12t淀粉原料燃料酒精蒸煮糖化车间设计解析Word格式.docx
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7.4年产1.2万吨酒精厂蒸煮糖化车间总物料衡算（以每小时计算）11
8主要设备13
8.1粉浆罐的选择13
8.2预热罐的选择13
8.3维持罐及后熟罐的选择13
8.4气液分离器的选择13
8.5真空冷却器的选择14
8.6糖化罐的选择14
8.7喷射液化器的选择14
8.8酒母糖化罐的选择14
8.9其它设备的选择15
8.10蒸煮糖化车间预览表15
9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
燃料酒精是一种新能源，其优势在于属于可再生能源。
乙醇不仅是优良的燃料，它还是优良的燃油品改善剂。
发酵法生成酒精是利用淀粉为原料，经过原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等。
蒸煮糖化的主要工艺过程，将粉碎好的原料投入粉碎机加入适量α—淀粉酶，α—淀粉酶作用是即可以有效的杀死原料中带来的杂菌，又可以保护淀粉组织不被破坏，提高原料的利用率。
之后进入连续蒸煮器，形成蒸煮醪。
冷却后的蒸煮醪进入糖化锅与糖化剂混合，蒸煮醪进入糖化锅并加入糖化酶，糖化酶的作用是能使淀粉迅速液化生成低分子的糊精。
可催化水解淀粉。
之后产出糖化醪。
糖化后用泵送去喷淋冷却至发酵温度，送去发酵车间。
本实验采用连续蒸煮，连续蒸煮具有能耗低、纸浆质量稳定和污染少的优点。
并且这几个主要工序分别在几个相应的设备中进行连续操作，实现了生产的连续化。
糖化采用混合冷却连续糖化，利用原有糖化设备，将前冷却和糖化两个工序仍放在原有糖化锅中进行，而将后冷却的任务交给新增加的喷淋冷却或套管冷却设备去完成。
优点是，瞬间冷却时，淀粉来不及重新形成晶点，仍保持着流动状态，很容易接受淀粉酶的作用，对提高淀粉糊化醪的质量有益。
并且，冷却是在封闭的空间中进行的，空气中杂菌的污染率降低。
关键词：
淀粉；
连续蒸煮；
双酶糖化；
糖化醪
引言
本次生物工程工厂课程设计以木薯干片为淀粉原材料进行蒸煮糖化，生产工业燃料酒精，设计蒸煮糖化车间。
在国计民生中，酒精工业占有很重要的位置。
酒精的学名为乙醇，分子式为C
H
OH，为醇类。
酒精是无色透明的液体，具有刺激性气味和很强的挥发性，极易燃烧生成二氧化碳和水，并放出大量热。
酒精的化学性质活泼，可与水、甘油、醇类等有机溶剂混合，也可与碳水化合物，脂肪酸，某些金属盐类反应。
酒精可以以淀粉、糖类、纤维质为原料，经过糖化、发酵、蒸馏而制成无色透明液体。
本次设计以木薯干片为生产原料，经过粉碎、除杂、蒸煮等工序，得到木薯淀粉。
木薯淀粉经双酶法连续蒸煮糖化，再用于发酵工业燃料酒精。
本次工厂课程设计选用连续蒸煮的方法。
连续蒸煮可以分为罐式连续蒸，管道式连续蒸煮和柱式连续蒸煮三类。
连续蒸煮糖化蒸煮过程中有温度较低、节省煤耗、操作容易控制、设备结构简单、制造方便等优点。
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离器等组成罐式连续蒸煮设备。
因此，本次工厂课程设计选用的是罐式连续蒸煮。
随着石油、天然气等不可再生能源的逐年消耗，到21世纪中期石油资源的供应将会萎缩。
以酒精为代表的新型液态能源，因其材料的可再生性，燃烧时无污染排放等优越的性能，将成为燃料代替的首选，应用前景广阔。
本次工厂课程设计通过对工艺流程的论证及选择、物料衡算、设备的选型等，最后综合考虑按照符合设计标准的方式设计车间布置及绘图，最终完成车间年产1.2万吨工业燃料酒精的目标。
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。
采用连续蒸煮糖化设备。
产品产量：
年产kg（预产kg）。
产品产期：
全年共300天。
1.2产品方案
以薯干为淀粉原料进行蒸煮糖化。
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破裂，淀粉呈溶解状态进行液化，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迅速下降，同时对物料进行灭菌，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：
原料经粉碎机后，送入调浆罐中并加入α—淀粉酶，调成一定浓度的均匀粉浆，调浆的调浆粉温度为50℃，应用喷射液化器使粉浆迅速升温至15℃，然后进入维持罐保温液化5~8分钟，真空闪急蒸发冷却至95℃后进入液化罐反应约60分钟后，进入真空冷却器至温度63℃后送入糖化车间进行糖化30分钟。
连续蒸煮糖化过程中料液连续流动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能力10%-15%。
因其蒸煮温度较低、节省煤耗、操作容易控制、设备结构简单、制造方便等优点而得到广泛应用。
因而采用此方案
酒精是可再生的能量来源，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。
一年四季对它的需求量都很大，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按照级别不同可分为生产工人、辅助人员、管理人员等，其中：
生产工人（包括技术工人）主要负责仪表控制、生产（包括填料、放料、搬运原料等工作）。
辅助人员（包括维修和保洁人员）主要负责对各种仪器的检查、维修、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管理人员操作班数合计
1物料输送2133
2粉浆预热2133
3蒸煮后熟2133
4分离和冷却3134
5糖化3134
6预备工2133
7保洁人员2022
合计166322
3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：
生产工人和管理人员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、工厂每位员工要按时上下班，如遇特殊情况请提前通知主管领导，做好安排后即可允许。
二、在厂工作人员必须爱护机器设备，如发现机器有异常情况立即关闭电源并通知主管及维修人员。
三、每位工作人员必须对该产品的质量负责，经常检查厂内产品的各项指标是否正常。
四、各位员工必须团结互助，在工作期间不准睡觉、干私活、看书或玩手机等。
五、产品的堆放必须做到平整、整齐，对产品必须爱护。
六、不准让非厂、非工作人员在车间内停留，如有事情请与厂长商谈，另外不准工作人员随意拿厂里的任何物品，如需用请告知厂长同意后方可。
4成品的主要技术规格及技术标准
4.1产品标准
酒精质量标准根据国家标准生产。
（详见表2）
表2燃料酒精质量标准（GB678—90）
检验项目
计量单位
优级分析化学
乙醇
%（V/V）≥
99.8
99.7
99.5
密度（20℃）
g/ml
0.789-
0.791
与水混合试验
合格
蒸发残渣
%
0.0005
0.001
水份
%（v/v）
0.2
0.3
0.5
酸度
mmol/100g
0.02
0.04
0.1
碱度（以OH计）
0.005
0.01
0.03
甲醇
0.05
异丙醇
0.003
羰基化合物（以CO计）
还原高锰酸钾物质
外观
易碳化物质
0.00025
0.0006
清澈透明
4.2主要规格
工业燃料酒精，1L每瓶
4.3保质期
六个月
4.4卫生标准
工业酒精国家标准：
GB/T394.1-2008
5生产流程简介
5.1全场总工艺流程示意图
糖化
蒸煮
粉浆调配
木薯粉粉浆蒸煮醪
发酵车间
酒母制作
蒸馏发酵醪酒母醪
分子筛脱水
蒸馏
燃料酒精
5.2蒸煮糖化车间流程示意图
粉料
水调浆
粉浆
α-淀粉酶喷射液化
粉浆液化液
蒸煮醪
糖化酶糖化酶生产
糖化醪
酒精发酵醪
6主要技术
6.1连续蒸煮
本次工厂设计采用的连续蒸煮方式为混合冷却连续糖化法。
这种工艺方法主要利用原有的糖化罐，先把罐中约占体积三分之二的糖化醪冷却至60摄氏度左右，然后加入温度为85-100摄氏度的蒸煮醪，并通过糖化罐内的冷却装置进行冷却，同时加入糖化剂并搅拌。
使其混合均匀，按规定的工艺条件进行连续糖化。
其特点是利用原有糖化设备，将前冷却和糖化两个工序仍放在原有糖化锅中进行，而将后冷却的任务交给新增加的喷淋冷却或套管冷却设备去完成。
6.2双酶糖化
在原来能源价格比较低廉的情况下，多采用高温蒸煮工艺，以确保淀粉糊化彻底，并杀灭原料带来的一切杂菌。
双酶法是指在酒精生产过程中,在原料中加人α一淀粉酶和糖化酶,对原料进行液化,糖化,然后再发酵的方法。
传统的酒精生产中采用高温蒸煮来破坏植物细胞间组织和细胞壁,破坏淀粉分子间的氢键,使淀粉分子链互相分开,成为松散状态,与此同时,每个淀粉分子链上借氢键维系的螺旋型空间结构也由于温度升高而被破坏,链被拉长,在这种情况下,再加入糖化酶，使糖化酶充分与淀粉分子接触,从而使淀粉水解。
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基础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：
1779.3÷
65%=2737.4（kg）
（2）а-淀粉酶消耗量应用酶活力为2000μ∕g的а-淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，使用量为8μ∕g原料，则糖化酶消耗量为：
（3）糖化酶耗量所用糖化酶活力为20000μ∕g，使用量为150μ∕g原料，则糖化酶消耗量为：
此外，酒母糖化酶用量按300μ∕g（原料）计，且酒母用量为10%，则用酶量为：
2737.4×
10﹪×
70﹪×
300÷
20000=2.87（kg）
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
根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1:
3。
故粉浆量为：
（1+3）=10950（kg）
干物质含量=87%的薯干比热容为:
=4.18×
（1-0.7
）=1.63［KJ∕（kg·
K）］
粉浆干物质浓度为:
=87÷
（4×
100）=21.8%
蒸煮醪比热容为:
=
+（1.0-
）
=21.8%×
1.63+（1.0-21.8%）×
4.18
=3.62［KJ∕（kg·
式中
—水的比热容［KJ∕（kg·
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+
=11846.9
式中
为喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓（KJ∕kg）
（2）经第二液化维持罐出来的蒸煮醪温度降为102℃，量为：
11846.9-
式中2253—第二液化维持罐的温度为102℃下饱和蒸汽的汽化潜热（KJ∕kg）
（3）经闪蒸分离器后的蒸煮醪量为:
11846.9+
=11972.5
式中2271—95℃下饱和蒸汽的汽化潜热（KJ∕kg）
（4）经气液分离器后的蒸煮醪量为:
11972.5-
=11744.4
式中2299—83℃下饱和蒸汽的汽化潜热（KJ∕kg）
（5）经真空冷却器后最终蒸煮醪量为：
11744.4－
=11379.7
式中2351—真空冷却温度为63℃下饱和蒸汽的汽化潜热（KJ∕kg）
7.3生产1000kg酒精糖化醪量的计算
设发酵结束后成熟醪量含酒精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1000kg95%（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1.2万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：
12000/300=40（t）
实际年产量为：
40×
300=12000（t）
时产酒精量为：
40÷
24=1.67（t）
（2）薯干原料用量
日耗量：
2737.4
×
40=109496（kg）
时耗量：
109496÷
24=4562.33（kg/h）
年耗量：
109406×
300=32848800（kg）
（3）每小时蒸馏车间冷却热水用量
2737.4×
4562.33÷
998.1=4.57（m3/h）
（4）每小时а-淀粉酶用量
10.95×
24=18.25（kg/h）
（5）每小时粉浆用量
2737.4×
（1+3）=437984（kg）
437984÷
1098÷
24=16.62（m3/h）
式中1098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=cM△t=3.62×
（18.25+437984÷
24）×
（50-40）=661286.4（KJ）
其蒸汽流量为：
661286.4÷
1975.79=334.69（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
18267.59+18267.59×
3.62×
（115-50）/2748.9-115×
4.18=20163（kg/h）
20163/1084=19（m3/h）
式中1084为蒸煮醪液密度（kg/m3）;
2748.9为喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）焓
（8）每小时经维持管降温后的蒸煮醪量
20163－20163×
（115－102）/2253=19742（kg）
式中2253为液化维持管的温度在102℃下饱和蒸汽的汽化潜热
（9）每小时经闪蒸气液分离器后的蒸煮醪量
19742－19742×
（102－95）/2271=19521（kg）
式中2271为95℃下饱和蒸汽的汽化潜热
（10）每小时气液分离器中蒸煮醪液量
19521－19521×
（95－83）/2299=19152（kg）
式中2299为真空冷却温度为83℃下饱和蒸汽的汽化潜热
（11）每小时经真空冷却后的蒸煮醪液的量
19152－19152×
（83－63）/2351=18562（kg/h）
18562/1084=17（m3/h）
式中2351为气液分离器的温度在102℃下饱和蒸汽的汽化潜热
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∕（kg•K）
故真空冷却过程产生的二次蒸汽量为：
W1=G1c1（t1-t2）/i-c2t2=11379.7×
（83-63）/2614.8-3.62×
63=87（kg/h）
查表知63℃饱和蒸汽比容为Vg=6.743m3/kg
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=W1（i-t4cw）/cw（t1-t2）=1964.3×
（2614.8-42×
4.18）/4.18×
（42-34）=143283.5（kg/h）143283.5/1084=143.28（m3/h）
（12）每小时糖化酶用量
（2.87+20.5）×
24=39（kg/h）
（13）每小时糖化的醪液量由前述可得：
13016×
1076÷
24=20（m3/h）
式中1076为糖化醪液密度（kg/m3）
（14）每小时酒母醪的量
1216.5×
24=2027.5（kg）
8主要设备
8.1粉浆罐的选择
由物料衡算可知粉浆罐的生产能力为16.62m3/h,假定粉浆在粉浆罐的逗留时间为30min
则：
V有效=Vt=16.62×
30/60=9m3
则可以选择椭圆形底和盖，公称容积为9立方米的立式钢制多功能搅拌罐，型号，其筒体内径为2180mm，高为2445mm.按照工序，装料系数为0.84
则所需的罐的个数为：
16.62÷
0.84÷
16=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能力为：
（18.25+18249）/1098=16.6m3/h
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有效=Vt=16.6×
1=16.6m3
则可以选择90°
折边锥形底椭圆形盖，公称容积为18立方米的立式钢制搅拌罐，其筒体内径为2500mm，高为3000mm.按照工序，装料系数为0.84
16.6÷
25=0.89取1个
8.3维持罐及后熟罐的选择
维持罐的生产能力为19m3/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V1—蒸煮醪液量（m3/h）
t—蒸煮时间（h）
V2—蒸煮罐的容积（m3）
N—蒸煮罐的个数∮—蒸煮罐的充满系数（约0.5）
则取3个蒸煮罐并串联V2=19×
0.17/2+0.5-1=1.17m3
后熟罐的生产能力为19m3/h，物料在后熟罐中所需要的时间为60min其型号F202a
则取3个后熟罐并串联V2=19×
1/3+0.5-1=4m3478×
5600mm
8.4气液分离器的选择
由计算可知气液分离器的生产能力为10.8m3/h，物料在气液分离器中所需要的时间为30min
V有效=Vt=10.8×
30/60=5.4m3
则可选择进出口管径为80，简体尺寸为600的QHF—20的气液分离器。
1500×
2500mm
按照工序，装料系数为0.84
10.8/0.84÷
20=0.7取1个
8.5真空冷却器的选择
真空冷却器的几何尺寸是根据二次蒸汽以小于1.0m/s的速度来确定的
由公式
式中D—真空冷却器直径（m）
W—蒸煮醪所产生的二次蒸汽（Kg/h）
Vg—冷却的二次蒸汽比体积（m3/Kg）
v—二次蒸汽上升的速度（m/s），一般取0.8m/s
因此
=1.2（m）一般真空冷却器的径高比为1:
2
则其高为2.4m
H=3.14/4×
1.22×
2.4=10（m3）
综上所述，,取1个，选择型号为E—1403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能力为20.5m3/h,醪液在糖化罐的逗留时间为30min
V有效=Vt=20.5×
30/60=10.3m3
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2000mm，高为2700mm.按照工序，装料系数为0.84
10.3/0.84÷
20=0.6取1个8.7
8.7喷射液化器的选择
由物料衡算可知喷射液化器的生产能力为19m3/h，在其中逗留的时间约为20min
V有效=Vt=19×
20/60=6m3
所以选择,每小时处理量15m3的型号为HYW-B-6喷射液化器，直径为690mm，高度为2100mm，6÷
15=0.6选择1个
8.8酒母糖化罐的选择
由物料衡算可知喷射液化器的生产能力为2027.5kg
即每小时20m3/h
选择酒母醪在糖化罐中的逗留时间为30分钟
V有效=Vt=20×
30/60=10m3,容积为15
的立式钢制糖化罐，其筒体内径为1900×
2800mm，
8.9其它设备的选择
车间蒸汽来源于工业锅炉，其型号为KZF4—13—W,其它设备的选择满足物料衡算的
8.10蒸煮糖化车间预览表
序号设备名称台数规格与型号材料备注
R-201粉浆罐1V=9m3A3钢专业设备
∮2180×
2445mm.
F-202预热罐1V=18m3A3钢专业设备
∮2500×
3000mm
F-203喷射液化器1V=20m3A3钢专业设备
∮690×
2100mm.
HYW-B-6
F-211a-c维持罐3V=1.17m3A3钢专业设备
∮478×
5600mm.
R-212气液分离器1V=10.8m3A3钢专业设备
∮1500×
2500mm.
QHF—20
F-213a-b后熟罐2V=4m3A3钢专业设备
∮1600×
5000mm.
H-214真空冷却器1V=10m3A3钢专业设备
∮2420×
4840mm.
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