生物工厂设计Word下载.docx
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生产天数：
300天/年
原料配比：
麦芽：
大米=70：
30
原材料利用率：
98%
麦芽水分：
6％；
大米水分：
12％
无水麦芽的提取率为78%；
无水大米浸出率：
90%
啤酒损失率（对热麦汁）：
冷却损失：
7％；
发酵损失：
1.5%；
过滤损失：
1.5%：
装瓶损失：
2％；
总损失：
糖化次数：
生产旺季每天8次（150天）
生产淡季（150天）4次／天
1.根据上述设计任务，查阅相关资料和文献，收集必要的技术数据、工艺参数和数据，选择生产方法，确定和论证工艺流程和工艺条件。
2.工艺计算：
车间的物料衡算；
糖化车间的热量衡算（即蒸汽耗量的计算）；
水用量的计算；
发酵车间耗冷量计算。
3.糖化车间和发酵车间设备选型计算：
包括设备容量、数量和主要外形尺寸。
设计要求：
1.根据以上设计内容，书写设计说明书（参照《发酵工厂工艺设计概论》p.254车间初步设计说明书的编写要求书写）。
2.完成三张图纸（图号1）：
完整的产品工艺流程图（初步设计阶段）（图号1）、车间设备布置图（图号1）、车间局部截面和管道布置图（图号1）。
二、酒精工厂设计
（专注于烹饪和糖化车间）
生产规模：
20，000吨／年（50，000吨／年）
国家标准食用酒精
生产方法：
以薯干为原料，双酶糖化，连续蒸煮，间歇发酵；
三塔蒸馏副产品：
次级酒精（成品酒精的3％）杂醇油（成品酒精的o.6％）
原料：
干土豆（含淀粉68%，水分12%）
酶用量：
高温一淀粉酶（20，000u／m1）：
10u／g原料
糖化酶（10万U/M1）：
150u/g原料（糖化醪）
300u／g原料（酒母醪）
硫酸铵用量：
7kg/吨酒精
硫酸用量：
5kg／吨酒精
蒸煮醪粉加水比例：
1:
2.5
发酵成熟醪酒精含量：
11％（v）
酵母泥接种量：
糖化醪的10%（V）
酒母醪的组成：
65％为液化蒸煮醪，35％为糖化剂与水
发酵罐酒精收集器用水：
发酵成熟醪液的5%
发酵罐洗罐用水：
发酵成熟醪的2％
生产过程中总淀粉损失率：
9%
蒸馏效率：
98％
年生产天数：
320天
1.根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料及工艺参数，进行生产方法的选择与比较，工艺流程与工艺条件的确定和论证。
全厂物料平衡；
连续蒸煮和蒸馏的蒸汽消耗计算；
蒸馏车间用水平衡。
3.蒸煮糖化车间（或蒸馏车间）的生产设备选型计算：
包括设备的选型，容量，数量及主要的外形尺寸。
1.根据以上设计内容编写设计说明书（参见p.254《发酵装置工艺设计导论》中车间初步设计说明书的编制要求）。
2.完成图纸三张（1号图纸）：
完整产品工艺流程图（初步设计阶段）（1号图纸），车间设备布置图（1号图纸），车间局部剖面图和管路布置图（1号图纸）。
三、味精工厂设计
（重点为发酵车间）
1万吨/年（或2万吨/年）
生产规格：
纯度为99％的味精
以工业淀粉为原料，双酶糖化，流动糖化发酵，低温浓缩等电提取。
生产天数：
300天/年，浇注率：
0.5%
发酵周期：
40-42小时生产周期：
48-50小时
种子发酵周期：
8-10小时
种子生产周期：
12-16小时
发酵醪的初始糖浓度：
15%（w/V）
流加糖浓度：
45％（w／v）
发酵谷氨酸产量：
10%，糖酸转化率：
56%
淀粉糖转化率：
98％谷氨酸提取收率：
92％
味精精制谷氨酸收率：
112%
原料淀粉含量：
86％发酵罐接种量：
10％
发酵罐填充系数：
75%
发酵培养基（w/v）：
水解糖：
15％，糖蜜：
o.3％，玉米浆：
o.2%，mgs040.04％，kcl.o.12％，na2hp04：
o.16%，尿素：
4％，消泡剂：
0.04％
种子培养基（w/V）：
2.5%，糖蜜：
2%，玉米浆：
1%，mgs04004%，k2hp04:
0.1%，尿素：
0.35%，消泡剂：
0.03%
1.根据设计任务查阅有关文献，收集必要的技术资料与工艺数据，进行生产方法的选择比较，生产工艺流程与工艺条件的确定与论证。
发酵车间热量计算（蒸汽消耗计算）；
无菌空气消耗量的计算。
3.发酵车间（包括糖液连消）生产设备的选型计算（包括设备的容量、数量、主要外形尺寸）。
四、酶制剂厂的设计
（重点糖化酶车间）
1000m3/年（或3000m3/年）
食品级液体糖化酶（50,000u／m1）
180天（其他时间生产其他酶）
罐发酵单位：
25,000u／ml提取总收率：
82％
发酵罐装料系数85%，生产周期8天
发酵培养基：
玉米淀粉：
22％；
豆饼粉：
4％；
玉米浆：
1%；
（nh4）2s04:
o.4%；
nahp04:
o:
接种量：
10%
种子培养基：
（培养周期4-6天）
麦芽糊精：
4%；
玉米浆：
0.2%khp04:
0.2%
1.根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。
全厂物料平衡、发酵车间热平衡、无菌耗气量计算。
3.糖化酶生产设备的选型计算（包括设备的容量、数量、主要的外形尺寸）。
完整产品工艺流程图（初步设计阶段）（1备布置图（1号图纸），车间局部剖面图和管路布置图（1号图纸）。
图号：
车间设计
附一、年产1万吨啤酒设计说明书实例
1.设计任务
设计项目：
年产10000t啤酒厂设计
设计规模：
淡季日产20吨，旺季日产60吨
大麦麦芽、大米、酒花
成品：
12度淡啤酒
⑴产品质量标准
透明度清晰透明，无明显悬浮物和沉积物
浊度（保质期）/ebc单位≤1.0
形状泡沫洁白细腻，挂杯时间长。
泡持性/s≥210
色度/EBC单位：
5.0~9.5
香气和口味有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体谐调，
柔软无香无异味
酒精含量/%≥3.7
原始麦汁浓度/%12±
0.3
总酸含量/0.1ml·
l-1≤2.6
二氧化碳含量/%≥0.40
双乙酰含量/mg·
l-1≤0.13
（2）产品卫生标准：
卫生指标按GB2758执行
产品用途：
广泛用于食品及餐饮行业。
2.1.1生产规模
啤酒厂年产量为1.0×
104t
工厂建设采用统一规划布局、标准化建设、科学管理、规模化生产、一体化经营，全面采用现代企业管理模式，逐步形成规模。
2.1.2主要原料的规格
该工艺采用符合国家啤酒麦芽标准qb1686-93的优质麦芽。
2.1.3生产品种及数量
生产品种为12度淡啤酒。
年产量1.0×
104t，640ml瓶装。
设计日产量淡季为20吨，旺季为60吨。
2.1.4产品质量及标准
包装、储存和运输的图形标志
gb2758发酵酒卫生标准
啤酒瓶
gb4789.1～4789.28食品卫生检验方法微生物学部分
啤酒试验方法
gb5739啤酒塑料周转箱
瓦楞纸箱
gb10344饮料酒标签标准
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。
2.2生产工艺设计
2.2.1工艺流程图
↓↓↓↓
2.2.2工艺要点
粉碎增加了原料的表面积、与水的接触面积、糖化时间和产量。
麦芽可粉碎成麦皮、粗粒、细粒、粗粉、细粉五个部分。
麦芽壳需要在不破碎的情况下破碎，胚乳部分应尽可能薄。
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为中国常用的糖化方法——二次煮沸糖化法。
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，麦芽和水在糖化锅内混合，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。
经过糖化过程，这意味着麦汁已经形成。
用过滤法尽快分离麦汁和小麦粒。
过滤质量对麦汁的产量和质量有重要影响。
麦汁过滤分为过滤和洗糟两个操作过程。
过滤的目的是获得澄清的麦汁和较高的麦汁产量。
要求麦汁过滤速度正常，过滤应在规定时间内完成，麦汁低吸氧，具有正常的色、香、味。
煮沸是在沸腾的锅里进行的。
蒸发多余的水，将麦汁浓缩至规定浓度；
将啤酒花的有效成分溶于麦汁中，赋予麦汁独特的啤酒花香气和清新苦味；
麦汁中的可凝固性蛋白质可以被凝固性沉淀，提高啤酒的非生物稳定性；
破坏所有酶活性，并对麦汁消毒，以获得最终的麦汁。
煮沸要求适当的煮沸强度，分批添加酒花，在预定煮沸时间内，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。
煮沸时间为70~90min，麦汁煮沸强度应达到8%~10%，凝结氮应达到1.5~20mg/L。
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。
冷却时间短，麦汁中无细菌，无浊度，沉淀损失少，操作简单，人力少。
本工艺采用“下面”酵母发酵，因此麦汁温度应冷却至4～8℃。
该工艺采用“前锥后卧”的发酵方式。
首先，啤酒发酵和双乙酰还原在锥形发酵罐中进行，然后输送至卧式葡萄酒储罐进行后发酵。
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内。
此时双乙酰还原需在贮酒罐内继续进行，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。
3.1物料平衡
3.1.1基础数据
表1啤酒生产基本数据
项目名称%说明
原材料利用率98.5
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
原料比例麦芽75
冷却损失7对热麦汁言
发酵损失1.5
损失率包装损失2
总损失率啤酒热麦汁总损失率12.5
3.1.2100kg原料（麦芽+大米）生产12度淡色啤酒的物料计算
生麦芽得率=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℃时麦汁的体积是20℃时的1.04倍
热麦汁体积=603.58/1.047×
1.04=599.5l
599.54×
（1－0.07）=557.6升
557.6×
（1－0.015）=549.2l
549点2×
（1-0.02）=538.2l
538.2×
（1—0.02）=527.5l
3.1.3生产100l12度淡啤酒的物料计算
100公斤混合原料生产成品啤酒量为527.5l
（1）生产100l12度啤酒所需的混合原料量为：
100×
100/527.5=18.95kg
18.95×
75%=14.21kg
25%=4.74kg
100升麦汁中添加的啤酒花量为0.2千克
599.5/527.5×
0.2%=0.227kg
599.5/527.5=113.7l
557.6/527.5=105.7l
549.2/527.5=104.1l
538.2/527.5=102.0l
527.5/527.5=100l
设排出的湿麦糟含水分80%
0.94⨯（100-95）小麦粒=14.21×
=16.68kg100-80
0.87⨯（100-95）大米糟量=4.74×
=1.03kg100-80
湿糖化谷物=16.68+1.03=17.71kg
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：
零点二二七×
（100-40）⨯100=0.68kg（100-80）⨯100
⑿酵母量（以商品干酵母计）
生产100L啤酒可获得2kg湿酵母泥，其中一半用于生产接种，一半用于商业酵母，即1kg。
湿酵母泥含水分85%
100-85酵母固体含量=1×
=0.15kg100
则含水分7%的商品干酵母量为：
一千零一点五×
=0.16kg100-7
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：
−→2c6h12o6c12h22o11＋h2o−
−→4c2h5oh＋4co2＋56kcal2c6h12o6−
假设麦汁中的提取物由麦芽糖组成，产生的二氧化碳量为：
4⨯446.97×
=3.59kg342
式中44——CO2的分子量
342──麦芽糖分子量
将12度啤酒的二氧化碳含量设置为0.4%，葡萄酒中的二氧化碳含量设置为：
105.7×
0.4/100=0.42kg
1m3二氧化碳在20℃常压下重1.832kg
故释出的co2体积为：
3.17/1.832=1.74m3
100/0.64×
1.005=157.0
100/0.64×
1.01=157.8个
100/0.65×
1.001=156.4张
表2啤酒生产物料衡算表
物料名称单位：
对于100kg混合原料（麦芽+大米），对于100L成品啤酒，混合原料的数量为kg10018九十五
麦芽kg7514.21
大米kg25474
酒花kg1.20.227
热麦（芽）汁l599伍仟壹佰壹拾叁元七分
冷麦（芽）汁l557.6105.7
发酵液l549两千一百零四点一
滤过酒l538.2102.0
成品酒l5275000和100
湿糖化槽kg93.4117.71
湿酒花槽kG3590.68
商品干酵母kg0.840.16
游离二氧化碳kg16柒佰贰拾叁元壹角柒分
空瓶个828.5157.0
瓶盖832.4157.8商标表825.0156.4
表3啤酒生产物料衡算表
1000t/y啤酒厂一级糖化指标
混合原料用量kg1800
麦芽kg1350
大米kg450
啤酒花kg2156
热麦汁l10799
冷麦汁l10042
发酵液l9891
过滤葡萄酒l9692
成品酒l9500
湿糖化谷物kg1682
湿酒花糟kg64.6
商品干葡萄酒母亲kg15二
游离二氧化碳kg301
14918个空瓶子
瓶盖个14992
商标表14858
3.2热力衡算
3.2.1用水量计算
100kg混合原料大约需用水量400kg
糖化耗水量=1800×
400/100=7200kg
糖化用水时间设为0.5h，故：
每小时最大耗水量=7200/0.5=14400kg/h
100kg原料约用水450kg,则需用水量：
壹仟捌佰×
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
（3）糖化室洗涤水
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
洗涤最大耗水量=6/2=3t/h
⑷沉淀槽冷却用水
G=q（冷却时间1H）C（t2-t1）
'
式中热麦汁放出热量q=gpcp（t1－t'
热麦汁的比重C麦汁=1.043
热麦汁量gp=10799×
1.043=11263kg/h
热麦汁的比热CP=0.98kcal/kg℃
热麦汁温度t1=100℃t'
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=496698=18459kg/h1⨯（45-18）
（5）沉淀池冲洗水
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
（6）麦汁冷却器冷却水
麦汁冷却时间设为1h，麦汁冷却温度为5.5℃→6℃
它分两个阶段冷却。
第一阶段：
麦汁温度55℃→25℃
冷水温度18℃→30℃
冷却水消耗量g=QC（t2-t1）
gpcp（t1'
-t2）麦汁放出热量q=τ
其中，麦汁体积GP=11263kg
麦汁比热cp=0.98kcal/kg℃
麦汁温度T1=55℃'
水的比热c=1kcal/kg℃
冷却水温度T1=18℃、T2=30℃
麦汁冷却时间τ=1h
11263⨯0.98（55-25）∴q==332258kcal/h1
g=332258=27688.2kg/h1⨯（30-18）
（7）麦汁冷却器洗涤水
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
（8）酵母洗涤水（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
（9）发酵室洗涤水
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
用水时间设定为1.5h，最大用水量=8/1.5=5.3t/h
⑽贮酒室洗涤用水
每天冲洗一个储酒桶，用水2T，管道和地面冲洗用水1t，冲洗时间1H，最大用水量=2+1=3t/h
⑾清酒罐洗刷用水
每天使用4桶水，清洗一次，共用4T水，清洗时间为40min，最大用水量=4×
60/40=6t/h（12）过滤水
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
洗瓶机的最大生产能力为3000瓶/小时，洗一瓶大约需要1.5L的水，然后
用水量=3000×
1.5=4500l/h
按每班7小时产量计算，总耗水量=4500×
7=31500l
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/h⒂杀菌机用水
灭菌器每瓶用水量为1L
1=3000l/h
3000×
7=21000升/班
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蒸汽消耗量的计算
⑴糖化工段耗用蒸汽量
该计算基于目前生产中使用的二次煮沸糖化法
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
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