食用酒精工艺计划流程.docx
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食用酒精工艺计划流程
吉 林工 商学院
毕业论 文
题目名称:
年产10万吨食用酒精工厂设计
院系:
生物工程分院
专 业:
生物工程
学生姓名:
刘红
学 号:
26号
指导教师:
韩颖
2012年5月26日
毕业论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交毕业论文,是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除文中差不多注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体差不多发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名:
年月日
目 录
1 绪论1
1.1产品介绍1
1．2 设计意义ﻩ１
1．3设计原则1
2设计概论ﻩ3
2．1生产方案的确定和产品方案ﻩ3
2.4要紧辅料的质量标准ﻩ4
２.５水的质量标准ﻩ5
2．6 要紧工艺技术参数ﻩ5
３淀粉质原料酒精生产工艺6
3．1淀粉质原料酒精生产的流程6
3.3.1 糖化的目的ﻩ7
4.2 工艺流程图见具体图纸ﻩ9
4．3原料消耗计算９
4．3.１原料计算９
4.3.2辅料计算ﻩ10
4.3．3糖化醪与发酵醪量计算11
4.4依照要求实际原料耗算一览表11
４.5生产设备相关计算12
4.５.1粉浆罐1２
4.５.2酒母罐ﻩ13
4.5.3糖化罐１3
4．５.５ 搅拌器13
4.5.６其他设备１3
４.６ 动力设施的计算１5
４.6．1耗水量的计算ﻩ1５
4.6．2 蒸汽消耗量的计算ﻩ１5
４.6.3供电设施估算15
5.1粗馏塔概况16
5.2粗馏塔的计算16
6环境爱护和安全生产ﻩ２０
6.2 液体、固体CO2 （干冰）的制备和贮运ﻩ20
6.３杂醇油回收利用ﻩ20
６.４酵母回收2０
7车间布置设计及全厂定员21
7.1车间布置设计2１
7.1.3 全厂总平面设计ﻩ２1
7.2车间内常用设备的布置21
７.2.２ 蒸馏设备及其他设备22
7.３全厂定员ﻩ2２
７．3.1生产部门ﻩ22
7.3．2动力辅修车间22
参考文献23
致谢24
1 绪论
1．1 产品介绍：
乙醇俗称酒精是一种无色透明、易挥发,易燃烧，不导电的液体。
有酒的气味和刺激的辛辣味道，微甘。
相对分子质量46.07,分子式为C２H５ＯH,结构式为：
HＨ
｜ |
H-C－C-O－H分析纯级的无水乙醇是无色透明,易挥发,具有专门芳香和强
||
HH 烈刺激味的易燃液体。
相对密度0.7893，沸点7８.3℃，凝固点-1１7.3℃，闪点14℃,自燃点39０~430℃，乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.3%~1９%（Ｖ）。
1.2设计意义：
随着经济的进展,究竟这种重要的工业原料被广泛用于化工、塑料、橡胶、农药、化妆品及军工等工业部门。
且石油资源趋于缺乏、全球环境污染的日益加剧,各国纷纷开始开发新型能源。
乙醇是目前为止最理想的石油替代能源,它的生产方法以发酵为主。
菌种的优劣对发酵效果的阻碍特不大，能够筛选出具有优良性状的菌株及对菌株进行改良,关于降低生产成本,乃至实现酒精的大规模工业化生产，解决能源危机都有着重大意义。
我国现代化酒精工业的历史不长，19０７年德国人在哈尔滨建立了第一个酒精厂;1９２0年福建酒精厂成立。
以薯干为原料;１92２年山东溥盆酒精厂投产,以甜菜糖蜜为原料；1９３５年上海中国酒精厂成立，以进口甘蔗糖蜜和薯干为原料,这些差不多上我国第一批酒精厂。
解放前,我国的酒精工业进展缓慢，到解放前夕，全国总产量不及万吨,淀粉利用率仅６0%左右，生产工艺均为简写发酵法，糖制剂用的是麦芽,原料不经粉碎,解放后,50年代初是恢复时期，产量逐步进展。
５0年代中开始进行技术革新,首先用微生物糖化剂代替麦芽；目前苏联的三段蒸煮代替间歇蒸煮，进而采纳一级真空冷却连续糖化；糖蜜发酵实行了连续糖化，淀粉质原料的连续发酵也在一些工厂开始采纳液体曲，以后又有糖化酶、液化酶、问世;8０年代中,８0~85℃液化和其他低温蒸煮工艺开始在我国酒精工业中得到应用。
近年来高温α－淀粉酶、高糖化力酶、耐高温酵母、活性干酵母、差压蒸馏和各种酒糟处理新技术也开始应用，同时引进了国外一些酒精联产饲料的成套装备和技术,使我国的酒精生产水平上了一个新台阶。
1.3设计原则
设计工作围绕工厂现代会建设，做到投资小，收效快，能在原基础上升级扩大,设计工作符合可持续进展战略。
设计尽量结合实际，因地制宜，使用目前比较成熟的技术,确保设计可得到最大收益。
工厂设计需做到人性化为职职员作得合理的安排，使其达到最佳的工作效率。
设计中还需注意环保问题，减少对厂区及其周边环境的污染
对自己,本次设计是对自己大学四年所学知识的一个综合的运用和分析。
2设计概论
2.1生产方案的确定和产品方案
从投资能力、销售量、水源、能源供应、供电状况、技术状况等方面综合考察，决定设计建筑一座年产１0万吨的酒精食用厂,产品质量达到国家优质食用酒精标准，浓度为95.５%（V）。
2.2厂址选择
厂址选择的具体条件、自然条件：
①地形：
简单、整齐、矩形面积：
满足工厂总平面布置要求
②地势：
差不多平坦,略有坡度平原>０.5%山区<5%
③地质条件
a.避开危害地区：
矿藏区、采空区、古井、古墓、坑穴
b．地基承载力>１2０～180KN/m2
ｃ.严寒地区，注意冻土层
④气象条件（风向、风景、雨量、温度）
a．搜集十年以上气相资料
ｂ.雨量和温度有最高、最低和平均数据
ｃ.冰冻线对建筑基础和管线的阻碍
⑤水文条件
a.了解蓄水量、水量供产量、水价、取水点、水层条件
b．靠近水资源丰富的水源地
⑥环境卫生条件
a.周围环境较清洁、含尘含菌浓度低、无有害气体污染
ｂ.在居民区的下风侧
拟建年产1０万吨食用酒精工厂
布置方案：
按功能区分为厂前办公区、生产装置区、生产辅助区、热能动力区、净水处理区、污水处理区、原料仓储区、成品罐装区、铁路、发远区等。
左
侧
区
厂前区
生产区
厂后区
右
侧
区
（1）选择地点：
位于吉林省松原市扶余县西南街
（2）选择依据:
交通便利、空气清洁、无污染、水质好、水源丰富
2．3原料来源、规格及标准
（1）来源：
玉米采购在松原市扶余县
（2）规格及标准,外观指标
玉米粉是由脱皮、脱胚的优质玉米精制而成。
无有害、有毒物质,无沙子或其它不纯物,质量一致且符合食品级，无任何添加剂和抗氧剂。
外观：
（色泽、气味、口味）正常、无霉变、无杂物，白色至黄色自由流淌的颗粒，没有其它杂质。
气味/味道:
具有特有的玉米香味，没有酸味、霉变的味道及其它异味。
表2-1玉米理化指标
项目
单位
指标
细菌总数
大肠菌数
霉菌及酵母数
磷化物定性
氰化物定性
碱性金属物含量
汞
黄曲霉毒素B1
Cｆｕ/ｍg
MＰN/1０0mg
Cfu/mg
mg/kg以Hg计
µg/kｇ
≤5０，000
≤1０0
≤2,000
阴性
阴性
0.０03%
<0.02
<5
表2－2玉米的化学组成（%）
水分
淀粉
蛋白质
粗纤维
脂肪
灰分
7~16
60~75
8~１0
1.３
３.１～5
1.7
2.４要紧辅料的质量标准
（1）淀粉酶
表2-3耐高温α－淀粉酶性质
项 目
标 准
最适pH值
最适作用温度
Ca2+浓度
液化力
５.5~7.０
9０℃以上
50～７０ｍg/ｋg
≥12０ＫＮＵ/g或８00.000ｍwu／g
（2）活性干酵母
表2-4活性干酵母性质
项 目
性 质
色泽
形状
气味
杂 质
无异物
酵母活细胞率
保存率
水分
致病菌
重金属
淡黄至浅黄色
颗粒或条状
具有酵母专门气味，无异味
无异物
≥48%
≥80%
≥85％
≤5.０％
不得检出
≤20
2.5水的质量标准
在酒精厂里水的要紧用途是:
冷却用水，锅炉用水和各种洗涤用水。
硬度过高的水不能用于酒精生产,因为所有的酒精生产工艺过程差不多上在弱酸性的条件下进行的（pH4.5~５．5）.
冷却用水硬度也不能过高，否则容易引起设备和管道表面结垢，阻碍冷却效果。
锅炉用水应符合锅炉用水标准，硬度超标一定要进行软化处理。
原水按硬度分为如下几类,见表2-５。
表２-5水的硬度分类
水质类不
硬度值
碱性离子浓度（mｍoｌ/L H2O）
较软水
软水
中硬水
较硬水
硬水
极硬水
０~4.0
4.1～8．０
8.１~1２.０
１2.1~1８．0
１8．1～３0.０
≥３１.0
０~1.44
1．45~2.８8
2.89～４．21
4.33~６.４8
6.49～１０.80
>10．81
2．６要紧工艺技术参数
表2－6要紧工艺技术参数
项目
参数
项目
参数
玉米原料淀粉含量
淀粉利用率
75%
91.45%
淀粉出酒率
加水比
５5.34％
1:
3．5
３淀粉质原料酒精生产工艺
３.1淀粉质原料酒精生产的流程
淀粉质原料
除杂粉碎
粉料
加水调浆
粉 浆
加α－淀粉酶喷射液化
粉浆液化液
加入糖化酶糖化
取小部分加入酵母
糖化醪
酒母
加入酒精酵母进行酒精发酵
酒精发酵醪
CＯ2
蒸馏
其他产品或杂质
废醪
酒精
从上述流程可见,淀粉质原料酒精生产是由原料预处理,原料的水－热处理（原料的蒸煮）,糖化剂生产,糖化，酒母制备,发酵和蒸馏等工段组成的。
下面分不对上述诸工段作详细的介绍。
3．2原料的水-热处理
含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的爱护作用，不易受到淀粉酶系统的作用。
另外，不溶解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非产的缓慢，水解程度也不高。
因此，淀粉原料在进行糖化之前一定要通过水-热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态,以便淀粉酶系统进行糖化作用,这确实是原料水-热处理的要紧目的。
３.３糖化工艺
３.３．1糖化的目的
淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪,或者无蒸煮工艺的醪液,在发酵前均要加入一定数量的糖化剂,使淀粉在淀粉酶系统的作用下水解成酵母能发酵的糖类。
淀粉转变为糖的这一过程,称为糖化。
糖化后的醪液称为糖化醪。
要紧目的依旧将淀粉酶解成发酵性糖
３．3.２糖化过程中物质的变化
在糖化过程中，醪液中的蛋白质在蛋白酶的作用下水解成胨，多肽和氨基酸等,因此糖化时醪液中氨基酸的含量增加1.5—２．0倍。
这些小分子的氨基酸是酵母菌体增殖的良好营养分。
醪液中的果胶质和半纤维素会有不同程度的水解，并生成相应的水解产物。
3.３.3 糖化方法
蒸煮醪冷却至糖化温度；加糖化剂，使蒸煮醪液化,淀粉糖化,物料的巴斯灭菌;糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送往发酵或酒母车间。
先用间歇操作方法制备一锅60°C糖化醪，在开动搅拌器和开大冷却水前提下,连续从后熟器或蒸汽分离器送入蒸煮醪。
固体曲曲乳、液体曲，或糖化醪稀释液不断从贮罐定量地流入。
糖化醪则以锅底醪经往复泵送往喷淋冷却器，冷却到３0°C的糖化醪送往发酵车间,送往酒母车间的糖化醪不必经后冷却。
只要单位时刻由蒸煮醪带入的多余热量和冷却水单位时刻带走的热量相等,则糖化锅内的醪液的温度就能够维持在60°C,持久不变,只确实是混合冷却连续糖化工艺的使之所在。
在蒸煮醪时,不宜采纳糖化酶的最适作用温度,因为酶稳定的最适温度比其他作用的最适温度低。
因此在最适作用温度下进行糖化，尽管糖化速度提高了，然而酶的失活率也比较高，不利于在发酵过程中进行的淀粉后糖化作用。
糖化３0min就够了,糖化时刻过长会降低糖化设备的利用率。
过多的糖化剂的使用会增加成本。
糖化醪质量检测,要紧测定外观糖和酸度。
3.4酒精生产对酵母的要求
（1）应具有较高的发酵能力,即能快速并完全地将糖分转化为酒精。
（2）生殖速度快,即具有高的比生长速度。
（3）具有高的耐酒精能力,即对本身代谢产物的稳定性高,因而能够进行浓醪发酵。
（4）抵抗杂菌能力强，即对杂菌代谢产物的稳定性高，耐有机酸能力强。
（5）对培养基的适应性强，耐高温，耐盐，耐干物质浓度的性能强。
４酒精生产过程中的物料和热量衡算
4.1酒精生产工艺技术指标
生产规模:
100,000Ｔ／年
生产方法:
双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏
生产天数:
300天/年 食用酒精年产量：
100，０００T
食用酒精日产量：
334 T 食用酒精时产：
14T即14,000kg/ｈ
副产品年产量:
不得有次级酒精占酒精
杂醇油量：
为成品酒精量的０.５%
产品质量:
国标食用酒精（乙醇含量9５%（V／V））热量
生产原料:
玉米原料（含淀粉6８％、水分１１%）
α-淀粉酶的用量为8u/ｇ原料,糖化酶用量为150u/g原料,酒酵母糖化醪用糖化酶量为300u/ｇ原料
酸铵用量：
7Kg/T（酒精）； 浓硫酸（98%）用量（调ＰH）：
5Kg/T（酒精）
调浆时:
料水比为1：
3.5,调浆后粉浆温度为３４3k,每个粉浆罐的容积为5m2,径高比为1:
1．５,锥形部分的高度为圆筒部分高度的1/3,交替使用。
糖化醪９1%作为生产糖化醪,9%作为酒母糖化醪，酒母糖化醪制备时,料水比为１:
４.5。
粉浆有关数值:
粉浆比热为３.5７kｊ／kg．k，蒸煮的温度为４16k，加热蒸汽的压力位5个大气压（表压）,加热蒸汽的热焓为65７.8×４．187ｋj/kg,加热蒸汽的凝聚水的热焓为143×4.187kj/kg,整个蒸煮时刻为２小时,最后一个后熟器的压力为0.5个大气压（表压），对应的温度为384ｋ，气液分离器中糊化醪的比热为３.６kｊ/kg.k。
糊化醪的比重为１.０85，糊化醪的比热为3.64kj/kg.k。
蒸煮锅后熟器要求;蒸煮锅和每个后熟器的容积相等，气液分离器装料量为50%,蒸煮锅、后熟器、气液分离器圆筒部分径高比为1:
3。
冷却器:
正空冷却器有圆柱形部分和锥形部分组成,圆柱形部分的高度为直径的１．5倍，圆锥低角为45°。
真空度维持在550mm汞柱，对应温度34０k，二次真气汽化热为558×４．18７kj/kg．k,二次蒸汽的比容为5．7ｍ³/kｇ,二次蒸汽的上升速度为0.８m/ｓ，醪液下降管的长度为１0m，垂直安装。
糖化锅:
糖化锅由圆柱形部分和球形部分组成,装料系数为75%。
几何容积的计算按以下进行：
V=0.７85D²+1／３πｈ²（3r-h）
Ｄ—圆筒部分的直径（m）；Ｈ—圆筒部分的高度ｍ；h—球形底的高度m;r—底的曲率半径ｍ；H=2D;h＝０．25D;r=（D²+４h²）／8h
糖化时刻为45min
４．２工艺流程图 见具体图纸
４.3 原料消耗计算
工艺计算，在设计或改建、扩建酒精厂中，对生产过程的物料和能量衡确实是必不可少。
衡算结果不但为生产设备和动力设备的设计、选型提供重要依据,而且能获得生产过程主副原料的消耗、水电气的消耗以及成品、副产品和废料的数量。
这些差不多上组织和治理生产、进行成本核算的必要依据。
4.3.1原料计算
现以生产95%（V）成品酒精1000kg作为计算的基准。
从淀粉质原料生产酒精的化学反应式原料与成品之间的定量关系如下:
能够得到每生产1０00kg无水酒精需要淀粉量为:
1０0０×（162/9２）=1760.9（kg）
而95%（Ｖ）的成品酒精相当于９2.41%（w），故生产1000ｋｇ9５%（V）成品酒精需要的淀粉量为：
1760.9×９2.41％＝1627.2（kg）
酒精生产要经历许多的工序和复杂的生物化学变化，在生产的各个时期难免会有淀粉的损失,依照实际经验，生产１０00kg上食用酒精生产过程中各时期的淀粉损失的分配大致如表。
生产过程淀粉损失一览表
生产工序
淀粉损失缘故
淀粉损失量（%）
原料预处理
蒸煮
发酵
发酵
发酵
蒸馏
粉尘损失
未溶解淀粉及糖分破坏
未发酵残余糖分
巴斯德效应和用于发酵副产物损失
酒精自然蒸发与被二氧化碳带走
废槽液带走及其它蒸馏损失
累计损失
由酒精捕集器回收酒精
实际损失
0.40
０.50
1．50
４.０0
1.30
1.85
9.55
1.０0
8.55
因此，一般在整个生产过程中淀粉利用率在9１.４5%之间,若以上表为依据,淀粉利用率为91.４5%计算，每生产100０ｋg成品酒精需要淀粉量为:
１627.２÷（1-8．55％）=1779．3（kｇ）
玉米为:
1779.３÷68％=26１6.6（kｇ）
故生产100０kg来自玉米的上食用酒精总淀粉原料为：
2616.6kg
4．3.2辅料计算
４.３．2.1 α－淀粉酶的消耗量
蒸煮醪所需辅料的计算；以设计要求玉米为原料,应用酶活力为2000u／g的α-淀粉酶进行液化，促进糊化,可减少蒸汽消耗，据技术指标,α-淀粉酶的用量按8u／g原料计算,则酶用量为:
2６1６.6（ｋｇ）×1０0０（ｇ/ｋg）×8（u/g）÷2０00（u／ｇ）=10.５kｇ
４.3.2.2糖化酶的消耗量
蒸煮醪所需辅料的计算;以设计要求玉米为原料,应用酶活力为20０0０u/g的糖化进行糖化，据技术指标，糖化酶的用量按１50u/ｇ原料计算,则酶用量为:
2616．６（kg）×1000（g/ｋg）×１５0（ｕ/g）÷２000０（u/g）＝19．6ｋgﻩ
此外，酒母糖化制备时,糖化酶用量按30０u/g原料计算,设酒母用量为１0%,则酶用量为：
26１６.６（ｋｇ）×10%×７0％×30０（u/g）÷200０0（ｕ/ｇ）=2.7kｇ
注：
其中70％指酒母糖化醪制备时，糖化醪为70％,另外补充30%的水。
4．3.2.3蒸煮醪量计算
依照生产实践,连续蒸煮首先将粉碎原料在配料调浆罐内与温水混合，加水比一般为1:
3左右,本实验取1:
3.5则粉浆量为:
26１6.6×（1﹢３.5）=１218２.2kｇ
那个地点简化计算，用以下方法近似求解。
假定采纳罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度为３４３K,应用喷射式液化器使粉浆温度迅速上升至416k，然后进入罐式连续液化器液化，在真空冷却器中闪击蒸发冷却至384K进入发酵罐。
（１）依照所给数据,明白蒸煮醪比热为3.５７kj/kg.k。
为简化起见，设此比热在整个蒸煮过程中维持不变。
经加热蒸汽喷射液化过后的醪液量为:
１218２.2+1218２.2×3.57×（４16-3４3）/（657.8×4.１８７＋（4１6－２７3）×４.１８7）=13129.3kg ①
式中：
65７.8×4.１87为加热蒸汽的焓ｋj/kg
（2）经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：
设经第二液化维持罐出来的蒸煮醪温度由４16k降低到3９3k,此处设温度降低是通过汽化解决,因此蒸煮醪汽化后的量为:
１312９.3-1３1２９.３×３.57×（41６－393）/2205.２=1２6４０.4ｋg
式中：
2205.2为393k时水蒸气的汽化潜热kj/kｇ
（３）经喷射混合加热器后的蒸煮醪的量为:
设经喷射混合加热器后的蒸煮温度由3９3k上升到398k,因此喷射混合后蒸煮醪的量为：
126４０．4+12６4０.4×３.5７×（39８－３９3）/（６5７.8×4.1８７-（398-273）×4．187）
=１２741．5kg
式中:
６５７.8×４.187为加热蒸汽的焓（ｋｊ/ｋg）；３9８ｋ为灭酶温度
（４）经最后一个后熟罐出来的醪液量为：
经最后一个后熟器后。
醪液温度由３9８k降低到384ｋ，若温度降低是由热损引的，醪液量不变；此处设为通过汽化降温，因此降温后的醪液量为:
１2741.5－1２741.5×3.57×（39８－38４）/2２3４6=１２71２.8kg
（5）经真空冷却器后最终蒸煮醪量为：
12712.8-12７1２．8×3.５7×（３８4-3４0）/55８×4.18７＝1184１.3ｋg
注
（1）：
参见公式
即依照热量衡算
（２）：
参见《化工原理》ｐ３35—天津大学出版社2004年新版,下同
式中，22３46为３８4k时水蒸气的汽化潜热kj/kg
4．3.3 糖化醪与发酵醪量计算
①发酵过程中相应的过程释放的CO2总量为:
（１00０×９2．4１%）/98%×（44/46）=90２kｇ
式中:
44／4６指的是产生一分子酒精就产生一分子CＯ2，即理想发酵情况下。
因此最终需要蒸馏的醪液中含酒精约为：
（１00０×９2.41％）／（１1８４1．3-90２）×1００%=8.45%（质量分数）
由上计算可知发酵结束后成熟醪焓酒精约８.45%（质量分数）。
并设蒸馏效为９8%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分不为成熟醪量的５%和1％，则生产1000ｋg95％国际酒精成品的有关计算如下：
1需蒸馏成熟发酵醪的量为：
F1＝[（11841.3-9０2）/98%］（１０0+5＋1）÷100=１1832.3kg
2不计酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水,可设发酵过程中则成熟发酵醪量为：
F２=11８41.３－9０2=1０93９.3kg
3接种量按１0%计算，则酒母量为：
11
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