生物工程1班车晓曦论文定稿资料.docx
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生物工程1班车晓曦论文定稿资料
1前言
1.1概述
啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0.75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。
在中国建立最早的啤酒厂是俄国人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂,此后五年时间里俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。
然而,我们啤酒业大力发展真正发生在1979年后十年,我国的啤酒工业每年以30%以上的高速度持续增长。
80年代,我国的啤酒厂如雨后春笋般的不断涌现遍及神州大地。
到1988年我国大陆啤酒厂家发展到813个,总产量达656.4万吨,仅次于美国、德国名列第三（到1993年跃居第二）短短十年,我国啤酒厂家增长9倍,产量增长17.6倍,从而我国成了名符其实的啤酒大国。
在生活水平较高的西方世界，啤酒市场出现了持续的停滞；而在世界东方，有时却出现增长趋势。
在许多工业化国家中，当啤酒的人均消费量停滞甚至降低时，啤酒的需求量和产量在东欧国家和中国却增长了。
中国是最重要的啤酒市场，中国的啤酒产量已由1998年的1900万吨，上升到2000年的2200万吨左右。
在近9年中，中国已取代了德国在世界排名第二的位置。
据中国酿酒工业协会透露，在2003年，中国啤酒产量将达到2400万——2500万吨。
综上所述，我国的啤酒行业还有很大的发展潜力。
在很多省市啤酒的需求量不断的增长的情况下，磐石市鸿运啤酒厂年产5万吨啤酒项目孕育而生。
1.2设计依据
1.2.1根据在四平市金士百啤酒有限公司实习一周所获的一些基础资料
1.2.2参考资料
《啤酒工业手册》
《发酵工厂工艺设计概论》
《化工原理》
《啤酒工艺》
《发酵设备》
《化工设计手册》
《AutoCAD2002应用程序》
1.2.3吉林农业大学毕业设计任务书
1.3主要技术经济指标
表1主要技术经济指标表
Table1Mostlytechnicaleconomicindicator
序号
Sequencenumber
指标
Guideline
单位
Unit
数量
Amount
备注
Remark
1
生产规模
万吨/年
5
2
鸿运纯生啤酒
万吨/年
1
3
鸿运普通啤酒
万吨/年
2.5
4
鸿运各种精品啤酒
万吨/年
1.5
5
总投资
万元
6000
6
固定资产投资
万元
4356
7
产后综合年产值
万元
9616
8
流动资金
万元
1644
9
利税
万元
3500
10
投资回收期
年
3.48
11
全厂定员总计
人
426
不包括临时工
12
工人
人
320
13
工程技术人员
人
66
14
管理人员
人
34
15
全年生产天数
天
300
16
麦芽
t/a
6818
17
黑米黑甜玉米、小黑麦、黑糯
t/a
3402
18
啤酒花
t/a
64.8
19
商标
万个/a
8616
20
瓶损
万个/a
107
21
易拉罐
万个/a
2614
22
硅藻土
t/a
108
23
瓶装箱
万个/a
230
24
罐装箱
万个/a
324
25
瓶盖
万个/a
8616
26
水
t/a
982800
全厂综合
27
电
kwh/a
648
全厂综合
28
运输量
万t/a
12.52
29
运入量
万t/a
4.4
30
运出量
万t/a
8.12
31
全厂占地面积
立方米
230000
32
生产区占地面积
立方米
27500
33
生活区占地面积
立方米
12500
1.4问题与建议
1.4.1本项目有以下问题与风险
因当地目前资源有限，并且供不应求，供应商分散，质量不能得到很好的保障。
重大自然灾害造成损失的风险
融资方面的影响项目建设进度的问题
1.4.2建议
对于原料供应问题，本项目啤酒生产主要原料有大米、麦芽、啤酒花，吉林省盛产大米，且品种优良，啤酒生产用大米货源充足，啤酒厂所需要原料大米供应有可靠保证。
啤酒生产所需要麦芽由新疆、辽宁级黑龙江等地麦芽厂供应，啤酒花主要产地在新疆，应该与原料商建立长期、稳定、良好的合作关系，可以保证材料的质量和数量，从而保证企业产品的质量。
对于人类不可抗拒的重大自然灾害，项目应采取投保的方式进行解决，尽量减少损失。
对于融资方面可能发生的商业贷款到位不及时问题，应加大公关协调力度，力争贷款，及时足额到位。
同时建设单位要准备一定数量的资金，必要时进行垫付，确保本项目能按计划如期完成。
1.5结论
本项目是充分利用当地的原料资源和劳动力资源，促进当地工业农业的发展的项目，是招商引资、提高人民生活水平，为国家创造财政收入的好项目。
本项目采用的生产方法和生产工艺技术，选用的设备稳定可靠，先进可行，生产的啤酒质量高。
项目建设完成投产后，正常年份创造产值9616万元，所得税3500万元，税后利润6116万元，投资回收期3.48年，有一定的抗风险能力，项目是可行的。
2工厂总体设计
2.1说明
发酵工业是国民经济中的重要部门。
在发酵工业建设基本战线上，工厂设计发挥着重要作用。
设计工作是科学技术转化为生产力的一门综合性科学。
它是扩大再生产，更新改造原有企业，增加产品品种，提高产品质量，节约能源和原材料，促进国民经济和社会发展的重要技术经济活动的组成部分。
工厂设计在工程项目建设的整个过程中，是一个极其重要的环节，可以说在建设项目立项以后，设计前期工作和设计工作就成为建设中的关键，国民经济的发展，发展的效益和速度，都离不开工厂设计工作。
2.2设计工作原则
设计工作要为要现代化建设这个中心，为这个中心服务。
设计工作必须认真进行调查研究。
要学会查阅文献，收集设计必需的技术基础资料，加强技术经济的分析工作，深入调查，与同类型厂先进技术经济指标做比较，要善于从实际出发去分析研究问题。
设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均水平为宜。
要解放思想，积极采用新技术，力求设计在技术上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性。
并根据设备和控制系统在资金和供货可能情况下，尽可能提高劳动生产率，逐步实现机械化，自动化。
设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性想结合的原则，不能千厂同貌。
工厂生产规模，产品品种的确定，要适应国民经济的需要，要考虑资金来源，建厂地点，时间，三废综合利用等条件，并适当留有发展余地。
发酵工厂设计还应考虑采用微生物发酵的工厂的独特要求，既要注意到周围环境的清洁卫生，又要注意到工厂内车间之间对卫生，无菌，防火等条件的相互影响。
另外，食品类发酵工厂，还应贯彻国家食品卫生法有关规定，充分体现卫生、优美、流畅、并能让参观者放心的原则。
合计工作必须加强计划性，各阶段工作要有明确的进度。
本课题是设计年产5万吨的啤酒厂，其重点是糖化车间的工艺及其关键设备的设计与选型。
本课题主要遵循以下原则：
设计仔细，面面到位，考虑全面，尽量降低成本
2.3厂址选择
厂址选择是基本建设前期工作的重要环节，在工厂设计中有明显的政治经济技术的意义。
厂址选择正确与否，不仅关系到建厂过程中能否以最省的投资费用，按质按量按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产，技术管理和发展远景，都有着很大的影响，并同国家地区的工业布局和城市规划有着密切的关系厂址的选择应该作到深思熟虑和严谨从事。
厂址选择一般包含地点和场地选择，地点选择就是对所建厂在某地区的方位极其所处的自然环境状况，进行勘察。
场地选择就是对所建厂在某地点处的面积大小，场地外型及其潜藏的技术经济性，进行周密的调查，预测，对比分析，作为确定厂的依据。
这两个概念选择厂址的一般原则如下：
2.3.1自然条件
地理位置选择厂址时应当了解所选厂址的方位及其与城镇的关系，周围地段的地理情况和在该处建厂的有利条件及不利条件。
地形、地势与地质现代化的发酵工厂，从原料到糖化到发酵到分离提取到精制，包装，是一条流水作业线。
车间占地面积较大且多为矩形，因此要求厂址地形及外形整齐为好，最适宜者为矩形，这样，有利于工厂总平面的布置
水文要有丰富的水源，包括地表水，深层水（深井水），水库水（雨水），江河水（露天水）及泉水和城市自来水等根据发酵工厂的特点，水质要满足生产工艺要求，包括满足引用水质标准及酿造用水标准，硬水及软化水等。
一般深井水及泉水的水量，水温，水质均较适宜；地表水，水库水，江河水的水量大而水质不高；城市自来水来源方便而单价却不便宜。
使用时要注意合理性与经济性。
气象气象资料是工厂总评面布置的重要依据之一，也是厂房设计和排水系统设计的主要依据。
主要内容包括以下各项：
（1）温湿度
（2）降雨量
（3）冬季积雪情况
（4）冰冻期及地层冰冻深度、土壤温度
（5）风玫瑰图及风级表等
（6）最高最低气压及全年平均气压
2.3.2技术经济条件
原料供应与产品销售发酵工业产品品种繁多，原料范围广泛，有农，林，牧，水等天然资源，也有工业产品或副产品。
选择厂址时应对原料的产地，供应，运输，储藏及其规格质量，化学成分等技术经济性状进行调查分析。
所选的厂址应尽量接近原料产地，异地原料应保证供应方便，减少运输损失，进厂后须有相应的储备工艺，以保证正常生产，降低原料成本。
电、热及燃料供应方便是选择厂址的重要原则之一。
首先要对厂址与高压电网的距离，电源设备和电压等情况详细了解，以便确定输电方式和厂内变压配电所的位置。
2.4总平面布置
2.4.1工厂总平面布置设计原则
按功能划分厂区，即将工厂的各部门按生产性质、卫生，防火与运输要求的相似性，将工厂划分为若干功能区段。
如中、大型机械工厂的厂区，可划分为加工装配区，备料（热加工）区，动力区、仓库设施区及厂前区等。
这种布置模式的优点是各区域功能明确，相互干扰少，环境条件好，但是，这种布置模式难以完全满足工艺流程和物流合理化的要求。
采用系统布置设计模式，即按各部门之间物流与非物流相互关系的密切程度进行系统布置，因此可以避免物料搬运的往返交叉，节省搬运时间与费用。
适应工厂内外运输要求，线路短且顺直。
工厂总平面布置要与工厂内部运输方式相适应。
根据生产产品产量特点，可以采用铁路运输、道路运输、带式运输或管道运输等。
根据选定的运输方式，运输设备及技术要求等，合理地确定运输线路及与之有关的部门的位置。
厂内道路承担着物料运输，人流输送，消防通行的任务，还具有划分厂区的功能；道路系统的布局对厂区绿化、美化，排水设施布置，工程管线铺设，也有重大影响。
工厂内部运输方式，道路布局等应与厂外运输方式相适应，这也是工厂总平面布置应给予重视的问题。
生产中产生的有害烟雾和粉尘会严重影响工作人员的身体健康，并会造成环境污染。
进行工厂总平面布置前，必须了解当地全年各季节风向的分布和变化转换规律，绘制成风向图，拽出全年占优势的盛行风向。
如我国北方大部分地区春，夏季盛行东南风，秋、冬季盛行西北风。
散发有害烟雾或粉尘的车间，应分布在两盛行风向间的最小风级的上风侧。
另外，建筑物的朝向也是工厂总平面布置时应注意的问题，特别是对日照、采光和自然通风要求较高的建筑物，更应注意这个问题。
2.4.2车间布置设计原则
确定设备布置形式根据车间的生产纲领，分析产品—产量关系，从而确定生产类型是大量生产、成批生产还是单件生产，由此决定车间设备布置形式是采用流水线式，成组单元式还是机群式。
满足工艺流程要求车间布置应保证工艺流程顺畅，物料搬运方便，减少或避免往返交叉物流现象。
实行定置管理，确保工作环境整洁，安全车间布置时，除对主要生产设备安排。
适当位置外，还需对其它所有组成部分包括在制品暂存地，废品废料存放地，检验试验用地、工人工作地，通道及辅助部门如办公室，生活卫生设施等安排出合理的位置，确保工作环境整洁及生产安全。
选择适当的建筑形式根据工艺流程要求及产品特点，配备适当等级的起重运输设备，进一步确定建筑物高度、跨度、柱间距及形状。
2.5厂址概述
工厂位于磐石市与吉林市交界处，由于磐石市是吉林省的玉米生产大县，原料可向当地农民收粮。
由于靠近松花江，地下水源丰富且水质优良。
厂边是吉桦高速公路，交通十分方便。
同时。
铁路交通也很便利。
建厂处位于平坦、地势广阔，远离居民区，便于放火放暴管理。
尽可能节约用地，不占或少占用耕地。
由于此处地震烈度仅为2.4十分安全，又因为离丰满水电站不远，因此电力上可有保障。
厂区占地面积为23万平方米。
3生产工艺
3.1原料及产品的质量标准
我国啤酒的质量标准为GB4927-1991，实验方法GB4928-1991。
3.1.1理化指标
表2成品啤酒的理化指标
Table2PhysicalandchemicalGuidelineofbeerwithfinishedproduct
项目
Item
优级
Good
一级
First
二级
Second
二氧化碳含量（%）
≧0.40
≧0.38
≧0.35
浅色啤酒中双乙酰含量
≦0.13
≦0.15
≦0.20
浓色啤酒中mg/l
≦0.14
≦0.16
≦0.20
保存期（天）
≧120
≧120
≧60
3.1.2感官指标
表3成品啤酒的感观指标
Table3Surfaceguidelineofbeerwithfinishedproduct
项目
Item
优级
Good
一级
First
二级
Second
透明度
清亮透明，无明显悬浮沉淀物
清亮透明，无明显悬浮沉淀物
尚清，较透明
浑浊度
≦1.0
≦1.0
≦2.0
泡沫形态
泡沫洁白细腻持久挂杯
泡沫洁白细腻较持久挂杯
泡沫尚洁白但较粗糙
瓶装泡沫性
≧210
≧120
≧100
罐装泡沫性
≧180
≧180
香气和口味
有明显酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调柔和，无异味
有较明显酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调柔和，无异味
有酒花香气，口味纯正，无异味
3.2生产工艺流程
3.2.1酿造啤酒的原料
酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花。
3.2.1.1大麦
大麦是酿造啤酒的主要原料，以子粒生长形态分类分为二棱大麦、四棱大麦、六棱大麦三种。
以播种时间分类分为春大麦、冬大麦两种。
以麦穗形态分类分为：
直穗、曲穗大麦。
啤酒工业上用的大麦主要为二棱（曲穗）大麦。
3.2.1.2酿造水
啤酒的主要成分就是水，所以水的好坏对啤酒的影响很大，国家规定的啤酒工业用水指标如下：
表4酿造用水质量要求
Table4Qualityofbrewingwater
项目
Item
单位
Unit
理想要求
Idealrequest
最高极限
High-point
超过后极限引起的缺点
Defect
色
无色
无色
有色水是污染的水不能使用
透明度
透明、无沉淀
透明、无沉淀
影响麦汁浊度，麦汁容易浑浊
味
20℃、50℃无异味、无异臭
20℃、50℃无异味、无异臭
污染啤酒、口味恶劣
总溶解盐类
mg/L
150-200
500以上
含盐过高的水用来酿造啤酒口味苦涩
PH值
6.8-7.2
6.5-7.8
造成糖化困难，啤酒口味不佳
有机物（高锰酸钾耗氧量）
mg/L
0-3
10以下
超过极限的水是严重的污染水
碳酸盐硬度
mmol/L
0-0.71
1.78以下
使麦芽醪降酸，造成糖化困难
非碳酸盐硬度
mmol/L
0.71-1.78
2.50以下
过量则引起啤酒口味粗糙
总硬度
mmol/L
0.71-2.50
4.28以下
大肠杆菌总数
无
达饮用水标准
有害人体健康
3.2.1.3酵母
酵母的种类很多，用于啤酒生产的酵母叫做啤酒酵母。
酵母的作用在于使糖化时产生的糖，通过酵母厌氧呼吸作用，转化为酒精和二氧化碳。
酵母是一种单细胞的微生物，圆形或椭圆形，约10微米左右。
酵母可以进行有性繁殖或无性繁殖，有不同的种类，相应分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。
啤酒酵母的学名Saccharomycescerevisiae根据Loder分类，酵母有39属，350种。
3.2.1.4啤酒花
啤酒花（简称：
酒花）作为啤酒工业的原料开始使用于德国。
使用的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。
酒花被称为啤酒之魂，酒花能够提供啤酒以独特的香气，并维持啤酒泡沫的稳定。
在实际啤酒工业中，往往以香型、苦型、兼型酒花来区分酒花。
著名的酒花产国有德国、捷克、美国、英国等。
我国的酒花产地主要位于新疆。
酒花的主要成分为α酸、β酸、酒花油。
工业中使用的酒花制品为压缩花、颗粒酒花、酒花浸膏。
酒花（颗粒酒花）的质量主要在于以下指标：
α酸、β酸水分、夹杂等。
酒花的主要成分有：
a-酸（学名HUmulone）和B-酸（学名Lupulone）及未定性的B-组分（B-Fraction）,以及酒花油和多酚物质。
3.2.2麦汁的制备
其主要过程有原料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。
3.2.2.1原料的粉碎
麦芽粉碎：
麦芽粉碎的目的主要在于，使表皮破裂，增加麦芽本身的表面积，使其内容物质更容易溶解，利于糖化。
按其粉碎类型来说，可以分为干粉碎和湿粉碎两种。
值得注意的是，对于表皮的粉碎要求破而不碎，原因是表皮主要组成是各种纤维组织，其中有很多物质会影响啤酒的口味。
如果将其粉碎，在糖化的过程中，会使其更容易溶解，从而影响啤酒的质量，其次是因为，在糖化过后的过滤中，可以将去其更容易的过滤掉，而且可以让其充当过滤层，达到更好的过滤效果。
大米和玉米的粉碎：
对于大米来说，粉碎的越细越好，越利于糊化。
玉米要求先脱胚和脱壳，粉碎度不能超过要求。
两种辅料粉碎后的时间不能超过24小时，防止发热结块。
3.2.2.2糖化
所谓糖化就是利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽中不溶性高分子物质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中间分解产物），逐步分解成低分子可溶性物质，这个分解过程叫做糖化。
整个过程主要包括：
淀粉分解，蛋白质分解，B-葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。
表5不同温度下糖化反应的物质变化
Table5Materialvarietyonsaccharificationunderdifferenttemperature
温度（℃）
Temperature
物质变化
Materialvariety
35-37
酶的浸出，有机磷酸盐的分解
40-45
有机磷酸盐的分解，B-葡聚糖的分解，蛋白质分解，R-酶对支链淀粉的解支作用
45-52
蛋白质分解，低分子含氮物质多量形成，有机磷酸盐的分解，葡聚糖分解
50
有利于羧肽酶的作用，低分子含氮物质的形成。
55
有利于内肽酶的作用，大量可溶性氮形成，内-B-葡聚糖酶，氨肽酶逐渐失活
53-62
有利于内肽酶的作用，大量可溶性氮形成，内-B-葡聚糖酶，氨肽酶逐渐失活
63-65
有利于B-淀粉酶的作用，大量麦芽糖形成
65-70
最高量的麦芽糖形成
70
有利于a-淀粉酶的作用，B-淀粉酶的作用相对减弱，糊精生成量相对增多，麦芽糖生成相对减少，界限糊精酶失活
70-75
麦芽a-淀粉酶的最适合温度，大量短链糊精成生，B-淀粉酶，内肽酶，磷酸盐酶失活
76-78
麦芽a-淀粉酶和某些耐高温的酶仍旧可以起作用，浸出率开始降低
80-85
麦芽a-淀粉酶失活
100
酶因高温全部失活
3.2.2.3醪液过滤
过滤目的：
糖化工序结束后，应在最短的时间内，将糖化醪液中的原料溶出物质和非溶性的麦糟分离，以得到澄清的麦汁和良好的浸出物收得率。
过滤步骤：
以麦糟为滤层，利用过滤方法提取麦汁，叫做第一麦汁（过滤麦汁）。
然后利用热水洗涤过滤后的麦糟，叫做第二麦汁（洗涤麦汁）。
过滤方法：
过滤槽法，压滤机法，快速渗出法。
3.2.2.4麦汁煮沸
麦汁煮沸的目的：
破坏酶的活力，主要是停止淀粉酶的作用，稳定可发酵糖和糊精的比例，确保稳定和发酵的一致性。
麦汁灭菌：
通过煮沸，消灭麦汁中的各种菌类，特别是乳酸菌，避免发酵时发生败坏，保证产品的质量。
蛋白质的变性和絮凝沉淀：
此过程中，析出某些受热变性以及与单宁物质的结合而絮凝沉淀得蛋白质，提高啤酒的非生物稳定性。
蒸发水分：
蒸发麦汁中多余的水分，达到要求的浓度。
酒花成分的浸出：
在麦汁的煮沸过程中添加酒花，将其所含的软树脂，单宁物质和芳香成分等溶出，以赋予麦汁的独特苦味和香味，同时也提高了啤酒的生物和非生物稳定性。
降低麦汁的pH值：
还原物质的形成，蒸发出不良的挥发性物质。
3.2.2.5麦汁后处理
麦汁后处理主要是通过物理方法将热凝物质与麦汁分离，和将麦汁冷却。
分离：
冷却盘法，沉淀槽法和回旋槽法。
冷却：
开放式冷却和密闭式（薄板冷却器，列管式冷却）冷却。
3.2.3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：
酵母繁殖期、起泡期、高泡期、落泡期、泡盖形成期五个阶段。
表6酵母不同发酵阶段的指标要求
Table6Guidelinerequestonyeastunderdifferentfermentationstage
发酵阶段
Fermentationstag
外观状态和要求
Surfacestageandrequest
1.酵母繁殖期
麦汁添加酵母8-16个小时以后，液面上出现二氧化碳小气泡，逐渐形成白色的，乳脂状的泡沫，酵母繁殖20小时以后立即进入主发酵槽。
2.起泡期
还槽4-5小时后，在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间，洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，有二氧化碳小气泡上涌，并且带出一些析出物。
3.高泡期
发酵后2-3天，泡沫增高，形成隆起，并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色，此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵作用。
4.落泡期
发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增加，泡沫变为褐色。
5.泡盖形成期
发酵7-8天后，泡沫回缩，形成泡盖，撇去所析出的多酚复合物，酒花树脂，酵母细胞和其他杂质，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。
3.2.4啤酒的包装与成品啤酒
3.2.4.1啤酒的包装
啤酒的包装类型主要有三种：
瓶装，桶装，罐装。
3.2.4.2成品啤酒
啤酒主要有淡色啤酒，浓色啤酒和黑色啤酒，只要是以原料的不同和酿造工艺的不同来决定的，良好的啤酒，色泽光洁醒目，可以用次方法来辨别啤酒的质量。
良好的啤酒应该有着很好的透明度，不应该带有浑浊的现象。
3.2.5生产工艺流程简图
图1啤酒生产简明工艺流程图
Fig.1Processflowchartofbeerproduction
3.3物料衡算
3.3.1啤酒糖化车间的
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