液态发酵年产10000吨米醋厂生产工艺设计.doc

年产5000吨食醋设计说明书 1 设计任务书设计项目：液态发酵年产10000吨米醋厂生产工艺设计 设计规模：33.34吨生产工艺：液态深层发酵工作制度：全年工作发酵日300天，三班作业，连续生产主要原料：玉米辅助原料：谷糠，麸皮成品：4度酿造米醋理化指标：总酸（以乙酸计）：g/100ml3.50 不挥发酸（以乳酸计）：无 可溶性无盐固形物：g/100ml0.50 微生物指标：菌落总数：（个/ml）10000 大肠菌群：（MPN/100ml）3 致病菌（系指肠道治病菌）；不得检出 产品相关标准：要符合GB2719-1996米醋卫生标准，GB18187-2000酿造米醋，ZBX66004-86米醋质量标准 感官指标：具有正常的米醋色泽，气味和滋味，不涩，无其他不良气味和异味，无悬浮物，不浑浊，无沉淀，无异物，无醋鳗，醋虱。 2 产品方案 2.1 生产规模 醋厂年产量为5000t，厂设计采取统一的规划布局，规范化建设，科学 化管理，规模化生产。一体化经营，完全采用现代化企业管理模式将逐渐形成规模。2.2 主要原料的规格粮食：应符合GB2715的规定酿造用水：应符合GB5749的规定食用盐：应符合GB5461的规定食用酒精：应符合GB10343的规定糖类：应符合相应国家标准或行业标准规定食品添加剂：应选用GB2760中允许使用的添加剂，还应符合相应的食品添加剂的产品标准2.3 工期设定 生产品种为4度酿造米醋，年产量5000t，采用瓶装生产，设计日产 量为16.7t2.4 产品质量及标准 GB/T601-1988 化学试剂滴定分析（容量分析）用标准溶液的制备 GB2715-1981 粮食卫生标准 GB2719-1996 米醋卫生标准 GB2760-1996 食品添加剂使用卫生标准 GB4789.22-1994 食品卫生微生物检验调味品检验 GB/T5009.41-1996食品卫生标准分析方法GB54612000 食用盐 GB57491985 生活饮用水卫生标准 GB/T66821992 分析实验室用水规格和试验方法GB77181994 食品标签通用标准 GB103431989 食用酒精3 生产工艺流程设计3.1工艺流程选择论证3.2 工艺流程图根据中米醋风味而设计的工艺流程简图见图原料粉碎氯化钙-淀粉酶纯碱 试管培养 调浆 三角瓶培养液化麸曲 糖化种子罐培养酒母 酒精发酵 酒醪 成品 消毒压滤无菌空气醋酸发酵 3.3 工艺要点 3.3.1 原料粉碎 先将碎米浸泡，使米粒充分膨胀，然后将米与水按1：（1.52）的比例送入磨粉机，磨成50目以上。锤式粉碎机是利用快速旋转的锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于中等硬物(暑干、玉米等)。辊式粉碎机主要用来粉碎谷类颗粒原料，大麦、大米、高粱等都可用此粉碎。钢磨主要用于大米、玉米等原料的粉碎16。 3.3.2 调浆 原料浸泡后用磨粉机磨成粉浆，然后在调浆池内进行调浆。调浆时要加0.25%的-淀粉酶（酶制剂2000u/g）。控制pH6.06.5，温度在8590。由于钙离子有提高酶对热稳定性作用，所以加入无水氯化钙0.1%。 3.3.3 液化和糖化 本项目采用高温液化法，需要设备小，适于连续操作，淀粉受热快而均匀，能使淀粉迅速糊化。液化时边加热边进料边搅匀，液化品温控制在8592，待粉浆全部进入液化锅后，维持1015min，使淀粉充分液化，之后升温至100，保持20min。 采用高温糖化法，也称酶法液化法，它是先以-淀粉酶制剂在8590对原料粉浆进行液化，然后再用麸曲在65进行糖化，糖化时间30min。 3.3.4 酒精发酵 将糖化醪送入酒精发酵罐中，并使温度降至32左右，向醪液中接入酒母。酒精发酵是无氧氧化过程。除了发酵初期，酵母中的活细胞大量繁殖需要一定的氧气外，整个过程在密闭发酵罐中进行。罐压控制在0.25105Pa，发酵温度3032，发酵时间为6070h。产品在正常情况下酒度为6.7%左右，总酸应控制在0.4%以下，残糖在0.2%左右 17 。 3.3.5 醋酸发酵 将酒精发酵醪接入醋酸发酵罐，在适宜的条件下，乙醇经醋酸菌的作用氧化为乙酸，它是酿醋的主要环节，直接影响到食醋的产量与食醋的风味。 醋酸发酵是利用醋酸菌所分泌的氧化酶将酒精氧化成醋酸，因此要求醋酸菌必须活力强、无杂菌、接种量不低于10%。醋酸菌刚接入发酵罐，通过一段时间培养，醋酸菌进入对数生长期，细胞数量增加、活力提高、酶大量形成、呼吸作用大大加强，要加大风量；到后期，酒精减少、酸度上升缓慢、菌体衰老、呼吸缓慢、风量即可减小18 3.3.6 压滤 醋酸发酵结束后，为了提高食醋糖分，在醋醪里加入一定量的糖，混合均匀送入压滤机进行压滤。 3.3.7 灭菌和陈酿 醋酸压滤后取样检测，按成品要求加盐配兑，在加热至7580灭菌。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。 4 工艺计算 4.1 主要技术参数 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：148.4kg /t4.2 物料衡算 按主料计每148.4kg原料产醋1t，每批投主料量： 148.4 * 33.34=4947.656kg 每年投主料量： 148.4*10000=1484t 4.2.1 酶量计算 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： 1484*8/2000=5.936t 单批次耗量： 5.936*1000/300=19.79kg 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: 1484*150/800=278.25t 单批耗量： 278.25*1000/300=927.5kg 4.2.2 氯化钙（规格：无水） 单耗：0.15 kg/t： 每批投量：0.15*33.34=5.001kg 全年投料量：0.15*10000=1500kg 4.2.3 纯碱（规格：工业用） 单耗：0.225 kg/t 每批投量：0.225*33.34=7.5015kg 全年投料量：0.225*10000=2250kg 4.2.4 液化醪量计算 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： 148.4* (1+3) =593.6kg 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 干物质含量B0=87%的大米比热容C0=4.18(1-0.7B0) =1.63KJ/Kg.k 粉浆干物质浓度为： B1=87/4x100=21.8% 蒸煮醪比热容： C1=B1C0+ (1-B1) x Cw =21.8%x1.63+(1.0-21.8%)x4.18 =3.62KJ/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： 593.6+593.6x3.62(88-50)/2748.9-88x4.18=630kg 式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓。 经二液化维持罐出来的蒸煮醪量： 630-630x3.62x(88-84)/2288.3=626kg 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。 经喷射混合加热器后的蒸煮醪量； 626+626x3.62(115-84)/2748.9-115x4.18=657kg 式中 115灭酶温度（摄氏度） 2748.90.5Mpa饱和蒸汽的焓 经汽液分离器后的蒸煮醪量： 657-657x3.62x(115-104.3)/2245=646kg 式中 2245104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热。经真空冷却后最终蒸煮醪量为： 646-646x3.62x(104.3-63)/2351=605kg 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。粉浆中干物质的质量分数： 148.4x(1-0.13)/605=21.8% 4.2.5糖化醪量计算 麸曲（糖化力800u/g干曲），单批耗：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： 148.4x（1-0.13）+0.594+0.225 633 x100%=20.5%4.2.6 酒精发酵醪量计算实际产酒精量=原料量淀粉含量实际产酒率 =148.4x0.7x0.385=39.9kg发酵中CO2产量： 39.9x88/92=38.2kg发酵中溢出水分（按2%计）： 39.9x0.02=0.8kg酒精发酵成熟醪总质量（含醋母醪量） 633-38.2-0.8=594kg成熟醪体积（成熟醪密度为0.99kg/L）： 594/0.99=600L成熟醪中酒精体积分数 （酒精d420=0.7893）酒精体积分数=39.9/0.7893x600x100%=8.43%4.2.7 醋酸发酵醪量计算 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醋酸发酵醪体积： 600+50+1.2=641.7L原料产醋量（转化率取84%）： 39.9x1.30x84%=43.57kg醋酸发酵时消耗氧气： 43.57x32/64=23.2kg醋酸成熟醪的质量： 644+23.2=667.2kg成熟醪体积（成熟醪密度1.01kg/L）： 667.2/1.01=660.6L成熟醪醋酸的质量分数： 43.57/667.2=6.53%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： 43.57x(1-4%-1.2%)=41.3kg配兑成4%醋酸含量的成品醋的质量： 41.3/0.04=1032.5kg1t, 所以符合生产要求4.2.8 无菌压缩空气的计算 深层发酵法的通风量计算如下： 理论需氧量：C2H5OH+O2CH3COOH+H2O 22.4(L) 60(g) a b a=22.4xb/60 式中a理论需氧量，L/ min b理论产酸速度，g/min b=39.9x103x1.3/66x60=13.10g/min 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=58.16 L/ min 4.3 物料衡算表 把上述的有关的米醋酿造车间的物料衡算结果整理成物料衡算表，见表4-1： 表 4-1 米醋酿造车间物料的衡算表 物料名称 每批投料量 全年投料量 主料量 2968 kg 890.4t 酶量 11.9 kg 3.57t 麸曲 556.5 kg 166.95t 氯化钙 3 kg 900kg 纯碱 4.5 kg 1350kg 液化醪 12.1t 糖化醪 12.66t 酒精发酵醪 12000 L 醋酸发酵醪 13212 L 无菌压缩空气 580.16L/min 4.4 热量衡算 本节依据生产各部分对热量的需要进行计算，确保动力车间能够对整个工厂正常供热。 4.4.1 液化过程中的热量计算 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 液化过程总需热量为Q； 粉浆由初温T0加热至88总耗热量为Q1；设粉浆初温取T0=20，流加法液化浆温为88，耗热量Q1为： Q1=mc(88-Ta) =594.57x3.72x(88-20) =150402kJ加热时间为40min，蒸发量为每小时5%。则蒸发水量为： V水=热损失Q3为耗热量的15%：m x 5% x 40 + 60 =594.57 x 5% x 40 +60=19.8Kj加热过程中蒸汽带出的热量Q2为： Q2= V水I =19.8 x 2257.2 =44963kJ式中I为水的汽化潜热（kJ/kg）热损失Q3为耗热量的15%： Q3=15% x (Q1+Q2) 则总消耗热量：则总消耗热量 Q4=1.15x(Q1+Q2) =15%x(150402+44963) =224360Kj再次升温煮沸到100后所需热量为Q5此时液化醪的质量为m1=605kg Q5=m1xCx(100-88) =605x3.72x12 =27007.2kJ液化过程中总耗热量Q为： Q=Q4+Q5 =224360+27007.2 =251367.2KJ4.4.2 糖化过程中的热量计算 液化醪质量为m1=605 液化醪比容热C1为： C1=C0W/100+C水（100W）/100 =1.55x21.28/100+4.18x(100-21.28)/100 =3.62KJ/kg.k式中：C0淀粉质比热容为1.55kJ/(kg.K) 液化醪中干物质含量（%） C水的比热容为4.18kJ/(kg.K) 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Q1为： Q1=m1xc1x(100-64) =605x3.62x(100-64) =78843.6KJ加曲后，开始糖化的温度为60，糖化醪的质量为m2=52752.2kg=，该过程放出的热量Q2 Q2=m2xc1x(64-60) =605x3.62x4 =8760.4KJ糖化过程放出热量Q为： Q=Q1+Q2 = 78843.6+8760.4 =87604kj 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= Q C(tw1-tw2) = 87604 4.18x（35-17） =1164.3kg4.4.3 酒精发酵过程中的热量计算酒母接种温度为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m3=633kgQ7=m3*c1(60-28)= =633*3.62*(60-28) =73326.72kJ酒精发酵温度为33，升温到酒精发酵温度所需热量Q8为： Q8=m3*c1*(33-28) =633*3.62.*(33-28) =11453.7kJ 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=46683kJ因为投入的是液体曲，糖化醪干物质质量分数w： W=148.4*(10-0.13)+0.594+0.15+0.225/633*100% =20.54% 糖化醪的比热容C2： C2=C*W/100+Cw*(100-W)/100 =1.25*20.54/100+4.18*(100-20.54)/100 =3.56kJ/kgK蒸汽耗用量D1为： D1=Q1/I- =11457.3/(2738-419)=4.94kg4.4.4 醋酸发酵过程中的热量计算醋母接种温度为28，酒精发酵成熟醪质量kgm6004=，酒精发酵醪降温到醋酸发酵温度放出热量Q10为 ： Q10=m4*C1*(33-28) =600*3.62*5 =10860kJ醋酸发酵温度为33，升温到醋酸发酵温度所需热量11Q为： Q11=m4*C1*(33-28) =600*3.62*5 =10860kJ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=Q10/Cs*(tw1-tw2) =10860/4.18*(35-17) =144.34kg醋酸发酵阶段蒸汽耗用量D2为： D2=Q11/I- =10860/(2738-419) =4068kg4.5 热量衡算表 把上述的有关的米醋酿造车间的热量衡算结果整理成物料衡算表，见表4-2：表 4-2 米醋酿造车间产一吨米醋所需热量衡算表 名称 热量液化中总耗热量 251367.2KJ糖化过程放出热量 87604KJ 酒精发酵放出热量 46683KJ/h 醋酸发酵放出热量 4923.74KJ/h 第5章 设备选型5.1 液化罐 5.1.1 生产能力 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）： 594.57+1.07=566L=0.556m3每天生产食醋20t，液化罐填充量80%，则每天需要液化罐的总容积： 20*0.556+0.8=13.9m35.1.2 液化罐数量N1的确定 现取公称容积20m3的液化罐，实际容积为22m3. N1=13.9*9/21=5.7(个)现取公称容积22m3液化罐6个； 5.1.3 主要尺寸 V全=V同+2V封=22m3 H=2D,则有v全=0.758D2*2D*/24D3*2=22 D= =2.29m取2.4m H=2D=4.8m 查表得封头高：H封=ha+hb=600+25=625mm封头容积1.93m3 5.2 糖化罐 5.2.1 生产能力 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20t，糖化罐填充量80%，则每天需要糖化罐的总容积：20*0.603+0.8=15.08m35.2.2 糖化罐数量N2的确定 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=15.08*9/58=2.34个现取公称容积50m3糖化罐3个 5.2.3 主要尺寸 V全=V筒+2V封=58m3 糖化罐罐体不能太高或太矮 取H:D=1.5； V全=0.785D2*1.5D+/24D3*2=58 D=3.43取3.4 H=1.5D=5.1米 取5米 查表得封头高：H封=ha+hb=850+50=900mm ;封头容积5.60m35.3 酒精发酵罐 5.3.1 生产能力 每生产1t食醋需糖化成熟醪体积：0.6 m3 每天生产食醋20t，酒精发酵罐填充量85%，则每天需要酒精发酵罐的总容 积： 20*0.6/0.85=14.12m35.3.2 酒精发酵罐数量N3的确定 现取公称容积20m3的发酵罐，实际容积为22m3。 N2=14.12*9/22=5.78（个）现取公称容积20m3发酵罐6个。5.3.3 主要尺寸 V全=V筒+2V封=22m3 H=2D,则有v全=0.758D2*2D*/24D3*2=221.57D3+0.26D3=59D=2.29取2.4 H=2D=4.8米查表得封头高：H封=ha+hb=600+25=625mm封头容积1.93m3。5.3.4 种子罐 种子罐容积 V种=V总*10%=22*10% =2.2m3式中 总V为发酵罐的总容积 10%接种量 种子罐与发酵罐对应上料，发酵罐平均每天上1罐则需种子罐1个，种子培养时间1220小时，取12小时，辅助操作时间810小时，生产周期约2030小时设H/D=2/1，则种子罐总容积V总为：V总=V筒+2V封V总=0.758D2*2D*/24D3*2=22D=1.6m 取D=1.1H=2D=2.2米查相应表得封头高：H封=250+25=275mm罐体总高：H罐=H筒+2H封=2200+2*275=2750单个封头容量：V封=0.151m3圆筒容积：V筒=0.785D2*2D=1.51*1.13=2.09m3不计上封头容积：V有效=V筒+V封=2.09+1.151=2.24m3校核种子罐总容积：V总=2V封+V筒=2.39m3比需要的种子罐容积大，满足设计要求。5 .4 醋酸发酵罐 5.4.1 生产能力 每生产1t食醋需酒精发酵成熟醪体积：0.642 m3 每天生产食醋20t，醋酸发酵罐填充量70%，则每天需要醋酸发酵罐的总容积：20*0.642/0.70=18.35m35.4.2 酒精发酵罐数量N4的确定 现取公称容积20m3的自吸式醋酸发酵罐，实际容积为22m3。N1=18.35*9/22=7.5(个)现取公称容积20 m3发酵罐8个。年产醋酸醪液质量：240/0.0653=3676t式中 0.0653成熟醋酸醪液醋酸含量年产醋酸醪液体积：V醪=3676/1.01=3640 m3式中 1.01醋酸醪液密度实际产量验算： 22*0.7*8*300/9=41073640 m3富裕量为：（4107-3640）/3640*100%=13% 能满足产量要求。5.4.3 主要尺寸 现按公称容积2