年产10万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计

陈新第1页2020-9-18年产10万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计一、啤酒生产相关知识简介1.1啤酒酿造工艺流程图1啤酒酿造图1：原料贮仓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：外加热器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1.2酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是大麦，水，酵母，酒花。1.3麦汁的制备其主要过程有原辅料粉碎，糖化，醪液过滤，麦汁煮沸，麦汁后处理等几个过程。啤酒是发酵后直接饮用的饮料酒，因此，麦汁的颜色，芬香味、麦汁组成有一些会影响啤酒的风味、有一些影响发酵、最终也影响啤酒的风味。麦汁组成中影响发酵的主要因子是：原麦汁浓度、溶氧水平、pH值、麦汁可发酵性糖含量、α-氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。1.4啤酒的发酵冷却后的麦汁添加酵母以后，便是发酵的开始，整个发酵过程可以分为：酵母恢复活力阶段，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，以麦汁中的氨基酸为主要的氮源，可发酵糖为主要的碳源，进行呼吸作用，并从中获取能量而发生繁殖，同时产生一系列的代谢副产物，此后便在无氧的条件下进行酒精发酵。陈新第2页2020-9-18二、30000t/a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）等。2.1糖化车间工艺流程示意图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。图2啤酒厂糖化车间工程流程示意图2.2工艺技术指标及基础数据根据表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100L10°淡色啤酒的物料衡算，最后进行30000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。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78原料配比麦芽70大米30无水大米浸出率90啤酒损失率（对热麦汁）冷却损失7发酵损失2原料利用率98过滤损失1麦芽水分6装瓶损失2大米水分12总损失122.3100kg原料（70%麦芽，30%大米）生产10°淡色啤酒的物料衡算(1)热麦计算根据表1可得到原料收率分别为：麦芽收率为：78%×(100-6)%=73.32%大米收率为：90%×(100-12)%=79.2%混合原料收得率为：（0.70×73.32%+0.30×79.2%）98%=73.58%由上述可得100kg混合料原料可制得的10°热麦汁量为：（73.58%×100）÷10%=735.8(kg)又知10°麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：735.8÷(1.084×1000)×1000×1.04=705.93(L)(2)冷麦汁量为：705.93×(1-0.07)=656.52(L)(3)发酵液量为：656.52×(1-0.02)=643.39(L)(4)过滤酒量为：643.39×(1-0.01)=636.95(L)(5)成品啤酒量为：636.95×(1-0.02)=624.22(L)2.4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624.22L，故可得以下结果：（1）生产100L10°淡色啤酒需耗混合原料量为：（100/624.22）×100=16.02(kg)（2）麦芽耗用量为：16.02×70%=11.21(kg)陈新第3页2020-9-18（3）大米耗用量为：16.02-11.21=4.81(kg)（4）酒花耗用量：对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故为：(100/624.22)×735.8×0.2%=0.24(kg)（5）热麦汁量为：（16.02/100）×705.93=113.09(L)（6）冷麦汁量为：（16.02/100）×656.52=105.18(L)（7）湿糖化糟量设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：[（1-0.06）（100-78）/（100-80）]×11.21=11.59(kg)而湿大米糟量为：[（1-0.12）（100-90）/（100-80）]×4.81=2.12(kg)故湿糖化糟量为：11.59+2.12=13.71(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：[（100-40）/（100-80）]×0.24=0.72(kg)2.530000t/a10°淡色啤酒酿造车间物料衡算表设生产旺季每天糖化8次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次数为1800次。由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。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30000t/a啤酒生产混合原料Kg10016.022638.34+94.75×106大麦Kg7011.211846.843.325×106大米Kg304.81791.51.425×106酒花Kg1.500.2439.537.12×104热麦汁L705.93113.0918628.7133.53×106冷麦汁L656.52105.1817324.731.19×106湿糖化糟Kg72.3511.591909.243.44×106湿酒花糟Kg4.500.72118.602.13×105发酵液L643.39103.0716978.3530.56×106过滤酒L636.95102.0416808.430.26×106成品啤酒L624.22100.0016469.0429.64×106备注：10度淡色啤酒的密度为1012kg/m3三、30000t/a啤酒厂糖化车间的热量衡算二次煮出糖化法是啤酒常用的糖化工艺，下面就以为基准进行糖化车间的势量衡算。工程流程示意图如图2所示，其中的投料量为糖化一次的用料量（计算参表2）3.1糖化用水耗热量Q1根据工艺，糊化锅加水量为：G1=（791.5+158.3）×4.5=4274.1(kg)式中，791.5kg为糊化一次大米粉量，158.3kg为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）陈新第4页2020-9-18图3啤酒厂糖化工艺流程图而糖化锅加水量为：G2=1688.54×3.5=5909.89(kg)式中，1688.54kg为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即1846.84-158.3=1688.54(kg)而1846.84kg为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为：GW=G1+G2=4274.1+5909.89=10183.99(kg)(1)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=(G1+G2)cw(t1-t2)=10183.99×(50-18)4.18=1362210.5(KJ)(2)3.2第一次米醪煮沸耗热量Q2由糖化工艺流程图（图3）可知:Q2=Q21＋Q22＋Q23(3)3.2.1糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃的耗热量Q21Q21=G米醪C米醪（100-t0）(4)(1)计算米醪的比热容G米醪根据经验公式G容物=00.1[(100-W)c0+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[（100-12）1.55+4.18×12]=1.87KJ/(Kg·K)C米醪=（G大米c大米+G麦芽c麦芽+G1cw）/(G大米+G麦芽+G1)（5）=(791.5×1.87+158.3×1.71+4274.1×4.18]/(791.5+158.3+4274.1)=3.76KJ/(Kg·K)(2)米醪的初温t0设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则t0=[（G大米c大米+G麦芽c麦芽）×18+G1cw×50]/(G米醪C米醪)（6）=[(791.5×1.87+158.3×1.71)×18+4274.1×4.18×50]/（5183.9×3.76）=47.5℃其中G米醪=791.5+158.3+4274.1=5183.9（kg）陈新第5页2020-9-18（3）把上述结果代如1中，得：Q21=5183.9×3.76（100-47.5）=1023301.86KJ3.2.2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=G米醪×5%×40/60=5183.9×5%×40/60=172.80Kg（7）故Q22=V1I=172.80×2257.2=390036.637KJ（8）式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（KJ/Kg）3.2.3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）（9）3.2.4由上述结果得：Q2=1.15（Q21+Q22）=1.15（1023301.86+390036.637）=1625339.28KJ（10）3.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3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。3.3.1糖化锅中麦醪中的t已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：G麦醪=G麦芽+G2=1688.54+5909.89=7598.43kg(11)c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）=（1688.54×1.71+5909.89×4.18）/（1688.54+5909.89）（12）=3.63KJ/(kg.K)t麦醪=（G麦芽C麦芽×18+G2Cw×50）/（G麦醪C麦醪）=（1688.54×1.71×18+5909.89×4.18×50）/（7598.43×3.63）（13）=46.67℃3.3.2根据热量衡算，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：G混合=G米醪+G麦醪=5183.9+7598.43=12782.33Kg（14）C混合=（G米醪C米醪+G麦醪C麦醪）/（G米醪+G麦醪）（15）=（5183.9×3.76+7598.43×3.63）/12782.33=3.68kJ/（kg·K）t=（G混合C混合×t混合-G麦醪C麦醪×t麦醪）/（G米醪C米醪）（16）=（12782.33×3.68×63-7598.43×3.63×46.67）/（5183.9×3.76）=86℃3.3.3Q3Q3=G混合C混合（70-63）=12782.33×3.68（70-63）=329272.821（kJ）（17）3.4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（18）3.4.1混合醪升温至沸腾所耗热量Q41（1）经第一次煮沸后米醪量为：G/米醪=G米醪-V=5183.9-172.80=5011.1(kg)（19）糖化锅的麦芽醪量为：G麦醪=G麦芽+G2=1688.54+5909.89=7598.43(kg)（20）故进入第二次煮沸的混合醪量为：G混合=G/米醪+G麦醪=5183.9+7598.43=12782.33(kg)（21）陈新第6页2020-9-18（2）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：[G混合(78-70)]/[G混合(100-70)]×100%=26.7%（22）（3）麦醪的比热容c麦醪=（G麦芽C麦芽+G2Cw）/（G麦芽+G2）=（1688.54