【導讀】四川理工學院畢業(yè)設計。年產(chǎn)3萬噸8°P全麥芽啤酒發(fā)酵工藝及車間布置設計。四川理工學院生物工程學院。接受任務時間：2020-01-10. 1．畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求。物料衡算、熱量衡算及耗水量、耗冷量計算；全麥芽啤酒發(fā)酵。車間設備平面布置圖、發(fā)酵車間帶控制點流程圖和全廠工藝流程方塊。生產(chǎn)旺季占全年產(chǎn)量的80%。學生應定期向指導教師匯報設計進展并就設計中出現(xiàn)的問題。2．指定查閱的主要參考文獻及說明。吳思方主編.發(fā)酵工廠工藝設計概論.北京.[M]中國輕工業(yè)出版社.2020. 石光源編寫.機械制圖.北京.[M]高等教育出版社.1990. 設計（論文）各階段名稱起止日期。全廠工藝論證及工藝參數(shù)的論證至。繪圖并撰寫說明書至。100㎏原料生產(chǎn)8°P啤酒的物料衡算...............22. 第二次煮沸前混合醪液升溫至70℃的耗熱量.........29

　　

【正文】 滿足 工藝上 的降溫要 求，一般在圓柱體 部分，視 罐體高 度，可分設 2 3 段冷卻，錐底部 分設有一 段冷卻，有利于酵 母沉降 和保存。 （ 7）圓柱錐 底罐是密 閉罐，可以回 收二氧化 碳，也 可進行 二氧化碳洗滌，可做發(fā) 酵罐， 也可做貯 酒罐。 因此在本設計 中選用 的是圓柱 錐底發(fā) 酵罐，其 具體情 況介紹如 下： 類： 主要分單釀罐 發(fā)酵和 兩罐法發(fā) 酵兩種 。本次設 計選擇 兩罐法發(fā) 酵。 特點： 四川理工學院學士學位 設計 18 （ 1） 設備的外型 特點：外 筒體蝶 形或拱形 蓋，錐 形體底， 罐筒體 壁和錐底有 各 種形式 的冷卻夾 套。兩罐法 發(fā)酵罐 D： H=1:34。發(fā)酵罐底角 ，考慮到發(fā)酵中 酵母自 然沉降最 有利， 取排出角 7375176。 （ 2） 罐材料：大 型 均采用 碳鋼加涂 料或是 不銹鋼兩 種材料 。 （ 3） 冷卻夾套： 國內(nèi) 大多 用低溫低 壓（ 3℃ ,）液 態(tài)冷媒在半圓管 ，弧形 管的夾套 ，或米 勒板式夾 套內(nèi)流 動換熱。 冷卻夾 套一般分三段：上段距發(fā)酵液面 15cm 向下排列，中段 在筒體 的下部距 支座15cm 向上排列 ，錐底段 盡可能 接近排酵 母口， 向上排列 。 （ 4） 隔熱層和防 護層：絕 熱材料 常用絕熱 材料聚 酰氨樹脂 或自熄 式聚苯乙烯 泡沫 。外防 護層采用 厚的 合金鋁 板或 的不銹鋼板，特 別是瓦 楞型板更 受歡迎 。 （ 5） 罐主要附件 ：智能型 鉑溫度 傳感器， 清洗取 樣閥，安 全閥， 真空破壞閥， CIP 執(zhí)行機構 ，上視鏡 ，燈鏡 ，空氣和 二氧化 碳排出管 裝置。 3. 圓筒體錐底發(fā) 酵罐發(fā)酵 工藝： （ 1） 進罐方法 采用直接進罐 方法。 （ 2） 接種量和起 酵溫度 麥汁直接進 罐法，為 了縮短 起酵時間，大多采 用較高接 種量， %～%，接種后 細胞濃 度為（ 15177。 3） 106 個 /ml。麥汁 接種溫 度是控制 發(fā)酵前期酵母繁 殖階段 溫度的， 一般低 于主發(fā)酵 溫度 2～ 3℃。 （ 3）主發(fā)酵溫度 本設計是 10176。 P 的淡色 啤酒，小 于 11176。 P，所以采 用低溫發(fā) 酵， 910176。 C。（ 4） VDK 還原 在大罐發(fā)酵 中，后發(fā)酵一 般稱 VDK 還原階段。 VDK 還原初期 一般不排放酵母，也就 是發(fā)酵 全部酵母 參與 VDK 還原， 這可縮 短還原時 間。 （ 5）冷卻、降溫 VDK 還原終點是根據(jù) 成品啤 酒應 VDK 的含量 而定，要 求 VDK 低于，才稱還 原階段基 本結束 ，可降溫 。 （ 6）罐壓控制 發(fā)酵液中二氧 化碳是 酵母的毒 物，會 抑制酵母 繁殖和 發(fā)酵速率 ，大多數(shù) 發(fā) 酵主發(fā) 酵階段均 采用微 壓（小于 ），主發(fā)酵后期才封罐 逐步升 高，還原 階段 12 天才升 至最高 值。由于 罐耐壓 強度和實際需要 ， 罐壓 一般最大 控制在 ，以 后保持 或略有下降至啤 酒成熟 。 （ 7）酵母的排放 和收集 當 VDK 還原至 規(guī)定值 ，可順利 從錐底 排放泥狀 酵母。 收集酵母 后，第一章 啤酒工藝選擇與論證 19 用酵母泥的 倍 無菌低溫 釀造水 （ 12176。 C）覆 蓋并控制 存放溫 度不超過 2176。 C，每天換一 次無菌 水 。 酵母的添加與回收 在麥汁進行充 氧同時 添加酵母 ，為了 使酵母均 勻分布 在發(fā)酵罐 中，酵母應在整個 麥汁流 入過程中 均勻添 加，接種 量一般 為（ ～ ）10 7 /mL 麥汁 ，即約 ～ 濃酵 母泥 / hL 麥汁 。種 酵母要求 ：外 觀色澤潔白，凝聚性 良好， 無黏著現(xiàn) 象，無 雜質，無 變異， 鏡檢酵母 細胞大 小整齊，健壯， 無雜菌 感染，細 胞活性 97%以上， 冷水低溫 保存時 間不超過 3 天，使用 代數(shù)不 超過 7 代 。沉降 于發(fā)酵罐 底的酵 母可以分 為三類 ：上層為輕質酵 母，主 要由落下 的泡蓋 和最后沉 降下來 的酵母細 胞組成 ，可做飼料或經(jīng) 行其它 綜合利用 。中層 為核心酵 母，由 健壯、發(fā) 酵力強 的酵母細胞組成 ，其量 占 65%～ 70%,可留 作下批 種酵母用 。下層 為弱 細胞或死細胞，由 最初沉 降下來的 顆粒組 成，可作 飼料或 棄置不用 。 發(fā)酵設備的降溫控制 本設計采用的 發(fā)酵設 備為應用 極為廣 泛的露天 錐形發(fā) 酵罐，酵 母在發(fā)酵過程中會 產(chǎn)生熱 量，為使 發(fā)酵和 后熟在設 計的工 藝溫度下 進行， 必須進行冷卻。 常用的冷卻方 式有兩 種：間接 冷卻法 和直接冷 卻法， 由于直接 冷卻的冷卻介質是 液氨， 即液氨直 接在錐 形罐的冷 卻夾套 中蒸發(fā)并 吸熱， 在實際生產(chǎn)中需 要注意 一下幾個 方面： 一是液氨 具有刺 激性臭味 ，在一 定條件下可燃可 爆，二 是液氨工 作壓力 較高，且 滲透性 很強，因 而發(fā)酵 罐的夾套焊接要 求也較 高，故本 設計采 用間接冷 卻方式 。 間接冷卻方式 其冷溶 劑是乙二 醇與水 的混合溶 液，它 在氨制冷 的蒸發(fā)器箱中進 行冷卻 ，溫度 一般控 制在 5℃左右 ，它主 要用于 麥汁冷卻 和發(fā)酵罐的降溫， 一般情 況下，發(fā) 酵罐冷 卻系統(tǒng)有 兩種介 質循環(huán)， 即液氨 吸熱蒸發(fā)制冷循 環(huán)系統(tǒng) 和冷卻發(fā) 酵罐酒 液的酒精 水循環(huán) 系統(tǒng)。 啤酒生產(chǎn)副產(chǎn)物的利用 麥槽的利用 麥槽是 麥芽 和大 米在 不發(fā) 芽谷 物原 料在 啤酒 糖化 中不 溶解 物質 構成的。麥槽是有 價值的 飼料，有 較高的 蛋白質， 并受到 適度分解 。 二氧化碳的回 收 二氧化 碳是 啤酒 發(fā)酵 中最 主要 的副 產(chǎn)物 ，二 氧化 碳也 是重 要的 原材料。在 過濾 后的 清酒 中， 直接 充入 二氧 化碳 ，使 啤酒 在短 時間 內(nèi)溶解 和過飽和，簡單 而有效 地控制成 品啤酒 中二氧化 碳的含 量。 CO2 貯氣柜 →超 壓裝 置→ 壓縮 機→ 氧化 劑洗 滌器 →水 冷卻 器→ 活性四川理工學院學士學位 設計 20 炭過濾器→壓 縮機→ 冷卻器→ 干燥裝 置→冷卻 器→液 態(tài) CO2 貯 存罐 酵母的回收與 利用 根據(jù)酵母和發(fā) 酵液的 相對密度 不同， 采用離心 機分離 酒液和酵 母。 每生產(chǎn) 100 噸啤酒 可得含水 分 75%～ 80%的剩余酵母泥 ，可制成含水 %～ 10%的干酵母約 。近年來用 啤酒酵母 生產(chǎn)具 有肉類鮮 味的調(diào)料 以及 生產(chǎn) 干酵 母粉 ，有 很好 的經(jīng) 濟和 社會 效益 ，故 本設 計采用 一個酵母 車間來 利用廢 酵母生產(chǎn) 干酵母 ，其生產(chǎn) 流程如 下： 啤酒放 棄的 酵母 泥→ 固液 分離 →濕 酵母 →洗 滌脫 苦→ 固液 分離 →水解→固液分離 →干燥 →干酵母 ↓ 濃縮→調(diào)配 →調(diào)味 料 ↓ 酵母膏 成品啤酒 1. 啤酒的過濾 發(fā)酵出 來的 啤酒 經(jīng)酵 母分 離機 分離 出來 后， 進入 一薄 板冷 卻器 ，然后進入啤酒 處理罐 ，進行 CO2 洗滌，再經(jīng) 一次冷卻 器，冷 卻至 1 ℃，經(jīng)粗濾精濾后， 送清酒 罐然后包 裝。 啤 酒過 濾的 主要 方式 有棉 餅過 濾機 、硅 藻土 過濾 機、 紙板 過濾 機、雙流過 濾機 、錯 流過 濾機 、無 菌膜 過濾 機。 現(xiàn)在 普遍 使用 的是 過濾設 備是硅藻 土過 濾機 、紙 板過 濾機 和無 菌膜 過濾 機。 硅藻 土過 濾機 作為啤 酒的粗濾 ，紙 板過 濾機 作為 啤酒 的精 濾， 無菌 膜過 濾機 主要 用于 生產(chǎn)純 生啤酒。 硅藻 土過 濾機 主 要有 板框 式、 燭式 、 水平 圓盤 式三 種 ，本 設計 采用板框式過濾機 。 2．啤酒包裝 啤酒的包裝形 式有瓶 裝、易拉 罐裝和 桶裝三種 形式， 本設計生 產(chǎn)的主要是瓶裝啤 酒。 啤 酒包裝的 基本功 能有以下 幾點。 1. 保護功能。包 裝應該保 證產(chǎn)品 的安全和 清潔衛(wèi) 生，使其 在儲存 、運輸和 銷售過 程中不 致散失、 損壞和 變質，這 是包裝 最基本的 作用。 2. 美化增值功能 。美觀大 方的包 裝造型、 生動形 象的圖案 和新穎 別致的裝潢可以 襯托產(chǎn) 品形象， 提高產(chǎn) 品的附加 價值。 3. 促銷功能 。包裝是“無 聲的推銷 員”，消 費者通過 包裝可 以了解產(chǎn)品，引起消費 興趣， 激發(fā)購買 動機， 從而有利 于擴大 商品銷售 。 第一章 啤酒工藝選擇與論證 21 全廠工藝流程圖 麥槽 酒花 ↑ ↑ 麥芽→粉碎→ 糖化→ 過濾→混 合麥汁 →煮沸→ 沉淀→ 冷 卻→充氧→ ↑ ↓ ↓ ↓ 大米、麥芽→ 粉碎→ 糊化 酒花糟 熱凝固 冷凝固物 擴培酵母 ↓ →麥芽汁→發(fā) 酵→貯 酒→粗濾 →精濾 →清酒→ 裝瓶→ 卸箱→驗 瓶→ ↓ 酵母泥 ↓ 剩余酵母 →洗瓶→檢驗 →罐酒 →壓蓋→ 檢驗→ 殺菌→貼 標→噴 碼→檢驗 →裝箱 圖 21 全廠工藝流程圖 四川理工學院學士學位 設計 22 第二章 工藝計算 物料衡算 物料衡算的意義 物料衡算是指 理論上 進行 生產(chǎn) 時，所 要消耗的 物料和 可以得到 的產(chǎn)品以及副產(chǎn)品 的量， 物料衡算 的準確 與否關系 到整個 生產(chǎn)工藝 的合理 性和設計的可行 性，是 整個設計 階段的 重要一環(huán) 。 物料衡算基礎數(shù)據(jù) 根據(jù)表 21 的基礎 數(shù)據(jù)，先進行 100kg 原料生產(chǎn) 8176。 P 啤酒的物料衡算，然后進 行 100L 8176。 P 啤酒的物料衡 算，最后 進行 3 萬噸 /年啤酒 廠的物料衡算。 表 21 啤酒生 產(chǎn)基礎 數(shù)據(jù) 項目 名稱 百分比﹪ 說明 定 額 指 標 原料利用率 麥芽水分 無水麥芽浸出 率 75 原料 配比 麥芽 100 損 失 率 冷卻損失 發(fā)酵損失 對熱麥汁而言 過濾損失 裝瓶損失 總損失率 啤酒總損失率 對熱麥汁而言 100 ㎏麥芽 生產(chǎn) 8176。 P 啤酒的物料衡算 熱麥汁量 根據(jù)表 21 可 得原料 收得率分 別為： 原料麥芽收得 率為： (1005)247。 100=% 原料收得率為 ： % %=% 由上述可得 100kg 混 合原料可 制得 8176。 P 熱麥汁 量為： （ 247。 8） 100=（ kg） 查《啤酒 工業(yè)手 冊》得 8176。 P 麥汁在 20176。 C 的密度為 。而 100176。第二章 工藝計算 23 C 熱麥汁比 20176。 C 時的 麥汁體 積增加 倍。故 ， （ 100176。 C）體積 為： 247。 =（ L） ： （ ） =(L) ： （ ） =（ L） ： （ ） =(L) ： （ ） =（ L） 生產(chǎn) 100L 8176。 P 啤酒的物料衡算 根 據(jù) 上 述 衡 算 結 果 知 ， 100kg 混 合 原 料 可 生 產(chǎn) 8176。 P 淡 色 啤 酒 約，故可得 下述結果 ： 100L 8176。 P 淡色啤酒需耗 麥芽 原料 量為： 100247。 100=（ kg） ： 對淺色啤酒 ，熱麥 汁中加入 的酒花 量為 %，故酒 花耗用 量為： 247。 100 %=（ kg） 同理， 100kg 原料耗 酒花： 247。 100 =(kg) ： 247。 100=（ L） ： 247。 100=（ L） ： 247。 100=（ L） : 247。 100=(L) ： 247。 100=100（ L） ： 設排出的濕麥 糟含水 分 80% 濕麥芽糟量： [()(10075)/(10080)] =（ kg） 同理， 100kg 原料產(chǎn) 生濕糖 化糟： 四川理工學院學士學位 設計 24 247。 100 =(kg) ： 設酒花在麥 汁中的浸 出率為 40%，酒花糟含 水分以 80%計，則酒花糟量 為： kg6 5 0 0)801 0 0( 1 0 0)401 0 0(2 1 ??? ??? 同理 ， 100kg 原料產(chǎn) 生濕酒 花糟： 247。 100 =（ kg） （以商 品干酵母 計） 生產(chǎn) 100L 啤酒可得 2kg 濕酵母 泥，其中一 半作生產(chǎn) 接種用，一 半作商品酵母用， 即為 1kg。濕 酵母泥含 水分 85% 酵母含固形物 量： 1 （ 10085） 247。 100=（ kg） 則含水分 7%的 商品干酵 母量：