年产万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计.docx
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年产万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计
《生物工程工厂设计》
课程设计报告
系别：
城市建设系
专业班级：
生物工程0701班
姓名：
学号：
指导教师：
魏崇喜
（课程设计时间：
2009年4月25日——2009年5月6日）
华中科技大学武昌分校
目录
一．课程设计目的…………………………………………………………………3
二．课程设计要求………………………………………………………………3
三．课程设计报告内容……………………………………………………………4
3.1 糖化车间工艺流程示意图……………………………………………………4
3.2工艺技术指标及基础数据……………………………………………………5
3.3100kg原料生产12°淡色啤酒的物料衡算…………………………………6
3.4生产100L12°淡色啤酒的物料衡算………………………………………8
3.510000t/a12°淡色啤酒酿造车间物料衡算表………………………………9
4.前、后发酵罐的计算…………………………………………………………12
4.1前发酵罐的计算………………………………………………………………12
4.2后发酵罐的计算………………………………………………………………13
4.3主要设备的选型………………………………………………………………14
五.工艺流程图（附图）
六.总结……………………………………………………………………………16
七.参考文献………………………………………………………………………17
一.课程设计目的
1.年产万吨啤酒厂糖化车间的物料衡算
2前后发酵的计算
3.绘制工艺流程图（1#图纸）
二．课程设计要求
1．物料衡算主要算出麦芽、大米和酒花用量，热、冷麦汁量和糖化糟、酒花糟量等。
画出糖化车间工艺流程示意图。
2．依据啤酒厂年计划生产品种分配表，确定前、后发酵罐的数量和体积。
3．物料流程图用1#图纸画出，并在图上画好物料流程线、组分，表明设备特性数据。
三.课程设计报告内容
3.1 糖化车间工艺流程示意图
图1 啤酒酿造所需设备
1：
原料贮仓
2：
麦芽筛选机
3：
提升机
4：
麦芽粉碎机
5：
糖化锅
6：
大米筛选机
7：
大米粉碎机
8：
糊化锅
9：
过滤槽
10：
麦糟输送
11：
麦糟贮罐
12：
煮沸/回旋槽
13：
外加热器
14：
酒花添加罐
15：
麦汁冷却器
16：
空气过滤器
17：
酵母培养及添加罐
18：
发酵罐
19：
啤酒稳定剂添加罐
20：
缓冲罐
21：
硅藻土添加罐
22：
硅藻土过滤机
23：
啤酒清滤机
24：
清酒罐
25：
洗瓶机
26：
罐装机
27：
啤酒杀菌机
28：
贴标机
29：
装箱机
3.2工艺技术指标及基础数据
根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产12°淡色啤酒的物料计算，然后进行100L12°淡色啤酒的物料衡算，最后进行10000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
表1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
无水麦芽
浸出率
75
原料配比
麦 芽
75
大 米
25
无水大米
浸出率
92
啤酒损失率（对热麦汁）
冷却损失
7.5
发酵损失
1.6
原料利用率
98.5
过滤损失
1.5
麦芽水分
6
装瓶损失
2.0
大米水分
13
总损失
12.6
3.3100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产12°淡色啤酒的物料衡算
（1）热麦计算 根据表1可得到原料收率分别为：
麦芽收率为：
75%×（100-6）%=70.5%
大米收率为：
92%×（100-12）%=80.04%
混合原料收得率为：
（0.75×70.5%+0.25×80.04%）98.5%=71.79%
由上述可计算出100kg混合料原料可制得的12°热麦汁量：
设100kg混合原料可制得的12
热麦汁量为
，则：
所以，100kg混合料原料可制得的12°热麦汁量为598.3（㎏）
根据山东大学·《啤酒酿造技术》P254页，
麦汁浓度（°P）
麦汁密度值
0（水）
1.000
1
1.004
2
1.008
……
……
公式：
12°P麦汁密度值=12×0.004+1
可知12°麦汁在20℃时的相对密度为1.048，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：
（598.3÷1.048）×1.04=593.7（L）
（2）冷麦汁量根据基础数据表中对热麦汁的冷却损失百分比，可以得到冷麦汁量为：
593.7×（1-0.075）=549.2（L）
（3）湿糖化槽量设排出的湿麦槽水分含量是80%，则湿糖化槽量为：
（100-75）×（1-0.06）×（100×0.75）/（100-80）=88.125（㎏）
又大米槽为：
（100-75）×（1-0.13）×（100×0.25）/（100-80）=8.7（㎏）
则湿糖化槽量为：
88.125+8.7=96.825（㎏）
（4）酒花耗用量酒花耗用量：
根据吴思方《发酵工厂工艺设计概论》，对浅色啤酒，热麦汁（㎏）中加入的酒花量为0.2%，故为：
598.3×0.2%=1.1966（㎏）
（5）湿酒花槽量设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花槽水分含量为80%，则湿酒花槽量为：
1.1966×（100-40）/（100-80）=3.59（㎏）
（6）发酵液量根据基础数据表中对热麦汁的发酵损失的百分比可得到发酵液量为:
549.2×（1-0.016）=540.4（L）
（7）过滤酒量根据基础数据表中队热麦汁的过滤损失的百分比可得到过滤液的量为：
540.4×（1-0.015）=532.3（L）
（8）成品啤酒量为：
同样，根据基础数据表中对热麦汁的装瓶损失的百分比可以得到成品酒
（即由574L热麦汁经冷却、发酵、过滤、罐装后得到）的量为：
532.3×（1-0.02）=521.7（L）
3.4生产100L12°淡色啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°淡色成品啤酒504.4L，故可得以下结果：
（1）生产100L12°淡色啤酒需耗混合原料量为：
（100/504.4）×100=19.83（kg）
（2）根据基础数据表里的原料配比可得麦芽耗用量为：
19.83×75%=14.87（kg）
（3）同样查表可得大米耗用量为：
19.83-14.87=4.96（kg）
（4）酒花耗用量：
根据吴思方《发酵工厂工艺设计概论》，对浅色啤酒，热麦汁（㎏）中加入的酒花量为0.2%，又知100㎏原料用酒花1.1966㎏，
则可设19.83㎏原料用的酒花量为x
则有：
∴
㎏
（5）热麦汁量根据100㎏的混合原料可生产100℃的12°热麦汁的体积可以得到100L淡色啤酒的热麦汁量为：
（593.7÷521.7）×100=113.80（L）
（6）冷麦汁量为：
（549.2÷521.7）×100=105.30（L）
（7）湿糖化糟量 设排出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[（1-0.06）（100-75）/（100-80）]×14.87=17.47（kg）
而湿大米糟量为：
[（1-0.13）（100-92）/（100-80）]×4.96=1.73（kg）
故湿糖化糟量为：
17.47+1.73=19.20（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：
[（100-40）/（100-80）]×0.237=0.711（kg）
3.510000t/a12°淡色啤酒酿造车间物料衡算表
∵厂年产生产计划为10000t/a，则各个季度的生产计划可以按下表的产量，这样的工作量比较合理，可以很好的满足旺季的需要，也可以在淡季的时候节省工作量：
季
度
占年产量
（%）
产量（t）
熟啤酒
鲜啤酒
合计
一
20
1000
1000
2000
二
30
1000
2000
3000
三
30
1000
2000
3000
四
20
1000
1000
2000
设生产旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，并设年生产300工作日，则每年总糖化次数为1500次。
由此可计算出每次投料量及其他项目的物料衡算。
（1）每次糖化可生产成品啤酒为:
10000÷（1500×1000）÷（1012×1000）=6587.62（L）
（12°淡色啤酒的密度为1012㎏/
）
（2）每次可生产的过滤酒的量
根据过滤损失可算出每次可生产的过滤酒的量为：
6587.62÷（1-0.02）=6722.06（L）
（3）发酵酒的量同样可以算出发酵酒的量为：
6722.06÷（1-0.015）=6824.43（L）
（4）冷麦汁量为：
6824.43÷（1-0.016）=6935.39（L）
（5）热麦汁的体积为：
6935.39÷（1-0.075）=7497.72（L）
（可疑）（6）热麦汁的质量为：
知12
麦汁在20℃时的相对密度为1.048，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故其质量为
（7）上面已经算出混合原料收得率为71.79%，且要制得12
啤酒，故混合原料量为：
（8）耗用麦芽量为：
1306.33
0.75=979.75（kg）
（9）耗用大米量为：
1306.33
0.25=326.58（kg）
（10）酒花耗用量为：
7497.72
0.2%=15.00（kg）
（11）湿酒花糟量为：
设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花槽水分含量为80%，则酒花糟量为：
15.00×（100-40）/（100-80）=45.00（㎏）
（12）湿糖化糟量为：
设排除的湿麦糟水分含量是80%，则湿糖化糟量为：
（100-75）×（1-0.06）×979.75/（100-80）=1151.21（㎏）
而湿大米糟为：
（100-92）×（1-0.13）×326.58/（100-80）=113.65（㎏）
则湿糖化糟量为：
1151.21+113.65=1264.86（㎏）
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2所示。
表2啤酒厂酿造车间物料衡算表
物料名称
单位
对100kg混合原料
100L12°度淡色啤酒
糖化一次定额量
10000t/a啤酒生产
混合原料
Kg
100.00
19.38
1306.33
19.59×105
大麦
Kg
75.00
14.87
979.75
14.7×105
大米
Kg
25.00
4.96
326.58
49.02×105
酒花
Kg
1.20
0.237
15.61
0.234×105
热麦汁
L
593.7
113.80
7496.72
112.47×105
冷麦汁
L
549.2
105.30
6935.39
104.03×105
湿糖化糟
Kg
96.83
19.20
1264.86
18.97×105
湿酒花糟
Kg
3.59
0.711
45.00
0.675×105
发酵液
L
540.7
103.59
6824.43
102.37×105
过滤酒
L
532.3
102.04
6722.06
100.83×105
成品啤酒
L
521.7
100.00
6587.62
98.81×105
备注：
12度淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒9999.57t
四.前、后发酵罐的计算
4.1前发酵罐的计算
4.1.1前发酵罐数目（N）的确定
若单个发酵罐可容纳糖化一次麦汁量的整数倍，则发酵罐的数目可以按下列公式计算：
N=nt/z
式中：
n为每日糖化次数，为了满足每日最大生产量，取生产旺季的糖化次数6次；
t为前发酵时间，通常为7~8天，根据生产需要，这里取7天；
z为在一个发酵罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍，为了平衡生产淡季和旺季的生产平衡，根据淡季和旺季的糖化次数，这里取2倍，既可以满足淡季的糖化需要，又可以满足旺季的生产需要
所以，前发酵罐罐的数目应该为：
N=6×8÷2=21（个）
4.1.2前发酵罐体积（V）的确定
设V为前发酵罐的全体积（m3），V0为糖化一次的麦汁量
所以，V0=7555.39（kg）/1012≈7.5（m3）
为装填系数（0.8~0.85），这里取0.8，则由下列公式可以算出V：
（已知z=2）
V=z·V0/
=2×7.5÷0.8=18.75（m3）
所以，该工厂需要容积为18.75m3的发酵罐21个。
4.2后发酵罐的计算
后发酵罐又称贮酒罐，该设备主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒的稳定、澄清和成熟。
按传统啤酒生产方式，熟啤酒煮酒期为60天，鲜啤酒贮酒期为45天，由于全年产量最大负荷在第二、三季度，所以，以生产旺季（二、三季度）为基准，所确定的发酵罐的总体积，即可满足该厂全年产量所需贮酒罐的罐数要求。
假设啤酒的近似密度为1012kg/m3，则鲜啤酒发酵有效体积为：
（m3）
数啤酒需后发酵罐的总有效体积为：
（m3）
则V总=988.14+658.76=1646.9（m3）
假设每个后发酵罐的全体积为：
V0=Vs/
=18/0.9=20
Vo=V总/Vs=（988.14+658.76）/18=92（填装系数
为0.9~0.95，式中取0.90）
所以需20m3的后发酵罐92个
4.3主要设备的选型
4.3.1麦汁制造设备的选型
麦汁制造设备已锅和槽为主，已知糖化车间年产量为10000t/a，日糖化批次为6次（旺季），所以糖化设备可以选择13m3三锅三槽（糊化锅1只，糖化锅1只，煮沸锅1只，过滤槽1只，回旋槽1只，麦汁暂时槽1只）一套。
为了工艺调整方便，把糊化锅和糖化锅设计制造成相同规格和结构，同为圆筒型，期尺寸的计算如下：
V=（Q×1.012×b）/（1-
）×n×m
式中：
V---热麦汁批次产量（m3）；
Q---啤酒年产量（t）；
1.012---啤酒的相对密度；
b---旺季产量比例；
---啤酒总损失；
n---旺季预计开工天数；
m---日糖化最大批次数。
所以，年产1万吨啤酒糊化锅和糖化锅的有效体积为
V=（10000×1.012×0.7）/
=7.17（m3）
麦汁制造设备参考规范
1万吨级/投料1.959×103吨原料
糖化锅
煮沸锅
过滤槽
有效容积（m3）
8.7
13.0
8.7
锅身直径（mm）
3000
3200
3400
圆筒高度（mm）
1700
1510
1400
盖高（mm）
1500
1700
1700
球底高（mm）
1450
1850
平底
搅拌器直径（mm）
2500
2500
/
转速（r/min）
30
30
0.4/4.0
电机功率（Kw）
5.5
5.5
5.5
加热夹套蒸汽压力（MPa）
0.15
0.25
/
加热面积（㎡）
10.5
11.85
/
过滤面积
/
/
9.07
4.3.2发酵罐的结构尺寸的确定
根据前面计算的前后发酵罐的体积，其罐的结构尺寸根据相关的资料和手册确定
前发酵罐
后发酵罐
有效体积（m3）
13.8
17
全体积（m3）
18.75
20
4.3.3泵的选型
首先根据输送物料的特性和输送要求考虑，然后再根据输送流量、总扬程，并考虑泵的效率，选择具体型号。
啤酒厂糖化车间选择醪泵时，选择全开页或者半开页，低转速，大流量，低扬程离心泵。
选择煮沸麦汁输送泵时，因为麦汁中含有已经凝絮的蛋白质，为了防止凝絮蛋白质被打破，选择低转速的涡轮泵，用大流量，变形来达到高扬程，选泵的具体规格如下：
类型
型号
流量
扬程
允许吸上真空高
效率
比转速
原动机
离心式清水泵
B型
4.5~360
8~98
4~8
60~80
60~250
电动机
漩涡泵
W型
0.36~16.9
16~132
2.5~7
8.5~39
9~27
电动机
5、绘制工艺流程图（附图）
6、总结
总结本次课程设计我感觉收获很多，学到了很多东西。
首先，本人从中学习和积累了很多的专业知识。
我校的培养目的是专业实用型人才，而我们生物工程专业是着重偏向于发酵专业的，所以本次的啤酒车间课程设计对于我们对专业知识的掌握有很大的帮助。
其次，提高了工程制图的能力。
本人以前的制图能力一直很差，但是通过这次的课程设计制图老师的指导下提高了很多，也认识到了很多不足。
再次，对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
七.参考资料：
1.梁世忠主编.《生物工程设备》.北京.中国轻工业出版社，2006.2
2.吴思方主编.《发酵工厂工艺设计概论》.北京.中国轻工业出版社，2005.8
3.顾国贤主编.《酿造酒工艺学》.北京.中国轻工业出版社，2006.2
4.周广田主编.《啤酒酿造技术》.山东大学出版社，2004.8
5.徐清华主编.《生物工程设备》.北京.科学出版社.2004.8
6.逯家富、赵金海主编.《啤酒生产技术》.北京.科学出版社.2004.8
7.段开红主编.《生物工程设备》.科学出版社.2008.2
8.《酿造酒工艺学》.大连轻工院.
课程设计成绩:
项目
业务考核成绩（70%）
（百分制记分）
平时成绩（30%）
（百分制记分）
综合总成绩
（百分制记分）
注:
教师按学生实际成绩（平时成绩和业务考核成绩）登记并录入教务MIS系统，由系统自动转化为“优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）和不及格（60分以下）”五等。
指导教师评语:
指导教师（签名）:
2009年6月日
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