2022年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计方案.docx

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1、年产三万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计一、啤酒生产相关学问简介1.1 啤酒酿造工艺流程图 1啤酒酿造图1：原料贮仓2：麦芽挑选机3：提升机4：麦芽粉碎机5：糖化锅6：大 M挑选机7：大 M粉碎机8：糊化锅9：过滤槽10：麦糟输送11：麦糟贮罐12：煮沸 / 回旋槽13：外加热器14：酒花添加罐15：麦汁冷却器16：空气过滤器17：酵母培育及添加罐18：发酵罐19：啤酒稳固剂添加罐20：缓冲罐21：硅藻土添加罐22：硅藻土过滤机23 ： 啤 酒 清 滤24：清酒罐25：洗瓶机机26：罐装机27：啤酒杀菌机28：贴标机29：装箱机1.2 酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花；1.3 麦

2、汁的制备其主要过程有原辅料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程；啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒，因此，麦汁的颜色，芬香味、麦汁组成有一些会影响啤酒的风味、有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味；麦汁组成中影响发酵的主要因子是：原麦汁浓度、溶氧水平、pH 值、麦汁可发酵性糖含量、 - 氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等；1.4 啤酒的发酵冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开头，整个发酵过程可以分为：酵母复原活力阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段；酵母接种后，开头在麦汁充氧的条件下，复原其生理活性，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中猎取能量而发生繁衍

3、，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵；17 / 10二、 30000t/a 啤酒厂糖化车间的物料衡算啤酒厂糖化车间的物料平稳运算主要工程为原料麦芽、大 M）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量 糖化槽和酒花槽）等；2.1糖化车间工艺流程示意图依据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的缺失等数据如表1 所示；图 2 啤酒厂糖化车间工程流程示意图2.2工艺技术指标及基础数据依据表 1 的基础数据，第一进行100kg 原料生产 10淡色啤酒的物料运算，然后进行100L 10 淡色啤酒的物料衡算，最终进行30000t/a啤酒厂糖化车间的物料平稳运算；表 1

4、啤酒生产基础数据项定目名无水麦芽浸出率称百分比 %）项目78原料配比名称麦芽大 M额无水大 M浸出率 原料利用率麦芽水分大 M水分90冷却缺失指啤酒缺失率对热麦汁）标98612发酵缺失过滤缺失装瓶缺失总 损 失百分比 %）70307212122.3100kg 原料 热麦运算依据表 1 可得到原料收率分别为： 麦芽收率为： 78% 100-6%=73.32%大 M收率为： 90% 100-12%=79.2%混合原料收得率为： 0.70 73.32%+0.30 79.2%） 98%=73.58%由上述可得 100kg 混合料原料可制得的10热麦汁量为： 又知 10麦汁在 20时的相对密度为1.08

5、4 ，而 100热麦汁比 20时的麦汁体积增加1.04 倍， 故热麦汁 1000 1.04=705.93L2 冷麦汁量为： 705.93 1-0.07=656.52L3 发酵液量为： 656.52 1-0.02=643.39L4 过滤酒量为： 643.39 1-0.01=636.95L5 成品啤酒量为： 636.95 1-0.02=624.22L2.4 生产 100L10淡色啤酒的物料衡算依据上述衡算结果知，100kg 混合原料可生产 10淡色成品啤酒 624.22L ，故可得以下结果：1）生产 100L10淡色啤酒需耗混合原料量为：735.8 0.2%=0.24kg5）热麦汁量为：6）冷麦汁

6、量为：7）湿糖化糟量设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为80%，就湿麦芽糟量为： 1-0.06）100-78 ） /而湿大 M糟量为：1-0.12）100-90 ） /故湿糖化糟量为： 11.59+2.12=13.71kg8）酒花糟量设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，就酒花糟量为： 100-40 ）/2.5 30000t/a 10淡色啤酒酿造车间物料衡算表设生产旺季每天糖化8 次，而淡季就糖化4 次，每年总糖化次数为1800 次；由此可运算出每次投料量及其他工程的物料平稳；把述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算运算结果，整理成物料衡算表，如表 2 所示；物料名称单位混合原

7、料Kg对 100kg混合原料100100L 10 度淡色啤酒16.02糖 化 一 次 定额量2638.3430000t/a啤酒生产4.75 106666665666备注： 10 度淡色啤酒的密度为1012kg/m3表 2 啤酒厂酿造车间物料衡算表大麦Kg7011.211846.843.325 10大 MKg304.81791.51.425 10酒花Kg1.500.2439.537.12 104热麦汁L705.93113.0918628.7133.53 10冷麦汁L656.52105.1817324.731.19 10湿糖化糟Kg72.3511.591909.243.44 10湿酒花糟Kg4.5

8、00.72118.602.13 10发酵液L643.39103.0716978.3530.56 10过滤酒L636.95102.0416808.430.26 10成品啤酒L624.22100.0016469.0429.64 10三、 30000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺，下面就以为基准进行糖化车间的势量衡算； 工程流程示意图如图2 所示，其中的投料量为糖化一次的用料量运算参表 2）3.1 糖化用水耗热量 Q1依据工艺，糊化锅加水量为：G1=式中， 791.5kg 为糊化一次大 M粉量， 158.3kg 为糊化锅加入的麦芽粉量式中， 1688.54kg 为糖

9、化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即1846.84-158.3=1688.54kg而 1846.84kg为糖化一次麦芽定额量；故糖化总用水量为：GW=G1+G2=4274.1+5909.89=10183.99kg1自来水的平均温度取t 1=18 , 而糖化配料用水温度t 2=50 , 故耗热量为：Q1=G1+G2cwt1-t2=10183.99 50-184.18=1362210.5KJ23.2 第一次 M醪煮沸耗热量 Q2由糖化工艺流程图 3.2.1 糖化锅内 M醪由初温 t 0 加热到 100的耗热量 Q21Q21=GM醪 CM醪(1) 运算 M醪的比热容 GM醪依据体会公式 G 容物=00.1

10、100-Wc0+4.18W 进行运算；式中W为含水百分率； c0 为肯定谷物比热容，取c 0=1.55KJ/Kg K.C麦芽=0.01C大 M=0.01CM醪=3.76 KJ/KgK2 M 醪的初温 t 0 设原料的初温为 18，而热水为50，就t 0 = 18+4274.1 4.18 50/5183.9 3.76 ）=47.5 其中 GM醪=791.5+158.3+4274.1=5183.9kg）3）把上述结果代如1 中，得：Q21=5183.9 3.76100-47.5 ）=1023301.86 KJ3.2.2 煮沸过程蒸汽带出的热量 Q22设煮沸时间为 40min，蒸发量为每小时5%，就

11、蒸发水量为：V1=GM醪5% 40/60= 5183.9 5%40/60=172.80 Kg7）故Q22=V1I=172.802257.2=390036.637KJ8）式中， I 为煮沸温度 约为 100）下水的汽化潜热 KJ/Kg）3.2.3 热缺失 Q23M醪升温顺第一次煮沸过程的热缺失约为前两次的耗热量的15%，即：Q23=15%Q21+Q22）9）3.2.4 由上述结果得 ：Q2=1.15Q21+Q22） =1.151023301.86+390036.637 ） =1625339.28 KJc 麦醪=G麦芽 C麦芽+G2Cw）/G 麦芽+G2）=1688.54 1.71+ 5909.8

12、9 4.18 ）/ 1688.54 +5909.89 ）t 麦醪=G麦芽 C麦芽18+G2Cw50）/G 麦醪 C 麦醪）= 1688.54 1.71 18+5909.89 4.18 50）/7598.43 3.63 ）=46.6713）3.3.2 依据热量衡算，且忽视热缺失， M 醪与麦醪混合前后的焓不变，就M 醪的中间温度为：G混合=GM醪+G麦醪=5183.9 +7598.43=12782.33 Kg14）C混合=GM醪 CM醪+G麦醪 C麦醪）/GM醪+G麦醪）15）=5183.9 3.76+7598.43 3.63 ）/12782.33=3.68kJ/kg K）t=G 混合 C 混合

13、t 混合 -G 麦醪 C麦醪t 麦醪）/GM醪 CM醪）16）=12782.33 3.68 63-7598.43 3.63 46.67 ）/ 5183.9 3.76 ）=863.3.3 Q3Q3=G混合 C 混合70-63）=12782.33 3.6870-63 ）=329272.821kJ）17）3.4 其次次煮沸混合醪的耗热量 Q4由糖化工艺流程可知：Q4=Q41+Q42+Q4318）3.4.1 混合醪升温至沸腾所耗热量 Q4121）/G混合 100-70 100%=26.7%22）3）麦醪的比热容c 麦醪=G麦芽 C麦芽+G2Cw）/G 麦芽+G2）=1688.54 1.71+ 5909

14、.89 4.18 ）/ 1688.54 +5909.89 ）混合醪比热容：混合M醪M醪麦醪麦醪M醪麦醪C=G/c+Gc）/G/+G）24）=5183.9 3.76+7598.43 3.63 ）/12782.33=3.68kJ/kg K）4） 故 Q41=26.7%G混合 c 混合100-70）=376782.184kJ）Q42=IV2=2257.2 106.52=240435.628 kJ26）式中， I 为煮沸温度下饱各蒸汽的焓kJ/kg ）3.4.3 热缺失 Q43依据体会有： Q42 =15%Q41+Q42）27）3.4.4 把上述结果代入公式 =1.15376782.184+24043

15、5.628 =709800.484 kJ故Q5=GCw80-18=11872.53 4.18 80-18=3076884.87kJ 29）3.6 麦汁煮沸过程耗热量Q63.6.1 麦汁升温至沸点耗热量 Q6130）由表 2 啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg 混合原料可得到735.8kg 热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为 70，就进入煮沸锅的麦汁量为：G麦汁 =2638.34 735.8/100=19412.91kg ）又 C麦汁 =1846.84 1.71+791.5 1.89+2638.34 6.4 4.18 ）/故 Q61=G 麦汁 C 麦汁100-70=19412.913.85 3

16、0=2242190.61kJ31）3.6.2 煮沸强度 10%，时间 1.5h ，就蒸发水分为 ：V3=19412.91 10%1.5=2911.94kg故 Q62=I V 3=6572821.62KJ32）3.6.3 热缺失为33）3.6.4 把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热Q6=1.15 Q61+Q62=10137264.1KJ 34）3.7 糖化一次总耗热量 Q总Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=17240772.1KJ ） 35）3.8 糖化一次砂耗用蒸汽用量 D使用表压 0.3MPa 的饱和蒸汽， I=2725.3Kj/kg,就：D=Q总/ 95%式中， i 为相应冷凝水

17、的焓 =10137264.1/1.5 95%=7113869.55KJ/h37）相应的最大蒸汽耗量为：Dmax=Qmax/ =3287.63kg/h每吨啤酒成品耗蒸汽 每昼夜耗蒸汽量 至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送井发酵车间，必需尽量回收其中的热量；最终如需要耗用冷冻水，就在以下“耗冷量运算”中将会介绍最终，把上述结果列成热量消耗综合表，如表3表 3 30000t/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格MPa）每吨消耗定额kg）每小时最大用量kg/h ）每昼夜消耗量kg/d ）每年消耗量kg/a ）蒸汽0.3 表压）503.223287.6367096.4815096708四、

18、 30000t/a 啤酒厂发酵车间的耗冷量衡算8啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类，而后者有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分；不同的发酵工艺，其耗冷量也随之转变；下面以目前我国应用最普遍的锥形罐发酵工艺进行20000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量运算；4.1 发酵工艺流程示意图冷却94热麦汁冷麦汁 6）锥形灌发酵过冷却至 -1 贮酒过滤清酒灌图 4发酵工艺流程4.2 工艺技术指标及基础数据年产 10淡色啤酒 30000t ；旺季每天糖化8 次，淡季为 4 次，每年共糖化1800 次；主发酵时间6天；4锅麦汁装 1 个锥形罐；10 Bx 麦汁比热容 c1=4.0KJ/kgK ）；冷媒用 15

19、%酒精溶液，其比热容可视为c2 =4.18 KJ/kgK）；麦芽糖化厌氧发酵热q=613.6kJ/kg；麦汁发酵度 60%；依据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类，即：又知 10 Bx 麦汁比热容 C1=4.0KJ/Kg k, 工艺要求在 1h 小时内完成冷却过程，就所耗冷量为：Q1 =G C=19522.894.094-6/1=6872056.61KJ/h式中 t 1 和 t 2分别表示麦汁冷却前后温度 ） 冷却操作过程时间 41相应地冷冻介质 2的冷冻水）耗量为：Mf =Q1/C m=19807.62kg/h42式中， t 3 和 t 4分别表示冷冻水的初温顺终温） Cm

20、水的比热容 KJ/kg K） 4.3.2 发酵耗冷量 Q2依据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为17324.7L, 就每锥形缺罐发酵放热量为：Q01=36.82 17324.7 4=2551581.82kJ由于工艺规定主发酵时间为6 天，每天糖化8 锅麦汁 旺季），并考虑到发酵放热不平稳，取系数1.5, 忽视主发酵的升温，就发酵高温时期耗冷量为：Q21 =2551581.82 1.5 7/24 64=46513.21kJ/h2 发酵后期发酵液降温耗Q22 主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从6缓降到 -1 ；每天单罐降温耗冷量为：Q02=4GC16-43）工艺要求此过程在2 天内完成，就耗冷量为 麦

21、汁每天装 1.5 个锥形罐）：Q22=1.5 2186563.68/24 2=68330.12KJ/h44454 每罐用冷媒耗冷量Q0Q0=Q01+Q02=2551581.82+2186563.68=4738145.5kg/h465 发酵用冷媒耗 循环量） M2 发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8 和 0，故耗冷媒量为：M2=Q2/=3434.31kg/h474.3.3 酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3在锥形罐啤酒发酵过程，主发酵终止时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5 7 次；设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用 1的无菌水洗涤，洗涤无

22、菌水量为酵母量的 3 倍；冷却前无菌水温30；用 -8 的酒精液作冷地介质；由中述条件，可得无菌水用量为：Gw=19522.8961.0%3=3514.12kg/d式中 19522.89 糖化一次的冷麦汁量/r =1171.37 4.18 30-1/2=70996.94kg/h/r=70996.944.188=2374137.73kg/h/1.5=1171.37 4.18 30-1/1.551=94662.31kJ式中1.5每班装罐1.5 罐4.3.4 酵母培育耗冷量 Q4依据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培育，培育时间为12d，即 288h ；依据工厂实践，年产30000t 啤酒培育冷量为

23、41800=41800/4.188=1250kg/h4.3.5 发酵车间工艺耗冷量 Qt综上运算，可算动身酵车间的工艺耗冷量为：Qt=Q1 Q2Q3 Q4=6872056.61 114843.33 70996.94 4180053=7099696.88Kj/h4.4 非工艺耗冷量 Qnt除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁、运转机械、保护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量，现分别介绍；4.4.1 露天锥形罐冷量散失 Q5锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量散失；通常，这部分的冷量由体会数据坟取；依据体会，年产2 万吨啤酒厂

24、露天锥形罐的冷量在9000-20000kJ/t啤酒之间，如在南方亚热地区设厂，可取高值；故旺季生天耗冷量为： 54）式中， Gb旺季成品啤酒日产量t ）如白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2 倍，就高峰耗冷量为：55）冷媒-8 稀酒精）用量：4.4.2 清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q657）冷媒=851963.63/4.188=25477.38 KJ/h冷媒用量kJ/h每罐耗冷kJ年耗冷量27488226.8421.20 108工发酵耗冷 Q2艺114843.3833434.31 M 24738145.59.42 10耗冷无菌水冷却 Q370996.942374137.73M 394662.311.7310量酵母培育 Q4418001250M7099696.84284320.5512.0108工艺总耗冷 Qt32605354.824.35 10888锥形罐冷损 Q51700005083.73M 516000005.2310非工艺耗冷量管道等冷损 Q6851963.6325477.38 M 64200042.3616.1108非工艺总耗冷Qnt81021963.635800042.3621.33 10合计总耗冷 Q8121660.5138405397.24.568 109单耗152266.67kJ/t 啤酒