年产10万吨酒精发酵车间设计01.docx
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年产10万吨酒精发酵车间设计01
年产10万吨酒精发酵车间设计01
摘要
酒精在我国酿酒行业、化工行业等，都发挥着重要作用。
食用酒精作为硬饮料中不可缺少的添加成分，它的品质越来越受到人们的重视，特别是我国做为世界白酒消费大国，食用酒精品质的好坏，就显得更重要了。
本设计是对年产10万吨酒精工厂发酵车间工艺设计。
主要包括酒精生产的工艺流程设计、工艺计算、全厂物料衡算（工艺技术指标及基础数据）、各个工段物料和热量衡算（蒸煮工段、糖化冷却工段、发酵工段、蒸馏工段以及酒精生产过程中的供水供气衡算）、设备的设计与选型（包括发酵罐、预发酵罐、酒精捕集器、酒母培养罐，泵），厂房的整体布置和轮廓设计、发酵车间的布置设计。
绘制酒精生产工艺流程图、发酵车间带控制点工艺流程图和发酵车间平面、立面布置图。
关键词：
酒精；工艺；设计；设备
前言
酒精在我国酿酒行业、化工行业、橡胶工业、油漆涂料工业、电子工业、照相胶片及纸浆生产行业、医药行业、香料工业、化妆品行业等，都发挥着重要作用。
食用酒精作为硬饮料中不可缺少的添加成分，它的品质越来越受到人们的重视，特别是我国做为世界白酒消费大国，食用酒精品质的好坏，就显得更重要了。
可以说，食用酒精品质的好坏是涉及到千家万户的大事。
从粮食、薯类、糖蜜三类原料来看食用酒精产成品的质量，粮食酒精最优，其次是薯类酒精，最差的是糖蜜酒精。
食用酒精使用粮食和酵母菌在发酵罐里经过发酵后，经过过滤、精馏来得到的产品，通常为乙醇的水溶液，或者说是水和乙醇的互溶体。
蒸馏法提高酒精浓度最多能到73%左右，因为乙醇和水会形成共沸混合物。
食用酒精的度数是不确定的，通常为食用酒精的纯度为95%。
乙醇俗语叫酒精，分为工业酒精和食用酒精，但车用酒精与它们有明显的区别。
第一，工业酒精的纯度为90%，其余的10%中除甲醇等杂质外，大多数是水；而食用酒精的纯度为95%，其余5%都是水；车用乙醇与其它相比最大的区别就是脱水，按国家标准，它的杂质和水含量必须小于0.8%。
第二，酒精既可以车用又可以食用，在很多国家，食用酒精都是高税收，而车用乙醇则是给补贴。
为了防止一些厂家把车用乙醇回流到食品工业，从而拿政府补贴，躲避高额税，车用乙醇出厂时就必须加变性剂，让它从颜色或味道上区别于食用酒精。
像我国，车用乙醇出厂前加3%－5%的汽油，让它在味道上区别于食用酒精。
而欧洲一些国家则在其出厂前加颜色，如蓝色、红色等。
本设计采用先进的生产工艺，利用国内外先进的生产管理经验。
采用低温蒸煮，双酶液化糖化，连续发酵，三塔直接式蒸馏，分子筛脱水。
本设计将木薯干到制成食用酒精中的各环节涉及的工艺、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述，希望能和各位共同讨论。
由于本人的水平有限，错误之处在所难免，不足之处恳请专家学者多多指正。
第1章全厂工艺论证
1.1生产原料：
木薯（淀粉质原料）
1.1.1木薯的主要成分
木薯起源于热带美洲，广泛栽培于热带和部分亚热带地区，主要分布在巴西、墨西哥、尼日利亚、玻利维亚、泰国、哥伦比亚、印尼等国。
中国于19世纪20年代引种栽培，现已广泛分布于华南地区，广东和广西的栽培面积最大，福建和台湾次之，云南、贵州、四川、湖南、江西等省亦有少量栽培。
木薯的营养成分如表1-1所示。
表1-1木薯的营养成分列表（每100克中含）
成分名称
含量
成分名称
含量
成分名称
含量
可食部
99
水分（克）
69
能量（千卡）
116
能量（千焦）
485
蛋白质（克）
2.1
脂肪（克）
0.3
碳水化合物（克）
27.8
膳食纤维（克）
1.6
胆固醇（毫克）
0
灰份（克）
0.8
维生素A（毫克）
0
胡萝卜素（毫克）
0
视黄醇（毫克）
0
硫胺素（微克）
0.21
核黄素（毫克）
0.09
尼克酸（毫克）
1.2
维生素C（毫克）
35
维生素E（T）（毫克）
0
a-E
0
（β-γ）-E
0
δ-E
0
钙（毫克）
88
磷（毫克）
50
钾（毫克）
764
钠（毫克）
8
镁（毫克）
66
铁（毫克）
2.5
锌（毫克）
0
硒（微克）
0
铜（毫克）
0
锰（毫克）
0
碘（毫克）
0
1.1.2木薯作为酒精原料的特点
1.单位亩产量高，高的可达1500—2500kg。
2.木薯的淀粉含量高，纤维少，并有适量的蛋白质，加工比较容易，淀粉利用率高。
3.木薯的缺点在于胶质、果胶质等粘性物质较多。
醪液粘度大，甲醇的生成量较多。
综上所述，木薯（木薯干）是一种良好的酒精生产原料，为我国大多数酒精厂所采用。
1.1.3生产过程中的木薯干相关工艺参数
生产过程中的木薯干相关工艺参数如表1-2所示。
表1-2木薯干相关工艺参数
原料
淀粉含量（%）
水分（%）
木薯干
70
13
1.2原料的预处理
1.2.1原料的除杂
淀粉质原料在收获和干燥的过程中，往往会掺夹进泥土，沙石，纤维质杂物，甚至金属块杂物。
这些杂物如果不在生产前除去，则将严重影响生产的正常运转。
为了清除这些杂质，最常用的的除杂方法有筛选，风选和磁力除铁。
而磁力除铁又可分为永久性磁力除铁器和电磁铁除铁器。
电磁铁除铁器具有固定不变的磁场因此不永久性磁铁除铁器更为完善，所以选用电磁铁除铁器。
1.2.2原料的粉碎和输送
原料进行水—热的目的是要使包含在原料细胞中的淀粉颗粒能从细胞中游离出来，充分吸水膨胀，糊化乃至溶解，为随后的淀粉酶系统作用。
并为淀粉转化成发酵性糖创造成必要和良好条件。
就目前的情况来看，先将原料粉碎，再在较和缓的的条件下进行蒸煮是较好的方法。
原料粉碎的方法分为两种：
干式粉碎和湿式粉碎。
其优缺点比较如表1-3所示。
通过对干式粉碎和湿式粉碎的比较，因原料采用的是木薯干，为了节约成本，所以最终采用干式粉碎。
干式粉碎采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，因为两级粉碎的动力消耗较低。
原料经过粗碎后原料颗粒应能通过6～10mm的筛孔。
粗碎后颗粒在经细碎，最终原料颗粒能通过1.2～1.5mm的筛孔因为原料粉碎至直径1～1.8mm的原料颗粒易于吸水膨胀和较彻底糊化。
而锤式粉碎机的结构比较简单，更换筛板和锤片的操作方便，对原料品种变化的适应性较强，操作要求也不高因此可以再此选用。
表1-3干式粉碎和湿式粉碎的优缺点比较如下表
粉碎
方法
优点
缺点
干式
粉碎
粉碎后的原料可以储藏，能较低，最终得到原料颗粒一般通过1.2～1.5mm筛孔。
原料粉碎时粉末易飞扬，造成原料损失，且劳动条件较差。
湿式
粉碎
原料粉碎粉末不宜飞扬，可减少原料损失和改善劳条件，还可省去除尘设备
所的浆料只能立即用于生产，不宜储藏，耗电量比干式粉碎高出8～10%，因此常用于湿度较大的原料。
在原料粉碎前进入粉碎机和粉碎和送入条浆桶涉及到原料的输送问题。
国内酒精厂采用的原料输送方法有机械输送、气流输送和混合输送三种。
混合输送是机械输送和气流输送的混合物。
而气流输送和机械输送相比主要又三个优点：
（1）机械输送一般是在开放条件下进行，粉尘飞扬严重，即造成原料的损失，也恶化了劳动条件。
而气流输送均在密闭条件下进行，上面的两个问题迎刃而解。
（2）机械输送时，虽装有电磁除铁器，但无法除去石块等坚硬杂物，铁片因物料干扰有时也会进入粉碎机中，因此，后者的筛板破损率较高，粉碎度不宜保证。
实现气流输送后，铁片等杂物，能可靠的在一级升料管的接料器底部被自动风选出，从而保证了筛子和设备较厂期的使用。
（3）在不用气流输送时，已经粉碎好的原料不能流畅地从粉碎机中排除，影响粉碎机生产能力发挥。
采用气流输送后，粉碎后的原料被气流从粉碎机中吸出，从而提高粉碎机的生产能力。
因气流输送又以上优点，并且他是一种适于输送散粒状或块状物的方法，而木薯干在粉碎后符合其形状要求所以在原料粉碎前后都选用气流输送。
而粉碎前木薯干是较大的块状物，可采用机械输送，这样可以降低一部分能耗。
气流输送又分为压力输送和真空输送。
压力输送在输送管内又较大的压力，所以对设备的要求也较高，并且因管内的压力高于大气压管内的原料粉末从设备缝隙中漏出造成原料的损失，而真空输送不存在这些问提，所以在此选用真空输送。
综上所述，采用混合输送，其工艺流程如图1-2所示。
木薯干称重到包皮带输送除铁粉碎
料斗细粉碎吸风管旋风分离器
风机布袋过滤器大气加料器
细粉回收拌料罐
图1-2混合输送工艺流程图
1.3原料蒸煮工艺
1.3.1蒸煮目的
含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的保护作用，不宜受到淀粉酶系统作用。
另外，不容解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非常慢，水解程度也不高。
所以，淀粉原料在进行糖化之前一定要经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。
这就是原料蒸煮的主要目的。
目前除了少数小型酒精工厂仍采用间歇蒸煮外，大多数工厂都采用连续蒸煮工艺。
所以本设计也采用连续蒸煮工艺。
1.3.2粉浆的预煮
粉碎原料加水制成粉浆时，应注意防止粉料的结块。
一旦形成粉团蒸煮的质量就会受到影响，因为粉团内部的粉料没有吸水膨胀，也就不可能糊化，这将导致不容解淀粉数量的增加，出酒率因此降低。
分料结块的主要原因是搅拌不充分或不均匀；搅拌温度过高，达到或接近糊化温度。
根据这种情况，制备粉浆时，应该选择好搅拌器的结构，保证必要的搅拌速度，严格控制搅拌用水的温度，使他不超过原料的糊化温度，一般应控制在65℃左右。
拌料水温度一般为70℃。
如前所述，55～65℃这一温度区域间会使原料中的淀粉酶活化，造成部分原料糖化，生成糖，这部分糖会在随后的蒸煮过程中损失掉。
因此在预煮时生温速度应较快，并在打到预定温度后迅速送去蒸煮。
在拌料过程中相应的加入a-淀粉酶。
1.3.3间歇蒸煮与连续蒸煮工艺相比较其优缺点
优点：
间歇蒸煮的设备简单，操作方便，投资也较少，适用于生产规模较小的工厂。
缺点：
（1）蒸汽消耗量大，而且量不均匀，造成锅炉操作的困
难和煤耗的增加。
（2）辅助操作时间长，设备利用率低。
（3）蒸煮质量较差，出酒率低。
（4）难以实现操作过程的自动化。
通过对两种蒸煮工艺的比较，该厂确定选用能耗低，设备利用率较高，蒸煮质量较好，能实现操作过程自动化等优点的连续蒸煮工艺。
其连续蒸煮工艺流程如图1-3所示。
热水
拌料罐
图1-3连续蒸煮工艺流程图
粉碎后原料蒸煮时加水制成粉桨，其料水比为1：
3，水温为70℃，并加入α-淀粉酶然后进行低温蒸煮，其时间为5～7min，温度控制在88℃。
第一、第二维持罐的温度分别控制在88℃、84℃，并在里面停留40min左右。
最后醪液进入薄板换热器，降温到糖化温度：
62℃。
1.4糖化工艺
木薯干原料在蒸煮以后得到的蒸煮醪，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成为酵母能发酵的糖类。
淀粉转化成糖的这个过程，叫糖化。
糖化后的醪液叫糖化醪，糖化后的主要产物对比如表1-4所示。
淀粉的液化和糖化作用，会产生很多的中间产物，主要是不同聚和度的糊精，糖化的最终产物是要更多的产生可发酵性糖，也有少数的不发酵性糖类物质。
因此，糖化的目的是将淀粉充分转化成可发酵性糖。
其中，淀粉酶水解就是使α-1，4葡萄糖苷键和α-1，6葡萄糖苷键断裂。
表1-4淀粉糖化的主要产物对比
碳水化合物
分子量
聚合度
比旋度
还原性（%）
可溶性淀粉
208000
1300
199.7
0.073
淀粉糊精
10000
61
196
0.5
四糖
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