年產(chǎn)1萬噸蕎麥啤酒酒廠工藝設計【含CAD圖紙、說明書】

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This design aims to combine buckwheat producing areas, make full use of Buckwheat Resources, and develop local characteristic agricultural economy. Mainly to the beer production process, material balance, equipment selection and design, key water quota estimation, factory and workshop layout for the design process. To determine the production of 10 thousand tons, 12 degrees buckwheat beer winery, the main raw material for buckwheat production, using the "three break eight" method of malt preparation, the use of wet grinding, leaching, saccharification, improve saccharification rate. After the beer was matured, the microporous membrane was filtered to improve the quality of beer. According to the ratio of raw materials and related technical indicators, the raw materials of the quota for equipment selection, water vapor balance provides the basis for combination with six saccharification workshop layout, reduce the gelatinization equipment, and according to the design drawing of workshop layout of production plan and process flow chart. Key words: buckwheat beer, process flow, material balance, equipment selection, workshop layout 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 蕎麥啤酒的簡介 1 1.3 蕎麥啤酒及前景分析 1 1.4 本設計擬定的主要內(nèi)容 2 1.5 設計依據(jù) 2 1.6 指導思想 2 第二章 產(chǎn)品方案 3 2.1 確定產(chǎn)品方案 3 2.2 產(chǎn)品的生產(chǎn)時間 3 第三章 生產(chǎn)工藝選擇和論證 4 3.1 生產(chǎn)工藝流程 4 3.1.1 麥芽制造工藝流程示意圖 4 3.1.2 啤酒釀造工藝流程示意圖 4 3.2 關鍵工藝選擇與論證 5 3.2.1 原料的選擇與標準 5 3.2.2 麥芽制備 6 3.2.3 麥芽的粉碎 6 3.2.4 糖化工藝 7 3.2.5 糖化醪的過濾 7 3.2.6 麥汁煮沸和添加酒花 7 3.2.7 麥汁的處理 8 3.2.8 發(fā)酵工藝 8 3.2.9 啤酒過濾 8 3.2.10 啤酒包裝 8 3.3 成品的質(zhì)量指標 9 3.3.1 感官指標 9 3.3.2 理化指標 9 3.3.3 衛(wèi)生標準 10 3.3.4 污染物限量 10 3.3.5 真菌毒素限量 10 3.3.6 微生物限量 10 3.4 生產(chǎn)工藝流程圖 10 第四章 物料衡算 11 4.1 物料衡算的目及原理 11 4.2 物料衡算 11 4.2.1 基礎數(shù)據(jù)及工藝技術指標 11 4.2.2 對100kg原料生產(chǎn)12°蕎麥啤酒物料衡算 12 4.2.3 生產(chǎn)100L12°蕎麥啤酒的物料衡算 13 4.2.4 糖化一次定額量 14 4.3 年產(chǎn)1萬噸12°蕎麥啤酒生產(chǎn)物料衡算表?? 15 第五章 主要設備設計與選型 17 5.1 麥芽粉碎機 17 5.2 糖化鍋 17 5.3 過濾槽 17 5.4 煮沸鍋 18 5.5 回旋沉淀槽 18 5.6 麥汁冷卻器 19 5.7 發(fā)酵罐的設計與選型 19 5.8 啤酒車間主要設備 20 第六章 水、汽、冷耗用量估算 21 6.1 啤酒廠用水量衡算 21 6.2 耗汽量衡算 24 6.2.1 糖化工段耗熱量? 24 6.3工藝耗冷量衡算 27 第七章 車間的勞動定員 30 7.1 勞動力定員依據(jù) 30 7.2 勞動定員的組成 30 7.3 勞動力的計算 30 7.3.2 確定工序生產(chǎn)方式 31 7.3.3 各生產(chǎn)工序的勞動力計算 32 7.4 生產(chǎn)車間勞動力 33 第八章 車間工藝布置 35 8.1 生產(chǎn)車間工藝布置的原則 35 8.2 車間工藝布置說明 35 8.3 車間布置圖 36 第九章 結(jié)論 37 參考文獻 38 謝辭 39 第一章 緒論 1.1 引言 啤酒與人類文明一樣，有著悠久的歷史，相比于其他酒類它更早出現(xiàn)在人類的生活中，因此，不少學者稱之為“酒類之父”。啤酒是一種富含營養(yǎng)物質(zhì)的低酒精度酒，它是以麥芽為主要原料，經(jīng)過麥芽制備、糖化、發(fā)酵等工序制成的。因為其酒精含量低，并且其營養(yǎng)成分豐富，適量飲用，對身體健康有一定好處。隨著現(xiàn)代生活中人們對口味以及對更為健康的生活方式的追求，具有保健功能的精釀啤酒逐漸進入人們的生活。 蕎麥是一年生草本，別名三角麥、甜蕎、烏麥等。性涼，味甘，具健胃消積、止汗之功效，保健功能強，有很高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值。蕎麥是一種著名的藥食同源小宗糧食作物，不僅富含淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、纖維素，而且微量元素鐵、鋅、錳等也要比一般的谷物豐富。更含有其他禾本科糧食作物所沒有的生物黃酮類活性成分?，F(xiàn)代臨床醫(yī)學研究表明，蕎麥及其制品在預防和輔助治療冠心病、高血壓、肥胖癥、糖尿病，以及在增強人體免疫力、抗氧化、防衰老和改善亞健康狀態(tài)等方面都具有較好的功效。并且蕎麥經(jīng)酵母發(fā)酵產(chǎn)生特有的水果或堅果香味，可形成風味獨特的啤酒風味。 1.2 蕎麥啤酒的簡介 目前，蕎麥啤酒還沒有明確的定義，它是一種新型保健啤酒，是以蕎麥麥芽作為主要原料釀造的。蕎麥啤酒還表現(xiàn)出蕎麥特有的果香，制成的啤酒泡沫潔白細膩、口味清爽，且具蕎麥原有的營養(yǎng)價值和保健功效[1]。蕎麥啤酒在帶給人們味覺的享受同時，還能促進人體健康。既符合現(xiàn)代人們的消費觀念，又符合現(xiàn)代人們追求健康養(yǎng)生的生活方式，由此可以看到蕎麥啤酒的廣闊前景。 蕎麥的保健作用很大一部分來自于它含有大量其它食物缺乏的生物活性成分如生物類黃酮、多酚、多肽和D-手性肌醇等物質(zhì)[2]，對于高血糖、高血壓、心血管疾病、腹腔疾病等有顯著的防治效果[3]。對人體健康具有極大的促進作用。 1.3 蕎麥啤酒及前景分析 近幾年來，蕎麥產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，社會認知度顯著提高，消費者群體迅速增長，蕎麥產(chǎn)品逐漸從產(chǎn)區(qū)擴展至全國。蕎麥中淀粉含量達到67.80%，是一種良好的釀酒原料[2,3]，蕎麥中含有的蘆丁，它能有效降低人體血脂和膽固醇、軟化血管，而且對保護視力和預防腦血管出血也有一定作用。并且蕎麥中含有的某些黃酮成分還能起到消炎、抗菌、止咳、祛痰、平喘的作用，因而，蕎麥也獲得“消炎糧食”的美稱，據(jù)研究報告說明這些成分還具有降低血糖的效用[4]。在我國，蕎麥資源豐富，產(chǎn)區(qū)分布較廣，其主要分布在內(nèi)蒙古、四川、陜西、寧夏、重慶、甘肅、山西、云南等地，是地區(qū)優(yōu)勢作物，總產(chǎn)量近9 0萬噸。因此，開發(fā)蕎麥及其產(chǎn)品，是帶動蕎麥主產(chǎn)區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的一條長遠之路[5]。 近年來高端啤酒進入市場，高端啤酒中的精釀啤酒在國內(nèi)市場中也逐步崛起，并且市場消費反饋積極。對于用蕎麥釀造的有保健功能的精釀啤酒充分利用雜糧，釀造高端精釀啤酒，符合我國釀酒行業(yè)的發(fā)展方向和產(chǎn)業(yè)政策，也可帶動地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，建立地區(qū)特色。 1.4 本設計擬定的主要內(nèi)容 本設計進行年產(chǎn)1萬噸12°蕎麥啤酒的酒廠工藝設計的主要內(nèi)容： （1）確定并且論證生產(chǎn)工藝 （2）對原輔料包裝材料進行物料衡算 （3）對生產(chǎn)車間的水、汽、冷耗的工藝估算 （4）進行生產(chǎn)車間生產(chǎn)設備的選擇和論證 （5）對工廠人員的定編定員 （6）生產(chǎn)車間工藝布置主要進行糖化車間和發(fā)酵車間的布置 1.5 設計依據(jù) （1）西南科技大學生命科學與工程學院畢業(yè)設計任務書； （2）啤酒質(zhì)量標準GB4927－2008和食品安全國家標準啤酒生產(chǎn)衛(wèi)生規(guī)范GB8952-2016等國家啤酒生產(chǎn)的相關規(guī)定； 1.6 指導思想 統(tǒng)籌整個設計，合理規(guī)劃，采用成熟、先進的工藝技術，合理設計，生產(chǎn)出符合我國啤酒質(zhì)量標準GB4927－2008的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高端。為了簡化設計工作量，縮短工作時間，同時爭取效益最大化，盡可能選用通用設備或標準設備；采用機械化、自動化程度高的設備，充分利用資源，降低能耗，回收啤酒的副產(chǎn)物。 第二章 產(chǎn)品方案 2.1 確定產(chǎn)品方案 表2-1 產(chǎn)品方案 產(chǎn)品名稱 占產(chǎn)量% 規(guī)格/ml 包裝形式 包裝規(guī)格 蕎麥啤酒 100% 330 瓶裝 24瓶/箱 2.2 產(chǎn)品的生產(chǎn)時間 每月按25天計，全年生產(chǎn)日為300天。設旺季240天，每天糖化4次，淡季60天，每天糖化2次。工作制為每日24小時分三班，每班八小時。 第三章 生產(chǎn)工藝選擇和論證 3.1 生產(chǎn)工藝流程 啤酒的生產(chǎn)過程可分為四大工序：麥芽制造，麥汁制備，啤酒發(fā)酵，啤酒包裝。 3.1.1 麥芽制造工藝流程示意圖 成品麥芽 除根 干燥 發(fā)芽 浸漬 原料（蕎麥） 圖3-1 蕎麥芽制造工藝流程示意圖 3.1.2 啤酒釀造工藝流程示意圖 酒花 糖化用水 麥汁沉淀 麥汁煮沸 麥汁過濾 糖化 粉碎 麥芽 熱凝固物 酒花糟 麥糟 充氣 冷麥芽汁 貼標噴碼 裝瓶 麥汁冷卻 過濾 發(fā)酵 成品啤酒 冷凝固物 酵母泥 酵母 圖3-2 12°蕎麥啤酒工藝流示意圖 3.2 關鍵工藝選擇與論證 3.2.1 原料的選擇與標準 3.2.1.1 蕎麥芽質(zhì)量標準 本設計麥芽為外購，選用優(yōu)級麥芽，理化標準和衛(wèi)生標準按GB/T 1686-2008中淡色麥芽標準執(zhí)行。 3.2.1.2 酵母的選擇 啤酒酵母質(zhì)量的優(yōu)劣，直接決定著啤酒口味質(zhì)量的優(yōu)劣。 選用標準如下： （1） 菌種生理特性理想。 （2） 純度高，不能有雜菌。 （3） 酵母選用處于生命旺盛期的酵母。 本設計選用下面發(fā)酵工藝，故選用下面酵母。感官要求和污染物限量符合GB 31639-2016中酒用酵母標準。 3.2.1.3 啤酒花 添加啤酒花的作用是賦予啤酒爽口的苦味和愉悅的香味，增強麥汁和啤酒的防腐能力；提高啤酒的泡特性；使酒花與麥汁一起煮沸，能夠促進蛋白質(zhì)的凝固，利于麥汁的澄清和啤酒的非生物穩(wěn)定性。 本設計選用90型顆粒酒花[7]標準如下： （1） 感官要求應符合表3-1的規(guī)定 表3-1 90型顆粒啤酒花感官要求 項目 90型 色澤 黃綠色或綠色 香氣 酒花香氣明顯，新鮮正常，無異雜氣味 （2）理化指標應符合表3-2的規(guī)定 表3-2 90型顆粒啤酒花理化要求 項目 90型 優(yōu)級 一級 散碎顆粒（勻整度）/（%） ≤ 4 崩解時間/s ≤ 15 水份/（%） 6.5-8.5 α -酸（干態(tài)計）b)/（%） ≥ 6.7 6.2 β -酸（干態(tài)計）b)/（%） ≥ 3 貯藏指數(shù)（HSI） b ) ≤ 0.4 0.45 注：a)已正式定名的芳香型、高α—酸型酒花品種，其α—酸、β—酸、貯藏指數(shù)不受此要求限制。 3.2.1.4 釀造用水 啤酒釀造最重要的原料之一，釀造水被稱為“啤酒的血液”。釀造水的優(yōu)劣不僅決定著產(chǎn)品的品質(zhì)和風味，還影響釀造的全過程。 啤酒釀造用水首先必須符合生活飲用水衛(wèi)生標準GB5749-2006，如某些指標不符合啤酒釀造要求，可采取適當措施進行改良。 3.2.2 麥芽制備 采用浸三斷八[9，10]的浸麥方式浸麥，即濕浸3 h，干浸8 h．浸麥水溫為16℃，浸麥度達到45％左右，符合我國生產(chǎn)上常用的浸麥度要求。發(fā)芽確定為低溫發(fā)芽，溫度為16℃，蕎麥的根、葉芽生長緩慢、均勻，水解酶活力高，浸出物含量高，因制麥損失低，成品麥芽色度好。制麥6天，然后干燥、除根。 3.2.3 麥芽的粉碎 麥芽粉碎后，可溶性物質(zhì)浸出，淀粉粒與酶的接觸面積增大，有利于酶的作用，粉碎質(zhì)量的高低決定著糖化過程中物質(zhì)的生化變化、麥汁組成、麥汁過濾和原料的利用率，麥芽粉碎度應適當，粉碎度過大會導致麥芽粉碎不完全，使得糖化不完全，麥汁收率降低；但是粉碎度過小會使得麥汁過濾時變得困難，增加了過濾時間。當輥間距在0.3～0.5cm之間時，原料的利用率較高。 目前麥芽的粉碎有干法粉碎、回潮粉碎、濕法粉碎和連續(xù)浸漬粉碎。 本設計采用濕法粉碎[7]，將蕎麥麥芽放入熱水中（約50℃）浸泡15～20min，當麥芽含水量至約30%后，投入對輥粉碎機。同時，將糖化用水泵入粉碎機對粉料調(diào)漿，邊粉碎邊投入糖化鍋。該法優(yōu)點在于對麥芽進行了預浸泡，增加了麥殼的韌性，粉碎后麥殼可以保持完整，利于麥汁過濾，皮殼中有害成分的溶出可有效減少。 3.2.4 糖化工藝 糖化就是指麥芽中的各種水解酶加上外部熱力，將蕎麥芽中的淀粉、蛋白質(zhì)等不溶性高分子物質(zhì)分解成低分子物質(zhì)并溶于水的過程。 本設計選用浸出糖化法中升溫浸出糖化法[7，9，10，11]，因蕎麥大部分水解酶活力較大麥低，為防止因糖化時間過長而造成的水分過多損失，按料水比1 ：4的比例加入自來水；糖化醪pH控制為5.35；投料溫度為35℃，保持15min；蛋白質(zhì)休止：升溫至45℃，保持60min；第一段糖化：升溫至65℃，此時，β—淀粉酶有最高活力，利于形成較多的可發(fā)酵性糖，溫度保持40min；第二段糖化：升溫至72℃，保持20min，發(fā)揮α—淀粉酶的作用，提高收汁率。 糖化終了：升溫至78℃，保持10min。 3.2.5 糖化醪的過濾 糖化結(jié)束后，將糖化醪中溶于水的浸出物迅速、徹底的與不溶性的麥糟分離，得到澄清的、口味良好的麥汁。目前麥汁過濾方法有過濾槽法，快速滲出法和壓濾機法。 本設計選用廣泛使用的過濾槽法，不需要任何外加過濾介質(zhì)，運轉(zhuǎn)費用低，在啤酒廠中使用廣泛。 3.2.6 麥汁煮沸和添加酒花 麥汁煮沸的目的是使麥汁成份穩(wěn)定，殺滅麥汁中的各類微生物，使麥芽酶失去活性，除去多余的水份，促使蛋白質(zhì)變性絮凝，讓酒花中的有效成份浸出，去除麥汁中的異味物質(zhì)等。 本設計采用外加熱式方法加熱麥汁，可縮短20%~30%煮沸時間，節(jié)約能源，而且不影響煮沸效果，煮沸條件如下： 煮沸強度：10% 煮沸時間 1.5h pH：5.2~5.4 在100℃煮沸添加酒花可賦予啤酒和悅的香味和協(xié)調(diào)、爽快的苦味，添加量為0.2%，酒花的添加方法[6]采用傳統(tǒng)的分3次添加法 ： 第一次：煮沸5~15min后，添加總量的5%~10%消除煮沸物的泡沫 第二次：煮沸30~40min后，添加總量的55%~60%萃取α—酸并促進異構(gòu) 第三次：煮沸完成前5min，添加總量的30%~40%萃取酒花精油，提高酒花香 3.2.7 麥汁的處理 煮沸結(jié)束后的熱麥汁，需進行酒花糟分離、熱凝固物分離、冷凝固物分離、冷卻麥汁、給麥汁充氧后制成發(fā)酵麥汁。國內(nèi)目前多采用如下流程： 熱麥汁→泵→回旋分離槽（分離出酒花糟和熱凝固物）→薄板冷卻→充氧→發(fā)酵 本設計亦采用此流程，用回旋沉淀槽分離酒花和熱凝固物，選用薄板換熱器冷卻麥汁到接種溫度。 3.2.8 發(fā)酵工藝 啤酒傳統(tǒng)發(fā)酵分為上面和下面發(fā)酵,下面發(fā)酵發(fā)酵溫度低，發(fā)酵周期長，但啤酒風味柔和清爽，酵母沉于底部，易收集酵母泥，而且啤酒保存期長；上面發(fā)酵發(fā)酵溫度，酵母浮在發(fā)酵罐表面，不易收集酵母，啤酒保質(zhì)期短。 本設計采用下面發(fā)酵法。我國大多數(shù)啤酒廠采用露天錐形發(fā)酵罐，所以本設計采用一罐發(fā)酵工藝[10]。主發(fā)酵、后發(fā)酵和貯酒成熟在一個罐中完成。將麥汁冷卻到6℃～7℃左右，然后一次性接種酵母，混合均勻后充入無菌空氣，供給酵母繁殖所需的溶解氧；主發(fā)酵溫度由前低溫9℃～10℃升至12℃～13℃，既不產(chǎn)生過多的代謝產(chǎn)物，又有利于加速雙乙酰的還原；當連二酮（常規(guī)分析法）達0.08以下開始冷卻降溫，降溫到0℃～1℃，進行貯酒成熟。 3.2.9 啤酒過濾 大部分蛋白質(zhì)顆粒和酵母在啤酒的后熟過程中已經(jīng)沉淀，少量懸浮在酒中，須過濾除去。過濾方法有濾棉過濾法、板式過濾法、硅藻土過濾法、微孔薄膜過濾法、離心分離法。 本設計生產(chǎn)鮮啤酒，所以工藝上選擇硅藻土過濾機粗濾，微孔薄膜精濾，得到成品啤酒。 3.2.10 啤酒包裝 啤酒包裝直接影響著啤酒品質(zhì)和外觀。根據(jù)產(chǎn)品方案，啤酒包裝選用瓶裝，瓶裝的包裝費用較低，在酒吧，餐廳等餐飲場所得到消費者的青睞。瓶裝啤酒包裝工序流程如下： 瓶子→選瓶→浸瓶→洗瓶→空水→驗瓶 ↓ 裝酒←過濾后啤酒 ↓ 瓶裝鮮啤酒←裝箱←貼標←驗酒←壓蓋←瓶蓋 ↑ ↑ 酒箱 商標 圖3-3 瓶裝啤酒包裝生產(chǎn)工藝流程 3.3 成品的質(zhì)量指標 成品啤酒感官要求和理化指標按GB 4927-2008中淡色啤酒執(zhí)行。感官標準、理化指標分別如表3-1、表3-2. 3.3.1 感官指標 感官要求符合表3-3的規(guī)定 表3-3 啤酒感官要求 要求 外觀 透明度 無外來異物，清亮 濁度/EBC 《 0.9 泡沫 形態(tài) 泡沫細膩潔白，持久，泡沫附著力強 泡特性 》180 香氣和口味 酒花香氣明顯，口味醇正，爽口，酒體協(xié)調(diào)，柔和，無異香、異味，且具有蕎麥特有的香味 3.3.2 理化指標 理化指標應符合表3-4的規(guī)定 表3-4 理化指標 項目 標準 酒精度/（%vol） ≥4.1 原麥汁濃度/°P 12 總酸 (ml/100ml) ≤2.6 CO2/%(質(zhì)量分數(shù)) 0.35～0.65 雙乙酰/(mg/l) ≤0.10 蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性 呈陽性 3.3.3 衛(wèi)生標準 產(chǎn)品衛(wèi)生標準：衛(wèi)生指標按發(fā)酵酒衛(wèi)生標準GB 2758-2012國家標準執(zhí)行 3.3.4污染物限量 污染物限量應符合GB 2762的規(guī)定 3.3.5真菌毒素限量 真菌毒素限量應符合GB 2761的規(guī)定 3.3.6微生物限量 微生物限量應符合表3-5的規(guī)定 表3-5 微生物限量 項目 采樣方案及限量 檢驗方法 n c m 沙門氏菌 5 0 0/25ml GB/T47889.25 金黃色葡萄球菌 5 0 0/25ml 注：樣品的分析及處理按GB4789.1執(zhí)行 3.4生產(chǎn)工藝流程圖（見附圖） 第四章 物料衡算 4.1 物料衡算的目及原理 物料衡算之所以重要，是因為設計工作從定性轉(zhuǎn)向定量的開始就是物料衡算。原料和輔料的用量，設備選型以及能量衡算都是通過物料衡算確定出來的，并以此作為依據(jù)。通過物料衡算來估計勞動人員編制、物流采購能力、倉庫的面積等。物料衡算遵循的是質(zhì)量守恒原理，通過原輔料使用量、生產(chǎn)過程損耗與出口物料量平衡關系進行計算。 4.2 物料衡算 4.2.1 基礎數(shù)據(jù)及工藝技術指標 根據(jù)我國啤酒生產(chǎn)現(xiàn)狀，收集相關資料，得到原料配比、工藝指標及生產(chǎn)過程損失等數(shù)據(jù)如下表所示： 表4-1 工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù) 項目 名稱 百分比/% 說明 定額指標 原料利用率 98 蕎麥芽水分 5 無水蕎麥麥芽浸出率 72.7 原料 蕎麥芽 100 損失率 冷卻損失 4 對熱麥汁言 發(fā)酵損失 1 過濾損失 1.3 包裝損失 1 空瓶 0.5 瓶蓋 1 商標 0.1 總損失率 啤酒總損失 8.9 對熱麥汁言 4.2.2 對100kg原料生產(chǎn)12°蕎麥啤酒物料衡算 (1)熱麥汁量 1、 根據(jù)表4-1可得到原料收得率為： 2、100kg原料產(chǎn)12°熱麥汁量為： 又知12°麥汁在20℃時的相對密度為1.047，而100℃時的麥汁比20℃時的麥汁體積增加1.04倍 3、 100kg原料產(chǎn)12°熱麥汁100℃時的體積為： （2）冷麥汁量： （3）發(fā)酵液量： （4）過濾酒量： （5）成品酒量： （6）噸酒耗糧：酒 （7）濕麥糟量：設排出的濕麥糟水分含量為80%， 則濕麥糟量為： （8）酒花量：根據(jù)工藝設計要求，按0.2%酒花量加入熱麥汁 故酒花耗用量為： （9）酒花糟量：設干酒花浸出率為40%，酒花糟水分含量為80%，則酒花糟量為： （10）酵母用量：濕酵母泥含水分85％，生產(chǎn)100L啤酒可得2kg濕酵母泥，一半做為生產(chǎn)接種用菌，一半做為干酵母? 酵母含固形物量＝520.26/100×1×（1-85％）＝0.78kg????? 含水分7％的酵母量：0.78/(1-7％)＝0.84kg （11）二氧化碳量： ? 二氧化碳生成量： 式中：55％——實際發(fā)酵度? 0.12——12度冷麥汁? 44——CO2的分子量? 342——麥芽糖的分子量? 設CO2在啤酒中的溶解度為0.4％，則啤酒中含量為：? ?????? 游離的CO2量為：? 20℃時，CO2的密度為1.834?kg/m3,則體積為 （12）空瓶用量：個 （13）瓶蓋用量：個 （14）商標用量：張 4.2.3 生產(chǎn)100L12°蕎麥啤酒的物料衡算 由100kg原料生產(chǎn)12°蕎麥啤酒物料衡算結(jié)果可知，100kg原料可生產(chǎn)12°蕎麥啤酒520.26L，則可以得出下述結(jié)果： （1） 生產(chǎn)100L 12°P蕎麥啤酒需消耗的原料量： （2） 酒花耗用量：根據(jù)工藝設計要求，加入酒花量為0.2%，故酒花耗用量： （3）熱麥汁量： （4）冷麥汁量： （5）發(fā)酵液量： （6）過濾酒量： （7）濕糖化糟量：設濕麥糟水分含量為80%， 則濕麥糟量： （8）酒花糟量：假設干酒花浸出率為40%，酒花糟水分含量為80%，則酒花糟量： （9）酵母量 生產(chǎn)100L12°蕎麥啤酒可得2kg濕酵母泥，其中百分之五十做生產(chǎn)接種用，百分之五十作商品酵母用，即為1kg。 濕酵母泥含水量85%，酵母含固形物量： 則商品干酵母量(含水7%)： （10）二氧化碳量 12°的冷麥汁103.37L中浸出物量： 假設麥汁的真正發(fā)酵度為55%，那么可發(fā)酵浸出物量： 麥芽糖發(fā)酵的化學反應式： ? 設麥芽汁中浸出物均為麥芽糖 則CO2生成量為：? 式中 ?44—CO2分子量? 342—麥芽糖（C12H22O11）分子量? 設12°啤酒含0.4%的二氧化碳，酒中含CO2量為：? 則釋出的CO2量為，3.51-0.41=3.10kg? 1m3CO2在20℃常壓下為1.832kg? 故釋出的CO2體積為3.10/1.832=1.69m3 （11）空瓶需用量：個 （12）瓶蓋需用量：個 （13）商標需用量：張 4.2.4 糖化一次定額量 設該工廠全年工作日為300天，淡季工作日60天，每天糖化2次；旺季工作日240天，每天糖化4次，全年總糖化1080次。? （1）每次投料量 10000×194.52/1080＝1801.11kg （2）熱麥汁量 1801.11÷100×560.23＝10090.35L （3）酒花耗量 1801.11÷100×1.12＝20.17kg? （4）酒花糟量 1801.11÷100×3.36＝60.51kg （5）干酵母量 1801.11÷100×0.83＝14.95kg? （6）濕麥糟量 1801.11÷100×129.7＝2336.04kg? （7）CO2量 1801.11×8.8＝158.50m3? （8）冷麥汁量 1801.11÷100×537.82＝9686.73L? （9）發(fā)酵液量 1801.11÷100×532.44＝9589.83L? （10）過濾酒量 1801.11÷100×525.52＝9465.19L? （11）成品酒量 1801.11÷100×520.26＝9370.45L? （12）空瓶用量 9370.45÷0.33×1.005＝28537個 （13）瓶蓋用量 9370.45÷0.33×1.01＝28679個 （14）商標用量 9370.45÷0.33×1.001＝28423張 4.2.5 年產(chǎn)1萬噸12°蕎麥啤酒的物料衡算?? （1）年耗糧量 1801.11×1080＝1945198.8kg （2）年酒花耗量 20.17×1080＝21783.6kg? （3）年產(chǎn)熱麥汁量 10090.35×1080＝10897578L （4）年產(chǎn)冷麥汁量 9686.73×1080＝10461668.4L? （5）年產(chǎn)濕糖化糟量 2336.04×1080＝2522923.2kg? （6）年產(chǎn)濕酒花糟量 60.51×1080＝65350.8kg? （7）年產(chǎn)發(fā)酵液量 9589.83×1080＝10356692.4L? （8）年產(chǎn)過濾酒量 9465.19×1080＝10222405.2L? （9）年產(chǎn)成品酒量 9370.45×1080＝10120086L （10）年耗干酵母量 14.9×1080＝16182.2kg? （11）年產(chǎn)游離CO2量 158.50×1080＝171180m3? （12）年空瓶用量 10120086÷0.33×1.005＝30820261個 （13）年瓶蓋用量 10120086÷0.33×1.01＝30973596個 （14）年商標用量 10120086÷0.33×1.001＝30697594張 4.3 ?年產(chǎn)1萬噸12°蕎麥啤酒生產(chǎn)物料衡算表?? 根據(jù)以上計算，可得啤酒的物料衡算表如下 表4-2 年產(chǎn)1萬噸12°精釀啤酒生產(chǎn)物料衡算表 項目 單位 100kg 原料 100L 啤酒 糖化一次定額 年產(chǎn)10000噸啤酒 原料 （麥芽） kg 100 19.22 1801.11 1945198.8 酒花 kg 1.12 0.215 20.17 21783.6 熱麥汁 L 560.23 107.68 10090.35 10897578 冷麥汁 L 537.82 103.37 9686.73 10461668.4 濕糖化糟 kg 129.7 24.92 2336.04 2522923.2 濕酒花糟 kg 3.36 0.645 60.51 65350.8 酵母 kg 0.83 0.16 14.95 16182.2 二氧化碳 m3 8.8 1.69 158.5 171180 發(fā)酵液 L 532.44 102.34 9589.83 10356692.4 過濾酒 L 525.52 101.01 9465.19 10222405.2 成品酒 L 520.26 100 937045 10120086 空瓶 個 1584 304 28537 308202611 瓶蓋 個 1592 306 28679 30973596 商標紙 張 1578 303 28423 30697594 備注： 20℃時酒密度為1.012kg/m3,實際年產(chǎn)啤酒10241527kg 第五章 主要設備設計與選型 5.1 麥芽粉碎機 按工藝要求在8h內(nèi)把四次糖化的麥芽粉碎完，所以要求其生產(chǎn)能力為 1801×4/8=900kg/h，JMF-8A型麥芽粉碎機生產(chǎn)能力為800-1000kg/h，符合生產(chǎn)要求，所以選用JMF-8A型麥芽粉碎1臺。 5.2 糖化鍋 據(jù)物料和熱量衡算可知，糖化一次糖化鍋中需要麥芽粉量為1801kg，加水7204kg，因此每次糖化物料量為1801+7204=9005kg；糖化醪干物質(zhì)%=（1801×（1-5%））/9005=19%；查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P310 “相對密度—干物質(zhì)%換算表”得糖化醪相對密度為1.08 則醪液體積即=9005/(1.08×1000)=8.34m3 糖化鍋容積系數(shù)一般在0.6-0.8之間，圓筒直徑與鍋身高度比一般為2:1 本設計用球形底，取容積系數(shù)為0.7，圓筒直徑與鍋身高度比為2:1 則糖化鍋總?cè)莘e=8.34/0.7=11.91m3；取整后為12m3 直徑 鍋身高度H=3.12×0.5=1.56m 汽升管面積為液體蒸發(fā)面積的1/30-1/50 本設計取1/50 糖化鍋升汽管直徑 綜合上述計算 糖化鍋選用12m3球形底糖化鍋一個，高1.56m，直徑3.12m，升氣管直徑為0.44m。 5.3 過濾槽 本設計采用使用最廣泛過濾槽作為過濾設備。結(jié)束糖化后，醪液進入過濾槽，麥糟在過濾板的上部沉淀，形成過濾層，麥汁經(jīng)麥糟形成的過濾層和過濾板，得到澄清的麥汁。 根據(jù)《啤酒工業(yè)手冊》（下）P437 每100kg麥芽所需過濾面積為0.5-0.6㎡ 本設計取0.6㎡，根據(jù)物料衡算糖化一次投麥芽量為1801kg 則所需過濾面積為：S=0.6×1801/100=10.81㎡ 由 圓整后取3800mm 查《啤酒工業(yè)手冊》（下）P437 每100kg麥芽需要過濾槽容量為0.7-0.8m3 本設計取0.8，則容積V=0.8×1801/100=14.41m3 由 底部需安裝0.3m的濾板，則過濾槽總高為1.57m 圓整后取1600mm 綜上所述 本設計選用一個過濾槽，直徑為3800mm，高度為1600mm 5.4 煮沸鍋 查《啤酒工業(yè)手冊》 （下）P448每100kg麥芽需要煮沸鍋容量為800-900L，并且有25%-30%的麥汁運動空間。本設計取每100kg麥芽需要煮沸鍋容量為900L,麥汁運動空間取30%，根據(jù)物料衡算糖化一次投麥芽量為1801kg 則=0.9×1801/100=16.21m3 圓整取22m3 圓筒直徑與鍋身高度之比為2:1，由 解得D=3.8m 圓整后鍋身直徑取3800mm 又D:H=2：1 所以煮沸鍋高度為1900mm 綜上所述 本設計選用一個煮沸鍋，直徑為3800mm，高度為1900mm 5.5 回旋沉淀槽 采用回旋沉淀槽為麥汁澄清設備，回旋沉淀槽有占地面積小，縮短沉淀時間，降低麥汁損失的優(yōu)點，可提高麥汁的澄清程度。 根據(jù)物料衡算，煮沸后的熱麥汁量為10090.35L 麥醪液的相對密度為1.08，則 回旋沉淀槽的填充系數(shù)通常為0.7-0.85，本設計取0.8 則 液面高度， 解得D=2.88m H=1.79m 圓整后取回旋沉淀槽的高為1800mm，直徑為2900mm 5.6 麥汁冷卻器 啤酒生產(chǎn)常采用薄板式冷卻器，將澄清的麥汁冷卻至發(fā)酵所需溫度，析出冷凝固物。 所需冷卻面積計算 采用麥汁一段式冷卻法（冷卻介質(zhì)為冷水） 麥汁溫度從T1=98℃到T2=9℃ 冷卻水溫度從t1=2℃到t2=80℃ 平均溫度差=6.2℃ 單位時間的熱交換量即為麥汁冷卻過程中的耗冷量Q=3718608.96kJ/h 薄板式冷卻器的傳熱系數(shù)取2000kcal/㎡h℃ 則 所以取換熱面積為72㎡ 因此選擇BR0.65-A型可拆卸板式換熱器，規(guī)格為1200×1140×1800 5.7 發(fā)酵罐的設計與選型 啤酒生產(chǎn)中圓筒錐底立式發(fā)酵罐已被廣泛使用，它可單獨用于前發(fā)酵或后發(fā)酵（兩罐法），也可用于前、后發(fā)酵合并在該罐進行（一罐法）。本設計選用一罐法，這個方法可以縮短發(fā)酵時間，并具有生產(chǎn)上的靈活性，能滿足各種類型的啤酒生產(chǎn)要求。 5.7.1 發(fā)酵罐尺寸的確定 每批冷麥汁量為9686.73，每4鍋麥汁裝滿一罐，則發(fā)酵罐的有效容積 罐體容積 式中為裝料系數(shù)一般為0.8-0.85 取0.8 一般，發(fā)酵罐D(zhuǎn):H=1:2-4的范圍較合適。 本設計發(fā)酵罐上封頭選用標準橢圓形封頭，下封頭的錐角為90°的圓錐形封頭，D:H=1:3，錐角為90°，柱體部分高徑比為3:1，故發(fā)酵罐的主要尺寸計算： 解得D=2.8m 則H=7m 查JB4738-95可知底封頭為1574mm，JB1154-73可知橢圓形封頭為740mm K=38.7/48=80.6%(符合要求) 根據(jù)設計發(fā)酵罐選擇50m3，直徑為2800mm，高度為9300mm 5.7.2 發(fā)酵罐數(shù)量計算 設發(fā)酵周期為20天 H-發(fā)酵周期 P-月產(chǎn)量 Q2取2.0% 故發(fā)酵罐的數(shù)量為10個，添加2個備用，最終確定發(fā)酵罐的個數(shù)為12個。 5.8 啤酒車間主要設備 表5-1 啤酒車間主要設備清單 序號 設備名稱 數(shù)量 規(guī)格型號 1 麥芽粉碎機 1 JMF-8A 1150×700×1700 2 糖化鍋 1 D=3120mm，H=1560mm 3 過濾槽 1 D=3800mm，H=1600mm 4 煮沸鍋 1 D=3800mm，H=1900mm 5 回旋沉淀槽 1 D=2900mm，H=1800mm 6 板式冷卻器 1 BR0.65-A 1200×1140×1800 7 發(fā)酵罐 12 50m3 D=2800mm，H=9300mm 第六章 水、汽、冷耗用量估算 6.1 啤酒廠用水量衡算 1、糖化用水? 麥芽原料糖化料水比為1:4；一次糖化用水量=1801×4=7.2kg? 日用水量：淡季7.2×2=14.4t/天 旺季7.2×4=28.8t/天 年用水量：14.4×60+28.8×240=7776t/年 2、洗槽用水? 100kg原料約用水450kg，則每次洗槽用水量：2336×450/100=10.51t 日用水量：淡季：10.51×2=21.02t/天 旺季：10.51×4=42.02t/天 年用水量：21.02×60+42.02×240=11350.8t/年 3、糖化室洗刷用水? 糖化室及設備洗刷用水，一般每糖化一次后洗一次糖化鍋，刷洗一次用水12t，? 日用水量：淡季：12×2=24t/天 旺季：12×4=48t/天 年用水量：24×60+48×240=12960t/年???? 4、沉淀槽洗刷用水? 每次洗刷用水3t 日用水量：淡季：3×2=6t/天??? 旺季：3×4=12t/天 年用水量：6×60+12×240=3240t/年? 5、麥汁冷卻器冷卻用水? 采用一級冷卻，利用2℃冰水將98℃的麥汁冷卻到9℃，水出口溫度為80℃。 日冷卻用水量：? 淡季： 旺季 式中??熱麥汁比重?C麥汁=1.043? ?? 熱麥汁量??Gp=10090×1.043=10524 kg/h=10.5t/h?????? 麥汁比熱??Cp=0.98 kcal/kg.℃? ???? 熱麥汁溫度?=98℃???=9℃? 冷卻水???t1=2℃??? t2=80℃?????? ? 水比熱?? C=1? 冷卻效率 =0.98 年用水量：年用水量：24×60+48×240=12960t/年 6、麥汁冷卻器清洗用水? 每次清洗用水2噸????? 日用水量：淡季：2×2=4t/天??? 旺季：2×4=8t/天? 年用水量：4×60+8×240=2160t/年? 煮沸鍋二次蒸汽回收用水? 式中??Q為耗熱量? ??? ?C水比熱為1???? t2為水出口溫度 ???? t1為水進口溫度 日用水量：淡季：95.5×2=191t/天?? 旺季：95.5×4=382t/天? 年用水量：382×240+191×60=103140t/年 8、酵母擴大培養(yǎng)設備及車間洗刷用水? 每月一次，每次用水10t。年用水量：10×12＝120t/年? 9、發(fā)酵室洗刷用水? 每天用水量2.5t 年用水量2.5×300=750t/年 發(fā)酵罐洗滌用水? 四天洗七個，每個用水2t? 日用水量：3×7/4=3.5t/天 年用水量：3.5×300＝1050t/年?? 11、貯酒室洗刷用水? 每天一次，每次用水6t 年用水量：6×300＝1800t/年? 12、啤酒過冷卻器洗滌用水? 每天一次，每洗刷一次用水1t 年用水量：1×300＝300t/年? 13、酵母洗滌用水? 每天沖洗一次，用水1.5t 年用水量：1.5×300＝450t/年? 14、過濾機清洗用水? 每次洗刷用水6t，每天一次，年用水量：6×300＝1800t/年 15、洗瓶機用水? 洗瓶機最大生產(chǎn)能力為3000瓶/時（最高線速），沖洗每個瓶約需水1.5kg。 日用水量：淡季：28537.3×2×1.5＝85.6t/天??????? ???? 旺季：28537.3×4×1.5＝171.2t/天? 年用水量：85.6×60+171.2×240＝46224t/年?）?? 16、裝瓶機用水? 每天洗刷一次，用水2.5t 年用水量:2.5×300=750t/年 17、包裝車間洗刷用水? 每天洗刷一次，用水15t 年用水量：15×300＝4500t/年? 18、其他用水? 包括沖洗地板，管道沖刷，洗濾布等，每天需用水10t 年用水量：10×300=3000t 根據(jù)以上就算，整理得啤酒生產(chǎn)用水量衡算表，如下： 表6-1 啤酒生產(chǎn)用水量衡算總表 項目 水質(zhì)要求 日用水量 t/天 年用水量t/年 淡季 旺季 糖化用水 自來水 14.4 28.8 7776 洗槽用水 自來水 21 42 11350.8 糖化室洗刷用水 自來水 24 48 12960 沉淀槽洗刷用水 自來水 6 12 3240 麥汁冷卻器冷卻用水 深井水 24 48 12960 麥汁冷卻器清洗用水 自來水 4 8 2160 煮沸鍋二次蒸汽回收用水 自來水 191 382 103140 酵母擴大培養(yǎng)設備及 車間洗刷用水 自來水 每月10t 120 發(fā)酵室洗刷用水 自來水 2.5 750 發(fā)酵罐洗滌用水 自來水 3.5 1050 貯酒室洗刷用水 自來水 6 1800 啤酒過冷卻器洗滌用水 自來水 1 300 酵母洗滌用水 無菌水 1.5 450 過濾機用水 自來水 6 1800 洗瓶機用水 自來水 85.6 171.2 46224 裝瓶機用水 自來水 2.5 750 包裝車間洗刷用水 自來水 15 4500 其他用水 自來水 10 3000 總計 215710.8 6.2 耗汽量衡算 6.2.1 糖化工段耗熱量? （1）糖化用水耗熱 糖化鍋中的加水量為1801×4=7204kg；自來水平均溫度取=18℃；糖化用水平均溫度=50℃；比熱容C=4.18kJ/kg·K 故糖化用水耗熱量為： （2）麥醪升溫過程耗熱量 根據(jù)糖化工藝，糖化結(jié)束醪溫為78℃，設麥醪初溫為18℃ 原料比熱：? 式中?? －谷物（絕干）比熱為0.37kcal/kg℃????????????? W－谷物水分含量? ???? C水－水的比熱為1.00kcal/kg℃? 麥芽的比熱容 麥醪的比熱容 （3）洗槽用水耗熱量 洗槽用水量G=10.51t=10510kg，設洗槽用水平均溫度為80℃，則 （4）麥汁煮沸過程耗熱量 由物料衡算可知，100kg原料可制得熱麥汁564kg，設麥汁過濾完畢溫度為 70℃，煮沸總耗熱量 那么進入煮沸鍋的麥汁量為 加熱麥汁耗熱 煮沸強度為10%，時間為1.5h，則蒸發(fā)的水分為 其中H為煮沸溫度下飽和蒸汽焓（kJ/kg） 據(jù)經(jīng)驗：熱損失為15% 則 6.2.2 糖化一次耗熱總量 6.2.3 糖化一次耗用蒸汽量 使用飽和蒸汽為表壓0.2MPa,H=2196.78J/kg 式中 i為相應冷凝水的焓為503.67kJ/kg 為蒸汽的熱效率，取95% 日耗汽量：淡季：5756.17×2=11512.34kg=11.51t/天 旺季：5756.17×4=23024.68kg=23.02t/天 年耗汽量：11512.34×60+23024.68×240=62166663.6kg=62166.66t/天 6.2.4 洗瓶機用汽量? J－經(jīng)驗數(shù)據(jù)，16-58kg/1000瓶h，取30kg/1000瓶h??????? N－千瓶數(shù)? 日耗汽量：淡季：2×30×28537.3/1000＝1712.24kg/天＝1.71t/天????????? 旺季：4×30×28537.3/1000＝3424.48kg/天＝3.42t/天? 年耗汽量：1.71×60+3.42×240＝923.4t/年? 6.2.5? 酵母培養(yǎng)耗汽量? 酵母每月培養(yǎng)一次，每次用汽1200kg? 年用汽量：1200×12＝14400kg/年＝14.4t/年? 6.2.6 其他耗汽量 附屬設備及管道殺菌占前面各項總和的2％? 日耗汽量：1262.09/300=4.2t/天 統(tǒng)計以上數(shù)據(jù)得耗汽量衡算表如下 表6-2 耗汽量衡算表 名稱 規(guī)格 kgf /cm2 日耗汽量 t/天 年耗汽量t/年 淡季 旺季 麥汁制備 2.5 11.51 23.02 62166.66 洗瓶 2.5 1.71 3.42 923.4 酵母培養(yǎng) 2.5 1.2t/月 14.4 其他 2.5 4.2 1262.09 總計 2.5 64366.55 6.3 工藝耗冷量衡算 6.3.1 工藝技術指標及計算基礎 根據(jù)物料衡算可知，年產(chǎn)12°蕎麥啤酒10241527kg；年糖化次數(shù)1080次，旺季每天糖化4次，淡季2次;主發(fā)酵時間6天；1個錐形發(fā)酵罐裝4鍋麥汁；12°麥汁比熱容c1=4.0 KJ/（kg·K）；用15%酒精溶液作為冷媒，其比熱容可視為c2=4.18 kJ/（kg·K）；麥汁發(fā)酵度為55%；麥芽糖化厭氧發(fā)酵熱q=613.6 kJ/kg 。 6.3.2 麥汁冷卻耗冷量 采用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法。以2℃的冷凍水作為冷卻介質(zhì)，冷卻水出口的溫度為80℃。熱麥汁溫度為98℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度9℃。? 由物料衡算，可知糖化一次的熱麥汁為10090L，相應的麥汁密度為1047kg/m3,則麥汁質(zhì)量為： 又知12°麥汁比熱容C1=4.0kJ