7
18、5发酵损失1.6无水大米浸出率92过滤损失1.5麦芽清净和磨碎损失0.1装瓶损失2.0总损失12.6根据上表的基础数据首先进行120kg原料生产12淡色啤酒的物料衡算，然后进行120L12淡色啤酒的物料衡算，最后进行120000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。4.3、120kg原料（60%麦芽，40%大米）生产12P淡色啤酒的物料衡算（1）热麦汁量 根据表5-1可得原料收率分别为： 麦芽收率为： 0.75（1206）120=71.25% 大米收率为： 0.92（12013）120=82.03% 混合原料收得率为： 0.6071.25%（10.1）+0.4082.03%98.5%=70.22
19、%由上述可得120kg混合原料可制得的12热麦汁量为：（70.2212）120=702.2（kg）又知12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）体积为：（702.21.084）1.04=673.7L（2） 添加酒花量： 702.20.2%=1.404kg（3） 冷麦汁量为： 673.7（10.075）=623.17L（4） 发酵成品液量： 623.17（10.016）=613.20L（5） 清酒量（过滤）为：613.20（10.015）=604.00L（6） 成品啤酒量为： 604.00（10.02）=591.92L4.4、生产12
20、0L12P淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，120kg混合原料可生产12成品啤酒591.92L，故可得出下述结果：生产120L12淡色啤酒需耗混合原料量为：（120591.92）120=24.33kg麦芽耗用量：24.3360%=14.60kg大米耗用量：24.3314.60=9.73kg酒花用量为 对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为： （673.7/591.92）1200.2%=0.2732kg（5） 热麦汁量为： （673.7/591.92）120=136.58L（6） 冷麦汁量为： （623.17/591.92）120=126.34L（7） 湿糖化糟量： 设排
21、出的湿麦糟水分含量为80%，则湿度糟量为：（10.06）（12075）/（12080）14.60=15.44kg 湿大米糟量为：（10.13）（12092）/（12080）7.78=4.74kg故湿糖化糟量为： 15.44+4.74=20.18kg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：（12040）/（12080）0.2276=0.455kg发酵成品液量：（613.20/591.92）120=124.31L（10）清酒量： （604.00/591.92）120=122.45L4.5、120000t/a 12P淡色啤酒糖化车间物料衡算全年生产天数为
22、300天，设旺季生产240天，淡季生产60天。旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则全年糖化次数为：2407+605=1980（次）计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。（1）年实际生产啤酒：1200000001.012=118577075.1L（2）清酒产量：118577075.1（10.02）=120997015.4L（3）发酵液总量：120997015.4（10.015）=122839609.6L（4）冷麦汁量：122839609.6（10.016）=124837001.6L（5）煮沸后热麦汁量：124837001.6（10.075）=134958920.6L 2
23、0麦汁体积：134958920.61.04=129768192.9L 12P麦汁质量为（20）：129768192.91.084=140.1106Kg （6）混合原料量：140.1106Kg 12%73.16%=22.98106Kg（7）麦芽耗用量：22.98106Kg 0.60=13.79106Kg 大米耗用量：（22.9811.54）106=11.44106Kg（8）酒花耗用量：134958920.60.2%=269917.84Kg根据经验估算，混合原料量定为22.98106Kg，实际产量才大于120000t啤酒。 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4-2
24、所示。表4-2 啤酒厂糖化车间物料衡算表物料名称单位对120kg混合原料120L 12P淡色啤酒糖化一次定额量120000t/a啤酒生产混合原料Kg12019.469747.47522980000麦芽Kg7011.685848.48913790000大米Kg507.783898.99011440000酒花Kg1.040.2276114.029269917.84热麦汁L673.7113.8257014.618134958920.6冷麦汁L623.17105.2852738.522124837001.6湿糖化糟Kg84.4216.438228.81816293060湿酒花糟Kg3.660.6833
25、42.088677333.66发酵成品液L613.20103.6051894.705122839609.6L清酒液L604.00102.0451116.285120997015.4成品啤酒L591.9212050093.959118577075.1备注：12P淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒为120997t。5、120000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算本设计采用国内常用的双醪一次煮出糖化法，下面就工艺为基准进行糖化车间的热量衡算。以下对糖化过程各步操作的热量分别进行计算：5.1、糖化一次总耗热量Q总糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为：G1=（3898.990+779.
26、80）4.5=21054.555kg式中，3898.990为糖化一次大米粉量，779.80为糊化锅加入的麦芽量（为大米量的20%）。糖化锅加水量为： G2=5068.693.5=17740.415kg式中，5068.69为糖化一次麦芽粉量，即（5848.489-779.8）kg，而5848.489为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：Gw=G1+G2=21054.555+17740.415=38794.97kg自来水平均温度取t1=18，而糖化配料用水温度t2=50，故耗热量为：Q1=（G1+G2）cw（t2-t1）=5189215.187kJ去发酵煮沸强度10%冷凝固物冷麦汁酒花糟热凝固物
27、薄板冷却器回旋沉淀槽90min酒花煮沸锅麦汁麦糟过滤70糖化结束7820min10min7min13min12min料水比1：4.5糖化锅热水，5070，25min5min自来水18糊化锅大米粉 3898.99kg麦芽粉 779.80kgt0（），20min麦芽粉 5068.69kg46.7， 60min料水比1：3.5t（）100，10min90 20min100，40min63，60min图5-1 啤酒厂糖化工艺流程示意图第一次米醪煮沸耗热量Q2由工艺流程图可知Q2=Q21+Q22+Q231. 糊化锅内米醪由初温t0加热至100耗热Q21Q21=G米醪c米醪（100-t0）（1） 计算米醪
28、的比热容c米醪根据经验公式c谷物=0.01（100-W）c0+4.18W进行计算。式中W为含水百分率；c0为绝对谷物比热容，取 c0=1.55kJ/（kgK）。c麦芽=0.01（100-6）1.55+4.186=1.708 kJ/（kgK）c大米=0.01（100-13）1.55+4.1813=1.891 kJ/（kgK） c米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+G1cw）/（G大米+G麦芽+ G1）=（3898.9901.891+779.81.708+21054.5554.18）（3898.990+779.8+21054.555）=3.758 kJ/（kgK）（2） 米醪的初温t0设原料的初温为18，而热水为50，则 t0=（G大米c大米+G麦芽c麦芽）18+G1cw50/ G米醪c米醪=47.12其中：G米醪=3898.990+779.8+G1=25733.345kg（3）把上述结果代回Q21=G米醪c米醪（100-t0），得Q21=25733.3453.758（100-47.12）=5113808.54
