5000t淀粉原料酒精厂的设计Word文件下载.docx
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第1章设计目的任务及标准
1.1设计任务的意义
本文主要介绍5000吨/年酒精厂发酵车间工艺设计的一种思路，对酒精的生产工艺流程进行研究，其中包括酒精工艺流程及其论证，物料平衡和设备的计算及其选型，本设计采用先进的工艺流程对生产工艺、物料和能量的节约型和对重点工段的设备选型做了重点介绍。
同时，考虑系统的灵活性、经济性，及安全、环保要求，并降低交叉污染的几率等。
根据酒精生产的特点对其结构布局进行合理设计，使得生产车间尽量紧凑、物料及能源输送距离尽量缩短，从而有效的节约资源、降低生产成本。
本文针对酒精发酵特点进行物料衡算，对于酒精厂发酵车间进行了热量衡算，使得生产的各环节能够有效结合，便于提高能源的利用率。
1．2设计要求和基本内容
1）厂址选择的原则a.可靠地水源：
水质，水量b.便利的交通：
原材料，成品c.尽可能靠近已有的热、电源、劳动力市场和酒精销售区域，以充分取得企业协作的条件d.厂址地质耐力宜在20吨/平方米以上，可节约基础工程投资e.酒精厂的综合利用以及废料的处理及堆放场地。
2）厂址选择结果综合各种因素，初步选择商丘郊区作为酒精厂的厂址。
这样，原材料成本大大降低，同时产品又能及时的销往各中心城市，交通较为方便，远离居民区，是较为理想的选择。
1．3设计指导思想
1．3.1在设备方面，采用先进技术及机械化、自动化生产控制，提高劳动生产率，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺,新设备，新技术。
1．3.2在经济上，要做到合理利用资源，降低能耗，减少污染，保护环境，减少浪费。
1．3.3设计出来的酒精厂要求投资少、技术高、运行稳定、管理方便、环境好。
最重要的一点是生产成本低。
在工艺方面，力求合理性和先进性；
1．4设计依据：
1.4.1酿造酒工艺学课程设计指导书。
1.4.2酿造酒工艺学课程设计任务书。
1.4.3《发酵工艺原理》、《发酵工厂工艺设计概论》、及生物工程专业基础班理论课本等参考资料
1．5可行性报告：
1．5.1项目内容
本研究是对酒精生产的发酵生产工艺，物料衡算，经济核算等方面的内容。
1．5.2项目提出的背景及建设必要性
自中国改革开放以来，人民的消费水平不断提升，其中酒精的用量也大增。
燃料酒精顾名思义其作用是充当燃料。
当今世界一次燃料资源日益枯竭，大气中CO2等室温气体浓度的增大造成气候变暖，石油供应价格的波动，……，种种社会现象使人们不得不极力寻求一种绿色可再生能源作为替代燃料。
正是在这种情况下，燃料酒精当仁不让的成为了研究者的聚焦点。
这个分子内含有氧的物质，有效地补充了汽油在油缸内燃烧外界供氧不足的问题，另外又较好地解决了汽油的高辛烷值组分问题，“两好合一好”，使酒精（乙醇）的物理化学特性得以充分的发挥，同时又成功地缓解了尾气污染问题，使其在新兴能源队伍中的地位逐渐攀升。
二十一世纪，燃料乙醇将会逐步发展成为新能源的亮点，焕发出朝阳产业的无限生机。
燃料酒精是优良的油品质量改良剂，或者说是增氧剂，是汽油的高辛烷值调合组分。
添加燃料乙醇的汽油，国际上称为“增氧汽油”或“含氧汽油”，一般根据MTBE（甲基叔丁基醚）、酒精（乙醇）是单独使用或混合使用，有一系列灵活的配方，所以又称为新配方汽油。
在汽油中加入10%的燃料酒精后，油品的含氧量可达到3.5%，汽油的辛烷值（我国的汽油标号）可提高近3个标号，又降低了油品的芳烃含量，抗爆指数大约增加了2个单位，汽车尾气中碳氢化合物、NOx和CO含量明显降低，降低幅度可以达到30～35%，使油品的燃烧性能、动力性能和环保性能均得到了改善，具有明显的社会效益。
1．5.3设计范围
1.确定工艺流程及生产操作条件
2.工艺及其主要设备（物料衡算、设备计算，总经济核算）
3.绘制生产工艺流程图
第二章淀粉质原料酒精工艺流程设计
2.1玉米和木薯都属于淀粉质原料，下面为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
CO2酒精发酵醪
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。
2.2.预处理
淀粉质原料在正式进入过程前，必须进行预处理，以保证生产的正常进行
提高生产的效益。
预处理包括除杂和粉碎两个工序。
2.2.1原料的除杂
2.2.1.1除杂方法（筛选风选磁力除铁）
2.2.1.1气流-筛选分离器
用于谷物原料除杂用。
凡是厚度和宽度或空气动力学性质与所用谷物不同的杂质，都可以用气流-筛选分离器将其分离。
。
2.2.1.2磁力除铁器
铁质杂质通常用磁力除铁器来分离。
磁力除铁器分永久性磁力除铁器和电磁除铁器两类。
2.2.2原料的粉碎
2.2.2.1粉碎方法
干式：
干式粉碎应采用粗碎和细碎。
湿式：
湿式粉碎是指粉碎时将拌料用水与原料一起加到粉碎机中去进行粉碎。
2.2.2.2原料的输送（本设计采用气流输送）
气流输送俗称风送。
是利用气流管子中输送物料。
它的简单原理就是：
固体物料在垂直向上的气流中受到两个力的作用，一个是向下的重力，一个是向上的推力，如果推力大于重力，则物料被气流带动向上运动，从底部移到高位。
举例：
玉米和木薯进入接料器，它就被吸料管中的上升气流带动，从低位运送到高位，原料中的金属，泥土和石块等杂质，则因相对密度较大，不能为气流所带走而留在接料器底部或直接落在地上。
2.3原料预处理流程
原料称重倒包皮带输送除铁粗碎斗式提升机料斗细粉碎吸风管旋风分离器粉料闭风机料斗加料器（绞龙）拌料预煮罐
风机布袋过滤器大气
细粉回收
2.4糖化工艺流程
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
2.5糖化醪的发酵
酒精连续发酵工艺流程
采用微生物培养和发酵过程是在一组罐内进行的，每个罐本身的各种参数保持基本不变，但罐与罐之间则并不相同，且按一定的规律形成一个梯度。
2.6发酵成熟醪的蒸馏和精馏
酒精蒸馏精馏装置的操作流程：
开机前对蒸馏装置进行必要的试验
开机
停机
蒸馏操作控制参数
进醪
排糟和排废水
加热方式
2.7醛酯馏分的回用技术
杂醇油的分离流程为：
精馏塔液相取油冷却加水稀释分层上层粗杂醇油盐析成品杂醇油
下层谈酒回入精塔下部相应塔板
2.8蒸馏过程中酒精的损失
蒸馏过程中酒精损失的总和是由酒糟，精馏废水凝结气体带走的酒精及由于设备、管道和阀件不密闭造成的酒精散逸两大部分组成的。
允许的酒精损失矢量是根据设备的生产能力和季节来决定的。
损失也与设备运转的正确程度和操作人员的经验有关。
为了减少损失，首先就要努力使供醪、供汽和供水达到稳定。
第三章酒精生产的物料衡算
3.1年产5000t酒精厂生产技术指标
生产规模：
5000T/年
生产方法：
双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏
生产天数：
300天/年酒精年产量：
5000T
酒精日产量：
17.25T酒精时产：
0.231875T,即231.875kg/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：
国标酒精（乙醇含量95%（V/V））
生产原料：
3/4薯干原料（含淀粉65%、水分13%）、1/4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
3.2工艺流程图
3.3原料消耗计算（以生产1000kg国标酒精为例）
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。
3.3.1原料计算
现以生产95%（V）成品酒精1000kg作为计算的基准。
虽然玉米和薯干的淀粉、蛋白质含量不同，结构密度也有些不同，但经过粉碎、加工混合后，两者中和，蒸煮温度取接近薯干的，对生产很方便。
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）
故生产10000t95%（v/v）酒精所需淀粉为：
1627.2×
（10000/1000）×
1000=16272000kg
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
粉尘损失
0.40
蒸煮
未溶解淀粉及糖分破坏
0.50
发酵
未发酵残余糖分
1.50
巴斯德效应和用于发酵副产物损失
4.00
酒精自然蒸发与被二氧化碳带走
1.30（若加酒精捕集器，此功率损失可降为0.3%）
蒸馏
废槽液带走及其它蒸馏损失
1.85
累计损失
9.55
由酒精捕集器回收酒精
1.00
实际损失
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）
薯干量为：
1779.3÷
65%=2737.4（kg）
玉米量为：
1779.3÷
68%=2616.6（kg）
故生产1000kg3/4来自薯干、1/4来自玉米的上酒精总淀粉原料为：
0.75×
2737.4+0.25×
2616.6=2707.2kg
3.3.2辅料计算
α-淀粉酶的消耗量
蒸煮醪所需辅料的计算;
以设计要求薯干、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：
2707.2（kg）×
1000（g/kg）×
8（u/g）÷
2000（u/g）=10.8kg
糖化酶的消耗量
以设计要求薯干、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：
150（u/g）÷
20000（u/g）=20.3kg
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：
2707.2（kg）×
10%×
70%×
300（u/g）÷
20000（u/g）=2.8kg
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。
硫酸铵的消耗量
在酒精生产中，硫酸铵用于补充舅母培养基的氮源，用量为酒母用量的0.1%。
则据以上可得硫酸铵的用量为：
1265.9×
0.1%=1.27kg
式中酒母量1265.9见后面计算中。
3.3.3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：
2707×
（1﹢3.5）＝12181.5kg
在蒸煮过程中用直接蒸汽加热，在后熟器和气液分离器减压蒸发冷却，这样随着蒸煮过程的进行，蒸煮醪量将随时间发生变化，要确切知道数量变化必须与热量衡算同时进行，
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：
12181.5+12181.5×
3.57×
（416-343）/（657.8×
4.187+（416-273）×
4.187）=14036.2kg
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：
14036.2-14036.2×
（416-393）/2205.2=13513.6kg
式中，2205.2为393k时水蒸气的汽化潜热kj/kg②
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：
13513.6+13513.6×
（398-393）/（657.8×
4.187-（398-273）×
4.187）
=13621.7kg
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：
13621.7-13621.7×
3.60×
（398-384）/22346=13591.0kg
式中，22346为384k时水蒸气的汽化潜热kj/kg
⑤经真空冷却器后最终蒸煮醪量为：
13591.0-13591.0×
3.64×
（384-340）/558×
4.187=12659.3kg
式中：
真空冷却器二次蒸汽汽化潜热
3.3.4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
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。
②所以最终需要蒸馏的醪液中含酒精约为：
（1000×
92.4%）/（12659.3-902）×
100%=7.86%（质量分数）
由上计算可知发酵结束后成熟醪焓酒精约7.86%（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：
③需蒸馏成熟发酵醪的量为：
F1=[（12659.3-902）/98%]（100+5+1）÷
100=12717.0kg
④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=12659.3-902=11757.3kg
⑤接种量按10%计算，则酒母量为：
12659.3×
10%=1265.9kg
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%
3.3.5成品与发酵醪量计算
⑴醛油含量（次级酒精）：
本次设计要求不得含有次级酒精
⑵食用酒精产量：
1000kg
⑶杂醇油产量：
杂醇油产量一般为酒精产量的0.3%-0.7%，据本次设计要求，取0.5%，所以生产1000kg要求酒精杂醇油产量为：
0.5%=5kg
⑷废醪量的计算：
废料醪糟是成熟发酵醪进入蒸馏塔后除去部分水和酒精及其他挥发性成分的残留液，由于是使用直接蒸汽加热蒸馏，所以应该又加上入塔的加热蒸汽冷凝水。
设进塔醪液量为F1的温度为t1=70℃，排除废醪温度为t4=105℃，成熟醪固形物浓度为B1=7.5%,塔顶上升酒气的乙醇浓度为50%（v/v），即47.18%（质量分数），则：
①醪塔上升蒸汽量为：
V1=12717.0×
7.86%÷
47.18%=2118.6kg
②残留液量为：
WX=12717.0-2118.6=10598.4kg
③成熟醪的比热容为：
C1=4.187×
（1.019-0.95B1）=3.96KJ/KG.K
④成熟醪带入塔的热量为：
Q1=F1C1t1=12717.0×
3.96×
70=3.53×
106KJ
⑤蒸煮残液固形物浓度为：
B2=F1B1/WX=12717.0×
7.5%/10598.4=9.0%
由于是间歇蒸馏，故没有加热蒸汽冷凝水的工艺。
⑥蒸馏残留液的比热容为：
C2=4.187×
（1-0.378B2）=4.04KJ/Kg.K
⑦塔底残留液带走的热量为:
Q4=WXC2t4=10598.4×
4.04×
105=4.50×
⑧上升蒸汽带走的热量为：
查表得50%（体积分数）酒精蒸汽焓为i=1965kj/kg，故上升蒸汽带走的热量为：
Q3=V1i=2118.6×
1965=4.16×
塔底采用0.05Mpa（表压）蒸汽加热，焓为2689.8kj/kg；
蒸馏过程热损失Qn可取为传递总热量的1%，根据热平衡计算，可得消耗的蒸汽量为：
D1=（Q3+Q4+Qn-Q1）/（I-Cwt4）
=1.01×
（4.16×
106+4.50×
106-3.53×
106）/（2689.8-4.187×
105）
=2302.6kg
肉采用直接蒸汽加热，
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