发酵厂项目建议书Word文档下载推荐.docx
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《食品添加剂使用卫生标准》（GB—2760）
四、工艺设计流程
㈠工艺指标与基础数据
1、糖蜜原料：
含可发酵性糖50﹪
2、发酵率：
90﹪
3、蒸馏率：
98﹪
4、发酵周期：
48小时
5、发酵温度：
28～34℃
6、硫酸铵用量：
1Kg/t糖蜜
6、硫酸用量：
5Kg/t糖蜜
㈡工艺流程
1、原料的预处理包括添加絮凝剂、静止澄清、加酸等过程；
2、糖蜜稀释采用连续稀释；
3、酵母菌发酵
4、分离纯化本
5、生产工艺流程（见下页图2-1）
五、物料衡算
㈠原料消耗量计算（基准：
1吨无水乙醇）
1、糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：
C12H22O11＋H2O→2C6H12O6→4C2H5OH＋4CO2↑
342360184176
X1000
2、生产1000Kg无水酒精的理论蔗糖消耗量：
1000×
（342÷
184）﹦1858.7（㎏）
3、生产1000Kg燃料酒精（燃料酒精中的乙醇99.5%（V）以上，相当于99.18%（m））的理论蔗糖消耗量：
1858.7×
99.18％﹦1843.5（㎏）
4、生产1000Kg燃料酒精实际蔗糖消耗量（生产过程中蒸馏率为98﹪，发酵率为90﹪）：
1843.5÷
98﹪÷
90﹪﹦2090（㎏）
5、生产1000Kg燃料酒精糖蜜原料消耗量（糖蜜原料含可发酵性糖50%）：
2090÷
50﹪=4180（Kg）
6、生产1000Kg无水酒精量（扣除蒸馏损失生产1000kg无水酒精耗糖蜜量为）：
1858.7÷
90﹪÷
50﹪=4130.4（kg）
7、发酵醪量的计算：
酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为：
单浓度酒精连续发酵工艺，把含固形物88﹪的糖蜜稀释成浓度为25﹪的稀糖液经连续稀释器可得稀糖液量为：
4180×
85﹪/25﹪=14212（kg）
即发酵醪量为：
14212kg
酒母繁殖和发酵过程中放出968Kg的二氧化碳，且酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的6﹪，则蒸馏发酵醪的量为：
（14212-968）×
（1.00+6﹪）=14039（kg）
蒸馏发酵成熟醪的酒精浓度为：
8、成品与废醪量的计算
糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精的0.25～0.35﹪，以0.3﹪计，则杂醇油量为1000×
0.3﹪=3（kg）
醪液进醪温度为t1=55℃，塔底排醪温度为t4=85℃，成熟醪酒精浓度为B1=7.14﹪，塔顶上升蒸汽的酒精浓度50﹪（v）即42.43﹪（w），生产1000Kg酒精则
醪塔上升蒸汽量为：
V1=14039×
7.14﹪÷
42.43﹪=2363（kg）
残留液量为：
WX=14039-2363=11676（kg）
成熟醪量比热容为：
C1=4.18×
（1.019-0.95B1）
=4.18×
（1.019-0.95×
7.14﹪）
=3.98[KJ/（Kg·
K）]
成熟醪带入塔的热量为：
Q1=F1C1t1=14039×
3.98×
55=3.08×
106（KJ）
蒸馏残液内固形物浓度为：
蒸馏残留液的比热：
塔底残留液带出热量为：
查附录得42.43﹪酒精蒸汽焓为2045KJ/Kg。
故上升蒸汽带出的量为：
塔底真空度为-0.05MPa（表压），蒸汽加热焓为2644KJ/Kg，又蒸馏过程热损失Qn可取传递总热量的1﹪，根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为：
若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：
11676+2542=14218（kg）
9、年产量为1万吨燃料酒精的总物料衡算
工厂年开工为250天。
日产产品酒精量：
10000／250﹦40（t）
每小时酒精量：
40×
1000÷
24=1667（Kg）=1.667（t）
实际年产量（次级酒精忽略不计）：
1.667×
24×
250=10002（t/a）
主要原料糖蜜用量：
日耗量：
40==167200（kg）=167.2（t）
年耗量：
167.2×
250=41800（t）
每小时产次级酒精：
1667×
（2÷
98）=34.02（kg）
实际年产次级酒精：
34.02×
250=204120（Kg）=204.12（t/a）
表3-1200000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表
物料衡算
生产1000Kg99.5%酒精物料量
每小时
（Kg）
每天
（t）
每年
燃料酒精
1000
1667
40
10002
糖蜜原料
4180
6967
167.2
41800
次级酒精
20
33.34
0.8
200
发酵醪
14212
23687.8
568.48
142120
蒸馏发酵醪
14039
23399.45
561.56
140390
杂醇油
3
5
0.12
30
二氧化碳
968
1613.4
38.72
96800
醪塔废醪量
14218
23701.4
568.7
142178.6
10、稀释工段的物料衡算物料衡算
糖蜜稀释用水量（以每生产1000kg酒精计算）
稀释成25﹪稀糖液用水量为：
W1=14212-4180=10032（kg）
则生产1万吨酒精每小时需要稀释用水量：
10032×
1677÷
1000=16723.4（kg/h）
生产1万吨酒精一年需要的稀释用水量：
10000=1.0032×
108（t/a）
营养盐添加量:
选用氮量21﹪的硫酸铵作为氮源，每吨糖蜜添加1Kg，则每生产1000kg酒精：
硫酸铵年耗量为：
41800×
1=41800（kg/a）=41.8（t/a）4.18t4.18kg
41800t
日耗量：
41800÷
250=167.2（kg/d）
每小时耗量：
167.2÷
24=7（kg/h）
则生产1万吨酒精一年需要硫酸铵用量：
41.8×
10000=4.18×
105（t/a）
3、硫酸用量]
稀释酒母稀糖液用酸5Kg/t糖蜜：
年用量：
5=20900（kg/a）=20.9（t/a）
日用量：
20900÷
250=83.6（kg）
每小时用量：
83.6÷
24=3.5（kg/h）
则生产1万吨酒精硫酸铵一年用量：
20.9×
10000=2.09×
105
表3-2稀释工段各物料用量（5万吨产量计算）
物料
用量（t/a）
糖蜜稀释用水量
1.0032×
108
营养盐添加量
4.18×
硫酸用量
2.09×
㈡热量衡算
1发酵工段
现生产10000t/a，要每小时投入糖蜜量6967kg/h，则无水酒精量为：
6867×
4130.4=1686.76（kg/h）
以葡萄糖为碳源，酒母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170KJ左右，则发酵和培养酒母每小时放出的热量为：
Q=1170×
1667=1.97×
106（KJ/h）
发酵酒母冷却水初
=20℃，终温
=27℃，平均耗水量为：
酒母酒精捕集用水为：
（待蒸馏发酵醪液量为F=23399.45kg/h）
5﹪F÷
1.06=5﹪×
23399.45÷
1.06=1103.7（kg/h）
发酵洗罐用水为：
（每15天洗一次）
2﹪F÷
1.06=2﹪×
1.06=441.5（kg/15天）
则在发酵工段总用水量W发酵工段=1103.7+441.5+67327.4=68872.6（kg/h）
2蒸馏工段
按采用差压蒸馏两塔流程计算，进醪塔浓度为7.14﹪，出醪塔酒精蒸汽浓度为50﹪.
1、醪塔
图2-1醪塔的物料和热量平衡图
醪液预热至55℃，进入醪塔蒸馏，酒精质量分数为7.14﹪，沸点92.4℃，取上升蒸汽浓度为50﹪（v），即42.43﹪（w）。
塔顶温度75℃，塔底温度85℃。
则塔顶上升蒸汽热焓量i1=2045kJ/kg。
加热蒸汽取0.05MPa绝对压力，则其热焓量I1=2644KJ/kg。
总物料衡算：
即
2-1
酒精衡算式：
2-2
式中：
xF1—成熟发酵醪内酒精含量[﹪（W）]，xF1=7.14﹪。
y1—塔顶上升蒸汽中酒精浓度[﹪（W）]，y1=42.43﹪。
XW1—塔底排出废糟内的酒精浓度[﹪（W）]，塔底允许逃酒在0.04﹪以下，取xW1=0.04﹪。
热量衡算式：
2-3
设CF1=3.98KJ/（kg·
h），CW=4.04KJ/（kg·
k），Ce=4.18KJ/（kg·
k），并取热损失Qn1=1﹪D1I1，tF1=55℃，tW1=85℃，F1=23399.45（kg/h）
联解2-1、2-2、2-3求得
V1=3914.45（kg/h），Wx=19485（kg/h），D1=5063（kg/h）
一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：
G1=WX+D1=19485+5063=24548（kg/h）
表3-3年产1万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表
进入系统
离开系统
项目
物料（kg/h）
热量（kJ/h）
热量（kj/h）
成熟醪
F1
F1CF1tF1
3.05×
107
蒸馏残液
WX
19485
WXCWtW1
2.8×
加热蒸汽
D1
5063
D1I1
1.34×
上升蒸汽
V1
3914.45
V1i1
8×
106
D1tW1Ce
7.57×
热损失
Qn1
1.34×
累计
28462.45
4.39×
4.37×
2、精馏塔
塔顶温度105℃，塔底130℃，进汽温度130℃，出塔浓度为96﹪（v），即93.84﹪（w）。
出塔酒精量为：
P=1667×
99.18/93.84=1761.9（kg/h）
每小时醛酒量因为醛酒占出塔酒精的2﹪，则每小时的醛酒量为：
A=2﹪×
1761.9=35.24（kg/h）
（3）P′=P–A=1761.9－35.24=1726.66（kg/h）
图2-2精馏塔的物料和热量衡算图
在精馏塔中，塔顶酒精蒸汽经粗馏塔底再沸器冷凝后，除回流外，还将少量酒精送到洗涤塔再次提净。
据经验值，此少量酒精约为精馏塔馏出塔酒精的2%左右，则其量为：
Pe=P，×
2%=1726.66×
2%=34.5（kg/h）
酒精被加热蒸汽汽化逐板增浓,在塔板液相浓度55﹪（v）出汽相抽取部分冷凝去杂醇油分离器,这部分冷凝液称杂醇油酒精,数量为塔顶馏出塔酒精的2﹪左右,其中包括杂醇油m0=0.3﹪（P′+A）=5.3（kg/h）,故H=（P′+Pe）×
2﹪=（1726.66+34.5）×
2﹪=35（kg/h）
在杂醇油分离器内约加入4倍水稀释,分油后的稀酒精用塔底的蒸馏废水经预热到tH=80℃,仍回入精馏塔,这部分稀酒精量为:
H′=（1+4）H–m0=5H–m0=5×
35-5.3=169.7（kg/h）
（6）物料平衡:
F2+D2+H′=P′+Pe+H+D3+W’x
则:
W’x=F2+H′-P′-Pe-H
=3914.45+169.7－1726.66－34.5－35
=2287.99（kg/h）
（7）热量平衡:
=
式中R—精馏塔回流比一般为3～4，取3
I2—精馏塔加热蒸汽热含量，0.6Mpa绝对压力，I2=2652（kJ/h）
tH—为回流稀酒精进塔温度tH=80℃
CH—为杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度为：
，
查得起比热为CH=4.43KJ/（kg·
k），75.2﹪—为杂醇油酒精的重量百分浓度，与液相浓度55﹪（v）相平衡。
tP—出塔酒精的饱和温度（78.3℃）
CP—出塔酒精的比热，应为2.80[kJ/（kg.K）]
i2—塔顶上升蒸汽热含量,i2=1163.2（kJ/kg）
iH—杂醇油酒精蒸汽热含量,应为iH=1496（kJ/kg）
tw2—精馏塔塔底温度，取130℃
Cw取4.04KJ/（kg·
k）
Qn2—精馏塔热损失,Qn3=2%D2I2
CF2—进塔酒精的比热，取CF3=4.16（kJ/kg）
tF2—进料温度，取90℃
W’x上面算得2287.99kg/h
计算可得：
D2=2243（kg/h）
塔底排出的废水：
G=D2+W，x=2243+2287.99=4530.99（kg/h）
计算蒸馏工段的蒸馏效率：
表2-4年产1万吨酒精工厂蒸馏工段精馏塔物料热量衡算汇总表
脱醛液
F2
F2CF2tF2
5.9×
96﹪酒精
P′
1726.66
P′CPtP
1.69×
D2
2243
D2I2
Pe
34.5
—
稀酒精
169.7
CHtH
2.65×
杂醇油酒精蒸汽
H
35
HiH
0.52×
回流液
R（Pe+P`）Cptp
5.2×
蒸馏废水
Wx+D2
4530.99
（Wx+D2）tW2Cw
7.37×
（R+1）
（Pe+P`）i2
8.2×
Qn2
0.12×
6327.15
1.72×
1.74×
㈣其他衡算
5.4.1供气衡算
由前面计算所得数据可知蒸馏工段蒸汽消耗：
D＝D1+D2
＝5063+2243＝7306（kg/h）
年耗蒸汽量为：
7306×
250=43836（t）
酒精厂平均蒸汽用量：
酒精厂每小时平均蒸汽消耗量主要供给蒸馏工段，因此其消耗量由蒸馏量和损失组成，蒸汽总损失取蒸馏工段蒸汽消耗量的4%，则锅炉需要蒸发量为：
7306×
（100﹪+4%）=7598.24kg/h
使用热值为4000大卡的煤，假设锅炉效率为80%，则每吨煤能供生产使用50t新鲜蒸汽，则连续蒸馏煤消耗量为：
7598.24÷
50000÷
80﹪=0.189（t/h）
本设计选用的锅炉为工业中压（1.47—5.88Mp）中型（20—75t）的煤粉锅炉型号为YG80/3.82—M7蒸发量为80t/h，额定温度为450℃
5.4.2供电衡算
根据我国糖蜜酒精连续发酵工艺技术指标[9]，设生产每吨酒精耗电40度，可估算酒精厂的用电：
10000=4×
105（度/年）=1600（度/日）
考虑到此值为估算值，所以乘以一个富裕系数为120﹪：
1600×
120﹪=1920（度/日）=4.8×
105（度/年）
六、设备选型
1发酵设备设计
采用连续发酵方式，根据物料衡算结果可知，每小时进入发酵罐的醪液体积流量为：
23687.8kg/h，密度为1200kg/m3[14]。
进入种子罐和1号发酵罐的醪液体积流量为W：
23687.8/1200=19.7=20m3/h
6.1.1发酵罐容积和个数的确定
（1）种子罐个数的确定：
为保证种子罐有足够种子，种子罐内醪液停留时间应在12h左右，则种子罐有效容积为：
V=20×
12=240（m3）
取种子罐装料经验系数为80﹪，则种子罐全容积为：
V全=V/u=240/80%=300m3取300m3
每个罐的容积为150m3，则种子罐个数为：
300/150=2（个）
（2）发酵罐体积。
根据发酵罐现在的设备情况，从100m3到500m3，现在酒精厂一般采用300m3，按照有关情况和指导老师建议，我采用300m3，取H=2D，h1=h2=0.1D
D—为发酵罐内径，（m）
H—为发酵罐高，（m）
h1、h2—分别为发酵罐底封头高和上封头高，（m）
发酵罐上均为标准椭圆形封头，下部为锥形封头，为了计算简便，假设其上下封头近似相同，则
D=5.33m，H=10.66m，h1=h2=0.533m
发酵罐的表面积
圆柱形部分面积：
F1=πDH=3.14×
5.33×
10.66=178m2
由于椭圆形封头表面积没有精确的公式，所以可取近似等于锥形封头的表面积：
F2=F3=
发酵罐的总表面积：
F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2
（3）计算发酵罐数量：
上面已经写到，我设计的发酵罐规格为300m3的规格，设总发酵时间为48小时,设发酵罐数为N个，则发酵罐的有效容积[3]
V有效=WT/N---公式
（1）
V全容积×
Ψ=V有效--------公式
（2）
式中W—每小时进料量；
T—发酵时间；
N—发酵罐数
根据经验值，一样取发酵罐填充系数为Ψ=80%，则可以得到：
300×
80%=20×
（48-12）/N,
计算得到：
N=3个），则我们需要发酵罐N=3个
6.1.2糖蜜储罐个数的计算
糖蜜储罐采用800m3规格：
15天的糖蜜量为：
V=167.2×
15=2508（t）
查得85Bx的糖蜜密度为1450kg/m3
则V＝2508×
1000/1450＝1729.6（m3）
设其装料系数为80﹪，则贮罐的全容积为：
V糖蜜＝1729.6/0.8＝2162（m3）
2162/800=2.7（个），取3个
6.1.3冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
（一）、总的发酵热：
Q=Q1-（Q2+Q3）
Q1=GSq
式中G—每罐发酵醪量（kg）
S—糖度降低百分值（﹪）
q—每公斤糖发酵放热（J），查得418.6J
Q1—主发酵期每小时糖度降低1度所放出的热量
Q2——代谢气体带走的蒸发热量，一般在5%—6%之间，我们估算时采用5%
Q3——不论发酵罐处于室内还是室外，均要向周围空间散发热量Q3，具体计算看后面。
Q1=（23399.45/3）×
12×
418.6×
1﹪=3.92×
105（KJ/h）
Q2=5﹪Q1=5﹪×
3.923×
105=1.96×
104（KJ/h）
发酵罐表面积的热散失计算：
先求辐射对流联合给热系数，假定发酵罐外壁不包扎保温层，壁温最高可达35℃，生产厂所在地区夏季平均温度为27℃,则：
可得：
=6.30×
104（kJ/h）
需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为：
Q=Q1-Q2-Q3=3.92×
105-1.94×
104-6.30×
104=3.096×
105（kJ/h）
总发酵热为：
Q发酵=3.096×
105×
3=0.97×
106（kJ/h）
（二）、冷却水耗量的计算
（三）、传热总系数K值的确定
选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为Ф114×
4，则管的横截面积为：
0.785×
（0.114-0.004×
2）2=0.00882（m2）
设罐内同心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：
VS=0.785*d2*0.9=7.94*10-3m3/s
设蛇管圈的直径为0.66m，并由水温差得A=6.45
R—为蛇管圈半径，R=0.33m
值按生产经验数据取2700[KJ/（m2·
h·
℃）]
故传热总系数为：
式中1/16750—为管壁水污垢层热阻[（m2·
℃）/kJ]。
188—钢管的导热系数[kJ/（m2·
0.004—管子壁厚（m）
（四）、冷却面积和主要尺寸
（五）、发酵罐壁厚
1、发酵罐壁厚S
式中P—设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.5MPa
D—发酵罐内径，D=533cm
—A3钢的许用应力，
=127MPa
—焊缝系数，其范围在0.15～1之间，取0.7
C—壁厚附加量（cm）
C=C1+C2+C3
式中C1—钢板负偏差，视钢板厚度查表确定，范围为0.13～1.3，取C1=0.8mm
C2—为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐
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