【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(zhì)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(zhì)和二氧化碳的釀造酒。啤酒的酒精含量僅為 3%~6% 6 （體積分?jǐn)?shù)），有酒花香和爽口的苦味，深受消費(fèi)者歡迎，因此消費(fèi)面廣，消費(fèi)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(jí)醇、有機(jī)酸、雙乙酰、醛、酯等物質(zhì)的存在量不多，但影響啤酒的風(fēng)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(gè)性。 1 緒論 設(shè)計(jì)的目的 在學(xué)習(xí)掌握所學(xué)的生物工藝學(xué)、生物工程設(shè)備、化工原理等課程的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過本次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用這些知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力以及協(xié)作攻關(guān)的能力，訓(xùn)練我們使用文獻(xiàn)資料和進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、運(yùn)算的能力，提高文字和語言表達(dá)能力，為其它專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)）打下基礎(chǔ)。 隨著經(jīng)濟(jì)的增長，人們對(duì)啤酒的消費(fèi)會(huì)越來越大。所以也看到了啤酒工業(yè)的發(fā)展前景。這時(shí)候建立一個(gè)啤酒工廠的話，產(chǎn)品的廣闊市場(chǎng)為工廠的生存和發(fā)展提供了良好的保證。 設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)以課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 為基礎(chǔ)，以最新科研成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，通過文獻(xiàn)檢索、收集資料，調(diào)查研究，綜合分析；貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)先進(jìn)，降低工程造價(jià)等思想，從節(jié)約能源和降低原料消耗，追求經(jīng)濟(jì)效益等角度出發(fā)，以 “ 工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理、安全環(huán)保 ” 為原則，同時(shí)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(shè)備，各種設(shè)計(jì)方案綜合比較，取長補(bǔ)短，制定一個(gè)高產(chǎn)節(jié)能的設(shè)計(jì)方案，高效生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)啤酒。 設(shè)計(jì)依據(jù) 7 1） 設(shè)計(jì)課題 年產(chǎn) 萬噸啤酒糖化工藝初步設(shè)計(jì) 2）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)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(jìn)，大米從附近市場(chǎng)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(dāng)?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(fēng)頻率 年平均風(fēng)速： 降水量 年平均： 1691ml/a 風(fēng)向 東北風(fēng)和東風(fēng) 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 (1)原料的預(yù)處理及其工藝流程 (2)粉碎后糖化的設(shè)計(jì)及其工藝流程 (3)物料衡算 (4)熱量衡算 (5)設(shè)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(yù)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(zhǔn)將直接影響到糖化收得率、過濾時(shí)間、麥汁澄清度、發(fā)酵進(jìn)程、雙乙酰還原速度、啤酒澄清狀況等質(zhì)量參數(shù)，因此這是關(guān)系到啤酒質(zhì)量的一個(gè)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(diào)漿后送入糊化、糖化鍋內(nèi)，嚴(yán)格按照啤酒生產(chǎn)的工藝曲線進(jìn)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(dá)到工藝要求的濃度，同時(shí)，在這個(gè)工藝過程中添加酒花，煮沸后的麥汁送入回旋沉淀槽中進(jìn)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(yù)處理 在本設(shè)計(jì)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(jī) 斗式提升機(jī) 大米粉碎 至糖化 下料坑 立倉 除雜機(jī) 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(jī)從下料坑提到立倉，再將其提到除雜機(jī)中處理，然后將大米和 麥芽 用粉碎機(jī)粉碎，最后送至糖化。 麥芽 和大米的粉碎對(duì)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(zhì)量的好壞有直接影響。 水質(zhì)要求 啤酒中水的含量占 90%以上，因此水質(zhì)對(duì)啤酒口味的影響極大。國內(nèi)外的著名啤酒之所以質(zhì)量較好，其釀造用水的水質(zhì)優(yōu)良是原因之一，同時(shí)水也要用于洗滌、冷卻、消防和生活等各個(gè)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(shí)的稀釋用水。釀造用水必須達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)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(dá)到要求。 輔 料的 貯存方式 本設(shè)計(jì)選用立倉貯存麥芽和大米，目前國內(nèi)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(diǎn)：容積利用高，容量大， 傳 熱性小 ，節(jié)省勞動(dòng)力，殺菌方便。 由于麥芽和大米需注意防潮，故本設(shè)計(jì)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(jìn)行糖化前，必須 粉碎 ， 粉碎 后的麥芽，可 溶 性物質(zhì)容易浸出，也有利于酶的作用，使麥芽的不 溶性 物質(zhì)進(jìn)一步溶解。 目前國內(nèi)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(dòng)性，提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度。 干法粉碎：設(shè)備投資少，占地面積少。生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單靈活，粉碎程度易于控制，便于設(shè)備維修。且多采用粗碎和細(xì)碎兩級(jí)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(shí)間可減少。但設(shè)備大，占地面積大，操作復(fù)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(shè)計(jì)采用干法粉碎。 粉碎機(jī)的選擇 11 啤酒廠粉碎麥芽和大米的方法有輥式粉碎機(jī)和濕式粉碎機(jī)。由上面可知，我們采用的是干法粉碎，所以濕式粉碎機(jī)就不考慮了。輥式粉碎機(jī)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(jī)主要工作機(jī)構(gòu)為兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的平行裝置的圓柱形輥筒。工作時(shí)，裝在兩輥之間的物料由于輥筒對(duì)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(jī)制造簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)。 四輥式粉碎機(jī)由兩對(duì)輥筒和一組篩子所組成。原料經(jīng)第一對(duì)輥筒粉碎后，由篩選裝置分離出 皮殼排出，粉碎再進(jìn)入第二對(duì)輥筒粉碎。 五輥式粉碎機(jī)前三個(gè)是光棍，組成兩個(gè)磨碎單元；后兩個(gè)輥筒是絲輥，單獨(dú)成一磨碎單元。通過篩選裝置的配合，可以分離出細(xì)粉、細(xì)粒和皮殼。該機(jī)性能很好，在啤酒加工過程中，通過調(diào)節(jié)可以應(yīng)用于各種麥芽。 六輥式粉碎機(jī)性能與五輥式相同。它由三對(duì)輥筒組成，前兩對(duì)用光棍，主要以擠壓作用粉碎原料，可以使得生物質(zhì)原料的皮殼不至粉碎得太細(xì)而影響后一工序的操作。第三對(duì)輥筒用絲輥，將篩出的粗碎粉碎成細(xì)粉和細(xì)粒，有利于糖化時(shí)充分浸出有用物質(zhì)。 根據(jù)上面的內(nèi)容，我們對(duì)麥芽粉碎采用六輥式粉碎機(jī)，對(duì)大米粉碎 采用兩輥式粉碎。 原料輸送設(shè)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(jī)械輸送，利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)輸送物料；另一種是氣力輸送，借助風(fēng)力輸送物料。我們選擇機(jī)械輸送，因?yàn)闅饬斔团c機(jī)械輸送相比要求動(dòng)力較大，且不適合間歇操作。 在機(jī)械輸送中，用于輸送固體原料的主要有帶式輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、刮板輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)。在這些輸送機(jī)中，只有斗式提升機(jī)用于物料從低的地方提升到高的地方。所以，我們?cè)谳斔望溠亢痛竺椎臅r(shí)候選擇斗式提升機(jī)。 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(jìn)行糖化。輔料的淀粉顆粒在溫水中吸水膨脹，當(dāng)液溫升到 70℃ 左右時(shí)，顆粒外膜破裂，內(nèi)部的淀粉呈糊狀物溶出而進(jìn)入液體中，使液體黏度增加。如果對(duì)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(zhì)膠體。又糊狀淀粉變成可流動(dòng)的糊精的過程，稱為液化。在糊化大米時(shí)，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(shí)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(zhì)分解成可溶性的低分子物質(zhì)等的麥汁制備過程 。 整個(gè)過程主要包括：淀粉分解，蛋白質(zhì)分解， β－ 葡聚糖分解，酸的形成和多酚物質(zhì)的變化。麥芽自身的酶 含量豐富足以用于糖化。在我們的設(shè)計(jì)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(duì)部分醪液進(jìn)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(diǎn)是取部分醪液加熱到沸點(diǎn)，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(dá)到糖化完全的目的。 對(duì)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(zhì) 溶解。 此方法的浸出物得率比較高麥汁色度相對(duì)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(zhì)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(jìn)行糖化的方法。其特點(diǎn)是將糖化醪逐漸升溫至酶活力的最適溫度，而不進(jìn)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(nèi)，輔料在糊化鍋內(nèi)糊化，煮沸后兌入糖化鍋，逐次達(dá)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(gè)方法的特點(diǎn)是在糊化鍋中前后進(jìn)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(jìn)入糖化鍋糖化。煮沸糊化的目的是使糖化時(shí)糖化酶充分發(fā)揮作用。第 2 次煮沸的對(duì)象是部分糖化醪液，煮沸的目的是為了除酶，避免其對(duì)啤酒泡沫和口味醇厚性有益的物質(zhì)的過度分解，而影響啤酒的質(zhì)量水準(zhǔn)。 13 糖化醪的過濾 [10] 糖化醪的過濾方法有過濾槽法、壓濾機(jī)法及快速滲出槽法。目前國內(nèi)的啤酒廠多采用過濾槽法。糖化結(jié) 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?jǐn)嚢?，并盡快泵入過濾槽后，使用耕槽機(jī)將其翻拌均勻，再靜置 20 分鐘左右，讓醪在過濾槽內(nèi)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(zhì)，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(dòng)麥槽層，但若過濾速度太慢，則