年产5000吨甘油生产工艺流程设计(毕业论文)

年产5000吨甘油生产工艺流程设计(毕业论文)内容摘要：

强的菌体，培养基组成以少含糖分，多含有机氮为主，培养条件从有利于长菌考虑。 二级种子 于种子罐中进行培养。 为了获得发酵所需要的足够数量的菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大到种子罐的二级种子培养。 种子罐容积大小取决于发酵罐大小和种量比例。 （ 9）发酵 好氧发酵 将 连消 后 的培养基 和经扩大培养的菌种引入经严格 灭菌的发酵罐。 通入无菌空气，进行好氧发酵。 控制温度： 30— 40℃ pH：。 厌氧发酵 当残糖降至约 2%时，停止供氧，补充营养，使耐高渗压酵母菌开始后期的厌氧发酵。 当残糖浓度降低到 %左右，即可终止发酵。 整个发酵周期为 72小时。 （ 10） 絮凝 发酵结束后， 发酵液中除含有粒径细小的酵母细胞和细胞碎片外，还含有蛋白质和其他胶状物。 这些杂质如不被分离，将会影响后续的甘油提取。 用传统过滤除菌法，效率低、劳动强度大，有时甚至出现过滤分离形成的粘胶状滤饼堵塞滤布，使过 滤操作无法顺利进行。 用离心法除菌，尽管能够取得预期的除菌效果，但设备投资大、能耗高，导致工厂生产成本过高。 絮凝技术具有促使固形颗粒结合成团，容易沉降、过滤、离心、提高固液分离速度和液体澄清度等优点。 本设计采用 壳聚糖作为发酵液的絮凝剂。 壳聚糖是一种阳离子聚电解质 ,对固体悬浮物有很好的凝聚作用 ,壳聚糖本身无毒性 ,所以可作为絮凝剂应用。 絮凝条件：酸 17 性。 絮凝剂浓度： 200mg/L。 [8] （ 11） 过滤 对经絮凝预处理的发酵液进行过滤，得滤液和酵母泥 副产品。 酵母 泥 副产品经干燥后可用作饲料。 （ 12） 蒸发浓缩 对滤液进 行蒸发浓缩处理。 一般采用减压浓缩，真空度为 ，蒸发温度为 65℃ 70℃ ，一般浓缩至 45— 50%左右。 （ 13） 减压蒸馏 对甘油进行提取。 将浓缩的甘油原液再经减压蒸馏处理便可得成品甘油。 在蒸馏过程中，首先根据沸点的不同，分别对乙醛、乙醇进行分馏处理并回收。 收率分别为被蒸馏液的 1%。 由于甘油与水的亲和性能阻止乙醇和水进行共沸。 因此，可以从混合物中 蒸馏出无水乙醇。 蒸馏压力一般为 ，温度为 130℃158℃，最高不得高于 170℃ .在蒸馏过程中，要特别注意温度的控制。 温度过高 不但影响成品的质量，更为重要的是造成分解和聚合甘油的产生，从而降低了产率。 经过此工序，可得含量 96%的甘油。 （ 14） 离交 甘油的纯化。 稀甘油溶液粗品经离子交换法可制得纯度较高的甘油。 离子交换法比蒸馏法精制甘油可节约大量能源、降低成本；较蒸馏法减少甘油损失 40%；较蒸馏法制得的甘油质量高，因为免除了高温对甘油易发生分解和聚合反应生成新的杂质的影响。 离子交换法所使用的树脂为苯乙烯与二乙烯苯共聚物再引入磺酸基团的强酸型（ 011 7 型）阳离子交换树脂和强碱型（ 201 7 型）阴离子交换树脂。 其使用方法与离子交换水 处理方法相同。 经离子交换树脂处理后的甘油可除去 Ca2+、 Mg2+、 Pb+、 Fe2+、 SO4 Cl、 SiO32+和部分有机色素等杂质。 （ 15） 脱色 脱色是使甘油的灰分和色泽达到标准。 于脱色缸内，将离交后甘油加热至 80— 90℃左右，加入粉状活性炭（食用级），其用量约为甘油重的 %，搅拌 1h— 2h，使活性炭尽可能吸附甘油中的杂质和色素。 也可同时加入少量的硅藻土作为助滤剂，过滤，除去活性炭，即得精制甘油 ，收率为甘油发酵液的 7%— 10%。 用过的活性炭用清水洗涤，含甘油 2%以下，进行蒸发回收，洗涤后的活性炭 经 18 700℃ — 800℃的活化后再用。 [9] （ 16） 甘油成品 执行国家《 GB1320691》标准， 质量规格为 一等品的精甘油。 注： 防杂菌污染措施 ① 菌种培养过程中要对培养基灭菌采用 121℃ /15min， 留 意排空气和维持压力的时间，如果三角瓶培养液不新鲜，杂菌较多，灭菌时间要延长到 20min。 ② 超净接种台、接种室、培养箱、摇床室等要定期用紫外灯或甲醛熏蒸进行灭菌。 接种时，要穿洁净工作服、带工作帽和口罩，严格按无菌操作规范程序进行。 ③ 在整个发酵过程中，菌种培养是基础，摇瓶发酵液中只要有极少数杂菌，也会导致种 子罐培养菌种的失败。 因此，在三角瓶取样镜检时，除小心仔细外，要多取几个样品进行检验，做到万无一失。 ④ 发酵液料液采用薄板换热器进行连续灭菌。 ⑤ 空气系统和发酵系统的彻底灭菌是保证发酵成功的先决条件之一。 发酵前，采用对整系统进行一次性灭菌蒸汽 121℃ /h。 全面考虑阀门、死角和弯头等部位，保证灭菌的效果。 ⑥ 接种时除了保证菌种绝对无杂菌污染外，在接种口的外管道被取下棉纱套后，一定要用酒精燃烧 10— 15min，保证绝对无菌时才能接种。 ⑦ 甘油发酵过程中，发酵罐一般维持 — 的正压，这样可以防止外界杂 菌对发酵系统的侵入。 停电时， 20— 30min 后整个空气供应系统和发酵系统的压力降到零，加之发酵罐温度（ 31℃）和空气压缩机系统温度较高，发酵罐系统的轴封 和阀门等有一定的空隙，停电时产生负压，外界空气侵入发酵系统，使发酵失败。 因此，本设计甘油厂采用双电源供电，并自备应急发电机，以保证发酵的顺利进行。 [10] 本工艺流程特点： 原料简单，工艺流程短，物料循环使用，生产效率高。 物料衡算 （采用倒推法） 19 根据设计任务，甘油的年生产能力为 5000 吨 /年（质量分数为 98%甘油），折算为 100%（质量分数，以下同）则甘油年生产能力为 4900 吨 /年。 全年 365 天，除去大、中修理及放假等共 45 天。 则 年工作日 = 365－ 45 =320 天 每昼夜生产能力为： 4900247。 320 = 吨 /天（ 100%甘油） 本发酵属于间歇生产过程，发酵周期为 3 天，加上前后处理时间 1 天，每个生产过程周期 平均 为 4 天。 即全年生产 320247。 4=80 个周期。 每个生产周期生产能力为： 4 = 吨 /周期（ 100%甘油） 每昼夜 24 小时连续生产，则每小时生产能力为： 1000 247。 24=638kg/h（ 100%甘油） 以此作为物料衡算的基准。 (1)脱色 过滤 经活性炭脱色过滤后，用过的活性炭用清水洗涤，含甘油 2%以下（取 %）。 根据资料，活性炭加入量约为甘油重的 %，助滤剂硅藻土加入量为甘油重的1%。 成品精甘油 （ 98%甘油） 输出量 =638247。 =651kg/h 精甘油 （ 98%甘油） 输入量 =651247。 =过滤掉甘油量 （ 98%甘油） ==（经蒸发可回收） 活性炭加入量 ： =硅藻土 加入量 ： =(2)离子交换柱 经过减压蒸馏后的 96%甘油经离子交换树脂柱 精制成 98%的甘油。 则， 精甘油（ 98%甘油）输出量： 粗甘油 （ 96%甘油） 进入量： ( ) 247。 =其中 Ca2+、 Mg2+、 Pb+、 Fe2+、 SO4 Cl、 SiO32+和部分有机色素等杂质为： 输出量： = 20 (3)减压蒸馏塔 经减压浓缩至 45— 50%左右的甘油（ 取中间值 48%）经减压蒸馏至 96%的甘油。 蒸馏收率为 90%， 则 ： 粗甘油（ 96%甘油）输出量： 稀甘油 （ 48%甘油） 输入量： （ 247。 ） 247。 =由于分别对乙醛、乙醇进行分馏处理并回收，收率分别为被蒸馏液的 1%。 则： 乙醇输出量 = 1%=乙醛输出量 = 1%=蒸馏出 甘油 水 ==(4)减压浓缩塔 根据实际经验，甘油发酵液经絮凝过滤 后，可得到 %左右的甘油（取%）。 经减压浓缩至 48%甘油。 稀甘油（ 48%甘油）输出量： 过滤后甘油液（ %甘油）输入量： 247。 =浓缩出水的量为： = /h (5)絮凝过滤 发酵液甘油含量为 %， 经絮凝后过滤， 过滤后可得到 %左右的甘油。 过滤损失甘油 %。 参考文献知，絮凝剂加入浓度为 200mg/L，约为发酵液的%。 过滤后甘油液（ %甘油）输出量： 发酵液（含 %甘油）输入量： 247。 247。 =5708kg/h 过滤损失掉甘油量（含 %甘油）： 5708 =过滤后酵母泥（含残余糖分、酵母和其他固形物等）输出量： =1510kg/h 絮凝剂加入量： 5708 =（ 6） 发酵罐 根据生产经验， 发酵用耐高渗压酵母菌 （采用 ICM15 酵母菌） 接种量为 物料总量的 %。 葡萄糖起始发酵浓度为 25%，发酵完成后残糖浓度为 %。 糖 21 到甘油转化率一般为 45%左右（取 45%），理论转化率 51%。 发酵液（含 %甘油）输出量： 5708kg/h 葡萄糖液（ 25%）输入量： 5708 247。 247。 =ICM15酵母菌 接种量为： =（ 7） 配料罐 脱色过滤后的葡萄糖溶液（ 约为 %） 进入配料罐 配制为浓度为 25%左右的发酵料液。 同时加入尿素 %，含磷总量约为 80 微克 /毫升的玉米浆 %。 葡萄糖液（ 25%）输出量： 脱色过滤 后的葡萄糖溶液（约为 %）输入量： 247。 =尿素输入量： %=13kg/h 玉米浆输入量： %=配料水的输入量 约 为： =（ 8） 脱色过滤 糖化后中溶液中葡萄糖浓度 %， DE 值为 98%。 加入干物质 %硅藻土作为助滤剂， 经过滤为 %葡萄糖溶液。 脱色用活性炭添加量约为葡萄糖重的%设过滤损失葡萄糖 %。 过滤后葡萄糖溶液（ %）输出量为： 糖化后葡萄糖液（ %）输入量为： 247。 247。 =过滤损失葡萄糖液（ %）量为 =过滤掉淀粉渣等不溶性 物质量为 =由 公式 %1 0 0 干物质含量还原糖含量DE 干物质含量 =247。 100%=% 硅藻土 的加入量为： = 22 脱色用活性炭添加量约为葡萄糖重的 % 即活性炭用量为： =（ 9） 淀粉转糖 根据生产经 验，调降阶段淀粉加水调成 34%— 40%淀粉乳（取 36%）， 加入淀粉干重 ‰耐高温α 淀粉酶（液化酶）和淀粉干重 1%的葡萄糖淀粉酶（糖化酶）， 经双酶法制成葡萄糖溶液（ %）。 淀粉转化糖实际 收 率为 105%— 108%（取106%），理论 收 率为 111%。 淀粉转化率可达 98%。 糖化后葡萄糖液（ %葡萄糖 ）输出量为： 淀粉 乳（ 36%淀粉 ）的输入量为 ： 247。 247。 247。 =未转化的淀粉（ 36%淀粉）量为 ： =耐高温α 淀粉酶（液化酶）输入量 = =葡萄糖淀粉酶（糖化酶）输入量 = =（ 10） 淀粉 调浆 根据产品信息，工业淀粉水分含量为 13%— 14%（取中间值 %） ，于调浆罐中调成 34%— 40%淀粉乳（ 36%淀粉）。 淀粉乳（ 36%淀粉）的输出量为： 工业淀粉（含水 %）的输入量为： 247。 （ ） =调浆用水量为： =（ 11） 原料 — 产物 工业淀粉（含水 %）的输入量为： 产品甘油（ 98%甘油）的输出量为： 638247。 =651kg/h 原料：产物 =： 651= 即年生产 5000 吨甘油（ 98%甘油）用工业淀粉（含水 %） 14100 吨。 考虑到实际生产过程中，各处理步骤都会有一定的产品损失。 为保证足够生产量，实际生产中原料：产物取 3:1，即年生产 5000 吨甘油（ 98%甘油）用工业淀粉（含水 %） 15000 吨。 物料衡算汇总列表 23 淀粉发酵 年产 5000 吨的甘 油物料衡算 见下表 （ 1）物料输入表 表 年产 5000 吨的 甘 油 物料输入表 物料名称 物料量 /吨 周期 物料量 /吨 工业 淀粉 调浆水 液化酶 糖化酶 配料水 尿素 玉米浆 ICM15 酵母菌 絮凝剂 活性炭 硅藻土 （ 2） 物料输出表 表 年产 5000 吨的甘油物料输出表 物料名称 周期物料输出量 /吨 物料输出量 /吨 98%甘油 5000 无水酒精 乙醛 淀粉渣 酵母泥 水、电、 煤 的用量计算 [11] （ 1） 水的计算 根据查阅各种资料知 ，生产 1t 甘 油过程中调浆、 配料 、设备容器清洗、锅炉用水及卫生用水等约消耗水资源 192t。 年产量 5000 吨甘 油则需消耗水 1925000=96 万吨。 （ 2） 电的计算 24 根据查阅各种资料知，生产 1t 甘油过程中各种动力耗电、生活用电等方面约耗电 2020 度。 则年产量 5000 吨甘油则需消耗电 2020 5000=1000 万 度。 （ 3） 煤 的计算 甘油 发酵过程中 煤 的使用主要是 供热 、 锅炉蒸汽等方面。 根据资料及经验，生产 1t 甘 油约耗 煤。 则年产 5000 吨甘油需耗煤 5000= 万吨 热量衡算 本工艺发酵温度为 30— 40℃ ，经连消后进入发酵罐的料液约为 35℃。 海南省年平均气温 27℃，夏季最高温度 36℃，对发酵影响不是很大。 本工艺设计热量衡算主要在 蒸汽喷射液化。