【正文】 then bases on empirical formula to determine the main dimensions of equipment, steam and water consumption. At same time, use CAD to draw saccharification process chart, the equipment saccharifying pot and filter slot sketch map. Keywords: beer saccharification。 process design。 material balance。 hot balance 。 equipment selection 前言 啤酒是 以優(yōu)質大麥芽為主要原料，啤酒花為香料，經(jīng)過制麥芽、糖化、發(fā)酵等 工 序制成的富含營養(yǎng)物質和二氧化碳的釀造酒。啤酒的酒精含量僅為 3%~6% 6 （體積分數(shù)），有酒花香和爽口的苦味，深受消費者歡迎，因此消費面廣，消費量大，是世界上產(chǎn)量最大的酒種。 啤酒的歷史悠久，大約起源于 9000 年前的地中海南岸地區(qū)，以后逐漸傳入歐美及東亞地區(qū)。我國的啤酒生產(chǎn)只有 100 年的歷史。啤酒是世界上產(chǎn)銷量最大的酒種，近幾年來，啤酒的產(chǎn)銷量幾乎以 15%的速度巨增，我國去年啤酒增長量為 10 億升。 2021 年以來，中國的啤酒產(chǎn)銷量已超過了美 國，躍居世界第一位。2021 年我國啤酒產(chǎn)銷量超過 5500 萬噸 [1]。 啤酒中高級醇、有機酸、雙乙酰、醛、酯等物質的存在量不多，但影響啤酒的風味，它們的數(shù)量及配比，造成了啤酒色香味上的差別，造就品牌啤酒的個性。 1 緒論 設計的目的 在學習掌握所學的生物工藝學、生物工程設備、化工原理等課程的基本理論和基礎知識的基礎上，通過本次課程設計，培養(yǎng)我們綜合運用這些知識分析和解決實際問題的能力以及協(xié)作攻關的能力，訓練我們使用文獻資料和進行技術設計、運算的能力，提高文字和語言表達能力，為其它專業(yè)課程的學習和畢業(yè)論 文（設計）打下基礎。 隨著經(jīng)濟的增長，人們對啤酒的消費會越來越大。所以也看到了啤酒工業(yè)的發(fā)展前景。這時候建立一個啤酒工廠的話，產(chǎn)品的廣闊市場為工廠的生存和發(fā)展提供了良好的保證。 設計思想 本設計以課程設計任務書 為基礎，以最新科研成果和實際經(jīng)驗為依據(jù)，通過文獻檢索、收集資料，調查研究，綜合分析；貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術先進，降低工程造價等思想，從節(jié)約能源和降低原料消耗，追求經(jīng)濟效益等角度出發(fā)，以 “ 工藝先進、技術可靠、系統(tǒng)科學、經(jīng)濟合理、安全環(huán)保 ” 為原則，同時注重 “三廢 ”治理和綜合利用副產(chǎn)物，充分重 視環(huán)保防污。盡量采用本地原料、定型設備，各種設計方案綜合比較，取長補短，制定一個高產(chǎn)節(jié)能的設計方案，高效生產(chǎn)高質量的優(yōu)質啤酒。 設計依據(jù) 7 1） 設計課題 年產(chǎn) 萬噸啤酒糖化工藝初步設計 2）設計基礎資料 產(chǎn)品名稱： 12176。普通淡色啤酒 工廠廠址：?？诮? 生產(chǎn)原料來源：麥芽由廣州購進，大米從附近市場購買，酒花來自新疆，酵母在國外購買高效酵母。 生產(chǎn)天數(shù)：全年生產(chǎn) 300 天，其中旺季 200 天，淡季 100 天。 當?shù)貧夂驐l件 溫度 極高溫度 39℃ 最低溫度 6℃ 平均溫度 ℃ 濕度 最高濕度 92% 平均濕度 85% 水溫 河水（ 1 米以下） 最高 30℃ 最低 10℃ 自來水 最高 30℃ 最低 10℃ 深井水 18℃ 風頻率 年平均風速： 降水量 年平均： 1691ml/a 風向 東北風和東風 設計 內容 (1)原料的預處理及其工藝流程 (2)粉碎后糖化的設計及其工藝流程 (3)物料衡算 (4)熱量衡算 (5)設備選型 2 啤酒生產(chǎn)工藝總體流程 與說明 啤 酒是是一種以麥芽和水為主要原料，經(jīng)糖化、添加酒花煮沸、過濾、啤酒酵母發(fā)酵等過程，釀造而成含二氧化碳、低酒精濃度的釀造酒。其一般的工藝流程 [2]如下： 8 圖 1 啤酒生產(chǎn)總體工藝流程示意圖 啤酒生產(chǎn)首先要經(jīng)過預處理、糖化、過濾、煮沸，才能供酒母發(fā)酵所用，這段工藝的水準將直接影響到糖化收得率、過濾時間、麥汁澄清度、發(fā)酵進程、雙乙酰還原速度、啤酒澄清狀況等質量參數(shù)，因此這是關系到啤酒質量的一個重要工藝流程。 3 糖化工藝流程選擇和論證 啤酒糖化的流程 與說明 麥芽汁制備俗稱糖化，就是指麥芽及輔料的粉碎，醪 的糖化、過濾，以及麥汁煮沸、冷卻的過程。 其流程圖如圖 2 所示： 9 圖 2 啤酒廠糖化工藝流程示意圖 糖化工序主要將大米和麥芽等原料經(jīng)除塵、粉碎、調漿后送入糊化、糖化鍋內，嚴格按照啤酒生產(chǎn)的工藝曲線進行升溫、保溫，并在酶的作用下，使麥芽等輔料充分溶解，再將麥汁與麥糟過濾分離。過濾后的麥汁經(jīng)煮沸、蒸發(fā)、濃縮以達到工藝要求的濃度，同時，在這個工藝過程中添加酒花，煮沸后的麥汁送入回旋沉淀槽中進行 澄清 ，再經(jīng)過薄板冷卻至 7℃ ~8℃ 左右送入發(fā)酵罐 [3]。 原輔料預處理 在本設計中原料為 麥芽 ， 輔料 為大米，在原 輔料 處理階段主要包括 麥芽 及水的選擇，原 輔料 的貯存及粉碎方式 [4]。 原輔料處理流程 與說明 斗式提升機 斗式提升機 大米粉碎 至糖化 下料坑 立倉 除雜機 麥芽干粉碎 圖 3 原輔料處理流程圖 將大米和 麥芽 分別用斗式提升機從下料坑提到立倉，再將其提到除雜機中處理，然后將大米和 麥芽 用粉碎機粉碎，最后送至糖化。 麥芽 和大米的粉碎對啤酒麥芽、大米 粉碎 糊化 糖化 水、蒸汽 過濾 麥槽 麥汁煮沸 鍋 酒花渣分離器 回旋沉淀槽 酒花槽 薄板冷卻器 熱凝固物 冷凝固物 10 質量的好壞有直接影響。 水質要求 啤酒中水的含量占 90%以上，因此水質對啤酒口味的影響極大。國內外的著名啤酒之所以質量較好，其釀造用水的水質優(yōu)良是原因之一，同時水也要用于洗滌、冷卻、消防和生活等各個方面。 釀造用水是指糖化用水、酵母洗滌用水以及高濃度釀造時的稀釋用水。釀造用水必須達到飲用水標準，一般由 深井水經(jīng)改良處理而成。改良和處理的方法主要機械過濾、軟化處理、脫鹽處理等 [5]。 而冷卻用水，只要求干凈、硬度低、金屬離子含量少，一般的自來水即可達到要求。 輔 料的 貯存方式 本設計選用立倉貯存麥芽和大米，目前國內的貯存有散裝、袋裝和立倉貯存三種方式。鋼筋混凝土所制立倉具有一下優(yōu)點：容積利用高，容量大， 傳 熱性小 ，節(jié)省勞動力，殺菌方便。 由于麥芽和大米需注意防潮，故本設計選用鋼筋混凝土制立倉貯存麥芽和大米。 原料粉碎 方法 麥芽在進行糖化前，必須 粉碎 ， 粉碎 后的麥芽，可 溶 性物質容易浸出，也有利于酶的作用，使麥芽的不 溶性 物質進一步溶解。 目前國內啤酒廠麥芽和大米的粉碎方法有干法、濕法，都是為了增加原料的表面積，提高熱處理效果；增加物料流動性，提高生產(chǎn)自動化程度。 干法粉碎：設備投資少，占地面積少。生產(chǎn)操作簡單靈活，粉碎程度易于控制，便于設備維修。且多采用粗碎和細碎兩級粉碎工藝，是麥芽及大米粉碎的理想選擇。 濕法粉碎：可獲得良好的過濾層，解決了粉塵的危害。另外，麥芽和大米經(jīng)過溫水浸泡，糖化時間可減少。但設備大，占地面積大，操作復雜，維修困難，粉碎程度不易控制，此外，其耗電量要比干法粉碎高出 8%－ 10%[6]。 所以，本設計采用干法粉碎。 粉碎機的選擇 11 啤酒廠粉碎麥芽和大米的方法有輥式粉碎機和濕式粉碎機。由上面可知，我們采用的是干法粉碎，所以濕式粉碎機就不考慮了。輥式粉碎機常用的有兩輥式、四輥式、五輥式和六輥式等 [7]。 兩輥式粉碎機主要工作機構為兩個相對旋轉的平行裝置的圓柱形輥筒。工作時，裝在兩輥之間的物料由于輥筒對物料的摩擦作用而被拖入兩輥的間隙中被粉碎。兩輥式粉碎機制造簡便，結構緊湊，運行平穩(wěn)。 四輥式粉碎機由兩對輥筒和一組篩子所組成。原料經(jīng)第一對輥筒粉碎后，由篩選裝置分離出 皮殼排出，粉碎再進入第二對輥筒粉碎。 五輥式粉碎機前三個是光棍，組成兩個磨碎單元；后兩個輥筒是絲輥，單獨成一磨碎單元。通過篩選裝置的配合，可以分離出細粉、細粒和皮殼。該機性能很好，在啤酒加工過程中，通過調節(jié)可以應用于各種麥芽。 六輥式粉碎機性能與五輥式相同。它由三對輥筒組成，前兩對用光棍，主要以擠壓作用粉碎原料，可以使得生物質原料的皮殼不至粉碎得太細而影響后一工序的操作。第三對輥筒用絲輥，將篩出的粗碎粉碎成細粉和細粒，有利于糖化時充分浸出有用物質。 根據(jù)上面的內容，我們對麥芽粉碎采用六輥式粉碎機，對大米粉碎 采用兩輥式粉碎。 原料輸送設備的選擇 [8] 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，輸送的方式有兩種：一種是機械輸送，利用機械運動輸送物料；另一種是氣力輸送，借助風力輸送物料。我們選擇機械輸送，因為氣力輸送與機械輸送相比要求動力較大，且不適合間歇操作。 在機械輸送中，用于輸送固體原料的主要有帶式輸送機、斗式提升機、刮板輸送機、螺旋輸送機。在這些輸送機中，只有斗式提升機用于物料從低的地方提升到高的地方。所以，我們在輸送麥芽和大米的時候選擇斗式提升機。 麥芽汁的制備 糊化 輔料需先在糊化鍋中煮沸 糊化，然后再與麥芽粒一起進行糖化。輔料的淀粉顆粒在溫水中吸水膨脹，當液溫升到 70℃ 左右時，顆粒外膜破裂，內部的淀粉呈糊狀物溶出而進入液體中，使液體黏度增加。如果對淀粉糊繼續(xù)加熱，那么淀 12 粉長鏈斷裂變成短鏈的糊精，糊狀淀粉成為半透明的均質膠體。又糊狀淀粉變成可流動的糊精的過程，稱為液化。在糊化大米時，可按 100kg 大米加入 20kg 的麥芽，利用麥芽中的酶使大米中的淀粉有一定程度的分解，以加速糖化酶作用，同時也可降低糊化醪的黏度。 糖化 糖化是利用麥芽自身的酶（或外加酶制成劑代替部分麥芽）將麥芽和輔料中不溶性的高分子物質分解成可溶性的低分子物質等的麥汁制備過程 。 整個過程主要包括：淀粉分解，蛋白質分解， β－ 葡聚糖分解，酸的形成和多酚物質的變化。麥芽自身的酶 含量豐富足以用于糖化。在我們的設計中糖化是利用 麥芽自身的酶 。 糖化主要有煮出糖化法、浸出糖化法、雙醪煮出糖化法三種方法 [9]。 煮出糖化法：糖化過程中對部分醪液進行煮沸的方法。根據(jù)煮沸的次數(shù)，分為一次、二次、三次煮出法。其特點是取部分醪液加熱到沸點，然后與未煮沸的醪液混合，使醪液溫度分次升高到不同分解的適宜溫度，以達到糖化完全的目的。 對酶活性低和溶解不 良的麥芽來說， 采用三次煮出糖化法。 因有部分醪液三次煮沸，有利于淀粉和其它物質 溶解。 此方法的浸出物得率比較高麥汁色度相對較深，適宜于制造濃色啤酒。 二次煮出糖化法的靈活性比較 好，比較 適用于處理各種性質的麥芽和制造各種類型的啤酒。用 淡 色麥芽采用此法制造 淡 色貯藏啤酒是比較普遍的。 浸出糖化法：這是僅僅依靠酶的作用進行糖化的方法。其特點是將糖化醪逐漸升溫至酶活力的最適溫度，而不進行醪液煮沸。此法要求麥芽有良好的溶解性。 雙醪煮出糖化法：輔料、麥芽分別投入糊化鍋、糖化鍋內，輔料在糊化鍋內糊化，煮沸后兌入糖化鍋，逐次達到 所需要的糖化溫度，根據(jù)糖化鍋兌醪的次數(shù)，分為一次、二次和三次糖化法。 生產(chǎn)淡色啤酒，一般采用二次煮出糖化法。這個方法的特點是在糊化鍋中前后進行過 2 次煮沸操作，第 1 次是將輔助原料在糊化鍋中煮沸糊化，然后再進入糖化鍋糖化。煮沸糊化的目的是使糖化時糖化酶充分發(fā)揮作用。第 2 次煮沸的對象是部分糖化醪液，煮沸的目的是為了除酶，避免其對啤酒泡沫和口味醇厚性有益的物質的過度分解，而影響啤酒的質量水準。 13 糖化醪的過濾 [10] 糖化醪的過濾方法有過濾槽法、壓濾機法及快速滲出槽法。目前國內的啤酒廠多采用過濾槽法。糖化結 束后，從過濾槽底通入 76～ 78℃ 的熱水，以浸沒濾板為度。過濾操作如下： 將糖化醪充分攪拌，并盡快泵入過濾槽后，使用耕槽機將其翻拌均勻，再靜置 20 分鐘左右，讓醪在過濾槽內自然沉降，形成過濾層。最先沉下的是谷皮之類，隨后是未分解的淀粉和蛋白質，濾層厚度要求在 30～ 45cm，如果糖化效果較好，醪槽表面的黏稠物就少，且醪槽上面的糖化液清涼。糖化醪溫度控制在55～ 70℃ 。濾層形成后開始過濾操作。起始流出的原麥芽汁混濁不清，必須用泵將其泵回過濾槽后再次過濾，直至得到澄清原麥芽汁，然后將原麥芽汁泵入煮沸鍋。自正式過濾開始 后 15～ 30 分鐘起檢查原麥芽汁的糖度、澄清度以及色、香、味。糖化過濾期間，一般可不翻動麥槽層，但若過濾速度太慢，則