【文章內(nèi)容簡介】 原料的除雜 薯類淀粉質(zhì)原料中常含有砂石、泥土、塵埃、金屬片等雜質(zhì)，摻雜在生產(chǎn)過程中很可能造成泵、閥門、管道等設(shè)備的堵塞，石塊、金屬片還特別容易使粉碎機的篩板磨損，使機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)部件遭到損壞。此外，雜質(zhì)的存在也會對生產(chǎn)中的反應(yīng)過程產(chǎn)生不良影響。因此，原料在進入生產(chǎn)工藝過程之前必須進行清理，將雜質(zhì)預(yù)先除去，確保安全正常生產(chǎn)。 最常用的的除雜方法有篩選，風選和磁力除鐵。用磁力分離器除去薯干中的金屬，對于其它雜質(zhì)選擇采用氣流輸送原料的方法而同時達到風選的目的。 原料的粉碎 原料的粉碎方法分為干法粉碎和濕法粉碎，一般來說，濕式粉碎不夠經(jīng)濟，干式粉碎應(yīng)用得更為廣泛。所以國內(nèi)的大多酒精工廠包括本次課程設(shè)計是采用干式粉碎方法。干式粉碎采用粗碎和細碎兩級粉碎工藝，因為這種粉碎組合的動力消耗較低。首先，原料過磅稱重后，進入輸送帶，電磁除鐵后進行粗碎。粗碎后的物料以應(yīng)能通過一定尺寸的篩孔，然后再進行細粉碎。粗碎采用的設(shè)備為軸向滾筒式粗碎機。經(jīng)過粗碎的原料進入細碎機。細碎采用的設(shè)備為錘式粉碎機。 原料的輸送 因為原料為甘薯干粉，所以輸送方式采用氣流輸送（也稱風送），采用這種輸送方式具有以下特點：（1）設(shè)備簡單，技術(shù)成熟；（2）在負壓作用下，物料很容易被吸入，同時原料中的石塊等雜質(zhì)能夠在接料器底部被自動風選出來，從而保證了設(shè)備的完好使用，延長使用壽命；（3）采用氣流輸送，粉碎程度較好的物料被氣流從粉碎機中吸出，從而提高錘碎機的能力；（4）機械輸送動力消耗低； 原料的蒸煮工藝 薯干原料中所含的淀粉存在于原料的細胞之中，受到細胞壁的保護，不呈溶解狀態(tài)，蒸煮可使植物組織和細胞徹底破裂，淀粉呈溶解狀態(tài)進行液化，支鏈淀粉幾乎全部溶解，網(wǎng)狀組織被徹底破壞，粘稠膠體的淀粉淀粉溶液粘度迅速下降，同時對物料進行滅菌，原料通過蒸煮以后，顆粒狀態(tài)的淀粉變成了溶解狀態(tài)的糊精 蒸煮工藝分為間歇蒸煮和連續(xù)蒸煮，間歇蒸煮所需設(shè)備簡單、操作方便、投資少，適用于小規(guī)模工廠生產(chǎn)，但是在以下方面存在局限性：（1）蒸汽消耗量大且不均勻，造成鍋爐操作困難和煤耗的增加；（2）輔助操作時間長，設(shè)備利用率低；（3）難以實現(xiàn)操作過程的自動化；（4）蒸煮質(zhì)量較差，出酒率低。 所以比較兩種生產(chǎn)工藝，決定采用連續(xù)蒸煮工藝，具有淀粉利用率高、熱能利用率高、設(shè)備利用率高、勞動生產(chǎn)率高和蒸煮質(zhì)量好的優(yōu)點，且能夠?qū)崿F(xiàn)自動化操作。 各種連續(xù)蒸煮方法的比較 連續(xù)蒸煮工藝有罐式（鍋式）連續(xù)蒸煮、柱式連續(xù)蒸煮和管式連續(xù)蒸煮。 （1）罐式（鍋式）連續(xù)蒸煮 優(yōu)點是可以利用原有設(shè)備，不需要很高壓力的蒸汽，且操作簡單，整個生產(chǎn)過程幾乎不會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，淀粉利用率比間歇蒸煮可提高1%2%；同時也具有以下缺點：設(shè)備占地面積大，蒸煮時間較長。蒸煮時醪液不能保證順序流動，滯留或滑漏現(xiàn)象嚴重，因而蒸煮醪液質(zhì)量不夠均勻。 （2）柱式連續(xù)蒸煮法優(yōu)點是：采用中等溫度進行蒸煮，與罐式連續(xù)蒸煮相比較，蒸煮時間可以縮短；因蒸煮柱直徑較蒸煮罐更小，能保證醪液先進先出，避免了滯留和滑漏現(xiàn)象，避免過熱或蒸煮不透，減少糖分損失，淀粉利用率較高。它的缺點是：操作技術(shù)要求較高，否則容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。 （3）管式連續(xù)蒸煮法 主要優(yōu)點是：高溫快速，糊化均勻，糖分損失少，設(shè)備緊湊，易于實現(xiàn)機械化和自動化操作。但有一定的局限性，由于蒸煮溫度高，加熱蒸汽消耗量大，并形成較大數(shù)量的二次蒸汽，因而只有在充分利用二次蒸汽的條件下，才能提高其經(jīng)濟效益。又由于蒸煮時間短，蒸煮質(zhì)量不夠穩(wěn)定，生產(chǎn)操作難度大，不易控制，有時還會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。 三種方法比較看來，柱式連續(xù)蒸煮法具有廣泛的適應(yīng)性和良好的生產(chǎn)參數(shù)指標，因此此次設(shè)計采用柱式連續(xù)蒸煮法。 低溫蒸煮與高溫蒸煮比較選擇 隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)廠家意識到節(jié)能的重要性，酒精生產(chǎn)工業(yè)中原料的蒸煮處理過程也由高溫高壓向低溫低壓直到無蒸煮工藝轉(zhuǎn)變。然而由于無蒸煮工藝對酶制劑的要求很高，也會帶來其他方面的經(jīng)濟投入，所以如今很多酒精生產(chǎn)廠家仍然應(yīng)用高溫高壓蒸煮工藝。本次設(shè)計也采用高溫高壓蒸煮工藝。 雙酶法糖化工藝 目前，為簡化生產(chǎn)工藝，便于工業(yè)化生產(chǎn)，世界范圍內(nèi)普遍采用添加液化酶和糖化酶即所謂雙酶法的生產(chǎn)工藝。%，大幅度節(jié)約糧食，提高淀粉出酒率，與傳統(tǒng)工藝相比，淀粉轉(zhuǎn)化率可提高8%10%，對穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提高淀粉出酒率都是十分有利的。同時，它使設(shè)備所承受的壓力降低，延長使用壽命，減少廢水排放，凈化環(huán)境，取得良好的效益。 酒精發(fā)酵工藝 根據(jù)發(fā)家醪注入發(fā)酵罐的方式不同，可以將酒精發(fā)酵的方式分為間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。本次課程設(shè)計采用間歇發(fā)酵，它是發(fā)酵工業(yè)中廣泛采用的方法之一，與連續(xù)操作相比，間歇操作具有以下優(yōu)點：設(shè)備費用低，微生物所處的環(huán)境是不斷變化的；可進行少量多品種的發(fā)酵生產(chǎn)；發(fā)生雜菌污染能夠很容易中止操作；當運轉(zhuǎn)條件變化或轉(zhuǎn)產(chǎn)新產(chǎn)品時，易改變處理對策；對原料組成要求較粗放等。 發(fā)酵罐間的連接 發(fā)酵罐間的連接方式主要有水平連接和勢能梯度連接兩種。水平連接也是一種傳統(tǒng)連接，這種順序連接發(fā)酵罐方式在實際運行中發(fā)酵效果良好 酒精精餾工藝流程——三塔蒸餾 常用的蒸餾工藝流程有單塔流程、雙塔流程、三塔流程及多塔流程。三塔流程解決了雙塔流程成品酒精的質(zhì)量不夠高，無法生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的高純度精餾酒精或食用級酒精的缺點。因此，此次工廠設(shè)計采用三塔蒸餾的工藝流程。常規(guī)的三塔流程包括粗鎦塔、排醛塔和精餾塔三個塔。排醛塔的作用是排出醛酯類等中級和頭級雜質(zhì)由于排醛塔排除頭級雜質(zhì)需要在酒精濃度較低的時候進行，醛酯類頭級雜質(zhì)的精餾系數(shù)較大，比精餾塔頂部分離頭級雜質(zhì)的效果要好，另外，由于進入精餾塔的脫醛酒已經(jīng)含有很少的頭級雜質(zhì)，所以成品酒精液層的酒精蒸氣中頭級雜質(zhì)已經(jīng)相應(yīng)降低，成品酒精的質(zhì)量也就得到了相應(yīng)的提高。 副產(chǎn)品處理及綜合利用——雜醇油的回收 雜醇油是以淀粉為原料生產(chǎn)酒精的副產(chǎn)物之一，是發(fā)酵原料中蛋白質(zhì)分解及菌體蛋白二次水解的產(chǎn)物，是含有多種醇類混合液的統(tǒng)稱。雜醇油的生成量與發(fā)酵原料和工藝相關(guān)，%。 用雜醇油為原料可以深加工開發(fā)出數(shù)十種附加值高的精細化工產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在塑料、涂料、飼料、化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用和良好的發(fā)展前景。對雜醇油的綜合利用涉及到的處理工藝有：雜醇油的脫水及除雜精制、異戊醇的提取及深加工和低碳醇類的提取及深加工。 酒精工廠的污水處理 酒精工廠不可避免的有很多來源的污水，如熱交換器排出的廢水、工藝設(shè)備洗滌污水、精餾廢水和酒糟蒸發(fā)冷凝水以及生活污水，這些污水一般超過環(huán)保排放指標，需要進行處理。目前采用的污水凈化措施有機械法、化學法、物理化學法和生物法等幾類。本次課程設(shè)計預(yù)采用機械法和生物處理法來進行凈化。第3章 工藝計算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模：40000t/a產(chǎn)品規(guī)格：國標食用酒精生產(chǎn)方法：以薯干為原料，雙酶糖化，連續(xù)蒸煮，間歇發(fā)酵，三塔蒸餾副產(chǎn)品：次級酒精(成品酒精的3％)，雜醇油(％)原料：薯干(含淀粉68％，水分12％)酶用量：高溫α淀粉酶(20000U／mL)：10 U／g原料糖化酶(100000U／mL)：150 U／g原料(糖化醪)；300 U／g原料(酒母醪)硫酸銨用量：7kg／t酒精硫酸用量：5kg／t酒精蒸煮醪粉料加水比：1：發(fā)酵成熟醪酒精含量：11％(V)酒母醪接種量：糖化醪的10％(V)酒母醪的組成：65％為液化蒸煮醪，35％為糖化劑與水發(fā)酵罐酒精捕集器用水：發(fā)酵成熟醪的5％發(fā)酵罐洗罐用水：發(fā)酵成熟醪的2％生產(chǎn)過程淀粉總損失率：9％蒸餾效率：98％全年生產(chǎn)天數(shù)：320d 全廠物料衡算 原料消耗計算 薯干原料消耗量以生產(chǎn)96%（V）成品酒精1000kg為計算基準.淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的化學反應(yīng)式如下：(C6H10O5)n＋nH2O 糖化 nC6H12O6淀粉162 水18 葡萄糖180C6H12O6 發(fā)酵 2C2H5OH＋2CO2 葡萄糖180 酒精246 二氧化碳244因此生產(chǎn)1000kg無水酒精淀粉消耗量: 1000247。162247。（246）= 96%(V)%(wt)，因此生產(chǎn)1000kg 96% 成品酒精理論淀粉消耗量：% = 生產(chǎn)過程中淀粉利用率為91%，因此實際淀粉消耗量：247。91% = 薯干淀粉含量為68%，因此薯干消耗量：247。68% = kg α淀粉酶消耗量使用酶活力為20000U/mL的高溫α淀粉酶使淀粉液化，促進糊化，按10U/g原料計算.酶用量：10310247。20000= 糖化酶消耗量使用酶活力為100000U/mL的糖化酶，按150U/g原料計算.糖化醪糖化酶用量：103150247。100000=此外，酒母醪糖化酶用量按300U/g計，且酒母用量為糖化醪的10%.酒母醪糖化酶用量：10310%65%300247。100000=式中65%為酒母的糖化液占65%，其余為糖化劑與水.兩項合計，. 硫酸銨消耗量每噸酒精耗用7kg硫酸銨，生產(chǎn)1000kg酒精的硫酸銨消耗量：17=7kg 硫酸消耗量每噸酒精耗用5kg硫酸，生產(chǎn)1000kg酒精的硫酸消耗量：15=5kg 蒸煮醪量計算根據(jù)生產(chǎn)實踐，淀粉質(zhì)原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為1:.故粉漿量為：（1＋）= 干物質(zhì)含量w0=88%的薯干比熱容為：c0=（1－）=[kJ/(kgK)]粉漿干物質(zhì)含量：w1=88%247。（1+）=%蒸煮醪比熱容：c1=w1c0＋()cw=%＋（－%）= [kJ/ (kgK)]式中cw為水的比熱容.假定蒸煮醪的比熱容在整個蒸煮過程維持不變.混合后粉漿溫度為65℃，焓為2767kJ/kg，蒸煮溫度為145℃.蒸煮過程中蒸煮醪量：+（145－65）247。（2767－145）= kg，℃， kJ/kg.經(jīng)第一后熟器蒸煮醪量：－（145－）247。=，℃， kJ/kg.經(jīng)第二后熟器蒸煮醪量：－（－）247。=，℃，經(jīng)氣液分離器蒸煮醪量：－（－）247。=，冷卻至65℃， kJ/kg.經(jīng)真空蒸發(fā)器蒸煮醪量：－（－65）247。= 糖化醪量計算發(fā)酵結(jié)束醪內(nèi)酒精含量為11%（體積分數(shù)），%（質(zhì)量分數(shù)），蒸餾效率為98%，且發(fā)酵罐酒精捕集器用水和發(fā)酵罐洗罐用水分別為成熟醪量的5%和2%，則每生產(chǎn)1000kg酒精（體積分數(shù)為96%，%）的待蒸餾發(fā)酵醪為：1000%247。（98%%）（100﹢5﹢2）%=蒸餾發(fā)酵醪酒精濃度：1000%247。（98%）=%（質(zhì)量分數(shù)）酒母培養(yǎng)和發(fā)酵過程放出的二氧化碳量：1000%247。98%44247。46=其中發(fā)酵過程放出的占95%.發(fā)酵成熟醪不計酒精捕集器回收和洗罐水量為：247。=按接種量10%計算需要酒母量：（﹢）247。10%=1069 kg酒母醪是65%糖化醪、35%糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為：（﹢）247。﹢106965%= 成品和廢醪量計算次級酒精量：10003%=30kg實際合格成品酒精產(chǎn)量：100030=970kg雜醇油產(chǎn)量：1000%=6kg廢醪應(yīng)為成熟發(fā)酵醪中除去部分水和酒精及其他揮發(fā)組分后的殘留液，由于是直接蒸汽加熱，=7℃，塔底排醪溫度為t4=105℃，成熟醪內(nèi)含固量為B1=%，塔頂上升蒸汽濃度取為50%（體積分數(shù)）%（質(zhì)量分數(shù)）.醪塔上升蒸汽量為：mv=%247。%=殘留液量為：mx==成熟醪比熱容：c1=()=（%）=[kJ/(kgK)]成熟醪帶入塔的熱量為：Q1=F1c1t1=70=106kJ蒸餾殘留液固形物含量為：B2=F1B1/mx=%247。=%蒸餾殘留液的比熱容為：c2=()=（1 %）=[kJ/(kgK)]塔底殘留液帶出熱量為：Q4=mxc2t4=105=106kJ50%(V)酒精蒸汽的焓可在手冊中查得：H=1965kJ/kg則上升蒸汽帶走的熱量為：Q3=mvH=1965=106kJ，相應(yīng)的焓為：I=蒸餾過程熱損失Qn為加熱蒸汽供熱量的1%，根據(jù)熱量衡算，可得加熱蒸汽量為：mD=(Q3＋Q4＋Qn－Q1)/(Icwt4)=( 106＋106－106)247。(105)247。(11%)=采用直接蒸汽加熱時塔底排出的廢醪量為：mx＋mD=＋= 40000t/a酒精廠總物料衡算成品酒精日產(chǎn)量：40000247。320=125t成品酒精每小時產(chǎn)量：125247。24=全廠總物料衡算結(jié)果匯總于表31.表31 40000t/a淀粉質(zhì)原料酒精廠物料衡算表項目生產(chǎn)1000kg成品酒精/kg每小時數(shù)量/kg每天數(shù)量/t每年數(shù)量/t合格酒精97038800次級酒精301200薯干106804α淀粉酶(mL)53404糖化酶(mL)181036硫酸銨7280硫酸526200蒸煮粉漿373816成熟蒸煮醪372264糖化醪59296455396酒母醪106942760蒸餾發(fā)酵醪464088雜醇油6240二氧化碳36632廢醪469636 蒸煮工段的物料和熱量衡算粉碎的薯干原料在混合桶與T0=70℃，為了保證連續(xù)蒸煮的進行，設(shè)兩只混合桶，每30min輪換使用一次，根據(jù)表31，得每桶投料量為G’=（每小時投料量為G=），按加水比為1:，混合桶應(yīng)容納粉漿量為W1=%計，即其干物質(zhì)含量為B0%=88%，若原料投料混合溫度t0=25℃，則可計算出粉漿溫度t1，[kJ/ (kgK)]，取水的比熱容C水=[kJ/ (kgK)].原料加水比為1:，’=W’，混合桶熱量衡算為：GC0（t1t0）=W’C水（T0t1）混合后粉漿溫度為：t1=(70＋25)247。(＋)=64℃每桶用水量：W’==總用水量：W”=2W’=2=34767kg粉漿干物質(zhì)含量為：B1%=（88%）247。（2）=%粉漿由泵打入加熱器，被直接蒸汽加熱并進行蒸煮，在經(jīng)過加熱器后，要求醪液升到ta=145℃，（表壓），則每小時加熱蒸汽消耗量可按熱量衡算式計算：C1=C0B1%＋C水（1B1%）=%＋（%）=