1、年产40万吨8度啤酒厂发酵车间工艺设计毕业论文设计(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 四川理工学院毕业设计 年产40万吨啤酒厂发酵车间工艺设计四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 年产40万吨啤酒厂发酵车间工艺设计系： 生物工程 专业： 生物工程 班级：09级3班 学号： 09041010327 学生： 牟天秀 指导教师： 黄治国 接受任务时间 2013年3月17日 教研室主任 （签名）二级学院院长 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求全厂工艺流程及工艺参数选择论证发酵车间物料及热量衡算绘制全厂工艺流程图一份绘制发酵车间带控制点工艺流程图绘制
2、发酵车间平面图、立面图各一份撰写设计说明书一份2指定查阅的主要参考文献及说明 1顾国贤.酿造酒工艺学（第二版）M.中国轻工业出版社，1996 2管敦议.啤酒工业手册（第一版）M中国轻工业出版社.1985 3化工设备设计手册（第一版）M.编写组.材料也零部件.上海人民出版社，1973 4梁世中.生物工程设备（第一版）M.中国轻工业出版社.2006 5吴思方.发酵工厂工艺设计概论（第一版）M.中国轻工业出版社.20063进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1毕业设计下达任务，搜集有关材料，数据2013.3.17-2013.4.82进行设备选型、设计方案的初步确定2013.4.8-2013.
3、4.253工艺论证、物料衡算、基础数据进行统一2013.4.25-2013.5.104车间设备选型2013.5.10-2013.5.275绘图和设计说明书的撰写2013.5.27-2013.6.10 注：本表在学生接受任务时下达 四川理工学院毕业设计开题报告设 计 名 称年产40万吨啤酒厂发酵车间工艺设计设 计 类 型D指导教师曹新志学生姓名牟天秀学号09041010327系、专业、班级生物工程学院生物工程专业2009级3班一、选题依据：（简述研究现状或生产需求情况，说明该设计（论文）目的意义。）啤酒发展现状及分析： 随着中国经济的快速发展，人们生活水平的提高，啤酒作为含酒精量最低的饮料酒,由
4、于其营养丰富且价廉物美已受到越来越多消费者的喜爱，已经逐步成为人们大众最喜爱的饮料之一。从1903年啤酒进入中国市场到今天，我国啤酒产量逐年增加，已成为世界啤酒产量最大的国家，由此可见啤酒在我国的发展速度之迅猛。然而，我国啤酒产量却仅以每年10%的速度增加，这说明啤酒在我国还无法完全满足人们日益增长的物质文化需求，中国啤酒市场拥有非常广阔的前景，为生产提供了可行性保证。设计（论文）的目的意义：1.了解现在啤酒生产所用的工艺，掌握一定的工厂设计的专业技能，巩固专业知识的。2.掌握完成一项给定任务的方法、步骤和全过程，充分发挥个人的主动性和创造性以完成毕业环节的学习任务。二、设计（论文研究）思路及
5、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.根据衡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。2013-3-20至2013-4-9 进行全厂工艺流程及工艺参数的选择论证2013-4-10至2013-4-25 发酵车间物料及热量衡算2013-4-26至2013-5-5
6、 发酵罐设计计算与其选型2013-5-6至2013-5-20 绘图2013-5-21至2013-6-03 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-其它摘 要本设计为年产40万吨8P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。本设计对啤酒生产线工艺设计中的关键部分原料的糊化、糖化、麦汁过滤、煮沸、发酵、啤酒过滤进行了工艺论述和选择。设计内容主要包
7、括物料衡算，热量衡算，冷耗衡算，水衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算。本设计的图纸主要包括全厂总工艺流程图、发酵车间设备布置图的平立面图及重点设备的装配图(发酵罐)。关键词：啤酒,发酵,发酵罐,工艺计算ABSTRACTThe design is the annual output of 40 million tons of 8 P brewery fermentation process design, the production of raw materials for barley malt and rice, production peak season account for
8、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. The design thesis is a key part of the process design of the beer production line - raw materials, pasting, glycosylated, wort filtration, boil
9、ing, fermentation, beer filtration. Its elements include the material balance, balance, water balance and equipment selection, calculation and focus on equipment selection and calculation. The design drawings, including floor planning and elevations of the fermentation workshop and focus device asse
10、mbly drawing (fermentor). KEY WORDS: beer,fermentation,fermentor,process calculation摘 要 前 言酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒是根据英语Beer译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒是以麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，经麦芽汁的制备，加酒花煮沸，并经酵母发酵配制而成的，是一种含有二氧化碳、起泡的、低酒精度的饮料酒。由于其具有独特的苦味和香味，营养成分丰富，含有各种人体所需的氨基酸及多量维生素、泛酸以及矿物质，当前市场需量越来越大，人们
11、的要求也不断地提高。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。19世纪末，啤酒输入中国。1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂；但一直到1935这期间生产技术掌握在外国人手中，生产原料麦芽和酒花都依靠进口。1949年以前，全国啤酒厂不到十家，总产量不足万吨。1949年后，中国啤酒工业发展较快，并逐步摆脱了原料依赖进口的落后状态。1979年产量达到510ML，1986年产量达到4000ML。中国的啤酒于1954年开始进入国际
12、市场，当时出口仅0.3ML，到1980年已猛增到26ML。 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1426万千升
13、，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。目前我国经济快速发展，成绩令世界瞩目，啤酒随着经济发展，人民生活水平的提高，逐步从城市走向农村，成为人民大众最喜爱的饮料之一。啤酒生产年增长率在810左右。我国的发展规划为：2000年达到年产2100万吨，人均年占有量为15L，预计到2010年产量达30003500万吨
14、，人均占有量达到世界平均水平。此外我国农业处于世界先列，农作物产量位居世界第一，大麦等啤原料在国内许多地区都有种植，且产量巨大，客观上发展啤酒工业的条件比较成熟。本设计将原料到制成成品啤酒中的各环节涉及的工艺、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述，希望能和各位共同讨论，不足之处请多多指正。第一章 啤酒工艺选择与论证全厂工艺流程图图1-1 啤酒全厂工艺流程图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。大麦之所以适于酿造啤酒，是由于：1 大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类；2 大麦种植遍及全球；3 大麦的化学成分适合酿造啤酒；4 大
15、麦是非人类食用主粮；大麦按籽粒生长形态分类，可分为六棱大麦、四棱大麦和二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。二棱大麦是六棱大麦的变种，麦穗上只有两行籽粒，粒子均匀饱满且整齐。二棱大麦的淀粉含量较高，蛋白质的含量相对较低，浸出物收得率亦高于六棱大麦，所以，一般都用二棱大麦。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）水分 根据收获季节的气候情况，大麦的水分含量波动在11%-20%之间，适于贮藏的大麦水分应在13%以下。（2）淀粉 大麦的淀粉含量占其干物质的58%-65%,大部分是作为贮藏物质存在的。 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
16、（20-40微米）和小颗粒（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。淀粉密度大于水，故在水中下沉。麦芽淀粉酶作用于直链淀粉，几乎全部转化为麦芽糖和葡萄糖，但作用于直链淀粉，除生成麦芽糖和葡萄糖外，尚生成数量相当的糊精和异麦芽糖。糊精是淀粉水解的不完全产物，不能发酵生成醇，其结构与淀粉相似，只是相对分子质量小一些，含7-8个以上的葡萄糖基团。（3）纤维素 纤维素占大麦干物质质量的3.5%-7.0%，主要存在于谷皮中，微量存在于胚、果皮和种皮内，是细
17、胞壁的支撑物质。纤维素无味、无臭、不溶于水，对酶的作用具有相当强的抗力，在制麦中，它不参与麦粒中的代谢作用。（4）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。 半纤维素和麦胶物质约占大麦质量的10%-11%，二者具有类似的化学成分。麦胶物质是多糖混合物，能溶于热水，在40至80范围内，温度越高，溶解度越大。半纤维素不溶于热水，而溶于稀碱溶液。谷皮中的半纤维素主要含戊聚糖和少量的-葡聚糖及糖醛。胚乳中的半纤维素主要含-葡聚糖及少量戊聚糖。（5）蛋白质 大麦中蛋白质含量
18、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。 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。大麦清蛋白是唯一能溶于水的高分子蛋白质。 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。球蛋白是对啤酒稳定性有害的主要成分之一。 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
19、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。醇溶蛋白约占大麦蛋白质总量的38%，是麦糟蛋白质的主要成分。 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。谷蛋白也有四有组分组成，约占大麦总蛋白量的29%。1.1.1.2啤酒酿造对大麦的质量要求1.1.1.2.1 感官检验 （1）外观和色泽 收获良好的大麦，应具有光泽，呈纯淡黄；不成熟大麦呈微绿色；收割前后遇雨受潮大麦发暗，色泽发暗，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，稍升温，发出一股麦香味；受潮发霉则有霉臭味，其发芽能力已遭受损失（3）夹杂物
20、良好的大麦应不含有其他谷粒、草籽、土块、碎石、破伤粒、石粒及带病虫害的麦粒。（4）品种纯净度和麦粒整齐度 优良的大麦应具有品种纯净度，不夹杂不同品种、不同产地和不同年份的大麦；单一品种的大麦，也要求麦粒均匀整齐，以求发芽均匀一致。（5）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。（6）感官指标淡黄色，具有光泽，无病斑粒，无霉味和其他异味(一二三级相同)。1.1.1.2.2 物理检验（1）千粒重 以无水物计千粒重应为3040g；（2） 麦粒均匀 2.5mm以上麦粒占85%者属于一级大麦，2.52.2mm者为二级大麦，2.2mm以下为次级大麦；（3）胚乳性质 胚乳断面可分为
21、粉状、玻璃和半玻璃质，优良大麦粉状粒为80%以上。1.1.1.2.3 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%。（3）浸出物 间接衡量淀粉含量的方法，一般为72%-80%。表1-1我国啤酒大麦理化标准种类二棱多棱项目优级一级二级优级一级二级水分%131313131313粒含污水物424036403530千粒重g(无水物质) 959085969285发芽率977590979590大麦浸出物含量507674767270蛋白质含量（无水）% 1212.513.512.513.514选
22、粒试验（2.5mm以上）%858076757065夹杂物含量% 0.51.530.51.52破损粒含量% 0.5130.5121.1.2 啤酒糖化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 啤酒酿造用大米，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)玉米 作为啤酒辅
23、料的玉米，含脂肪太高，会影响啤酒的风味和泡沫。因此，作为啤酒辅料的玉米，必须进行脱脂处理。(3)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，酿成的啤酒泡沫细腻、持久。(4) 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
24、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。过去把它们统称“软树脂”。(2) 酒花精油 酒花精油是酒花腺体另一种重要成分，它经蒸馏后成黄绿色油状物，是啤酒香气的重要来源，特别是它易挥发，是啤酒开瓶闻香的主要成分。啤酒的酒花香气是由酒花精油和苦味物质的挥发组分降解后共同形成的。(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：在麦汁煮沸时和蛋白质形成热凝固物。在麦汁冷
25、却时形成冷凝固物。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。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%，-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1.1.3.3.1酒花粉
26、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。它的优点是：（1）酒花苦味物质在煮沸利用率可增加10%（2）使用方便（3）不需要酒花分离器，而且在漩涡沉淀槽中酒花粉糟和热凝固蛋白质能形成紧密的沉淀。这种粗加工方法也存在缺点，主要是：（1）贮藏酒花球果，水分太高，不利于粉碎（2）酒花粉在使用前在常温下保存十余小时至几天，酒花的氧化很严重（3）贮存时间太长的酒花，一些有害物质的溶解加剧，影响啤酒的风味因此使用酒花粉，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。1.1.3.3.2 酒花颗粒酒花颗粒是
27、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。1.1.3.3.3酒花浸膏应用有机溶剂或二氧化碳萃取酒花的有效物质，制成浓缩5-10倍有效物质的浸膏，在煮沸或发酵贮酒中使用。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
28、水解酶的活性和稳定性，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。1.1.4.1 水中无机离子对啤酒酿造的影响1.1.4.1.1 碳酸盐和重碳酸盐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）糖化
29、醪pH升高，酶促反应受到抑制，蛋白质分解困难，麦汁麦芽糖减少，糊精增加，粘度加大，造成过滤减慢，收得率下降。（2）麦汁pH升高，麦芽皮壳多酚等有害物质溶解度加大，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。1.1.4.1.2 钙，镁离子水中钙，镁离子的增酸作用3 Ca2+2HPO42-+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+在每升80到100毫克时，可促进麦汁煮沸时形成单宁蛋白质钙的复合物，促进热凝固物蛋白质的絮凝。Mg2+在麦芽中含量约为130mgL.啤酒酿造用水中含有1015mgL的Mg2+已经足
30、够，不宜超过80mgL。1.1.4.1.3 Mn2+、Fe2+ 的影响 优质啤酒含Fe2+应少于0.1mgL,若含量大于0.5mgL，会对啤酒质量造成损害，使啤酒泡沫不洁白，加速啤酒的氧化浑浊。Mn2+对啤酒的影响与二价铁离子相似。1.1.4.1.4 Na+ ,K+ 的影响 Na+ ,K+常常在50100:300400.过高常常使浅色啤酒变得粗糙，不柔和。1.1.4.1.5 Cl- 的影响Cl-对啤酒的澄清和胶体稳定性有重要作用，它能赋予啤酒丰满的酒体，爽口，柔和的风味。酿造水中含有2060mgL的Cl-是必须的。1.2麦芽汁制备工艺麦汁制造过程包括：原料的粉碎，原料的糊化，糖化，糖化醪的过滤，混合麦汁加酒花煮沸，麦汁处理（澄清，冷却，通氧）等一系列物理学，化学，生物化学的加工过程。麦汁制造的工艺要求：（1）原料有效成分得到最大限度的萃取。这主要指原料和辅料中的淀粉转变成可溶性无色糊精和可发酵性糖类的过程，它关系到麦汁的收得率和原料利用率，和啤酒生产成本直接挂钩。（2）原料中无用和有害的成分溶解最少。之主要指麦芽的皮壳物质、原料的脂肪，高分子蛋白质等。这些物质会影响到啤酒的风味和稳定性。在麦汁制造中减少溶解这些物质或通过麦汁处理使其减少是提高啤酒质量的关键之一。（3）制成麦汁的有机和无机组分的数量
