年产1万吨的啤酒厂的课程设计报告书.docx

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年产1万吨的啤酒厂的课程设计报告书

食品工程原理课程设计

年产1万吨啤酒的车间设计

说

明

书

指导老师：

班级：

学生：

日期：

一、第一章任务计划书……………………………3

二、前言…………………………………………4

三、第二章工艺流程及工艺要点…………………5

四、第三章工艺计算

3.1物料衡算…………………9

3.2热力衡算

3.21耗水量计算……………15

3.22蒸汽耗量计算…………19

3.23耗冷量计算……………25

3.24压缩空气用量…………27.

五、第四章主要设备选择与计算………………29

六、结束语………………………….36

七、参考文献………………………37

八、设计图纸………………………38

设计任务书

年产1万吨啤酒的车间设计

1.设计条件：

1操作方式：

连续生产。

2生产能力为1万吨/年。

3包装形式：

瓶装

2.设计计算项目

1物料衡算：

画出物料流线图

2能量衡算：

包括杀菌机的设计，超高温瞬时杀菌能量衡算等

3.设计成果

（1）设计说明书一份

（2）设计图纸两——设施布置的平面图

4.设计时间：

一周

第一章前言

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！

”

　　正因为中国啤酒未来市场广阔的前景和辉煌的远景，使国啤酒巨头不断加快了发展步伐，啤酒行业出现大规模的兼并、收购活动，形成了像、燕京、华润、哈啤等超百万吨的大型集团。

同时国际啤酒集团也纷纷进入中国啤酒市场，尤其是中国加入WTO之后A－B、SAB、英特布鲁、嘉士伯、海涅根、纽斯卡尔等国际啤酒集团更进一步加大了对中国市场的投资力度。

中国啤酒市场的快速发展引发了新一轮程度更加激烈的市场竞争，而且竞争的层次更加高深，品牌正在逐步取代价格竞争、产品竞争，成为最有生命力、最具差异性的竞争手段，中国啤酒营销已经进入品牌营销的时代。

第二章工艺流程及工艺要点

2.1工艺流程图:

大米、大麦→粉碎→糊化←水酒花麦糟

↓↓↑

麦芽→粉碎→糖化→过滤→麦芽汁→煮沸

→过滤→冷却→

↑

酵母水

↓

前发酵→后发酵→过滤→包装→杀菌

↓↓↓↓

CO2酒脚鲜啤酒熟啤酒

2.2工艺要点

⑴粉碎

粉碎使原料表面积增加，与水接触面积增加，糖化时间减少，收得率增加。

麦芽可粉碎成麦皮、粗粒、细粒、粗粉、细粉五个部分。

要求麦芽皮壳破而不碎，胚乳部分尽可能细一些。

⑵糖化

制备麦芽汁的主要过程是糖化。

将粉碎后的麦芽，在带底部搅拌的糖化锅中与45℃的水混合，利用麦芽自身的酶，使麦芽和辅料中的淀粉和蛋白质等的不溶性高分子物质水解成为可溶性低分子物质，如糊精、糖类、胨、肽、氨基酸等，这就是糖化过程。

本项目采用的糖化方法是国常用的糖化方法──二次煮出糖化法。

该方法简单来说，首先将辅料与部分麦芽在糊化锅中与45℃温水混合，保温20min，然后用10min时间升温到70℃，再保温20min，其后再用15min时间升温煮沸，让其沸腾40min，称第一次煮沸，得到糊化醪。

与次同时，麦芽和水在糖化锅混合，45～55℃保温30～90min，使麦芽所含蛋白质分解，称为蛋白质休止。

将煮沸之糊化醪泵入糖化锅中，使混合醪温达到65～68℃，保温搅拌进行糖化。

待糖化醪无碘色反应后，从糖化锅中取出部分醪液进入糊化锅进行第二次煮沸，尔后再次泵入糖化锅混合，使糖化锅中醪液升温至75～78℃（液化温度），静置10min即可送去过滤。

⑶过滤

糖化工序结束后,意味着麦芽汁已经形成。

采用过滤方法尽快将麦汁和麦糟分离。

过滤的好坏，对麦汁的产量和质量有重要的影响。

麦汁过滤分为过滤和洗糟两个操作过程。

过滤的目的是获得清亮的麦汁和较高的麦汁收得率。

要求麦汁过滤速度正常，过滤应在规定时间完成，麦汁低吸氧，具有正常的色、香、味。

⑷煮沸

煮沸在煮沸锅中进行。

使多余的水分蒸发，使麦芽汁浓缩到规定浓度；使酒花有效成分溶入麦汁中，赋予麦汁独特的酒花香气和爽口的苦味；使麦汁中可凝固蛋白质凝固析出，以提高啤酒的非生物稳定性；破坏全部的酶活性，麦汁进行灭菌，以获得定型的麦汁。

煮沸要求适当的煮沸强度，分批添加酒花，在预定煮沸时间，使麦汁达到规定浓度，保持有明显酒花香味和柔和的苦味，以保证成品啤酒有光泽、风味好、稳定性高。

煮沸时间70～90min，麦汁的煮沸强度应达到8%～10%，凝固性氮达1.5～20mg/L。

⑸冷却

麦汁煮沸定型后，必须立即进行冷却，使温度适合酵母发酵的需要。

要求冷却时间短，麦汁无细菌，并且不混浊，沉淀损失少，操作简单，可减少人力。

本工艺采用“下面”酵母发酵，因此麦汁温度应冷却至4～8℃。

⑹发酵

本工艺采用“前锥后卧”发酵方式。

先在锥形发酵罐中进行啤酒发酵和双乙酰还原，然后送入卧式贮酒罐中进行后发酵。

在主发酵结束，外观发酵达65%左右，酒温降至5～6℃时，先回受酵母，再将嫩啤酒送入贮酒罐。

此时双乙酰还原需在贮酒罐继续进行，贮酒罐兼有后发酵、成熟和贮酒三重作用。

贮酒罐需设有和发酵罐同样的冷却夹套降温设施。

倒灌之后，进行后发酵和双乙酰还原，气压缓慢上升至0.08MPa左右，待双乙酰下降达到要求后，急剧降温至0～1℃，进行贮酒。

贮酒时间7～14d。

2.3.1生产产量

啤酒厂年产量为1.0×104t

2.3.2主要原料的规格

本工艺采用符合我国啤酒麦芽标准QB1686—93的优质麦芽。

2.3.3生产品种及数量

生产品种为12度淡色啤酒。

年产量1.0×104t。

采用640mL瓶装生产。

设计淡季日产量为20t，旺季日产量为60t。

2.3.4产品质量及标准

GB191包装储运图示标志

GB2758发酵酒卫生标准

GB4544啤酒瓶

GB4789.1～4789.28食品卫生检验方法微生物学部分

GB4928啤酒试验方法

GB5739啤酒塑料周转箱

GB6543瓦楞纸箱

GB10344饮料酒标签标准

GB4927—91啤酒质量标准

质量特征：

富有洁白、细腻又持久的泡沫，悦目明快的色泽，酒液清亮，饮后有爽口和醇厚感。

第三章工艺计算

3.1物料衡算

3.1.1基础数据

表1啤酒生产基础数据

项目名称%说明

原料利用率98.5

麦芽水分6

定额指标大米水分13

无水麦芽浸出率75

无水大米浸出率95

原料配比麦芽75

大米25

冷却损失7对热麦汁言

发酵损失1.5

过滤损失2

损失率包装损失2

空瓶0.5

瓶盖1

商标0.1

总损失率啤酒总损失率12.5对热麦汁言

3.1.2100kg原料（麦芽+大米）生产12度淡色啤酒的物料计算

⑴热麦汁量

原料麦芽收得率=0.75（100－6）%=70.5%

原料大米收得率=0.95（100－13）%=82.65%

混合原料收得率=（0.75×70.5%＋0.25×82.65%）×98.5%=72.43%

则100kg原料产12度热麦汁量为：

72.43/12×100=603.6kg

12度麦汁在20℃时的比重为1.047

100℃的麦汁比20℃的麦汁体积增加1.04倍

热麦汁体积=603.58/1.047×1.04=599.5L

⑵冷麦汁量

599.54×（1－0.07）=557.6L

⑶发酵液量

557.6×（1－0.015）=549.2L

⑷滤过酒量

549.2×（1—0.02）=538.2L

⑸成品酒量

538.2×（1—0.02）=527.5L

3.1.3生产100L12度淡色啤酒的物料计算

100公斤混合原料生产成品啤酒量为527.5L

⑴则生产100L12度啤酒需用混合原料量为：

100×100/527.5=18.95kg

⑵麦芽耗用量

18.95×75%=14.21kg

⑶大米耗用量

18.95×25%=4.74kg

⑷酒花耗用量

100L热麦汁加入酒花量定为0.2kg

100×599.5/527.5×0.2%=0.227kg

⑸热麦汁量

100×599.5/527.5=113.7L

⑹冷麦汁量

100×557.6/527.5=105.7L

⑺发酵液量

100×549.2/527.5=104.1L

⑻滤过酒量

100×538.2/527.5=102.0L

⑼成品酒量

100×527.5/527.5=100L

⑽湿糖化糟量

设排出的湿麦糟含水分80%

麦糟量=14.21×=16.68kg

大米糟量=4.74×=1.03kg

湿糖化糟量=16.68＋1.03=17.71kg

⑾酒花糟量

设酒花在麦汁中浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：

0.227×=0.68kg

⑿酵母量（以商品干酵母计）

生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用

即为1kg。

湿酵母泥含水分85%

酵母含固形物量=1×=0.15kg

则含水分7%的商品干酵母量为：

0.15×=0.16kg

⒀二氧化碳量

12度的冷麦汁105.7kg中浸出物量为：

12%×105.7=12.68kg

设麦汁的真正发酵度为55%，则可发酵的浸出物量为：

12.68×55%=6.97kg

麦芽糖发酵的化学反应式为：

C12H22O11＋H2O2C6H12O6

2C6H12O64C2H5OH＋4CO2＋56kcal

设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，则CO2生成量为：

6.97×=3.59kg

式中44──CO2分子量

342──麦芽糖分子量

设12度啤酒含二氧化碳为0.4%，酒中含CO2量为：

105.7×0.4/100=0.42kg

1m3CO2在20℃常压下重1.832kg

故释出的CO2体积为：

3.17/1.832=1.74m3

⒁空瓶需用量

100/0.64×1.005=157.0个

⒂瓶盖需用量

100/0.64×1.01=157.8个

⒃商标需用量

100/0.65×1.001=156.4

表2啤酒生产物料衡算表

物料名称单位对于100㎏混合原料（麦芽＋大米）对于100L成品啤酒

混合原料用量kg10018.95

麦芽kg7514.21

大米kg254.74

酒花kg1.20.227

热麦（芽）汁L599.5113.7

冷麦（芽）汁L557.6105.7

发酵液L549.2104.1

滤过酒L538.2102.0

成品酒L527.5100

湿糖化槽kg93.4117.71

湿酒花槽kg3.590.68

商品干酵母kg0.840.16

游离二氧化碳kg16.723.17

空瓶个828.5157.0

瓶盖个832.4157.8

商标825.0156.4

表3啤酒生产物料衡算表

物料名称单位1000t/y啤酒厂糖化一次定额

混合原料用量kg1800

麦芽kg1350

大米kg450

酒花kg21.56

热麦汁L10799

冷麦汁L10042

发酵液L9891

滤过酒L9692

成品酒L9500

湿糖化糟kg1682

湿酒花糟kg64.6

商品干酒母kg15.2

游离二氧化碳kg301

空瓶个14918

瓶盖个14992

商标14858

3.2热力衡算

3.2.1耗水量计算

⑴糖化用水

100kg混合原料大约需用水量400kg

糖化用水量=1800×400/100=7200kg

糖化用水时间设为0.5h，故：

每小时最大用水量=7200/0.5=14400kg/h

⑵洗糟用水

100kg原料约用水450kg,则需用水量：

1800×450/100=8100kg

用水时间为1h，则每小时洗糟最大用水量=8100/1.5=5400kg/h

⑶糖化室洗刷用水

一般糖化室及设备洗刷用水每糖化一次，用水约6t，用水时间为2h故

洗刷最大用水量=6/2=3t/h

⑷沉淀槽冷却用水

G=（冷却时间为1h）

式中热麦汁放出热量Q=GPCP（t'－t'）

热麦汁比重C麦汁=1.043

热麦汁量GP=10799×1.043=11263kg/h

热麦汁比热CP=0.98kcal/kg℃

热麦汁温度t=100℃t'2=55℃

冷却水温度t1=18℃t2=45℃

冷却水比热C=1kcal/kg℃

Q=11263×0.98（100－55）=496698kcal/h

G==18459kg/h

⑸沉淀槽洗刷用水

每次洗刷用水3.5t，冲洗时间设为0.5h，则每小时最大用水量=3.5/0.5=7t/h

⑹麦汁冷却器冷却用水

麦汁冷却时间设为1h，麦汁冷却温度为5.5℃→6℃

分二段冷却，第一段：

麦汁温度55℃→25℃

冷水温度18℃→30℃

冷却水用量G=

麦汁放出热量Q=

式中麦汁量GP=11263kg

麦汁比热CP=0.98kcal/kg℃

麦汁温度t'1=55℃t'=25℃

水的比热C=1kcal/kg℃

冷却水温度t1=18℃t2=30℃

麦汁冷却时间=1h

∴Q==332258kcal/h

G==27688.2kg/h

⑺麦汁冷却器冲刷用水

设冲刷一次用水4t，用水时间为0.5h，则最大用水量为4/0.5=8t/h

⑻酵母洗涤用水（无菌水）

每天酵母泥最大产量约600L，酵母储存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水量为酵母的二倍，则连续生产每天用水量为（4＋1）×600×2=6000L

⑼发酵室洗涤用水

每天冲刷体积为30m3的发酵罐2个，每个用水3t，冲洗地面共用水2t，每天用

水量=2×3＋2=8t

用水时间设为1.5h，最大用水量=8/1.5=5.3t/h

⑽贮酒室洗涤用水

每天冲刷贮酒桶一个，用水为2t，管路及地面冲刷用水1t，冲刷时间为1h，最大用水量为=2＋1=3t/h

⑾清酒罐洗刷用水

每天使用4桶，冲洗一次，共用水4t，冲刷时间为40min，则最大用水量=4×60/40=6t/h

⑿过滤机用水

过滤机二台，每台冲刷一次，用水3t（包括顶酒用水），使用时间为1.5h，则

最大用水量=2×3/1.5=4t/h

⒀洗瓶机用水

洗瓶机最大生产能力为3000瓶/h，冲洗每个瓶约需水1.5L，则

用水量=3000×1.5=4500L/h

每班生产7h计，总耗水量=4500×7=31500L

⒁装酒机用水

每冲洗一次，用水2.5t，每班冲洗一次，每次0.5h，最大用水量=2.5/0.5=5t/h

⒂杀菌机用水

杀菌机每个瓶耗水量1L算

用水量=3000×1=3000L/h

3000×7=21000L/班

⒃其他用水

包括冲洗地板、管道冲刷、洗滤布等，每班需用水10t，设用水时间为2小时，

则每小时用水量=10/2=5t/h

3.2.2蒸汽耗量计算

⑴糖化工段耗用蒸汽量

以目前生产采用的二次煮出糖化法为计算依据

生产用最大蒸汽压力2.5kg/cm2（绝对压力）

自来水平均温度18℃

糖化用水平均温度50℃

洗糟用水平均温度80℃

糖化用水耗热量Q1

Q1=GC（t2－t2）

式中G=7200kg

C=1kcal/kg℃

t1=18℃t2=50℃

Q1=7200×1×（50－18）=230400kcal

第一次蒸煮耗热量Q2

Q2=Q'+Q,Q'=G醪C醪（100－t0）

Q=540W（540kcal/kg──汽化潜热）

大米用量为450kg，糖化时为了防止大米醪结块及促进液化，在糊化时加入约占大米量20%的麦芽粉，则：

麦芽粉用量=450×20%=90kg

第一次蒸煮物料量=450＋90=540kg

以100kg混合原料用水量450kg算：

用水量=540×450/100=2430kg

加热醪液所需热量Q'

Q'=G醪C醪（100－t0）

G醪=2430+540=2970kg

C醪=

式中C大米或麦芽=C0×0.01（100－W）＋0.01W

C0──谷物（绝干）的比热0.37kcal/kg℃

W──水分

C麦芽=0.37×0.01（100－6）＋0.01×6

=0.408kcal/kg℃

C大米=0.37×0.01（100－13）＋0.01×13

=0.452kcal/kg℃

C醪=

=0.899kcal/kg℃

t0=45℃

Q'=2970×0.899（100－45）

=146851kcal

在煮沸时蒸发量以每小时5%计，煮沸时间为40min

蒸发量W=2970×5%×40/60=99kg

Q=540×99=53460kcal

Q2=Q'＋Q=146851＋53460=200311kcal

第二次煮沸的耗热量Q3

Q3=Q'＋Q

经过一次煮沸后的米醪量为：

G‘醪=2970－99=2871kg

糖化醪的量：

G麦醪=G麦＋G水

式中G麦=1350－90=1260kg

G水=7200－2340=4860kg

G麦醪=1260＋4860=6120kg

经第一次煮沸的麦醪与糖化醪混合后数量为：

G混=2871＋6120=8991kg

二次煮沸时取混合醪量40%，煮沸时间为10min，蒸发量为每小时5%

Q'3=GC混（100－t0）

式中G=8991×40%=3596kg

C醪=0.899kcal/kg℃

C麦醪=

式中G麦=1260kg

C麦=0.408kcal/kg℃

G水=4860kg

C水=1kcal/kg℃

C麦醪=

=0.87kcal/kg℃

C混=

=

=0.88kcal/kg℃

t0=60℃

Q'3=GC混（100－t0）

=3596×0.88（100－60）=126579.2kcal

Q=540W

式中W=3596×5%×10/60

=29.97kg

Q=540×29.97=16183.8

Q3=Q'＋Q=126579.2＋16183.8=142763kcal

洗糟用水耗热量Q4：

洗糟用水：

每100kg原料用水450kg

用水量G=18.00×450=8100kg

耗热量Q4=GC（80－t）

C=1kcal/kg℃

t=18℃

Q4=8100×1（80－18）=502200kcal

麦汁煮沸耗热量Q5：

取100kg原料加洗糟水后可得到700kg麦汁，过滤完毕麦汁的温度约为65℃。

蒸煮时总耗热量Q5=Q＋Q

加热麦汁耗热Q=GC麦汁（100－t）

式中G=18.00×700=12600kg

C麦汁=0.95kcal/kg℃

t=65℃

Q'5=12600×0.95（100－65）=418950kcal

煮沸麦汁耗热：

Q=540W

麦汁煮沸时间为1.5h，设每小时蒸发量为10%

W=12600×10%×1.5=1890㎏

Q"5=540×1890=1020600㎏

Q5=Q＋Q=418950＋1020600=1439550kcal

糖化一次需用蒸汽总量：

D总=Q总/i

设蒸汽的热效率=95%

Q总=

=2647604.21kcal

i=648.7－100

D总==4825㎏

糖化过程中每小时最大蒸汽用量：

糖化过程中，以麦汁煮沸时耗热最大，麦汁煮沸时耗热为1020600kcal，

煮沸时间1.5h，取热效率95%。

D最大=

式中Q最大==716210.5kcal/h

i=648.7－100

D最大==1305㎏/h

⑵酵母培养耗热量

一般每月培养一次或每季度培养一次，每次约用汽1000㎏，使用时间2h，则

最大用气量D2=1000/2=500㎏/h

⑶洗瓶机用汽量

D3=jN

式中j──经验数据，16～58㎏/1000瓶h

N──瓶数以千瓶为单位，按照定型生产能力N=3.00

D3=58×3.00=174㎏/h

⑷杀菌机用汽

D4=jN

式中j──经验数据，150㎏/瓶h

N──3.00

D4=150×3.00=450㎏/h

3.2.3耗冷量计算

⑴麦汁冷却器耗冷量

耗冷量：

麦汁冷却分两段进行，第一段采用深井水，第二段用盐水冷却。

二段冷却麦汁温度为：

25℃→6℃

麦汁在1h冷却完毕。

Q1=GCP（t1－t2）

式中G=11263/1=11263㎏/h

Cp=0.98kcal/㎏℃

t1=25℃t2=6℃

∴Q1=11263×0.98（25－6）=209717kcal/h

盐水需量：

D1=

盐水温度：

t1=－8℃t2=0℃

式中Q1=209717kcal/h

C盐=0.731kcal/kg℃

∴D1==35861kg/h

⑵啤酒过冷却器耗冷量

耗冷量：

每班最大生产啤酒9.891×2=19.782t，每班过滤时间以6h计，过冷却时间也为6h。

啤酒过冷温度要求：

2℃→－1℃

Q3=

式中G=19782t

C=1kcal/kg℃

t1=2℃t2=－1℃=6

∴Q3==9891kcal/h

盐水需量D3：

盐水温度变化为－8℃→－2℃

D3=

式中Q3=9891kcal/h

C盐=0.731kcal/kg℃

t1=－8℃t2=－2℃

∴D3==2255kg/h

⑶无菌冷水耗冷量

耗冷量Q4：

无菌水使用量最大为4t，一般要求在6h把水温从18℃冷却到2℃。

Q4=GC（t1－t2）/

式中G=4000㎏

C=1kcal/kg℃

t1=18℃t2=2℃=6h

∴Q4==10666kcal/h