年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计Word格式文档下载.docx
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啤酒杀菌机
28：
贴标机
29：
装箱机
1.2酿造啤酒的原料
酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花。
1.3麦汁的制备
其主要过程有原辅料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。
啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒，因此，麦汁的颜色，芬香味、麦汁组成有一些会影响啤酒的风味、有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味。
麦汁组成中影响发酵的主要因子是：
原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、α-氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。
1.4啤酒的发酵
冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：
酵母恢复活力阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。
酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。
二、30000t/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（糖化槽和酒花槽）等。
2.1糖化车间工艺流程示意图
根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的损失等数据如表1所示。
图2啤酒厂糖化车间工程流程示意图
2.2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10°
淡色啤酒的物料计算，然后进行100L10°
淡色啤酒的物料衡算，最后进行30000t/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（%）
定
额
指
标
无水麦芽
浸出率
78
原料配比
麦芽
70
大米
30
无水大米
90
啤酒损失率（对热麦汁）
冷却损失
7
发酵损失
2
原料利用率
98
过滤损失
1
麦芽水分
6
装瓶损失
大米水分
12
总损失
2.3100kg原料（70%麦芽，30%大米）生产10°
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：
78%×
（100-6）%=73.32%
大米收率为：
90%×
（100-12）%=79.2%
混合原料收得率为：
（0.70×
73.32%+0.30×
79.2%）98%=73.58%
由上述可得100kg混合料原料可制得的10°
热麦汁量为：
（73.58%×
100）÷
10%=735.8（kg）
又知10°
麦汁在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：
735.8÷
（1.084×
1000）×
1000×
1.04=705.93（L）
（2）冷麦汁量为：
705.93×
（1-0.07）=656.52（L）
（3）发酵液量为：
656.52×
（1-0.02）=643.39（L）
（4）过滤酒量为：
643.39×
（1-0.01）=636.95（L）
（5）成品啤酒量为：
636.95×
（1-0.02）=624.22（L）
2.4生产100L10°
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产10°
淡色成品啤酒624.22L，故可得以下结果：
（1）生产100L10°
淡色啤酒需耗混合原料量为：
（100/624.22）×
100=16.02（kg）
（2）麦芽耗用量为：
16.02×
70%=11.21（kg）
（3）大米耗用量为：
16.02-11.21=4.81（kg）
（4）酒花耗用量：
对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故为：
（100/624.22）×
735.8×
0.2%=0.24（kg）
（5）热麦汁量为：
（16.02/100）×
705.93=113.09（L）
（6）冷麦汁量为：
656.52=105.18（L）
（7）湿糖化糟量设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[（1-0.06）（100-78）/（100-80）]×
11.21=11.59（kg）
而湿大米糟量为：
[（1-0.12）（100-90）/（100-80）]×
4.81=2.12（kg）
故湿糖化糟量为：
11.59+2.12=13.71（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）]×
0.24=0.72（kg）
2.530000t/a10°
淡色啤酒酿造车间物料衡算表
设生产旺季每天糖化8次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数为1800次。
由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。
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
100L10°
度淡色啤酒
糖化一次定额量
30000t/a啤酒生产
混合原料
Kg
100
16.02
2638.34
4.75×
106
大麦
11.21
1846.84
3.325×
大米
4.81
791.5
1.425×
酒花
1.50
0.24
39.53
7.12×
104
热麦汁
L
705.93
113.09
18628.71
33.53×
冷麦汁
656.52
105.18
17324.7
31.19×
湿糖化糟
72.35
11.59
1909.24
3.44×
湿酒花糟
4.50
0.72
118.60
2.13×
105
发酵液
643.39
103.07
16978.35
30.56×
过滤酒
636.95
102.04
16808.4
30.26×
成品啤酒
624.22
100.00
16469.04
29.64×
备注：
10度淡色啤酒的密度为1012kg/m3
三、30000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算
二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺，下面就以为基准进行糖化车间的势量衡算。
工程流程示意图如图2所示，其中的投料量为糖化一次的用料量（计算参表2）
3.1糖化用水耗热量Q1
根据工艺，糊化锅加水量为：
G1=（791.5+158.3）×
4.5=4274.1（kg）
式中，791.5kg为糊化一次大米粉量，158.3kg为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）
图3啤酒厂糖化工艺流程图
而糖化锅加水量为：
G2=1688.54×
3.5=5909.89（kg）
式中，1688.54kg为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即1846.84-158.3=1688.54（kg）
而1846.84kg为糖化一次麦芽定额量。
故糖化总用水量为：
GW=G1+G2=4274.1+5909.89=10183.99（kg）
（1）
自来水的平均温度取t1=18℃,而糖化配料用水温度t2=50℃,故耗热量为：
Q1=（G1+G2）cw（t1-t2）=10183.99×
（50-18）4.18=1362210.5（KJ）
（2）
3.2第一次米醪煮沸耗热量Q2
由糖化工艺流程图（图3）可知:
Q2=Q21＋Q22＋Q23（3）
3.2.1糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃的耗热量Q21
Q21=G米醪C米醪（100-t0）（4）
（1）计算米醪的比热容G米醪根据经验公式G容物=00.1[（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/（Kg·
K）.
C麦芽=0.01[（100-6）1.55+4.18×
6]=1.71KJ/（Kg·
K）
C大米=0.01[（100-12）1.55+4.18×
12]=1.87KJ/（Kg·
C米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+G1cw）/（G大米+G麦芽+G1）（5）
=（791.5×
1.87+158.3×
1.71+4274.1×
4.18]/（791.5+158.3+4274.1）
=3.76KJ/（Kg·
（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+G1cw×
50]/（G米醪C米醪）（6）
=[（791.5×
1.71）×
18+4274.1×
4.18×
50]/（5183.9×
3.76）
=47.5℃
其中G米醪=791.5+158.3+4274.1=5183.9（kg）
（3）把上述结果代如1中，得：
Q21=5183.9×
3.76（100-47.5）=1023301.86KJ
3.2.2煮沸过程蒸汽带出的热量Q22
设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水量为：
V1=G米醪×
5%×
40/60=5183.9×
40/60=172.80Kg（7）
故Q22=V1I=172.80×
2257.2=390036.637KJ（8）
式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（KJ/Kg）
3.2.3热损失Q23
米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%，即：
Q23=15%（Q21+Q22）（9）
3.2.4由上述结果得：
Q2=1.15（Q21+Q22）=1.15（1023301.86+390036.637）=1625339.28KJ（10）
3.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3
按照糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t0。
3.3.1糖化锅中麦醪中的t
已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：
G麦醪=G麦芽+G2=1688.54+5909.89=7598.43kg（11）
c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）
=（1688.54×
1.71+5909.89×
4.18）/（1688.54+5909.89）（12）
=3.63KJ/（kg.K）
t麦醪=（G麦芽C麦芽×
18+G2Cw×
50）/（G麦醪C麦醪）
=（1688.54×
1.71×
18+5909.89×
50）/（7598.43×
3.63）（13）
=46.67℃
3.3.2根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：
G混合=G米醪+G麦醪=5183.9+7598.43=12782.33Kg（14）
C混合=（G米醪C米醪+G麦醪C麦醪）/（G米醪+G麦醪）（15）
=（5183.9×
3.76+7598.43×
3.63）/12782.33
=3.68kJ/（kg·
t=（G混合C混合×
t混合-G麦醪C麦醪×
t麦醪）/（G米醪C米醪）（16）
=（12782.33×
3.68×
63-7598.43×
3.63×
46.67）/（5183.9×
=86℃
3.3.3Q3
Q3=G混合C混合（70-63）=12782.33×
3.68（70-63）=329272.821（kJ）（17）
3.4第二次煮沸混合醪的耗热量Q4
由糖化工艺流程可知：
Q4=Q41+Q42+Q43（18）
3.4.1混合醪升温至沸腾所耗热量Q41
（1）经第一次煮沸后米醪量为：
G/米醪=G米醪-V=5183.9-172.80=5011.1（kg）（19）
糖化锅的麦芽醪量为：
G麦醪=G麦芽+G2=1688.54+5909.89=7598.43（kg）（20）
故进入第二次煮沸的混合醪量为：
G混合=G/米醪+G麦醪=5183.9+7598.43=12782.33（kg）（21）
（2）根据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪量为：
[G混合（78-70）]/[G混合（100-70）]×
100%=26.7%（22）
（3）麦醪的比热容
c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）
4.18）/（1688.54+5909.89）（23）
混合醪比热容：
C混合=（G/米醪c米醪+G麦醪c麦醪）/（G/米醪+G麦醪）（24）
（4）故Q41=26.7%G混合c混合（100-70）=376782.184（kJ）（25）
3.4.2二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42
煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：
V2=G混合×
10/60
=12782.33×
10/60
=106.52（kg）
Q42=IV2=2257.2×
106.52=240435.628（kJ）（26）
式中，I为煮沸温度下饱各蒸汽的焓（kJ/kg）
3.4.3热损失Q43
根据经验有：
Q42=15%（Q41+Q42）（27）
3.4.4把上述结果代入公式（27）得
Q4=1.15（Q41+Q42）=1.15（376782.184+240435.628）=709800.484（kJ）（28）
3.5洗槽水耗热量Q5
设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为:
G=2638.34×
450/100=11872.53（kg）
故Q5=GCw（80-18）=11872.53×
（80-18）=3076884.87（kJ）（29）
3.6麦汁煮沸过程耗热量Q6
（30）
3.6.1麦汁升温至沸点耗热量Q61
由表2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg混合原料可得到735.8kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃，则进入煮沸锅的麦汁量为：
G麦汁=2638.34×
735.8/100=19412.91（kg）
又C麦汁=（1846.84×
1.71+791.5×
1.89+2638.34×
6.4×
4.18）/（2638.34×
7.4）
=3.85（kJ/kg.k）
故Q61=G麦汁C麦汁（100-70）=19412.91×
3.85×
30=2242190.61（kJ）（31）
3.6.2煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：
V3=19412.91×
10%×
1.5=2911.94（kg）
故Q62=IV3=6572821.62（KJ）（32）
3.6.3热损失为
（33）
3.6.4把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热
Q6=1.15（Q61+Q62）=10137264.1（KJ）（34）
3.7糖化一次总耗热量Q总
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=17240772.1（KJ）（35）
3.8糖化一次砂耗用蒸汽用量D
使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3Kj/kg,则：
D=Q总/[（I-i）η]
=17240772.1/[（2725.3-561.47）×
95%]（36）
=8387.06（kg/h）
式中，i为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；
η为蒸汽的热效率，取η=95%。
3.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax
在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且已知煮沸时间为90min热效率为95%，故：
Qmax=Q6/（1.5×
95%）=10137264.1/（1.5×
95%）=7113869.55（KJ/h）（37）
相应的最大蒸汽耗量为：
Dmax=Qmax/（I-i）=7113869.55/（2725.3-561.47）=3287.63（kg/h）（38）
3.10蒸汽单耗
据设计，每年糖化次数为1800次，总共生产啤酒30000t.年耗蒸汽总量为：
Dr=8387.06×
1800=15096708（Kg）
每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
D5=15096708/30000=503.22（kg/t啤酒）
每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
Dd=8387.06×
8=67096.48（kg/d）
至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送井发酵车间，必须尽量回收其中的热量。
最后若需要耗用冷冻水，则在以下“耗冷量计算”中将会介绍
最后，把上述结果列成热量消耗综合表，如表3
表330000t/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表
名称
规格
（MPa）
每吨消耗定额（kg）
每小时最大用量（kg/h）
每昼夜消耗量（kg/d）
每年消耗量（kg/a）
蒸汽
0.3（表压）
503.22
3287.63
67096.48
15096708
四、30000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量衡算
啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类，而后者有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分[8]。
不同的发酵工艺，其耗冷量也随之改变。
下面以目前我国应用最普遍的锥形罐发酵工艺进行20000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量计算。
4.1发酵工艺流程示意图
冷却
94℃热麦汁冷麦汁（6℃）锥形灌发酵过冷却至-1℃贮酒过滤清酒灌
图4发酵工艺流程
4.2工艺技术指标及基础数据
年产10°
淡色啤酒30000t;
旺季每天糖化8次，淡季为4次，每年共糖化1800次;
主发酵时间6天；
4锅麦汁装1个锥形罐；
10°
Bx麦汁比热容c1=4.0KJ/（kgK）；
冷媒用15%酒精溶液，其比热容可视为c2=4.18KJ/（kgK）；
麦芽糖化厌氧发酵热q=613.6kJ/kg；
麦汁发酵度60%。
根据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类，即：
（39）
4.3工艺耗冷量
4.3.1麦汁冷却耗冷量Q1
近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法[9]。
使用的冷却介质为2℃的冷冻水，出口的温度为85℃。
糖化车间送来的热麦汁温度为94℃，冷却至发酵起始温度6℃。
根据表2啤酒生产物衡酸表，可知每糖化一次热麦汁20053L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3,故麦汁量为：
G=1048×
18.62871=19522.89（kg）
又知100Bx麦汁比热容C1=4.0KJ/（Kg·
k）,工艺要求在1h小时内完成冷却过程，则所耗冷量为：
Q1=[GC（t1-t2）]/τ（40）
=[19522.89×
4.0（94-6）]/1
=6872056.61（KJ/h）
式中t1和t2——分别表示麦汁冷却前后温度（℃）
τ——冷却操作过程时间（h）
根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为：
Qf=4Q1=4×
6872056.61=27488226.42（kJ）（41）
相应地冷冻介质（2℃的冷冻水）耗量为：
Mf=Q1/[Cm（t4-t3）]=6872056.61/[4.18（85-2）]=19807.62（kg/h）（42）
式中，t3和t4——分别表示冷冻水的初温和终温（℃）
Cm——水的比热容[KJ/（kg·
K）]
4.3.2发酵耗冷量Q2
（1）发酵期间发酵放热Q21，假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6kJ/kg。
设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：
q0=613.6×
60%=36.82（kJ）
根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为17324.7L,则每锥形缺罐发酵放热量为：
Q01=36.82×
17324.7×
4=2551581.82（kJ）
由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化8锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高温时期耗冷量为：
Q21=（Q01×
1.5×
7）/（24×
6×
4）
=（2551581.82×
4）]
=46513.21（kJ/h）
（2）发酵后期发酵液降温耗Q22主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从6℃缓降到-1℃。
每天单罐降温耗冷量为：
Q02=4GC1[6-（-1）]=4×
19522.89×
4.0×
7=2186563.68（KJ）（43）
工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装1.5个锥形罐）：
Q22=（1.5Q02）/（24×
2）=（1.5×
2186563.68）/（24×
2）=68330.12（KJ/h）（44）
（3）发酵总耗冷量Q2
Q2=Q21+Q22=46513.21+68330.12=114843.33（kJ/h）（45）
（4）每罐用冷媒耗冷量Q0
Q0=Q01+Q02=2551581.82+2186563.68=4738145.5kg/h（46）
（5）发酵用冷媒耗（循环量）M2发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为：
M2=Q2/（Cm×
8）=114843.33/（4.18×
8）=3434.31kg/h（47）
4.3.3酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3
在锥形罐啤酒发酵过程，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5—7次。
设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。
冷却前无菌水温30℃。
用-8℃的酒精液作冷地介质。
由中述条件，可得无菌水用量为：
Gw′=19522.89×
1.0%×
3=3514.12（kg/d）
式中19522.89——糖化一次的冷麦汁量（kg）
每班无菌水量：
Gw=Gw′/3=3514.12/3=1171.37（kg/每班）（48）
假无菌水冷却操作在2h小时内完成，则无菌水冷却耗量为：
Q3=[GwGm（tw-tw′）]/r=[1171.37×
（30-1）]/2=70996.94（kg/h）（49）
所耗冷冻介质量为：
M3=Q3[cw（t2-t1）]/r=70996.94（4.18×
8）=2374137.73（kg/h）（50）
式中，t1和t2——冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃。
每罐用于酵母洗涤的耗冷量：
Q3=[GwGm（tw-tw′）]/1.5=[1171.37×
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