年产7万吨10度啤酒厂发酵车间工艺设计-毕业设计.docx
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1、二、设计(论文研究)思路及工作方法1.查看啤酒相关书籍,了解啤酒现阶段的生产技术,获取相关工艺参数,对啤酒厂的设计进行工艺设计论证及工艺参数的选择。2.根据要求进行理论工艺横算,包括发酵车间物料,热量,冷耗量,空气消耗量,耗水量等进行横算。3.根据横算结果对发酵车间设备及其附属设备选型以及发酵罐进行结构及强度设计。4.根据工艺计算绘制发酵车间设备平面布置图,发酵车间带控制点流程图和全场工艺流程方块图。三、设计(论文研究)任务完成的阶段内容及时间安排。2011-3-20至2011-4-9 进行全厂工艺流程及工艺参数的选择论证2011-4-10至2011-4-25 发酵车间物料及热量衡算2011-
2、4-26至2011-5-5 发酵罐设计计算与其选型2011-5-6至2011-5-20 绘图2011-5-21至2011-5-31 撰写设计说明书指导教师意见 指导教师签字: 年 月 日教研室毕业设计(论文)工作组审核意见难度分量综合训练程度 教研室主任: 年 月 日设计(论文)类型:A理论研究;B应用研究;C软件设计;D-其它目 录摘 要1ABSTRACT2前 言3第一章 啤酒工艺选择与论证5121.3.7 麦汁的充氧131.4 啤酒发酵131.4.1 啤酒酵母131.4.2 啤酒发酵方法的选择141.4.3 啤酒发酵工艺161.4.4酵母的添加与回收191.4.5发酵设备的降温控制191.
3、4.6啤酒生产副产物的利用201.4.7 成品啤酒20第二章 工艺计算222.1 物料衡算222.1.1 物料衡算的意义222.1.2 物料衡算基础数据222.1.3 100原料生产10P啤酒的物料衡算222.1.4 生产100L 10P啤酒的物料衡算232.1.5 年产7万吨10P啤酒糖化车间物料衡算252.2 耗热量的计算272.2.1 糖化用水耗热量Q1282.2.2 第一次米醪煮沸耗热量282.2.3 第二次煮沸前混合醪液升温至70的耗热量292.2.4 第二次煮沸混合醪液耗热量302.2.5 洗糟水耗热量312.2.6 麦汁煮沸过程中耗热量312.2.7 一次糖化总耗热量322.2.
4、8 一次糖化蒸汽耗用量D322.2.9 糖化小时最大蒸汽耗用量322.2.10 蒸汽单耗322.3 工艺耗水量计算332.4 工艺耗冷量的计算352.4.1 发酵车间工艺流程352.4.2 工艺技术指标及基础数据352.4.3 工艺耗冷量的计算352.4.4 发酵车间工艺总耗冷量382.4.5 非工艺耗冷量382.4.6 非工艺总耗冷量392.4.7 总耗冷量39第三章 发酵车间设备设计与选型413.1 发酵罐的设计与选型413.1.1 发酵罐体积的确定413.1.2 发酵罐个数的确定413.1.3 发酵管材料的选择423.2 发酵车间其他附属设备选型463.2.1 清酒罐463.2.2 扩大
5、培养罐选型473.2.3 麦汁杀菌罐493.2.4 贮酒罐的设计与选型49第四章车间布置514.1 厂房的整体布置和轮廓设计514.1.1 厂房的整体布置514.1.2 厂房的立体布置514.1.3 厂房的平面布置514.1.4 厂房建筑结构514.2 发酵车间设备布置514.2.1 发酵设备514.2.2 泵524.2.3 过滤机524.2.4 清酒罐52参考文献53致谢54I摘 要摘 要本设计为年产7万吨10P啤酒厂发酵车间工艺设计,其生产原料为大麦麦芽和大米,生产旺季占全年产量的80%,全年生产天数为300天,设计的主体为发酵车间,主体设备为发酵罐。首先对原料、制备、糖化、发酵工艺进行选
6、择及论证,再通过物料和热量衡算确定糖化车间主要设备的容量和数量,对发酵车间附属设备进行选型,对发酵罐进行结构及强度设计,在此基础上,对主体设备发酵罐进行设计计算,最后绘制出发酵车间设备平面布置图,发酵车间带控制点流程图和全厂工艺流程方块图。关键词:啤酒厂,发酵,发酵罐,工艺计算1四川理工学院学士学位设计ABSTRACTThe design is the annual output of 7 million tons of 10 P brewery fermentation process design, the production of raw materials for barley ma
7、lt and rice, production peak season account for 80% of the total production,a year of production days for 300 days, the design of main workshop for fermentation workshop, the main equipment for fermentor. First I through choose all technical parameters to determine the whole process, again through m
8、aterial and heat balance sure saccharification workshop of main equipment of capacity and quantity, then I choose the proper type of accessorial equipments. On this basis, I will finish fermentor design calculations, finally plot fermentation workshop equipment layout, fermentation workshop diagram
9、with control points and the whole process flow block diagram. KEY WORDS: brewery; fermentation; fermentor; process calculation前 言前 言啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽为主要原料,以大米或其它谷物为辅助原料,以本地主产淀粉物为主,经麦芽汁的制备、糖化、添加酒花、煮沸、过虑、啤酒酵母发酵等过程,酿造而成含二氧化碳,低酒精浓度的酿造酒。啤酒是酒类中酒精含量最低的饮料酒,而且营养丰富,人们适量饮用时,酒精对人体的毒害非常小。在1972年世界第九次营养食品会议上,曾推荐啤酒为营
10、养食品,也有人把啤酒称作营养食品、可口食品、卫生食品、方便食品。据研究显示,啤酒里所含的各种组成成份不但有非常高的营养价值,而且还具有良好的医药疗效,具体表现在以下两个方面:一方面,啤酒中酒精含量较低(10度黄啤酒含酒精3左右),不仅对胃和肝脏没有损害,还可以平缓地促进人体血液循环。另一方面,啤酒中含有烟酸,在维生素B1和B6维持心脏正常活动的同时,烟酸能扩张血管,加速新陈代谢,因此啤酒对心血管系统有益。自20世纪90年代,中国啤酒行业进入了快速发展的阶段,行业发展至今,中国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。2003-2007年5年间,中国啤酒经济指标取得了一定增长,啤酒产量增加1426万
11、千升,增长56.9%。中国啤酒消费仍有很大的提升空间。从世界范围看,发达国家啤酒的人均消费量增长缓慢,而在经济增长较快地区,如东欧和中国的啤酒需求量和产量增长速度远远高于世界平均增长速度,增速比发达国家高3%。中国啤酒消费存在着地域分布的不均衡性。中国啤酒行业的发展路径与世界啤酒的发展路径基本一致,也就是从发达地区向不发达地区过渡。随着社会的发展,啤酒市场的竞争越来越激烈了,并且广大消费者对啤酒种类风味和质量的要求也越来越高,相应的新产品也层出不穷。因而,我个人认为很有必要将啤酒生产方面的技术科学地总结和分析,以推动啤酒产品多样化发展。随着人们,饮食消费结构的不断调整,生活水平的不断提高,啤酒
12、已进入了万户千家。然而调查显示我国人均的啤酒消费却还没有达到世界平均水平。所以只有建设新的、大型的啤酒厂,增加产量,才能满足人们日益增长的物质生活需求。因此,对于啤酒厂的设计是有意义的,是很有必要的。2009年至2012年,啤酒行业面临着较好的发展际遇:国民经济持续快速发展和城市化水平的提高,给行业发展创造了巨大的需求空间;西部大开发、振兴东北地区等老工业基地、促进中部崛起和建设社会主义新农村等重大发展战略,为啤酒行业创造了新的发展机遇;全球经济和区域经济一体化进程的加快,为中国啤酒行业在更大范围内配置资源、开拓市场创造了条件。53第一章 啤酒工艺选择与论证第一章 啤酒工艺选择与论证全厂工艺流
13、程图 麦槽 酒花 麦芽粉碎糖化过滤混合麦汁煮沸沉淀冷 却充氧 大米、麦芽粉碎糊化 酒花糟 热凝固 冷凝固物扩培酵母麦芽汁发酵贮酒粗滤精滤清酒装瓶卸箱验瓶 酵母泥 剩余酵母洗瓶检验罐酒压盖检验杀菌贴标喷码检验装箱图2-1 全厂工艺流程图1.1啤酒原料1.1.1 大麦自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料,在酿造时先将大麦制成麦芽,再进行糖化和发酵。大麦按籽粒在麦穗上断面分配形式,可分为六棱、二棱、四棱大麦我国华北地区都种植六棱大麦,南方都种植二棱大麦。因此,在本设计中选用二棱大麦。1.1.1.1大麦的化学成分1.淀粉 淀粉是大麦的主要贮藏物,存于胚乳细胞壁内。大麦淀粉有大颗粒(20-40微米)和小颗粒
14、(2-10微米)之分。二棱大麦的小颗粒淀粉数占90%,但其质量只占10%左右。淀粉粒中大约有97%的化学纯淀粉,0.5%-1.5%的含氮化合物,0.2-0.7%的无机盐,0.6%的高级脂肪酸。其密度大于水,故在水中下沉。2.半纤维素和麦胶物质 半纤维素和麦胶物质是胚乳细胞壁的组成部分。胚乳细胞内主要含淀粉,发芽过程中只有当半纤维素酶将细胞壁分解之后,其他水解酶才能进入细胞内分解淀粉等大分子物质。3.蛋白质 大麦中蛋白质含量的高低及其类型,直接影响制麦和酿造工艺以及成品啤酒的质量。按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀形状分为下列四组。 (1)清蛋白 清蛋白溶于水和稀的中性盐溶液及碱溶液中,因此麦汁中含
15、有清蛋白。加热时从52开始,清蛋白从这些溶液中凝固析出,即随着煮沸的进行而加速凝固。 (2)球蛋白 球蛋白是种子的储藏蛋白,占大麦总质量的31%,不溶于纯水,溶于稀酸和稀碱。溶解的清蛋白和球蛋白一样,在90以上全部凝固,但是凝固并不完全。 (3)醇溶蛋白 醇溶蛋白不溶于纯水及盐溶液,也不溶于无水乙醇,而溶于体积百分数为50%90%的无水乙醇溶液或酸碱溶液,经加热不凝固。某些醇溶蛋白是造成啤酒浑浊和氧化浑浊主要成分。 (4)谷蛋白 谷蛋白不溶于中性盐溶液和纯水,溶于稀碱。谷蛋白和醇溶蛋白使构成麦糟蛋白质的主要成分。1.1.1.2啤酒酿造对大麦的质量要求1. 感官 (1) 色泽 良好的大麦有光泽,
16、淡黄,不成熟大麦呈微绿色;受潮大麦发暗,胚部呈深褐色;受霉菌侵蚀的大麦呈灰色或微蓝色。 (2) 气味 良好的大麦具新鲜稻草香味,受潮发霉则有霉臭味。(3) 麦粒形态 麦粒以短胖者比瘦长者为佳,前者浸出物高,蛋白质低,发芽快。2. 物理检验 (1)干粒重 以无水物记干粒重应为30-40g。 (2)麦粒均匀度 按国际通用标准,麦粒腹径可分为2.8,2.5,2.2mm三级。2.5mm以上麦粒占85%者属于一级大麦。3.化学检验 (1)水分 测定水分是计算干物质的基础。原料大麦水分不高于13%,否则不能贮藏,易发生霉变,呼吸损失大。 (2)蛋白质 蛋白质含量一般要求为9%-12%。1.1.2 啤酒糖化
17、的其他原料在啤酒麦汁中制造的原料中,除了主要原料大麦麦芽以外,还包括特种麦芽,小麦麦芽及辅助原料。1. 大米:原则上凡大米不论品种均可用于酿造,但从啤酒风味而言,米的食感越好,酿造的啤酒风味也越好。由于大米淀粉含量高(75%-82%),无水浸出率高达90%-93%,无花色苷,含脂肪低(0.2%-1.0%),并含有较多泡持蛋白,用它做辅料酿造啤酒,啤酒的色泽浅、口味纯净,泡沫洁白细腻,泡持性好,它是优良的啤酒辅料。2. 小麦:我国是世界小麦主要生产国。小麦发芽后制成的小麦芽也是酿造啤酒的主要原料。利用小麦做辅料,麦汁总氮和-氨基氮均比大米高,发酵快,但过滤和煮沸麦汁略浑浊,需进行处理为好,酿成的
18、啤酒泡沫细腻、持久。3. 淀粉:淀粉纯度高、杂质少、粘度低、无残渣、可生产高浓度啤酒。但是由于淀粉是原粮加工产品,一般价格均高于原料,在啤酒中作为辅料使用和原料相似,因此,淀粉作为辅料使用不如原料经济。1.1.3 啤酒花和酒花制品酒花赋予啤酒柔和优美的芳香和淡爽的微苦味,能加速麦汁中高分子蛋白的絮凝,提高啤酒泡沫起泡性和泡持性,也能增加麦汁和啤酒的生物稳定性。1.1.3.1 酒花的主要化学成分酒花的化学组分中,对啤酒酿造有特殊意义的三大成分为酒花精油,苦味物质和多酚。1. 苦味物质 苦味物质是提供啤酒愉快苦味的因素,在酒花中主要指-酸,-酸及一系列氧化,聚合产物。2. 酒花精油 酒花精油是酒花
19、腺体另一种重要成分,经蒸馏后成黄绿色油状物,是啤酒香气的重要来源,是啤酒开瓶闻香的主要成分。3.多酚物质 酒花中物质约占总质量的4%-8%,他们在啤酒酿造中的作用为:a.在麦汁煮沸时和蛋白质形成热凝固物。b.在麦汁冷却时形成冷凝固物。c.在后酵和储酒直至罐瓶以后,缓慢和蛋白质结合,形成气雾浊及永久混浊物。d.在麦汁和啤酒中形成色泽物质和涩味。1.1.3.2 酒花的品种酒花按世界市场上供应的可分为四类: A类:优质香型酒花。优质香型酒花的-酸含量为4.5%-5.5%,-酸、酸的比值为1:1,酒花精油含量为2.0%-2.5%。 B类:香型酒花(兼型) 普通香型酒花的-酸含量为5.0%-7.0%,-
20、酸、酸的比值为1.22.3酒花精油含量为0.85%-1.6%。 C类:没有明显特征的酒花 D类:苦型酒花优质苦型酒花的-酸含量为6.5%-10.0%,-酸、酸的比值为2.2-2.6。1.1.3.3 酒花制品1.酒花粉 我国啤酒厂目前均把商品压榨酒花,在使用前用锤式粉碎机粉碎成颗粒1mm以下的酒花粉。这种粗加工方法也存在缺点,因此使用酒花粉,应在酒花厂,酒花温度在55以下,干燥至水分为5%-6%然后进行粉碎,粉碎后立即包装于密闭容器中,并冲入惰性气体。2. 酒花颗粒酒花颗粒是把酒花压榨成直径2-8mm,长约15mm的短棒状,增加其密度,减少其体积,同时也降低了它们的表面积,在惰性气体中保存,酒花
21、不易氧化变质,颗粒酒花是世界上使用最为广泛的酒花制品。1.1.4 啤酒酿造用水 啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤,冷却水两大部分。加工用水中投料水,洗糟水,啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造,是啤酒重要原料之一,在习惯上称作酿造水。啤酒酿造水的性质,重要取决于水中溶解盐类的种类和含量,水的生物学纯净度及气味,酿造水对啤酒生产全过程将产生很大的影响,如糖化时水解酶是活性和稳定性,酶促反应的速度,麦芽的酒花在不同含盐水中溶解度的差别,盐和蛋白质及酚类物质的絮凝成点,酵母生长,发酵风味物质的形成等,最终还将影响到啤酒的风味物质和稳定性。大自然的天然水源分为如下几种:雨水,雪水,地表水,地下水,冰水,海水。
22、1.1.4.1 水中无机离子对啤酒酿造的影响1. 水中的碳酸盐和重碳酸盐有降酸作用:HCO3-+H+H2O+CO2大麦籽粒中存在复合磷酸盐,发芽中受到磷酸酯酶的降解,形成游离的H2PO4_,由于H2PO4在K2的作用下分解为H+,它使麦芽醪呈偏酸性,水中重碳酸盐的降酸作用,使麦芽醪PH升高,引起一系列的工艺缺点:(1)造成过滤减慢,收得率下降。(2)啤酒色泽和涩味增加。(3)啤酒的稳定性降低。(4)改变酒花的苦味,使啤酒苦味粗糙。2.水中钙,镁离子的增酸作用:3Ca+2HPO4-Ca(PO4)2+2H+。 在啤酒糖化时,Ca2+含量在每升40到70毫克,能保持淀粉液化酶的耐热性。麦汁含Ca2+
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