年产50000吨食用酒精工厂的初步设计_毕业设计(编辑修改稿)

年产50000吨食用酒精工厂的初步设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

吃应有尽有；大型超市 5 所，各类商厦 4 所，综合性商业街 2 条，大型购物夜市 2 处。 医疗卫生：市区拥有二等甲级医院 1 所，二等乙级医院 2 所，各类特色专科医院 6 所，卫生科技人员 2351 人。 社会治安：民风纯朴，社会治安良好，被评为社会治安综合治理先进市。 旅游观光：自然景观有世界上最大的野生麋鹿保护区、全国少见的百万亩滩涂湿地、林场森林公园、星罗棋布的盐湖、传说神奇的斗龙港、俯拾皆是海产品的东沙岛、小海温泉等；人文景观有草堰的义 阡寺、北极殿，白驹的施耐庵纪念馆、刘庄的净士院、小海的镇海寺、珍迹墨宝郑板桥书画等。 本设计的目的、意义及主要内容 本设计 的目的 是拟建一套 50000t/a 的 食用酒精的生产装置 ， 此装置 应达到生产 优质酒精的 能力。 通过此设计将大学四年所学知识得以综合运用，掌握工厂初步设计的能 力 ，为今后从事此方面的工作打下一定的基础。 此设计的主要内容包括设计文件和设计图纸。 设计文件包括： 设计范围。 、建设规模和产品方案。 较、选择和阐述。 要设备的设计与选型。 厂及车间布置说明。 设计图纸包括：。 局图。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 13 页 2 全厂工艺流程及工艺论证 全厂工艺流程 菌 种斜面菌种三角瓶培养小酒母罐大酒母罐成熟酒母醪液体试管木 薯粉 碎蒸 煮糖 化发 酵蒸 馏调 浆 水糖化剂CO 2蒸汽成品酒精 杂醇油 醛酯馏分 酒糟蒸汽空气系统无菌空气 工艺论证 原料选择 目前食用酒精生产原料有薯类、谷物类、糖蜜等，本设计才用木薯干作为原料。 木薯 ( Crantz )属大戟科 ( Euphorbiaceae )木薯属 (Manihot Miller )植物 ， 起源于热 带美洲亚马逊盆地南沿 ， 巴西与玻利维亚边境干湿交替的河谷地带 [9]。 从 2020 年以来，粮食原料大幅度涨价，尤其最近一年，全世界为保证粮食的供应对以粮食为原料生产产品的企业做出了一定的限制。 从经济的角度上考虑，粮食不太适合做酒精生产的原料。 由于受厂址选择的限制无糖蜜原料的来源，而且现今又很少有专业从事薯干原料生产的，因而木薯是现今生产酒精的一种很好的原料。 木薯相比其它原料有许多优点： ① 木薯的淀粉含量高在 70%左右，与谷类作物的淀粉含量相差不大。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 14 页 ② 木薯含粘性物质较少，醪液粘度小，可适合与浓醪发酵。 ③ 木薯亩产量较高，按淀粉产量计远远高于谷物类作物。 ④ 可以在土质贫瘠的山坡地上种植，不与粮食争地。 ⑤ 木薯在亚热带、热带地区四季均可种植，有利于全年供应原料。 ⑥ 现阶段相比其它原料，木薯的价格相对较便宜，用木薯生产酒精最具有经济性 [10]。 酒精酵母生产工艺 菌种 南阳混合酵母（ 1308） [4]。 其特点为： ① 固体培养时，菌落白色，表面光滑，边缘整齐，质地湿润。 ② 细胞呈圆形，少数卵圆形。 ③ 发酵能力较强，能快速并完全地将糖分转化成酒精。 ④ 繁殖速度快，具有较高的比生长速度。 ⑤ 具有较高的耐酒精能力，且抵抗杂菌能力较强。 ⑥ 对培养基的适应性强，耐温、耐盐和耐干物质浓度的性能强。 培养条件 (1)温度 酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正常的生活和繁殖温度是 29～300C。 在很高或很低的温度下，酵母的生命活动消弱或停止。 酵母发育的最高温度是 380C，最低温度为 50C。 在本设计中，酵母的培养温度取 300C。 (2)PH 值 培养基的活性酸度（即氢离子浓度）对酵母的生命活动有很显著的影响。 氢离子浓度能细胞原生质膜胶体的电荷，影响营养物质进入细胞的速度。 同时对酶的活性和 维生素的形成液会产生实质性的影响。 酵母在 pH2～ 8 范围之间能保持其生命活动，但酵母生长的最适 pH 为 ～ 5。 当 pH 降到 以下时，酵母仍能继续繁殖，但此时，乳酸菌已停止生长。 生产中将培养料加硫酸调至 ～ 4，并保持一段时间，以达到消除细菌污染，在此期间酵母生长占绝对优势。 (3)溶氧控制 酒精发酵属于厌氧发酵。 但在酵母培养过程中，为使酵母能迅速繁殖需通入一定量的无菌空气，以提高单位时间产生的能量，从而保证酵母迅速繁殖所需要的能量。 但是，通风培养得到的使呼吸型酵母，嫌气培养得到的则是发酵型 酵母，后者的发酵能力要强于前者。 生产中为保证其迅速繁殖，且得到发酵能力较强的酵母，一般采用不断搅拌且定期少量通入空气的方式。 一般搅拌速度为 100r/min，通风比为 2m3/(m3h)。 酵母扩大培养工艺 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 15 页 本设计中酒母扩大培养采用连续培养工艺，以配合连续发酵的进行。 糖化醪经稀释、消毒处理后加入首罐，同时加入酵母种液。 酒母糖化醪沿酒母罐组流动，酒母不断增殖，当醪液从酒母罐组最后一个灌流出时，即是成熟酒母醪（其指标如下表 21），可送往连续发酵罐组进行发酵。 酒母接种量为 10%，总体培养时间为 12h。 表 21 成熟酒母的指标 检 查 项 目 小 酒 母 大 酒 母 酵母细胞数（亿 /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 原料预处理工艺 原料的预处理采用气流输送干式粉碎的工艺 ， 如图 21。 采用锤式粉碎机对原料进行粉碎，最终达到原料颗粒 80%能通过 40 目的筛子。 原料的输送方式有机械输送、气流输送和混合输送，本设计选用气流输送，其优点为： ① 输料管和粉碎设备在密闭负压的条 件下进行运转，可以减少原料的损失和改善劳动环境。 ② 在一级升料管的接料器底部能将密度较大的铁块、石块等杂物分离，从而保证筛子和设备较长 时间的完好 使用。 ③ 物料被气流冲粉碎机中吸出，从而可提高锤式粉碎机能力的 50%左右。 ④ 粉碎效率高，单位原料预处理消耗的总功率较低。 蒸煮、糖化工艺 蒸煮工艺 原料蒸煮包含糊化和液化过程，这两个过程最大的区别是醪液粘度的变化。 随温度升高氢键减少，使淀粉颗粒中淀粉大分子之间的氢键消弱，造成淀粉颗粒的部分解体，形成网状组织，粘度上升，发生糊化现象。 当温度继 续上升达到 1200C以上时，升温所给与的能量开始破坏水分子和淀粉分子之间的氢键，醪液胶体状态遭破坏，粘度下降，即发生液化现象。 本设计采用我国通用的塔式连续蒸煮工艺，一次加热、连续蒸煮。 目前各个进料口锤式粉碎机料仓旋风分离器鼓风机布袋过滤器图21 气流输 送粉碎流程示意图中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 16 页 酒精厂基本都使用连续蒸煮的方法，间歇蒸煮已基本不再采用。 连续工艺有罐式连续蒸煮、管道式连续蒸煮和塔式连续蒸煮。 而我国使用最广泛是塔式连续蒸煮，此工艺具有广范的适用性、良好的生产参数指标和成熟的生产技术，且易于控制。 由于是连续蒸煮，可以缩短生产时间，提高生产效率，同时能更好的配合连续糖化和连续发酵的进行。 糖化工艺 (1)糖化剂的选择 本设计中采用外购糖化酶系，以提供生产所需的糖化剂。 采用外购糖化酶系有以下好处： ① 随着酶制剂工业的发展，糖化酶生产已成为一个独立的生产部门。 在市场上，有广泛的销售，且价格较便宜。 ② 由专门厂家生产的糖化酶质量较好且稳定，发酵酶活大大高于液体曲。 因而可以大大提高糖化率、生产效率和原料利用率。 ③ 由于采用外购的方式，可以省去大量的液体曲生产设备。 减少工厂的资金投入。 (2)糖化工艺选择 目前连续糖化工艺采用较为广泛，有混合冷却连续糖化、真空冷却连续工艺和二级真空冷却连续糖化。 本设 计中采用真空冷却连续糖化工艺，此工艺自动化程度高，糖化时间短，工艺成熟且设备简单。 蒸煮醪在进入糖化锅前，在真空蒸发器内瞬时冷却至 600C，产生大量二次蒸汽用于原料液的预热处理。 真空冷却的优点：对淀粉糊化醪的质量有益，因为在瞬时冷却时，淀粉来不及重新形成晶体，仍然保持着流动状态，很容易接受淀粉酶的作用。 此外，冷却是在密闭的空间中进行，空气中杂菌的污染率降低。 真空冷却排除大量二次蒸汽，这对甲醇的排除有利。 连续糖化工艺的特点： ① 采用此工艺，糖化醪在糖化锅内停留时间只需 5～ 10min即可达到生产要求，因而连续 糖化 锅 都较小。 ② 由于糖化锅较小，因而无需安装桨叶式搅拌器，只需在锅底安装一个螺旋桨式搅拌器即可。 从而可以节省大量电能。 ③ 同时，由于停留时间短且醪液前冷却不再糖化锅中进行，因而糖化锅中无需安装冷却管。 糖化液的冷却采用集中的喷淋冷却。 从而可以简化糖化设备。 发酵工艺 目前酒精的发酵方式有间歇式发酵、半连续式发酵和连续式发酵。 部分小型酒精厂仍采用间歇发酵，绝大部分大中型酒精厂均采用半连续或连续发酵。 本设计采用顺流式连续发酵工艺。 连续发酵相对于其他发酵方式有许多优点： ① 设备利用率高，其填充系数一 般为 ～。 远远高于通常情况下的间歇中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 17 页 发酵。 ② 连续发酵过程中，酵母细胞的繁殖能力较强。 间歇发酵时，发酵醪中的酒精度达到 4%以上酵母基本就停止了繁殖。 而连续发酵式，当酒精浓度达到 7%时，酵母仍能出芽繁殖。 ③ 发酵周期短（约 50h），发酵时间比间歇发酵缩短了近 20%。 从而大大提高了生产效率。 ④ 无需经常对设备灭菌，目前连续发酵周期已超过 200 天，从而大量节省了蒸汽的消耗量。 而间歇发酵每次进料都需灭菌。 ⑤ 连续发酵对可发酵糖的利用率较高；发酵终点时，成熟发酵醪（表 22）中酒精度较高普遍能达到 11%左 右。 但是，连续发酵也存在一些弊端。 如容易发生滑流和滞留想象，所以为保证生产的正常进行，连续发酵罐组一般取 8～ 10 只；易于染菌，一旦染菌会影响整个发酵罐组，且不易处理，一般采用加酸酸化或加抗生素或防腐剂的方法来预防杂菌污染。 表 22 成熟发酵醪的指标 项目 镜检 外观糖 Bx 还原糖 % 残总糖 % 含酒精量 %(V) 总酸度 挥发 酸度 连续 发酵 形态正常 无杂菌 以下 以下 ～ 9～ 11 以下 蒸馏工艺 目前通用的蒸馏工艺较多，有两塔 蒸馏（气相进料和液相进料）、三塔蒸馏（直接式、半直接式、间接式）、四塔蒸馏、五塔蒸馏等。 本设计中选用四塔蒸馏，其包括醪塔、排醛塔、精馏塔、甲醇塔。 两塔蒸馏得到的酒精虽能达到食用酒精的酒精度标准，但酒精中杂质太多并不能满足食用酒精的标准；三塔蒸馏虽然能基本达到食用酒精的标准，但质量不是太高且其中的甲醇极易超标。 而四塔蒸馏，不仅能得到符合标准的食用酒精，而且得到的酒精质量较高。 能安全地作为食品加工的中间原料，也可作为勾兑酒的基酒，能符合工厂产品销售范围的质量标准。 相对于两塔蒸馏，四塔蒸馏多了排醛塔和甲醇塔。 排醛塔介于醪塔和精馏塔之间，其作用是排除醛酯类头级杂质，由于排醛塔的排除头级杂质是在酒精浓度较低的时候进行的，醛酯类头级杂质的精馏系数较大，比精馏塔顶部分离头级杂质的效果好，另外由于进入精馏塔的脱醛酒已经含有很少头级杂质，所以成品酒精液层的酒精水蒸汽中头级杂质已经相应降低。 甲醇塔又叫后馏塔，其目的是进一步精馏酒精。 甲醇的精馏系数随酒精浓度的增加而变大，所以甲醇分离应在高酒精浓度是进行，因而甲醇塔应安装在精馏塔之后。 甲醇塔能将精馏酒中的甲醇中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 18 页 进一步分离，同时除去一部分其他头级杂质。 3 全厂工艺计算 物料 衡算 生产技术指标及基础数据： 生产规模 50000t/a 食用酒精 生产方法 塔式连续蒸煮、连续糖化、连续酒母培养、连续发酵及 四塔蒸馏 生产天数 每年 320 天 副产品年产量 次级 酒精 占酒精总量的 2% 杂醇油量 为成品酒精的 % 产品质量 符合国家食用酒精标准，乙醇含量 95%以上（体积分数） 生产原料 木薯，淀粉含量 70%、水分 13% 总物料衡算 年产 50000t 食用酒精（乙醇含量为 95%），折算成 100%就酒精为年产 47500t。 按 一 年生产 320 天计算， 日产 95%食用酒精为 ，折算成 100%的酒精为。 以淀粉质原料生产酒精的总化学方程式为： 糖化 612625106 )( OHnCOnHOHC n  162 18 180 发酵 2526126 22 COOHHCOHC  180 246 2。