年产50000吨食用酒精工厂的初步设计-毕业设计

中国矿业大学2008届本科生毕业设计第93页50000t/a食用酒精工厂的初步设计

摘要设计中依照厂址选择原则对工厂进行了合理的选址；完成了工艺的选择及论证；进行了物料衡算、热量衡算及水衡算；完成了主要设备的设计与选型以及工厂投资的简要经济核算。对工厂厂房、工艺流程、车间设备进行了合理地布局。完成了工厂图纸的绘制，共八张图纸，包括全厂总平面布置图、工艺流程图、发酵和蒸馏车间设备布置图、种子罐设备图。根据全厂工艺设计和计算结果可以看出，该设计能够达到工业生产的要求。关键词：食用酒精；木薯；连续发酵；四塔蒸馏ABSTRACTIcompletedselectionofthesiteoffactoryinaccordancewiththeprincipleofchoicefactory,selectionandfeasibilitystudiesofprocess,materialbalance,energybalance,waterbalance,designandselectionofmajorequipmentsandbriefeconomicaccounting.Workshop,processandequipmentofworkshopgainedthereasonabledistribution.Theeightfactorydrawingsdrawingwerecompleted,includingthefactorygenerallayoutmap,processmap,equipmentlayoutmapoffermentationanddistillationworkshop,seedtankequipmentmap.Theresultsofthewholeprocessdesignandcomputationshowthatthedesigncanreachtherequirementsofindustrialproduction.Keywords：Ediblealcohol;Cassava;Continuousfermentation;Fourtowersdistillation目录1绪论TOC\o"1-2"\h\z\u 11.1食用酒精的简介 11.2食用酒精的用途 11.3食用酒精的发展与市场前景 21.4厂址选择 41.5本设计的目的、意义及主要内容 72全厂工艺流程及工艺论证 82.1全厂工艺流程 82.2工艺论证 82.2.1原料选择 82.2.2酒精酵母生产工艺 92.2.3原料预处理工艺 102.2.4蒸煮、糖化工艺 102.2.5发酵工艺 112.2.6蒸馏工艺 123全厂工艺计算 133.1物料衡算 133.1.1总物料衡算 133.1.2蒸煮工序物料衡算 143.1.3糖化和发酵工序物料衡算 153.1.4蒸馏工序物料衡算 163.2热量衡算 203.2.1原料处理及液化工序热量衡算 203.2.2酒母培养工序热量衡算 213.2.3蒸馏工序热量衡算 213.3水衡算 233.3.1原料预处理及糖化工序水衡算 233.3.2发酵工序水衡算 233.3.3蒸馏工序水衡算 244设备设计与选型 284.1发酵罐 284.2种子罐 344.3糖化锅 414.4塔式连续蒸煮器 424.5醪塔 424.6醛塔 444.7精馏塔 464.8甲醇塔 494.9无菌空气制备系统 495全厂布置说明 495.1工厂总平面设计 495.1.1工厂的组成 495.1.2总平面布置依据 495.1.3布置原则 505.1.4本设计全厂平面布置 505.2主车间的布置设计 505.2.1车间布置设计的依据 515.2.2车间布置设计的原则 515.2.3本厂主车间的布置设计 536经济核算 546.1投资估算 546.2成本估算 55参考文献 56附录1专题部分 58附录2翻译部分 72英文原文 72中文译文 79致谢 87

1绪论1.1食用酒精的简介酒精学名叫乙醇，化学式为C2H5OH。为无色、透明、具有特殊香味的液体，易挥发，密度比水小，能跟水以任意比互溶。其熔点为-114.1℃，沸点为78.3℃，相对密度为0.79。酒精是一种重要的溶剂，可混溶于醚、氯仿、甘油等多数有机溶剂，能溶解多种有机物和无机物。酒精分为食用酒精和工业酒精，他们之间的区别在于酒精的纯度和杂质的含量不同。食用酒精必以薯类、谷物，或废糖蜜为原料，必须通过发酵法酿造。酒精发酵分为固态发酵和液态发酵两种，而食用酒精均是采用液态深层发酵法。将淀粉质原料或糖蜜经糖化酶转化成可发酵糖后，利用酵母菌发酵将糖转化成酒精，再经蒸馏提取得到一定标准的酒精。酒精发酵是利用微生物体内一系列酶的作用，使得可发酵糖经糖酵解（EMP）途径转化成丙酮酸，再在无氧条件下继续降解生成酒精及其它副产物（流程如图1-1）。其副产物主要有甘油、杂醇油、琥珀酸及乳酸等多种化学物质[1]。由于食用酒精大多用于食品的生产，因而对其酒精质量及成分有严格的要求。为保证食用酒精的使用安全和卫生，国家颁布了食用酒精的国家标准（表1-1）。1.2食用酒精的用途酒精工业是基础原料工业，广泛应用于国民经济许多部门：在食品工业中，酒精是配制各类白酒、果酒、葡萄酒、露酒、药酒和生产食用醋酸及食用香精的主要原料；它也是许多化工产品不可缺少的基础原料和溶剂，利用酒精可以制造合成橡胶、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、脂类、环氧乙烷和乙基苯等大量化工产品；它是生产油漆和化妆品不可缺少的溶剂；在医药工业和医疗事业中，酒精用来配制、提取医药制剂和作为消毒剂；染料生产、国防工业及其它工业部门也需要大量酒精[2]；在能源行业中，酒精可作为新能源，以缓解石油、煤炭等传统能源的日益枯竭和环境问题[3]。酒精工业与农业也有密切关系，酒精生产是农业原料深加工和综合利用重要途径[4]。表1-1GB10343─2002食用酒精项目特级优级普通级外观无色透明气味具有乙醇固有的香味，无异味无异臭口味纯净，微甜纯正，微甜较纯正色度/号≤10乙醇/%(体积分数)≥96.095.595.0硫酸试剂/号≤51060氧化时间/min≥403020醛(以乙醛计)/mg/L≤1330甲醇/mg/L≤250150正丙醇/mg/L≤235100异丁醇+异戊醇/mg/L≤1230酸(以乙酸计)/mg/L≤71020酯(以乙酸乙酯计)/mg/L≤101825不挥发物/mg/L≤102025重金属(以Pb计)/mg/L≤1氰化物(以HCN计)/mg/L≤51.3食用酒精的发展与市场前景1.3.1食用酒精工业的发展现状酒精作为一种原料和中间产品，在许多行业中都发挥着重要的作用，其具有很大的发展前景。最近几年我国酒精产量保持快速增长态势，酒精形势有八个方面的特点：一、酒精产量继续保持快速增长。二、企业规模不断提高，向大型化发展。从2002年以来，我国酒精行业单个企业的规模不断扩大。2001年超过规模10万千升的企业仅1家，2003年达到2家，2004年为5家，2005年达到8家，到2006年已经成为12家。2007年酒精制造大中型企业共28家，销售产值占全国的56%，小型177家仅占44%。三、新增产能逐渐由销区向原料产区转移。由于资源的短缺将直接影响生产安全，目前新建酒精生产企业逐渐由销区向原料产区聚集，可以反应出企业对原料资源的重视程度日益加强。吉林、黑龙江和内蒙古是玉米主产区，广西是木薯主产区，江苏苏北有进口木薯的港口优势，近几年酒精发展迅速。四、燃料乙醇发展方向“非粮”转变；同时，木薯和玉米酒精产量比例增加[5]，糖蜜酒精比例不断减少。五、玉米酒精成本优势格局已不复存在。由于玉米和木薯价格的变化，玉米酒精与木薯酒精的成本优势地位逐渐发生改变。2006年，玉米价格的持续高涨，涨幅已超出木薯价格变化，所以玉米酒精相对于木薯酒精在成本方面的优势已经丧失[6]。六、燃料乙醇异军突起，后势强劲。石油危机导致生物能源产业增长提速，燃料乙醇需求剧增[7]。近年来，石油的消耗量逐年上升，特别是我国由于经济的迅速发展，石油消耗量上升更为明显。然而，石油的储量却逐年下降，石油危机明显。现今石油价格更是飞速上涨，因而寻找新能源已迫在眉睫。而现今燃料乙醇是最好的可再生资源，最好的能源替代品。各国对燃料乙醇生产的投入逐年增加。七、原料价格持续上涨，企业利润空间不断缩小。近年来，粮食危机逐渐加剧，酒精生产原料价格逐年上涨，特别是谷物类作物尤其明显。企业生产成本大量增加，利润空间逐渐缩小。不少酒精生产企业上马酒精下游产品项目，如乙酸乙酯、聚乙烯、环氧乙烷和乙二醇（MEG）等产品，也扩大了酒精消费量。八、行业控股情况发生深刻变化，从国有为主发展为私有控股为主的格局。1.3.2食用酒精的发展方向及市场前景目前在我国酒精产业中，食用酒精仍占有绝对优势。由于原料价格上涨，能源紧缺，酒精行业面临诸多挑战，因而改进生产技术、降低生产成本、提高产品适用范围成为我国酒精行业急需解决的问题。一、加大酒精下流产品生产，如有条件可以从事对酒精的进一步加工。以提高产品的附加值。二、酒精生产过程中成本高，能耗大，应尽量降低生产成本。我国许多酒精企业至今还沿用非常传统的生产工艺。虽然经过多次技改造，但与国外先进技术相比仍有较大差距。我国酒精生产企业的节能是系性的，例如热电联产热与轴功率的利用、低温蒸煮、连续发酵、差压蒸馏、多效蒸发、热泵利用、自调自控等。在国外玉米原料酒精生产倾向于推广使用耐高温a-淀粉酶进行中温蒸煮的方法，它有节能和提高酒精糟质量的优点。大中型企业推广热电联产节能法，远近结合、以汽定电、留有余汽用备用炉调峰和保证必需背压等。我国酒精工厂进行综合利用投资少、效益差。比如CO2回收，每吨可增收500元，酒精糟液的利用更有多方面的效益，发展下游产品，例如白酒、供食品和医药用的冰醋酸等都能收到好的效果。三、酒精糟液环境污染严重，对其治理迫在眉睫。我国酒精工厂多，且大多数设在城市，副产酒精糟总量达30多万t/年，大多数没有得到很好的利用，排放而造成污染十分严重，很多新建、扩建企业没有对酒糟的合理处理进行规划，增大了污染源。由于酒糟废液量大，加之处理技术不够目前已经成轻工业中第二个大污染源。为此，对酒糟的合理处理是酒精工业的大事。四、应积极引进研究和发展新菌种、新工艺、新设备和新技术，并尽快用于企业生产。在菌种选育方面，常规的诱变育种技术加上遗传工程技术，将有可能获得能直接发酵成淀粉、纤维素、半纤维素的菌株；纤维素酶高产菌株、耐高温酵母和其它优良的酒精发酵微生物、抗杂菌酒精发酵菌也将有得到的可能。任何上述一个菌株的获得都将从根本上改变目前酒精生产的面貌。关于新工艺，高发酵强度酒精发酵新工艺也将会有突破性的进展。现在实验结果，发酵强度已超过100g/(L·h)，也就是说比间歇发酵提高了50倍以上。为此在工业生产上争取达到50g/(L·h)是完全有可能的。五、加大自控与微机控制。除了应用传统自动化仪表作为酒精生产的自动控制手段外，由于计算机技术的发展和在多领域内的应用在未来的酒精生产装置中，微机控制系统应作为首选对象，可以解决传统自动化仪表不能达到控制质量要求的问题，提高自动控制质量，为保证酒精生产过程和酒精质量的稳定奠定基础。六、酒糟处理的指导思想应当是将酒糟作为一个有用的原料来处理，要将生产SCP、燃料、饲料、肥料或其它生物制剂与酒糟的处理结合起来进行或在工艺中消除污染源，最终达到无污染排放。随着医药、化工、食品及军事等行业的快速发展，酒精需求量逐年增加。特别是能源危机的加剧，燃料乙醇成为很好的新型能源。国家“十一五”规划纲要明确提出，“十一五”时期要扩大燃料乙醇生产能力，因而燃料乙醇将具很大的市场需求量。在我国酒精产业中，食用酒精占有绝对优势，因而生产高质量的食用酒精仍具有很广阔的市场前景。而且白酒在我国的消耗量很大，优质食用酒精可作为新型白酒的基础酒。据有关部门统计，75%的优质食用酒精用于调配白酒。因而具有广阔的市场前景[8]。1.4厂址选择本设计以木薯为原料，生产高质量的优质食用酒精，产品主要提供给食品行业及医药行业。原料主要来源于东南亚，产品主要销售至华东、华中地区以及出口国外。在综合考虑原料运输及产品销售情况下，选址于江苏大丰市经济开发区。选址依据为：(1)开发区简介大丰市地处江苏东部，黄海之滨。江苏大丰经济开发区是经江苏省政府批准建立的省级开发区，也是国家环保总局唯一批准的生态经济开发区。开发区东与市区毗连，西接沿海高速、新长铁路、204国道，区位优势明显，交通四通八达。辖区规划面积30平方公里，目前已开发面积13平方公里。目前，全区已有各类企业219家。区内道路纵横交错，布局合理，道路管网自成体系；热电厂、自来水厂、污水处理厂、变电所、天然气站、路灯设施、邮政枢纽中心和绿化工程等设施一应俱全；电视电话网、通讯宽带遍布全区。(2)区域优势大丰市经济开发区地处市区西郊，是大丰承接长三角经济辐射的重要门户，具有得天独厚的区位优势，已形成便捷的立体交通网络。公路：沿海高速穿境而过，北接徐大高速。西行、北上30公里即可到达宁靖盐高速和京沪高速。距上海2小时车程。铁路：距新长铁路3公里，新长铁路与各铁路枢纽相接，已开通北京、青岛、哈尔滨、成都等客货运列车。航空：距盐城机场20分钟车程，可直航韩国、北京、广州、温州等地；距上海虹桥机场2小时车程；距上海浦东和南京禄口国际机场2.5小时车程。港口：大丰是新兴港口城市，国家重点工程大丰港位于江苏沿海海岸线中部。距国家一级开放口岸大丰港31公里，专线直通。大丰港到韩国釜山港420海里，至日本长崎港430海里，至秦皇岛港490海里，至上海港250海里。(3)完整的基础设施大丰经济开发区基础设施配套完善，为进区企业提供“九通一平”的建设用地。道路：已建成道路50公里，主干道宽60米，次干道宽40米，各路段“三杆三线”埋设到位，路灯、绿化配套齐备。道路管网自成体系。供水：日供量10万吨水厂和4万吨水厂各一座。排污：管道雨污分流，污水处理厂设计能力5万吨。通电：3.5万千伏安变电站2所，11万千伏安、22万千伏安变电所各一所。供热：热电厂年供热量达240万吉焦，年发电量为1.8亿千瓦时。末端供热温度为170摄氏度，压力8公斤。通气：区内有天然压缩气接供中心站，管道天然气热值8500—9400大卡，通气率达80%以上。卫视：有线电视（数字电视）网络遍布全区，有韩语新闻台，可收视韩国、日本等国内外40个频道。邮政：邮政枢纽中心，可直接向世界各地快递各类邮件。通讯：现代化通讯交换机局总装机容量1万门以上；中国电信、移动、联通、小灵通、宽带网等信息设施全球网络。地面平整：规划的工业项目用地全部处理平整。(4)优惠的投资政策大丰经济开发区投资政策十分优惠：用地价格：一般工业项目用地每亩9.6万元，土地出让年限为50年。重大项目一事一议。税收补贴：企业交纳的增值税、企业所得税的地方留成部分，由地方财政给予一定比例的返还。具体比例视项目投资额、技术含量、纳税额而定。规费减免：项目建设期间属地方收取的各项行政规费实行“零收费”。(5)集约的生产成本1、生产成本低廉用水价格：①自来水：工业用水2.6元/立方米；生活用水2.3元/立方米；经营用水2.9元/立方米；特种用水3.1元/立方米。以上水价中含0.8元/立方米排污费。②地表水：水资源费0.13元/立方米，工程水费0.025元/立方米。用电价格：开发区用电来自华东电网，电力供应充足。①电价，按苏价工（2005）97号江苏电网销售电价执行。②优惠，按苏工价（2002）27号《关于苏北地区部分用电企业实行优惠电价的通知》执行。民营企业年用电量超过500万千瓦时，超过部分每千瓦时优惠0.10元。③用电保证，供电部门在夏季用电高峰限电时，优先保证开发区内企业用电。供热价格：120元/吨左右。天然气价格：2.6元/立方米左右。人员工资：大丰市区内就有经贸学院、技工学校、职业中学等三所培养技术工人的学校，年毕业生正常在1500人以上，且可定向培养，同时现成的技术工人和管理人员也有相当数量；一般工人工资600—800元，技术工人工资900—1000元。2、资源供给丰裕土地资源：全市拥有耕地124万亩，海岸线112公里，滩涂116万亩，东沙辐射沙洲105万亩。开发区核心区可开发工业用地面积25平方公里。劳动力资源：全市及周边地区可招用纺织、机械制造等行业熟练工2.5万人，中专以上各类专业技术人员3.2万人左右。产业资源：大丰市已形成纺织、机械、轻工、食品、建材、化工等六大工业支柱产业，绿色食品、新型材料和生物工程三大新兴产业正在掘起。汽车水泵、进排气管、热处理炉、微型空压机、龙虾等产品产量或出口量位居全国前列。大丰是重要的棉花、油脂、粮食、畜禽、海产品、特经蔬菜生产基地。3、生活环境适宜自然气候：大丰属北亚热带海洋性季风气候，四季分明，日照2238.9小时，无霜期达213天，年均降雨量1042.2毫米，年均气温14.10C，无重大自然灾害天气。居住条件：市区拥有数家三星级以上的宾馆和涉外酒店；现代化居民别墅区5处；国家级文明社区2处；省级文明社区6处；商住楼、公寓、写字楼等时尚居住，星罗密布，套型齐全。教育科技：市区有2所高等院校，国家重点高中、职中各1所，省重点高中2所，科研开发机构9个。文化娱乐：市区图书馆、档案馆、文化馆、影剧院、影城、体育场、旅游馆、公园、儿童乐园、保龄球馆、少年宫、健身房、夜总会、酒吧、迪厅、演舞厅、桑拿、休闲广场等文化娱乐休闲设施一应俱全。美食购物：市区各类高、中、低档饭店260多个，工农路“美食一条街”的各种特色风味小吃应有尽有；大型超市5所，各类商厦4所，综合性商业街2条，大型购物夜市2处。医疗卫生：市区拥有二等甲级医院1所，二等乙级医院2所，各类特色专科医院6所，卫生科技人员2351人。社会治安：民风纯朴，社会治安良好，被评为社会治安综合治理先进市。旅游观光：自然景观有世界上最大的野生麋鹿保护区、全国少见的百万亩滩涂湿地、林场森林公园、星罗棋布的盐湖、传说神奇的斗龙港、俯拾皆是海产品的东沙岛、小海温泉等；人文景观有草堰的义阡寺、北极殿，白驹的施耐庵纪念馆、刘庄的净士院、小海的镇海寺、珍迹墨宝郑板桥书画等。1.5本设计的目的、意义及主要内容本设计的目的是拟建一套50000t/a的食用酒精的生产装置，此装置应达到生产优质酒精的能力。通过此设计将大学四年所学知识得以综合运用，掌握工厂初步设计的能力，为今后从事此方面的工作打下一定的基础。此设计的主要内容包括设计文件和设计图纸。设计文件包括：1.设计依据及设计范围。2.设计指导思想、建设规模和产品方案。3.生产方法及工艺流程的比较、选择和阐述。4.主要生产技术指标的计算。5.主要设备的设计与选型。6.全厂及车间布置说明。7.简要经济核算。设计图纸包括：1.工艺流程图。2.全厂布局图。3.车间布置图。4.主要设备图。2全厂工艺流程及工艺论证2.1全厂工艺流程2.2工艺论证2.2.1原料选择目前食用酒精生产原料有薯类、谷物类、糖蜜等，本设计才用木薯干作为原料。木薯(Crantz)属大戟科(Eu-phorbiaceae)木薯属(ManihotMiller)植物，起源于热带美洲亚马逊盆地南沿，巴西与玻利维亚边境干湿交替的河谷地带[9]。从2006年以来，粮食原料大幅度涨价，尤其最近一年，全世界为保证粮食的供应对以粮食为原料生产产品的企业做出了一定的限制。从经济的角度上考虑，粮食不太适合做酒精生产的原料。由于受厂址选择的限制无糖蜜原料的来源，而且现今又很少有专业从事薯干原料生产的，因而木薯是现今生产酒精的一种很好的原料。木薯相比其它原料有许多优点：①木薯的淀粉含量高在70%左右，与谷类作物的淀粉含量相差不大。②木薯含粘性物质较少，醪液粘度小，可适合与浓醪发酵。③木薯亩产量较高，按淀粉产量计远远高于谷物类作物。④可以在土质贫瘠的山坡地上种植，不与粮食争地。⑤木薯在亚热带、热带地区四季均可种植，有利于全年供应原料。⑥现阶段相比其它原料，木薯的价格相对较便宜，用木薯生产酒精最具有经济性[10]。2.2.2酒精酵母生产工艺菌种南阳混合酵母（1308）[4]。其特点为：①固体培养时，菌落白色，表面光滑，边缘整齐，质地湿润。②细胞呈圆形，少数卵圆形。③发酵能力较强，能快速并完全地将糖分转化成酒精。④繁殖速度快，具有较高的比生长速度。⑤具有较高的耐酒精能力，且抵抗杂菌能力较强。⑥对培养基的适应性强，耐温、耐盐和耐干物质浓度的性能强。培养条件(1)温度酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正常的生活和繁殖温度是29～300C。在很高或很低的温度下，酵母的生命活动消弱或停止。酵母发育的最高温度是380C，最低温度为-50(2)PH值培养基的活性酸度（即氢离子浓度）对酵母的生命活动有很显著的影响。氢离子浓度能细胞原生质膜胶体的电荷，影响营养物质进入细胞的速度。同时对酶的活性和维生素的形成液会产生实质性的影响。酵母在pH2～8范围之间能保持其生命活动，但酵母生长的最适pH为4.8～5。当pH降到4.2以下时，酵母仍能继续繁殖，但此时，乳酸菌已停止生长。生产中将培养料加硫酸调至pH3.8～4，并保持一段时间，以达到消除细菌污染，在此期间酵母生长占绝对优势。(3)溶氧控制酒精发酵属于厌氧发酵。但在酵母培养过程中，为使酵母能迅速繁殖需通入一定量的无菌空气，以提高单位时间产生的能量，从而保证酵母迅速繁殖所需要的能量。但是，通风培养得到的使呼吸型酵母，嫌气培养得到的则是发酵型酵母，后者的发酵能力要强于前者。生产中为保证其迅速繁殖，且得到发酵能力较强的酵母，一般采用不断搅拌且定期少量通入空气的方式。一般搅拌速度为100r/min，通风比为2m3/(m酵母扩大培养工艺本设计中酒母扩大培养采用连续培养工艺，以配合连续发酵的进行。糖化醪经稀释、消毒处理后加入首罐，同时加入酵母种液。酒母糖化醪沿酒母罐组流动，酒母不断增殖，当醪液从酒母罐组最后一个灌流出时，即是成熟酒母醪（其指标如下表2-1），可送往连续发酵罐组进行发酵。酒母接种量为10%，总体培养时间为12h。表2-1 成熟酒母的指标检查项目小酒母大酒母酵母细胞数（亿/ml）11出芽率（%）20～2515～20死亡率（%）1以下1以下耗糖率（%）40～4545～50酸度不增加不增加2.2.3原料预处理工艺原料的预处理采用气流输送干式粉碎的工艺，如图2-1。采用锤式粉碎机对原料进行粉碎，最终达到原料颗粒80%能通过40目的筛子。原料的输送方式有机械输送、气流输送和混合输送，本设计选用气流输送，其优点为：①输料管和粉碎设备在密闭负压的条件下进行运转，可以减少原料的损失和改善劳动环境。②在一级升料管的接料器底部能将密度较大的铁块、石块等杂物分离，从而保证筛子和设备较长时间的完好使用。③物料被气流冲粉碎机中吸出，从而可提高锤式粉碎机能力的50%左右。④粉碎效率高，单位原料预处理消耗的总功率较低。2.2.4蒸煮、糖化工艺蒸煮工艺原料蒸煮包含糊化和液化过程，这两个过程最大的区别是醪液粘度的变化。随温度升高氢键减少，使淀粉颗粒中淀粉大分子之间的氢键消弱，造成淀粉颗粒的部分解体，形成网状组织，粘度上升，发生糊化现象。当温度继续上升达到1200本设计采用我国通用的塔式连续蒸煮工艺，一次加热、连续蒸煮。目前各个酒精厂基本都使用连续蒸煮的方法，间歇蒸煮已基本不再采用。连续工艺有罐式连续蒸煮、管道式连续蒸煮和塔式连续蒸煮。而我国使用最广泛是塔式连续蒸煮，此工艺具有广范的适用性、良好的生产参数指标和成熟的生产技术，且易于控制。由于是连续蒸煮，可以缩短生产时间，提高生产效率，同时能更好的配合连续糖化和连续发酵的进行。糖化工艺(1)糖化剂的选择本设计中采用外购糖化酶系，以提供生产所需的糖化剂。采用外购糖化酶系有以下好处：①随着酶制剂工业的发展，糖化酶生产已成为一个独立的生产部门。在市场上，有广泛的销售，且价格较便宜。②由专门厂家生产的糖化酶质量较好且稳定，发酵酶活大大高于液体曲。因而可以大大提高糖化率、生产效率和原料利用率。③由于采用外购的方式，可以省去大量的液体曲生产设备。减少工厂的资金投入。(2)糖化工艺选择目前连续糖化工艺采用较为广泛，有混合冷却连续糖化、真空冷却连续工艺和二级真空冷却连续糖化。本设计中采用真空冷却连续糖化工艺，此工艺自动化程度高，糖化时间短，工艺成熟且设备简单。蒸煮醪在进入糖化锅前，在真空蒸发器内瞬时冷却至600连续糖化工艺的特点：①采用此工艺，糖化醪在糖化锅内停留时间只需5～10min即可达到生产要求，因而连续糖化锅都较小。②由于糖化锅较小，因而无需安装桨叶式搅拌器，只需在锅底安装一个螺旋桨式搅拌器即可。从而可以节省大量电能。③同时，由于停留时间短且醪液前冷却不再糖化锅中进行，因而糖化锅中无需安装冷却管。糖化液的冷却采用集中的喷淋冷却。从而可以简化糖化设备。2.2.5发酵工艺目前酒精的发酵方式有间歇式发酵、半连续式发酵和连续式发酵。部分小型酒精厂仍采用间歇发酵，绝大部分大中型酒精厂均采用半连续或连续发酵。本设计采用顺流式连续发酵工艺。连续发酵相对于其他发酵方式有许多优点：①设备利用率高，其填充系数一般为0.85～0.90。远远高于通常情况下的间歇发酵。②连续发酵过程中，酵母细胞的繁殖能力较强。间歇发酵时，发酵醪中的酒精度达到4%以上酵母基本就停止了繁殖。而连续发酵式，当酒精浓度达到7%时，酵母仍能出芽繁殖。③发酵周期短（约50h），发酵时间比间歇发酵缩短了近20%。从而大大提高了生产效率。④无需经常对设备灭菌，目前连续发酵周期已超过200天，从而大量节省了蒸汽的消耗量。而间歇发酵每次进料都需灭菌。⑤连续发酵对可发酵糖的利用率较高；发酵终点时，成熟发酵醪（表2-2）中酒精度较高普遍能达到11%左右。但是，连续发酵也存在一些弊端。如容易发生滑流和滞留想象，所以为保证生产的正常进行，连续发酵罐组一般取8～10只；易于染菌，一旦染菌会影响整个发酵罐组，且不易处理，一般采用加酸酸化或加抗生素或防腐剂的方法来预防杂菌污染。表2-2 成熟发酵醪的指标项目镜检外观糖Bx还原糖%残总糖%含酒精量%(V)总酸度挥发酸度连续发酵形态正常无杂菌-1.0以下0.2以下0.3～0.69～11<0.50.15以下2.2.6蒸馏工艺目前通用的蒸馏工艺较多，有两塔蒸馏（气相进料和液相进料）、三塔蒸馏（直接式、半直接式、间接式）、四塔蒸馏、五塔蒸馏等。本设计中选用四塔蒸馏，其包括醪塔、排醛塔、精馏塔、甲醇塔。两塔蒸馏得到的酒精虽能达到食用酒精的酒精度标准，但酒精中杂质太多并不能满足食用酒精的标准；三塔蒸馏虽然能基本达到食用酒精的标准，但质量不是太高且其中的甲醇极易超标。而四塔蒸馏，不仅能得到符合标准的食用酒精，而且得到的酒精质量较高。能安全地作为食品加工的中间原料，也可作为勾兑酒的基酒，能符合工厂产品销售范围的质量标准。相对于两塔蒸馏，四塔蒸馏多了排醛塔和甲醇塔。排醛塔介于醪塔和精馏塔之间，其作用是排除醛酯类头级杂质，由于排醛塔的排除头级杂质是在酒精浓度较低的时候进行的，醛酯类头级杂质的精馏系数较大，比精馏塔顶部分离头级杂质的效果好，另外由于进入精馏塔的脱醛酒已经含有很少头级杂质，所以成品酒精液层的酒精水蒸汽中头级杂质已经相应降低。甲醇塔又叫后馏塔，其目的是进一步精馏酒精。甲醇的精馏系数随酒精浓度的增加而变大，所以甲醇分离应在高酒精浓度是进行，因而甲醇塔应安装在精馏塔之后。甲醇塔能将精馏酒中的甲醇进一步分离，同时除去一部分其他头级杂质。3全厂工艺计算3.1物料衡算生产技术指标及基础数据：生产规模50000t/a食用酒精生产方法塔式连续蒸煮、连续糖化、连续酒母培养、连续发酵及四塔蒸馏生产天数每年320天副产品年产量次级酒精占酒精总量的2%杂醇油量为成品酒精的0.5%产品质量符合国家食用酒精标准，乙醇含量95%以上（体积分数）生产原料木薯，淀粉含量70%、水分13%3.1.1总物料衡算年产50000t食用酒精（乙醇含量为95%），折算成100%就酒精为年产47500t。按一年生产320天计算，日产95%食用酒精为156.25t，折算成100%的酒精为138.44t。以淀粉质原料生产酒精的总化学方程式为：糖化162 18 180发酵1802×462×44生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量为：生产1000kg食用酒精的理论淀粉消耗量国家食用酒精标准为乙醇含量为95%以上（体积分数），相当于92.41%（质量分数），则生产1000kg食用酒精的理论淀粉消耗量为：生产1000kg食用酒精的实际淀粉消耗量实际生产中，生产过程经历原料处理、蒸煮、糖化、发酵及蒸馏等工序，要经过复杂的物理及化学变化，产品得率必然低于理论产率。目前，各级段的损失一般如下表3-1：表3-1 生产过程各阶段淀粉损失生产过程损失原因淀粉损失（％）原料处理粉尘损失0.3蒸煮淀粉残留及糖分破化1.0发酵巴斯德效应及发酵残糖4.0发酵CO２带走0.2蒸馏废糟带走等0.8其它损失自然蒸发、设备遗漏0.5总计损失6.8由上表可知淀粉总损失为6.8%，故生产1000kg食用酒精实际淀粉消耗量为：淀粉出酒率为：1000/1745.92=57.28%，淀粉利用率为93.2%达到国家现阶段淀粉质原料生产酒精的先进水平。生产1000kg食用酒精木薯原料消耗量有基础数据可知，木薯原料含淀粉70%，故1t酒精消耗木薯量为：木薯日消耗量为：3.1此工艺采用塔式连续蒸煮工艺。淀粉浆经二次蒸汽预热到650C，再经直接蒸汽一次加热到1350C，蒸煮结束后由真空冷却至630C淀粉浆量及调浆水酒精调浆水比例为1:3，生产1000kg食用酒精原料消耗2494.19kg，故需要调浆水量：淀粉浆量为：干物质含量为B0=87%的木薯比热容为： 粉浆干物质浓度为：蒸煮醪的比热容为： 式中CW—水的比热容[kJ/(kgK)] 为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程中维持不变。经预热后，蒸煮醪的量采用200C自来水调浆，并用1050式中2683.2—1050经直接蒸汽加热后，蒸煮醪的量采用表压为0.4MPa的蒸汽将蒸煮醪直接加热到1350式中2748.9—表压为0.4MPa饱和蒸汽的焓（kJ/K）经汽液分离后的蒸煮醪的量蒸煮醪进入后熟器时温度约为1180C，再经汽液分离后温度降至约式中2242.3—1050经真空冷却后，蒸煮醪的量蒸煮醪经真空冷却器抽真空迅速由1050C降至式中2351—630C3.1采用连续发酵，发酵结束后成熟醪量含酒精能达到11%（体积分数），相当于8.83%（质量分数）。设蒸馏效率为98%而且发酵捕集器回收酒精洗水为成熟醪的1%。则生产1000kg95%食用酒精成品的有关计算如下：糖化酶的用量若食用糖化酶的活力为20000u/g，使用量为150u/g原料，则糖化酶的消耗量为：需蒸馏的成熟发酵醪量为：不计酒精捕集器用水，则成熟发酵醪量为：进入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为：（质量分数）发酵产生的CO2的量为：进入发酵的发酵醪量为：种子液接种量按10%计，则酒母醪量为：糖化醪量酒母醪的70%是糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，则糖化醪量为：蒸煮醪的稀释用水量为：11151.45-10885.18=266.27(kg)硫酸铵的用量用于酒母培养基的补充氮源，其用量为酒母量的0.1%，则硫酸铵用量为：硫酸用量由基础数据可知，每吨产品的硫酸耗用量为5kg3.13.1.废醪液是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分及其其他挥发性组分的残留液。由于醪塔采用直接蒸汽加热，废醪量还得加上加热蒸汽的冷凝水。醪塔的物料及热量衡算如图3-1所示。设进塔的醪液（F1）温度t1=700C，排出的废液的温度为1050C，成熟醪中固形物浓度为B1=7.0%，塔顶上升酒汽的乙醇浓度为50%（体积分数）。即42.23%醪塔上升的蒸汽量为：残留液量为：成熟醪比热容为： 成熟醪带入塔的热量为： 蒸馏残留液固形物浓度为： 蒸馏残留液的比热容为：塔残留液带出热量为： 上升蒸汽带出热量查表可知50%（体积分数）酒精蒸汽焓为i=2043KJ/kg，故带出的热量为： 消耗的蒸汽量塔底采用0.2MPa（表压）蒸汽直接加热，蒸汽焓为2723.83KJ/kg；设蒸馏过程中热损失Qn取为传递总热量的1%。根据热量横算，则消耗的热量为： 采用直接蒸汽加热，则塔底排出废液醪量为：精馏塔废液量的计算醛塔和精馏塔均采用直接蒸汽加热，醛塔底部温度为84.50C，顶部温度为800C，冷凝器最终冷凝温度为420C。精馏塔底部温度1070C，顶部温度为76醛酒的产量醛酒取量一般为1.2%-3%，现取为成品酒的1.6%，得醛酒量为：1000×1.6%=16(kg)生产1000kg酒精中成品酒精的量为：1000-16=984(kg)杂醇油产量通常杂醇油提取量为成品酒精的0.3%-0.7%，现取为0.4%，则副产品杂醇油的产量为：1000×0.4%=4(kg)醛塔蒸馏需要的蒸汽量700C的酒精溶液的比热容为c=4.22KJ/(kg·k),取出醛酒约为16kg（其中乙醇为95%），设经分凝器冷却后回流液的温度约为进入精馏塔的液体量为：其中乙醇的含量为：进入精馏塔的蒸馏液的乙醇含量为：（质量分数）其体积分数约为：48%精馏塔中上升蒸汽量精馏塔中上升蒸汽的乙醇浓度为95%（体积分数），即92.41%（质量分数）。进塔温度为84.50 残留液量为：带入精馏塔的热量84.50C 残留液带走的热量精馏塔底残留液中已基本不含酒精，且废液排出温度为1030 酒精蒸汽带走的热量为： 式中i—95%（体积分数）酒精的蒸汽焓，为1189KJ/kg消耗的热量塔底采用0.2MPa（表压）蒸汽直接加热，蒸汽焓为2723.83KJ/kg；设蒸馏过程中热损失Qn取为传递总热量的1%。根据热量横算，则消耗的热量为： 精馏塔排出的废液量为：由上述生产1000kg95%酒精的物料衡算结果，可求得50000t/a食用酒精厂总的物料平衡计算。具体计算结果如表3-2所示。表3-250000t/a木薯原料食用酒精厂物料衡算表物料生产1000kg95%每小时数量每天数量每年数量酒精物料量（kg)（kg）（t）（t）食用酒精984.006406.25153.7549200.00次品酒精16.00104.172.50800.00木薯原料2494.1716238.09389.71124708.50需蒸煮粉浆9976.6864952.341558.86498834.00成熟蒸煮醪10885.1870867.061700.81544259.00糖化酶18.71121.812.92935.50糖化醪11151.4572600.591742.41557572.50酒母醪1042.206785.16162.8452110.00发酵成熟醪10676.9069511.071668.27533845.00杂醇油4.0026.040.63200.00二氧化碳892.905813.15139.5244645.00硫酸铵1.046.770.1652.00硫酸5.0032.550.78250.00醛塔的废醪10735.0169889.391677.35536750.50精馏的废水1700.3911070.25265.6985019.503.2热量衡算3.2.1原料处理及液化工序热量衡算淀粉浆量由物料衡算可知，日投产木薯389.69吨。采用24h连续液化，即每小时处理量为：389.69÷24=16.24(t/h)。液化调浆时原料与水配比为1:3，则原料浆量为：16.24×4=64.96(t/h)。配料二次蒸汽耗用量用200C水调浆，并用1050式中3.625—蒸煮醪的比热容[kJ/(kgK)]，由物料衡算可知 2682.5—1050C 273.85—630预热后蒸煮醪的量为：蒸煮耗用蒸汽量预热后的蒸煮醪经加热器一次加热到1350C后进行连续蒸煮，采用0.4MPa（表压）蒸汽加热（蒸汽热焓为2748.9kJ/kg） 3.2.2酒母培养采用连续培养工艺。将糖化醪在550C保温50min，再加热到760式中3.97—糖化醪的比热容，[kJ/(kgK)]则每小时耗用蒸汽量为：36×156.25÷24=234.38(kg/h)3.2.3醪塔蒸汽耗用量由物料衡算可知每生产1000kg食用酒精，醪塔蒸汽耗用量为2267.82kg，则每小时醪塔蒸汽耗用量为： 醛塔蒸汽耗用量由物料衡算可知每生产1000kg食用酒精，醛塔蒸汽耗用量为96.65kg，则每小时醪塔蒸汽耗用量为：精馏塔蒸汽耗用量由物料衡算可知每生产1000kg食用酒精，精馏塔蒸汽耗用量为403.90kg，则每小时醪塔蒸汽耗用量为： 甲醇塔提取的合格酒精量甲醇塔取头等杂质约为成品酒精0.5%，即5kg。同时有约1%的酒回流进入醛塔。则得到合格的成品酒精为（温度为800甲醇塔蒸汽耗用量甲醇塔使用0.2MPa的蒸汽进行间接加热，使塔底蒸馏液的温度达到800C。甲醇取杂质较少，机会为全回流，回流液的平均温度为580则每小时蒸汽耗用量为： 由上述生产1000kg95%酒精的热量衡算结果，可求得50000t/a食用酒精厂的总热量平衡计算。具体计算结果如表3-3所示。表3-350000t/a食用酒精厂热量衡算表使用蒸汽工序每小时消每吨产品消每天消耗量年消耗量耗量(kg/h)耗量(kg/t)(t/d)(t/a)调浆二次蒸汽4299.40660.39103.1933019.39蒸煮8099.031244.01194.3862200.55酒母培养234.385.631800.0436.00醪塔蒸馏14788.082271.45354.91113572.45醛塔蒸馏629.2396.6515.104832.49精馏塔蒸馏2629.56403.9063.1120195.02甲醇塔蒸馏197.5330.344.741517.03总计30877.214742.74741.05237136.973.3水衡算3.3.1原料预处理及糖化工序水衡算调浆用水量由物料衡算可知需用水量为7482.51kg，则实际每小时调浆需水量为：喷淋冷却用水量冷却水进口温度150C，出口温度400C。糖化液进入冷却器温度为 式中m糖—需冷却的糖化液量，m糖=11151.45-1042.2×70%=10421.91kg c糖—糖化液的比热容为3.97[kJ/(kgK)]实际每小时喷淋冷却用水量为：蒸煮醪的稀释用水量由物料衡算可知为266.27kg，则每小时用水量为：3.3.2发酵工序水衡算发酵液体积为：式中1.03—发酵液的相对密度发酵冷却用水量酒精发酵温度为300C，为保证发酵温度恒定需进行冷却除去发酵热。设冷却管进口水温180C，出口温度为250C。酵母连续发酵 酒母培养工序中，糖化醪冷却用水量冷却水进出口温度各为150C、 酒母培养冷却用水量酒母培养温度为300C，为保证酒母的正常生长用冷却水除去呼吸热。设冷却管进口水温180C，出口温度为250C。酒母扩大培养时的呼吸热为1042.2÷1.03÷1000=1.01(m3)故需冷却水的量为： 发酵及酒母培养的总耗水量为：3.3.3蒸馏工序水衡算=1\*GB3①醛酒分凝器冷却用水设冷却水的初温=150C，且冷却水以逆流串联法是通过各分凝器，离开时终温=700C。生产中取醛酒量为1.6%，则醛酒量为A=16×156.25÷24=104.2(kg/h)。根据设计经验，醛酒回流比为R1=195，95%酒精的蒸汽焓为i=1166kJ/kg。则冷却水消耗量为： =2\*GB3②醛酒冷却用水把醛酒从t2=78.30C冷却到t’2=250C，冷却水食用t3=150C的自来水，终温为t’3=40 =3\*GB3③精馏塔分凝器用水从精馏塔顶出来的酒汽现经醪液预热器与冷成熟醪进行热交换，酒汽冷凝成饱和液体。精馏塔的物料和热量流程示意图见图3-2。据热量衡算有：式中—精馏塔回流比，一般为3～4，现取3.0—精馏塔上升的酒汽量，为6470.5kg/h—回流入排醛塔的次等酒量，一般取合格成品酒精的2%，故为130.2kg/h —塔顶上升酒汽的焓，为1166kJ/kg—蒸馏发酵醪流量，为69511.1kg/h—蒸馏发酵醪比热容，为3.98kJ/(kgk)—蒸馏发酵醪加热前、后温度，为300C和 —冷却水进出口温度，为150C和68 =4\*GB3④甲醇塔分凝器冷却用水设冷却水的初温=150C，且冷却水以逆流串联法是通过各分凝器，离开时终温=540C。取成品酒的0.5%的（即每小时回流量为32.55kg/h）头等杂质进入排醛塔继续处理，其余全部回流。则冷却水消耗量为：=5\*GB3⑤成品酒精冷却用水把成品酒精从=800C冷却到=250C进行贮存，冷却水使用=150C的自来水，终温为=400C 式中—95%酒精溶液800C时比热容，为3.33kJ/(kgk)=6\*GB3⑥杂醇油分离稀释用水量采用气相提取工艺，即在精馏塔以下2～6块塔板抽提酒汽，经冷凝冷却，再用150C冷水稀释至含酒精10%（体积分数），经分离盐析精制而成。杂醇油提取流程示意图如图3-3。根据工艺流程，并假设分离器和盐析后提取的杂醇油占从精馏塔抽出总油的90%，其余10%随淡酒回流入塔。根据物料衡算，可求得从精馏塔抽取的杂醇油酒汽量为：式中，20%为杂醇油酒汽中杂醇油的含量。相应的进入分离器的稀酒精杂醇油溶液量为： 式中，50%为杂醇油酒汽中乙醇的含量（体积分数）用150C的冷却水将抽取的杂醇油酒汽（82.80C）冷却至250 式中2042—体积分数为50%酒精的蒸汽焓（kJ/kg） 4.0—杂醇油酒汽的比热容[kJ/(kgk)]把50%酒精杂醇油溶液稀释至含酒精10%的冷水用量为： 故杂醇油分离稀释总用水量为： 酒精生产工艺总用水量为（不计设备清洗用水及其它损耗量）： 由上述生产1000kg95%酒精的水衡算结果，可求得50000t/a食用酒精厂的总用水平衡计算。具体计算结果如表3-4所示。表3-450000t/a酒精厂总用水量衡算表名称规格每小时用量（t/h）每吨产品消耗量（t/t）每天用量（t/d）每年用量（t/a）冷水自来水946.7145.422720.87270656.0注：上表仅为各工段的总用水量，不包水的综合利用。经综合利用(如调浆使用冷却水)后，每生产一吨酒精消耗的水低于100吨。4设备设计与选型4.1发酵罐酒精发酵属于嫌氧发酵，发酵过程无需搅拌。本工艺采用多罐连续发酵法。4.1.1发酵罐组由工艺衡算可知，每生产1000kg成品酒精将产生11.13m3发酵周期为50h，若采用100m3发酵罐进行连续发酵，填充系数为=87%，则需要发酵罐的个数为：连续发酵一般每组发酵罐数为8～10只。现取9只作为一个连续发酵组。则连续发酵组数为:41.64/9=4.6（组），取整数为5组。实际使用的发酵罐数为：5×9=45（只）实际每天可处理发酵液量为：发酵液流量为：4.1.2酒精发酵罐罐身为圆柱体，罐顶和罐底均为圆锥形。罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系为H=1.4D，h1=0.1D，h2=0.1D。选用100m3发酵罐，则带有锥形底、盖的发酵罐的体积为则罐径为： 取罐径为4.5m，相应罐体圆柱体部分高为H=1.4D=6.3m，罐底、盖高度均为h1=0.1D=0.45m。则发酵罐的罐体圆柱体部分实际容积为：罐底、罐顶的容积均为：100m3由发酵罐的基本结构尺寸，可确定发酵罐的表面积，罐体圆柱体部分表面积A1和罐底、罐顶表面积A2、A3分别为： 全罐总表面积为： 4.1.由于需要回收发酵中产生的CO2，且采用连续发酵。为保证以上生产要求，需使用密闭的发酵罐。由发酵液及发酵过程的限制本设备可选用钢板制成的。这里选用A3钢制作，以降低设备费用。4.1.4发酵罐壁厚S：式中P—设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.2MPaD—发酵罐内径，D=450cm—A3钢的许用应力，=127MPa—焊缝系数，其范围在0.5～1直间，现取=0.7 C—壁厚附加量（cm）式中C1—钢板负偏差，其范围为0.12～1.3，这里取C1=0.6C2—腐蚀裕量，此为双面腐蚀，C2=2C3—加工减薄量，采用冷加工，C3=0则： 选用8mm厚A3钢板制作。查《发酵工厂工艺设计概论》附录一表17知，直径450cm，厚8cm，高630cm，每米高重890kg，圆柱部分的重量为：890×6.3=5507kg封头壁厚计算： 4.1.5冷却面积计算总发酵热Q发酵放热量： 式中1.03—发酵液的相对密度q—每1kg糖发酵放热量，kJ代谢气体带走的蒸发热量一般计算时取的5%，则蒸发热量为：发酵罐向空间散失的热量这部分热量由对流和辐射组成，则散失的热量为：罐壁不包扎保温层，壁温最高温度可达350C，先假定该地区夏季平均温度为320 则总发酵热为： 传热总系数K值冷却水进口温度为180C，出口温度为选取蛇管委冷却水输送钢管，经估算选取规格为53/60mm的钢管。由于罐径较大，设在罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，则水灾罐内流速为： 设蛇管圈的直径为3m，并可知A=6.45，则从冷却管壁到冷却水的传热系数为K2为：K1值按生产经验数据取2700。估总传热系数K为： 式中0.0035—管子壁厚，m对数平均温度差主发酵温度控制在300C，冷却水进出口温度分别为180因此，每个发酵罐的冷却面积为： 4.1.6两列蛇管的长度： 式中—蛇管的平均直径，m每圈蛇管的长度为： 式中—蛇管圈直径，m—蛇管圈之间的间距，m，取0.15m两列蛇管的总圈数：取整数为15圈。两列蛇管总高度：4.1.7接管设计接管直径的确定：为保证发酵完全，由前可知发酵液的流速为：Q=15.66（m3/h）。假设发酵液的流速为v=1m/s，则溢流管的横截面积为： 则溢流管管径为： 查《发酵工厂工艺设计概论》附录一表12可知，选取无缝钢管φ88×4，80mm>74mm，适用。发酵罐溢流管安装位置的确定填充系数为87%时发酵罐内液面高度为h：进料管应安装在距罐底5.32+0.45=5.78(m)处。4.1.7支座选择发酵工厂设备常用的支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又可分为支腿、圈形支座。鞍形支座三种。立式支座也分为三种：悬挂支座、支撑式支座和裙式支座。对于75m3以上的发酵罐，由于设备总重量较大，应选用裙式支座。本设计的发酵罐是100m4.2种子罐酒母培养采用连续工艺，以配合连续发酵的进行。采用两级种子罐培养方式，一级种子罐选用1m3通风发酵罐，二级种子罐此设计选用20m34.2.1种子罐个数的确定由工艺横算可知，每生产1000kg成品酒精需要的酒母醪为1042.2kg,则每天生产酒母醪体积为：式中1.03—酒母醪的相对密度酒母培养周期为12h，选用20m3的通风搅拌罐，填充系数为=75%，则需要的种子罐个数为：取整数6只。实际每天可产生酒母醪量为：4.2.2种子罐的主要尺寸选用公称容积为20m3由《发酵工厂工艺设计概论》P102表6-2可知；封头折边忽略不及，以方便计算。则有：；H=2D。解方程得：取D=2.3m，则圆柱部分高为：H=4.6m。查《发酵工厂工艺设计概论》附录以表15可知，封头高度为：验算全容积 4.2.3种子罐材料选择考虑到种子罐较小，而且对无菌要求较高。一般选用不锈钢作为制作种子罐的材料。因为不锈钢表面较光滑，对生产较为有利。4.2.4种子罐壁厚的计算种子罐的壁厚S：式中P—设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPaD—发酵罐内径，D=230cm—不锈钢的许用应力，=1400kg/cm2=137.3MPa—焊缝系数，=0.7 C—壁厚附加量（cm）则： 封头壁厚为： 式中P=0.4MpaD=230cm=1400kg/cm2=137.3MPa =0.7 C=3.5(mm)4.2.5冷却面积计算计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即：对以酒母的扩大培养，采用限量通风连续培养的方式，一般通风量为2m3/(m3·h)。则1m3培养液每小时传给冷却器的热量为12500kJ/(m3·h)。由于罐较大，为保证冷却效果采用竖式列管换热器，取其经验值K=4.18×500kJ/(m3·h·0平均温差酒母扩大培养温度为320C，冷却水进出口温度分别为：180C，25 则每个种子罐的换热面积为： 4.2.6搅拌器设计由酒母培养液性质决定，此种子罐采用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部件尺寸与罐径D由一定比例关系，则其主要持此为：搅拌器叶径Di=D/3=2.3/3=0.77(m）叶宽B=0.2Di=0.2×0.77=0.154(m)弧长l=0.375Di=0.375×0.77=0.29(m)底距C=D/3=4/3=0.77(m)盘径di=0.75Di=0.75×0.77=0.58(m)叶弧长L=0.25Di=0.25×0.77=0.19(m)叶距Y=D=2.3(m)弯叶板厚δ=12(mm)为保证搅拌效果取两档搅拌。由于受酒母性质的决定，一般搅拌转速为100r/min。4.2.7搅拌轴功率计算通风搅拌发酵罐，搅拌轴功率的计算由许多中方法，现用修正的迈开尔式求搅拌轴功率，并由此选择电机。淀粉水解后的低浓度菌体液可视为牛顿流体，计算步骤如下：=1\*GB3①的计算：式中D—搅拌器直径，D=1.3mN—搅拌器转速，N=100/60=1.67r/sρ—醪液密度，ρ=1030kg/m3μ—醪液粘度，μ=1.3×10-3N·s/m2数据带入上式得：，视为湍流，则搅拌功率准数=4.7=2\*GB3②不通风时搅拌轴功率的计算： 式中—在湍流搅拌状态式其值为常数4.7N—搅拌转速，N=100r/min=1.67r/s数据代入上式得： 两党搅拌=3\*GB3③通风时搅拌轴功率的计算：式中—不通风时搅拌轴功率(kW)N—轴转速，N=95r/minD—搅拌器直径(cm)，Q—通风量(ml/min)，此处通风比为2m3/(m3将数据带入上式中得： =4\*GB3④电机功率：假设端面密封增加的功率为1% 式中η1—三角带转动效率η2—滚动轴效率η3—滑动轴承效率4.2.8设备结构的工艺设计=1\*GB3①空气分布器：由于此处选用的是机械搅拌式种子罐，且通风量较大，因而可以采用单管通风。进风速度较快，又有涡轮板阻挡，叶轮打碎气泡，从而保证了空气的充分溶解。=2\*GB3②挡板：挡板的作用是加强搅拌强度，防止形成旋涡而降低容氧效果。而种子罐内设有竖式冷却蛇管，可以不设挡板。=3\*GB3③密封方式：轴封的作用是对使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止渗漏和污染杂菌，主要有填料式和端面轴式。本处种子罐采用双端面机械轴封，因其清洁，密封可靠，无死角，可防止杂菌污染，而填料函轴封因易磨损和渗漏，在发酵罐中已不再采用。=4\*GB3④冷却管布置：此处采用竖式冷却蛇管以保证良好的冷却效果。计算如下：最高热负荷下的耗水量W：式中—1m3糖化液在酒母培养时，1h的发热量与糖化液总体积的乘积 —冷却水的比热容，4.18kJ/(kg3·h)—冷却水进出口温度180C、将数据带入上式 冷却水体积流量为1.78×10-3m3/s，取冷却水在竖直蛇管中流速为进水管总管直径冷却管组数和管径：根据本罐的情况，取四组冷却管，则管径为：查金属材料表选取φ32×3.5无缝管，dO=25mm，d内>d0，认为可满足要求。现取竖直蛇管圈端部U型管曲径为200mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长度为l0：冷却管总长度L计算：有前知冷却管总面积F=11.21m2；现取无缝钢管φ32×3.5，没米长冷却面积为A0=3.14×0.025×1=0.0785(m2),则：冷却管占有体积V=0.785×0.0322×142.8=0.115(m3)每组管长L0和管组高度： 另需连接管4m：L实=L+4=146.8(m)可排竖直蛇管的高度，设为静液面高度。设种子罐内附件占有体积为0.2m3，则：总占有体积为V总=V液+V管+V附件=15+0.115+0.2=15.315(m3)则筒体部分液深为：两端弯管总长lO=1256mm，两端弯管总高为400mm，则直管部分高度为h=3300-400=2900(mm)则一圈管长为l=2h+lO=2×2900+1256=7056(mm)每组管子的圈数：现取管间距为2.5D外=2.5×0.032=0.08(m)，竖直蛇管与管壁的最小距离为0.15m。校核布置后冷却管的实际传热面积：由前可知A=11.21(m2)>A实，可满足生产。4.2.9接管设计共有6个种子罐，若分成两组连续酒母培养罐组进行培养，每组3只罐。物料管(溢流管)的计算：各组中物料的体积流量为：若糖化液的流速为v=0.6m/s，则溢流管的总截面积为：；管径取无缝钢管φ57×3.5。通风管的计算：压缩空气在0.4Mpa下，支管空气流速为20m/s，通风比为2m3/(m3·h)，常压压下t0=200C，送风量为：V=15×2=30(m3/h)=0.5(m3/min)。将通风换算成工作状态，求通风管直径为：查金属材料表可知，取无缝钢管φ18×3作为进气管。4.2.10支座选择发酵工厂设备常用的支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又可分为支腿、圈形支座。鞍形支座三种。立式支座也分为三种：悬挂支座、支撑式支座和裙式支座。由于种子罐较小，采用悬挂支座。4.3糖化锅由前面发酵罐及种子罐的计算可知：发酵每小时需要的糖化液的量为15.66×5=78.3(m3/h)；酒母培养每小时需要的糖化液的量为15×3×2×70%÷12=5.25(m3/h)。则每小时实际需要产生的糖化液至少应为：78.3+5.25=83.55(m3/h)。若每个发酵罐组各配一个糖化锅，即糖化锅选用五个。采用真空冷却连续糖化，则假设糖化液在糖化锅内停留8min，且每1m3糖化液需要1.3m3的糖化锅容积。则每个糖化锅的容积为：取每个糖化锅容积为3m3糖化锅高径比为1:1，则糖化锅的直径为：说明：=1\*GB3①由于糖化锅较小，无需安装桨叶式搅拌器。在锅的侧下部安装以个螺旋桨式搅拌器即可满足生产要求。从而还可节省大量的电能。=2\*GB3②糖化液在糖化锅中停留时间较短，因而无需在糖化锅内安装冷却系统，糖化液的冷却过程在后续的喷淋冷却器中完成。可以节约大量的时间，提高生产效率。4.4塔式连续蒸煮器蒸煮工艺采用我国常用的四塔式连续蒸煮器。由物料横算可知，生产1000kg成品酒精，需蒸煮醪的量为11888.77kg。则每小时需要蒸煮的蒸煮醪量为：蒸煮醪在各个蒸煮塔中均停留12min，若采用用四组塔式连续蒸煮设备，则每个连续蒸煮塔中蒸煮醪的流量为：71÷4=17.75(m3/h)。则各个蒸煮塔的容积应为：若取蒸煮塔的直径为0.8m，则蒸煮塔的高为：则每组连续蒸煮设备包含四个蒸煮塔，四组连续蒸煮器，共计16个蒸煮塔。蒸煮塔中安装收缩口或挡板的目的是使汽液更好的混合，以提高蒸煮效率。4.5醪塔醪塔采用直接蒸汽加热的方法，采用三组蒸馏装置并行进行蒸馏。现以一组蒸馏设备进行计算。生产要求：出塔酒汽的酒精体积分数达到50%，塔底废醪液中酒精体积分数低于0.2%。4.5.1塔板数的设计计算进料速度为F=10676.9×156.25÷3÷24=23170.4(kg/h)，进料液浓度为=11%（体积分数）。塔底废醪液流出量为W=10735.01×156.25÷3÷24=23296.5(kg/h)，其中酒精浓度为=0.2%。塔顶蒸汽上升量为D=2209.71×156.25÷3÷24=4795.38（kg/h）,=50%（体积分数）。直接蒸汽用量为=2267.82×156.25÷3÷24=4921.48（kg/h）。进料层汽液平衡关系进料液中酒精含量为11%，蒸汽中乙醇含量为52%。因而醪塔无精馏段，只需要提留段即可满足生产。醪塔提留段操作线方程： 进料热状况系数为： 式中4.26—11%酒精溶液的比热容[kJ/(kg·0C)]90、70—11%酒精溶液的沸点和进料温度(0C）2111—700C混合液的汽化热(kJ/kg)q线方程为： 全回流时最少理论板层数为： 则，=4.83，取整数为5式中—全塔平均相对挥发度最小回流比如图所示，q线与平衡线的交点（xq,yq），为（0.15，0.28） 实际回流比取R=1.5=1.5×1.7=2.5则，查《化工原理》P32吉利兰图可知，。故，N=9.77≈10。假设塔板效率为0.5，则实际醪塔需要的踏板数位：10÷0.5=20（个）。4.5.2塔高的设计计算取塔板间距为HT=400mm，则醪塔的总高为：H