9万吨年12啤酒厂糖化工段进行初步工艺设计Word文档下载推荐.docx
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3.2.5洗槽水耗热量Q515
3.2.6麦汁煮沸过程耗热量Q615
3.2.7糖化一次总耗热量Q总16
3.2.8糖化一次耗用蒸汽量D16
3.2.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax16
3.2.10蒸汽单耗17
四、计算结果18
4.1物料衡算结果18
4.2热量衡算结果18
五、问题分析与讨论19
5.1蒸汽能量的回收利用19
5.2环境保护19
5.2.1三废概况19
5.2.2三废的治理19
5.3啤酒生产过程中废水的处理…………………………………………………19
六、设计评价20
七．总结20
八．附图21
绪论
一．设计目的
通过在学习所学的《生化工艺学》、《生物工程设备》、《化工原理》、《发酵技术》等课程的基本理论和基础知识的基础上，通过本次课程设计，我们可以应用所学，培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力，训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力，提高文字和语言表达能力、画图看图的基础技能的能力，为其它专业课程的学习和毕业论文（设计）打下基础。
二．设计思想
本设计以课程设计任务书为基础，以最新科研成果和实际经验为依据，通过文献检索、收集资料，综合分析；
贯彻节省基建投资，充分重视技术先进，降低工程造价等思想，从节约能源和降低原料消耗，追求经济效益等角度出发，以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则，同时注重“三废”治理和综合利用副产物，充分重视环保防污。
尽量采用本地原料、定型设备，各种设计方案综合比较，取长补短，制定一个高产节能的设计方案，高效生产高质量的优质啤酒。
三．啤酒酿造业存在的问题
我国啤酒企业多数还属于中小企业，由于技术、资金和认识上的不足，这些企业在节能减排和清洁生产技术的运用上，与国家的有关要求还存在很大的差距。
全国以工厂数计，尚有40%—50%啤酒厂的废水直接排放，而这些工厂的啤酒产量不足全国的15%。
我国多数中小啤酒企业仍处在高投入、高消耗、高排放、低效率的粗放型发展模式中，啤酒工业推行清洁生产的现状和我国全球第一啤酒大国的地位不相符合，“如果不积极推行清洁生产，巨大的生产就意味着巨大的消耗”。
一、设计任务书
1.1设计任务
对9万吨/年12°
啤酒厂糖化工段进行初步工艺设计
1.2技术指标
表一啤酒生产基础数据
项目
名称
百分比（%）
定额指标
原料利用率
96.5
原料配比
麦芽
75
麦芽水分
6
大米
25
大米水分
12
啤酒损失率（对热麦汁）
冷却损失
3.0
无水麦芽浸出率
73
发酵损失
1.0
无水大米浸出率
92
过滤损失
1.5
麦芽清净和磨碎损失
0.1
装瓶损失
总损失
7.0
1.3要求
1.依据给出的技术指标，选择适当的糖化工艺并进行糖化工段的物料衡算和热量衡算。
2.将计算结果分别汇总成物料衡算一览表和能量衡算一览表。
3.根据计算结果绘制糖化工段工艺流程图。
二、糖化工艺方法与流程
2.1啤酒生产工艺总体流程
啤酒是一种以麦芽和水为主要原料，经糖化、添加酒花煮沸、过滤、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳、低酒精浓度的酿造酒。
啤酒生产首先要经过预处理、糖化、过滤、煮沸，才能供酒母发酵所用，这段工艺的水准将直接影响到糖化收得率、过滤时间、麦汁澄清度、发酵进程、双乙酰还原速度、啤酒澄清状况等质量参数，因此这是关系到啤酒质量的一个重要工艺流程。
其一般的工艺流程如下：
啤酒生产工艺流程图
图1啤酒生产总体工艺流程示意图
2.2糖化工艺的流程
麦芽汁制备俗称糖化，就是指麦芽及辅料的粉碎，醪的糖化、过滤，以及麦汁煮沸、冷却的过程。
其流程图如附图所示。
糖化工序主要将大米和麦芽等原料经除尘、粉碎、调浆后送入糊化、糖化锅内，严格按照啤酒生产的工艺曲线进行升温、保温，并在酶的作用下，使麦芽等辅料充分溶解，再将麦汁与麦糟过滤分离。
过滤后的麦汁经煮沸、蒸发、浓缩以达到工艺要求的浓度，同时，在这个工艺过程中添加酒花，煮沸后的麦汁送入回旋沉淀槽中进行澄清，再经过薄板冷却至7℃~8℃左右送入发酵罐。
2.3原辅料预处理
在本设计中原料为麦芽，辅料为大米，在原辅料处理阶段主要包括麦芽及水的选择，原辅料的贮存及粉碎方式。
2.3.1原辅料处理流程与说明
斗式提升机斗式提升机
大米粉碎至糖化
下料坑立仓除杂机
麦芽干粉碎
图2原辅料处理流程图
将大米和麦芽分别用斗式提升机从下料坑提到立仓，再将其提到除杂机中处理，然后将大米和麦芽用粉碎机粉碎，最后送至糖化。
麦芽和大米的粉碎对啤酒质量的好坏有直接影响。
2.3.2水质要求
啤酒中水的含量占90%以上，因此水质对啤酒口味的影响极大。
国内外的著名啤酒之所以质量较好，其酿造用水的水质优良是原因之一，同时水也要用于洗涤、冷却、消防和生活等各个方面。
酿造用水是指糖化用水、酵母洗涤用水以及高浓度酿造时的稀释用水。
酿造用水必须达到饮用水标准，一般由深井水经改良处理而成。
改良和处理的方法主要机械过滤、软化处理、脱盐处理等。
而冷却用水，只要求干净、硬度低、金属离子含量少，一般的自来水即可达到要求。
2.3.3辅料的贮存方式
本设计选用立仓贮存麦芽和大米，目前国内的贮存有散装、袋装和立仓贮存三种方式。
钢筋混凝土所制立仓具有一下优点：
容积利用高，容量大，传热性小，节省劳动力，杀菌方便。
由于麦芽和大米需注意防潮，故本设计选用钢筋混凝土制立仓贮存麦芽和大米。
2.3.4原料粉碎方法
麦芽在进行糖化前，必须粉碎，粉碎后的麦芽，可溶性物质容易浸出，也有利于酶的作用，使麦芽的不溶性物质进一步溶解。
目前国内啤酒厂麦芽和大米的粉碎方法有干法、湿法，都是为了增加原料的表面积，提高热处理效果；
增加物料流动性，提高生产自动化程度。
干法粉碎：
设备投资少，占地面积少。
生产操作简单灵活，粉碎程度易于控制，便于设备维修。
且多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，是麦芽及大米粉碎的理想选择。
湿法粉碎：
可获得良好的过滤层，解决了粉尘的危害。
另外，麦芽和大米经过温水浸泡，糖化时间可减少。
但设备大，占地面积大，操作复杂，维修困难，粉碎程度不易控制，此外，其耗电量要比干法粉碎高出8%－10%。
所以，本设计采用干法粉碎。
2.3.5粉碎机的选择
啤酒厂粉碎麦芽和大米的方法有辊式粉碎机和湿式粉碎机。
由上面可知，我们采用的是干法粉碎，所以湿式粉碎机就不考虑了。
辊式粉碎机常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。
两辊式粉碎机主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒。
工作时，装在两辊之间的物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。
两辊式粉碎机制造简便，结构紧凑，运行平稳。
四辊式粉碎机由两对辊筒和一组筛子所组成。
原料经第一对辊筒粉碎后，由筛选装置分离出皮壳排出，粉碎再进入第二对辊筒粉碎。
五辊式粉碎机前三个是光棍，组成两个磨碎单元；
后两个辊筒是丝辊，单独成一磨碎单元。
通过筛选装置的配合，可以分离出细粉、细粒和皮壳。
该机性能很好，在啤酒加工过程中，通过调节可以应用于各种麦芽。
六辊式粉碎机性能与五辊式相同。
它由三对辊筒组成，前两对用光棍，主要以挤压作用粉碎原料，可以使得生物质原料的皮壳不至粉碎得太细而影响后一工序的操作。
第三对辊筒用丝辊，将筛出的粗碎粉碎成细粉和细粒，有利于糖化时充分浸出有用物质。
根据上面的内容，我们对麦芽粉碎采用六辊式粉碎机，对大米粉碎采用两辊式粉碎。
2.3.6原料输送设备的选择
在现代化工业生产中，输送的方式有两种：
一种是机械输送，利用机械运动输送物料；
另一种是气力输送，借助风力输送物料。
我们选择机械输送，因为气力输送与机械输送相比要求动力较大，且不适合间歇操作。
在机械输送中，用于输送固体原料的主要有带式输送机、斗式提升机、刮板输送机、螺旋输送机。
在这些输送机中，只有斗式提升机用于物料从低的地方提升到高的地方。
所以，我们在输送麦芽和大米的时候选择斗式提升机。
2.4麦芽汁的制备
2.4.1糊化
辅料需先在糊化锅中煮沸糊化，然后再与麦芽粒一起进行糖化。
辅料的淀粉颗粒在温水中吸水膨胀，当液温升到70℃左右时，颗粒外膜破裂，内部的淀粉呈糊状物溶出而进入液体中，使液体黏度增加。
如果对淀粉糊继续加热，那么淀粉长链断裂变成短链的糊精，糊状淀粉成为半透明的均质胶体。
又糊状淀粉变成可流动的糊精的过程，称为液化。
在糊化大米时，可按100kg大米加入20kg的麦芽，利用麦芽中的酶使大米中的淀粉有一定程度的分解，以加速糖化酶作用，同时也可降低糊化醪的黏度。
2.4.2糖化
糖化是利用麦芽自身的酶（或外加酶制成剂代替部分麦芽）将麦芽和辅料中不溶性的高分子物质分解成可溶性的低分子物质等的麦汁制备过程。
整个过程主要包括：
淀粉分解，蛋白质分解，β－葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。
麦芽自身的酶含量丰富足以用于糖化。
在我们的设计中糖化是利用麦芽自身的酶。
糖化主要有煮出糖化法、浸出糖化法、双醪煮出糖化法三种方法。
生产淡色啤酒，一般采用二次煮出糖化法。
这个方法的特点是在糊化锅中前后进行过2次煮沸操作，第1次是将辅助原料在糊化锅中煮沸糊化，然后再进入糖化锅糖化。
煮沸糊化的目的是使糖化时糖化酶充分发挥作用。
第2次煮沸的对象是部分糖化醪液，煮沸的目的是为了除酶，避免其对啤酒泡沫和口味醇厚性有益的物质的过度分解，而影响啤酒的质量水准。
2.4.3糖化醪的过滤
糖化醪的过滤方法有过滤槽法、压滤机法及快速渗出槽法。
目前国内的啤酒厂多采用过滤槽法。
糖化结束后，从过滤槽底通入76～78℃的热水，以浸没滤板为度。
过滤操作如下：
将糖化醪充分搅拌，并尽快泵入过滤槽后，使用耕槽机将其翻拌均匀，再静置20分钟左右，让醪在过滤槽内自然沉降，形成过滤层。
最先沉下的是谷皮之类，随后是未分解的淀粉和蛋白质，滤层厚度要求在30～45cm，如果糖化效果较好，醪槽表面的黏稠物就少，且醪槽上面的糖化液清凉。
糖化醪温度控制在55～70℃。
滤层形成后开始过滤操作。
起始流出的原麦芽汁混浊不清，必须用泵将其泵回过滤槽后再次过滤，直至得到澄清原麦芽汁，然后将原麦芽汁泵入煮沸锅。
自正式过滤开始后15～30分钟起检查原麦芽汁的糖度、澄清度以及色、香、味。
糖化过滤期间，一般可不翻动麦槽层，但若过滤速度太慢，则可用耕槽机进行耕槽，从上至下将醪槽层耕松，注意不要在同一深度反复翻耕，以免压实槽层。
2.4.4麦汁煮沸与酒花的添加
经过滤得到的原麦芽汁须经煮沸，并在煮沸过程中添加酒花，其目的是：
蒸发多余水分，使麦芽汁浓缩到规定浓度；
溶出酒花中有效成分，增加麦汁香气苦味；
促进蛋白质凝固析出，增加啤酒稳定性；
破坏全部酶，进行热杀菌。
2.4.4.1麦汁煮沸方法
常用间歇常压煮沸，原麦汁过滤期间，当麦汁已将加热层盖满后，开始加热保持80℃左右，酶继续对残存淀粉分解，洗槽结束时加热至沸，煮沸时间一般为1～2小时。
2.4.4.2酒花添加
添加酒花都在麦芽汁煮沸过程中进行，不同的添加时间和不同的添加量会有不同的结果，因此掌握好添加时间和各次添加量十分重要。
酒花的添加分为3个步骤见下：
表二
次数
时间
占总量的百分数
主要目的
第一次
10分钟左右
20%
利用其苦味以及防止泡沫升起
第二次
45分钟左右
40%
第三次
80分钟左右
为获得酒花香气
2.5麦汁热凝固物的沉淀
在麦汁用于发酵之前，先要去除热凝固物和冷凝固物，也就是进行麦汁的澄清。
我们使用回旋沉淀槽除热凝固物。
回旋沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，与其他分离设备相比，具有结构简单、操作方便、分离效果好的特点。
回旋沉淀槽是立式柱形槽，热麦芽汁沿切线方向泵入，形成旋转流动。
由于回旋效应，使热凝固物颗粒沿着重力和向心力所形成的合力的方向，以较坚实的丘状沉积于槽底中央，达到固、液分离的目的，清亮麦芽汁则从侧面麦汁出口排出。
2.6麦汁冷却
麦芽汁冷却的目的主要是使麦芽汁达到发酵接种的温度8～10℃。
同时，使大量的冷凝固物析出。
近年来都使用薄板冷却器冷却麦芽汁，冷却时间通常为1～2h。
麦芽汁冷却结束后，可用无菌压缩空气将薄板冷却器中的麦芽汁顶出。
整个冷却操作，要防止外界杂菌污染。
麦汁冷却时使用薄板冷却器要注意：
①麦汁冷却是最容易引起污染的工序，薄板冷却器使用前，必须将麦汁一侧及麦汁管路彻底杀菌；
②控制好麦芽汁和冷却水流量，使冷麦芽汁温度符合要求；
③薄板两侧麦汁和冷媒压力要尽可能保持均衡，避免压差大造成渗漏；
④控制好冷却开始和结束时的麦汁浓度，使之符合要求；
⑤每次冷却麦芽汁结束后，及时用热水清洗杀菌，定期清洗薄板；
⑥冷却的水质应使用碳酸盐硬度较低的水，以减少水垢。
三、工艺计算
根据表一数据，先进行100kg原料（麦芽、大米）生产12°
啤酒的物料计算，然后进行1000L12°
啤酒物料衡算,最后进行90000吨/年啤酒厂糖化车间的平衡计算。
3.1物料衡算
啤酒物料衡算
1.热麦汁量：
由技术指标数据可得原料收得率分别为
麦芽收率：
0.73×
（100－6）÷
100＝68.62％
大米收率：
0.92×
（100－12）÷
100＝80.96％
混合原料收得率为：
（0.73×
68.62％＋0.25×
80.96％）×
96.5％＝67.87％
由上述可得100kg混合原料可制得12°
热麦汁量为：
（67.87÷
12）×
100＝565.58（kg）
又知12°
麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的体积增加1.04倍，故100℃热麦汁体积为：
（565.58÷
1.084）×
1.04＝542.62（L）
2.冷麦汁量：
542.62×
（1－0.03）＝526.34（L）
3.发酵液量：
526.34×
（1－0.01）＝521.08（L）
4.过滤酒量：
521.08×
（1－0.015）＝513.26（L）
5.成品啤酒量：
513.26×
（1－0.015）＝505.56（L）
6.酒花耗用量：
热麦汁加入酒花量定为0.2％，则：
100Kg原料耗用酒花量为:
565.58×
0.2%＝1.13（kg）
7.湿糖化槽：
设排出湿麦槽水分含量为80％，则：
湿麦槽量为：
75×
[（1－0.06）（1－73％）/（1－80％）]＝95.175（kg）
湿大米槽量为：
25×
[（1－0.12）（1－92％）/（1－80％）]＝9.800（kg）
故湿糖化槽量为：
96.175+9.8=105.975（kg）
8.湿酒花槽：
设酒花槽在麦汁中浸出率40％，酒花槽水分含量为80％，则：
湿酒花槽量为：
1.13×
[（1－40％）/（1－80％）]＝3.39（kg）
3.1.2生产1000L12°
淡色啤酒的物料衡算
由上面计算可知100kg混合原料可生产12°
成品啤酒505.56L
1.生产1000L12°
淡色啤酒需耗混合原料为：
1000/505.56×
100＝197.80（kg）
2.麦芽耗用量：
197.80×
75％＝148.35（kg）
3.大米耗用量：
197.80-148.35＝49.45（kg）
4.酒花耗用量：
对浅色啤酒，热麦汁中加入酒花量为0.2％，则：
1000L12°
啤酒耗用酒花量为：
542.62/505.56×
1000×
0.2％=2.15（kg）
5.热麦汁量：
542.62/505.56×
1000＝1073.30（L）
6.冷麦汁量：
526.34/505.56×
1000＝1041.10（L）
7.发酵液量：
521.08/505.56×
1000＝1030.70（L）
8.过滤酒量：
513.26/505.56×
1000＝1015.23（L）
9.湿糖化槽量：
设排出的湿麦槽水份含量为80％，则：
湿麦槽量为：
148.35×
[（1－0.06）（100－73）/（100－80）]＝188.26（kg）
湿大米槽量为：
49.45×
[（1－0.12）（100－92）/（100－80）]＝17.41（kg）
故湿糖化槽量为：
188.26+17.41＝205.67（kg）
10.酒花槽量：
湿酒花槽量为：
2.15×
[（100－40）/（100－80）]＝6.45（kg）
啤酒厂的物料衡算
设生产旺季每天糖化6次，而淡季糖化4次，旺季以200天计，淡季100天。
则每年总糖化次数：
6×
200+4×
100＝1600次。
12摄氏度的淡色啤酒的密度为1012kg/m3
9万吨12°
淡色啤酒糖化车间物料衡算：
1.9万吨啤酒的体积为：
90000×
103/（1012×
10-3）=8.89×
107（L）
2.糖化1次成品酒定额量：
8.89×
107÷
1600＝5.56×
104（L）
3.消耗混合原料：
5.56×
104×
197.80/1000＝1.10×
104（kg）
4.麦芽耗用量：
1.10×
75％＝8.25×
103（kg）
5.大米耗用量：
25％＝2.75×
5.56×
104/1000＝119.54（kg）
7.热麦汁量：
1073.30×
104/1000＝59675.48（L）
8.冷麦汁量：
1041.10×
104/1000＝57885.16（L）
9.发酵液量：
1030.70×
104/1000＝57306.92（L）
10.过滤液量：
1015.23×
104/1000＝56446.68（L）
11.湿糖化槽量：
205.67×
104/1000＝11435.25（kg）
12.湿酒花槽量：
6.45×
104/1000＝358.63（kg）
13.成品酒量：
1000×
104/1000＝55600.00（L）
把上述的有关啤酒糖化车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表三：
表三啤酒厂糖化车间物料衡算表
物料名称
单位
100kg混合原料
1000L12°
啤酒
糖化一次定额
9万吨/年
啤酒生产
混合原料
Kg
100
197.80
1.10×
104
1.76×
107
148.35
8.25×
103
1.32×
49.45
2.75×
4.4×
106
酒花
1.13
2.15
119.54
1.91×
105
热麦汁
L
542.62
1073.30
59675.48
9.55×
冷麦汁
526.34
1041.10
57885.16
9.26×
湿糖化槽
105.975
205.67
11435.25
1.83×
湿酒花槽
3.39
6.45
358.63
5.74×
发酵液
521.08
1030.70
57306.92
9.17×
过滤液
513.26
1015.23
56446.68
9.03×
成品啤酒
505.56
1000
55600.00
8.89×
12°
淡色啤酒密度为1012kg/m3
全年实际生产啤酒量为：
107×
1.012＝8.99668万吨
3.2热量衡算
二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，本设计就以此工艺为基准进行糖化车间的热量衡算。
工艺流程示意图如附图，其中的投料量为9万吨/年啤酒厂糖化阶段一年的用料量
糊化锅自来水，18℃糖化锅
大米粉料水比1：
4.5↓料水比1：
3.5麦芽粉
麦芽粉←←←←←←←←热水，50℃→→→→→→→→46.7℃,60min
t0℃，20min↓
↓13min↓10min
70℃63℃,60min
↓12min↓5min
90℃,20min→→→→100℃,40min70℃,25min
↓20min
过滤←←←糖化结束←←←78℃←←←←←←←←←←←100℃,10min
↓
麦汁→煮沸锅→→→回旋沉淀槽→→→薄板冷却器→冷麦汁→发酵
↗↓↓
酒花酒花槽热凝固物冷凝固物
图3啤酒厂糖化工艺流程示意图
3.2.1糖化用水耗热量Q1
根据工艺，糊化锅加
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