1、生物工程畢業(yè)論文-年產(chǎn)10萬噸的木薯酒精發(fā)酵工廠設(shè)計(jì) 摘 要 酒精在人們?nèi)粘Ｉ钜约翱茖W(xué)研究等諸多領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用世界行業(yè)以及我國酒精行業(yè)都快速開展趨勢Alcohol has very extensive application in a great deal of fields such as peoples daily life and scientific research The trades and alcohol trades of our country have fast development trends on earth in the world The output

2、 is increased progressively year by year The ability for producing alcohol of the fermented law will become the sign of a national economic strength The fermented law is mainly to utilize microorganism to have no oxygen to ferment it suck candy material likesugarcane sweet potato carbohydrate in the

3、 material such as the maize are turned into ethanol turn into alcohol This law raw material sources are abundant the environmental protection of the production process is worth popularizing in a more cost-effective manner Originally design the fermented workshop produced to alcohol to calculate with

4、 the selecting type of the apparatus strive to make the theory combine with practiceKeyword Alcohol Fermented law Fermented workshop一 酒精的主要性質(zhì)無色透明具有特殊香味的液體易揮發(fā)密度比水小能跟水以任意比互溶一般不能做萃取劑是一種重要的溶劑能溶解多種有機(jī)物和無機(jī)物 外觀與性狀 無色液體有酒香 熔點(diǎn) -1141 沸點(diǎn) 783 相對密度 水 1 079 相對蒸氣密度 空氣 1 159 飽和蒸氣壓 kPa 533 19 燃燒熱 kJmol 13655 臨界溫度 243

5、1 臨界壓力 MPa 638 辛醇水分配系數(shù)的對數(shù)值 032 閃點(diǎn) 12 引燃溫度 363 爆炸上限 VV 190 爆炸下限 VV 33 溶解性 與水混溶可混溶于醚氯仿甘油等多數(shù)有機(jī)溶劑酒精的主要用途酒精的用途按需求量多少可分為三方面用量最大的燃料酒精調(diào)制酒精飲料用的食用酒精化工醫(yī)藥用酒精1酒精是一種新能源其優(yōu)勢在于發(fā)酵酒精屬于可再生能源乙醇不僅是一種優(yōu)良燃料它作為一種優(yōu)良燃油品質(zhì)改善劑被廣泛使用其優(yōu)良特性主要有乙醇是燃油的增氧劑是汽油燃燒完全大大節(jié)能和環(huán)保的乙醇具有很好的抗爆性能乙醇是優(yōu)于太陽能的一種生物轉(zhuǎn)化能源是可再生資源2合理利用酒精可提高白酒質(zhì)量充分利用酒精以提高白酒質(zhì)量主要表現(xiàn)在降低

6、邪咂味適量調(diào)制優(yōu)質(zhì)酒精借以沖淡雜質(zhì)使酒味純粹香味突出2降低渾濁度勾兌酒精酒體純潔既衛(wèi)生又平安而且透明度高加水不渾濁3酒精再醫(yī)藥方面的用途很廣可作為大專院校及科研院所等的實(shí)驗(yàn)室以餐飲業(yè)的燃料可作為細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究使用的優(yōu)良的固定劑和脫水劑可作為優(yōu)良的防凍降溫介質(zhì)可作為燃料乙醛乙酸乙醚4酒精工業(yè)的副產(chǎn)品 大型酒精企業(yè)除主要生產(chǎn)酒精外還有如下副產(chǎn)物優(yōu)質(zhì)顆粒飼料DDGS全價(jià)干酒精糟優(yōu)質(zhì)食用級CO2 CO2是發(fā)酵酒精相伴生產(chǎn)的數(shù)量最大的副產(chǎn)品高純度食用級CO2除用做碳酸飲料外還有氣體保護(hù)焊接藥物萃取溫室生產(chǎn)等方面有較廣的用途玉米油玉米胚芽油是優(yōu)質(zhì)保健食品玉米小麥等為原料的大型究竟生產(chǎn)企業(yè)還可以生產(chǎn)玉

7、米淀粉葡萄糖漿果糖漿玉米蛋白等雜醇油是某些食用香料的主要原料三世界酒精生產(chǎn)狀況目前全世界酒精年產(chǎn)量約3394萬噸其中美國和巴西的酒精產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的66美國巴西中國俄羅斯是世界酒精生產(chǎn)大國2001年中國酒精總產(chǎn)量已躍居第三位四我國酒精行業(yè)根本狀況我國的酒精工業(yè)始于1900年黑龍江哈爾濱市建國前全國的總產(chǎn)量已居世界第三位我國酒精總產(chǎn)量還不到一萬噸新中國成立后歷經(jīng)50年的開展初步形成了企業(yè)生產(chǎn)工廠設(shè)計(jì)科學(xué)研究人才培訓(xùn)綜合利用檢驗(yàn)檢測產(chǎn)品銷售等一個(gè)完整的酒精工業(yè)體系中國的酒精產(chǎn)量已增長到300萬噸躍居世界第三其中年產(chǎn)5萬噸以上企業(yè)10家3萬噸的企業(yè)20家萬噸以上的70家2000年我國政府燃料酒精規(guī)

8、劃的實(shí)施標(biāo)志著中國酒精產(chǎn)業(yè)還要上一個(gè)臺階2003年吉林一期年產(chǎn)量30萬噸大型燃料酒精企業(yè)的投產(chǎn)說明中國酒精生產(chǎn)能力已接近世界先進(jìn)水平但有專家指出目前中國玉米燃料酒精生產(chǎn)企業(yè)需進(jìn)一步提高的工藝環(huán)節(jié)包括干法脫胚制油中溫雙酶法糖化濃醪連續(xù)發(fā)酵多塔差溫蒸餾廢熱多效真空蒸發(fā)CIP清洗系統(tǒng)等2001年中國釀造酒工業(yè)協(xié)會酒精分會開始創(chuàng)辦專業(yè)刊物?酒精?說明中國酒精產(chǎn)業(yè)又開始了一個(gè)科研與生產(chǎn)相結(jié)合的新階段五酒精工業(yè)開展趨勢隨著酒精工業(yè)的不斷開展酒精工業(yè)已逐步從傳統(tǒng)工藝的模式中解放出來廣闊工程技術(shù)人員都在努力研究和開發(fā)新工業(yè)新設(shè)備選育新的高產(chǎn)穩(wěn)定的菌種由于世界范圍內(nèi)耕地面積都在不斷減少以淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的比例

9、也在減以糖蜜為原料生產(chǎn)酒精的比例卻有明顯提高具有關(guān)報(bào)道全世界酒精生產(chǎn)所用原料的各種比例為45石油裂解廢氣乙烯占0淀粉質(zhì)原料占16亞硫酸鹽紙漿液占7野生植物約占12這些數(shù)據(jù)說明將來的酒精生產(chǎn)原料可能以含有可發(fā)酵性工業(yè)廢氣物為主為了進(jìn)一步提高酒精生產(chǎn)工藝各國的工程技術(shù)人員都在研究新型的酒精發(fā)酵方法如現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的固定化細(xì)胞酒精發(fā)酵法耐高溫活性干酵母法等新的發(fā)酵工藝再設(shè)備方面也有不少生產(chǎn)反響器出現(xiàn)如單罐連續(xù)攪拌反響器酒母回用連續(xù)攪拌反響器塔式反響器細(xì)胞固定化反響器等再新原料利用方面都有很大改良以上所提到的酒精生產(chǎn)工藝和設(shè)備再某些方面還存在缺乏之處但根本上反映了酒精工業(yè)今后的開展方向六酒精工業(yè)生

10、產(chǎn)方法目前酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法歸結(jié)起來主要有兩種類型一種是利用酒精酒母發(fā)酵生產(chǎn)酒精另一種是利用石油原料采用化學(xué)合成方法生產(chǎn)酒精我國農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富所以主要采用微生物發(fā)酵法微生物發(fā)酵法在采用不同發(fā)酵原料時(shí)生產(chǎn)酒精的工藝有所不同主要分為淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)工藝糖蜜原料酒精生產(chǎn)工藝工廠廢液及纖維素原料酒精生產(chǎn)工藝等常用淀粉質(zhì)原料有薯類谷物類和某些含淀粉較多野生植物七酒精國家標(biāo)準(zhǔn)酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是檢驗(yàn)酒精蒸餾和管理水平的核心一個(gè)國家的酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是這個(gè)國家酒精產(chǎn)業(yè)能力和水平的標(biāo)志酒精質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)是整個(gè)酒精企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的最主要的法規(guī)酒精質(zhì)量是酒精企業(yè)的生命線不斷提高酒精質(zhì)量是企業(yè)永恒主題發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的能力將成

11、為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志因?yàn)樽鳛榭稍偕茉吹木凭诮?jīng)歷一個(gè)多世紀(jì)的開展中始終與能源密切相關(guān)特別是巴西從1975年就開始的甘蔗糖蜜為原料生產(chǎn)酒精的成功實(shí)踐提醒各國政府10以上能源添加儲藏在自己的國土上現(xiàn)在可以說石油利用干乙醇發(fā)酵的谷物等原料都源于太陽能的儲藏發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇比石油更有優(yōu)勢的地方是發(fā)酵法效率高原料年年種年年收不用像開采石油那樣投資巨大根據(jù)當(dāng)今農(nóng)業(yè)酒精生產(chǎn)能力改造汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的能力相信不久的將來一個(gè)良性循環(huán)的能源資源將更多的出現(xiàn)在世人面前物料衡算一100000噸淀粉原料酒精廠全廠物料衡算1 全廠物料衡酸的內(nèi)容1原料消耗的計(jì)算 主要原料為甘薯干其他原料有淀粉酶糖化酶硫酸氨硫酸等

12、2中間產(chǎn)品 蒸煮醪糖化醪酒母醪發(fā)酵醪等3成品副產(chǎn)品以及廢氣廢水廢渣即酒精雜醇油二氧化碳和廢糟等2 工藝流程示意圖生產(chǎn)工藝采用雙酶糖化間歇發(fā)酵如圖木薯料 空氣 種子粉碎車間 -淀粉酶空壓機(jī) 斜面培養(yǎng) 糊化車間 糖化酶過濾器 三角瓶培養(yǎng) 酒母罐 發(fā)酵車間 蒸餾車間廢糟 酒精 雜醇油3 工藝技術(shù)指標(biāo)及根底數(shù)據(jù) 1生產(chǎn)規(guī)模 100000噸年酒精 2生產(chǎn)方法 雙酶糖化間歇發(fā)酵 3生產(chǎn)天數(shù) 每年300天 4食用酒精日產(chǎn)量 33333噸 5食用酒精年產(chǎn)量 100000噸 6副產(chǎn)品年產(chǎn)量 次級酒精占酒精總產(chǎn)量的2 7雜醇油量 為成品酒精量的05 8產(chǎn)品質(zhì)量 普通三級酒精乙醇含量95 體積分?jǐn)?shù) 9甘薯干原料含淀

13、粉769水分129 10-淀粉酶用量為8ug原料糖化酶用量為150ug原料酒母糖化醪用糖化酶量300ug原料 11硫酸氨用量 7kgt酒精 12硫酸用量調(diào)PH用 5kgt酒精4 原料消耗的計(jì)算1 糖化 C6H10O5n nH2OnC6H12O6 162 18 180發(fā)酵 C6H12O62C2H5OH 2CO2 180 92 88 2 生產(chǎn)1000kg無水酒精的理論淀粉消耗量 有上式可求的理論上生產(chǎn)1000kg無水酒精所耗的淀粉量為1000×163÷92 17609kg 3生產(chǎn)1000kg三級酒精的理論淀粉消耗量 普通三級酒精的乙醇含量在95體積分?jǐn)?shù)以上相當(dāng)于9241質(zhì)量分?jǐn)?shù)

14、故生產(chǎn)1000kg普通三級酒精理論上須淀粉量為17609×9241 16272kg 4 生產(chǎn)1000kg普通三級酒精實(shí)際淀粉消耗量 實(shí)際上整個(gè)生產(chǎn)過程經(jīng)歷原料處理發(fā)酵及蒸餾等工序要經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)和生物化學(xué)反響產(chǎn)品得率必然低于理論率據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)各階段淀粉損失率如表所示表一 生產(chǎn)過程各階段淀粉損失生 產(chǎn) 過 程損 失 原 因淀 粉 損 失備 注原料處理粉塵損失040蒸煮淀粉損失及糖分損失050發(fā)酵發(fā)酵殘?zhí)?50發(fā)酵巴斯德效應(yīng)400發(fā)酵酒汽自然蒸發(fā)與被CO2帶走130有酒精撲集器為030蒸餾廢糟帶走等185總計(jì)損失955 假定發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)有酒精撲集器那么淀粉損失率為855故生產(chǎn)1000kg

15、普通三級酒精須淀粉量為 16272 17793kg 100-855這個(gè)原料消耗水平相當(dāng)于淀粉出酒率為1000÷17793 562著到達(dá)了我國先階段甘薯干原料生產(chǎn)酒精的先進(jìn)出酒率水平5 生產(chǎn)1000kg普通三級酒精甘薯干原料消耗量 據(jù)根底數(shù)據(jù)給出甘薯干原料含淀粉767故1噸酒精耗甘薯干量為 17793÷767 23198kg 假設(shè)應(yīng)用液體曲糖化工藝并設(shè)每生產(chǎn)1000kg酒精需要的糖化劑所含淀粉量為G1那么淀粉原料需用量為 17793-G1÷767 6 -淀粉酶消耗量 應(yīng)用酶活力為2000ug的 淀粉酶使淀粉液化促進(jìn)糊化可減少蒸汽消耗量 -淀粉酶用量按8ug原料計(jì)算

16、用酶量為 23198×1000×8 928kg 2000 7 糖化酶耗用量 假設(shè)所用糖化酶的活力為20000ug使用量為150ug原料那么糖化酶消耗量為23198×100×0150 174kg 20000此外酒母糖化酶用量按300ug原料計(jì)且酒母用量為10那么用酶量為 23198×10×70×300 244kg 20000式中70為酒母的糖化液占70其于為稀釋水和糖化劑 8 硫酸氨耗用量 硫酸氨用于酒母培養(yǎng)基的補(bǔ)充氮源其用量為酒母量的01設(shè)酒母醪量為G0那么硫酸氨耗量為 01G05蒸煮醪量的計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐淀粉原料連續(xù)蒸煮

17、的粉料加水比為133粉漿量為 23198×133 997514蒸煮過程使用直接蒸汽加熱在后熟器和汽液別離器減壓蒸發(fā)冷卻降溫在蒸煮過程中蒸煮醪量將發(fā)生變化故蒸煮醪的精確計(jì)算必須與熱量衡算同時(shí)進(jìn)行因而十分復(fù)雜為簡化計(jì)算可按下述方法近似計(jì)算假定用罐式連續(xù)蒸煮工藝混合后粉漿溫度55應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至88然后進(jìn)入連續(xù)液化器液化再經(jīng)115高溫滅酶后再真空冷卻器中閃幾蒸發(fā)冷卻至63后入糖化罐其工藝流程圖如下圖調(diào)漿桶液化維持罐維持罐滅菌維持罐汽液別離器真空 冷卻器噴射加熱器圖一 粉漿連續(xù)蒸煮液化工業(yè)流程干物質(zhì)含量B0 871的薯干比熱容為 C0 4181-07B0 163kJ kgK 粉

18、漿干物質(zhì)濃度為 B1 87143100 203蒸煮醪比熱容為 C1 B1×C010-B1×CW 203×16310-203×418 366kJ kgK 式中 Cw水的比熱容kJ kgK 為簡化計(jì)算假定蒸煮醪的比熱容在整個(gè)蒸煮過程維持不便 1經(jīng)噴射液化加熱后蒸煮醪量為 997514 997514×366×88-55 104811kg 27489-88×418式中 27489噴射液化器加熱蒸汽05Mpa的焓kJK2經(jīng)二液化維持罐出來的蒸煮醪量為104811 104811×366×88-84 104140 kg

19、 22883式中 22883第二液化維持罐的溫度為84度下飽和蒸汽的汽化潛熱 kJK 3 經(jīng)噴射混合加熱器后的蒸煮醪量為104140 104140×366115-84 109349 kg 27489-115×418式中 115滅酶溫度攝氏度2748905Mpa飽和蒸汽的焓kJK 4經(jīng)汽液別離器后的蒸煮醪量 109349 - 109349×366115-1043 107442 kg 2245式中 22451043攝氏度下飽和蒸汽的汽化潛熱 kg 5經(jīng)真空冷卻后最終蒸煮醪量為 107442 - 107442×3661043-63 100208 kg 2351

20、式中 2351真空冷卻溫度為63攝氏度下的飽和蒸汽的汽化潛熱 kJK 6 糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算 社發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)于801質(zhì)量分?jǐn)?shù)并設(shè)蒸煮效率為98而且發(fā)酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分別為成熟醪量的5和1那么生產(chǎn)1000kg95體積分?jǐn)?shù)酒精成品有關(guān)的計(jì)算如下1 F1 1000×9241 × 10051 ÷100 124477 kg 98×801 2 12477÷106 11771 kg 3 1000×9241 756質(zhì)量分?jǐn)?shù)98×124774 CO2總量為1000×9241 

21、15; 44 902 kg 98 66 5 接種量按10計(jì)那么酒母醪量為11771902 ×10 11521 kg 10010÷1006 酒母醪的70是糖化醪其余為糖化劑和稀釋水那么糖化醪量為11771902 11521× 70 12327 kg 10010÷1007成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算 1醛酒產(chǎn)量 在醛塔取酒一般占成品酒的123在保證主產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下醛酒量取得越少越好設(shè)醛酒量占成品酒精的2那么生產(chǎn)1000kg成品酒精可得次品酒精兩為100×2 20 kg 2普通三級酒精酒精產(chǎn)量 每產(chǎn)生1000kg酒精其普通三級酒精產(chǎn)量為 1000-20

22、 980 kg 3雜醇油產(chǎn)量 雜醇油通常為酒精產(chǎn)量的0307取平均值05那么淀粉原料生產(chǎn)1000kg酒精副產(chǎn)雜醇油量為1000×05 5 kg 4廢醪量的計(jì)算 廢醪量是進(jìn)入蒸餾塔的成熟發(fā)酵醪減去局部水和酒精成方及其揮發(fā)成分后的殘留液此外由于醪塔是使用直接蒸汽加熱所以還需加上入塔的加熱蒸汽冷凝水醪塔的物料和熱量蘅算如下圖醪塔 V1 Q3 V1t F1 Q1 1FC1t D1 Q4 Q4 D1t4 Q1 1FC1t Wx D1圖二的物料和熱量衡算設(shè)進(jìn)塔的醪液F1的溫度t1 70度排除廢醪的溫度t4 105度成熟醪固形物濃度為B1 75塔頂上升酒器的乙醇濃度50體積分?jǐn)?shù)即4718質(zhì)量分?jǐn)?shù)那

23、么 醪塔上升蒸汽量為 V1 12477× 756 1999kg 4718 殘留液量為Wx 12477-1999 10478 kg 成熟醪比熱容為c1 4018× 1019-095B1 4018× 1019-09575 396kJ kgK 成熟醪帶入的熱量為Q1 F1×c1×t1 12477×396×70 3460000 kg 蒸餾殘液固形物濃度為 B2 F1×B1 12477×75 893 Wx 10478此計(jì)算是間接加熱故沒有蒸汽冷凝水的工藝 蒸餾殘液的比熱容為C240181-0378B2 403Kj

24、kgK 塔底殘留液帶出熱量為 Q4 Wx×c2×t4 10478×403×105 4430000 kJ 查附表得50體積分?jǐn)?shù)酒精蒸汽焓為I 1965kJkg故有 上升蒸汽帶出熱量為Q3 V1×I 199×1965 3930000 kJ 塔底采用005Mpa表壓蒸汽加熱焓為26898kJkg又蒸餾過程熱損失Qn可取為傳熱總熱量的1根據(jù)熱量衡算可得消耗的蒸汽量為 D1 Q3Q4Qn-Q1 I-cwt4 3930000×4430000-3460000 26898-418000 ×99 2199 kg 假設(shè)采用直接蒸汽加熱

25、那么塔底排出廢醪為Wx D1 104782199 12677 kg 8100000噸年淀粉原料酒精廠總物料衡算 前面對淀粉原料生產(chǎn)1000kg酒精95進(jìn)行了物料平衡計(jì)算以下對100000噸年甘薯干原料酒精廠進(jìn)行計(jì)算1 日產(chǎn)普通三級酒精為100000÷300 33333t 日產(chǎn)次級酒精為33333×2÷98 680t 日產(chǎn)酒精總量為33333680 34013t 實(shí)際年產(chǎn)量為 普通三級酒精量為33333×300 100000ta 次級酒精量為680×300 2040ta 酒精總產(chǎn)量為 1000002040 102040ta2 日消耗量 23198

26、×34013 11835620kg年消耗量 11835620×300 3550686kg淀粉酶糖化酶用量以及蒸煮粉漿量糖化醪酒母醪蒸煮發(fā)酵醪等每日量和每年量均可算出衡算結(jié)果見表15000噸年淀粉原料酒精廠物料衡算表 數(shù)量物料生產(chǎn)1000kg95酒精物料量kg每小時(shí)數(shù)量 kg 每天數(shù)量 t 每年數(shù)量 t 普通酒精98013917334100000次級酒精2029257022106甘薯干23198329627911237329-淀粉酶92819304641392糖化酶233733808112433硫酸氨115166004120硫酸5010402575蒸煮粉漿9975142078

27、15498761496271成熟蒸煮醪10020820876750104150312糖化醪12327256812561635184905酒母醪1152124002576172815蒸煮發(fā)酵醪12477259937562385187155雜醇油510402575二氧化碳90218791745113530廢渣1267726410463385190155 二 普通三級酒精發(fā)酵車間的物料衡算 1酒精發(fā)酵工藝流程示意圖 酒精發(fā)酵采用淀粉原料雙酶法糖化間歇發(fā)酵其工藝流程示意圖如圖一 2工藝技術(shù)指標(biāo)及根底數(shù)據(jù)1 酒精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo) 指 標(biāo) 名 稱單 位指 標(biāo) 數(shù) 生產(chǎn)規(guī)模ta100000生產(chǎn)方法 間歇發(fā)酵

28、 年生產(chǎn)天數(shù)da300產(chǎn)品日產(chǎn)量td334產(chǎn)品質(zhì)量 純度95 倒罐率1發(fā)酵周期h70發(fā)酵初糖kgm3150淀粉轉(zhuǎn)化率98 糖酸轉(zhuǎn)化率50酒精提取率98 2主要原材料質(zhì)量指標(biāo) 淀粉原料的淀粉含量為767含水143種子培養(yǎng)基gL 水解糖25甘薯干粉1620NH4SO405尿素05H2SO410124酵培養(yǎng)基gL 水解糖150甘薯干粉1620尿素03-淀粉酶10接種量3酒精發(fā)酵車間的物料衡算 首先計(jì)算1000kg純度為95的酒精耗用的原材料及其他料量1 V1 1000÷150×50×98×95 143m3式中 150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度kgm3 50糖酸轉(zhuǎn)化率

29、98淀粉轉(zhuǎn)化率 98酒精提取率2 以純糖算 G1 V1×150 2148kg 3 二級中液量 V2 10×1432 1432 m3 4 二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 25V2 25×1432 358kg式中 25二級種液含糖量kgm3 5 生產(chǎn)1000kg普通三級酒精所需水解糖總量為 G G1G2 2148358 21838kg 6耗用淀粉原料量理論上1000kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg故理論上耗用淀粉原料量為 G淀粉 21838÷767×98 261739kg式中 767淀粉原料含純淀粉量 98淀粉糖化轉(zhuǎn)化率7尿素耗用量 二級種液

30、耗尿素量為 03V2 03×1432 043kg 發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為 05V1 6264kg 故共耗尿素量為 716045 759kg 8二級種液耗用NH42SO4量 05×1432 0716kg 9種子液耗 淀粉酶量為 01×1432 1718kg 10種子液H2SO4耗用量 12×1432 1718kg100000噸年酒精廠發(fā)酵車間的物料衡算表物料名稱每生產(chǎn)1噸酒精95的物料量100000噸年酒精生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液m31431430000476667二級種液m314314300047667發(fā)酵水解糖kg2148214800000716000

31、二級種液培養(yǎng)用糖kg38538500001283333水解糖總量kg2183821838000072793333淀粉kg26173926173900087246333尿素kg7597590002530硫酸氨kg07167160023867-淀粉酶kg143214320047733硫酸kg171817180057267 三 100000噸酒精發(fā)酵車間水衡算采用間歇發(fā)酵過程從糖化鍋內(nèi)分出糖化醪到酒母培養(yǎng)罐需要參加水進(jìn)行稀釋1 酒母糖化醪稀釋用水補(bǔ)充60溫水與用作酒母的糖化醪應(yīng)滿足發(fā)酵接種量10的需要因此補(bǔ)充水量為m1 93G110-7G1 483299310-748329 11116 kgh 式中

32、 93淀粉原料參加發(fā)酵鍋的量 7淀粉原料參加種子液中的量 10接種量 48329淀粉質(zhì)原料耗用量kgh2 酒母糖化醪殺菌后冷卻水用量為m2 m糖化醪366× 80-27 418× 25-17 256812×5366×53 418×18 66210 kgh 式中 2568125糖化醪用量kgh366蒸煮醪比熱容kJ kgK 418水的比熱容kJ kgK 80殺菌溫度27冷卻后溫度17冷卻水進(jìn)口溫度25冷卻水出口溫度3 酒母培育冷卻水用量m3 Q3418×25-17 85900 418×8 256878 kgh 式中 Q3酒母培

33、育反響熱 kJh 418水的比熱容kJ kgK 25冷卻水出口溫度 17冷卻水進(jìn)口溫度4 發(fā)酵過程冷卻用水m4 Q2418× 27-20 752000 418×7 257006 kgh 式中 Q2發(fā)酵生物反響熱kJ kgK 418水的比熱容kJ kgK 27冷卻水出口溫度20冷卻水進(jìn)口溫度5 酒精捕集器用水m5 5F÷ 115 5×208767÷106 98475 kgh 式中 F成熟醪量 kgh 5酒精捕集器回收酒精洗水占熟醪量的比例6 洗罐用水量m6 1F÷ 115 001×208767÷106 19695 k

34、gh 式中 1洗罐用水占熟醪量的比例二設(shè)備計(jì)算與選型一1 生產(chǎn)能力數(shù)量和容積確實(shí)定1發(fā)酵罐容積確實(shí)定2 現(xiàn)每天生產(chǎn)95純度的酒精334噸酒精發(fā)酵周期為70小時(shí)包括發(fā)酵罐清洗滅菌進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間那么每天需糖液體積為V糖每天產(chǎn)純度為95的普通三級334噸每噸酒精需糖液為 123271080 114m3 V糖 114×334×95 361722m3 發(fā)酵罐的填充系數(shù)為08509現(xiàn)取 09那么每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為V0發(fā)酵周期為70小時(shí) V0 V糖 36172209 40191m33 計(jì)算發(fā)酵罐容積時(shí)有幾個(gè)名稱需明確裝液高度系數(shù)指圓筒局部高度系數(shù)封底那么與冷卻罐輔助設(shè)備體積

35、相抵消 公稱容積是指罐的圓柱局部和底封頭容積之和并圓整為整數(shù)上封頭因無法裝液一般不計(jì)入容積 罐的全容積是指罐的圓柱局部和兩封頭容積之和現(xiàn)取單罐公稱容積為1100m3厭氧發(fā)酵罐那么需發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為n1 n1 V0t V總×24 40191×70 1100×09×24 12個(gè) 取公稱容積1100m3發(fā)酵罐11個(gè) 實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算 1100×0912 × 300 10718797噸年114 7024 富裕量為 10718797-100000 719能滿足產(chǎn)量要求 1000002 主要尺寸的計(jì)算 現(xiàn)按公稱容積1100m3的發(fā)酵罐計(jì)算H 15D h

36、上 012D h下 009D V全 314D2 Hh上3h下3 41100 314D2 15D 012D3 009D3 40 D 96m H 144m h上 1152m h下 0864mV全 0785× 11876m3 4 總外表幾計(jì)算 罐體圓柱局部外表積A1 DH 314×96×144 43407 m3 罐頂外表積 A上 R R2h上2 12 314×962× 48208642 735m2 罐底外表積 A下 R R2h下2 12 314 ×962× 48211522 744m2 罐體總外表積 A總 A1 A上 A下 434

37、07735744 58197 m23 冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸1 冷卻面積的計(jì)算 A Q K×Tm式中 Q發(fā)酵反響熱 kgh K總傳熱系數(shù) kg mh Tm冷卻水的溫差其中 Q Qa-QbQc式中 Qa生物反響熱kJQb蒸發(fā)損失熱kJQc罐壁向環(huán)境散熱kJ其中 Qa msq 1155000×4186×1 4835000 kJh 式中 m每罐糖液質(zhì)量 kg s糖度降低百分值q每千克麥芽糖放出熱量4186kJ Qb 5 Qa 005×4835000 241750 kJh Qc 10 Qa 01×4835000 483500 kJh 所以 Q

38、Qa-QbQc 4835000-241750483500 4109750 kJh 2 W Q CwT2- T1 4109750 41827-20 140456 kgh 式中 Q發(fā)酵生物反響熱 kJh Cw水的比熱容kJ kg T2冷卻水出口溫度T1冷卻水進(jìn)口溫度3 Tm 30-20-30-27 2330-2030-27 5834 傳熱總系數(shù)K值確定 選取蛇管為水煤氣輸送管規(guī)格為5360mm那么管的橫截面積為0 785×0052 00022m2 設(shè)管內(nèi)同心裝兩列蛇管并同時(shí)進(jìn)冷卻水那么水管內(nèi)流速為 v W 3600×10×00022×1000 177ms 設(shè)

39、蛇管圈直徑為4m由水溫表查得水溫20時(shí)常數(shù)A 645 K1 4186A v08 1177DR D07 4186×645×177×100008 1177×005320 05307 87585kJ m2h 式中 v為質(zhì)量流速 K2按經(jīng)驗(yàn)取2700 kJ m2h 所以總傳熱系數(shù)為 1K 1 1 00035 1 K1 K2 188 16750 1 21786 kJ m2h 式中 188鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)kJ m2h 116750管壁水污垢層的熱阻 m2h kJ00035管子壁厚m4 冷卻面積和主要尺寸 A Q K×Tm 4109750 21786×

40、;583 3236 m2 兩列蛇管長度 L A Dcp 3236 314×00565 18237m式中 Dcp蛇管平均直徑00560 m 每圈蛇管長度 l Dp 2hp212 314×6 2021212 1884 m式中 Dp蛇管圈直徑6 mhp蛇管圈之間距離015 m 兩列蛇管總?cè)?shù) Np Ll 182371884 968 圈 取97圈兩列蛇管總高度 H Np-1hp 97-1×015 144 m5 設(shè)備材料的選擇發(fā)酵設(shè)備的材質(zhì)選擇優(yōu)選考慮的是滿足工藝要求其次是經(jīng)濟(jì)性本設(shè)備采用A3鋼制作以降低設(shè)備費(fèi)用6 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算1 SS PD C cm 2- 04

41、15;960 018 2×127×08-04 207cm 取S 21cm式中 P設(shè)計(jì)壓力 取P 04MPaD發(fā)酵罐內(nèi)徑 D 96 m A3鋼許允應(yīng)力 127 MPa焊縫系數(shù) 051之間取 08C壁厚附加值 cm C C1C2C3 其中 C1鋼板負(fù)偏差 01313取C1 08mm C2腐蝕余量 單面腐蝕取C2 1 mm C3加工減薄量 冷加工取0所以 C 081 18 018cm 2 封頭厚度 S PD C cm 2- 04×960 028 2×127×08-04 217 cm 取S 22 cm式中 P設(shè)計(jì)壓力 取P 04MPaD發(fā)酵罐內(nèi)徑 D

42、96 m A3鋼許允應(yīng)力 127 MPa焊縫系數(shù) 051之間取 08 C壁厚附加值 cm C 0811 28 mm 028 cm7 接管設(shè)計(jì)1 h設(shè)計(jì) 不保溫接管長h 150 mm2 接管實(shí)裝醪 1100×09 990m3設(shè)5小時(shí)排空那么物料體積流量為Q 990 5×3600 0055 m3s發(fā)酵醪流速取v 1ms那么排料管截面積為 F物 QV 00551 0055 m2管徑 d F物078512 00550078512 0837 m取無縫鋼管 133×4進(jìn)料管同排料管 取無縫鋼管 133×48 支座選擇對于75 m3上的發(fā)酵罐由于設(shè)備總重要較大應(yīng)選用裙

43、式支座本設(shè)計(jì)選用裙式支座錐形發(fā)酵罐個(gè)數(shù) 12全容積 m3 1100 裝料系數(shù) 09直徑m 96圓筒高m 144上封頭高m 0864下封頭高m 1152材料 A3筒厚cm 21封頭厚cm 22接管直徑cm 12接管長度cm 15支座m 裙式支座冷卻方式 蛇管冷卻蛇管直徑mm 53蛇管間距m 015蛇管圈數(shù) 97蛇管總高度m 144蛇管圈直徑m 6二1 種子罐容積和數(shù)量確實(shí)定 V種 V液×10 1100×09×10 99 m3式中 V液為發(fā)酵罐中發(fā)酵液的量10接種量取公稱容積為100 m3的通用式發(fā)酵2 種子罐個(gè)數(shù)確實(shí)定 種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料發(fā)酵罐平平均每天上3罐需種子罐3個(gè)種子培養(yǎng)時(shí)間1220小時(shí)取