发酵设备课程设计

年产15万吨木薯干酒精工厂的设计附：设计依据及设计范围（1）、设计依据 原始数据如下：生产要求：年产150，000吨医药酒精，酒精含量 95.5%（V）生产原料：木薯干片 年生产天数：300天厂址选择：南方某城市（符合建厂条件）气候条件：良好最高气温：38 最低气温：4 平均气温：20最高湿度：95% 平均湿度：78%主导风向：冬季东北风 夏季东南风河水温度：最高30 最低10深井水温度：最高25 最低：20自来水温度：最高31 最低：14（2）、设计范围： . 工艺流程的选取与论证. 全厂水、电、汽及原料耗用量的平衡计算. 设备的设计与计算. 安全防火、经济核算、三废处理途. 绘制重点车间设计施工图. 编写设计说明书设计说明书前有中、英文摘要各一份。重点车间：原料蒸煮车间重点设备：糖化罐绘图内容：.重点车间工艺、设备流程图（带自动控制点）重点车间设备平面布置图.重点设备装配图目录1 工艺流程的选取与论证2 物料及热量衡算3 酒母制造4 液化罐与糖化罐设计5 安全防火、三废处理1 工艺流程的选取与论证1.（1）原料预处理：木薯干片原料较大块，不易在一次粉碎达到要求，故采用二次粉碎以提高粉碎度4。（2）调浆：采用一个冲量计进行粉水自动化调浆，实现了自动化生产过程，减轻了工人劳动强度。（3）蒸煮工艺：采用带喷雾转盘的锅式低温常压连续蒸煮方法，生产条件温和，操作安全、简便，热利用率高，节省了蒸汽、能耗，提高了淀粉利用率和设备利用率。（4）糖化酶的利用：该酶活性高，用量少，配制成溶液即可投入使用，不用进行高温蒸煮，节约了资金、能源，且快速、易操作。（5）糖化工艺：采用真空前冷却的连续糖化法，使冷却用水用量大大减少，可将醪液在瞬间降低到相应的温度，冷却好的醪液连续进入糖化锅，锅内有搅拌器，冷却器，使糖化温度得以保证。（6）发酵工艺：采用连续发酵，缩短了发酵周期，提高设备利用率，便于实现自动化、连续化，降低了生产成本。（7）精馏工艺：采用两塔式蒸馏，粗馏塔采用泡罩塔，精馏塔采用浮阀塔，二塔间用气相过塔，从而节省加热蒸汽、冷却水，但要注意成品质量控制。2.工艺及设备计算（1）根据工艺流程草图逐步地进行物料衡算与热量衡算。（2）计算单位基本是以每小时计，并尽量采用国际单位。（3）计算中的物理化学参数基本来源一致。（4）对于标准设备，直接根据生产能力进行选型，而对于非标准设备，则进行设计计算。（5）对重点设备糖化罐进行详细地设计计算。（6）对于其他内容，如经济核算、安全防火、综合处理费用进行估算。3.主要技术经济指标（1）生产规模： 年产95%（V）医药酒精150,000吨（2）日产酒精量：500吨 （生产天数： 300天/年）（3）淀粉出酒率： 54%（4）淀粉利用率： 87.86%（5）原料出酒率： 36.72%（6）每吨酒精耗原料：2.72吨原料/吨酒精（7）水单耗：124.86T/T酒精（8）电单耗：1444.80kwh/T酒精（9）汽单耗：4.524T/T酒精4.主要工艺参数（1）原料淀粉含量：68%（2）加水比：1:4.2（3）调浆温度：50（4）液化温度：85（5）糖化温度：60（6）发酵温度：35（7）-淀粉酶：2500单位/g,用量对淀粉为1.0-2.0 u/g。（8）糖化酶：10万单位/g, 用量对淀粉为180-220 u/g.（9）蒸煮率：99%，糖化率：99%，发酵率：90% 蒸馏率：99%（每塔损失0.5%）（10） 调PH值的工业硫酸用量：2.52吨/天2 物料及热量衡算本设计中采用的主要数据生产规模：150000吨/年 95% （v）医药酒精全年生产天数：300天生产原料：木薯干片 平均直径：0.14m木薯干成份：水份12%、粗蛋白2.64%、粗脂肪0.86%、碳水化合物72.1%、粗纤维3.55%、粗灰分2.85%、粗淀粉：68.0%。2.1 淀粉的利用率：87.86%淀粉质原料制酒精化学方程式糖化酶（C6H10O5）n + n H2OnC6H12O6 （3-1）162.1 18 180.1酒化酶C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 + 生物热 (3-2) 180.1 92 88得（C6H10O5）n2n C2H5OH + 2nCO2 + 生物热设：对于100kg纯淀粉，理论上可生产成无水酒精x kg。162n ：2n *46 = 100 ：x x = 56.79100kg纯淀粉，理论上可生产成CO2 y kg。162n ：2n *44 = 100 ：y y = 54.32无水酒精折换95%（v）= 92.41% （w）酒精，得相应的淀粉出酒率为56.79% /92.41 * 100% = 61.46% 但在实际生产中，由于生成酵母菌体生命活动消耗及副产品生成及其他损失，生产95% （v）酒精生产实际中的经验出酒率为53-55% ，本设计为54%则：原料出酒率：54%* 68% =36.72%酒精产量：150000/300=500T/d=20833.33kg/h每天原料用量： 500T/36.72=1361.652.2 粉浆调制：每吨酒精所需原料量： 1361.66/500=2.72t木薯片/t酒精每小时原料用量：1361.66/24=56.74T/h每小时淀粉投入量：56.74*68%=38.58T/h薯片干粉含量：56740*（1-12%）=49931.2kg/ h 薯片含水量：56740*12% = 6808.8kg / h2.3 粉浆加水比：物料：水 = 1：4.2（1）原料加水量 ：56740* 4.2 = 238308.0kg / h（2）粉浆量 ：56740.0 *（1+4.2）= 295048.0kg / h现选用-淀粉酶2500单位/g,用量对淀粉为1.0-2.0 u/g，为确保酶量现选取1.8u/g。则-淀粉酶量：（1.8*38.58*1000*70%）/2500=19.44 kg / h （19.44*1000*1.8）/2=17496ml/h=17.496l/h（3）粉浆干物质浓度：（33281.6+10.8024*0.94）/（196664+10.8024）*100% = 16.93%，相当于16.93。Bx，查毕业设计指导书11知锤度比重d=1.09894kg / l（4）粉浆体积 ：（295048+19.44）/1.09894= 268501.86 l /h = 268.50m3/2.4 粉浆的预热及其他薯干粉温度取为25，调浆水温40（蒸馏冷却水），用4 kgf/cm2(绝压) 蒸汽，热焓为654.9 6 Kcal/kg,把蒸馏冷却水预热至50，再进行调浆。薯干比热 ：Ci =0.37 * （1-12%） +1.0 * 12% = 0.446Kcal/kg. 其中 0.37为绝干物质比热粉浆比热 ：Ci =0.37*16.9%+1.0*（1-16.9%）=0.894Kcal/kg. 调浆温度 ：热平衡方程式： 式中字母分别代表：每小时投入干粉量、每小时加水量、薯干比热、水比热、薯干干粉温差、水温差。分别代入数据得： 0.446*37820*(50-25)=1.0*158844*(t-50) t=52.65故可用52.65水进行调浆。采用4kgf/预热蒸馏冷却水至52.7，该蒸汽焓为i=654.9 Kcal/kg,则粉浆预热耗蒸汽量为： D = 238308*52.65-40*0.894654.9-52.65=4115.2kg/h2.5液化工段液化温度设为85，液化时间为120min2.5.1 加热蒸气消耗量预热醪的比热 C=0.37*0.1693+ 1.0*（10.1693）=0.894Kcal/kg.蒸煮理论上的蒸汽消耗量： D=0.894*331084*85-50654.9-85 =18177.896kg/h 蒸气热损失按理论值的10%计，实际需蒸气为： 10415.71*（1+10%）= 11877.48kg / h2.5.2 液化醪总量液化醪总量 = 预热醪量+蒸汽冷凝水+ 淀粉酶=331084+11877.48+18.186 =342979.64kg / h液化醪中干物质含量：(56029.6+18.186 *0.94）/342979.64*100%=16.3% 相当于16.0Bx，查毕业设计指导书，知蒸煮醪比重d=1.095547kg/l液化醪体积：342979.64 /1.095547= 313.07/ h2.6 糖化工段2.6.1 糖化酶用量糖化酶糖化力：10万单位/ g原料，用量对淀粉180-220 U/ml,取200 U/g原料所以糖化酶用量：(200*43.30*1000*70%)/150000=40.41kg/h调成200 U/ml酶液，则：（40.41*1000*200）/200=40410ml/h =40.41 l/h2.6.2 糖化醪总量糖化醪总量 = 液化醪量 + 糖化酶量=342979.64 + 40.41 =343020.05kg/h糖化醪干物质含量 = 56029.6+18.186*0.94+40.41*0.94342979.64+40.41 =16.35%相当于15.44。Bx,查毕业设计指导书的糖化醪比重：d=1.09741kg /l糖化醪体积：342979.64/1.09741=312535.55 l/ h = 312.54m3/h3 酒母制造酵母品种：H5-2耐高温酵母，作用最高温度为40取36为主发酵温度，发酵总时间为50h3.1糖化醪总量：糖化醪总量：342979.64kg/h,查得糖化醪比重：1.09741kg/l接种量按10%计，因糖化醪部分送往酒母缸制造酒母，而酒母醪中70%物质是糖化醪，则酒母醪量为:342979.64/（1+10%*70%）*10% =32054.201kg/h=29208.956 l/h=29.208 m3/h其中糖化醪量：342979.64*70%=240085.74kg/h送往发酵缸的糖化醪量为：342979.64-240085.74=102893.9/h3.2 H2SO4 和（NH4）2SO4消耗量一般在小酒母缸中加1.0-1.2 H2SO4 进行酸化（PH4.0-4.5）并补充1（NH4）2SO4作为氮源。H2SO4消耗量：102893.9*10%*1.2%=123.47kg/h（NH4）2SO4消耗量：102893.9*10%*1%=102.893kg/h（按大酒母缸醪量为发酵醪的10%，小酒母缸醪液为大酒母缸醪液的10%进行计算）则：大酒母缸醪量 =102893.9 *10% =10289.39 kg/h小酒母缸醪量= 10289.39 *10% =1028.939kg/h4 液化罐与糖化罐设计4.1 液化罐（1）蒸煮醪量为28561 m3/h，时间为120min。液化罐有效容积V=Gt*tn=285.61*12/604=142.805m3 采用4个蒸煮罐。取：填充系数为80%，则V总=V/0.8=142.805/0.8=178.5m3，D：H=1：3，h上=h下=0.1D，因为 v=4D2H=34D3=178.5m（4-27）所以D=3178.5*4 3* =4.232m（4-28）取：D=4.2m 则H=3D=12.6m， H总=H+h上+h下=12.6+0.42*2=13.44m液化罐实际容积为：V实=3*3.1415*4.23/4=174.56m3每个罐都配备涡轮式拌料器一套，涡轮直径Di=4.2/3=1.4m=1400mm，选用1300-90,HG5-221-65-8配套电机IS125-100-200型2台，功率45kw。（2）壁厚8圆筒 S ,选用普通A3钢板，取1100kg/cm2， C=0.4 , =0.9所以s=4*4.2*1002*1100*0.9+0.4=1.25cm=12.5mm,取s=13mm ，封头和封底： ， 所以 ：s=1.25*4*4.2*1002*1100*0.8-1.25*4+0.4=1.59cm=15.9mm取 ： s=16mm4.2预热醪加热蒸煮管设计（1）已知预热蒸汽量为：11877.48kg/h取蒸汽管内流速为25m/s蒸汽压力为4.0kgf/cm2(表)，查表知密度为2.614kg/m3加热管径 选用273*8.0mm的普通热轧无缝钢管9。（2）预热醪管 V=268.50m3/h ， 取流速为1m/s， 绝热材料多孔混凝土厚60mm， d2=4*268.50*3600*1=0.3082m=308.2mm以选用377*10.0的普通热轧无缝钢管9。（3）过缸管或排料管管径V=313.07 m3/h 取v=0.9m/s所以 d=4*313.07*3600*0.9=0.351m=351mm选用377*9.0mm的普通热轧无缝钢管9。4.3 糖化罐的计算及选型4.3.1 糖化罐（1）糖化罐的直径及圆筒高 选用两个糖化罐，其中一个备用，取糖化罐填充系数=0.8，取D：H=1：2，糖化罐圆筒容积： ，因为 m3,D=4.23m,V=313.07*3060*0.8=195.66m3,因为取D=4.3m H=4.9m（2）上下封头均选用圆锥形封头，上、下封头的锥角=150 锥高h= ,h1=h2=0.5761m, ,（3）罐高度 H=4.9+2*0.5761=5.0152m（4）罐的总容积V=4D2H+2*(13*4*D2*h)=100.69m3（5）搅拌装置8选用圆盘六弯叶涡轮，二组搅拌，设外涡轮直径Di=1/3 D，取Di=1.4m， 应选用电机700-80，HG5-221-65-8型2台电动机, N=45kw。 设涡轮转速为80转/分，糖化醪比重为1.09741kg/l，取黏度为牛顿型中最大值，60时，=2 * 46.88 * 10-5=9.376*10-4PaS。 ，查得NP=5.0 （4-29）则：P0=NPD5N3p=5.0*4.35*(80/60)3*1.09741*103=19.1kw考虑到两个涡轮：P=(1+1/2.05) P0=(1+1/2.05)*19.1=28.41kw涡轮位置的设计：底下的涡轮距涡底S1=0.5D=0.5*4.3=2.15m,则：在圆柱部分底面两涡轮的间距S2=2.5D=2.5*4.3=10.75m,轴的选型设计：n=80rpm,P=1.5*28.41=42.62kw选用215