毕业论文-年产5000吨发酵食醋发酵车间设计.doc

第 1 页 共 34 页 目 录 绪论绪论 -3 3 1、食醋的起源与功能 -3 2、食醋的种类 -3 3、食醋的原料 -4 4、食醋的生产工艺 -4 5、液态法食醋质量标准 -5 一、设计任务一、设计任务 -5 5 二、生产方案和流程的确定二、生产方案和流程的确定 -6 6 （一）生产方案的确定 -6 （二）生产流程的确定 -6 1. 菌种选择-6 2. 原料预处理-6 3. 糖化-7 4. 酒精发酵-7 5. 醋酸发酵-7 6. 压滤-8 7. 配兑和灭菌-8 8. 陈酿-9 （三）生产工艺流程示意图 -9 三、工艺设计及计算三、工艺设计及计算 -1010 （一）工艺技术指标及基础数据 -10 （二）物料计算 -10 1. 主要原料的物料衡算-10 2. 蒸煮醪量的计算-12 3. 糖化醪量的计算-14 4. 酒精发酵醪的计算-14 5. 醋酸发酵醪的计算-14 （三）热量衡算 -15 1. 液化过程中的热量衡算-15 2. 糖化过程热量衡算-16 3. 酒精发酵过程热量衡算-17 4. 醋酸发酵过程热量衡算-18 （四）无菌压缩空气消耗量计算 -19 四、四、 设备设计与选型设备设计与选型 -1919 （一）液化车间 -20 1. 生产能力的计算-20 2. 液化罐数量 N1的确定 -20 3. 主要尺寸计算：-20 第 2 页 共 34 页 （二）糖化车间 -20 1. 生产能力的计算-20 2. 糖化罐数量 N2的确定 -21 3. 主要尺寸计算-21 （三）酒精发酵车间 -21 1. 生产能力的计算-21 2. 酒精发酵罐数量 N3的确定 -22 3. 主要尺寸计算：-22 4. 种子罐-22 （四）醋酸发酵车间 -23 1. 生产能力的计算-23 2. 醋酸发酵罐数量 N4的确定 -23 3. 主要尺寸的计算-24 4. 冷却面积的计算-24 5. 转子与定子的确定-24 6. 设备结构工艺设计-25 7. 壁厚计算-25 8. 接管设计-26 9. 支座设计-26 10. 种子罐-26 （5）. 车间设备一览表 -28 五、五、 总结与谢辞总结与谢辞 -2929 附件附件 -2929 1. 全厂物料流程图-29 2. 醋酸发酵车间流程图-30 3. 醋酸发酵车间布置设计-30 4. 主要设备图-30 参考文献参考文献 -3030 第 3 页 共 34 页 年产年产 5000 吨发酵食醋发酵车间设计吨发酵食醋发酵车间设计 万重阳 （武汉工业学院 生物与制药工程学院 武汉 430023） 摘摘 要要：食醋发酵是继酒精发酵之后，在醋酸菌氧化酶的作用下，生成醋酸的 过程。食醋原料，按照工艺要求一般可以分为主料、辅料、填充料和添加剂四 大类。主料大致是含淀粉、含糖、含酒精的三类物质。本设计对醋酸生产的发 酵车间进行了工艺计算和设备选型。 关键词关键词：食醋、发酵罐、深层发酵。 Abstract：Vinegar fermentation following the process of alcoholic fermentation generates acetic acid under the action of acetic acid bacteria oxidase. Raw materials to produce vinegar, according to the process requirements, can be generally divided into four categories, such as main materials, auxiliary materials, filling materials and additives. The main materials roughly contain starch, sugar and alcohol. The design of the workshop to produce acetic fermentation was about process calculation and equipment selection. Keyword：vinegar, fermenter, deep submerged fermentation. 第 4 页 共 34 页 绪论绪论 1、食醋的起源与功能、食醋的起源与功能 食醋是传统的酸性调味品，我国酿醋自周朝开始，已有 2500 年历史。中国 各地物产气候不同，产生了各具特色的地方食醋，保持至今最著名的江苏镇江 香醋、山西老陈醋、四川保宁麸醋、辽宁喀左陈醋等。 中国医药大典记载， “醋产浙江杭绍二县为最佳，实则以江苏镇江为”，镇江香醋以糯米为原料，是 一种典型的米醋。梁人陶弘景神农本草经注中就有关于镇江米醋用法的记 载，据此，镇江香醋已有 1400 多年的历史。 性能：味酸、甘，性平。归胃、肝经。能消食开胃，散淤血，止血，解毒。 因原料和制作方法的不同，醋的成品风味迥异。醋是用得较多的酸性调味 料。每 100mL 醋中的醋酸含量，普通醋为 3.5g 以上，优级醋为 5g 以上。由于 醋能改善和调节人体的新陈代谢，作为饮食调料，需要量不断增长。 2、食醋的种类、食醋的种类 食醋可划分为酿造醋、合成醋、再制醋三大类。 酿造醋是用粮食等为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等 阶段酿制而成。除主要成分醋酸外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生 素、醇和酯等营养成分和风味成分。 合成醋是用化学方法合成的醋酸配制而成，缺乏发酵调味品的风味，质量 不佳。 再制醋是以酿造醋为基料，经过进一步加工制成，如五香醋、蒜醋、固体 醋等。 3、食醋的原料、食醋的原料 食醋原料，按照工艺要求一般可以分为主料、辅料、填充料和添加剂四大 类。 主料大致是含淀粉、含糖、含酒精的三类物质。 辅料，一般使用谷糠、麸皮或豆粕作辅料。他们不仅含有一定量的碳水化 合物，而且含有丰富的蛋白质和矿物质，为酿醋用微生物提供营养物质，并增 加成醋的糖分和氨基酸含量，形成醋的色香味成分。 填充料，固态发酵法制醋以及速酿法制醋都需要填充料，其主要作用是疏 松醋醅，积存和流通空气。 添加剂： 食盐，醋醅发酵成熟后要及时加入食盐以抑制醋酸菌，防止醋酸菌将醋酸 分解，同时食盐还起到调和风味的作用。 砂糖、香辛料，能增加醋的甜味，并赋予食醋特殊的风味。 第 5 页 共 34 页 炒米色，能增加醋色泽及香气。 4、食醋的生产工艺、食醋的生产工艺 食醋的生产工艺分固态法及液态法两类。 (1) 固态法酿醋工艺 传统的固态法酿醋工艺主要有 3 种。1、用大曲制醋： 以高粱为主要原料，利用大曲中分泌的酶，进行低温糖化与酒精发酵后，将成 熟醋醅的一半置于熏醅缸内，用文火加热，完成熏醅后，再加入另一半成熟醋 醅淋出的醋液浸泡，然后淋出新醋。最后，将新醋经三伏一冬日晒液与捞冰的 陈酿过程，制成色泽黑裼、质地浓稠、酸味醇厚、具有特殊芳香的食醋。著名 的有山西老陈醋。2、用小曲制醋：以糯米和大米为原料，先利用小曲（又称酒 药）中的根霉和酵母等微生物，在米饭粒上进行固态培菌，边糖化边发酵。再 加水及麦曲，继续糖化和酒精发酵。然后酒醪中拌入麸皮成固态入缸，添加优 质醋醅作种子，采用固态分层发酵，逐步扩大醋酸菌繁殖。经陈醋酿后，采用 套淋法淋出醋汁，加入炒米色及白糖配制，澄清后，加热煮沸而得香醋。著名 的有镇江香醋。3、以麸皮为主料，用糯米加酒或蓼汁制成醋母进行醋酸发酵， 醋醅陈酿一年，制得风味独特的麸醋。著名的有四川保宁（今阆中县）麸醋及 四川渠县三汇特醋。 固态发醋法酿醋，由于是利用自然界野生的微生物，所以发酵周期长，醋 酸发酵中又需要翻醅，劳动强度大。目前已采用纯种培养麸曲作糖化剂，添加 纯种培养酵母菌制成的酒母，进行酒精发酵，再用纯种培养醋酸菌制成的醋母， 进行醋酸发酵而制得食醋。也有采用酶法液化通风回流法，将原料加水浸泡磨 浆后，先添加细菌 -淀粉酶加热液化,再加麸曲糖化,糖化醪冷却,加入酒母进行 酒精发酵,待酒精发酵结束,将酒醪、麸皮、砻糠与醋母充分混合后，送入设有假 底的醋酸发酵池中，假底下有通风洞，可让空气自然进入，利用自然通风及醋 回流代替翻醅，并使醋醅发酵温度均匀，直至成熟。酶法液化通风回流法的产 量，出醋率和劳动生产率均比传统法高。 (2) 液态法酿醋工艺 传统的液态法酿醋工艺有多种。1、以大米为原料，蒸 熟后在酒坛中自然发霉，然后加水成液态，常温发酵 3-4 个月。醋醪成熟后， 经压榨、澄清、消毒灭菌，即得色泽鲜艳、气味清香、酸味不刺鼻、口味醇厚 的成品。著名的有江淅玫瑰米醋。2、以糯米、红曲、芝麻为原料，采用分次添 加法，进行自然液态发酵，并经 3 年陈酿，最后加白糖配制而得成品。著名的 有福建红曲老醋。3、以稀释的酒液为原料，通过有填充料的速酿塔内进行醋酸 发酵而成，如辽宁省丹东白醋。 液态发酵法制醋也渐采用深层发酵新工艺。淀粉质原料经液化、糖化及酒 精发酵后，酒醪送入发酵罐内，接入纯粹培养逐级扩大的醋酸菌液，控制品温 及通风量，加速乙醇的氧化，生成醋酸，缩短生产周期。发酵罐类型较多，现 已趋缶使用自吸式充气发酵罐。它于 50 年代初期被联邦德国首先用于食醋生产， 称为弗林斯醋酸发酵罐，并在 1969 年取得专利。日本、欧洲诸国相继采用。中 国自 1973 年开始使用。 食醋品种虽然繁多、工艺条件各具特色，但食醋酿造的基本工艺流程包含 淀粉糖化、酒精发酵和醋酸发酵三个阶段。具体工艺流程如下： 第 6 页 共 34 页 大米可发酵糖酒精 醋酸 CO2糊精等 图 1、醋酸基本工艺流程 5、液态法食醋质量标准、液态法食醋质量标准 (1) 感官指标 具有本品种固有的色泽; 有正常酿造食醋的滋味。 (2) 理化指标 指标指标 项目项目 粮食醋其他醋 总酸（以醋酸计）含量/(g/100ml) 3.5 无盐固型物含量/(g/100ml) 1.51.0 一、设计任务一、设计任务 年产 5000 吨发酵食醋发酵车间设计 二、生产方案和流程的确定二、生产方案和流程的确定 （一）生产方案的确定（一）生产方案的确定 空气自吸式发酵罐液态深层发酵制醋。空气自吸式发酵罐液态深层发酵制 醋是将淀粉质原料经液化糖化、酒精发酵后，在空气自吸式发酵罐中完成液 体深层醋酸发酵的新工艺。具有原料利用率高，机械化程度高，生产周期短 （8d） ，产品质量稳定等优点。 深层发酵法是向酒醪中接入醋酸菌后，采用向醪液中通入空气的方法来增 加醪液中的溶解氧，使醋酸菌的醋酸发酵正常进行。发酵设备多采用自吸式发 酵罐，发酵品温 3235，发酵时间在 3d 左右。 原料选择大米，长江以南习惯以大米为原料，且大米制出来的醋口感较好。 醋酸菌醋酸发酵 第 7 页 共 34 页 （二）生产流程的确定（二）生产流程的确定 1. 菌种选择菌种选择 糖化选择黑曲霉。 酵母菌（AS 2.399）酵母菌培养的最适温度为 2530 度。 醋酸菌（许氏醋酸杆菌 A. schutzenbachii）生长繁殖适宜温度 2527.5 度， 不耐热，最高生长温度 37 度，最适 PH3.56.5，耐食盐为 1%1.5%。该菌产 酸高达 11.5%，对醋酸没有进一步的氧化作用。 2. 原料预处理原料预处理 （1）原料的筛选和除杂 1.剔除霉变的原料，除去附着的尘土和杂物。 2.对带有皮壳的原料去除皮壳。 3.处理方法采用分选机筛选和水洗涤。 （2）粉碎与水磨 扩大原料同微生物酶的接触面积，使有效成分被充分利用，大多数情况下 先粉碎，然后再进行蒸煮、糖化。粉碎常用设备是：锤式粉碎机、刀片轧碎机、 钢磨。 技术要点：细度 大三角瓶纯种扩大培养 - 醋酸菌种子液态培养 试管培养基：葡萄糖 0.3g、酵母膏 1.0g、碳酸钙 2.0g、6%酒液 100mL、琼 脂 2.02.5g。 三角瓶培养基：酵母膏 1%、葡萄糖 0.3%、水 100mL、浓度为 95%的酒精 4%。 种子液态培养：4%8%酒精发酵醪，醋酸种子酸度 2.5%3.0%，接种量 5%10%；通风量 0.1m/(m.min)；培养温度 3235；培养时间 24h。 醋酸菌种子培养与其它微生物种子培养一样，除了使微生物繁殖以外，还 有一个驯化作用，即使微生物适应于生产的要求，所以，在种子培养的前阶段， 培养基的组成、培养条件多采用较优的工艺参数；而在培养的后阶段，多采用 接近于生产要求的工艺参数。 2.醋酸发酵 第 9 页 共 34 页 技术要点：酒液酒度 5%6%；醋酸发酵液酸度 4.5%5.5%。 工艺参数：接种温度 2830；发酵温度 3234，最高不超过 36； 前期通风量 0.07m/(m.min)、中期 0.10.12 m/(m.min)、后期 0.08m/(m.min)；培养时间 6567h。 醋酸菌含有乙酰辅酶 A 合成酶，能催化醋酸氧化，反应生成的乙酰辅酶 A 进入三羧酸循环，进一步氧化为 CO2和 H2O。其反应式如下： 332 CH COOHCoASHCH COSCoAH O 所以，醋酸发酵成熟时就要加入 2%5%的食盐，以抑制醋酸菌的活性。 在液态深层发酵中，可采用分割法去醪进行“半连续式发酵” ，即取出 1/21/3 量的发酵成熟醋醪，同时补加相应量的酒醪。这一方法即可以省却醋 酸菌种培养工序，且发酵罐中的菌种在醋酸发酵过程中已得到充分驯养，所以， 又有利于提高原料的利用率和产品质量，但分割法去醪应注意无菌操作。 6. 压滤压滤 技术要点：滤渣水分70%；酸度0.2%。 工艺参数：发酵醪预处理，55 摄氏度维持 24h；压头醋、二醋用泵输送， 泵压 2*89KPa，压净停止。压清醋用高位槽自然压力。 7. 配兑和灭菌配兑和灭菌 技术要点：灭菌后成品醋酸3.5%；醋液红褐色，无混浊，无沉淀，无异 味；细菌数5000 个/ml。 工艺参数：灭菌温度 80，维持适当时间；苯甲酸钠添加量为 0.06%0.1%。 8. 陈酿陈酿 一是生醋经日晒夜露陈酿数月；二是将成品醋封坛陈酿。陈酿过程中，因 美拉德反应等，食醋的色泽加深；因氧化反应，食醋中的乙醇含量降低，而乙 醛含量有所升高；因酯化反应，食醋中的酯含量明显升高；因缔合作用，食醋 的风味变得醇和，醋酸的刺激性减弱。 第 10 页 共 34 页 （三）生产工艺流程示意图（三）生产工艺流程示意图 图 2、醋酸生产工艺流程示意图 三、工艺设计及计算三、工艺设计及计算 （一）工艺技术指标及基础数据（一）工艺技术指标及基础数据 1. 生产规模：年产食醋 5000t（醋酸含量 4% 质量分数） 2. 生产工艺：液态深层发酵、间歇发酵 3. 工作制度：全年工作 300 日，三班作业。 第 11 页 共 34 页 4. 食醋日产量：17t 5. 食醋年产量：5100t 6. 副产品年产量：次级食醋占食醋总量的 2%。 7. 产品质量：符合 GB181872000 国家标准酿造食醋 8. 大米原料含淀粉 70%, 水分 13%。 9. -淀粉酶用量为 8u/g 原料，糖化酶用量为 150u/g 原料，酒母糖化醪用糖化 酶量 300u/g 原料。 10. 醋酸发酵罐发酵周期 8d、周期数 300/8 = 38。 技术参数技术参数： 淀粉糖化率：80% 糖 酒精得率：85% 酒精 醋酸得率：80% 大米原料 成品醋：160kg /t （二）物料计算（二）物料计算 1. 主要原料的物料衡算主要原料的物料衡算 （1）淀粉糖化物料衡算 淀粉质原料加水加热糊化后，加入糖化曲或淀粉酶进行糖化，物料衡算总方程 式 610526126 1 n C H OnH OnC H O 162180 1g1.11g 理论上 1g 淀粉完全水解后能生成 1.111g 葡萄糖。但由于糖化酶的活力、种类、 糖化工艺的原因，淀粉原料中支键淀粉和直链淀粉的比例不同，糖化结束后糖 化醪中糖和非糖的比例控制不同等，因而使得糖化效果颇有差异，实际的糖化 率一般以理论的 75%-85%计算，即实际上 1g 淀粉能生成 0.8330.944g 葡萄糖。 这里取 80%，即 1g 淀粉能生成 0.888g。 （2）酒精发酵物料衡算 向糖化醪液中接入酵母菌进行酒精发酵，其物料衡算可以用下列生化反应的总 方程式为基础： 6126252 22C H OC H OHCO 180 24688 1g 0.51g 理论上 1g 葡萄糖能生产 0.51g 酒精，但由于酵母菌的生长繁殖、中间代谢产物 的生成、酒精的挥发等，实际的酒精得率一般以理论酒精得率的 85%计算，即 第 12 页 共 34 页 实际上 1g 葡萄糖能生成 0.434g 左右的酒精。 （3）醋酸发酵物料衡算 向酒精醪液中接入醋酸菌，进行醋酸发酵，其物料衡算可以用下列生化反应的 总方程式为基础 25232 C H OHOCH COOHH O 4660 18 1g1.30g 根据总方程式计算得到：理论上 1g 酒精能生产 1.30g 醋酸。但由于醋酸菌的生 长繁殖，发酵过程中酒精和醋酸的挥发，以及醋酸的进一步氧化等，实际的醋 酸得率一般以理论得率的 80%计算，实际上 1g 酒精能生产 1g 左右的醋酸。 由上述计算得知，用淀粉质原料酿醋时，1g 纯淀粉能生成 0.888g 葡萄糖，经酒 精发酵得到 0.385g 酒精，再经醋酸发酵可以得到 0.385g 醋酸。 即 1t 食醋含 40kg 醋酸，需 40/0.385 = 103.9kg 淀粉，需大米 103.9/0.7 = 148.4 kg。 （4）大米年消耗量 5100t 食醋中醋酸含量： 51004% = 204t 生产 204t 醋酸需要淀粉： 204/0.385 = 530t 年消耗大米量： 530/0.7 = 757.14t （5）- 淀粉酶消耗量 应用酶活力为 2000u/g 的 淀粉酶使淀粉液化， 促进糊化，可减少蒸汽消耗量。-淀粉酶用量按 8u/g 原料计算。 全年用酶量为： 757.148 = 3.03t 2000 单耗量： 3.03103/5100 = 0.594kg/t （6）麸曲耗用量 所用麸曲糖化酶的活力为 800u/g，使用量为 150u/g 原料， 则糖化酶消全年耗量为： 757.14150 = 142.96t 800 单耗量： 142.96103/5100 = 28kg/t 第 13 页 共 34 页 （7）氯化钙（规格：无水） 单耗：0.15 kg/t： 全年投料量：0.155100 = 765kg （8）纯碱（规格：工业用） 单耗：0.225 kg/t： 全年投料量：0.2255100 = 1147.5kg 表 1、 原料消耗表（5000t/a） 名称规格单耗全年投料量 大米淀粉含量 70%148.4kg/t 757.14103kg - 淀粉酶 2000u/g0.594kg/t 3.03103kg 麸曲800u/g28kg/t 142.96103kg 氯化钙无水0.15kg/t765.07kg 纯碱工业纯碱0.225kg/t 1.15103kg 2. 蒸煮醪量的计算蒸煮醪量的计算 根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为 1:3，粉浆量为： 148.4（1+3）= 593.6kg 式中 148.4 生产 1t 食醋（醋酸含量 4%）需要的大米量 蒸煮过程使用直接蒸汽加热，在后熟器和汽液分离器减压蒸发、冷却降温。 在蒸煮过程中，蒸煮醪量将发生变化，故蒸煮醪的精确计算必须与热量衡算同 时进行，因而十分复杂。为简化计算，可按下述方法近似计算。 假定用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度 50，应用喷射液化器使粉浆 迅速升温至 88，然后进入连续液化器液化，再经 115高温灭酶后，在真空 冷却器中闪急蒸发冷却至 63后入糖化罐。其工艺流程图如下图所示。 第 14 页 共 34 页 图 3、粉浆连续蒸煮液化工艺流程 干物质含量 B0=87%的大米比热容为； c0 = 4.18（1-0.7B0）= 1.63 kJ/(kg. K) 粉浆干物质浓度为： B1 = 87/（4*100）= 21.8% 蒸煮醪比热容为： c1 = B1c0+（1.0 - B1） cw = 21.8%1.63+（1.0-21.8%）4.18 = 3.62 kJ/ (kg. K) 式中 c w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维持不变。 经喷射液化加热后蒸煮醪量为： 593.6*3.62(8850) 593.6630() 2748.988*4.18 kg 式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K） 经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为： 630 6303.62(88-84) = 626 (kg) 2288.3 式中 2288.3第二液化维持罐的温度为 84 度下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K) 经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为； 626 + 6263.62(115-84) = 657 (kg) 2748.9-1154.18 式中 115灭酶温度（摄氏度） 2748.90.5Mpa 饱和蒸汽的焓（kJ/K） 第 15 页 共 34 页 经汽液分离器后的蒸煮醪量： 657 - 6573.62(115-104.3) = 646 (kg) 2245 式中 2245104.3 摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热(kg) 经真空冷却后最终蒸煮醪量为： 646 - 6463.62(104.3-63) = 605 (kg) 2351 式中 2351真空冷却温度为 63 摄氏度下的饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)。 粉浆中干物质的质量分数： = 21.28% 148.4*(1 0.13) 605 3. 糖化醪量的计算糖化醪量的计算 麸曲（糖化力 800u/g 干曲） ，单耗：28kg/t： 生产 1t 食醋的糖化醪量： 605 + 28 = 633kg 糖化醪干物质质量分数： = 20.5% 148.4*(1 0.13)0.5940.150.225 *100% 633 4. 酒精发酵醪的计算酒精发酵醪的计算 （1）实际产酒精量 = 原料量淀粉含量实际产酒率 = 148.40.70.385 = 39.9 kg （2）发酵中 CO2产量： 39.9 = 38.2kg 88 92 （3）发酵中溢出水分（按 2%计）： 39.90.02 = 0.8kg 第 16 页 共 34 页 （4）酒精发酵成熟醪总质量（含醋母醪量）： 633 38.2 0.8 = 594 Kg （5）成熟醪体积（成熟醪密度为 0.99Kg/L）： 594 / 0.99 = 600 L （6）成熟醪中酒精体积分数 （酒精 d420=0.7893）： 酒精体积分数= = 8.43% 39.9 *100% 0.7893*600 5. 醋酸发酵醪的计算醋酸发酵醪的计算 （1）醋酸发酵醪质量 (含醋母醪量) 发酵时添加蛋白质水解液（d420=1.2） 50Kg/t： 594 + 50 = 644kg （2）醋酸发酵醪体积： 600 + 50/1.2 = 641.7L （3）原料产醋量（转化率取 84%）： 39.91.3084% = 43.57kg （4）醋酸发酵时消耗氧气： 43.57 = 23.2kg 32 60 （5）醋酸成熟醪的质量： 644 + 23.2 = 667.2Kg （6）成熟醪体积（成熟醪密度 1.01Kg/L）： 667.2/1.01 = 660.6 L （7）成熟醪醋酸的质量分数： 43.57/667.2 = 6.53% （8）配兑消毒后成品中醋酸量 按经验数据：压滤损失 4%，消毒运输损失为 1.2%，共损失 5.2%，则醋酸量： = 41.3kg43.57*(1 4% 1.2%) （9）配兑成 4%醋酸含量的成品醋的质量： 41.3/0.04 = 1032.5kg 1t ， 所以符合生产要求 第 17 页 共 34 页 （10）4%成品醋的体积（成品醋密度 1.01Kg/L）： 1032.5/1.01= 1032.5L （11）原料出醋率： 1032.5/148.4=6.96（Kg/Kg） （三）热量衡算（三）热量衡算 1. 液化过程中的热量衡算液化过程中的热量衡算 粉浆质量 m = 593.6 +0.594 +0.15 + 0.225 = 594.57kg； 粉浆比热容 c=3.72KJ/Kg.K； 液化过程总耗热量为 Q1 粉浆由初温 T0加热至 88总耗热量为 Q2。 （1）设粉浆初温取 T0=20，流加法液化浆温为 88，耗热量为 Q2。 则 Q2 = mc(88-To) = 594.573.72(88-20) = 150402 KJ （2）加热过程中蒸汽带出的热量为 Q2 加热时间为 40min，蒸发量为每小时 5%。 则蒸发水量为： V水 = m5%40/60 = 594.575%40/60 = 19.8 Kg Q2 = V水 I = 19.82257.2 = 44693KJ 式中 I 为水的汽化潜热（KJ/Kg） （3）热损失 Q2 热损失为耗热量的 15%： Q2= 15% （Q2+ Q2） （4）则总耗热量为： Q2 = 1.15（Q2+ Q2） 第 18 页 共 34 页 = 1.15（150402+ 44693） = 224360KJ 再次升温煮沸到 100后所需热量为 Q3 此时液化醪的质量为 m1=605Kg Q3 = m1c(100-88) = 6053.7212 = 27007.2KJ 液化过程中总耗热量为 Q1 Q1 = Q2+ Q3 = 224360+27007.2 = 251367.2KJ 2. 糖化过程热量衡糖化过程热量衡算算 液化醪质量为 m1 = 605 Kg 液化醪比容热为 c1 c1= 0 100 100100 cc 水 式中：c0淀粉质比热容为 1.55kJ/(kg.K) 液化醪中干物质含量（%） c水水的比热容为 4.18kJ/(kg.K) 所以， c1= 3.62 kJ/(kg.K) 21.2810021.28 1.55*4.18* 100100 （1）糖化过程加曲前，要将液化醪降温到加曲温度 64，所放出的热量为 Q4 Q4 = m1c1（100-64） = 6053.62（100-64） = 78843.6 KJ （2）加曲后，开始糖化的温度为 60，该过程发出的热量为 Q5 加曲后糖化醪的质量为 m2=5275.2 Kg Q5 = m1c1（64-60） = 6053.62(64-60) = 8760.4 KJ 第 19 页 共 34 页 （3）糖化过程放出热量 Q6 Q6 = Q4+ Q5 = 78843.6+8760.4 = 87604KJ （4）冷却水初始温度为 17，最终温度为 35，则糖化阶段冷却水耗用量为 W： W= 6 12 () ww Q ctt 水 = 87604 1164.3kg 4.18 （35-17） 3. 酒精发酵过程热量衡酒精发酵过程热量衡算算 （1）酒母接种温度为 28，糖化醪降温到酒精发酵温度放出热量为 Q7 糖化醪（含酒母醪）质量 m2= 633Kg Q7 = m2c1（60-28） = 633 3.62（60-28） = 73326.72 KJ （2）酒精发酵温度为 33，升温到酒精发酵温度所需热量为 Q8 Q8 = m2c1（33-28） = 6333.62（33-28） = 11457.3 KJ （3）产 1t 食醋过程中产生酒精 39.9kg，以葡萄糖为碳源酵母发酵每生产 1Kg 酒精放出的热量约为 1170KJ，则发酵和酵母培养每小时放出的热量为： Q9 =1170*39.9= 46683 KJ （4）冷却水初始温度为 17，最终温度为 35，酒精发酵阶段冷却水用量为 W1 W1 = 7 12ww Q c水（t-t） = 73326.72 975 4.18 (35 17) kg 第 20 页 共 34 页 （5）酒精发酵阶段蒸汽耗用量为 D1 1. 因为投入的是液体曲，糖化醪干物质质量分数 ： =20.54% 148.4*(1 0.13)0.5940.150.225 *100% 633 2. 糖化醪的比热容 c2 ： c2 = 10020.5410020.54 1.254.18 100100100100 cc 水 =3.56 kJ/(kg.K) 3. 蒸汽耗用量 D1为 D1 = 8 Q I = 11457.3 4.94 2738419 kg 4. 醋酸发酵过程热量衡算醋酸发酵过程热量衡算 （1）醋母接种温度为 28，酒精发酵醪降温到醋酸发酵温度放出热量为 Q10 酒精发酵成熟醪质量 m3= 600 Kg Q10 = m3c1（33-28） = 600 3.625 = 10860 KJ （2）醋酸发酵温度为 33，升温到醋酸发酵温度所需热量为 Q11 Q11 = m3c1（33-28） = 6003.62（33-28） = 10860 KJ （3）生产 1t 食醋过程中产生醋酸 43.57kg，以酒精发酵每生产 1Kg 醋酸放出的 热量约为 7458.5KJ，则发酵罐每小时放出的热量为（醋酸发酵时间 66h）： Q12 =7458.5*43.57/66= 4923.74KJ/（t.h） （4）冷却水初始温度为 17，最终温度为 35，酒精发酵阶段冷却水用量为 W2 W2 = 10 12ww Q c水（t-t） 第 21 页 共 34 页 = 10860 144.34 4.18 (35 17) kg （5）醋酸发酵阶段蒸汽耗用量为 D2 D2 = 11 Q I = 10860 4.68 2738419 kg （四）无菌压缩空气消耗量计算（四）无菌压缩空气消耗量计算 深层发酵法的通风量计算如下： 理论需氧量： 25232 C H OHOCH COOHH O 22.4(L)60(g) a b a=22.4b/60 式中 a理论需氧量，L/ min b理论产酸速度，g/min b=13.10g/min 3 39.9*10 *1.3 66*60 理论通风量(a)：a= a/0.21 式中 0.21O2的含量 实际通风量(a”)：a”=2.5a 式中 2.5经验数据 a”=4.44b= 58.16L/min 四、四、 设备设计与选型设备设计与选型 （一）液化车间（一）液化车间 1. 生产能力的计算生产能力的计算 每生产 1t 食醋需粉浆量：594.57Kg 液化后醪液量：605kg 每生产 1t 食醋需粉浆体积（粉浆密度 1.07kg/L）： 第 22 页 共 34 页 594.57/1.07=556L=0.556m3 每天生产食醋 17t，液化罐填充量 80%，则每天需要液化罐的总容积： 17*0.556/0.8 =11.82m3 2. 液化罐数量液化罐数量 N1的确定，发酵周期的确定，发酵周期 8 天：天： 现取公称容积 20m3的液化罐，实际容积为 22m3. N1 = = 4.3 （个） 11.82*8 22 现取公称容积 22m3液化罐 5 个； 3. 主要尺寸计算：主要尺寸计算： 3 =V +2V =22mV全全 全 H=2D；则有 23 V =0.785D *2*2=22 24 DD 全 解方程得： 1.57D3+0.26D3=22 D = = 2.29m 取 2.4m 3 22 1.83 H = 2D = 4.8m 查表得封头高：=600+25=625mm ; 封头容积 1.93m3 ab Hhh 全 （二）糖化车间（二）糖化车间 1. 生产能力的计算生产能力的计算 每生产 1t 食醋需糖化醪量：633kg 每生产 1t 食醋需糖化醪体积（糖化醪密度 1.05kg/L）： 633/1.05=603L=0.603m3 每天生产食醋 17t，糖化罐填充量 80%，则每天需要糖化罐的总容积： 170.603/0.8 =12.8m3 第 23 页 共 34 页 2. 糖化罐数量糖化罐数量 N2的确定，发酵周期的确定，发酵周期 8 天：天： 现取公称容积 50m3的糖化罐，底封头为椭圆形封头，实际容积为 58m3. N2 = = 1.76 （个） 12.8*8 58 现取公称容积 50m3糖化罐 2 个 3. 主要尺寸计算（设上封头的容积与下封头相等）：主要尺寸计算（设上封头的容积与下封头相等）： 3 =V +2V =58mV全全 全 糖化罐罐体不能太高或太矮取 H:D=1.5; H=1.5D； 则有 23 V =0.785D *1.5*2=58 24 DD 全 解方程得： 1.18D3+0.26D3=59 D = = 3.43m 取 3.4m 3 58 1.44 H = 1.5D = 5.1m 取 5m