毕业论文-年产6000吨米醋厂生产工艺设计.doc
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液态发酵年产6000吨米醋厂生产工艺设计
摘要
食醋发酵是继酒精发酵之后，在醋酸菌氧化酶的作用下，生成醋酸的过程。
食醋原料，按照工艺要求一般可以分为主料、辅料、填充料和添加剂四大类。
主料大致是含淀粉、含糖、含酒精的三类物质。
本文是对液态发酵年产6000吨米醋厂生产工艺的初步设计。
在设计过程中，主要完成米醋生产工艺流程的确定，糖化和发酵车间的物料衡算，发酵过程中的热量衡算，发酵车间设备的计算和选型，车间人员布置，厂区平面布置。
该设计成果主要采用的形式为工艺流程图（1张），车间平面图（1张）。
关键词：
液态发酵；米醋；工艺流程；物料衡算
Liquidfermentationannualoutput6000tonsricevinegarfactoryproductiontechnologydesign
Abstract
Vinegarfermentationisthetheprocessofgeneratingaceticacid,undertheactionofaceticacidbacteriaoxidase,afteralcoholfermentation.Therawmaterialofvinegar,accordingtorequirementofprocessgenerallycanbedividedintofourcategories,themajoringredient,theauxiliarymaterials,thestuffingandtheadditives.Themajoringredientisroughlycontainthreekindsofmaterial,suchasamylum,sugarandalcoholic.Thisdesignistheliquidfermentationwithannualoutputof6000tonsofricevinegarfactoryproductionprocessdesign.Inthedesignprocess,theprimarymissionistocompletethetechnologicalprocessofmanufacturericevinegar,thematerialbalanceofsaccharificationandfermentationworkshop,theheatbalanceoffermentationprocess,calculationandselectiontheequipmentoffermentationworkshop,thedecoratepersonneloftheworkshop,thefactoryplanelayout.
Thedesignresultsmainlyintheformofaflowchart
（1）workshopplans,distributionoflabororganizationchart.
Keywords:
Liquidfermentation;Ricevinegar;Technologicalprocess;Materialbalance
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1米醋简介 1
1.1.1醋的起源 1
1.1.2米醋的作用 1
1.2米醋发展 2
1.3米醋生产原料 2
1.4米醋生产中的微生物 3
1.4.1霉菌 3
1.4.2酵母菌 3
1.4.3醋酸菌 3
第2章规模设计及生产方案 5
2.1设计任务书 5
2.2产品方案 6
2.2.1生产规模 6
2.2.2主要原料的规格 6
2.2.3工期设定 6
2.2.4产品质量标准 6
2.3工厂总平面设计 7
2.3.1设计原则 7
2.3.2基本要求 7
2.4车间布置设计的要求 7
2.5车间平面设计图 8
第3章生产工艺设计 9
3.1工艺流程 9
3.2原料预处理 9
3.3工艺要点 10
3.3.1原料粉碎 10
3.3.2调浆 10
3.3.3液化和糖化 10
3.3.4酒精发酵 10
3.3.5醋酸发酵 11
3.3.6压滤 11
3.3.7灭菌和陈酿 11
3.4工艺流程图 11
第4章工艺计算 12
4.1主要技术参数 12
4.2物料衡算 12
4.2.1主料量计算 12
4.2.2酶量计算 12
4.2.3氯化钙 13
4.2.4纯碱 13
4.2.5液化醪量计算 13
4.2.6糖化醪量计算 15
4.2.7酒精发酵醪量计算 15
4.2.8醋酸发酵醪量计算 16
4.2.9无菌压缩空气的计算 17
4.3物料衡算表 18
4.4热量衡算 18
4.4.1液化过程中的热量计算 18
4.4.2糖化过程中的热量计算 20
4.4.3酒精发酵过程中的热量计算 21
4.4.4醋酸发酵过程中的热量计算 22
4.5热量衡算表 23
第5章设备选型 24
5.1液化罐 24
5.1.1生产能力 24
5.1.2液化罐数量N1的确定 24
5.1.3主要尺寸 24
5.2糖化罐 25
5.2.1生产能力 25
5.2.2糖化罐数量N2的确定 25
5.2.3主要尺寸 25
5.3酒精发酵罐 25
5.3.1生产能力 25
5.3.2酒精发酵罐数量N3的确定 26
5.3.3主要尺寸 26
5.3.4种子罐 26
5.4醋酸发酵罐 27
5.4.1生产能力 27
5.4.2酒精发酵罐数量N4的确定 27
5.4.3主要尺寸 28
5.4.4冷却面积 29
5.4.5壁厚的设计 29
5.5车间设备一览表 30
第6章卫生安全及生活措施 31
6.1主要设立依据 31
6.2工业卫生标准 31
6.2.1加工生产用水的卫生安全控制 31
6.2.2产品接触面的卫生安全控制 32
6.2.3防止交叉污染 32
6.2.4消毒设施 32
6.2.5员工的健康与卫生控制 32
6.2.6虫害的防治 33
6.3劳动安全措施 33
第7章人员配置 35
7.1工厂人员组织结构 35
7.2生产车间人员配置 35
7.3劳动定员 36
7.4工厂人员一览表 36
第8章环境保护建议方案 37
8.1执行标准 37
8.2废水处理 37
8.3废气处理 37
8.4废渣处理 38
8.5噪声控制 38
8.6厂区环境的绿化 38
结论 39
参考文献 40
致谢 41
附图A车间平面图
附图B工艺流程图
液态发酵年产6000吨米醋厂生产工艺设计
第1章绪论
1.1米醋简介
醋其酿造工艺是中华民族的传统瑰宝，数千年来,历经沧桑,几经辉煌，保留着很多各具特色的传统酿造工艺。
米醋就是用谷子、高粱、糯米、大麦、玉米、红薯、酒糟、红枣、苹果、柿子等粮食和果品为原料，经过发酵酿造而成的。
米醋是众多种类醋中营养价值较高的一种，含有丰富的碱性氨基酸、糖类物质、有机酸、维生素B1、维生素B2、维生素C、无机盐、矿物质等[1]。
1.1.1醋的起源
相传今山西省运城地区有个叫杜康的人发明了酒。
他的儿子黑塔也跟杜康学会了酿酒技术。
后来，黑塔率族移居现江苏省镇江的地方。
在那里，他们酿酒后觉得酒糟扔掉可惜，就存放起来，在缸里浸泡。
到了二十一日的酉时，一开缸，一股从来没有闻过的香气扑鼻而来。
酸甜兼备，味道很美，便贮藏着作为“调味浆”。
黑塔把这种酸水叫“醋”。
1.1.2米醋的作用
随着人民生活水平的提高特别是保健意识的增强，米醋的用途也日益广泛，除用于调味品外，尚可作美容、保健、治病之用[2]。
在日本、马来西亚、新加坡等国家和地区，风靡食用醋豆，日本国民的人均米醋食用量为我国的30多倍，这股“喝醋风”近几年也逐渐衍及我国，国内米醋年需求量呈稳步攀升之势[3]。
醋在烹调加热的过程中，能把其中的钙、磷、铁等成分溶解出来，十分利于肌体吸收和利用，所以，我们在平时的生活中，多吃一点醋是很有好处的，能促进胃液分泌、抑制血糖升高、降血脂、促进代谢、调节酸碱平衡、延缓衰老、消毒灭菌等[4]。
1.2米醋发展
尽管目前我国食醋生产的科技含量不高，技术改造还面临许多困难，然而米醋生产的技术进步已经引起了社会各界的重视。
当前，米醋生产技术发展面临着巨大机遇，米醋生产技术的发展迎来了前所未有的良好机遇。
将传统发酵产品用现代生物工程方式进行高效率地生产成为一项目益受到重视的课题，用液态深层发酵法生产米醋也因此得到不断研究与逐步推广，该方法劳动强度低，劳动生产率高，且易实现自动控制。
1.3米醋生产原料
米醋生产原料应资源丰富、成本低、原料中可发酵性物质含量高、原料的出醋率高、供应量大、易贮藏、易加工、原料产地离工厂近、便于运输，原料中不含对人体和醋质有害的成分，符合食品卫生要求[5]。
大米淀粉含量高、出醋率高、风味纯净,常作为酿醋的原料。
糯米支链淀粉含量高、不易老化、糖化速度慢、成醋风味好,常用作中高档食醋的生产原料。
普通醋一般用粳米或碎米作生产原料。
小麦是世界上分布最广、栽培面积最多的粮食作物之一。
其化学成分因小麦品种、生产产地、气候条件等的不同而有所差异。
糖类中淀粉占70%左右。
蛋白质中以麦胶蛋白质和麦谷蛋白为主，麦胶蛋白中谷氨酸含量最多。
因此，用小麦生产的醋鲜味好、风味佳、质量高[6]。
酿醋需要大量辅料，提供微生物培养需要的营养物质。
谷糠富含粗淀粉，疏松性和吸水性都很好，同时还含有大量的蛋白质、无机盐和维生素类物质，是制曲种的好原料。
麸皮是加工小麦的副产物。
麸皮淀粉含量较低、疏松性好、吸湿性强，有利于菌丝的良好生长，是生产纯种和多微麸曲的主要原料。
豆粕中脂肪含量低、糖分少、蛋白质含量高，为了提高原料中蛋白质的含量可以加入一定量的豆粕[7]。
填充料在酿醋过程中具有降低淀粉浓度、调整发酵速度、疏松醋醅以利于空气流通和热量传递，利于醋酸菌好氧发酵等作用。
常用的填充料有谷壳、稻壳、高粱壳、玉米芯、刨花、多空玻璃纤维等。
填充料质量好，醋的风味好，醋质好；填充料质量差，醋会有邪杂味，醋质较差。
填充料用量多、发酵升温快、顶温高、出醋率低；反之，发酵升温慢、顶温低、发酵周期长、出醋率也低[8]。
1.4米醋生产中的微生物
米醋是细菌的发酵制品，通常是利用醋酸杆菌进行好氧发酵而产生。
如以淀粉质为原料，还需要霉菌和酵母菌的参与；米醋酿造是一个复杂的生化和微生物学过程。
一般要经过糖化、酒精发酵和醋酸发酵三个反应过程。
霉菌、酵母、醋酸菌就是米醋生产中三个反应过程中的主要发酵剂。
新法酿醋，采用纯粹培养的微生物酿醋生产周期短、原料利用率高、生产过程容易实现自动化。
因此带来了显著的经济效益和米醋生产的重大变革[9]。
1.4.1霉菌
霉菌含有丰富的淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等分解酶，因此常用霉菌生产糖化曲。
曲是水解淀粉质原料的糖化剂，有利于下一步酵母菌的酒精发酵以及之后的醋酸发酵的顺利进行[10]。
黑曲霉的淀粉糖化酶活力强，而其淀粉液化酶和蛋白酶的活力较弱，具有较强的单宁酶活力。
适合于作为酿酒、酿醋工业中制曲的菌种，制成的曲其糖化后劲足，虽然液化酶和蛋白酶活力较弱，但能满足制醋对原料糖化的要求[11]。
根霉中既含有丰富的淀粉酶，也含有酒化酶，具有较强的糖化力和一定的酒精、有机酸发酵能力。
1.4.2酵母菌
在酵母菌的酒精发酵中，除生成大量酒精外还有少量有机酸、杂醇油、酯类等物质生成，这些物质对形成米醋的风味有重要的作用。
酒精酵母培养的最适温度为28～30℃，发酵适宜温度在30～33℃[12]。
1.4.3醋酸菌
醋酸菌在自然界分布很广，是生产米醋、维生素C及葡萄糖酸等的主要菌种。
醋酸菌在充分供氧的情况下生长繁殖，将乙醇氧化为醋酸。
醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力，它的营养物质有碳源、氮源及无机盐等。
碳源中最好的是酒精、葡萄糖、果糖等；氮源主要是氨基酸、多缩氨基酸类、尿素和硫酸铵等[13]。
按照醋酸菌的生理生化特性，可将醋酸杆菌分为醋酸杆菌属和葡萄糖氧化杆菌属两大类。
醋酸杆菌在缺少乙醇的醋醅中，会继续把醋酸氧化成二氧化碳和水，也能微弱氧化葡萄糖为葡萄糖酸[14]。
酿醋工业常用的醋酸菌有纹膜醋酸菌（A.cetobacteraceti）、许氏醋酸菌（A.schutzenbachii）、恶臭醋酸菌（A.rances）混浊变种、巴氏醋酸菌（A.pasteurianus）巴氏亚种、白膜醋酸杆菌、沪酿1.01醋酸菌等。
第2章规模设计及生产方案
本项目的设计按照国家要求投资小、产出大、见效快的原则，尽可能使建筑设施、能源（水、电、汽）在设计时与治理三废、环保同步进行。
2.1设计任务书
设计项目：
液态发酵年产6000吨米醋厂生产工艺设计
设计规模：
日产量20t
生产工艺：
液态深层发酵
工作制度：
全年发酵工作日300天，三班作业，连续生产。
主要原料：
玉米
辅助原料：
谷糠，麸皮
成品：
4度酿造米醋
产品质量标准
理化指标：
总酸（以乙酸计：
g/100mL≥3.50
不挥发酸（以乳酸计）：
无
可溶性无盐固形物：
g/100mL≥0.50
微生物指标：
菌落总数/（个/mL）≤10000
大肠菌群/（MPN/100mL）≤3
致病菌（系指肠道致病菌）：
不得检出
产品相关标准：
要符合GB2719-1996《米醋卫生标准》、GB18187-2000《酿造米醋》、ZBX66004-86《米醋质量标准》。
感官指标：
具有正常的米醋色泽、气味和滋味，不涩，无其他不良气味与异味，无悬浮物，不浑浊，无沉淀，无异物，无醋鳗、醋虱[15]。
产品用途：
广泛用于食品及餐饮行业
2.2产品方案
2.2.1生产规模
醋厂年产量为6000t，厂建设采取统一的规划布局，规范化建设，科学化管理，规模化生产。
一体化经营，完全采用现代化企业管理模式将逐渐形成规模。
2.2.2主要原料的规格
粮食：
应符合GB2715的规定
酿造用水：
应符合GB5749的规定
食用盐：
应符合GB5461的规定
食用酒精：
应符合GB10343的规定
糖类：
应符合相应的国家标准或行业标准的规定
食品添加剂：
应选用GB2760中允许使用的食品添加剂，还应符合相应的食品添加剂的产品标准
2.2.3工期设定
生产品种为4度酿造米醋。
年产量6000t，采用瓶装生产（一年365天，五一3天、十一7天、端午1天、清明3天、中秋1天、春节7天、设备检修23天，一年生产300天），设计日产量为20t。
2.2.4产品质量标准
GB/T601—1988化学试剂滴定分析（容量分析）用标准溶液的制备
GB2715—1981粮食卫生标准
GB2719—1996米醋卫生标准
GB2760—1996食品添加剂使用卫生标准
GB4789.22—1994食品卫生微生物学检验调味品检验
GB/T5009.41—1996食米卫生标准的分析方法
GB5461—2000食用盐
GB5749—1985生活饮用水卫生标准
GB/T6682—1992分析实验室用水规格和试验方法
GB7718—1994食品标签通用标准
GB10343—1989食用酒精
2.3工厂总平面设计
2.3.1设计原则
（1）总平面设计应当将占地面积较大的生产主厂房布置在厂区的中心地带，以便其他部门为其配合服务。
（2）总平面设计应充分考虑地区主风向的影响，以次合理布置各建、构筑厂房及厂区位置。
2.3.2基本要求
（1）总平面设计应将人流、货流通道分开，避免交叉。
（2）总平面设计必须符合国家有关规范和规定。
（3）总平面设计必须符合生产流程的要求。
（4）总平面设计应遵从城市规划的要求。
2.4车间布置设计的要求
（1）车间布置应符合生产操作的要求。
（2）车间布置应符合设备安装、检修的要求。
（3）车间布置应符合厂房建筑的要求。
（4）车间布置应符合节约建设投资要求。
（5）车间布置应符合安全、卫生和防腐蚀的要求。
（6）车间布置应符合生产发展的需要。
2.5车间平面设计图
依据车间布置设计要求，绘制车间平面图（见附图A）。
第3章生产工艺设计
依据工艺流程，制定出酿造过程中个部分工艺要点。
3.1工艺流程
根据中米醋风味而设计的工艺流程简图见图3-1：
原料粉碎
氯化钙
a-淀粉酶
纯碱
调浆
试管培养
液化
种子罐培养
三角瓶培养
麸曲
糖化
酒母
酒精发酵
酒醪
无菌空气
醋酸发酵
压滤
消毒
成品
图3-1米醋生产工艺简图
3.2原料预处理
采用分选机进行预处理。
在分选机中将尘土与其他轻级杂质吹出，经筛分除去较大的杂物，最后再经筛分过程把原料与混杂进的其他谷物分开。
鲜薯采用洗涤的方法除去附着在表皮的砂土，将有黑斑或腐烂的薯块剔除；薯干则通过磁铁分离器除去可能混入的金属物品后即可送去粉碎。
3.3工艺要点
3.3.1原料粉碎
先将碎米浸泡，使米粒充分膨胀，然后将米与水按1：
（1.5~2）的比例送入磨粉机，磨成50目以上。
锤式粉碎机是利用快速旋转的锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于中等硬物（暑干、玉米等）。
辊式粉碎机主要用来粉碎谷类颗粒原料，大麦、大米、高粱等都可用此粉碎。
钢磨主要用于大米、玉米等原料的粉碎[16]。
3.3.2调浆
原料浸泡后用磨粉机磨成粉浆，然后在调浆池内进行调浆。
调浆时要加0.25%的α-淀粉酶（酶制剂2000u/g）。
控制pH6.0～6.5，温度在85～90℃。
由于钙离子有提高酶对热稳定性作用，所以加入无水氯化钙0.1%。
3.3.3液化和糖化
本项目采用高温液化法，需要设备小，适于连续操作，淀粉受热快而均匀，能使淀粉迅速糊化。
液化时边加热边进料边搅匀，液化品温控制在85~92℃，待粉浆全部进入液化锅后，维持10~15min，使淀粉充分液化，之后升温至100℃，保持20min。
采用高温糖化法，也称酶法液化法，它是先以α-淀粉酶制剂在85～90℃对原料粉浆进行液化，然后再用麸曲在65℃进行糖化，糖化时间30min。
3.3.4酒精发酵
将糖化醪送入酒精发酵罐中，并使温度降至32℃左右，向醪液中接入酒母。
酒精发酵是无氧氧化过程。
除了发酵初期，酵母中的活细胞大量繁殖需要一定的氧气外，整个过程在密闭发酵罐中进行。
罐压控制在0.25×105Pa，发酵温度30～32℃，发酵时间为60～70h。
产品在正常情况下酒度为6.7%左右，总酸应控制在0.4%以下，残糖在0.2%左右[17]。
3.3.5醋酸发酵
将酒精发酵醪接入醋酸发酵罐，在适宜的条件下，乙醇经醋酸菌的作用氧化为乙酸，它是酿醋的主要环节，直接影响到食醋的产量与食醋的风味。
醋酸发酵是利用醋酸菌所分泌的氧化酶将酒精氧化成醋酸，因此要求醋酸菌必须活力强、无杂菌、接种量不低于10%。
醋酸菌刚接入发酵罐，通过一段时间培养，醋酸菌进入对数生长期，细胞数量增加、活力提高、酶大量形成、呼吸作用大大加强，要加大风量；到后期，酒精减少、酸度上升缓慢、菌体衰老、呼吸缓慢、风量即可减小[18]。
3.3.6压滤
醋酸发酵结束后，为了提高食醋糖分，在醋醪里加入一定量的糖，混合均匀送入压滤机进行压滤。
3.3.7灭菌和陈酿
醋酸压滤后取样检测，按成品要求加盐配兑，在加热至75～80℃灭菌。
陈酿过程中，因美拉德反应等，食醋的色泽加深；因氧化反应，食醋中的乙醇含量降低，而乙醛含量有所升高；因酯化反应，食醋中的酯含量明显升高；因缔合作用，食醋的风味变得醇和，醋酸的刺激性减弱。
3.4工艺流程图
根据米醋生产工艺要点设计工艺流程图（见附图B）。
第4章工艺计算
本章节根据生产工艺流程，进行生产车间的物料及热量衡算。
4.1主要技术参数
淀粉糖化率：
80%
糖à酒精得率：
85%
酒精à醋酸得率：
80%
大米原料à成品醋：
148.4kg/t
4.2物料衡算
本节根据物料损失及原料利用率，对生产过程中的物料进行计算。
4.2.1主料量计算
按主料计每148.4kg原料产醋1t，每批投主料量：
每年投主料量：
4.2.2酶量计算
应用酶活力为2000u/g的α–淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗量。
α-淀粉酶用量按8u/g原料计算。
全年用酶量为：
单批次耗量：
所用麸曲糖化酶的活力为800u/g，使用量为150u/g原料，则糖化酶消全年耗量为：
单批耗量：
4.2.3氯化钙（规格：
无水）
单耗：
0.15kg/t：
每批投量：
0.15×20=3kg
全年投料量：
0.15×6000=900kg
4.2.4纯碱（规格：
工业用）
单耗：
0.225kg/t
每批投量：
0.225×20=4.5kg
全年投料量：
0.225×6000=1350kg
4.2.5液化醪量计算
根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1:
3，粉浆量：
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50℃，应用喷射液化器使粉浆迅速升温至88℃，然后进入连续液化器液化，再经115℃高温灭酶后，在真空冷却器中闪急蒸发冷却至63℃后入糖化罐
干物质含量B0=87%的大米比热容；
粉浆干物质浓度为：
蒸煮醪比热容：
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变。
经喷射液化加热后蒸煮醪量：
式中2748.9——喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓。
经二液化维持罐出来的蒸煮醪量：
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。
经喷射混合加热器后的蒸煮醪量；
式中115——灭酶温度（摄氏度）
2748.9——0.5Mpa饱和蒸汽的焓
经汽液分离器后的蒸煮醪量：
式中2245——104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热。
经真空冷却后最终蒸煮醪量为：
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。
粉浆中干物质的质量分数：
4.2.6糖化醪量计算
麸曲（糖化力80
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