年产1000吨红葡萄酒车间⼯艺设计
年产1000吨红葡萄酒车间⼯艺设计
1 绪论
1. 1 葡萄酒的营养价值及医疗、保健作⽤
⼲红葡萄酒的含糖量低于4g／L，其营养价值很⾼、构成⾮常复杂，约有⼆百五⼗多种成份，其数据和⽐例根据葡萄品种和栽培地区、降⾬量及光照等不同⽽各异，这些成分构成了葡萄酒的芳⾹。
早在1857年巴斯德通过对葡萄酒酿造的研究就认为：葡萄酒是最健康、最卫⽣的饮料，主要理由如下：
(1)⼲红葡萄酒有利于蛋⽩质的同化：这是由于葡萄酒中的酸易于电解溶于⽔及渗透压低的原因；同时，出于葡萄酒中的酸味可促进胃酸的分泌，在⾷前饮⽤能增进⾷欲具有开胃作⽤。葡萄酒中含有⼭梨醇，还利于胆汁和胰腺的分泌，可助消化。
(2)⼲红葡萄酒因富含营养和维⽣素B12，对贫⾎有特效。
(3)⼲红葡萄酒具有降低冠⼼病病⼈发病率及死亡的功效。美国哈佛医学院的研究证明有节制地饮⽤葡萄酒可减少冠⼼病⼈的死亡危险性。
(4)⼲红葡萄酒可以杀菌
⼲红葡萄酒的消毒性能早就被⼈们所公认，⼈们常⽤葡萄酒刺可能引起的不洁⽔进⾏杀菌，还⽤葡萄酒来检验93类、蔬菜和⽔果是否有污染，也⽤葡萄酒对⾷物进⾏预防和杀菌。其杀菌能⼒不仅是由于酒中含有酒精的原因，⽽凡是困酒中还有多种酸类、多酚类物质和其他碳⽔化合物的作⽤。美国⼀份报告中提到：每天喝⼀杯葡萄酒对疲劳、失眠和⽼年体弱是⼀种补药。《福利加拿⼤》的斯⽪尔斯等⼈已证明葡萄酒是⼀种有效的抗病毒剂。·
(5)⼲红葡萄酒对流⾏性感冒也有预防作⽤。
(6)⼲红葡萄酒中⼀些成分的医疗效果：
碘能防⽌动脉⽼化，控制⾎压；硫能提⾼肝脏机能；能软化脑⾎管及防⽼化、⽔肿和利尿等功能；能使⾎液保持低碱性；能加速⾎液中胆固醇的净化，降低胆固醇的含量可保持脑细胞活跃，防⽌⽼化；对肝硬化有预防和作⽤。
产品市场需求状况
⽬前，我国葡萄酒⼯业已进⼊健康发展的良好局⾯。不论是从产品总量与质量，还是原料基地建设以及酿酒⼯艺与技术装备等⽅⾯都得到了巨⼤的发展，葡萄酒⼯业总体趋势良好，⽣产和销售稳定增长，
经济效益继续提⾼，市场培育与开发⼯作得到加强，葡萄酒消费热情⾼涨，市场容量保持稳中有升，市场交易呈现繁荣景象。
我国是世界上葡萄酒消费增长最快的市场。10年来，世界葡萄酒传统消费国的消费量基本维持原有⽔平，唯独中国市场异军突起，葡萄酒销量不断攀升。这让全球葡萄酒⼚商趋之若鹜。曾有法国报刊⽤“令⼈瞠⽬结⾆”来形容中国葡萄酒市场近年来的需求增长速度。
我国⽬前的葡萄酒产业仍处在培育期。⽬前⼈均消费，城镇⼈均消费葡萄酒。与世界⼈均6L多的消费量差距很⼤。我国葡萄酒⾏业发展趋势是发展⾼端葡萄酒，打造葡萄酒消费⽂化。
太⾕县的优势
①太⾕县⾃然环境优越
太⾕地区属温带⼤属暖温带⼤陆性⽓候，年平均⽇照2500—2600⼩时，年降⾬量毫⽶，⽆霜期天。年平均⽓温℃，10℃以上积温3675℃，昼夜温差⼤于15℃，葡萄⽩天光合作⽤强，夜间呼吸作⽤弱，有利于糖分积累。⾮常适宜葡萄植株的⽣长和浆果的成熟，所产的葡萄含糖量⾼，酸度适中，⾊泽鲜艳，⾹⽓浓郁，综合品质好。是全国⼋个最适宜种植优质酿酒葡萄的区域之⼀。
②技术优势
太⾕县具有完善的技术服务体系，在多年的⽣产实践中积累了丰富的栽培技术和管理经验，培育了⼤批的专业技术⼈员和农民技术员，是我县发展酿酒葡萄基地的基⽯。我县境内驻有⼭西农业⼤学和⼭西省农科院果树研究所，农业科技⼈才优势明显。特别是⼭西省果树研究所，是我县发展葡萄与葡萄酒产业的技术⽀撑。同时太⾕葡萄栽培历史悠久，果农具有丰富的栽培管理经验，⽣产的果品品质优良，在现有的酿酒葡萄种植基地中，⽆盲⽬追求产量的现象，果农多能做到合理肥⽔、合理布局、合理负荷、适时采收。5年⽣以上酿酒葡萄产量控制在
700-800kg/亩，葡萄浆果含糖量19%以上，含酸量。种植业户能⽣产出优质葡萄，为企业⽣产⾼质量的葡萄酒奠定了基础。
③组织优势
适应市场需求，在政府的引导下，依托我县独特的环境优势，本着因地适种，实现葡萄品种与⽓候、⼟壤的协调统⼀原则，有计划、有步骤地做好葡萄品种的引种、⽰范、推⼴⼯作，着⼒将葡萄产业做⼤做强，将成为我县新的⽀柱产业和经济增长点。因此在太⾕发展酿酒葡萄产业，⽆论是⾃然条件、品质、技术⼒量还是组织措施都具有明显优势，必将给投资⽅和农户带来⾼效益，并进⼀步促进太⾕县农业产业化发展。
本设计的要求、⽬的和意义
要求：确定葡萄酒产品⽅案及其⽣产⼯艺路线。在物料计算基础上，进⾏设备选型，并进⾏⽣产车间合理布置。熟练使⽤计算机绘制年产1000吨葡萄酒⼚的⼯艺平⾯布置图⼀套；主要设备的安装图及⼯艺管道流程图。最后进⾏环保评估及经济核算。
⽬的：设计出切实可⾏的、有经济效益的、相对完善⽣产⼯艺。提⾼太⾕葡萄酒品牌，扩⼤国内外市场销售量，增加经济效益。
意义：本课题研究的题⽬是年产1000 t ⼲红葡萄酒的⼯艺设计，是在结合中国葡萄酒业实际情况的基础上，同时借鉴国外葡萄酒⾏业的成熟经验，制订出的⼀套更科学、更合理的有利于太⾕丘陵⼭区⽣态环境建设和景观建设，有利于太⾕经济的发展的⼯艺体系。
该项⽬的实施，通过培育葡萄⽣产基地，达到⽆公害认证标准，控制葡萄产量，提升葡萄品质，从⽽达到产业增效、葡农增收的⽬的，带动农村经济的发展与繁荣，加快葡萄产业化进程；通过葡萄酒庄的建设，既可为公司带来丰厚的利润，⼜能为附近的居民带来上1000多个就业岗位，符合国家经济发展的要求。设计依据及原则
1.5.1 设计依据
《药品⽣产质量管理规范》及《附录》（2008年修订，国家药品监督局颁发）
《药品⽣产质量管理规范指南》（2006年版，中国化学制药协会）
《医药⼯业洁净⼚房设计规范》（2006年版，国家医药管理局颁布）
《⼚房设计规范》GBJ 50073-2001
1.5.2 设计原则
严格按照国家药品监督管理局颁布的《药品⽣产质量管理规范》的要求设计，车间内⼯艺[10]布局合理，洁净区和⼀般⽣产区严格分开，避免⼈流、物流有交叉与返流现象。
选⽤低能耗、⾼效率的先进设备，减少操作⼈员，降低劳动强度，提⾼产品质量和⽣产效率。
遵循国家经济建设⽅针，必须符合国家的有关政策，执⾏现⾏的有关标准、规范，符合实⽤、安全、经济的要求，合理利⽤⼚区的⽔、电、汽等公⽤设施，节约能源和保护环境。
贯彻现⾏有关消防、环境与劳动保护法规，采取各种切实可靠、⾏之有效的事故防范措施。
2⼯艺路线的确定
⼯艺路线选择的依据及原则
选择⼯艺路线就是选择⽣产⽅法。对于同⼀产品往往可⽤不同的⽣产⽅法去⽣产，这就要求对列出的⼏种⼯艺流程⽅案进⾏全⾯分析和对⽐，从中选取最佳⽅案，作为设计采取的⼯艺路线。在葡萄酒⽣产中，⼯艺路线选择的主要依据是原料状况。
（1）⼯艺流程制定的主要依据是：
①产品的品种及其产量；
②原料的品种及其质量；
③主要设备的投资状况。
（2）⼯艺流程制定的主要原则是：
①尽量采取理想⼯艺，将优良原料的优良特点最⼤限度地体现在葡萄酒
产品中；
②尽量采⽤复合式⽣产线，以提⾼设备利⽤率，节约设备投资；并使⽣
产作业线最径直和捷短，减少运输，节约能源；缩⼩占地⾯积，节约⼚房投资。
③对产品的更新和发展要求应具有较强的适应性。
2. 2 ⼲红葡萄酒的⼯艺流程
（1）原酒的发酵⼯段
红葡萄发酵的主要特点是浸渍发酵。即在红葡萄酒的发酵过程中，酒精发酵作⽤和固体物质的浸渍作⽤同时存在，前者将糖转化为酒精，后者将固体物质中的丹宁、⾊素等酚类物质溶解在葡萄酒中。
①选取优质⾚霞珠除梗破碎：葡萄－振动筛选台除掉杂质和粒－移动提升架－除梗破碎机除去果梗并破碎－集汁槽及果浆泵将破碎后果浆搜集输送到发酵罐。果梗集中处理并且加H2SO3调节流量之后准备⼊罐。
②装罐：在葡萄破碎除梗后泵⼊发酵罐时⽴即进⾏，并且边装罐加SO2，装罐完后进⾏⼀次倒灌，使SO2与发酵基质均匀混合。添加量视葡萄的卫⽣状况⽽定，⼀般50-80mg/L。
③添加酵母：将⼲酵母按1:10～20的⽐例投放于36～38℃的温⽔中复⽔15～20分钟，或在2～4%的糖⽔复⽔活化30～90分钟制成酵母乳液，即可添加到醅料中进⾏发酵。酵母添加后要进⾏⼀次打循环，以使酵母和发酵罐混合均匀。
④发酵过程：对发酵温度进⾏监控，控制发酵温度在25-30℃，每隔4-6h测定⽐重，连同温度记⼊葡萄酒原酒发酵记录表。进⾏倒灌及喷淋。倒灌的次数决定于很多因素，如葡萄酒的种类、原料质量以及浸渍时间等，⼀般每天倒灌1-2次，每次约1/3。这⼀过程⼀般持续约1周左右的时间。
⑤⽪渣分离及压榨：测定葡萄酒的⽐重降⾄1000及以下时，开始⽪渣分离。在分离后，为了保证酒精发酵的进⾏，应将⾃流酒的温度控制在18-20℃，满罐。
⑥苹果酸—乳酸发酵：苹果酸—乳酸发酵是提⾼⼲红葡萄酒质量的必须⼯序。只有在苹果酸乳酸发酵结束后并进⾏恰当的SO2处理后，⼲红葡萄酒才具有⽣物稳定性。⽽且是葡萄酒变的更加的柔和圆润。这⼀发酵过程必须保证满罐、密封。结束后添加SO2⾄50mg/L。
（2）储藏管理⼯段
转罐以及澄清处理：将澄清的葡萄酒倒⼊2年树龄所制橡⽊桶中储藏，此过程对红葡萄酒的酿制很重要，⼏乎所有⾼品质的葡萄酒都经橡⽊桶的储藏，因为橡⽊桶不仅补充了酒的⾹味，同时提供适度的氧⽓使酒圆润和谐。储藏时间的长短依据酒的结构、橡⽊桶的⼤⼩新旧⽽定，通常不会超过2年。红葡萄酒储藏的过程主要是为了提⾼稳定性，使酒成熟，⼝味重，要达到这个要求，和谐乳酸发酵、换桶、短暂透⽓等都是不可少的程序，葡萄酒的澄清可分为⾃然澄清和⼈⼯澄清；葡萄酒在储藏和陈酿过程中，⼀些物质可逐渐沉淀于容器的基部。可⽤转罐的⽅式，将沉淀物除去，为了防⽌氧化和变质，
还应经常添罐。
⑨橡⽊桶陈酿：葡萄酒在橡⽊桶中会发⽣适度的氧化作⽤并汲取橡⽊桶的⾹味。此过程对葡萄酒的酿制极为重要。
（3）灌装⽣产⼯段
⑧过滤：红葡萄酒是否清澈跟酒的品质没有太⼤的关系，除⾮是因为细菌感染使酒浑浊。但为了美观，或使酒结构更稳定，通常还是会进⾏澄清的程序。酿酒师可依需要选择适当的过滤法。
⑩勾兑：上述过程后进⾏勾兑即可装瓶，为了保证葡萄酒瓶内稳定性，除应保证酒瓶具有良好的闭封性外，还必须进⾏稳定性试验，直⾄试验证明葡萄酒稳定后，才能装瓶。
葡萄酒的装瓶与包装，是葡萄酒⽣产的最后⼀道⼯序。红葡萄酒装瓶前，⾸先检验装瓶酒的质量。经过理化分析，微⽣物检验和感官品尝，各项指标都合格，才能进⼊装瓶过程。为了延长瓶装红葡萄酒的稳定期，防⽌棕⾊破败病，红葡萄酒装瓶以前，要加⼊30mg～50mg/L的Vc。对于装瓶后⽴即投⼊市场，短时间⾥就能消费的红葡萄酒，可采⽤防盗盖封⼝，这样成本低。国内外⼤多数红葡萄
酒，都是采⽤软⽊塞封⼝，软⽊塞封⼝⽐较严密，可以延长瓶装红葡萄酒的保存期限。
所谓葡萄酒的包装，就是对装瓶压塞的葡萄酒，进⾏包装装璜，使其成为对顾客有吸引⼒的商品。葡萄酒的包装装璜，主要是加热缩帽，贴⼤标，贴背标，装盒，装箱等。
3 物料衡算
本设计的产品为⼲红葡萄酒，要求年产量达到1000吨。年⽣产天数为280天，⽇⼯作⼩时24⼩时，⽣产班次要求3个班次，每班⼯作时间为8⼩时，⽣产为连续⽣产。
按⼯艺要求，葡萄酒的原料为100 %新鲜的优质葡萄，葡萄酒产量为1000吨。其糖度为196 g/L，按正常⼯艺操作，酿成的酒的酒精度为%voL～%voL，符合国家的标准要求。
前酵期5～7 d，后酵期为20～30 d，储酒期～2年，年⽣产能⼒1000 t。
物料衡算是指⽣产过程中物料的平衡计算，包括原料、辅料、⽣产过程的中间产品、副产品、成品及包装材料的⽤量或数量组成关系的计算。物料衡算的理论根据是物质不灭定律，其计算准则：凡进⼊某⼀⼯序进⾏⽣产的物料重量，应该等于通过该⼯序后所得到的产品重量与物料损失之和，即ΣG⼊=ΣG产品+G损失。对于产品的⽣产全过程来讲，投⼊的原料重量，应该等于所得到的产品重量与物料损失之和，即ΣG原料=ΣG产品+G损失。
原料⽤量的计算
物料衡算⽬的是（1）确定各种物料在加⼯过程中的数量变化以及原料、半成品的库存量；（2）为确定⽣产过程中所需设备的⽣产能⼒及台数提供依据；为劳动⼒定员及包装材料等的需求量提供计算依据。
以1000kg葡萄为基础进⾏物料衡算。葡萄经除梗破碎后，得到含有⽪、籽的葡萄浆，经测定，葡萄的果梗重约占整个果穗重的5％，则葡萄汁的重量为：1000×％=950kg，体积为：950÷=878(升)。葡萄汁前发酵结束后，经分离⽪渣后得前发酵酒，前发酵酒经后发酵后得到葡萄原酒。实际⽣产中测得⽪渣的量约占整个发酵总量的15％，在压榨过程中取管道及压榨损失为1％，则前发酵酒的重量为798kg，此时，酒液的相对密度为，则前酵酒的体积为：798/=(升)。发酵结束后，其总重量⼤体未变，但此时相对密度降到，则葡萄酒的体积为：798/=(升)。发酵后得到的葡萄原酒，经过贮存陈酿，在此过程中经过多次倒罐操作，分离酒脚，然后经过下胶澄清、冷冻处理以及过滤、包装等⼯艺过程，最终得到⼲红葡萄酒的成品量。各⽣产阶段，酒的损失情况如下：
①酒脚量经测定⼀般在l0％左右。
②贮存期损失：按贮存期年平均温度为摄⽒度，年平均损失为％，取贮存损失为2％（两年）。
③下胶澄清过滤的损失为1％左右。
④冷冻处理及后期过滤的损失为l％左右。
⑤包装过程的损失为2％左右。
则红葡萄酒的最终商品量为：
葡萄酒酿造798×(1⼀10％⼀2％⼀1％⼀1％⼀2％)=，
其体积为：÷=673(升)。
由此物料衡算得知：1000kg葡萄产酒，则其出酒率为：÷1000×l00％=％。
由此可知，⽣产1000吨红葡萄酒所需的原料量为：1000×(1+67％)=1493吨，由物料衡算可知，1493吨葡萄可满⾜年产1000⼲吨红葡萄酒⼯⼚的需求。其中酵母⽤量：、SO2⽤量：、果胶酶⽤量：2kg
4 设备设计及选型
发酵罐的设计
发酵罐⽰意图：
4.1.1 发酵罐数量的确定
每年葡萄酒的发酵都集中在葡萄收获期间进⾏，每年需葡萄l500吨，除梗后得到的浆量为1425吨，其体积为：1425÷=1317m3
根据实践经验发酵罐体积以25⽴⽅⽶为宜，取容器的装填系数为83％，则每罐实际发酵体积为：25×83％=，为既提⾼设备利⽤率，⼜尽量缩短总发酵时间，每年的发酵轮次取为4次，则需要的发酵罐个数为：1317÷÷4=(个)，取为16个罐。
4.1.2 发酵罐尺⼨的确定
发酵罐设计为园柱剁底园锥盖罐，材质选⽤不锈钢板，型号为304，厚度为3mm，每吨不锈钢板重775吨，取罐的径⾼⽐为l：，即H=，取h1=0．1D。
由V=π／4·D2·H(本设计中上盖容积不计⼊体积)，
则：25=π／4·D2·(2．3D)，D3=25÷l8055=13．85，
得：D= 、H=、h1= 、r=
取罐底斜度为5°，则罐底斜⾼为h2=×t=。
冷却⾯积的设计
(1) 热负荷Q：以主发酵放热量最多时计算，主发酵每⼩时糖度降低1度所⽣成的热量Q l减去辐射损失热Q2和CO2⽓带⾛及蒸发损失的热Q3，即为热负荷Q。a．Q1的计算：
每⼀分⼦葡萄糖发酵放出的热为：25／180×1000=139(千卡)，则Q1=G·S×139 G：每罐发酵醪量(kg)
G=2075××1000=22452kQ
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