产万吨啤酒厂糖化车间设计开题报告.doc

南阳理工学院毕业设计（论文）开题报告 生物与化学工程 学院 生物工程 专业课题名称：年产 万吨啤酒厂糖化车间设计学生姓名： 郑世文 学 号： 015109031 指导教师： 肖连冬(教授) 报告日期： 2013年1月 18日 1本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状综述1.啤酒简介啤酒是以麦芽为主要原料，经过糖化、加酒花、酵母发酵酿制而成的低度含醇饮料1。自1900 年中国有了第一家啤酒厂以来，今天中国已成世界第一大啤酒生产和消费国。随着中国整体经济的腾飞，近几年中国啤酒又进入了一个全新的高速发展期，2005 年到2007年每年全国都有30多家大型啤酒工厂（超过年产108 L以上）在新建和扩建。中国啤酒工业这种前所未有的发展速度使世界感到非常惊奇，成为世界啤酒业注目的焦点，继续保持着世界啤酒工业进步的中心地位2。1.1啤酒的全生命周期啤酒的全生命周期是指啤酒从原材料采购、储运, 到啤酒生产过程的制麦、糖化、发酵、过滤、包装到生产出成品酒乃至到贮存、运输、进入市场的整个过程3。具体内容见图 13。 图1啤酒全生命周期图1.2啤酒酿造法的改进近年来，随着各种啤酒原料的价格的不断上涨，特别是进口麦芽价格的直线上扬导致了啤酒生产成本的大幅提高。成本压力的增大，这就要求各啤酒厂家进行技术创新和提高辅料比来减少原料上涨带来的压力4。1.2.1高辅料酿造啤酒法传统啤酒酿造均以麦芽为主料搭配30左右的辅料，高辅料啤酒即大米、玉米等辅料比例高于50的啤酒5。当辅料比超过50%时，可以有效改善啤酒风味，降低色度，降低总多酚的含量，可以有效延长啤酒保质期；同时也带来了负面影响，-氨基氮含量偏低可能会导致发酵困难，麦芽减少导致过滤困难，非生物稳定性降低等4。啤酒的非生物稳定性也叫非生物浑浊，是指由非生物污染而产生的浑浊现象的可能性。提高啤酒非生物稳定性的方法有2种，一是减少啤酒中多酚物质含量，二是减少啤酒中蛋白质含量。1.2.2高浓度酿造高辅料啤酒法高浓酿造（highgravitybrewing，HGB）工艺，即提高麦汁浓度到16P或者更高，通过提高麦汁浓度增加酵母营养物质含量，满足酵母正常代谢和发酵所需。通过采用高浓酿造技术生产出来的啤酒经过稀释就可以得到所需浓度的啤酒。采用75%的高辅料，大幅度降低了生产过程中大麦芽的用量，有效的降低了生产成本。采用高浓方法进行酿造，解决了高辅料麦汁中-氨基氮不足的问题，提高了发酵罐的利用率，产量也得到了大幅度的提高，可以有效缓解啤酒厂在旺季时产能不足的问题，进一步降低生产成本4。1.2.3挤压膨化技术挤压膨化技术应用在啤酒工业中和传统工艺相比，膨化辅料工艺具有很大的优越性：膨化可改变谷物结构，使原料淀粉获得较高的化度，提高糊化率，有利于糖化，从而提高麦汁收得率，增加出酒率；膨化过程对原料进行高温高压灭菌，可减少发酵过程中酸败损失，改善产品卫生状况，且减少了啤酒生产过程中的污染源。在相同的糖化原料的前提条件下，采用挤压膨化大米辅料糖化工艺和啤酒传统不膨化大米辅料糖化工艺相比，糖化麦汁浸出物收得率可提高7.62%左右，还原糖含量提高4.86%，过滤速度提高13.66%左右，其他各项指标与对照样基本一致，均符合国家有关规定的要求。因此，挤压膨化工艺在啤酒工业中的应用具有广阔的前景6。1.2.4外加酶法酿制啤酒实质上是靠酶的作用，是麦芽中的多种内源酶将酿制用的原辅料分解成可发酵糖、糊精、氨基酸和肽等。不难看出如将麦芽内源酶换成外源酶，即加入酶制剂来取代麦芽中部分内源酶，便可以用大麦等谷物代替部分麦芽，同样可将原辅料淀粉和蛋白质分解，以便达到节省麦芽，提高辅料用量和降低成本的目的。金立忠等7证明应用国产食品级BF7658-淀粉酶，AS1398中性蛋白酶，-淀粉酶等酶制剂以大麦代替部分麦芽酿制啤酒的糖化工艺是成功的。王秀丽等8直接采用大麦酿造啤酒，通过在糖化阶段添加大麦复合酶，能得到和麦芽相似的麦汁，添加复合酶制剂以后对于麦汁质量也有所提高，使得大麦麦汁中的麦芽糖、-氨基氮含量能够满足酵母生长、发酵的需要，最终发酵度也较麦芽麦汁高。不经过制麦过程，使得啤酒酿造过程更为简单，对于原料的限制减少，可以降低啤酒的生产成本，一个产能10 万KL的啤酒厂每年最多可减少3000t的二氧化碳排放量，可实现节能减排。1.3啤酒发酵度的影响因素发酵度是反映啤酒生产过程中的原料质量和技术控制好坏的重要指标。发酵度的高低，不仅影响着啤酒的感官质量，更是提高啤酒爽口性的有效措施之一。影响发酵度的因素很多，包括原料、糖化工艺、酵母质量、发酵过程控制等9。其中糖化是酿造过程一道重要的工序,它直接影响啤酒的质量和类型10。啤酒啤酒中的高级醇、醛类、双乙酰、酯类、含硫化合物等对啤酒的风味有着重要影响，这些物质与水酒精、二氧化碳共同组成啤酒的酒体并形成啤酒特有的风味。啤酒风味物质的主要来源有原料、啤酒酿造和储藏过程中微量物质的变化5,而糖化的目的就是获得含有一定量可发酵性糖、酵母营养物质和啤酒风味物质的麦汁10。2糖化工艺2.1糖化工艺流程 浸渍49蛋白质休止62糖化温度667073过滤后麦汁温度74麦汁升温预热温度92煮沸温度100麦汁冷却温度1311。糖化流程图12见图2 麦糟 酒花 冷凝固物 麦芽粉碎糖化过滤混合麦汁煮沸澄清冷却充氧麦汁 大米粉碎糊化 酒花糟 热凝固物图2 糖化流程图2.2麦汁糖化方法 啤酒的糖化大体主要可以分为两类，一种为浸出糖化法，另外一种则是煮出糖化法13。（1）浸出糖化法 浸出糖化法的特点是糖化醪自始至终不经煮沸，单纯依靠酶的作用浸出各种物质，麦汁在煮沸前仍然保留一定的酶活力。根据糖化过程是否添加辅料，可以分为单醪浸出法和双醪浸出法。单醪浸出法又可以分为恒温浸出糖化法和升温浸出糖化法。a.单醪恒温演出糖化法。投料温度在60左右，糖化一到二个小时升温至过渡温度78，进行过滤。该法没有蛋白质分解阶段，所以只适用于蛋白质分解比较完全的麦芽。b.单醪升温浸出糖化法。投料温度为35到37，保温20分钟左右，然后升温至50进行蛋白蛋分解。如果麦芽溶解良好，也可以直接采用50投料，保温60分钟左右，再缓慢升温至65、72进行分段糖化，最后再升温至78进行过滤。该法适合溶解良好的麦芽，特别适合用于酿造全麦芽啤酒和上面发酵啤酒。双醪浸出糖化法是指糊化醪煮沸后与糖化醪净醪后，醪液不再煮沸，而是直接在糖化锅升温，达到糖化各阶段所要求的温度。有人将这种方法称为“一次米化法”或“一次煮涨糖化法”这是不正确的，因为严格地讲，糊化醪的煮沸应该称为辅料的“预糊化”或“预煮”，不属于煮醪的范围。目前我国许多使用辅料酿造淡色啤酒的厂家采用此方法。（2）煮出糖化法 煮出糖化法的特点是将糖化醪液的一部分加热到沸点，然后与其余款煮沸的醪液，使全部醪液温度分阶段地达到不同酶作用所要求的温度，最后达到糖化终了温度。根据糖化过程是否添加辅料，煮出糖化法可以分为单醪煮出法和双醪煮出法，根据分醪次数的多少，又可以把煮出法分为三次煮出法、二次煮出法、一次煮出法13。马歌丽等14 在生产工艺对高辅料啤酒非生物稳定性的影响的研究中确定最佳的糖化工艺条件是采用一次煮出糖化法，糖化温度70，麦汁pH值为5.2-5.4，麦汁煮沸时间90-100min。而其与张学军等5发表的糖化工艺对高辅料啤酒风味物质的影响一文中确定的最佳糖化条件是采用一次煮出糖化法，麦汁pH5.4-5.6，糖化温度为60-65，糖化时间62min，煮沸时间90-110min。孟德敬等10研究证明了一次煮出与浸出糖化法(B法)优于二次煮出糖化法(A法)。两种方法获得的麦汁和相应的啤酒具有相同的理化性质,除了淀粉到可发酵性糖的转化不同。事实上,B法更加便利,它能得到更多的可发酵性糖,与A法的可发酵性糖浓度相比提高了5.3g/L,酒精的含量相应增加了0.25 %(v/v)。B法在获得最好质量啤酒的同时,也得到了较高的产量,而且糖化时间节约了33分钟,能量节约了20 %。综上所述，一次煮出法要优于二次煮出法，不过，本次课题所选用的糖化方法为二次煮出糖化法。二次煮出糖化法的特点：颜色色泽淡黄，泡沫丰富持久具有特殊味道。其可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，当部分醪液加热至煮沸是，利用热力作用，促进物料的溶解，使溶液彻底糊化，便于淀粉酶的作用，以提高浸出物收得率。而且其灵活性比较大，适用于处理各种性质的麦芽和制造各种类型的啤酒。2.3麦汁的冷却方法根据板式换热器的形式, 麦汁冷却可以分为一段冷却和两段冷却。2.3.1 一段麦汁冷却工艺从回旋沉淀槽出来的95 麦汁, 经一段板式换热器一步冷却到酵母发酵所需的温度7-9。冷媒用冷却到4的酿造水，经过换热，4冰水被95热麦汁传热后直接升至80进热水箱，作为投料用水、洗糟用水等。麦汁冷却温度可以通过控制出水流量来实现。2.3.2两段麦汁冷却工艺冷冷水由20升至55，经加热至80可做投料用水或洗糟用水；第二段冷却，用冷媒酒精水使麦汁从45降到了7-9。这里冷媒酒精水段的耗冷量受前段冷水温度及流量的制约，而且水冷段的水源温度随季节气候的变化而变化，冷水温度变化直接影响后段麦汁冷却的温度及耗冷量。一段麦汁冷却工艺比两段冷却工艺会节约大量能源, 明显降低生产成本。正因如此, 现在几乎所有啤酒厂的麦汁冷却工艺均改为一段冷却15。3糖化车间设备3.1糖化设备流程 麦芽 麦芽粉碎机 糖化锅 过滤槽 煮沸锅 大米 大米粉碎机 糊化锅 薄板换热器 回旋沉淀槽 3.2设备的选择国内采用的糖化车间冷麦汁制备主体设备有6104 L/次、7.5104 L/次、8104 L/次和105 L/次规格，用过滤槽的系统现在已可以达到每天糖化9次，用压滤机的系统可以达到每天糖化12次2。糊化锅、糖化锅一般采用三段夹套加热，高径比比较小。过滤槽包括筛板、耕刀、麦糟出口等。麦糟输送采用气力输送，现在已不应使用传统的螺杆泵形式2。麦汁压滤机过滤麦汁速度快，效率高，对于原料比适用范围大，自动化程度高，劳动强度较低，可提高其他糖化设备的使用效率。麦汁煮沸锅含有内加热器，近年来煮沸系统都增加二次蒸汽热能回收系统，麦汁利用回收热能并在蒸汽的辅助下将麦汁加热到95左右进入煮沸锅，有效避免麦汁升温段内加热器表面结焦现象。现在国内通用的沉淀槽进口采用切线夹角进料，夹角一般10-15 ，使得进料动量完全释放于麦汁回旋2。换热器的种类很多，二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好。这些设备一般都含有CIP清洗系统，CIP清洗是指被清洗的设备、容器及管路不动的情况下，通过机械力让洗涤液循环，进行完整彻底清洗。CIP清洗系统有多种形式，包括一次性洗涤系统、洗涤剂重复利用的CIP系统和混合洗涤系统。糖化设备和麦芽汁管道每天在80-85条件下用2-3的NaOH溶液清洗40min。麦汁过滤剂每周在80条件下先用热碱清洗后再用酸洗，时间长度为60min16。不同的设备都具有各自的优势和劣势，车间设计就是尽可能的将各种设备的优势都综合的应用到一起并减少设备劣势带来的负面影响。设备的选择需要根据具体的情况而定。本设计是对年产10万吨啤酒糖化车间进行设计，主要内容是依据拟定的产量进行了工艺设计，对生产过程进行物料、水及热量衡算；进而对主要的设备进行设计计算、选型，如糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅、沉淀槽及薄板冷却器的主要尺寸、选型以及其他辅助设备选型。最后对整个车间进行布置设计，绘制出工艺流程图及车间布置图。为工业生产啤酒提供一定的参考。参考文献：1张祖莲，朱汉明，万莉改变啤酒酿造中锌离子含量的方法.湖北农业科学,2009,48（11）：283428362钱列生,潘建中.现代啤酒工厂原料和糖化工段的设备选择.现代食品科技,2007,23（8）：54563刘妍.浅析啤酒全生命周期中的清洁生产机会.环境科学与管理,2008,33（9）：1861904倪应应,胡鹏刚.高浓酿造法生产高辅料啤酒的研究.中国酿造,2012,31（4）：72745马歌丽,魏泉增,张学军.糖化工艺对高辅料啤酒风味物质的影响.中国酿造，2009,28（7）：1451476杨勇,申德超,张少彩.基于单一酶的膨化辅料糖化工艺研究.中国酿造,2010,29（1）：84887金立忠,谭雨清.节能降耗啤酒糖化的应用研究.食品科技,2007,第4期：1621638王秀丽,王家林.不同糖化工艺对大麦啤酒的麦汁质量的影响.食品研究与开发,2012,33（10）：1531559毕德成,张道雷,郭东波.工业生产中啤酒发酵度影响因素的研究.中国酿造,2012,31（12）：11611810孟德敬,陆键,赵海锋.糖化工艺对啤酒酿造的影响.啤酒科技,2006,第12期：707211雷春生.啤酒酿造在德国.啤酒科技,2011,第9期:212212盛霞.年产10万吨淡色啤酒厂糖化车间糖化锅设计.四川理工学院,200813admin.啤酒设备常见糖化方法有哪些特点. 济南德工设备技术有限公司 http:/www.sdhanbo.com.2012-8-17 14马歌丽,何红,贺永寅.生产工艺对高辅料啤酒非生物稳定性的影响.中国酿造,2011,30（7）：14815115崔云前,于同立,张志永.糖化车间节能技术探讨.酿酒,2005,32（4）：10811316梁世中.生物工程设备.第二版，北京：中国轻工业出版社，2011年6月.4484502本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析任务要求：设计一条合理、经济、先进的工艺路线。进行全厂工艺衡算，主要包括有物料衡算、热量衡算、水衡算等，在工艺衡算的基础上，对主要的设备进行设计计算、选型。绘制工艺流程图和车间布置图。 实现预期目标的可行性分析：（1）熟悉啤酒生产工艺及糖化车间的流程和工艺。（2）借鉴以前的设计方法，结合自己的设计目的及设计思想，设计出合理的工艺路线。（3）能熟练应用工厂设计理论，掌握工艺计算方法。（4）运用所掌握的生物工程设备知识，根据工艺计算的数据对设备进行设计计算和选型。并根据工艺流程图及所学专业理论，再加上工厂实地考察对设备进行合理布置。（5）熟悉使用CAD制图工具，绘制工艺流程图和车间布置图。本设计要查阅大量的啤酒行业的文献资料、采集啤酒厂生产实际中的技术参数。以工艺技术上先进、可靠；经济上合理、可行为设计原则。采用二次煮出糖化法。选用的较先进的生产设备，按照规定标准设计糖化车间布置，使建成的啤酒厂车间布局合理，产出啤酒质量较好，生产效益更高。通过查找图书馆中大量的相关中、外文献资料，综合运用自己所学的专业知识，以及啤酒厂的实地参观考察，完成年产10万吨啤酒厂糖化车间的设计是没有问题的。3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路1、糖化车间物料衡算：通过工艺计算确定主要结构参数。2、糖化车间热量衡算：通过热量衡算找出流程中设备的热负荷及热损失。3、耗水量的计算：通过耗水量的计算确定工厂的日耗水量及年耗水量。4、耗冷量的计算：通过耗冷量的计算确定发酵车间的年耗冷量。5、确定设备结构形式及尺寸：根据工艺要求，按物料的容积、特点、传热的型式、安装、维修要求，确定糖化锅、糊化锅等的结构形式和外形尺寸，如简体高度、封头形状的选择、轴封形式选择等。6、选用零部件：设备中用到的搅拌、传动、密封、传热等装置及其他零部件、大多已系列化、标准化。因此根据工艺条件及制造、安装等合理选用零部件。7、车间布置图设计：按正投影原理绘制，其视图内容包括（1）一组视图，表示糖化车间厂房建筑的基本结构和设备在厂房内外的布置情况。平、立面图，剖面图的数量以表示清楚为原则。（2）尺寸及标注，在图中注写与设备布置有关的尺寸和建筑轴线的编号、设备的位号、名称等。（3）安装方位标，指示安装方位的图标。（4）说明与附注，对设备安装布置有特殊要求的说明。（5）设备一览表，列表填写设备位号、名称等。（6）标题栏，注写图名、图号、比例、设计阶段等。4完成本课题所必须的工作条件（如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等）及解决的办法1、需工具书有生物工程设备、生物工程工厂设计概论等，解决办法向图书馆借阅。2、所需物料参数、设备型号等查阅相关手册或上网进行查找。3、计算机辅助设计条件是应用AutoCAD绘图。4、需要计算器进行计算。 5完成本课题的工作方案及进度计划2012.12.302013.1.20 完成开题报告；2013.2.252013.3.17 查阅资料，设计工艺路线；2013.3.182013.4.21 工艺衡算，设备设计计算与选型，完成设计说明书；2013.4.222013.5.5 绘制设计图纸；2013.5.62013.5.21 熟悉内容准备答辩6指导教师审阅意见指导教师（签字）： 年 月 日7学院毕业设计（论文）工作领导小组评审意见 领导小组组长（签字）： 学院（签章） 年 月 日说明：1.本报告由承担毕业设计（论文）课题任务的学生在接到“毕业设计（论文）任务书”、正式开始做毕业设计（论文）的第2周或第3周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。2.每个毕业设计（论文）课题撰写本报告1份，作为指导教师、毕业设计（论文）指导小组审查学生能否该毕业设计（论文）课题任务的依据，并接受学校的抽查。