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1、课 程 设 计 任 务 书1 / 20学院生物与环境工程学院班级08 生物工程1 班 姓名叶振设 计 起 止 日 期2023.7.4 -2023.7.15设计题目：年产 2 万吨酒精厂蒸煮糖化车间设计设计任务主要技术参数：本次设计的是承受连续蒸煮、双酶法糖化生产工艺的酒精厂蒸煮糖化车间。其工艺技术指标及根底数据如下：生产规模：20230t/a 酒精 生产天数：每年 300 天 kg/m3食用酒精日产量：67t食用酒精年产量：20230t产品质量：国标食用酒精， 乙醇含量 95%以上体积分数薯干原料含量：淀粉65%，水分13% 酶用量：-淀粉酶应用酶活力为 2023g，使用量为 8g 原料；所用
2、糖化酶活力为 20230g，使用量为 150g 原料；酒母糖化酶用量按 300g原料计，且酒母用量为 10%。指导教师评语：成绩：签字：年月日目 录1 车 间 概 况 及特点31.1 生产规模31.2 产品方案32 车间组织43 工作制度54 成品的主要技术规格及技术标准65 生 产 流 程简介76 技术87 物料衡算97.1 蒸 煮 糖 化 车 间原料计算97.2 生 产 1000kg 酒 精蒸煮醪量的计算97.3 生 产 1000kg 酒 精糖化醪量的计算107.4 年 产 2 万 吨 酒 精 厂 蒸 煮 糖 化 车 间 总 物 料 衡 算 以 每 小 时计118 主要设备138.1 粉
3、浆 罐 的选择138.2 预 热 罐 的选择138.3 维 持 罐 及 后熟罐的选择138.4 气 液 分 离 器的选择138.5 真 空 冷 却 器的选择148.6 糖 化 罐 的选择148.7 其 他 设 备的选择148.8 蒸 煮 糖 化 车间设备一览表159 存 在 的 问 题及建议16参考文献附件工艺流程图设备布置图摘要酒精在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。 化学合成法生产酒精是利用炼焦炭、裂解石油的废气为原料，经化学合成反响而制成酒精。生产方法又可分为间接水合法和直接水合法两种，目前工业上普遍承受后者。蒸煮醪中淀粉的酶水解过程称为糖化。糖化后得到
4、糖化醪。 糖化的主要目的是将淀粉水解成葡萄糖等可发酵性糖。本设计选用的蒸煮工艺为连续蒸煮，糖化工艺选用混合冷 却连续糖化，将冷却工序由喷淋冷却器完成，蒸煮醪经汽液分别器和真空冷却器冷却后连 续定量地流入糖化锅，蒸煮醪带入的多余热量由冷却水带走，糖化醪连续流入喷淋冷却器， 冷却到 28后再流入发酵车间。糖化工段的几个主要工序是：将蒸煮醪冷至糖化温度，冷却好的蒸煮醪与糖化剂混合，并进展蒸煮醪的糖化，糖化醪冷却到发酵温度等。在间歇蒸煮中，这几个工序是在一个设备中进展的，因此设备利用率低，冷却水与动力消耗大。而连续糖化时，这几个主要工序分别在几个相应的设备中进展连续操作，实现了生产的连续化。关键词：酒
5、精；淀粉 ；蒸煮醪；糖化醪； 连续糖化10 / 20引言本次课程设计以薯干为淀粉原料进展蒸煮糖化。薯干原料中所含的淀粉存在于原料的细胞之中，受到细胞壁的保护，不呈溶解状态，蒸煮可使植物组织和细胞彻底裂开，淀粉呈溶解状态进展液化，支链淀粉几乎全部溶解，网状组织被彻底破坏，粘稠胶体的淀粉淀粉溶液粘度快速下降，同时对物料进展灭菌，原料通过蒸煮以后，颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的糊精，此时，添加糖化剂把醪液中的淀粉糊精转化为可发酵性糖等物质。淀粉质原料的蒸煮通常可以为间歇蒸煮和连续蒸煮。目前我国大多数酒精生产厂家承受连续蒸煮工艺，只有少数小型企业仍使用间歇蒸煮工艺。此外，加淀粉酶低压蒸煮，低温蒸煮以及
6、无蒸煮糖化工艺已在我国局部酒精厂家得到应用。连续蒸煮可以分为罐式连续蒸，管道式连续蒸煮，柱式连续蒸煮，三类。连续蒸煮糖 化过程中料液连续流淌在不同的设备中完成加料、蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作，整 个过程连续化。其糖化时间略偏低，大约 20-30min，糖化效率为 28%-40%。用粉浆加热器提高醪液的蒸煮温度，使蒸煮得到改善，能够提高连续蒸煮设备的生产力气 10%-15%。因其蒸煮温度较低、节约煤耗、操作简洁把握、设备构造简洁、制造便利等优点而得到广泛 应用。综上所述，为了提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度，本次课程设计承受连续蒸煮糖化方法， 这是我国酒精生产中一项重大技术革。其中蒸煮罐承受罐式
7、连续蒸煮长圆筒形蒸煮罐， 蒸煮时仅在粉浆加热器或蒸煮罐底部通入蒸汽，其后各罐均为后熟罐，不再参与蒸汽，后 熟罐的作用是使糊化醪液进一步煮透。连续糖化罐的作用是连续的把醪液与水稀释，并与 糖化酶混合，在确定温度下维持确定时间，一般承受 45min 或更长时间，罐内装有搅拌器1-2 组，转速为 45-90r/min。保持流淌状态，以利于酶的活动。糖化罐一般在常压下操作， 为削减杂菌，可做成密闭式。罐式连续蒸煮的特点是将原有的间歇蒸煮罐串联起来，加上预煮罐，醪液输送往复泵 和汽液分别器等组成罐式连续蒸煮设备。其简要工作过程如下：原料经两级粉碎后，送入 拌料桶中调成确定浓度的均匀粉浆，经预煮罐将其加热
8、至50 度，保持 30min 左右，再经往复泵送入I 号蒸煮罐。打满粉浆后，用蒸汽加热至预定蒸煮温度115 度，10min),开启阀门， 醪液借助罐内压力顺次流入并布满II 号蒸煮罐和 III 号蒸煮罐。第 III 号罐流出的醪液以切线方向进入汽液分别器分别汽液。回收的二次蒸汽可用于粉浆的预煮。蒸煮醪液从汽液分别器底部引出，送入糖化车间进展糖化。1 车间概况及特点1.1 生产规模 确定方案如下：产品品种：蒸煮糖化醪。承受连续蒸煮糖化设备。 产品产量：年产 261621600kg预产 260320230kg。产品产期：全年共 300 天。1.2 产品方案先将薯干原料中的淀粉进展液化，使其支链淀粉
9、几乎全部溶解，网状组织被彻底破坏，粘稠胶体的淀粉淀粉溶液粘度快速下降，同时对物料进展灭菌，原料通过蒸煮以后， 颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的糊精，此时，添加糖化剂把醪液中的淀粉糊精转化为可发酵性糖等物质。具体方案如下：原料经两级粉碎后，送入粉浆罐中调成确定浓度的均匀粉浆，经预煮罐将其加热至50 度， 保持 30min 左右，再经往复泵送入 I 号蒸煮罐。打满粉浆后，用蒸汽加热至预定蒸煮温度115 度，10min),开启阀门，醪液借助罐内压力顺次流入并布满II 号蒸煮罐和III 号蒸煮罐。第 III 号罐流出的醪液以切线方向进入汽液分别器分别汽液。回收的二次蒸汽可用于粉浆的预煮。蒸煮醪液从汽液分
10、别器底部引出，送入糖化车间进展糖化。由于罐式连续蒸煮具备如下优点：可利用原有设备，不要求较高的压力蒸汽，并节约蒸汽， 降低煤耗可达 10-15%，而且操作简洁，整个生产过程根本上没有堵塞现象，淀粉利用率可提高 1-2%，因此承受此方案。酒精是可再生的能量来源，一年四季对它的需求都不变，因此一年按国家 300 个工作日计算，其余的工作日休息或者加班的话，按国家加班工资付给工人工资。2 车间组织蒸煮糖化车间人员配比依据级别不同可分为生产工人、关心人员、治理人员等，其中： 生产工人包括技术工人主要负责仪表把握、生产包括填料、放料、搬运原料等工作。关心人员包括修理和保洁人员主要负责对各种仪器的检查、修
11、理、消毒以及车间地面的清洁消毒等。详见表 1表 1 蒸煮糖化车间定员表序号工种名称生产工人关心工人治理人员操作班数合计1物料输送220242粉浆预热621393蒸煮后熟6223104分别和冷却9323145糖化621396预备工43239合计331483553 工作制度年工作时间：300 天日工作时间：24 小时连续工作人员安排：生产工人和治理人员3 班倒，保洁人员 2 班倒。生产方式：连续生产蒸煮糖化车间工作制度：一、每位员工要按时上班、下班，如遇特别状况请提前通知，好做安排。二、在厂工作人员必需疼惜机器设备，做到勤检查、勤观看，如觉察或听到机器有特别状况请马上关闭电源通知厂长。三、每位工作
12、人员必需对该产品的质量负责，做到勤检查温度、产品的光滑度、直度、长度与韧性度，以及产品每包的数量。四、各位员工必需团结互助，在工作期间不准睡觉、干私活、看书或玩手机等物。产品的堆放必需做到平坦、整齐，对产品必需疼惜。五、如觉察产品质量消灭问题不准时上报由工作人员负责，另外对于认真负责的员工实行年终嘉奖。六、不准让非厂、非工作人员在车间停留，如有事情请与厂长商谈，另外不准工作人员任凭拿厂里的任何物品，如需用请告知厂长同意前方可。4 成品的主要技术规格及技术标准酒精质量标准依据国家标准生产。详见表 2表 2食用酒精质量标准GB67890检验工程计量单位优级分析化学0.789-0.789-0.789
13、-0.7910.7910.791与水混合试验合格蒸发残渣%0.00050.0010.001水份%(v/v)0.20.30.5酸度mmol/100g0.020.040.1碱度(以 OH 计)mmol/100g0.0050.010.03甲醇%0.020.050.2异丙醇%0.0030.010.05羰基化合物(以CO 计)%0.0030.0030.005复原高锰酸钾物质%0.000250.000250.0006外观清亮透亮易碳化物质合格乙醇 密度(20)%(V/V)g/ml99.899.799.55 生产流程简介蒸煮糖化车间流程示意图如图 1粉 料加水调浆粉 浆加-淀粉酶喷射液化粉浆液化液参与糖化酶
14、糖化糖 化 醪酒母酒精发酵醪图 1蒸煮糖化流程示意图6 技术传统的罐式连续蒸煮优点是可利用原有设备，不许要较高的压力蒸汽，并节约蒸汽， 降低煤耗可达 10-15%，而切操作简洁，整个生产过程根本上没有堵塞现象，淀粉利用率可提高 1-2%。其缺点是设备占地面积较大，蒸煮时间较长，蒸汽与物料接触不够均匀。前苏联学者R及其同事们在 20 世纪 90 年月提出了一种适合于连续发酵工艺的双液流糖化工艺。其实质是将蒸煮醪分成一样容量的两局部，一部安排液用的糖化剂量是总量的2/3，另一局部则是 1/3。前一局部糖化醪送往发酵槽组的第一只发酵罐(首罐)，后一局部糖化醪则送往其次只发酵罐。由于第一局部糖化醪中糖
15、化剂的用量超过常规用量一倍，在单位时间内积存的葡萄糖 量增加，酵母的增殖和发酵较为快和猛烈，这对整个发酵都会产生好的影响。当首罐中的 醪液流入其次罐时，由于另一局部糖化醪参与，醪液总体的含糖化剂量恢复正常，即和一 次性将全部糖化剂加到全部蒸煮醪液中去的效果一样并可使连续发酵的速度提高 40%左右。7 物料衡算7.1 蒸煮糖化车间原料计算(1) 生产 1000kg 酒精薯干原料消耗量 据根底数据给出薯干原料含淀粉65%，再由预处理车间可知生产 1000kg 酒精淀粉消耗量为 1779.3kg。故 1 吨酒精耗薯干量为：1779.365%=2737.4kg(2) -淀粉酶消耗量 应用酶活力为 20
16、23g 的-淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，使用量为 8g 原料，则糖化酶消耗量为：2737.4 103 8 = 10.95(kg)2023(3) 糖化酶耗量 所用糖化酶活力为 20230g，使用量为 150g 原料，则糖化酶消耗量为：2737.4 103 150 = 20.5(kg)20230此外，酒母糖化酶用量按 300g原料计，且酒母用量为 10%，则用酶量为：2737.4107030020230=2.87kg式中 70%为酒母的糖化液占 70%，其余为稀释水与糖化剂。7.2 生产 1000kg 酒精蒸煮醪量的计算依据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1:3。故粉浆量为：2737.41
17、+3=10950kg干物质含量=87%的薯干比热容为:=4.181-0.7=1.63KJ(kgK)粉浆干物质浓度为:=874100=21.8%蒸煮醪比热容为:=+ (1.0-)=21.8%1.63+(1.0-21.8%)4.18=3.62KJ(kgK)式中 水的比热容KJ(kgK)为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程中维持不变。(1) 经喷射液化器加热后蒸煮醪量为:10950+ 10950 3.62 (88 - 50) = 11583(kg)2748.9 - 88 4.18式中 为喷射液化器加热蒸汽0.5MPa的焓KJkg(2) 经其次液化维持罐出来的蒸煮醪量为:11583- 1158
18、3 3.62 (88 - 84) = 11510(kg)2288.3式中 2288.3其次液化维持罐的温度为 84下饱和蒸汽的汽化潜热KJkg(3) 经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为:11510+ 11510 3.62 (115 - 84) = 12079(kg)2748.9 -115 4.18式中 115灭酶温度2748.90.5MPa 饱和蒸汽的焓KJkg(4) 经气液分别器后的蒸煮醪量为:12079- 12079 3.62 (115 -104.3) = 11871(kg)2245式中 2245104.3下饱和蒸汽的汽化潜热KJkg5经真空冷却器后最终蒸煮醪量为：式中 2351真空冷却温度为
19、 63下饱和蒸汽的汽化潜热KJkg7.3 生产 1000kg 酒精糖化醪量的计算设发酵完毕后成熟醪量含酒精 10%体积分数，相当于 8.01%质量分数。并设蒸馏效率为 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 1%，则生产 1000kg 95%体积分数酒精成品的计算如下：(1) 需蒸馏的成熟发酵醪量为:(2) 相应发酵过程放出二氧化碳总量为：(3) 接种量按 10%计，则酒母醪量为：(4) 糖化醪量 酒母醪是 70%是糖化醪，其余为糖化剂与稀释水，则糖化醪量为：7.4 年产 2 万吨酒精厂蒸煮糖化车间总物料衡算以每小时计算(1) 酒精成品日产酒精量为：2023
20、0/300=66.6(t) ,取整数为 67t实际年产量为：67300=20230t 时产酒精量为：6724=2.79t(2) 薯干原料用量日耗量：2737.467=183405.8kg 时耗量：183405.824=7641.9kg/h 年耗量：183405.8300=55021740kg(3) 每小时蒸馏车间冷却热水用量2737.46724=7641.9(kg/h) 7641.9998.1=23(m3/h)(4) 每小时-淀粉酶用量10.956724=30.6(kg/h)5每小时粉浆用量2737.4671+3=733623.2kg733623.2109824=27.8m3/h式中1098
21、为粉浆液密度kg/ m3(6) 每小时预热罐蒸汽量计算 假设粉浆温度为 40，则Q=cMt=3.6230.6+30567.650-40=1107654.8KJ其蒸汽流量为：1107654.81975.79=561(kg/h)式中1975.79 为 13Mpa 下水蒸气的汽化热(kJ/kg)(7) 每小时经喷射液化器加热后蒸煮醪量30873.6+30873.63.62115-50/2748.9-1154.18=34076.4(kg/h)34076.4 /1084=31.4(m3/h)式中1084 为蒸煮醪液密度kg/ m3(8) 每小时气液分别器中蒸煮醪液量34076.4-34076.43.62
22、115-104.3/2245=33488(kg/h)33488/1084=30.9(m3/h)9每小时经真空冷却器的蒸煮醪量33488-334883.62(104.3-63) /2351=31358.4(kg/h)真空冷却过程产生的二次蒸汽量 按工艺要求，真空冷却前后蒸煮醪的温度分别为 t1=104.3和 t2=63。蒸煮醪的比热容c1 为 3.62KJ(kgK)，故真空冷却过程产生的二次蒸汽量为：W1=G1c1t1-t2/i-c2t2=31358.43.62(104.3-63) /2614.8-3.6263=1964.3(kg/h)查表知 63饱和蒸汽比容为Vg=6.743 m3 /kg ，
23、故二次蒸汽的体积为：V=VgW1=13245.3( m3/h)水喷射真空泵循环水量 设循环水的初温为 t3=34，终温为 t4=42，则循环水量为：W2= W1i-t4 cw/ cwt1-t2=1964.32614.8-424.18/4.1842-34=143283.5(kg/h) 143283.5/1084=143.28(m3/h)(10) 每小时糖化酶用量2.87+20.56724=65.3(kg/h)(11) 每小时糖化的醪液量 由前述可得：1301667107624=33.8(m3/h)式中1076 为糖化醪液密度kg/ m38 主要设备的选型8.1 粉浆罐的选择由物料衡算可知粉浆罐的
24、生产力气为27.8 m3/h,假定粉浆在粉浆罐的逗留时间为30min， 则：V=Vt = 27.8 30/60=13.9 m3则可以选择椭圆形底和盖，公称容积为有效16 的立式钢制搅拌罐，其筒体内径为2400mm，高为 3150mm.依据工序，装料系数为 0.84，则所需的罐的个数为：13.9/0.8416=1.03取 1 个8.2 预热罐的选择由物料衡算可知预热罐的生产力气为：30.6+30567.6/1098=28.0 m3/h有上述计算可知醪液在预热罐中的逗留时间为 1 小时，则所要的预热罐的体积为：V=Vt =28.01=28.0 m3则可以选择 90折边锥形底椭圆形盖，公称容积为 3
25、2 的立有效式钢制搅拌罐，其筒体内径为 3000mm，高为 4000mm.依据工序，装料系数为 0.84，则所需的罐的个数为：28.0/0.8432=1.04取 1 个8.3 维持罐及后熟罐的选择1维持罐的生产力气为 31.4 m3/h， 物料在维持罐中所需要的时间为 10min 由公式 V2=V1t/N+-1式中V 蒸煮醪液量m3/ht蒸煮时间h2V 蒸煮罐的容积m3N蒸煮罐的个数蒸煮罐的布满系数约 0.5 则 取 3 个蒸煮罐并串联 V2=31.40.17/3+0.5-1=2.09 m3后熟罐的生产力气为 31.4 m3/h， 物料在后熟罐中所需要的时间为 60min则 取 2 个后熟罐并
26、串联 V2=31.41/3+0.5-1=20.93m38.4 气液分别器的选择由计算可知气液分别器的生产力气为30.9 m3/h， 物料在气液分别器中所需要的时间为 30min 则：V 有效=Vt = 30.9 30/60=15.5m3则可选择进出口管径为 80， 简体尺寸为 600 的QHF40 的气液分别器。 依据工序，装料系数为 0.84，则所需的罐的个数为：30.9/0.8440=0.91取 1 个8.5 真空冷却器的选择真空冷却器的几何尺寸是依据二次蒸汽以小于1.0m/s 的速度来确定的。WVg3600 p v4由公式 D =式中D真空冷却器直径(m)W蒸煮醪所产生的二次蒸汽(Kg/
27、h)Vg冷却的二次蒸汽比体积m3/Kgv二次蒸汽上升的速度m/s，一般取 0.8m/s因此=2.42m一般真空冷却器的径高比为 1:2，则其高为 4.84m。H=3.14/42.424.84=22.25m3综上所述，,取 1 个，选择型号为E1403 的真空冷却器。8.6 糖化罐的选择由物料衡算可知糖化罐的生产力气为33.8m3/h, 醪液在糖化罐的逗留时间为 30min， 则：V 有效=Vt =33.8 30/60=16.9 m3则可以选择椭圆形底平盖，2 组搅拌器，转速为 90r/min,公称容积为 20 的立式钢制搅拌罐，其筒体内径为2600mm，高为3350mm.依据工序，装料系数为
28、0.84，则所需的罐的个数为： 16.9/0.8420=1取 1 个8.7 其它设备的选择车间蒸汽来源于工业锅炉，其型号为 KZF413W,其它设备的选择满足物料衡算的要即可，在此不再赘述。8.8 蒸煮糖化车间设备一览表序号 设备名称台数规格与型号材料备注1 粉浆罐1V = 16m3A3 钢专业设备2400 3150mm.2 预热罐1V = 32m3A3 钢专业设备30004000mm.3 维持罐3V = 2.1m3A3 钢专业设备4785600mm.4 后熟罐2V = 21m3A3 钢专业设备19875000mm.5 气液分别器1V = 15.5m3A3 钢专业设备20234936mm.QH
29、F406 真空冷却器1V = 25m3A3 钢专业设备24204840mm.E14037 糖化罐1V = 20m3A3 钢专业设备26003350mm.9 存在的问题及建议目前，为简化生产工艺，便于工业化生产，世界范围内普遍承受添加淀粉酶和糖化酶即所谓双酶法的生产工艺。此种生产工艺依据液化温度不同，有高温存低温之分，高温法生产酒精不但水、电、汽消耗量较大，而且由于在高温蒸煮过程中原料里的果糖会转化为焦糖，阻碍糖化酶对淀粉的作用，影响酵母的生长，进而影响酒精的产量。而且罐式连续蒸煮设备占地面积较大，蒸煮时间较长，蒸汽与物料接触不够均匀。为此，可承受前面提到的双液流糖化工艺。其实质是将蒸煮醪分成一
30、样容量的两局部，一 部安排液用的糖化剂量是总量的 2/3，另一局部则是 1/3。前一局部糖化醪送往发酵槽组的第一只发酵罐(首罐)，后一局部糖化醪则送往其次只发酵罐。由于第一局部糖化醪中糖化剂的用量超过常规用量一倍，在单位时间内积存的葡萄糖量增加，酵母的增殖和发酵较为快和猛烈，这对整个发酵都会产生好的影响。当首罐中的醪液流入其次罐时，由于另一局部糖化醪参与，醪液总体的含糖化剂量恢复正常，即和一次性将全部糖化剂加到全部蒸煮醪液中去的效果一样。参考文献1郑裕国.生物加工过程与设备M.北京：化学工业出版社.2023.3：260-270 2朱有庭.化工设备设计手册M.北京：化学工业出版社.2023.8:
31、 35-553吴思方.发酵工厂工艺设计概论M.北京：中国轻工业出版社 2023.3：61-66 4李艳.发酵工业概论M. 北京：中国轻工业出版社.2023.3: 300-3105 段开红.生物工程设备M.北京：科学出版社.2023: 26-306 陈洪章.生物过程工程与设备M.北京：化学工业出版社.2023.12：72-75 7贺小贤.生物工艺原理M.北京：化学工业出版社.2023.3：103-1108 陈志平.过程设备设计与选型根底M.杭州：浙江大学出版社.2023.9：75-809 陈志平.搅拌与混合设备设计选用手册M.北京：化学工业出版社.2023.4：272-275温馨提示-专业文档供参考，请认真阅读后下载，最好找专业人士审核后使用！