30万KL年啤酒生产线的工艺设计--毕业论文.doc

本 科 毕 业 设 计

30万KL/年啤酒生产线的工艺设计
With an Annual Production Capacity of 300 Thousand Kiloliter of Beer Process Design

学院名称： 化学与环境工程学院
专业班级： 化学工程与工艺11-2
学生姓名： 刘晓东
学 号： 201101020083
指导教师姓名： 张允
指导教师职称： 讲师

2015年 5 月

毕业设计原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　　 　

使用授权说明
本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计的规定，即：按照学校要求提交毕业设计的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　　
目录
摘要 I
Abstract II
引言 III
第1章 文献综述 1
1.1 啤酒的起源 1
1.2 啤酒的种类 1
1.3 我国啤酒的现状 2
1.4 我国啤酒的发展前景 3
第2章 啤酒生产工艺 4
2.1 生产线的工艺设计 4
2.2 啤酒原料 5
2.3 麦汁制备 6
2.3.1 麦芽及辅料的粉碎理论 6
2.3.2 麦芽的粉碎方法 7
2.4 糖化 7
2.5 麦汁过滤 8
2.5.1 麦汁过滤的基本要求 8
2.5.2 麦汁过滤方法 8
2.6 麦汁煮沸 8
2.6.1 麦汁煮沸设备 8
2.6.2 麦汁煮沸工艺 8
2.7 麦汁后处理 9
2.8 啤酒的发酵 9
2.8.1啤酒酵母 9
2.8.2啤酵发酵机理 9
2.8.3啤酒发酵工艺 9
2.9 啤酒过滤 10
2.9.1啤酒过滤理论 10
2.9.2啤酒过滤方式 11
2.10 啤酒的包装 11
2.11 糖化配料比 11
2.12 后工序产量能力计算 13
第3章 物料衡算及热量衡算 14
3.1 糖化用水量的计算 14
3.2 总醪液计算 16
3.3 煮沸锅满锅量和满锅麦汁浓度计算 16
3.4 洗槽用水量计算 17
3.5 啤酒热量衡算 18
3.6 糖化与包装热量衡算 19
3.7 麦汁煮沸二次蒸汽的热量回收 19
第4章 设备选型及计算 21
4.1 糖化锅锅体尺寸计算 21
4.2 搅拌器设计 22
4.3 糖化锅锅体设计及计算 22
4.4 锅身壁厚的计算及强度校核 22
4.6 糖化锅其他设计计算 25
4.7 发酵罐的设计与选型 25
4.7.1 发酵罐体积的确定 25
4.7.2 发酵罐材料的选择 26
第5章 废水处理设计 30
5.1 废水工艺选择 30
5.2 废水工艺流程 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录A 35
附录B 36

30万KL/年啤酒生产线的工艺设计
摘要：啤酒越来越受到人们的喜爱，啤酒的消费量也越来越大，啤酒行业市场的竞争也越来越激烈，因此对啤酒的开发，各方面的提高都在不断进行中。提高啤酒的质量，优化啤酒设备已经成为未来啤酒行业发展的主题。本设计是对年产30万吨10°P淡色啤酒生产线工艺设计。本设计主要对生产流程中的糖化，麦汁煮沸和发酵三个关键部分做了研究。该啤酒采用75%的麦芽和25%的大米，然后经过啤酒原料的选择，麦芽干法粉碎，双醪一次煮出糖化法，过滤槽静压过滤法过滤，再用内加热煮沸锅煮沸，冷却，采用锥形罐一罐法发酵法，发酵而成。此次设计计算主要包括啤酒生产的工艺流程设计，糖化车间物料衡算及热量衡算，设备的设计与选型以及废水处理的方案设计,还设计了啤酒生产工艺流程图。在核心设备上选用国际先进装置，提高啤酒质量、降低生产成本。

关键词：啤酒 糖化 物料衡算 热量衡算

With an Annual Production Capacity of 300 Thousand Kiloliter of Beer Process Design
Abstract:With the popularity of beer, the consumption of it has becoming more and more big and the competition of this industry also becoming more fierce. Due to such a situation, development and improvement of each aspect of beer is necessary.To improve the quality of beer, optimizing the producing-equipment of it has already becoming the industry’s theme.The design is mainly about the technology of product line that produces 300,000 ton of beer per year. The study of this design mainly includes the production process of saccharification, fermentation and wort boiling.The beer is brewed with 75% and 25% rice,and then by selecting the raw material for beer ,dry progress of malt crushing ,a cook saccharification method of double ,mash filter tank static pressure filtration , heated in boiling pot boiling ,cooling ,using method tapered tank a can of fermentation ,the fermentation. The design mainly includes the design of production process,material balance and heat balance in saccharificaton workshop, the design of equipment ,the design of disposal of waste water ,and the design of flow chart of beer production.To improve the beers’ quality and reduce the cost of production, the design has chose the international advanced equipment.

Keywords: The beer ; saccharification ; material balance ;heat balance

I

引言
啤酒是国内消费量最大的一种饮料，在酿造过程中使用的主要原料是大麦，还有必需的辅料如水，酒花，酵母以及淀粉和糖类。啤酒虽然乙醇含量很低，但是里面含着很多营养成分，有水分、碳水化合物、蛋白质、维生素及钙、磷等对人们身体有益的物质，有“液体面包”之称。经常少量饮用可以帮助消化，增大食欲，在夏天，还有解暑的功效因此，经常少量饮用啤酒不但没有对人体有害，反而对人的身体是有很大的益处的 [1]。今后啤酒的消费量将会越来越大，市场前景越来越广阔。
本设计主要对啤酒生产进行物料衡算与热量衡算，通过计算得出节省原料、效率提高的生产设备，以达到年产30万KL的生产要求。本论文主要是对啤酒生产线的工艺流程的了解和对啤酒生产工艺、相关生产设备的研究。本论文的目的是使我们通过学习、研究能够设计啤酒工艺生产线，对生产线上的设备进行设计和选型。让我们掌握每个设备的流程、设备的结构和工作原理，还有在选择设备时对它们的性能，优缺点都要有一定的了解。本设计主要对糖化锅和发酵罐进行了设计和研究。在此次设计中我掌握了啤酒酿造的基本工序及所需设备和控制参数，巩固并提高了理论知识。

II

第1章 文献综述
1.1 啤酒的起源
啤酒的出现到目前至少有9000多年的历史，可以说啤酒相对于其他酒类是最早在人类生活中出现。啤酒起源于东方世界的两河流域底格里斯河与幼发拉底河、尼罗河下游和九曲黄河之滨，最原始的啤酒可能出自居住于两河流域的苏美尔人之距今手，用已发芽的大麦制成的面包和粮食混在一起酿酒[1]。
考古发掘证实，在古王国时代的墓葬中，不论是贵族还是平民，在他们墓中的随葬品都能发现酒类。如今，啤酒酿造已经普及到全球各地，各式各样的，规模不一的酿酒机构已经遍布世界各地。啤酒已经成为了一种文化，诸如世界各地的啤酒节[1]。
1.2 啤酒的种类
啤酒在各种酒类中的消费量是最大的，有超过150多个国家和地区在世界各地生产啤酒，其分类方法较多，几种主要的的方法如下：
（1)按啤酒酵母的性质分类
根据啤酒酵母的性质，人们将啤酒分为下面发酵啤酒和上面发酵啤酒。采用上面酵母：发酵过程中，酵母随CO2 浮到发酵面上，发酵温度 15～20℃ 。啤酒的香味突出。采用下面酵母：发酵完毕，酵母凝聚沉淀到发酵容器底部，发酵温度 5～10℃ 。啤酒的香味柔和。世界上绝大部分国家采用下面发酵啤酒。
其他分类下表概括可知：
表1.1 按啤酒是否杀菌分类
名称
性能特点
熟啤酒
经巴氏灭菌或瞬时灭菌的啤酒
生啤酒
不经巴氏灭菌，而采用其他灭菌方式达到一定生物稳定性的酒
鲜啤酒
不经巴氏灭菌的新鲜啤酒

表1.2 按啤酒色泽分类
名称
性能特点
淡色啤酒
色度为2-14EBC单位、外观呈淡黄色的啤酒，突出酒花香味
浓色啤酒
色度为15-40EBC单位，色泽介于淡色与黑啤酒之间，为棕红色
黑啤酒
色度大于41EBC单位的啤酒，突出麦芽香味（焦香味）

表1.3 特种啤酒
名称
性能特点
性能特点
高发酵度啤酒，真正发酵浓度不低于72%，口味干爽的啤酒
冰啤酒
酿制过程经过冰晶化工艺处理，色度小于0.8EBC的啤酒
低醇啤酒
酒精度为0.6%-2.5%（体积分数）的啤酒
无醇啤酒
酒精度小于等于0.5%、原麦汁浓度大于等于3.0°P的啤酒
小麦啤酒
以小麦芽、水为主要原料酿制，具有麦芽经酿造的特殊香啤酒
浑浊啤酒
成品啤酒中含有一定量的活酵母菌或显示特殊风味的胶质物质
色度大于等于2.0EBC
果蔬类啤酒
分为果蔬汁型啤酒喝果蔬味型

1.3 我国啤酒的现状
中国的啤酒属于外来酒种，20世纪初中国才开始有啤酒。在十九世纪末，我国啤酒行业才开始正式起步，啤酒才开始正规化生产。五六十年代，随着国家的经济的复苏和人民生活的改善，啤酒工业得到了较大的发展，啤酒的消费在城镇中已经比较普及。至八十年代，啤酒进入高速发展时期，啤酒产量连年递增。九十年代至今，啤酒进入整合发展时期，我国经济快速增长，这时啤酒产业也得了空前的发展，并快速成为了一个啤酒大国[1]。
近几年我国啤酒工业的现状可以概括为：啤酒产量继续增加，发展模式各异，企业模式扩大，啤酒集团进一步优化；对低价有认识，扭转措施不力，啤酒价格持续走低，经济效益继续滑坡；企业发展不平衡，两极分化趋势明显；质量稳定，品种繁多，包装形式多样化；采用新技术，装备水平不断提高。虽然我国已经成为啤酒大国，但是要做强国尚有艰难历程[2]。
1.4 我国啤酒的发展前景
当前我国的啤酒的流行趋势是“四多”“一低”：低度啤酒越来越多，辅料添加量越来越多，添加剂越来越多，啤酒种类越来越多；啤酒苦味度越来越低。随着市场的发展，中国的啤酒市场进入了外国资本，并且占据了很大的份额，我国的啤酒行业受到冲击。中国啤酒业的发展真是实现了一个飞速的发展，在经过高速发展以后，发展相对缓慢。啤酒市场的竞争也是这样的，中国的啤酒市场进入到了相对平衡的状态，中国啤酒行业的发展也处于螺旋式上升状态，全国啤酒市场生重新获得一个稳定的基础。尤其是中国加入世贸组织后，中国的啤酒业面临着更深层次的竞争，中国啤酒行业未来发展充满了变量，有很多的不稳定，还将会带来更多的挑战。我国已经是啤酒生产大国，总产量已经稳居世界第一了，成了啤酒行业里发展最迅速的国家[3]。
随着我国人民生活水平的逐渐提高，啤酒的消费量肯定也会逐渐上升。比如，随着我国啤酒质量的快速提高，我国啤酒的进口量还是出口量都将会得到很大的提高。但是近年来，发生了比较迥异的现象，我国啤酒的进口量逐年上升，出口量却逐渐下降，并且下降了很大的比例。我国啤酒的出口量显然与我国第一啤酒生产大国身份不相符，所以，我国啤酒发展任重而道远[2]。
就我国国内市场而言，城市啤酒已经进入相对饱和的状态。但在农村啤酒消费量依然不高，农村依然以低档白酒为主，只是在农忙时节或者逢年过节才引用少量的啤酒。随着国家政策越来越好，农民生活水平越来越高，今后农村和西部将会有广阔的市场前景。我国啤酒品牌众多，虽然多达1500多个，但除了青岛、燕京，珠江、哈啤、雪花等品牌在全国享有较高的知名度外，其它的区域性品牌在全国范围内人气很低，由于在全国范围内啤酒生产量很大，但是消费量远赶不上，这种矛盾已经存在很长时间了，由于严重的供过于求矛盾长期存在，目前我国的啤酒行业在国内饮料市场竞争最激烈的行业之一。研究表明，大多数的品牌在全国范围内的知名度是比较低的，都还是处于地域性品牌阶段。不管是低档的大排档，小餐馆，地摊，还是相对高档点的，大多数消费的都是低档啤酒，在中高档啤酒的市场很大部分被洋啤酒瓜分，而且在低档啤酒行业的竞争是非常激烈的。我国啤酒行业应该由低档啤酒向中高档啤酒转型，让中高档啤酒成为消费的主流，尤其是在经济水平好的大城市，其消费水平相对来说比较高。开拓中高档啤酒市场，调整产品结构和市场策略，向中把主要精力放到中高档市场的开发上来，尽可能的树立更多的全国知名的，具有国际竞争力的啤酒品牌[4-6]。
第2章 啤酒生产工艺
2.1 生产线的工艺设计
工艺流程：

大米 → 粉碎 → 糊化 ← 水
↘ ↓
大麦 → 麦芽 → 粉碎 → 糖化
↓
水 → 过滤 → 麦糖
↓
酒花或其制品 → 煮沸
↓
酒花分离
↓
废酵母 酵母 澄清 → 热凝固物
↖ ↓ ↓
后发酵 ← 主发酵 ← 前发酵 ← 冷却 → 冷凝固物

清洗 ← 空瓶或空罐

装酒 → 灭菌 → 熟啤酒
↗
过滤
↘
装酒 → 灭菌 → 熟啤酒

刷洗和灭菌空桶
灌装

成品啤酒

图2.1 啤酒生产工艺流程图
2.2 啤酒原料
(1) 酿造用水
水是啤酒酿造最重要的原料，使用量也是最大的原料。啤酒中90%以上是水，酿造水被称为“啤酒的血液”。啤酒的酿造用水之所以重要，是因为在啤酒的酿造过程中，水质影响了啤酒的各个工艺流程，而且对于成品啤酒的质量和口味起到决定性作用[7]。国内外的知名啤酒之所以质量好、口味独特，很大原因与其使用的酿造水有很多关系，因此选择啤酒的酿造用水非常关键。
本设计为淡色啤酒，色泽较浅，水的残余碱度RA值要求在-5～+5度之间；水中Ca2+至少为40～60mg/L。另外，Ca2+和Mg2+比例要大于3:1。啤酒酿造用水中含有10～15 mg/L Mg已经合适，过高会使啤酒变的相对干，苦味重。酿造用水pH应处于6.8～7.2。
（2） 麦芽
采用浅色且色泽淡黄而有光泽的麦芽。麦芽还应有特殊的香味，不应该有霉味、酸味、潮湿味等。麦芽应该妥善保存，否则它将会失去其本来的色泽，香味。
大麦首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和干燥的过程，即称为麦芽制造。
麦芽的制造主要分为四个阶段：
大麦→浸麦→发芽→干燥→除根
浸麦 经过清选和分级的啤酒大麦，在一定的条件下用水浸泡，使其达到适 当的含水量，这一过程成为浸麦。浸麦的目的：通过吸水吸氧能够使大麦提前、均匀萌发;达到大麦萌发或者发芽所需的浸渍度;洗去麦皮上的不利物质如硅酸、麦皮蛋白质等。
发芽 当浸渍大麦达到要求的浸麦度后即进入发芽阶段。实际上大麦的萌发在浸麦期间就已经开始，只不过浸麦条件并不完全适合发芽，特别是不能均匀通风，及时降温和完全排除CO2 。发芽的目的有三个：第一，激活所有的酶；第二，生成新的酶；第三，物质转变。
干燥 未干燥的麦芽成为绿麦芽。绿麦芽含水量高，不能储存，也不能进行糖化工序，必须进行干燥。通过干燥，可以去除麦芽的生青味；最大限度的保持酶的活；还可以产生麦芽特有的色香味；容易除去麦根。
除根 在啤酒酿造过程中，根芽没有什么作用并且对啤酒的质量还有一定的影响。根芽吸湿量极强，能很快吸收环境的水分，使干燥的麦芽含水量重新提高；根芽能使啤酒的色度增加。所以必须在麦芽干燥后将根芽除根。可以经过机械原理将麦芽的根除去[8] 。在除根时不能破损麦粒。
（2） 酒花
啤酒花又称酒花，酒花是啤酒酿造过程中必须添加的一种原料，使啤酒具有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力。酒花始用于德国,学名为蛇麻,我国啤酒花的产地以前主要在东北，随着啤酒工业的发展，很多地方也开始了人工种植啤酒花，目前在新疆﹑甘肃﹑内蒙﹑黑龙江﹑辽宁等地都建立了较大的酒花原料基地[2]。其实在酒花的化学组成中，重要的三个成分：酒花树脂、酒花油、和多酚物质。相对于这三种物质而言，其他的组成对啤酒的的酿造没有什么特殊的作用。
酒花的功效：赋予啤酒爽口的苦味和酒花香味；增加啤酒的防腐能力；有利于提高啤酒的非生物稳定性；有利于啤酒的泡沫。
(3) 辅料
研究表明，啤酒辅料的范围越来越广，辅料的作用越来越大。可以概括为以下作用：降低原料成本；提高啤酒的发酵度；可以提高啤酒的非生物稳定性；改变麦汁成分，增强啤酒口味。
其实在啤酒的酿造过程中使用的辅料大致分为两类：一类是可发酵糖，比如没有发芽的谷物，诸如大米，玉米等;另一类是发酵所需的糖类物质，可以增加麦汁中的的可发酵糖。在众多辅料中，在我国啤酒酿造过程中，使用最多的是大米和糖浆。本设计采用大米作为辅料，因为以大米为辅料酿造的啤酒色泽浅，口味清爽，香味浓重。在国内的啤酒厂大部分采用大米作为辅料，大米淀粉含量高,浸出率也高[9]。
2.3 麦汁制备
2.3.1麦芽及辅料的粉碎理论
麦芽和辅料的粉碎是通过机械破碎的方法，经过粉碎机的挤压和摩擦，是麦芽分离出胚乳的过程。麦芽和谷物原料的粉碎有以下目的:第一，增加了原料与水，酶的接触面积；有利于麦芽所含酶的溶出，活化；糖化时能迅速促进酶分解过程；保证糖化收得率高的前提。第二，对于采用过滤槽的麦汁生产而言，过细的胚乳粉碎是指过多的细粉，过少的粗粒，在投料时容易产生结块，影响麦槽层的渗透性。麦芽粉碎的程度也必须考虑，因为粉碎物的细度可以影响酶促反应速度和麦汁组成。麦芽溶解状态和麦芽水分是影响麦芽粉碎的关键因素[10]。
2.3.2 麦芽的粉碎方法
国内啤酒厂多采用辊式粉碎机粉碎麦芽及辅料，按照辊子的数目分为对辊、四辊、五辊和六辊粉碎机，粉碎过程可以是一次也可以是多次。按照粉碎方法可分为干粉碎机、湿粉碎机和增湿粉碎机[11]。
干法粉碎、增湿粉碎和湿法粉碎是麦芽粉碎最常用的方法。在国内多数啤酒厂采用干法粉碎，干法粉碎最常用的是五辊和六辊粉碎机。然而随着增湿粉碎和湿法粉碎的技术越来越高，这两种方法也逐渐被较多厂家采用。本设计采用干法粉碎。
2.4 糖化
(1) 糖化主要是通过酶的分解作用或机械物理作用，将粉碎的原料中不溶性物质转化为溶解状态，并按照啤酒，麦汁质量的要求进行内容物质溶出，分解的过程。人们习惯将从麦芽和麦芽辅料中溶解出来的各种干物质称为浸出物，浸出物由可发酵性和不可发酵性物质两部分组成。糖化应该尽可能多的将麦芽的芽干物质浸出来，并在酶的作用下进行适度的分解。 将含有浸出物的水溶液称为麦汁；粉碎的原料中未溶出分解的内容物质称为麦槽。原料及辅料粉碎物与水混合后的混合液称为“醪”（液），糖化后的醪液称为“糖化醪”[12]。
(2) 糖化过程的目的很多,诸如：在经过麦芽粉碎阶段时的粉碎原料中的有益内容物质溶出，形成对啤酒质量尽可能少的的不利物质；经过糖化后醪液，对麦汁过滤，麦汁煮沸，麦汁处理都是非常有利的；对于一个啤酒的质量起到至关重要的作用；糖化过程的工艺设计，能够适合麦汁生产，有效控制生产成本。
(3) 对于生产线的糖化部分，通常配置两个或三个糖化容器，糖化锅径高比一般取2:1，糖化容器一般有多种，而大型啤酒厂车间配置多为“三锅一槽”（即糖化锅、糊化锅、煮沸锅、过滤槽），较为完善。为提高日糖化锅次，糖化车间一般配有：暂存罐（在煮沸锅被占用时，用于暂存头道麦汁）和回旋槽[13]。
2.5 麦汁过滤
2.5.1 麦汁过滤的基本要求
糖化过程结束后，为了使麦汁尽可能显得清亮透澈和较高的浸出率，需要将糖化醪尽快地进行固液分离。固体部分称为“麦糟”，液体部分为麦汁，是啤酒酵母发酵的基质。糖化醪过滤是以大麦皮壳为自然滤层，采用重力过滤器或加压过滤器将麦汁分离[14]。
麦汁过滤的作用：发多余的水分；破坏酶的活性，终止生物化学变化，固定麦汁组成；麦汁灭菌;浸出酒花中的有效成分；使蛋白质凝固。
2.5.2麦汁过滤方法
据调查可知，国内大多数啤酒厂采用麦汁过滤设备是过滤槽，是最常用的过滤方法，其作用原理主要有三方面：筛分效应、滤层效应和深层过滤效应。麦汁过滤方法大致可以分为四类：压滤机过滤法，过滤槽静压过滤法，过滤槽正压过滤法，过滤槽抽吸是负压过滤法，过滤槽正压过滤法，压滤机过滤法[12]。
现代过滤槽一般10分钟内就可以完成过滤过程。其特点如下：容量大，每批次可过滤百吨的麦汁；制作材料为不锈钢；糖化醪进入麦汁导出；全封闭；自动控制。本设计采用过滤槽静压过滤法进行麦汁过滤。
2.6 麦汁煮沸
2.6.1 麦汁煮沸设备
煮沸锅用于麦汁的煮沸，为不锈钢材料制作，在锅底或国内、锅外设有加热装置。锅底加热一般采用夹层加热或焊接半管或角钢，适用于微型啤酒厂；锅内或锅外加热都采用列管换热器，麦汁处理量大的啤酒厂皆采用此加热方法。煮沸锅的外形基本分为两大类：矩形和圆筒形球形。本设计采用内加热式煮沸锅[14]。
2.6.2 麦汁煮沸工艺
内加热式麦汁煮沸锅又可分为常压煮沸和低压煮沸，本设计采用常压煮沸工艺。通过麦芽汁的煮沸可达到蒸发多余的水分、破坏酶的活性。终止生物化学变化，固定麦汁组成、将麦汁灭菌、浸出酒花中的有效成分、使蛋白质变性凝固、pH降低、色度升高[8]。
2.7 麦汁后处理
麦汁煮沸定型后，应尽快将麦汁冷却至发酵温度，在冷却的过程中除去酒花和分离凝固物，同时要进行麦汁通风，为酵母繁殖提供足够的氧。主要分为三个方面：热凝固物及冷凝固物的分离；麦汁的冷却；麦汁的充氧[8]。
2.8 啤酒的发酵
2.8.1 啤酒酵母
啤酒酵母的发酵作用是啤酒酵母利用麦汁中的可发酵性糖作碳源，利用麦汁中的低分子氮作氮源，通过生理代谢，生成了主要的代谢产物（C2H5OH、CO2），以及其他的代谢产物，这些产物的种类和数量决定了啤酒质量，使啤酒具有独特的典型性[1]。啤酒酵母分为上面发酵酵母和下面发酵酵母。本设计采用下面发酵法。
2.8.2 啤酵发酵机理
整个啤酒发酵过程大致分为酵母活化阶段、酵母有氧呼吸阶段、酵母无氧发酵阶段三个阶段。发酵机理非常复杂，麦汁经过一系列生物化学变化，最终得到（C2H5OH、CO2），以及其他的代谢产物。归纳起来，发酵机理包括以下方面：糖类的发酵；含氮物质的转化；其他代谢副产物的形成和分解[15]。
2.8.3啤酒发酵工艺
锥形发酵罐一罐法发酵工艺主要是采用低温主发酵、自然升温12 ℃熟成的方法, 其发酵曲线见图：

图2.2 程序流程图

发酵操作的要点为：冷却麦汁分批进罐，灌满温度9～10℃，自然升温至10～12℃发酵，主发酵基本结束时，升温至12～16℃进行还原乙酰，期间可高温回收酵母，还原结束后降温至0～5℃，排放回收酵母，再降温至-1～0℃低温储存。发酵总时间一般为15～20d。发酵过程分为起泡期、高泡期、低泡期，一般发酵5～10日。发酵成的啤酒称为嫩啤酒，苦味犟，口味粗糙，CO2含量低，不宜饮用。在后酵后期为了使嫩啤酒后熟，将其送入贮酒罐中或继续在圆柱锥底发酵罐中冷却至0℃左右，调节罐内压力，使CO2溶入啤酒中。贮酒期需1～2月，在此期间残存的酵母、冷凝固物等逐渐沉淀，啤酒逐渐澄清，CO2在酒内饱和，口味醇和，适于饮用[13]。
2.9 啤酒过滤
2.9.1 啤酒过滤理论
口味成熟，彻底发酵的啤酒在储酒罐底部会沉积一些凝固物，必须经过过滤才能使啤酒处于澄清状态。啤酒过滤式一种物理分离过程，啤酒过滤是从工艺和微生物方面对啤酒质量进行调整的最后一个环节。经过过滤后，可以出去啤酒中浑浊颗粒，如酵母、已析出的蛋白质等；适当减少导致啤酒浑浊的物质，如多酚物质、戊聚糖等；减少或除去啤酒中的微生物，如啤酒酵母、细菌；改善啤酒口味、色泽，使啤酒具有光泽。可赋予啤酒以良好的生物稳定性与非生物稳定性，从而保证了啤酒外观质量的完美[7]。
2.9.2 啤酒过滤方式
常用的啤酒过滤的方法有三种：硅藻土过滤法、滤棉过滤机和板式过滤机。在国内大多数啤酒厂采用硅澡过滤机进行啤酒过滤，硅藻过滤机的优点很多，诸如易实现自动化,过滤效果好，杂菌清洗容易，速度快，维修方便，过滤能力可通过加减滤板框数调节，故本设计选此法。
2.10 啤酒的包装
啤酒的包装形式有瓶装、易拉罐装和桶装三种形式，前两种以装熟啤酒为主，后一种主要装鲜啤酒和生啤酒。本设计生产的主要是瓶装啤酒的生产流程如下[8]：
瓶子→洗瓶→验瓶→装酒→压盖→杀菌→验酒→贴标→装箱→码垛
啤酒的包装关系到啤酒是否能够畅销的重要指标。一个好的啤酒包装能够吸引消费者的眼球，给人以新颖别致，生动活泼的印象，很大的提高了消费者的购买欲望。这样看来，一个好的啤酒包装确实能够提高它的附加价值，使产品更加具有吸引力和竞争力。啤酒包装的基本功能有以下几点[8]。
（1）保护功能 包装能够避免摄入空气和污染杂菌，还可以在啤酒的贮存和售卖中防止其出现变质。
（2）美化增值功能 知名啤酒的包装都是给人以新颖，生动的印象。所以一个好的啤酒包装能够提高它的附加价值。
（3）促销功能 好的啤酒的包装能够吸引人的眼球，增加消费者的购买欲望，能够很大的促进销售量。
2.11 糖化配料比
（1）原辅料配比
考虑麦芽酶活性的高低和麦汁中可溶性氮含量的多少，随着辅料添加量的提高，麦汁中氨基酸含量下降。我国采用大米作为辅料，添加量一般在25%左右[7]。
糖化用水和洗槽用水。
头号麦汁浓度一般取16%左右，麦芽无水浸出率一般在75%左右，麦芽醪的加水比一般在1:1.3左右，高浓度酿造加水要少。大米醪的加水量一般为1:5左右。洗槽用水与糖化醪浓度和洗槽强烈程度有关，浓醪和强烈洗槽需要洗槽用水量多，反之则少，一般为400L/100kg左右[7]。
（2）糖化工艺衡算
所设计题目设置按每年工作300天，每天24小时计算，月产3万KL，日产麦汁1000KL。日产锅次按8锅考虑，锅产麦汁125KL。
根据化验室提供的麦芽和辅料的理论浸出率，计算出原料的混合浸出率。
麦芽浸出率一般在78%～82%之间，大米浸出率在90%～92%之间，本设计选取麦芽浸出率80%，使用量为75%；大米浸出率为92%，使用量为25%.代入公式得：
混合浸出率（%）=麦芽浸出率×麦芽使用量（%）+辅料浸出率×辅料使用量（%）（2-1）
混合浸出率=80%×75%+92%×25%
=82.5%
定型麦汁浓度为12°P，20℃麦汁的密度为1.0484
混合原料量=
=18.67（t）
分别计算每锅麦芽、大米的投料量
麦芽投料量=混合原料量×麦芽使用率 （2-2）
=18.67×75%
=14.0（t）
大米投料量=混合原料量×大米使用率 （2-3）
=18.67×25%
=4.67（t）
（1） 糖化用水量的计算
糖化用水量多以料水比表示，设100kg原料用水量（以L表示），取麦芽浸出率为80%，第一道麦汁浓度要求达到16°P。
第一道麦汁浓度=（100×麦芽浸出率）/（麦芽浸出率+糖化用水量） （2-4）
所以糖化用水量=麦芽浸出率×（100-第一道麦汁浓度）/第一道麦汁浓度
=80%×（100-16%）/16%
=499.2（L）

（3）煮出糖化法中需要煮沸糖化醪的计算
(1)需移取的醪液量=（期望上升的温度×醪液总量）/（90-剩余醪液的温度） （2-5）
(2)根据糖化锅用水量和糊化锅用水量计算
需移取的醪液量=（期望上升的温度×总水量+250（130））/（100-剩余温度） （2-6）
料水比为1:3时取130，料水比为1:3以上时取250
（2） 糖化收得率计算
浸出物量=煮沸后麦汁浓度×麦汁密度×打出麦汁量×0.96
糖化收得率系数=麦汁浓度×麦汁相对密度×0.96
糖化收得率=糖化收得率系数×打出麦汁量/糖化投料量
糖化收得率=100×12%×1.0484×0.96/（10.32+4042）×100%
=81.9%
2.12 后工序产量能力计算
脱氧水制备能力计算：日过滤时间按20h考虑，过滤机的能力为50KL/h，预涂时的过滤速度设为两倍，因此打酒泵需选100KL/h的能力，设啤酒稀释度最高限为40%，则日制脱氧水量为：Q=1000×40%=400KL，考虑生产过程中各种消耗，包装线能力：日产啤酒1000KL，以640ml标准瓶灌装，需156.3万只瓶子，设日灌装时间为18小时，灌装机效率98%，则每小时需生产88606瓶。

第3章 物料衡算及热量衡算
3.1 糖化用水量的计算
设麦芽浸出率为E1，麦芽使用比例为R1（％）,大米浸出率为E2，使用比例为R2（％）料混合浸出率：
E3=E1R1+E2R2 (3-1)
麦芽浸出率一般在78%～82%之间，大米浸出率一般在90%～92%之间，本设计选取麦芽浸出率为E1为80%，使用比例为75%；大米浸出率为92%，使用比例为25%；代入式，得混合原料浸出率[7]：
E3=80%×75%+92%×25%
=82.5%
设每锅热麦汁产量为V1,定型麦汁麦汁浓度为D2 ,原料利用率为U1,原料混合浸出率E3,混合原料量G1为：
(3-2)
式中：0.96为100℃的麦汁冷却到20℃时容积的缩小系数，原料利用率U1一般取98%，γ为20℃麦汁的密度。
设锅产热麦汁量V1为125KL,定型麦汁浓度D2为12°P,20℃麦汁密度为1.0484，其他均为已知量，代入得

=18.67（t）

每锅麦芽的投料量、大米投料量分别为:
(3-3)
=0.75×18.67
=14.0(t)

(3-4）
=25%×14.94
=4.67(t)
糖化用水量多以原料和用水量的比值（料水比）表示，如每100㎏原料用水的升数。
单独使用麦芽时：设第一道麦汁浓度为D1（16°P），一次投料量为100㎏，糖化用水量V2(L)，则有质量守恒定律：
(3-5)

(3-6)
=499.2(L)
麦芽、大米总的混合用水量V3为:取第一道麦汁浓度D1=16%,