2024年4月1日发(作者：回鹏海)
本设计采用以酵母菌为菌种的下面发酵法和一罐发酵法（即发酵和后熟在一个罐子中进
行）。同时对年产值为20万吨经典啤酒的生产工艺进行初步设计。以确定其物料的衡算，并确
定设备的选用数量与尺寸。
1 发酵技术
快速发酵是通过控制发酵条件，在保持原有风味的基础上，缩短发酵周期，提高设备利用
率，增加产量。快速发酵法工艺控制条件为：在发酵过程某阶段提高温度；增加酵母接种量；
进行搅拌。本设计所采用的发酵技术为快速发酵。
2 发酵设备
本设计所采用的是圆筒锥底发酵罐。如图1-1所示
图2-1 圆筒体锥底发酵罐
3 工艺流程图
根据上面内容，绘制出本次设计的基本流程图如图3-1所示。
图3-1 啤酒生产工艺流程图
4 物料衡算
物料衡算是工艺计算的基础。本设计中的物料平衡计算主要项目为原料（大麦麦芽、大米）
和酒花用量，热麦芽汁和冷麦芽汁量，废渣量（糖化糟和酒花糟）等。
4.1 啤酒生产基础数据
本设计中啤酒生产基础数据表见表3-1
[12]
。
表3-1 啤酒生产基础数据表
项目
定
名称
原料利用率
百分比（%）
98
额
指
标
原料
配比
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
6
12
78
90
70
30
7
2
1
2
12
啤
酒
损
失
率
冷却损失
发酵损失
过滤损失
装瓶损失
总损失
4.2 100kg原料生产12度经典啤酒的物料衡算
（1）热麦汁计算
根据表3-1 可得原料的收率分别为：
麦芽汁收率：
无水麦芽浸出率×(1−麦芽水分)= 78%×(100-6)%=73.32%
大米收率为：
无水大米浸出率×(1−大米水分)=90%×(100-12)%=79.2%
混合原料收率为：
（麦芽比例×麦芽收率+大米比例×大米收率)×原料利用率
=（0.70×73.32%+0.30×79.2%）98%
= 73.58%
由上可得 100kg 混合原料可制得10°P 热麦汁量为：
混合原料收率100
=735.8kg
10%
又知12°P麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而10℃热麦汁比20℃时的麦
芽体积增加1.04倍。
故热麦汁（100℃）体积为：
V
热麦汁
=735.8÷(1.084×1000)×1000×1.04=705.93(L)
(2) 冷麦汁量为：
V
冷麦汁
= V
热麦汁
×（1-冷却损失）
=705.93×(1-0.07)
=656.52(L)
(3) 发酵液量为：
V
发酵液
= V
冷麦汁
×（1-发酵损失）
=656.52×(1-0.02)
=643.39(L)
(4) 过滤酒量为：
V
过滤酒
= V
发酵液
×（1-过滤损失）
=643.39×(1-0.01)
=636.95(L)
(5) 成品啤酒量为：
V
成品
= V
过滤酒
×（1-装瓶损失）
=636.95×(1-0.02)
=624.22(L)
4.3 生产100L度经典啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°经典成品啤酒624.22L，故可得以下结
果：
（1） 生产100L12°经典啤酒需耗混合原料量为：
G
原料
=
=
=16.02 (kg)
（2） 麦芽耗用量为：
M
麦芽=
G
原料
×麦芽比例
=16.02×70%
100kg混合原料100
V
成品
100100
624.22
=11.21(kg)
（3） 大米耗用量为：
M
大米
=G
原料
×大米比例
=16.02-11.21
=4.81(kg)
（4） 酒花耗用量：
对经典啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%
故酒花用量为：
M
酒花
=
V
热麦汁
V
成品
×100×0.2%
=(100/624.22)×735.8×0.2%
=0.24(kg)
（5） 热麦汁量为：
V
热麦汁
V′
热麦汁
=
V
成品
×100
=（16.02/100）×705.93
=113.09(L)
（6） 冷麦汁量为：
V′
冷麦汁
=
V
冷麦汁
V
成品
×100
=（16.02/100）×656.52
=105.18(L)
（7） 湿糖化糟量
设排除的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
M
麦芽糖
=
（1-麦芽水分）（1-无水麦芽浸出
×M
麦芽
1-80%
=[（1-0.06）（100-78）/（100-80）]×11.21
=11.59(kg)
而湿大米糟量为：
M
大米槽
=
（1-麦芽水分）（1-无水大米浸出
×M
大米
1-80%
=[（1-0.12）（100-90）/（100-80）]×4.81
=2.12(kg)
故湿糖化糟量为：11.59+2.12=13.71(kg)
（8） 酒花糟量
设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟为：
M
酒花槽
=
1-干酒花浸出率
×M
酒花
=[（100-40）/（100-80）]×0.24=0.72(kg)
1-酒花槽含水量
4.4 年产20万吨12度经典啤酒酿造车间物料衡算
本设计中设定生产旺季为150天，每天糖化8次，淡季150天每天糖化4次，每年总糖化
次数为1800次。由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。
每糖化一次生产的成品啤酒量为：
200000
1800
12°P经典啤酒相对密度为1.012
=111.111吨/次=111111kg/次
则糖化一次生产成品啤酒体积为：
V=
111111
1.012
=108825.66L
把述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，得出本设计的物料衡算表，如表3-2
所示。
表3-2 物料衡算表
物料名称 单
位
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
Kg
Kg
Kg
Kg
L
L
Kg
Kg
L
L
L
100
70
30
1.50
705.93
656.52
72.35
4.50
643.39
636.95
624.22
16.02
11.21
4.81
0.24
113.09
105.18
11.59
0.72
103.07
102.04
100.00
100kg混合原料 100L啤酒 糖化一次定额
量
17434.00
12203.80
5230.20
261.18
123072.49
114457.42
12612.89
783.54
112168.27
111046.59
108825.66
3
200000t/a啤酒生
产
3.14×10
2.20×10
9.41×10
4.70×10
22.15×10
20.60×10
2.27×10
1.41×10
20.19×10
19.99×10
19.59×10
7
7
7
6
7
7
7
6
6
7
7
备注：12度经典啤酒的密度为1012kg/m
由表可得出本设计中实际年生产啤酒量为：
195900000L×1012kg/m=198237吨
3
5 水衡算
5.1 啤酒厂全厂用水工艺流程示意图
本设计中的全厂的用水工艺示意图如图5-1所示
图5-1 啤酒厂全厂用水工艺流程示意图
5.2 水衡算
5.2.1 浸麦用水量的计算
原料车间最大用水量为浸麦槽，故水平衡以浸麦槽为计算基准。
浸麦曹每槽大麦体积为：
V=3.05m
浸麦后的体积为：
V′=4.575m
3
3
浸麦开始时
槽中水量=浸麦槽容量-每槽大麦体积
浸麦曹每槽大麦体积为：
V=
式中 1.25——大麦的相对密度
浸麦后的体积为：
V′=3.151.5=4.575
3.816
=3.05=3.05
1.25
式中 1.5为——浸渍后大麦的膨胀系数
浸麦开始时
槽中水量=浸麦槽容量-每槽大麦体积
=V
浸麦槽
-V
大麦
=10-3.05
=6.59m
则 浸麦完毕后槽中的水量为：
V
水
= V
浸麦槽
-V
浸渍麦
=10-4.575=5.425m
根据生产经验：平均浸渍时间为60小时，共换水7次
a、 每槽所需浸渍水量
式中 V
1
——第一次浸渍用水量
V
2
——最后一次浸渍用水量
b、 每槽溢流浮麦用水量
在浸渍过程中，浸溢水三次排去水面浮物，每次用水量为平均用水量的15%
则共用水量为：
3
3
c、 每槽浸渍大麦共用水量
W
0
=W
1
+W
2
+10%W
1
=43.31+2.784+43.3110%=50.425m3
式中 10%——浸渍水的宽裕量
d、 平均每小时用水量
设浸渍时间为60小时，则平均每小时用水量为：
D=
W
0
50.425
==0.84m3/h=840kg/h
6060
e、 如考虑同时有两个槽用水（即另一槽换水）
则用水量：
f、 浸渍工段洗地用水
大清洗时间用水3m，一小时用完
g、 发芽地板洗涮用水
每天一次，每次用水4m，一小时用完
h、 其他用水一吨
i、 平均用水量
3
3
平均每小时用水量为：
5.2.2 糖化用水
根据第4章得知一次糖化用水总量为：
Gw=67286.24kg
糖化时间为1小时，故每小时用水量为：
m
2
=
G
1
w
=67286.24kg/h
5.2.3 冷却水的计算
a、 糖化过程冷却用水
如图 4-1 第一次蒸煮完后要将米醪降温至中间温度t=85.75℃
设 冷却器内流体温度变化为：
米醪 100℃→85.75℃
自来水 50℃←18℃
则
G糖冷=
’
G
c（100-85.75）
米醪米醪
c水（50-18）
=
333603.726（100-85.75）
4.18（50-18）
=13370.06kg
设 冷却时间为1小时,则每小时冷却水的量为:
m3=
b、 回旋沉淀槽冷却用水
设 回旋沉淀槽内流体温度变化为：
热麦汁 94℃→55℃
冷却水 45℃←18℃
根据第4章得知：
G
麦汁
=128279.37kg； c
麦汁
=3.858 V3=19241.91kg
所以
G
糖冷
1
=13370.06kg/h
式中 G′
麦汁
——蒸煮后麦汁的量
G
麦汁
=G
麦汁
-V3=128279.37-19241.91=109037.46kg
C
麦汁
——麦汁的比热容
C
w
——水的比热容
设 冷却时间为1小时，则冷却用水量为：
c、 薄板冷却器冷却用水量
薄板换热器内温度变化为：
麦汁 55℃→6℃
冷却水 18℃←2℃
故薄板冷却器冷却水耗用量为：
设 冷却时间为1.5小时，则薄板冷却器每小时冷却水用量为：
5.2.4 设备及车间管道清洗用水的计算
a、 糖化阶段洗糟用水
每100kg原料约用水450kg，根据表3.4有糖化一次所需原料为13475.65kg
则需用水量为：
G洗槽=17434.00
450
100
=78453kg
设 洗糟时间为1.5小时，则每小时洗糟用水量为：
M
6
=
b、 糖化室清洗用水
一般糖化室及设备每糖化一次用水约6吨，用水时间为2小时，故
M
7
=6/2=3t/h=3000kg/h
G
洗槽
78453
=
1.5
1.5
=52302.00kg/h
c、 回旋沉淀槽清洗用水
每次清洗用水3.5吨，冲洗时间为0.5小时，则每小时用水量为:
M
8
=3500/0.5=7000kg/h
d、 薄板冷却器清洗用水
设每清洗一次用水4吨，用水时间为0.5小时，则买小时最大用水量为：
M
9
=4000/0.5=8000kg/h
e、 酵母洗涤用水
每天酵母泥最大产量约2400kg，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水
量为酵母的2倍，则连续生产每天用水量为：
G
无菌水
=2400（4+1）2=24000kg
设用水时间为1小时，故最大需水量为：
M
10
=24000/1=24000kg/h
f、 发酵室清洗用水
每天清洗发酵罐两个，每个用水10吨，洗涮地面用水5吨，则洗涮用水量为：
G
洗刷
=210000+5000=25000kg
设清洗时间为1.5小时，则每小时用水量为：
M
11
=25000/1.5=16666.67kg/h
g、 贮酒室清洗用水
每天清洗贮酒桶一个，用水4吨，管道及地面冲洗用水3吨，清洗时间1小时，则每小时
用水量为：
M
12
=
h、 清酒罐清洗用水
每天清洗清酒罐8个，清洗一次用水15吨，清洗时间40分
则用水量为：
M
13
=
i、 过滤机用水
过滤机5台，每台过滤机用水量为3吨，过滤时间1.5小时
=22500kg/h
=7000kg/h
则每小时过滤量为：
M
14
==10000kg/h
5.2.5 其他用水
其他用水包括新鲜啤酒桶洗涮用水、洗瓶机用水、装酒机用水、杀菌机用水、冲洗地板、
冲洗管道等，每班需50吨，设用水时间2小时，则每小时用量为：
M
15
=25000kg/h
5.2.6 总用水量
M
总
=
=1174+67286.24+103370.06+145365.89+205469.09+52302.00+3000+7000+8000+24000+1666
6.67+7000+22500+10000+25000
=698133.95g/h（698.14t/h）
全厂每天用水量为：
M
d
=698.1424=16755.36t/d
全厂年耗水量为：
M
a
=16755.36300=5026608t/a
式中 300——为啤酒厂年生产天数
则每吨产品消耗水量为：
M
t
=
=
=25.36(t/t啤酒)
5.3 年产20万吨12度经典啤全厂用水衡算表
将上述计算结果整理即可得全厂的水衡算见表5-1。
表5-1 年产20万吨经典啤酒厂用水量衡算表
名称
规格 每吨产品消耗用定每小时用量每天用量 年消耗
额（t/t）
冷水 自来水 25.36
（kg/h）
698.14
（t/d）
16755.36
（t/a）
5026608
6 发酵工艺
6.1 发酵工艺流程示意图
本设计糖化车间耗冷工艺流程见图6-1
图6-1 糖化车间耗冷工艺流程
6.2 工艺技术指标及基础数据
年产20万吨12°P经典啤酒198237t；
旺季每天糖化6次，淡季每天糖化4次，每年共糖化1800次；主发酵时间为6天；
4锅麦汁装1个锥形发酵罐；
12°P麦汁比热容c麦汁=3.858﹝kJ/(kg·℃)﹞
水的比热容c
w
=4.18﹝kJ/(kg·℃)﹞
冷媒用15%酒精溶液，比热容可视作c
w
=4.18﹝kJ/(kg·℃)﹞
麦芽糖厌氧发酵热q=613.6(kJ/kg)
麦汁发酵度60%。
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：
Q=Q
t
+Q
nt
7 设备与选型计算
设备的工艺设计与选型的任务是在工艺计算的基础上，确定车间内所有工艺设备的台数、
型式和主要尺寸。
下面是对糖化锅和发酵罐的设计与选型。
7.1 糖化锅的设计与选型
根据上面计算可知糖化锅中混合醪的质量为：
麦芽粉和大米粉含水量分别为6%和12%，则糖化醪干物质百分比为：
=19.23%
查表得，混合物得干物质量为19.23%时，相对密度为1.062
则糖化锅的有效容积为：
去糖化锅的充满系数为0.7
[18]
[12]
，则糖化锅容积为：
采用平底糖化锅，去圆筒直径D与高度H之比为2:1，即H=0.5D
则
所以 H=0.5D=0.56.59=3.29m
糖化锅升气管直径为
则
，一般糖化锅升气管直径：锅圆筒面积=1:50
[10]
。
综合上述计算，
糖化锅选用112.4m平底糖化锅，高H=3.29m，直径D=6.59m，升气管直径
3
=0.39m。
7.2 发酵罐的设计与选型
圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐），已广泛用于上面或下面发酵啤酒生产。锥形罐可
单独用于前发酵或后发酵，还可以将前、后发酵合并在该罐进行（一罐法）。这种设备的优点
在于能缩短发酵时间，而且具有生产上的灵活性，故能适合各种类型的啤酒要求。
下面对锥形罐进行设计与计算
7.2.1 生产能力、数量与容积的确定
根据物料衡算表可知一次糖化发酵液定额量为112168.27L，每个锥形罐可装6锅糖化锅产
生的发酵液，发酵周期20天。
(1) 发酵罐数目的确定
在一个发酵槽可容纳一次麦芽汁的前提下，发酵槽的数目一般按照下列通式计算：
N=
n
t=40个
z
式中 n——每日糖化次数，以旺季8次计算
t——发酵时间（d）为20
Z——在一个锥形罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍
(2) 锥形罐容积的确定
计算糖化一次麦汁量或其量的整数倍，同时适当考虑泡沫所占的空间，即可确定发酵槽的
体积。计算如下：
式中 V——锥形罐的全容积
[16]
——糖化一次麦汁量
Z——在一个锥形罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍
——装罐系数，一般取0.8~0.85
7.2.2 主要尺寸计算
[19]
锥形罐的圆筒高H，桶身直径D。顶封为一个椭球型封盖，长半轴长a=D/2，短半轴长b=3D/8，
圆筒体高H=3D，锥底角为70°
半椭球体积
圆筒体体积
椎底体积
则总体积为
=
=2.6466
=
所以
圆筒体高 H=3D=7.0863=21.204m
上封盖高 h=
下锥底高 h’
发酵罐壁厚的选择
通过查表得 选择16mm厚的A
3
钢板制作
7.3 换热管的主要尺寸计算
换热管总长为：
L=
=
=386m
式中 d
e
——换热管的平均直径（m），为0.0565m
每圈管长：
l=πdp
=3.145.7
=17.898m
式中 d
p
——管圈直径（m），dp=5.783-0.06=5.767m，取5.7m
总圈数为：
N
p
=L/l=386/17.898=21.56
取21
设管间距为0.21m，并且将其分成3组，每组有7圈，则每组高度为：
h=0.12（7-1）+20.06
=0.84
根据经验，最上一组距离圆筒顶部2m，最下一圈距离圆筒底部3m，中间一组处于两组的
中心。
8 啤酒工厂三废治理
8.1 麦糟的利用
麦糟是由麦芽和不发芽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、灰分及少量的未分解淀粉和未洗出的可溶性浸出物等
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，特别适合作牛、马饲料。
8.2 二氧化碳的回收
二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，近代啤酒酿造技术中二氧化碳又是必不可少的重
要原料。二氧化碳合理应用对改进酿造工艺、提高啤酒的质量起着重要的作用。
在过滤后的清啤酒中，直接冲入二氧化碳，使之在短时间内溶解和过饱和，简单和有效地
控制成品啤酒中二氧化碳的含量。在近代啤酒转罐、过滤、清酒罐及装瓶、装桶等操作中，为
了避免啤酒接触空气中氧，减少啤酒中溶解氧、均需要二氧化碳作背压、备压、以提高啤酒的
非生物稳定性和风味稳定性。
总结
本次设计是综合运用大学期间所学的各个学科和实验，通过大量的文献参阅对年产20万
吨12°P经典啤酒厂的发酵工艺进行的。
啤酒厂生产啤酒的原料为：70%的大麦和30%的大米。通过参考国内外相关文献和期刊确定
了采用以酵母菌为菌种的下面发酵法和一罐发酵法。下面发酵生产出的啤酒风味好，适合广大
群众的口味，一罐发酵法缩短了发酵周期，方便了操作、降低了发酵过程中的染菌率。
通过物料衡算得到年产20万吨12°P经典啤酒每年需要大米9410t，大麦22000t，酒花
47000t，年产发酵液19.99t,实际年产经典啤酒量为20123t。
通过热量衡算得出每吨啤酒每小时消耗蒸汽497.88kg，每小时最大用量21735.94kg，每
昼夜消耗量438666.98kg，年消耗量98700069.6kg。
通过水衡算得出生产一吨啤酒需要消耗25.36t水，冷却水每小时用为698.14kg，每天用
量16755.36t，年消耗冷却水5026608t。
通过耗冷计算得出每年工艺耗冷量3.20210kJ，非工艺耗冷量为6.06310kJ，总耗冷
量为9.52110kJ。
10
1010
通过设备选型的计算得出需要112.4m的平底糖化锅一个，高H=3.29m，直径D=6.59m，升
气管直径D
1
=0.93m。发酵罐采用圆筒体锥底发酵罐40个，全容积924m，直径7.068m，圆筒
体高21.204m，上封盖高2.615m， 下锥底高5.049m，锥角70°。另外还需要21圈，分为3
组，每组高度0.84m的换热管。
3
3
参考文献
[1] 俞俊棠，唐孝宣等．生物工艺学 [M].北京：化学工业出版社，2003
[2] 王凯军，秦人伟．发酵工业废水处理 [M].北京：化学工业出版社，2000,9
[3] 梁世中．生物工程设备 [M]．北京：中国轻工业出版社，2008
[4] 吴思方．发酵工厂工艺设计概论 [M]．北京：轻工业出版社，1987
[5]华南工学院等．发酵工程与设备 [M]．北京：轻工业出版社，1985
[6]陆振东．化工工艺设计手册（第二版）[M]．北京：化学工业出版社，199
[7]Gee．D．A．．Ramfrez，F．W ．， l988．Optimal temperature control for batch beer
fermentation．Biotech．and Bioeng．．31：224—234．
[8] Oluwole Olatunji, Adefunke C. Jibogun. Effect of Different Mashing Procedures on
the Quality of Sorghum Beer. J. Am. Soc. Brew. Chem，1993.33
[9] Nielsen,H.,Hoybye-Hanse,l.,Ibaek,D.,et re fermentation and wort
carbonation. Tech. Q. Master Brew. Assoc. Am., 1987, 24(3): 20-24
[10] Graham G. Management. The Balance Between Fermentation Efficiency
and Beer Quality. MBAATech.Q.,2001,38(1):1-5
课程设计
——年产20万吨12度经典啤酒糖化、发酵工段设计
食品学院
生物工程专业
101班
李虹蓉
2010053074
2024年4月1日发(作者：回鹏海)
本设计采用以酵母菌为菌种的下面发酵法和一罐发酵法（即发酵和后熟在一个罐子中进
行）。同时对年产值为20万吨经典啤酒的生产工艺进行初步设计。以确定其物料的衡算，并确
定设备的选用数量与尺寸。
1 发酵技术
快速发酵是通过控制发酵条件，在保持原有风味的基础上，缩短发酵周期，提高设备利用
率，增加产量。快速发酵法工艺控制条件为：在发酵过程某阶段提高温度；增加酵母接种量；
进行搅拌。本设计所采用的发酵技术为快速发酵。
2 发酵设备
本设计所采用的是圆筒锥底发酵罐。如图1-1所示
图2-1 圆筒体锥底发酵罐
3 工艺流程图
根据上面内容，绘制出本次设计的基本流程图如图3-1所示。
图3-1 啤酒生产工艺流程图
4 物料衡算
物料衡算是工艺计算的基础。本设计中的物料平衡计算主要项目为原料（大麦麦芽、大米）
和酒花用量，热麦芽汁和冷麦芽汁量，废渣量（糖化糟和酒花糟）等。
4.1 啤酒生产基础数据
本设计中啤酒生产基础数据表见表3-1
[12]
。
表3-1 啤酒生产基础数据表
项目
定
名称
原料利用率
百分比（%）
98
额
指
标
原料
配比
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
6
12
78
90
70
30
7
2
1
2
12
啤
酒
损
失
率
冷却损失
发酵损失
过滤损失
装瓶损失
总损失
4.2 100kg原料生产12度经典啤酒的物料衡算
（1）热麦汁计算
根据表3-1 可得原料的收率分别为：
麦芽汁收率：
无水麦芽浸出率×(1−麦芽水分)= 78%×(100-6)%=73.32%
大米收率为：
无水大米浸出率×(1−大米水分)=90%×(100-12)%=79.2%
混合原料收率为：
（麦芽比例×麦芽收率+大米比例×大米收率)×原料利用率
=（0.70×73.32%+0.30×79.2%）98%
= 73.58%
由上可得 100kg 混合原料可制得10°P 热麦汁量为：
混合原料收率100
=735.8kg
10%
又知12°P麦汁在20℃时的相对密度为1.084，而10℃热麦汁比20℃时的麦
芽体积增加1.04倍。
故热麦汁（100℃）体积为：
V
热麦汁
=735.8÷(1.084×1000)×1000×1.04=705.93(L)
(2) 冷麦汁量为：
V
冷麦汁
= V
热麦汁
×（1-冷却损失）
=705.93×(1-0.07)
=656.52(L)
(3) 发酵液量为：
V
发酵液
= V
冷麦汁
×（1-发酵损失）
=656.52×(1-0.02)
=643.39(L)
(4) 过滤酒量为：
V
过滤酒
= V
发酵液
×（1-过滤损失）
=643.39×(1-0.01)
=636.95(L)
(5) 成品啤酒量为：
V
成品
= V
过滤酒
×（1-装瓶损失）
=636.95×(1-0.02)
=624.22(L)
4.3 生产100L度经典啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°经典成品啤酒624.22L，故可得以下结
果：
（1） 生产100L12°经典啤酒需耗混合原料量为：
G
原料
=
=
=16.02 (kg)
（2） 麦芽耗用量为：
M
麦芽=
G
原料
×麦芽比例
=16.02×70%
100kg混合原料100
V
成品
100100
624.22
=11.21(kg)
（3） 大米耗用量为：
M
大米
=G
原料
×大米比例
=16.02-11.21
=4.81(kg)
（4） 酒花耗用量：
对经典啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%
故酒花用量为：
M
酒花
=
V
热麦汁
V
成品
×100×0.2%
=(100/624.22)×735.8×0.2%
=0.24(kg)
（5） 热麦汁量为：
V
热麦汁
V′
热麦汁
=
V
成品
×100
=（16.02/100）×705.93
=113.09(L)
（6） 冷麦汁量为：
V′
冷麦汁
=
V
冷麦汁
V
成品
×100
=（16.02/100）×656.52
=105.18(L)
（7） 湿糖化糟量
设排除的湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
M
麦芽糖
=
（1-麦芽水分）（1-无水麦芽浸出
×M
麦芽
1-80%
=[（1-0.06）（100-78）/（100-80）]×11.21
=11.59(kg)
而湿大米糟量为：
M
大米槽
=
（1-麦芽水分）（1-无水大米浸出
×M
大米
1-80%
=[（1-0.12）（100-90）/（100-80）]×4.81
=2.12(kg)
故湿糖化糟量为：11.59+2.12=13.71(kg)
（8） 酒花糟量
设麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40%，且酒花糟水分含量为80%，则酒花糟为：
M
酒花槽
=
1-干酒花浸出率
×M
酒花
=[（100-40）/（100-80）]×0.24=0.72(kg)
1-酒花槽含水量
4.4 年产20万吨12度经典啤酒酿造车间物料衡算
本设计中设定生产旺季为150天，每天糖化8次，淡季150天每天糖化4次，每年总糖化
次数为1800次。由此可计算出每次投料量及其他项目的物料平衡。
每糖化一次生产的成品啤酒量为：
200000
1800
12°P经典啤酒相对密度为1.012
=111.111吨/次=111111kg/次
则糖化一次生产成品啤酒体积为：
V=
111111
1.012
=108825.66L
把述的有关啤酒厂酿造车间的三项物料衡算计算结果，得出本设计的物料衡算表，如表3-2
所示。
表3-2 物料衡算表
物料名称 单
位
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
Kg
Kg
Kg
Kg
L
L
Kg
Kg
L
L
L
100
70
30
1.50
705.93
656.52
72.35
4.50
643.39
636.95
624.22
16.02
11.21
4.81
0.24
113.09
105.18
11.59
0.72
103.07
102.04
100.00
100kg混合原料 100L啤酒 糖化一次定额
量
17434.00
12203.80
5230.20
261.18
123072.49
114457.42
12612.89
783.54
112168.27
111046.59
108825.66
3
200000t/a啤酒生
产
3.14×10
2.20×10
9.41×10
4.70×10
22.15×10
20.60×10
2.27×10
1.41×10
20.19×10
19.99×10
19.59×10
7
7
7
6
7
7
7
6
6
7
7
备注：12度经典啤酒的密度为1012kg/m
由表可得出本设计中实际年生产啤酒量为：
195900000L×1012kg/m=198237吨
3
5 水衡算
5.1 啤酒厂全厂用水工艺流程示意图
本设计中的全厂的用水工艺示意图如图5-1所示
图5-1 啤酒厂全厂用水工艺流程示意图
5.2 水衡算
5.2.1 浸麦用水量的计算
原料车间最大用水量为浸麦槽，故水平衡以浸麦槽为计算基准。
浸麦曹每槽大麦体积为：
V=3.05m
浸麦后的体积为：
V′=4.575m
3
3
浸麦开始时
槽中水量=浸麦槽容量-每槽大麦体积
浸麦曹每槽大麦体积为：
V=
式中 1.25——大麦的相对密度
浸麦后的体积为：
V′=3.151.5=4.575
3.816
=3.05=3.05
1.25
式中 1.5为——浸渍后大麦的膨胀系数
浸麦开始时
槽中水量=浸麦槽容量-每槽大麦体积
=V
浸麦槽
-V
大麦
=10-3.05
=6.59m
则 浸麦完毕后槽中的水量为：
V
水
= V
浸麦槽
-V
浸渍麦
=10-4.575=5.425m
根据生产经验：平均浸渍时间为60小时，共换水7次
a、 每槽所需浸渍水量
式中 V
1
——第一次浸渍用水量
V
2
——最后一次浸渍用水量
b、 每槽溢流浮麦用水量
在浸渍过程中，浸溢水三次排去水面浮物，每次用水量为平均用水量的15%
则共用水量为：
3
3
c、 每槽浸渍大麦共用水量
W
0
=W
1
+W
2
+10%W
1
=43.31+2.784+43.3110%=50.425m3
式中 10%——浸渍水的宽裕量
d、 平均每小时用水量
设浸渍时间为60小时，则平均每小时用水量为：
D=
W
0
50.425
==0.84m3/h=840kg/h
6060
e、 如考虑同时有两个槽用水（即另一槽换水）
则用水量：
f、 浸渍工段洗地用水
大清洗时间用水3m，一小时用完
g、 发芽地板洗涮用水
每天一次，每次用水4m，一小时用完
h、 其他用水一吨
i、 平均用水量
3
3
平均每小时用水量为：
5.2.2 糖化用水
根据第4章得知一次糖化用水总量为：
Gw=67286.24kg
糖化时间为1小时，故每小时用水量为：
m
2
=
G
1
w
=67286.24kg/h
5.2.3 冷却水的计算
a、 糖化过程冷却用水
如图 4-1 第一次蒸煮完后要将米醪降温至中间温度t=85.75℃
设 冷却器内流体温度变化为：
米醪 100℃→85.75℃
自来水 50℃←18℃
则
G糖冷=
’
G
c（100-85.75）
米醪米醪
c水（50-18）
=
333603.726（100-85.75）
4.18（50-18）
=13370.06kg
设 冷却时间为1小时,则每小时冷却水的量为:
m3=
b、 回旋沉淀槽冷却用水
设 回旋沉淀槽内流体温度变化为：
热麦汁 94℃→55℃
冷却水 45℃←18℃
根据第4章得知：
G
麦汁
=128279.37kg； c
麦汁
=3.858 V3=19241.91kg
所以
G
糖冷
1
=13370.06kg/h
式中 G′
麦汁
——蒸煮后麦汁的量
G
麦汁
=G
麦汁
-V3=128279.37-19241.91=109037.46kg
C
麦汁
——麦汁的比热容
C
w
——水的比热容
设 冷却时间为1小时，则冷却用水量为：
c、 薄板冷却器冷却用水量
薄板换热器内温度变化为：
麦汁 55℃→6℃
冷却水 18℃←2℃
故薄板冷却器冷却水耗用量为：
设 冷却时间为1.5小时，则薄板冷却器每小时冷却水用量为：
5.2.4 设备及车间管道清洗用水的计算
a、 糖化阶段洗糟用水
每100kg原料约用水450kg，根据表3.4有糖化一次所需原料为13475.65kg
则需用水量为：
G洗槽=17434.00
450
100
=78453kg
设 洗糟时间为1.5小时，则每小时洗糟用水量为：
M
6
=
b、 糖化室清洗用水
一般糖化室及设备每糖化一次用水约6吨，用水时间为2小时，故
M
7
=6/2=3t/h=3000kg/h
G
洗槽
78453
=
1.5
1.5
=52302.00kg/h
c、 回旋沉淀槽清洗用水
每次清洗用水3.5吨，冲洗时间为0.5小时，则每小时用水量为:
M
8
=3500/0.5=7000kg/h
d、 薄板冷却器清洗用水
设每清洗一次用水4吨，用水时间为0.5小时，则买小时最大用水量为：
M
9
=4000/0.5=8000kg/h
e、 酵母洗涤用水
每天酵母泥最大产量约2400kg，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水
量为酵母的2倍，则连续生产每天用水量为：
G
无菌水
=2400（4+1）2=24000kg
设用水时间为1小时，故最大需水量为：
M
10
=24000/1=24000kg/h
f、 发酵室清洗用水
每天清洗发酵罐两个，每个用水10吨，洗涮地面用水5吨，则洗涮用水量为：
G
洗刷
=210000+5000=25000kg
设清洗时间为1.5小时，则每小时用水量为：
M
11
=25000/1.5=16666.67kg/h
g、 贮酒室清洗用水
每天清洗贮酒桶一个，用水4吨，管道及地面冲洗用水3吨，清洗时间1小时，则每小时
用水量为：
M
12
=
h、 清酒罐清洗用水
每天清洗清酒罐8个，清洗一次用水15吨，清洗时间40分
则用水量为：
M
13
=
i、 过滤机用水
过滤机5台，每台过滤机用水量为3吨，过滤时间1.5小时
=22500kg/h
=7000kg/h
则每小时过滤量为：
M
14
==10000kg/h
5.2.5 其他用水
其他用水包括新鲜啤酒桶洗涮用水、洗瓶机用水、装酒机用水、杀菌机用水、冲洗地板、
冲洗管道等，每班需50吨，设用水时间2小时，则每小时用量为：
M
15
=25000kg/h
5.2.6 总用水量
M
总
=
=1174+67286.24+103370.06+145365.89+205469.09+52302.00+3000+7000+8000+24000+1666
6.67+7000+22500+10000+25000
=698133.95g/h（698.14t/h）
全厂每天用水量为：
M
d
=698.1424=16755.36t/d
全厂年耗水量为：
M
a
=16755.36300=5026608t/a
式中 300——为啤酒厂年生产天数
则每吨产品消耗水量为：
M
t
=
=
=25.36(t/t啤酒)
5.3 年产20万吨12度经典啤全厂用水衡算表
将上述计算结果整理即可得全厂的水衡算见表5-1。
表5-1 年产20万吨经典啤酒厂用水量衡算表
名称
规格 每吨产品消耗用定每小时用量每天用量 年消耗
额（t/t）
冷水 自来水 25.36
（kg/h）
698.14
（t/d）
16755.36
（t/a）
5026608
6 发酵工艺
6.1 发酵工艺流程示意图
本设计糖化车间耗冷工艺流程见图6-1
图6-1 糖化车间耗冷工艺流程
6.2 工艺技术指标及基础数据
年产20万吨12°P经典啤酒198237t；
旺季每天糖化6次，淡季每天糖化4次，每年共糖化1800次；主发酵时间为6天；
4锅麦汁装1个锥形发酵罐；
12°P麦汁比热容c麦汁=3.858﹝kJ/(kg·℃)﹞
水的比热容c
w
=4.18﹝kJ/(kg·℃)﹞
冷媒用15%酒精溶液，比热容可视作c
w
=4.18﹝kJ/(kg·℃)﹞
麦芽糖厌氧发酵热q=613.6(kJ/kg)
麦汁发酵度60%。
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：
Q=Q
t
+Q
nt
7 设备与选型计算
设备的工艺设计与选型的任务是在工艺计算的基础上，确定车间内所有工艺设备的台数、
型式和主要尺寸。
下面是对糖化锅和发酵罐的设计与选型。
7.1 糖化锅的设计与选型
根据上面计算可知糖化锅中混合醪的质量为：
麦芽粉和大米粉含水量分别为6%和12%，则糖化醪干物质百分比为：
=19.23%
查表得，混合物得干物质量为19.23%时，相对密度为1.062
则糖化锅的有效容积为：
去糖化锅的充满系数为0.7
[18]
[12]
，则糖化锅容积为：
采用平底糖化锅，去圆筒直径D与高度H之比为2:1，即H=0.5D
则
所以 H=0.5D=0.56.59=3.29m
糖化锅升气管直径为
则
，一般糖化锅升气管直径：锅圆筒面积=1:50
[10]
。
综合上述计算，
糖化锅选用112.4m平底糖化锅，高H=3.29m，直径D=6.59m，升气管直径
3
=0.39m。
7.2 发酵罐的设计与选型
圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐），已广泛用于上面或下面发酵啤酒生产。锥形罐可
单独用于前发酵或后发酵，还可以将前、后发酵合并在该罐进行（一罐法）。这种设备的优点
在于能缩短发酵时间，而且具有生产上的灵活性，故能适合各种类型的啤酒要求。
下面对锥形罐进行设计与计算
7.2.1 生产能力、数量与容积的确定
根据物料衡算表可知一次糖化发酵液定额量为112168.27L，每个锥形罐可装6锅糖化锅产
生的发酵液，发酵周期20天。
(1) 发酵罐数目的确定
在一个发酵槽可容纳一次麦芽汁的前提下，发酵槽的数目一般按照下列通式计算：
N=
n
t=40个
z
式中 n——每日糖化次数，以旺季8次计算
t——发酵时间（d）为20
Z——在一个锥形罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍
(2) 锥形罐容积的确定
计算糖化一次麦汁量或其量的整数倍，同时适当考虑泡沫所占的空间，即可确定发酵槽的
体积。计算如下：
式中 V——锥形罐的全容积
[16]
——糖化一次麦汁量
Z——在一个锥形罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍
——装罐系数，一般取0.8~0.85
7.2.2 主要尺寸计算
[19]
锥形罐的圆筒高H，桶身直径D。顶封为一个椭球型封盖，长半轴长a=D/2，短半轴长b=3D/8，
圆筒体高H=3D，锥底角为70°
半椭球体积
圆筒体体积
椎底体积
则总体积为
=
=2.6466
=
所以
圆筒体高 H=3D=7.0863=21.204m
上封盖高 h=
下锥底高 h’
发酵罐壁厚的选择
通过查表得 选择16mm厚的A
3
钢板制作
7.3 换热管的主要尺寸计算
换热管总长为：
L=
=
=386m
式中 d
e
——换热管的平均直径（m），为0.0565m
每圈管长：
l=πdp
=3.145.7
=17.898m
式中 d
p
——管圈直径（m），dp=5.783-0.06=5.767m，取5.7m
总圈数为：
N
p
=L/l=386/17.898=21.56
取21
设管间距为0.21m，并且将其分成3组，每组有7圈，则每组高度为：
h=0.12（7-1）+20.06
=0.84
根据经验，最上一组距离圆筒顶部2m，最下一圈距离圆筒底部3m，中间一组处于两组的
中心。
8 啤酒工厂三废治理
8.1 麦糟的利用
麦糟是由麦芽和不发芽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、灰分及少量的未分解淀粉和未洗出的可溶性浸出物等
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，特别适合作牛、马饲料。
8.2 二氧化碳的回收
二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，近代啤酒酿造技术中二氧化碳又是必不可少的重
要原料。二氧化碳合理应用对改进酿造工艺、提高啤酒的质量起着重要的作用。
在过滤后的清啤酒中，直接冲入二氧化碳，使之在短时间内溶解和过饱和，简单和有效地
控制成品啤酒中二氧化碳的含量。在近代啤酒转罐、过滤、清酒罐及装瓶、装桶等操作中，为
了避免啤酒接触空气中氧，减少啤酒中溶解氧、均需要二氧化碳作背压、备压、以提高啤酒的
非生物稳定性和风味稳定性。
总结
本次设计是综合运用大学期间所学的各个学科和实验，通过大量的文献参阅对年产20万
吨12°P经典啤酒厂的发酵工艺进行的。
啤酒厂生产啤酒的原料为：70%的大麦和30%的大米。通过参考国内外相关文献和期刊确定
了采用以酵母菌为菌种的下面发酵法和一罐发酵法。下面发酵生产出的啤酒风味好，适合广大
群众的口味，一罐发酵法缩短了发酵周期，方便了操作、降低了发酵过程中的染菌率。
通过物料衡算得到年产20万吨12°P经典啤酒每年需要大米9410t，大麦22000t，酒花
47000t，年产发酵液19.99t,实际年产经典啤酒量为20123t。
通过热量衡算得出每吨啤酒每小时消耗蒸汽497.88kg，每小时最大用量21735.94kg，每
昼夜消耗量438666.98kg，年消耗量98700069.6kg。
通过水衡算得出生产一吨啤酒需要消耗25.36t水，冷却水每小时用为698.14kg，每天用
量16755.36t，年消耗冷却水5026608t。
通过耗冷计算得出每年工艺耗冷量3.20210kJ，非工艺耗冷量为6.06310kJ，总耗冷
量为9.52110kJ。
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通过设备选型的计算得出需要112.4m的平底糖化锅一个，高H=3.29m，直径D=6.59m，升
气管直径D
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=0.93m。发酵罐采用圆筒体锥底发酵罐40个，全容积924m，直径7.068m，圆筒
体高21.204m，上封盖高2.615m， 下锥底高5.049m，锥角70°。另外还需要21圈，分为3
组，每组高度0.84m的换热管。
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参考文献
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and Beer Quality. MBAATech.Q.,2001,38(1):1-5
课程设计
——年产20万吨12度经典啤酒糖化、发酵工段设计
食品学院
生物工程专业
101班
李虹蓉
2010053074