【正文】 小麥、玉米、稻谷之下，居第四位，而且大麥不是人類主要的糧食，習(xí)慣上作飼料。由于其含醇量低，清涼爽口，深受世界各國的喜愛，成為世界性的飲料酒 。自此之后，世界酒業(yè)彼此影響，飛速發(fā)展，經(jīng)歷了封建時(shí)代和工業(yè)社會(huì)，形成三大酒系（釀造酒、蒸餾酒和配制酒），精品眾多，各國都有名聞世界的獨(dú)特產(chǎn)品 [1]。法老、貴族、祭司等人飲葡萄酒，一般平民消費(fèi)價(jià)格低廉的麥酒。150000t/a 10176。啤酒工廠設(shè)計(jì) 1. 前言 啤酒的地位 早在公元前 3000 年左右的埃及古王國時(shí)代，已經(jīng)有作為飲料的麥酒（啤酒）和葡萄酒了。考古發(fā)掘證實(shí)，在古王國時(shí)代的墓葬中，不論是國王、貴族或平民，都將酒作為隨葬品。 啤酒是以麥芽為主要原料，添加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的，是一種含二氧化碳、起泡、低酒精度的飲料酒。 啤酒的原料是大麥。釀酒后的麥糟中，蛋白質(zhì)含量得到相對(duì)富集，更適宜于做飼料，于是，用大麥制啤酒得到發(fā)展。后期雖然開始啟用一些控制設(shè)備，但多數(shù)存在控制過程簡單，可視性差，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)不能進(jìn)行有效地保存分析，控制精度和靈活性也欠佳。生產(chǎn)過程歷史數(shù)據(jù)的有效保存，也為廠家進(jìn)行控制過程分析，控制曲線改進(jìn)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，提供了良好的原始數(shù)據(jù)參考。當(dāng)今，純生啤酒的生產(chǎn)技術(shù)，膜過濾技術(shù)，微生物檢測(cè)和控制技術(shù)，糖漿輔料的使用逐步發(fā)展起來。 設(shè)計(jì)的目的和意 義 通過課程設(shè)計(jì)，使本專業(yè)的學(xué)生初步掌握工廠工藝設(shè)計(jì)的程序和方法，受到一次工程設(shè)計(jì)的嚴(yán)格訓(xùn)練，使其具有一定的工程設(shè)計(jì)能力。 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 本設(shè)計(jì)在確定工藝流程和選擇設(shè)備時(shí)，在工藝上力求其合理性和先進(jìn)性，在設(shè)備上盡量采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，做到技術(shù)上先進(jìn)，生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化，減輕繁重的體力勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。經(jīng)濟(jì)上合理，因地制宜，管理方便，合理降低能耗，保護(hù)環(huán)境。 廠址的選擇 廠址選擇的正確與否，不僅關(guān)系到建廠過程中能否以最省的投資費(fèi)用按質(zhì)、按量、按期完成工廠設(shè)計(jì)中所提出的各項(xiàng)指標(biāo)，而且對(duì)投產(chǎn)后的長期生產(chǎn)、技術(shù)管理和發(fā)展遠(yuǎn)景都有著很大的影響，并同國家地區(qū)的工業(yè)布局和城市規(guī)劃有著密切的關(guān)系。 金山橋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)位于徐州市東郊，距離市中心彭城廣場(chǎng) ，距離中國第二大鐵路編組站 公里，距離中國徐州 觀音機(jī)場(chǎng) 40 公里，距離歐亞大陸橋東橋頭堡連云港港口 小時(shí)車程， 104 國道、 310 國道、京福高速公路、連霍高速公路、京杭大運(yùn)河以及規(guī)劃建設(shè)的京滬高速鐵路均從區(qū)內(nèi)穿過， 3 小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)有 32 個(gè)地級(jí)以上大中城市，區(qū)位交通條件十分優(yōu)越，市場(chǎng)腹地非常廣闊。 2. 工藝路線及條件的選擇與論證 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(kuò)培酵母 ↓ →麥芽汁→發(fā)酵→貯酒→粗濾→精濾→清酒→ 圖 21啤酒生產(chǎn)工藝圖解 原料及輔料的 粉碎 粉碎的目的：原料，輔料粉碎后，增加了比表面積，糖化時(shí)可溶性物質(zhì)容易浸出，有利于酶的作用 麥芽的粉碎有干法、回潮法、濕法和連續(xù)浸漬濕式粉碎等方法。該法要求麥芽含水在 5％－ 8％，此時(shí)麥芽松脆，便于控制粉碎度。 （ 2） 回潮法 又叫增濕粉碎，短時(shí)間內(nèi)向麥芽通入蒸汽或熱水，使麥殼增加水分，使麥皮有韌性而不破碎，有利于過濾，減少不利于啤酒質(zhì)量的物質(zhì)溶出。 （ 3） 濕法粉碎 由于麥殼吸水變軟，粉碎時(shí)麥片不破碎。由于麥芽進(jìn)行了預(yù)浸漬，使酶增強(qiáng)，從而使麥芽浸出率比干法粉碎提高 ％左右。 此法改進(jìn)了前幾種方法的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用該方法。 大米采用四輥的二級(jí)粉碎機(jī)進(jìn)行干法粉碎，大米的粉碎度越細(xì)越好，以增加原料與水的接觸面積，有利于大米的糊化和 糖化 糊化 大米粉碎后加入糊化鍋，加入溫水，在一定溫度約 50℃ 下，淀粉在水中溶 漲分裂，形成均勻糊狀溶液，制成液化完全的醪液，再加入糖化鍋中與麥芽汁一起糖化。糖化鍋先維持在適于蛋白質(zhì)分解作用的溫度 (45～ 52℃)( 蛋白休止 )。 糖化工藝的目的 利用麥芽所含的各種水解酶，在適宜的條件（溫度、 pH 值、時(shí)間）下，將麥芽和麥芽輔料中的不溶性高分子物質(zhì)逐步分解為可溶性低分子物質(zhì)，這個(gè)分解過程稱為糖化。浸出物主要有各種發(fā)酵性的糖類（麥芽糖、麥芽三塘、葡萄糖），非發(fā)酵性的糖、蛋白質(zhì)、麥膠物質(zhì)和礦物質(zhì)組成、麥汁中的糖類比大麥原有糖類（蔗糖、果糖）的含量有所增加 ， 這些可發(fā)酵性糖占總浸出物的 61%65%,決定了麥汁的最終發(fā)酵度。 表 21 糖化總體目標(biāo)和要求 糖化的總目標(biāo) 糖化的工藝目標(biāo) 數(shù)值目標(biāo) 主要影響因素 最佳的麥汁組分； 較高的浸出率； 提高原料的利用率； 減小能源消耗； 具備良好的過濾性； 主發(fā)酵和后發(fā)酵速； 有利于酵母的沉降； 良好的啤酒穩(wěn)定性； 良好的過濾性能； 減小最終發(fā)酵度發(fā) 酵度的差值小于 2%； 色度淺； 啤酒的還原能力強(qiáng)； 口味穩(wěn)定性好； 減少發(fā)副產(chǎn)物的量； 減少 DMS、脂肪酸和羰基化合物的量； 麥芽質(zhì)量； 良好的粉碎； 溫度、時(shí)間、 PH值 、 濃度的調(diào)整； 糖化方法 麥芽的糖化方法通常可分為煮出糖化法和浸出糖化法，煮出糖化法的特點(diǎn)是將糖化醪液分批地加熱到沸點(diǎn)，然后與其余未煮沸的醪液溫度分階段地升溫到不同酶作用所要求的溫度，最后達(dá)到糖化終了的溫度，煮出糖化法設(shè)備復(fù)雜，操作也比較復(fù)雜，工作時(shí)間長，生產(chǎn)成本高，設(shè)備多，占地面積大，投資較高。生產(chǎn)的啤酒柔和、淡爽，因而，本設(shè)計(jì)采用浸出糖化法工藝。由于只有部分醪液進(jìn)行煮沸，胚乳細(xì)胞壁的高分子麥膠物質(zhì)及其他雜志溶出較少，所制麥汁色澤淺，黏度低，口味柔和，發(fā)酵度高，特別適合釀造淺色淡爽型啤酒；而且操作簡單，糖化時(shí)間短。 圖 23 糖化及糊化溫度曲線 糖化醪過濾 糖化結(jié)束后， 意味著麥芽汁已經(jīng)形成 ， 應(yīng)盡快的將麥芽汁和麥槽分開，以得到清亮和較高收率的麥芽汁，避免影響半成品麥芽汁的色香味。過濾槽的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，工藝成熟，進(jìn)醪排槽都很容易，也是比較普遍的。進(jìn)行正常過濾注意調(diào)節(jié)麥汁流量（逐步減少）。采用 2— 3 次洗槽 ，同時(shí)收集二濾麥汁，開始比較渾濁，需要回流直至澄清待洗槽殘夜流出濃度達(dá)到 7度時(shí)過濾結(jié)束，旋轉(zhuǎn)耕槽機(jī)刀開動(dòng)耕槽機(jī)，打開麥槽排除閥。 煮沸及酒花的添加 煮沸 煮沸在煮沸鍋中進(jìn)行。 煮沸要求適當(dāng)?shù)闹蠓袦囟?，分批添加酒花，在預(yù)定煮沸時(shí)間內(nèi)，使麥汁達(dá)到規(guī)定濃度，保持有明顯酒花香味和柔和的苦味，以保證成品啤酒有光澤、風(fēng)味好、穩(wěn)定性高。本設(shè)計(jì)采用外加熱煮沸鍋，可以防止局部過熱，引起麥汁色度加深和加熱面結(jié)垢，清洗困難。 酒花 酒花又稱蛇麻花、啤酒花等，它是雌雄異株，用于啤酒發(fā)酵的是成熟的雌花。②提高啤酒泡沫的持久性。④酒花有抑菌作用，將它加入麥芽汁中能增強(qiáng)麥芽汁和啤酒的防腐能力， 保持啤酒的非生物穩(wěn)定性。 回旋沉淀 熱凝固物分離工藝，采用回旋沉淀槽法。由于受槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)離心力的作用的合力把顆粒推向槽底中央。如不分離熱凝固物，在發(fā)酵中，會(huì)引起熱凝固物吸附大量酵母，使酵母不正常。 技術(shù)條件： 麥汁液面與槽直徑比 1:2～ 3 槽底部像出口傾斜 1～ 2%便于凝固物中麥汁緩慢流出 麥汁進(jìn)口速度 10～ 16m/s（泵能力） 進(jìn)料 時(shí)間 12～ 20分鐘，麥汁靜置時(shí)間 30～ 40分鐘 麥汁切線進(jìn)口位置約在麥汁高度 1/3處 熱凝固物的分離 糖化醪過濾后得到的麥汁中含有水溶性的清蛋白和部分鹽溶性球蛋白以及水溶性高肽等，這些物質(zhì)在煮沸時(shí)變性和多酚結(jié)合形成熱凝固物。近代 80%90%的工廠均采用回旋沉淀槽法，利用旋轉(zhuǎn)麥汁離心力分離。冷卻要求時(shí)間短，麥汁無細(xì)菌且不渾濁，沉淀損失少，操作簡單。若把此麥汁重新加熱到 60℃以上，麥汁又恢復(fù)澄清透明，因此，這是可逆的。使用的冷卻介質(zhì)為 2℃的冷凍水，出口的溫度為 85℃。 充氧 冷卻后的麥 汁，通過充氧氣，加入無菌空氣，增加溶氧，使麥汁中的多酚物質(zhì)氧化，色澤變深，當(dāng)含氧量達(dá)到十到十一毫克每升時(shí)，即可送到發(fā)酵車間，供培養(yǎng)酵母用。麥汁濃度增加減少飽和溶氧量。 P麥汁飽和溶氧量為 。經(jīng)過 2～ 3 天后進(jìn)入發(fā)酵最為旺盛的高泡期，成為主發(fā)酵，再經(jīng)過 2～ 3 天，糖度進(jìn)一步降低，降糖速度變慢，酵母開始沉淀，當(dāng)罐內(nèi)發(fā)酵糖度達(dá)標(biāo)后進(jìn)行降溫轉(zhuǎn)入后酵階段。 后酵 當(dāng)罐內(nèi)溫度從前酵的 12℃降到 5℃左右時(shí)后酵階段開始，這一階段最重要的是進(jìn)行雙乙酞還原，此外，后酵階段還完成了殘?zhí)前l(fā)酵，充分沉 淀蛋白質(zhì)，降低氧含量，提高啤酒穩(wěn)定性。經(jīng)過一段時(shí)間的貯酒，整個(gè)發(fā)酵環(huán)節(jié)基本結(jié)束。 圖 25 典型啤酒發(fā)酵曲線 啤酒的過濾 啤酒過濾的主要方式有棉餅過濾機(jī)、硅藻土過濾機(jī)、無菌膜過濾機(jī)。硅藻土過濾機(jī)作為啤酒的粗濾，紙板過濾機(jī)作為啤酒的精濾，無菌膜過濾機(jī)主要用于生產(chǎn)純生啤酒。 過濾的方法 本次設(shè)計(jì)采用燭式過濾系統(tǒng)和膜式過濾系統(tǒng) 由于濾層鋪設(shè)在剛硬的支撐環(huán)上，故管路壓力波動(dòng)不至于引起預(yù)涂層折裂變性。在機(jī)殼內(nèi)部沒有任何活動(dòng)部件，這對(duì)滅菌是有利的。綜合其他因素，設(shè)計(jì)中采用了環(huán)式（燭式）硅藻土過濾機(jī)。該法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接濾出無菌鮮酒，如配合無菌包裝可省出巴氏殺菌機(jī)而產(chǎn)生出生物穩(wěn)定性可靠的成品啤酒 ，從而有利于啤酒泡沫穩(wěn)定性，成品酒無過濾介質(zhì)污染，產(chǎn)品損失率減少。在過濾后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短時(shí)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。 物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 根據(jù)表 31的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，先進(jìn)行 100kg原料生產(chǎn) 10176。P 啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行 15 萬噸 /年啤酒廠的物料衡算 表 31 啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 名稱 百分比﹪ 說明 定 額 指 標(biāo) 原料利用率 麥芽水分 大米水分 11模板是 12 無水麥芽浸出率 70摸吧是 75 無水大米浸出率 90模板 95 原料 配比 麥芽 70 大米 30 輔料 酒花 損 失 率 麥芽 和大米 磨碎損失 發(fā)酵損失 對(duì)熱麥汁而言 過濾損失 冷卻損失 5 總損失率 啤酒總損失率 對(duì)熱麥汁而言 100 ㎏原料生產(chǎn) 10176。 100=% 原料大米收得率為： (10011)247。 P 熱麥汁量為： （ 247。 P 麥汁在 20℃時(shí)的密度為 ，而 100℃熱麥汁比 20℃時(shí)的麥汁體積增加 倍。 ） = (L) (2)冷麥汁量 : ()=(L) (3)發(fā)酵液量 : ()=(L) (4)過濾酒量 : ()=(L) 100L 10176。 P 淡色啤酒約 ，故可得下述結(jié)果： (1)生產(chǎn) 100L10176。（ 100— 80） = 同理， 100kg 原料產(chǎn)生濕酒花糟： =