50000吨年啤酒工厂设计

啤酒工厂设计 基础数据：
生产规模：
50，000吨／年 产品规格：
10度淡色啤酒 生产天数：
365天／年 原料配比：
麦芽：大米=75：25 原料利用率：
98.5％ 麦芽水分：
6％；

大米水分：
13％ 无水麦芽浸出率75％；

无水大米浸出率：92％ 啤酒损失率(对热麦汁)：
冷却损失：7.5％；

发酵损失：1.6％；

过滤损失：1.5％：
装瓶损失：2％；

总损失：
12.6％ 糖化次数：
生产旺季(10个月) 8次／天 生产淡季(2个月) 5次／天 设计内容：
1．根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。

2．工艺计算：全厂的物料衡算；
糖化车间的热量衡算(即蒸汽耗量的计算)；
糖化用水量的计算；
发酵车间耗冷量计算。

3．糖化车间、发酵车间设备的选型计算：包括设备的容积、型号、主要尺寸。

设计要求：
1．根据以上设计内容，书写设计任务说明书 50000吨/年啤酒工厂设计 摘要: 啤酒既是一种食品饮料,又是一种内涵丰富的文化用品。饮酒不仅是一种饮食行为,又是一种文化交际活动。啤酒作为食品饮料产品不仅代表生产力和微生物科学技术，饮酒活动又是世界各民族独特传统文化重要组成部分。啤酒虽不是人类生存的必需品，但在社会生活中具有无法替代的功能。如今，啤酒的产量在我国酿造酒生产中产量最高，已超过3000万吨仅次于美国。

啤酒的主要原料是大麦，大米，玉米等。而中国是一个粮食大国，它为啤酒厂的建立提供了良好的原料来源。本设计中把产品定位为市场比较普遍的淡色啤酒，年产量5万吨。根据设计任务书，设计生产工艺流程并进行工艺计算并对重点设备和能量消耗进行计算。产品的广阔市场为工厂的生存和发展提供了良好的保证。

关键词：啤酒 原料 设计 工艺计算 设备选型 目 录 第一章 绪论 ………………………………………………………………… 第一节 设计的任务要求和依据 第二节 设计的原则、特点 第三节 设计的目的、可行性 第二章 厂址的选择………………………………………………………………… 第三章 啤酒厂总平面设计 ………………………………………………………………… 第一节 总平面设计原则 第二节 啤酒厂组成 第三节 占地面积估算 第四节 厂区交通运输 第四章 产品方案确定及论证 ………………………………………………………………… 第一节 产品方案制定依据 第二节 产品方案论证 第五章 啤酒生产工艺流程 ………………………………………………………………… 第六章 物料衡算 …………………………………………………………… 第一节 数据准备 第二节 各类产品衡算 第七章 各类产品生产设备选择 ………………………………………………………… 第一节 选择设备原则 第二节 设备选择 第八章 重点设备计算 第一节 基础设备计算 第二节 外形结构设计 第九章 水、电、汽衡算及辅助部门 第十章 经济衡算 第一节 建厂总投资 第二节 利润及回收期计算 第十一章 三废处理方案 第一节 废水和节水技术 第二节 废气处理 第三节 垃圾处理 第十二章 啤酒工厂卫生问题 绪论 第一节 设计的任务要求和依据 一、设计的任务及要求 本设计是年产量为5万吨的10°淡色啤酒的啤酒厂，重点是产品的物料衡算，热量衡算，同时工艺流程及设备选型等设计。本设计的重点车间为糖化车间，重点设备为糖化，煮沸，发酵设备。

二、设计的依据 本设计是以《毕业设计任务书》为标准，通过综合运用大学四年自己所学到的知识付诸于实践当中。参考了《酿酒工艺与设备选用手册》、《发酵设备》、《食品工厂设计》、《食品机械与设备》、《化工原理》上下册、《现代食品发酵技术》、《啤酒工业手册》上下册等。

根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与各种计算。

第二节 设计的原则、特点 一、设计原则 1、必须符合计划任务书的规定和要求。各阶段工作要有明确的进度。毕业设计要有计划的进行。

2、本设计争取做到积极采用和大力发展新技术，吸收科研和技术改造的新成果，力求技术上具有现实性和先进性，经济上有合理性。

3、设备选用时，应满足生产工艺要求，同时安全可靠，尽量选用成套设备，通用设备，以利于提高机械化程度，方便生产，节约投资。

4、本设计尽量少或不占耕地，选择流程尽量减少，避免污染物排放。尽量减少三废处理量，同时注意节能和充分利用余热。

5、结合实际，根据国家的所需而合理决定工厂的产品品种及合理安排工厂的产品方案，兼顾经济效益和社会效益，以最小投资，换回最大的经济效益。

二、设计特点 1、本设计从实际出发，讲究效益，生产的各个环节中力图以较少的人力、物力、财力取得较大的经济效益。此为本设计的指导思想，亦是本设计最主要的特点。

2、本设计从国内市场的销售来确定产品，使产品在市场上具有较强的竞争力。3、本设计的厂址在城市近郊，在劳动力，动力、水的供应，排水工程及生 活设施等方面能利用城市原有的设施，减少投资。

4、本设计从节约用地出发，充分利用厂房设备来安排产品，对于那些类型不相同，生产设备，生产条件十分相同，甚至是用同一厂房，设备来生产不同产品，这对于厂房用地，设备投资都很有利。

5、本设计是产品卫生达食品卫生法规，遵守有关条款的规定。

第三节 设计的目的、可行性 一、目的 大学四年的全面学习，包括基础知识和专业知识，使我们在离开学校，步向社会之际，有了一定的基础应用技能。

本设计是将我们学到的知识应用到实践中来。在独立完成这个设计的过程中，一方面巩固学到的知识，另一方面通过查阅，整理资料增加我们的认识和科研技能，同时，进一步熟悉工厂的生产实际，培养我们理论联系实际的能力，锻炼了我们作为一名技术骨干应有的独立工作能力。

二、现实意义和可行性分析 啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0．75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度黄啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；
维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。

在中国建立最早的啤酒厂是俄国人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂, 此后五年时间里, 俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。然而, 我们啤酒业大力发展真正发生在1979年后十年, 我国的啤酒工业每年以30%以上的高速度持续增长。80年代, 我国的啤酒厂如雨后春笋般不断涌现, 遍及神州大地。

到1988年我国大陆啤酒厂家发展到813个, 总产量达656.4 万吨, 仅次于美国、德国, 名列第三, (到1993 年跃居第二 ) 短短十年, 我国啤酒厂家增长9 倍, 产量增长17.6 倍, 从而我国成了名符其实的啤酒大国。随着经济的增长，人们对啤酒的消费会越来越大。所以也看到了啤酒工业的发展前景。这时候建立一个啤酒工厂的话，产品的广阔市场为工厂的生存和发展提供了良好的保证。

第二章 厂址的选择 一、厂址选择的原则 厂址选择是设计工作的基本内容之一。厂址选择的好坏直接影响设计质量、建设进度、投资大小和投产后经营管理条件。因此，厂址选择是一项包括政治、经济、技术的综合性的复杂工作，具有较高的原则性和广泛的技术性。

1、厂址要符合国家下达建厂计划任务书中所作的规定和要求。

2、厂址应符合当地城镇总体发展规划的要求，并尽量与附近工业企业相配合，以节约基建投资。

3、厂址的面积和外形要满足啤酒生产工艺的要求，并留有适当的扩建余地。

4、厂址地形宜平坦，地面倾斜坡度最好不超过3% ,便于厂区运输线路布置，并尽可能减少土方工程量。

5、厂址应符合国家有关卫生、防火、人防等要求。如:厂区应在居民点下风侧;河流的上游;厂区附近不得有细菌，传染病病源或其他污染的来源;不应选择在低洼窝风的地形做厂区，应避开军事措施地区等等。

6、厂址应在当地最高洪水水位之上，如果低于洪水位则须有坚固堤防保护.同时，要防止内涝水的浸淹. 二、厂址选择从投资和经济效益考虑 1、厂址应有较方便的运输条件，若需建公路或专用铁路时，距离最短为好，以节省投资。

2、有一定供电条件，满足生产需要。

3、所选厂址附近不仅有充足的水源，而且水质应较好。

4、厂址最好选在居民区附近，这样可以减少宿舍，商店，学校等职工的生活福利设施。

三、厂址的选择依据 1、要有可靠的水源，在满足啤酒厂生产用水的水质、水量及水温的条件之下，应尽可能靠近水似，以缩短管路及动力电缆的铺设工程.如用山泉水、地下水、水库水，自来水或江河水等水源，可单独采取一种水源，也可取二种或三种水源以分别用于生产。

2、根据交通运输方式的不同而考虑厂址的位置.如原材料、成品以水运为主，则应尽可能靠近河流，并考虑码头的适当位置:如以陆运为主，则须靠近铁路或公路，并尽量减少沿途修建桥、隧洞的工程。

3、厂址应尽可能靠近一些已有的热，电源，以充分取得企业协作的条件。

4、厂址地质要符合啤酒厂设计的要求，一般地耐力宜在20吨/平方米以上为好，可节约基础工程投资，但应避免在地表过浅或已露头岩石的地区及喀斯特、土崩、滑坡、流砂地区或是古河道，古墓之上选择厂区。

5、一般啤酒厂厂址应避免选在地震基本烈度在七度或七度以上地区:当地展基本烈度为九度或超过九度的地区不宜建大型啤酒厂. 6、厂址不宜选在有矿产地区、有古迹文物地区。风景游览区、有化学废料，有机废料堆放的地区等。

7、厂址应尽量靠近城镇或啤酒销售区域，以减少大量的瓶箱运输。

8、选厂时应考虑职工生活区的位置，并尽可能靠近城镇，以减少集体事业设施的投资，改善职工生活福利的条件。

9、选厂中还应尽量了解施工期间水电供应，劳动力来源，施工工人居住生活，施工机械、预制场地、建材的运输、堆放等条件的利便情况。

10、要考虑啤酒厂的综合利用以及啤酒厂废料的处理及堆放场地。

四、厂址选择结果 综合以各种因素，初步选择南昌近郊作为啤酒厂的厂址。这样，原料购买运输不成问题，产品又能及时的销往各中心城市，交通较为方便，是较为理想的选择。

第三章 啤酒厂总平面设计 第一节 总平面的设计的基本原则 总平面设计必须贯彻国家的各项方针，政策，在符合放火，卫生规范的前提下，尽可能节约用地，不占，少占农田；
减少劳动强度，节约建筑材料，具体应注意以下几方面。

一、平面紧凑：
必须按设计任务书和选择厂址报告进行设计，按不同的规模和类别结合周围环境，布置上力求紧凑，节约用地。

二、布置合理：
1、建筑物、构筑物的布置必须符合工艺流程要求，力求生产线略短，避免交 叉和往返运输，合理组织人流物流。

2、动力设施应接近负荷中心，以缩短管线，减少损耗。

3、根据生产性质不同，动力供应，货运周转，卫生防火等分区布置。

4、车间应与食品卫生有影响的综合车间，废品仓库、煤堆、大量烟尘或有害气体排出车间间隔一定的距离，主车间应设在锅炉房的风位；
并把有大量烟尘排出的车间布置在厂区边缘及常年主导风向的下侧。

第二节 啤酒厂的组成 啤酒厂一般是由生产车间、辅助车间、动力设施、给水、排水设施，全厂性设施等组成。

生产车间：制麦车间，糖化车间，发酵车间 。

辅助车间：原料预处理车间，过滤车间，灌装车间，仓库。

动力设施：变电所，锅炉房，冷冻机房。

给水设施：水塔，水池，冷却塔等。

全厂性设施：办公室，食堂，医务室，哺乳室，托儿所，浴室，厕所，自行车棚，围墙，大门，传达室。

第三节 占地面积的估算 估算该啤酒厂占地面积为12000-15000 m2 。

厂区建筑系数取40%，厂区土地利用系数60% 第四章 产品方案的确定及论证 第一节 产品方案的制定依据 产品方案实际上是拟定工厂投资后准备在什么时候生产什么品种的产品，产量有多大。也就是对产品品种，各种产品的产量、产期、生产班次作出计划安排。

产品方案的确定是关系到工艺流程的选择，设备型号的选择，车间的平面布置，车间的面积以及公用工程设施，劳动力定员等等。对工艺设计和整个工厂设计都有重大的关系，产品方案是工艺设计的主要依据。

1、符合计划任务书的规定。

2、必须考虑产品在国内外市场的销售情况，以及产品的成本和获得的利润，有利于收到较好的经济效益。

3、必须考虑充分利用原料资源，尤其是充分利用季节性的原料资源，使生产原料供应充足。

4、必须解决淡旺季生产的均衡性问题，以便充分的利用厂房、设备，使工厂发挥最大的生产潜力。

5、必须有利于原料的综合利用和对产品进行多层次的深加工，以提高原料的利用价值，有助于降低产品生产成本，提高生产的经济效益。

产品方案拟定时，列出几个产品方案，进行比较，讨论，分析，确定一个较合理的产品方案作为工艺设计的重要依据。

确定方案如下：
产品品种：10度淡色啤酒 产品产量：年产五万吨 产品产期：11，12月为生产淡季 。其它月份为旺季。淡季每天糖化5次，旺季每天糖化8次。

第二节 产品方案的论证 啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0．75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具有良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；
维生素B1、B6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。人们已经认识到了啤酒的功效，平时不仅把它作为了美容品，也成为了餐桌上不可缺少的一部分。它还可以作为一种美味剂，在菜肴的烹调中发挥重要的作用。所以啤酒的市场前景非常大。

根据网上的资料显示，人们对瓶装啤酒的消费额最大，其次是扎啤。且饮600ml容量的居多。现在市场上淡啤还是比较畅销，消费群体以年轻人为主。但是随着国外品牌的增多，工厂要做好开发其它品种啤酒的准备。尤其是保健啤酒也是一开发的重点对象。

工厂根据南昌及周边地区已存在的品牌啤酒和城市的消费能力及群体的消费嗜好。把年产量定为5万吨淡啤是合理的。

第五章 啤酒工艺流程 第一节 原料要求 一．大麦的要求 1、感官要求 可以说引用 麦粒有光泽，呈淡黄色，子粒饱满，大小均匀，表面有横向且细的皱纹，皮较薄。

2、物理检验 ①千粒重35~45g。能通过2.8mm筛孔径的麦粒，应占85%以上。

②将大麦从横面切开，胚乳段面应呈软质白色，透明部分越少越好。

③发芽率要求不得低于96%，发芽力要求达到85%以上。

3、化学检验 ①淀粉含量在65%以上 ②含水量在12%～13% ③在15℃浸泡48h，大麦含水不低于42% ④蛋白质含量为9%～12%，其中1/3～1/2的蛋白质可溶解到麦芽汁中。

注：1)已正式定名的芳香型啤酒花制成的颗粒啤酒花，其α-酸含量不受此要求限制。2)β-酸2.0%为推荐值。

二、麦芽质量的要求 1、外观特征 干麦芽应无霉味，呈浅黄色，具有香味，口咬发脆且松散。麦芽色泽是判断麦芽质量优劣的重要依据。

2、化学检验及指标 ①水分4.0～5.0% ，蛋白质含量为10.0～10.8% ②粗、细粉浸出率差1.3～1.65% ③细粉的碘值﹤2.8 ，最终发酵度﹥80% ④蛋白质溶解度为40～42% ⑤PH值为5.6～5.8 ⑥煮沸色度≤5.0EBC ⑦α-淀粉酶≥40ASBC单位 三．糖化用水的质量要求 ①要求水的总硬度不超过4.28mmol/L,硬度过高会使糖化醪的酸度降低，从而影响糖化和发酵。

②铁离子浓度小于0.5mg/L ,氯离子浓度属于20~60mg/L，氯气小于0.3mg/L， 氨基氮小于0.5mg/L。

③卫生指标要求细菌总数不得超过100个/ml，不得有大肠杆菌和八叠球菌。

第二节 啤酒工艺流程 酒花 ↘ 酵母 ↘ 原料粉碎 糖化过滤 煮沸 冷却 发酵 滤酒 验瓶 杀菌 贴标 喷码 装箱入库 一．酿造啤酒的原料 酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花及辅料。

大麦是啤酒生产的重要原料，先将起制成麦芽，再用于酿酒。它不仅淀粉含量高而且还为糖化时提供了各种丰富的酶系和含氮物质，这为后发酵过程提供了良好的物质基础。水是啤酒含量最多的成分，在酿造的过程中，水中的各种离子的作用是不可低估的，在一定程度上影响酵母的生产和啤酒的质量。酒花对啤酒的质量非常重要，它不仅赋予啤酒特殊的苦味，同时也影响啤酒的苦味与香气。对啤酒发酵而言酵母的作用是至关重要的，它直接影响着啤酒的口味和特点。使用辅料是为了提供廉价的浸出物或糖类，这样会减少麦芽的使用量，降低啤酒生产的成本。

二．麦芽的制备 制麦芽的目的是为了产生出各种水解酶便于糖化时便于淀粉和蛋白质的水解。所制得的麦芽不仅除掉了更多的水分和生腥味，而且干麦芽具有了特色的色，香，味，对啤酒的风味产生了很大影响，这就比直接用大麦粒做糖化原料好。

三．麦汁的制备 其主要过程有原料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。

1．原料的粉碎采用湿法粉碎。湿粉碎就是将麦芽通过喷水浸渍和充以空气使其水分达到28—30％，然后在增加水分的条件下，用对辊粉碎机粉碎，一面粉碎，一面加水调浆，泵入糖化锅。这样的粉碎物，麦皮完整，面胚乳则被磨成浆状细粒，既有利于加速麦汁过滤，又可增加麦芽浸出率。

2．利用麦芽所含的酶，将麦芽和麦芽辅助原料申的不溶性高分子物质，逐步分解为可溶性的低分子物质，这个分解过程，称为糖化，由此制备的浸出物溶液就是麦芽汁。本设计中的糖化方法采用的是双醪二次煮出糖化法。麦芽在糖化锅中进行蛋白质分解，辅助原料大米与一部分麦芽在糊化锅进行糊化和液化然后兑醪，达到所需要的糖化温度。

糊化锅中投入大米为总麦芽量的20%，料液比为1：5。糊化醪开始的温度为45～50℃，保温30min，蛋白质分解。缓慢升温至70℃，α-淀粉酶的作用增强，非糖化比例增加。再保温15min，迅速加热至沸，保持煮沸状态20～40min，然后兑入糖化醪中。

糖化锅中的料水比为1：3.5。为了防止麦芽中各种酶因高温而引起破坏，糖化时的温度变化一般是由低温逐步升至高温的。糖化的不同阶段所采取的控制温度也不同。控制方法如下：
（1）35-40 ℃ 浸渍阶段：此时的温度称浸渍温度，有利于酶的浸出和酸的形成，并有利于β-葡聚糖的分解。

（2）45-55℃ 蛋白质分解阶段：此时的温度称为蛋白质分解温度，温度偏向下限，氨基酸生成量相对多一些，温度偏向上限，可溶性氮生成量较多一些。对溶解不良的麦芽，温度应控制偏低，并延长蛋白质分解时间。

（3）62～70℃ 糖化阶段：此时的温度称为糖化温度，若控制在62～65℃温度下生成的可发酵性糖比较多，非糖的比例相对较低，适于制造高发酵度啤酒。若控制在65～70℃，则麦芽的浸出率相对减少，非糖化比例增加，适于制造低发酵度的啤酒。通过控制糖化阶段的温度，可以控制麦汁中糖与非糖之比。

（4）75～80℃， 糊精化阶段：此时温度下，α-淀粉酶仍起作用，残留的淀粉可进一步分解。而其它的酶则受到抑制或失活。

两次糖化煮出法大概用时3～4小时。

3． 糖化工序结束后，应在最短时间内，将糖化醪中从原料溶出的物质与不溶性的麦槽分开，以得到澄清的麦汁。本设计中采用的是过滤槽过滤麦汁。淡色啤酒的第一道麦汁过滤后的浓度必须控制在14～16%。第一麦汁滤出后，用水将麦糟中残留的糖液洗出，其所用的水称洗槽用水，洗出的浸出物称第二麦汁。洗槽用水要求温度为75～80℃，洗槽残水浓度为0.5～1.5%。

4．麦汁过滤后先进入一贮槽再进入煮沸锅煮沸和添加酒花。煮沸的主要目的：
①破坏酶的活性，使之停止作用。

②麦汁灭菌。

③析出某些蛋白质，以提高啤酒的非生物稳定性。

④蒸发混合麦汁中多余的水分。

⑤酒花成分的浸出。

⑥降低ph值。

⑦形成还原物质，煮出恶味。

采用的是蒸汽常压煮沸法，为缩短煮沸操作时间，当麦芽汁盖满煮沸锅的加热器后，即开始加热。并在80℃保持30min，让α-淀粉酶将残存的淀粉分解完全。在全部麦芽汁煮沸后，继续煮沸60～90min，并始终保持强烈的翻腾状态，此期间按时添加酒花并经常取样检查煮沸质量。酒花采用三次添加法，在麦汁初沸时，添加全量的10%，防止麦汁起泡沫。间隔二十分钟后，再次添加。在煮沸终了前5～10分钟添加最后一批香型酒花或质量比较好的酒花。

5．麦芽汁用于发酵前还要去除热凝固物和冷凝固物，也就是麦芽汁的澄清。设计中使用的回旋沉淀槽除去热凝固物。接着用薄板冷却器让麦芽汁冷却，一方面是为了达到发酵温度6～7℃，另一方面使大量的冷凝固物析出。

四．啤酒的发酵 洁净的麦芽汁从回旋沉淀槽中泵出后，被送入热交换器冷却。随后，麦芽汁中被加入酵母，开始进入发酵的程序。整个发酵过程可以分为：酵母恢复阶段，有氧呼吸阶段，无氧呼吸阶段。酵母接种后，开始在麦汁充氧的条件下，恢复其生理活性，所以在用薄板冷却器冷却麦汁时需在出口管道中安装文丘里管，用来对麦芽汁充氧。

人工培养的酵母将麦芽汁中可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳，生产出啤酒。发酵在八个小时内发生并以加快的速度进行，积聚一种被称作“皱沫“的高密度泡沫。这种泡沫在第3或第4天达到它的最高阶段。从第5天开始，发酵的速度有所减慢，皱沫开始散布在麦芽汁表面，必须将它撇掉。酵母在发酵完麦芽汁中所有可供发酵的物质后，就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。随之温度逐渐降低，在8～10天后发酵就完全结束了。整个过程中，需要对温度和压力做严格的控制。当然啤酒的不同、生产工艺的不同，导致发酵的时间也不同。通常，贮藏啤酒的发酵过程需要大约6天，淡色啤酒为5天左右。发酵结束以后，绝大部分酵母沉淀于罐底。将这部分酵母回收起来以供下一罐使用。除去酵母后，生成物“嫩啤酒“被泵入后发酵罐（或者被称为熟化罐中）。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来，使啤酒的风格逐渐成熟。成熟的时间随啤酒品种的不同而异，一般在7～21天。经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去，就成为待包装的清酒。

第六章 50000t/年啤酒厂糖化车间的物料衡算 啤酒厂糖化车间的物料平衡计算主要项目为原料（麦芽、大米）和酒花用量，热麦汁和冷麦汁量，废渣量（糖化槽和酒花槽），每次糖化量等。

第一节 数据准备 一．糖化车间工艺流程示意图 麦芽,大米 粉碎 糊化 糖化 过滤 薄板冷却器 回旋沉淀槽 麦汁煮沸锅 酒花渣分离器 啤酒厂糖化车间工程流程示意图 二．工艺技术指标及基础数据 根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的损失等数据如表1所示。

表1 啤酒生产基础数据 项 目 名 称 百分比（%）
项 目 名 称 百分比（%）
定 额 指 标 无水麦芽 浸出率 75 原料配比 麦 芽 75 大 米 25 无水大米 浸出率 92 啤酒损失率（对热麦汁）
冷却损失 7.5 发酵损失 1.6 原料利用率 98.5 装瓶随时 2.0 麦芽水分 6 过滤损失 1.5 大米水分 13 总 损 失 12.6 根据表1的基础数据，首先进行100kg原料生产10°淡色啤酒的物料计算，然后进行100L 10°淡色啤酒的物料衡算，最后进行50000t/年啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。

第二节 物料衡算 一．100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产10°淡色啤酒的物料衡算 (1)热麦汁计算 根据表1可得到原料收得率分别为：
麦芽收率为：0.75×(100-6)÷100=70.75% 大米收率为：0.92×(100-13)÷100=80.04% 混合原料收得率为：
（0.75×70.50%+0.25×80.04%）×98.5%=71.79% 由上述可得100kg混合料原料可制得的10°热麦汁量为：
71.19÷10%=717.9(kg) 查资料知10°麦汁在20℃时的相对密度为1.084kg/l，而100℃热麦汁相对密度为1.024，故热麦汁（100℃）体积为：
717.9/1.042=689(L) （2）冷麦汁量为：689×(1-0.075)=637.325 (L) （3）发酵液量为：637.325×(1-0.016)=627.13 (L) （4）过滤酒量为：627.13×(1-0.015)=617.72 (L) （5）成品啤酒量为：617.72×(1-0.02)=605.37 (L) 二． 生产100L10°淡色啤酒的物料衡算 根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产10°淡色成品啤酒605.37L，故可得以下结果：
（1）生产100L10°淡色啤酒需耗混合原料量为：
（100/605.37）×100=16.52(kg) （2）麦芽耗用量为：16.52×75%=12.39(kg) （3）大米耗用量为：16.29-12.39=4.13(kg) （4）酒花耗用量：目前国内苦味较淡的啤酒普遍受欢迎特别是深受年轻人的喜爱。所以对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为0.13 % 即每100升热麦汁添加0.13kg，故为：（689/605.37）×100×0.13%=0.148(kg) （5）热麦汁量为：（689/605.37）×100=113.81 (L) （6）冷麦汁量为：（637.33/605.37）×100=105.28(L) （7）湿糖化糟量 设湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
[12.39×(1-0.06)×(1-0.75)]/(1-0.8)=14.56(kg) 0.06是麦芽水分含量，0.75是无水麦芽浸出率。

湿大米糟量为：
[4.13×(1-0.13)×(1-0.92)]/(1-0.8)=1.44(kg) 0.13为大米水分，0.92是大米无水浸出率。

故湿糖化糟量为：14.56+1.44=16(kg) （8）酒花糟量 设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：
[0.148×(1-0.4)]/(1-0.8)=0.44(kg) （9）
酵母量（以商品干酵母计）
生产100升啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半做生产接种用，一半做商品酵母用，即为1公斤。湿酵母泥水分85% 酵母含固形物=1×（1-85%）=0.15（kg）
则含水分7%的商品干酵母量为：
0.15/(1-7%）=0.16（kg）
（10）二氧化碳量 10度的冷麦汁105.28L浸出物为：10%×105.28=10.528（kg）
设麦汁的真正发酵度为55%，则可发酵的浸出物为：
10.53×55%=5.79（kg）
设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，根据麦芽糖发酵的化学反应式可得到：
二氧化碳的生成量为：5.79×（4×44）/342=2.98（kg）
44为CO2 分子量 342为麦芽糖的分子量 设10度啤酒的CO2的含量为0.4% 则105.28×0.004=0.42（kg）
则释放的CO2量为2.98-0.42=2.56（kg）
1立方米的二氧化碳在20℃常压下重1.832kg 故释放的二氧化碳的容积为：2.56/1.832=1397.48（L）
(11) 发酵液量为：
100×627.13/605.37=103.59(L) (12) 过滤酒量为：100×617.72/605.37=102.04(L) (13) 成品啤酒量为: 102.04×(1-0.02)=100 (L) (14) 空瓶需要量 （100/0.64）×1.005=157.03（个）
0.64为每瓶啤酒的容积为640ml (15) 瓶盖需要量 （100/0.64）×1.01=157.81（个）
(16) 标签需要量 （100/0.64）×1.001=156.41（张）
三．生产50000t/年,每次糖化的物料衡算 设生产旺季每天糖化8次，而淡季则糖化5次，11,12月为淡季.每年总糖化次数 304×8+61×5=2717(次) (1) 每次糖化的原料量为: 混合原料: (50000000/2717)×(100/605.37)=3040(kg) 605.37为100kg原料可生产出成品啤酒的量 大麦: 3040×0.75=2280(kg) 大米: 3040×0.25=760(kg) (2) 热麦汁量: (689/100)×3040=20945.6(L) (3) 冷麦汁量: (637.33/100)×3040=19374.83(L) (4) 酒花用量: (0.148/16.52) ×3040=27.23(kg) (5) 湿糖化糟量: (16/16.52)×3040=2944.31(kg) (6) 湿酒花糟量: (0.44/16.52) ×3040=80.97(kg) (7) 二氧化碳量：(1397.48/16.52)×3040=257475.10（L）
(8) 酵母量：(0.16/16.52)×3040=29.44（kg）
(9) 发酵量：
19374.83×（1-0.016）=19064.92（L）
(10) 过滤量：
19064.92×（1-0.015）=18778.95（L）
(11) 成品量：
18778.95×（1-0.02）=18403.37（L）
(12) 空瓶量：(157.03/16.52)×3040 =28896.56（个）
(13) 瓶盖量：(157.81/16.52)×3040=29042（个）
(14) 标签量：(156.41/16.52)×3040=28784（张）
四．50000t/年 10°淡色啤酒酿造车间物料衡算表 把述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，整理成物料衡算表，如表2所示。

表2 啤酒厂酿造车间物料衡算表 物料名称 单位 对100kg混合原料 100L10度淡色啤酒 糖化一次定额量 年啤酒生产量 混合原料 Kg 100 16.52 3040 8.26×106 大麦 Kg 75 12.39 2280 6.2×106 大米 Kg 25 4.13 760 2.06×106 酒花 Kg 0.89 0.148 27.23 7.40×104 热麦汁 L 689 113.81 20945.6 5.69×107 冷麦汁 L 637.33 105.28 19374.83 5.26×107 湿糖化糟 Kg 96.85 16.00` 2944.31 8.0×106 湿酒花糟 Kg 2.66 0.44 80.97 2.20×105 酵母量 Kg 0.97 0.16 29.44 7.99×104 二氧化碳量 L 8459.32 1397.48 257475.10 7.0×108 发酵液 L 627.13 103.59 19064.92 5.18×107 过滤酒 L 617.72 102.04 18778.95 5.10×107 成品啤酒 L 605.37 100 18403.37 5.00×107 空瓶量 个 962.65 159.03 28896.56 78511954 瓶盖量 个 955.27 157.81 29040.10 78901952 标签量 张 946.79 156.41 28782.47 78201971 备注：10度淡色啤酒的密度为1012kg/m3，实际年产啤酒5.06×107 Kg 第三节 能量衡算 麦汁的制备是啤酒生产的重要工序。麦汁的制备主要在糖化车间进行。多年来麦汁的制备方法没有太大的改变，主要方法还是首先将麦芽和辅料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。然而设备方面进步较快，在提高糖化时间，麦汁质量等方面有了很大提高。糖化设备已不受传统工艺的限制，而根据糖化的方法进行选择。

该设计中设计的是选用质量一般的麦芽，选用双醪二次糖化煮出法。双醪指的是麦醪和大米与麦芽的混合醪。原因是制造淡色啤酒时，可依据麦芽的质量，及辅料的添加来选择是一次煮出糖化法，还是二次煮出糖化法。本设计中选择的是中等麦芽，所以采用二次煮出糖化法。而选择双醪则可以用廉价的大米替代部分麦芽，降低生产成本。

工艺流程示意图如图3所示，其中的投料量为糖化一次的用料量（计算参表2）
麦芽粉 （2128kg）
46.7℃ 40 min 自来水18℃ 大米粉 （760kg）
麦芽 （152kg）
料水比1：5 料水比1：3.5 热水50℃ 70℃ 15min t(℃) 63℃ 60min 冷却 90℃ 20min 100℃ 40min 70℃ 25min 过滤 糖化结束 78℃ 100℃ 10min 麦芽 煮沸锅90min 回旋沉淀槽 薄板冷却器 发酵罐 酒花 图3 啤酒厂糖化工艺流程图 一．糖化和糊化用水耗热量Q1 根据工艺设计糊化锅中的料水比为1：5，糖化锅中的料水比为1：3.5。料水比过大，尽管对糊化有利，但是耗能大，设备体积大。料水比过小的话，醪液粘稠，需较大的搅拌设备且及易产生糊锅现象。

所以糊化锅加水量为：
M1=（760× 0.2+ 760 ）× 5 = 4560(kg) 式中，760为粮化一次大米粉量，760×0.2为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）
而糖化锅加水量为：
M2=2128×3.5 = 7448(kg) 式中，2128kg为糖化一次糊化锅投入的麦芽粉量，即2280-152=2128(kg) 而2280为糖化一次麦芽定额量。

故糖化总用水量为：
MW=M1+M2=4560+37240=12008(kg) 自来水的平均温度取T1=18℃,而糖化配料用水温度T2=50℃,故耗热量为：
Q1=CW MW(T2-T1)=4.18×12008×(50-18)=1606190(KJ) 二．糊化锅中米醪煮沸耗热量Q2 由糖化工艺流程图（图3）可知， Q2 = Q21＋Q22＋Q23 Q21 为米醪由初温即室温加热到煮沸的耗热，Q22为煮沸过程中蒸汽带走的热量， Q23为升温过程中的热损失。

2.1．糊化锅内米醪由初温TO加热至煮沸的耗热量Q21 Q 21=C米醪M米醪（100-T0）
（1）计算米醪的比热容C米醪根据经验公式C容物=0.1[(100-W)C 0+4.18W]进行计算。式中W为含水百分率；
C0为绝对谷物比热容，取C0=1.55KJ/(Kg·K) C麦芽=0.01[（100-6）1.55+4.18×6]=1.71KJ/(Kg·K) C大米=0.01[（100-13）×1.55+4.18×13]=1.89KJ/(Kg·K) C米醪=（M大米C大米+M麦芽C麦芽+ MwCw）/(M大米+M麦芽+ MW) =（760×1.89+152×1.71+4560×4.18）/（760+152+4560）
=3.79 KJ/(Kg·K) （2）米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则 t0 =[（M大米C大米+M麦芽C麦芽）×18+ MWCw×50]/( M米醪C米醪) =[（760×1.89+152×1.71）×18+4560×4.18×50]/[（760+152+4560）×3.79] =47.4℃ （3）把上述结果代如3-1中，得：
Q21=3.79×（760+152+4560）×（100-47.4）=1090865.09（KJ）
2.2 煮沸过程蒸汽带出的热量Q22 设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水量为：
V1=M米醪×5%×40/60=5472×5%×40/60=182.4（Kg）
Q22= V1I=182.4×2257.2=411713.28 (KJ) 式中，I为100℃饱和气压下水的汽化潜热2257.2（KJ/Kg）
2.3 热损失Q23 米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%，即：
Q23=15%（Q21+Q22）
2.4 由上述结果得：
Q2=1.15（Q21+Q22）=1.15×（1090865.09+411713.28）=1727965.13（KJ）
3．第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3 3.1 糖化锅中混合醪中的麦醪 已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：
M麦醪=M麦芽+M2=2128+7448=9576（kg）
C麦醪=（M麦芽C麦芽+M2CW）/（M麦芽+M2）
=（2128×1.71+7448×4.18）/9576 = 3.63KJ/(kg.K) t麦醪=（M麦芽C麦芽×18+ M2CW×50）/（M麦醪C麦醪）
=（2128×1.71×18+7448×4.18×50）/（9576×3.63）
= 46.7℃ 3.2 米醪的中间温度 根据热量衡算，按照糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t0。

且忽略热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：
（1）
经第一次煮沸后米醪量为：
M/米醪=M米醪-V=5472-182.4=5289.6(kg) 糖化锅的麦芽醪量为：
M麦醪=M麦芽+M2=2128+7448=9576(kg) M混合=M’米醪+M麦醪 = 5289.6+9576=14865.6（kg）
C混合=（M’米醪C米醪+M麦醪C麦醪）/（M’米醪+M麦醪）
=（5289.6×3.79+9576×3.63）/（5289.6+9576）
=3.68 kJ/（kg·K）
t=（M混合C混合×t混合-M麦醪C麦醪×t麦醪）/（M’米醪C米醪）
=（14865.6×3.69×63-9576×3.63×46.67）/（5289.6×3.79）
=93.4℃ 因此中间温度比煮沸温度只低不到6℃，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。

3.3 Q3 Q3=M混合C混合（70-63）=14865.6×3.69×（70-63）=383978.45（kJ）
4． 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4 由糖化工艺流程可知：
Q4=Q41+Q42+Q43 Q41 为混合醪升温至沸腾所耗热量，Q42为第二次煮沸过程蒸汽带走的热量，Q43 为热损失 4.1 混合醪升温至沸腾所耗热量Q41 （1）根据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪量为：
[M混合(78-70)]/[M混合(100-70)]×100%=26.7% （2）故Q41=26.7%M混合C混合（100-70）=0.267×14865.6×3.69×30=439381.05（kJ）
4.2 二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42 煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：
V2=26.7%M混合×5%×10/60 =26.7%×14865.6×5%×10/60 =33.08(kg) Q42=IV2=2257.2×33.08=74668.18(kJ) 式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg）
4.3 热损失Q43 根据经验有：Q43=15%（Q41+Q42）
4.4 把上述结果代入公式（27）得 Q4=1.15（Q41+Q42）=1.15×（439381.05+74668.18）=591156.61（KJ）
5． 洗槽水耗热量Q5 设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为 M洗=（2280+760）×450/100=13680（kg）
Q5=M洗CW(80-18)=13680×4.18×62=3545308.8(KJ) 6． 麦汁煮沸过程耗热量Q6 6.1 麦汁升温至沸点耗热量Q61 由表2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg混合原料可得到717.9kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃，则进入煮沸锅的麦汁量为：
M麦汁=（717.9/100）×3040=21824.16（kg）
又C麦汁=[2280×1.71+760×1.89+（12008-182.4-33.08）×4.18]/（2280+760+11792.52）
=3.68 KJ/（Kg*K）
Q61=M麦汁C麦汁（100-70）=3.68×21824.6×（100-70）=2409387（KJ）
6.2 煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：
V3=21824.16×0.1×1.5=3273.62（Kg）
Q62= IV = 2259.3×327362.4=7396098.70（KJ）
6.3 热损失为 Q63=15%（Q61+Q62）
6.4 把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热 Q6 = Q61+Q62+Q63 =1.15（Q61+Q62）=1.15×(2409387.26+7396098.70）
=11276308.85（KJ）
7 .糖化一次总耗热量Q总 Q总 = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 = 1606190+1727965.13+383978.45+591156.61+3545308.8+11276308.85 = 19130907.84（KJ）
8 .糖化一次耗用蒸汽用量D 使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3Kj/kg,则：
D=Q总/[（I-h）×η]= 19130907.84/[(2725.3-561.47) ×0.95] =8399.16(kg) 式中，h为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；
η为蒸汽的热效率，取η=95%。

9. 糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax 在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且已知煮沸时间为90min热效率为95%，故：
Qmax=Q6/(1.5×95%)=11276308.85 /(1.5×0.95)=7913199.19(KJ/h) 相应的最大蒸汽耗量为：
Dmax=Qmax/(I-h)= 7913199.19/(2725.3-561.47)=3657.03(KJ/h) 10. 蒸汽单耗 据设计，每年糖化次数为2717次，每糖化一次生产啤酒18403.37×1012=18.62t.年耗蒸汽总量为：
D总=8399.16×2717=22820517.72（kg）
每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：
D1=8399.16/18.62=451.08(kg) 每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：
Dd=8399.16×8=67193.28(kg/d) 至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送进发酵车间，必须尽量回收其中的热量。最后若需要耗用冷冻水，则在以下“耗冷量计算”中将会介绍 最后，把上述结果列成热量消耗综合表，如表3 表3 50000t/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表 名称 规格 （MPa）
每吨消耗定额（kg）
每小时最大用量（kg/h）
每昼夜消耗量（kg/d）
每年消耗量（kg/a）
蒸汽 0.3（表压）
451.08 3657.03 67193.28 22820517.72 四、50000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量衡算 啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类，而后者有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分[8]。不同的发酵工艺，其耗冷量也随之改变。下面以目前我国应用最普遍的锥形罐发酵工艺进行50000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量计算。

4.1 发酵工艺流程示意图 冷却 94℃热麦汁 冷麦汁（6℃）
锥形灌发酵 过冷却至-1℃ 贮酒 过滤 清酒灌 图4 发酵工艺流程 4.2 工艺技术指标及基础数据 年产10°淡色啤酒50000t；

旺季每天糖化8次，淡季为5次，每年共糖化2717次；

主发酵时间6天；

4锅麦汁装1个锥形罐；

10°Bx麦汁比热容c1=4.0KJ/（kg*K）；

冷媒用15%酒精溶液，其比热容可视为C2=4.18 KJ/（kgK）；

麦芽糖化厌氧发酵热q=613.6kJ/kg；

麦汁发酵度55%。

根据发酵车间耗冷性质，可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类，即：Q=Qt+Qnt 4.3 工艺耗冷量Qt 4.3.1 麦汁冷却耗冷量Q1 近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法。使用的冷却介质为2℃的冷冻水，出口的温度为85℃。糖化车间送来的热麦汁温度为94℃，冷却至发酵起始温度6℃。

根据表2啤酒生产物料衡算表，可知每糖化一次热麦汁20945.6L，而相应的麦汁密度为1048kg/m3,故麦汁量为：
G=1048×20945.6=21950.98(kg) 又知100 Bx麦汁比热容C1=4.0KJ/(Kg·k),工艺要求在1h小时内完成冷却过程，则所耗冷量为：
Q1 =[G（t1-t2）]/τ =[21950.89×4.0×(94-6)]/1 =7726748.06(KJ/h) 式中t1和t2——分别表示 麦汁冷却前后温度（℃）
τ——冷却操作过程时间（h）
根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为：
Qf=4Q1=4×7726748.06=30906992.23(kJ) 相应地冷冻介质（2℃的冷冻水）耗量为：
Mf=Q1/[Cm（t4-t3）]= 30906992.23 /[4.18(85-2)]=89084.55(kg/h) 式中，t3和t4——分别表示冷冻水的初温和终温（℃）
Cm——水的比热容[KJ/（kg·K）] 4.3.2 发酵耗冷量Q2 （1）发酵期间发酵放热Q21，假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6kJ/kg。设发酵度为55%，则1L麦汁放热量为：
q0=613.6×10%×55%=33.75(kJ) 根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为21055.79L,则每锥形缺罐发酵放热量为：
Q01=33.75×19374.83×4=2615447.05(kJ) 由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化8锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高温时期耗冷量为：
Q21 =（Q01×1.5×8）/(24×6×4) =(2615447.05×1.5×8)/(24×6×4)] =54488.48(kJ/h) (2)发酵后期发酵液降温耗Q22主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从6℃缓降到-1℃。每天单罐降温耗冷量为：
Q02=4GC1[6-（-1）]=4×21950.98×4.0×7=2458509.76(KJ) 工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装2个锥形罐）：
Q22=（2Q02）/(24×2)=(2×2458509.76)/(24×2)=102437.91(KJ/h) (3)发酵总耗冷量Q2 Q2=Q21+Q22=54488.48+102437.91=156926.39(kJ/h) (45) (4)每酵用冷媒耗量Q0 Q0=Q01+Q02=2615447.05+2458509.76=7073956.81（kg/h）
(5)发酵用冷媒耗（循环量）M2发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出 口温度为-8℃和0℃，故耗冷媒量为：
M2=Q2/（Cw×8）=156926.39/(4.18×8)=4692.77（kg/h）
4.3.3酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3 在锥形罐啤酒发酵过程，主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5—7次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。冷却前无菌水温30℃。用-8℃的酒精液作冷地介质。

由中述条件，可得无菌水用量为：
Gw=19374.83×8×1.0%×3=2324.98(kg/d) 式中 19374.83——糖化一次的冷麦汁量（kg）
假设无菌水冷却操作在2h小时内完成，则无菌水冷却耗量为：
Q3=[GwCw(tw-tw′)]/r =[2324.98×4.18×(30-1)]/2=140917.04(kg/h) 所耗冷冻介质量为：
M3=Q3[cw(t2-t1)]/r=140917.0×4.18×8=2356132.91(kg/h) 式中，t1和t2——冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃。

每罐用于酵母洗涤的耗冷量：
Q3=[GwGm(tw-tw′)]/2=140917.04 式中 2——每班装罐2罐 4.3.4 酵母培养耗冷量Q4 根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h。根据 工厂实践，年产30000t啤酒培养冷量为41800（KJ/h），则 对应的年冷耗量为：
Q4= （5×41800×288）/3=2×107(KJ) 相应的高峰冷冻介质循环量为：
M4 =Q4/[cm(t1-t2)]= （5×41800/3）/（4.18×8）=2083.33(kg/h) 4.3.5发酵车间工艺耗冷量Qt 综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为：
Qt=Q1＋Q2＋Q3＋Q4=30906992.29+156926.39+140917.04+20064000 =51268835.72（KJ/h）
4.4 非工艺耗冷量Qnt 除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁、运转机械、维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量，现分别介绍。

4.4.1露天锥形罐冷量散失Q5 锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热 传导等造成冷量散失。通常，这部分的冷量由经验数据坟取。根据经验，年产2万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在9000-20000kJ/t啤酒之间，若在南方亚热地区设厂，可取高值。故旺季生天耗冷量为：
Q51=18403.37×4×1.012×4000×0.001=2979873.67（KJ/d）
若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷量为：
Q5 =2Q51 /24=248322.81(KJ/h) 冷媒（-8℃稀酒精）用量：
M5=Q5/[Cw(t2-t1)]= 248322.81/(4.18×8)=7425.92（KJ/d）
4.4.2 清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6 因涉及的设备、管路很多，若按前面介绍的公式计算，十分繁杂，故啤酒厂设计时往往根据实验经验选取。通常，取Q6=12%Qt所以：
Q6=12%×51268835.72=6152260.2864(KJ/h) 第七章 设备选择 第一节 设备选择原则 食品工厂设备大体分四个类型：计量和贮存设备、定型专用设备，通风机械设备，在选择设备时，要按下列原则进行。

（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量 （2）一般大型食品厂应选用较先进的机械化程度高的设备，中型厂则看具体备件， 一些产品可以选用机械化、连续化程度高的设备，小型厂则选用较简单的设备。

（3）能设备能充分利用原料，能耗少效率高、体积小、维修方便、劳动强度底， 并能一机多用。

（4）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料不易腐蚀不 致对食品造成污染。

（5）设备结果构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、酸碱度）
（6）在温度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、计数和程序等方面有合理的控制系统，尽量采用自动控制方式。

第二节 设备的选择 啤酒厂一般分为七个车间，分别为：预处理车间，制麦车间，糖化车间，发酵车间，过滤车间，灌装车间，热量供应车间。

一． 预处理车间设备 （1）
筛选设备 1. 磁铁分离器 磁铁分离器可由磁铁和电磁铁组成。考虑到电磁铁需耗电能且结构复杂，维修困难。该设计中选择了永久磁铁的平板式磁铁分离器。它具有结构简单，维护简便，不耗电能等优点，词性退化后，更换磁铁即可。

2．筛选机 筛选机机械有多种不同的构造，发酵工厂较常用的是振动筛和转筒筛。该设计中的大麦粗选机是由筛选与风选相结合的筛选机。还配套一圆筒分级筛，用于大麦精选后的分级。其生产能力大于10t/h。

3. 风选机 啤酒原料大米,麦芽等原料中含有杂草等杂质,所以要用一风选机对其 进行除杂。

（2）粉碎设备 1．六辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛用于粒状物料的中碎及细碎。该设计中采用的是六辊式粉碎机。原因是二辊式粉碎机粉碎麦芽时，粉碎度不易控制，一般用语粉碎大米。六辊式的前两对用光辊，以便皮壳不至粉碎得太细而影响麦汁的过滤操作。第三对用丝辊，将筛选的粗粒粉碎成细粒和细粉。

改进方案：与增湿法结合，使水分在90~120s内水分增加28—30％。与干法比较，经过增湿的麦芽粒大小适宜，谷皮无碎片。后糖化工艺进行中过滤速度比较快，滤汁较澄清，且麦芽汁颜色教浅，涩味较淡。

（3）称量设备 本设计的投料量比较大，所以用传统的倾翻计量称就不再适用，本设计里面使用的是电子计量称，该称为了能够准确的称量，投料过程不能太快，它分为：前容器，称重容器和后容器。

二．制麦车间 把原料大麦制成啤酒生产所需的麦芽的过程将在制麦车间进行。其工艺流程：大麦精选 → 浸渍 → 发芽 → 干燥 （平底浸麦槽）
（萨易拉丁发芽箱）
（单层高效炉）
三．糖化车间 糖化车间是进行麦汁的制备这项重要的工艺。将粉碎后的麦芽和辅料中的非水溶性组成通过酶的分解尽可能的转化成水溶性组分。

工艺流程：
糖化，糊化 → 过滤 —酒花→ 煮沸 → 回旋沉淀 → 冷却 →过滤 该设计中采用的是六锅式即糊化锅，糖化锅，过滤槽，煮沸锅的基础上增加一个过滤槽和煮沸锅。因为糊化锅和糖化锅利用率较低，形成六器组合可增大产量，也为啤酒厂扩建糖化车间所采用的方法。

（1）
糊化，糖化设备 采用不锈钢的糊化锅和糖化锅，而且是球形锅底便于清洗和料液排尽。锅内装有螺旋浆搅拌器及挡板。糊化锅升温速度达0.5℃/min。糖化锅的升温速度达1℃/min。采用点状加热夹套。因为它从加热效果上优于弧形盘管加热器。糖化锅的容积为25m3，糊化锅的容积为18m3。采用的是常压蒸煮。

（2）过滤设备 过滤槽是最古老也是应用最广泛的麦汁过滤设备，过滤槽配置湿法辊粉碎较完善，该设计中采用的是过滤槽对麦汁过滤，将麦糟和麦汁分开。与传统的压滤机法，快速渗出法，膜式压滤机法相比麦汁相对浊度较好，节省原料消耗的优点。

（3）煮沸设备 1. 煮沸锅 煮沸加热设备加热方式有直接加热与间接加热方式。直接加热方式由于操作困难，劳动力强度大，工环境差的原因该设计中不采用而采用间接加热方式。所采用的热源为饱和蒸汽或过热蒸汽。

2. 外加热器 该设计中采用的是外加热盘管的煮沸锅。外加热器克服了内加热器清洗 困难的以及加热时易局部过热的缺点，但是它需要一个大容量的耐热泵，使用动力电耗增加。外加热式煮沸锅除了用于煮沸外还可以兼做回旋沉淀槽，省去了一个设备，另外两个麦汁煮沸锅与一个外加热器组合，煮沸锅兼做回旋沉淀槽和麦汁暂存槽使用。

（4）酒花添加设备 添加系统可采用2个或2个以上的自动添加罐,避免事故发生.麦汁煮沸时 能回收。

（5）麦槽贮罐 被分离出来的麦糟被用来做饲料的原料。

（6）分离设备 1．酒花分离器 煮沸结束后，采用酒花分离器尽快分离出酒花糟。如果使用的是酒花制 品（酒花粉，颗粒酒花，酒花浸膏）或者使用粉碎的酒花，则酒花分离器不再需要。

2．回旋沉淀槽 热凝固物分离的传统方法为自然沉淀法—冷却盘法或沉淀槽法。冷却盘法劳动强度大，麦汁易染杂菌，现在几乎不再使用沉淀槽还需结合离心机和压滤机进行处理。本设计中采用的是回旋沉淀槽法过滤热麦汁，特点是尽可能减小作为过滤介质的麦槽层厚度，以强化过滤速度，又不扩大过滤器的直径。

（7）冷却设备 1．薄板冷却器 麦汁的冷却主要是开放式和密闭式。开放式冷却较封闭式传热效率更低。

本设计中采用的是密闭式冷却器—薄板冷却器。冷却效果好，且冷却温度较易控制。

（8）麦汁通风设备 1．空气过滤器 麦汁通风是使麦汁内含有一定量的溶氧，所以麦汁必须在发酵前需通 入空气，为了不混入杂菌，通入的空气需经过空气过滤器。

2．文丘里管 在冷麦汁进入发酵罐的管路上安装文丘里管，使无菌空气与麦汁充分 混合。

四．发酵车间 （1）酵母培养及添加罐 1. 酵母培养罐 发酵所需酵母通过纯种培养获得的，从优良菌株的获取到培养出满足接种 所需添加量，酵母还须经历实验室扩大培养和生产现场扩大培养两个阶段。该设计中在发酵车间就设计了个酵母培养罐，使生产现场扩大培养在其中实现。

2. 酵母添加罐 实现使酵母添加入准备发酵的麦汁中。

（2）发酵设备 1. 奈塔罐（立式密闭圆柱锥体罐）
奈塔式罐克服了室外开放式易染杂菌等特点。实现了大型化，啤酒质量 均一化，生产合理化，降低主要设备投资，缩短发酵时间等特点。所以该设计中选择了奈塔罐。

（3）清洗设备 1．CIP清洗系统 随着啤酒发酵罐的容量正在逐步增大，这类发酵罐大部分安装在室外，原来的清洗方法已不适宜。必须采用自动化的喷洗设备。本设计中采用的清洗系统，即内部清洗系统，实现清晰消毒的自动化，保证了啤酒生产的无菌程度。

五．过滤车间 （1）配套设备 1． 缓冲罐 直接把管道中的麦汁通入硅藻土过滤机中，因流速与流量太大，必然会影响过滤效果。所以本设计中在发酵完后，麦汁过滤前通入缓冲罐中进行缓冲。

2． 添加罐 实现啤酒生产过程中一些稳定剂，添加剂的添加。

（2）过滤设备 1． 硅藻土过滤机 对于异相物料的分离有过滤，沉降的方法。本设计中通过对固相物质的性质与大小的考虑，认为过滤法更适合。过滤法根据过滤介质的不同可分纤 维滤布和松散粉粒两种。考虑到前者其技术特性受许多因素的影响，如纤维特性，编织纹法等。所以选择了硅藻土过滤机。生产时按滤除粒子的大小，选择不同粒子直径分布的硅藻土作预涂层。

六．罐装车间 1．洗瓶机2．罐装机3．啤酒杀菌机4．贴标机5．装箱机 七．热量供应车间 本设计中选用的是锅炉。作为热量供应设备。

第三节 设备一览图 1：输送设备 2：麦芽筛选机 3：提升机 4：麦芽粉碎机 5：糖化锅 6：大米筛选机 7：大米粉碎机 8：糊化锅 9：过滤槽 10：麦糟输送 11：麦糟贮罐 12：煮沸/回旋槽 13：加热器 14：酒花添加罐 15：麦汁冷却器 16：空气过滤器 17：酵母培养及添加罐 18：发酵罐 19：啤酒稳定剂添加罐 20：缓冲罐 21：硅藻土添加罐 22：硅藻土过滤机 23：啤酒清滤机 24：清酒罐 25：洗瓶机 26：罐装机 27：啤酒杀菌机 28：贴标机 29：装箱机 第八章 重点设备的计算 本章的重点是糖化车间的糖化锅容积及基本尺寸的计算及煮沸锅加热面积的计算。糖化过滤槽容积，冷却器冷却面积的计算。

一．糖化锅容积的计算及基本尺寸 糊化锅投料量=152+760=912（kg）
糊化醪量=912×5+912=5472（kg）
设糊化锅煮沸时，每小时蒸发5%的水分，操作时第一次煮沸40min，则 蒸发量=5472×0.05×（40/60）=182.40（kg）
第一次煮沸的糊化醪量=5472-182.40=5289.6（kg）
糖化醪量=2128+7448=9576（kg）
混合醪的量=5289.6+9576=14865.6 查表得100℃热麦汁的相对密度为1.024kg/L . 则糖化锅有效容积=14865.6/（1.024×1000）=14.52（m3）
设糖化锅充满系数为0.7 则糖化锅的总容积=14.52/0.7=20.74（m3）
其圆筒直径D与高度之比为2：1即H=0.5D D==3.75（m）
D=3.75（m）
H=0.5×3.75=1.87（m）
糖化锅升气管的直径为d ，则0.785d2=(1/50) ×0.785×(3.75)2 d=0.53（m）
二．煮沸锅加热面积的计算 加热面积F F=Q/k△t 按热量衡算：Q=1727965.13/1.5=1151976.75（Kj/h）
△t =t1-t2=126.79-100=26.79℃ （t1为加热蒸汽在绝对压力为2.5kg/㎡时的温度，t2为麦计煮沸时的温度）
传热系数k值的计算：k=（kcal/h C°㎡）
① α2 从加热面到糖化物料的给热系数的计算 α2=0.36()2/3（）1/8 ( )0.14 λ—麦汁的导热系数,在100℃时为0.5(kcal/mh℃) d—搅拌器奖叶直径4.0m D—夹套内直径5m n—搅拌器转数60/60=1(转/秒) ρ—麦汁密度10°в的麦汁密度为1.043㎏/m³ ρ=1.043×10³/9.81=106.5(㎏s²/m4) g—重力加速度9.81m/ s² C—热麦汁比热容, 10°в时为0.98 kca1/㎏. ℃ μ=麦汁粘度 水在100℃时μw=0.248/9810(㎏.s/㎡)测定得麦汁比粘度为1.5, μ麦汁=1.5×0.248/9810=4.35×10﹣5(㎏s/㎡) =1.5 ()0.14≈1 则α2=0.36××()2/3 ×()1/8 ×1 =4450 (kcal/㎡h ℃) ②夹套内蒸汽凝结的给热系数的计算 蒸汽在传热锅底的凝结状态的膜状冷凝考虑 α1=0.068×()1/2 在平均温度100℃时,水的物理系数为: γ=958㎏/m³ μ=(0.248/9810)㎏.s/㎡ λ=0.578(kcal/m.h.℃) C=1 kcal/㎏. ℃ 在3.5㎏/cm²绝对压力下: β=513.1 kcal/㎏ t=138.19℃,壁温为95℃ Δt=138.19-95≈43℃ 得α1=0.068×()1/2 =5260(kcal/m².h.℃) 由于锅底是球形, α倾=α直 θ=45º α1=5260=4840(kcal/m².h.℃) 已知 S—加热面材料厚度,不锈钢板12mm, λ—加热材料导热系数330. k==2138.3(kcal/m².h.℃) 实际热效率比理论降低20﹪ 既k=2138.3×80﹪≈1710(kcal/m².h.℃) 所需加热F===25.14(m²) 三. 糖化过滤槽所需容积计算 按物料计算每次糖化物料总量: G=5289.6+9576-33.08=14832.52(㎏) 糖化醪的密度为1065㎏/m³。

生产需要1.2的空余系数,故所需容积: V=14832.52/1065=13.93 (m³) V总=13.93×1.2=16.71(m³) 四. 麦汁冷却器冷却面积计算 ①第一阶段冷却(冷却介质为深井水) 麦汁温度55℃→25℃ 冷水温度18℃→30℃ 冷却时间1h Q1=CWM醪(t1-t2)/T=14832.52×0.98×(55-25)/1=436076.09(kcal/h) CW=0.98 kcal/㎏. ℃ M醪=14832.52㎏ t1=55℃ t2=25℃ tı′=18℃ t2′=30℃ Δt= ==14.14（℃ ）
现取用薄板冷却器冷却,其传热系数K值取2000 kcal/ m².h.℃ 则F1===15.42(m²) ②第二阶段冷却(冷却介质盐水) 麦汁温度 25℃→6℃ 盐水温度 -8℃→0℃ 冷却时间 1h Q2=14832.52×0.98×(25-6)/1=276181.52 (kcal/ h) Δt′=[(25-0)-6+(-8)]/ln(25/14)=18.96 取K=2000（kcal/ m².h.℃）
F2= ==7.28(m²) 总的换热面积F=F1+F2=15.42+7.28=22.7（m2）
五．酒花分离器 （1）型式 采用圆柱锥底 （2）主要尺寸 直径3.8m 圆柱高1.5 m 锥底高0.5 m 工作压力 1㎏/cm² 搅拌器转速50转/min (3)配用电动机：型号 JQ2 32-6 功率：3000瓦 转速：1000转min 啤酒车间主要设备规范表 序号 设备名称 单位 数量 规范 型号 1 麦芽粉碎机 台 1 要求能力1000㎏/h MF650型 2 糖化煮沸锅 个 1 有效容量25 m³ D=3.75mH=1.87m 3 糖化过滤槽 个 1 有效容量17m3 4 酒花分离器 个 1 直3.8m 高1.5 m 搅拌器转速50转/min 5 沉淀槽 个 有效容量12 m3 6 麦汁冷却器 台 冷却面积=16m2 列管式 7 发酵罐 个 15 200吨/只 A3内涂 8 CIP设备 套 2 100吨/只 9 硅藻土过滤机 台 2 50吨/台 J-BS20 10 清酒罐 只 2 50吨/只 A3内涂 11 灌装设备 套 1 日工作量24万瓶 12 杀菌机 套 YJL96A 第十章 食品工厂卫生问题 食品工厂的卫生是保证食品加工过程不会腐败变质，不受污染因而保证食品的卫生质量是很重要的。

一、卫生设施的要求：
1、食品工厂的车间备有通风设备，吸入空气必须清洁新鲜，没有通风设备 要有气窗，风帽自然通风。北方乳品车间有采暧设备，成品包装应空阔， 保持室温22～24℃。

2、车间有充足照明，照明器不应安装在原料或半成品及成品无盖设备上。

3、车间内有为设备、管道、工器具进行消毒的必要设备、工具。

4、生产车间入口应有洗涤清除身上、鞋上脏物的设施，车间内有男女更衣室，浴室；
成品包装前应设消毒间，北方地区车间内应设有厕所。

二、卫生设施：
1、应该设有与车间相连的更衣室、厕所、工间休息室。

2、车间进口处应该有洗手消毒间，有脚踏洗水盆，并应供应热水。

3、车间内设淋浴室和一定数量的洗手、冲洗、工具的清洁、消费设施。

4、车间内应该有1.5高的白瓷砖墙裙。

5、车间的地面应有一定坡度，便于排水、清洗、消毒。

三、防虫蛇措施：
1、常温自然通风车间应采用一层玻璃窗一层纱窗。

2、门的防蝇、防虫：采取有效的：增设暗道、采用水幕、塑料门帘诱虫灯等。

四、防鼠措施 1、捕捉灭鼠 2、消灭老鼠庇护处 3、断绝老鼠粮食供应 4、采用防鼠建筑物 第十一章 三废处理方案 第一节 废水和节水技术 1．　啤酒废水的产生与特点 啤酒生产工艺流程包括制麦和酿造两部分.二者均有冷却水产生，约占啤酒厂总排水量的65% ，水质较好，可循环用于浸洗麦工序.中、高污染负荷的废水主要来自制麦中的浸麦工序和酿造中的糖化、发酵、过滤、包装工序，其化学需氧量在500～40000 mg.L-1之间，除了包装工序的废水连续排放以外，其它废水均以间歇方式排放。啤酒厂总排水属于中、高浓度的有机废水，呈酸性，pH值为4.5～6.5［7］,其中 的主要污染因子是化学需氧量（CODcr）、生化需氧量（BOD5）和悬浮物（SS），浓度分别为1000～1500，500～1000和220～440mg.L-1［3.啤酒废水的可生化性（BOD5/CODcr）较大，为0.4～0.6［7］，因此很多治理技术的主体部分是生化处理. 2. 废水处理技术　　 目前，国内外普遍采用生化法处理啤酒废水.根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理 法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类. 1。　好氧生物处理　　 好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）.这类方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高.2。活性污泥法、是较有代表性的好氧生物处理方法.活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多 、运行最可靠的方 法，具有投资省、处理效果好等优点.该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池.废水进入曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成. 三 节水技术 1．加强管理：对厂用水进行调整、调查、在资金允许范围内，可在各工段安装水表，对操作用水系统进行统计，奖罚分明。

2．减少清洗对象：这个原则只适用于清洗。

3．关闭不需的水：清洗管的前端安装手动控制阀；
随时开关 4．引进原位清洗系统（CIP）由于自动系统控制，使水用量达最低限度。

5．循环利用单一用途的排水 ①回收凝结水作锅炉供水，蒸发器壳层内蒸汽冷凝水及喷雾干燥空气加热器的冷凝水较纯净，可作锅炉用水。省去软化步骤，还节约用水及能源。

②循环的利用冷凝水，在啤酒工厂里，冷凝的二次蒸汽的冷却水和冷冻间冷藏 器的冷却水用量较大。这些都是单一用途的水，可再循环利用。

第二节 废气处理 一、由锅炉排出这烟气 经旋风除尘器净化后，每小时除烟尘不高于150kg/h，由45m高烟囱排出，低于工业三废的排放标准（170kg/h以下）
二、热管技术在干燥塔余热回收的利用 热管是一种新型传热卡件，它具较好的导热性，可以在温差很小的条件下，高效的传热。

第三节 垃圾处理 工厂的各种垃圾中，如破损玻璃瓶等特殊废物一般为个别处理，其它一般垃圾根据情况变化委托公共卫生机构运出，烧掉处理。在这样的情况下，工人有垃圾堆入外。从卫生角度讲，垃圾堆防虫手段要完备。没特定的垃圾贮存场，应密闭，并经常撒杀虫剂以防止虫害的发生，但因近年因使用化学合成树脂容器处理关系到空气污染，或给清扫、处理废弃物的社会机构带来困难，又产生了新合成树脂容器处理方法，参照废弃物处理条例。

工厂炉渣，堆积到与产品区较远的隐蔽地方，与附近砖厂合作，定时运走。

锅炉排污系统：锅炉连续排污水经连续排污膨胀器，其二次蒸汽供除氧气加热用。锅炉定期排水直接排入排污降温池，其中废水排厂区下水道。

运煤出渣系统：运煤系统没有磁造、破碎、刮板输送机，出渣系统采用田盘出渣，配以翻斗胶轮推车送至渣场。

参考文献 1 金凤燮，安家彦.酿酒工艺与设备选用手册.北京:化学工业出版社,2003 2 张国农.食品工厂设计与环境保护.北京:中国轻工业出版社,2005 3 马海乐.食品机械与设备.北京:中国农业出版社.2004 4 姚玉英.化工原理(上下册).天津:天津大学出版社.2003 5 唐是雯.现代食品发酵技术.北京:轻工业出版社,2002 6 管敦议.啤酒工业手册(上下册).北京:轻工业出版社,1998 7 高孔荣.发酵设备. 北京:中国轻工业出版社,2000 致谢 大学本科的学习生活就将结束,在此,我要感谢曾经教导过我和关心过我的每位老师.他们在我的成长过程中给予了我莫大的关心与鼓舞.本文能够成功的完成,要特别感谢XX老师.正是有了他的耐心的指导才能够让我顺利的完成这篇设计.由忠的祝福各位园丁永远快乐!