年产酒精33000吨制作流程

长春工业大学化学与生命科学学院生物技术 工程 专业长春工业大学化学与生命科学学院生物技术 工程 专业 发酵工程与设备发酵工程与设备 课程设计说明书课程设计说明书 一 总论一 总论 1 1 概述概述 一般认为 稀释后的酒精便是酒 或者说酒精是纯度较高 的酒 世界上关于酒精的文字记载 最早出现在公元 1100 年前 当时人们在意大利首次蒸馏出纯酒精 但当时酒精被人们用于做 美酒 而且当时的人们并不知道会有酒精中毒 所以常喝浓度很 高的酒精 喝酒过多能使人烂醉如泥 甚至死亡 然而后人发现 酒精不仅可以喝 还可用于医药 工业和科学 它能为人类造福 酒精是历史悠久 应用最广泛的药物之一 世界各国都有 关于酿酒的历史 史前的人可能偶尔尝到野果 浆果发酵后自然 产生的含酒精液体 因而发现了酒精 这种产品后来成为人类在 医药 工业 科学 节日和宗教仪式中不可缺少的东西 中国的酒精工业始于 1900 年黑龙江省哈尔滨市 虽经 1900 1949 年月 50 年的演变和设备技术的发展 但全国酒精总 产量还不到 1 万吨 1949 2000 年 中国的酒精产量迅速增长到 300 万吨 跃居世界第三位 新中国成立后 历经 50 年的发展 初步形成了企业生产 工程设计 科学研究 人才培养 设备制 造综合利用 环境保护 标准制定 检验检测 成品运输 产品 销售等一个完整的酒精工业体系 中国现有发酵法酒精生产能力 已达 500 万吨 其中年产 5 万吨以上的企业 10 家 最大的华润 酒精有限公司年产 24 万吨 3 万吨级的企业 20 家 万吨级的 企业 70 家 中国酒精产业虽然有专业厂 200 家 设有酒精车间 的企业 700 家 总体上看 生产规模小 生产技术落后的小型酒 精企业的数量还很多 酒精的化学名称是乙醇 分子式 C2H5OH 相对分子质量 46 07 分析纯级的无水乙醇是无色透明 易挥发 具有特殊芳香 和强烈刺激味的易燃液体等性质 酒精的用途俺需求量多少可分为三方面 用量最大的燃料酒 精 调制酒精饮料用的食用酒精 化工医药用酒精 目前中国酒精产品以食用酒精 GB 10343 2002 为主产 品 此外还有一定产量的高纯度酒精 化学试剂用无水酒精 化 学试剂 95 分析纯酒精和工业酒精等 中国发酵法生产酒精的 原料主要是玉米 小麦 大米 薯类 糖蜜等 陈化粮也开始有 一定比例的使用 中国酒精的快速发展是从 20 世纪 90 年代开始的近事多年 2002 年 9 月 1 日开始实施的食用国家标准 GB 10343 2002 标志着中国酒精生产的质量水平已基本接近国际上发达国家酒精 标准 发酵法生产酒精的能力将成为一个国家经济实力的标志 因 为作为可再生能源的酒精 在经历一个多世纪的发展中 始终与 能源密切相关 特别是巴西从 1975 年久开始的以甘蔗 糖蜜为 原料生产酒精的成功实践 提醒各国政府 10 以上的能源添加 储备在自己的国土上 一个国家 尤其是石油资源匮乏的国家如果能自主解决 10 以 上的能源添加 对发展本国经济 维持国家安定将起到极其重要 的作用 垄断石油资源 争取石油资源造成的两次石油危机 两 次伊拉克战争均与石油有直接关系 现在可以说石油和用于乙醇发酵的谷物等原料都源于太阳能 的储备 发酵法生产乙醇比石油更有优势的地方是发酵法效率高 其原料年年种 年年收 不用像开采石油那样投资巨大 根据当 今农业 酒精生产能力 改造汽油发动机和柴油发动机的能力 相信不久的将来 一个良性循环的能源资源将更多地出现在世人 面前 1 2 设计依据设计依据 1 2 1 长春工业大学生物技术 工程 课程设计指导书 1 2 2 长春工业大学生物技术 工程 课程设计任务书 1 2 3 发酵工程与设备 发酵工艺原理 发酵 工厂工艺设计概论 化工工艺设计手册 及生物技术 工程 专业基础理论课本等参考资料 1 3 设计指导思想 1 3 1 尽量采用先进的生产技术与设备 认真吸取和借鉴国 内外各种产品生产的成熟新工艺 新技术 新设备 1 3 2 合理利用资源 节约能源 降低消耗指标 1 4 设计范围 1 4 1 确定工艺流程及生产操作条件 1 4 2 工艺及主要设备计算 物料衡算 设备计算 1 4 3 绘制生产工艺流程图 1 4 4 编制课程设计说明书 二 生产工艺二 生产工艺 2 1 产品产量及方案产品产量及方案 产量 年产酒精 33000 吨 产品品种 含乙醇 95 V 相当于 92 41 W 食用酒 精 2 2 生产方法的选择生产方法的选择 工艺方法 利用玉米为原料 双酶糖化 添加酒精酵母连续 发酵 三塔蒸馏的工艺是目前最成熟 最典型的生产工艺 酒精生产工艺流程简图 淀粉酶 糖化酶 酒母醪 玉米 粉碎 调浆 连续蒸煮 蒸煮醪冷却 糖化 糖化醪冷却 连续发 酵 排醛 废水 CO2回收 成熟发酵醪 粗馏 醛塔 精馏 成品酒精 废糟 杂醇油 DDGS 全价干酒糟 2 32 3 主要工艺参数主要工艺参数 年生产天数 300 玉米含水 15 玉米粉产率 87 玉米含淀粉 63 玉米淀粉实际出酒率 53 发酵周期 55 60h 原料粉碎度 1 5 2 5 mm 原料加水比 1 3 淀粉酶用量 5 6u g 原来 蒸煮温度 90 110 蒸煮时间 100 min 糖化酶用量 100 150u g 原料 糖化温度 58 60 糖化时间 45 min 糖化醪固形物浓度 16 18 糖化醪 PH 值 4 0 4 5 接种量 10 20 稀释速度 0 05 0 1 发酵温度 31 33 发酵罐装料系数 85 90 发酵醪酒精浓度 8 10 V 2 4 物料衡算物料衡算 表 1 主要物料衡算表 95 V 酒精 单位产品消 耗 年用量序 号 名称规格 单位数量单位时天年 1玉米含水 15 t t3 1t14 2341102300 2 淀粉酶20000u g kg t1t0 00460 1133 3糖化酶50000u g kg t9t0 0410 99297 4NaOHkg t22t0 1012 42726 5H2SO498 kg t16t0 0731 76528 6硫酸铵kg t1 15t0 00530 12737 95 7蒸煮粉浆t t10 8t49 51188356400 8成熟蒸煮 醪 t t11 1t50 881221366300 9糖化醪t t12 8t 58 71408422400 10成熟发酵 醪 t t12 6t57 751386415800 11杂醇油kg t5t0 0230 55165 12醛酒kg t20t0 0922 2660 13二氧化碳kg t902t4 1399 22419100 14废醪t t12 7t58 21397774700 15胚芽kg t300t1 375339900 16水t t90t412 599002970000 17电kWh t160kWh 733176005280000 18汽t t4 2t19 25462138600 三 设备选择三 设备选择 3 13 1 主要工艺设备选型计算主要工艺设备选型计算 1 发酵罐容积计算 糖化醪流量 58 7t h 醪液比重为 1 07 则糖化醪体积流 量为 F 58 6 1 07 54 9 m3 h 采用多罐连续发酵工艺 双罐流加法 即预发酵罐和罐组 首罐流加糖化醪 预发酵罐流加量为总量的 17 控制稀释速率 D0 0 09 罐组首罐糖化醪流加量为总量的 83 稀释速率 D1 0 05 预发酵罐和发酵罐的填充系数为 0 9 则 预发酵罐糖化醪流量 F0 17 54 9 9 3 m3 h 预发酵罐 V0 有效 F0 D0 9 3 0 09 103 3 m3 预发酵罐 V0 全 V0 有效 103 3 0 9 114 8m3 首发酵罐糖化醪流量 F1 83 54 9 45 5 m3 h 首发酵罐 V1 有效 F1 D1 45 5 0 05 910 m3 首发酵罐 V1 全 V1 有效 910 0 9 1011 1 m3 预发酵罐和发酵罐直径 d 与高 H 的关系 H 1 5d 锥形封头高 锥底高与直径的关系 h1 h2 0 1d V全 4 d2 H h1 3 h2 3 V全 1 23d3 所以经计算得 d0 4 536 m d1 9 368 m 取预发酵罐 d0 4 6 m 则 H0 6 9 m h01 h02 0 46 m 验算 V0 全 119 7 m3 114 8 m3 取首发酵罐 d1 9 5 m 则 H1 14 25 m h11 h12 0 95 m 验算 V1 全 1054 6 m3 1011 1 m3 所以预发酵罐 首发酵罐体积可满足生产需要 2 发酵罐组个数确定 设发酵周期为 60h 发酵液的体积流量为 54 9 m3 h 发酵 罐组设 1 个成熟醪贮罐 发酵罐组个数为 n 54 9 60 1011 1 0 9 1 4 6 个 取整数 n 5 个 故本设计选取预发酵罐 1 个 发酵罐 5 个 3 发酵罐换热器换热面积计算 F Q总 K tm Q总 Q生 Q蒸发 Q罐壁 由于罐体较大 所以采用罐外螺旋板换热器循环换热 传 热系数 K 860 4 186 2580 4 186kJ m3 h 首发酵罐料 液流量 58 7t h 醪液浓度由 18 4 4 放热量最大 可取麦芽 糖发酵放热 613 6kJ kg 则 Q生 58 7 1000 18 4 4 613 6 4898491kJ h Q蒸发 Q罐壁 8 Q生 391879kJ h Q总 4898491 391879 4506612kJ h 平均温度差 tm t1 t2 ln t1 t2 31 31 发酵液 20 25 冷却水 t1 11 t2 6 代入 tm 11 6 ln 11 6 8 2 首发酵罐换热器面积 F Q总 K tm 4506612 1200 4 186 8 2 109 4 m3 首发酵罐换热器冷却水流量 W Q总 cp t2 t1 4506612 4 18 25 20