酿《造酒工艺学》课程设计.doc

酿造酒工艺学课程设计目 录目 录I第一章 总论1 1.1文献综述1 1.1.1啤酒工业概述1 1.1.2啤酒酿造业存在的问题1 1.2 啤酒设计概述2 1.2.1设计目的意义2 1.2.2设计依据2 1.2.3 设计内容2 1.2.4 指导思想2 1.3糖化车间布置3 1.3.1 车间布置应符合生产工艺的要求3 1.3.2车间管道布置设计的原则3第二章 糖化车间工艺4 2.1工艺方法的选择4 2.1.1原料粉碎4 2.1.2糖化4 2.1.3糖化醪过滤5 2.1.4麦汁煮沸5 2.1.5麦汁澄清设备5 2.2糖化的工艺流程5 2.2.1糖化工艺流程图5 2.2.2糊化7 2.2.3糖化7 2.2.4糖化醪过滤7 2.2.5麦汁煮沸酒花的添加7 2.2.6麦汁热凝固物的沉淀7 2.2.7麦汁冷却7第三章 物料衡算及设备选型8 3.1物料衡算8 3.1.1工艺技术指标8 3.1.2糖化物料计算8 3.1.3生产100L12°淡色啤酒的物料衡算8 3.1.4年产15万吨12°P普通啤酒的物料计算9 3.2设备选型10 3.2.1 糖化锅结构设计10 3.2.2 糖化锅的尺寸计算10 3.2.3 搅拌功率计算11 3.2.4 升气管直径13 3.2.5 糖化醪出口管13 3.2.6 锅体结构设计14 3.2.7 人孔14 3.2.8 视镜14 3.2.9过滤槽14 3.2.10回旋沉淀槽15第四章 结语16参考文献17致 谢18I第一章 总论1.1文献综述1.1.1啤酒工业概述啤酒的历史悠久，大约起源于9000年前的地中海南岸地区，以后逐渐传入欧美及东亚地区。我国的啤酒生产只有100年的历史。啤酒是世界上产销量最大的酒种，近几年来，啤酒的产销量几乎以15%的速度巨增，我国去年啤酒增长量为10亿升。2002年以来，中国的啤酒产销量已超过了美国，跃居世界第一位。2008年我国啤酒产销量超过5500万吨。随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。为了保持啤酒应有的传统并结合实际的生产情况，给啤酒下一个简明的定义是一件很有意义的事，既啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，一种含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。啤酒以麦芽为主要原料，亦即啤酒是以麦芽为主要原料生产的。基于以麦芽为主要原料，则麦芽使用量应不少于50%。自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料。啤酒是添加酒花，经酵母发酵酿制而成的。是世界目前各国公认的经过糖化、发酵方法而酿制的酿造酒，非配制酒。啤酒应是含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。区别于汽酒和其它配制酒。我国啤酒工业起步较晚，但发展迅速。目前，我国啤酒的年产量已位居世界首位。但从人均消费量来看，远远落后于发达国家水平。我国啤酒产很多，但设备产量参差不齐。最近几年啤酒产业正向着规模化、效益化发展。不少的啤酒厂被大啤酒厂兼并。这一发展趋势是符合世界发展趋势的。随着啤酒生产现代化的迈进，我们将会喝到更新鲜、更可口的啤酒。 1.1.2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”。1.2 啤酒设计概述1.2.1设计目的意义 1985年 我国是以白酒为主要酒类饮料, 但由于白酒利用粮食作为原料, 会大量消耗粮食, 而且随着人们对健康逐渐加以重视, 必然减少饮用这类烈酒, 而转向饮用啤酒, 使啤酒市场的发展迅速掘起, 发展得相当迅速。鉴于竞争之激烈, 啤酒的质量是奠定它在消费者心目中的基础, 故此, 啤酒的质量必须保持稳定并需作出不断的改进。1.2.2设计依据本设计以课程设计任务书为基础，以所学习的酿造酒工艺学，食品工程原理，工程制图为依据，通过文献检索、收集资料，综合分析，精确的计算，已达到设计结果更加准确的目的。充分利用课堂所学的知识，重视先进技术，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，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。1.2.3 设计内容本设计为年产15万吨12°(淡爽)啤酒厂设计，重点是糖化车间的设计。还包括设计工厂的工艺方法及流程，三大衡算，设备选型，生产车间的布置，车间平、立面布置图、糖化设备装配图，撰写设计说明书。1.2.4 指导思想 本设计是在确定工艺方法及流程和设备选型时，结合了实习工厂的实际情况，工艺上力求其合理性和先进性，设备上根据实际尽可能采用先进的生产设备。通过先进的技术，自动化、机械化的生产控制，来减轻繁重的体力劳动和提高劳动力生产率，并采用已经成熟的生产工艺技术和设备，使工厂建成后能够顺利投产，迅速达到设计能力。在经济上，因地制宜，采用适合的管理方法，降低能耗，减少污染，保护环境，选用合适的产品的，减少浪费。设计工厂整体要做到投资少、成本低、见效快的效果。1.3糖化车间布置1.3.1 车间布置应符合生产工艺的要求 车间布置必须按照流程的流向顺序一次进行设备的排列，以保持物料顺畅地向前输送，按顺序进行加工处理，保证水平方向和垂直方向的连续性。不使物料和产品有交叉和往复的运动。尽可能利用工艺位差，充分利用高位差布置，以节省动力设备及费用。 一般来说，凡计量设备、高位槽等布置在最高层，主要设备如糖化锅、煮沸锅，布置在中层，贮槽。发酵罐等布置在底层。1.3.2车间管道布置设计的原则 管道布置设计不仅影响工厂（车间）整齐美观，而且直接影响工艺操作，产品质量，甚至导致杂菌或噬菌体污染，也影响安装检修和经济合理性。因此，管理布置首先应满足生产需要和工艺设备的要求，便于安装、检修和操作管理。 尽可能使管线最短、阀件最少。必须避免管道在平面上迂回折返，立面上弯转扭曲等不合理布置。凡是高浓度介质尽可能采用重力自流传送，须保持设备一定真空度的水腿等管线，尽可能保持垂直泻泄状态。车间管道内一般采用明线敷设（与住宅建设不同），安装费用底，检修安装方便，操作人员容易掌握管道的排列和操作。 车间内工艺管道布置普遍采用沿墙、楼板底或柱子的成排安装法，使管线成排成行平行直走，并协调各条管道的标高和平面坐标位置，力争共架敷设，使其站空间小。尽量减少拐弯，避免挡板和门窗启闭，适当照顾美观。第二章 糖化车间工艺2.1工艺方法的选择 本次设计任务为年产15万吨12°P普通啤酒糖化车间的工艺设计，原辅料比为64，根据工艺要求，选用大米做辅料，采用外加酶制剂一次煮出糖化法。2.1.1原料粉碎 麦芽在进行糖化前，必须粉碎，使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。 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，所以，本设计采用干法粉碎。2.1.2糖化 糖化主要有煮出糖化法、浸出糖化法、双醪煮出糖化法。煮出糖化法：过程中对部分醪液进行煮沸的方法，根据煮沸的次数，分为一次、二次、三次煮出法。取部分醪液加热到沸点，然后与未煮沸的醪液混合，使醪液温度分次升高到不同分解的适宜温度，以达到糖化完全的目的。浸出糖化法：是仅仅依靠酶的作用进行糖化的方法。其特点是将糖化醪逐渐升温至酶活力的最适温度，而不进行醪液煮沸。双醪煮出糖化法：辅料、麦芽分别投入糊化锅、糖化锅内，辅料在糊化锅内糊化，煮沸后兑入糖化锅，逐次达到所需要的糖化温度，根据糖化锅兑醪的次数，分为一次、二次和三次糖化法。 在啤酒的酿造过程当中，酶起到很关键的作用。在糖化、糊化、蛋白分解、双乙酰还原过程中，都有酶在起作用。在啤酒的酿造过程当中，可以根据需要来添加各种各样的酶制剂，同样能达到酿造的效果，而且发酵周期明显缩短，酿造的啤酒口感和指标也不差，所以说现代的啤酒基本上可以称做酶法啤酒。由于酶制剂的应用，啤酒种类变得更加多样化，耐高温的淀粉酶、糖化酶、木聚糖酶、葡聚糖酶等在啤酒酿造过程中都扮演了重要的角色。 本设计依据设计任务书，大麦和辅料比例为6:4，属于高比例辅料进行生产，此外为了提高质量，降低成本，增加效益，缩短发酵周期，增加产量，所以要选择外加酶制剂的方法进行糖化。2.1.3糖化醪过滤 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。2.1.4麦汁煮沸 常用的方法是间歇煮沸法。2.1.5麦汁澄清设备采用回旋沉淀槽。热麦汁由切线方向进入回旋沉淀槽，在槽内回旋，可产生离心力。由于在槽内运动，离心力的和其反作用力的合力把颗粒推向槽底部中央，达到沉淀的目的。由于该设备占地面积小，可缩短沉淀时间，提高麦汁的澄清度，降低了损失。2.2糖化的工艺流程2.2.1 糖化工艺流程图 麦糟 酒花 冷凝固物 麦芽粉碎糖化过滤混合麦汁煮沸澄清冷却充氧麦汁 大米粉碎糊化 酒花糟 热凝固物大麦粉50% 大米粉40% 糖化锅 糊化锅 麦芽粉10% 复合酶0.3% 淀粉酶（大米量 ） 4u/g大米 45保温30min 50100min 5min 70保温20min 10min 93 -淀粉酶3u/g大米 100煮沸20min糖化酶30u/g大麦 63植物-淀粉酶0.5% 浓醪15min 保温40min 100煮沸10min 70 保温至碘试完全 76 过滤 图2.2外加酶制剂糖化法工艺流程2.2.2糊化大米粉以料液比1:5在糊化锅中升温到45加入淀粉酶4u/g大米保持30min，再液温升到70左右时，保温20min，继续升温到93，加入-淀粉酶3u/g大米，保温10min，在升温到100煮沸20min。2.2.3糖化 大麦粉料液比为1:4，复合酶0.3%（大麦量），加入到糖化锅升温到50保温100min，将糊化醪打入糖化锅，保持在63ºC，加入植物-淀粉酶0.5%，保温40min。并将锅内1/3浓醪泵入糊化锅煮沸10min。煮沸醪泵回糖化锅，使之混合醪温度为70保温，碘检无色，再升温到76，整个过程不断搅拌，然后泵送过滤。2.2.4 糖化醪过滤将糖化醪充分搅拌，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。滤层厚度要求在3045cm，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。2.2.5麦汁煮沸酒花的添加 洗槽结束时加热至沸，煮沸时间一般为12小时。煮沸85分钟，酒花分三次加入 第一次：煮沸5-15分钟，添加总量的5-10%，主要是消除煮沸时的泡沫; 第二次：煮沸30-40分钟后，添加总量的55-60%，主要是萃取酸; 第三次：煮沸完成前15分钟，加入35%，萃取酒花油，提高酒花香。2.2.6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。2.2.7 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810。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12h。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。 第三章 物料衡算及设备选型3.1物料衡算3.1.1工艺技术指标 表3-1工艺技术指标及基础数据定额指标损失率原料利用率麦芽水分大米水分无水麦芽浸出率无水大米浸出率98.5%6%13%75%95%冷却损失发酵损失过滤损失装瓶损失总损失率3.5%1.5%1.0%1.0%7.0%3.1.2糖化物料计算100kg原料（60麦芽、40大米）生产12°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： 60×0.75×（16%）42.30大米收率： 40×0.92×（113%）33.06 混合原料收得率为： （42.30%+33.06%）×98.574.23由上述可得100kg混合原料可制得12°热麦汁量为： 74.23÷12×100 615.58kg 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： （615.58÷1.084）×1.04593.47L2.冷麦汁量： 593.47×（10.035）572.70L3.发酵液量： 572.70×（10.015）564.13L4.过滤酒量： 564.13×（10.01）558.49L5.成品啤酒量：558.49×（10.01）552.91L6.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: 615,58×0.2%1.24kg3.1.3生产100L12°淡色啤酒的物料衡算根据上述计算结果知，100kg混合原料可生产12°成品啤酒552.91L，故可得出下述结果：1. 生产100L12°普通啤酒需耗混合原料量为： （100÷552.91）×100=18.09kg2麦芽耗用量： 18.09×60%=10.85kg3.大米耗用量： 18.0910.85=7.24kg4.酒花用量为 对普通啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为： （593.54/552.91）×100×0.2%=0.215kg5.热麦汁量为： （593.54/552.91）×100=107.34L6.冷麦汁量为： （572.72/552.91）×100=103.58L3.1.4年产15万吨12°P普通啤酒的物料计算 全年生产天数为330天，设旺季生产180天，淡季生产150天。旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则全年糖化次数为： 180×7+150×5=2010（次） 每次投料量及其他项目的物料平衡。1.年实际生产啤酒：150000000÷1.084=138376383L2.清酒产量：138376383L÷（10.01）=139774125L3.发酵液总量：139774125÷（10.01）=141185984L4.冷麦汁量：141185984÷（10.015）=143336025L5.煮沸后热麦汁量：143336025÷（10.035）=148534741L 20麦汁体积：148534741÷1.04=142821866L 12°P麦汁质量为（20）：142821866×1.084=154818903Kg 6.混合原料量：154818903×12%÷74.23%=25027978Kg7.麦芽耗用量：25027978 ×0.60=15016786Kg 8.大米耗用量：2502797815016786=10011192Kg9.酒花耗用量：148534741×0.2%=297069.5Kg根据经验估算，混合原料量定为25.03×106Kg，实际产量才大于150000t啤酒。表3-2 啤酒厂糖化车间物料衡算表物料名称单位100Kg混合原料100L12°度普通啤酒糖化一次定额量15万吨每年啤酒生产混合原料大麦大米酒花热麦汁冷麦汁发酵液过滤酒成品啤酒KgKgKgKgLLLLL10060401.24593.47572.70564.13558.49552.9118.0910.857.250.215107.34103.58102.05101.04100.0012452.747472.644985.08148.2673930.3471343.2970248.7669552.2368855.7325.03×10615.02×10610.02×1062.98×10514.86×10714.34×10714.12×10713.98×10713.84×1073.2设备选型3.2.1 糖化锅结构设计 糖化锅用于麦芽淀粉及蛋白质的分解，维持醪液在一定得温度，使醪液进行淀粉的糖化，以制备麦汁。（1）锅体形式 为圆柱型锅身，上封头采用120°锥形封头，直径与高之比为2:1（2）加热方式 夹套间接蒸汽加热，夹套的蒸汽压力通常为0.3-0.6MPa（3）材质 锅体室用不锈钢，夹套可用不锈钢或普通钢板3.2.2 糖化锅的尺寸计算 糊化时加水量为: G1（7472.64×1/6+4985.08）×531152.6kg式中，4985.08为糖化一次的大米粉量，7472.64×1/6为糊化锅中加入的麦芽粉量。糊化时总量为 7472.64×1/6+4985.08+31152.6=37383.12kg糖化时中的加水量为：G27472.64×5/6×424908.8kg 式中，7472.64×5/6为糖化一次糖化锅投入的麦芽量 糖化时总量为：7472.64×5/6+24908.8=31136kg煮沸时糖化锅中双醪液量为： 37383.123113668519.12kg 由数据可知大米粉含水量为13，麦芽粉含水量为6 糖化醪中干物质量% 16.58%查发酵工厂工艺设计概论P310得糖化醪相对密度为1.08 则糖化锅有效容积63.44m3 锅身与高度之比一般取21。 设计估算可以按下式估算D，设底高部分为空余系数部分，取圆筒直径D与高度H之比为21，则根据工艺设计每糖化一次用两个糖化锅 则每个糖化锅的体积 V有63.44/231.72m3 圆整取D=4400mm H=2200m 现按实际糖化锅设备图主要尺寸：直径D4400mm,柱高H2200mm，底高h1000 mm(球底)则实际总容量 45.32m3 容量系数1.2，则： 45.32/1.237.7m3糖化锅个数确定 生产旺季每天糖化次数为7次，每次糖化需要2个糖化锅，每天一共需要16个糖化锅（其中2个备用）3.2.3搅拌功率计算搅拌器设计采用近似折叶桨式搅拌器 根据设计要求 D搅拌器直径 D0糖化锅直径B搅拌桨叶宽度则 D0.7D03080mm 圆整取3100mm B0.04D0176mm 圆整取 180mm1. 雷诺准数 Re D搅拌器搅拌叶直径 醪液容重 n搅拌器转速 液体绝对粘度 醪液密度 取2厘泊0.002kg/m.s本设计搅拌器转速取n30r/min0.5r/s查啤酒工业手册下P4231068kg/m3则 Re25658702. 功率准数 Np其中搅拌叶与旋转平面所成的角度 本设计为60° = =21.5 =0.41 =1带入公式计算可得Np0.0853. 搅拌器需要功率 N需 3.25KW电机功率 N电 14.175K1.21.4 取1.2K11.11.3 取1.3 总0.4若取K1.4 则 N电16.54所以本设计采用17KW电机。3.2.4 升气管直径 升气管面积为料液面积的1/501/30，取1/40 则：d2:D21:40得出d0.695m，圆整后取d700mm3.2.5 糖化醪出口管 至糊化锅的醪液量为： 取醪液密度为1068kg/m3醪液流速为2.0m/s V D0.099 圆整取D100mm s4mm L150mm校核 2.2m/s满足设计要求。3.2.6 锅体结构设计糖化锅锅身采用不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti 锅底采用紫铜板 锅低夹套采用不锈钢 1Cr18Ni9Ti 。锅内最高工作压力 P最高P0gh h锅内液面高度 P最高工作1.01×1051068×9.81×2.2 1.24×105 Pa3.2.7 人孔查材料与零部件上 P474 选用500mm人孔 螺栓 重量Dg D D1 H H1 b 数量 直径×长度 不锈钢 碳钢 总重500 600 560 222 140 12 16 M16×50 11.16 16.84 28标准图号 JB0400463.2.8 视镜设计选标准图号为 JB593641视镜。查材料与零部件上P494图251标记 标准图号 重量视镜Pg6Dg50 JB593641 2.3 3.2.9过滤槽 过滤槽容积的确定 37.7m3 生产需要1.2的空余系数，故所需容积： V ×1.245.32m3设过滤槽的径高比为2：1，即D:H2:1，则有： 4400mm 2200mm过滤筛板用不锈钢焊制而成，过滤筛板上分布条形筛孔，尺寸约为0.4×0.7×20mm，平底上有均匀的麦汁倒出管，每1.251.5m2的筛板上有一根倒出管，导管直径通常为2545mm。3.2.10回旋沉淀槽技术参数：麦芽汁进口速度8m/s，进料时间20min，麦汁停留时间40min，麦汁转速10转/分。煮沸后热麦汁量为：73930.34L V有效73930.34/100073.93m3V有效73.93×1.288.71m388.71H取液面高度槽体直径D12 88.71 D6.0m H3.0m园整 取H3000m表3-3 设备一览表序号设备名称数量规格与型号材料1糖化锅24600×2300Q253-A2过滤槽26305×3152Q253-A3回旋沉淀槽26400×3200Q253-A 第四章 结语本次设计查阅了大量的国内啤酒行业的文献资料、采集了啤酒厂生产实际中的技术参数。以工艺技术上先进、可靠；经济上合理可行为设计原则。采用二次煮出糖化法，下面发酵法。选用的较先进的生产设备，设计的车间布置也是按照规定标准设计的。在设计中我们也遇到了一些实际的问题。像设备选型的时候遇到的选型找不到书上的现行的规定标准的情况等。但是我们系的各位老师通过讨论都给我提出了非常行之有效的建议。我在设计中也发现了自己在查阅文献资料时的好多的不足之处，在以后的工作学习中还需要好好的训练自己。而且通过这次设计，我对自己在大学四年的知识有了一个更系统的认识。老师们讲的东西都是我们以后能够受用一生的，还需要好好的总结，学习。参考文献1 管敦仪.啤酒工业手册.上、中、下M.北京：中国轻工业出版社，19982 吴思方.发酵工厂工艺设计概论M.北京：中国轻工业出版社，2005.83 刁玉伟.化工机械设备设计基础M.大连：大连理工大学出版社，1988.84 丁 浩.化工工艺设计M.上海：上海科学技术出版社，19895 梁世中.生物工程设备M.北京：中国轻工业出版社,2005.2,188-1946 吴思芳.发酵工厂工艺设计概论M.中国轻工业出版社，2006.67 梁世中.生物工程设备M.中国轻工业出版社，2005.88 管敦仪.啤酒工业手册M.中国轻工业出版社，1998.99 余龙江.发酵工程原理与技术应用M.化学工业出版社，2006致 谢 本设计的顺利完成离不开老师的指导和同学们的帮助。从开始着手到设计结束总共花费了我将近半个月的时间，虽然每天都很忙碌但收获真的不少。我真的很高兴，学习作图，学习使用表格等。有的时候甚至会觉得上课都没有自己亲自动手来的实际。 本次设计对我来说是过去的大学三年最有意义的一件事。在这过程中，我非常感谢老师可以帮助我分析思路，开拓视角，循循善诱，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励。在此，向各位老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 17