啤酒的制作工艺 设计

摘要

本设计为年产15万吨11°（淡爽型）啤酒厂设计，糖化工段的工艺设计是设计的重点。该啤酒经过糊化，糖化，过滤，煮沸，冷却，采用圆筒体锥底发酵罐，历经14天发酵而成。此次设计计算主要包括物料衡算，热量衡算，冷耗计算和设备选型的计算以及重点设备糊化锅的计算。该啤酒厂设计的图纸主要包括糖化车间和发酵车间的流程，重点设备糊化锅装配图，以及糖化车间的平面图和立面图。

啤酒的酿造采用70%的优质麦芽，30%的大米。设计中采用湿法粉碎，该工艺可以使麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎，胚乳带水碾磨，较均匀，糖化速度快，可提高过滤速度。对大米来说，粉碎的越细越好，越利于糊化。而湿法粉碎恰恰能更好的更细的粉碎。糖化采用二次煮出糖化法，用此方法酿造啤酒，其颜色色泽淡黄，泡沫丰富持久具有特殊味道。可以补救一些麦芽溶解不良的缺点，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。

关键词：淡爽型；啤酒厂；糊化锅；设计；二次煮出法

I

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

Abstract

This design for yearly produces 150,000 tons 11°（Shuang-type short ）breweries designs, the saccharification construction section's technological design, is the design key point.The process dextrinize, the saccharification, filters, boils, cooling, uses one sets fermentation process, Uses the cylinder body fermentation pot， the calendar green 14 days fermentation material calculated becomes. This design calculation mainly includes , the thermal graduated arm calculated, coldly consumes the computation and the equipment shaping computation as well as the key equipment gelatinization pot computation. This brewery design blueprint mainly includes the saccharification workshop and the fermentation workshop flow, main equipment gelatinization pot, as well as the glycosylation of the floor plan and elevation drawing workshop.

The beer brewed using 70% of high-quality malt, 30% of the rice. In the design uses is the aqueous method smashing, the reason is bec- ause malt skin shell full absoring water changes softly, when smashing the skin shell is not easy to grind, embrionic breast including water mill, evener, the saccharification speed is quick, may enhance the filtration rate. Said to the rice that, the smashing thinner is better, more favor the dextrinize. But the aqueous method smashing exactly can a better thinner smashing. And us- es two time boils the sugar reduction, brews the beer with this method, its co- lor luster light yellow, the froth rich lastingly has the special flavor. Its may recover some malts to dissolve not the good shortcoming, the promotion ma- terial dissolution, causes the solution thorough dextrinize, is advantageous for the amylase function, enha- -nces lixivium receives rate.

Key words : Shuang-type short ; Breweries ; Gelatinization pot; Design; Two time boils the law 目 录 摘要 I Abstract II

第1章 绪论 1 1.1 啤酒工业概述 1 1.2 啤酒设计概述 1 1.2.1 设计目的 1 1.2.2 设计选题依据 1 1.2.3 设计内容 1 1.2.4 指导思想 1

1.3 课题研究的内容和流程 1 1.4 设计工作的背景 2 1.4.1 啤酒的历史 2 1.4.2 当代中国啤酒工业 2 1.5 啤酒生产技术 2 1.5.1 啤酒的主要工艺 2 1.5.2 啤酒国家标准 3 1.6 中国啤酒的发展方向 4 第2章 啤酒工艺选择与论证 5

II

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

2.1 啤酒酿造工艺流程 5 2.2 酿造啤酒的原料 5 2.3 麦汁的制备 6 2.4 主要工艺方法 6 2.4.1 糖化工艺 6 2.4.2 发酵工艺 7

2.5 厂址选择的地点及条件 8 2.5.1 地理位置 8 2.5.2 气候 8 2.5.3 地形 8 第3章 物料衡算 8 3.1 糖化车间物料衡算 8 3.1.1 糖化车间工艺流程 8

3.1.2 工艺技术指标及基础数据 8 3.1.3 100kg原料的物料衡算 10 3.1.4 100L啤酒的物料衡算 11 3.15 15000t/a11°淡爽啤酒酿造车间物料衡算表 12 3.2 糖化车间的热量衡算 13 3.2.1 糖化用水耗热量 14 3.2.2 第一次米醪煮沸耗热量 14

3.2.3 第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量 15 3.2.4 第二次煮沸醪的耗热量 16 3.2.5 洗槽水耗热量 17

3.2.6 麦汁煮沸过程耗热量 17 3.2.7 糖化一次总耗热量 18 3.2.8 糖化一次耗用蒸汽量 18 3.2.9 每小时最大蒸汽耗量 18 3.2.10 蒸汽单耗 18

3.3 发酵车间的水耗量计算 19 3.4 发酵车间的耗冷量衡算 20 3.4.1 发酵工艺流程 21

3.4.2 工艺技术指标及基础数据 21 3.4.3 工艺耗冷量Qt 21 3.4.4 非工艺耗冷量 23

3.4.5 发酵车间冷量衡算归纳 23

第4章 啤酒生产主要设备的选择与论证 24 4.1 主要设备的选型及计算 24 4.1.1 麦芽贮藏箱 24 4.1.2 麦芽粉贮藏箱 25 4.1.3 大米贮藏箱 25 4.14 大米粉贮藏箱 26 4.1.5 糖化锅尺寸的计算 26 4.1.6 煮沸锅尺寸的计算 27

III

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

4.1.7 回旋沉淀槽的尺寸计算 27 4.1.8 板框过滤机 28 4.1.9 麦汁暂存罐 28

4.1.10 薄板换热器尺寸计算 28 4.1.11 发酵罐的尺寸计算 28 4.1.12 清酒灌尺寸计算 29 4.2 附属设备设计与选型 29 4.2.1 啤酒过滤设备 29 4.2.3 酵母的扩培设备 30 4.2.4 CIP清洗系统设计 30

第5章 重点设备(糊化锅)的计算和选型 5.1.1 糊化锅的容积计算 31 5.1.2 糊化锅的厚度计算 31 5.1.3 糊化锅的管径计算 32 5.1.4 糊化锅重计算 33 5.1.5 法兰选择 34 5.1.6 支座的选择 34

5.1.7 CIP清洗管路的设计 34 第6章 啤酒三废的处理 35 6.1 啤酒厂废水的治理 35 6.1.1 好氧处理工艺 35 6.1.2 水解-好氧处理 36

6.1.3 厌氧—好氧联合处理技术 37 6.2 副产物的利用 38 6.2.1 麦糟的利用 38 6.2.2 二氧化碳的回收 38 6.2.3 酵母的回收利用 38 结论 38 参考文献 42 附录 40 致谢 40

31

IV

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

第1章 绪论 1.1 啤酒工业概述

随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。为了保持啤酒应有的传统并结合实际的生产情况，给啤酒下一个简明的定义是一件很有意义的事，既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，一种含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。上述定义的实际意思：

1、啤酒以麦芽为主要原料，亦即啤酒是以麦芽为主要原料生产的。基于以麦芽为 主要原料，则麦芽使用量应不少于50%。自古以来大麦是酿造啤酒的主要原料。

2、啤酒是添加酒花，经酵母发酵酿制而成的。是世界目前各国公认的经过糖化、发酵方法而酿制的酿造酒，非配制酒。

3、啤酒应是含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。区别于汽酒和其它配制酒。我国啤酒工业起步较晚，但发展迅速。目前，我国啤酒的年产量已位居世界首位。但从人均消费量来看，远远落后于发达国家水平。

我国啤酒产很多，但设备产量参差不齐。最近几年啤酒产业正向着规模化、效益化发展。不少的啤酒厂被大啤酒厂兼并。这一发展趋势是符合世界发展趋势的。随着啤酒生产现代化的迈进，我们将会喝到更新鲜、更可口的啤酒。

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，一种含二氧化碳、气泡、低酒精度的饮料酒。

1.2 啤酒设计概述 1.2.1 设计目的

通过此毕业设计，使我们初步掌握了工厂工艺设计的程序和方法。并受到一次工程设计的严格训练，让我们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。

1.2.2 设计选题依据

本设计是根据齐齐哈尔大学生命科学与工程学院生物工程教研室布置的毕业设计大纲的要求来进行设计的。

1.2.3 设计内容

本设计为年产15万吨11°(淡爽)啤酒厂设计，重点设备糊化锅，重点是糖化车间的设计。还包括设计工厂的工艺方法及流程，三大衡算，设备选型，生产车间的布置，绘制设计图纸（工艺流程图，车间平、立面布置图、重点设备装配图），撰写设计说明书。 1.2.4 指导思想

本设计是在确定工艺方法及流程和设备选型时，结合了实习工厂的实际情况，工艺上力求其合理性和先进性，设备上根据实际尽可能采用先进的生产设备。通过先进的技术，自动化、机械化的生产控制，来减轻繁重的体力劳动和提高劳动力生产率，并采用已经成熟的生产工艺技术和设备，使工厂建成后能够顺利投产，迅速达到设计能力。在经济上，因地制宜，采用适合的管理方法，降低能耗，减少污染，保护环境，选用合适的产品的，减少浪费。设计工厂整体要做到投资少、成本低、见效快的效果。

1.3 课题研究的内容和流程

厂址的选择：地理位置一般工厂厂址选在城镇的郊区，考虑微生物发酵工厂对环境因素的特殊要求，需要地势平坦，利于排水，有丰富的水源[2]。

气象资料是工厂总平面布置的重要依据之一。厂址应该接近原料产地，保证供应方便，减少运输损失。

1

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

工艺选择：1.保证产品质量符合国家的标准2.尽量采用成熟的，先进的技术和设备。3.选择生产方法主要依据原料的来源，种类和性质。

设备的选择：保证工艺的安全性和可靠性，经济上的合理性，技术先进，投资省，加工方便，运行费低，操作清洗方便。

主要流程：1.查阅资料，确定工艺方法以及流程2.进行设计衡算（如物料衡算）3.设计图纸绘图4.撰写设计说明书。 1.4 设计工作的背景 1.4.1 啤酒的历史

我国古代的原始啤酒可能也有4000至5000年的历史，但是市场消费的啤酒是到十九世纪末随帝国主义洋洋炮一起进来的。在中国建立最早的啤酒厂是人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂，此后五年时间里, 、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。1903年英国和德国商人在青岛开办英德酿酒有限公司，生产能力为2000 吨，这就是现在青岛啤酒厂的前身。1904 年在哈尔滨出现了中国人自己开办的啤酒厂—东北三省啤酒厂；1914年哈尔滨又建起了五洲啤酒汽水厂；同年北京建立了双合盛啤酒厂；1935年广州出现了五羊啤酒厂(广州啤酒厂的前身)。1958年我国在天津、杭州、武汉、重庆、西安、兰州、昆明等大城市投资新建了一批规模在2000吨左右的啤酒厂，成为我国啤酒业发展的一批骨干企业。 1.4.2 当代中国啤酒工业

新中国成立以来，啤酒工业的发展经历了四个阶段：

第一阶段 从1953年到1962年，是啤酒工业的调整和发展阶段，新建了一批新的啤酒厂，啤酒年产量的平均增长速度为38.2%。1963年至1972年，速度虽有所放慢，但啤酒产量仍增长1.4 倍。到1978年，我国的啤酒年产量达到40万吨。在这一阶段,在啤酒科学研究、教育、人才培养等方面的工作为啤酒工业的今后的发展打下了基础。

第二阶段 1979年后,啤酒生产全面发展。全国除外，各省、市、自治区都建立了啤酒厂，全国除轻工系统外，其他部们如商业、农业、机械、国防、冶金等都建立了啤酒厂。一些啤酒厂的规模也越来越大。如在1980年,我国共生产啤酒68. 8万吨[2]。

第三阶段 在这一阶段，我国的啤酒工业高速发展，其主要特点是扩建和新建的啤酒厂如雨后春笋，啤酒生产规模也逐步扩大，在有的省份, 几乎每个县市都有啤酒厂。据1987年的统计, 在浙江省就有啤酒厂104家。由于实行改革开放,从国外引进技术,装备,人才,加快了啤酒工业的发展.如从国外引进了啤酒生产线，尤其是啤酒灌装线。产量翻番的时间缩短,如 1982年,全国啤酒产量为117万吨，到1985年，啤酒产量就达到310.4万吨。1988年，啤酒产量又翻了一番，达到654万吨。 第四阶段 这一阶段可说是中国的啤酒工业进入了旺盛的成熟期,一方面, 啤酒工业继续以高速度发展,在高速发展的同时，开始对啤酒的质量，啤酒工业的经济效益更加重视，啤酒工业的规模按照国际上的惯例，开始向大型化，集团化方向发展。一些中小型啤酒厂被大型啤酒厂兼并。 1.5 啤酒生产技术 1.5.1 啤酒的主要工艺

啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工 序。

麦芽制造：大麦（也正在试验用小麦）浸渍吸水后，在适宜的温度和湿度下发芽，发芽时产生各种水解酶，如蛋白酶、糖化酶、葡聚糖酶等，这些酶可将麦芽本身的蛋白质分解成肽和氨基酸，将淀粉分解成糊精和麦芽糖等低分子物质。发芽到一定程度，就要中止发芽，经过干燥，制成水份含量较低的麦芽。

麦芽汁的制造：麦芽经过适当的粉碎，加入温水，在一定的温度下，利用麦芽本身的酶 制剂，进行糖化（主要将麦芽中的淀粉水解成麦芽糖），为了降低生产成本，还可以加入一 定比例的大米粉作辅料（大米粉中先加水煮沸）。制成的麦芽醪，用过滤槽进行过滤，得到麦芽汁，将麦芽汁输送到麦

2

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

汁煮沸锅中，将多余的水份蒸发掉，并加入酒花。酒花是一种植 物的花，加入到啤酒中,可使啤酒带有特有的酒花香味和苦味，同时，酒花中的一些成份还具有防腐作用，可延长啤酒的保藏期。 发酵：麦芽汁经过冷却后，加入酵母菌，输送到发酵罐中，开始发酵。传统工艺分为前发酵和后发酵，分别在不同的发酵罐中进行，现在流行的作法是在一个罐内进行前发酵和后发酵。前发酵主要是利用酵母菌将麦芽汁中的麦芽糖转变成酒精，后发酵主要是产生一些风味物质，排除掉啤酒中的异味，并促进啤酒的成熟，这一期间，控制一定的罐内压力，使后酵时产生的二氧化碳保留在啤酒中。因此后期要充入二氧化碳，把二氧化碳通过冲气管中的小泡吹入到发酵液中。在后发酵中压强会逐渐升高。

过滤灭菌：经过二个星期左右的发酵（有些啤酒发酵期可能长达几个月），将啤酒经过过滤，除去啤酒中的酵母菌和微小的颗粒，再经达低温灭菌（62℃左右），冷却，啤酒就可以包装。

瓶装的啤酒，瓶子要经过几次的灭菌，瓶盖要经过紫外线灭菌，包装方式主要有瓶装和罐装，还有桶装等。

1.5.2 啤酒国家标准

啤酒国家标准编号：GB4927-91

国家技术监督局1991.9.10 批准, 1992.8.1实施 1.引用标准:

GB 191 包装储运图示标志 GB 2758 发酵酒卫生标准 GB 4544 啤酒瓶

GB 47.1~ 49.28 食品卫生检验方法--微生物学部分 GB 4928 啤酒试验方法 GB 5739 啤酒塑料周转箱 GB 6543 瓦楞纸箱

GB 10344 饮料酒标签标准 2.技术要求

感观要求: 淡色啤酒的感观指标应符合表1的规定。 表1-1 项 目 优 级 一 级 二 级 外观 泡沫 色度ＥＢＣ 透明度 浊度，ＥＢＣ 形 态 泡持性 瓶装Ｓ 听装Ｓ １４° １０°１２° ８° 香气和口味 清亮透明，无明显悬浮物和沉淀物 ≤１．０ ≥２１０ ≥１８０ ≤１．５ ≥１８０ ≥１８０ 尚清，较透明 ≤２．０ ≥１２０ ５．０＿１１．０ ５．０＿９．５ ５．０＿１５．０＿１１．０ ４．０ ５．０＿１２．０ 具有明显的酒有较明显的酒有酒花香气，花香气，口味花香气，口味口味较纯正，纯正，爽口，纯正，较爽口，无异味 酒体谐调，柔谐调，无异香、 3

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

和无异香、异味 异味 3．啤酒的保质期

瓶装、听装熟啤酒保质期不少于120天（优、一级），60天（二级）。瓶装鲜啤酒保质期不少于7天。罐装、桶装鲜啤酒保质期不少于3天。 1.6 中国啤酒的发展方向 行业结构的变化：

集团化、规模化。 企业数量继续下降，青岛、燕京、华润的下属企业会继续增加，生产能力和年产量还将持续增长。珠啤、雪津、哈啤等二级啤酒集团也会迅速扩张。

一业为主，多元扩张。 大多数啤酒集团在把啤酒业做强的同时依靠自身优势进入其它行业进行多元化发展。如青啤进入茶饮料业、葡萄酒业，燕啤进入生物制药业，蓝剑下属20多家进入其它产业等。 信息化。 知识经济时代，企业对信息的利用率和利用程度成为提高企业竞争力的重要方面，啤酒企业对加快企业信息化建设更加重视。一方面加快内部信息化建设，如青啤、珠啤、燕啤、哈啤投资数千万元上ERP系统，许多企业建立内部局域网等；另一方面加快外部信息沟通和利用。更多的企业成立信息中心，加快对外部商业情报的收集、分析、利用。

科技化。 科技永远是第一生产力，加快科技进步是啤酒企业未来竞争的焦点之一。在纯生技术进一步提高的同时，啤酒企业会在啤酒保鲜度、延长保鲜期等方面不断创新。

产品多样化。 传统的普通啤酒依然会是主流，但随着越来越多个性化产品的不断推出，功能性保健啤酒、果汁啤酒、无醇啤酒等特色啤酒的消费量会越来越大。

企业所有制结构的多元化。 国有企业逐渐退出，股份制企业、多种所有制混合企业、民营企业得到大发展，新一轮的中外合资企业也会增多，不过合资企业也会增多，不过合资的形式发生了改变。 市场结构的变化：

在城市市场，新一轮消费高潮掀起，中高档啤酒市场、特色啤酒市场、女士啤酒市场得到发展。 在农村市场，随着农村经济的发展，啤酒消费出现稳步增长趋势。

传统的企业——经销商——消费者的模式受到挑战，企业——消费者的直销模式得到快速发展，尤其是电子商务的发展使网上营销在啤酒行业得到大发展。

4

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

第2章 啤酒工艺选择与论证 2.1 啤酒酿造工艺流程 采用如下工艺流程：

辅料→粉碎→糊化 酵母 ↓

麦芽→粉碎→糖化→过滤→煮沸→沉淀→冷却→发酵→过滤→罐装→压盖→杀菌→贴标→装箱

氧气

图2-1 啤酒酿造工艺流程图

原料麦芽和辅料粉碎后，分别进入糖化锅和糊化锅。糊化好的糊化醪液进入糖化锅，与糖化醪混合后继续糖化。糖化完成后经过过滤，进入煮沸锅煮沸，然后进入回旋沉淀槽沉淀，之后进入发酵车间。进入发酵车间的麦汁要先经过冷却，然后通入氧气并加入酵母一起进行发酵。发酵好的啤酒经过过滤后进入清酒罐，然后就可以进入包装车间罐装、压盖、杀菌、贴标、装箱。 2.2 酿造啤酒的原料

酿造啤酒的主要原料是大麦、水、酵母、酒花。

大麦在谷物中具有较为便宜，易于发芽，酶系统完全，并且含有蛋白质，脂肪，磷酸盐以及其他无机盐，维生素，碳水化合物和其他多种矿物质等优点，因此成为生产啤酒的主要原材料。酿造啤酒用的优质大麦具有籽粒饱满，皮薄，淀粉含量高和发芽率高的4大特点。

大麦首先必须将其制成麦芽，方能用于酿酒。大麦在人工控制和外界条件下发芽和干燥的过程，即称为麦芽制造。大麦发芽后称绿麦芽，干燥后叫麦芽。

酿造水：每瓶啤酒90%以上的成份是水，水在啤酒酿造的过程中起着非常重要的作用。啤酒酿造所需要的水质除洁净外，还必须去除水中所含的矿物盐成为软水。对水的要求详见下表(2-1)

表2-1 水质要求表 水质内容 颜色 透明度 味道 总溶解盐 PH值 有机物（高锰酸钾耗氧量） 0-3mg/L 理想状态 水质内容 无色 透明无 沉淀 无味 150-200mg/L 6.8-7.2 225铁盐(以Fe计） 锰盐(以Mn计) 氨态(N计) 1氯化(以Cl游离氯 计) 理想状态 <0.3mg/L <0.1mg/L 0 20-60mg/L <0.1mg/L 酿造啤酒的另一个重要原料就是酒花。作为啤酒工业的原料开始使用于德国。使用的主要目的是利用其苦味，香味，防腐力和澄清麦汁的能力。酒花的主要成分有：-酸（学名HUmulone)和B-酸（学名Lupulone)及未定性的B-组分(B-Fraction),以及酒花油和多酚物质。酒花又称啤酒花，英文名称“HOP”，其实它的真正学名应为Humuluslupulus。这种植物雌雄异株，只有雌株才能结出花朵。

5

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

它将自身的苦味物质，单宁，酒花油和矿物质赋予了啤酒，增强了啤酒的防腐能力，使啤酒具有芳香，安神和调节整个人体新陈代谢的功能，并且使啤酒的泡沫洁白，细腻，持久。因此可以说，大麦和啤酒和共同构成了啤酒的灵魂。 酵母是生产所有酒类不可缺少的物质，酵母的种类很多，啤酒酵母的学名：Saccharomyces cerevisiae，根据Loder分类，酵母有39属，350种。啤酒酿造中酵母主要起的作用就是降糖，产生二氧化碳和酒精。但不是所有的酵母都可以用来酿酒，用来酿制啤酒的酵母大部分是经过人工培养的专用酵母，称之为啤酒酵母。啤酒酵母又可分为上面发酵酵母和下面发酵酵母。用上面发酵酵母酿造的啤酒，在发酵过程中，温度比较高，发酵时间比较短，发酵完毕以后，酵母大多漂浮在上面。一般来讲，Ale,Stout这些种类的啤酒大多采用此种酵母。相反，使用下面发酵酵母在酿制啤酒的发酵过程中，温度比较低，发酵时间比较长，发酵完毕之后，酵母大多沉聚在底部，像Pilsner Beer,Munich Beer这一类的著名啤酒，大多采用此种酵母进行发酵。值得一提的是，用来酿酒的酵母，均含有大量的蛋白质和多种氨基酸，维生素以及矿物质，特别是核酸，更具有抗老防衰的独特作用。 2.3 麦汁的制备

主要过程有原料粉碎，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[4]。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。 2.4 主要工艺方法 2.4.1 糖化工艺

糖化的主要方法：煮出糖化法，浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化法。

本设计采用二次煮出糖化法，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。用淡色麦芽采用此法制造淡色贮藏啤酒是比较普遍的。 则二次煮出糖化法的糖化曲线：

糖化工艺曲线120100806040200050100150200250时间(min)

图2-2 糖化工艺曲线曲线的说明：（1）辅助原料与部分麦芽粉在糊化锅中与水混合，并升温煮沸糊化。与此同时麦芽与水分在糖化锅内混合，52度保温，进行蛋白质休止。（2）采用两段式糖化温度，提高可发酵性糖含量糖化温度为63度，此温度下糖化，麦芽中核苷酸、内切肽酶及β-淀粉酶均有活性，促进了核酸分解（形成核苷酸、及嘌呤、嘧啶）；内切肽酶还有一定活性，可补充蛋白质

6

温度(℃)糊化曲线糖化曲线分醪煮出曲线齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

的分解，形成较多的可溶性氮；有利于形成较多的可发酵性糖。（3）第二段糖化，主要发挥-淀粉酶的催化作用，提高麦汁收率。此段要分醪煮沸至100度，在回到糖化对醪，最后升温至78度时糖化结束。

2.4.2 发酵工艺

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，可发酵性糖为主要的碳源，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。

酵母恢复阶段： 酵母细胞膜的主要组成物质是甾醇，当酵母在上一轮繁殖完毕后，甾醇含量降的很低，因此当酵母再次接种的时候，首先要合成甾醇，产生新的细胞膜，恢复渗透性和进行繁殖甾醇的生物合成主要在不饱和脂肪酸和氧的参与下进行，合成代谢的主要能量来源由暂储藏细胞内的肝糖和海藻糖提供。在次阶段，酵母细胞基本不繁殖，所谓的酵母停滞期。一旦细胞膜形成，恢复渗透性，营养物质进入，酵母立即吸收糖类提供的能量，肝糖再行积累，供下一次接种使用。 有氧呼吸阶段：此阶段主要是指酵母细胞以可发酵糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。 无氧呼吸阶段：在此发酵过程中，绝大部分可发酵糖被分解成乙醇和二氧化碳。这些糖类被酵母吸收，进行酵解的顺序是葡萄糖，果糖，蔗糖，麦芽糖，麦芽三糖。 本设计采用的是下面发酵工艺。 表2-2 主发酵现象和要求[5 发酵阶段 酵母繁殖期 泡期 高泡期 落泡期 泡盖形成期 外观状态和要求 麦汁添加酵母8-16个小时以后，液面上出现二氧化碳小气泡，逐渐形成白色的，乳脂状的泡沫，酵母繁殖20小时以后立即进入主发酵槽。 还槽4-5小时后，在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐向中间，洁白细腻，厚而紧密，如花菜状，有二氧化碳小气泡上涌，并且带出一些析出物。 发酵后2-3天，泡沫增高，形成隆起，并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁复合物开始析出而逐渐变为棕黄色，此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵作用。 发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增加，泡沫变为棕褐色。 发酵7-8天后，泡沫回缩，形成泡盖，撇去所析出的多酚复合物，酒花树脂，酵母细胞和其他杂质，此时应大幅度降温，使酵母沉淀。

后发酵以及储藏：麦汁经主发酵后的发酵液叫嫩啤酒，此时酒的二氧化碳含量不足，双乙酰，乙醛，硫化氢等挥发性物质没有减低到合理的程度，酒液的口敢不成熟，不适合饮用。大量的悬浮酵母和凝结析出的物质尚未沉淀下来，酒液不够澄清，一般还要几个星期的后发酵和贮酒期，啤酒的成熟和澄清均在后发酵和贮酒期。 发酵工艺曲线：

7

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

2.5 厂址选择的地点及条件 2.5.1 地理位置

哈尔滨位于东经125°42′-130°10′，北纬44°04′-46°40′，是黑龙江省会，是东北地区北部最大的中心城市，也是中国省辖市中面积最大、人口居第二位的特大城市（仅次于成都）。 2.5.2 气候

哈尔滨的气候属中温带性季风气候，特点是四季分明，春季山野披绿、满城丁香；夏季清凉宜人、休闲避暑；秋季秋高气爽、层林尽染；冬季银装素裹、雪韵冰情。冬季1月平均气温约零下19度；夏季7月的平均气温约23度。全年平均降水量569.1毫米，夏季占全年降水量的60%。 2.5.3 地形

哈尔滨市区及双城市、呼兰区地域平坦、低洼，东部10县（市）多山及丘陵地。东南临张广才岭支脉丘陵，北部为小兴安岭山区，山势不高，河流纵横，平原辽阔。

第3章 物料衡算 3.1 糖化车间物料衡算

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。 3.1.1 糖化车间工艺流程

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2-3所示。

图3-1 啤酒厂糖化车间工程流程示意图 3.1.2 工艺技术指标及基础数据

8

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

根据表2-2的基础数据，首先进行100kg原料生产11°淡爽啤酒的物料计算，然后进行100L11°淡色啤酒的物料衡算，最后进行150000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。

9

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

表3-1啤酒生产基础数据

项目 定 额 指 标 原料 配比 损 失 率 总损失率 名称 原料利用率 麦芽水分 大米水分 无水麦芽浸出率 无水大米浸出率 麦芽 大米 冷却损失 发酵损失 过滤损失 装瓶损失 啤酒总损失率 百分比﹪ 98 6 12 78 90 70 30 7 2 1 2 12 说明 对热麦汁而言 对热麦汁而言

3.1.3 100kg原料的物料衡算 1.100kg原料：

根据表1可得到原料收得率分别为： 原料麦芽收得率为：

0.78（1006）10073.32%

原料大米收得率为：

0.90（10012）10079.20%

混合原料收得率为：

（0.7073.32%0.3079.20%）98%73.58%

由上述可得100kg混合料原料可制得的11°热麦汁量为：

（73.58100）11%668.91(kg)

又知11°麦汁在20℃时的相对密度为1.0442，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：

（668.911.0442）1.04666.35(L)

2.冷麦汁量为：

666.35（10.07）619.71(L)

3.发酵液量为：

619.71（10.02）607.32（L)

4.过滤酒量为：

607.32（10.01）595.17(L)

5.成品啤酒量为：

10

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

595.17（10.02）583.27(L)

3.1.4 100L啤酒的物料衡算

根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产11°淡爽啤酒583.27L，故可得下述结果： 1.生产100L11°淡爽啤酒需耗混合原料量为：

10010017.14(kg)583.27

2.麦芽耗用量为：

17.1470%12.00(kg)

3.大米耗用量为：

17.1412.005.14(kg)

4.酒花耗用量：对淡爽啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%， 故酒花耗用量为：

(668.91/583.27)1000.2%0.23(kg)

5.热麦汁量为：

17.14666.35114.21(L)100

6.冷麦汁量为：

17.14619.71106.22(L)100

7.发酵液量：

17.14617.32105.81(L)100

8.过滤酒量：

17.14595.17102.02(L)100

9.成品酒量：

17.14583.27100(L)100

10.湿糖化糟量 设啤酒厂排出的湿麦芽糟水分含量为80%，则： 湿麦芽糟量为：

(10.06)(10078)12.0012.41(kg)10080

湿大米糟量为：

(10.12)(10090)5.142.26(kg)10080

故湿糖化糟量为：

12.412.2614.67(kg)

11.酒花糟量 设麦汁煮沸过程中酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟量为：

11

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

(10040)0.230.69(kg)10080

3.15 15000t/a11°淡爽啤酒酿造车间物料衡算表

设生产旺季每天糖化8次，共计200天，而淡季则每天糖化4次，共计100天，则总的糖化次数为2000次每年。把上述的有关啤酒糖化生产车间的三项物料衡算计算结果整理成物料衡算表，见表3-2：

12

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

表3-2 啤酒厂酿造车间物料衡算表

物料名称 混合原料 大麦 大米 酒花 热麦汁 冷麦汁 湿糖化糟 湿酒花糟 发酵液 过滤酒 成品啤酒 单位 kg kg kg kg L L kg kg L L L 对100kg混合原料 100 70 30 1.34 666.35 619.71 85.58 4.02 607.32 595.17 583.27 100L11°淡色啤酒 17.14 12.00 5.14 0.23 114.21 106.22 14.67 0.69 104.10 103.06 101.00 糖化一次定额量 13059.88 9141.92 3917.96 174.72 83812.82 77945.96 11176.65 524.16 76387.00 75623.13 74110.67 150000t/a啤酒生产 26.12×106 16.46×106 7.05×106 3.15×105 16.76×107 15.59×107 22.35×106 1.05×105 15.28×107 15.12×107 14.82×107 备注：11°淡色啤酒的密度为1011kg/m3，实际年产啤酒150032t

3.2 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，下面就以此为基准进行糖化车间的热量衡算。 工程流程示意图如图3-2所示，其中的投料量为糖化一次的用料量（计算参表3-2）

图3-2啤酒厂糖化工艺流程图

13

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

3.2.1 糖化用水耗热量

1.根据工艺，糊化锅加水量为：

G1(3917.96783.59)4.521156.98(kg)

式中，3917.96为糖化一次大米粉量，783.59为糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%），4.5为加水比。

2.糖化锅加水量为：

G28358.333.529254.16(kg)

式中，8358.33为糖化一次糖化锅投入的麦芽粉量，即9141.92-783.59=8358.33(kg) 而9141.92为糖化一次麦芽定额量，3.5为加水比。 3.糖化总用水量为：

GwG1G221156.9829254.1650411.14(kg) （3-1）

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G2)CW(t1t2)50411.14(5018)4.186742994.1(kg)3.2.2 第一次米醪煮沸耗热量

1.由糖化工艺流程图（图3-2）可知，

（3-2）

Q2Q21Q22Q23 （3-3）

2.糖化锅内米醪由初温t0加热到100℃的耗热量

Q21G米醪C米醪(100t0) （3-4）

(1)计算米醪的比热容G米醪根据经验公式

G谷物0.01[(100W)C0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[(1006)1.554.186]1.71kJ/(kgK)

C大米0.01(10012)1.554.1812]1.87kJ/(kgK)C米醪G大米C大米G麦芽C麦芽G1CwG大米G麦芽G1

（3-5）

3.76kJ/(kgK)(2)米醪的初温t0

设原料的初温为18℃，而热水为50℃，则

t0(G大米C大米G麦芽C麦芽)18G1Cw50G米醪C米醪 （3-6）

14

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

(3917.961.87783.591.71)1821156.984.185025858.533.7647.10C (3-3)把上述结果代入（3-4）式中，得：

Q21G米醪C米醪(100t0)25858.533.76(10047.1)5143365.05(kJ) 3.煮沸过程蒸汽带出的热量Q22

设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水量为：

V1G米醪5%4060258585.535%4060861.95kg （3-7）

故：

Q22V1I861.952257.21945593.54(kJ) （3-8）

式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（kJ/kg） 4.热损失Q23

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15%，即：

Q2315%(Q21Q22)由上述结果得：

(3-9)

Q21.15(Q21Q22)1.15(5143365.051945593.54)8152302.38(kJ) (3-10)

3.2.3第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量

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后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t0 1.糖化锅中麦醪中的t麦醪

已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：

G麦醪G麦芽G28358.3329254.1637612.49kg (3-11)

C麦醪G麦芽C麦芽G2CwG麦芽G28358.331.7129254.164.183.63kJ/(kgK)8358.3329254.16(3-1)

t麦醪G麦芽C麦芽18G2CW50G麦醪C麦醪 （3-13）

8358.331.711829254.164.185037612.493.6346.670C 2.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25858.5337612.4963471.02（kg) （3-14）

15

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

C混合G米醪C米醪G麦醪C麦醪G米醪G麦醪25858.533.7637612.493.6325858.5337612.493.68kJ/(kgK) （3-15） 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 （3-16）

63471.023.686337612.493.6346.6725858.533.7685.810C 3.计算 Q3

Q3G混合C混合(7063)63471.023.68(7063)1635013.48(kJ)3.2.4 第二次煮沸醪的耗热量 由糖化工艺流程可知：

（3-17）

Q4Q41Q42Q43 （3-18）

1.混合醪升温至沸腾所耗热量Q41 （1）经第一次煮沸后米醪量为：

‘G米醪G米醪V25858.53861.9524996.58(kg) （3-19）

糖化锅的麦芽醪量为：

G麦醪G麦芽G28358.3329254.1637612.49(kg)故进入第二次煮沸的混合醪量为：

（3-20）

‘G混合G米醪G麦醪24996.5837612.4962606.07(kg) （3-21）

（2）根据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合醪的温度为70℃，则送到第二次煮沸的混合醪量为：

G'混合(7870)100%26.7%G混合(10070)（3）麦醪的比热容

（3-22）

C麦醪G麦芽C麦芽G2CWG麦芽G28358.331.7129254.164.183.63kJ/(kgK)37612.49（3-23）

混合醪比热容：

16

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

C混合‘G米醪C米醪G麦醪C麦醪’G米醪G麦醪24996.583.7637612.493.6324996.5837612.493.68kJ/(kgK) （3-24）

（4）故

Q4126.7%G混合C混合（10070）26.7%62609.073.68301845515.04(kJ) （3-25）

2.二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q42

煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分量为：

V226.7%G混合5%1060139.31(kg)

Q42IV22257.2139.31314450.53(kg) （3-26） 式中，I为煮沸温度下饱各蒸汽的焓（kJ/kg） 3.热损失Q43 根据经验有：

Q4315%(Q41Q42) （3-27）

4.把上述结果代入公式（27）,得

Q41.15(Q41Q42)1.15(1845515.04314450.53)2483960.41(kJ)（3-28）

3.2.5 洗槽水耗热量

设洗槽水平均温度为80℃，每100Kg原料用水450Kg，则用水量为

G洗13059.8845010058769.46(kJ)故

Q5G洗CW(8018)58769.464.186215230693.25(kJ)3.2.6 麦汁煮沸过程耗热量

（3-29）

Q6Q61Q62Q63 （3-30）

1.麦汁升温至沸点耗热量Q61

由表3-2啤酒厂酿造车间物料衡算表可知，100kg混合原料可得到666.35kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度为70℃，则进入煮沸锅的麦汁量为：

G麦汁13059.88666.3510087024.51(kg)

C麦汁故

9141.921.713917.961.13059.886.44.183.85kJ/(kgK)13059.887.4

17

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

Q61G麦汁C麦汁（10070)10051330.91(kJ)2.煮沸过程蒸发耗热量Q62

煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为

（3-31）

V3G麦汁10%1.587024.5110%1.513053.68(kg)故

Q62IV32257.213053.68294766.5(kJ)

3.热损失为

（3-32）

Q6515%(Q61Q62) （3-33）

4.把上述结果代入上式得出麦汁煮沸总耗热

Q61.15(Q61Q62)1.15(10051330.91294766.5045443512.02(kJ)3.2.7 糖化一次总耗热量

（3-44）

Q总Q1Q2Q3Q4Q5Q679462179.79(kJ)3.2.8 糖化一次耗用蒸汽量

使用表压0.3MPa的饱和蒸汽，I=2725.3KJ/Kg,则：

（3-35）

D

Q总(Ii)38655.72(kg) （3-36）

式中，i为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg）；η为蒸汽的热效率，取η=95%。 3.2.9 每小时最大蒸汽耗量

在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量Q6为最大，且已知煮沸时间为90min热效率为95%，故

QmaxQ5443512.02310183.87(kg/h)1.595%1.595% （3-37）

Qmax310183.8714737.84(kg/h)(Ii)2725.3561.47 (3-38)

相应的最大蒸汽耗量为：

Dmax3.2.10 蒸汽单耗

据设计，每年糖化次数为2000次，总共生产啤酒150000t.年耗蒸汽总量为：

DT38655.72200077311440(kg)

每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：

DS77311440/150000515.41(kg/t)每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：

18

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

Dd38655.728309245.76(kg/d)

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3-3。 表3-3 啤酒厂糖化车间总热量衡算表

名称 项目

规格（MPa） 每吨消耗每小时最大用

定额（kg） 量（kg/h） 0.3（表压） 515.41

14737.84

每昼夜消耗

量（kg/d） 309245.76

每年消耗量（kg/a） 77311440.0

3.3 发酵车间的水耗量计算

主要包括糖化用水洗槽用水沉淀槽冷却用水麦汁薄板冷却器冷却用水 1.糖化用水

根据热量衡算可知，糖化一次用水量为50411.14kg，糖化用水时间设为0.25小时，则每小时最大用水量为

50411.142014.66(kg/h)0.25

2.洗槽用水

根据热量衡算可知，糖化一次用水量为58769.46Kg 设洗槽用水时间为1.5小时，则每小时洗槽用水最大量为

58769.4639179.(kg/h)1.5

3.糖化室洗刷用水

一般糖化室设备洗刷用水每糖化一次，用水约60吨，用水时间为2小时，因此洗刷最大用水量为

63(t/h)2

4.沉淀槽冷却用水

GQC(t2t1) (冷却时间为1小时)

热麦汁放出热量：

'QGpCp(t1't2)

热麦汁比重：

C麦汁1.0442kg/m3热麦汁含量：

104483812.8210587500.58(kg/h)

热麦汁比热：

Cp0.98kJ/(kg0C)'0'0t100C,t100C 12，热麦汁温度：

冷却水温度：t1=18℃ t2=45℃

19

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

冷却水比热：C=1kJ/(kg.℃)

Q87500.580.98(10055)3858775.59(kJ/h)

G3858775.59142917.6(kg/h)1(4518)

5.沉淀槽洗刷用水

每次洗刷用水3.5吨，冲洗时间为0.5小时，则每小时最大用水量为

3.5（7t/h）0.5

6.麦汁冷却器冷却用水 麦汁冷却时间为1小时，麦汁冷却温度为55℃→6℃。分两阶段冷却，第一段，麦汁温度55℃→25℃，冷却水温18℃→30℃。 冷却用水量：

GQC(t1t2)

麦汁放热量：

'QGpCp(t1't2)

式中麦汁量：

Gp87500.58(kg)麦汁比热：

Cp0.98kJ/(kg0C)

'o'0t55C,t25C 12麦汁温度：

0C1kJ/(kgC) 水的比热：

00t18C,t30C 12冷却水温度：

25725.1787500.580.98(5525)G214376.42(kJ/h)Q2572517.05(kJ/h)1(3018)1

7.麦汁冷却器冲刷用水

设冲刷一次，用水4吨，用水时间为0.5小时，则最大用水量为

48(t/h)0.5

3.4 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150000t/a啤酒厂发酵车间的耗冷量计算[5]。

20

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

3.4.1 发酵工艺流程

94℃热麦汁→冷麦汁（6℃）→锥形发酵罐→过滤冷却至-1℃→贮酒→过滤→清酒罐 3.4.2 工艺技术指标及基础数据

年产110淡爽啤酒150000t；旺季每天糖化8次，淡季每天糖化4次，每年共糖化2000次；主发酵时间6天；4锅麦汁装一锥形罐；110Bx麦汁比热容C1=4.0kJ/( kg•K)；冷媒用15％酒精溶液，比热容可视作C2=4.18kJ/( kg•K)；麦芽糖厌氧发酵热q=613.6kg/kJ；麦汁发酵度60％。 根据发酵车间耗冷性质，可分工艺耗冷和非工艺耗冷两类，既：

QQtQnt

3.4.3 工艺耗冷量Qt 1. 麦汁冷却耗冷量

根据表3-2啤酒生产物资资料衡算表，可知每糖化一次需热麦汁83812.82L，而相应密度为1048Kg/m3，故麦汁量为：

G104883812.8210387835.84(kg)

又知110麦汁的比热容为4.0 kJ/( kg•K),工艺要求在1h内完成冷却过程，则所耗冷量为：

Q1Gc1(t1t2)87835.844(946)30918214.05(kJ/h)

式中 t1和t2-分别为麦汁冷却前后温度（0C）

根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却每罐冷量为：

Qt4Q1430918214.05123672856.2(kJ/h)

相应的冷冻介质（2℃的冷水）耗量为：

M1Q130918214.05116.(kg/h)cw(t1t2)4.18(852)

式中 t1’和t2’－分别是冷冻水的初温和终温（oC） Cw－水的比热容[kJ/( kg·K)] 2.发酵耗冷量

(1) 发酵期间发酵放热Q21 假定麦汁固形均为麦芽糖，而麦芽糖的厌氧发酵房热量为613.6KJ/Kg。设发酵度为60%，则1L麦汁放热量为：

q0613.611%60%40.50(kJ)

根据物料衡算，每锅麦汁的冷麦汁量为77945.92L,则每锥形罐发酵放热量为：

Q0140.5077945.92412627239.04(kJ)

由于工艺规定主发酵时间为6天，每天糖化8锅麦汁（旺季），并考虑到发酵放热不平衡，取系数1.5,忽略主发酵的升温，则发酵高峰时期耗冷量为：

Q21Q011.5812627239.041.58263067.48(kJ/h)24642464

(2) 发酵后期发酵液降温耗Q22 主发酵后期发酵液温度从6℃缓慢降到-1℃。每天单罐降温耗冷量

为：

21

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

Q024GC1[6(1)]487835.84479837614.08(kJ)

工艺要求此过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装1.5个锥形罐）：

Q221.5Q021.59837614.08307425.44(kJ/h)242242

(3) 发酵总耗冷量Q2

Q2Q21Q22263067.48307425.44570492.92(kJ/h)

(4) 每酵用冷媒耗量Q0

Q0Q1Q0212627239.049837614.08224853.12(kg/h)

(5) 发酵用冷媒耗（循环量）M2 发酵全过程冷却用稀酒精液作冷却介质，进出口温度为-8℃和0℃，

故耗冷媒量为

M2Q2570492.9217060.19(kg/h)Cm84.188

3.酵母洗涤耗冷量

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5—7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[6]。冷却前无菌水温30℃。用-8℃的酒精液作冷地介质。 由上述条件，可得无菌水用量为：

'Gw77945.9261.0%314030.27(kg/d)

每班无菌水用量：

'Gw14030.27Gw4676.76(kg/班)33

假定无菌水冷却操作在2h小时内完成，则无菌水冷却耗冷量为：

'GwCw(twtw)4676.764.18(301)Q5283458.13(kg/h)r2

所耗冷介质为：

M5Q5283458.138476.62(kg/h)cw(t2t1)4.188

式中，t1和t2—冷冻酒精液热交换前后的温度，分别为-8℃和0℃。

每罐用于酵母洗涤的耗冷量为：

'Gwcw(twtw)4676.764.18(301)Q5377944.56(kJ)1.51.5

式中 1.5—每班装罐1.5罐。

4. 酵母培养耗冷量

22

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

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150000t啤酒培养耗冷量为209000（kJ/h），则对应的年冷耗量为：

'Q4Q4288106.02108(kJ)

相应的高峰冷冻介质循环量为：

M4Q42090006250(kg/h)cw(t1t2)4.188

5. 发酵车间工艺耗冷量

综上计算，可算出发酵车间的工艺耗冷量为：

QtQ1Q2Q3Q430918214.05570492.92283458.1320900

31981165.1(kJ/h)

3.4.4 非工艺耗冷量

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。 1.露天锥形罐冷量散失

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取值。根据经验年产15万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量在36000-80000kJ/t啤酒之间，若在南方亚热地区设厂，可取高值。故旺季每天耗冷量为：

'Q5Gb8000074110.67103101210388000048000000(kJ/d)

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2倍，则高峰耗冷量为：

'2Q5Q4000000(kJ/h)24

冷媒（-8℃稀酒精）用量：

M5Q54000000119617.22(kJ/h)Cm(t2t1)4.188

2.清酒罐、过滤机及管道等散失冷量

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

Q612%Qt，所以：

Q612%Qt12%31981165.13877739.81(kJ/h)冷媒（-8℃稀酒精）用量

M6

Q63877739.811147.95(kJ/h)cm(t2t1)4.188

3.4.5 发酵车间冷量衡算归纳

23

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

将上述计算结果，整理后可得150000t/a啤酒厂发酵车间冷量衡算表，如表3-4所得 表3-4 啤酒厂发酵车间冷量衡算表 耗冷分类 耗冷项目 工艺耗 冷量

麦汁冷却Q1 发酵耗冷Q2 无菌水冷却Q3 酵母培养Q4 工艺总耗冷Qt 锥形罐冷损Q5 管道等冷损Q6

合计 单耗

非工艺总耗冷Qnt 总耗冷Q

571878kJ/t啤酒

每小时耗冷量（kJ/h） 30918214 570493 283458 209000 31981165 4000000 3877740 7877740 398505

冷媒用量（kJ/h） 117 17060 8477 6250

119617 114765

每罐耗冷（kJ） 年耗冷量（kJ） 123672856 224853 377945 1463000 145876356 6875169.07 12587605.51 19462774.58 165339130.6

5.×1010 1.60×1010 2.01×108 6.02×108 757.03×108 3.57×109 6.54×109 1.01×1010 8.58×1010

非工艺 耗冷量

第4章 啤酒生产主要设备的选择与论证 4.1 主要设备的选型及计算 4.1.1 麦芽贮藏箱 1.所需容积的计算

每次投料量 G=9141.92(Kg) 麦芽容量 γ=500(Kg/ m2) 有效容积系数

=0.8

所需要的容积为

VG9141.9222.85(m3)5000.8

2.结构

采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为： A=4000mm a=500mm A

B=3000mm b=500mm H a b B C=2000mm h=2000mm h 总容积为

VaABHh6(2ABAbab2ab)22(24340.50.50.520.50.54326

24

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

328.6(m)

4.1.2 麦芽粉贮藏箱

1.所需容积的计算

每次投料量G=9141.92kg 麦芽粉比容 C=2.560m3/t 有效容积系数

=0.7

所需要的容积为

VGC9.141922.56033.43(m3)0.7

2.结构

采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为： A=4000mm a=700mm B=3000mm b=700mm H=2500mm h=2500mm 总容积为

VaABHh6(2ABAbab2ab)2.54326(24340.70.7320.70.7)42.53(m3)

4.1.3 大米贮藏箱 1.所需容积的计算

每次投料量 G=3917.96kg 大米容量

=500kg/m2

有效容积系数

=0.8

所需要的容积为

VG3917.969.79(m3)0.8800

2.结构

采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为： A=3000mm a=600mm A

B=2000mm b=600mm H a b B H=1600mm h=2000mm

h 总容积为

25

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

VaABHh(2ABAbab2ab)62(23230.60.6220.60.6)321.614.84(m3)6

4.14.大米粉贮藏箱

1.所需容积的计算

每次投料量 G=3917.96kg 麦芽粉比容 C=1.73m3/t 有效容积系数 所需容积

=0.7

VGC3.917961.739.68(m3)0.7

2.结构

采用方形的斜锥底，铁结构内衬白铁皮，定箱内尺寸为： A=3000mm a=600mm A

B=2000mm b=600mm H a b B H=1600mm h=2000m

h 所需容积为

VaABHh6(2ABAbab2ab)2321.66(23230.60.6220.60.6)14.84(m3)

4.1.5糖化锅尺寸的计算

糖化锅用于麦芽淀粉及蛋白质的分解，维持醪液在一定得温度，使醪液进行淀粉的糖化，以制备麦汁。

（1）.锅体形式 为圆柱型锅身球形锅底，直径与高之比为2:1

（2）.加热方式 夹套间接蒸汽加热，夹套的蒸汽压力通常为0.3-0.6MPa （3）.材质 锅体室用不锈钢，夹套可用不锈钢或普通钢板

糖化醪量13059.8829254.1610042214.04（kg)

糖化醪的干物质%查表得相对密度为1059kg/m3 则糖化锅有效容积为

9141.9295%3917.9687%28.6%42214.04

V有效42214.0439.9(m3)1059

取糖化锅充满系数为0.8，则糖化总体积为

26

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

39.93V糖0.850.0(m)

糖化锅其圆筒直径D与高H之比为2:1，则

H则

12D

D1V总()2HD3224

将以上数据整理并带入得D=4.6m,H=2.3m

4.1.6 煮沸锅尺寸的计算

麦汁煮沸锅是用于过滤后麦汁煮沸和加入酒花，使麦汁达到一定浓度的设备，拟采用内加热式煮沸锅。

（1）锅体形式 煮沸锅圆柱形的器身，椭圆形封头及封底。锅身直径与筒体高度之比为1.5:1-2:1，容量系数为65-75％，锥底角度应小于或等于1400为宜

（2）加热方式 外加热器，壳层通入0.3-0.6MPa蒸汽进行加热 （3）煮沸强度要求10％或更高 （4）材质锅体一般宜用不锈钢 醪液量G=87024.51kg 煮沸锅内麦汁浓度9.4度 查表得，密度为1036kg/m3

87024.5184.0(m3)1036 84V总120(m3)0.7 V有DD设煮沸锅圆柱直径为D,则圆柱部分高为2,椭圆封头及封底的高为4 D1.15V11.1512015.7(m)33

则圆柱部分的高为2.85m，椭圆封头及封底的高为1.42m。

4.1.7 回旋沉淀槽的尺寸计算

回旋沉淀槽是圆柱形的器身，平底槽底及无折边锥形封头顶。 回旋沉淀槽的麦汁量为：87500.58kg

V有V容84500.5884.5(m3)1031 V有105.6(m3)

式中 1036—为煮沸锅中麦汁的密度，kg/m3

—有效容积系数，0.8

27

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

D设过滤槽圆柱直径为D,则圆柱高为2,封头顶的顶角为1200，由体积公式： DDV容()222

得D=6.4m,则圆柱高为3.2m。

4.1.8板框过滤机

糖化后麦汁量为87024.51kg

设过滤需要2小时，则过滤机生产能力为:

87024.5143512.26(kg/h)2

4.1.9麦汁暂存罐

作用：进入煮沸锅之前麦汁暂存，容积跟煮沸锅一样。 4.1.10 薄板换热器尺寸计算

薄板冷却器：采用一段冷却的方式，设麦汁进回旋沉淀槽后的温度为55℃，冰水的温度为2℃。 麦汁 55ºC升至8ºC，冰水2ºC升至40ºC

QG4.18(558)739.574.184715508467.92(kJ)

由Δt1=15ºC，Δt2=6ºC，则

tt1t299.80Ct0.92ln1t2

FQ15508467.92197.812(m3)Kt80009.8

选用型号为RB0.9的薄板冷却器，按人字型波纹形式，单台换热器的换热面积最大。 4.1.11发酵罐的尺寸计算 1.发酵罐的个数为：

Nt t-发酵周期，（天） n-每天糖化的次数，（按旺季计算） A-每个发酵罐可容纳的麦汁的批次数，（次） 3-周转量数 则

n3A

N20（1）锥角的确定 锥角采用750，便于酵母沉降和排放。

（2）冷却方式的确定 本次设计方式采用夹套冷却，分成3段，对柱身进行冷却，而锥底部分采用冷却层冷却。

（3）罐的保温材料选择 选用经济的聚酰氨树脂。

（4）管的材料选择 选用不锈钢作为发酵罐的材料，耐腐蚀且导热系数小，罐体上各种接管均为不锈钢。

28

83434

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

2.发酵罐尺寸的计算

糖化一次发酵液的量为76387.0L，四锅进一罐。 则发酵罐有效容积为：

763873229.16(m3)

设填充系数=0.8 则

V总229.16286.45(m3)0.8

Tg37.50DD,h2h2Tg37.50，则

取径高比为：D:H=1:4，锥角为750，

DDDV总()24D()2()Tg37.502322

将以上数据带入公式，并整理得：D=4.4(m),H=4D=17.6(m)

4.1.12 清酒灌尺寸计算

考虑到清酒罐需保存，一发酵罐酒入2个清酒罐，一天出3发酵罐酒，进六个清酒罐，准备3个备用，共设9个清酒罐。由于糖化四锅进一罐，一发酵罐进两个清酒罐,即： 清酒罐有效容积为

V有V发酵罐有2305.55152.8(m3)2

取有效容积系数=0.8，所以清酒罐体积

V总152.8191(m3)0.8

D设清酒罐的直径为D，高为2D，圆形封头高为4。则： DV总()22D160.27(m)2

将以上数据带入并整理得：D=4.95m，则高为9.90m，圆形封头高为1.24m。

4.2 附属设备设计与选型

4.2.1 啤酒过滤设备

用途 过滤啤酒，除去浑浊物、酵母细胞、残渣等。 形式 柱式硅藻土过滤机 生产能力及设备选择

设一罐啤酒40min过滤完 连续生产每天最大需过滤啤酒

29

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

76387.00440203698.67(L)60

选取ZIZ-II型自控螺旋柱式硅藻土过滤机，生产能力10t/h。

4.2.3 酵母的扩培设备

采用分级培养系统 一个麦汁杀菌罐，一级 ，二级，三级扩培罐各个组成。

由于每罐麦汁量大约为305.55m3,固本设计取酵母接种细胞浓度18.75×106个/ml，每一级细胞培养后的浓度为75×106个/ml，各级扩大比例为1:5， 则三级扩培：

18.751063V3305.5576.4(m)75106

二级扩培：

V276.415.3(m3)5 15.33.06(m3)5

一级扩培：

4.2.4 CIP清洗系统设计

1. CIP系统的设置（流量580ml/min）

洗涤过程：清水喷淋10min，热水喷淋洗涤10min，用（80℃，2%）热碱水淋洗15min，热水10min，清水10min，H2O2（2%）淋洗15min，用无菌水淋洗10min。 2. 洗涤水罐设置

清水罐2个，碱水罐1个，热水罐2个，H2O2 1个，无菌水罐1个。

30

V1齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

第5章 重点设备(糊化锅)的计算和选型 5.1 糊化锅的容积计算

糊化锅采用的是圆柱形的器身，球形下头和无折边锥形上头，顶角为120°，夹套内置隔板加热，60°角的搅拌器 [9]。

1070—糊化醪的密度(kg/m3) 则

V有效25858.5324.2(m3)1070

VV有效24.230.2(m3)0.8

—填充系数(0.8)

DD22H1。 由于是标准封头，则设锅圆柱部分的直径为D，高为，即D2DD3V()2212

得到

D = 3.6(m) H=1.8(m) 5.2 糊化锅的厚度计算 1.圆柱器身的厚度计算

糊化锅圆柱器身部分的糊化醪液量为：

V1V有效V低24.212.212(m3)糊化锅圆柱器身部分的液面高度为：

h1V1D241.2(m)

则锅壁承受的最大压强为：

P1gh10709.811.20.012(MPa)

设计数据：设计压力 P=0.112MPa，设计温度 t=200℃，圆柱内径为 Di=3600mm。腐蚀裕量C2=1mm，柱体材料Q235-A，焊缝系数φ=1，查表[σ]t=105MPa，则筒体厚度为：

PDiP2[]t0.1123600210510.1121.9(mm)

31

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

设计厚度

dC21.912.9(mm)

查《常用压力容器手册》表1-7-9，取钢板负偏差C1=0.3mm，查得，δn=4，[σ]t没有变化，故取柱体厚度为8mm，满足要求。 2.球形下封头的厚度计算 锅底部受到的液体压强为:

P2gHg(h1h2)0.031(MPa)

圆柱体对底部的压强为：

P2'铁DH高D()220.009(MPa)

设计数据：设计压力P=0.131MPa，设计温度为t=200℃，封头内径Di=3600mm，腐蚀余量C2=1mm，封头材料为Q235-A，焊缝系数φ= 1，采用2：1标准封头，查表[σ]t=105MPa，则球底下封头的厚度为：

PDi0.13136002.2(mm)2[]tP210510.131

设计厚度

d2.21.03.2(mm)

查表1-7-9，C1=0.5mm。取封头名义厚度，δn=5mm，封头有效厚度δe=2(δn－C)=7(mm) δe ＞0.1%Di=3.2，符合实际要求。 3.无折边锥形上封头的厚度计算

腐蚀余量为C2=1mm，锥壳材料20R，焊缝系数φ=0.8，20R钢材料[σ]t=133MPa,则无折边锥形上封头厚度:

PDicos(2([]tP)0.136000.5(21330.80.1)3.4(mm)

则设计厚度为

d3.41.04.4(mm)

查表1-7-9,C1=0.3。封头有效厚度δe=8.0(mm) 5.3 糊化锅的管径计算 1.气升管径的计算

1取气升管的管口截面积为器身截面积的30，则管径的截面积为：

32

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

S1dS截()2302

则 d=657(mm) 2.排醪管径计算

设排醪时间为10min，在糊化锅中的醪液量为24.2m3， 则流量

Q24.20.0403(m3/s)1060

设流速v =1.5m/s，由

QD()2v2

则 d = 0.185(m)

所以取排醪出口的直径为185mm。 3.进料口管径计算

设进料时间为10min，进入糊化锅的料量为3.1m3, 则流量

Q3.10.005(m3/s)1060

设流速 v =1.5m/s，由

QD()2v2

则 d =0.065(m)，所以取进料口的直径为65mm。 4.加水管管径的计算

设加水时间为10min，在糊化是需要的加水量为21m3，则流量为

Q210.0350(m3/s)1060

设流速 v =1.5m/s由

Qd()2v2

则 d=0.172(m)，所以取加水管的直径为172mm。 5.蒸汽进出口管径及冷凝水出口管径计算

蒸汽量为 D=4573Kg/h，则流量Q=4.573m3/h，设流速为：v=0.4m/s由

Qd()22 v则 d=0.069(m)，所以取蒸汽进出口和冷凝水出口的直径为80mm。

5.4 糊化锅重计算

糊化锅的重量由上封头、下封头和圆柱器身的重量组成。 圆柱形器身的表面积为：

S1DH3.143.61.820.35(m3)则

V120.350.0040.0814(m3)

33

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

无折边锥形上封头的表面积计算：

1D2.3d0.2113S2()8.9(m)002sin60sin60

则

V28.90.0040.0356(m3)球形上封头的表体积为：

V365.70.0070.4599(m3)则糊化锅的重量为：

G1（V1V2V3）铁1219(kg)

5.5 法兰选择

锅底接管法兰的最高无冲力工作压力为0.2MPa，查表知糊化锅容器法兰的最大允许压力为0.16Mpa。 5.6 支座的选择

糊化锅选用A型耳式支座。进入锅的糊化醪的重量为25858.53(kg) 则总重力为：

(121925858.53)9.8266(KN)

支座允许载荷为266KN，设计为8个支座，则每个支座承重为32.2KN。 有A、AN性耳式支座安装尺寸表查得：

高度 H=200mm 底板D1=160mm b2=105mm S1=50mm 肋板 D2=125mm 地脚螺栓 d=30mm 规格为 M24 垫板厚度 20mm 安装高度 1m 5.7 CIP清洗管路的设计

洗涤过程中，CIP流量为580ml/min，设流速v=2m/s，由

QD()2v2

则 d=0.0785(m)

所以取其管路的直径为80mm。

34

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

第6章 啤酒三废的处理 6.1 啤酒厂废水的治理

啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒；冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。 6.1.1好氧处理工艺

啤酒废水处理主要采用好氧处理技术，如活性污泥法、高负荷生物过滤法和接触氧化法等。近年来，SBR和氧化沟处理工艺也得到了很大程度的应用。 1．接触氧化工艺

20世纪80年代初接触氧化法比活性污泥法有一定的优势，所以在啤酒废水的处理上得到了广泛的应用。由于啤酒废水进水CODc，浓度高，所以一般采用二级接触氧化工艺。 (1)日处理废水2000m3/d，高峰流量200m3/h。

(2)水质：CODcr为1000mg/L；BOD5为600mg/L；SS为600mg/L。 (3)出水水质：CODcr≤60mg几；BOD5≤10mg几；SS≤30mg/L。

采用接触氧化工艺代替传统的活性污泥法，可以防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配N、P营养。用生物接触氧化法，可以选择的负荷范围是1.0—1.5kSBODs/(1213.d)；用鼓风曝气，每去除lkgBOD5约需空气80m3。[11] 2．SBR工艺

安徽某啤酒厂采用CASS工艺处理工程实例。该厂处理流量3500m3/d，进水通过机械格栅，能有效地分离3mm以上的固体颗粒。然后进入调节池，由于采用好氧处理不需添加任何化学药剂。CASS法反应池的容积一般包括选择区、预反应区和主反应区。水由污水提升泵直接提升到CASS的选择区与回流污泥混合，选择区不曝气相当于活性污泥工艺中的厌氧选择器。在该区内回流污泥中的微生物菌胶团大量吸附废水中的有机物，能迅速降低废水中有机物浓度，并防止污泥膨胀。预反应区采用曝气，控制溶解氧在0.5mg/L，使反硝化过程得以进行。主反应区的作用是完成有机物的降解或氨氮的硝化。选择区、预反应区和主反应区的体积比为1:5:20，反应池污泥回流比一般为30％-50％。工艺曝气方式采用鼓风曝气，曝气器选用可变微孔曝气器。

工艺中的撇水装置采用旋转式滗水器。该装置主要由浮箱、堰口、支撑架、集水支管、集水总管(出水管)、轴承、电动推杆、减速机、电机等部件组成。滗水器和整个工艺采用可编程序控制器(PLC)来进行控制，主要根据时间、液位、撇水器位置等综合控制各部件运行。主要控制参数有污水流量、曝气量、剩余污泥排放量、曝气时间、沉淀时间、滗水时间等。工艺控制系统预先设置控制程序发出指令，控制部件能够按照设定的程序自动操作，这既省劳动力，又简化操作。污水处理厂的日常管理一般只要1入。污水处理详细的设计参数如下。 (1)设计水量：Q=3500m3/d。

(2)设计进水水质：CODcr为800～1500mg/L；BOD5为400～800mg/L；SS为300～600mg/L。 (3)设计出水水质按当地污水排放新改扩二级标准：CODc≤150mg/L；BOD5≤60mg/L；SS≤200mg/L。

由于该啤酒厂酵母回收装置尚不十分完善，废水排放水质及水量不稳定。实际进水水质CODcr达2000mg/L(超出设计指标)，pH值为6—11。出水水质COD均保持在100mg/L以下，SS、BOD5及其他指标均低于设计排放标准。CASS工艺的好氧污泥负荷为0.4kgBOD5/(KgMLSS•d)(假设MLSS=3g/L)，停留时间(HRT)=16h。根据介绍实际运行负荷为0．675kgBOD5/(KgMLSS，d)，已经达到较高的负荷，但是仍能达到稳定达标排放，这充分体现了SBR工艺的优势。技术经济指标分析，其总投资455万元，折合吨水投资为1300元；日耗电量2208.1KW•h/m；折合吨水日耗电量为0.63kW

35

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

•h/m3。

3．氧化沟活性污泥法

(1)类型：氧化沟是20世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“环行曝气池”。自1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来，氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用。如同活性污泥法一样，自从第一座氧化沟问世以来，演变出了许多变形工艺方法和设备。[9][10]氧化沟根据其构造和运行特征，并根据不同发明者和专利情况可分为以下几种有代表性的类型：①卡鲁塞尔氧化沟；②三沟式氧化沟(或二沟式氧化沟)；③Orbal型氧化沟；④一体化氧化沟。

(2)特点：氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的活性污泥法工艺，与传统的活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点： ①工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便； ②处理效果稳定，出水水质好； ③基建费用低，运行费用低； ④污泥产量少，污泥性质稳定；

⑤能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力； ⑥占地面积少于传统活性污泥法处理厂。 6.1.2 水解-好氧处理

1．水解—好氧处理工艺特点

随着厌氧技术的发展，厌氧处理从开始只能处理高浓度的污水发展到可以处理中低浓度的污水，如啤酒、屠宰甚至生活污水。特别是对于低浓度污水，北京市环科院开发了水解—好氧生物处理技术。水解反应器利用厌氧反应中的水解酸化阶段，而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段。水解反应器对有机物的去除率，特别是对悬浮物的去除率显著高于具有相同停留时间的初沉池。由于水解反应器可使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。与此同时，悬浮固体物质(包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥)被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。事实上水解池是一种以水解产酸菌为主的厌氧上流式污泥床，水解反应工艺是一种预处理工艺，其后面可以采用各种好氧工艺。在各种工程中，分别采用过活性污泥法、接触氧化法、氧化沟和序批法(SBR)。因此，水解—好氧生物处理工艺是具有自己特点的一种新型处理工艺。 2．水解—好氧处理的应用条件

20世纪80年代末，轻工部北京设计规划研究院与北京市环科院一起采用北京市环科院开发的厌氧水解—好氧技术应用于啤酒废水处理(见表1—1—12)。啤酒废水中大量的污染物是溶解性的糖类、乙醇等。这些物质是容易生物降解的，一般并不需要水解酸化。但由于啤酒废水的悬浮性有机物成分较高，而水解池又具有有效地截留去除悬浮性颗粒物质的特点，将其应用于啤酒废水的处理可去除相当一部分的有机物，从实验结果看水解池最高COD去除率可以达到50％，当废水中包含制麦废水(浓度较低)时去除率也在30％～40％。因此，水解和好氧处理相结合，确实要比完全好氧处理经济一些。这也是在20世纪80年代末期和90年代初期，啤酒废水处理采用水解—好氧工艺的原因 该工艺主要特点是由于水解池较高的去除率(30％～50％)，所以将完全好氧工艺中二级的接触氧化工艺简化为一级接触氧化，并且能耗大幅度降低，从实际运行结果看出水COD浓度也有所改善。 3．水解—好氧处理的设计参数

由于采用水解处理啤酒废水出水水质一般不能满足排放标准，后处理工艺可以采用不同的好氧处理工艺，例如活性污泥法、接触氧化和SBR工艺等。有关的设计参数如下。 水解池的设计参数

36

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

以细格栅和沉砂池作为预处理设备； 平均水力停留时间：HRT=2.5-3.0h；

最大上升流速Vmax=2.5m/h(持续时间不小于3.0h)； 反应器深度：H=4.0-6.Om； ⑤布水管密度：1-2m2/L；

⑥出水三角堰负荷：1.5-3.0L/(s•m)； ⑦污泥床的高度在水面之下1.0-1.5m；

⑧污泥排放口在污泥层的中上部,即在水面下2.0-2.5m；

⑨在污泥龄大于15天时，污泥水解率为所去除SS的25％-50％。设计污泥系统需按冬季最不利情况考虑。

(2)活性污泥后处理 水解的好氧后处理可采用各种处理工艺，其中水解反应将啤酒废水中大分子难降解有机物转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。所以在传统好氧工艺的设计参数上可以取上限值。例如，对于传统活性污泥工艺的池容、曝气量和回流污泥比等均可按传统的活性污泥工艺设计。水解反应器对悬浮物的去除率很高，可去除80％以上的进水悬浮物，并且在水解细菌的作用下，可将悬浮物中的50％水解成溶解性物质。因此，总的污泥产量比传统工艺流程低30％～50％，从有机物降解角度讲，水解池排泥是稳定污泥。所以好氧产生的剩余污泥可以排人水解池消化处理。水解污泥的污泥脱水性能较好，可以直接脱水。这样可以简化工艺流程，实现了污水、污泥一次处理。 6.1.3 厌氧—好氧联合处理技术 1．厌氧处理技术

厌氧处理技术是一种有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳。厌氧技术发展到今天，其早期的一些缺点已经不存在。具不完全统计，目前(1997年)在全世界范围内共有914座厌氧处理厂，其中有600座以上采用UASB反应器。该系统结构简单，便于放大，运行管理简单是其最大的优点。 2．厌氧(UASB)技术在国内外的应用

近年来由于高效厌氧反应器的发展，厌氧处理工艺已经可以应用于常温低浓度啤酒废水处理。在国外许多啤酒厂采用了厌氧处理工艺，其反应器规模由数百立方米到数千立方米不等。荷兰的PAQUES、美国的BIOTHANE和比利时的BIOTIM公司是世界上三个主要UASB技术的厂家。据不完全统计，仅这三家公司就已建成100余家厌氧处理啤酒废水处理装置。从上面的介绍可以看出，啤酒废水的处理与其他废水处理一样是从好氧处理发展到水解—好氧联合处理，然后进一步发展为厌氧(UASB)—好氧处理。 3．UASB技术在国外的应用

啤酒废水的处理与其他废水处理一样是从好氧处理发展到水解—好氧联合处理，然后进一步发展为厌氧(UASB)—好氧处理。 4．UASB技术在国外的应用

Biotim公司在越南胡志明市的Heineken啤酒厂啤酒废水水质水量如下：

项目 最小 设计

流量(m3/d) 1700 5300 COD(mg/L) 1300 2200 BOD(rog/L) 830 1400 去除效果 COD去除率 93％ 甲烷产量/m3 4300 (75％的甲烷)

37

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

由于啤酒厂地处市区，并且下游有高碑店城市污水处理厂，因此啤酒厂仅仅进行一级厌氧处理，处理后的污水需达到排人城市污水管道的标准(COD<500mg/L)。

UASB反应器总池容为2000m3。由于这是我国第一个啤酒废水厌氧处理设备，为了减少放大的风险和运行管理方便，在设计上将UASB分成8个单元，每个单元的有效容积为250m3。

为了实验的目的，8个单元分别投人不同来源和量的接种污泥。废水在251Z下处理时，反应器负荷7-12kgCODcr/(m3•d)，水力停留时间为5-6h，CODcr去除率75％～93％，出水CODcr<500mg/L。 6.2 副产物的利用 6.2.1 麦糟的利用

麦糟是由麦芽和不发芽的谷物原料在啤酒糖化中不溶解物质构成的，主要是由麦芽的皮壳，叶芽，不溶性蛋白质，半纤维素，脂肪，灰分以及少量的未分解淀粉和未洗出的可溶性浸出物质等组成。麦糟历来是有价值的饲料，它含有较高的蛋白质，并受到适度分解，作为饲料它的消化率极高，特别是适合作牛，马饲料。若作为猪饲料，由于无氮浸出物中主要是纤维素，半纤维素，β葡聚糖，而猪对这类物质消化率极低，糖和淀粉仅占干物质5%-6%，因此，作为猪饲料需要配合淀粉质原料后才能使用。

国内外啤酒厂的麦糟绝大多数以试湿态出售，由于富含营养，水分高，极易变质，故不能贮存。大型的啤酒厂，麦糟量大，集中，为了运输和贮存，常经过脱水，烘干，制成干麦糟。 6.2.2 二氧化碳的回收

二氧化碳是啤酒中发酵最重要的副产物，近代啤酒酿造技术中二氧化碳又是必不可少的重要原料。二氧化碳重要作用。合理应用对改造酿造工艺，提高啤酒的质量起重要作用。啤酒中二氧化碳回收的方法：

包括如下单元操作：收集—洗涤—压缩—净化—干燥—冷却—液化—储存或装瓶。 6.2.3 酵母的回收利用

啤酒酵母是啤酒生产重要的副产物，现代大罐发酵，每生产1m3啤酒可得含水82%的湿酵母泥20千克。全世界生产啤酒1.3亿吨，全部回收可得到50万吨的干酵母，我国全部回收也得到85.8万吨干酵母。全世界资源紧缺的今天，无疑是一笔很大的财富。在中小型厂可以直接回收酵母，经过干燥后得到酵母粉。大型工厂也可利用酵母制备各种制剂如利用RNA，可制备5-核苷酸，也可制备复合核苷。 结论

物料采用湿法粉碎，优点是糖化速度快，提高过滤速度。糊化锅的辅料中添加了20%的麦芽，目的是降低糊化温度，有利于糊化和液化同时进行。糖化工艺采用了二次煮出法，部分麦醪经过两次煮沸，有利于缩短糖化时间。糖化锅的温度为63º时，ß-淀粉酶起主要作用，它将淀粉分解成ß-麦芽糖，能得到最高可发酵性糖。温度70º时，ａ-淀粉酶起作用，它将淀粉分解成无色糊精，此时，糖化时间最短。煮沸锅中用酒花添加器分三次添加酒花。回旋沉淀槽实现热凝固物的分离，沿切线位置进料。所采用的糊化锅和糖化锅，过滤槽，煮沸锅均为两套设备，对于现代化大工厂，有利于它的进一步扩大。发酵是采用下面酵母发酵，采用麦汁分批直接进罐法，主发酵温度为12度，发酵罐采用三段夹套冷却，目的使发酵液实现对流传热和加快发酵速度，锥底采用75º锥角，有利于酵母的自然沉降。

38

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

39

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

参考文献

[1]顾国贤.酿造酒工艺学.北京：中国轻工业出版社，1999：1-6,7-50,106-135,187-192,237-247,261,318-327,338，348-353.

[2] 吴思方主.发酵工厂设计概论.北京：中国轻工业出版社，1998：13-15,70-74,82-85. [3] 管敦仪.啤酒工业手册.北京：中国轻工业出版社，1991：50-234.

[4] 高孔荣.发酵设备.北京：中国轻工业出版社，1998: 5,23,45,47,48,111-114,116. [5] 中国轻工业总会.轻工业技术装备手册.北京：机械工业出版社，1995：132. [6] 刘湘秋.常用压力容器手册.北京：机械工业出版社，2000：114，118. [7] 靳士兰,巨勇智.化工设备机械基础.延吉：延边大学出版社，2000：257.

[8] 李文献.废水生物处理理论与应用.北京：中国建筑工业出版社，19：27-35.

[9] 轻工业部广州轻工设计院.啤酒厂设计规范.北京：中国标准出版社，1988：102-135.

[10] Baker MG, Smart KA (1996) MorpHological changes associated with the celluar ageing of a brewing yeast strain. J Am Soc Brew Chem 54:121-126.

[11] H.Yajima, E.Ikeshima,M.Shiraki,T.Kanaya, D.Fujiwara, H.Odai, N.Tsuboyama-Kasaoka, O.Ezaki,S.Oikawa and K.Kondo,Isohumulones, bitter acids derived from hops,activate both peroxisome proliferators-activated receptor α and γ and reduce insulin resistance, J.Biol.chem. 279(2004), 33456-33462.

[12] Pollock ,J.R.A.Brewing Science .VolⅠ.Ⅱ.Ⅲ,1979

[13] Kodama Y Fukui, N; Ashikari, T; Shibano, Y; Morioka-Fujimoto, K.; Hitaki, Y;Nakatani, K.Improvement of maltose fermentation efficiency : constitutive expression of MaL genes in brewing yeasts. J. Am. Soc. Brew. Chem. 53 (1995) 附录

啤酒生产设备一览表 设备名称 大米贮藏箱 麦芽贮藏箱 大米粉碎机 麦芽粉碎机 水箱 酒泥槽 糖化锅 糊化锅

规格（mm） 4000×3000×2000 3000×2000×3000 2000×2000×1600 2000×2000×2500 4000×4000×3400 φ2000×3000 φ4600×2300 φ3600×1800

材料 A3 A3 A3 A3

Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A

数量 1 1 1 1 2 1 1 1

40

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

煮沸锅 回旋沉淀槽 过滤槽 麦汁暂存罐 斗式提升机 麦糟槽 缓冲罐 充氧缓冲罐 砂棒过滤器 无菌水罐 双氧水罐 清水罐 碱罐 热水罐 麦汁灭菌罐

啤酒生产设备一览表 设备名称 一级扩培罐 二级扩培罐 三级扩培罐 发酵罐

硅藻土助滤器 板框过滤助滤器 烛式过滤机 板框过滤机 清酒罐 酵母泥贮罐 酵母泥洗涤罐 膜式压滤机 干燥机 粉碎机 贮仓

CO2贮罐 水洗塔 冷却器 空气压缩机 活性碳过滤器

φ5700×2850 φ00×3200 φ6305×3152

3V=120(m)

Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A A3

Q253-A Q253-A 1Gr18Ni9Ti Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A

1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1

1000×1000×23000 φ1500×3000 φ2000×2500 F-219-1450 φ30

φ2000×31000 φ2400×3100 φ2000×3100 φ2400×3100 φ2000×3100 φ800×1200

规格（mm） φ1200×2000 φ4000×3000 φ4000×5600 φ4400×17600 φ1000×2500 φ1000×1500 S = 100 m3 S = 150 m3 φ4950×9900 V = 14m3 V = 14 m3 V = 100 m3 JF2501 JG3301 V = 40 m3 V = 20m3 V = 40 m3 6AW-17 2E 1/8 S = 60 m3

41

材料 1Gr18Ni9Ti 1Gr18Ni9Ti 1Gr18Ni9Ti 1Gr18Ni9Ti Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A 1Gr18Ni9Ti Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A Q253-A 1Gr18Ni9Ti

1Gr18Ni9Ti 1Gr18Ni9Ti Q253-A

数量 1 1 1 43 1 1 1 1 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

无菌罐 薄板换热器

φ2000×3000 BR4J-S-110

1Gr18Ni9Ti Q253-A

1 1

致谢

紧张而有忙碌的毕业设计就要结束了，在本次设计中我收获了很多，不仅学到了专业知识，还学会了如何在团队中做好自己，发挥自己的才能。

首先我一定要感谢我的指导教师李国全和田英华、邹东恢、江成英老师。是他们以自己渊博的学识一次又一次的为我指点迷津，是他们用孜孜不倦的教诲让我从一个一个的困惑中走出，让我对以前所学的知识有了更进一步的掌握，同时又学到了很多工厂实际操作过程中的经验。在他们身上我同样也看到了严谨的治学态度，拼搏进取的精神。老师对我的帮助将使我受益一生。

同时，我还要谢谢所有帮助过我的同学们，尤其是感谢黄敏、郭礼辉、李军、杨军等同学在工艺流程的选择和设备的选型诸多方面提出了宝贵的意见和建议，使我更深的感受到同学之间的友谊。一个个问题，一次次认真的讨论，都是我们成功的基础和动力，感谢他们与我一起成长。

毕业设计虽然结束了，但学习是永无止境的，在将来的学习生活中我会更加努力。再次向这些在这次设计中给我帮助的老师和同学们致以最真诚的感谢！

42