年产10kt啤酒发酵车间毕业设计样本.doc

摘要
啤酒是低酒精度酒类饮品，生产啤酒原料有大麦、酿造用水、酒花、酵母和淀粉质辅助原料（玉米、大米、大麦、小麦等）和糖类辅助原料等，原料经过酵母发酵酿制即可得啤酒。本文关键介绍啤酒原料选择，包含麦芽、酒花、酵母等，发酵工艺选择和啤酒工厂包含到物料衡算，水汽量估算等等。在设计中采取锥型罐发酵法进行发酵，生产所需11°淡色啤酒。经过一系列选择和估算对啤酒工厂进行设计，最终得到一个符合实际经济合理啤酒工厂。
关键词：啤酒 发酵工艺 物料衡算 锥型罐发酵法

Abstract

　　　beer is a low alcohol alcoholic drinks，beer production of raw materials have barley、brewing water, hops, yeast and auxiliary materials of Starch（corn, rice, barley, wheat, etc.）and auxiliary materials of carbohydrate , etc.Materials can be obtained beer through yeast fermentation brewed.This paper describes the beer raw materials of selection,Including malt, hops, yeast, etc,select the fermentation process and Beer Factory relates to material balance, water vapor estimation, etc.In the design we use conical tanks fermentation method for fermented,produce the required 11 ° ale.Through a series of selection and estimation to beer factory design,finally get a realistic and reasonable beer factory.
Keywords: beer fermentation process material balance conical tanks fermentation
目录
序言 1
第一章 综述 2
1.1淡色啤酒介绍 2
1.2选题设计目标及意义 2
1.3 设计依据 2
1.4 设计范围 2
第二章 原料选择及工艺论证 3
2.1啤酒原料 3
2.1.1 麦芽 3
2.1.2 大米 3
2.1.3 酒花 3
2.1.4 酵母 3
2.1.5 酿造用水 3
2.2啤酒发酵 4
2.2.1 啤酒酵母 4
2.2.2 啤酒发酵方法选择 5
2.2.3 啤酒发酵工艺 6
第三章 工艺计算 8
3.1物料衡算 8
3.1.1物料衡算基础数[8] 8
3.1.2 100㎏原料生产10°P啤酒物料衡算 8
3.1.3生产100L 10°P啤酒物料衡算 9
3.1.4年产10kt11°P啤酒发酵物料衡算 11
3.2耗冷量估算 14
3.2.1发酵车间工艺步骤 14
3.2.2工艺技术指标及基础数据 14
3.2.3工艺耗冷量 14
3.2.3.1.麦汁冷却耗冷量 15
3.2.3.2发酵耗冷量 15
3.2.3.3酵母洗涤用冷无菌水冷却耗冷量 16
3.2.3.4酵母培养耗冷量 17
3.2.3.5 发酵车间工艺耗冷量 17
3.2.4非工艺耗冷量 17
3.2.4.1露天锥形罐冷量损失 17
3.2.4.2清酒罐，过滤机及管道等散失冷量 18
3.2.4.3非工艺总耗冷量 18
3.2.5 总耗冷量 18
3.3 耗水量计算 20
3.3.1 糖化用水 20
3.3.2 洗糟用水量 20
3.3.3 糖化室洗刷用水 20
3.3.4沉淀槽洗刷用水 20
3.3.5麦汁冷却器冷却用水 20
3.3.6麦芽汁冷却器清洗用水 20
3.3.7酵母洗涤用水 20
3.3.8 CIP装置洗涤用水 20
3.3.9 硅藻土过滤机洗刷用水 21
3.3.10 清酒罐洗刷用水 21
3.3.11 洗瓶机用水 21
3.3.12 瓶装机洗刷用水 21
3.3.13 杀菌机用水 21
3.3.14包装车间地面洗刷用水 21
3.3.15 发酵罐洗刷用水 21
3.3.16 其它用水 21
第四章 设备选型及计算 22
4.1发酵罐设计和选型 22
4.1.1 发酵罐体积确实定 22
4.1.2发酵罐个数确实定 22
4.1.3发酵罐材料选择 22
4.1.4发酵罐及封头确定 22
4.1.5接管设计 23
4.1.6发酵罐冷却器选择 25
4.1.7 CO2排出管及CIP清洗管 28
4.2贮酒罐设计和选型 29
4.3清酒罐设计和选型 30
4.4 酵母扩大培养罐 30
4.5过滤设备 31
4.6 泵选择 31
4.6.1 离心泵 31
4.6.2 齿轮泵 32
4.7 CIP清洗设备 33
4.8 设备一览表 33
4.9 人员配置 33
第五章 车间部署设计 34
总结 34
谢辞 35
参考文件 36

序言
啤酒是人类最古老酒精饮料，是水和茶以后世界上消耗量排名第三饮料。啤酒以麦芽、酒花、水为关键原料，经酵母发酵作用酿制而成饱含二氧化碳低酒精度酒。啤酒含有丰富营养物质，所以有“液体面包”之称。啤酒是在十九世纪末传入中国，在当初发展较为缓慢，直到建国以后，中国啤酒工业发展较快速，并逐步摆脱了原料依靠进口落后状态。中国啤酒于1954年开始进入国际市场。
啤酒酿造关键经过糖化、发酵和贮酒后熟三个阶段，其中发酵是啤酒酿造精髓。传统啤酒发酵关键在正方形或长方形发酵池中进行，发酵体积有限而且发酵周期长，伴随经济迅猛发展，大家对啤酒需求量增加，啤酒生产规模逐步扩大，依靠传统发酵啤酒已经满足不了大家需求，应运而生是啤酒新型发酵即大容量发酵罐发酵，其中包含圆柱锥形发酵罐、朝日罐、通用罐和球形罐。圆柱锥形发酵罐是现在世界通用发酵罐，该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧状，底部为圆锥形，含有一定高度（高度大于直径），罐体设有冷却和保温装置，为全封闭发酵罐。圆柱锥形发酵罐既适适用于下面发酵，也适适用于上面发酵，加工十分方便。锥型罐发酵法发酵啤酒有很多优点，采取仪表和电脑控制，操作简捷、理方便并采取CIP自动清洗装置，清洗方便，现在中国啤酒行业几乎全部采取锥形罐发酵法发酵啤酒。
锥型罐发酵工艺包含贮酒式、后处理式和后调整式。贮酒式即对于两罐要求不一样，所以在现代酿造工业中意义不大。后处理式即一个罐进行发酵，另一个罐为后熟处理。对发酵罐而言，将可发酵性成份一次完成，基础不保留可发酵性成份，发酵产生CO2全部回收并贮存备用，然后转入后处理罐进行后熟处理。其过程为将发酵结束发酵液经离心分离，去除酵母和冷凝固物，再经薄板换热器冷却到贮酒温度，进行1-2天低温贮存后开始过滤。后调整式即前一个发酵罐类似一罐法进行发酵、贮酒，完成可发酵性成份发酵、回收酵母、进行CO2洗涤，经合适低温贮存后，在后调整罐内对色泽、稳定性、CO2含量等指标进行调整，再经合适稳定后即可开始过滤操作[1]。

第一章 综述
1.1淡色啤酒介绍
淡色啤酒色度在5-14EBC单位，如高浓度淡色啤酒，是原麦汁浓度13%以上啤酒；中等浓度淡色啤酒，原麦汁浓度10-13%啤酒；低浓度淡色啤酒是原麦汁浓度10%以下啤酒；干啤酒（高发酵度啤酒），实际发酵度在72%以上淡色啤酒；低醇啤酒，酒精含量2%以下啤酒。
1.2选题设计目标及意义
本课题是依据食品科学和工程专业培养方向，结合毕业实习情况选择。啤酒是食品工程专业中一个含有代表性产品，其生产工艺过程包含制麦、糖化、发酵、罐装等过程，包含了部分关键单元操作和工程概念，经过对啤酒车间工艺设计，深入巩固加深并应用所学，经过对啤酒车间工艺设计，能够加强对我们所学知识综合利用能力培养，提升理论联络实际能力。
1.3 设计依据
本设计是依据学校下达内蒙古工业大学本课设计任务书要求来完成。
1.4 设计范围
本设计为10kt/a11°啤酒发酵车间工艺设计。设计包含文字部分和图纸部分。本设计文字部分关键包含工艺方法及步骤选择和论证、物料衡算、耗冷量估算、耗水量估算、设备选型。绘制图纸部分包含物料步骤图、PID管道步骤图、车间设备平面部署图。

第二章 原料选择及工艺论证
2.1啤酒原料
2.1.1 麦芽
采取淡黄色而有光泽麦芽，麦芽外观短胖，除根洁净，不含杂草、杂谷、尘埃、半粒、霉粒、损伤残粒和未发芽颗粒等杂质。麦芽香味应纯净，含有麦芽香，不应有霉味、潮湿味、酸味、烟熏味等[2]。
2.1.2 大米
中国生产大米，所以大米一直是中国啤酒酿造广泛采取一个辅助原料。标准上凡大米不管品种均可用于酿造，但从啤酒风味而言，米食感越好，酿造啤酒风味也越好。大米淀粉含量可达75%-82%，无水浸出率高达90%-93%，无花色苷，含脂肪低（0.2%-1.0%），并含有较多泡持蛋白，用它做辅料酿造啤酒，啤酒色泽浅、口味爽净、泡沫细腻、酒花香味突出、非生物稳定性高，它是优良啤酒辅料[3]。
2.1.3 酒花
酒花关键作用是能够给予啤酒爽口苦味和酒花香味，能够促进麦汁和啤酒澄清、有利于啤酒泡沫、也能增加麦汁和啤酒生物稳定性。本设计选择浅黄绿色，有光泽，富有浓郁啤酒花香气，无异杂气味，花体基础完整颗粒酒花。
2.1.4 酵母
在实际生产中最常见酵母有两大类：上面酵母和下面酵母。二者形态上存在显著差异。上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互连接，形成多枝牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细胞增殖后相互分开，几乎全部是单细胞或多个细胞连接。本设计设计是经经典啤酒，色泽浅，采取是下面发酵技术，故选择下面酵母。
2.1.5 酿造用水
啤酒酿造用水关键包含糖化用水和洗糟用水，因为这两部水直接参与了啤酒工艺反应，是麦汁和啤酒组成成份，啤酒酿造用水性质，关键取决于水中溶解盐类种类和含量。酿造用水要求无色透明、无悬浮物、无沉淀物，将水加热到20-50℃时，用口长有清爽感觉，无异味、无异臭，如有咸味、苦味、涩味则不能采取，总溶解盐类在150-200mg/L，PH值在6.8-7.2之间，有机物含量在3mg/L以下，总硬度在8°dH以下，水中含铁量在0.3mg/L以下，铵盐类不得超出0.05mg/L，硝酸盐不得超出5mg/L，亚硝酸亚不得超出0.05mg/L，氯化物含量在20-60mg/L为宜，硅酸盐要求在30mg/L以下，水中细菌总数和大肠杆菌数要符合生活饮用水标准[4]。
2.2啤酒发酵
2.2.1 啤酒酵母
1. 啤酒酵母介绍
啤酒酵母在分类学上属于真菌，为子囊菌亚门、酵母属[5]。啤酒酵母又称酿造酵母，细胞多为圆形、卵圆形或卵形。能发酵葡萄糖、麦芽糖、半乳糖、蔗糖和1/3棉籽糖，不能发酵乳糖和蜜二糖，不一样化硝酸盐。
2.啤酒酵母种类[6]
依据发酵结束后酵母细胞在发酵液中存在状态可分为上面酵母和下面酵母。上面酵母和下面酵母有很大区分，上面酵母呈圆形，发酵过程中酵母轻易吗、凝聚在一起，最适发酵温度为20-25℃发酵时间为5-7天，可发酵1/3棉籽糖，不能发酵蜜二糖，发酵度较高。下面酵母呈圆形或卵圆形，通常不形成子囊孢子，最适发酵温度为6-10℃，发酵时间为8-14天，发酵度较低，可发酵全部棉籽糖。
2. 啤酒酵母扩大培养
啤酒酵母纯正是否，对啤酒发酵和啤酒质量影响很大。啤酒工厂生产使用酵母由保留纯种酵母，经过扩大培养，达成一定数量后，供生产现场使用。每个啤酒厂全部应保留适合本厂使用纯种酵母，以确保生产啤酒含有稳定风格和特征。酵母扩大培养分两个阶段：由斜面试管到卡氏罐培养为试验室扩大培养阶段，汉生罐以后为生产现场扩大培养阶段。
啤酒酵母扩大培养次序以下：
斜面试管（原菌种）→液体试管培养（2-3天、25-27℃）→巴氏瓶或三角瓶培养（2天、25-27℃）→卡氏罐培养（2天、25-27℃）→酵母扩大培养罐→发酵罐[7]。
3. 接种量
表2-1 不一样麦汁浓度酵母添加量
麦汁浓度
酵母泥添加量
7～9
0.3～0.4
10～12
0.4～0.6
13～15
0.5～0.7
16～20
0.6～1.0
4．酵母选择
在实际生产中最常见酵母有两大类：上面酵母和下面酵母。二者形态上存在显著差异。上面酵母又叫表面酵母，其母细胞和子细胞能够长时间相互连接，形成多枝牙簇 ，下面酵母又叫底面酵母、贮藏酵母，其母细胞和子细胞增殖后相互分开，几乎全部是单细胞或多个细胞连接。本设计设计淡色啤酒，采取是下面发酵技术，故选择下面酵母。
2.2.2 啤酒发酵方法选择
啤酒发酵关键方法有以下多个：传统发酵：连续发酵法、分批式发酵法、上面发酵法、下面发酵法。锥形罐发酵：一罐发酵法、两罐法发酵。本设计选择是两罐式下面发酵法。以下就对这多个发酵方法进行分析和比较。
1.连续发酵
连续发酵关键有多罐式连续发酵和塔式连续发酵，这种连续发酵系统全部可大大缩短发酵周期，提升设备利用率，降低了投资，降低了酒损，降低了蒸汽、劳动力和洗刷费用，提升了酒花利用率，且产生成品啤酒质量稳定。不过这多个连续体系也各有不足：多罐式系统需搅拌，动力消耗大。塔式系统对酵母要求高，使用酵母不仅要求发酵度高，而且要求凝聚性强。而且塔式观造价高，不利于小规模生产。更关键是，连续发酵法啤酒从风味上品评和间歇法啤酒差异大，难以被消费者接收。
八十年代后，锥形罐发酵替换了传统发酵，生产周期得到了缩短，而连续发酵因为污染和风味（尤其是双乙酰）控制困难逐步停止了使用。从实际情况出发，故本设计不采取此法。
2.上面发酵
啤酒发酵一开始是以上面发酵为开始，以后因为选择纯粹培养酵母不一样，划分为上面发酵和下面发酵两种类型。上面发酵在技术操作和发酵设备方面和下面发酵有所不一样，但二者发酵机理是一致。
上面发酵工艺特点
a．上面发酵采取上面酵母，是在 15～20℃下进行。酵母起发快，接种量能够相对较少，发酵结束后，大部分酵母浮在液面，所以酵母回收工作比下面发酵复杂，但酵母使用代数比下面发酵为多，长久没有衰退现象。
b． 上面发酵麦汁接种温度为13～16℃，比较高。发酵2～3天，当酵母升至液面时，为发酵旺盛阶段，此时应开始降低液温，在酵母形成泡沫盖时应立即回收，发酵4-6天结束。
c. 发酵结束后，酵母紧密结合，一浮在液面上，厚度为3-4cm。
d. 上面发酵在发酵过程中通风时间长。
e. 上面发酵通常不采取后发酵，主发酵发酵度靠近最终发酵度。分离酵母后，加胶处理，贮藏澄清一阶段，采取人工充二氧化碳，使其达成饱和。
f． 上面发酵酿制啤酒成熟快，设备周转快，啤酒有独特风味，但保留期短。
3.下面发酵
传统下面发酵，室温保持5～6℃；采取开放式或密闭式、圆形或方形主发酵容器。后发酵则设置在单独贮酒室内，贮酒室温应保持在O～l℃。
下面发酵工艺特点是：
a．采取下面酵母，主发酵温度较低，发酵比较缓慢，发酵产生副产物相较少。主发酵完成后，大部分酵母沉降在发酵罐底部。
b. 下面发酵啤酒后发酵和贮酒期比较长，酒液澄清良好。二氧化碳饱和稳定，酒泡沫细微，风味柔和，保留期较长。
从啤酒保留和实际结合进行考虑，本设计选择下面酵母发酵。
4.一罐法发酵
一罐法发酵即发酵贮酒在一个罐中进行。伴随啤酒工业发展，现有啤酒厂普遍采取一罐发酵工艺，即麦汁主发酵、双乙酰还原、降温和贮酒阶段在同一个露天发酵罐中进行。一罐法工艺有一定优点：清洗消耗少；转入空罐时CO2损失少；酒损少；所需工作时间少；节能等。一罐法发酵工艺简单, 便于操作, 能够节省投资, 但因为麦汁整个发酵过程全部在同一个发酵罐中进行, 使得冷凝物排放及酵母沉淀效果不十分理想。因为露天发酵罐通常直径较大, 若酒液缺乏对流, 就会使其温度分布不均匀, 罐中心酒液温度和罐壁处酒液温度需长时间才能达成平衡, 从而影响啤酒风味。同时, 一罐法发酵工艺发酵周期较长, 生产旺季难以满足市场需求。故本设计采取两罐法。
最终本设计所选发酵方法为两罐法下面发酵法
2.2.3 啤酒发酵工艺
传统下面发酵法，采取下面酵母，主发酵温度较低，发酵进程比较缓慢。主发酵完成后，大部分酵母沉降容器底部。下面发酵啤酒后发酵期较长，酒液澄清良好，酒泡沫细致，风味柔和，保留期较长。经过前发酵（酵母增殖），主发酵，后发酵和贮酒等阶段。通常为前酵期（5～8℃），主酵期（7.5～9℃），后酵和贮酒期（0～-2℃）。
1.圆筒体锥底发酵罐发酵及其工艺:
（1）锥形罐发酵法特点：
a.排放酵母方便，要求采取凝聚性酵母。
b.易于发酵温度控制。生产易控制，发酵周期缩短，不易染菌，啤酒质量稳定。
c.罐体外设有保温装置，可将罐体置于室外，经济节省,便于扩建。
d.采取密闭罐，便于CO2洗涤和CO2回收。
e. 因为存在对流，使酵母发酵能力提升，发酵速度快，发酵周期短。
f.发酵罐可采取仪表或微机控制，操作、管理方便。
g.适适用于下面发酵，同时也适适用于上面发酵。
h.可采取CIP自动清洗装置，清洗方便。
i．设备容量可依据生产需要灵活调整
在本设计中选择是圆筒锥底发酵罐，详尽介绍以下：
(2) 圆筒体锥底发酵罐发酵工艺：
采取直接进罐法。为了缩短起酵时间，大多采取较高接种量，0.6%～0.8%，接种后细胞浓度为（15±3）×106个/ml。麦汁接种温度是控制发酵前期酵母繁殖阶段温度，通常低于主发酵温度2～3℃。本设计是11°P淡色啤酒，采取低温发酵6-9°C。在大罐发酵中，后发酵通常称VDK还原阶段。双乙酰还原早期通常不排放酵母，也就是发酵全部酵母参与双乙酰还原，这可缩短还原时间。
(3)酵母接种量和添加方法
1．酵母接种量：本设计分批发酵采取低温，缓慢发酵，所以接种量比较小，接种后细胞浓度控制在（5-12）×个/ml。
2. 酵母添加方法：a.干道和湿道添加法；b.倍量添加法；c.分割法；d.递加法。
本设计采取干道法添加酵母：在酵母添加器中加入每批麦汁所需酵母，再加上二倍量冷麦汁，用无菌压缩空气充足混合，压到前酵池中，再用无菌空气搅拌均匀即可。
(4)发酵设备降温控制
本设计采取发酵设备为应用极为广泛露天锥形发酵罐，酵母在发酵过程中会产生热量，为使发酵和后熟在设计工艺温度下进行，必需进行冷却。
常见冷却方法有两种：间接冷却法和直接冷却法，因为直接冷却冷却介质是液氨，存在很多危险原因和不足，同时对于发酵罐要求很高，故本设计采取间接冷却方法。间接冷却方法其冷溶剂是乙二醇和水混合溶液，它在氨制冷蒸发器箱中进行冷却，温度通常控制在-5℃左右，它关键用于麦汁冷却和发酵罐降温，通常情况下，发酵罐冷却系统有两种介质循环，即液氨吸热蒸发制冷循环系统和冷却发酵罐酒液酒精水循环系统。
第三章 工艺计算
3.1物料衡算
3.1.1物料衡算基础数[8]
依据表4-1基础数据，优异行100kg原料生产11°淡色啤酒物料衡算，然后进行100L 11°淡色啤酒物料衡算，最终进行8kt/a啤酒厂物料衡算。
表3-1啤酒生产基础数据
项目
名称
百分比﹪
说明
定
额
指
标
原料利用率
98.5

麦芽水分
5.0

大米水分
12

无水麦芽浸出率
75

无水大米浸出率
93

原料
配比
麦芽
70

大米
30

损
失
率
冷却损失
5.0

发酵损失
2.0
对热麦汁而言
过滤损失
2.0

灌装损失
2.0

总损失率
啤酒总损失率
10.6
对热麦汁而言
3.1.2 100㎏原料生产10°P啤酒物料衡算
1.热麦汁量
依据表2-1可得原料收得率分别为：
原料麦芽浸出物收得率为：

原料大米浸出物收得率为：

混合原料浸出物收得率为：

由上述可得100kg混合原料生产11°淡色啤酒热麦汁量为：

查《啤酒工业手册》得11°啤酒麦汁在20°C密度为1.0442kg/L。而100°C热麦汁比20°C时麦汁体积增加1.04倍。故
热麦汁（100°C）体积为：

2.冷麦汁量为：

3.发酵液量为：

4.过滤酒量为：

5.成品啤酒量：

3.1.3生产100L 10°P啤酒物料衡算
依据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产11°淡色啤酒约593.5017L，那么生产100L11°淡色啤酒可得到
1.混合原料用量：

2.麦芽耗用量：

3.大米耗用量：

4.酒花耗用量：
对浅色啤酒，100L热麦汁中加入酒花量为0.17-0.34kg，取0.3kg，故酒花耗用量为：

同理，100kg原料耗酒花：

5.热麦汁量：

6.冷麦汁量：

7.发酵液量：

8.滤过酒量:

9.成品酒量：

10.湿糖化糟量：
设排出湿麦糟含水分80%
湿麦芽糟量：

湿大米糟量：

故湿糖化糟量：

同理，100kg原料产生湿糖化糟：

11.酒花糟量：
设酒花在麦汁中浸出率为40%，酒花糟含水分以80%，则
酒花糟量为：

同理，100kg原料产生湿酒花糟：

12.商品干酵母量
生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中二分之一作生产接种用，二分之一作商品干酵母用，即为1kg。湿酵母泥含水分85%
酵母含固形物量：

则含水分7%商品干酵母量：

13.二氧化碳量：
因11°P冷麦汁密度为1.0442kg/L，则
106.2483L冷麦汁质量为：

那么，
11°P冷麦汁中浸出物量：

设麦汁真正发酵度为60%，则可发酵浸出物量：

麦芽糖发酵化学反应式为：
C12H22O11+H2O→2C6H12O6
2C6H2O6→4C2H5OH+4CO2+56KJ
设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖组成，则CO2生成量：

式中 44—CO2分子量
342—麦芽糖（C12H22O11）分子量
设11°P啤酒含CO2量在0.35%-0.6%之间，取0.4%，则
啤酒中其含量有：

则释放出CO2量：

而1m3 CO2在20°C常压下重1.832kg
故释放出CO2体积为：

3.1.4年产10kt11°P啤酒发酵物料衡算
生产旺季以160天，天天糖化5次，淡季120，天天糖化3次，总糖化次数：次
天天每次糖化量：

10-15°淡色啤酒密度为1.012，那么
1.啤酒灌装后体积：

2.过滤酒量：

3.发酵酒量：

4.冷麦汁量：

5.热麦汁量：

6.麦芽用量：

7.大米用量：

8.混合原料用量：

9.湿酒花量：

10.湿酒花糟量：

11.湿糖化糟量：

以单次糖化生产做基准，可算得各个项目整年情况以下：
1.整年混合原料需要量：

2.整年麦芽耗用量：

3.整年大米耗用量：

4.整年酒花耗量：

5.整年湿酒花糟量：

6.整年湿糖化糟量：

7.整年热麦汁量：

8.整年冷麦汁量：

9.整年发酵液量：

10.整年过滤酒量：

11.整年成品啤酒量：

把前述相关啤酒物料衡算计算结果整理见下表3-2：

表3-2 8kt/a啤酒厂糖化车间物料衡算表
物料名称
单位
对100㎏
混合原料
对100L
11°P啤酒
糖化一次定额
8kt/年
啤酒生产
混合原料
麦芽
大米
酒花
湿糖化糟
湿酒花糟
热麦汁
冷麦汁
发酵液
过滤酒
成品啤酒
㎏
㎏
㎏
㎏
㎏
㎏
L
L
L
L
L
100
70
30
1.9912
92.3649
5.9736
663.7739
630.5852
617.9735
605.6140
593.5017
16.8492
11.7944
5.0547
0.3355
15.5627
1.0065
111.8042
106.2483
104.1223
102.0408
100
1435.3413
1004.7389
430.6024
28.5805
1325.7515
85.7415
9527.4206
9051.0495
8870.0285
8692.6275
8518.7747
1.665×106
1.1655×106
4.995×105
3.3153×104
1.5379×106
9.946×104
1.1052×107
1.0499×107
1.0289×107
1.0083×107
9.8818×106
备注：11°P啤酒密度为1012kg/m3，实际年生产啤酒：10000.381t
3.2耗冷量估算
3.2.1发酵车间工艺步骤
96℃热麦汁→冷麦汁（6℃）→锥形罐发酵→过冷却-1℃→贮酒→过滤→清酒罐
3.2.2工艺技术指标及基础数据
年产11°淡色啤酒10kt吨
旺季天天糖化5次，160天，淡季糖化3次，120天，整年共糖化1160次
主发酵时间6天
5锅麦汁装一个发酵罐
1度麦汁比热容c1=3.8498[kJ/(kg.K)]
冷媒用15%酒精稀溶液，比热容可视为c2=4.18[kJ/(kg.K)]
麦芽糖厌氧发酵热q=613.6kJ/kg
麦汁发酵度为60%
依据发酵车间耗冷性质，可分为工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类。即：Q=Qt+Qnt。
3.2.3工艺耗冷量
3.2.3.1.麦汁冷却耗冷量
本设计采取一段式串联逆流式麦汁冷却方法，使用冷却介质为1℃冰冻水，出口温度为86℃，糖化车间送来热麦汁温度为96℃，冷却至发酵起始温度6℃。
依据表4-2可知，每糖化一次可得麦汁9527.4206L,而热麦汁密度为：，故麦汁质量为：

又知11°麦汁比热容为3.8498kJ/(kg.K),工艺要求在1h之内完成冷却过程，则耗冷量为：

式中 t1、t2分别为麦汁冷却前后温度94°C和6°C
τ为冷却操作过程时间1h
依据设计结果，每个锥形发酵罐装5锅麦汁，则麦汁冷却每罐耗冷量为：

对应冷却介质（1°C冰水）耗量为：

式中 t2 、t1分别为冷冻水初温86℃和终温1℃
为水比热容，4.18kJ/(kg.K)
3.2.3.2发酵耗冷量
1.发酵期间发酵放热
假定麦汁固形物为麦芽糖，而麦芽糖厌氧发酵热发酵量为q=613.6 kJ/kg，设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：

依据表4-2可知，糖化一次得冷麦汁量9501.0495L每锥形罐发酵放热量：

因为工艺要求主发酵时间为6天，天天糖化4锅麦汁，并考虑到放热不平衡取系数1.5,忽略主发酵麦汁升温，则发酵高峰耗冷量为：

2. 发酵后期发酵液降温耗冷量
主发酵后期，发酵液温度从6℃缓降到-1℃。天天每罐降温耗冷量为：

工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁天天装1个发酵罐）：

3.发酵总耗冷量
=+

4.每罐发酵耗冷量

5.发酵用冷媒耗量（循环量）
发酵过程冷却用稀酒精做冷却介质，进出口温度为-9°C和0°C，固
冷媒耗量为：

3.2.3.3酵母洗涤用冷无菌水冷却耗冷量
在锥形罐啤酒发酵过程中，主发酵结束时要排放部分酵母经洗涤活化后反复用于新麦汁发酵一搬可反复使用5-7次，设湿酵母量为麦汁量1.0%，且使用1℃无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母3倍，冷却前无菌水温度为30℃，用-8℃酒精液做冷却介质。
由上面条件可得无菌水用量为：

式中：9949.6271为糖化一次冷麦汁量（kg）
每班无菌水用量:

假定无菌水冷却操作2 h内完成，则无菌水冷却耗冷量为：

式中 、为无菌水热交换前后温度30℃和1℃
所耗冷冻介质量为：

式中 、为冷冻酒精液热交换前后温度0℃和-8℃。
每罐用于酵母洗涤耗冷量为：

式中 1为每班装罐1罐。
3.2.3.4酵母培养耗冷量
依据工艺设计，每个月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d,即288h，依据工厂实践，年产8kt吨啤酒工厂酵母培养耗冷量为：
=11147（kJ/h）
对应年耗冷量为：

对应高峰冷冻介质循环量为：

=/[(-)]
=11147/(4.18×9)
=296.3052（kJ/h）
3.2.3.5 发酵车间工艺耗冷量

3.2.4非工艺耗冷量
除了上述发酵过程工艺好冷外，发酵罐外壁，运转机械，维护结构及管道等均会耗用或散失冷量，组成所谓非工艺好冷量，现在分别介绍。
3.2.4.1露天锥形罐冷量损失
依据经验，年产8kt啤酒厂露天锥形发酵罐冷量损失在13000-30000kJ/t啤酒之间，本设计取15000若在南亚热带地域，可取高值，固旺季天天耗冷量为：

式中 Gb为旺季成品啤酒日产量，t。
若白天日晒高峰耗冷量为平均每小时耗冷量2倍，则高峰耗冷量为：

冷媒（-9℃稀酒精）用量：

3.2.4.2清酒罐，过滤机及管道等散失冷量
因包含设备、管路很多，故啤酒厂设计时依据试验经验选择。通常取=12%,所以

冷媒（-9℃）稀酒精用量：

3.2.4.3非工艺总耗冷量
每小时非工艺总耗冷量为：

3.2.5 总耗冷量
每小时总耗冷量：

将上述结果，整理后可得年产7万吨啤酒厂发酵车间冷量衡算表，以下：

表4-3 8kt/a啤酒厂发酵车间耗冷量衡算表
耗冷分类
耗冷项目
每小时耗冷量（kJ/h)
每罐耗冷量（kJ）
冷媒用量 （kg/h）
工艺耗冷量
麦汁冷却

3446327.25

9699.7671
发酵耗冷

51785.2905
3172967.29
1376.5362
无菌水耗冷

30143.2562
60286.5123
801.2561
酵母培养

11147
——
296.3052
工艺总耗冷

3539402.8
——
12173.8646
非工艺耗冷量
锥形罐冷损失

53881.41
——
1432.2544
管道等冷损

424728.336
——
11289.9611
非工艺耗冷

478609.746
——
12722.2155
累计
总耗冷

4018012.55
——
24896.0801

附注：表中冷媒包含冷却水和稀酒精
3.3 耗水量计算
3.3.1 糖化用水
100kg混合原料大约需水400kg，则糖化过程中大约耗水量为：
1435.3413×4=5741.3652（kg）
糖化时间设为0.5h，则每小时最大耗水量为:
5741.3652÷0.5=11482.7304（kg/h）
3.3.2 洗糟用水量
每100kg混合原料洗糟水用量为450kg，则洗糟水用量为：
1435.3413×4.5=6459.0359（kg）
洗糟时间定为1.5h，则洗糟水最大用量为：
6459.0359÷1.5=4330.0239（kg/h）
3.3.3 糖化室洗刷用水
糖化室及设备洗刷用水单次定为10吨，清洗时间为2小时，则：洗刷最大用水量为：
10/2=5(t/h)
3.3.4沉淀槽洗刷用水
每次洗刷用水3.5t冲洗时间为0.5h，则每小时最大用水量为：
3.5÷0.5=7（t/h）
3.3.5麦汁冷却器冷却用水
麦汁冷却时间定为1小时，麦汁冷却温度为96°C降至6°C，冷却水温度为1°C升至86°C
即上面所述M1，则冷却用水G=M1=9699.7671（kg）
3.3.6麦芽汁冷却器清洗用水
设一次冲洗用水3t，清洗时间0.5小时，则：
最大用水量：3/0.5=6(t/h)
3.3.7酵母洗涤用水
由好冷计算可知，每小时洗涤酵母最大用水量为641.0236kg
3.3.8 CIP装置洗涤用水
设配洗液一次用水6t，用水时间为1小时，则：
最大用水量为：6/1=6(t/h)
3.3.9 硅藻土过滤机洗刷用水
设硅藻土过滤机洗刷用水为10t，用水时间1小时，最大用水量为10(t/h)。
3.3.10 清酒罐洗刷用水
天天洗刷清酒罐3个，用水量10t，用水时间1小时，则最大用水量为10(t/h)。
3.3.11 洗瓶机用水
洗瓶机最大生产能力按瓶/h计，单瓶清洗用量1.0kg，则总用水量为：×1.0/1000=2(t/h)。
3.3.12 瓶装机洗刷用水
每冲洗一次用水5 t，冲洗时间为40分钟，则
最大耗水量为：5×60/40=7.5(t/h)
3.3.13 杀菌机用水
杀菌机单瓶耗水量1kg，总耗水量为：×1/1000=2(t/h)。
3.3.14包装车间地面洗刷用水
包装车间地面洗刷用水为15 t，用水时间为0.5h，则
最大用水量为:15/0.5=30(t/h)
3.3.15 发酵罐洗刷用水
一个发酵罐用水为2 t，每罐洗涤时间0.5 h.则
最大用水量为：2/0.5=4(t/h)
3.3.16 其它用水
以上未计算地面用水，管道冲洗用水，每班计20 t, 用水时间2小时，则
每小时用水量为：20÷2=10(t)

第四章 设备选型及计算
4.1发酵罐设计和选型
4.1.1 发酵罐体积确实定
此次设计选择锥底发酵罐，由物料衡算可知可知，糖化一次麦汁量为9.1m³。旺季天天糖化5次，5锅装一罐：

发酵罐H:D=1.5-6:1,这里选择H:D=2∶1，锥角60°～80°，这里选择60°，装料系数取80%～85%，这里取75%，接种量范围在0.4%～0.8%，这里取0.6%。

求出D=3.1636，圆整3.2m, H=2D=6.4m

4.1.2发酵罐个数确实定
采取两罐发酵法发酵，锥形发酵罐主发酵周期为6天，则对锥形发酵罐个数最低要求为：

式中 n—发酵罐个数
V0—糖化一次麦汁量
4.1.3发酵罐材料选择
选择1Cr18Ni9Ti，耐酸不锈钢，即能愈加好满足工艺要求，同时更经