年产9.5万吨啤酒发酵罐的设计

内蒙古科技大学本科生课程设计题目：年产9.5万吨啤酒发酵罐工艺设计学生：康晔喆学号：1068121115专业：生物工程班级：2010级1班指导教师：郑春丽摘要1摘要本设计为年产40万吨8°P啤酒厂发酵车间工艺设计，其生产原料为大麦麦芽和大米，生产旺季占全年产量的80%，全年生产天数为300天，设计的主体为发酵车间，主体设备为发酵罐。本设计对啤酒生产线工艺设计中的关键部分—原料的糊化、糖化、麦汁过滤、煮沸、发酵、啤酒过滤进行了工艺论述和选择。设计内容主要包括物料衡算，热量衡算，冷耗衡算，水衡算和设备选型的计算及重点设备选型及计算。本设计的图纸主要包括全厂总工艺流程图、发酵车间设备布置图的平立面图及重点设备的装配图(发酵罐)。关键词：啤酒,发酵,发酵罐,工艺计算摘要2目录摘要.......................................................Ⅰ前言........................................................3第一章啤酒工艺选择与论证................................51.1啤酒原料.............................................61.1.1大麦...........................................61.1.2啤酒糖化的其他原料.............................81.1.3啤酒花和酒花制品...............................81.2麦芽汁制备工艺......................................111.2.1麦芽与大米的粉碎..............................111.2.2糖化原理......................................121.2.3糖化方法及设备................................131.2.4麦芽醪的过滤..................................141.2.6麦汁的处理....................................161.2.7麦汁的充氧....................................181.2.8浸出得率和原料利用率...........................181.2.9最终麦汁质量...................................191.3啤酒发酵............................................191.3.1啤酒酵母......................................191.3.2啤酒发酵机理...................................191.3.3啤酒发酵方法的选择............................201.3.4啤酒发酵工艺..................................21第二章工艺计算.............................................252.1物料衡算................................................252.1.1物料衡算基础数据..............................252.1.21000㎏原料生产8°P啤酒的物料衡算.............252.1.3生产1000L8°P啤酒的物料衡算.................252.1.4年产9.5万吨8°P啤酒发酵罐物料衡算...........26第三章主要工艺计算........................错误!未定义书签。3.1发酵罐的设计.........................错误!未定义书签。3.1.1发酵罐体积的确定...............错误!未定义书签。3.1.2发酵罐个数的确定...............错误!未定义书签。3.1.3发酵罐体积参数确定.............错误!未定义书签。3.1.4发酵罐材料的确定...............错误!未定义书签。摘要33.1.5冷却夹套面积及冷却带宽度计算.....................................错误!未定义书签。参考文献.....................................错误!未定义书签。致谢........................................错误!未定义书签。前言酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒是根据英语Beer译成中文“啤”，称其为“啤酒”，沿用至今。啤酒是以麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，经麦芽汁的制备，加酒花煮沸，并经酵母发酵配制而成的，是一种含有二氧化碳、起泡的、低酒精度的饮料酒。由于其具有独特的苦味和香味，营养成分丰富，含有各种人体所需的氨基酸及多量维生素、泛酸以及矿物质，当前市场需量越来越大，人们的要求也不断地提高。啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，以本地主产淀粉物为主，经麦芽汁的制备、糖化、添加酒花、煮沸、过虑、啤酒酵母发酵等过程，酿造而成含二氧化碳，低酒精浓度的酿造酒。19世纪末，啤酒输入中国。1900年俄国人在哈尔滨市首先建立了乌卢布列希夫斯基啤酒厂；但一直到1935这期间生产技术掌握在外国人手中，生产原料麦芽和酒花都依靠进口。1949年以前，全国啤酒厂不到十家，总产量不足万吨。1949年后，中国啤酒工业发展较快，并逐步摆脱了原料依赖进口的落后状态。1979年产量达到510ML，1986年产量达到4000ML。中国的啤酒于1954年开始进入国际市场，当时出口仅0.3ML，到1980年已猛增到26ML。据研究显示，啤酒里所含的各种组成成份不但有非常高的营养价值，而且还具有良好的医药疗效，具体表现在以下两个方面：一方面，啤酒中酒精含量较低（10度黄啤酒含酒精3％左右），不仅对胃和肝脏没有损害，还可以平缓地促进人体血液循环。另一方面，啤酒中含有烟酸，在维生素B1和B6维持心脏正常活动的同时，烟酸能扩张血管，加速新陈摘要4代谢，因此啤酒对心血管系统有益。自20世纪90年代，中国啤酒行业进入了快速发展的阶段，行业发展至今，中国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。2003-2007年5年间，中国啤酒经济指标取得了一定增长，啤酒产量增加1426万千升，增长56.9%。中国啤酒消费仍有很大的提升空间。从世界范围看，发达国家啤酒的人均消费量增长缓慢，而在经济增长较快地区，如东欧和中国的啤酒需求量和产量增长速度远远高于世界平均增长速度，增速比发达国家高3%。中国啤酒消费存在着地域分布的不均衡性。中国啤酒行业的发展路径与世界啤酒的发展路径基本一致，也就是从发达地区向不发达地区过渡。目前我国经济快速发展，成绩令世界瞩目，啤酒随着经济发展，人民生活水平的提高，逐步从城市走向农村，成为人民大众最喜爱的饮料之一。啤酒生产年增长率在8％～10％左右。我国的发展规划为：2000年达到年产2100万吨，人均年占有量为15L，预计到2010年产量达3000～3500万吨，人均占有量达到世界平均水平。此外我国农业处于世界先列，农作物产量位居世界第一，大麦等啤原料在国内许多地区都有种植，且产量巨大，客观上发展啤酒工业的条件比较成熟。本设计将原料到制成成品啤酒中的各环节涉及的工艺、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述，希望能和各位共同讨论，不足之处请多多指正。内蒙古科技大学5第一章啤酒工艺选择与论证全厂工艺流程图图1-1啤酒全厂工艺流程图粉碎麦芽湿法粉碎糊化蛋白分解糖化回旋分离煮沸麦糟过滤麦汁冷却酒花糟啤酒花充氧冷麦汁主酵添加酵母后熟冷贮排放酵母待滤酒硅胶缓冲罐过滤硅藻土高浓稀释添加剂自来水稀释水水处理袋式过滤精滤清酒袋式过滤器装酒压盖杀菌验酒瓶盖装箱喷码贴标成品酒洗瓶卸箱上瓶验瓶检验大米二氧化碳入库内蒙古科技大学61.1啤酒原料1.1.1大麦自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料，在酿造时先将大麦制成麦芽，再进行糖化和发酵。大麦之所以适于酿造啤酒，是由于：①大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类；②大麦种植遍及全球；③大麦的化学成分适合酿造啤酒；④大麦是非人类食用主粮；大麦按籽粒生长形态分类，可分为六棱大麦、四棱大麦和二棱大麦我国华北地区都种植六棱大麦，南方都种植二棱大麦。二棱大麦是六棱大麦的变种，麦穗上只有两行籽粒，粒子均匀饱满且整齐。二棱大麦的淀粉含量较高，蛋白质的含量相对较低，浸出物收得率亦高于六棱大麦，所以，一般都用二棱大麦。因此，在本设计中选用二棱大麦。1.1.1.1大麦的化学成分（1）水分根据收获季节的气候情况，大麦的水分含量波动在11%-20%之间，适于贮藏的大麦水分应在13%以下。（2）淀粉大麦的淀粉含量占其干物质的58%-65%,大部分是作为贮藏物质存在的。淀粉是大麦的主要贮藏物，存于胚乳细胞壁内。大麦淀粉有大颗粒（20-40微米）和小颗粒（2-10微米）之分。二棱大麦的小颗粒淀粉数占90%，但其质量只占10%左右。淀粉粒中大约有97%的化学纯淀粉，0.5%-1.5%的含氮化合物，0.2-0.7%的无机盐，0.6%的高级脂肪酸。淀粉密度大于水，故在水中下沉。麦芽淀粉酶作用于直链淀粉，几乎全部转化为麦芽糖和葡萄糖，但作用于直链淀粉，除生成麦芽糖和葡萄糖外，尚生成数量相当的糊精和异麦芽糖。糊精是淀粉水解的不完全产物，不能发酵生成醇，其结构与淀粉相似，只是相对分子质量小一些，含7-8个以上的葡萄糖基团。（3）纤维素纤维素占大麦干物质质量的3.5%-7.0%，主要存在于谷皮中，微量存在于胚、果皮和种皮内，是细胞壁的支撑物质。内蒙古科技大学7纤维素无味、无臭、不溶于水，对酶的作用具有相当强的抗力，在制麦中，它不参与麦粒中的代谢作用。（4）半纤维素和麦胶物质半纤维素和麦胶物质是胚乳细胞壁的组成部分。胚乳细胞内主要含淀粉，发芽过程中只有当半纤维素酶将细胞壁分解之后，其他水解酶才能进入细胞内分解淀粉等大分子物质。半纤维素和麦胶物质约占大麦质量的10%-11%，二者具有类似的化学成分。麦胶物质是多糖混合物，能溶于热水，在40至80℃范围内，温度越高，溶解度越大。半纤维素不溶于热水，而溶于稀碱溶液。谷皮中的半纤维素主要含戊聚糖和少量的-葡聚糖及糖醛。胚乳中的半纤维素主要含-葡聚糖及少量戊聚糖。（5）蛋白质大麦中蛋白质含量的高低及其类型，直接影响制麦和酿造工艺以及成品啤酒的质量。按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀形状分为下列四组。①清蛋白清蛋白溶于水和稀的中性盐溶液及碱溶液中，因此麦汁中含有清蛋白。加热时从52℃开始，清蛋白从这些溶液中凝固析出，即随着煮沸的进行而加速凝固。大麦清蛋白是唯一能溶于水的高分子蛋白质。②球蛋白球蛋白是种子的储藏蛋白，占大麦总质量的31%，不溶于纯水，溶于稀酸和稀碱。溶解的清蛋白和球蛋白一样，在90℃以上全部凝固，但是凝固并不完全。球蛋白是对啤酒稳定性有害的主要成分之一。③醇溶蛋白醇溶蛋白不溶于纯水及盐溶液，也不溶于无水乙醇，而溶于体积百分数为50%—90%的无水乙醇溶液或酸碱溶液，经加热不凝固。某些醇溶蛋白是造成啤酒浑浊和氧化浑浊主要成分。醇溶蛋白约占大麦蛋白质总量的38%，是麦糟蛋白质的主要成分。④谷蛋白谷蛋白不溶于中性盐溶液和纯水，溶于稀碱。谷蛋白和醇溶蛋白使构成麦糟蛋白质的主要成分。谷蛋白也有四有组分组成，约占大麦总蛋白量的29%。1.1.1.2啤酒酿造对大麦的质量要求1.1.1.2.1感官检验（1）外观和色泽收获良好的大麦，应具有光泽，呈纯淡黄；不成熟大麦呈微绿色；收割前后