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1、1 / 10 年产三万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 M筛选机7：大 M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
2、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、- 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
3、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。 2 / 10 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工程为原料 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 M收率为： 90% (100-12%=79.2% 混合原料收得率为： 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 10001.04=705.93(L (2 冷麦汁量为： 705.93 (1-0.07=656.5
4、2(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： 3 / 10 735.8 0.2%=0.24(kg 而湿大 M糟量为： 故湿糖化糟量为：11.59+2.12=13.71(kg 2.5 30000t/a 10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
5、1800 次。由此可计算出每次投 料量及其他工程的物料平衡。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 100L 10度 淡色啤酒 糖 化 一 次 定 额量 30000t/a啤 酒生产 混合原料Kg 100 16.02 2638.34 4.75 10 6 大麦Kg 70 11.21 1846.84 3.325 10 6 大 M Kg 30 4.81 791.5 1.425 10 6 酒花Kg 1.50 0.24 39.53 7.12 10 4 热麦汁L 705.93 113.09 18
6、628.71 33.53 10 6 冷麦汁L 656.52 105.18 17324.7 31.19 10 6 湿糖化糟Kg 72.35 11.59 1909.24 3.44 10 6 湿酒花糟Kg 4.50 0.72 118.60 2.13 10 5 发酵液L 643.39 103.07 16978.35 30.56 10 6 过滤酒L 636.95 102.04 16808.4 30.26 10 6 成品啤酒L 624.22 100.00 16469.04 29.64 10 6 备注： 10 度淡色啤酒的密度为1012kg/m 3 三、 30000t/a 啤酒厂糖化车间的热量衡算 二次煮出
7、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 式中， 791.5kg 为糊化一次大M粉量， 158.3kg 为糊化锅加入的麦芽粉量 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+G2cw(t1-t2=10183.9
8、9(50-184.18=1362210.5(KJ (2 3.2第一次 M醪煮沸耗热量 Q2 由糖化工艺流程图 3.2.1 糖化锅内 M醪由初温t0加热到 100的耗热量Q21 Q21=GM醪CM醪 (1) 计算 M醪的比热容GM醪根据经验公式G容物=00.1(100-Wc 0+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 C大 M=0.01 CM醪= =3.76 KJ/(KgK (2 M 醪的初温t0设原料的初温为18，而热水为50，则 t0 = 18+4274.14.1850/ c麦醪= t 麦醪= /G 混合(10
9、0-70 100%=26.7% 混合醪比热容： C混合= Q42=IV2=2257.2106.52=240435.628 (kJ =1.15(376782.184+240435.628 =709800.484 (kJ 故Q5=G Cw(80-18=11872.534.18(80-18=3076884.87(kJ 故Q61= G麦汁C麦汁(100-70=19412.913.85 30=2242190.61(kJ (31 ） 3.6.2 煮沸强度 10% ，时间 1.5h ，则蒸发水分为： V3=19412.9110% 1.5=2911.94(kg 故 Q62=I V3=6572821.62(KJ
10、 (32 ） 7 / 10 3.6.3 热损失为 (33） 3.6.4 把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热 Q6=1.15(Q61+Q62=10137264.1(KJ (34） 3.7 糖化一次总耗热量Q总 Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=17240772.195% 式中， i 为相应冷凝水的焓=10137264.1/(1.5 95%=7113869.55(KJ/h =3287.63(kg/h 每吨啤酒成品耗蒸汽 每昼夜耗蒸汽量 至于糖化过程的冷却，如热麦汁被冷却成热麦汁后才送井发酵车间，必须尽量回收其中的热 量。最后若需要耗用冷冻水，则在以下“耗冷量计算”中将会介绍 最后，把上述
11、结果列成热量消耗综合表，如表3 表 3 30000t/a啤酒厂糖化车间总热量衡算表 名称规格 又知 10 0 Bx 麦汁比热容C1=4.0KJ/(Kg k, 工艺要求在1h 小时内完成冷却过程，则所耗冷量为： Q1 =GC =19522.894.0(94-6/1 =6872056.61(KJ/h 式中 t1和 t2分别表示麦汁冷却前后温度 (41 相应地冷冻介质=19807.62(kg/h (42 式中， t3和 t4分别表示冷冻水的初温和终温 根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为17324.7L, 则每锥形缺罐发酵放热量为： Q01=36.8217324.74=2551581.82(kJ 由于
12、工艺规定主发酵时间为6 天，每天糖化8 锅麦汁 =(2551581.821.5 7/(24 64 =46513.21(kJ/h (2发酵后期发酵液降温耗Q22主发酵后期，发酵后期，发酵液温度从6缓降到 -1 。每天单罐降 温耗冷量为： Q02=4GC16- =(1.5 2186563.68/(24 2=68330.12(KJ/h (44 (45 (4每罐用冷媒耗冷量Q0 Q0=Q01+Q02=2551581.82+2186563.68=4738145.5kg/h (46 (5发酵用冷媒耗=3434.31kg/h (47 4.3.3 酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3 在锥形罐啤酒发酵过程，主发
13、酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵， 一般可重复使用57 次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0%，且使用1的无菌水洗涤，洗涤无菌 水量为酵母量的3 倍。冷却前无菌水温30。用 -8的酒精液作冷地介质。 由中述条件，可得无菌水用量为： Gw =19522.8961.0%3=3514.12(kg/d 式中19522.89糖化一次的冷麦汁量 /r =1171.374.18(30-1/2=70996.94(kg/h /r=70996.94(4.188=2374137.73(kg/h /1.5=1171.374.18(30-1/1.5 (51 =94662.31(kJ 式中 1.5每
14、班装罐1.5 罐 4.3.4 酵母培养耗冷量Q4 根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h。根据工厂实践，年产 30000t 啤酒培养冷量为41800 =41800/(4.18 8 =1250(kg/h 4.3.5 发酵车间工艺耗冷量Qt 综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为： Qt=Q1 Q2 Q3 Q4=6872056.61 114843.3370996.9441800 (53 =7099696.88(Kj/h 4.4 非工艺耗冷量 Qnt 除了上述的发酵过程工艺耗冷量外，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，构成所谓的非工艺耗冷量，现分
15、别介绍。 4.4.1 露天锥形罐冷量散失Q5 锥形罐啤酒发酵工厂几乎都把发酵罐置天露天，由于太阳辐射，对流传热和热传导等造成冷量 散失。通常，这部分的冷量由经验数据坟取。根据经验，年产2 万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在 9000-20000kJ/t啤酒之间，若在南方亚热地区设厂，可取高值。故旺季生天耗冷量为： =851963.63/(4.188=25477.38(KJ/h 冷媒用量 (kJ/h 每罐耗冷 (kJ 年耗冷量 27488226. 42 1.20 10 8 发酵耗冷Q2 114843.3 3 3434.31(M2 4738145.59.4210 8 无菌水冷却Q3 70996.94 2
16、374137.73 (M3 94662.31 1.7310 8 酵母培养Q4 41800 1250(M4 284320.55 12.010 8 工艺总耗冷Qt 7099696. 88 32605354.8 24.3510 8 非工艺 耗冷量 锥形罐冷损Q5 170000 5083.73(M5 1600000 5.2310 8 管道等冷损Q6 851963.6 3 25477.38 (M 6 4200042.36 16.110 8 非工艺总耗冷 Qnt 1021963.63 5800042.36 21.3310 8 合计总耗冷 Q 8121660.51 38405397.2 4.56810 9 单耗152266.67kJ/t 啤酒