年产10万吨食用酒精工艺流程1Word格式.docx
《年产10万吨食用酒精工艺流程1Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产10万吨食用酒精工艺流程1Word格式.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
对自己，本次设计是对自己大学四年所学知识的一个综合的运用和分析。
2设计概论
2.1生产方案的确定和产品方案
从投资能力、销售量、水源、能源供应、供电状况、技术状况等方面综合考察，决定设计建造一座年产10万吨的酒精食用厂，产品质量达到国家优质食用酒精标准，浓度为95.5%（V）。
2.2厂址选择
厂址选择的具体条件、自然条件：
①地形：
简单、整齐、矩形面积：
满足工厂总平面布置要求
②地势：
基本平坦，略有坡度平原＞0.5%山区＜5%
③地质条件
a.避开危害地区：
矿藏区、采空区、古井、古墓、坑穴
b.地基承载力＞120～180KN/m2
c.寒冷地区，注意冻土层
④气象条件（风向、风景、雨量、温度）
a.搜集十年以上气相资料
b.雨量和温度有最高、最低和平均数据
c.冰冻线对建筑基础和管线的影响
⑤水文条件
a.了解蓄水量、水量供产量、水价、取水点、水层条件
b.靠近水资源丰富的水源地
⑥环境卫生条件
a.周围环境较清洁、含尘含菌浓度低、无有害气体污染
b.在居民区的下风侧
拟建年产10万吨食用酒精工厂
布置方案：
按功能区分为厂前办公区、生产装置区、生产辅助区、热能动力区、净水处理区、污水处理区、原料仓储区、成品罐装区、铁路、发远区等。
左
侧
区
厂前区
生产区
厂后区
右
（1）选择地点：
位于吉林省松原市扶余县西南街
（2）选择依据：
交通便利、空气清洁、无污染、水质好、水源丰富
2.3原料来源、规格及标准
（1）来源：
玉米采购在松原市扶余县
（2）规格及标准，外观指标
玉米粉是由脱皮、脱胚的优质玉米精制而成。
无有害、有毒物质，无沙子或其它不纯物，质量一致且符合食品级，无任何添加剂和抗氧剂。
外观：
（色泽、气味、口味）正常、无霉变、无杂物，白色至黄色自由流动的颗粒，没有其它杂质。
气味/味道：
具有特有的玉米香味，没有酸味、霉变的味道及其它异味。
表2-1玉米理化指标
项目
单位
指标
细菌总数
大肠菌数
霉菌及酵母数
磷化物定性
氰化物定性
碱性金属物含量
汞
黄曲霉毒素B1
Cfu/mg
MPN/100mg
mg/kg以Hg计
µ
g/kg
≤50,000
≤100
≤2,000
阴性
0.003%
<
0.02
5
表2-2玉米的化学组成（%）
水分
淀粉
蛋白质
粗纤维
脂肪
灰分
7～16
60～75
8～10
1.3
3.1～5
1.7
2.4主要辅料的质量标准
（1）淀粉酶
表2-3耐高温α-淀粉酶性质
项目
标准
最适pH值
最适作用温度
Ca2+浓度
液化力
5.5～7.0
90℃以上
50～70mg/kg
≥120KNU/g或800.000mwu/g
（2）活性干酵母
表2-4活性干酵母性质
性质
色泽
形状
气味
杂质
无异物
酵母活细胞率
保存率
水分
致病菌
重金属
淡黄至浅黄色
颗粒或条状
具有酵母特殊气味，无异味
无异物
≥48%
≥80%
≥85%
≤5.0%
不得检出
≤20
2.5水的质量标准
在酒精厂里水的主要用途是：
冷却用水，锅炉用水和各种洗涤用水。
硬度过高的水不能用于酒精生产，因为所有的酒精生产工艺过程都是在弱酸性的条件下进行的（pH4.5～5.5）.
冷却用水硬度也不能过高，否则容易引起设备和管道表面结垢，影响冷却效果。
锅炉用水应符合锅炉用水标准，硬度超标一定要进行软化处理。
原水按硬度分为如下几类，见表2-5。
表2-5水的硬度分类
水质类别
硬度值
碱性离子浓度（mmol/LH2O）
较软水
软水
中硬水
较硬水
硬水
极硬水
0～4.0
4.1～8.0
8.1～12.0
12.1～18.0
18.1～30.0
≥31.0
0～1.44
1.45～2.88
2.89～4.21
4.33～6.48
6.49～10.80
＞10.81
2.6主要工艺技术参数
表2-6主要工艺技术参数
参数
玉米原料淀粉含量
淀粉利用率
75%
91.45%
淀粉出酒率
加水比
55.34%
1：
3.5
3淀粉质原料酒精生产工艺
3.1淀粉质原料酒精生产的流程
淀粉质原料
除杂粉碎
粉料
加水调浆
粉浆
加α-淀粉酶喷射液化
粉浆液化液
加入糖化酶糖化
取小部分加入酵母
糖化醪
酒母
加入酒精酵母进行酒精发酵
酒精发酵醪
CO2
蒸馏
其他产品或杂质
废醪
酒精
从上述流程可见，淀粉质原料酒精生产是由原料预处理，原料的水-热处理（原料的蒸煮），糖化剂生产，糖化，酒母制备，发酵和蒸馏等工段组成的。
下面分别对上述诸工段作详细的介绍。
3.2原料的水-热处理
含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的保护作用，不易受到淀粉酶系统的作用。
另外，不溶解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非产的缓慢，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，这就是原料水-热处理的主要目的。
3.3糖化工艺
3.3.1糖化的目的
淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，或者无蒸煮工艺的醪液，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶系统的作用下水解成酵母能发酵的糖类。
淀粉转变为糖的这一过程，称为糖化。
糖化后的醪液称为糖化醪。
主要目的还是将淀粉酶解成发酵性糖
3.3.2糖化过程中物质的变化
在糖化过程中，醪液中的蛋白质在蛋白酶的作用下水解成胨，多肽和氨基酸等，所以糖化时醪液中氨基酸的含量增加1.5—2.0倍。
这些小分子的氨基酸是酵母菌体增殖的良好营养分。
醪液中的果胶质和半纤维素会有不同程度的水解，并生成相应的水解产物。
3.3.3糖化方法
蒸煮醪冷却至糖化温度；
加糖化剂，使蒸煮醪液化，淀粉糖化，物料的巴斯灭菌；
糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送往发酵或酒母车间。
先用间歇操作方法制备一锅60°
C糖化醪，在开动搅拌器和开大冷却水前提下，连续从后熟器或蒸汽分离器送入蒸煮醪。
固体曲曲乳、液体曲，或糖化醪稀释液不断从贮罐定量地流入。
糖化醪则以锅底醪经往复泵送往喷淋冷却器，冷却到30°
C的糖化醪送往发酵车间，送往酒母车间的糖化醪不必经后冷却。
只要单位时间由蒸煮醪带入的多余热量和冷却水单位时间带走的热量相等，则糖化锅内的醪液的温度就可以维持在60°
C，持久不变，只就是混合冷却连续糖化工艺的使之所在。
在蒸煮醪时，不宜采用糖化酶的最适作用温度，因为酶稳定的最适温度比其他作用的最适温度低。
所以在最适作用温度下进行糖化，虽然糖化速度提高了，但是酶的失活率也比较高，不利于在发酵过程中进行的淀粉后糖化作用。
糖化30min就够了，糖化时间过长会降低糖化设备的利用率。
过多的糖化剂的使用会增加成本。
糖化醪质量检测，主要测定外观糖和酸度。
3.4酒精生产对酵母的要求
（1）应具有较高的发酵能力，即能快速并完全地将糖分转化为酒精。
（2）繁殖速度快，即具有高的比生长速度。
（3）具有高的耐酒精能力，即对本身代谢产物的稳定性高，因而可以进行浓醪发酵。
（4）抵抗杂菌能力强，即对杂菌代谢产物的稳定性高，耐有机酸能力强。
（5）对培养基的适应性强，耐高温，耐盐，耐干物质浓度的性能强。
4酒精生产过程中的物料和热量衡算
4.1酒精生产工艺技术指标
生产规模：
100，000T/年
生产方法：
双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏
生产天数：
300天/年食用酒精年产量：
100，000T
食用酒精日产量：
334T食用酒精时产：
14T即14，000kg/h
副产品年产量：
不得有次级酒精占酒精
杂醇油量：
为成品酒精量的0.5%
产品质量：
国标食用酒精（乙醇含量95%（V/V））热量
生产原料：
玉米原料（含淀粉68%、水分11%）
α-淀粉酶的用量为8u/g原料，糖化酶用量为150u/g原料，酒酵母糖化醪用糖化酶量为300u/g原料
酸铵用量：
7Kg/T（酒精）；
浓硫酸（98%）用量（调PH）：
5Kg/T（酒精）
调浆时：
料水比为1:
3.5，调浆后粉浆温度为343k，每个粉浆罐的容积为5m2，径高比为1:
1.5，锥形部分的高度为圆筒部分高度的1/3，交替使用。
糖化醪91%作为生产糖化醪，9%作为酒母糖化醪，酒母糖化醪制备时，料水比为1:
4.5。
粉浆有关数值：
粉浆比热为3.57kj/kg.k，蒸煮的温度为416k，加热蒸汽的压力位5个大气压（表压），加热蒸汽的热焓为657.8×
4.187kj/kg,加热蒸汽的凝结水的热焓为143×
4.187kj/kg，整个蒸煮时间为2小时，最后一个后熟器的压力为0.5个大气压（表压）,对应的温度为384k，气液分离器中糊化醪的比热为3.6kj/kg.k。
糊化醪的比重为1.085，糊化醪的比热为3.64kj/kg.k。
蒸煮锅后熟器要求;
蒸煮锅和每个后熟器的容积相等，气液分离器装料量为50%，蒸煮锅、后熟器、气液分离器圆筒部分径高比为1:
3。
冷却器：
正空冷却器有圆柱形部分和锥形部分组成，圆柱形部分的高度为直径的1.5倍，圆锥低角为45°
。
真空度维持在550mm汞柱，对应温度340k，二次真气汽化热为558×
4.187kj/kg.k，二次蒸汽的比容为5.7m³
/kg,二次蒸汽的上升速度为0.8m/s，醪液下降管的长度为10m，垂直安装。
糖化锅:
糖化锅由圆柱形部分和球形部分组成，装料系数为75%。
几何容积的计算按以下进行：
V=0.785D²
+1/3πh²
（3r-h）
D—圆筒部分的直径（m）；
H—圆筒部分的高度m；
h—球形底的高度m；
r—底的曲率半径m；
H=2D；
h=0.25D;
r=（D²
+4h²
）/8h
糖化时间为45min
4.2工艺流程图见具体图纸
4.3原料消耗计算
工艺计算，在设计或改建、扩建酒精厂中，对生产过程的物料和能量衡算是必不可少。
衡算结果不但为生产设备和动力设备的设计、选型提供重要依据，而且能获得生产过程主副原料的消耗、水电气的消耗以及成品、副产品和废料的数量。
这些都是组织和管理生产、进行成本核算的必要依据。
4.3.1原料计算
现以生产95%（V）成品酒精1000kg作为计算的基准。
从淀粉质原料生产酒精的化学反应式原料与成品之间的定量关系如下：
可以得到每生产1000kg无水酒精需要淀粉量为：
1000×
（162／92）=1760.9（kg）
而95%（V）的成品酒精相当于92.41%（w），故生产1000kg95%（V）成品酒精需要的淀粉量为：
1760.9×
92.41%=1627.2（kg）
酒精生产要经历许多的工序和复杂的生物化学变化，在生产的各个阶段难免会有淀粉的损失，根据实际经验，生产1000kg上食用酒精生产过程中各阶段的淀粉损失的分配大致如表。
生产过程淀粉损失一览表
生产工序
淀粉损失原因
淀粉损失量（%）
原料预处理
蒸煮
发酵
蒸馏
粉尘损失
未溶解淀粉及糖分破坏
未发酵残余糖分
巴斯德效应和用于发酵副产物损失
酒精自然蒸发与被二氧化碳带走
废槽液带走及其它蒸馏损失
累计损失
由酒精捕集器回收酒精
实际损失
0.40
0.50
1.50
4.00
1.30
1.85
9.55
1.00
8.55
因此，一般在整个生产过程中淀粉利用率在91.45%之间，若以上表为依据，淀粉利用率为91.45%计算，每生产1000kg成品酒精需要淀粉量为：
1627.2÷
（1-8.55%）＝1779.3（kg）
玉米为：
1779.3÷
68%=2616.6（kg）
故生产1000kg来自玉米的上食用酒精总淀粉原料为：
2616.6kg
4.3.2辅料计算
4.3.2.1α-淀粉酶的消耗量
蒸煮醪所需辅料的计算;
以设计要求玉米为原料，应用酶活力为2000u/g的α-淀粉酶进行液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗，据技术指标，α-淀粉酶的用量按8u/g原料计算，则酶用量为：
2616.6（kg）×
1000（g/kg）×
8（u/g）÷
2000（u/g）=10.5kg
4.3.2.2糖化酶的消耗量
蒸煮醪所需辅料的计算;
以设计要求玉米为原料，应用酶活力为20000u/g的糖化进行糖化，据技术指标，糖化酶的用量按150u/g原料计算，则酶用量为：
2616.6（kg）×
150（u/g）÷
20000（u/g）=19.6kg
此外，酒母糖化制备时，糖化酶用量按300u/g原料计算，设酒母用量为10%，则酶用量为：
10%×
70%×
300（u/g）÷
20000（u/g）=2.7kg
注：
其中70%指酒母糖化醪制备时，糖化醪为70%，另外补充30%的水。
4.3.2.3蒸煮醪量计算
根据生产实践，连续蒸煮首先将粉碎原料在配料调浆罐内与温水混合，加水比一般为1:
3左右，本实验取1:
3.5则粉浆量为：
2616.6×
（1﹢3.5）＝12182.2kg
这里简化计算，用以下方法近似求解。
假定采用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度为343K,应用喷射式液化器使粉浆温度迅速上升至416k，然后进入罐式连续液化器液化，在真空冷却器中闪击蒸发冷却至384K进入发酵罐。
（1）根据所给数据，知道蒸煮醪比热为3.57kj/kg.k。
为简化起见，设此比热在整个蒸煮过程中维持不变。
经加热蒸汽喷射液化过后的醪液量为：
12182.2+12182.2×
3.57×
（416-343）/（657.8×
4.187+（416-273）×
4.187）=13129.3kg①
式中：
657.8×
4.187为加热蒸汽的焓kj/kg
（2）经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：
设经第二液化维持罐出来的蒸煮醪温度由416k降低到393k，此处设温度降低是通过汽化解决，所以蒸煮醪汽化后的量为：
13129.3-13129.3×
（416-393）/2205.2=12640.4kg
2205.2为393k时水蒸气的汽化潜热kj/kg
（3）经喷射混合加热器后的蒸煮醪的量为：
设经喷射混合加热器后的蒸煮温度由393k上升到398k，所以喷射混合后蒸煮醪的量为：
12640.4+12640.4×
（398-393）/（657.8×
4.187-（398-273）×
4.187）
=12741.5kg
4.187为加热蒸汽的焓（kj/kg）；
398k为灭酶温度
（4）经最后一个后熟罐出来的醪液量为：
经最后一个后熟器后。
醪液温度由398k降低到384k，若温度降低是由热损引的，醪液量不变；
此处设为通过汽化降温，所以降温后的醪液量为：
12741.5-12741.5×
（398-384）/22346=12712.8kg
（5）经真空冷却器后最终蒸煮醪量为：
12712.8-12712.8×
（384-340）/558×
4.187=11841.3kg
注
（1）:
参见公式，即根据热量衡算
（2）:
参见《化工原理》p335—天津大学出版社2004年新版，下同
式中，22346为384k时水蒸气的汽化潜热kj/kg
4.3.3糖化醪与发酵醪量计算
①发酵过程中相应的过程释放的CO2总量为：
（1000×
92.41%）/98%×
（44/46）=902kg
式中：
44/46指的是产生一分子酒精就产生一分子CO2,即理想发酵情况下。
所以最终需要蒸馏的醪液中含酒精约为：
92.41%）/（11841.3-902）×
100%=8.45%（质量分数）
由上计算可知发酵结束后成熟醪焓酒精约8.45%（质量分数）。
并设蒸馏效为98%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%，则生产1000kg95%国际酒精成品的有关计算如下：
1需蒸馏成熟发酵醪的量为：
F1=[（11841.3-902）/98%]（100+5+1）÷
100=11832.3kg
2不计酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水，可设发酵过程中则成熟发酵醪量为：
F2=11841.3-902=10939.3kg
3接种量按10%计算，则酒母量为：
11841.3×
10%=1184.1kg
注：
设计要求最后醪液91%用于发酵，9%用于酒母制作，相当于9/91≈10%
4.4根据要求实际原料耗算一览表
因计算方便，上面计算的是生产1000kg要求酒精相关数据，实际生产100,000t酒精则进行放大，因取的基础数据（如比热容）都一样，所以对结果没有影响
下表则是1000kg酒精和放大后100，000t酒精相关数据一览表：
1000kg酒精相应用量产量
100,000t酒精相应用量产量
生产95%（V）成品酒精所需淀粉总量
1627.2kg
16272t
生产成品酒精需要淀粉量（计淀粉损失后）
1779.3kg
177930t
来自玉米的上食用酒精总店粉原料为
261660t
α—淀粉酶的消耗量
10.5kg
1050t
糖化酶的消耗量
19.6kg
1960t
酒母糖化酶的消化量
2.7kg
270t
粉浆量
12182.2kg
1218220t
经加热蒸汽气喷喷热液化过后的醪液量
13129.3kg
1312930t
经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量
12640.4kg
1264040t
经喷射混合加热器后的蒸煮醪的量
12741.5kg
1274150t
经最后一个后热罐出来的醪液量
12712.8kg
1271280t
经真空冷却器后最终蒸煮醪量
11832.3kg
1183230t
计酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水需蒸煮的成熟发酵醪量
11823.3kg
1182330t
接种量按10%计算酒母量
1184.1kg
118410t
计算结果和相关数据和放大数据一览表
生产100,000t的数据位在生产1000kg数据的基础上乘以100，单位则为t，但物质本身的性质数据除外。
若固定日产量，全年生产应为100100t，即在1000kg数据的基础上乘以100.1，单位t，这里没有列出，但设计生产设备是是在日产量的条件下计算的。
4.5生产设备相关计算
4.5.1粉浆罐
已知蒸煮糖化车间有两个粉浆罐，每个粉浆罐的容积为5m³
高径比为1：
1.5，
粉浆流量应为：
12182.2×
（14000/1000）=170550.8kg÷
1080kg/m3=124.73m³
锥形部分高度为圆筒部分高度的1/3。
故总容积V
V=V1+V2=π（D/2）²
H+1/3[π（D/2）²
]h
D—圆筒部分的直径（m）；
h—圆锥部分的高度m，由此可得：
D=2.43mH=1.62mh=0.54
设调浆时间为3min，则有效流量为：
V有效=124.73×
（3/60）=6.24m³
若按要求取5m³
的粉浆罐，则需要台数为：
n=6.24/5=1.3=2
若要进行交替使用，则至少要3台。
4.5.2酒母罐
时产酒母醪的体积应为：
1184.1/1.085×
（14000/1000）=13.2m³
同蒸煮锅和后熟器一样，计算可得酒母罐体积：
V有效=13.2×
2÷
0.8=33.0m³
式中:
0.8为装料系数，2为与蒸煮同步的逗留时间h。
可知酒母醪糟体积很小，取体积为50m³
的酒母罐一个即可。
4.5.3糖化罐
H+1/3πh²
r
升级会员 