发酵工程课程设计1

、设计任务书

1、课程设计的内容

（1）、通过查阅机械搅拌通风发酵罐或厌氧发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。

（2）、进行工艺计算

（3）、主要设备工作部件尺寸的设计

（4）、撰写课程设计说明书

2、课程设计的要求与数据

（1）酒精发酵罐设计

年产2 万吨95%食用酒精发酵罐设计

高径比为2.5，地点为安徽省合肥市，蛇管冷却，初始水温18C，出水温度

26 C

（2）其他数据

生产方法：以薯干为原料，双酶糖化，连续蒸煮，间歇发酵。三塔蒸馏。

副产品：次级酒精（成品酒精的3%）；杂醇油（成品酒精的0.6% ）

原料：薯干（含淀粉68%，水分12% ）

酶用量：高温淀粉酶（20,000U/ml ）：10U/g 原料

糖化酶（100,000U/ml ）：150U/g 原料（糖化醪）；3000U/g 原料（酵母醪）硫酸铵用量：7kg/吨酒精硫酸用量：5kg/吨酒精

蒸煮醪粉料加水比：1： 2.5 发酵成熟醪酒精含量：11%（V ）

使用活性干酵母，使用量为 1.5kg /吨原料

活料干酵母的复活用水：10 倍于活性干酵母质量的2%的葡萄糖水发酵罐洗罐用水：发酵成熟醪的2%

生产过程淀粉总损失率9%

全年生产天数：320 天

具体要求：①按要求进行酒精工艺选取及说明

②作全厂物料衡算

③发酵罐具体设计及计算

④发酵罐装配图纸一张（2 号图纸）

二、设计方案简介

机械式：本设计设备是？m3全容积的机械搅拌生物反应器，此反应器内部结构简单，包括进气装置，搅拌装置和取样装置。外部结构包括：夹套、支座、电动机、减速机以及种类管道的进出口等。设计本着结构简单，制造方便、拆选方便、经济效益高的特点而设计的。确定具体的各部分结构形式和尺寸(如封头，传热面等)；根据压力、温度、介质情况合理选材；研究电动机、减速器、联轴器等的选用；对重要的数据进行必要的稳定性的校核。本设计查阅了多方面的资料，还运用了多方面的知识，采用了许多方法和技巧，使得整个设计合理。

三、生产工艺设计及说明

四、全厂物料恒算

4.4原料消耗的计算

(1)、淀粉原料生产酒精的总化学反应式为：

糖化：(C^oQ)n+ nH2 -------------------- n( 1)

162 18 180

发酵：C5H12Q) ------ 2^ 2H5OH + 2CO (2) 180 46 x 2 44 x 2

(2)、生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量

由(1)、(2)式可求得理论上生产1000kg无水酒精所耗的淀粉量为：

1000x( 162/92) =1760.9 (kg)

(3)、生产1000kg国标食用酒精的理论淀粉消耗量

国标燃料酒精的乙醇含量在99.5% (体积分数)以上，相当于92.41% (质量分数)，故生产1000kg食用酒精成品理论上需淀粉量为：

1760.9 x 92.41%=1627.2 (kg)

淀粉损失率为9%。故生产1000kg酒精须淀粉量为：

1627.2 二仃88.1 (kg)

100%-9%

这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为1000- 1788.仁55.9%,着达到了我

国先阶段甘薯干原料生产酒精的先进出酒率水平。

(5) 生产1000kg 酒精甘薯干原料消耗量 据基础数据给出，甘薯干原料 含淀粉68%，故1吨酒精耗甘薯干量为：

1779.3十 68%=2616.6 (kg ) 若应用液体曲糖化工艺。并设每生产1000kg 酒精需要的糖化剂所含淀粉量 为G1,

则淀粉原料需用量为：

(1779.3-G1)十 68% (6) -淀粉酶消耗量 应用酶活力为20000u/g 的a 漩粉酶使淀粉液化,

促进糊化，可减少蒸汽消耗量。-淀粉酶用量按 10u/g 原料计算。

=1.31 (kg )

用酶量为：

2616.6X 1000 X 10

20000

(7)糖化酶耗用量

若所用糖化酶的活力为

100000u/g,使用量为 150u/g 原

料，则糖化酶消耗量为：

2616.6X 1000 X

150 -=3.92 (kg )

100000

此外，酒母糖化酶用量按 300u/g (原料)计，且酒母用量为 10%，则用酶 量为：

2616.6X 10%X 70% X 3000 =5.49 ( kg )

100000

式中70%为酒母的糖化液占70%，其于为稀释水和糖化剂。 (8)硫酸氨耗用量 硫酸氨用于酒母培养基的补充氮源， 其用量为酒母

量的0.1%，设酒母醪量为G0,则硫酸氨耗量为：

0.1%G 0

5?蒸煮醪量的计算

根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为 1: 2.5粉浆量为：

2616.6X( 1+2.5) =9158.1(kg)

蒸煮过程使用直接蒸汽加热，在后熟器和汽液分离器减压蒸发、冷却降温。 在蒸煮

过程中，蒸煮醪量将发生变化，故蒸煮醪的精确计算必须与热量衡算同时 进行，因而十分复杂。为简化计算，可按下述方法近似计算。

假定用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度 55C ，应用喷射液化器使粉浆迅速 升温至88C,然后进入连续液化器液化，再经115C 高温灭酶后，再真空冷却器 中闪几蒸发冷却至63 E 后入糖化罐

干物质含量B 0=88%的薯干比热容为;

C0 =

=4.18X( 1-0.7B 0) = 1.61[kJ/(kg.K)]

粉浆干物质浓度为：

B1 =

=88/ (3.5X 100) = 28.6%

蒸煮醪比热容为：

C1 = =B 1X C 0+ (1.0-B 1 X C W ) =28.6%X 1.61+ (1.0-28.6%)X 4.18 =3.44[kJ/(kg.K)]

式中 Cw ――水的比热容[kJ/(kg.K)] 为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维

持不便。

(1经喷射液化加热后蒸煮醪量为：

9158.1 + 9158.1 X 3.44X( 88-55) =9594.72 (kg )

2748.9- 88X 4.18

式中2748.喷射液化器加热蒸汽(0.5Mpa)的焓(kJ/K)

(2)经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：

9594.72 -9594.72X 3.44X( 88-84) = 9537.03(kg)

2288.3

式中2288.3第二液化维持罐的温度为84度下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K) (3 )经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为；

9537.03 + 9537.03X 3.44 (115-84) =9985.42(kg)

2748.9- 115X 4.18

式中115――灭酶温度(摄氏度)

2748.9—— 0.5Mpa饱和蒸汽的焓(kJ/K)

(4)经汽液分离器后的蒸煮醪量：

9985.42 - 9985.42X 3.44 (115-104.3) =9821.70(kg)

2245

式中2245―― 104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热(kg)

(5)经真空冷却后最终蒸煮醪量为：

9821.70 - 9821.70X 3.44 (104.3-63) =9228.17(kg)

2351

式中2351――真空冷却温度为63摄氏度下的饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)

6. 糖化醪与发酵醪量的计算

社发酵结束后成熟醪量含酒精11% (体积分数)，相当于8.82% (质量分数)。并设蒸煮效率为98%,而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和2%则生产1000kg95% (体积分数)酒精成品有关的计算如下：

(1)的成熟发酵醪量为：

F1 = 1000X 92.41% X (100+5+2) ^00 = 11439.53(kg)

98%X 8.82%

(2)不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：

11439.53- 107% = 10691.15(kg)

(3)入蒸馏塔的城市醪乙醇浓度为：

1000X 92.41% =8.24% (质量分数)

98% X 11439.53

(4)相应发酵过程放出CO2总量为：

1000X 92.41% X 44 =902(kg)

98% 46

(5)接种量按10%计，则酒母醪量为：

10691.15+902 X 10% =1053.92(kg)

(100+10)勻00

(6)化醪量酒母醪的70%是糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，则糖化醪量

为

10691.15+902 + 1053.92X 70% = 11276.97 (kg)

(100+10)十100

7. 成品与发酵醪量的计算

(1)醛酒产量在醛塔取酒一般占成品酒的1.2%—3%，在保证主产品

质量

合格的前提下，醛酒量取得越少越好。设醛酒量占成品酒精的3%，则生产1000kg 成品酒精可得次品酒精两为：

100X 3% = 30 (kg)

(2)普通三级酒精酒精产量每产生1000kg酒精，其普通三级酒精产量为：

1000-30 = 970 (kg)

(3)杂醇油产量杂醇油通常为酒精产量的0.3%—0.7%,取平均值0.5%, 则淀粉原料生产1000kg酒精副产杂醇油量为：

1000X 0.6% = 6 (kg)

(4)废醪量的计算废醪量是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成

方及其挥发成分后的残留液。此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加热，所以还需加上入塔的加热蒸汽冷凝水。醪塔的物料和热量蘅算如图所示：

\/4 Q3

图二.的物料和热量衡算

设进塔的醪液(F i)的温度t i=70度，排除废醪的温度t4=105度：成熟醪固形物浓度为B i=7.5%，塔顶上升酒器的乙醇浓度50% (体积分数)即47.18% (质量分数)。则:

①醪塔上升蒸汽量为：

V1=11439.53X 8.24% =1997.92 (kg)

47.18%

②残留液量为：

Wx = 11439.53-1997.92 = 9441.61 (kg)

③成熟醪比热容为：

d = 4.18X (1.019-0.95B1) =4.18X (1.019-0.95*7.5%)

=3.96[kJ/(kg.K)]

④成熟醪带入的热量为：

Q1 = F1X c1 X t1

=11439.53X 3.96 X 70

=3171037.72(kJ)

⑤蒸馏残液固形物浓度为：

B2 = F1 X B1 = 11439.53X 7.5% =9.09%

Wx 9441.61

此计算是间接加热，故没有蒸汽冷凝水的工艺。

⑥蒸馏残液的比热容为：

C2=4.18 (1-0.378B2) = 4.04[Kj/(kg.K)]

⑦塔底残留液带出热量为：

Q4 = Wx x C2 X t4

=9441.61 X 4.04X 105 =4005130.96(kJ)

查附表得50% (体积分数)酒精蒸汽焓为I=1965kJ/kg,故有：

⑧上升蒸汽带出热量为：

Q3= V1X I

=1997.92X 1965

=3925912.8(kJ)

塔底采用0.05Mpa (表压)蒸汽加热，焓为2689.8kJ/kg;又蒸馏过程热损失Qn可取为传热总热量的1%。根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为：

D1 = Q3+Q4+Q n-Q i

I-C w t4

=4005130.96+3925912.8-3171037.72

(2689.8-4.18X 105) X 99%

=2136.07(kg)

若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪为：

Wx + D1 =9441.61+2136.07 =11577.68(kg)

8.200000吨/年淀粉原料酒精厂总物料衡算

前面对淀粉原料生产1000kg酒精(92.41%)进行了物料平衡计算，以下对20000 吨/年甘薯干原料酒精厂进行计算。

(1)酒精成品

日产酒精为：

20000- 320=62.5 (t)

日产次级酒精为：

62.5 X( 3-98) =1.28 (t)

日产酒精总量为：

62.5+1.28=63.78 (t)

实际年产量为：

普通三级酒精量为：

62.5 X 320=20000 (t/a)

次级酒精量为：

1.28X 320=409.6 (t/a)

酒精总产量为：

20000+409.6=20409.6 (t/a)

(2)主要原料甘薯干用量

日消耗量：

2616.6X 63.78=166886.75 (kg)

年消耗量：

16688.75X 320=53403.76 (t)

淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮粉浆量、糖化醪、酒母醪、蒸煮发酵醪等每日量和每年量均可算出，衡算结果见表。