【正文】 ion 吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 1 第 1 篇 設(shè)計(jì)說明書 第 1 章 緒論 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的意義及依據(jù) 酒精在我國釀酒行業(yè)、化工行業(yè)、橡膠工業(yè)、油漆涂料工業(yè)、電子工業(yè)、照相膠片及紙漿生產(chǎn)行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、香料工業(yè)、化妝品行業(yè)等，都發(fā)揮著重要作用。 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 31 吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 IV 摘 要 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是半糖化法 萬噸∕年優(yōu)級食用酒精液糖化裝置的工 藝設(shè)計(jì)。吉林化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 年產(chǎn) 萬噸優(yōu)級食用酒精生產(chǎn)裝置發(fā)酵工段的工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)號： 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 起止日期： ～ 吉 林 化 工 學(xué) 院 Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 I 目錄 摘 要 ........................................................................................................................... V Abstract ........................................................................................................................ V 第 1 篇 設(shè)計(jì)說明書 ..................................................................................................... 1 第 1 章 緒論 ................................................................................................................. 1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的意義及依據(jù) ................................................................................... 1 國內(nèi)外研究狀況 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。并使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到食用酒精國家標(biāo)準(zhǔn) GB103432021。 食用酒精作為硬飲料中不可缺少的添加成分，它的品質(zhì)越來越受到人們的重 視，特別是我國做為世界白酒消費(fèi)大國，食用酒精品質(zhì)的好壞，就顯得更重要了。傳統(tǒng)的玉米生產(chǎn)酒精工藝在水、電、汽的消耗上非常大，而且傳統(tǒng)工藝在蒸煮過程中由于溫度高，會使相當(dāng)部分的淀粉轉(zhuǎn)化為焦糖，最終會影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前淀粉出酒率與理論值還有一定的差距。提高發(fā)酵濃度后，可大幅度地降低產(chǎn)品回收成本，可以由幾乎相同的能量消耗精 餾出更多的產(chǎn)品。酒精行業(yè)以前主要是國營企業(yè)，現(xiàn)在合資、兼并、股份、集體和私營企業(yè)的比重增大，隨著國企改革的深入，私營企業(yè)將會很大的發(fā)展，行業(yè)管理的難度加大。酒精生產(chǎn)的方法主要有化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法兩種。巴西的燃料酒精工業(yè) [4] ，巴西目前是 世界上年生產(chǎn)燃料酒精最多的國家也是世界上唯一不使用純汽油作汽車燃料的國家，主要生產(chǎn)含水酒精和無水酒精。 2021 年全美以玉米為原料的酒精生產(chǎn)廠有 67%采用 干磨法， 33%采用濕磨法。玉米在歐洲的大部分國家都生長得不是很好。我國石油 年消費(fèi)以 13%的速度增長，而能源產(chǎn)量只能滿足國內(nèi)需求的 70%，是世界僅次于美國的石油進(jìn)口國， 2021 年進(jìn)口原油 9112 萬噸， 2021 年將超過 1億噸，至 2020 年要實(shí)現(xiàn) GDP 翻兩番的目標(biāo)，我們要支付巨大的“能源賬單”。 2021 年泰國總產(chǎn)甘蔗7400 萬噸，燃料酒精的生產(chǎn)水平是每噸甘蔗產(chǎn)酒精 70 升 [7]。目前印度主要以粉碎和發(fā)酵甘蔗廢料生產(chǎn)酒精 [7]。從可持續(xù)發(fā)展上講，石油是不可再生資源，而酒精是可再生能源，國際上石油能源緊缺，酒精作為一種新型生物能源倍受重視。 表 11酒精國家標(biāo)準(zhǔn) GB10342021感官和理化指標(biāo)規(guī)定值簡表 項(xiàng)目 單位 特級 優(yōu)級 普通級 外觀 無色透明 氣味 具有乙醇固有香氣、無異味 無異臭 口味 純凈、微甜 純正、微甜 較純正 乙醇（ 20℃ ） %（體積） ≥ 氧化時(shí)間（ 15℃ ） Min≥ 40 30 20 色度 號 ≤ 10 硫酸實(shí)驗(yàn) 甲醇 mg/L≤ 10 10 60 2 50 150 醛（以乙醛計(jì)） 1 3 30 正丙醇 2 35 100 異戊醇 +異丁醇 1 2 30 酸（以乙酸計(jì)） 7 10 20 酯（以乙酸乙酯計(jì)） 10 18 25 不揮發(fā)物 10 20 25 重金屬（以 Pb計(jì)） 1 氰化物（ 以 HCN計(jì)） 5（用玉米為原料產(chǎn)品） 1. 4 產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 工藝以玉米為原料采用半糖化法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)食用乙醇， 年產(chǎn)量 萬噸 ，年工作日 330 天 ，酒精產(chǎn)率 ≥95% ，次級酒精和雜醇油 ≤ % 。從糧耗上講，理論上淀粉的出酒率為 61， 4％ ，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般出酒率達(dá)到 54％．即得率為 88％， 考慮酵母增殖所耗糖分．實(shí)際已達(dá)到 90％ ，為此酒精生產(chǎn)成本中能耗起主導(dǎo)作用。發(fā)酵醪濃度高，固形物含量也高，分離、干燥費(fèi)用就低，其出率也高。目前，大量研究表明，在玉米酒精濃醪發(fā)酵過程中分別添加適量植酸酶、酸性蛋白酶、纖維素酶、木聚糖酶，可進(jìn)一步提高酒精產(chǎn)量，增加原料 出酒率 [1315]。 [17] 釀酒活性干酵母應(yīng)用于釀酒行業(yè)和超級釀酒酵母應(yīng)用于酒精濃醪發(fā)酵，不僅是我國釀酒工業(yè)的技術(shù)革命，而且極大地推動了酒精行業(yè)的技術(shù)快速發(fā)展。 生產(chǎn)方法 粉碎工段 玉米中淀粉含量高達(dá) 70%左右，蛋白質(zhì)含量占 %，胚芽含量占 6%～ 8%，纖維含量 %。 液糖化工段 為簡化生產(chǎn)工藝，便于工業(yè)化生產(chǎn)，我們采用添加液化酶和糖化酶即所謂雙酶法的生產(chǎn)工藝。半糖化法可以縮短釀酒周期，生產(chǎn)實(shí)際證明半糖化法還可以提高出酒率。糖化酶能作用于淀粉、糊精、低聚糖等，是糖苷鍵連接的葡萄糖殘基逐個(gè)水解分離。酵母菌種采 用干酵母，在使用前只需復(fù)水活化即可，省去了菌種培養(yǎng)的過程。 61罐是一個(gè)擴(kuò)大培養(yǎng)罐， pH值為 ~，通過螺旋板式換熱器將溫度控制在 31~32℃ ，糖化醪、種子液、潔凈的空氣、營養(yǎng)鹽等連續(xù)進(jìn)料。 發(fā)酵溫度為 32℃ 左右：溫度過高，菌種老化；溫度過低，菌種生長不好。整個(gè)過程的熱量被循環(huán)使用，從而節(jié)約了大量能量，而且所生產(chǎn)的酒精純度高，彌補(bǔ)了 傳統(tǒng)精餾技術(shù)能耗高、產(chǎn)品純度低的缺點(diǎn)。 地質(zhì)條件 避免在溶洞、沼澤、斷裂帶、流沙、礦區(qū)上面建廠。 ②氣溫如表 2— 2： 表 2— 2 吉林市氣 溫表 氣溫 最熱月最 熱時(shí)平均 極端最低 最熱月平均 最冷月最低 時(shí)平均 最冷月平均 ℃ （ 7月） — — — 抗震條件 我國規(guī)定：①地震 6 度裂度或以下適合建廠；②地震 7 度裂度地區(qū)適合加固廠房。5% 三相帶零線 5 低壓電 220v 50Hz177。 選擇廠址時(shí)要考慮供熱方式、汽量及氣壓等情況。 要求交通運(yùn)輸方式可靠，鐵路、公路、水路優(yōu)勢明顯，且有發(fā)展的前景。另外，噪聲也是一種污染，損害人體健康，應(yīng)采取措施防治。 本設(shè)計(jì)為玉米發(fā)酵生產(chǎn)優(yōu)級食用酒精，按 GBJ1687 生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)等級，定為戊級，按GB5005892《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》，發(fā)酵車間防爆為 2級，耐火等級為 2級。酒精蒸汽與空氣能形成爆炸性混合氣體，爆炸極限為 ～ 18%（體積分?jǐn)?shù)）。 火災(zāi)防范 （ 1）在貯存酒精中室溫不能超過 32℃ ，液態(tài)酒精溫度不能超過 29℃ 。 （ 5）采用防爆型通風(fēng)設(shè)備，防爆型電氣設(shè)備。 （ 2）粉塵爆炸的必要條件：粉塵可燃（淀粉質(zhì)原料粉塵可燃），粉塵微細(xì)（懸浮狀態(tài)），助燃性氣體存在（空氣）和明火存在。建筑物要盡可能做成闖開房屋或采用室外形成，并且要與危險(xiǎn) 性建筑物隔開。工廠內(nèi)盡可能按單元隔開，以免爆炸相互危害，加工粉塵設(shè)備要完全密封，防止粉塵向外泄露，空氣輸送管道和機(jī)器內(nèi)部壓力要比大氣稍低，管道與管道相連接的地方，或由于機(jī)械等原因引起粉塵泄露的地方，應(yīng)很好的采取密封措施。其總反應(yīng)式為： C6H1206 + 2ADP + 2H3PO4 C2H5OH + 2CO2 + 2ATP 酒精發(fā)酵的 4個(gè)階段為：第一階段，葡萄糖磷酸化，生成活潑的 1， 6— 二磷酸果糖；第二階段，1， 6— 二磷酸果糖裂解成為兩分子的磷 酸丙糖（ 3— 磷酸甘油醛）；第三階段， 3— 磷酸甘油醛經(jīng)氧化、磷酸化后，分子內(nèi)重排，釋放出能量，生成丙酮酸；第四階段，丙酮酸繼續(xù)降解，生成酒精。用途本產(chǎn)品適合乙醇濃度為 17％以下的酒精發(fā)酵（濃醪），具有繁殖能力強(qiáng)，發(fā)酵速度快，耐受高乙醇 濃度等特點(diǎn)。用量按噸原料計(jì)： ‰ － ‰ 按噸乙醇計(jì) － ‰ 。 （ 4）抑菌靈：由于它對成品酒有污染，影響酒的口感，染菌時(shí)用。但主要是以控制醪液中的 pH值在 一 。 營養(yǎng)鹽加入量 100～ 200公斤 /24小時(shí)， 03 04 061 罐需加入。 3bar 蒸汽給營養(yǎng)鹽罐提高溫度冷水變熱水。 表 36 發(fā)酵成熟醪規(guī)格 項(xiàng)目 最佳值 項(xiàng)目 最佳值 錘度（ Bx） ～ 1 PH 值 ～ 酒分（ v%） 12～ 16 揮發(fā)酸（ %） ～ 還原糖（ %） ～ 殘總糖（ %） ～ 流程敘述 該工段由 8個(gè)罐組成，分別為： R033 R034 R036 R038 R038 R038 R038 R0311。同時(shí)，也可以提高后續(xù)工段 DDGS 中的含氮量。一般加入青霉素，或者是抑菌靈，為了避免雜菌產(chǎn)生抗藥性，可以交替使用，也可以結(jié)合使用，但混合使用效果比較好。 必須按期對罐中的酵母進(jìn)行鏡檢，避免染菌。在每次活化酵母前，應(yīng)對罐進(jìn)行清洗，先用熱水沖洗，再用低濃度 HCL 溶液沖洗，然后用低濃度 NaOH 溶液沖洗，最后用熱水沖洗 。 待達(dá)到一定的菌濃度時(shí)，酒母醪由泵（ P0331A， P0331B， P0341A， P0341B）一部分打入換熱器（ E0331， E0341）換熱，再罐頂回流，一部分打入預(yù)發(fā)酵罐 R0361，控制溫度 32℃ 。 R0331～ R0381四個(gè)罐都需要通入無菌空氣，其他罐不需要通入空氣。 由發(fā)酵罐頂部回收的 CO2需要進(jìn)入 CO2洗滌塔洗滌，因?yàn)槠渲泻幸欢康木凭羝?，洗滌能夠回收酒精蒸汽? 開車前準(zhǔn)備工作 （ 1）檢查蒸汽系統(tǒng)閥門的開啟狀況。 （ 5）按工藝要求檢查各電器、儀表、機(jī)械是否處于開機(jī)前的準(zhǔn)備狀況。緩緩向空氣過濾通入水蒸汽，活汽操作，不留死角，當(dāng)壓力逐步增加至 ～ MPa，溫度為 115～ 120 ℃ 時(shí)，保持 60 min。直到用玻 璃板測試過濾器排出的氣體中沒有水珠時(shí)，停止吹干。當(dāng) R0331復(fù)水活化同時(shí) R0341也在復(fù)水活化。 R0384罐的 PH 值控制在 。 CO2洗滌塔底出來的液體流經(jīng)泵取出淡酒進(jìn)入蒸餾工段的回收塔中。關(guān)閉 R0301A 罐頂糖化醪入口閥，將R0301A 罐底閥開到最大，泵保持轉(zhuǎn)動，以防固體物和酵母沉積。 （ 3） 61 罐染菌，種子罐直接向 81發(fā)酵罐進(jìn)料。 （ 5）發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生 泡沫較多。 （ 7）還原糖高，總糖低。 （ 8）還原糖低，總糖高。 106的滅菌靈 酵母死亡率高 酸度高；漏蒸汽使培養(yǎng)溫度過高；醪液中有毒物質(zhì)多 調(diào)整醪酸度；維修蒸汽管閥；補(bǔ)種并增加營養(yǎng) 耗糖率低 培養(yǎng)溫度過低；接種量少；時(shí)間過短 提高溫度；加大接種量；調(diào)整糖液濃度；延長培養(yǎng)時(shí)間 第 2 篇 設(shè)計(jì)計(jì)算書 第 1 章 發(fā)酵工段物料恒算 主要設(shè)計(jì)條件及工藝參數(shù) 1．生產(chǎn)規(guī)模： 萬噸 /年 食 用 酒精 ； 2．生產(chǎn)方法：玉米 生物 發(fā)酵 法； 3．生產(chǎn)天數(shù)： 330 天 /年； 4．產(chǎn)品質(zhì)量：國家 GB/ 酒精標(biāo)準(zhǔn)（乙醇含量 ≥ ％，體積分?jǐn)?shù)） ； 5．生產(chǎn)原料：吉林玉米，淀粉含量 63％，水份 14％～ 18％ ； ，糖化時(shí)間 30 分鐘，半糖化法，糖轉(zhuǎn)率為40%左右，還原糖濃度 %，錘度在 222