年产15万吨啤酒工厂工艺设计.docx

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年产15万吨啤酒工厂工艺设计

毕业设计（论文）

年产15万吨啤酒工厂工艺设计

学院：

化工与材料学院

专业：

姓名：

指导老师：

生物工程

李杏瑜

学号：

职称：

0605411001

吴灵

副教授

中国·珠海

二○一○年五月

北京理工大学珠海学院毕业设计

诚信承诺书

本人郑重承诺：

我所呈交的毕业设计《年产15万吨啤酒工厂工艺设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

承诺人签名：

日期：

年月日

年产15万吨啤酒工厂工艺设计

摘要

啤酒是世界上最古老也是消费量最大的酒精饮料，同时也是仅次于水和茶的第三大饮料。

啤酒是用含有淀粉的谷类（主要是大麦）酿造而成的，多数添加啤酒花来调味，有时候还会添加一些香草和水果。

本设计是对年产15万吨淡色啤酒的工厂工艺设计。

主要包括工厂厂址选择及总平面设计，啤酒生产的工艺流程设计，工艺计算，糖化车间物料衡算（工艺技术指标及基础数据）、糖化车间热量衡算（糖化用水消耗热量、第一次米醪煮沸消耗热量、第二次煮沸前混合醪升温耗热量、第二次米醪煮沸消耗热量、洗槽水耗热量、麦汁煮沸耗热量、糖化一次总耗热量、糖化一次耗用蒸汽量、蒸汽单耗）、发酵车间耗冷量衡算（工艺耗冷量、非工艺耗冷量），设备的设计与选型（包括糖化锅、糊化锅、过滤锅、煮沸锅、回旋沉淀槽、发酵罐），环境保护及末端治理，工业卫生与劳动安全。

绘制啤酒生产工艺流程图和全厂平面布置图。

关键词：

啤酒工艺设计

150,000tonsannualoutputofbeerplantprocessdesign

ABSTRACT

Beeristheworld'soldestandlargestalcoholicbeverageconsumption,butalsoafterthethirdlargestofwaterandteadrinks.Beer,madeofstarchgrains（containing）,ismainlybarleyandbrewing,themajorityofhopstoaddflavorandsometimesaddsomevanillaandfruit.

Thisdesignisanannualoutputof150,000tonsoflightbeerplantprocessdesign.Includeplantsiteselectionandgeneralgraphicdesign,beerproductionprocessdesign,processcalculation,glycosylatedplantmaterialbalance（technologyindicatorsandbasicdata）,glycosylatedplantheatbalance（glycosylatedwaterburncalories,thefirstmashboiledriceconsumptionofcalories,thesecondboilingtemperaturebeforetheheatconsumptionofmixedmash,mashboiledriceconsumptionofthesecondheat,washwatertankheatloss,wortboilingheatloss,atotalheatlossglycosylated,glycosylatedasteamconsumption,steamaloneconsumption）,fermentedplantcoolingconsumptionaccounting（processcoolingconsumption,non-processcoolingconsumption）,equipmentdesignandselection（includingglycosylatedpot,pastepot,filterpot,boilingpot,swingsedimentationtank,fermentationpot）,environmentalprotectionandendtreatment,industrialhygieneandlaborsafety.Drawbeerproductionflowchartandthefactoryfloorplans.

Keywords：

BeerTechnologyDesign

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

1.1啤酒的起源1

1.2我国啤酒工业发展简况1

1.3啤酒的种类1

2厂址选择及总平面设计4

2.1厂址选择4

2.1.1厂址选择的原则4

2.1.2厂址选择从投资和经济效益考虑4

2.1.3厂址的选择依据4

2.1.4厂址选择结果5

2.2总平面设计6

2.2.1总平面的设计的基本原则和要求6

2.2.2工厂占地面积的估算6

3工艺流程设计7

3.1.设计产品的标准7

3.2产品的原辅料介绍8

3.2.2大米9

3.2.3酒花9

3.2.4水9

3.2.5酵母9

3.3啤酒生产工艺流程图10

3.4生产的工艺要点11

3.4.1麦芽的制备11

3.4.2麦汁的制造11

3.4.3发酵12

3.4.4后处理及包装12

4工艺计算14

4.1糖化车间物料衡算14

4.1.1工艺技术指标及基础数据14

4.1.2对100kg原料生产12°P淡色啤酒物料衡算14

4.1.3生产1000L12°P淡色啤酒的物料衡算15

4.1.4150000t/a12°P淡色啤酒糖化车间物料衡算15

4.2糖化车间热量衡算16

4.2.1糖化用水消耗热量Q117

4.2.2第一次米醪煮沸消耗热量Q218

4.2.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q319

4.2.4第二次煮沸混合醪的耗热量Q419

4.2.5洗槽水耗热量Q520

4.2.6麦汁煮沸过程耗热量Q620

4.2.7糖化一次的总耗热量Q总21

4.2.8糖化一次耗用蒸汽量D21

4.2.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量QMAX21

4.2.10蒸汽单耗21

4.3发酵车间的耗冷量衡算22

4.3.1发酵工艺流程示意图22

4.3.2工艺技术指标及基础数据22

4.3.3工艺耗冷量Qt22

4.3.4非工艺耗冷量Qnt24

4.3.5150000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表25

5设备设计与选型26

5.1糖化锅选型26

5.1.1糖化机理26

5.1.2糖化的目的26

5.1.3糖化锅设计及选型26

5.2糊化锅选型27

5.2.1糊化原理27

5.2.2糊化目的27

5.2.3糊化锅设计及选型27

5.3过滤锅选型27

5.4煮沸锅选型28

5.4.1煮沸的目的28

5.4.2煮沸锅的设计及选型28

5.5回旋沉淀槽选型28

5.5.1设计构思28

5.5.2回旋沉淀槽设计及选型28

5.6发酵罐29

5.7啤酒工厂车间主要设备29

6环境保护及末端治理30

6.1环境现状30

6.2主要污染源与污染物30

6.3对策和措施30

6.3.1废水处理30

6.3.2废气治理31

6.3.3废渣治理31

6.3.4噪声防治31

7工业卫生与劳动安全32

7.1工业卫生措施32

7.2劳动安全措施32

参考文献34

附录35

谢辞37

1绪论

1.1啤酒的起源

啤酒的渊源可以追溯到人类文明的摇篮，东方世界的两河流域底格里斯河与幼发拉底河、尼罗河下游和九曲黄河之滨。

最原始的啤酒可能出自居住于两河流域的苏美尔人之距今手，至少已有9000多年的历史。

早在公元前3000年左右的埃及古王国时代，已经有作为饮料的麦酒（啤酒）和葡萄酒了。

法老、贵族、祭司等人饮葡萄酒，一般平民消费价格低廉的麦酒。

考古发掘证实，在古王国时代的墓葬中，不论是国王、贵族或平民，都将酒作为随葬品。

自此之后，世界酒业彼此影响，飞速发展，经历了封建时代和工业社会，形成三大酒系（酿造酒、蒸馏酒和配制酒），精品众多，各国都有名闻世界的独特产品[1]。

1.2我国啤酒工业发展简况

我国啤酒的正规化生产，起源于十九世纪末。

五六十年代，随着国家的经济的复苏和人民生活的改善，政府斥资兴建了一批啤酒厂，使我国的啤酒生产业初具规模。

至八十年代，我国经济快速增长，啤酒产业也得了空前的发展，并迅速成为了一个啤酒大国。

早期的啤酒生产，设备落后，且监控过程大多采用人工方式，再加上啤酒生产的长时性特点，使人工任务量过大，很容易出现质量问题。

后期虽然开始启用一些控制设备，但多数存在控制过程简单，可视性差，生产过程数据不能进行有效地保存分析，控制精度和灵活性也欠佳。

随着近些年来计算机的迅速普及，监控组态软件技术的日益成熟，人们开始运用组态软件进行啤酒生产过程自动化控制，避免了人为操作的失误，具有足够的灵活性，控制过程精度也有了很大的进步。

生产过程历史数据的有效保存，也为厂家进行控制过程分析，控制曲线改进，进一步提高产品质量，提供了良好的原始数据参考。

本设计内容为，了解啤酒的种类和生产的原料，啤酒的生产方法和生产工艺。

并进行生产的物料衡算，热量衡算，耗冷量的计算。

还有设备的设计及选型。

最后画上工艺流程图和全厂平面布置图。

本设计采用最为普遍的12°P淡色啤酒，其原料配比为：

麦芽75%，大米25%。

1.3啤酒的种类

啤酒是世界上生产和消费量最大的酒种，全世界约有150多个国家和地区生产啤酒。

啤酒的类型很多，分类的方法也有很多，现介绍几种主要的分类方法。

1.3.1根据啤酒酵母的性质分类

根据啤酒酵母的性质，人们将啤酒分为下面发酵啤酒和上面发酵啤酒。

传统下面发酵啤酒大多利用煮出糖化法制取麦汁，近代则煮出糖化法和浸出糖化法兼用，采用下面酵母发酵而成；上面发酵啤酒大多利用浸出糖化法制备麦汁，采用上面酵母发酵而成。

每一种酵母进行的发酵都产生酒精和一系列的发酵副产品，但其在生产过程中的发酵副产物因酵母品种不同而有所区别，因此这两类啤酒的口味和气味有很大的区别。

1.3.2根据啤酒的色泽分类

啤酒色泽是啤酒质量的一项重要指标，按色度的深浅可将啤酒分为三类。

（1）淡色啤酒色度为5.0~14.0EBC单位，是产量最大的啤酒品种,约占98%,根据地区的嗜好，淡色啤酒又分为淡黄色啤酒、金黄色啤酒和棕黄色啤酒三种类型。

（2）浓色啤酒色度为15.0~40.0EBC单位，色泽呈红棕色或红褐色，特点是麦芽香突出、口味醇厚、酒花苦味较轻。

酿制浓色啤酒除采用溶解度较高的浓色麦芽外，尚需加入部分特种麦芽，如焦香麦芽、巧克力麦芽等。

（3）黑色啤酒色度为大于40.0单位，色泽深红褐色乃至黑褐色。

特点是一般原麦汁浓度较高、麦芽香味突出、口味醇厚、泡沫细腻，苦味则根据产品的类型有较大的差异。

1.3.3根据原麦汁浓度分类

低浓度啤酒，原麦汁浓度小于7°P；中浓度啤酒，原麦汁浓度7~11°P；全啤酒，原麦汁浓度11~14°P；强烈啤酒，原麦汁浓度大于16°P。

1.3.4根据是否巴氏杀菌分类

（1）生啤酒指不经巴氏灭菌或瞬时高温灭菌，而采用物理过滤方法除菌，达到一定生物稳定性的啤酒。

（2）鲜啤酒指不经过巴氏灭菌或瞬时高温灭菌，成品中允许含有一定量的活酵母菌，达到一定生物稳定性的啤酒。

鲜啤酒是地销产品，口感新鲜，但保质期较短。

多为桶装啤酒，也有瓶装者。

（3）熟啤酒指经过巴氏杀菌或瞬时高温灭菌的啤酒。

多为瓶装或罐装，保质期可达180天。

1.3.5根据生产方法分类

（1）干啤酒干啤酒除符合淡色啤酒的技术要求外，真正（实际）发酵度不低于72%，口味干爽。

（2）冰啤酒除符合淡色啤酒的技术要求外，在滤酒前须经冰晶化处理，其口味纯净，保质期浊度不大于0.8EBC。

（3）低热量啤酒低热量啤酒适用于那些必须或希望摄取低营养物质的消费者。

其重要

要求是：

脂肪和酒精的含量不得高于同类的普通食品，可利用的碳水化合物含量不得高于0.75g/100L。

（4）淡爽啤酒其特点是相对于其他常见啤酒酒精含量少，热量也较少。

（5）无醇啤酒无醇啤酒是指酒精浓度低于0.5%（体积分数）的啤酒。

司机可以饮用无醇啤酒而不用担心不利的影响。

（6）纯生啤酒纯生啤酒即生啤酒。

由于在生产过程中没有经过巴氏杀菌或瞬时杀菌，避免了加热造成的风味物质和营养成分的破坏，保持了啤酒的新鲜口味和营养成分，而且保质期相对较长，可达180天，兼顾了鲜啤酒和熟啤酒各自的优点。

2厂址选择及总平面设计

2.1厂址选择

2.1.1厂址选择的原则

厂址选择是设计工作的基本内容之一。

厂址选择的好坏直接影响设计质量、建设进度、投资大小和投产后经营管理条件。

因此，厂址选择是一项包括政治、经济、技术的综合性的复杂工作，具有较高的原则性和广泛的技术性[2]。

1、厂址要符合国家下达建厂计划任务书中所作的规定和要求。

2、厂址应符合当地城镇总体发展规划的要求，并尽量与附近工业企业相配合，以节约基建投资。

3、厂址的面积和外形要满足啤酒生产工艺的要求，并留有适当的扩建余地。

4、厂址地形宜平坦，地面倾斜坡度最好不超过3%,便于厂区运输线路布置，并尽可能减少土方工程量。

5、厂址应符合国家有关卫生、防火、人防等要求。

如:

厂区应在居民点下风侧;河流的上游;厂区附近不得有细菌，传染病病源或其他污染的来源;不应选择在低洼窝风的地形做厂区，应避开军事措施地区等等。

6、厂址应在当地最高洪水水位之上，如果低于洪水位则须有坚固堤防保护.同时，要防止内涝水的浸淹。

2.1.2厂址选择从投资和经济效益考虑

1、厂址应有较方便的运输条件，若需建公路或专用铁路时，距离最短为好，以节省投资。

2、有一定供电条件，满足生产需要。

3、所选厂址附近不仅有充足的水源，而且水质应较好。

4、厂址最好选在居民区附近，这样可以减少宿舍，商店，学校等职工的生活福利设施。

2.1.3厂址的选择依据

1、要有可靠的水源，在满足啤酒厂生产用水的水质、水量及水温的条件之下，应尽可能靠近水似，以缩短管路及动力电缆的铺设工程.如用山泉水、地下水、水库水，自来水或江河水等水源，可单独采取一种水源，也可取二种或三种水源以分别用于生产。

2、根据交通运输方式的不同而考虑厂址的位置.如原材料、成品以水运为主，则应尽可能靠近河流，并考虑码头的适当位置:

如以陆运为主，则须靠近铁路或公路，并尽量减少沿途修建桥、隧洞的工程。

3、厂址应尽可能靠近一些已有的热，电源，以充分取得企业协作的条件。

4、厂址地质要符合啤酒厂设计的要求，一般地耐力宜在20吨/平方米以上为好，可节约基础工程投资，但应避免在地表过浅或已露头岩石的地区及喀斯特、土崩、滑坡、流砂地区或是古河道，古墓之上选择厂区。

5、一般啤酒厂厂址应避免选在地震基本烈度在七度或七度以上地区:

当地展基本烈度为九度或超过九度的地区不宜建大型啤酒厂。

6、厂址不宜选在有矿产地区、有古迹文物地区。

风景游览区、有化学废料，有机废料堆放的地区等。

7、厂址应尽量靠近城镇或啤酒销售区域，以减少大量的瓶箱运输。

8、选厂时应考虑职工生活区的位置，并尽可能靠近城镇，以减少集体事业设施的投资，改善职工生活福利的条件。

9、选厂中还应尽量了解施工期间水电供应，劳动力来源，施工工人居住生活，施工机械、预制场地、建材的运输、堆放等条件的利便情况。

10、要考虑啤酒厂的综合利用以及啤酒厂废料的处理及堆放场地。

2.1.4厂址选择结果

综合以上各种因素，经过一个月的探访和实地考察，由于广州白云和番禺的工业区发展较早，厂房建设较为密集，附近有较多皮具、金属等重污染行业，不利于啤酒工厂进驻。

广州南沙有较多的新开发的工业区，不存在以上问题，所以初步选择了广州南沙的梅山工业区作为啤酒厂的厂址。

南沙全年以东南风为最多，其次是北风，年平均静风频率为11.7%。

根据南沙气象台近年的逐日气象资料，统计出南沙的多年风玫瑰图。

详细风玫瑰图如下图2-1：

图2-1广州市风玫瑰图

梅山工业区位于南沙，地势较平坦，北临京珠高速公路。

这样，原料购买运输不成问题，产品又能及时的销往各中心城市，交通较为方便。

工业区里生活设施配套齐全，有居民区、学校、医院、商店等基础设施。

附近有广州新食代食品公司，高技食品厂，糖厂，包装材料公司以及电热厂，这样有利于厂方之间的公共资源利用，这样可以进一步降低成本，提高利润。

同时，可以和其他食品工厂合作，共同推销产品，提升市场占有率。

2.2总平面设计

2.2.1总平面的设计的基本原则和要求

总平面设计必须贯彻国家的各项方针，政策，在符合放火，卫生规范的前提下，尽可能节约用地，不占，少占农田；减少劳动强度，节约建筑材料，具体应注意以下几方面。

1、平面紧凑：

必须按设计任务书和选择厂址报告进行设计，按不同的规模和类别结合周围环境，布置上力求紧凑，节约用地。

2、布置合理：

（1）建筑物、构筑物的布置必须符合工艺流程要求，力求生产线略短，避免交叉和往返运输，合理组织人流物流。

（2）动力设施应接近负荷中心，以缩短管线，减少损耗。

（3）根据生产性质不同，动力供应，货运周转，卫生防火等分区布置。

（4）车间应与食品卫生有影响的综合车间，废品仓库、煤堆、大量烟尘或有害气体排出车间间隔一定的距离，主车间应设在锅炉房的风位；并把有大量烟尘排出的车间布置在厂区边缘及常年主导风向的下侧。

2.2.2工厂占地面积的估算

估算该啤酒厂占地面积为8-10万平方米。

3工艺流程设计

3.1.设计产品的标准

本课题设计淡色啤酒，采用国家标准GB4927－2001作为依据。

标准定义：

淡色啤酒色度3EBC～14EBC的啤酒[3]。

3.1.1感官要求：

表3-1感官要求

项目

优级

一级

二级

外观

透明度

清亮透明，允许有肉眼可见细微悬浮物和沉淀物（非外来异物）

浊度,EBC≤

0.9

1.2

1.5

泡沫

形态

泡沫洁白细腻持久挂杯

泡沫较洁白细腻，较持久挂杯

泡沫尚洁白，尚细腻

泡持性，

s≥

瓶装

200

170

120

听装

170

150

香气和口味

有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调，柔和，无异香，异味。

有较明显的酒花香气，口味纯正，较爽口，酒体协调，柔和，无异香，异味。

有酒花香气，口味较纯正，无异味。

1）对非瓶装的“鲜啤酒”无要求

2）对桶装（鲜、生、熟）啤酒无要求

3.1.2理化指标

表3-2理化指标

项目

优级

一级

二级

酒精度，％（V/V）或〔％（m/m）〕≥

大于，等于14.4°P

5.5〔4.3〕

5.2〔4.1〕

12.1°P～14.0°P

4.7〔3.7〕

4.5〔3.5〕

11.1°P～12.0°P

4.3〔3.4〕

4.1〔3.2〕

10.1°P～11.0°P

4.0〔3.1〕

3.7〔2.9〕

8.1°P～10.0°P

3.6〔2.8〕

3.3〔2.6〕

等于、小于8.0°P

3.1〔2.4〕

2.8〔2.2〕

原麦汁浓度,°P≥

大于、等于10.1°P

X－0.3

等于、小于10.0°P

X－0.2

总酸mL/100mL≤

大于、等于14.1°P

3.5

10.1°P～14.0°P

2.6

等于、小于10.0°P

2.2

二氧化碳3）,％（m/m）

0.40～0.65

0.35～0.65

双乙酰mg/L

0.10

0.15

0.20

蔗糖转化酶活性4）

呈阳性

1）不包括低醇啤酒

2）“X”为标签上标注原麦汁浓度，“－0.3”或“－0.2”为允许的负偏差。

3）桶装（鲜、生、熟）啤酒二氧化碳不的小于0.25％（m/m）

4）仅对生啤酒和鲜啤酒有要求。

3.1.3卫生标准

应符合GB2758－1981发酵酒卫生标准

表3-3啤酒微生物学指标

项目

指标

生啤酒

熟啤酒

细菌总数/（个/ml）

大肠菌群/（个/100ml）

—

50

50

3

3.2产品的原辅料介绍

啤酒酿造需要四种原料：

大麦、酒花、水和酵母。

这些原料的质量决定着所生产啤酒的质量。

了解这四种原料的特性及其对工艺的影响，是对其进行加工处理的前提，只有这样才能有针对的进行工艺控制。

3.2.1大麦

大麦为啤酒酿造提供必须的淀粉，这些淀粉在啤酒厂的糖化车间被转变成可发酵性浸出物。

种植适合酿造啤酒的大麦品种非常重要，因为由这些大麦制成的麦芽，浸出物含量很高。

大麦之所以适于酿造啤酒，是由于：

①大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类。

②大麦种植遍及全球。

③大麦的化学成分适合酿造啤酒。

④大麦是非人类食用的主粮。

按用途之别大麦可分为食用、饲料及酿造用三类。

按大麦籽粒在麦穗上断面分配形态，可分为六棱大麦、四棱大麦和二棱大麦。

我国华北地区都种植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。

3.2.2大米

大米作为辅助原料，主要是为啤酒酿造提供淀粉来源，一般大米用量为25％～45％。

大米淀粉含量比大麦，玉米高出10％～20％，而蛋白质含量低于两者3％左右，因此用大米代替部分麦芽，可以提高发酵醪糖浓度而几乎不带入含氮组分，使蛋白质和多酚类化合物在麦芽汁中的浓度相对减少，这样既可提高出酒率，又对改善啤酒风味有利。

但大米用量不宜过多，否则将造成酵母繁殖力差，发酵迟缓的后果。

大米的淀粉颗粒小，且结构紧密，因此糊化困难，糊化时应加大用水量和使用麦芽或淀粉酶，以提高糖化收率。

3.2.3酒花

酒花又称蛇麻花、啤酒花等，它是雌雄异株，用于啤酒发酵的是成熟的雌花。

酒花在啤酒中的作用：

①赋予啤酒香味和爽口苦味。

②提高啤酒泡沫的持久性。

③使蛋白质沉淀，有利啤酒澄清。

④酒花有抑菌作用，将它加入麦芽汁中能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。

3.2.4水

啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤、冷却水两大部分。

加工用水中投料水、洗槽水、啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造，是啤酒的重要原料之一，在习惯上称酿造水。

洗酵母水、啤酒规律用水等也或多或少的会进入啤酒。

啤酒酿造水的性质，主要取决于水中溶解盐类的种类和含量、水的生物学纯净度及气味，它们将对啤酒酿造全过程产生很大的影响，如糖化时水解酶的活性和稳定性、酶促反应的速度、麦芽和酒花在不同含盐水中溶解度的差别、盐、单宁－蛋白质的絮凝沉淀、酵母的痕量生长营养和毒物、发酵风味物质的形成等，最终还将影响但啤酒的风味和稳定性。

3.2.5酵母

酵母是真菌类的一种微生