畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目: 年產(chǎn)10萬噸酒精廠糖化設(shè)備工藝設(shè)計(jì)院系名稱: 生物工程學(xué)院 專業(yè)班級: 生物工程072 學(xué)生姓名: 譚蘭學(xué) 號: 07051020220指導(dǎo)老師: 鄧靜四 川 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)（論文）題目：年產(chǎn)10萬噸酒精廠糖化設(shè)備工藝設(shè)計(jì)學(xué)院：生物工程 專業(yè)：生物工程 班級：生工072 學(xué)號：07051020220學(xué)生：譚 蘭 指導(dǎo)教師：鄧 靜（教授）接受任務(wù)時(shí)間：2011.03.01 教研室主任： （簽名）二級學(xué)院院長： （簽名）1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求、全廠工藝論證；、全廠物料衡算、主體設(shè)備熱量（蒸汽、冷媒）、水量衡算；、重點(diǎn)車間主體設(shè)備選型設(shè)計(jì)計(jì)算及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)選型；、圖紙繪制要求：、全廠工藝流程方框圖重點(diǎn)車間帶控制點(diǎn)工藝流程圖；、重點(diǎn)車間帶控制點(diǎn)工藝流程圖；、主體設(shè)備裝配圖。、撰寫設(shè)計(jì)說明書一份；、產(chǎn)品規(guī)格：食用酒精；、生產(chǎn)原料： 玉米；、生產(chǎn)安排：年生產(chǎn)天數(shù)為300天 ； 、廠址：山東某地 。2指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明、吳思方主編.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論M.中國輕工業(yè)出版社.2005；、梁世中主編.生物工程設(shè)備M.中國輕工業(yè)出版社.2005；、姚玉英主編.化工原理(上、下)M.天津大學(xué)出版社.1999；、章克昌主編.酒精與蒸餾酒工藝學(xué)M. 中國輕工業(yè)出版社,1998年；、賈樹彪主編. 新編酒精工藝學(xué)M. 化學(xué)工業(yè)出版社,2009年。3進(jìn)度安排進(jìn)度設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱起 止 日 期1全廠工藝流程及工藝參數(shù)的選擇與論證03月14日-04月10日2工藝計(jì)算04月11日-04月24日3重點(diǎn)車間主體設(shè)備設(shè)計(jì)及附屬設(shè)備選型04月25日-05月15日4圖紙繪制05月16日-05月29日5設(shè)計(jì)說明書撰寫、排版及裝訂05月30日-06月12日注：本表在學(xué)生接受任務(wù)時(shí)下達(dá)39 / 48摘要 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)十萬噸酒精廠糖化設(shè)備工藝的設(shè)計(jì)。依據(jù)山東的特點(diǎn)選擇以玉米為原料生產(chǎn)使用酒精。工藝上的設(shè)計(jì)為：在淀粉質(zhì)原料的蒸煮、糖化工藝方面采用一級真空冷卻連續(xù)糖化雙酶法液化糖化工藝（提高淀粉利用率）、在發(fā)酵方面，采用了應(yīng)用耐高溫酒精酵母、連續(xù)發(fā)酵工藝（提高生產(chǎn)效率）、三塔半直接式蒸餾（保證產(chǎn)品質(zhì)量及提高熱能利用率），通過物料衡算、設(shè)備選型計(jì)算，用水計(jì)算等合理優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝過程。關(guān)鍵詞：食用酒精，液化糖化，發(fā)酵，蒸餾 前言酒精工業(yè)是在釀酒業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，我國對于世界制酒業(yè)有許多重大貢獻(xiàn)。近年來，我國酒精生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)水平又有了新的提高，新工藝新設(shè)備新菌種不斷涌現(xiàn)，酒精產(chǎn)量有了較大增長，質(zhì)量穩(wěn)定提高；在節(jié)約代用，降低消耗，降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高淀粉出酒率及開展綜合利用與消除環(huán)境污染等各個(gè)方面，都取得了很大成績。目前，我國大多數(shù)酒精廠已經(jīng)采用了連續(xù)蒸煮糖化的工藝流程，全面實(shí)現(xiàn)了淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的連續(xù)化。生產(chǎn)酒精只是利用了玉米中的淀粉，玉米的部分仍可綜合利用，生產(chǎn)出藥物、食品添加劑以及專用飼料和農(nóng)業(yè)復(fù)合肥等產(chǎn)品。在綜合利用方面以二氧化碳的回收利用最為普遍，有的廠利用二氧化碳制造干冰、純堿和小蘇打。在自動(dòng)控制儀表方面也有進(jìn)展，有的廠已采用電腦實(shí)現(xiàn)了主要工序集中控制，目前，我國一些酒精廠正在朝著生產(chǎn)過程全面實(shí)行自動(dòng)化方向發(fā)展。我國酒精生產(chǎn)以發(fā)酵法占絕對優(yōu)勢，而且80%左右的酒精都是用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)。酒精的化學(xué)名稱叫乙醇，為一種無色透明并且具有特殊芳香味和強(qiáng)烈刺激味的液體，是一種良好的有機(jī)溶劑。酒精及其副產(chǎn)品在化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)（如防腐劑）、國防工業(yè)（如無煙火藥）、農(nóng)牧業(yè)（如殺蟲劑、飼料）和交通運(yùn)輸業(yè)（如燃料）、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)（如消毒劑）和科研（如脫水劑）等方面有廣泛的用途。用食用酒精制造各種配制酒、勾兌白酒，強(qiáng)化葡萄酒以及用以釀制食醋、各種酒精性飲料和作為食品添加劑。目錄摘要I前言II第一章 工藝論證11.1酒精生產(chǎn)的原料和輔助原材料11.1.1酒精簡介及食用酒精的標(biāo)準(zhǔn)11.1.2酒精發(fā)酵機(jī)理21.1.3酒精生產(chǎn)的原料21.1.4酒精生產(chǎn)的輔助原材料31.2淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)51.2.1工藝流程51.2.2原料的預(yù)處理71.2.3原料的水熱處理71.2.4蒸煮醪的糖化81.2.5糖化醪的發(fā)酵、蒸餾101.2.6酒精生產(chǎn)副產(chǎn)品的回收利用與污水處理11第二章 全廠物料衡算132.1酒精生產(chǎn)過程的總物料衡算132.1.1原料消耗的計(jì)算142.1.2蒸煮醪量的計(jì)算162.1.3待發(fā)酵成熟醪量計(jì)算182.1.4成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算192.2糖化車間抽真空量計(jì)算222.3蒸煮工段熱量平衡衡算232.4糖化冷卻工段物料和熱量衡算252.6水平衡計(jì)算26第三章 糖化設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型303.1真空冷卻連續(xù)糖化設(shè)備計(jì)算303.1.1真空冷卻氣液分離器303.1.2水噴射真空泵313.1.3糖化罐容積的確定333.1.4螺旋板式換熱器343.2主要設(shè)備糖化罐選型353.3附屬設(shè)備選型363.3.1螺旋板式換熱器363.3.2 溫度計(jì)接口363.3.3人梯373.3.4槳式攪拌器373.3.5人孔373.3.6視鏡383.3.7放料閥383.3.8耳式支座38參考文獻(xiàn)39致謝40 第一章 工藝論證1.1酒精生產(chǎn)的原料和輔助原材料1.1.1 酒精簡介及食用酒精的標(biāo)準(zhǔn) 酒精學(xué)名“乙醇”，是酒的主要成分。它的主要物理性質(zhì)是常溫呈液態(tài)，無色透明，易揮發(fā)，易燃燒，沸點(diǎn)為78.3c，熔點(diǎn)為-114c，溶于水，不易感染雜菌，刺激性較強(qiáng)，可溶于酸堿和少量油類，不溶解于鹽類。酒精作為一種原料性的產(chǎn)品，其產(chǎn)品質(zhì)量必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。通常，酒精按含雜質(zhì)多少分為：無水酒精、試劑酒精、食用酒精，醫(yī)藥酒精，工業(yè)酒精。其食用酒精國家標(biāo)準(zhǔn)見下表所示:項(xiàng)目特級優(yōu)級普通級外觀無色透明氣味具有乙醇固有的香味，無異味無異臭口味純凈，微甜純正，微甜較純正項(xiàng) 目特 級優(yōu) 級普 通 級色度/號10乙醇/（體積分?jǐn)?shù)）96.095.595.0硫酸試驗(yàn)/號51060氧化時(shí)間/min403020醛/mg/L1330甲醇/mg/L250150正丙醇/mg/L235100異丁醇異戊醇/mg/L1230酸（以乙酸計(jì)）/mg/L71020酯（以乙酸乙酯計(jì)）/mg/L101825不揮發(fā)物/mg/L102025重金屬（以Pb計(jì)）/mg/L1氰化物（以HCN計(jì)）/mg/L51.1.2 酒精發(fā)酵機(jī)理發(fā)酵原是一種自發(fā)性的天然過程，微生物在合適的基質(zhì)上生長，分泌出各種酶將食物中的蛋白質(zhì)和碳水化合物分解，并將之吸收及轉(zhuǎn)化，最終形成風(fēng)味物質(zhì)。而微生物的品種、基質(zhì)的種類及預(yù)處理方法，以及發(fā)酵過程中環(huán)境條件的調(diào)控等，都是影響產(chǎn)品風(fēng)味的重要因素。代謝產(chǎn)生的酒精可與水以任意比例混合，然后穿過細(xì)胞進(jìn)入發(fā)酵液。發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳逐漸溶于發(fā)酵醪中，達(dá)到飽和時(shí)，便吸附于細(xì)胞表面，超過吸附能力時(shí)，則二氧化碳變?yōu)闅馀萆仙钟捎诙趸贾g的相互碰撞，形成更大的氣泡上升。二氧化碳的上升帶動(dòng)了醪液中酵母細(xì)胞的上下浮動(dòng)，從而使酵母細(xì)胞更充分地與醪液中的糖分接觸，進(jìn)而使發(fā)酵作用進(jìn)行得更充分和更徹底。酒精酵母不含有阿爾法淀粉酶和貝塔淀粉酶，所以不能直接利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵。因此，在利用淀粉原料生產(chǎn)酒精時(shí)，必須先進(jìn)行糖化。酵母菌體內(nèi)與酒精發(fā)酵關(guān)系密切的酶主要有兩類：一類水解酶，它能將大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，如蔗糖酶、麥芽糖酶及甘糖酶；另一類是酒化酶，是參與酒精發(fā)酵的各種酶及輔酶的總稱（酵母細(xì)胞參與活動(dòng)將糖轉(zhuǎn)化為酒精），如氧化還原酶、烯醇化酶等胞內(nèi)酶。1.1.3 酒精生產(chǎn)的原料在我國玉米又名包谷，苞米，珍珠米，棒子，大黍等，在糧食中占有重要地位。由于玉米具有產(chǎn)量高、增產(chǎn)潛力大、適應(yīng)性強(qiáng)、營養(yǎng)豐富、用途廣泛等特點(diǎn)，因此，玉米對酒精工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。玉米除了可以產(chǎn)生酒精之外，還可以得到植物玉米油及營養(yǎng)酒糟（DDGS）。穗心可以制取結(jié)晶木糖醇等。玉米中，黃玉米的淀粉含量稍高于白玉米。因此我們選擇黃玉米作為原材料，以下是玉米的化學(xué)組成：水分蛋白質(zhì)脂肪淀粉粗纖維灰分7 8-103.1-560-65 1.31.71.1.4酒精生產(chǎn)的輔助原材料 輔料的用量與出酒率及成品酒的質(zhì)量密切相關(guān)，因季節(jié)、原輔料的粉碎度和淀粉含量、酒醅的酸度和粘度等不同而異，通常優(yōu)質(zhì)糖谷的輔料用量為20%-25%。在一定范圍內(nèi)，輔料用量大。加水量也相應(yīng)增加，所以產(chǎn)酒較多輔料又稱為填充量，本設(shè)計(jì)選用的輔料為粗谷糠、米糠和麩皮。粗谷糠即黍米的外殼，它具有用量少而發(fā)酵面大的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，米糠是液體曲中糖化酶的主要來源；而麩皮中含有淀粉酶、氧化酶、過氧化酶及氧化氫酶等有利于酒精生產(chǎn)的酶類。選用的輔料成分及特性如下：名稱水分純淀粉含量%吸水量/kg谷糠10.33.8230麩皮12.820米糠10.5-13灰分粗蛋白915-17注：入庫前，要求含水量低于14%以下。輔助添加量包括：酵母培養(yǎng)和糖化劑制備所需營養(yǎng)鹽，調(diào)PH所用酸類、洗滌劑、消毒劑、脫水劑等。1. 硫酸 添加量為原料量的0.05%-0.30%，以控制醪液PH在4.0-5.0。2. 磷酸鹽 一般酵母對磷的需求量在0.005-0.01摩爾每升。3. 硫酸銨 添加量為原料量的0.10%-0.16%。尿素用量為硫酸銨用量的0.5倍。4. 消毒劑 NaOH：碳酸鈉：漂白粉：水= 1:7.5:10:100。本工藝中，選擇液體曲作為糖化劑。液體曲的工藝流程如下：原菌種 原料 空氣斜面試管 配料罐 空壓機(jī) 小米或米曲汁試管 加熱器 貯氣罐 （兼冷卻） 孢子懸浮液 后熟器 油水分離器種子罐 噴淋冷卻 冷卻器（去霧氣） 分配器 貯氣罐 培養(yǎng)罐 總空氣過濾器 液體曲 分空氣過濾器 空氣過濾器 液體曲生產(chǎn)工藝流程圖本工藝中，酒母選用的是酒精活性干酵母，國產(chǎn)耐高溫AADY的生產(chǎn)菌株為YY和WT，耐酒精能力在12%（體積分?jǐn)?shù)），適用于淀粉質(zhì)原料的酒精發(fā)酵。所謂酒母，就是將酵母菌擴(kuò)大培養(yǎng)，獲得足夠數(shù)量酵母菌的酵母培養(yǎng)液，以供酒精發(fā)酵之用。耐高溫AADY含水分在8%左右，20-42正常發(fā)酵，38-40正常生長繁殖最適PH4.5-5.0。酒精生產(chǎn)用水，按水的用處不同，大體分為以下三種：1釀造用水：或稱工藝用水，凡制曲時(shí)拌料，微生物培養(yǎng)，制曲原料的浸泡、糊化、稀釋、設(shè)備及工具的清洗等因其與原料、半成品、成品的直接接觸，故統(tǒng)稱為工藝用水。通常要求具有弱酸性，PH為4.0-5.0。2冷卻用水：蒸煮醪和糖化醪的冷卻，發(fā)酵溫度的控制，需大量的冷卻用水。因其不與物料直接接觸，故只需溫度較低；硬度適中。為節(jié)約用水，冷卻水應(yīng)盡可能予以回用。3鍋爐用水：通常要求無固型懸浮物，總硬度和堿度應(yīng)盡可能低，PH在25時(shí)高于7，含油量及溶解物等越少越好。 1.2淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)1.2.1工藝流程酒精生產(chǎn)工藝流程：研磨：使液化更容易進(jìn)行；液化：調(diào)漿，調(diào)PH等參數(shù)，加酶，加熱糊化，液化淀粉；糖化：把淀粉或糊精轉(zhuǎn)化成糖；發(fā)酵：把糖轉(zhuǎn)化為酒精；蒸餾：把酒精從醪液中分離出來；分離：將液體和固體分開，再打回系統(tǒng)循環(huán)，固體用來作飼料；干燥：飼料干燥。酒精生產(chǎn)工藝示意圖如下： 谷物原料 多級除雜 雜質(zhì) 循環(huán)粉碎 拌料 耐高溫-淀粉酶 液化 糖化 新型糖化酶 二氧化碳 大罐連續(xù)發(fā)酵 耐高溫酒用性干酵母 多效節(jié)能蒸餾 高級酒精酒糟離心液 酒糟離心分離 濾渣多效蒸發(fā) 濃漿 干燥機(jī) DDGS 二次蒸汽再利用 本工藝的特點(diǎn)有如下幾點(diǎn)： 全干燥法制取全價(jià)干酒糟技術(shù)（DDGS技術(shù)）。先將酒糟用沉降式分離器分離為清夜和濾渣。清夜的40%回流至液化和糖化工序，其余60%的清夜經(jīng)多次有效蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮至濃漿，后者與濾渣混合進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)干燥成高蛋白飼料添加劑（DDGS），這樣不僅消除了酒糟濾液的污染還制得了DDGS。酒糟離心液的回流節(jié)約了拌料用水和蒸汽，同時(shí)又使發(fā)酵性糖得以充分利用，提高了淀粉出酒率，也較好的平衡了酒精和DDGS的生產(chǎn)。采用大罐連續(xù)發(fā)酵、螺旋板式換熱器罐外冷卻技術(shù)，提高了設(shè)備利用率，同時(shí)減少了排放刷罐水對環(huán)境的污染。多效蒸餾技術(shù)，不但提高了產(chǎn)品質(zhì)量，熱能也得到了多次利用，節(jié)能效果明顯。設(shè)備優(yōu)良自動(dòng)化程度高。.在酒精和DDGS生產(chǎn)工藝中，能源的多次利用，工藝路線的交叉，冷卻水的重復(fù)使用等使得節(jié)水效果明顯。1.2.2 原料的預(yù)處理首先進(jìn)行玉米原料的清選，其流程如下：玉米 斗式提升機(jī) 貯箱 自動(dòng)稱 分離 雜物 粉碎機(jī) 貯箱 磁力分離 鐵釘、鐵塊此流程簡單，除雜徹底，便于自動(dòng)化控制和操作。 玉米清選后進(jìn)入錘式粉碎機(jī)，要求粉碎后的玉米粉通過40目的過篩率不少于65%，因?yàn)樵谡糁筮^程中蒸煮溫度不高于120-125，時(shí)間較短，一般在5-10分鐘。玉米粉顆粒太大易使醪液夾生，不利于液化。采用玉米作原料，在投產(chǎn)前必須先經(jīng)過破碎處理。其主要目的是除雜，除小鐵釘、雜草、泥塊和石頭等。原料經(jīng)過粉碎后，可以增加原料的受熱面積，有利于淀粉顆粒的吸水膨脹、糊化，提高熱處理效率，縮短熱處理時(shí)間；另外，粉末狀原料加水混合后容易流動(dòng)運(yùn)輸。原料采用干法粉碎，此法投資少，占地少，操作簡單，粉碎度易于控制，還便于維修。1.2.3 原料的水熱處理 玉米組織細(xì)胞中的淀粉受細(xì)胞壁裹護(hù)，極難與淀粉酶作用，通過水熱處理，使粉料充分與水混合得到粉漿，粉漿加熱溫度升高。淀粉吸水膨脹細(xì)胞壁破裂，淀粉有顆粒變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)的糊液，適于用-淀粉酶將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿拥暮?、低聚糖雙糖和單糖；同時(shí)借加熱粉漿對粉漿滅菌，以殺滅原料表面所帶存的微生物，防止雜菌生長，保證糖化和發(fā)酵的順利進(jìn)行。 本設(shè)計(jì)采用柱式連續(xù)蒸煮工藝，廣泛的適用性和良好的生產(chǎn)參數(shù)。以下是其工藝流程：原料粉碎 粉漿預(yù)煮（設(shè)定在50左右） 加熱（直接蒸汽加熱130-140） 蒸汽 連續(xù)蒸煮 （后熟器后的溫度為118） 氣液分離（從中流出的醪液溫度為105左右） 真空冷卻（70左右） 二次蒸汽 送入糖化1.2.4 蒸煮醪的糖化玉米顆粒經(jīng)過水熱處理，成為溶解狀態(tài)的淀粉、糊精和低聚糖等，不能直接被酵母利用產(chǎn)生酒精，需加入一定數(shù)量的糖化劑，使溶解的淀粉、糊精、低聚糖等轉(zhuǎn)化為能被酵母利用的可發(fā)酵糖，這就是糖化的目的。糖化操作包括：糖化酶的添加，醪液的糖化和糖化醪的冷卻。本工序選擇高溫雙酶法液糖化工藝（二步液化）：第一步先加入三分之一的液化酶至拌料罐，目的是降低醪液的黏度，以利于液化醪的噴射蒸煮（殺菌）；第二步加入三分之二的液化酶至維持罐。如下圖所示：進(jìn)入混合罐的水有50的熱工藝水（主要是用于蒸餾工段冷卻成品酒精的工藝水）、80的酒糟水離心液、50的蒸發(fā)工段的二次蒸汽冷凝液和100的酒精塔底部的余餾水。上述各種水按比例拌料，溫度控制在60-65，廢水利用，可節(jié)省大量工藝水及蒸汽，降低生產(chǎn)成本，60-65拌料水同玉米粉一同進(jìn)入拌料罐混合同時(shí)加入一部分液化酶、NaOH溶液及石灰乳?；旌瞎?拌料罐 噴射液化器 后熟器 酸化稀釋 真空冷卻器 蒸煮柱 加熱器 糖化罐 發(fā)酵 螺旋板式冷卻器 高溫雙酶法液化糖化工藝 液化酶分段加入，好處是在蒸煮前加入一部分可降低醪液黏度，便于運(yùn)輸蒸煮。為了便于糖化酶的作用，須在糖化以前將醪液PH值由6.5降到4.5。這一步是在酸化罐中加入硫酸進(jìn)行，同時(shí)加入25的酒糟水，一方面降低料液的溫度，另一方面降低濃度易于發(fā)酵。物料與硫酸、酒糟水混合時(shí)間為25分鐘。酸化后的液體經(jīng)螺旋板式換熱器降溫至58-60，進(jìn)入糖化罐進(jìn)行糖化，同時(shí)加入糖化酶，溫度為45分鐘；糖化后的醪液由螺旋板式冷卻器冷卻到28-30，在將醪液送入發(fā)酵工序發(fā)酵。該工藝中，液化醪和糖化醪指標(biāo)： 液化醪分析結(jié)果外觀檢查還原糖糊精外觀濃度色淡、稍甜1.6%10%18.5Bx 糖化醪分析結(jié)果外觀濃度酸度還原糖PH16Bx4-4.56%-8%4-4.5糖化工藝采取真空冷卻連續(xù)糖化。糖化設(shè)備主要有：真空冷卻器、糖化罐、螺旋板式冷卻器。1.2.5 糖化醪的發(fā)酵、蒸餾淀粉質(zhì)原料經(jīng)過預(yù)處理、蒸煮和糖化等物理和生物化學(xué)過程，淀粉以充分糊化和液化，其中相當(dāng)一部分以轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖。這種糖化醪送入發(fā)酵罐，接入酒母后，在后者的作用下，醪中的糖被發(fā)酵生成乙醇和二氧化碳；而保存下來的糖化酶也不斷地將殘存的糊化了的淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，就這樣酵母的酒精發(fā)酵和后糖化作用相互配合，最終將醪中的絕大的淀粉及糖轉(zhuǎn)化成乙醇和二氧化碳，這就是糖化醪發(fā)酵的目的。酒精發(fā)酵的方式有三種：間歇式發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)式發(fā)酵。三種發(fā)酵方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下： 各種發(fā)酵方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較發(fā)酵方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)間接式發(fā)酵 設(shè)備簡單，易于操作，不易 設(shè)備利用率低， 污染，適用于中小型酒廠 酵母消耗量大。半連續(xù)發(fā)酵 酒母消耗量少，可適當(dāng)縮短 易染雜菌 發(fā)酵時(shí)間連續(xù)發(fā)酵 設(shè)備利用率高，淀粉利用率高， 易染雜菌，操作要求 省去酒母工段，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制 設(shè)備要求高。 通過以上三種方式的比較，考慮到本設(shè)計(jì)年產(chǎn)10萬噸，雖然半連續(xù)和連續(xù)發(fā)酵都易染菌，但是可以通過在發(fā)酵中控制好酸度或者添加抗生素抑制雜菌的生長。同時(shí)考慮到對新型設(shè)備的利用，所以最終選用露天大罐連續(xù)發(fā)酵。酒精大罐連續(xù)發(fā)酵占地面積小，投資少，操作方便，便于自動(dòng)控制等。 酒精的蒸餾和精餾是為了從發(fā)酵成熟醪中分離、提純得到成品酒精。此設(shè)計(jì)中，采取三塔半直接式節(jié)能蒸餾：粗餾塔|精餾塔|脫醛塔。它的優(yōu)點(diǎn)有以下幾條：工藝技術(shù)合理、先進(jìn)、塔數(shù)多、各塔分工細(xì)、雜質(zhì)除去機(jī)會多；能源利用合理；自動(dòng)化程度高；產(chǎn)品質(zhì)量高。1.2.6 酒精生產(chǎn)副產(chǎn)品的回收利用與污水處理 發(fā)酵法酒精生產(chǎn)的副產(chǎn)品主要有：發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w、酒精酵母和蒸餾過程中所排放的酒精糟液、雜醇油及醛酯餾分等。對副產(chǎn)品回收利用，變廢為利，不僅可以充分利用資源取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以減少環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 二氧化碳為一種重要的工業(yè)原料。酒精發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳是食品工業(yè)，如飲料、汽酒等重要原料。二氧化碳進(jìn)一步加工還用于食品冷藏、人工降雨及國防工業(yè)，如干冰、純堿。酒精酵母可進(jìn)一步離心分離、反復(fù)水洗再分離、壓榨得到干酵母，同時(shí)還可以用作飼料酵母和面包酵母。雜油醇是酒精產(chǎn)量的0.5%-0.6%，為黃色液體或棕色液體。主要用作溶劑、礦用浮選劑、半乳脂肪的測定試劑，還用作油漆、香料的原料等。醛酯餾分：在精確鑄造物的生產(chǎn)中可作溶劑使用，也可送往專門工廠進(jìn)行再蒸餾，以濃縮醛類和酯類，同時(shí)獲得工業(yè)酒精。酒精糟液經(jīng)固液分離并干燥后做商品飼料DDGS。污水包括酒精糟液、精餾廢水、設(shè)備洗滌水和工藝過程的冷卻水。這些污水可以用SBR(序批式活性污泥法)處理，它是一種按間接曝氣方式進(jìn)行的活性污泥污水處理技術(shù)。酒精生產(chǎn)廢水稀釋后經(jīng)SBR處理，雖投資較大，運(yùn)行費(fèi)用較高，但也是可以做到達(dá)標(biāo)排放。第二章 全廠物料衡算2.1酒精生產(chǎn)過程的總物料衡算工藝參數(shù)的選擇：生產(chǎn)規(guī)模：10萬噸/年產(chǎn)品規(guī)格：食用酒精生產(chǎn)方法：以玉米為原料，氣流輸送，一級干法粉碎，濕式除塵，高溫雙酶糖化，糖化前冷卻采取真空冷卻，糖化后冷卻采用螺旋板式換熱器冷卻，連續(xù)發(fā)酵，半直接式三塔蒸餾。副產(chǎn)品：次級酒精（成品酒精的2%） 雜油醇（成品酒精的0.5%）原料：玉米（含淀粉65%，水分12%）酶用量：-耐高溫淀粉酶（0.3-0.5kg/t原料）；糖化酶酶活力為100000u/g,使用量為220u/g原料硫酸銨用量：6.8kg/噸酒精硫酸用量：5.4kg/噸酒精蒸煮醪粉料加水比：1:2.5發(fā)酵成熟醪酒精含量：4%(V)酒母醪接種量：糖化醪的10%（V）酒母醪的組成：67%為液化蒸煮醪，33%為糖化劑與水發(fā)酵罐酒精捕集器用水：發(fā)酵成熟醪6%發(fā)酵罐洗罐用水：發(fā)酵成熟醪的1.5%生產(chǎn)過程淀粉總損失率：10%蒸餾效率：98%全年生產(chǎn)天數(shù)：300天全廠物料衡算的內(nèi)容淀粉原料酒精廠的物料衡算包括兩部分，第一部分是生產(chǎn)過程全廠總物料衡算，主要計(jì)算內(nèi)容有：1 原料消耗的計(jì)算，主要原料為薯干，其它原料有淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸銨等。2 中間廠品，蒸煮醪、酒母醪、發(fā)酵醪等。3 成品、副產(chǎn)品以及廢氣、廢水、廢渣既酒精、雜醇油。二氧化碳和廢糟等。2.3.1酒精生產(chǎn)過程的物量和熱量衡算2.1.1原料消耗的計(jì)算淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為：糖化： （C6H12O5） n + nH2O nC6H12O6（1）淀粉 162 水18葡萄糖 180發(fā)酵：nC6H12O6 2C2H5OH + 2 CO2 （2）葡萄糖180 酒精 46 二氧化碳 44 由（1）和（2）式可求得生產(chǎn)100kg淀粉理論上可生成酒精的數(shù)量（kg）=246100162=56.79kg如果折算成96%（體積分?jǐn)?shù)）的酒精，因?yàn)?6%換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為93.84%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 則淀粉的理論出酒率=56.7910093.84%=60.52%因此，淀粉的理論出酒率為60.52%，此數(shù)值是進(jìn)行淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)計(jì)算的理論依據(jù)，又是酒精生產(chǎn)淀粉出酒率的理論值。主原料用量計(jì)算： 生產(chǎn)96%的酒精，淀粉的理論出酒率為60.52%，故理論上生產(chǎn)1000kg96%酒精所需淀粉量為100060.52%=1652.4kg酒精生產(chǎn)給各過程各階段淀粉損失如表所示生產(chǎn)過程損失原因淀粉損失備注原料處理粉塵損失0.4蒸煮淀粉殘留0.5發(fā)酵發(fā)酵殘?zhí)?.50發(fā)酵巴斯德效應(yīng)4.00發(fā)酵酒氣蒸發(fā)1.30如加酒精捕集器此項(xiàng)則為0.30發(fā)酵二氧化碳帶走蒸餾廢槽帶走1.85總計(jì)損失9.55由上表可知，整個(gè)酒精生產(chǎn)中，平均淀粉利用率在91.45%左右，所以每生產(chǎn)1000kg 96%（體積分?jǐn)?shù)）的酒精實(shí)際上需要淀粉量為： 1652.491.45%=1806.9kg 淀粉出酒率為10001806.9=55.34%生產(chǎn)1000kg 96%酒精需要玉米原料量計(jì)算依據(jù)如下公式：G1= 1806.9-G2A%kgG1 每生產(chǎn)1000kg 96%成品酒精所需原料量，kgG2 每生產(chǎn)1000kg 96%成品酒精所需糖化劑中消耗的淀粉量，kgA 每100kg原料中所含淀粉的質(zhì)量，即原料中淀粉含量，%而 G2=G1糖化劑占糖化醪量的百分比原料中淀粉含量而G1=（淀粉實(shí)際用量-G2）原料中淀粉含量%所以G1=1806.9-G165%6%65%=2729.4kg耐高溫-淀粉酶消耗量應(yīng)用酶活力為2000u/g的-淀粉酶使淀粉液化,促進(jìn)糊化,可減少蒸汽消耗。-淀粉酶消耗量按8u/g原料計(jì)算.用酶量為:取0.4kg/噸原料，故消耗量為0.42.7294=1.09kg糖化酶耗量：若所用糖化酶酶活力為100000u/g,使用量為220u/g，則酶用量：2729.4103220100000103=6.00kg 此外,酒母糖化酶用量按350u/g(原料)、10%酒母用量計(jì)：2729.410%67%350100000=0.64kg 硫酸銨的消耗量為:16.8=6.8kg硫酸消耗量為：15.4=5.4kg2.1.2蒸煮醪量的計(jì)算根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為1:2.5,故粉漿量為:2729.4 (1+2.5)=9552.9(kg) 蒸煮用水量=原料量加水比=2729.42.5=6823.5kg蒸煮過程使用直接蒸汽加熱,在后熟和汽液分離器減壓蒸發(fā)、冷卻降溫.在蒸煮過程中,蒸煮醪量將發(fā)生變化,故蒸煮醪的精確計(jì)算必須與熱量衡算同時(shí)進(jìn)行,順而十分復(fù)雜.為簡化計(jì)算,可按下述方法近似求解。用柱式連續(xù)蒸煮工藝,混合后粉將溫度為50,應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至88,然后進(jìn)入柱式連續(xù)液化,再經(jīng)115高溫滅酶后,在真空冷卻器中閃急蒸發(fā)冷卻至63后入糖化罐.如下圖所示： 玉米干物質(zhì)含量88%，其比熱容為： C0=4.181-0.6588%=1.79 kJ/(kgK) 粉漿干物質(zhì)濃度 =883.5100=25.1% kJ/(kgK)蒸煮醪比熱容為: C1=25.1%1.79+(1-25.1%)4.18 =3.58 kJ/(kgK)式中 4.18水比熱容kJ/(kgK)蒸煮過程中增加的水量=蒸煮醪量蒸煮比熱（蒸煮溫度-預(yù)熱溫度）加熱蒸汽熱焓值-同溫度冷凝水的熱焓值 =9552.93.58（88-50）2748.9-884.18=545.8kg式中 2748.9噴射液化器加熱蒸汽(0.5MPa)的焓(kJ/kg)蒸煮醪量=粉漿量+蒸煮過程中增加的水量=9552.9+545.8=10098.7kg真空冷卻后蒸煮醪量的計(jì)算：蒸煮醪經(jīng)過后熟、氣液分離和真空冷卻后，由于降溫而引起大量水分蒸發(fā)，使醪液減少。蒸發(fā)水量=醪量醪液的比熱容（蒸煮溫度-第一個(gè)后熟器內(nèi)的溫度）蒸發(fā)水蒸氣熱焓值，因此，經(jīng)第一次后熟器后醪液量=蒸煮醪液-蒸發(fā)水量即經(jīng)噴射液化器加熱后蒸煮醪量為：10098.7kg經(jīng)第二次液化罐出來的蒸煮醪量為： 10098.7-10098.73.58（88-84）2288.3=10035.5kg式中 2288.3第二液化維持的溫度為84下飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/K)經(jīng)噴射混合加熱器后的蒸煮醪量為： 10035.5- 10035.53.58（115-84）2748.9-1154.18=9544.5kg式中 115滅酶溫度()2748.90.5MPa飽和蒸汽的焓(kJ/K)經(jīng)汽液分離器后的蒸煮醪量為： 9544.5- 9544.53.58（115-104.3）2245=9381.65kg式中 2245104.3下飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/K)經(jīng)真空冷卻器后最終蒸煮醪液量為： 9381.65- 9381.653.58（104.3-63）2351 =8791.64kg式中 2351真空冷卻溫度為63下的飽和蒸汽的汽化潛熱(kg/K)經(jīng)蒸煮后，進(jìn)入糖化罐的蒸煮醪量為8791.64kg。2.1.3 待發(fā)酵成熟醪量計(jì)算由酒精生產(chǎn)工藝設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10%(體積分?jǐn)?shù))，相當(dāng)于8.01%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)).并設(shè)蒸餾效率為98%，而且發(fā)酵醪酒精捕集器回收酒精洗水分別為成熟醪量的5%和1%，則生產(chǎn)1000Kg95%(體積分?jǐn)?shù))酒精成品有關(guān)計(jì)算如下:需蒸餾的成熟發(fā)酵醪量=100093.84%98%8.01%100+5+1100=12671.7kg不計(jì)酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為：12671.7106%=11954.44Kg入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度為：100093.84%98%12671.7=7.56% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))相應(yīng)發(fā)酵過程放出二氧化碳 總量為：100093.84%98%4446=915.92kg接種量按10%計(jì)，則酒母醪量為： 11954.44+915.92（100+10）10010%=1170(kg)糖化醪量 酒母醪的70%是糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為: 11954.44+915.92（100+10）100+117070%=12519.33(kg)2.1.4 成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算發(fā)酵成熟醪的蒸餾采用三塔半直接式蒸餾，餾液進(jìn)塔溫度為70，粗餾塔底溫度為105，成熟醪固形物含量為7.5%，塔頂上升蒸汽濃度為55%（體積分?jǐn)?shù)），即47.18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其熱焓值為2689.9kJ/kg.加熱蒸汽熱損失為加熱蒸汽供熱量的1%。醛酒產(chǎn)量在醛塔取酒一般占成品酒精的1.2%3%，在保證主產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下,醛酒量取得越少越好。設(shè)醛酒量占成品酒精的確2%，則生產(chǎn)1000kg成品酒精可得次品酒精量為：10002%=20 kg食用酒精產(chǎn)量每生產(chǎn)出1000kg酒精，其食用酒精量為:1000（1-2）=980(kg)雜醇油產(chǎn)量雜醇油量通常為酒精產(chǎn)量的0.3%0.7%，取平均值0.5%，則淀粉原料生產(chǎn)1000kg酒精副產(chǎn)雜醇油量為:10000.5%=5kg廢醪量的計(jì)算 廢醪量是進(jìn)入蒸餾塔的成熟醪減去部分水的酒精成分及其他揮發(fā)組分的殘留液。醪塔上升蒸汽量為： V1=待蒸餾發(fā)酵成熟醪待蒸餾發(fā)酵成熟醪酒精含量醪塔上升蒸汽質(zhì)量百分率 =12671.77.56%47.18%=2030.48 kg則殘留液=待蒸餾發(fā)酵成熟醪量-醪塔上升蒸汽量 =12671.7-2030.48=10641.22kg發(fā)酵成熟醪比熱容的經(jīng)驗(yàn)公式：C=4.18（1.019-0.0095B）B 為固形物的干物質(zhì)含量發(fā)酵成熟醪比熱容=4.18（1.019-0.00957.5%）=3.96 KJ（KgK）成熟醪帶入塔的熱量=12671.7 3.9670=3.513103 KJ蒸餾殘留液固形物濃度=待蒸餾發(fā)酵成熟醪量發(fā)酵成熟醪固形物含量殘留液量100% =12671。77.5%10641.22100%=8.93%蒸餾殘留液比熱容=4.18（1-0.378殘留液固形物濃度） =4.181-0.3788.93%=4.04 KJ（KgK）塔底殘留液帶走的熱量=10641.224.04105=4.51 106 KJ上升蒸汽帶走熱量=上升蒸汽量其熱焓值 =2030.481965=3.99106 KJ加熱蒸汽耗量=上升蒸汽量+塔底殘液帶走的熱量+熱損失-成熟醪帶入熱量加熱蒸汽熱焓值-同溫度冷凝水熱焓值 =3.99106+4.51106-3.513106（2689.9-1054.18）（1-1%） =2237.84 kg由于醪塔是使用直接蒸汽加熱，所以還需加上入塔的加熱蒸汽冷凝水。所以塔底排出的廢醪量=殘液量+加熱蒸汽 =10641.22+2237.84=12879.06 kg日產(chǎn)食用酒精量=100000300333.33，取333.4噸日產(chǎn)次級酒精=333.4298 =6.8t日產(chǎn)總酒酒量=333.4+6.8 = 340.2 t實(shí)際年產(chǎn)量為 食用酒精 333.4300=100020 t/a 次級酒精 6.8300=2040 t/a 總酒量為102060 t/a主要原料日耗量=2729.4340.2=928541.88 kg 年耗量= 928541.88 300=278562564kg=278562.56 t 年產(chǎn)10萬噸酒精工廠設(shè)計(jì)物料衡算結(jié)果產(chǎn)量項(xiàng)目生產(chǎn)1000kg96%酒精物料量（kg）每小時(shí)數(shù)量(kg)每天數(shù)量(t)每年數(shù)量(t)食用酒精98013891.67333.4100020次品酒精20283.36.82040玉米原料2729.438689.2928.54278562.6耐高壓-淀粉酶1.0915.450.37111.25糖化酶685.052.04612.36硫酸銨6.869.392.31694硫酸5.476.551.84551.12蒸煮粉漿9552.9135412.363249.9974968.97成熟蒸煮醪8791.64124621.52990.92897274.78糖化醪12519.33177461.54259.081277722.82酒母醪117016584.75398.03119410.2蒸餾發(fā)酵醪12671.7179621.354310.91293273.7雜醇油570.8751.701510.3二氧化碳915.9212983.17311.693478.8廢醪12879.06182560.674381.461314436.862.2糖化車間抽真空量計(jì)算 真空冷卻過程中產(chǎn)生的二次蒸汽量，t1=104.3，t2=63C=3.58kj/kgw1=139281.673.58(104.3-63)/（2614.8-3.5863）=8619.13kg/h 水噴射真空泵循環(huán)水量，初溫t3 =34 t4=42w2=8619.13(2641.8-424.18)/4.18(42-34)=635671.15m3/h 抽真空驗(yàn)算泵吸入蒸氣壓力為22.877kPa（63）泵工作水壓為0.4MPa（排壓），吸入口壓力為0.1 MPa，氣體滲透量為0.3%w1則不凝性氣體量=2.510-5（w1+w2）+0.3%w1 =2.510-5（8619.13+635671.15）+0.3%8619.13 =41.96kg/h 其中2.510-5為 水中空氣溶解量 噴射器引射系數(shù)=0.850.4-0.10.1-22.87710-3-1=0.88 噴射泵排出的氣體量=0.88635671.151000=559.39m3/h相當(dāng)于質(zhì)量流量=349555.39（22877-8208）（273+42）10-5=90.2641.96kg/h2.3蒸煮工段熱量平衡衡算 調(diào)漿罐分批操作，為保連續(xù)蒸煮的進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)調(diào)漿罐，每30分鐘輪換使用一次。玉米加水制成粉漿，其料水比為1:2.5，每小時(shí)投入拌料罐中的原料量為38689.2kg，每次粉漿罐內(nèi)應(yīng)容納粉漿量為W=38689.221+2.5=67706.1kg加水量為96723kg拌料罐 液化器 液化維持罐 維持罐 換熱器 去糖化 加熱蒸汽拌料過程中流加水的溫度t1=70，t0=25,原料的比熱為1.79 Kg（KgK）t2=2.5704.18+11.79251.791+2.54.18 =63.42經(jīng)液化器加熱后，醪液由50升溫至88，設(shè)計(jì)加熱蒸汽的壓強(qiáng)為0.5MPa（表壓），則每小時(shí)蒸汽耗用量按熱量衡算式計(jì)算有：D=2WC1(t2-t1)I-t0c0)=267706.23.58(88-63.42)2748-884.18=5006.3kg/h0.5MPa時(shí)蒸汽焓為2748kJ/kg蒸煮醪量W1=2W+D=267706.1+5006.3=140418.5kg當(dāng)醪液進(jìn)入第一維持罐和第二維持罐后，醪液將發(fā)生自身蒸發(fā)，二次蒸汽帶走熱量使醪液溫度降下來，第一、二維持罐的壓力為常壓，醪液從第二維持罐出來時(shí)溫度降至84.第二維持罐出來的蒸煮醪量為 W2=140418.5-140418.53.58(88-84)5006.3=140016.85kg/h排除的二次蒸汽量為8619.13 kg/h由于蒸煮過程中的熱量散失，實(shí)際上各過程釋放的二次蒸汽低于上數(shù)值。為安全設(shè)計(jì)，二次蒸汽減少10%，則離開第二維持罐的醪液實(shí)際量為：W實(shí)=140016.85+10%8619.13=140878.76kg/h 蒸煮工段熱量衡算匯表 進(jìn)入系統(tǒng)項(xiàng)目物料kg/h熱量kg/h 符號數(shù)量kg 符號 數(shù)量kg(105)粉碎原料G38689.2GC0t017.31拌料水W 96723 WCet0101.07加熱蒸汽D5006.3 DI(2748)137.57累計(jì) 140418.5255.95 離開系統(tǒng)二次蒸汽W8619.13 WI(2351)202.64成熟醪液W1408