150000t/a 10°啤酒工厂设计1. 前言1.1 啤酒的地位早在公元前3000年左右的埃及古王国时代，已经有作为饮料的麦酒（啤酒）和葡萄酒了。

法老、贵族、祭司等人饮葡萄酒，一般平民消费价格低廉的麦酒。

考古发掘证实，在古王国时代的墓葬中，不论是国王、贵族或平民，都将酒作为随葬品。

自此之后，世界酒业彼此影响，飞速发展，经历了封建时代和工业社会，形成三大酒系（酿造酒、蒸馏酒和配制酒），精品众多，各国都有名闻世界的独特产品[1]。

啤酒是以麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的，是一种含二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。

由于其含醇量低，清凉爽口，深受世界各国的喜爱，成为世界性的饮料酒。

啤酒的原料是大麦。

大麦是世界上种植最早的谷物之一，几乎世界上所有地区都可种植，它的产量在谷物排名上，在小麦、玉米、稻谷之下，居第四位，而且大麦不是人类主要的粮食，习惯上作饲料。

酿酒后的麦糟中，蛋白质含量得到相对富集，更适宜于做饲料，于是，用大麦制啤酒得到发展。

早期的啤酒生产，设备落后，且监控过程大多采用人工方式，再加上啤酒生产的长时性特点，使人工任务量过大，很容易出现质量问题。

后期虽然开始启用一些控制设备，但多数存在控制过程简单，可视性差，生产过程数据不能进行有效地保存分析，控制精度和灵活性也欠佳。

随着近些年来计算机的迅速普及，监控组态软件技术的日益成熟，人们开始运用组态软件进行啤酒生产过程自动化控制，避免了人为操作的失误，具有足够的灵活性，控制过程精度也有了很大的进步。

生产过程历史数据的有效保存，也为厂家进行控制过程分析，控制曲线改进，进一步提高产品质量，提供了良好的原始数据参考。

随着世界的发展，啤酒的生产技术逐步成为重点。

当今，纯生啤酒的生产技术，膜过滤技术，微生物检测和控制技术，糖浆辅料的使用逐步发展起来。

相信不久的将来，中国的啤酒业将以崭新的面貌跻身于世界啤酒先进领域。

1.2 设计的目的和意义通过课程设计，使本专业的学生初步掌握工厂工艺设计的程序和方法，受到一次工程设计的严格训练，使其具有一定的工程设计能力。

这对于即将从事科研，生产或技术管理工作的毕业生具有十分重要的意义。

1.3 设计指导思想本设计在确定工艺流程和选择设备时，在工艺上力求其合理性和先进性，在设备上尽量采用先进的生产设备，做到技术上先进，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率。

尽量采用已成熟的生产技术和设备，使建厂后即能顺利投产，并能达到设计能力。

经济上合理，因地制宜，管理方便，合理降低能耗，保护环境。

生产出能满足人们口味的优质啤酒，达到投资少，见效快的效果。

1.4 厂址的选择厂址选择的正确与否，不仅关系到建厂过程中能否以最省的投资费用按质、按量、按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产、技术管理和发展远景都有着很大的影响，并同国家地区的工业布局和城市规划有着密切的关系。

经过对多个地点方位及其所处的自然环境状况，进行勘测调查、对比分析，厂址选在江苏省徐州市金山桥经济开发区。

金山桥经济开发区位于徐州市东郊，距离市中心彭城广场5.8公里，距离中国第二大铁路编组站1.8公里，距离中国徐州观音机场40公里，距离欧亚大陆桥东桥头堡连云港港口1.5小时车程，104国道、310国道、京福高速公路、连霍高速公路、京杭大运河以及规划建设的京沪高速铁路均从区内穿过，3小时经济圈内有32个地级以上大中城市，区位交通条件十分优越，市场腹地非常广阔。

在江苏省徐州市金山桥经济开发区建立一个年产3万吨的啤酒厂有着得天独厚的优越性。

2. 工艺路线及条件的选择与论证麦槽酒花↑↑麦芽→粉碎→糖化→过滤→混合麦汁→煮沸→沉淀→冷却→充氧→↑↓↓↓大米、麦芽→粉碎→糊化酒花糟热凝固冷凝固物扩培酵母↓→麦芽汁→发酵→贮酒→粗滤→精滤→清酒→图2-1啤酒生产工艺图解2.1 原料及辅料的粉碎粉碎的目的：原料，辅料粉碎后，增加了比表面积，糖化时可溶性物质容易浸出，有利于酶的作用麦芽的粉碎有干法、回潮法、湿法和连续浸渍湿式粉碎等方法。

（1）干法粉碎干法粉碎是传统的粉碎方法，一般采用辊式粉碎机。

该法要求麦芽含水在5％－8％，此时麦芽松脆，便于控制粉碎度。

它的不足之处是麦皮易被破碎过细，影响麦汁过滤和啤酒的口味、色泽，粉碎时粉尘大，造成物料损失。

（2）回潮法又叫增湿粉碎，短时间内向麦芽通入蒸汽或热水，使麦壳增加水分，使麦皮有韧性而不破碎，有利于过滤，减少不利于啤酒质量的物质溶出。

但该法对麦壳吸水量和粉碎时间要求较高，易造成增湿不均匀，粉碎质量难以保证。

（3）湿法粉碎由于麦壳吸水变软，粉碎时麦片不破碎。

过滤速度可提高20％－25％或提高槽投料量，麦槽层厚度可达500－600 mm，但不影响过滤。

由于麦芽进行了预浸渍，使酶增强，从而使麦芽浸出率比干法粉碎提高0.7％左右。

粉尘减少，麦汁色度下降。

此法改进了前几种方法的缺点，本设计采用该方法。

先将麦芽用50摄氏度水浸泡15~20分钟，使麦芽含水质量分数达25%~30%，之后，再用湿式粉碎机粉碎。

大米采用四辊的二级粉碎机进行干法粉碎，大米的粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化2.2 糊化大米粉碎后加入糊化锅，加入温水，在一定温度约50℃下，淀粉在水中溶涨分裂，形成均匀糊状溶液，制成液化完全的醪液，再加入糖化锅中与麦芽汁一起糖化。

2.3 糖化糖化：将粉碎的麦芽和淀粉质辅料用温水分别在糊化锅、糖化锅中混合，调节温度。

糖化锅先维持在适于蛋白质分解作用的温度(45～52℃)(蛋白休止)。

将糊化锅中液化完全的醪液兑入糖化锅后，维持在适于糖化(β-淀粉和α-淀粉)作用的温度(62～70℃)(糖化休止)，以制造麦醪。

2.3.1 糖化工艺的目的利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件（温度、pH值、时间）下，将麦芽和麦芽辅料中的不溶性高分子物质逐步分解为可溶性低分子物质，这个分解过程称为糖化。

从麦芽和麦芽辅料中溶解出来的物质称为浸出物。

浸出物主要有各种发酵性的糖类（麦芽糖、麦芽三塘、葡萄糖），非发酵性的糖、蛋白质、麦胶物质和矿物质组成、麦汁中的糖类比大麦原有糖类（蔗糖、果糖）的含量有所增加，这些可发酵性糖占总浸出物的61%-65%,决定了麦汁的最终发酵度。

糖化的总体目标和要求见下表2-1。

2.3.2 糖化方法麦芽的糖化方法通常可分为煮出糖化法和浸出糖化法，煮出糖化法的特点是将糖化醪液分批地加热到沸点，然后与其余未煮沸的醪液温度分阶段地升温到不同酶作用所要求的温度，最后达到糖化终了的温度，煮出糖化法设备复杂，操作也比较复杂，工作时间长，生产成本高，设备多，占地面积大，投资较高。

浸出糖化法的特点是：糖化醪液自始自终不经煮沸，单纯依靠酶的作用浸出各种物质，麦汁在煮沸前仍保留一定的酶活力，同时，浸出糖化法设备比较简单，操作简单，工作时间短，生产成本低，占地面积小。

生产的啤酒柔和、淡爽，因而，本设计采用浸出糖化法工艺。

2.3.3 糖化的具体过程:糖化醪与糊化醪兑醪后，醪液不再煮沸，而是直接在糖化锅内升温，达到糖化各阶段所要求的温度。

由于只有部分醪液进行煮沸，胚乳细胞壁的高分子麦胶物质及其他杂志溶出较少，所制麦汁色泽浅，黏度低，口味柔和，发酵度高，特别适合酿造浅色淡爽型啤酒；而且操作简单，糖化时间短。

有关糖化工艺图见下图2-1。

2.4 糖化醪过滤糖化结束后，意味着麦芽汁已经形成，应尽快的将麦芽汁和麦槽分开，以得到清亮和较高收率的麦芽汁，避免影响半成品麦芽汁的色香味。

过滤的方法有压滤机法和过滤槽法，此次设计所采用的方式是过滤槽法。

过滤槽的优点是操作简单，工艺成熟，进醪排槽都很容易，也是比较普遍的。

在醪液进槽前其中就有78℃的温水，使水溢过滤板，作用是预热槽以及排除管塞底的空气，泵送糖化醪送完后开过滤槽机，使糖化醪在槽内均匀分布，静置20分钟使糖化醪沉淀形成过滤层，通过回流泵使麦汁回流直至麦汁澄清，一般需要10—15分钟。

进行正常过滤注意调节麦汁流量（逐步减少）。

收集头号滤过麦汁一般需要45—90分钟，待麦槽快要露出时开动耕槽机耕槽，疏松麦槽层，喷水洗槽。

采用2—3次洗槽，同时收集二滤麦汁，开始比较浑浊，需要回流直至澄清待洗槽残夜流出浓度达到7度时过滤结束，旋转耕槽机刀开动耕槽机，打开麦槽排除阀。

要求麦汁过滤速度正常，过滤应在规定时间内完成，麦汁低吸氧，具有正常的色、香、味。

2.5 煮沸及酒花的添加2.5.1 煮沸煮沸在煮沸锅中进行。

使多余的水分蒸发，使麦芽汁浓缩到规定浓度；使酒花有效成分溶入麦汁中；赋予麦汁独特的酒气香气和爽口的苦味；使麦汁中可凝固蛋白质凝固析出，以提高啤酒的非生物稳定性；破坏酶的活力，防止淀粉酶等继续作用，稳定可发酵性糖与糊精的比例，稳定麦汁组成；同时能达到麦汁灭菌，保证最终产品的质量。

煮沸要求适当的煮沸温度，分批添加酒花，在预定煮沸时间内，使麦汁达到规定浓度，保持有明显酒花香味和柔和的苦味，以保证成品啤酒有光泽、风味好、稳定性高。

加热使麦汁维持在70～80℃之间，防止乳酸菌等杂菌污染，将麦槽洗涤结束后即加入大量蒸汽，使麦汁达到沸腾。

本设计采用外加热煮沸锅，可以防止局部过热，引起麦汁色度加深和加热面结垢，清洗困难。

煮沸时间70～90min，麦汁的煮沸强度应达到8%～10%，凝固性氮应达到1.5～20mg/L。

2.5.2 酒花酒花又称蛇麻花、啤酒花等，它是雌雄异株，用于啤酒发酵的是成熟的雌花。

酒花在啤酒中的作用：①赋予啤酒香味和爽口苦味。

②提高啤酒泡沫的持久性。

③使蛋白质沉淀，有利啤酒澄清。

④酒花有抑菌作用，将它加入麦芽汁中能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力，保持啤酒的非生物稳定性。

添加方法：第一次，煮沸5～15分钟后，添加总量在5%～10%，主要是消除煮沸物的泡沫；第二次，煮沸30～40分钟后，添加总量在55%～60%，主要是萃取α-酸，并促进异构；第三次，煮沸80～85分钟后，加剩余酒花，主要是萃取酒花油，提高酒花香。

2.6 回旋沉淀热凝固物分离工艺，采用回旋沉淀槽法。

热麦汁由双向切线方向进槽，在槽内回旋产生离心力。

由于受槽内运动离心力的作用的合力把颗粒推向槽底中央。

该设备占地面积小，加工容易投资也少。

如不分离热凝固物，在发酵中，会引起热凝固物吸附大量酵母，使酵母不正常。

同时在发酵中被分散，将来进入啤酒，影响啤酒的非生物稳定性。

技术条件：麦汁液面与槽直径比1:2～3槽底部像出口倾斜1～2%便于凝固物中麦汁缓慢流出麦汁进口速度10～16m/s（泵能力）进料时间12～20分钟，麦汁静置时间30～40分钟麦汁切线进口位置约在麦汁高度1/3处热凝固物的分离糖化醪过滤后得到的麦汁中含有水溶性的清蛋白和部分盐溶性球蛋白以及水溶性高肽等，这些物质在煮沸时变性和多酚结合形成热凝固物。