-
第一章
绪论
2
1.1
设计任务的意义
.
........................
..................................................
......................................
2
1.2
工厂设计原则
.
................................................ .................................................. .................
2
1.2.1
厂址选择的原则
1
.
..............
..................................................
.................................
2
1.3
啤酒工业的发展
.
< br>............................................... .................................................. ..............
3
1.3.1
德国啤酒业的发展
.
..............................
..................................................
.................
3
1.3.2
小麦啤酒的发展历史
.
.............................
..................................................
..............
4
第二章
生产工艺
.
..................................................
..................................................
......................
6
s.u
概请
..................................................
............................. S QAGEREF
_Toc280107841 h 6
2.2
设计依据
.
....................................
..................................................
......................................
9
2.2.1
酿造酒工艺学课程设计指导书。
.
..................................................
.......................
9
2.2.2
酿造酒工艺学课程设计任务书。
.
...........................
..............................................
9
2.2.3
《发酵工程与设备》
、
《发酵工艺原理》
、
《发酵工厂工艺设计概论》
、
《
化工原理》
、
《化工工艺设计手册》及生物工程专业基础理论课
本等参考资料。
.......................
9
2.3
设计指导思想
.
..................................
..................................................
................................
9
2.3.1
尽量采用先进的生产技术与设备，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成
熟新工艺、
新技术、新设备。
.
.......
..................................................
.............................
9
2.3.2
合理利用资源，节约能量，消耗指标。
.........
..................................................
...
9
2.4
设计范围
.
....................................
..................................................
......................................
9
2.4.1
确定工艺流程及生产操作条件
.
.
..................................................
..........................
9
2.4.2
工艺及主要设备计算（物料衡算、设备计算）
..............................
....................
9
2.4.3
绘制生产工艺流程图
.
.............................
..................................................
..............
9
2.4.4
编制课程设计说明书
.
.............................
..................................................
..............
9
2.5
产品产量及方案
.
.................................
..................................................
.............................
9
第三章
工艺计算及设备选型
.
.................................
..................................................
.................
11
3.1
主要工艺参数
.
..................................
..................................................
..............................
11
3.2
85000t/a
啤酒厂发酵车间的耗冷量衡算
.
.............................................
.......................
11
3.2.1
发酵工艺流程示意图
<
/p>
.
............................
..................................................
............
1
2
3.2.2
工艺技术指标及基础数据
.
...........................
..................................................
......
1
2
3.3
工艺耗冷量
Q
t
.........................................
........................................
错
误！未定义书签。
3.3.1
麦汁冷却耗冷量
Q1 <
/p>
.
............................
..................................................
..............
1
2
3.3.2
发酵耗冷量
Q2
.
..............................
..................................................
....................
1
3
3.3.3
酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量
Q
3 ................................................
..............
1
4
3.3.4
酵母培养耗冷量
Q4
.
.............................................
.............................................
1
5
3.3.5
发酵车间工艺耗冷量
Qt
.
...........................
..................................................
.........
1
5
3.4
非工艺耗冷量
Qnt
.
.............................................
..................................................
...........
1
5
3.4.1
露天锥形罐冷量散失
Q5
.......................................
...............................................
1
5
3.4.2
清酒罐、过滤机及管道等散失冷量
Q6 ..........
..................................................
.
1
6
3.5
85000t/a
啤酒厂发酵车间冷量衡算表
.
..................................
.........................................
1
6
3.6
主要工艺设备选型计算
.
..............................
..................................................
..................
1
7
3.7
发酵工段设备一览表
.
...............................
..................................................
.....................
1
8
第四章
结论
.
..
..................................................
..................................................
........................
1
9
第一章
绪论
1.1
设计任务的意义
本文主要介绍年产
6
吨啤酒厂发酵车间工艺设计的一种思路，
对生产工艺流程进行设计研究，其中包
括
11
度啤酒的配方和工艺流
程及其论
证，
物料平衡和设备的计算及其选型，
本设计采用先进的工
艺过程，
对生产工艺、
物料和能量的节约型
和对重点工段的设备选型
做了重点介绍。同时，考虑系统的灵活性、经济性及安全、环保
的要
求，并降低交叉污染的几率等。
本文根据啤酒生产的特点对其结构布局进行合理设计，
使得生产
车间尽量紧凑、
物料及能源输送距离
尽量缩短，
从而有效地节约资源、
降低生产成本。
本文针对啤酒发酵特点进行物料衡算，
对啤酒厂发酵
车间进行了热量衡算，
使得生产的各环节能够有效结合，
便于提
高能
源的利用率。
1.2
工厂设计原则
1.2.1
厂址选择的原则
1
厂址要符合国家下达建厂计划任务书中所做的规定和要求。
2
厂址应符合当地城镇总体规划的要求，并尽量
与附近工业企业向配合，以节约基建投资。
3
厂址的面积和外形要卯足啤酒生产工艺的要求，并留有适当的扩建余地。
4
厂址地形宜平坦，底边倾斜坡度最好不超过
3%
，便以广区运输线路布置，并尽可能减少
土方工程量。<
/p>
5
厂址应符合国家有关卫生，防火，人
防等要求。
6
厂址应在当地最高洪水
水位上，如果低于洪水位则须有坚固提防保护，同时要防止内洪水
的淹渍。
7
厂址应有较方便的运输条件，若需建公路或专用
铁路时，距离最短为好，以节省投资。
8
有一定供电条件，满足生产需要。
9
所选厂址附近不仅有充足的水源条件，而且水质较好。
10
厂址最好选在居民区附近，这样可以减
少宿舍，商店，学校等职工的生活福利设施。
1.3
啤酒工业的发展
1.3.1
德国啤酒业的发展
酒花，最早
(736
年
)
是由斯拉夫人种植在
德国南部地区。据记载，曾经是
一位尼僧——希尔德卢加特
(1
098
—
1179
年
< br>)
，首先将酒花作为一种草药用于啤
酒制造。
之后逐渐意识到酒花具有特殊的清爽的苦味、
防止啤酒的腐败以及延长
啤酒保存期的完美性质，从此，酒花就作为一种天然的草药一直被沿用下来了。
1516
年，由巴乏利亚领邦的威廉四世提出、现
在仍受德国政府保护的世界著名
的“啤酒纯粹法”
。啤酒纯粹法
规定“啤酒只能使用大麦、酒花和水酿造”
。
1480
年的冬季，以德国
南部地区为中心，抓住了低温期并研制出发酵、
后熟的啤酒下面发酵法，
减少了由酿造过程而引起的杂菌污染，
啤酒的质量由此
而得到了提高，啤酒酿造业的发展势头日趋高涨。
然而，
德国的啤酒酿造业并非顺利地发展。
1618
年由于是非争端引起的矛盾，
新老耶稣教徒之间发生了持续
3
0
年之久的战争，这场战争在德国北部地区更为
残酷，
战争前德国曾有二千万以上的人口，
可是战争结束后，
< br>竟减少到只有七百
万人。这场战争流失了大量的酿造技术人员，厂房设备惨遭破坏
，大麦、酒花田
地也遭荒废。
幸运地是，
在当时由于是学徒制传授，
所以酿造技术才被继承下来。
不然
的话，若要恢复到战争前原貌，需要花费百年以上的时间也会使人相信的。
1769
年，英国的焦耳·瓦特发明了蒸汽机。
1
781
年他与马休·波耳顿合作，
发明了把活塞运动改变成回转
运动的结构型式，
并成立了瓦特·
波耳顿商社，
最
早制造出两台动力机器，
据说这两台机器被伦敦啤酒
公司购买，
分别用于酿造用
水和麦芽粉碎。
德国是世界上啤酒消耗最大的国家，
德国人酷爱喝啤酒，
因此德国形成
了一种特殊的“啤
酒文化”——有悠久的历史、古老的传说和各式酿制方法
.
德
国最著名的啤酒之乡巴伐利亚，
啤酒存在的历史几乎和当地的历史一样悠
久，
可以追溯到公元前的古罗马时代。
人们在巴伐利亚
北部的库母巴赫发现了一
些有将近
3000
年历史的盛啤酒容器。
由于巴
伐利亚啤酒的历史与当地文化紧密相联，因此啤酒也和天主教息息相
关。在阿尔卑斯山北
麓上，有条山径直通最原始的巴伐利亚“啤酒天堂”——休
息自行酿造黑啤酒的安蝶斯修
道院。
这里每年吸引着大批游客前来朝圣。
在慕尼
黑有座
“奥古斯丁”
(Augustiner)
啤酒厂，
酒厂的名字也让突然人们联想到宗教
改革领袖马丁路德所属的奥古斯丁修士团。
据说，
由于当时每
年复活节前
6
周的
四旬斋期间，修士们
不能吃肉，他们便任由“大麦汁”自然发酵，最终生成了一
种高酒精度的饮料，
并将它作为四旬斋餐饮的代替品。
为了使教廷准许他们饮用
这种美味的饮料，
修士门便送了一桶给教皇，
教皇品
尝后为之倾倒，
表示这种饮
料可作为“四旬斋餐饮的代替品”及
“罪恶的洗涤剂”
，并准许巴伐利亚的修道
院酿造之。这种美味
的饮料便是啤酒，据说啤酒的酿造技术就是这样诞生的。
<
/p>
在德国，有种“啤酒与巴伐利亚”的说法，因为世界上再没有哪个地方的啤
酒消耗量可以媲美巴伐利亚。巴伐利亚有
1100
万居
民，每个人的年平均啤酒消
耗量为
230
升，换句话说，每个巴伐利亚人
(
无论男女老少
)
每天要喝半升啤酒。
因此，许多人说“喝啤酒是德
国人‘最爱的休闲活动’
，而巴伐利亚人是个中翘
楚。
”
德国啤酒将继续倍受推崇，
并一如既
往保持其自
1516
年以来的规定：
只
用麦芽、
水、
啤酒花和酵母菌来酿造，概无其他杂物。
1.3.2
小麦啤酒的发展历史
早在巴比伦的远古时代，
已经有人将小麦当成啤酒的原料来使用，
但是后人
并不知道古代的德国人如何将小麦制造成啤酒，但
Weizenbier
这个名称被保留
下来。十五世纪前半，德国一个地位较高的贵族
Degenbengers
开始制造这种似
乎失传已
久的
Weizenbier
，使得
We
izenbier
又受到宫廷贵族的喜爱和赏识，但
因为制造技
术和小麦种植的权利，
一直掌控在贵族手中，
平民百姓没有机会
接获
到“小麦啤酒”，也使得“小麦啤酒”在很长的一段时间里，成为神秘的传说。
“法国大革
命”以后，
欧洲许多贵族失去权势地位和金钱，
原本为贵族工作
，
制造啤酒的技术工人流落到民间，
“小麦啤酒”的制造技术才
逐渐普及到平民阶
层，
在德国南部的巴伐利亚地区，
“小麦啤酒”成为非常受欢迎的时髦产品，
酿
酒厂
生意兴隆，日夜赶工，都来不及制造。有些酿酒厂甚至在厂内设置教堂，以
方便酒厂工人
做礼拜的需要，
不必匆匆忙忙赶上班。
可见“小麦啤酒”在当时
的
巴伐利亚盛行和受欢迎的景象。
“小麦啤酒”进入平民化的时代后，
连个人也可获准制造，
反而使“小麦啤
酒”失去其神秘性和稀有
性，
不再那么受到重视，
这时一种新的啤酒，
< br>采取“下
层发酵法”(Bottom
Fermenta
tion)的“皮尔森啤酒”(Pilsner)乘机掘起，
快速
风行起来，“小麦啤酒”反而逐渐式微，差点被遗忘了。直到二次大战后，德国
检讨啤
酒工业政策，
“小麦啤酒”唤起大家的美好回忆，
德国也乘机进
行了大规
模的“小麦啤酒文艺复兴运动”，把“小麦啤酒”的酿造工艺重新振兴起来。<
/p>
如今在巴
伐利亚和奥地利大约有二百家小麦啤酒工厂，
都是具有地区特性的
小型酿酒厂，各有其不同的风味和特质，其中最受欢迎的是
Hefe-Weizen<
/p>
。为了
恢复小麦啤酒曾经有过的辉煌时代，
大型啤酒厂也开始生产小麦啤酒，
把小麦啤
酒的文化传播到全
球各地。
1994
年底，日本第一家小型啤酒厂，位于新潟县卷
町的“越后啤酒厂”(Echigo
Brewery)率先推出“越后小麦啤酒”(Echigo
Weissbier)<
/p>
，
让日本人不必远赴欧洲，
在自己的土地
上就能喝到新鲜香醇，
妙不
可言，叫人入口难忘的小麦啤酒。<
/p>
德国无疑
仍是小麦啤酒的大本营，
生产出来的小麦啤酒不仅种类众多，
制
造
方法也同样是五花八门，其中
Pale Hefe-Weiz
en
最受欢迎。巴伐利亚的小麦啤
酒有四个共通性：
(1)
使用小麦麦芽为主要原料
;(2)
比美国和德国其他地区的
Lager
系列的啤酒
有更多的碳酸
;(3)
具有啤酒花的苦味
;(4)
具有独特的果实香
味。
第二章
生产工艺
2.1
概论
传统啤酒发酵工艺
（
1
）主发酵
又称前发酵，是发酵的主要阶段，也是酵母活性期，麦汁中的可
发酵性糖绝大部分在此期间发酵，酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生
的。发酵方
法分两类，即上面发酵法和下面发酵法。我国主要采用后种方法。下
面重点介绍下面啤酒
发酵法。
加酒花后的澄清汁冷却至
6
.5
～8.0℃，接种酵母，主发酵正式开始。酵母对
以麦芽糖
为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和
CO
2
，这是发酵的主要生化反应。主
要步骤如下：
①用直接添加法添加酵母
在密闭酵母
添加器内将回收的酵母按需要量与麦
汁混匀（约
1:1
）
，用压缩空气或泵送入添加槽内，适当通风数分钟。
< br>
②酵母添加量
添加量常按泥
状酵母对麦汁体积百分率计算，
一般为
0.5
< br>％～
0.65
％，
通常接种后细
胞浓度为
800
万～
1200
万个
/ml
。
接种量应
根据酵母新鲜度，
稀稠度，酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节
。若麦汁
浓度高，
酵母使用代数多，
接
种温度及酵母浓度低，
则接种量应稍大，
反之则少。
③发酵第一阶段
又称
低泡期。接种后
15
～
20
小时，池的四周出现白沫，并
向中间扩展，
直至全
液面，
这是发酵的开始。
而后泡沫逐渐培厚，
< br>此阶段维持
2.5
～
3
天，每天温度上升
0.9
～1℃，糖度平均每<
/p>
24
小时降1°Bx。
④发酵第二阶段
又称高泡期。为发酵
的最旺盛期，泡沫特别丰厚，可高达
25
～
30cm
。由于麦汁中酒花树脂等被氧化，泡沫逐渐变为棕黄色。此阶段
2
～
3
天，每天降糖
1
～
1.5
％。<
/p>
⑤发酵第三阶段
又称落泡期。高泡期过后，酵母增殖停止、温度开始下降，
降糖速度变慢，
泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、
蛋白质及多酚类氧化物等物质
组成的泡盖，厚度
2
～
5cm
。此阶段
2
天，每天降糖
0.5
％～
0.8
％
。当
11
度酒糖度
降至
3.8
～4°Bx
时，即可下酒进入后发酵。
（
2
）后发酵
后发酵又称贮酒，其目的是完成残糖的最后发酵，增加啤酒的
稳定性，饱充
CO
2
，
充分沉淀蛋白质，
澄清酒液；
清除双乙酰、
醛类及
H
2
S
等嫩酒味，
促进成熟；
尽可能使酒液处于还原状态
，降低氧含量。下面介绍下面啤酒发酵法的后发酵。
①下酒
将主酵嫩酒送至后酵罐称为下
酒。下酒时，应避免吸氧过多，为此
先将贮酒罐充满无菌水，
在
用
CO
2
将无菌水顶出，
当
CO
2
充满时再由贮酒桶
底部进
酒液。此外，要求尽量一次满罐，留空隙
10
～
15cm
，以防止空气进入酒液。如果
酒液被
CO
2
饱和，<
/p>
由于有
CO
2
溢
出，
氧则难溶于酒液中。
否则啤酒中存在过多的溶
解氧易引起氧化混浊，并产生氧化味。
②管理
下酒后，先开口发酵，以防<
/p>
CO
2
过多，酒沫涌出，
2
～
3
天后封罐。下
酒初期室温
2.8
～3.2℃，
若是外销酒，
一个月后逐渐降至
0
～1℃。
温度前高后低
目的在于先使残糖发酵，
随后澄清。
注意不能将不同酒龄的酒液共存一室，
否则
温度要求互相矛盾，无法控制室温。
一般老工艺
11
°Bx
外销酒贮酒
时间为
60
～
90
天，内销酒为
35
～
40
天。
贮酒期间，用烧杯取样观察，通常
7
～
14
天罐内酵母
下沉。若长期酒液不清，
应镜检。若是酵母悬浮，则是酵母凝聚性差；若是细菌混浊，则
属细菌污染，通
常无法挽救，只能排放；若是胶体混浊，原因是麦芽溶解度差，糖化蛋白
分解不
良，煮沸强度不够，冷凝固物分离不良等因素造成。
圆筒体锥底立式发酵罐
（简称锥形罐
）
，
已广泛用于上面或下面发酵啤酒后
生产。
锥形
罐
,
可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在该罐
进行（一罐法）
。这种设
备的优点在于能缩短发酵时间
,
而且具有生产上的灵活性，帮能适合于生产各种类型啤酒的
要求。
目前，
国内外啤酒工厂使用较多的是锥形
发酵罐这种设备一般置于室外。
冷媒多采用
乙二醇或酒精溶液。
也可使用氨作冷媒，
优点心能耗低。
采
用的管径小，
生产费用可以降低。
最终沉积在锥底的酵母，
可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，
部分酵母留作下次待用，
安全
阀和玻璃视镜。
影响发酵设备造价的因素
主要包括发酵
设备大小，形式，操作
压力及所需的新华通讯社却工作负荷，容光焕发
器的形式主要指其单位容光焕发积所需的
表面积，
这是影响造价的主要因素。
罐的高度与直
径的比例为
1.5-6:1.
常用
< br>3:1
或
4:1.
罐内真空主要
是系列的发酵罐在密闭条件下转罐
可进行内
< br>部清洗时造成成的
,
由于型发酵罐
在工作完毕后放料的速度很快
.
有可能
造成成一定期负压
,
另外即便函罐内留学生存一部
分二氧化碳
.
在进行清洗时
,
二氧化碳有被子除去的可能所以也可能造成真空。由于清洗液中
含有碱性物质能与二氧化碳起反应而除去罐内气体。
结构及特点
啤酒发
酵罐是啤酒厂的主要设备之一，
其发酵温度控制是依靠调节冷却系统的冷却流量
来实现。
目前国内外较多采用罐体外壁的夹套通入低温酒精水冷却罐内发
酵液，
而酒精水的
降温是通过液氨蒸发来冷却的，
其缺点是需要酒精水的中间换热循环。
而本产品对目前现有
< br>的啤酒发酵罐，作了进一步发展和改进，其主要特点如下：
⑴把大罐的夹层当作蒸发器，
液氨直接在夹套内蒸发，
利用其气化潜热冷却罐内的啤酒
液，从而省却了酒精水的中间换热循环，节省
能耗
12%
以上。
⑵把夹套当作蒸发器，
由于夹套内的压力比酒精水系统的要高，
为此，
设置了安全可靠、
合理、
结构新颖的蜂窝结构夹套，
夹套与筒体组成的蜂窝状结构，
其强度和刚度相互得到了
提高。夹套焊缝可减少
30%
。
⑶夹套做成分片式，
与筒体的焊接完全避开筒体的纵、
环向焊缝，
避免了
氨通过焊缝往
罐内啤酒液泄漏的可能性。克服了其它夹套的缺点。
⑷可选用碳钢或不锈钢材料，便于现场制造，降低制造成本，节省投资费用。
⑸本产品占地面积小，并可避免使用酒精水冷却系统带来的酒
精挥发对大气带来的污
染，符合环保产品要求
.
⑹该设备底座可采用钢架结构和混凝土结构，定货时可根据用户确定。
2.2
设计依据
2.2.1
酿造酒工艺学课程设计指导书。
2.2.2
酿造酒工艺学课程设计任务书。
2.2.3
《发酵工程与设备》
、
《发酵工艺原理》
、
《发酵工厂工艺
设计概论》
、
《化工原理》
、
《化工工艺设计手册》及生物工程
专业基础理论课本等参考资
料。
2.3
设计指导思想
2.3.1
尽量采用先进的生产技术与设备，
认真吸取
和借鉴国内
外各种产品生产的成熟新工艺、新技术、新设备。
2.3.2
合理利用资源，节约能量，消耗指标。
2.4
设计范围
2.4.1
确定工艺流程及生产操作条件
<
/p>
2.4.2
工艺及主要设备计算（物料衡算、设备计算）
2.4.3
绘制生产工艺流程图
2.4.4
编制课程设计说明书
2.5
产品产量及方案
产量：年产啤酒
6
万吨
-
-
-
-
-
-
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-
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