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年产十万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计.doc

年产十万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计

zls0728
2011-06-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《年产十万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计doc》,可适用于工程科技领域

ta啤酒厂糖化车间的物料衡算年产十万吨啤酒厂啤酒发酵工艺设计一、啤酒生产相关知识简介​ 啤酒酿造工艺流程图啤酒酿造图:原料贮仓:麦芽筛选机:提升机:麦芽粉碎机:糖化锅:大米筛选机:大米粉碎机:糊化锅:过滤槽:麦糟输送:麦糟贮罐:煮沸回旋槽:外加热器:酒花添加罐:麦汁冷却器:空气过滤器:酵母培养及添加罐:发酵罐:啤酒稳定剂添加罐:缓冲罐:硅藻土添加罐:硅藻土过滤机:啤酒清滤机:清酒罐:洗瓶机:罐装机:啤酒杀菌机:贴标机:装箱机​ 酿造啤酒的原料酿造啤酒的主要原料是大麦水酵母酒花。​ 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、α氨基酸、麦汁中不饱和脂肪酸含量等。​ 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。二、ta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项目为原料(麦芽、大米)和酒花用量热麦汁和冷麦汁量废渣量(糖化槽和酒花槽)等。糖化车间工艺流程示意图根据我国啤酒生产现况有关生产原料配比、工艺指标及生产过程的损失等数据如表所示。图啤酒厂糖化车间工程流程示意图工艺技术指标及基础数据根据表的基础数据首先进行kg原料生产°淡色啤酒的物料计算然后进行L°淡色啤酒的物料衡算最后进行ta啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。表啤酒生产基础数据项目名称百分比()项目名称百分比()定额指标无水麦芽浸出率原料配比麦芽大米无水大米浸出率啤酒损失率(对热麦汁)冷却损失发酵损失原料利用率过滤损失麦芽水分装瓶损失大米水分总损失kg原料(麦芽大米)生产°淡色啤酒的物料衡算()热麦计算根据表可得到原料收率分别为:麦芽收率为:×()=大米收率为:×()=混合原料收得率为:(××)=由上述可得kg混合料原料可制得的°热麦汁量为:(×)÷=(kg)又知°麦汁在℃时的相对密度为而℃热麦汁比℃时的麦汁体积增加倍故热麦汁(℃)体积为:÷(×)××=(L)()冷麦汁量为:×()=(L)()发酵液量为:×()=(L)()过滤酒量为:×()=(L)()成品啤酒量为:×()=(L)生产L°淡色啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知kg混合原料可生产°淡色成品啤酒L故可得以下结果:()生产L°淡色啤酒需耗混合原料量为:()×=(kg)()麦芽耗用量为:×=(kg)()大米耗用量为:=(kg)()酒花耗用量:对浅色啤酒热麦汁中加入的酒花量为故为:()××=(kg)()热麦汁量为:()×=(L)()冷麦汁量为:()×=(L)()湿糖化糟量设热电厂出的湿麦芽糟水分含量为则湿麦芽糟量为:()()()×=(kg)而湿大米糟量为:()()()×=(kg)故湿糖化糟量为:=(kg)()酒花糟量设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为且酒花糟水分含量为则酒花糟量为:()()×=(kg)ta°淡色啤酒酿造车间物料衡算表设生产旺季每天糖化次而淡季则糖化次每年总糖化次数为次。由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。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所示。表啤酒厂酿造车间物料衡算表物料名称单位对kg混合原料L°度淡色啤酒糖化一次定额量ta啤酒生产混合原料Kg×大麦Kg×大米Kg×酒花Kg×热麦汁L×冷麦汁L×湿糖化糟Kg×湿酒花糟Kg×发酵液L×过滤酒L×成品啤酒L×备注:度淡色啤酒的密度为kgm三、ta啤酒厂糖化车间的热量衡算二次煮出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所示其中的投料量为糖化一次的用料量(计算参表)​ 糖化用水耗热量Q根据工艺糊化锅加水量为:G=()×=(kg)式中kg为糊化一次大米粉量kg为糊化锅加入的麦芽粉量(为大米量的)图啤酒厂糖化工艺流程图而糖化锅加水量为:G=×=(kg)式中kg为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量即=(kg)而kg为糖化一次麦芽定额量。故糖化总用水量为:GW=GG==(kg)()自来水的平均温度取t=℃,而糖化配料用水温度t=℃,故耗热量为:Q=(GG)cw(tt)=×()=(KJ)()​ 第一次米醪煮沸耗热量Q由糖化工艺流程图(图)可知:Q=Q+Q+Q()糖化锅内米醪由初温t加热到℃的耗热量QQ=G米醪C米醪(t)()()​ 计算米醪的比热容G米醪根据经验公式G容物=(W)cW进行计算。式中W为含水百分率c为绝对谷物比热容取c=KJ(Kg·K)C麦芽=()×=KJ(Kg·K)C大米=()×=KJ(Kg·K)C米醪=(G大米c大米G麦芽c麦芽Gcw)(G大米G麦芽G)()=(×××)()=KJ(Kg·K)()米醪的初温t设原料的初温为℃而热水为℃则t=(G大米c大米G麦芽c麦芽)×Gcw×(G米醪C米醪)()=(××)×××(×)=℃其中G米醪==(kg)()把上述结果代如中得:Q=×()=KJ煮沸过程蒸汽带出的热量Q设煮沸时间为min蒸发量为每小时则蒸发水量为:V=G米醪××=××=Kg()Q=VI=×=KJ()式中I为煮沸温度(约为℃)下水的汽化潜热(KJKg)热损失Q米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的即:Q=(QQ)()由上述结果得:Q=(QQ)=()=KJ()第二次煮沸前混合醪升温至℃的耗热量Q按照糖化工艺来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅中的麦醪混合后温度应为℃故混合前米醪先从℃冷却到中间温度t。糖化锅中麦醪中的t已知麦芽初温为℃用℃的热水配料则麦醪温度为:G麦醪=G麦芽G==kg()c麦醪=(G麦芽C麦芽GCw)(G麦芽G)=(××)()()=KJ(kgK)t麦醪=(G麦芽C麦芽×GCw×)(G麦醪C麦醪)=(××××)(×)()=℃根据热量衡算且忽略热损失米醪与麦醪混合前后的焓不变则米醪的中间温度为:G混合=G米醪G麦醪==Kg()C混合=(G米醪C米醪G麦醪C麦醪)(G米醪G麦醪)()=(××)=kJ(kg·K)t=(G混合C混合×t混合G麦醪C麦醪×t麦醪)(G米醪C米醪)()=(××××)(×)=℃QQ=G混合C混合()=×()=(kJ)()第二次煮沸混合醪的耗热量Q由糖化工艺流程可知:Q=QQQ()混合醪升温至沸腾所耗热量Q()经第一次煮沸后米醪量为:G米醪=G米醪V==(Kg()糖化锅的麦芽醪量为:G麦醪=G麦芽G==kg()故进入第二次煮沸的混合醪量为:G混合=G米醪G麦醪==(kg)()()根据工艺糖化结束醪温为℃抽取混合醪的温度为℃则送到第二次煮沸的混合醪量为:G混合()G混合()×=()()麦醪的比热容c麦醪=(G麦芽C麦芽G)(G麦芽G)=(××)()()=KJ(kgK)混合醪比热容:c混合=(G米醪c米醪G麦醪c麦醪)(G米醪G麦醪)()=(××)=kJ(kg·K)()故Q=G混合c混合()=(kJ)()二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q煮沸时间为min蒸发强度则蒸发水分量为:V=G混合××=××=(kg)Q=IV=×=(kJ)()式中I为煮沸温度下饱各蒸汽的焓(kJkg)热损失Q根据经验有:Q=(QQ)()把上述结果代入公式()得Q=(QQ)=()=(kJ)()洗槽水耗热量Q设洗槽水平均温度为℃每kg原料用水kg则用水量为:G洗=×=(kg)其中为混合原料一次糖化量故Q=GCw()=××()=(kJ)()麦汁煮沸过程耗热量Q()麦汁升温至沸点耗热量Q由表啤酒厂酿造车间物料衡算表可知kg混合原料可得到kg热麦汁并设过滤完毕麦汁温度为℃则进入煮沸锅的麦汁量为:G麦汁=×=(kg)又C麦汁=(××××)(×)=(kJkgk)故Q=G麦汁C麦汁()=××=(kJ)()煮沸强度时间h则蒸发水分为:V=××=(kg)其中为煮沸锅的麦汁量故Q=IV=KJ()热损失为()把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热Q=(QQ)=(KJ)()糖化一次总耗热量Q总Q总=QQQQQQ=(KJ)()糖化一次砂耗用蒸汽用量D使用表压MPa的饱和蒸汽I=Kjkg,i为相应的冷凝水的焓(kjkg),η为蒸汽的热效率则:D=Q总(Ii)η=()×()=(kgh)式中i为相应冷凝水的焓(kJkg)η为蒸汽的热效率取η=。糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax在糖化过程各步骤中麦汁煮沸耗热量Q为最大且已知煮沸时间为min热效率为故:Qmax=Q(×)=(×)=(KJh)()相应的最大蒸汽耗量为:Dmax=Qmax(Ii)=()=(kgh)()蒸汽单耗据设计每年糖化次数为次总共生产啤酒t年耗蒸汽总量为:Dr=×=(Kg)每吨啤酒成品耗蒸汽(对糖化):D==(kgt啤酒)每昼夜耗蒸汽量(生产旺季算)为:Dd=×=(kgd)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结果列成热量消耗综合表如表表ta啤酒厂糖化车间总热量衡算表名称规格(MPa)每吨消耗定额(kg)每小时最大用量(kgh)每昼夜消耗量(kgd)每年消耗量(kga)蒸汽(表压)四、ta啤酒厂发酵车间的耗冷量衡算啤酒发酵工艺有上面发酵和下面发酵两大类而后者有传统的发酵槽发酵和锥形罐发酵等之分。不同的发酵工艺其耗冷量也随之改变。下面以目前我国应用最普遍的锥形罐发酵工艺进行ta啤酒厂发酵车间的耗冷量计算。发酵工艺流程示意图冷却℃热麦汁冷麦汁(℃)锥形灌发酵过冷却至℃贮酒过滤清酒灌图发酵工艺流程工艺技术指标及基础数据年产°淡色啤酒t旺季每天糖化次淡季为次每年共糖化次主发酵时间天锅麦汁装个锥形罐°Bx麦汁比热容c=KJ(kgK)冷媒用酒精溶液其比热容可视为c=KJ(kgK)麦芽糖化厌氧发酵热q=kJkg麦汁发酵度。根据发酵车间耗冷性质可分成工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类即:()工艺耗冷量麦汁冷却耗冷量Q近几年来普遍使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法。使用的冷却介质为℃的冷冻水出口的温度为℃。糖化车间送来的热麦汁温度为℃冷却至发酵起始温度℃。根据表啤酒生产物衡酸表可知每糖化一次热麦汁L而相应的麦汁密度为kgm,故麦汁量为:G=×=(kg)又知Bx麦汁比热容C=KJ(Kg·k),工艺要求在h小时内完成冷却过程则所耗冷量为:Q=GC(tt)τ()=×()=(KJh)式中t和t分别表示麦汁冷却前后温度(℃)τ冷却操作过程时间(h)根据设计结果每个锥形发酵罐装锅麦汁则麦汁冷却每罐耗冷量为:Qf=Q=×=(kJ)()相应地冷冻介质(℃的冷冻水)耗量为:Mf=QCm(tt)=()=(kgh)()式中t和t分别表示冷冻水的初温和终温(℃)Cm水的比热容KJ(kg·K)发酵耗冷量Q()发酵期间发酵放热Q假定麦汁固形均为麦芽糖而麦芽糖的厌氧发酵房热量为kJkg。设发酵度为则L麦汁放热量为:q=××=(kJ)根据物料衡算每锅麦汁的冷麦汁量为L,则每锥形缺罐发酵放热量为:Q=××=(kJ)由于工艺规定主发酵时间为天每天糖化锅麦汁(旺季)并考虑到发酵放热不平衡取系数,忽略主发酵的升温则发酵高温时期耗冷量为:Q=(Q××)(××)=(××)(××)=(kJh)()发酵后期发酵液降温耗Q主发酵后期发酵后期发酵液温度从℃缓降到℃。每天单罐降温耗冷量为:Q=GC()=×××=(KJ)()工艺要求此过程在天内完成则耗冷量为(麦汁每天装个锥形罐):Q=(Q)(×)=(×)(×)=(KJh)()()发酵总耗冷量QQ=QQ==(kJh)()()每罐用冷媒耗冷量QQ=QQ==kgh()()发酵用冷媒耗(循环量)M发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质进出口温度为℃和℃故耗冷媒量为:M=Q(Cm×)=(×)=kgh()酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q在锥形罐啤酒发酵过程主发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次。设湿酵母添加量为麦汁量的且使用℃的无菌水洗涤洗涤无菌水量为酵母量的倍。冷却前无菌水温℃。用℃的酒精液作冷地介质。由中述条件可得无菌水用量为:Gw′=×××=(kgd)式中糖化一次的冷麦汁量(kg)每班无菌水量:Gw=Gw′==(kg每班)()假无菌水冷却操作在h小时内完成则无菌水冷却耗量为:Q=GwGm(twtw′)r=××()=(kgh)()所耗冷冻介质量为:M=Qcw(tt)r=(×)=(kgh)()式中t和t冷冻酒精液热交换前后的温度分别为℃和℃。每罐用于酵母洗涤的耗冷量:Q=GwGm(twtw′)=××()=(kJ)()式中每班装罐罐酵母培养耗冷量Q根据工艺设计每月需进行一次酵母纯培养培养时间为d即h。根据工厂实践年产t啤酒培养冷量为(Kjh)则对应的年冷耗量为:Q’=Q××=×(KJ)()相应的高峰冷冻介质循环量为:M=Qcw(tt)=(×)=(kgh)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=Q+Q+Q+Q=+++=(Kjh)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别介绍。露天锥形罐冷量散失Q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。根据经验年产万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在kJt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:Q’=Gb×=×××=(Kjd)()式中Gb旺季成品啤酒日产量(t)若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的倍则高峰耗冷量为:Q=Q’=×=(KJh)()冷媒(℃稀酒精)用量:M=QCm(tt)==(KJh)()清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q因涉及的设备、管路很多若按前面介绍的公式计算十分繁杂故啤酒厂设计时往往根据实验经验选取。通常取所以:Q=%Qt=%×=(KJh)()冷媒(℃稀酒精)用量:M=Qcw(tt)=(×)=(KJh)()ta啤酒厂发酵车间冷量衡算表将上述计算结果整理后可得ta啤酒厂发酵车间冷量衡算表如表所得表啤酒厂发酵车间冷量衡算表耗冷分类耗冷项目每小时耗冷量(kJh)冷媒用量(kJh)每罐耗冷(kJ)年耗冷量(kJ)工艺耗冷量麦汁冷却Q(M)×发酵耗冷Q(M)×无菌水冷却Q(M)×酵母培养Q(M)×工艺总耗冷Qt×非工艺耗冷量锥形罐冷损Q(M)×管道等冷损Q(M)×非工艺总耗冷Qnt×合计总耗冷Q×单耗kJt啤酒

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