高濃度淀粉酒精發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要(1)</b></p><p><b>　　前言(2)</b></p><p><b>　　正文 (3)</b></p><p>　　1 選題背景(3)<

2、;/p><p>　　1.1課題來源(3)</p><p>　　1.2課題目的及意義(3)</p><p>　　2 方案論證(3)</p><p>　　2.1各種原料及蒸煮糖化發(fā)酵方案的比較(3)</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案(4)</p><p>　　3 物料衡算(4)</p

3、><p>　　3.1物料衡算的內(nèi)容(4)</p><p>　　3.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(4)</p><p>　　3.3原料消耗的計(jì)算(5)</p><p>　　3.4蒸煮醪量的計(jì)算(6)</p><p>　　3.5糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算(7)</p><p>　　3.6成品與廢醪量的

4、計(jì)算(8)</p><p>　　3.750000噸/年醫(yī)用酒精廠總物料計(jì)算(10)</p><p>　　3.8物料衡算表(10)</p><p>　　4 熱量衡算與水衡算(11)</p><p>　　4.1 蒸煮工段加熱蒸汽消耗量(11)</p><p>　　4.2蒸煮工段加熱蒸汽消耗量(11)&

5、lt;/p><p>　　4.3發(fā)酵過程冷卻用水(12)</p><p>　　4.4酒精捕集器用水(12)</p><p>　　4.5洗罐用水量(13)</p><p>　　4.6 熱量衡算與水衡算表 (13)</p><p>　　5主要設(shè)備的計(jì)算與設(shè)計(jì)(13)</p><p>　　5.1粉

6、漿罐和預(yù)煮罐的計(jì)算(13)</p><p>　　5.2加熱器的計(jì)算(14)</p><p>　　5.3連續(xù)蒸煮器的計(jì)算(15)</p><p>　　5.4后熟器的計(jì)算(15)</p><p>　　5.5汽液分離器的計(jì)算(16)</p><p>　　5.6真空冷卻器的計(jì)算(17)</p><

7、;p>　　5.7糖化罐的計(jì)算(17)</p><p>　　5.8 噴淋冷卻器的計(jì)算(18)</p><p>　　5.9發(fā)酵罐的計(jì)算(18)</p><p>　　5.10酵母活化罐的計(jì)算(22)</p><p>　　5.11主要設(shè)備一覽表(22)</p><p><b>　　6 小結(jié)(23)&

8、lt;/b></p><p><b>　　致謝(24)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)(25)</b></p><p>　　年產(chǎn)5萬噸醫(yī)用酒精的高濃度淀粉酒精發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)</p><p>　　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。世界酒精行業(yè)以及我

9、國(guó)酒精行業(yè)都呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)，產(chǎn)量逐年遞增。發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的能力將成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志。發(fā)酵法主要是利用微生物無氧發(fā)酵，將含糖物質(zhì)如，甘蔗，甘薯，玉米等物質(zhì)內(nèi)的糖類轉(zhuǎn)化為乙醇，生成酒精。此法原料來源豐富，生產(chǎn)過程環(huán)保，值得大力推廣。本設(shè)計(jì)對(duì)酒精生產(chǎn)的發(fā)酵車間進(jìn)行了計(jì)算和設(shè)備選型，力求理論和實(shí)踐相結(jié)合。</p><p>　　關(guān)鍵詞：酒精；發(fā)酵法；發(fā)酵車間</p><p>　　With

10、an annual output of 50000tons of medical alcohol of high concentration starch alcohol fermentation workshop design</p><p>　　Abstract：Alcohol has very extensive application in a great deal of fields such as p

11、eople's daily life and scientific research. The trades and alcohol trades of our country have fast development trends on earth in the world. The output is increased progressively year by year. The ability for produci

12、ng 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 like,suga</p><p&g

13、t;　　Keywords:Alcohol;Fermented law;Fermented workshop</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　酒精作為食品、醫(yī)用以及化工原料，一直是我國(guó)發(fā)酵行業(yè)的主要產(chǎn)品，用微生物發(fā)酵生產(chǎn)酒精的歷史悠久，此外，隨著人民的環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)，被譽(yù)為可再生綠色能源燃料的酒精，由于其燃燒污染小、容易運(yùn)輸和貯藏在價(jià)格上

14、也可以與汽油相競(jìng)爭(zhēng)，因此，酒精最有可能成為取代石油的新能源，具有巨大的開發(fā)前景。[1]</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年的石油消耗量為200億桶,比發(fā)現(xiàn)的石油多50億桶，石油不斷減少，全球的消耗量卻不斷增加，尤其我國(guó)最近幾年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，石油消耗也快速增加，并且中國(guó)充滿爆發(fā)力的石油需求一直被視為近兩年來國(guó)際油價(jià)大漲的關(guān)鍵因素。目前中國(guó)已取代日本成為全球第二大石油消耗國(guó)（僅次于美國(guó)），預(yù)估10年內(nèi)中國(guó)的石油需

15、求將從目前的每日600萬桶膨脹近一倍至1150萬桶。十年前中國(guó)進(jìn)口石油占整體石油需求的比例才6%，現(xiàn)在已經(jīng)提高到三分之一，到2020年預(yù)期將有60%的石油都必須來自進(jìn)口。石油燃燒帶來許多環(huán)境問題，其燃燒產(chǎn)物為硫化物和氮化物，硫氧化物對(duì)人體的危害主要是刺激人的呼吸系統(tǒng)，吸入后誘發(fā)慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水腫和肺心性疾病，如果大氣中同時(shí)有顆粒物質(zhì)存在，顆粒物質(zhì)吸附了高濃度的硫氧化物、可以進(jìn)入肺的深部，就會(huì)大大地加大危害程度，石油燃燒產(chǎn)生的

16、氮的氧化物和硫的氧化物在高空中為雨雪沖刷，溶解，雨成為了酸雨，這些酸性氣體成為雨水中雜質(zhì)硫酸根、硝酸根和氨離子，會(huì)嚴(yán)重污染土壤以及水體，造成生態(tài)的失衡，與此同時(shí)，石油消耗大量增加，也增加了我國(guó)石油安全系數(shù)。</p><p>　　而燃料酒精正可以緩解這些問題，因?yàn)榫凭a(chǎn)技術(shù)人類已經(jīng)非常嫻熟，人類的文明史就是酒精的發(fā)展史，自從有了人類文明便有了釀酒技術(shù)。</p><p>　　酒精發(fā)酵是指在無

17、氧條件下，微生物（如酵母菌）分解葡萄糖等有機(jī)物，產(chǎn)生酒精、二氧化碳等不徹底氧化產(chǎn)物,同時(shí)釋放出少量能量的過程，在生產(chǎn)過程中需要大量的生物技術(shù)，比如：需要基因工程得到即能提高生產(chǎn)酒精效率又可以用纖維素作為原料而生產(chǎn)酒精的酵母菌，用酶工程生產(chǎn)可直接將纖維素轉(zhuǎn)化為酒精的人造酶等等。</p><p>　　高濃度酒精發(fā)酵是指提高單位體積內(nèi)發(fā)酵醪液中的淀粉含量，在適量的釀酒酵母菌作用下，在一定的時(shí)間內(nèi)力求得到最多的發(fā)酵終產(chǎn)物

18、 酒精。高濃度發(fā)酵有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝辉O(shè)備的生產(chǎn)率提高，降低能耗。[2]</p><p>　　發(fā)酵法生產(chǎn)酒精原料主要有淀粉質(zhì)原料，糖蜜原料和亞硫酸鹽造紙廢液等。而淀粉質(zhì)原料甘薯和木薯等薯類原料含淀粉量高，木薯的塊根淀粉含量達(dá)25-30％左右，木薯干淀粉含量達(dá)70％左右，是被譽(yù)為“淀粉之王”[3]。薯干加工性能良好，是一種有很大發(fā)展?jié)摿Φ木凭a(chǎn)再生資源，將其應(yīng)用到發(fā)酵酒精工業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。</

19、p><p><b>　　正文</b></p><p><b>　?。?選題背景</b></p><p><b>　　1.1 課題來源</b></p><p>　　本課題為08屆畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題，來源于三峽大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)院生物工程系。</p><p

20、>　　1.2 課題目的及意義 </p><p>　　開展本課題的目的及意義在于學(xué)習(xí)和掌握酒精生產(chǎn)糖化發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)實(shí)踐能力。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　2.1 各種原料及蒸煮糖化發(fā)酵方案的比較[9] </p><p>　　2.1.1 原料的選擇<

21、;/p><p>　　我國(guó)甘薯種植廣泛，產(chǎn)量大，價(jià)格低，木薯和馬鈴薯的種植面積都不大，此外谷物類原料是人民生活的主要糧食，一般情況下少用或不用，而且，甘薯作為原料具有加工方便、出酒率高等特點(diǎn)，因此它是原料中使用最廣泛的一種原料，一般用的都是甘薯干。</p><p>　　2.1.2 連續(xù)蒸煮與間歇蒸煮的分析比較</p><p>　　間歇蒸煮：蒸汽消耗量大，設(shè)備利用率低，但是

22、設(shè)備簡(jiǎn)單，容易掌握，投資少。</p><p>　　連續(xù)蒸煮：淀粉利用率高，熱能利用率高，設(shè)備利用率高，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，但是投資較大。</p><p>　　2.1.3 連續(xù)糖化與間歇糖化的分析比較</p><p>　　間歇糖化：每次都要裝料、進(jìn)料和清洗等的非生產(chǎn)時(shí)間，后冷時(shí)間長(zhǎng)，因而設(shè)備利用率低；冷水用量大，電力消耗大；糖化醪的后冷卻是在敞開空間進(jìn)行，增加染菌機(jī)會(huì)。&l

23、t;/p><p>　　連續(xù)糖化：各項(xiàng)工藝管理實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制或集中操作，減少了勞動(dòng)力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度改善了勞動(dòng)條件；消除每次都要裝料、進(jìn)料和清洗等的非生產(chǎn)時(shí)間，又大大縮短了后冷時(shí)間，因而設(shè)備利用率得到提高；由于冷卻效率的提高和冷卻時(shí)間的縮短，可節(jié)約冷水用量，相應(yīng)地也節(jié)約電力；糖化醪的后冷卻是在密閉空間流動(dòng)，一面糖化，一面冷卻，可以減少染菌機(jī)會(huì)。</p><p>　　2.1.4 間歇發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵

24、的分析比較</p><p>　　間歇發(fā)酵：指全部發(fā)酵過程始終在同一個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行的發(fā)酵方式。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，易于管理，不會(huì)大面積感染雜菌。缺點(diǎn)是酒母用量大，非生產(chǎn)性時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備利用率低。</p><p>　　連續(xù)發(fā)酵：指把發(fā)酵的不同階段的分別放入發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵的方式。由于糖液是一直連續(xù)不斷地流加，故每個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)的流量、醪液濃度、酒精濃度、酵母細(xì)胞數(shù)以及溫度、pH值等均相應(yīng)穩(wěn)定，有利于酵

25、母的生長(zhǎng)繁殖。優(yōu)點(diǎn)是可以提高設(shè)備利用率，節(jié)省酒母，便于自動(dòng)化控制，缺點(diǎn)是對(duì)無菌條件要求嚴(yán)格。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　綜上所述，設(shè)計(jì)可以采用薯干為原料，采用柱式連續(xù)蒸煮糖化（雙酶糖化）、間歇發(fā)酵的方法生產(chǎn)醫(yī)用酒精；由于傳統(tǒng)酒精生產(chǎn)中自培酒母，過程繁雜，容易染菌，影響生產(chǎn)，所以本方案采用活性干酵母可以克服上述弊端。<

26、;/p><p>　　2.2.1 工藝流程及控制條件[10] </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用柱式連續(xù)蒸煮糖化方法。其中蒸煮柱采用柱式連續(xù)蒸煮長(zhǎng)圓筒形蒸煮柱，蒸煮時(shí)僅在粉漿加熱器通入蒸汽，先后通過三個(gè)蒸煮柱，兩個(gè)后熟器，后進(jìn)入氣液分離器及真空冷卻器，從真空冷卻器出來后進(jìn)入糖化罐，糖化醪進(jìn)行后冷卻后送往發(fā)酵罐。</p><p>　　3 物料衡算[10]</p>

27、<p>　　3.1 物料衡算的內(nèi)容</p><p>　　衡算內(nèi)容包括薯干，高溫淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，蒸煮醪，糖化醪，發(fā)酵醪，廢醪，成品，副產(chǎn)品，雜醇油，二氧化碳等。</p><p>　　3.2 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p>　　產(chǎn)品規(guī)格：95%醫(yī)用酒精；全年生產(chǎn)天數(shù)：280天/年</p><p>　　生產(chǎn)方法：以薯干為

28、原料，雙酶糖化，連續(xù)蒸煮，間歇發(fā)酵</p><p>　　副 產(chǎn) 品：次級(jí)酒精（成品酒精的3%）；雜醇油（成品酒精的0.6%）</p><p>　　原 料：薯干（含淀粉68%，水分12%）</p><p>　　酶 用 量：高溫淀粉酶（20,000U/mL）；10U/g原料</p><p>　　糖化酶（100,000U/mL）：150U/g

29、原料（糖化醪）；300U/g原料（酵母醪）</p><p>　　硫酸銨用量：7kg/t酒精</p><p>　　蒸煮醪粉料加水比：1：2.5</p><p>　　發(fā)酵成熟醪酒精含量：11%（V），蒸餾效率為98%</p><p>　　發(fā)酵罐洗罐用水：發(fā)酵成熟醪的2%</p><p>　　生產(chǎn)過程淀粉總損失率：9%<

30、;/p><p>　　3.3 原料消耗的計(jì)算</p><p>　　3.3.1 淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式：</p><p>　　糖化： （C6H10O5）n + nH2O nC6H12O6</p><p>　　162 18 180</p><p>　　發(fā)酵： C6H

31、12O6 2C2H5OH + 2CO2</p><p>　　180 92 88</p><p>　　3.3.2 生產(chǎn)1000kg無水酒精的理論淀粉消耗量：</p><p>　　3.3.3 生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精的理論淀粉消耗量:</p><p>　　醫(yī)用酒精的乙醇含量為95%（體積分?jǐn)?shù)）

32、，相當(dāng)于92.41%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），故理論上須淀粉量為：</p><p>　　3.3.4 淀粉總損失率為9%，故生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精實(shí)際淀粉消耗量為：</p><p>　　3.3.5 生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精薯干原料消耗量：</p><p>　　據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給出，薯干原料含淀粉68%，故1000kg酒精耗薯干量為：</p><p>　　3.3

33、.6 生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精高溫淀粉酶消耗量：</p><p>　　應(yīng)用酶活力為20000U/mL的高溫淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗量，高溫淀粉酶用量按10u/g原料計(jì)算，生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精高溫淀粉酶用量為：</p><p>　　3.3.7 生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精糖化酶耗用量：</p><p>　　所用糖化酶的活力為100000u/mL，使用

34、量為150u/g原料，則生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精糖化酶消耗量為：</p><p>　　3.3.8 生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精硫酸氨用量：</p><p>　　硫酸氨用于酵母增值，補(bǔ)充氮源，則生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精硫酸氨用量為：</p><p>　　3.3.9 生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精活性干酵母用量：</p><p>　　采用耐高溫高活性干酵母

35、，用量為原料量的0.05%，則生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精活性干酵母用量為：</p><p>　　3.3.10 生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精活性干酵母復(fù)水活化2%蔗糖水用量：</p><p>　　活性干酵母復(fù)水活化方法采用糖水復(fù)水活化，用25倍量38℃-40℃的2%蔗糖水復(fù)水，15min后將溫度降至34℃以下（30℃-34℃）活化1h-3h，即可投入發(fā)酵罐，則生產(chǎn)1000kg醫(yī)用酒精糖水用量：&l

36、t;/p><p>　　3.4 蒸煮醪量的計(jì)算</p><p>　　3.4 .1 粉漿量的計(jì)算：</p><p>　　淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為1：2.5，粉漿量為：</p><p>　　蒸煮過程：粉漿混合后在預(yù)煮罐中加熱到t1=65℃，后經(jīng)加熱器用0.5Mpa表壓直接蒸汽加熱到t2=135℃，然后陸續(xù)通過三個(gè)蒸煮柱和兩個(gè)后熟器，再經(jīng)氣液分離器

37、，最后經(jīng)真空冷卻器將溫度降至t3=63℃。</p><p>　　第一后熟器壓力為表壓0.20Mpa</p><p>　　第二后熟器壓力為表壓0.15Mpa</p><p>　　汽液分離器壓力為表壓0.02Mpa</p><p>　　3.4 .2 蒸煮醪比熱：</p><p><b>　　粉漿干物質(zhì)濃度為：&l

38、t;/b></p><p><b>　　蒸煮醪比熱容為：</b></p><p>　　式中 —水的比熱容[kJ/(kg·K)] </p><p>　　—淀粉質(zhì)原料干物質(zhì)的比熱，取1.25kJ/（kg·K）</p><p>　　假定蒸煮醪的比熱容在整個(gè)蒸煮過程維持不便。</p>

39、<p>　　3.4 .3 經(jīng)直接蒸汽加熱后蒸煮醪量為：</p><p>　　蒸汽用量==1011.0（kg）</p><p><b>　　蒸煮醪量=</b></p><p>　　式中 2756.7—加熱蒸汽（0.5Mpa表壓）的焓(kJ/kg)</p><p>　　3.4 .3 經(jīng)第一后熟器后蒸煮醪量為：&

40、lt;/p><p><b>　　二次蒸汽量=</b></p><p><b>　　蒸煮醪量=</b></p><p>　　式中 133.6—表壓0.20Mpa對(duì)應(yīng)的飽和溫度 </p><p>　　2163.7—133.6℃下飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/kg)</p><p>　

41、　3.4 .4 經(jīng)第二后熟器后蒸煮醪量為：</p><p><b>　　二次蒸汽量=</b></p><p><b>　　蒸煮醪量=</b></p><p>　　式中 127.4—表壓0.15Mpa對(duì)應(yīng)的飽和溫度</p><p>　　2181.4—127.4℃下飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/kg)&

42、lt;/p><p>　　3.4 .5 經(jīng)汽液分離器后蒸煮醪量為：</p><p><b>　　二次蒸汽量=</b></p><p><b>　　蒸煮醪量=</b></p><p>　　式中 104.8—表壓0.02Mpa對(duì)應(yīng)的飽和溫度</p><p>　　2243.9—104

43、.8℃下飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/kg)</p><p>　　3.4 .6 經(jīng)真空冷卻器后蒸煮醪量為：</p><p><b>　　蒸汽冷凝量=</b></p><p><b>　　蒸煮醪量=</b></p><p>　　式中 2351.0—真空冷卻溫度為63℃下的飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/kg

44、)</p><p>　　3.5 糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算</p><p>　　發(fā)酵結(jié)束后成熟醪含酒精11%（v），相當(dāng)于8.83%（w），蒸餾效率為98%，酒精捕集器回收酒精用水和洗罐用水分別為成熟醪量的5%和2%。</p><p>　　3.5.1 蒸餾發(fā)酵醪量為：</p><p>　　3.5.2 不計(jì)酒精捕集器回收酒精用水和洗罐用水，則成熟發(fā)

45、酵醪量為：</p><p>　　3.5.3 入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度（w）為：</p><p>　　3.5.4 相應(yīng)發(fā)酵過程放出CO2總量為：</p><p>　　3.5.5 活性干酵母及復(fù)活糖水總量為[1.3×（25＋1）]kg，則糖化醪量：</p><p>　　3.6 成品與廢醪量的計(jì)算</p><p>

46、　　4.6.1 次級(jí)酒精產(chǎn)量：</p><p>　　次級(jí)酒精量占成品酒精的3%，則生產(chǎn)1000kg成品酒精可得次品酒精量為：</p><p>　　3.6.2 95%（v）醫(yī)用酒精產(chǎn)量：</p><p>　　每生產(chǎn)1000kg酒精，醫(yī)用酒精產(chǎn)量為：</p><p>　　3.6.3 雜醇油產(chǎn)量：</p><p>　　雜醇油

47、量為成品酒精量的0.6%，則生產(chǎn)1000kg成品酒精可得雜醇油量為：</p><p>　　3.6.4 廢醪量的計(jì)算：</p><p>　　廢醪量是進(jìn)入蒸餾塔的成熟發(fā)酵醪減去部分水和酒精成分以及其他揮發(fā)組分后的殘留液，由于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圖所示：</p><p><b>　　V1</b>

48、</p><p><b>　　Q3=V1I</b></p><p>　　F1 </p><p><b>　　Q1=F1C1t1</b></p><p>　　D1

49、 Q5= Q4+ D1Cwt2 </p><p>　　Q2=D1I1

50、 Wx+ D1 </p><p>　　設(shè)進(jìn)塔的醪液（F1）的溫度t1=70℃，排除廢醪的溫度t2=105℃，成熟醪固形物濃度為B1=7.5%，塔頂上升蒸汽冷凝后液體的乙醇濃度55%（體積分?jǐn)?shù)）即47.18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。則：</p><p>　　3.6.4.1 醪塔上升蒸汽量為：</p><p>　　3.6.

51、4.2 殘留液量為：</p><p>　　3.6.4.3 成熟醪比熱容為：</p><p>　　3.6.4.4 成熟醪帶入的熱量為：</p><p>　　3.6.4.5 蒸餾殘液固形物濃度為：</p><p>　　此計(jì)算是間接加熱，故沒有蒸汽冷凝水的工藝。</p><p>　　3.6.4.6 蒸餾殘液的比熱容為:<

52、;/p><p>　　3.6.4.7 塔底殘留液帶出熱量為：</p><p>　　查得55%（v）酒精蒸汽焓為I=1965kJ/kg。</p><p>　　3.6.4.8 上升蒸汽帶出熱量為：</p><p>　　塔底采用0.05Mpa（表壓）蒸汽加熱，焓為2693.4kJ/kg;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

53、蒸汽量為：</p><p>　　若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為：</p><p>　　3.7 50000噸/年醫(yī)用酒精廠總物料計(jì)算</p><p>　　3.7.1 酒精成品的計(jì)算：</p><p>　　3.7.1.1 日產(chǎn)95%（v）醫(yī)用酒精為：</p><p>　　3.7.1.2 日產(chǎn)次級(jí)酒精為：</p

54、><p>　　3.7.1.3 日產(chǎn)酒精總量為：</p><p>　　3.7.1.4 年產(chǎn)95%（v）醫(yī)用酒精量為：</p><p>　　3.7.1.5 次級(jí)酒精量為：</p><p>　　3.7.1.6 酒精成品總產(chǎn)量為：</p><p>　　3.7.2 主要原料甘薯干用量</p><p>　　3.

55、7.2.1 日消耗量：</p><p>　　3.7.2.2 年消耗量：</p><p><b>　　3.8 物料衡算表</b></p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為50000噸，全年生產(chǎn)280天的條件，可得以下物料衡算表。</p><p>　　表一：50000噸/年淀粉原料酒精廠物料衡算表</p>

56、;<p>　　4 熱量衡算與水衡算[10]</p><p>　　4.1 蒸煮工段加熱蒸汽消耗量：</p><p>　　式中 —每小時(shí)處理粉漿量</p><p><b>　　——蒸煮醪比熱容</b></p><p>　　—加熱（0.5Mpa表壓）蒸汽焓(kJ/kg)</p><p>

57、;　　4.2 糖化醪后冷卻用水量：</p><p>　　加入的糖化酶液及糖化補(bǔ)充水總量（25℃）：</p><p><b>　　這時(shí)糖化醪濃度：</b></p><p><b>　　糖化醪比熱：</b></p><p><b>　　糖化醪溫度：</b></p>&

58、lt;p>　　冷卻水初、終溫度分別為20℃、35℃，則冷卻水耗量：</p><p>　　4.3 因?yàn)槊啃r(shí)生成酒精（7440.5＋229.2）×92.41%=7087.6kg，每生成1kg酒精放出的熱量為1170KJ左右，則發(fā)酵過程冷卻用水：</p><p>　　式中 ——發(fā)酵生物反應(yīng)熱[kJ/(kg.K)]</p><p>　　——水的比熱容[

59、kJ/(kg.K)]</p><p>　　27——冷卻水出口溫度（℃）</p><p>　　20——冷卻水進(jìn)口溫度（℃）</p><p>　　4.4 酒精捕集器用水：</p><p>　　式中 ——蒸餾發(fā)酵醪量(kg/h)</p><p>　　5%—酒精捕集器回收酒精洗水占成熟發(fā)酵醪量的比例</p>

60、<p>　　2%—發(fā)酵罐洗罐用水占成熟發(fā)酵醪的比例</p><p>　　4.5 洗罐用水量：</p><p>　　4.6 熱量衡算與水衡算表</p><p>　　表二：熱量衡算與水衡算表</p><p>　　5 主要設(shè)備的計(jì)算與設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 粉漿罐和預(yù)煮罐的計(jì)算[10]</p>

61、<p>　　由物料衡算可知粉漿罐的生產(chǎn)能力為70600.1kg/h,取粉漿密度為1080kg/m3 ，并且假設(shè)密度在整個(gè)生產(chǎn)過程中不變，則粉漿罐的生產(chǎn)能力為：</p><p>　　取逗留時(shí)間為0.5h，填充系數(shù)為0.85，則粉漿罐體積為：</p><p>　　取高徑比為1:1，錐底夾角α為120°計(jì)算其輪廓尺寸，粉漿罐內(nèi)徑為：</p><p>

62、;　　取直徑和高均為3.6m，錐底夾角α為120°，全容積為：</p><p>　　預(yù)煮罐的逗留時(shí)間為0.5h，填充系數(shù)為0.85，取高徑比為1:1，則預(yù)煮罐的體積與粉漿罐的體積相等。</p><p>　　5.2 加熱器的計(jì)算[10]</p><p>　　5.2.1 有效加熱段的計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)物料和熱量衡算的結(jié)果，

63、在加熱器每小時(shí)消耗蒸汽7754.3 kg/h，被加熱粉漿量為70600.1kg/h,加熱后粉漿總量為：</p><p><b>　　體積流量：</b></p><p>　　取粉漿流速為0.1m/s,則粉漿的流道截面積為：</p><p>　　經(jīng)試選，可選用中間管為529mm×10mm，內(nèi)管為45mm×4mm的無縫鋼管，則兩管

64、間環(huán)形的截面積為：</p><p>　　即試選管徑恰當(dāng)。設(shè)粉漿在有效加熱段的停留時(shí)間為15s，則有效加熱段的長(zhǎng)度為：</p><p>　　5.2.2 計(jì)算外管直徑D：</p><p>　　外管的直徑D按照外管與中間管的環(huán)形面積和內(nèi)管截面積相等的原則計(jì)算。</p><p><b>　　即：</b></p>&

65、lt;p>　　經(jīng)查表，可選用630mm×10mm的無縫鋼管。</p><p>　　5.2.3 小孔直徑及個(gè)數(shù)：</p><p>　　加熱蒸汽量前面已經(jīng)算出為7754.3 kg/h，查飽和水蒸氣表知0.5Mpa（表壓）壓力下蒸汽密度為3.104kg/m3,則加熱蒸汽的體積為：</p><p>　　取小孔直徑為5mm，小孔中蒸汽噴出速度為20m/s,則小

66、孔數(shù)為n：</p><p>　　按小孔在內(nèi)管和中管的開孔數(shù)目相等的原則，即：</p><p>　　5.3 連續(xù)蒸煮器的計(jì)算[10]</p><p>　　取三只柱串聯(lián)，每只柱有效容積為：</p><p><b>　　式中T1—蒸煮時(shí)間</b></p><p>　　取高徑比20:1先估計(jì)柱內(nèi)徑：<

67、;/p><p>　　選用820mm10mm無縫鋼管，每柱長(zhǎng)H為16m，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用封頭，現(xiàn)采用夾角為120°錐形封頭，容積為：</p><p><b>　　每只柱總體積為：</b></p><p>　　裝料系數(shù)以百分之百計(jì)，則實(shí)際蒸煮時(shí)間為：</p><p>　　5.4 后熟器的計(jì)算[10]</p>

68、<p>　　采用兩只相同的后熟器，粉漿在后熟器內(nèi)停留總時(shí)間T2為60min，裝料系數(shù)取80%，第一后熟器內(nèi)維持0.20Mpa（表壓），第二后熟器內(nèi)維持0.15Mpa（表壓）。</p><p>　　由3.4及物料衡算可知，后熟器二次蒸汽釋放量為：</p><p>　　每只后熟器的總?cè)莘e為：</p><p>　　取高徑比5:1先估計(jì)內(nèi)徑：</p>

69、<p>　　取內(nèi)徑2.3m，高取11.5m，封頭取夾角為120°錐形，其容積為：</p><p>　　每只后熟器全容積為：</p><p><b>　　實(shí)際后熟時(shí)間為：</b></p><p>　　5.5 汽液分離器的計(jì)算[10]</p><p>　　由物料衡算可知，二次蒸汽釋放總量為：</p

70、><p>　　為了提高分離效果，保證分離空間，取裝料系數(shù)為50%；高徑比取2:1，蒸煮醪停留時(shí)間T3為20min，則氣液分離器的容積：</p><p><b>　　氣液分離器直徑為：</b></p><p><b>　　D=</b></p><p><b>　　則高為6.2m。</b&g

71、t;</p><p>　　5.6 真空冷卻器的計(jì)算[10]</p><p>　　由物料衡算的真空冷卻器內(nèi)產(chǎn)生的二次蒸汽量為：</p><p>　　63℃對(duì)應(yīng)的真空度為77kpa(579mmHg)，蒸汽密度為0.149kg/m3，則二次蒸汽的體積流量為：</p><p>　　為防止過高的氣體流速導(dǎo)致霧沫夾帶造成醪液損失，取二次蒸汽上升速度為1m

72、/s,則真空冷卻器的直徑D：</p><p>　　取高徑比為1.5:1，則冷卻器圓柱部分高H：</p><p><b>　　體積為：</b></p><p>　　取醪液在下降管速度為1m/s,則醪液下降管的直徑D：</p><p>　　冷卻器內(nèi)排除的蒸煮醪量</p><p>　　可以選用的無縫鋼管

73、。</p><p>　　醪液下降管的長(zhǎng)度L:</p><p><b>　　選用L=8m。</b></p><p>　　5.7 糖化罐的計(jì)算[10]</p><p>　　根據(jù)物料衡算得糖化醪量G為88573.9kg/h，醪在糖化罐中停留時(shí)間t為30min，用兩只填充系數(shù)為75%的糖化罐，則每只糖化罐的全容積為：</p

74、><p>　　高徑比取1.2:1，錐底高h(yuǎn)為0.1D，糖化罐各部分尺寸為：</p><p>　　5.8 噴淋冷卻器的計(jì)算</p><p>　　由物料衡算表得，每小時(shí)糖化醪量為88573.9kg，體積流量為：</p><p><b>　　W=</b></p><p>　　設(shè)管內(nèi)糖化醪停留時(shí)間1min，冷

75、卻器蛇管管徑為1084，則管長(zhǎng)L：</p><p><b>　　L=174（m） </b></p><p>　　設(shè)冷卻器蛇管圈直徑為3m，蛇管圈之間的間距h取0.15m</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　每圈蛇管長(zhǎng)度 ==9.4（m

76、）</p><p><b>　　蛇管總?cè)?shù)：</b></p><p><b>　　N===19(圈)</b></p><p><b>　　冷卻器總高度：</b></p><p>　　H=（N-1）h=（19-1）×0.15=2.7（m）</p><

77、p>　　5.9 發(fā)酵罐的計(jì)算</p><p>　　由物料衡算得糖化醪量為88573.9kg/h，設(shè)每4h裝滿一罐，發(fā)酵周期為72h，冷卻水的初、終溫度T1、T2分別為20℃和27℃，采用蛇管冷卻，所有發(fā)酵罐由于體積較大，為了節(jié)約建設(shè)成本，采取室外放置。</p><p>　　5.9.1 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算[10]：</p><p>　　每小時(shí)進(jìn)入發(fā)酵罐的

78、醪液體積為：</p><p><b>　　發(fā)酵罐應(yīng)設(shè)個(gè)數(shù)為：</b></p><p>　　式中 V—每天進(jìn)入發(fā)酵工段的醪液體積(m3/h)</p><p>　　T—每只發(fā)酵罐的工作周期（h）</p><p>　　—每只發(fā)酵罐的有效容積</p><p>　　取發(fā)酵罐填充系數(shù)為=90%，則發(fā)酵罐的

79、全容積為：</p><p>　　則發(fā)酵罐的輪廓尺寸可以確定，設(shè)封頭為圓錐，高徑比為1.2:1，且封頭h1、h2高度均為0.1D。</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　即 H=8.64m；h1=h2=0.72m。</p>

80、<p>　　罐體圓柱部分表面積A1和罐底灌頂表面積A2、A3分別為：</p><p><b>　　全罐表面積為：</b></p><p>　　5.9.2 冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算[11] ：</p><p>　　5.9.2.1 總的發(fā)酵熱Q：</p><p>　　Q=Q1-(Q2+Q3)</p

81、><p><b>　　Q1=msq</b></p><p>　　式中 m—每罐發(fā)酵醪量，kg</p><p>　　S—糖度降低百分值，1%</p><p>　　q—每千克麥芽糖發(fā)酵放出的熱量，418.6kj</p><p><b>　　則</b></p><

82、p>　　Q1=88573.9×4×1%×418.6=1.5×106（kJ/h）</p><p>　　Q2=5%Q1=5%×1.5×106=0.75×105（kJ/h）</p><p>　　假定罐壁不包扎保溫層，壁溫最高可達(dá)TW為35℃，生產(chǎn)廠所在地區(qū)的夏季平均溫度可查閱有關(guān)資料，現(xiàn)假定為TB為32℃。</p&

83、gt;<p>　　Q3=AKC（TW-TB）</p><p><b>　　KC=K對(duì)+K輻</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　Q3=279×33.5×（35-32）=0.28×105（kJ/h）</p><p>　　Q=Q

84、1-(Q2+Q3)=1.5×106-(0.75×105+0.28×105)=1.4×106（kJ/h）</p><p>　　5.9.2.2 冷卻水消耗的計(jì)算：</p><p>　　=48000（kg/h）</p><p>　　5.9.2.3 對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算：</p><p>　　主發(fā)酵期控制發(fā)酵液溫

85、度TF為30℃。</p><p><b>　　=5.8（℃）</b></p><p>　　5.9.2.4 傳熱總系數(shù)K值的確定：</p><p>　　選取蛇管為無縫鋼管，其規(guī)格為53/60mm,則管得橫截面積為：</p><p>　　0.785×（0.053）2=0.0022（m2）</p>&l

86、t;p>　　考慮罐徑較大，設(shè)罐內(nèi)同心裝兩列蛇管，并同時(shí)進(jìn)入冷卻水，則水在管內(nèi)流速為：</p><p>　　=3.03（m/s）</p><p>　　取蛇管圈的直徑為6m,蛇管的傳熱分系數(shù)K2為：</p><p>　　式中 A—常數(shù)，水溫20℃時(shí)，取6.45；</p><p>　　—水的密度，kg/m3</p><p&

87、gt;　　—蛇管內(nèi)水的流速，m/s</p><p><b>　　D—蛇管直徑，m</b></p><p>　　R—蛇管圈的半徑，m</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　=3.03×104</b></p><p>

88、　　發(fā)酵液到蛇管壁的傳熱分系數(shù)K1值按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取2700,。</p><p><b>　　故傳熱總系數(shù)為：</b></p><p>　　式中 188—鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)，</p><p>　　1/16750—管壁水污垢層的熱阻，</p><p>　　0.0035—管壁厚，m</p><p>　

89、　5.9.2.5 冷卻面積和主要尺寸：</p><p><b>　　冷卻面積A：</b></p><p>　　A===116.3（m2）</p><p><b>　　兩列蛇管長(zhǎng)度：</b></p><p>　　L===656(m)</p><p>　　式中 Dcp—蛇管平均

90、直徑，m。</p><p><b>　　每圈蛇管長(zhǎng)度：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 Dp——蛇管圈直徑，m</p><p>　　hp蛇管圈之間的間距，m,取0.15m</p><p>　　則

91、 ==19m</p><p><b>　　兩列蛇管總?cè)?shù)：</b></p><p>　　Np===35(圈)</p><p><b>　　兩列蛇管總高度：</b></p><p>　　H=（Np-1）hp=（35-1）×0.15=5.1（m）</p><p>　

92、　5.10 酵母活化罐的計(jì)算</p><p>　　采用一個(gè)活化罐，根據(jù)物料衡算表得活性干酵母與2%蔗糖水總量為259.3kg/h，設(shè)停留時(shí)間t為30min，填充系數(shù)為50%，考慮到水比重較大，取密度約為1000kg/m3，則活化罐的全容積為：</p><p>　　高徑比取1.2:1，錐底高h(yuǎn)為0.1D，活化罐各部分尺寸為：</p><p>　　5.11 主要設(shè)備一覽

93、表</p><p>　　表三：主要設(shè)備一覽表</p><p><b>　　6 小結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是按照設(shè)計(jì)任務(wù)書來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，用于高濃度淀粉酒精發(fā)酵生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)分為蒸煮糖化和發(fā)酵兩大模塊。蒸煮糖化模塊主要是把原料轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖等物質(zhì)。發(fā)酵模塊主要實(shí)現(xiàn)發(fā)酵性糖等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為酒精。</p><p>　　

94、1.設(shè)計(jì)采用柱式連續(xù)蒸煮的方法，淀粉利用率高，熱能利用率高，設(shè)備利用率高。</p><p>　　2.設(shè)計(jì)采用雙酶糖化，可以有效減少蒸汽用量，降低能耗。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)采用連續(xù)糖化，各項(xiàng)工藝管理實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制或集中操作，減少了勞動(dòng)力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，消除每次都要裝料、進(jìn)料和清洗等的非生產(chǎn)時(shí)間，又大大縮短了后冷卻時(shí)間，因而設(shè)備利用率得到提高，由于冷卻效率的提高和冷卻時(shí)間的縮短，可

95、節(jié)約冷水用量，相應(yīng)地也節(jié)約電力，糖化醪的后冷卻是在密閉空間流動(dòng)，可以減少染菌機(jī)會(huì)。</p><p>　　4.設(shè)計(jì)采用間歇發(fā)酵，操作簡(jiǎn)單，易于管理，不會(huì)大面積感染雜菌，但是酵母用量大，非生產(chǎn)性時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備利用率低。</p><p>　　5.設(shè)計(jì)采用了活性干酵母代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酒母培養(yǎng)用于發(fā)酵，減少工作量，避免雜菌感染。</p><p>　　6.發(fā)酵罐選用不銹鋼，利于后期維護(hù)

96、，方便清洗，但是一次性投資費(fèi)用大。</p><p><b>　　致謝： </b></p><p>　　在此論文完成之際，我要深深地感謝大學(xué)期間所有在學(xué)習(xí)和生活上給予我關(guān)心和幫助的人們。</p><p>　　首先，要衷心感謝我的導(dǎo)師xx老師。今天我能夠順利完成論文的寫作，無不凝聚著老師的心血與汗水。老師在論文的選題，研究方案的確定以及具體的實(shí)施過

97、程都給予了周密的指導(dǎo)，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和系統(tǒng)的科研思路讓我受益終生。同時(shí)，她平易近人、和藹可親的生活作風(fēng)也給我留下了深刻的印象。</p><p>　　其次，感謝xx在化工制圖過程中給予我的建議和幫助，同窗共讀的情誼我將永遠(yuǎn)銘記于心。</p><p>　　最后，感謝父母的養(yǎng)育之恩和無私的支持。十?dāng)?shù)載寒窗苦讀，我永不忘家人在此期間作出的犧牲和無私的奉獻(xiàn)。感激之情，述之不盡，只好言止于此。<

98、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 謝伯達(dá).探索燃料酒精的開發(fā)應(yīng)用[J].福建能源開發(fā)與節(jié)約，2001（4）：33-34.</p><p>　　[2]　侯保朝，杜風(fēng)光，郭永豪，賈新成，劉代武.高濃度酒精發(fā)酵[J].釀酒科技，2005（4）：93-96.</p><p>　　[3] 朱德

99、明，匡鈺，韓志萍，李積華，王曉芳.木薯酒精發(fā)酵工藝研究[J].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（4）:470-473.</p><p>　　[4] 秦成國(guó).玉米粉高濃度酒精發(fā)酵的研究[J].釀酒科技，1997（4）:52-54.</p><p>　　[5] 張慶龍.無蒸煮酒精發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的探討[J].釀酒，36（5）：64-66.</p><p>　　[6] 李翠，伍時(shí)華

100、，易弋，黃翠姬，秦沖，張利平.甘蔗原汁直接發(fā)酵酒精的研究[J]..中國(guó)釀造，2010（7）：85-88.</p><p>　　[7] 張坤，吳禎，梅廣.纖維素發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精研究[J].糧食與油脂，2007（2）：10-12.</p><p>　　[8] 張禮星，丁育云，章克昌，王曉霞.膨化薯干酒精濃醪發(fā)酵[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，33（4）：386-389.</p>&l

101、t;p>　　[9] 秦耀宗.酒精工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999.</p><p>　　[10] 章克昌，吳佩琮.酒精工業(yè)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[11] 梁世中.生物工程設(shè)備[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[12] 顧國(guó)賢.釀造酒工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2

102、008.</p><p>　　[13] 吳思方.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1995.</p><p>　　[14] 方利國(guó)，董新法.化工制圖AutoCAD實(shí)戰(zhàn)教程與開發(fā)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[15] 魏崇光，鄭曉梅.化工工程制圖[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.</p><p