年产20万kl8度淡色啤酒的工艺设计论文发酵罐的设计毕设论文.doc

毕 业 设 计（论 文） 题目： 年产20万kL8度淡色啤酒厂的工艺设计 子题： 发酵罐的设计 大连工业大学本科毕业设计年产20万kL8度淡色啤酒厂的工艺设计设计完成日期 2011 年 6 月 9 日学 院：生物工程学院 专 业：生物工程 学 生 姓 名： 班 级 学 号 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 2011年 6 月大连工业大学2011届本科生毕业设计（论文）摘 要本设计对年产20万kL8度淡色啤酒工厂的工艺进行了初步设计，主要内容包括啤酒生产工艺的选择及相关生产设备的选型计算等，并对发酵罐进行了重点设计。该工艺采用了先进的高浓度稀释的方法，以优质大麦麦芽为原料，生产出在啤酒市场中消费量较大的淡色啤酒。设计综合考虑到了建厂所需的条件、国内市场的消费水平、工艺以及设备的发展水平及经济、环境等因素，是适合于目前国内啤酒行业发展的啤酒厂的设计。关键词：啤酒发酵；高浓度稀释；发酵罐AbstractThe design is a preliminary design of a factory which volume of production in one year is 200,000 kL and the production is light beer of 8 degree. The main contents including the choice of the production process of beer, and the related technology choices, the selection of beer production and so on. At the same time, the design towards gartank has been focused on the design.This design of the production process of beer uses the advanced technology of high concentration dilution, the beer were made from malted barley, output the beer which consumption quantity is high in beers sale market. This design has take the conditions of the factorys building, the consumption quantity of domestic residents, the development level of production process and equipment condition, and the factors of environment and economy into consideration. In a word, this design is suitable for the development of beer market of our country.Key Words：Beer fermentation；High concentration dilution；Gartank目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论21.1 啤酒简介21.2 啤酒工厂设计的重要性61.3 啤酒生产的工艺概述3第二章 厂址的选择42.1 厂址选择的重要性42.2 厂址选择的一般原则52.3 年产20万kL8度淡色啤酒厂厂址的选择6第三章 物料衡算93.1 100 kg原料的物料衡算3.2 糖化一批次的物料衡算.3.3 年产20万kL的啤酒工厂糖化车间物料衡算.第四章 热量衡算104.1 糖化工段用水耗热量104.2 糊化耗热量104.3 糖化过程耗热量104.4 洗糟水耗热量114.5 煮沸过程耗热量11第五章 设备选型5.1 粉碎机.5.2 原料输送设备5.3 糊化锅.5.4 糖化锅.5.5 过滤槽.5.6 煮沸锅.5.7 回旋沉淀槽5.8 薄板冷却器5.9 酵母培养罐5.10 过滤机.5.11 清酒罐.5.12 高浓度稀释机.5.13 洗瓶机5.14 装酒压盖机.5.15 杀菌机.5.16 贴标机第六章 重点设备发酵罐的设计.6.1 尺寸设计.6.2 重量计算.6.3 数量计算.6.4 冷却面积计算.6.5 管路计算.6.6 保温层材料.6.7 支撑方式第七章 耗水计算.第八章 耗冷计算.第九章 耗电计算第十章 产品成本经济核算.参考文献13致 谢17- IV -第一章 绪论1.1 啤酒简介1.1.1 啤酒的定义按现行国家产品标准规定，啤酒定义为以麦芽为主要原料，添加酒花，在酵母菌的作用下被酿造而成的，含有二氧化碳气、起泡的低酒精度饮料。1.1.2 啤酒的分类1.1.2.1 按度数分类啤酒酒标上的度数并非指酒精度，而是指原麦汁浓度，即啤酒发酵进罐时麦汁的浓度。主要的度数有18、16、14、12、11、10、8度。日常生活中人们饮用的多为11、12度啤酒，其酒精度在3.5到5之间。1.1.2.2 按色泽分类除了按照原麦汁浓度分类外，啤酒还可以根据色泽分为淡色啤酒、深色啤酒和黑色啤酒。1.1.2.3 按杀菌方法分类根据杀菌方法的不同，啤酒则可分为鲜啤酒和熟啤酒。1.1.2.4 按包装分类啤酒还可以根据包装分为罐装、桶装、瓶装啤酒。1.1.2.5 按酵母性质分类根据啤酒酵母性质则可分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。1.1.2 世界啤酒历史世界十大啤酒品牌排行榜如下：百威、贝克、喜力、嘉士伯、安贝夫、南非啤酒集团、美乐公司、苏格兰纽卡斯尔公司、朝日公司、麒麟公司和虎牌：新加坡啤酒、科罗娜：墨西哥酿酒集团。1.1.3 中国啤酒历史1.1.4 中国啤酒市场的发展趋势啤酒行业作为轻工业方面必不可少的一部分，同样处于我国社会主义市场经济的大形势下进行分析。出于于资源、市场、环境等各方面因素的考虑，我国的经济正从粗放型向集约型转变，这就意味着那些小的、竞争力弱的企业将被兼并或者倒闭。主要的产品生产和销售将越来越集中于少数的企业中。我国在2001加入了世界贸易组织，形成了全方位、多层次、宽领域的对外开放格局，在向国内人民打开国际市场、扩大了市场领域的同时，也带来了世界市场激烈的竞争压力。在以往的实习中也可以观察得到，虽然生产规模在扩大，可是所需要的工作人员不但没有增多反而可能减少了，这是由于越来越普遍的机械化和信息化技术的应用，一个庞大的工厂，其运行只要屈指可数的几个人就可以有条不紊地进行了。这也就意味着不只啤酒厂在市场中的竞争，在同一个企业下的岗位竞争也将越来越激烈。我们啤酒专业的学生是该好好考虑一下自己的将来，有如何能在竞争中赢得自己的一席之位呢？对象换了，道理却是不变的。我们要赢，首先也还是要靠实力，企业靠产品，我们当然就考“文凭”了。当然，现在只有文凭是远远不够的，就像企业也远远不能满足于达到国家标准，而要以更高的标准来要求自己。所以，“没有最好，只有更好”，不仅是名言，也是真理。其次是方法，企业用广告，而我们则要靠为人处事的方法。“文凭”是硬件，德行是软件，“软硬兼施”电脑才算配备齐全了，人也一样。这也算信息化时代给我们展现的一个真理吧。先以国内啤酒行业的行情举例进行分析。雪花啤酒是辽宁省的老牌子了。目前华润雪花啤酒在中国大陆19个省市经营超过60家啤酒厂，占有中国啤酒市场的18%份额。2004年10月 华润雪花啤酒全资收购原西藏自治区昌都雪源啤酒厂，成立华润雪花啤酒（西藏）有限公司，华润雪花啤酒在世界最高的地方建立了基地。2007年华润雪花啤酒产销量超过690万千升，公司总产销量再度超越国内其他啤酒企业，成为中国销量最大的啤酒企业。今天，华润雪花啤酒已从沈阳单一生产厂发展成为在全国拥有超过60家生产企业的啤酒集团，雪花啤酒由沈阳的自主品牌发展至全国，成为品牌价值153.09亿元的中国名牌。除了这些，网上还爆出许多有关雪花不惜一切代价占领市场份额的新闻，由此也显现出当今啤酒市场的竞争何其激烈。青岛啤酒是我早就有所耳闻的了，其知名度应该是高于雪花。青岛啤酒股份有限公司（以下简称“青岛啤酒”）的前身是1903年8月由德国商人和英国商人合资在青岛创建的日耳曼啤酒公司青岛股份公司，它是中国历史悠久的啤酒制造厂商。1993年7月15日，青岛啤酒股票（0168）在香港交易所上市，是中国内地第一家在海外上市的企业。2009年度，青岛啤酒实现啤酒销售量591万千升，全球啤酒行业权威报告Barth Report依据2006年、2007、2008年产量排名，青岛啤酒为世界第七大啤酒厂商。2006年，青岛啤酒荣登福布斯“2006年全球信誉企业200强”，位列68位。青岛啤酒还建立了我国的国家发酵实验基地，这也充分说明了青岛啤酒在发酵行业领域的领军地位。从各种相关信息来看，青岛啤酒有限公司也可谓实力雄厚，在我看来，其品牌价值恐怕也要高于雪花。燕京是从首都起家的老牌子，中原地带自古是兵家必争之地，燕京占据良好的地理优势，其实力也是国内国内首屈一指的。据了解，青岛、雪花、燕京是目前国内啤酒品牌前三强，占据了40%以上的市场份额，而它们之间的竞争也因此愈演愈烈。这也反映出了啤酒行业“垄断”化的发展态势。应该看到，我国虽然在各个领域都或多或少有一些自己的知名品牌，然而国际上的知名品牌却寥寥无几，大都只出口中低档产品，所获利润也较少。啤酒行业也是如此，走出国门的啤酒品牌目前还只有青岛，而其所占的销售份额也是少之又少。从百威、哈啤的收购也可以看出一个趋势国外的啤酒品牌正瞄准了中国这个潜力巨大的东方市场，纷纷要在这里的市场上占有一席之地。未来啤酒行业的竞争态势恐怕会相当激烈，中国啤酒行业的发展需要进行新的调整。邓小平同志有句既要“引进来”，又要“走出去”的名言。面对中国科学技术相对落后的客观事实，不断地引进和学习国外的先进技术，同时还要更积极努力地打造中国的知名品牌，以在未来日趋白热化的市场竞争中具有总够的资本在市场中立于不败之地是未来中国啤酒市场发展的重点。1.1.5 啤酒新品种干啤酒、全麦芽啤酒、头道麦汁啤酒、黑啤酒、低（无）醇啤酒、冰啤酒、绿啤酒、暖啤酒、菠萝啤酒、白啤酒、沙棘啤酒、纯生啤酒、小麦啤酒、浑浊啤酒等。1.1.6 啤酒行业标准啤酒的品评包括一看、二闻、三尝。 根据GB 4927-2001啤酒行业标准，规定色度在3 EBC-4 EBC的啤酒为淡色啤酒。淡色啤酒的透明度要求清亮透明，允许有微细悬浮物和沉淀物（非外来异物）。优级淡色啤酒的浊度要求0.9 EBC，其泡沫洁白细腻，持久挂杯，瓶装啤酒的泡持性大于200 s，而听装啤酒的泡持性大于170 s，啤酒具有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调、柔和，无异香、异味。以及淡色啤酒的性质较优级略次，浊度要求小于等于1.2 EBC，瓶装啤酒的泡持性170 s，听装则150 s。二级淡色啤酒的浊度要求1.5 EBC，其品质需达到一般消费者的满意度，泡持性要求120 s。具体如下：表 1-1 我国啤酒行业标准对淡色啤酒的感官要求项目优级一级二级外观透明度 清亮透明，允许有肉眼可见的细微悬浮物和沉淀物（非外来物质）浊度，EBC 0.91.21.5泡沫形态泡沫洁白细腻，持久挂杯泡沫较洁白细腻，较持久挂杯泡沫尚洁白，尚细腻泡持性，s， 瓶装200170120听装170150香气和口味有明显的酒花香气，口味纯正，爽口，酒体协调、柔和，无异香、异味有较明显的酒花香气，口味纯正，较爽口，协调，无异香、异味有酒花香气、口味较纯正，无异味表1-2 我国啤酒行业标准对淡色啤酒的理化要求项目优级一级二级酒精度,%(V/V)或%(m/m) 大于、等于14.1P5.54.35.24.112.1P-14.0P4.73.74.53.511.1P-12.0P4.33.44.13.210.1P-11.0P4.03.13.72.98.1P-10.0P3.62.83.32.6等于、小于8.0P3.12.42.82.2原麦汁浓度 P，大于、等于10.1PX-0.3等于、小于10.0PX-0.2总算，mL/100 mL，大于、等于14.1P3.510.1P-14.0P2.6等于、小于10.0P2.2二氧化碳，（m/m)0.40-0.650.35-0.65双乙酰，mg/L 0.10.150.2蔗糖转化酶活性呈阳性1.2 啤酒工厂设计的重要性 啤酒生产行业是我国消费市场中必不可少的一部分，在国民经济以及人们的日常生活中都发挥着重要的作用。为了促进我国轻工业技术及经济的进步，啤酒行业的发展也是不能忽视的。 为了促进啤酒行业更快速稳定的发展，首先要提升啤酒产业的基本建设线，在这一条战线上，工厂设计发挥着重要的作用。新建、改建和扩建一个啤酒工厂，都需要对工厂进行周详的设计工作。在科学研究中，从小试、中试以及工业化生产，都与设计的有机结合密不可分，以此才能进行新工艺、新技术、新设备的开发工作。它是扩大再生产，更新改造原有企业，增加产品品种，提高产品质量，节约能源和原材料，促进国民经济和社会发展的重要技术经济活动的组成部分。 设计是包含了能将科学技术转化为生产力的一门综合性科学。国民经济的发展、发展的效益和速度，都离不开工厂设计工作。工厂设计对于发展科学技术事业和社会主义现代化建设都有着极大的影响。 目前我国啤酒市场面临着越来越大的消费需求，以及国外市场的巨大竞争压力，提升行业标准和改进工艺及设备、生产技术等条件也越来越成为啤酒行业发展中不可或缺的重要环节。因此，需要对啤酒工厂进行有创造性的设计，使之更合理、更完善地进行生产，从而达到适应啤酒市场发展、提升品牌形象、增强市场竞争力等目的。1.3 啤酒生产的工艺概述生产工艺流程示意图 麦芽 大米 斗式提升机 斗式提升机 麦芽粉碎机 大米粉碎机 糖化锅 糊化锅 过滤槽 麦糟 7880水 头号麦汁 二号麦汁 煮沸锅 酒花 回旋沉淀槽 热凝固物 薄板冷却器 冷凝固物 发酵罐 酵母 CO2 板框过滤机 高浓度稀释清酒罐 包装 入库第二章 厂址的选择2.1 厂址选择的重要性 厂址的选择包括建厂地区的选择和工厂场地位置的选择，是企业进行建设的过程中必不可少的重要环节。厂址的选择需要根据建厂地区的自然环境、技术经济条件和啤酒行业的特点进行综合考虑而定的。2.2 厂址选择的一般原则 厂址选择的总原则是：第一，必须符合工业布局、所在地区城市规划等的要求，以及国家相关法律法规及建设前期工作的规定。第二，应当充分利用各地区的有利条件，包括当地的人力、物力、财力和自然资源等条件。同时，厂址的选择还应考虑到环境的问题，应符合现行环境保护法的规定，还要节约用地，注意不污染水源，厂址的选择应有利于三废的处理。第三，建厂应遵循原料就近原则以及市场就近原则，既要考虑到企业应当接近原料、能源产地从而节约运输设备及管路、能耗，又要考虑到企业应靠近产品消费区，从而消除不合理运输，节约运输费用。最终使得工厂的建设不仅总体经济效益好，也有利于加快国民经济发展和人民生活水平的提高。2.3 年产20 万kL啤酒厂的厂址选择第三章 物料衡算物料衡算是指，根据质量守恒定律，凡引入某一系统或设备的物料质量m，必等于所得到的产物质量mP和物料损失量mt之和，即m=mP+mt这一运算法则是工艺计算的基础，既适用于单元操作过程，也适用于整个生产过程。通过物料衡算，可以得出引入和离开设备的物料各组分的成分、质量和体积，从而可以得出产品的原料消耗定额以及排出的物料量，以此来确定生产设备的容量、个数和主要尺寸，完成对工艺流程草图的设计以及水、电、冷量和热量等的计算。表3.1 工艺设计参数表项目名称数值项目名称数值原料利用率98.50%冷却损失2%麦芽水分6%发酵损失1%大米水分13%过滤损失1%无水麦芽浸出率80%包装损失1%无水大米浸出率92%总损失5%原料配比65:353.1 100千克原料生产8度淡色啤酒的物料衡算3.1.1 热麦汁量：3.1.1.1 原料麦芽收得率：80%（1-6%）98.5%=74.072%3.1.1.2 原料大米收得率：92%（1-13%）98.5%=78.84%3.1.1.3 混合原料收得率：74.07265%+78.8435%=75.74%3.1.1.4 100千克混合原料产12度热麦汁量为： 10075.74%/12%=631.17 kg 又，12度麦汁在20时的相对密度为1.048kg/L，而100热麦汁比20时体积增加了1.04倍 所以，热麦汁体积为： 631.171.04/1.048=626.35 L3.1.2 冷麦汁量： 626.35（1-2%）=613.8 L3.1.3 发酵液量： 613.8（1-1%）=607.7 L3.1.4 过滤酒量： 607.7（1-1%）=601.61 L3.1.5 成品酒量： 601.61（1-1%）=595.6 L3.1.6 酒花耗用量：626.350.1%=0.626 kg3.1.7 酒花糟量：设 酒花浸出率为 40%，含水量为80% 0.626（1-40%）/（1-80%）=1.88 kg3.1.8 湿糖化糟量：设 湿糖化糟的含水量为80%3.1.8.1 麦糟量：65（1-6%）（1-80%）/（1-80%）=61.1 kg3.1.8.2 大米糟量：35（1-13%）（1-92%）/（1-80%）=12.18 kg3.1.8.3 湿糖化糟量为： 61.1+12.18=73.28 kg3.1.9 干酵母量：设 酵母泥含水量为80%，产率转换为2% 613.82%=12.28 kg 12.28（1-80%）=2.456 kg3.1.10 包装用量3.1.10.1空瓶需用量：设 瓶损失为0.5%；每瓶容积为640 ml 595.6/0.64（1+0.5%）=935.3 个3.1.10.2 瓶盖需用量：设 瓶盖损失为0.2% 935.3（1+0.2%）=937.15 个3.1.10.3商标需用量：设 商标损失为0.1% 937.15（1+0.1%）=938.1 个3.1.11 CO2生成量： 因为 C12H22O11+H2O=2C2H5OH+4CO2+Q 麦芽糖分子量为342，CO2分子量为44，实际发酵度为61%，冷麦汁为12度所以 CO2生产量=（444/342）0.12613.861%=23.12 kg 设 CO2在啤酒中的溶解度为0.4%则 啤酒中CO2的含量为： 607.70.4=2.43 kg 游离CO2量为： 23.12-2.43=20.7 kg20时，CO2密度为1834 kg/L 所以，CO2体积为： 20.7/1.834=11.28 m33.2 糖化一次定额量：3.2.1 每批次成品酒量：因为 每批次需要完成的成品酒量为 2108/(1808+1506)=85470.1 L 本设计采用高浓稀的方法，制成12度的麦汁，在发酵液过滤后稀释到8度 所以 未稀释前制得的麦汁体积为 85470.18%/12%=56980 L 由此进行下列计算：3.2.2 过滤酒量： 56980/（1-1%）=57555.6 L3.2.3 发酵液量： 57555.6/（1-1%）=58137 L3.2.4 冷麦汁量： 58137/（1-1%）=58724.2 L3.2.5 热麦汁体积为： 58724.2/（1-2%）=59922.7 L59922.71.048/1.04=60383.6 kg3.2.6 原料用量： 60383.612%/75.74%=9567 kg 即 麦芽用量为：956765%=6218.5 kg 大米用量为：9567%35=3348.5 kg3.2.7 酒花耗用量：59922.70.1%=59.92 kg3.2.8 酒花糟量： 59.92（1-40%）/（1-80%）=179.76 kg3.2.9 湿糖化糟量：3.2.9.1 麦糟量：6218.5（1-6%）（1-80%）/（1-80%）=5845.4 kg3.2.9.2 大米糟量：3348.5（1-13%）（1-92%）/（1-80%）=1165.3 kg3.2.9.3 湿糖化糟量为： 5845.4+1165.3=7010.7 kg3.2.10 干酵母量： 9567/1002.456=235 kg3.2.11 包装用量：3.2.11.1空瓶需用量： 9567/100935.3=89480 个3.2.11.2 瓶盖需用量： 9567/100937.15=89657 个3.2.11.3商标需用量： 9567/100938.1=89748 个3.1.12 CO2生成量： 6567/10011.28=1079.245 m33.3 20万吨8度淡色啤酒糖化车间物料衡算 330天，旺季180天，每天8批次，淡季6批次，共2340批次3.3.1 原料量的计算3.3.1.1 年耗混合原料量：95672340=22386780 kg3.3.1.2 年耗麦芽量：6218.52340=14551290 kg3.3.1.3 年耗大米量：3348.52340=7835490 kg3.3.2 年耗酒花量： 59.922340=140212.8 kg3.3.3 年产热麦汁量： 59922.72340=140219118 L3.3.4 年产冷麦汁量： 58724.22340=137414628 L3.3.5 年产发酵液量： 581372340=136040580 L3.3.6 年产清酒量： 57555.62340=134680104 L3.3.7 年产成品液量： 即2千万升3.3.8 年产湿酒花糟量： 179.762340=420638.4 kg3.3.9 年产湿糖化糟量： 7010.72340=16405038 kg3.3.10 年耗干酵母量： 2352340=549900 kg3.3.11 年耗包装量：3.3.11.1 年需空瓶量： 894802340=209383200 个3.3.11.2 年需瓶盖量： 896572340=209797380 个3.3.11.3 年需商标量： 897482340=210010320 个3.3.12 年产CO2量： 1079.2452340=2525433.85 m3表3-2 8度淡色啤酒高浓度发酵工艺生产物料衡算表项目单位100 kg原料糖化一次定额年产20 万kL混合原料kg100956722386780麦芽kg656218.514551290大米kg353348.57835490酒花kg0.62659.92140212.8热麦汁L626.3559922.7140219118冷麦汁L613.858724.2137414628发酵液L607.758137136040580过滤酒L601.6157555.6134680104成品啤酒L595.685470.120000万湿糖化糟kg73.287010.716405038湿酒花糟kg1.88179.76420638.4酵 母kg2.456235549900游离 CO2m311.281079.2452525433.85空 瓶个935.389480209383200瓶 盖个937.1589657209797380商 标张938.189748210010320第四章 热量衡算浸出糖化法工艺流程如下： -淀粉酶 50热水 Q1 50热水Q1 糊化锅（47.3,20min） 糖化锅（46.1,60min） 15min 70,20min 100,15min Q2 6570,35min 至碘反应终止 7678,10min Q3 去过滤 Q= Q1+ Q2+Q3自来水温度18，糖化用水50，洗糟水温度80。4.1 糖化工段用水耗热量 设 糊化锅料水比为1：4.5，糖化锅料水比为1:4.5则 糊化锅加水量G1=3348.54.5=15068.25 kg 糖化锅加水量G2=6218.54.5=27983.25 kg 糖化工段总用水量Gt=G1+G2=15068.25+27983.25 =43051.5 kg再 设 自来水平均温度为18，投料水温度为50 查 生物工厂设计概论 P268 表10 水的比热容Cw取4.18kJ/(kg)则 糖化工段用水耗热量Q1=CtCw(T2-T1) =43051.54.18(50-18) =5758568.64 kJ4.2 糊化过程耗热量4.2.1 糊化醪的比热容绝干谷物的比热容C0取1.55kJ/（kg）则 大米的比热容C米=1.55（1-13%）+4.1813% =1.89 kJ/（kg）G糊化醪=G水+G米=15068.25+3348.5=18416.75 kgC糊化醪=（G水C水+G米C米）/G糊化醪 =（15068.254.18+3348.51.89）/18416.75 =3.76 kJ/（kg）4.2.2 糊化醪初始温度 设 原始投料温度为18 则 糊化醪初温t0=（G水C水18+G米C米50）/（G糊化醪C糊化醪）