本章知识点：通过啤酒厂、速冻蔬菜厂、焙烤食品厂及乳品厂等典型食品工厂的设计案例学习，了解食品工厂设计的主要内容；掌握在实际的设计过程中如何查阅收集相关设计资料；掌握一定生产规模的某食品厂的产品方案和班产量设计、物料衡算和工艺设备的选择、配套，以及生产工艺流程设计、生产车间布局、设备布置设计等的方法和步骤。
第一节啤酒厂
一、概述
酿造啤酒的主要原料是大麦、酒花、酵母和水等，这些原料的质量决定着所生产啤酒的质量。
大麦是酿造啤酒的主要原料，它为啤酒酿造提供了必需的淀粉，这些淀粉在啤酒厂的糖化车间被转变成可发酵性浸出物。酿造啤酒前必须先将大麦经过发芽制成麦芽，方能用于酿酒。制麦芽的目的是使大麦中的酶活化及产生各种类型的水解酶，并使大麦胚乳中的某些成分在酶的作用下发生转化。麦芽的制造包括如下几个步骤：大麦清选，分级和输送，大麦的干燥与储存，大麦浸泡，发芽，麦芽干燥以及干燥后的麦芽处理。
啤酒生产除了主要使用大麦作为原料外，其他如玉米﹑大米﹑小麦等以含淀粉为主的作物原料也常常用于啤酒生产中。
水是啤酒含量最多的成分，在酿造的过程中，水中的各种离子的作用是不可低估的，在一定程度上影响酵母的生产和啤酒的质量。酒花对啤酒的质量非常重要，它不仅赋予啤酒特殊的苦味，同时也影响啤酒的苦味与香气。对啤酒发酵而言酵母的作用是至关重要的，它直接影响着啤酒的口味和特点。
啤酒生产基本工艺流程如下：
啤酒是一种含二氧化碳、起泡、低酒精度的饮料酒。由于其含醇量低，清凉爽口，深受世界各国人民的喜爱，成为世界性的饮料酒。啤酒具有独特的苦味和香味，营养成分丰富，含有各种人体所需的氨基酸及烟酸、泛酸等维生素和矿物质。
啤酒工厂设计的主要内容包括：厂址的选择，总平面设计，啤酒生产工艺流程的选择，设计及论证，全厂物料、热量衡算，车间的设备选型和设备计算以及工厂车间平面布置图绘制等。
二、厂址的选择
根据我国的具体情况，食品工厂一般建在距原产地附近大中城市的郊区。由于啤酒消费量大，为了便于销售，所以选择建于市区比较合适。这样不但可以获得足够的原料，而且利于产品的销售，同时还可以减少运输费用。
1.厂址选择的原则
（1）厂址的位置要符合城市规划（供气、供电、给排水、交通运输等）和工厂对环境的要求。
（2）厂址要接近原料基地和产品销售市场，还要接近水源和能源。
（3）具有良好的交通运输条件。
（4）场地有效利用系数高，并有远景规划的发展用地。
（5）有一定的施工条件和投产后的协作条件。
（6）厂址选择要有利于三废处理，保证环境卫生。
2.自然条件及能源
根据食品工厂厂址选择的要求，啤酒厂区应地势平坦，周围无污染源。场地面积有利于建筑物的合理布置，且符合工厂发展需要，并有一定扩建余地。自来水使用方便，且水质良好。接近排水系统，有利废水排放。供电系统配备良好，可以满足生产需要。附近有居民区和学校，方便销售。
3.政治经济和交通
厂区在城市规划区内，经规划部门批准，符合规划布局。并且接近销售渠道，有良好的经济开发前景。附近有发达的交通运输条件，接近高速公路与铁路，使原料入厂和啤酒出厂能够顺利进行。
三、总平面设计
1.总平面设计的原则
（1）符合生产工艺要求。
（2）布置紧凑合理，节约用地，同时为长期发展留有余地。
（3）必须满足食品工厂卫生要求和食品卫生要求。
（4）优化建筑物间距，按有关规划进行设计。
（5）适合运输要求。
2.总平面设计内容
（1）厂区主要建筑物包括办公楼、原料库、生产车间、冷库、配电室以及锅炉房等。
（2）全建筑物朝向有利于通风采光。
（3）配电室靠近生产车间，减少能源消耗，锅炉房位于下风向。
（4）在厂房四周种植草坪，保证绿化。
（5）通盘考虑全厂布置，力求经济合理，充分考虑扩大生产。
（6）方便生产，符合生产程序。
3.啤酒厂的组成
啤酒厂一般是由生产车间、辅助车间、动力设施、给水、排水设施，全厂性设施等组成。
生产车间：制麦车间，糖化车间，发酵车间等。
辅助车间：原料预处理车间，过滤车间，灌装车间，仓库等。
动力设施：变电所，锅炉房，冷冻机房等。
给水设施：水塔，水池，冷却塔等。
全厂性设施：办公室，食堂，浴室，厕所，传达室等。
四、产品方案
产品品种：10°淡色啤酒。
产品产量：年产50000t。
生产日期：11，12月为生产淡季。其他月份为旺季。淡季每天糖化5次，旺季每天糖化8次。
五、啤酒生产物料衡算
在啤酒整个酿造过程中，大体可以分为四大工序：麦芽制造，麦汁制备，啤酒发酵，啤酒包装与成品啤酒。其中麦汁制造是啤酒生产的重要环节，它包含了对原料的糊化、液化、糖化、麦醪过滤、麦汁煮沸和麦汁澄清与冷却等处理工艺，是啤酒生产的关键环节之一，对整个啤酒生产的产量和质量影响都很大。糖化生产过程工艺比较复杂、技术要求高，控制难度较大，糖化过程工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感、外观有着决定性的影响。
冷麦芽汁添加酵母后，开始发酵作用。啤酒发酵是一项非常复杂的生化变化过程，在啤酒酵母所含酶系的作用下，其主要变化产物是酒精和二氧化碳，另外还有一系列的发酵副产物，如醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和硫化物等。这些发酵产物决定了啤酒的风味、泡沫、色泽和稳定性等各项理化性能，使啤酒具有其独特的典型性。
啤酒经过后发酵或后处理，口味已经达到成熟，二氧化碳已经饱和，酒液也已逐渐澄清，此时再经过机械处理，使酒内悬浮的轻微粒子最后分离，达到酒液澄清透明的程度，即可包装出售。
由于啤酒生产过程复杂、中间产物多，涉及到的工艺计算也很复杂，在此仅以物料衡算为例介绍啤酒生产过程中的物料用量及变化情况，关于热量及冷量方面的衡算请参考相关啤酒生产方面的资料。
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）以及每次糖化量等。
1.数据准备
（1）糖化车间工艺流程：
（2）工艺技术指标及基础数据。根据我国啤酒生产现况，有关生产原料配比。
2.物料衡算
（1）100kg原料（75%麦芽，25%大米）生产10°淡色啤酒的物料衡算。
①热麦汁计算。根据表7-1中原料麦芽和大米的水分含量及原料浸出率，可得到原料浸出物得率分别为：
麦芽浸出物得率为：0-75×(100-6)/100×100%=70-75%
大米浸出物得率为：0-92×(100-13)/100×100%=80-04%
原料利用率98-5%，则混合原料浸出物得率为：
（0-75×70-50%+0-25×80-04%）×98-5%=71-79%
由上述可得100kg混合料原料可制得的10°热麦汁量为：
71-19/10%=717-9(kg)
查资料知10°麦汁在20℃时的相对密度为1-084kg/L，而100℃热麦汁相对密度为1-024kg/L，故热麦汁（100℃）体积为：717-9/1-042=689(L)
②冷却损失7-5%，则冷麦汁量为：689×(1-0-075)=637-325(L)
③发酵损失1-6%，则发酵液量为：637-325×(1-0-016)=627-13(L)
④过滤损失1-5%，则过滤酒量为：627-13×(1-0-015)=617-72(L)
⑤装瓶损失2%，则成品啤酒量为：617-72×(1-0-02)=605-37(L)
（2）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605-37L，故可得以下结果：
①生产100L10°淡色啤酒需耗混合原料量为：
（100/605-37）×100=16-52(kg)
②麦芽耗用量为：16-52×75%=12-39(kg)
③大米耗用量为：16-29-12-39=4-13(kg)
④酒花耗用量：以热麦汁中加入0-13%的酒花量为例，即每100L热麦汁添加0-13kg酒花，
所以生产100L10°淡色啤酒所需酒花量为：（689/605-37）×100×0-13%=0-148(kg)
⑤热麦汁量为：（689/605-37）×100=113-81(L)
⑥冷麦汁量为：（637-33/605-37）×100=105-28(L)
⑦湿糖化糟量。设湿麦芽糟水分含量为80%，则湿麦芽糟量为：
［12-39×(1-0-06)×(1-0-75)］/(1-0-8)=14-56(kg)
式中，0-06是麦芽水分含量，0-75是无水麦芽浸出率。
湿大米糟量为：
［4-13×(1-0-13)×(1-0-92)］/(1-0-8)=1-44(kg)
式中，0-13为大米水分，0-92是大米无水浸出率。
故湿糖化糟量为：14-56+1-44=16(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%，则酒花糟量为：
［0-148×(1-0-4)］/(1-0-8)=0-44(kg)
⑨酵母量（以商品干酵母计）。
生产100L啤酒可得2kg湿酵母泥，其中一半做生产接种用，一半做商品酵母用，即为1kg。湿酵母泥水分85%
酵母含固形物=1×（1-85%）=0-15（kg）
则含水分7%的商品干酵母量为：
0-15/(1-7%）=0-16（kg）
⑩二氧化碳量。
10°的冷麦汁105-28L浸出物为：10%×105-28=10-528（kg）
设麦汁的真正发酵度为55%，则可发酵的浸出物为：
10-53×55%=5-79（kg）
设麦芽汁中浸出物均为麦芽糖构成，根据麦芽糖发酵的化学反应式可得到：
二氧化碳的生成量为：5-79×（4×44）/342=2-98（kg）
式中，44为CO2相对分子质量，342为麦芽糖的相对分子质量设10°啤酒的CO2的含量为0-4%，则麦汁中CO2的含量为：105-28×0-004=0-42（kg）
释放的CO2量为：2-98-0-42=2-56（kg）
1m3的二氧化碳在20℃常压下重1-832(kg)
故释放的二氧化碳的容积为：2-56/1-832=1397-48（L）
发酵液量为：100×627-13/605-37=103-59(L)
过滤酒量为：100×617-72/605-37=102-04(L)
成品啤酒量为：102-04×(1-0-02)=100(L)
空瓶需要量：（100/0-64）×1-005=157-03（个）
式中，0-64为每瓶啤酒的容积为640mL，1-005指空瓶损耗率为0-5%。
瓶盖需要量：（100/0-64）×1-01=157-81（个）
式中，1-01指损耗率为1%。
标签需要量：
（100/0-64）×1-001=156-41（张）
式中，1-001指标签损耗率为0-1%。
3.生产50000t/年，每次糖化的物料衡算
设生产旺季每天糖化8次，而淡季则糖化5次，11，12月为淡季.每年总糖化次数为：304×8+61×5=2717(次)
每次糖化的原料量，混合原料：(50000000/2717)×(100/605-37)=3040(kg)
605-37为100kg原料可生产出成品啤酒的量
大麦：3040×0-75=2280(kg)
大米：3040×0-25=760(kg)
热麦汁量：(689/100)×3040=20945-6(L)
冷麦汁量：(637-33/100)×3040=19374-83(L)
酒花用量：(0-148/16-52)×3040=27-23(kg)
湿糖化糟量：(16/16-52)×3040=2944-31(kg)
湿酒花糟量：(0-44/16-52)×3040=80-97(kg)
二氧化碳量：(1397-48/16-52)×3040=257475-10（L）
酵母量：(0-16/16-52)×3040=29-44（kg）
发酵量：19374-83×（1-0-016）=19064-92（L）
过滤量：19064-92×（1-0-015）=18778-95（L）
成品量：18778-95×（1-0-02）=18403-37（L）
空瓶量：(157-03/16-52)×3040=28896-56（个）
瓶盖量：(157-81/16-52)×3040=29042（个）
标签量：(156-41/16-52)×3040=28784（张）
4.50000t/年10°淡色啤酒酿造车间物料衡算表
把上述的有关啤酒厂酿造车间的物料衡算计算结果整理成物料衡算表。
