年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计毕业设计说明书.docx

1、年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计毕业设计说明书年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计毕业设计说明书 毕业设计说明书题 目:?年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计院系名称:生物工程学院?专业班级:生物工程072毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名:

2、 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,

3、均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期:年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名: 日期:年 月 日 导师签名:日期:年 月 日 四 川 理 工 学 院 毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目:年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计学院:生物工程 专业:生物工

4、程 班级:生工072 学号:07051020220学生:谭 兰 指导教师:邓 静(教授)接受任务时间:2011.03.01 教研室主任:(签名) 二级学院院长: (签名)1.毕业设计(论文)的主要内容及基本要求 、全厂工艺论证; 、全厂物料衡算、主体设备热量(蒸汽、冷媒)、水量衡算; 、重点车间主体设备选型设计计算及附属设备设计选型; 、图纸绘制要求: 、全厂工艺流程方框图重点车间带控制点工艺流程图; 、重点车间带控制点工艺流程图; 、主体设备装配图。 、撰写设计说明书一份; 、产品规格:食用酒精; 、生产原料: 玉米; 、生产安排:年生产天数为300天 ; 、厂址:山东某地 。 、吴思方主编

5、.发酵工厂工艺设计概论M.中国轻工业出版社.2005; 、梁世中主编.生物工程设备M.中国轻工业出版社.2005; 、姚玉英主编.化工原理上、下M.天津大学出版社.1999; 、章克昌主编.酒精与蒸馏酒工艺学M. 中国轻工业出版社,1998年; 、贾树彪主编. 新编酒精工艺学M. 化学工业出版社,2009年。进度 设计(论文)各阶段名称 起 止 日 期1 全厂工艺流程及工艺参数的选择与论证 03月14日-04月10日2 工艺计算 04月11日-04月24日3 重点车间主体设备设计及附属设备选型 04月25日-05月15日4 图纸绘制 05月16日-05月29日5 设计说明书撰写、排版及装订 0

6、5月30日-06月12日注:本表在学生接受任务时下达摘要 本设计为年产十万吨酒精厂糖化设备工艺的设计。依据山东的特点选择以玉米为原料生产使用酒精。工艺上的设计为:在淀粉质原料的蒸煮、糖化工艺方面采用一级真空冷却连续糖化双酶法液化糖化工艺(提高淀粉利用率)、在发酵方面,采用了应用耐高温酒精酵母、连续发酵工艺(提高生产效率)、三塔半直接式蒸馏(保证产品质量及提高热能利用率),通过物料衡算、设备选型计算,用水计算等合理优化设计生产工艺过程。关键词:食用酒精,液化糖化,发酵,蒸馏 前言 酒精工业是在酿酒业的基础上发展起来的,我国对于世界制酒业有许多重大贡献。近年来,我国酒精生产技术和生产水平又有了新的

7、提高,新工艺新设备新菌种不断涌现,酒精产量有了较大增长,质量稳定提高;在节约代用,降低消耗,降低成本,提高劳动生产率,提高淀粉出酒率及开展综合利用与消除环境污染等各个方面,都取得了很大成绩。目前,我国大多数酒精厂已经采用了连续蒸煮糖化的工艺流程,全面实现了淀粉质原料生产酒精的连续化。 生产酒精只是利用了玉米中的淀粉,玉米的部分仍可综合利用,生产出药物、食品添加剂以及专用饲料和农业复合肥等产品。在综合利用方面以二氧化碳的回收利用最为普遍,有的厂利用二氧化碳制造干冰、纯碱和小苏打。在自动控制仪表方面也有进展,有的厂已采用电脑实现了主要工序集中控制,目前,我国一些酒精厂正在朝着生产过程全面实行自动化

8、方向发展。 我国酒精生产以发酵法占绝对优势,而且80%左右的酒精都是用淀粉质原料生产。酒精的化学名称叫乙醇,为一种无色透明并且具有特殊芳香味和强烈刺激味的液体,是一种良好的有机溶剂。酒精及其副产品在化学工业、食品工业(如防腐剂)、国防工业(如无烟火药)、农牧业(如杀虫剂、饲料)和交通运输业(如燃料)、医疗卫生事业(如消毒剂)和科研(如脱水剂)等方面有广泛的用途。用食用酒精制造各种配制酒、勾兑白酒,强化葡萄酒以及用以酿制食醋、各种酒精性饮料和作为食品添加剂。 摘要 I前言 I第一章 工艺论证 11.1酒精生产的原料和辅助原材料 11.1.1酒精简介及食用酒精的标准 11.1.2酒精发酵机理 11

9、.1.3酒精生产的原料 11.1.4酒精生产的辅助原材料 11.2淀粉质原料酒精生产 11.2.1工艺流程 11.2.2原料的预处理 11.2.3原料的水热处理 11.2.4蒸煮醪的糖化 11.2.5糖化醪的发酵、蒸馏 11.2.6酒精生产副产品的回收利用与污水处理 1第二章 全厂物料衡算 12.1酒精生产过程的总物料衡算 12.1.1原料消耗的计算 12.1.2蒸煮醪量的计算 12.1.3待发酵成熟醪量计算 12.1.4成品与发酵醪量的计算 12.2糖化车间抽真空量计算 12.3蒸煮工段热量平衡衡算 12.4糖化冷却工段物料和热量衡算 12.6水平衡计算 1第三章 糖化设备的设计与选型 13

10、.1真空冷却连续糖化设备计算 13.1.1真空冷却气液分离器 13.1.2水喷射真空泵 13.1.3糖化罐容积的确定 13.1.4螺旋板式换热器 13.2主要设备糖化罐选型 13.3附属设备选型 13.3.1螺旋板式换热器 13.3.2 温度计接口 13.3.3人梯 13.3.4桨式搅拌器 13.3.5人孔 13.3.6视镜 13.3.7放料阀 13.3.8耳式支座 1参考文献 1致谢 1 第一章 工艺论证1.1.1酒精简介及食用酒精的标准 酒精学名“乙醇”c,熔点为-114c,溶于水,不易感染杂菌,刺激性较强,可溶于酸碱和少量油类,不溶解于盐类。 酒精作为一种原料性的产品,其产品质量必须达到

11、一定的标准。通常,酒精按含杂质多少分为:无水酒精、试剂酒精、食用酒精,医药酒精,工业酒精。其食用酒精国家标准见下表所示:项目 特级 优级 普通级外观 无色透明气味 具有乙醇固有的香味,无异味 无异臭口味 纯净,微甜 纯正,微甜 较纯正项 目 特? 级 优? 级 普 通 级色度/号 10乙醇/%(体积分数) 硫酸试验/号 5 10 60氧化时间/min 40 30 20醛/mg/L 1 3 30甲醇/mg/L 2 50 150正丙醇/mg/L 2 35 100异丁醇+异戊醇/mg/L 1 2 30酸(以乙酸计)/mg/L 7 10 20酯(以乙酸乙酯计)/mg/L 10 18 25不挥发物/mg

12、/L 10 20 25重金属(以Pb计)/mg/L 1氰化物(以HCN计)/mg/L 51.1.2 酒精发酵机理 发酵原是一种自发性的天然过程,微生物在合适的基质上生长,分泌出各种酶将食物中的蛋白质和碳水化合物分解,并将之吸收及转化,最终形成风味物质。而微生物的品种、基质的种类及预处理方法,以及发酵过程中环境条件的调控等,都是影响产品风味的重要因素。 代谢产生的酒精可与水以任意比例混合,然后穿过细胞进入发酵液。发酵过程中产生的二氧化碳逐渐溶于发酵醪中,达到饱和时,便吸附于细胞表面,超过吸附能力时,则二氧化碳变为气泡上升,又由于二氧化碳之间的相互碰撞,形成更大的气泡上升。二氧化碳的上升带动了醪液

13、中酵母细胞的上下浮动,从而使酵母细胞更充分地与醪液中的糖分接触,进而使发酵作用进行得更充分和更彻底。 酒精酵母不含有阿尔法淀粉酶和贝塔淀粉酶,所以不能直接利用淀粉进行发酵。因此,在利用淀粉原料生产酒精时,必须先进行糖化。酵母菌体内与酒精发酵关系密切的酶主要有两类:一类水解酶,它能将大分子物质分解为小分子物质,如蔗糖酶、麦芽糖酶及甘糖酶;另一类是酒化酶,是参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称(酵母细胞参与活动将糖转化为酒精),如氧化还原酶、烯醇化酶等胞内酶。 在我国玉米又名包谷,苞米,珍珠米,棒子,大黍等,在粮食中占有重要地位。由于玉米具有产量高、增产潜力大、适应性强、营养丰富、用途广泛等特点,因此

14、,玉米对酒精工业的发展产生了重要影响。玉米除了可以产生酒精之外,还可以得到植物玉米油及营养酒糟 (DDGS)。穗心可以制取结晶木糖醇等。 玉米中,黄玉米的淀粉含量稍高于白玉米。因此我们选择黄玉米作为原材料,以下是玉米的化学组成: 水分 蛋白质 脂肪 淀粉 粗纤维 灰分1.1.4酒精生产的辅助原材料 辅料的用量与出酒率及成品酒的质量密切相关,因季节、原辅料的粉碎度和淀粉含量、酒醅的酸度和粘度等不同而异,通常优质糖谷的辅料用量为20%-25%。在一定范围内,辅料用量大。加水量也相应增加,所以产酒较多 辅料又称为填充量,本设计选用的辅料为粗谷糠、米糠和麸皮。粗谷糠即黍米的外壳,它具有用量少而发酵面大

15、的优点;同时,米糠是液体曲中糖化酶的主要来源;而麸皮中含有淀粉酶、氧化酶、过氧化酶及氧化氢酶等有利于酒精生产的酶类。 选用的辅料成分及特性如下:名称 水分 纯淀粉含量% 吸水量g/kg谷糠 10.3 3.8 230麸皮 12.8 20 米糠 10.5-13 灰分 粗蛋白 9 15-17注:入库前,要求含水量低于14%以下。 辅助添加量包括:酵母培养和糖化剂制备所需营养盐,调PH所用酸类、洗涤剂、消毒剂、脱水剂等。硫酸添加量为原料量的0.05%-0.30%,以控制醪液PH在4.0-5.0。磷酸盐一般酵母对磷的需求量在0.005-0.01摩尔每升。硫酸铵添加量为原料量的0.10%-0.16%。尿素

16、用量为硫酸铵用量的0.5倍。消毒剂NaOH:碳酸钠:漂白粉:水 1:7.5:10:100。本工艺中,选择液体曲作为糖化剂。液体曲的工艺流程如下:原菌种 原料 空气斜面试管配料罐 空压机 小米或米曲汁试管加热器贮气罐 (兼冷却)孢子悬浮液后熟器 油水分离器种子罐 喷淋冷却 冷却器(去雾气) 分配器 贮气罐培养罐 总空气过滤器 液体曲 分空气过滤器 空气过滤器 液体曲生产工艺流程图 本工艺中,酒母选用的是酒精活性干酵母,国产耐高温AADY的生产菌株为YY和WT,耐酒精能力在12%(体积分数),适用于淀粉质原料的酒精发酵。所谓酒母,就是将酵母菌扩大培养,获得足够数量酵母菌的酵母培养液,以供酒精发酵之

17、用。耐高温AADY含水分在8%左右,20-42正常发酵,38-40正常生长繁殖最适PH4.5-5.0。 酒精生产用水,按水的用处不同,大体分为以下三种:1酿造用水:或称工艺用水,凡制曲时拌料,微生物培养,制曲原料的浸泡、糊化、稀释、设备及工具的清洗等因其与原料、半成品、成品的直接接触,故统称为工艺用水。通常要求具有弱酸性,PH为4.0-5.0。2冷却用水:蒸煮醪和糖化醪的冷却,发酵温度的控制,需大量的冷却用水。因其不与物料直接接触,故只需温度较低;硬度适中。为节约用水,冷却水应尽可能予以回用。3锅炉用水:通常要求无固型悬浮物,总硬度和碱度应尽可能低,PH在25时高于7,含油量及溶解物等越少越好

18、。 酒精生产工艺流程:研磨:使液化更容易进行;液化:调浆,调PH等参数,加酶,加热糊化,液化淀粉;糖化:把淀粉或糊精转化成糖;发酵:把糖转化为酒精;蒸馏:把酒精从醪液中分离出来;分离:将液体和固体分开,再打回系统循环,固体用来作饲料;干燥:饲料干燥。酒精生产工艺示意图如下: 谷物原料 多级除杂 杂质 循环粉碎 拌料 耐高温-淀粉酶 液化 糖化 新型糖化酶 二氧化碳大罐连续发酵耐高温酒用性干酵母 多效节能蒸馏 高级酒精 酒糟离心液酒糟离心分离 滤渣 多效蒸发 浓浆 干燥机 DDGS 二次蒸汽再利用 本工艺的特点有如下几点:全干燥法制取全价干酒糟技术(DDGS技术)。先将酒糟用沉降式分离器分离为清

19、夜和滤渣。清夜的40%回流至液化和糖化工序,其余60%的清夜经多次有效蒸发器蒸发浓缩至浓浆,后者与滤渣混合进入干燥机内干燥成高蛋白饲料添加剂(DDGS),这样不仅消除了酒糟滤液的污染还制得了DDGS。酒糟离心液的回流节约了拌料用水和蒸汽,同时又使发酵性糖得以充分利用,提高了淀粉出酒率,也较好的平衡了酒精和DDGS的生产。采用大罐连续发酵、螺旋板式换热器罐外冷却技术,提高了设备利用率,同时减少了排放刷罐水对环境的污染。多效蒸馏技术,不但提高了产品质量,热能也得到了多次利用,节能效果明显。设备优良自动化程度高。.在酒精和DDGS生产工艺中,能源的多次利用,工艺路线的交叉,冷却水的重复使用等使得节水

20、效果明显。1.2.2 原料的预处理 首先进行玉米原料的清选,其流程如下:玉米 斗式提升机贮箱 自动称 分离 杂物 粉碎机 贮箱 磁力分离 铁钉、铁块此流程简单,除杂彻底,便于自动化控制和操作。玉米清选后进入锤式粉碎机,要求粉碎后的玉米粉通过40目的过筛率不少于65%,因为在蒸煮过程中蒸煮温度不高于120-125,时间较短,一般在5-10分钟。玉米粉颗粒太大易使醪液夹生,不利于液化。采用玉米作原料,在投产前必须先经过破碎处理。其主要目的是除杂,除小铁钉、杂草、泥块和石头等。原料经过粉碎后,可以增加原料的受热面积,有利于淀粉颗粒的吸水膨胀、糊化,提高热处理效率,缩短热处理时间;另外,粉末状原料加水

21、混合后容易流动运输。原料采用干法粉碎,此法投资少,占地少,操作简单,粉碎度易于控制,还便于维修。1.2.3原料的水热处理 玉米组织细胞中的淀粉受细胞壁裹护,极难与淀粉酶作用,通过水热处理,使粉料充分与水混合得到粉浆,粉浆加热温度升高。淀粉吸水膨胀细胞壁破裂,淀粉有颗粒变为溶解状态的糊液,适于用-淀粉酶将其转变为低分子的糊精、低聚糖双糖和单糖;同时借加热粉浆对粉浆灭菌,以杀灭原料表面所带存的微生物,防止杂菌生长,保证糖化和发酵的顺利进行。 本设计采用柱式连续蒸煮工艺,广泛的适用性和良好的生产参数。以下是其工艺流程: 原料粉碎 粉浆预煮(设定在50左右) 加热(直接蒸汽加热130-140) 蒸汽连

22、续蒸煮 (后熟器后的温度为118) 气液分离(从中流出的醪液温度为105左右)真空冷却(70左右) 二次蒸汽 送入糖化1.2.4 蒸煮醪的糖化 玉米颗粒经过水热处理,成为溶解状态的淀粉、糊精和低聚糖等,不能直接被酵母利用产生酒精,需加入一定数量的糖化剂,使溶解的淀粉、糊精、低聚糖等转化为能被酵母利用的可发酵糖,这就是糖化的目的。 糖化操作包括:糖化酶的添加,醪液的糖化和糖化醪的冷却。 本工序选择高温双酶法液糖化工艺(二步液化):第一步先加入三分之一的液化酶至拌料罐,目的是降低醪液的黏度,以利于液化醪的喷射蒸煮(杀菌);第二步加入三分之二的液化酶至维持罐。如下图所示:进入混合罐的水有50的热工艺

23、水(主要是用于蒸馏工段冷却成品酒精的工艺水)、80的酒糟水离心液、50的蒸发工段的二次蒸汽冷凝液和100的酒精塔底部的余馏水。上述各种水按比例拌料,温度控制在60-65,废水利用,可节省大量工艺水及蒸汽,降低生产成本,60-65拌料水同玉米粉一同进入拌料罐混合同时加入一部分液化酶、NaOH溶液及石灰乳。 混合罐 拌料罐 喷射液化器 后熟器酸化稀释真空冷却器 蒸煮柱 加热器糖化罐 发酵螺旋板式冷却器 高温双酶法液化糖化工艺 液化酶分段加入,好处是在蒸煮前加入一部分可降低醪液黏度,便于运输蒸煮。为了便于糖化酶的作用,须在糖化以前将醪液PH值由6.5降到4.5。这一步是在酸化罐中加入硫酸进行,同时加

24、入25的酒糟水,一方面降低料液的温度,另一方面降低浓度易于发酵。物料与硫酸、酒糟水混合时间为25分钟。酸化后的液体经螺旋板式换热器降温至58-60,进入糖化罐进行糖化,同时加入糖化酶,温度为45分钟;糖化后的醪液由螺旋板式冷却器冷却到28-30,在将醪液送入发酵工序发酵。 该工艺中,液化醪和糖化醪指标: 液化醪分析结果外观检查 还原糖 糊精 外观浓度Bx 糖化醪分析结果外观浓度 酸度 还原糖 PH 糖化工艺采取真空冷却连续糖化。 糖化设备主要有:真空冷却器、糖化罐、螺旋板式冷却器。1.2.5糖化醪的发酵、蒸馏 淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等物理和生物化学过程,淀粉以充分糊化和液化,其中相当一部分以转化成可发酵糖。这种糖化醪送入发酵罐,接入酒母后,在后者的作用下,醪中的糖被发酵生成乙醇和二氧化碳;而保存下来的糖化酶也不断地将残存的糊化了的淀粉转化成可发酵性糖,就这样酵母的酒精发酵和后糖化作用相互配合,最终将醪中的绝大的淀粉及糖转化成乙醇和二氧化碳,这就是糖化醪发酵的目的。 酒精发酵的方式有三种:间歇式发酵、半连续发酵和连续式发酵。三种发酵方式的优缺点比较如下: 各种发酵方法的优缺点比较 发酵方式优点缺点