年产2万吨酒精厂蒸煮糖化车间设计.docx

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年产2万吨酒精厂蒸煮糖化车间设计

课程设计任务书

学院

生物与环境工程学院

班级

08生物工程1班

姓名

叶振

设计起止日期

2011.7.4-2011.7.15

设计题目：

年产2万吨酒精厂——蒸煮糖化车间设计

设计任务（主要技术参数）：

本次设计的是采用连续蒸煮、双酶法糖化生产工艺的酒精厂蒸煮糖化车间。

其工艺技术指标及基础数据如下：

①生产规模：

20000t/a酒精　②生产天数：

每年300天kg/m3　③食用酒精日产量：

67t　④食用酒精年产量：

20100t⑤产品质量：

国标食用酒精，乙醇含量95%以上（体积分数）⑥薯干原料含量：

淀粉65%，水分13%⑦酶用量：

а-淀粉酶应用酶活力为2000μ∕g，使用量为8μ∕g原料；所用糖化酶活力为20000μ∕g，使用量为150μ∕g原料；酒母糖化酶用量按300μ∕g（原料）计，且酒母用量为10%。

指导教师评语：

成绩：

　签字：

年月日

1车间概况及特点………………………………………………………………………………3

1.1生产规模………………………………………………………………………...………3

1.2产品方案………………………………………………………………………...………3

2车间组织…………………………………………………………………………...…….……4

3工作制度………………………………………………………………………………………5

4成品的主要技术规格及技术标准………………………………………………..….………6

5生产流程简介……………………………………………………………………...….………7

6新技术…………………………………………………………………………...……….……8

7物料衡算…………………………………………………………………………....…………9

7.1蒸煮糖化车间原料计算……………………………………………….......……………9

7.2生产1000kg酒精蒸煮醪量的计算…………………………………..…………………9

7.3生产1000kg酒精糖化醪量的计算…………………………………..………………..10

7.4年产2万吨酒精厂蒸煮糖化车间总物料衡算（以每小时计）………………………..11

8主要设备……………………………………………………………………………...….…..13

8.1粉浆罐的选择………………………………………………………………..….……..13

8.2预热罐的选择……………………………………………………………..…….……..13

8.3维持罐及后熟罐的选择………………………………………………………...……..13

8.4气液分离器的选择……………………………………………………………….........13

8.5真空冷却器的选择…………………………………………………………….…..…..14

8.6糖化罐的选择……………………………………………………………………...…..14

8.7其他设备的选择………………………………………………………………….....…14

8.8蒸煮糖化车间设备一览表……………………………...………………………....…15

9存在的问题及建议…………………………………………………………………………..16

参考文献

附件

工艺流程图

设备布置图

摘要

    酒精在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。

化学合成法生产酒精是利用炼焦炭、裂解石油的废气为原料，经化学合成反应而制成酒精。

生产方法又可分为间接水合法和直接水合法两种，目前工业上普遍采用后者。

蒸煮醪中淀粉的酶水解过程称为糖化。

糖化后得到糖化醪。

糖化的主要目的是将淀粉水解成葡萄糖等可发酵性糖。

本设计选用的蒸煮工艺为连续蒸煮，糖化工艺选用混合冷却连续糖化，将冷却工序由喷淋冷却器完成，蒸煮醪经汽液分离器和真空冷却器冷却后连续定量地流入糖化锅，蒸煮醪带入的多余热量由冷却水带走，糖化醪连续流入喷淋冷却器，冷却到28℃后再流入发酵车间。

糖化工段的几个主要工序是：

将蒸煮醪冷至糖化温度，冷却好的蒸煮醪与糖化剂混合，并进行蒸煮醪的糖化，糖化醪冷却到发酵温度等。

在间歇蒸煮中，这几个工序是在一个设备中进行的，因此设备利用率低，冷却水与动力消耗大。

而连续糖化时，这几个主要工序分别在几个相应的设备中进行连续操作，实现了生产的连续化。

关键词：

酒精；淀粉；蒸煮醪；糖化醪；连续糖化

引言

本次课程设计以薯干为淀粉原料进行蒸煮糖化。

薯干原料中所含的淀粉存在于原料的细胞之中，受到细胞壁的保护，不呈溶解状态，蒸煮可使植物组织和细胞彻底破裂，淀粉呈溶解状态进行液化，支链淀粉几乎全部溶解，网状组织被彻底破坏，粘稠胶体的淀粉淀粉溶液粘度迅速下降，同时对物料进行灭菌，原料通过蒸煮以后，颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的糊精，此时，添加糖化剂把醪液中的淀粉糊精转化为可发酵性糖等物质。

淀粉质原料的蒸煮通常可以为间歇蒸煮和连续蒸煮。

目前我国大多数酒精生产厂家采用连续蒸煮工艺，只有少数小型企业仍使用间歇蒸煮工艺。

此外，加淀粉酶低压蒸煮，低温蒸煮以及无蒸煮糖化新工艺已在我国部分酒精厂家得到应用。

连续蒸煮可以分为罐式连续蒸，管道式连续蒸煮，柱式连续蒸煮，三类。

连续蒸煮糖化过程中料液连续流动在不同的设备中完成加料、蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化。

其糖化时间略偏低，大约20-30min，糖化效率为28%-40%。

用粉浆加热器提高醪液的蒸煮温度，使蒸煮得到改善，能够提高连续蒸煮设备的生产能力10%-15%。

因其蒸煮温度较低、节省煤耗、操作容易控制、设备结构简单、制造方便等优点而得到广泛应用。

综上所述，为了提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度，本次课程设计采用连续蒸煮糖化方法，这是我国酒精生产中一项重大技术革新。

其中蒸煮罐采用罐式连续蒸煮长圆筒形蒸煮罐，蒸煮时仅在粉浆加热器或蒸煮罐底部通入蒸汽，其后各罐均为后熟罐，不再加入蒸汽，后熟罐的作用是使糊化醪液进一步煮透。

连续糖化罐的作用是连续的把醪液与水稀释，并与糖化酶混合，在一定温度下维持一定时间，一般采用45min或更长时间，罐内装有搅拌器1-2组，转速为45-90r/min。

保持流动状态，以利于酶的活动。

糖化罐一般在常压下操作，为减少杂菌，可做成密闭式。

罐式连续蒸煮的特点是将原有的间歇蒸煮罐串联起来，加上预煮罐，醪液输送往复泵和汽液分离器等组成罐式连续蒸煮设备。

其简要工作过程如下：

原料经两级粉碎后，送入拌料桶中调成一定浓度的均匀粉浆，经预煮罐将其加热至50度，保持30min左右，再经往复泵送入I号蒸煮罐。

打满粉浆后，用蒸汽加热至预定蒸煮温度（115度，10min）,开启阀门，醪液借助罐内压力顺次流入并充满II号蒸煮罐和III号蒸煮罐。

第III号罐流出的醪液以切线方向进入汽液分离器分离汽液。

回收的二次蒸汽可用于粉浆的预煮。

蒸煮醪液从汽液分离器底部引出，送入糖化车间进行糖化。

1车间概况及特点

1.1生产规模

确定方案如下：

产品品种：

蒸煮糖化醪。

采用连续蒸煮糖化设备。

产品产量：

年产261621600kg（预产260320000kg）。

产品产期：

全年共300天。

1.2产品方案

先将薯干原料中的淀粉进行液化，使其支链淀粉几乎全部溶解，网状组织被彻底破坏，粘稠胶体的淀粉淀粉溶液粘度迅速下降，同时对物料进行灭菌，原料通过蒸煮以后，颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的糊精，此时，添加糖化剂把醪液中的淀粉糊精转化为可发酵性糖等物质。

具体方案如下：

原料经两级粉碎后，送入粉浆罐中调成一定浓度的均匀粉浆，经预煮罐将其加热至50度，保持30min左右，再经往复泵送入I号蒸煮罐。

打满粉浆后，用蒸汽加热至预定蒸煮温度（115度，10min）,开启阀门，醪液借助罐内压力顺次流入并充满II号蒸煮罐和III号蒸煮罐。

第III号罐流出的醪液以切线方向进入汽液分离器分离汽液。

回收的二次蒸汽可用于粉浆的预煮。

蒸煮醪液从汽液分离器底部引出，送入糖化车间进行糖化。

由于罐式连续蒸煮具备如下优点：

可利用原有设备，不要求较高的压力蒸汽，并节约蒸汽，降低煤耗可达10---15%，而且操作简单，整个生产过程基本上没有堵塞现象，淀粉利用率可提高1---2%，因此采用此方案。

酒精是可再生的能量来源，一年四季对它的需求都不变，因此一年按国家300个工作日计算，其余的工作日休息或者加班的话，按国家加班工资付给工人工资。

2车间组织

蒸煮糖化车间人员配比按照级别不同可分为生产工人、辅助人员、管理人员等，其中：

生产工人（包括技术工人）主要负责仪表控制、生产（包括填料、放料、搬运原料等工作）。

辅助人员（包括维修和保洁人员）主要负责对各种仪器的检查、维修、消毒以及车间地面的清洁消毒等。

（详见表1）

表1蒸煮糖化车间定员表

序号工种名称生产工人辅助工人管理人员操作班数合计

1物料输送22024

2粉浆预热62139

3蒸煮后熟622310

4分离和冷却932314

5糖化62139

6预备工43239

合计33148355

3工作制度

年工作时间：

300天

日工作时间：

24小时连续工作

人员安排：

生产工人和管理人员3班倒，保洁人员2班倒。

生产方式：

连续生产

蒸煮糖化车间工作制度：

一、每位员工要按时上班、下班，如遇特殊情况请提前通知，好做安排。

二、在厂工作人员必须爱护机器设备，做到勤检查、勤观察，如发现或听到机器有异常情况请立即关闭电源通知厂长。

三、每位工作人员必须对该产品的质量负责，做到勤检查温度、产品的光滑度、直度、长度与韧性度，以及产品每包的数量。

四、各位员工必须团结互助，在工作期间不准睡觉、干私活、看书或玩手机等物。

产品的堆放必须做到平整、整齐，对产品必须爱护。

五、如发现产品质量出现问题不及时上报由工作人员负责，另外对于认真负责的员工实行年终奖励。

六、不准让非厂、非工作人员在车间停留，如有事情请与厂长商谈，另外不准工作人员随意拿厂里的任何物品，如需用请告知厂长同意后方可。

4成品的主要技术规格及技术标准

酒精质量标准根据国家标准生产。

（详见表2）

表2食用酒精质量标准（GB678—90）

检验项目

计量单位

优级分析化学

乙醇

%（V/V）≥

99.8

99.7

99.5

密度（20℃）

g/ml

0.789-

0.791

0.789-

0.791

0.789-

0.791

与水混合试验

合格

蒸发残渣

%

0.0005

0.001

0.001

水份

%（v/v）

0.2

0.3

0.5

酸度

mmol/100g

0.02

0.04

0.1

碱度（以OH计）

mmol/100g

0.005

0.01

0.03

甲醇

%

0.02

0.05

0.2

异丙醇

%

0.003

0.01

0.05

羰基化合物（以CO计）

%

0.003

0.003

0.005

还原高锰酸钾物质

外观

易碳化物质

%

0.00025

0.00025

0.0006

清澈透明

合格

5生产流程简介

蒸煮糖化车间流程示意图如图1

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

糖化醪酒母

酒精发酵醪

图1蒸煮糖化流程示意图

6新技术

传统的罐式连续蒸煮优点是可利用原有设备，不许要较高的压力蒸汽，并节约蒸汽，降低煤耗可达10--15%，而切操作简单，整个生产过程基本上没有堵塞现象，淀粉利用率可提高1---2%。

其缺点是设备占地面积较大，蒸煮时间较长，蒸汽与物料接触不够均匀。

前苏联学者R．及其同事们在20世纪90年代提出了一种适合于连续发酵工艺的双液流糖化工艺。

其实质是将蒸煮醪分成相同容量的两部分，一部分配液用的糖化剂量是总量的2/3，另一部分则是1/3。

前一部分糖化醪送往发酵槽组的第一只发酵罐（首罐），后一部分糖化醪则送往第二只发酵罐。

由于第一部分糖化醪中糖化剂的用量超过常规用量一倍，在单位时间内积累的葡萄糖量增加，酵母的增殖和发酵较为快和强烈，这对整个发酵都会产生好的影响。

当首罐中的醪液流入第二罐时，由于另一部分糖化醪加入，醪液总体的含糖化剂量恢复正常，即和一次性将全部糖化剂加到全部蒸煮醪液中去的效果一样并可使连续发酵的速度提高40%左右。

7物料衡算

7.1蒸煮糖化车间原料计算

（1）生产1000kg酒精薯干原料消耗量据基础数据给出薯干原料含淀粉65%，再由预处理车间可知生产1000kg酒精淀粉消耗量为1779.3kg。

故1吨酒精耗薯干量为：

1779.3÷65%=2737.4（kg）

（2）а-淀粉酶消耗量应用酶活力为2000μ∕g的а-淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，使用量为8μ∕g原料，则糖化酶消耗量为：

（3）糖化酶耗量所用糖化酶活力为20000μ∕g，使用量为150μ∕g原料，则糖化酶消耗量为：

此外，酒母糖化酶用量按300μ∕g（原料）计，且酒母用量为10%，则用酶量为：

2737.4×10﹪×70﹪×300÷20000=2.87（kg）

式中70%为酒母的糖化液占70%，其余为稀释水与糖化剂。

7.2生产1000kg酒精蒸煮醪量的计算

根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1:

3。

故粉浆量为：

2737.4×（1+3）=10950（kg）

干物质含量

=87%的薯干比热容为:

=4.18×（1-0.7

）=1.63［KJ∕（kg·K）］

粉浆干物质浓度为:

=87÷（4×100）=21.8%

蒸煮醪比热容为:

=

+（1.0-

）

=21.8%×1.63+（1.0-21.8%）×4.18

=3.62［KJ∕（kg·K）］

式中

—水的比热容［KJ∕（kg·K）］

为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程中维持不变。

（1）经喷射液化器加热后蒸煮醪量为:

10950+

式中

为喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓（KJ∕kg）

（2）经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量为:

11583-

式中2288.3—第二液化维持罐的温度为84℃下饱和蒸汽的汽化潜热（KJ∕kg）

（3）经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为:

11510+

式中115—灭酶温度（℃）

2748.9—0.5MPa饱和蒸汽的焓（KJ∕kg）

（4）经气液分离器后的蒸煮醪量为:

12079-

式中2245—104.3℃下饱和蒸汽的汽化潜热（KJ∕kg）

（5）经真空冷却器后最终蒸煮醪量为：

式中2351—真空冷却温度为63℃下饱和蒸汽的汽化潜热（KJ∕kg）

7.3生产1000kg酒精糖化醪量的计算

设发酵结束后成熟醪量含酒精10%（体积分数），相当于8.01%（质量分数）。

并设蒸馏效率为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%（体积分数）酒精成品的计算如下：

（1）需蒸馏的成熟发酵醪量为:

（2）相应发酵过程放出二氧化碳总量为：

（3）接种量按10%计，则酒母醪量为：

（4）糖化醪量酒母醪是70%是糖化醪，其余为糖化剂与稀释水，则糖化醪量为：

7.4年产2万吨酒精厂蒸煮糖化车间总物料衡算（以每小时计算）

（1）酒精成品

日产酒精量为：

20000/300=66.6（t）,取整数为67t

实际年产量为：

67×300=20100（t）

时产酒精量为：

67÷24=2.79（t）

（2）薯干原料用量

日耗量：

2737.4

×67=183405.8（kg）

时耗量：

183405.8÷24=7641.9（kg/h）

年耗量：

183405.8×300=55021740（kg）

（3）每小时蒸馏车间冷却热水用量

2737.4×67÷24=7641.9（kg/h）

7641.9÷998.1=23（m3/h）

（4）每小时а-淀粉酶用量

10.95×67÷24=30.6（kg/h）

（5）每小时粉浆用量

2737.4×67×（1+3）=733623.2（kg）

733623.2÷1098÷24=27.8（m3/h）

式中1098为粉浆液密度（kg/m3）

（6）每小时预热罐蒸汽量计算假设粉浆温度为40℃，则

Q=cM△t

=3.62×（30.6+30567.6）×（50-40）

=1107654.8（KJ）

其蒸汽流量为：

1107654.8÷1975.79=561（kg/h）

式中1975.79为13Mpa下水蒸气的汽化热（kJ/kg）

（7）每小时经喷射液化器加热后蒸煮醪量

30873.6+30873.6×3.62×（115-50）/2748.9-115×4.18=34076.4（kg/h）

34076.4/1084=31.4（m3/h）

式中1084为蒸煮醪液密度（kg/m3）

（8）每小时气液分离器中蒸煮醪液量

34076.4-34076.4×3.62×（115-104.3）/2245=33488（kg/h）

33488/1084=30.9（m3/h）

（9）每小时经真空冷却器的蒸煮醪量

33488-33488×3.62×（104.3-63）/2351=31358.4（kg/h）

真空冷却过程产生的二次蒸汽量按工艺要求，真空冷却前后蒸煮醪的温度分别为t1=104.3℃和t2=63℃。

蒸煮醪的比热容c1为3.62KJ∕（kg·K），故真空冷却过程产生的二次蒸汽量为：

W1=G1c1（t1-t2）/i-c2t2

=31358.4×3.62×（104.3-63）/2614.8-3.62×63

=1964.3（kg/h）

查表知63℃饱和蒸汽比容为Vg=6.743m3/kg，故二次蒸汽的体积为：

V=VgW1=13245.3（m3/h）

水喷射真空泵循环水量设循环水的初温为t3=34℃，终温为t4=42℃，则循环水量为：

W2=W1（i-t4cw）/cw（t1-t2）

=1964.3×（2614.8-42×4.18）/4.18×（42-34）

=143283.5（kg/h）

143283.5/1084=143.28（m3/h）

（10）每小时糖化酶用量

（2.87+20.5）×67÷24=65.3（kg/h）

（11）每小时糖化的醪液量由前述可得：

13016×67÷1076÷24=33.8（m3/h）

式中1076为糖化醪液密度（kg/m3）

8主要设备的选型

8.1粉浆罐的选择

由物料衡算可知粉浆罐的生产能力为27.8m3/h,假定粉浆在粉浆罐的逗留时间为30min，则：

V有效=Vt=27.8×30/60=13.9m3则可以选择椭圆形底和盖，公称容积为16

的立式钢制搅拌罐，其筒体内径为2400mm，高为3150mm.

按照工序，装料系数为0.84，则所需的罐的个数为：

13.9/0.84×16=1.03取1个

8.2预热罐的选择

由物料衡算可知预热罐的生产能力为：

（30.6+30567.6）/1098=28.0m3/h

有上述计算可知醪液在预热罐中的逗留时间为1小时，则所要的预热罐的体积为：

V有效=Vt=28.0×1=28.0m3则可以选择90°折边锥形底椭圆形盖，公称容积为32

的立式钢制搅拌罐，其筒体内径为3000mm，高为4000mm.

按照工序，装料系数为0.84，则所需的罐的个数为：

28.0/0.84×32=1.04取1个

8.3维持罐及后熟罐的选择

维持罐的生产能力为31.4m3/h，物料在维持罐中所需要的时间为10min

由公式V2=V1t/N+∮-1式中V1—蒸煮醪液量（m3/h）

t—蒸煮时间（h）

V2—蒸煮罐的容积（m3）

N—蒸煮罐的个数

∮—蒸煮罐的充满系数（约0.5）

则取3个蒸煮罐并串联V2=31.4×0.17/3+0.5-1=2.09m3

后熟罐的生产能力为31.4m3/h，物料在后熟罐中所需要的时间为60min

则取2个后熟罐并串联V2=31.4×1/3+0.5-1=20.93m3

8.4气液分离器的选择

由计算可知气液分离器的生产能力为30.9m3/h，物料在气液分离器中所需要的时间为30min则：

V有效=Vt=30.9×30/60=15.5m3则可选择进出口管径为80，简体尺寸为600的QHF—40的气液分离器。

按照工序，装料系数为0.84，则所需的罐的个数为：

30.9/0.84×40=0.91取1个

8.5真空冷却器的选择

真空冷却器的几何尺寸是根据二次蒸汽以小于1.0m/s的速度来确定的。

由公式

式中D—真空冷却器直径（m）

W—蒸煮醪所产生的二次蒸汽（Kg/h）

Vg—冷却的二次蒸汽比体积（m3/Kg）

v—二次蒸汽上升的速度（m/s），一般取0.8m/s

因此

=2.42（m）

一般真空冷却器的径高比为1:

2，则其高为4.84m。

H

=3.14/4×2.42×4.84

=22.25（m3）

综上所述，,取1个，选择型号为E—1403的真空冷却器。

8.6糖化罐的选择

由物料衡算可知糖化罐的生产能力为33.8m3/h,醪液在糖化罐的逗留时间为30min，则：

V有效=Vt=33.8×30/60=16.9m3则可以选择椭圆形底平盖，2组搅拌器，转速为90r/min,公称容积为20

的立式钢制搅拌罐，其筒体内径为2600mm，高为3350mm.

按照工序，装料系数为0.84，则所需的罐的个数为：

16.9/0.84×20=1取1个

8.7其它设备的选择

车间蒸汽来源于工业锅炉，其型号为KZF4—13—W,其它设备的选择满足物料衡算的要即可，在此不再赘述。

8.8蒸煮糖化车间设备一览表

序号设备名称台数规格与型号材料备注

1粉浆罐1V=16m3A3钢专业设备

∮2400×3150mm.

2预热罐1V=32m3A3钢专业设备

∮3000×4000mm.

3维持罐3V=2.1m3A3钢专业设备

∮478×5600mm.

4后熟罐2V=21m3A3钢专业设备

∮1987×5000mm.

5气液分离器1V=15.5m3A3钢专业设备

∮2000×4936mm.

QHF—40

6真空冷却器1V=25m3A3钢专业设备

∮2420×4840mm.

E—1403

7糖化罐1V=20m3A3钢专业设备

∮2600×335