【導讀】啤酒是用含有淀粉的谷類釀造而成的，多數(shù)添加啤酒花來調(diào)味，有時。候還會添加一些香草和水果。本設計是對年產(chǎn)15萬噸淡色啤酒的工廠工藝設計。主要包括工廠廠址選擇及總平面。發(fā)酵罐），環(huán)境保護及末端治理，工業(yè)衛(wèi)生與勞動安全。繪制啤酒生產(chǎn)工藝流程圖和全廠

　　

【正文】 83。 K）； 麥芽糖化厭氧發(fā)酵熱 q= kJ/kg； 麥汁發(fā)酵度 60%。 根據(jù)發(fā)酵車間耗冷性質(zhì)，可分成工藝耗冷量和非工藝耗冷量兩類，即： ntt Q ?? 工藝耗冷量 Qt 麥汁冷卻耗冷量 Q1 23 近幾年來普遍使用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方 法。使用的冷卻介質(zhì)為 2℃的冷凍水，出口的溫度為 85℃。糖化車間送來的熱麥汁溫度為 94℃，冷卻至發(fā)酵起始溫度 6℃。 根據(jù)表 42 啤酒生產(chǎn)物衡酸表，可知每糖化一次熱麥汁 106300L，而相應的麥汁密度為 1048kg/m3,故麥汁量為： m=1048 =(kg) 又知 100 Bx麥汁比熱容 C1=(kg K),工藝要求在 1h小時內(nèi)完成冷卻過程，則所耗冷量為： ? ?116c2m t tτ11 14 02 .4 4. 0 ( 94 6)1Q39 .2 1 1 0 kJ / h????? ? ??（ ） 式中 t1和 t2—— 分別表示 麥汁冷卻前后溫度（℃） τ —— 冷卻操作過程時間（ h） 根據(jù)設計結果，每個錐形發(fā)酵罐裝 4鍋麥汁，則麥汁冷卻每罐耗冷量為： Qf=4Q1=4 106= 106 (kJ) 發(fā)酵耗冷量 Q2 （ 1）發(fā)酵期間發(fā)酵放熱 Q21，假定麥汁固形均為麥芽糖，而麥芽糖的厭氧發(fā)酵房熱量為。設發(fā)酵度為 60%，則 1L 麥汁放熱量為： q0= 12% 60%=(kJ) 根據(jù)物料衡算，每鍋麥汁的冷麥汁量為 103100L,則每錐形缺罐發(fā)酵放熱量為： Q01= 103100 4= 106 (kJ) 由于工藝規(guī)定主發(fā)酵時間為 6 天，每天糖化 6鍋麥汁（旺季），并考慮到發(fā)酵放熱不平衡，取系數(shù) ,忽略主發(fā)酵的升溫，則發(fā)酵高溫時期耗冷量為： Q21 =(Q01 6)247。 (24 6 4) =( 106 6)247。 (24 6 4) =(kJ/h) （ 2） 發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗 Q22主發(fā)酵后期，發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從 6℃緩降到 1℃。每天單罐降溫耗冷量為 ： Q02=4mc1[6（ 1） ]=4 7= (kJ) 工藝要求此過程在 2 天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝 個錐形罐）： Q22=（ ） /(24 2)=(kJ/h) （ 3）發(fā)酵總耗冷量 Q2 Q2=Q21+Q22=+=(kJ/h) （ 4） 每罐用冷媒耗冷量 Q0 24 Q0=Q01+Q02= 106+= 106kg/h 酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量 Q3 在錐形罐啤酒發(fā)酵過程，主發(fā)酵結束時要排放部分酵母，經(jīng)洗滌活化后重復用于新麥汁的發(fā)酵，一般可重復使用 5— 7次。設濕酵母添加量為麥汁量的 %，且使用 1℃的無菌水洗滌，洗滌無菌水量為酵母量的 3 倍。冷卻前無菌水溫 30℃。用 8℃的酒精液作冷地介質(zhì)。 由中述條件，可得無菌水用量為： mw′ =103100 6 % 3=18558(kg/d) 式中 103100—— 糖化一次的冷麥汁量（ kg） 每班無菌水量： mw= mw′ /3=18558/3=6186(kg/每班 ) 假無菌水冷卻操作在 2h 小時內(nèi)完成，則無菌水冷卻耗量為： Q3=[mwcm(twtw′ )]/ τ =[6186 (301)]/2=(kg/h) 每罐用于酵母洗滌的耗冷量： Q3=[GwGm(twtw′ )]/ =[6186 (301)]/ = (kJ) 式中 —— 每班裝罐 罐 酵母培養(yǎng)耗冷量 Q4 根據(jù)工藝設計，每月需進行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為 12d，即 288h。根據(jù)工廠實踐，年產(chǎn) 150000t 啤酒培養(yǎng)冷量為 202100（ kJ/h），則 對應的年冷耗量為： Q4’ = Q4 288 15 =202100 288 15 = 106 (kJ) 發(fā)酵車間工藝耗冷量 Qt 綜上計算，可算出發(fā)酵車間的工藝耗冷量為： Qt=Q1＋ Q2＋ Q3＋ Q4 =39210000+++202100 = 106 (kJ/h) 非工藝耗冷量 Qnt 除了上述的發(fā)酵過程工藝耗冷量外，發(fā)酵罐外壁、運轉(zhuǎn)機械、維護結構及管道等 25 均會耗用或散失冷量，構成所謂的非工藝耗冷量，現(xiàn)分別介紹。 露天錐形罐冷量散失 Q5 錐形罐啤酒發(fā)酵工廠幾乎都把發(fā)酵罐置天露天，由于太陽輻射，對流傳熱和熱傳導等造成冷量散失。通常，這部分的冷量由經(jīng)驗數(shù)據(jù)墳取。根據(jù)經(jīng)驗，年產(chǎn) 15萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量在 16000380000kJ/t 啤酒之間，若在南方亞熱地區(qū)設廠，可取高值。故旺季生天耗冷量為： 5 2 0 0 0 0 6 0 7 .2 2 0 0 0 0 2 3 0 7 3 6 0 0 ( k J / d )bQm? ? ? ? ? ? 式中， mb—— 旺季成品啤酒日產(chǎn)量（ t） 若白天日曬高峰耗冷為平均每小時耗冷量的 2倍，則高峰耗冷量為： 552 / 2 4 2 2 3 0 7 3 6 0 0 / 2 4 1 9 2 2 8 0 0 ( k J / h ) ?? ? ? ? 清酒罐、過濾機及管道等散失冷量 Q6 因涉及的 設備、管路很多，若按前面介紹的公式計算，十分繁雜，故啤酒廠設計時往往根據(jù)實驗經(jīng)驗選取。通常，取 t %126 ? ，所以： Q6=12％ Qt =12％ 106 = 106 (kJ/h) 150000t/a啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表 將上述計算結果，整理后可得 150000t/a 啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表，如表 44 所得 表 44 啤酒廠發(fā)酵車間冷量衡算表 耗冷分類 耗冷項目 每小時耗冷量 (kJ/h) 每罐耗冷 (kJ) 年耗冷量 （ kJ） 工 藝 耗 冷 量 麥汁冷卻 Q1 107 108 1010 發(fā)酵耗冷 Q2 105 106 109 無菌水冷卻 Q3 105 106 108 酵母培養(yǎng) Q4 105 105 108 工藝總耗冷 Qt 107 108 1010 非工藝 耗冷量 錐形罐冷損 Q5 106 106 109 管道等冷損 Q6 106 107 109 非工藝總耗冷 Qnt 106 107 1010 合計 總耗冷 Q 107 108 1010 單耗 kJ/t 26 5 設備設計與選型 糖化鍋選型 糖化機理 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 [6]。 糖化的目的 通過物理和化學的措施，使麥芽（包括輔料）的內(nèi)容物大部分溶解出來，也就是說通過煮沸（醪液和麥汁）以及控制溫度和 PH 值等，以發(fā)揮酶的作用來實現(xiàn)，且保持最大的收得率和最少的餓損失率。因此，糖化的任務是在經(jīng)濟合理的基礎上，保證麥芽汁的組成能適合酵母的繁殖并順利的進行發(fā)酵，而且要考慮啤酒的典型和類型上的要求 [7]。 糖化鍋設計及選型 糖化鍋投料量 =926+4630=5556(kg) 糖化醪量 :5556+25002=30558 (kg) 設糖化鍋煮沸時 ,每小時蒸發(fā) 5%水分 ,煮沸時間 40min 則 :蒸發(fā)量 =30558 5% 40/60=(kg) 第一次煮沸后 糊 化醪量 == (kg) 糖化醪量 =5556+45339=50895(kg) 第一次煮沸后 ,糊化醪量 +糖化醪量 =+50895= (kg) 大米粉含水 13%麥芽粉含水 6%，則： 5 5 5 6 ( 1 6 % ) 9 2 6 ( 1 6 % ) 4 6 3 0 ( 1 1 3 % )8 0 4 3 4 . 4 1 2 . 6 %? ? ? ? ??? ? ? ?糖 化 醪 干 物 質(zhì) 查表的相應密度為 則糖化鍋有效體積 ： ? ?38 0 4 3 4 .4 / ( 1 .0 5 1 1 0 0 0 ) 7 6 .5 mV ? ? ?有 效 設糖化鍋 空余 系數(shù)為 376 .5 1. 2 91 .8Vm? ? ?總 27 1:2: ?HD 3 8 9 1 .8 6 .2Dm???? 故取直徑 ? ? 糊化鍋選型 糊化原理 生淀粉在水中加熱至膠束結構全部崩潰，淀粉分子形成單分子，并為水所包圍而成為溶液狀態(tài)。 由于淀粉分子是鏈狀或分支狀，彼此牽 扯，結果形成具有粘性的糊狀溶液，這種現(xiàn)象稱為糊化。淀粉糊化溫度必須達到一定程度，不同淀粉的糊化溫度不一樣，同一種淀粉，顆粒大小不一樣，糊化溫度也不一樣，顆粒大的先糊化，顆粒小的后糊化。 糊化目的 為糖化更好的做準備，以及為以后釀造做準備。 糊化鍋設計及選型 糊化鍋體積為糖化鍋體積的 1/2～ 2/3，現(xiàn)取 ， 則糊化鍋的有效體積 =（ m3） 3 8 4 8 .7 5Dm???? 故取直徑 5Dm? ? 過濾鍋選型 從糖化鍋出來的物質(zhì)，直接進入到過濾鍋中，所以過濾鍋的有效體積可取 ，總體積可取 。 28 煮沸鍋選型 煮沸的目的 主要是穩(wěn)定麥汁成分，其作用有： 蒸發(fā)多余水分至規(guī)定濃度 使酒花中的多余成分溶解于麥汁中，使其具有香味和苦味 使麥汁中可凝固性蛋白質(zhì)凝結沉淀，延長啤酒保存期 破壞全部酶及麥汁殺菌 煮沸鍋的設計及選型 由物料衡算可知， 100kg 混合原料煮沸前的麥汁 量為 574kg，則糖化一鍋可產(chǎn)生 18510 574247。 100=(kg)麥汁，取密度為 1040kg/m3，計算得有效體積為 ：31 06 24 7 .4 10 40 10 2. 2Vm? ? ?有 效 設 生產(chǎn)空余系數(shù) 為 ，則 310 2. 2 1. 4 14 3. 1Vm? ? ?總 1:2: ?HD 3 8 1 4 3 .1 7Dm???? 故取直徑 7Dm? ? 回旋沉淀槽選型 設計構思 直立圓柱球形底槽 ,熱麥汁與槽壁成切線方向泵入槽內(nèi) ,泵入時與槽內(nèi)液面水平使麥汁進入槽內(nèi)形成回旋運動 ,產(chǎn)生回旋作用 ,使凝固物集沉于中心。 回旋沉淀槽設計及選型 可取與煮沸鍋相同的有效體積，即 ，總體積 。 29 發(fā)酵罐 每天糖化 6次，每個發(fā)酵罐裝 4鍋糖化液，故一次投入冷麥汁量為 103100 4=412400 L 徑高比： 2:1: ?HD 設 空余系數(shù) 為 341 49 ? ? ?總 按規(guī)格取 500m3 3 2 5 0 0 6 .8Dm???? ? 發(fā)酵周期 11～ 12d。考慮到進出料周轉(zhuǎn)、清洗時間和發(fā)酵時間可能延長，故罐數(shù)取 20個。 啤酒工廠車間 主要設備 表 51 主要設備一覽表 序號 設備名稱 單位 數(shù)量 規(guī)格與型號 1 麥芽粉碎機 臺 1 要求能力 1000㎏ /h 2 糊化鍋 臺 1 有效容量 m179。， φ 5000 2500 mm 3 糖化鍋 臺 1 有效容量 m179。， φ 6200 3100 mm 4 過濾 鍋 臺 1 有效容積 5 煮沸鍋 臺 1 有效容量 m179。， φ 7000 3500 mm 攪拌器轉(zhuǎn)速 50轉(zhuǎn) /min 6 回旋 沉淀槽 個 1 有效容量 7 發(fā)酵罐 個 20 500 m3， φ 6800 13600 mm 8 灌裝設備 套 1 30 6 環(huán)境保護 及末端治理 環(huán)境現(xiàn)狀 綜合考慮原料、交通、水電、氣等建設條件，同時注意兼顧環(huán)保、衛(wèi)生、消防、安全及節(jié)約用地、節(jié)省投資等原則，確定廠址位于市郊。廠區(qū)門前為公路，且與 高速公路相連，交通運輸條件十分便利，無污染源，進廠道路全部為水泥路面。廠區(qū)周圍 無毒氣和污染的工廠 [8]。 本項目廠址無工業(yè)噪聲污染，生產(chǎn)用水所產(chǎn)生的部分污水經(jīng)廠區(qū)污水處理后，排水水質(zhì)無污染，采用先進的工藝和設備，生產(chǎn)過程無粉塵產(chǎn)生，各種指標均達到環(huán)保要求。 主要污染源與污染物 本項目的主要污染源與污染物如下： 廢水：生活用水、生產(chǎn)污水 廢氣：鍋爐煙氣 廢渣：煤灰渣 對策和措