酒精发酵罐毕业设计说明书.doc

四川理工学院毕业设计四川理工学院毕业设计 年产8万吨酒精厂发酵罐工艺设计学 生：邹 洋学 号：08042020220专 业：生物技术及应用班 级：2008.2指导教师：吴华昌四川理工学院生物工程学院2011年5月- 35 -四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：年产8万吨酒精厂发酵罐工艺设计学院：生物工程学院专业：生物技术及应用班级：生技专082学号：08042020220学生：邹洋 指导教师：吴华昌（教授）接受任务时间2011-04-11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(1)、全厂工艺论证； （2）、重点陈建物料衡算、主体设备热量（蒸汽、冷媒）、水量衡算； （3）、重点车间主体设备选型设计计算及附属设备设计选型； （4）、图纸绘制要求： 、全厂工艺流程方框图； 、主体设备装配图。 （5）、撰写设计说明书一份； （6）、产品规格：食用酒精； （7）、生产原料：木薯；（8）、生产安排：年生产320天；（9）、厂址：广西某地。2指定查阅的主要参考文献及说明 （1）、吴思方主编.发酵工厂工艺设计概论M.中国轻工业出版社.2005； （2）、梁世中主编.生物工程设备M.中国轻工业出版社.2005； （3）、姚玉英主编.化工原理（上、下）M.天津大学出版社.1999； （4）、贾树彪等主编.新编酒精工艺学M.北京：化学工业出版社，2009.8（5）、章克昌主编.酒精与蒸馏酒工艺学M.北京：中国轻工业出版社，1995.13进度安排设计（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04月11日-04月25日2工艺计算04月26日-05月05日3重点车间主体设备设计及附属设备选型05月06日-05月20日4图纸绘制05月21日-05月30日5设计说明书撰写、排版及装订06月01日-06月10日注：本表在学生接受任务时下达摘 要本次设计为年产8万吨酒精厂发酵罐工艺设计。本设计采用先进的生产技术工艺，利用国内外先进的生产管理经验。本次设计的厂址选在广西某地，采用木薯干做为生产原料，采用连续蒸煮，连续（双酶）液化糖化，露天大罐连续发酵，六塔差压蒸馏。本次设计主要是对酒精发酵罐进行设计，在后面个章节将对从木薯干到生成食用酒精的各环节涉及的工艺、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述；还将对物料衡算、热量衡算、设备的选型等进行详细的说明，从而完成整个设计。关键字：酒精，露天，大罐，连续发酵目录任务书摘要前言第1章 全厂工艺论证1 1.1生产原料1 1.1.1木薯干(淀粉质原料)1 1.1.2木薯的主要成分1 1.1.3木薯作为精原料的优点1 1.2辅助原料1 1.3原料的预处理2 1.3.1原料的除杂2 1.3.2原料的粉碎2 1.3.3原料输送3 1.4原料蒸煮工艺4 1.4.1蒸煮目的4 1.4.2粉浆预蒸4 1.4.3蒸煮工艺5 1.5糖化工艺6 1.5.1糖化目的6 1.5.2糖化工艺7 1.5.3测定糖化醪质量的方法8 1.6糖化醪的发酵9 1.6.1发酵的目的和要求9 1.6.2影响酒精发酵因素9 1.6.3生产工艺11 1.6.4发酵设备12 1.7酒精的蒸馏工艺13 1.7.1蒸馏车间操作流程13 1.7.2蒸馏工艺13 1.8发酵副产品14 1.8.1二氧化碳的利用14 1.8.2酒糟的利用14 1.8.3其他副产品的利用15 1.9污水处理15 1.9.1生产过程产污情况15 1.9.2污水种类15 1.9.3污水处理方法15第2章 发酵车间物料衡算16 2.1工艺技术指标及基础数据16 2.2原料消耗的计算16 2.3糖化醪与发酵醪的计算19 2.4成品酒精与发酵醪的计算20第3章 发酵罐热量及水量衡算23 3.1糖化醪带入发酵罐的热量Q1和发酵醪带出的热量Q423 3.2CO2带走的热量Q323 3.3冷却水带走的热量Q223 3.4洗罐用水23 3.5酒精捕集器回收酒精用水23 3.6冷媒的衡算23第4章 酒精发酵设备的计算与设计选型25 4.1发酵罐容量的计算25 4.2发酵罐尺寸的计算25 4.3冷却面积计算26 4.4CO2排管直径27 4.5发酵罐洗涤装置计算选型27 4.6发酵罐壁厚的设计28 4.7进出料管的计算28 4.8支撑方式29 4.9视镜灯孔（圆型）29 4.10人孔29 4.11取样口30 4.12温度、pH探头孔30 4.13安全阀30 4.14泵的选择30参考文献32致谢33前言发酵法生产酒精是当代生物技术中数量最大、对人类益处最大的产品，它是人类再生能源的主要组成部分。食用酒精广泛地应用于国民经济的许多部门：在食品工业中，酒精是配置各类白酒、果酒、葡萄酒、药酒和生产食用香精的主要原料。结合广西地区的实际情况，该地区木薯资源丰富，淀粉含量高，用其来进行发酵生产酒精是一个重要的利用方面，同时也解决了当地农产品外销难的农业经济问题，符合国家的“三农”政策，也为当地带来了可观的附属经济效益。本设计采用先进的生产技术工艺，利用国内外先进的生产管理经验，采用连续蒸煮，连续（双酶）液化糖化，露天大罐连续发酵，六塔差压蒸馏。本设计将对从木薯干到生成食用酒精的各环节涉及的工艺、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述，由于本人水品有限，其中不免有不妥之处，希望能和各位共同讨论。第1章 全厂工艺论证1.1生产原料1.1.1木薯干（淀粉质原料）木薯，是灌木状多年生作物。茎直立，木质，高2-5m，单叶互生掌状深裂，纸质，披针形。单性花，圆锥花序，顶生，雌雄同序。木薯于十九世纪二十年代引入我国，首先在广东省高州一带栽培，随后引入海南岛，现已广泛分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多，福建、云南、江西、四川和贵州等省的南部地区亦有引种试种。品种有甜木薯苦木薯两种，甜木薯 种的槐根含较低的氰酸，表皮呈淡青色；苦木薯 的块根含多量的氰酸，表皮呈褐色，两者不难区别。块根又以皮层含氢氰酸最高，因此，木薯要先刮去外皮，煮熟后才能食用。1.1.2木薯的主要成分木薯的主要化学成分分列于下表：表1-1 木薯的主要成分 （%）种类淀粉水分粗蛋白粗脂肪碳水化物粗纤维粗灰分鲜木薯3070.251.120.4126.581.110.54木薯干701373.361.69木薯可以直接做酒精生产的原料，但是为了便于储存，供工厂全年使用，一般都将鲜木薯切成条或丝，然后晒成木薯干。1.1.3 木薯作为酒精原料的优点有以下几点优点：（1）、可以在土质贫瘠的山坡上种植，不与粮争地；（2）、亩产量较高，一般可达900kg以上，按淀粉产量计也远远高于谷物；（3）、亚热带、热带地区四季都可以种植，有利于全年供应原料；（4）、具有甘薯的一切优点，而且含粘性物质少，醪液粘度小，课浓醪发酵。全面分析木薯作为酒精发酵的优缺点，由于它加工性能良好，及不与粮争地的优点，已被世界公认为是一种有很大发展潜力的酒精生产再生资源。因此本设计用木薯干作为生产原料。1.2. 辅助原料酒精生产中的辅助材料主要有酶制剂（-淀粉酶、糖化酶）、活性干酵母、尿素、纯碱（Na2CO2）、硫酸等。只要满足工艺需要并且在成本方面不是高的就可以通过购买来获得。 耐高温活性干酵母在酒精生产中的优越性： 1）糖液直接由糖化罐泵入，省去传统酵母扩培对糖液的灭菌过程，从而节约了水、电、汽等能耗； 2）可将主发酵期温度控制提高24,解决了水源不足引起的酸罐、烧罐等问题； 3）耐高温，主发酵温度可达32，耐乙醇可达13%（V），有利于采用浓醪发酵，节约成本； 4）pH在3.6左右，可正常发酵，抑制杂菌生长繁殖，降低发酵损失； 5）发酵速度快，发酵周期缩短，提高了生产效率，使酒精生产负荷调整更加灵活。1.3. 原料的预处理1.3.1 原料的除杂 淀粉质原料在收获和干燥的过程中，往往会掺杂进泥土、沙石、纤维质杂物、甚至是金属块杂物。这些杂物如果不在生产前除去，则将严重影响生产的正常运转。 为了清除这些杂质，最常用的方法有筛选、风选和磁力除铁，而磁力除铁又可以分为永久性磁力除铁器和电磁铁除铁器。电磁铁除铁器具有固定不变的磁场，因此比永久性磁铁除铁器更完善，所以选用电磁铁除铁器。1.3.2 原料的粉碎 原料进行水热的目的是要使包含在原料细胞内的淀粉颗粒能从细胞中游离出来，充分吸水膨胀，糊化乃至溶解，为随后的淀粉酶系所作用，并为淀粉转化为可发酵性糖创造良好条件，就目前的情况来看，先将原料粉碎，再在较缓和的条件下进行蒸煮是比较好的方法。原料的粉碎方法有两种：干式粉碎和湿式粉碎。其优缺点比较如下表：表1-3 干式粉碎和湿式粉碎的优缺点比较粉碎方法优点缺点干式粉碎粉碎后的原料可以储藏，能耗低，最终得到的原料颗粒一般通过1.21.5mm筛孔原料粉碎时粉末易飞扬，造成原料的损失，且劳动条件较差湿式粉碎原料粉末不易飞扬，可以减少原料的损失和改善劳动条件，还可以省去除尘设备所粉碎的料将只能立即用于生产，不宜储藏，耗电量比干式粉碎高出810%，因此常用于湿度较大的原料通过对干式粉碎和湿式粉碎的比较，因原料采用的是木薯干，为了节约成本，所以最终采用干式粉碎。干式粉碎采用粗碎和细碎粉碎工艺，因为两级粉碎的动力消耗低，原料经过粗碎后原料颗粒应能通过610mm的筛孔，再经细碎后，最终原料颗粒能通过1.21.5mm的筛孔，因为原料粉碎至直径为11.8mm的原料颗粒易于吸水膨胀和较彻底糊化。锤式粉碎机的结构比较简单，更换筛板和锤刀操作方便，对原料品种变化的适应性强，操作要求也不高。因此目前国内大多数酒精厂都采用锤式粉碎机。1.3.3 原料的输送在原料粉碎前进入粉碎机和送入调浆桶涉及到的原料的输送问题，目前国内酒精厂采用综上所述，物料输送采用混合输送，起工艺流程如图1-1所示。木薯干称重倒包皮带电磁除铁器除铁料斗粉碎机吸风管旋风分离器风机布袋过滤器大气加料器拌料罐细粉回收图1-1 混合输送工艺流程图1.4. 原料蒸煮工艺1.4.1 蒸煮目的原料细胞中的淀粉颗粒，由于有植物细胞壁的保护作用，不宜受到淀粉酶系的作用，另外，非溶解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非常慢，水解程度也不高，所以，淀粉原料在进行糖化之前一定要经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系进行糖化作用。这就是原料蒸煮的主要目的。目前，除了少数小型酒精厂仍采用间歇蒸煮外，大多数工厂都采用连续蒸煮工艺。所以本设计也采用连续蒸煮工艺。1.4.2 粉浆的预煮粉碎原料加水制成粉浆时，应注意防止粉料的结块。一旦形成粉团，蒸煮的质量就会受到影响，因为粉团内部的粉料没有吸水膨胀，也就不可能糊化，这将导致不溶解淀粉数量的增加，出酒率因此降低。粉料结块的主要原因是搅拌不充分或者不均匀、搅拌温度过高，达到或者接近糊化温度。根据这种情况，制备粉浆时，应该选择好的搅拌器的结构，保证必要的搅拌速度，严格控制搅拌用水的温度，使它部超过原料的糊化温度，一般应控制在65左右。如前所诉，55-65这一温度区域会使原料中的淀粉酶活化，造成部分原料糖化生成糖，这部分糖会在随后的蒸煮过程中损失掉。因此，在预蒸煮时升温速度要快，并在达到预定温度后迅速送去蒸煮。在拌料过程中相应的加入-淀粉酶。1.4.3 蒸煮工艺蒸煮工艺分为：间歇蒸煮和连续蒸煮。其优缺点比较如下：优点： 间歇蒸煮的设备简单，操作方便，投资也较少，适用于生产规模 较小的工厂；缺点： （1） 蒸汽消耗量大，而且量不均匀，造成锅炉操作的困难和耗 的增加； （2） 辅助操作时间长，设备利用率低； （3） 蒸煮质量较差，出酒率低； （4） 难以实现操作过程的自动化。通过对两种蒸煮工艺的比较，该厂确定选用能耗低、设备利用率高、蒸煮质量较好，能实现操作过程自动化等优点的连续蒸煮工艺。其连续蒸煮工艺流程图如下： 热水粉料-淀粉酶拌料罐液化维持罐维持罐液化器螺旋薄板换热器去糖化加热蒸气888463图1-2 连续蒸煮工艺流程图 粉碎后的原料蒸煮时加水制成粉浆，其料水比：1:3，水温为：70，并加入-淀酶，然后进行低温蒸煮，其时间为5-7min，温度控制在88.第一、第二维持罐的温度分别控制在88、84，并在里面停留40min左右，最后醪液进入拨盘换热器，降温到糖化温度：63。1.5. 糖化工艺 木薯干原料在蒸煮以后等到的蒸煮醪，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成可发酵性糖，这个淀粉转化成可发酵性糖的过程叫做糖化。糖化后的醪液叫做糖化醪。淀粉的液化和糖化作用会产生很多的中间产物，主要是不同聚合度的糊精，糖化的最终产物是要更多的产生可发酵性糖，也有少数的不发酵性糖类物质。因此，糖化的目的是将淀粉充分转化成可发酵性糖，其中淀粉酶水解就是使-1,4葡萄糖苷键和-1,6葡萄糖苷键断裂。糖化后的主要产物对比如表1-4所示。表1-4 淀粉糖化的主要产物对比碳水化物分子量聚合度比旋度还原性（%）可溶性淀粉2080001300199.70.073淀粉糊精10000611960.5四糖661416825三糖504316433双糖342213660葡萄糖180152.51001.5.1 糖化的目的 糖化的目的是将淀粉酶解成可发酵性糖的过程。淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，在发酵前均要加入一定量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成酵母能发酵的糖类（可发酵性糖），但是在糖化工序内不可能将全部淀粉都转化为可发酵性糖，相当一部分淀粉和糊精在发酵过程中进一步被水解，再进行发酵。1.5.2 糖化工艺糖化过程由以下操作组成：蒸煮醪冷却至糖化温度；加糖化剂，使蒸煮醪液化、糖化以及物料的巴氏灭菌；糖化醪冷却到发酵温度；用泵将醪液送往发酵车间。 糖化可分为：间歇糖化工艺、连续糖化工艺和双液流糖化工艺。在间歇糖化时，所有的操作，除最后的泵送外都是在一个糖化锅中完成的；而在连续糖化工艺过程中，则分别在不同的设备中完成的（糖化锅、冷却器等）；双液流糖化工艺是在两个糖化锅内进行，第一部分醪液用的糖化剂是总两的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），后一部分糖化醪送往第二只发酵罐。 三种糖化工艺的比较如下表：表1-5 糖化工艺比较糖化方法优点缺点间歇糖化设备简单，操作方便。适用于一些小厂和液体白酒厂设备利用率低，很难实现自动化控制连续糖化节约时间，提高设备利用率，便于实现自动化控制设备较复杂，对设备的要求高双液流糖化可使连续发酵速度提高40%左右，在缩短发酵周期的同时，成熟发酵液中残余的还原糖量也减少糖化设备比其他的糖化工艺多综上所述：考虑糖化时间、设备利用率以及为发酵做的贡献，最终选用：连续（双液流）糖化工艺。 连续糖化的特点是：蒸煮醪在进入糖化锅以前，在螺旋薄板换热器内冷却至63。其工艺流程如下： 蒸煮醪螺旋薄板换热器糖化锅螺旋薄板换热器发酵车间糖化剂2863图1-3 糖化工艺流程图1.5.3 测定糖化醪质量的方法 1） 外观糖度 用糖度计（Brix）测定粗滤糖化醪中的浓度，所得的数据能表示糖化醪中可溶性物质的总含量，不是糖化醪的纯糖。 2） 酸度 用10ml粗率的糖化液，加水稀释后，以0.1mol/LNaOH溶液滴定，以酚酞作指示剂。NaOH每消耗1ml，即为1度酸，此酸度能说明杂菌感染情况。3） 还原糖 用廉-爱浓（LAne-eyron）法测定还原糖，所得的糖，多以葡萄糖计算，用这种方法测得糖化醪中糖的大约含量。4） 碘液实验 如加入碘液后没有红色产生，仍然是碘和糖化醪的原色时，则表示糖化优良，因为糖化过程是淀粉被酶水解的过程，糖化醪遇碘不起呈色反应时，就说明糖化醪中基本没有淀粉与大分子糊精的存在，表示糖化进行得良好。5） 测定糖化醪中酶活力 糖化结束后，并不是糖化醪中所有的淀粉和大分子糊精都水解成糖，其中尚有一部分糊精要在发酵期间依靠后糖化作用而变成糖，因此糖化完毕的糖化醪中，酶的活力还必须强才能保证糖化作用的彻底，那么就有测定糖化醪中酶活力的必要。测定后用艾佛龙（Effront）法观察碘的呈色反应，如呈蓝色或紫红色，则证明酶的活力不强；如呈碘黄色，则表示酶的活力强，因为它能将可溶性淀粉基本上彻底糊精化和糖化。1.6. 糖化醪的发酵1.6.1发酵的目的和要求淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等物理和化学的过程，淀粉已经充分的糊化和液化，其中相当一部分已经转化成可发酵性糖。这种糖化醪送入发酵罐，接入酒母后，在后者的作用下，醪液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为可发酵性糖，就这样酵母的酒精发酵和后糖化作用相结合，最终将醪液中的绝大数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。在进行发酵时，应尽量满足和创作以下条件：（1）在发酵前期，要创造条件，让酵母菌迅速繁殖，并占绝对统治地位；（2）保持一定量的糖化酶的活力，使糖化醪中糊化了的淀粉继续被分解，生成可发酵性糖，即要保证后糖化的继续进行；（3）发酵过程的中期和后期，要造成厌氧条件，使酵母在无氧条件下进行糖的酒精发酵；（4）要搞好杂菌的污染防治工作，避免因此造成的损失；（5）要采取必要的措施，提高酒精发酵强度，降低酒精厂的造价和酒精生产陈本；（6）注意回收二氧化碳及夹带的酒精，二氧化碳应进一步应用。1.6.2 影响酒精发酵的因素1）稀释速度 在间歇发酵中，糖化醪要求在自接种后8-10h内完成，这样可以有较长的后发酵时间，将糊精彻底水解发酵;在连续发酵过程中，各罐基本处于相对稳定的发酵状态。为了保持这一状态，要求进入各罐的发酵醪糖分基本上等于被及酵母消耗的糖分加上留出的糖分。2）pH的控制 发酵醪中，因为乳酸菌大量繁殖造成的污染是阻碍连续发酵广泛应用的主要原因。pH的控制既要考虑到要适宜于酵母菌的繁殖和代谢，又要考虑适宜于各种糖化酶的作用。由于连续发酵无氧条件要求较严，其pH控制在4.0-4.5为宜，间歇发酵pH可以控制在4.7-5.0。pH的控制可用H2S04来调节。3）温度的控制 温度对微生物生命活动影响很大，发酵质量的好坏与温度的控制关系极为密切。酒精酵母繁殖温度为27-30，发酵温度为30-33，如果温度高于40（用进水温度为17出书温度为29的自来水冷却），则酒精发酵很难进行。产酸细菌繁殖最适宜温度为37-50，因此高温发酵易被细菌污染。生产中发酵醪温度可以根据发酵形式不同进行控制：间歇发酵：接种温度27-30；发酵温度30-34；后发酵温度301。连续发酵各罐温度控制在30-33。4）发酵醪的滞流和滑漏问题 在间歇发酵中不存在醪液的滞流和滑漏问题，但在连续发酵工艺中，这个问题就十分严重了。多级连续发酵的醪液始终处于流动状态，并能使每一发酵罐的醪液处于相对的均衡状态这就要求保持先进先出，防止滞流或滑漏的现象发生。5）发酵醪浓度 酒精发酵要求在一定浓度的醪液中进行，醪液浓度高低，直接影响到生产成绩。糖化醪浓度稀，虽然有利于酵母的代谢活动，提高出酒率，但是浓醪发酵有提高设备利用率、节约水、电、气等，降低成本，增加产量的优点。因此生产上尽量采用浓醪发酵。正常发酵醪浓度一般在16-18Bx，其发酵成熟醪酒精含量在8-10%（体积）。6) 关于缩短发酵时间 用糖蜜原料发酵时间为24-32h，用淀粉质原料发酵时间为60h以上。为了节约发酵时间，就需要设法加速水解支链淀粉中的-1,6糖苷键。解决这个问题的方法选育糖化酶含量高的菌种，以加强糖化作用。另外，采用连续发酵和选用发酵力强的煎酵母菌种，也是加速发酵、缩短发酵时间的有力措施。酒精发酵的方式有三种：间歇发酵、半连续发酵和连续发酵；这三种方式的优缺点比较如表：综上所述：考虑到本厂酒精年产量为8万吨，虽然半连续发酵和连续发酵都易染菌，但是在发酵过程中控制好酸度或者添加抗生素抑制杂菌生长，并且间歇发酵这杯投资较多，占地面积较宽。所以本设计最终采用露天大罐连续发酵生产工艺。发酵温度控制在30-34，pH控制在4.2-4.5，发酵时间为70-80h，发酵成熟醪浓度为16-18Bx，发酵过程中添加青霉素防止染菌，使生产控制趋于自动化。表1-6 各种发酵方式的优缺点比较发酵方式优点缺点间歇发酵设备简单，易于操作，不易染菌，适用于小型酒厂设备利用率低，酒母消耗量大半连续发酵酒母消耗量小，课适当缩短发酵时间易染杂菌连续发酵设备运行稳定和利用率高，提高淀粉的酒精得率，不需要连续酵母扩培工序，便于实现自动化易染杂菌，操作要求和设备要求高1.6.3 生产工艺 考虑到在发酵的过程中糖化醪中的可发酵性糖在不断的消耗，为了使其中的糖在一定时间内保持在一定量的利于酵母的生长和发酵，所以选择用连续发酵法，并且一个预发酵罐，降低发酵罐组首罐的稀释率。预发酵罐在发酵车间开机和换罐时，可以作为酵母罐提供适量的酒母投入到连续发酵罐组中。连续法发酵的操作方法：生产开始时，先将规定数量的酒母（活性干酵母）打入到酒母罐让酒母复水活化，同时进行连续添加糖化醪，待发酵醪中酵母含量达到2.0亿个/ml以上时，再以适量的流量添加到1#罐中，同时以相同的流量向预发酵罐中添加新鲜糖液；也向1#发酵罐流加适当的新鲜糖液；当1#罐装满后，向2#罐流加，2#罐装满后以相同的速度打入3#罐、4#罐、成熟醪储罐，将以同样的速度送入蒸馏系统。在发酵过程中各罐的pH控制在3.6，并且1#罐温度控制在：32-33；2#罐温度控制在：34-36；3#罐-成熟醪储罐温度控制在低于37。流加糖液时应注意速度：将1#罐的稀释率控制在0.05-0.06之间，若流加得太快，则会造成发酵醪中的酵母密度低，不易造成酵母的群体密集优势，杂菌感染有可能发生；若流加得太慢，则将延长满罐时间，可能造成可发酵物质的损失。糖液在发酵罐中停留时间：55h。发酵醪成熟的参数指标是酒精含量：10%（体积）。在发酵醪送入发酵罐前或者是清洗发酵罐时，使用CIP进行冲刷罐体和杀菌：先用清水喷洗罐体后再用4%的碱液喷洗30min，再用清水喷洗罐体，洗干净后即可使用。发酵过程工艺流程控制如下图：预发酵罐糖化液无菌空气1#发酵罐2#发酵罐3#发酵罐4#发酵罐成熟醪储罐去蒸馏酒精捕集器回收二氧化碳活性干酵母图1-4 发酵工艺流程控制图1.6.4 发酵设备酒精发酵罐的容积从1m起，渐次升为2 m、5 m、10 m、20 m、40 m、60 m、75 m、120 m、160 m、200 m、240 m、430 m、500 m、650 m、700 m、1500 m、2000 m、2800 m、3000 m、3800 m、4200 m，其间经历了100多年的时间，我国500 m以上的大型发酵罐是近20年才逐渐发展普及起来的。我国目前运行中的酒精发酵罐有：斜底发酵罐、锥形发酵罐和碟形发酵罐。并且我国目前运行的发酵罐大多都是：酒精大型连续发酵罐组。如1996年11月投产的中粮集团生化能源有限公司的斜底酒精发酵罐容量已达1500 m（10个，分两条线生产）酒精年产量已达40万吨；1997年10月投产的四川五粮液酒厂年产5万吨优质食用酒精生产线有650 m锥形发酵罐12个等等。其优点在于：密封连续进料最大限度地减少杂菌的污染，发酵稳定速度快，发酵彻底，发酵周期比运行状态好的间歇发酵工艺缩短8-10h，残总糖低，减少了酒精挥发损失，也抑制了酵母的巴斯德效应，减少了乙醛和杂醇油的生成，减少了工艺损失。由于大罐连续发酵系统多方面均有经济效益，综合成本低，所以总体经济效果明显。1.7. 酒精的蒸馏工艺蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性能的差异，将各组分分离的方法。酒精的蒸馏是为了从成熟发酵醪中分离、提纯得到成品酒精。1.7.1 蒸馏车间操作流程蒸馏又分为：单塔蒸馏、双塔蒸馏、三塔蒸馏和多塔蒸馏。单塔蒸馏：适用于对成品质量与浓度要求比高的工厂；双塔蒸馏：酒精质量不高，主要生产工业酒精;三塔蒸馏：成品酒精质量不够高，无法生产优质的高纯度的酒精或食用酒精；多塔蒸馏：在三塔（粗馏塔、排醛塔、精馏塔）的基础上根据需要可以添加均有专门功能的附加塔就构成了四它、五塔、六塔等。通常由三种附加塔：粗辅塔、后馏塔（甲醇塔）、杂醇油塔。目前酒精企业生产优质中性酒精（食用酒精）的主流蒸馏系统就是多塔差压蒸馏系统。这一系统是充分利用固定冷热源之间的过剩温差，尽管总能量降级是相同的，但每个塔的塔釜和塔顶间的温差减少了，从而降低了有效能量的损失。多塔差压多效蒸馏技术是现代大型酒精企业必须采用的分离工程技术。因为这样的蒸馏技术节能效果特别显著（通常双效精馏节能可达55%），酒精质量提高的幅度也非常大。各个管道和都要严格保温，以减少内部热能损失，这是这套蒸馏系统实现节能、保障系统稳定蒸馏的关键工艺措施。1.7.2蒸馏工艺工艺流程为：发酵成熟醪经预热器（70）进入醪塔第二十层塔板，醪塔负压运行，其塔顶酒精蒸汽浓度为30%（体积）直接进入设在醪塔的浓缩段，从浓缩段塔顶引出的酒精蒸汽（酒精浓度约为80%-85%）经冷凝器冷凝后，冷凝液一部分回流，一部分直接进入水萃取塔第30层塔板；没有被冷凝的气体进入二氧化碳洗涤塔，洗涤后的不凝气体通过真空泵排除。水萃取塔常压操作，用一次蒸汽直接加热。塔釜酒精浓度控制在15%左右，塔顶酒精蒸汽的酒精浓度可达35%（V）左右。水萃取塔的蒸馏质量是提高成品酒精质量的关键环节。经水萃取塔蒸馏的低浓度酒精从精馏塔第15层塔板进入精馏塔，再次被杂、浓缩、使精馏塔塔顶酒精浓度可达96%（V）左右。从精馏塔引出的96%(V)的酒精进入脱甲醇塔中部，进行再次清除甲醛及其他残留的头级杂质。脱甲醇塔由水萃取塔塔顶酒精蒸汽通过再沸器间接加热。脱甲醇塔负压运行，从塔釜引出脱甲醇的优质食用酒精。国内年产万吨优质食用酒精的六塔差压多效蒸馏系统如下图：发酵成熟醪醪塔精馏塔杂醇油塔水萃取塔脱甲醇塔再沸器闪蒸器杂醇油储罐再沸器粗酒精优质食用酒精含杂醇油酒精粗辅塔图1-5 优质酒精六塔差压整流系统图综上所诉：本设计采用六塔差压蒸馏工艺技术。1.8. 发酵副产品酒精发酵生产的副产品包括：二氧化碳、酒精酵母、杂醇油、酒糟、冷却水等。这些副产品的综合利用对酒精生产的经济效益有极大影响；特别是酒糟和二氧化碳的利用。1.8.1 二氧化碳的利用酒精发酵时二氧化碳的理论得率是酒精得率的95.6%，在连续发酵时70%二氧化碳利用回收利用。二氧化碳中还含有很多杂质，经过处理过后，可以制成液体二氧化碳、国体二氧化碳（干冰）以及纯碱和轻质碳酸钙等。1.8.2 酒糟的利用淀粉质原料酒精发酵的酒糟中还含有7%-15%的淀粉以及蛋白质等。酒糟干燥后可以生产饲料，生产菌体蛋白，生产金霉素、维生素B12以及酒糟的甲烷发酵等。另外，酒糟滤液回用是酒糟处理和综合利用的一个可供选择的优良途径。1.8.3 其他副产品的利用酒精酵母：经过净化处理可以从新培养等；杂醇油：可以净化后，运用于工业中作为某些原料；冷却水：经过处理后可以作为生活用水。1.9. 污水处理1.9.1 生产过程中产污情况酒精工业污水的污染物主要来自木薯干等经发酵、蒸馏后的酒精糟，虽然无毒，但是其中的CODcr、BOD5、SS含量高，并呈弱酸性，排入江河、地下水后会造成水总严重缺氧，大大影响水中物质的生长，因此，“酒精工业废水污染物排放标准”选择CODcr、BOD5、SS、pH值，以及排水量作为行业废水排放的控制指标。1.9.2 污水种类1）热交换器排出废水；2）工艺设备洗涤水；3）蒸馏废水和酒精糟蒸馏冷却水；4）生活污水。1.9.3 污水处理方法目前采用的污水净化措施有机械法、化学法、物理化学法和生物法等几类。选择何种何种方法取决于污水数量、污染程度、要求达到的净化指标和污水排入水源的规模。最有效的净化方式可达都有机物处理率为85%-95%。对淀粉质原料发酵生产酒精所得的这类污水，主要采用机械法和生物处理法即可达到要求的“污水排放标准”。第二章 发酵车间物料衡算2.1.工艺技术指标及基础数据 （1）生产规模：80000t/a食用酒精； （2）生产方法：连续蒸煮、连续（双液流）糖化、露天大罐连续发酵、六塔差压蒸馏； （3）生产天数：320天； （4）食用酒精日产量：250t； （5）食用酒精年产量：80000t （6）副产品年产量：次级酒精（醛酒）占总食用酒精量得2%； （7）杂醇油产量：为成品食用酒精量得0.5%； （8）产品质量：国标食用酒精（乙醇含量95%（V）； （9）木薯干原料含淀粉70%，水分13%； （10）-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为150u/g原料，活性干酵母用量为1.2原料。2.2.原料消耗的计算 （1）淀粉质原料生产酒精的总化学方程式： 糖化：（C6H10O5）n+nH2OnC6H12O6162 18 180发酵：C6H12O62C2H5O2+2CO2180 462 442 （2）生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量由上式可求得理论上生产1000kg无水酒精所耗淀粉量为： 100016292=1760.9（kg） （3）生产1000kg国标食用酒精的理论淀粉消耗量 国标食用酒精的乙醇含量为95%（V）以上，相当于92.41%（m），故生产1000kg食用酒精成品理论上需淀粉量为： 1760.992.41%=1627.2（kg） （4）生产1000kg食用酒精实际淀粉耗量 实际上，整个生产过程经历原料处理、发酵及蒸馏等工序，要经历复杂的物理和化学和生物化学反应，产品得率必然低于理论得率。根据实际经验，个阶段淀粉损失如下表：表2-1 生产个阶段淀粉损失生产过程损失原因淀粉损失（%）备注原料处理粉尘损失0.4蒸煮淀粉残留及糖分破坏0.50发酵发酵残糖1.50发酵巴斯的效应4.00发酵酒汽自然蒸发与被 CO2 带走1.30若加酒精捕集器，此项损失降为0.30%蒸馏废糟带走等1.85总计损失9.55 假定发酵系统设有酒精捕集器，则淀粉总损失率为8.55%，故生产1000kg使用酒精需淀粉量为： 1267.2（100%-8.55%）=1779.4（kg）这个原料消耗水品相当于淀粉出酒率为10001779.4100%=56.2%,这达到了我国现阶段木薯干原料生产酒精的先进出酒率水品。（5）生产1000kg食用酒精木薯干原料消耗量 根据基础数据给出，木薯干原料含淀粉70%，水分13%，故1t酒精耗木薯干量为： 1779.470%=2542（kg）（6）生产1000kg食用酒精酶消耗量 -淀粉酶活力为20000u/g,-淀粉酶用量为： （254210008）20000=1016.8(g)=1.017（kg） 糖化酶活力为500000u/g，糖化酶用量为： （25421000150）500000=762.6（g）=0.763（kg）（7）生产1000kg食用酒精活性干酵母耗量 25421.2=3.0504（kg）（8）蒸煮醪量得计算 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： 2542（1+3）=10168（kg） 假定用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度为50，应用喷射液化器使粉浆迅速升温至88，然后进入蒸煮再经115高温灭酶后，在真空冷却器中闪急蒸发冷却至63后进入糖化。 干物质含量为B0=87%的木薯干比热为： C0=4.18（1-0.7B0）=1.63（kJ/kg.K）粉浆干物质浓度为： B1=87（4100）=21%蒸煮醪比热为： C1= B1C0+（1- B1）Cw=3.62（kJ/kg.K）经喷射液化器加热后的蒸煮醪量为： 10168+101683.62（88-50）（2748.9-884.18）=10755（kg） 式中2748.9为喷射液化气器加热蒸汽的焓经二次液化维持罐出来的蒸煮醪量为： 10755-107553.62（88-84）2288.3=10687（kg） 式中2288.3为在84下的饱和蒸汽的汽化潜热经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为： 10687+106873.62（115-84）（2748.9-1154.18）=11216（kg）经汽化分离器后的蒸煮醪量为： 11216-112163.62（115-104.3）2245=11022（kg） 式中2245为104.3下的饱和蒸汽的汽化潜热经真空冷却器后最终蒸煮醪量为： 11022-110223.62（104.3-63）2351=10321（kg）式中 2351为真空冷却温度为63.下的把和蒸汽的汽化潜热2.3.糖化醪与发酵醪的计算 设发酵结束后成熟醪含酒精10%(V)相当于8.01%（m），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的5%和1%，则生产1000kg95%（V）相当于92.41%（m）酒精成品有关计算如下：(1) 需蒸馏的成熟醪量为：F1=100092.41%98%8.01%（100%+5%+1%）=12479(kg)(2) 不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为： 12479（100%+5%+1%）=11772（kg）（3）入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为： 100092.41%98%12479100%=7.56%（4）相应发酵过程放出的CO2 总量为： 100092.41%98%4446=902（kg）（5）发酵过程中CO2带出的乙醇损失量为：带出的乙醇损失量按发酵生产乙醇总量的1.169%计，则CO2带出乙醇量为：100092.41%1.169%=10.8(kg)（6）发酵中水分的损失量为：按乙醇总