【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計(jì) 3 2 設(shè)計(jì)說明 工藝指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù) (1) 生產(chǎn)規(guī)模 :60000 t/a； (2) 生產(chǎn)方法 :單濃度連續(xù)發(fā)酵、差壓式二塔蒸餾機(jī)組、生石灰吸水法； (3) 生產(chǎn)天數(shù) :每年 250天； (4) 酒精日產(chǎn)量 :240 t； (5) 酒精年產(chǎn)量 : 60000 t【 4】 ； (6) 副產(chǎn)品年產(chǎn)量 :次級酒精占酒精總量的 2%（一般占成品酒的 %— 3%，這里取 2%） 【 4】 ； (7) 雜醇油量 :為成品酒精量的 %（一般占成品酒精多 ～ ﹪） 【 5】 ； (8) 產(chǎn)品質(zhì)量：燃料酒精 [乙醇含量為 %(v/v)] (9) 糖蜜原料：含可發(fā)酵性糖 50﹪ (10) 發(fā)酵率： 90﹪ (11) 蒸餾率： 98﹪ (12) 發(fā)酵周期： 48 小時(shí) (13) 發(fā)酵溫度： 28～ 34℃ (14) 硫酸銨用量： 1kg/t 糖蜜 (15) 硫酸用量： 5kg/t糖蜜 (16) 酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù) GB678— 2020 工藝流程概述 (1) 原材料（糖蜜）的預(yù)處理包括有加酸法，加熱加酸法，添加絮凝劑澄清處理法 【 6】 ； (2) 連續(xù)稀釋法稀釋糖蜜 (3) 制酵母 (4) 酵母菌發(fā)酵、提純 (5) 發(fā)酵流程：糖蜜→發(fā)酵用糖液→發(fā)酵→蒸餾→成品酒精 (6) 具體生產(chǎn)工藝流程 【 7】 見圖 12 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 4 圖 12 生產(chǎn)工藝流程圖 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 5 3 原料的處理 原料及其來源 糖蜜，是一種粘稠、黑褐色、呈半流動(dòng)的物體，主要含有 蔗糖 ，蔗糖蜜中泛酸含量較高，達(dá) 37mg/kg，此外生物素含量也很可觀，容易摻入大豆糖蜜和糖蜜發(fā)酵液。 糖蜜 是 制糖工業(yè) 的副產(chǎn)品，組成因 制糖 原料、加工條件的不同而有差異，其中主要含有大量可發(fā)酵糖（主要是 蔗糖 ），因而是很好的發(fā)酵原料，可用作 酵母 、味精 、 有機(jī)酸 等 發(fā)酵制品 的 底物 或 基料 ，可用作某些 食品 的原料和 動(dòng)物飼料 。 制糖業(yè)的副產(chǎn)品之一。制糖過程中 ,糖液經(jīng)濃縮析出結(jié)晶糖后 ,殘留的棕褐色黏稠液體。屬能量飼料 ,因味甜 ,多用作調(diào)味料。按制糖原料不同可分為甘蔗糖蜜、甜菜糖 蜜和淀粉糖蜜等。各種糖蜜的營養(yǎng)成分有差異。一般甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜以轉(zhuǎn)換糖量表示 ,其總糖量分別為 %、 %。水分 %、 %。粗蛋白質(zhì) %和%。淀粉糖蜜是以谷物淀粉經(jīng)酶水解后制造葡萄糖的副產(chǎn)品 ,以葡萄糖量表示 ,其總糖量 %以上 ,水分 %,粗蛋白量甚微。 糖蜜的貯存 為了確保酒精生產(chǎn)線連續(xù)正常地進(jìn)行，酒精工廠的倉庫必需備有一定量的糖蜜，常備有供一個(gè)月左右生產(chǎn)酒精用糖蜜量；保持糖蜜的純凈，要求采用密閉容器保存糖蜜；糖蜜貯存罐的位置應(yīng)處于方便運(yùn)輸和生產(chǎn)的地點(diǎn)；受到 污染的糖蜜不宜過久貯存。 考慮到糖蜜中的灰分、膠體物質(zhì)等雜質(zhì)多，有害微生物的污染，營養(yǎng)鹽的缺乏以及適宜酸度的調(diào)整。因此，在糖蜜稀釋的同時(shí)，必須進(jìn)行酸化、滅菌、澄清和添加營養(yǎng)鹽。間歇稀釋操作法則是逐項(xiàng)進(jìn)行。目前中國糖蜜酒精工廠多采用連續(xù)稀釋熱酸法澄清處理糖蜜，把酸化、滅菌、添加營養(yǎng)鹽和澄清同時(shí)一道進(jìn)行。 糖蜜原料制作稀糖液及處理的流程為：糖蜜→稀釋→酸化→添加營養(yǎng)鹽→滅菌→澄清稀糖液 添加營養(yǎng)鹽 為了保證酵母的正常生長繁殖和發(fā)酵，根據(jù)糖蜜原料的化學(xué)組分，必須在糖液中添加酵母 所必需的營養(yǎng)。工廠實(shí)踐和甘蔗糖蜜的組分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要營養(yǎng)成分是氮素。補(bǔ)充氮通常是以硫酸銨作氮源，用量為每噸糖蜜使用 21%的硫酸銨 ，即糖蜜用量的 %%。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 6 糖液的滅菌 糖蜜中常污染有大量雜菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸菌等產(chǎn)酸菌，為保證稀糖液的正常發(fā)酵，除加酸提高糖液酸度抑制雜菌生長繁殖外，還必須對糖蜜進(jìn)行滅菌。糖蜜常用的滅菌方法有：化學(xué)滅菌法和物理滅菌法。 本實(shí)驗(yàn)采用物理滅菌法：物理滅菌法具體操作是將糖液加熱至 80－ 90℃，并保持 40min。該方法 除了滅菌外，還可使糖蜜中的膠體絮凝，使糖液澄清。該方法要消耗大量的蒸汽，工廠一般不采用，只有糖蜜被嚴(yán)重污染時(shí)才采用此法予以滅菌。 稀糖液的澄清 稀蔗糖溶液中的特定膠體物質(zhì)，顏料，灰分和其它懸浮物，它們的存在對正常的酵母的生長，繁殖和發(fā)酵有害，應(yīng)盡可能地除去。其解決辦法就是稀糖液的澄清。 糖蜜的澄清方法分為機(jī)械澄清法和加酸澄清法。機(jī)械澄清法即壓濾法和離心法，調(diào)節(jié)至 pH 值為 的酸化 12 小時(shí)，分離沉淀物，用離心機(jī)或壓濾機(jī)，國內(nèi)多數(shù)澄清是應(yīng)用此方法。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 7 4 工藝流程 1 糖蜜 預(yù)處理有加酸法，加熱加酸法，添加絮凝劑澄清處理法。 2 糖蜜稀釋采用連續(xù)稀釋法。 3 主要蒸餾工段采用差壓式二塔蒸餾機(jī)組，能有效利用熱能。 4 本設(shè)計(jì)采用浮閥塔。 5 脫水干燥技術(shù)：生石灰吸水法。 6 發(fā)酵法采用連續(xù)發(fā)酵方式。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 8 5 生產(chǎn)設(shè)備 設(shè)備選型 1 發(fā)酵罐采用 200m3 2 種子罐采用 50m3 3 稀釋采用連續(xù)稀釋器 4 發(fā)酵采用連續(xù)發(fā)酵罐組 5 蒸餾設(shè)備采用差壓式二塔蒸餾機(jī)組 6 干燥設(shè)備采用臥式網(wǎng)層生石灰干燥器 采用連續(xù)發(fā)酵 方式，根據(jù)物料衡算結(jié)果可知，每小時(shí)進(jìn)入發(fā)酵罐的醪液體積流量為： 118433kg/h，密度為 1200 kg/m3【 10】 。 進(jìn)入種子罐和 1號發(fā)酵罐的醪液體積流量為： W=118433/1200=99m3/h 發(fā)酵罐容積和個(gè)數(shù)的確定 （ 1） 種子罐個(gè)數(shù)的確定： 為保證種子罐有足夠種子，種子罐內(nèi)醪液停留時(shí)間應(yīng)在 12h 左右，則種子罐有效容積為： V=99 12=1188（ m3） 取種子罐裝料經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為 80﹪，則種子罐全容積為： V全 =V/u=1188/80%=1485m3 ,取 1500m3 每個(gè)罐的容積為 500m3，則種子罐個(gè)數(shù)為： 1500/500*2=6（個(gè)） （ 2） 發(fā)酵罐體積 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 9 根據(jù)發(fā)酵罐現(xiàn)在的設(shè)備情況，從 100 m3 到 700 m3，現(xiàn)在酒精廠一般采用 300 m3，按照有關(guān)情況和指導(dǎo)老師建議，我采用 300 m3，取 H=2D， h1=h2= D— 為發(fā)酵罐內(nèi)徑，（ m） H— 為發(fā)酵罐高，（ m） h h2— 分別為發(fā)酵罐底封頭高和上封頭高，（ m） 發(fā)酵罐上均為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，下部為錐形封頭，為了計(jì)算簡便，假設(shè)其上下封頭近似相同，則 )m()D 3122 3 0 061(hD42HD4V ???????全 D=， H=， h1=h2= （ 3） 發(fā)酵罐的表面積 圓柱形部分面積： F1=π DH= =178m2 由 于橢圓形封頭表面積沒有精確的公式，所以可取近似等于錐形封頭的表面積： F2=F3= )(.).(.)( 222222 m23533023353352h2DD2 ???????? 發(fā)酵罐的總表面積： F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2 （ 4） 計(jì)算發(fā)酵罐數(shù)量： 上面已經(jīng)寫到，我設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐規(guī)格為 300 m3 的規(guī)格，設(shè)總發(fā)酵時(shí)間為 48小時(shí) ,設(shè)發(fā) 酵罐數(shù)為 N 個(gè)，則發(fā)酵罐的有效容積 V 有效 =WT/N公式 (1) V 全容積Ψ =V有效 公式（ 2） 式中 W— 每小時(shí)進(jìn)料量； T— 發(fā)酵時(shí)間； N— 發(fā)酵罐數(shù) 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 10 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一樣取發(fā)酵罐填充系數(shù)為Ψ =80%，則可以得到： 300 80%=99 (4812)/N 計(jì)算得到： N=（個(gè) )，則我們需要發(fā)酵罐 N=15*2=30 個(gè) 糖蜜儲(chǔ)罐個(gè)數(shù)的計(jì)算 糖蜜儲(chǔ)罐采用 1000m3 規(guī)格： 15 天的糖蜜量為： V=836 15=12540 (t) 查得 85Bx 的糖蜜密度為 1450 kg/ m3，則： V＝ 12540 1000/1450＝ 8648（ m3） 設(shè)其裝料系數(shù)為 80﹪，則貯罐的全容積為： V糖蜜＝ 8648/＝ 10810（ m3） 10810/1000=（個(gè)），取 11*2=22 個(gè) 冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸 （ 1）總的發(fā)酵熱： Q=Q1(Q2+Q3) Q1=msq )ttFQ Bw ??? （ c3 式中 m— 每罐發(fā)酵醪量（ kg） s— 糖度降低百分值（ %） q— 每公斤糖發(fā)酵放熱（ J），查得 Q1— 主發(fā)酵期每小時(shí)糖度降低 1 度所放出的熱量 Q2—— 代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量，一般在 5%— 6%之間，我們估算 時(shí)采用 5% Q3—— 不論發(fā)酵罐處于室內(nèi)還是室外，均要向周圍空間散發(fā)熱量 Q3。 Q1=（ 116991/15） 12 1%= 104（ kJ/h） Q2=5%Q1=5% 105= 103（ kJ/h） 發(fā)酵罐表面積的熱散失計(jì)算：先求輻射對流聯(lián)合給熱系數(shù)，假定發(fā)酵罐外壁不包扎保溫層，壁溫最高可達(dá) 35℃，生產(chǎn)廠所在地區(qū)夏季平均溫度為 27℃ ,則： BW4B4W4BWc tt 100T100TCtt1. 7 ?????????? ])/()/[(輻對 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 11 ]Chmk J /[35]Chmk c a l /[2735]100/)27732100/)35732[4 . 8 22444）（）（（（????????????????? 可得： )/()( hkJ6 2 7 2 0273535224Q 3 ????? = 103（ kJ/h） 需冷卻管帶走的單個(gè)發(fā)酵罐冷卻熱負(fù)荷為： Q=Q1Q2Q3= 103= 104(kJ/h) 總發(fā)酵熱為： Q 發(fā)酵 = 104 15= 105(kJ/h) （ 2） 冷卻水耗量的計(jì)算 )h/kg(.)(..)tt(CWP5612 105912027186410654Q ???? ????冷卻 對數(shù)平均溫度差的計(jì)算 2121lo )()(tttttttttFFFFm??????? 主發(fā)酵控制發(fā)酵溫度 tF為 30℃，按題意冷卻水進(jìn)出口溫度分別為： t1=20℃ , t2=27℃ 2730 2030lo )2730()2030( ????????mt （ 3）傳熱總系數(shù) K值的確定 選取蛇管為水煤氣輸送鋼管，其規(guī)格為 53/60mm，則管的橫截面積為： =（ m2） 設(shè)罐內(nèi)同心裝蛇管，并同時(shí)進(jìn)入冷卻水，則水在管內(nèi)流速為： )/( 0 0 00 0 2 6 0 0 1 5 9 0 0 0 sm????? 設(shè)蛇管圈的直徑為 3m，水溫 20℃時(shí)常數(shù) A= 則蛇管的傳熱分系數(shù)為： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020 級工廠概念課程設(shè)計(jì) 12 )]