【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 吃應(yīng)有盡有；大型超市 5 所，各類商廈 4 所，綜合性商業(yè)街 2 條，大型購(gòu)物夜市 2 處。 醫(yī)療衛(wèi)生：市區(qū)擁有二等甲級(jí)醫(yī)院 1 所，二等乙級(jí)醫(yī)院 2 所，各類特色?？漆t(yī)院 6 所，衛(wèi)生科技人員 2351 人。 社會(huì)治安：民風(fēng)純樸，社會(huì)治安良好，被評(píng)為社會(huì)治安綜合治理先進(jìn)市。 旅游觀光：自然景觀有世界上最大的野生麋鹿保護(hù)區(qū)、全國(guó)少見的百萬(wàn)畝灘涂濕地、林場(chǎng)森林公園、星羅棋布的鹽湖、傳說(shuō)神奇的斗龍港、俯拾皆是海產(chǎn)品的東沙島、小海溫泉等；人文景觀有草堰的義 阡寺、北極殿，白駒的施耐庵紀(jì)念館、劉莊的凈士院、小海的鎮(zhèn)海寺、珍跡墨寶鄭板橋書畫等。 本設(shè)計(jì)的目的、意義及主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì) 的目的 是擬建一套 50000t/a 的 食用酒精的生產(chǎn)裝置 ， 此裝置 應(yīng)達(dá)到生產(chǎn) 優(yōu)質(zhì)酒精的 能力 。 通過(guò)此設(shè)計(jì)將大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)得以綜合運(yùn)用，掌握工廠初步設(shè)計(jì)的能 力 ，為今后從事此方面的工作打下一定的基礎(chǔ) 。 此設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)文件和設(shè)計(jì)圖紙。設(shè)計(jì)文件包括： 設(shè)計(jì)范圍。 、建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案。 較、選擇和闡述。 。 要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型。 廠及車間布置說(shuō)明。 。設(shè)計(jì)圖紙包括： 。 局圖。 。 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 2 全廠工藝流程及工藝論證 全廠工藝流程 菌 種斜面菌種三角瓶培養(yǎng)小酒母罐大酒母罐成熟酒母醪液體試管木 薯粉 碎蒸 煮糖 化發(fā) 酵蒸 餾調(diào) 漿 水糖化劑CO 2蒸汽成品酒精 雜醇油 醛酯餾分 酒糟蒸汽空氣系統(tǒng)無(wú)菌空氣 工藝論證 原料選擇 目前食用酒精生產(chǎn)原料有薯類、谷物類、糖蜜等，本設(shè)計(jì)才用木薯干作為原料。木薯 ( Crantz )屬大戟科 ( Euphorbiaceae )木薯屬 (Manihot Miller )植物 ， 起源于熱 帶美洲亞馬遜盆地南沿 ， 巴西與玻利維亞邊境干濕交替的河谷地帶 [9]。 從 2020 年以來(lái)，糧食原料大幅度漲價(jià)，尤其最近一年，全世界為保證糧食的供應(yīng)對(duì)以糧食為原料生產(chǎn)產(chǎn)品的企業(yè)做出了一定的限制。從經(jīng)濟(jì)的角度上考慮，糧食不太適合做酒精生產(chǎn)的原料。由于受廠址選擇的限制無(wú)糖蜜原料的來(lái)源，而且現(xiàn)今又很少有專業(yè)從事薯干原料生產(chǎn)的，因而木薯是現(xiàn)今生產(chǎn)酒精的一種很好的原料。 木薯相比其它原料有許多優(yōu)點(diǎn)： ① 木薯的淀粉含量高在 70%左右，與谷類作物的淀粉含量相差不大。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) ② 木薯含粘性物質(zhì)較少，醪液粘度小，可適合與濃醪發(fā)酵。 ③ 木薯畝產(chǎn)量較高，按淀粉產(chǎn)量計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于谷物類作物。 ④ 可以在土質(zhì)貧瘠的山坡地上種植，不與糧食爭(zhēng)地。 ⑤ 木薯在亞熱帶、熱帶地區(qū)四季均可種植，有利于全年供應(yīng)原料。 ⑥ 現(xiàn)階段相比其它原料，木薯的價(jià)格相對(duì)較便宜，用木薯生產(chǎn)酒精最具有經(jīng)濟(jì)性 [10]。 酒精酵母生產(chǎn)工藝 菌種 南陽(yáng)混合酵母（ 1308） [4]。 其特點(diǎn)為： ① 固體培養(yǎng)時(shí)，菌落白色，表面光滑，邊緣整齊，質(zhì)地濕潤(rùn)。 ② 細(xì)胞呈圓形，少數(shù)卵圓形。 ③ 發(fā)酵能力較強(qiáng)，能快速并完全地將糖分轉(zhuǎn)化成酒精。 ④ 繁殖速度快，具有較高的比生長(zhǎng)速度。 ⑤ 具有較高的耐酒精能力，且抵抗雜菌能力較強(qiáng)。 ⑥ 對(duì)培養(yǎng)基的適應(yīng)性強(qiáng)，耐溫、耐鹽和耐干物質(zhì)濃度的性能強(qiáng)。 培養(yǎng)條件 (1)溫度 酵母生存和繁殖的溫度范圍很寬，但是，其正常的生活和繁殖溫度是 29～300C。在很高或很低的溫度下，酵母的生命活動(dòng)消弱或停止。酵母發(fā)育的最高溫度是 380C，最低溫度為 50C。在本設(shè)計(jì)中，酵母的培養(yǎng)溫度取 300C。 (2)PH 值 培養(yǎng)基的活性酸度（即氫離子濃度）對(duì)酵母的生命活動(dòng)有很顯著的影響。氫離子濃度能細(xì)胞原生質(zhì)膜膠體的電荷，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的速度。同時(shí)對(duì)酶的活性和 維生素的形成液會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。 酵母在 pH2～ 8 范圍之間能保持其生命活動(dòng)，但酵母生長(zhǎng)的最適 pH 為 ～ 5。當(dāng) pH 降到 以下時(shí)，酵母仍能繼續(xù)繁殖，但此時(shí)，乳酸菌已停止生長(zhǎng)。生產(chǎn)中將培養(yǎng)料加硫酸調(diào)至 ～ 4，并保持一段時(shí)間，以達(dá)到消除細(xì)菌污染，在此期間酵母生長(zhǎng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 (3)溶氧控制 酒精發(fā)酵屬于厭氧發(fā)酵。但在酵母培養(yǎng)過(guò)程中，為使酵母能迅速繁殖需通入一定量的無(wú)菌空氣，以提高單位時(shí)間產(chǎn)生的能量，從而保證酵母迅速繁殖所需要的能量。但是，通風(fēng)培養(yǎng)得到的使呼吸型酵母，嫌氣培養(yǎng)得到的則是發(fā)酵型 酵母，后者的發(fā)酵能力要強(qiáng)于前者。生產(chǎn)中為保證其迅速繁殖，且得到發(fā)酵能力較強(qiáng)的酵母，一般采用不斷攪拌且定期少量通入空氣的方式。一般攪拌速度為 100r/min，通風(fēng)比為 2m3/(m3h)。 酵母擴(kuò)大培養(yǎng)工藝 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 本設(shè)計(jì)中酒母擴(kuò)大培養(yǎng)采用連續(xù)培養(yǎng)工藝，以配合連續(xù)發(fā)酵的進(jìn)行。糖化醪經(jīng)稀釋、消毒處理后加入首罐，同時(shí)加入酵母種液。酒母糖化醪沿酒母罐組流動(dòng)，酒母不斷增殖，當(dāng)醪液從酒母罐組最后一個(gè)灌流出時(shí)，即是成熟酒母醪（其指標(biāo)如下表 21），可送往連續(xù)發(fā)酵罐組進(jìn)行發(fā)酵。酒母接種量為 10%，總體培養(yǎng)時(shí)間為 12h。 表 21 成熟酒母的指標(biāo) 檢 查 項(xiàng) 目 小 酒 母 大 酒 母 酵母細(xì)胞數(shù)（億 /ml） 1 1 出芽率（ %） 20～ 25 15～ 20 死亡率（ %） 1 以下 1 以下 耗糖率（ %） 40～ 45 45～ 50 酸 度 不增加 不增加 原料預(yù)處理工藝 原料的預(yù)處理采用氣流輸送干式粉碎的工藝 ， 如圖 21。采用錘式粉碎機(jī)對(duì)原料進(jìn)行粉碎，最終達(dá)到原料顆粒 80%能通過(guò) 40 目的篩子。原料的輸送方式有機(jī)械輸送、氣流輸送和混合輸送，本設(shè)計(jì)選用氣流輸送，其優(yōu)點(diǎn)為： ① 輸料管和粉碎設(shè)備在密閉負(fù)壓的條 件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，可以減少原料的損失和改善勞動(dòng)環(huán)境。 ② 在一級(jí)升料管的接料器底部能將密度較大的鐵塊、石塊等雜物分離，從而保證篩子和設(shè)備較長(zhǎng) 時(shí)間的完好 使用 。 ③ 物料被氣流沖粉碎機(jī)中吸出，從而可提高錘式粉碎機(jī)能力的 50%左右。 ④ 粉碎效率高，單位原料預(yù)處理消耗的總功率較低。 蒸煮、糖化工藝 蒸煮工藝 原料蒸煮包含糊化和液化過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程最大的區(qū)別是醪液粘度的變化。隨溫度升高氫鍵減少，使淀粉顆粒中淀粉大分子之間的氫鍵消弱，造成淀粉顆粒的部分解體，形成網(wǎng)狀組織，粘度上升，發(fā)生糊化現(xiàn)象。當(dāng)溫度繼 續(xù)上升達(dá)到 1200C以上時(shí)，升溫所給與的能量開始破壞水分子和淀粉分子之間的氫鍵，醪液膠體狀態(tài)遭破壞，粘度下降，即發(fā)生液化現(xiàn)象。 本設(shè)計(jì)采用我國(guó)通用的塔式連續(xù)蒸煮工藝，一次加熱、連續(xù)蒸煮。目前各個(gè)進(jìn)料口錘式粉碎機(jī)料倉(cāng)旋風(fēng)分離器鼓風(fēng)機(jī)布袋過(guò)濾器圖21 氣流輸 送粉碎流程示意圖中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 酒精廠基本都使用連續(xù)蒸煮的方法，間歇蒸煮已基本不再采用。連續(xù)工藝有罐式連續(xù)蒸煮、管道式連續(xù)蒸煮和塔式連續(xù)蒸煮。而我國(guó)使用最廣泛是塔式連續(xù)蒸煮，此工藝具有廣范的適用性、良好的生產(chǎn)參數(shù)指標(biāo)和成熟的生產(chǎn)技術(shù)，且易于控制。由于是連續(xù)蒸煮，可以縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)能更好的配合連續(xù)糖化和連續(xù)發(fā)酵的進(jìn)行。 糖化工藝 (1)糖化劑的選擇 本設(shè)計(jì)中采用外購(gòu)糖化酶系，以提供生產(chǎn)所需的糖化劑。采用外購(gòu)糖化酶系有以下好處： ① 隨著酶制劑工業(yè)的發(fā)展，糖化酶生產(chǎn)已成為一個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)部門。在市場(chǎng)上，有廣泛的銷售，且價(jià)格較便宜。 ② 由專門廠家生產(chǎn)的糖化酶質(zhì)量較好且穩(wěn)定，發(fā)酵酶活大大高于液體曲。因而可以大大提高糖化率、生產(chǎn)效率和原料利用率。 ③ 由于采用外購(gòu)的方式，可以省去大量的液體曲生產(chǎn)設(shè)備。減少工廠的資金投入。 (2)糖化工藝選擇 目前連續(xù)糖化工藝采用較為廣泛，有混合冷卻連續(xù)糖化、真空冷卻連續(xù)工藝和二級(jí)真空冷卻連續(xù)糖化。本設(shè) 計(jì)中采用真空冷卻連續(xù)糖化工藝，此工藝自動(dòng)化程度高，糖化時(shí)間短，工藝成熟且設(shè)備簡(jiǎn)單。 蒸煮醪在進(jìn)入糖化鍋前，在真空蒸發(fā)器內(nèi)瞬時(shí)冷卻至 600C，產(chǎn)生大量二次蒸汽用于原料液的預(yù)熱處理。真空冷卻的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)淀粉糊化醪的質(zhì)量有益，因?yàn)樵谒矔r(shí)冷卻時(shí)，淀粉來(lái)不及重新形成晶體，仍然保持著流動(dòng)狀態(tài)，很容易接受淀粉酶的作用。此外，冷卻是在密閉的空間中進(jìn)行，空氣中雜菌的污染率降低。真空冷卻排除大量二次蒸汽，這對(duì)甲醇的排除有利。 連續(xù)糖化工藝的特點(diǎn)： ① 采用此工藝，糖化醪在糖化鍋內(nèi)停留時(shí)間只需 5～ 10min即可達(dá)到生產(chǎn)要求，因而連續(xù) 糖化 鍋 都較小。 ② 由于糖化鍋較小，因而無(wú)需安裝槳葉式攪拌器，只需在鍋底安裝一個(gè)螺旋槳式攪拌器即可。從而可以節(jié)省大量電能。 ③ 同時(shí)，由于停留時(shí)間短且醪液前冷卻不再糖化鍋中進(jìn)行，因而糖化鍋中無(wú)需安裝冷卻管。糖化液的冷卻采用集中的噴淋冷卻。從而可以簡(jiǎn)化糖化設(shè)備。 發(fā)酵工藝 目前酒精的發(fā)酵方式有間歇式發(fā)酵、半連續(xù)式發(fā)酵和連續(xù)式發(fā)酵。部分小型酒精廠仍采用間歇發(fā)酵，絕大部分大中型酒精廠均采用半連續(xù)或連續(xù)發(fā)酵。本設(shè)計(jì)采用順流式連續(xù)發(fā)酵工藝。 連續(xù)發(fā)酵相對(duì)于其他發(fā)酵方式有許多優(yōu)點(diǎn)： ① 設(shè)備利用率高，其填充系數(shù)一 般為 ～ 。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通常情況下的間歇中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 發(fā)酵。 ② 連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中，酵母細(xì)胞的繁殖能力較強(qiáng)。間歇發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵醪中的酒精度達(dá)到 4%以上酵母基本就停止了繁殖。而連續(xù)發(fā)酵式，當(dāng)酒精濃度達(dá)到 7%時(shí)，酵母仍能出芽繁殖。 ③ 發(fā)酵周期短（約 50h），發(fā)酵時(shí)間比間歇發(fā)酵縮短了近 20%。從而大大提高了生產(chǎn)效率。 ④ 無(wú)需經(jīng)常對(duì)設(shè)備滅菌，目前連續(xù)發(fā)酵周期已超過(guò) 200 天，從而大量節(jié)省了蒸汽的消耗量。而間歇發(fā)酵每次進(jìn)料都需滅菌。 ⑤ 連續(xù)發(fā)酵對(duì)可發(fā)酵糖的利用率較高；發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)，成熟發(fā)酵醪（表 22）中酒精度較高普遍能達(dá)到 11%左 右。 但是，連續(xù)發(fā)酵也存在一些弊端。如容易發(fā)生滑流和滯留想象，所以為保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，連續(xù)發(fā)酵罐組一般取 8～ 10 只；易于染菌，一旦染菌會(huì)影響整個(gè)發(fā)酵罐組，且不易處理，一般采用加酸酸化或加抗生素或防腐劑的方法來(lái)預(yù)防雜菌污染。 表 22 成熟發(fā)酵醪的指標(biāo) 項(xiàng)目 鏡檢 外觀糖 Bx 還原糖 % 殘總糖 % 含酒精量 %(V) 總酸度 揮發(fā) 酸度 連續(xù) 發(fā)酵 形態(tài)正常 無(wú)雜菌 以下 以下 ～ 9～ 11 以下 蒸餾工藝 目前通用的蒸餾工藝較多，有兩塔 蒸餾（氣相進(jìn)料和液相進(jìn)料）、三塔蒸餾（直接式、半直接式、間接式）、四塔蒸餾、五塔蒸餾等。本設(shè)計(jì)中選用四塔蒸餾，其包括醪塔、排醛塔、精餾塔、甲醇塔。 兩塔蒸餾得到的酒精雖能達(dá)到食用酒精的酒精度標(biāo)準(zhǔn)，但酒精中雜質(zhì)太多并不能滿足食用酒精的標(biāo)準(zhǔn)；三塔蒸餾雖然能基本達(dá)到食用酒精的標(biāo)準(zhǔn)，但質(zhì)量不是太高且其中的甲醇極易超標(biāo)。而四塔蒸餾，不僅能得到符合標(biāo)準(zhǔn)的食用酒精，而且得到的酒精質(zhì)量較高。能安全地作為食品加工的中間原料，也可作為勾兌酒的基酒，能符合工廠產(chǎn)品銷售范圍的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 相對(duì)于兩塔蒸餾，四塔蒸餾多了排醛塔和甲醇塔。 排醛塔介于醪塔和精餾塔之間，其作用是排除醛酯類頭級(jí)雜質(zhì)，由于排醛塔的排除頭級(jí)雜質(zhì)是在酒精濃度較低的時(shí)候進(jìn)行的，醛酯類頭級(jí)雜質(zhì)的精餾系數(shù)較大，比精餾塔頂部分離頭級(jí)雜質(zhì)的效果好，另外由于進(jìn)入精餾塔的脫醛酒已經(jīng)含有很少頭級(jí)雜質(zhì)，所以成品酒精液層的酒精水蒸汽中頭級(jí)雜質(zhì)已經(jīng)相應(yīng)降低。甲醇塔又叫后餾塔，其目的是進(jìn)一步精餾酒精。甲醇的精餾系數(shù)隨酒精濃度的增加而變大，所以甲醇分離應(yīng)在高酒精濃度是進(jìn)行，因而甲醇塔應(yīng)安裝在精餾塔之后。甲醇塔能將精餾酒中的甲醇中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 進(jìn)一步分離，同時(shí)除去一部分其他頭級(jí)雜質(zhì)。 3 全廠工藝計(jì)算 物料 衡算 生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 生產(chǎn)規(guī)模 50000t/a 食用酒精 生產(chǎn)方法 塔式連續(xù)蒸煮、連續(xù)糖化、連續(xù)酒母培養(yǎng)、連續(xù)發(fā)酵及 四塔蒸餾 生產(chǎn)天數(shù) 每年 320 天 副產(chǎn)品年產(chǎn)量 次級(jí) 酒精 占酒精總量的 2% 雜醇油量 為成品酒精的 % 產(chǎn)品質(zhì)量 符合國(guó)家食用酒精標(biāo)準(zhǔn)，乙醇含量 95%以上（體積分?jǐn)?shù)） 生產(chǎn)原料 木薯，淀粉含量 70%、水分 13% 總物料衡算 年產(chǎn) 50000t 食用酒精（乙醇含量為 95%），折算成 100%就酒精為年產(chǎn) 47500t。按 一 年生產(chǎn) 320 天計(jì)算， 日產(chǎn) 95%食用酒精為 ，折算成 100%的酒精為。 以淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)方程式為： 糖化 612625106 )( OHnCOnHOHC n ?? 162 18 180 發(fā)酵 2526126 22 COOHHCOHC ?? 180 246 2