年产15万吨12典啤酒厂糖化车间设计.docx

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）题目年产 15 万吨 12°经典啤酒厂糖化车间设计 （煮沸锅）学院食品与生物工程学院专业班级生工 111 班学生姓名#指导老师王路成绩2015年 6月 30日齐齐哈尔大学毕业设计(论文)摘要经典啤酒口味新鲜、 酒花香味突出、 泡沫洁白细腻并且营养丰富，是人们所喜爱的饮料之一。它是一种绿色食品。随着人们健康意识的增加，啤酒消费将出现热潮。啤酒是以麦芽和大米为主要原料， 添加酒花，采用啤酒酵母发酵酿制而成的一种低二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。 本设计对 15 万吨 12°经典啤酒厂进行生产工艺流程论证，物料衡算，糖化工段热量衡算， 水量衡算等等。 并对啤酒厂主要设备的体积， 外形尺寸，壁厚，附件及重点设备煮沸锅进行研究设计。 糖化方法采用双醪浸出糖化法。在降低能耗、减少水污染、啤酒糟的回收与利用等方面进行了探讨研究。关键词： 啤酒厂；工艺论证；物料衡算；热量衡算；煮沸锅I齐齐哈尔大学毕业设计(论文)AbstractThe classic beer tastes fresh and light. The hops fragrance from the beer is prominenThe bubble of it is white and exquisite.And also the nutrition is rich. It is a Green food. Withthe increase in health awareness, beer consumption will appear boom.The beer uses malt and rice as the main raw materials, adding hops and also with some beer yeast to ferment and brew. It ones kind of drinking wine which including low Carbon Dioxide, sudsy and low alcohol degree. An production process demonstration for the design of 1500,000 tons of 12 light beer and also Production material balance, Glycosylated section heat balance, Calculation of consumption of cold on fermentation section， Water balance were carried on. The brewery of the volume of the major equipment, profile size, area, the thickness of cylinder, attachment, the major equipment of Boiling Pot has been designed and researched.The method of Glycosylated use double-infusion mashing syetem. The reducion of power consumption,.water pollution, recovery and utilization of brewer's grains were researched and discussed.Key words: Brewery; Technology demonstration; Materials balance calculate; Heat balance calculate; Boiling potII齐齐哈尔大学毕业设计(论文)目录摘要 . .IAbstract .II第 1 章绪论 . .11.1啤酒的起源 .11.2我国啤酒工业发展简况 .11.3啤酒的种类 .21.4厂址选择 .31.4.1厂址选择的原则 .31.4.2厂址选择依据 .31.4.3厂址的地点及条件 .41.4.4自然条件 .41.4.5工厂占地面积估算 .5第 2 章工艺选择及论证 . .52.1啤酒生产工艺流程 .52.2啤酒酿造原辅料 .62.2.1麦芽.62.2.2大米.62.2.3酒花.72.2.4酿造用水 .72.3糖化工艺. 82.3.1糖化方法 .82.3.2糊化方法及工艺 .82.3.3过滤.82.3.4麦汁煮沸 .92.3.5麦汁后处理 .11第 3 章三大衡算 . .123.1糖化车间的物料衡算 .123.2150000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算 .173.2.1糖化用水耗热量 .173.2.2第一次米醪煮沸耗热量 .183.2.3第二次煮沸前混合醪升温至 70的耗热量 . .193.2.4第二次煮沸混合醪的耗热量 .203.2.5洗糟水耗热量 .223.2.6麦汁煮沸过程耗热量 .22I齐齐哈尔大学毕业设计 ( 论文 )3.2.7糖化一次总耗热量 .223.2.8糖化一次耗用蒸汽量 .223.2.9糖化过程每小时最大蒸汽耗量.233.2.10蒸汽单耗 .233.3耗水量衡算 .233.3.1工艺用水 .233.3.2啤酒生产用水量衡算 .25第 4 章糖化车间主要设备选型计算 . .264.1麦芽粉暂贮槽 .264.2大米粉暂贮槽 .264.3糊化锅 .274.4糖化锅 .274.5过滤槽 .284.6回旋沉淀槽 .28第 5 章重点设备计算及论证 . .295.1容积和直径 .295.2圆柱筒体的厚度计算 .305.3锅体下封头的选择与厚度计算 .315.4锅体上封头的选择与计算 .315.5内加热器的计算 .325.6换热器的面积 .365.7换热器蒸汽进管的计算 .365.8麦汁排醪管径计算 .375.9麦汁倒醪入口管径计算 .375.10锅重及支座选型 .375.11升气管 .385.12人孔.385.13视镜.39第 6 章啤酒厂的三废治理 . .396.1 三废治理 .396.1.1啤酒厂废水来源 .406.1.2啤酒厂废水的分类 .406.1.3啤酒废水处理方法 .406.2 副产物的利用 .416.2.1麦糟的利用 .416.2.2二氧化碳的回收 .41结论 . .43参考文献. .44附录 . .45II齐齐哈尔大学毕业设计(论文)致谢 . .46III齐齐哈尔大学毕业设计(论文)第1章绪论1.1啤酒的起源啤酒是世界上历史最悠久且分布范围最为广泛的饮料。 啤酒的酒精度低、 营养丰富并且有益于人的身体健康，因而有“液体面包”之美称， 受到众人的喜爱。啤酒距今大约已有 9000 多年的历史，起源于古代的巴比伦和亚述地带、幼发拉底河、底格里斯河流域、尼罗河下游和九曲黄河之滨，后传入欧美及东亚等地。公元前 3000 年左右，古埃及人就已经开始使用啤酒和葡萄酒来作为饮料。 随着科学技术以及生产实践的不断进步，啤酒酿造技术也同样日趋完善， 公元 9 世纪日耳曼人在啤酒酿造中使用酒花来代替香料，使得啤酒酿造技术向前跨进了一大步。 18 世纪后期，由于欧洲资产阶级的兴起和产业革命的发展， 使得科学技术取得了极大的进步， 啤酒工业开始从手工业生产模式转变成为大规模机械生产模式。1.2我国啤酒工业发展简况我国啤酒工业开始于近代。 19 世纪末，帝国主义的侵略我国，我国啤酒产业开始进入市场消费模式。 1900 年，沙皇俄国在哈尔滨八王子建立了乌卢布列夫斯基啤酒厂这是我国建立的第一个啤酒厂，即现在的哈尔滨啤酒厂前身。 5060 年代，随着国家经济的复苏与发展，政府开始斥资兴建啤酒厂，我国啤酒工业初具规模。80 年代，随着经济的快速增长，我国啤酒产业得到了空前的发展，啤酒消费及生产能力也随之提高，我国也随之成为了啤酒大国。2014 年，世界经济持续“复苏疲弱”状态，中国国内经济情况同样受到影响，从而使我国的酿酒行业进入了调整期。啤酒行业则开始了销量减少，盈利增长的模式。至2015 年，中国啤酒产业进入发展的重要时期，是由成长期进入成熟期的关键时期2 。早期的啤酒生产， 啤酒生产工艺及添加剂的使用极其落后， 科研水平不高，其监控过程大多采用人工方式，随着啤酒生产量的加大，也使得工作人员的人工任务量过大，使得啤酒产量无法达到人们所需求的量，同时也容易出现质量问题。虽然采用了一些监控设备，但其控制简单、可视性差，不能良好地完成对啤酒生产过程的控制，使得所生产的啤酒产品质量不高。 随着我国啤酒工业水平的迅猛发展，啤酒酿造技术也在不断改进创新，传统啤酒酿造技术已经被打破，尤其是在添加剂的使用、啤酒的后修饰等方面更为突出。啤酒酿造设备也在不断完善，从而啤酒产量及品质更加完善。1齐齐哈尔大学毕业设计(论文)本设计内容为， 年产 15 万吨 12°P 经典啤酒糖化车间的设计， 重点设备为煮沸锅。了解经典啤酒酿造工艺及原料， 对啤酒生产过程中进行物料衡算、 热量衡算、耗冷量计算。并对重点设备进行设计与选型。绘制工艺流程图、厂区平面图及设备图。1.3啤酒的种类啤酒是全世界分布最广， 也是历史最悠久的酒精性饮料，啤酒酒精含量低、营养丰富、有益于人的健康，因而有“液体面包”之美称，受到众人的喜爱。我国最新的国家标准规定： 啤酒是以大麦芽 （包括特种麦芽） 为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精度（2.5 7.5， V/V ）的各类熟鲜啤酒。啤酒品种很多，一般可根据生产方式、产品浓度、啤酒的色泽、杀菌种类、啤酒的包装容器、啤酒发酵所用的酵母菌等种类来分类。1. 根据麦汁浓度性质分类啤酒酒标上的度数并非指酒精度， 它的含义为原麦汁浓度， 即啤酒进罐发酵时的原麦汁浓度。主要的度数有 18、16、14、 12、11、10、8 度啤酒。日常生活中我们饮用的啤酒多为 11、12 度啤酒。2. 根据啤酒色泽分类（1）淡色啤酒：色度在 5-14EBC 之间。淡色啤酒是啤酒中最为常见的一种。浅色啤酒又分为浅黄色啤酒、金黄色啤酒。浅黄色啤酒口味淡爽，酒花香味突出。金黄色啤酒口味清爽而醇和，酒花香味也突出。（2）浓色啤酒：色泽呈红棕色或红褐色，色度在 14-40EBC 之间。浓色啤酒麦芽香味突出、口味醇厚、酒花苦味较清。（3）黑色啤酒：色泽呈深红褐色乃至黑褐色，产量较低。黑色啤酒麦芽香味突出、口味浓醇、泡沫细腻。3. 根据杀菌种类分类（1）鲜啤酒：不经巴氏杀菌出产的啤酒。鲜啤酒味道鲜美但易变质，保质期仅为7 天左右。（2）熟啤酒：经过巴氏灭菌的啤酒。啤酒保质期为120 天。2齐齐哈尔大学毕业设计(论文)1.4厂址选择1.4.1厂址选择的原则（1）厂址选择需要依照国家的法律法规以及建设前期工作规定进行，且需要符合工业布局及所在地区的城市规划要求。（2）厂址选择需要符合国家现行土地管理及环境保护法的相关规定，应充分利用该地区的有利条件，例如人力、物力、财力及自然资源。避开并克服不利条件，如节约用地，远离自然保护区及风景名胜，有利于三废处理。（3）厂址选择应处于交通便利的地方，使企业接近原料、产地及消费区，降低企业成本；使得总体经济效益提高，提升企业水平。1.4.2厂址选择依据说明所选厂址的自然条件及其具备的技术经济条件，并附有说明材料。 通常包括以下 10项：（1）地理位置及厂址环境说明厂址所在地理图上的坐标、海拔高度；行政归属及名称；厂址近邻距离与方位 （包括城镇、河流、铁路、公路、工矿企业及公共设施等） ，并附上比例 1：50000 的地理位置图及厂址地形测量图。（2）厂址场地外形、 地势及面积 说明可利用的场地、地势坡度及现场平整措施，附上总平面布置规划方案图。（3）厂址地质与气象 说明土壤类型、地质结构、地下水位及厂址地区全年气象情况。其中风向、风速变化情况的表示法， 详见本章附件资料说明。（4） 土地征用及迁民情况说明土地征用有关事项、 居民迁居的措施等。（5）交通运输条件 说明依据地区条件，提出公路、铁路、水路等可利用的运输方案及修建工程量。（6）原材料、燃料情况说明其产地、质量、价格及运输、贮存方式等。（7）给排水方案 说明依据地区水文资料，提出对厂区给水取水方案及排水或污水处理排放的意见。（8） 供热供电条件 说明依据地区热电站能力及供给方式， 提出所建厂必须采取的供热供电方式及协作关系问题。 ，（9）建筑材料供应条件 说明场地施工条件及建筑厂房的需要，提出建筑材料来源、价格及运输方式问题，尤其就地取材的协作关系等。3齐齐哈尔大学毕业设计(论文)（10） 环保工程及公共设施 说明厂址的卫生环境和投产后对地区环境的影响，提出三废处理与综合利用方案及地区公共福利和协作关系的可利用条件等。1.4.3厂址的地点及条件本设计的厂址选择在黑龙江省龙江县。龙江县位于黑吉蒙三省区交汇处、齐齐哈尔市西部、雅鲁河畔，地处大兴安岭南麓与松嫩平原过渡地带，西邻内蒙古自治区，距齐齐哈尔市 72 公里，距满洲里市 600 公里。龙江县位于三省交界处，交通便利，战略位置突出，具有很强的市场潜力和辐射力。在这里建厂，原因有以下几个方面：第一：市场广阔。优越的地理位置、庞大的消费市场、辽阔的辐射区域，为投资者提供了广阔的市场前景。第二：劳动力资源丰富。1.4.4自然条件1.气候龙江县属于中温带大陆性季风气候，春季风大少雨干旱，夏季温热短促，雨热同季，秋季气温变化迅速，易旱霜，小气候特征明显，冬季漫长寒冷干燥。年平均气温4.6，最冷月平均气温为 -16.9，极端最低气温达 -36.4；最热月平均气温 22.9，极端最高气温达 41.5。降水量西北多，东南少，年平均降水量 469.8 毫米。年平均温度 55%，最小相对湿度为 0%。无霜期比较短，年平均无霜期 148 天。全年日照 2661.1 小时，占可照时数的 59.8%。年平均风速每秒 2.9 米，最多风向为西北风。年平均蒸发量 1503.4 毫米，大于等于 10活动积温平均在 2774.8。主要气象灾害有干旱、洪涝、大风、冰雹、霜冻、雷暴等自然灾害，尤以干旱严重。2.水资源龙江县内流域面积 100 平方公里以上的河流主要有嫩江、 雅鲁河、济沁河、绰尔河、罕达罕河等 29 条，总长度 1111.63公里。主要湖泊有龙江湖、调洪泡、鸿雁泡等 3 个，水面面积 33km3，均为淡水湖泊。全县地表、地下水资源总量 8.9 亿立方米，目前可利用利用水量为 6.9 亿立方米，实际年利用量为： 2.8 亿立方米占水资源总量的 31.5%。根据龙江县水资源开发利用规划报告，全县地表水资源量为3.2 亿立方米，全县地下水总补给量为4.85 亿 m3；/a在河谷平源最为丰富， 在山前台地中地下水资较贫乏， 地下补给量主要是大气降水渗入补给，占总补给量 78.71%，最小为渠系渗入量，仅占 2.47%。采用开采量系数计算的可开采量为 3.86 亿 m3/a。4齐齐哈尔大学毕业设计(论文)1.4.5工厂占地面积估算估算该啤酒厂占地面积为8-10 万平方米。第 2 章工艺选择及论证2.1啤酒生产工艺流程啤酒生产分为两大部分： 麦芽制造和啤酒酿造。 过去建造的啤酒厂规模比较小，将麦芽制造作为啤酒厂的一个车间， 即麦芽车间。 随着建厂规模的扩大，新建啤酒厂往往不再建麦芽车间，而是由专门的麦芽厂商供应，这样可降低成本、便于管理。啤酒酿造工艺流程：大米粉碎机糊化锅加酒花麦芽粉碎机糖化锅过滤槽煮沸锅沉淀槽灌装灭菌清酒罐过滤机发酵罐冷却器扩培罐5齐齐哈尔大学毕业设计(论文)2.2啤酒酿造原辅料2.2.1麦芽麦芽是啤酒生产的主要原料，生产中是先将大麦制成麦芽，再用来酿造啤酒。将大麦在人工控制的外界条件下进行发芽和干燥的过程，即为麦芽制造，简称“制麦 ”。发芽后的新鲜麦芽称绿麦芽。绿麦芽经干燥后称干麦芽。麦芽应外观整齐，除根干净，不含杂草、谷粒、尘埃、枯芽、半粒、霉粒、损伤残缺粒等。麦芽应有一定的颜色及光泽， 如浅色麦芽，与大麦一样应具有淡黄色而有光泽，深色麦芽，应呈琥珀色、深褐色且有光泽。发霉的麦芽呈绿色、黑色活红斑色；含铁质的水也能影响麦芽的色泽。使其发暗。麦芽应有特殊的香味，不应有霉味，潮湿味，酸味、焦苦味及烟熏味等，麦芽香味与麦芽类型有关，浅色麦芽香味轻些，深色麦芽香味重些，长期储存或保管不善的麦芽会逐渐失去其固有的香味。2.2.2大米大米是最常用的辅助原料。添加大米的啤酒，色泽浅、口味清爽、泡沫细腻、酒花香味突出、非生物性好。大米淀粉含量高，蛋白质、多酚类物质、脂肪含量较麦芽低。大米主要为啤酒酿造提供淀粉来源，一般大米用量为 25%45%。大米中，淀粉含量比大麦、玉米高出 10%20%，蛋白质含量比两者低 3%左右，使用大米代替部分麦芽，可以提高发酵醪糖浓度并减少含氮组分。有利于提高出酒率并改善啤酒风味。6齐齐哈尔大学毕业设计(论文)2.2.3酒花酒花是酿制啤酒的一种贵重原料， 它可以赋予啤酒特殊的清香和适口的苦味， 可增加啤酒的防腐能力，并有利于啤酒泡沫的持久性。酒花在啤酒酿造中最主要的成分是酒花树脂、 酒花油和多酚物质， 它们赋予啤酒特有的苦味和香味。（1）酒花树脂酒花树脂是啤酒苦味的主要来源，主要成分是酸和 酸以及其氧化产物。（2）酒花油酒花中含 0.5% 2.0%的酒花油，为黄绿色至棕色液体，易挥发，溶于乙醚、酯及浓乙醇，不溶于水和麦汁。酒花油一直被认为是酒花香味的主要来源。（3）多酚物质酒花含 4%10%的多酚物质，它是非结晶混合物，也是影响啤酒风味和引起啤酒浑浊的主要成分。低分子的多酚对啤酒是有益的， 可以增加啤酒的醇厚性，但是氧化了的高分子多酚则会导致啤酒风味生硬粗糙。 同时多酚物质有沉淀蛋白质的作用， 使麦汁澄清，但是这种作用会持续到装瓶后的成品啤酒中， 导致啤酒浑浊， 所以在生产中要很好的控制酒花多酚。2.2.4酿造用水啤酒的主要成分是水， 所以水的好坏对啤酒的影响很大。 用于酿造啤酒的水应该是无色、透明、无沉淀、无味、总溶解盐 150200mg/L、pH 值 6.8 7.2、有机物（高锰酸钾耗氧量） 03mg/L 、铁盐（以 Fe 计） 0.3mg/L 、锰盐（以 Mn 计） 0.1mg/L、氨态氮（以 N 计） 0.1mg/L、氯化物（以 Cl 计） 20 60mg/L、游离氯 0.1mg/L。质量指标应符合啤酒大麦国家标准。通常，软水适于酿造淡色啤酒， 碳酸盐含量高的硬水适于酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为：无色，无臭，透明，无浮游物，味纯正，无生物污染；硬度低；铁、锰含量低（含量高对啤酒的色、味有害，而且能引起喷涌现象） ；不含亚硝酸盐。7齐齐哈尔大学毕业设计(论文)2.3糖化工艺2.3.1糖化方法糖化是指将麦芽和辅料中的高分子贮藏物质及其分解产物， 通过麦芽中各种水解酶类作用，以及水和热力作用，使之溶解并溶解于水。糖化一般分为浸出糖化法和煮出糖化法两大类， 本次工艺主要采用浸出糖化法中的双醪浸出糖化法。糖化醪与糊化醪兑醪后， 醪液不再煮沸， 而是直接在糖化锅升温，达到糖化各阶段所要求的温度。 由于只有部分醪液进行煮沸， 胚乳细胞壁的高分子麦胶物质及其他杂质溶出较少，所制麦汁色泽浅，粘度低，口味柔和，发酵度高，特别适合酿造浅色淡爽型啤酒喝干啤酒；而且操作简单，糖化时间短。设计采用双醪浸出糖化法，料水比为1:3.5。为了提高日糖化批次以达到增产的目的 , 糖化方法应采用双醒浸出法比较合理 , 它结合了传统“煮出法” 和“浸出法” 两方面的特点 , 仅对辅料进行一次煮沸 , 兑醒后全部采用浸出法步骤 , 工艺过程较简单 ,操作也易于控制 , 在原有的一个糊化锅和一个糖化锅设备条件下, 只需要增加一个糖化锅 , 同时 , 加强麦汁过滤和煮沸的能力 , 日糖化批次就可以提高一倍 , 生产设备的利用率和灵活性均有所提高 1 。2.3.2糊化方法及工艺在啤酒糖化过程中， 糊化是啤酒糖化过程中的重要步骤， 在糊化过程中淀粉浓度高 , 则在升温过程中形成的高粘度 ,影响淀粉的吸水膨胀 , 造成糊化不均匀。因此 , 淀粉糊化须在一定浓度下才能顺利的进行 ,淀粉浓度越低 ,淀粉与耐高温一淀粉酶的接触越好 ,糊化效果也越好 3 。进入糊化锅中的料水比为1:4.5。辅料采用较大加水比进行糊化，并尽可能利用外加 -淀粉酶，协助糊化、液化，避免添加过多的麦芽，在糊化煮沸时，促进皮壳溶解和形成焦糖、类黑精。辅料糊化醪一次倒入糖化锅。 经糊化后的大米醪与麦芽醪混合后，直接经过 68保温 30min，升温到 78保温 15min 到过滤温度，然后过滤。2.3.3过滤糖化过程结束后， 对糖化醪中的可溶性浸出物与不溶性的麦糟进行分离的过程。在最短的时间内尽可能获得多的澄清麦汁。 过滤在整个生产中虽然工艺参数较少， 但操作技术却是要求最高的一个过程。 过滤控制不当， 不仅影响到最终麦汁产量，而且会给啤酒的泡沫、风味、非生物稳定性等带来不良的影响。8齐齐哈尔大学毕业设计(论文)麦芽醪的过滤设备，通常有三类：（1）依赖于液柱静压力为推动力的过滤槽法。（2）依靠泵送醪的正压力为推动力的压滤机法。（3）依赖于液柱正压力和麦汁泵抽吸局部负压的渗出过滤槽法。本设计采用压滤法：板框式压滤机是由容纳糖化醪的框和分离麦汁的滤布及收集麦汁的滤板各若干组组成过滤元件，再配以顶板、支架、压紧螺杆或液压系统组成。采用此法麦汁收得率高，可实现自控，而且操作费用低、水耗小。糖化醪过滤多采用过滤糟进行间歇操作， 包括：过滤槽预热、 进醪、静置、打回流、过滤得头号麦汁、洗糟得洗涤麦汁。2.3.4麦汁煮沸（1）煮沸工艺采用低压煮沸法，通过调节麦汁煮沸时蒸汽压力，使得麦汁煮沸时煮沸强度低于2，同时麦汁在煮沸前通过真空冷却器，形成1.2%以上的后蒸发量，从而使麦汁蒸发强度降低，但蒸汽耗量减少，以达到节能的目的。煮沸时间过长影响啤酒口感，通过优化煮沸条件，同样可以达到啤酒的口感标准，同时减少能量损失，满足工艺要求4 。（2）操作过程由板框过滤机泵入煮沸锅的麦汁液位置达到一定高度后， 开始向列管加热器通入蒸汽，令麦汁保持沸腾 60min，蒸发强度 10%，当出现溢锅时，打开冷却水阀门，冷水通过冷环管进入锅内，同时关蒸汽阀，降低蒸发强度。本设计采用列管加热器加热， 内加热器由于结构紧凑， 不需要动力， 有利于节省蒸汽耗量，还省去了其他外加热器的附件，节省了成本投资。酒花分两次添加：第一次，煮沸 510 分钟，添加总量的 30%40%；第二次，煮沸 30 45 分钟，添加总量的 60% 70%