吉林化工學院生物與食品工程學院課程設計

年產(chǎn)3.70萬噸優(yōu)級食用酒精生產(chǎn)裝置發(fā)酵工段工藝設計

學生學號：

學生姓名：

專業(yè)班級：

指引教師：

職稱：

起止日期：.4.14～.4.28

吉林化工學院

JilinInstituteofChemicalTechnology

目錄

TOC\o"1-3"\h\u

摘要

IV

Abstract

V

第1篇設計闡明書

1

第1章緒論

1

1.1設計項目意義及根據(jù)

1

1.2國內(nèi)外研究狀況

1

1.3可行性分析

2

1.2產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模

3

第2章工藝論證

4

2.1生產(chǎn)辦法

4

2.1.1粉碎工段

4

2.1.2液糖化工段

5

2.1.3發(fā)酵工段生產(chǎn)辦法

5

2.1.4精餾工段生產(chǎn)辦法

5

2.2設計廠區(qū)自然條件

6

2.2.1環(huán)境衛(wèi)生

6

2.2.2地理位置

6

2.2.3地質(zhì)條件

6

2.2.4氣象條件

6

2.2.5抗震條件

6

2.3原料、產(chǎn)品規(guī)格及公用工程

7

2.3.1玉米原料規(guī)格

7

2.3.2酶規(guī)格

7

2.3.3酵母規(guī)格

7

2.3.4營養(yǎng)鹽、酸、堿種類及規(guī)格

7

2.3.5產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn)量

7

2.3.6公用工程

8

2.4廠址及原料運送

8

2.4.1.原料供應與產(chǎn)品銷售

8

2.4.2.能源供應

8

2.4.3.給排水

8

2.4.4.所選廠址應有足夠面積

8

2.4.5.交通運送

8

2.4.6.公司協(xié)作與都市規(guī)劃

9

2.5環(huán)保和安全

9

2.5.1純酒精性質(zhì)

9

2.5.2火災防范

9

2.5.3粉塵爆炸防范

10

第3章工藝設計闡明

11

3.1發(fā)酵工段

11

3.1.1生產(chǎn)工序目和規(guī)定

11

3.4.2生產(chǎn)原理

11

3.4.3原料及產(chǎn)品規(guī)格

11

3.4.4流程論述

12

3.4.5開車前準備工作

13

3.4.6正常開車環(huán)節(jié)

14

3.4.7發(fā)酵工藝參數(shù)

15

3.4.8停車環(huán)節(jié)

16

3.4.9生產(chǎn)異常現(xiàn)象及解決辦法

17

第2篇設計計算書

18

第1章發(fā)酵工段物料恒算

18

1.1重要設計條件及工藝參數(shù)

18

1.2酵母種子罐進料流量計算

18

1.3預發(fā)酵罐出料流量計算 19

1.4發(fā)酵罐流量計算

19

第2章發(fā)酵工段設備計算

20

2.1種子罐

20

2.1.1有關闡明

20

2.1.2.種子罐計算

20

2.1.3.種子罐幾何尺寸計算

20

2.2發(fā)酵罐計算

21

2.2.1發(fā)酵罐物料衡算

21

2.2.2.發(fā)酵罐體積計算

21

2.2.3.發(fā)酵罐幾何尺寸計算

22

2.2.4管道計算

22

2.2.5泵計算

23

2.2.6發(fā)酵工段換熱器計算 24

2.2.7成熟醪中間罐計算 26

2.3發(fā)酵工段設備

27

第3章總結(jié)

29

道謝

30

參照文獻

31

摘要

本設計重要內(nèi)容是半糖化法3.70萬噸∕年優(yōu)級食用酒精液糖化裝置工藝設計。并使產(chǎn)品質(zhì)量達到食用酒精國標GB10343-。根據(jù)東北地區(qū)特點選取以玉米為原料，廠址選取在有“玉米黃金帶”之稱吉林省吉林市郊區(qū)。工藝上設計為：半塘化法液化糖化工藝(提高淀粉運用率)、持續(xù)發(fā)酵工藝（提高生產(chǎn)效率）、六塔壓差蒸餾工藝（保證產(chǎn)品質(zhì)量及提高熱能運用率）、分子篩工藝，通過物料衡算、設備選型計算、水電汽耗計算等合理優(yōu)化設計生產(chǎn)工藝過程。核心詞食用酒精液化糖化發(fā)酵蒸餾

核心字：食用酒精液化糖化發(fā)酵蒸餾

Abstract

Themainelementsofthisdesignistheoutputof41,000tonsprocessequipmentspreliminarydesignofneutralalcoholbySemi-saccharificationmethod.ThequalityofproductcometoediblealcoholofnationalstandardGB10343-.Basedonthecharacteristicsofthenortheasternregionchoosetocornasrawmaterial，thesitechosenina“goldenmaizebelt”，saidtheoutskirtsofSipingCity，JilinProvince.Theprocessisdesignedto：double-glycosylatedenzymaticliquefactiontechnology（reducedtheheatenergyloss），continuousfermentationprocess（enhancedtheproductionefficiency），thefivetowerspressuredistillationtechnology（bothguaranteedtheproductqualityandtoraisetheheatenergyusefactor），molecularsievetechnology，throughthematerialbalance，equipmentselection，thewaterconsumptionofelectricalcalculations,todesignareasonableoptimalprocess

Keywords：EdibleethylalcoholFluidsaccharificationFermentationDistillation

第1篇設計闡明書

第1章緒論

1.1設計項目意義及根據(jù)

酒精在國內(nèi)釀酒行業(yè)、化工行業(yè)、橡膠工業(yè)、油漆涂料工業(yè)、電子工業(yè)、照相膠片及紙漿生產(chǎn)行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、香料工業(yè)、化妝品行業(yè)等，都發(fā)揮著重要作用。食用酒精作為硬飲料中不可缺少添加成分，它品質(zhì)越來越受到人們注重，特別是國內(nèi)做為世界白酒消費大國，食用酒精品質(zhì)好壞，就顯得更重要了?？梢哉f，食用酒精品質(zhì)好壞是涉及到千家萬戶大事[1]。

玉米作為酒精生產(chǎn)重要原料在國內(nèi)外都得到了普遍應用。隨著科學技術不斷發(fā)展，酒精生產(chǎn)老式工藝不斷被更新，取而代之是自動化限度高，操作簡樸新技術，新工藝。老式玉米生產(chǎn)酒精工藝在水、電、汽消耗上非常大，并且老式工藝在蒸煮過程中由于溫度高，會使相稱某些淀粉轉(zhuǎn)化為焦糖，最后會影響到產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。因而研發(fā)新工藝，提高酒精產(chǎn)量和質(zhì)量是當前釀酒行業(yè)核心。

由于微生物發(fā)酵法生產(chǎn)工藝成熟，能耗低，對生產(chǎn)設備規(guī)定不高，且能就地取材，充分運用本地資源，因而，該法被廣泛使用。但由于發(fā)酵殘?zhí)歉撸l(fā)酵不徹底依然是瓶頸問題。當前淀粉出酒率與理論值尚有一定差距。通過幾十年努力，國內(nèi)酒精工廠發(fā)酵醪酒精含量已經(jīng)增長到10%左右，但與國外發(fā)酵醪濃度普遍在13%以上。發(fā)酵濃度低不但影響了設備使用效率，并且增長精餾和蒸煮能耗，在DDGS回收時解決量也大大增長。為了對發(fā)酵工藝進一步改進，本設計采用耐高溫活性干酵母進行發(fā)酵。提高發(fā)酵濃度后，可大幅度地減少產(chǎn)品回收成本，可以由幾乎相似能量消耗精餾出更多產(chǎn)品。此外，提高發(fā)酵濃度后，可以在基本不改動既有設備狀況下提高設備運用率，減少人工和能耗，減少工藝水用量，縮短發(fā)酵周期，減少發(fā)酵罐清潔費用，減少DDGS蒸發(fā)量，從而大大減少了生產(chǎn)成本。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

酒精工業(yè)是基本原料工業(yè)；其產(chǎn)品重要用于食品、化工、軍工、醫(yī)藥等領域，在國內(nèi)已有近百年歷史。解放前、國內(nèi)酒精工業(yè)基本十分薄弱，只有沿海、東北、四川等地小生產(chǎn)廠家，建國后國內(nèi)酒精工業(yè)通過十年努力、在生產(chǎn)技術上有了很大提高，但是，在酒精生產(chǎn)節(jié)能，綜合運用，自動化方面與國際先進水平尚有相稱距離。酒精行業(yè)此前重要是國營公司，當前合資、兼并、股份、集體和私營公司比重增大，隨著國企改革進一步，私營公司將會很大發(fā)展，行業(yè)管理難度加大。近年來，隨著國家深化改革發(fā)展步伐，酒精行業(yè)也浮現(xiàn)了前所未有生產(chǎn)市場危機：（1）酒精生產(chǎn)嚴重過剩，產(chǎn)需不平衡。（2）酒精市場萎縮，競爭激烈。加上合成酒精，糖酒精低價沖擊，使本來就形勢嚴峻酒精市場競爭更加激烈，公司開工率低，公司處在頻繁開停，維持生產(chǎn)狀態(tài)，公司效益大幅下降[2]。酒精生產(chǎn)辦法重要有化學合成法和生物發(fā)酵法兩種。世界上百分之九十五酒精工業(yè)采用發(fā)酵法。酒精用途重要有3種：工業(yè)用酒精、食用酒精和燃料酒精。世界上重要用于作為燃料，當前世界上普遍應用燃料酒精有兩種[3]，變性酒精和含水酒精。巴西燃料酒精工業(yè)[4]，巴西當前是世界上年生產(chǎn)燃料酒精最多國家也是世界上唯一不使用純汽油作汽車燃料國家，重要生產(chǎn)含水酒精和無水酒精。巴西燃料酒精工業(yè)重要原料是甘蔗。在巴西有300多家酒精廠，其中200多家是聯(lián)合產(chǎn)糖[5]。美國式世界上第二大酒精生產(chǎn)國，其中80%為燃料酒精，僅次于巴西產(chǎn)量。全美以玉米為原料酒精生產(chǎn)廠有67%采用干磨法，33%采用濕磨法。其生產(chǎn)水平是每蒲式耳玉米生產(chǎn)2.5（濕磨法）—2.75加侖乙醇，產(chǎn)率為0.3125（濕磨法）—0.3375（干磨法）[6]。歐洲燃料酒精工業(yè)起步較晚，并且發(fā)展不是不久，EU制定燃料酒精發(fā)展籌劃大某些歸屬于整個生物燃料發(fā)展籌劃中。歐洲農(nóng)業(yè)發(fā)展形式和美國大不相似。玉米在歐洲大某些國家都生長得不是較好。小麥和甜菜則更多地用于乙醇生產(chǎn)。歐洲生物燃料發(fā)展很不平均。大多數(shù)產(chǎn)品產(chǎn)自法國、德國和意大利，少量出自西班牙、比利時、澳大利亞和瑞典，英國和其她歐盟國家?guī)缀醪簧a(chǎn)。國內(nèi)石油年消費以13%速度增長，而能源產(chǎn)量只能滿足國內(nèi)需求70%，是世界僅次于美國石油進口國，進口原油9112萬噸，將超過1億噸，至要實現(xiàn)GDP翻兩番目的，咱們要支付巨大“能源賬單”。國內(nèi)原發(fā)酵酒精生產(chǎn)能力達450-500萬噸，約有1100家生產(chǎn)公司，其中大某些（占酒精公司80%以上）是小型公司，年產(chǎn)量在萬噸如下。東南亞和澳大利亞燃料酒精工業(yè)；為了進一步發(fā)展燃料酒精工業(yè)，泰國底調(diào)節(jié)了甘蔗原料價格，預測全年將有2600萬噸甘蔗被用于生產(chǎn)酒精。泰國政府還致力于發(fā)展酒精原料多樣化，木薯、甘蔗渣和糖蜜已經(jīng)在工業(yè)中得到應用。泰國總產(chǎn)甘蔗7400萬噸，燃料酒精生產(chǎn)水平是每噸甘蔗產(chǎn)酒精70升[7]。

印度每年進口原油1.1億噸，占原油總需求量70%[7]。為了減少對原油進口依賴，印度制定了詳盡籌劃加大變性燃料酒精生產(chǎn)。據(jù)記錄資料顯示，在印度馬哈拉施特拉和阿塔普拉德地區(qū)329個加油站共售出1200萬升變性酒精（E5）燃料[8]。當前印度重要以粉碎和發(fā)酵甘蔗廢料生產(chǎn)酒精[7]。澳大利亞農(nóng)業(yè)部對燃料酒精工業(yè)發(fā)展制定了詳細規(guī)劃，在發(fā)布一種籌劃中提到，爭取，年產(chǎn)酒精3.5億升，相稱于既有汽油市場7%，整個液體燃料市場1%。農(nóng)業(yè)部發(fā)布信息還涉及，此前，保證生物燃料占澳大利亞全國運送燃料總量2%，為此要在有關項目建設中至少投資5000萬美元，至少新建5家酒精廠，新增建筑2300個和新增工作崗位1100個[9]。

1.3可行性分析

從技術上講，本設計采用工業(yè)上成熟生產(chǎn)工藝，可以實現(xiàn)。從可持續(xù)發(fā)展上講，石油是不可再生資源，而酒精是可再生能源，國際上石油能源緊缺，酒精作為一種新型生物能源倍受注重。從市場供求上講，酒精廣泛用于食品工業(yè)、化學試劑、醫(yī)學、農(nóng)藥、油漆、顏料、化妝品、燃料、香料、國防工業(yè)、電子工業(yè)、航天工業(yè)等許多行業(yè)，比較樂觀。此外，工業(yè)酒精是合成橡膠、聚氯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、氯乙醇、氯乙烷和乙基苯等重要原料，還可作為酒基、浸出劑、洗滌劑、溶劑、表面活性劑等。并且，近幾年，燃料乙醇在國內(nèi)推廣，拓展了酒精新應用領域。

表1-1酒精國標GB1034感官和理化指標規(guī)定值簡表

項目

單位

特級

優(yōu)級

普通級

外觀

無色透明

氣味

具備乙醇固有香氣、無異味

無異臭

口味

純凈、微甜

純正、微甜

較純正

乙醇（20℃）

%（體積）≥

96.0

95.5

95.0

氧化時間（15℃）

Min≥

40

30

20

色度

號≤

10

硫酸實驗

甲醇

mg/L≤

10

10

60

2

50

150

醛（以乙醛計）

1

3

30

正丙醇

2

35

100

異戊醇+異丁醇

1

2

30

酸（以乙酸計）

7

10

20

酯（以乙酸乙酯計）

10

18

25

不揮發(fā)物

10

20

25

重金屬（以Pb計）

1

氰化物（以HCN計）

5（用玉米為原料產(chǎn)品）

1.4產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模

工藝以玉米為原料采用半糖化法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)食用乙醇，年產(chǎn)量3.85萬噸，年工作日330天，酒精產(chǎn)率≥95%，次級酒精和雜醇油≤4.5%。產(chǎn)品質(zhì)量國家優(yōu)級食用酒精原則(乙醇含量≥95%，體積分數(shù))，淀粉含量63%，水分14%~18%。

第2章工藝論證

眾多酒精發(fā)酵技術中，在減少雜菌生長和節(jié)約能源應用上濃醪發(fā)酵是非常有前景[10]酒精發(fā)酵生產(chǎn)作為一種成熟發(fā)酵產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)已有上百年歷史。濃醪發(fā)酵技術在酒精公司獲得普遍成功和不斷承認，其目在于：①減少能耗，在酒精生產(chǎn)過程中能耗是繼糧耗以外重要成本，可以使公司獲得最大產(chǎn)率，提高公司生產(chǎn)能力，同步還可以減少生產(chǎn)成本。從糧耗上講，理論上淀粉出酒率為61，4％，在實際生產(chǎn)過程中，普通出酒率達到54％．即得率為88％，考慮酵母增殖所耗糖分．實際已達到90％，為此酒精生產(chǎn)成本中能耗起主導作用。經(jīng)驗表白，酒分每增長1％vol，蒸汽用量將減少300kg。②節(jié)約工藝用水，當前普通酒精廠料水比為1：2．5～3．0，采用濃醪工藝為1：1．8～2．0，噸酒精用水節(jié)約2t以上。③減少DDGS生產(chǎn)成本，提高其出率。發(fā)酵醪濃度高，固形物含量也高，分離、干燥費用就低，其出率也高。④減少廢水量。⑤提高設備運用率。[11]

采用濃醪發(fā)酵生產(chǎn)酒精，可縮短發(fā)酵周期，減少能耗，提高設備運用率，蒸餾能耗少,生產(chǎn)成本低及酒糟易解決等長處,是一種具備巨大應用價值酒精發(fā)酵技術[12]。當前，大量研究表白，在玉米酒精濃醪發(fā)酵過程中分別添加適量植酸酶、酸性蛋白酶、纖維素酶、木聚糖酶，可進一步提高酒精產(chǎn)量，增長原料出酒率[13--15]。因而，研究開發(fā)適于酒精生產(chǎn)輔助酶制劑是減少酒精生產(chǎn)成本重要手段之一。[16]然而，酒精濃醪發(fā)酵時，高底物濃度和高酒精度會限制酵母菌生長繁殖,對酒精發(fā)酵產(chǎn)生強烈抑制作用。因而,發(fā)酵工藝改進和耐高濃度酒精酵母選育是實現(xiàn)酒精濃醪發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)核心。[17]

釀酒活性干酵母應用于釀酒行業(yè)和超級釀酒酵母應用于酒精濃醪發(fā)酵，不但是國內(nèi)釀酒工業(yè)技術革命，并且極大地推動了酒精行業(yè)技術迅速發(fā)展。當前，釀酒活性干酵母廣泛應用于釀酒工業(yè)和酒精濃醪發(fā)酵以及燃料酒精工業(yè)。針對酒精生產(chǎn)原料變化，酒精生產(chǎn)工藝不同，釀酒活性干酵母適應性和發(fā)酵濃度將會提高；酵母對溫度、滲入壓以及對產(chǎn)物、底物抑制敏感度將減少；酒精生產(chǎn)工藝控制規(guī)定將進一步提高，對釀酒活性干酵母對酵母質(zhì)量規(guī)定也將更高。(孫悟)[18]安琪公司玉米酒精專用“超級耐高溫釀酒高活性干酵母”這一新酵母品種，開始用其代酒原高溫釀酒酵母用于生產(chǎn)并驗濃發(fā)酵在不變化原產(chǎn)設備條件下收到良好效果。

2.1生產(chǎn)辦法

2.1.1粉碎工段

玉米中淀粉含量高達70%左右，蛋白質(zhì)含量占9.7%，胚芽含量占6%～8%，纖維含量9.8%。玉米不但是生產(chǎn)酒精良好原料，并且在生產(chǎn)酒精同步，應開展提取玉米油、蛋白等綜合運用。以玉米為原料生產(chǎn)酒精，當前國內(nèi)大多均采用干法粉碎生產(chǎn)，胚芽、蛋白等沒有被充分運用，這是資源極大揮霍；而國外發(fā)達資本主義國家則采用濕法生產(chǎn)，同步對玉米各組分實行綜合運用。工業(yè)上從節(jié)約能耗和占地面積角度考慮，選用是干法粉碎。

2.1.2液糖化工段

為簡化生產(chǎn)工藝，便于工業(yè)化生產(chǎn)，咱們采用添加液化酶和糖化酶即所謂雙酶法生產(chǎn)工藝。糖化是淀粉發(fā)酵生產(chǎn)酒精重要前期解決環(huán)節(jié)。糖化工藝為半糖化法。半糖化法可以減少由于糖份過高而在發(fā)酵過程中產(chǎn)生底物抑制。半糖化法可以縮短釀酒周期，生產(chǎn)實際證明半糖化法還可以提高出酒率。相反全糖化法糖分過高，在發(fā)酵過程中容易產(chǎn)生底物抑制。因而咱們采用半糖化辦法法進行工藝生產(chǎn)。

糖化酶將淀粉液化產(chǎn)物糊精及低聚糖進一步水解成葡萄糖。糖化酶能作用于淀粉、糊精、低聚糖等，是糖苷鍵連接葡萄糖殘基逐個水解分離。糖化酶也能水解麥芽糖為葡萄糖。

2.1.3發(fā)酵工段生產(chǎn)辦法

采用大罐持續(xù)發(fā)酵辦法，共采用8個罐。第一種罐和第二個罐作為干酵母復水活化，可適量加入營養(yǎng)鹽，第三個罐至酵母擴大培養(yǎng)，第四個罐至第六個罐是主發(fā)酵罐，第七個罐是后發(fā)酵罐，第八個罐作為成熟醪中間罐，并可在發(fā)酵不徹底時作為發(fā)酵罐使用。酵母菌種采用干酵母，在使用前只需復水活化即可，省去了菌種培養(yǎng)過程。

31、41罐重要用于活性干酵母復水與活化。糖化醪進入前，應先對該罐進行CIP清洗。緩緩加入糖化醪，是還原糖濃度保持在10%左右，向61罐輸送種子液。

61罐是一種擴大培養(yǎng)罐，pH值為3.6~3.8，通過螺旋板式換熱器將溫度控制在31~32℃，糖化醪、種子液、干凈空氣、營養(yǎng)鹽等持續(xù)進料。物料經(jīng)底部離開61罐，某些回流，某些由泵從頂部進入到81罐，該罐是一種主發(fā)酵罐，發(fā)酵速度迅猛，它液位，PH值和溫度控制與61罐同樣。

81罐產(chǎn)生熱量很大，發(fā)酵完后，物料還是經(jīng)底部留出某些回流，某些由泵從82罐頂部進入，普通狀況下，81、82、83都是主發(fā)酵罐，84屬于后發(fā)酵罐。在后發(fā)酵罐階段，還原糖濃度較低，酵母逐漸老化，因而發(fā)酵速度變慢，物料離開84罐后，進入到0311罐，準備進入精餾工段。

發(fā)酵溫度為32℃左右：溫度過高，菌種老化；溫度過低，菌種生長不好。

大罐持續(xù)發(fā)酵法操作以便、生產(chǎn)穩(wěn)定、易于實現(xiàn)過程自動化控制，設備運用率高。

2.1.4精餾工段生產(chǎn)辦法

采用六塔差壓精餾技術。采用該流程，可生產(chǎn)優(yōu)級食用酒精，每噸酒精耗蒸汽量僅為2.1t，比常壓精餾每噸酒精可節(jié)約2t多蒸汽。整個過程熱量被循環(huán)使用，從而節(jié)約了大量能量，并且所生產(chǎn)酒精純度高，彌補了老式精餾技術能耗高、產(chǎn)品純度低缺陷。同步，在精餾塔可以得到副產(chǎn)品雜醇油。粗餾塔底酒精糟用于生產(chǎn)高蛋白飼料，然后，再通過萃取，從飼料中提取玉米油。

2.2設計廠區(qū)自然條件

2.2.1環(huán)境衛(wèi)生

表2—1國家區(qū)域原則

項目

一級區(qū)域

二級區(qū)域

三級區(qū)域

空氣含塵量（mg/m3）

<0.15

0.15～0.3

>0.5

高度干凈區(qū)

普通原則區(qū)

污染區(qū)

2.2.2地理位置

廠址選取滿足如下幾點規(guī)定：①防洪：廠區(qū)應設在歷年最高洪水線0.5m以上；②郊區(qū)；③重要風向：居民區(qū)下風側(cè)；④排水：平地坡度不不大于0.5%，在重要地段不不不大于2%；大型廠≤4％；中型廠≤6%；小型廠≤10%；⑤水質(zhì)合格，水量夠用。

2.2.3地質(zhì)條件

避免在溶洞、沼澤、斷裂帶、流沙、礦區(qū)上面建廠。地耐力：普通15t/㎡，此外，還應當注意凍土層。

2.2.4氣象條件

規(guī)定積累以上資料，有最高，最低，平均資料。

①風向：建在本地全年主導風向下風側(cè)。

②氣溫如表2—2：

表2—2吉林市氣溫表

氣溫

最熱月最熱時平均

極端最低

最熱月平均

最冷月最低時平均

最冷月平均

℃

25.3（7月）

—34.9

22.7

—34.9

—16.9

2.2.5抗震條件

國內(nèi)規(guī)定：①地震6度裂度或如下適合建廠；②地震7度裂度地區(qū)適合加固廠房。造價增長15%，不適合建廠；③對于地震8度裂度地區(qū)，采用更為嚴格辦法，涉及采用框架構(gòu)造，梁加大，造價增長30%，不適合建廠。

2.3原料、產(chǎn)品規(guī)格及公用工程

2.3.1玉米原料規(guī)格

表2-1玉米原料規(guī)格

項目

淀粉含量（%）

水分（%）

雜質(zhì)

霉變

來源

規(guī)格

63

14

少

無

市場或農(nóng)村收購

2.3.2酶規(guī)格

表2-2液化酶、糖化酶規(guī)格

項目

規(guī)格

保質(zhì)期

廠址

液化酶

2.5～3.5萬/ml

25℃，3個月

天津市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)南海路150號

糖化酶

10萬/ml

25℃，3個月

吉林市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)三號道

2.3.3酵母規(guī)格

表2-3酵母規(guī)格

名稱

配料

用途

用量

超級安琪耐高溫活性干酵母

天然酵母、乳化劑

酒精濃醪發(fā)酵

按噸原料：0.1%～0.2%

按乙醇：0.3%～0.1%

保質(zhì)期

生產(chǎn)商

12個月

安琪酵母股份有限公司

2.3.4營養(yǎng)鹽、酸、堿種類及規(guī)格

表2-4發(fā)酵工段輔助原料種類及規(guī)格

項目

規(guī)格

磷酸氫二氨

養(yǎng)分

尿素

總氮

硫酸

濃度14%～18%

氫氧化鈉

濃度≤10%

燒堿液

濃度≥50%，CIP清洗

抑菌物質(zhì)

青霉素

呈酸性，在特定狀況下減少其用量，可以提高種子罐pH值；普通交替使用，防止細菌產(chǎn)生抗藥性。

抑菌靈

2.3.5產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn)量

表2-5產(chǎn)品和副產(chǎn)品規(guī)格

名稱

年產(chǎn)量（噸）

食用酒精

38500

工業(yè)酒精

760

雜醇油

1900

2.3.6公用工程

表2-6公用工程參數(shù)

名稱

規(guī)格

闡明

1

工藝水

符合飲用原則

26℃

2

糖化發(fā)酵冷卻水

無腐蝕、無泥沙、低硬度

0.35MPa(表)≤18℃

3

蒸餾塔冷卻水

無腐蝕、無泥沙、低硬度

0.35MPa(表)≤28℃

4

動力電

380v±5%

三相帶零線

5

低壓電

220v50Hz±5%

--

6

無菌壓縮空氣

≤0.2MPa(表)露點-40℃

工作壓力200N·m3/h

7

加熱用水蒸氣

0.6MPa(絕壓)

液化、糖化、糊化、蒸餾

9

加熱用水蒸氣

0.3MPa(絕壓)

空氣過濾器消毒

2.4廠址及原料運送

2.4.1.原料供應與產(chǎn)品銷售

所選廠址應盡量接近原料產(chǎn)地，異地原料應保證供應以便，減少運送損失，進廠后需有相應儲備工藝，以保證正常生產(chǎn)，減少原料成本。

選取廠址時，應考慮滿足把本地區(qū)風俗習慣與廣泛性更新規(guī)定。

2.4.2.能源供應

選取廠址時要考慮供熱方式、汽量及氣壓等狀況。

2.4.3.給排水

所選長址必要有符合規(guī)定水源，應盡量接近都市排水系統(tǒng)，以便統(tǒng)一解決。如附近無排水系統(tǒng)，則需自行設計污水解決站排放。

2.4.4.所選廠址應有足夠面積

場地面積選取有助于全廠總平面圖合理布置，符合工廠規(guī)模需要，提高全廠性經(jīng)濟指標，并情誼頂擴建余地為原則。

2.4.5.交通運送

規(guī)定交通運送方式可靠，鐵路、公路、水路優(yōu)勢明顯，且有發(fā)展前景。

2.4.6.公司協(xié)作與都市規(guī)劃

在擬定廠址時，必要有城建規(guī)劃部門意見。還必要熟悉附近公司特點、近期協(xié)作愿望與條件、發(fā)展遠景對本廠址影響等，以便互相協(xié)作、共同發(fā)展。

2.5環(huán)保和安全

發(fā)酵工廠在生產(chǎn)過程中，要排放出大量廢氣、廢水和廢渣，簡稱三廢。此外，噪聲也是一種污染，損害人體健康，應采用辦法防治。酒精發(fā)酵工廠排出廢氣重要是二氧化碳，發(fā)酵工廠排出廢水屬于高濃度有機廢水。三廢治理應因地制宜采用各種方式。噪音防治重要考慮壓濾機械、粉碎機械噪音。

本設計為玉米發(fā)酵生產(chǎn)優(yōu)級食用酒精，按GBJ-16-87生產(chǎn)火災危險級別，定為戊級，按GB50058-92《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》，發(fā)酵車間防爆為2級，耐火級別為2級。因而其廠房層數(shù)及面積皆不受限，廠房防火間距為10m。

2.5.1純酒精性質(zhì)

純酒精是無色透明液體，比水輕，具備特殊芳香和刺激味，吸濕性強，可與水以任意比例混合并產(chǎn)生熱量。酒精是揮發(fā)、易燃燒，燃燒時產(chǎn)生大量熱量，燃燒產(chǎn)物是水和二氧化碳。酒精蒸汽與空氣能形成爆炸性混合氣體，爆炸極限為3.5～18%（體積分數(shù)）。

純酒精沸點78.3℃，濃度0.7893g/cm3，熔點-114℃，閃點12.8℃，比熱容2.57J/g·K，蒸發(fā)熱918.76KJ/L。

95%（體積分數(shù)）酒精密度0.8114g/cm3，沸點78.75℃，燃燒熱23446KJ/L。

2.5.2火災防范

（1）在貯存酒精中室溫不能超過32℃，液態(tài)酒精溫度不能超過29℃。

（2）在貯存中要加強通風、降溫，使酒精氣體含量低于3.3%。

（3）由于酒精液體在迅速流動中會產(chǎn)生靜電，積累靜電在大氣中會放電，從而成為火源，為減少靜電生成，酒精在彎道內(nèi)流速不超過3m/s。

（4）在貯存中防止“跑、冒、滴、漏”。

（5）采用防爆型通風設備，防爆型電氣設備。

（6）酒精貯存在密閉容器中貯存且用密封管道輸送。

（7）貯存酒精場合采用獨立建筑，并遠離其她建筑，墻壁、柱子等采用不燃構(gòu)造或耐火成果，凡可燃材料修建成防爆口，地表面建成非滲入性構(gòu)造且要有可以使液體排放恰當傾斜度，酒精生產(chǎn)不能設在地下室或半地下室，酒精生產(chǎn)房屋至少要有兩個出口。

2.5.3粉塵爆炸防范

（1）爆炸最大也許發(fā)生部位：封閉料倉內(nèi)，粉塵不易散發(fā)，進而積聚過多，形成爆炸性粉塵；投料、粉碎車間。

（2）粉塵爆炸必要條件：粉塵可燃（淀粉質(zhì)原料粉塵可燃），粉塵微細（懸浮狀態(tài)），助燃性氣體存在（空氣）和明火存在。

（3）玉米粉特性：浮云狀粉塵燃點380℃，最小爆炸濃度40g/cm3，最大爆炸力0.76Mpa.

（4）防止辦法：a.清理與整頓作業(yè)場合。作業(yè)場合內(nèi)盡量避免無用粉塵堆積和攤散，并將其消除。b.建筑物位置與構(gòu)造。建筑物要盡量做成闖開房屋或采用室外形成，并且要與危險性建筑物隔開。如果在車間內(nèi)或建筑物內(nèi)，則要做成泄壓構(gòu)造，骨架要用不燃性材料覆蓋。建筑物位置應選取在爆炸時雖然從轉(zhuǎn)型層蓋或墻壁向外泄放爆炸火焰，也不能危及其她作業(yè)場合和建筑物地方。c.工程及設備。工廠內(nèi)盡量按單元隔開，以免爆炸互相危害，加工粉塵設備要完全密封，防止粉塵向外泄露，空氣輸送管道和機器內(nèi)部壓力要比大氣稍低，管道與管道相連接地方，或由于機械等因素引起粉塵泄露地方，應較好采用密封辦法。

第3章工藝設計闡明

3.1發(fā)酵工段

3.1.1生產(chǎn)工序目和規(guī)定

目：酵母菌將可發(fā)酵性還原糖通過細胞內(nèi)酒化酶作用，轉(zhuǎn)化為酒精。

規(guī)定：大罐持續(xù)操作，必要嚴格控制染菌，液位，停留時間，pH，溫度，攪拌速率等，以保證酵母菌產(chǎn)酒率最大。

3.4.2生產(chǎn)原理

酒精發(fā)酵是運用酵母酒化酶系統(tǒng)在厭氧條件下進行，其經(jīng)歷4個階段，12個環(huán)節(jié)。其總反映式為：

C6H1206+2ADP+2H3PO4C2H5OH+2CO2+2ATP

酒精發(fā)酵4個階段為：第一階段，葡萄糖磷酸化，生成活潑1，6—二磷酸果糖；第二階段，1，6—二磷酸果糖裂解成為兩分子磷酸丙糖（3—磷酸甘油醛）；第三階段，3—磷酸甘油醛經(jīng)氧化、磷酸化后，分子內(nèi)重排，釋放出能量，生成丙酮酸；第四階段，丙酮酸繼續(xù)降解，生成酒精。

3.4.3原料及產(chǎn)品規(guī)格

.原料

（1）發(fā)酵菌種：酵母

安琪超級釀酒高活性干酵母（超酒）。湖北安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)。

性能：是國內(nèi)首創(chuàng)最新生物技術產(chǎn)品，該產(chǎn)品復水后理解恢復成正常細胞狀態(tài)，具備耐酸（PH2.5）、耐乙醇（17％）耐糖（60％葡萄糖）等特點。用途本產(chǎn)品適合乙醇濃度為17％如下酒精發(fā)酵（濃醪），具備繁殖能力強，發(fā)酵速度快，耐受高乙醇濃度等特點?？梢钥s短發(fā)酵時間，提高發(fā)酵酒份，減少發(fā)酵殘?zhí)?。提高發(fā)酵酒份，減少水電汽成本。最后酒份可依照原料、醪濃度不同達到12％－17％。用量按噸原料計：0.1‰－0.2‰按噸乙醇計0.3－0.6‰。加入某些添加劑加纖維素酶及營養(yǎng)鹽等。

（2）糖化醪：由糖液化工段送來。

（3）營養(yǎng)鹽：尿素和磷酸二銨，021和061需要加，每次尿素和銨鹽各100～150公斤/24小時，在溶罐中在40℃如下溶解。

（4）抑菌靈：由于它對成品酒有污染，影響酒口感，染菌時用。

（5）青霉素：和抑菌靈一周換一次，換著使用，染菌時用。

發(fā)酵工段發(fā)酵溫度和pH值控制要考慮到酵母適應性及濃醪發(fā)酵時半糖化法發(fā)酵一邊發(fā)酵一邊糖化，糖化酶在發(fā)酵過程中仍在起作用，考慮到糖化酶適應性，除此之外還要考慮到抑制其他雜菌生長。

重要輔助原料

硫酸（14～18％）

調(diào)原料pH值實驗”和估算求得硫酸添加量（0.05％～0.3％體積比）。但重要是以控制醪液中pH值在4.0一5.0之間來擬定硫酸添加量。

營養(yǎng)鹽

使用磷酸二銨，其用量大概為原料量0.1一0.16％，也可依照原料中含氮量與所需量關系求得近似添加量。使用尿素時用量約為硫酸銨用量1／2。尿素、磷酸二銨含氮量46%、21%。

營養(yǎng)鹽加入量100～200公斤/24小時，031、041、061罐需加入。

營養(yǎng)鹽需用營養(yǎng)鹽罐溶解后，再加入。營養(yǎng)鹽罐底旁有160風機，有粉碎功能，將鹽粉碎。營養(yǎng)鹽罐上方有旋風分離機（?。?旁邊有蘭色電機，用于定量加料，轉(zhuǎn)一圈加一次料），防止磷酸二胺一次加入太多。3bar蒸汽給營養(yǎng)鹽罐提高溫度冷水變熱水。

抗生素：重要抑制革蘭氏陽性菌生長。

抑菌靈：由于它對成品酒有污染，除了染菌外，普通狀況不用。

青霉素：和抑菌靈一周換一次，換著使用。

.產(chǎn)品規(guī)格

表3-6發(fā)酵成熟醪規(guī)格

項目

最佳值

項目

最佳值

錘度（Bx）

-0.3～1

PH值

3.4～3.6

酒分（v%）

12～16

揮發(fā)酸（%）

0.1～0.25

還原糖（%）

0.1～0.3

殘總糖（%）

0.6～1.4

3.4.4流程論述

該工段由8個罐構(gòu)成，分別為：R0331、R0341、R0361、R0381、R0382、R0383、R0384、R0311。其中，R0331和R0341作為種子罐，用來干酵母復水活化及增殖。來自液糖化工段糖化醪由頂部進入這兩個罐，再由罐頂人孔倒入活性干酵母。酵母菌在罐中迅速復水活化，同步，用泵打入營養(yǎng)鹽，這里重要是運用尿素和磷酸二銨，由于酵母在生長時需要氮源，其中氮可以起到使酵母生長健壯，從而提高其發(fā)酵能力及延緩酵母細胞衰老作用。同步，也可以提高后續(xù)工段DDGS中含氮量。注意，在加入營養(yǎng)鹽時要先將尿素和磷酸二銨粉碎，使之粒度小些，這樣不但可以增長其速溶性，還可以便于輸送，否則，會導致局部過堿。同步，向罐中通入適量無菌空氣，由于酵母是兼性厭氧型微生物，在生長時進行有氧呼吸，只有通入足夠無菌空氣（空氣要達到工業(yè)100級，即：每立方米空氣中，不不大于0.5μm塵埃粒數(shù)最多容許3500個，不不大于5μm為零，微生物最多容許5個浮游菌/m3空氣，1個沉降菌/m3空氣），才干保證它能正常生長，達到一定菌濃度，供發(fā)酵用。

此外，要向罐中加入適量抗生素，用來防止雜菌污染。普通加入青霉素，或者是抑菌靈，為了避免雜菌產(chǎn)生抗藥性，可以交替使用，也可以結(jié)合使用，但混合使用效果比較好。

種子罐溫度控制在32℃，這是酵母菌生長最適溫度?？刂苝H3.6～3.8，這是由于雖然酵母菌最適生長pH值為4.6～5.0，可是PH值太高會導致雜菌污染，控制在pH3.6～3.8避免了這種狀況。醪液停留時間為3～4小時，太短沒有達到需要菌濃度，太長酵母細胞老化。

必要按期對罐中酵母進行鏡檢，避免染菌。如果發(fā)生染菌，通過顯微鏡可以看到，酵母細胞不是規(guī)則橢圓形，或者是出芽率大幅度下降，大某些細胞死亡，或者其邊沿破損。如果發(fā)生，輕則需要加大抑菌劑加入，重則需要倒灌，對罐進行徹底清洗、滅菌后再使用。

CIP清洗系統(tǒng)。在每次活化酵母前，應對罐進行清洗，先用熱水沖洗，再用低濃度HCL溶液沖洗，然后用低濃度NaOH溶液沖洗，最后用熱水沖洗。發(fā)酵工段其她罐都配有該清洗系統(tǒng)，操作辦法相似。

由于這兩個酒母罐中產(chǎn)生CO2較少，放空就可以。其她罐CO2要加以回收運用。

待達到一定菌濃度時，酒母醪由泵（P0331A，P0331B，P0341A，P0341B）一某些打入換熱器（E0331，E0341）換熱，再罐頂回流，一某些打入預發(fā)酵罐R0361，控制溫度32℃。需要通入一定量無菌空氣。醪液由泵一某些打入換熱器（E0361）換熱后罐頂回流，一某些不通過換熱罐底回流，一某些打入主發(fā)酵罐R0381。其她罐工藝流程相似。R0331～R0381四個罐都需要通入無菌空氣，其她罐不需要通入空氣。其她罐依照狀況需要通入CO2。

R0384罐罐底醪液不需要換熱，直接由泵一某些打入罐底回流，一某些罐頂回流，另一某些打入成熟醪罐（R0311）。由成熟醪罐罐底打出成熟醪一某些罐底回流，一某些罐頂回流，另一某些去精餾工段，流量為50m3/h。

由發(fā)酵罐頂部回收CO2需要進入CO2洗滌塔洗滌，由于其中具有一定量酒精蒸汽，洗滌可以回收酒精蒸汽。由洗滌塔（T0301）塔底排出淡酒進入成熟醪罐R0311。通過洗滌CO2進入CO2貯罐。

無菌空氣都需要達到工業(yè)100級，其制備流程為：空氣由吸風塔吸入（為了保證吸入空氣干凈，吸風塔需要設在廠區(qū)上風側(cè)，且采氣位置不要太低），通過空壓機壓縮（采用無油潤滑空壓機，避免油霧進入發(fā)酵罐，導致染菌），進入冷卻器冷卻（用冷水噴淋冷卻），進入氣水分離器分離出水分，進入空氣貯罐，再通過空氣過濾器過濾后供發(fā)酵工段用。

3.4.5開車前準備工作

（1）檢查蒸汽系統(tǒng)閥門啟動狀況。

（2）檢查工藝水系統(tǒng)閥門啟動狀況。

（3）檢查冷卻水系統(tǒng)閥門啟動及供應能否正常。

（4）檢查電動儀表或氣動儀表電源或氣源能否正常。

（5）按工藝規(guī)定檢查各電器、儀表、機械與否處在開機前準備狀況。

3.4.6正常開車環(huán)節(jié)

.空氣滅菌

確認空氣壓縮機狀態(tài)應為良好，蒸汽壓力（3bar）正常。確認去空氣過濾器所有管線正常。開始蒸汽滅菌。緩緩向空氣過濾通入水蒸汽，活汽操作，不留死角，當壓力逐漸增長至0.08～0.1MPa，溫度為115～120℃時，保持60min。關閉蒸汽進口閥。慢慢打開壓縮空氣，吹干空氣過濾器。同步略開空氣過濾器夾套進口蒸汽閥，控制溫度90～98℃，保持20小時左右。直到用玻璃板測試過濾器排出氣體中沒有水珠時，停止吹干。關閉閥門。

.酵母菌培養(yǎng)

當開車準備結(jié)束后，打開R0331罐上管線以及熱水閥門，注入40-45℃工藝水，同步啟動泵，使其在罐內(nèi)循環(huán)，當液面達到20%時，打開換熱器閥門，同步將通往下一工段分流閥關閉，直到溫度調(diào)節(jié)閥（TIC1和2）達38-40℃時停泵，待液面平穩(wěn)后，打開人孔加入50Kg玉米專用活性干酵母，靜止復水45-60分鐘，打開糖化醪閥門，用FIR3005控制打入2m3糖化醪，啟動自身循環(huán)泵，慢慢打開空氣閥門FI0004使空氣達到30m3/h，進行通風培養(yǎng)，控制溫度在32℃。

.發(fā)酵

大概在3-4小時內(nèi)，向R0361中持續(xù)加入糖化醪0.2m3/h流量，直到罐體液位達到罐體80%，打開分流閥向R0361中分流20%醪液。當R0331復水活化同步R0341也在復水活化。R0361中加入80Kg酵母粉復水活化1小時左右，當R0361工作要結(jié)束時會接受R0331分流過來醪液尚有R0341酵母液，當它們共同達到R0361罐體積90%時，打開分流閥向R0381中分流20%醪液，且R0361有罐底回流防止罐底結(jié)垢。同理，若流程在平穩(wěn)條件下，只需每4個小時向R0331中加入干酵母，R0361需要16-18小時使體積達到90%，當R0381罐位達到5%液位時，打開主發(fā)酵罐R0381上泵和所有循環(huán)管線上閥門，同步關閉分流閥。啟動泵P0361打開換熱器E0361冷卻水入口，出口閥門設定溫度32℃，當R0381液位達到20%時，慢慢打開空氣閥，通入空氣30m3/h，醪液PH在3.6-3.8，當R0381液位達到90%時，打開通往R0382罐分流閥，當R0382液位達到5%時，打開其上二氧化碳氣體閥通入180-220m3/h二氧化碳，同步啟動泵P0381打開換熱器E0381閥，使溫度保持在32℃，PH值保持在3.6-3.8之間，當R0382液位達到90%，打開R0383罐入口閥，R0383罐與R0384罐操作同R0382罐。R0384罐PH值控制在3.4-3.6之間。當R0384罐液位達到80%時，同步取樣分析，合格后，打開R0384泵使醪液進入R0311液位達到5%時打開二氧化碳閥門慢慢通人二氧化碳，其流量為150m3/h（為了不使罐底堆積，促其分布均勻），當R0311中液位達到80%時，溫度在32℃，pH在3.4-3.6之間，打開成熟醪閥門進入精餾工段。

.二氧化碳循環(huán)過程

由于兩個種子罐中，酵母在生長時產(chǎn)生CO2相對較少，故不需要回收，只要放空就可以了。其她罐產(chǎn)生CO2較多，需要加以回收運用。CO2洗滌塔底出來液體流經(jīng)泵取出淡酒進入蒸餾工段回收塔中。當?shù)茲舛鹊蜁r，液體會再回到洗滌塔中重復噴淋，提高淡酒濃度，減少能耗。

3.4.7發(fā)酵工藝參數(shù)

表4—6發(fā)酵工藝參數(shù)

內(nèi)容

最佳值

抽樣或測量辦法

與否記錄

記錄頻率

R0331種子罐

通風量（m3/h）

30～40

FI3004

記錄

1次/h

糖化醪流量（m3/h）

2～3

FIR3003

液位（%）

85～90

LIC3001

溫度（℃）

30～31

TIC3002

錘度（Bx）

6～9

檢查

1次/2h

酒分（v%）

6～8

1次/4h

還原糖（%）

4～6

酵母數(shù)（億/ml）

2.5～3

1次/2h

pH值

3.6～3.8

揮發(fā)酸（%）

0.1～0.15

1次/8h

鏡檢狀況

健康

1次/4h

R0341

種子罐

通風量（m3/h）

30～40

FI3005

記錄

1次/h

糖化醪流量（m3/h）

2～3

FIR3004

液位（%）

85～90

LIC3002

溫度（℃）

30～31

TIC3003

錘度（Bx）

6～9

檢查

1次/2h

酒分（v%）

6～8

1次/4h

還原糖（%）

4～6

酵母數(shù)（億/ml）

2.5～3

1次/2h

pH值

3.6～3.8

揮發(fā)酸（%）

0.1～0.15

1次/8h

鏡檢狀況

健康

1次/4h

R0361預發(fā)酵罐

通風量（m3/h）

250～300

FI3104

記錄

1次/h

糖化醪流量（m3/h）

20～32

FIR3101

液位（%）

90～95

LIC3102

溫度（℃）

31～33

FIR3102

1次/2h

錘度（Bx）

6～8.5

檢查

酒分（v%）

6～7.5

1次/4h

還原糖（%）

4～6

酵母數(shù)（億/ml）

2.5～2.8

1次/2h

pH值

3.6～3.8

揮發(fā)酸（%）

0.1～0.18

1次/8h

鏡檢狀況

較健壯

1次/4h

R0381發(fā)酵罐

通風量（m3/h）

220

FI3204

記錄

1次/h

糖化醪流量（m3/h）

10～80

FIR3203

液位（%）

90～95

LIC3201

溫度（℃）

31～33

TIC3202

錘度（Bx）

6～9

檢查

1次/2h

酒分（v%）

5～7

1次/4h

還原糖（%）

4～6

酵母數(shù)（億/ml）

1.5以上

1次/2h

pH值

3.6～3.8

揮發(fā)酸（%）

0.1～0.15

1次/2h

鏡檢狀況

較健壯

1次/4h

R0382

發(fā)酵罐

通CO2量（m3/h）

180～220

FI3304

記錄

1次/h

液位（%）

90～95

LI3301

溫度（℃）

30～31

TIC3302

R0383

發(fā)酵罐

通CO2量（m3/h）

180～220

FI3404

記錄

1次/h

液位（%）

90～95

LIC3401

溫度（℃）

30～31

TIC3042

R0384發(fā)酵罐

通CO2量（m3/h）

180～220

FI3504

記錄

1次/h

液位（%）

85～90

LIC3501

錘度（Bx）

0.3～1

檢查

1次/8h

酒分（v%）

9.5～10

還原糖（%）

0.1～0.3

pH值

3.4～3.6

R0311

成熟醪中間罐

通CO2量（m3/h）

150～200

FI3604

記錄

1次/h

液位（%）

75～85

LIA3601

錘度（Bx）

0.3～1

檢查

1次/8h

酒分（v%）

12～16

還原糖（%）

0.1～0.3

Ph值

3.4～3.6

揮發(fā)酸（%）

0.1～0.25

殘總糖（%）

0.6～1.4

3.4.8停車環(huán)節(jié)

.短時間停車

因電器設備等因素而導致糖化工段停料，則應減少酒母醪大量供應，其她方面正常操作。

.長時間停車

調(diào)節(jié)R0301A罐頂空氣閥，將通氣量減少到正常值一半。關閉R0301A罐頂糖化醪入口閥，將R0301A罐底閥開到最大，泵保持轉(zhuǎn)動，以防固體物和酵母沉積。當R0301A罐內(nèi)物料倒空時，停泵，關閉底閥。其她罐停車過程與此同。

3.4.9生產(chǎn)異?，F(xiàn)象及解決辦法

（1）如果種子罐染菌，較輕微，可加入青霉素或抑菌靈抑制雜菌生長；若染菌嚴重，應當停止繼續(xù)向發(fā)酵罐進料，倒罐。

（3）61罐染菌，種子罐直接向81發(fā)酵罐進料。61罐進行CIP清洗，進行滅菌操作，然后繼續(xù)通料進行發(fā)酵操作。其她罐染菌也可以采用類似辦法。

（4）如果發(fā)酵后進入成熟醪中間罐醪液未達到工藝指標，返回81罐，進行繼續(xù)發(fā)酵。

（5）發(fā)酵時產(chǎn)生泡沫較多?？杉尤脒m量植物油消泡。

（6）醪液中揮發(fā)酸高。是由于染菌，可加入抑菌靈來滅菌，嚴重時需要倒灌。

（7）還原糖高，總糖低。是由于酵母數(shù)量少，發(fā)酵不徹底。應當在酵母擴培時增長營養(yǎng)，通氣量。延長發(fā)酵時間。

（8）還原糖低，總糖高。是液、糖化不徹底。應當增長液、糖化時用酶量，同步調(diào)節(jié)溫度，使其達到酶最適溫度，或者增長液、糖化時間。

表3—8酒精酵母培養(yǎng)過程中異常狀況及其解決

異常狀況

產(chǎn)生因素

解決辦法

菌數(shù)少

接種量少；培養(yǎng)溫度低；營養(yǎng)局限性；供氧局限性

恰當補種，加大通風；恰當提高培養(yǎng)溫度，延長培養(yǎng)時間；補充養(yǎng)份

出芽率低

營養(yǎng)局限性；培養(yǎng)溫度高；培養(yǎng)時間長

補充養(yǎng)份；降培養(yǎng)溫度縮短培養(yǎng)時間

雜菌多

殺菌不徹底；糖化醪帶菌

嚴格管道設備殺菌；糖化醪液中加入（2～4）×106滅菌靈

酵母死亡率高

酸度高；漏蒸汽使培養(yǎng)溫度過高；醪液中有毒物質(zhì)多

調(diào)節(jié)醪酸度；維修蒸汽管閥；補種并增長營養(yǎng)

耗糖率低

培養(yǎng)溫度過低；接種量少；時間過短

提高溫度；加大接種量；調(diào)節(jié)糖液濃度；延長培養(yǎng)時間

第2篇設計計算書

第1章發(fā)酵工段物料恒算

1.1重要設計條件及工藝參數(shù)

1．生產(chǎn)規(guī)模：3.70萬噸/年食用酒精；

2．生產(chǎn)辦法：玉米生物發(fā)酵法；

3．生產(chǎn)天數(shù)：330天/年；

4．產(chǎn)品質(zhì)量：國家GB/T394.1-酒精原則（乙醇含量≥95.5％，體積分數(shù)）；

5．生產(chǎn)原料：吉林玉米，淀粉含量63％，水份14％～18％；

6.發(fā)酵用糖化醪液采用干法粉碎玉米粉經(jīng)雙酶法生產(chǎn)，糖化時間30分鐘，半糖化法，糖轉(zhuǎn)率為40%左右，還原糖濃度8.0-15%，錘度在22-23°BX之間，pH值4.2-4.5，溫度32℃，料水比1:2.2。糖化醪流量48.6m3/h。糖化醪密度為1076kg/m3。

糖化醪去發(fā)酵罐1流量55%～60%，，

糖化醪去種子罐總流量8%-10%，

糖化醪去發(fā)酵罐2流量30%～40%。

7.濃醪發(fā)酵，發(fā)酵總時間55-60h。

8．發(fā)酵成熟醪液酒精濃度12~16%（v/v）。

9.采用活性干酵母，不需要酒母培養(yǎng)。

1.2酵母種子罐進料流量計算

來自02工段糖化醪總流量48.6m3/h

由于種子罐(R0331、R0341)是酵母增殖培養(yǎng)種子罐，需要加入少量糖化醪來作為營養(yǎng)物進行增殖培養(yǎng)，因此在種子罐(R0331、R0341)均加入48.6*10%/2=2.43m3/h。

1.3預發(fā)酵罐出料流量計算

由于預發(fā)酵罐是重要發(fā)酵階段，必要加入大量糖化醪，因此加入由02工段來糖化醪量為48.6*55%=26.73m3/h，加入由種子罐R0331、R0341來糖化醪各2.43m3/h。

離開預發(fā)酵罐時物料流量W03=26.73+2.43+2.43=31.59m3/h

1.4發(fā)酵罐流量計算

由于發(fā)酵需要大量氮、磷，因此需要加入工業(yè)尿素和工業(yè)磷酸二銨，加入量均為163kg/天，加入時需要加入稀釋水稀釋，稀釋水加入量為：655kg/h

折合加稀釋液為：=0.662m3/h

由于加入營養(yǎng)鹽量與糖化醪量相比較小，因此可忽視。

由02工段加入糖化醪量：W=48.6-26.73-2.43-2.43=17.01m3/h

來自預發(fā)酵罐61醪液流量：31.59m3/h

因此離開主發(fā)酵罐81罐醪液流量

W81=稀釋液+02段來糖化醪+W03=0.662+17.01+31.59=49.262m3/h

表1—3工藝條件表

項目

單位

參數(shù)值

來自02工段糖化醪總流量

m3/h

48.6

進入種子罐糖化醪流量

m3/h

2.43

進入種子罐糖化醪流量

m3/h

2.43

進入預發(fā)酵罐糖化醪流量

m3/h

26.73

進入主發(fā)酵罐糖化醪流量

m3/h

17.01

送往精餾工段成熟醪流量

m3/h

49.0

前發(fā)酵期

h

約8

主發(fā)酵期

h

14

后發(fā)酵期

h

34

第2章發(fā)酵工段設備計算

2.1種子罐

2.1.1有關闡明

先用80℃，8%～10%NaOH溶液噴洗1h（滅菌）；再用熱水沖至中性，再用溫水進一步?jīng)_洗，然后加入10m338℃～40℃底水，加入干酵母50Kg。輕微攪拌，靜止保溫10min，然后降溫至32℃，加入營養(yǎng)鹽，再加入23m3糖化醪，通入微量空氣40m3/h，進行活化使其出芽，出芽狀態(tài)酵母發(fā)酵能力高出30倍，活化過程中緩慢加入糖化醪，達到工藝指標酵母數(shù)達2～3億時，往61罐輸送種子液。由于酵母翻一倍時間為兩小時，為了安全起見，停留時間設立為3小時。

2.1.2.種子罐計算

種子罐普通選用2個，以防其中有一種種子罐染菌，而導致生產(chǎn)持續(xù)化進程。

來自02工段糖化醪量=02工段糖化醪總量*（8%～10%）

=48.6*（8%～10%）=3.888～4.86

注：通入醪液量原則：使酵母數(shù)達到2～3億/mL；酵母出芽率達到11%；液位保持在75%～80%。

種子罐體積

種子罐圓整到70

為防止由于染菌導致種子液倒掉，而不影響發(fā)酵工段持續(xù)進行，設計兩個種子罐進行輪流使用。

2.1.3.種子罐幾何尺寸計算

取H/D=2.2,則H=2.2D，且

由公式得，

為了便于設備選型，，。

種子罐工作溫度為29～33℃，常壓，pH=3.6～3.8。因此材質(zhì)為不銹鋼，鋼板厚度為10mm。

為了符合人性化設計，發(fā)酵罐頂人孔直徑600mm，罐側(cè)面人孔直徑600mm，罐頂為原則橢圓構(gòu)造，直徑為3300mm，半軸長為825mm(0.25D)。

2.2發(fā)酵罐計算

2.2.1發(fā)酵罐物料衡算

（1）61罐物料衡算

來自02工段糖化醪量=02工段糖化醪總量*（55%～60%）

=48.6*（55%～60%）=26.73～29.16（m3/h）

往81罐送料量=來自種子罐進料量+來自02糖化工段進料量

=3.888～4.86+26.73～29.16=30.618～31.59（m3/h）

（2）81罐物料衡算

來自02工段糖化醪量=02工段糖化醪總量*（30%～40%）

=48.6*（30%～40%）=14.58～19.44（m3/h）

往82罐送料量=來自61罐進料量+來自02糖化工段進料量

=30.618～31.59+14.58～19.44=45.198～51.03（m3/h）

（3）82罐物料衡算

往83罐送料量=45.198～51.03（m3/h）

（4）83罐物料衡算

往84罐送料量=45.198～51.03（m3/h）

（5）84罐物料衡算

往成熟醪中間罐送料量=45.198～51.03（m3/h）

2.2.2.發(fā)酵罐體積計算

實際生產(chǎn)時發(fā)酵時間為55～60h。處在發(fā)酵過程由于某些因素會使發(fā)酵時間延長，為了合用這種狀況，發(fā)酵時間取60小時進行計算。

當取裝罐系數(shù)為0.75時，

當取裝罐系數(shù)為0.85時，

由于實際生產(chǎn)中各罐裝罐系數(shù)達到了85%，并且考慮罐制造和造價，單個罐取700m3可以滿足規(guī)定。

2.2.3.發(fā)酵罐幾何尺寸計算

以81罐為例進行計算

取H/D=2.2,則H=2.2D，且，

由公式得，

為了便于設備選型和參照上述發(fā)酵罐計算，D81=7500mm，罐底錐高為7500mm，H81=16500mm。

81發(fā)酵罐工作溫度為32℃，常壓，pH=3.6～3.8。因此材質(zhì)為碳鋼加涂料，鋼板厚度為10mm。

為了符合人性化設計，發(fā)酵罐頂人孔直徑600mm，罐側(cè)面人孔直徑600mm，罐頂為原則橢圓構(gòu)造，直徑為7500mm，半軸長為1875mm(0.25D)。

同理61，82，83，84發(fā)酵罐參數(shù)和此81罐相似。

2.2.4管道計算

以61罐為例進行計算。

罐頂醪液進料流量26.73m3/h，罐底醪液出料流量取31.59m3/h。

化工工藝生產(chǎn)過程中液體物料其流速普通為0.5～3m3/h，由于醪液黏度較大，若取下限值則會導致醪液輸送困難，取2.5m3/h。

（2-1）

式中：D-管子直徑，m；

Q-液體流量，m3/h；

u-管道流速，m3/h。

進料管直徑

，取。

出料管直徑

，取。

表3-1管道有關參數(shù)

項目

外徑

壁厚

材質(zhì)

進料管

73

4.0

GrNi18Ti9

出料管

76

3.0

GrNi18Ti9

2.2.5泵計算

表3-2泵工作時有關參數(shù)

項目

值

項目

值

項目

值

工作溫度

32℃

管道總長

20m

90°彎頭

5個

止回閥

1個

蝶閥

5個

突然擴大

1個

突然縮小

1個

流量

50.1m3/h

高度

16m

成熟醪密度

1076Kg/h

黏度

1.3×10-3Pa?s

原則三通

2個

（2-2）

代入數(shù)據(jù)：

（2-3）

代入數(shù)據(jù)：（此時流體處在湍流狀態(tài)）

（2-4）

代入數(shù)據(jù)：

表2-5各管件局部阻力系數(shù)

項目

值

項目

值

項目

值

90°彎頭

0.15

止回閥

2

蝶閥

0.24

突然擴大

1

突然縮小

0.5

原則三通

0.4

局部阻力損失（2-5）

代入數(shù)據(jù)：

直管阻力損失（2-6）

代入數(shù)據(jù)：

總損失

總壓頭H計算

柏努力方程如下

（2-7）

（2-8）

其中，,

。

代入數(shù)據(jù)：

表2-6泵參數(shù)

泵型號

轉(zhuǎn)速（r/min）

流量(m3/h)

揚程（m）

效率（%）

IS80-65-125

2900

50

20

75

軸功率（Kw）

電機功率（Kw）

必須汽蝕余量（m）

質(zhì)量（泵/底座）Kg

3.63

5.5

3.0

44/46

2.2.6發(fā)酵工段換熱器計算

酒精發(fā)酵產(chǎn)熱發(fā)酵生成乙醇，二氧化碳和熱能方程式如下

（2-9）

1809288

酒精發(fā)酵過程中伴有生物氧化過程，是釋放熱能反映。每摩爾葡萄糖生成醇發(fā)酵過程中，釋放總能量為226.09KJ，其中96.3KJ轉(zhuǎn)移到ATP高能磷酸鍵中，別的129.8KJ熱能釋放到發(fā)酵液中，使發(fā)酵醪液升溫。

由（2-9）可以看出生成1mol酒精有64.9KJ熱量釋放到發(fā)酵液中。

.總熱量計算

4.10萬噸優(yōu)級食用酒精，體積分數(shù)為95.5%，質(zhì)量分數(shù)為93.118%，釋放到發(fā)酵液中熱量為Q。

.冷卻水用量計算

（2-10）

已知冷卻水進口溫度為15℃，出口溫度為30℃，。

代入數(shù)據(jù)：

注：取熱量通過罐體向大氣損失量與攪拌器產(chǎn)熱趨于動態(tài)平衡。

.發(fā)酵醪液溫度計算

發(fā)酵后釋放熱量使發(fā)酵液溫度升高到t2。

（2-11）

代入數(shù)據(jù)：

.傳熱面積計算

平均溫差

；

；

由于，因此

（2-12）

代入數(shù)據(jù)：

由于此時發(fā)酵液黏度相對于液化醪較低，安全系數(shù)取1.2，則傳熱面積為373.2m2。一共5個發(fā)酵罐，4個換熱器，隨著發(fā)酵進行發(fā)酵限度越來越小后期幾乎不用換熱因此61罐為124.4m281罐為124.4m282罐為62.2m283罐為62.2m2。

.螺旋板式換熱器選型

表2-7螺旋板式技術參數(shù)

名稱

公稱換熱面積（m2）

通道間距(mm)

計算換熱面積（m2）

流速（m3/h）

接管公稱直徑

型號

重量（Kg）

AFJ

100

18

99.58

76.3

150

I6,I16T100-1.2/1600-18

4200

2.2.7成熟醪中間罐計算

.成熟醪中間罐體積計算

為了按照如下原則成熟醪停留時間為10個小時：調(diào)節(jié)和平衡發(fā)酵和蒸餾工段；保證持續(xù)穩(wěn)定向蒸餾工段進料；若發(fā)酵罐染菌，此發(fā)酵罐稱當后發(fā)酵罐角色；控制指標達到規(guī)定，如酒分≥13%（V/V）,殘總糖≤0.4%，揮發(fā)酸≤0.15，還原糖≤0.2%。

考慮到成本等設備圓整

注：總進料為48.6m3/h，加上醪液損失，故取48.0m3/h。

持續(xù)往精餾車間進料為48.0m3/h。

.成熟醪中間罐幾何尺寸計算

取H/D=2.2,則H=2.2D，且

由式

為了便于設備選型和參照上述發(fā)酵罐計算，，罐底錐高為7000mm。

成熟醪中間罐工作溫度為32～33℃，常壓，pH=3.6～3.8。因此材質(zhì)為碳鋼加涂料，鋼板厚度為10mm。

為了符合人性化設計，發(fā)酵罐頂人孔直徑600mm，罐側(cè)面人孔直徑600mm，罐頂為原則橢圓構(gòu)造，直徑為7000mm，半軸長為1750mm(0.25D)。

2.3發(fā)酵工段設備闡明某些

表4-7發(fā)酵工段設備

設備編號

設備名稱

型號

臺數(shù)

材質(zhì)

單重（㎏）

生產(chǎn)廠家

R0331/41

種子罐

Ф=4000×1000

V=70m3

2

0Cr18Ni9

10300

吉林天池

R0361

預發(fā)酵罐

Ф=7000×1750

V=600m3

1

碳鋼+涂料

4300

吉林天池

R0381/84

發(fā)酵罐

Ф=7000×1750

V=600m3

4

碳鋼+涂料

4300

吉林天池

R0311

成熟醪中間罐

Ф=7000×1750

V=600m3

1

304

25709

吉林天池

R0322

空氣儲罐

Ф=1016×2960

1

--

長春空壓機廠

R0341

儲氣罐

C-I型800×2210

1

--

--