【文章內(nèi)容簡介】 鐘；糖化后的醪液由螺旋板式冷卻器冷卻到 2830℃，在將醪液送入發(fā)酵工序發(fā)酵。 該工藝中，液化醪和糖化醪指標(biāo)： 液化醪分析結(jié)果 外觀檢查 還原糖 糊精 外觀濃度 色淡、稍甜 % 10% 176。 Bx 糖化醪分析結(jié)果 外觀濃度 酸度 還原糖 PH 16176。 Bx 6%8% 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 糖化工藝采取真空冷卻連續(xù)糖化。 糖化設(shè)備主要有：真空冷卻器、糖化罐、螺旋板式冷卻器。 糖化醪的發(fā)酵、蒸餾 淀粉質(zhì)原料經(jīng)過預(yù)處理、蒸煮和糖化等物理和生物化學(xué)過程，淀粉以充分糊化和液化，其中相當(dāng)一部分以轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖。這種糖化醪送入發(fā)酵罐，接入酒母后，在后者的作用下，醪中的糖被發(fā)酵生成乙醇和二氧化碳；而保存下來的糖化酶也不斷地將殘存的糊化了的淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，就這樣酵母的酒精發(fā)酵和后糖化作用相互配合，最終將醪中的絕大的淀粉及糖轉(zhuǎn)化成乙醇和二氧化碳，這就是糖化醪發(fā)酵的目的。 酒精發(fā)酵的方 式有三種：間歇式發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)式發(fā)酵。三種發(fā)酵方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下： 各種發(fā)酵方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較 發(fā)酵方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 間接式發(fā)酵 設(shè)備簡單，易于操作，不易 設(shè)備利用率低， 污染，適用于中小型酒廠 酵母消耗量大。 半連續(xù)發(fā)酵 酒母消耗量少，可適當(dāng)縮短 易染雜菌 發(fā)酵時(shí)間 連續(xù)發(fā)酵 設(shè)備利用率高，淀粉利用率高， 易染雜菌，操作要求 省去酒母工段，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制 設(shè)備要求高。 第一章工藝論證 11 通過以上三種方式的比較，考慮到本設(shè)計(jì)年產(chǎn) 10 萬噸，雖然半連續(xù)和連續(xù)發(fā)酵都易染菌，但是可以通過在發(fā)酵中控制好酸度或者添加抗生素抑制雜菌的生長。同時(shí)考慮到對新型設(shè)備的利用，所以最終選用露天大罐連續(xù)發(fā)酵。酒精大罐連續(xù)發(fā)酵占地面積小，投資少，操作方便，便于自動(dòng)控制等。 酒精的蒸餾和精餾是為了從發(fā)酵成熟醪中分離、提純得到成品酒精。此設(shè)計(jì)中，采取三塔半直接式節(jié)能蒸餾：粗餾塔 |精餾塔 |脫醛塔。它的優(yōu)點(diǎn)有以下幾條： ① 工藝技術(shù)合理、先進(jìn)、塔數(shù)多、各塔分工細(xì)、雜質(zhì)除去機(jī)會多； ② 能源利用合理； ③ 自動(dòng)化程度高； ④ 產(chǎn)品質(zhì)量高。 酒精生產(chǎn)副產(chǎn)品的回收利用與污水處理 發(fā)酵法酒精生產(chǎn)的副產(chǎn)品主要有：發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w、酒精酵母和蒸餾過程中所排放的酒精糟液、雜醇油及醛酯餾分等。對副產(chǎn)品回收利用，變廢為利，不僅可以充分利用資源取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以減少環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 二氧化碳為一種重要的工業(yè)原料。酒精發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳是食品工業(yè)，如飲料、汽酒等重要原料。二氧化碳進(jìn)一步加工還用于食品冷藏、人工降雨及國防工業(yè)，如干冰、純堿。 酒精酵母可進(jìn)一步離心分離、反復(fù)水洗再分離、壓榨得到干酵母，同時(shí)還可以用作飼料酵母和面包酵母。 雜油醇是酒精產(chǎn)量的 %%，為黃色液體或棕色液體。主要用作溶劑、礦用浮選劑、半乳脂肪的測定試劑，還用作油漆、香料的原料等。 醛酯餾分：在精確鑄造物的生產(chǎn)中可作溶劑使用，也可送往專門工廠進(jìn)行再蒸餾，以濃縮醛類和酯類，同時(shí)獲得工業(yè)酒精。 酒精糟液經(jīng)固液分離并干燥后做商品飼料 DDGS。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 污水包括酒精糟液、精餾廢水、設(shè)備洗滌水和工藝過程的冷卻水。這些污水可以用 SBR(序批式活性污泥法 )處理，它是一種按間接曝氣方式進(jìn)行的活性污泥污水處理技術(shù)。酒精生產(chǎn)廢水稀釋后經(jīng) SBR 處理，雖投資較大，運(yùn)行費(fèi)用較高，但也是可 以做到達(dá)標(biāo)排放。 第二章 全廠物料衡算 13 第二章 全廠物料衡算 酒精生產(chǎn)過程的總物料衡算 工藝參數(shù)的選擇： 生產(chǎn)規(guī)模： 10 萬噸 /年 產(chǎn)品規(guī)格：食用酒精 生產(chǎn)方法：以玉米為原料，氣流輸送，一級干法粉碎，濕式除塵，高溫雙酶糖化，糖化前冷卻采取真空冷卻，糖化后冷卻采用螺旋板式換熱器冷卻，連續(xù)發(fā)酵，半直接式三塔蒸餾。 副產(chǎn)品：次級酒精（成品酒精的 2%） 雜油醇（成品酒精的 %） 原料：玉米（含淀粉 65%，水分 12%） 酶用量： α 耐高溫淀粉酶（ ）；糖化酶酶活力為 100000u/g,使用量為 220u/g 原料 硫酸銨用量： 硫酸用量： 蒸煮醪粉料加水比： 1: 發(fā)酵成熟醪酒精含量： 4%(V) 酒母醪接種量：糖化醪的 10%（ V） 酒母醪的組成： 67%為液化蒸煮醪， 33%為糖化劑與水 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 發(fā)酵罐酒精捕集器用水：發(fā)酵成熟醪 6% 發(fā)酵罐洗罐用水：發(fā)酵成熟醪的 % 生產(chǎn)過程淀粉總損失率： 10% 蒸餾效率： 98% 全年生產(chǎn)天數(shù) ： 300 天 全廠物料衡算的內(nèi)容 淀粉原料酒精廠的物料衡算包括兩部分，第一部分是生產(chǎn)過程全廠總物料衡算，主要計(jì)算內(nèi)容有： 1 原料消耗的計(jì)算，主要原料為薯干，其它原料有淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸銨等。 2 中間廠品，蒸煮醪、酒母醪、發(fā)酵醪等。 3 成品、副產(chǎn)品以及廢氣、廢水、廢渣既酒精、雜醇油。二氧化碳和廢糟等。 酒精生產(chǎn)過程的物量和熱量衡算 原料消耗的計(jì)算 淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為： 糖化： + n （ 1） 淀粉 162 水 18 葡 萄 糖 180 發(fā)酵： 2 + 2 C （ 2） 葡萄糖 180 酒精 46 二氧化碳 44 第二章 全廠物料衡算 15 由（ 1）和（ 2）式可求得生產(chǎn) 100kg 淀粉理論上可生成酒精的數(shù)量（ kg） = 2 46 100247。 162 = 如果折算成 96%（體積分?jǐn)?shù)）的酒精，因?yàn)?96%換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 則淀粉的理論出酒率 = 100 247。 %=% 因此，淀粉的理論出酒率為 %，此數(shù)值是進(jìn)行淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)計(jì)算的理論依據(jù)，又是酒精生產(chǎn)淀粉出酒率的理論值。 主原料用量計(jì)算： 生產(chǎn) 96%的酒精，淀粉的理論出酒率為 %，故理論上生產(chǎn) 1000kg96%酒精所需淀粉量為 1000 247。 %= 酒精生產(chǎn)給各過程各階段淀粉損失如表所示 生產(chǎn)過程 損失原因 淀粉損失 備注 原料處理 粉塵損失 蒸煮 淀粉殘留 發(fā)酵 發(fā)酵殘?zhí)? 發(fā)酵 巴斯德效應(yīng) 發(fā)酵 酒氣蒸發(fā) 如加酒精捕集器此項(xiàng)則為 發(fā)酵 二氧化碳帶走 蒸餾 廢槽帶走 總計(jì)損失 由上表可知，整個(gè)酒精生產(chǎn)中，平均淀粉利用率在 %左右，所以每生產(chǎn) 1000kg 96%（體積分?jǐn)?shù)）的酒精實(shí)際上需要淀粉量為： 247。 %= 淀粉出酒率為 1000247。 =% 生產(chǎn) 1000kg 96%酒精需要玉米原料量計(jì)算依據(jù)如下公式： 每生產(chǎn) 1000kg 96%成品酒精所需原料量， kg 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 每生產(chǎn) 1000kg 96%成品酒精所需糖化劑中消耗的淀粉量， kg A 每 100kg 原料中所含淀粉的質(zhì)量，即原料中淀粉含量， % 而 糖化劑占糖化醪量的百分比原料中淀粉含量 而 =（淀粉實(shí)際用量 ）247。原料中淀粉含量 % 所以 = = 耐高溫 α 淀粉酶消耗量 應(yīng)用酶活力為 20xxu/g 的 α 淀粉酶使淀粉液化 ,促進(jìn)糊化 ,可減少蒸汽消耗。 α 淀粉酶消耗量按 8u/g 原料計(jì)算 . 用酶量為 :取 ，故消耗量為 糖化酶耗量：若所用糖化酶酶活力為 100000u/g,使用量為 220u/g， 則酶用量： = 此外 ,酒母糖化酶用量按 350u/g(原料 )、 10%酒母用量計(jì)： 硫酸銨的消耗量為 :1 硫酸消耗量為： 1 第二章 全廠物料衡算 17 蒸煮醪量的計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐 ,淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為 1:,故粉漿量為 : (1+)=(kg) 蒸煮用水量 =原料量 加水比 = 蒸煮過程使用直接蒸汽加熱 ,在后熟和汽液分離器減壓蒸發(fā)、冷卻降溫 .在蒸煮過程中 ,蒸煮醪量將發(fā)生變化 ,故蒸煮醪的精確計(jì)算必須與熱量衡算同時(shí)進(jìn)行 ,順而十分復(fù)雜 .為簡化計(jì)算 ,可按下述方法近似求解。 用柱式連續(xù)蒸煮工藝 ,混合后粉將溫度為 50℃ ,應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至 88℃ ,然后進(jìn)入柱式連續(xù)液化 ,再經(jīng) 115℃高溫滅酶后 ,在真空冷卻器中閃急蒸發(fā)冷卻至 63℃后入糖化罐 .如下圖所示： 玉米干物質(zhì)含量 88%，其比熱容為： [kJ/(kg K)] 粉漿干物質(zhì)濃度 = [kJ/(kg K)] 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 蒸煮醪比熱容為 : = [kJ/(kg K)] 式中 — 水比熱容 [kJ/(kg K)] 蒸煮過程中增加的水量 = = 式中 — 噴射液化器加熱蒸汽 ()的焓 (kJ/kg) 蒸煮醪量 =粉漿量 +蒸煮過程中增加的水量 =+= 真空冷卻后蒸煮醪量的計(jì)算： 蒸煮醪經(jīng)過后熟、氣液分離和真空冷卻后，由于降溫而引起大量水分蒸發(fā)，使醪液減少。 蒸發(fā)水量 = ， 因此，經(jīng)第一次后熟器后醪液量 =蒸煮醪液 蒸發(fā)水量 即經(jīng)噴射液化器加熱后蒸煮醪量為： 經(jīng)第二次液化罐出來的蒸煮醪量為： = 式中 — 第二液化維持的溫度為 84℃下飽和蒸汽的汽化潛熱 (kJ/K) 經(jīng)噴射混合加熱器后的蒸煮醪量為： 式中 115— 滅酶溫度 (℃ ) — 飽和蒸汽的焓 (kJ/K) 第二章 全廠物料衡算 19 經(jīng)汽液分離器后的蒸煮醪量為： 式中 2245— ℃下飽和蒸汽的汽化潛熱 (kJ/K) 經(jīng)真空冷卻器后最終蒸煮醪液量為： = 式中 2351— 真空冷卻溫度為 63℃下的飽和蒸汽的汽化潛熱 (kg/K) 經(jīng)蒸煮后，進(jìn)入糖化罐的蒸煮醪量為 。 待發(fā)酵成熟醪量計(jì)算 由酒精生產(chǎn)工藝 設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精 10%(體積分?jǐn)?shù) )，相當(dāng)于%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) ).并設(shè)蒸餾效率為 98%，而且發(fā)酵醪酒精捕集器回收酒精洗水分別為成熟醪量的 5%和 1%，則生產(chǎn) 1000Kg95%(體積分?jǐn)?shù) )酒精成品有關(guān)計(jì)算如下 : 需蒸餾的成熟發(fā)酵醪量 = = 不計(jì)酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為： Kg 入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度為： (質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 相應(yīng)發(fā)酵過程放出二氧化碳 總量為： kg 接種量按 10%計(jì)，則酒母醪量為： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 (kg) 糖化醪量 酒母醪的 70%是糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為 : (kg) 成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算 發(fā)酵成熟醪的蒸餾采用三塔半直接式蒸餾，餾液進(jìn)塔溫度為 70 ，粗餾塔底溫度為 105 ，成熟醪固形物含量為 %，塔頂上升蒸汽濃度為 55%（體積分?jǐn)?shù)），即 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其熱焓值為 供熱量的 1%。 醛酒產(chǎn)量 在醛塔取酒一般占成品酒精的 %～ 3%，在保證主產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下 ,醛酒量取得越少越好。設(shè)醛酒量占成品酒精的確 2%，則生產(chǎn) 1000kg 成品酒精可得次品酒精量為： 1000 2 =20 kg 食用酒精產(chǎn)量 每生產(chǎn)出 1000kg 酒精，其食用酒精量為 : 1000（ 12％） =980(kg) 雜醇油產(chǎn)量 雜醇油量通常為酒精產(chǎn)量的 %～ %，取平均值 %，則淀粉原料生產(chǎn) 1000kg酒精副產(chǎn)雜醇油量為 : 1000 %=5 kg 廢醪量的計(jì)算 廢醪量是進(jìn)入蒸餾塔的成熟醪減去部分水的酒精成分及其他揮發(fā)組分的殘留液。 醪塔上升蒸汽量為： 第二章 全廠物料衡算 21 =待蒸餾發(fā)酵成熟醪