发酵工程课程设计1文档格式.docx
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1760.9X92.41%=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1000-1788.1=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
1779.3-68%=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）-68%
a-淀粉酶使淀粉液化,
10u/g原料计算。
（6）-淀粉酶消耗量应用酶活力为20000u/g的
促进糊化，可减少蒸汽消耗量。
-淀粉酶用量按
用酶量为：
干物质含量Bo=88%的薯干比热容为；
Co=4.18X（1-0.7B0）=1.61[kJ/（kg.K）]
粉浆干物质浓度为：
B1=88/（3.5X100）=28.6%
蒸煮醪比热容为：
C1=B1XCo+（1.O-B1XCw）
=28.6%X1.61+（1.0-28.6%）X4.18
=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+9158.1X3.44X（88-55）=9594.72（kg）
2748.9-88X4.18
式中
（2）
2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K）
经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：
9594.72-9594.72X3.44X（88-84）=9537.03（kg）
2245
2245――104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热（kg）经真空冷却后最终蒸煮醪量为：
9821.70-9821.70X3.44（104.3-63）=9228.17（kg）
（5）接种量按10%计，则酒母醪量为：
X10%=1053.92（kg）
10691.15+902
（100+10）勻00
70%是糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，贝加
（6）化醪量酒母醪的
化醪量为
+1053.92X70%=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：
100X3%=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：
1000X0.6%=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：
Q3=Vit
F1r
Q1=1FC1t__*
Wx+Di
图二.的物料和热量衡算
设进塔的醪液（
F1）的温度t1=70度，排除废醪的温度t4=105度：
成熟醪固形物浓度为B1=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）。
贝
醪塔上升蒸汽量为：
V1=11439.53X8.24%=1997.92（kg）
47.18%
①
残留液量为：
Wx=11439.53-1997.92=9441.61（kg）成熟醪比热容为：
C1=4.18X（1.019-0.95B1）=4.18X（1.019-0.95*7.5%）=3.96[kJ/（kg.K）]
成熟醪带入的热量为：
Q1=F1Xc1Xt1
=11439.53X3.96X70
=3171037.72（kJ）蒸馏残液固形物浓度为：
B2=F1XB1=11439.53X7.5%=9.09%
Wx9441.61
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=WxXC2Xt4
=9441.61X4.O4X1O5=4005130.96（kJ）
查附表得5O%（体积分数）酒精蒸汽焓为l=1965kJ/kg,故有：
8上升蒸汽带出热量为：
Q3=V1XI
=1997.92X1965
=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+Qn-Q1
I-Cwt4
4005130.96h3925912.8-3171037.72
（2689.8-4.18X105）X99%
=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：
62.5X（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：
62.5X320=20000（t/a）
次级酒精量为：
1.28X320=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：
2616.6X63.78=166886.75（kg）
年消耗量：
16688.75X320=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。
15000吨/年淀粉原料酒精厂物料衡算表
数量
物料
生产1000kg95%
酒精物料量（kg）
每小时数量
（kg）
每天数
每年数量
⑴
量
普通酒精
970
2526.04
62.5
20000
次级酒精
30
292.5
7.02
2106
甘薯干
2616.6
32962
791.1
237329
a-淀粉酶
1.31
19.3
0.464
139.2
糖化酶
9.41
33.8
0.811
243.3
硫酸氨
1.15
1.66
0.04
120
硫酸
5.0
10.4
0.25
75
蒸煮粉浆
9158.1
20781.5
498.76
149627.1
成熟蒸煮醪
9228.17
20876.7
501.04
150312
糖化醪
11276.97
25681.25
616.35
184905
酒母醪
1053.92
2400.2
57.6
17281.5
蒸煮发酵醪
11439.53
25993.75
623.85
187155
杂醇油
6
二氧化碳
902
1879.17
45.1
13530
废渣
11577.68
26410.4
633.85
190155
五、设备计算与选型
（一）发酵设备的计算与选型
1.生产能力、数量和容积的确定
（1）发酵罐容积的确定：
随着科技的发展，生产发酵罐的厂家越来越多，现有的发酵罐容积量系列如5,10,20,50,75,100,120,150,250,500m等等。
究竟选多大容积的好呢？
一般来说单罐容积越大，经济性能越好，奉献就也越大，要求技术管理水平也越高。
另一方面，属于技术改造适当扩建的项目，考虑原有的规模发酵罐的利用和新增发酵罐的统一管理，可取与原有发酵罐相同的容积；
而新建的单位和车间，应尽量减少设备数量，在技术管理水平永许的范围内，尽量取较大容积的发酵罐。
现取90m
（2）能力的计算：
现每天生产95%屯度的酒精334吨。
酒精发酵周期为70小时（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间）。
则每天需糖液体积为V糖。
每天产纯度为95%勺普通三级62.5吨，每吨酒精需糖液为：
11276.971080=10.4（m）
V糖=110.4X62.5X95%
=617.5（m）
0=V糖/书=617.5/0.9=686.1（rm）
发酵罐的填充系数为0.85~0.9，现取书=0.9;
则每天需要发酵罐的总容积为V0（发酵周期为70小时）。
V
（3）发酵罐个数的确定：
计算发酵罐容积时有几个名称需明确。
装液高度系数，指圆筒部分高度系数，封底则与冷却罐、辅助设备体积相抵消。
公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。
并圆整为整数：
因无法装液，一般不计入容积。
罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。
现取单罐公称容积为1100m厌氧发酵罐，则需发酵罐的个数为
n1=V述
V总^X24
=686.1X70
90X0.9X24=25（个）
取公称容积1100m发酵罐11个；
实际产量验算：
90
X0.9*25
上封头
ni
X320=21362.64
10.470/24
富裕量为21362.64-20000=6.81%，能满足产量要求。
（吨/年）
2.
现按公称容积
主要尺寸的计算
90m的发酵罐计算。
H=2.5Dh
V全=3.14D
4
90=3.14D3
D=3.55mH=8.875mh上=0.423mh下=0.3195m
V全=0.785X9.62（14.4+1.152+0.864）
3
=1187.6m
（4）总表面几计算：
罐体圆柱部分表面积：
=3.14
=98.93m
罐顶表面积：
A
=10.17m
罐底表面积：
=10.05m
罐体总表面积：
上=0.12Dh下=0.09D
3（H+h上/3+h下/3）
（2.5D+D/3+0.09D/3）
Ai=nDH
X3.55X8.875
2
上=nR（R2+h上2）1/2
下=nR（R2+h下2）1/2
总=A1+A上+A下
=98.93+10.17+10.05=119.15m
3.冷却面积和冷却装置主要结构尺寸:
（1）冷却面积的计算：
式中Q
K
T
其中
A=_Q_
KXTm
-一发酵反应热（kg/h）-一总传热系数（kg/（m.h.-—冷却水的温差
（Q+Q）
所以
式中Qa生物反应热kJ
Q-―蒸发损失热kJ
Q――罐壁向环境散热kJ
a=msq
=97200X418.6X1%
=406900（kJ/h）
式中m——每罐糖液质量（kg）
s――糖度降低百分值%
q――每千克麦芽糖放出热量（418.6kJ）
b=5%Qa
=0.05X406900
=20345（kJ/h）
Qc=10%Qa
=0.1X406900
=40690（kJ/h）
Q=Qa-（Q+Q）
=406900-（20345+40690）=345865（kJ/h）
冷却水耗量：
W=Q
C
=345865
4.18（26-18）
=10493.4（kg/h）
发酵生物反应热（kJ/h）
-水的比热容［kJ/（kg.C）
w（T2-T1）
Q-
Cw
T2——冷却水出口温度「C）
Ti――冷却水进口温度（C）
（3）对数平均温差计算：
Tm=（30-18）-（30-26）
2.3（30-18）/（30-26）
=7.29（C）
（4）传热总系数K值确定
选取蛇管为水煤气输送管，规格为53/60mm则管的横截面积为:
22
0.785X（0.06）=0.0029（m）
设管内同心装两列蛇管，并同时进冷却水，则水管内流速为；
v=W
3600X10X0.0029X1000
=68458kJ/（m
=1.3m/s
设蛇管圈直径为4m由水温表查得水温18r时，常数A=6.45
0.7
1=4.186A（Pv）0.8（1+1.3D/R）
D
=4.186
Pv――为质量流速（）
K2按经验取2700kJ/（m2.h.r）
所以，总传热系数为：
1
K=
1+1+0.0035+1.
K1K218816750
=1
1/68458+1/2700+0.0035/188+1/16750
=2160.3kJ/（m2.h.r）
'
188——钢管的导热系数kJ/（m2.h.r）1/16750——管壁水污垢层的热阻（m2.h.r）/kJ0.0035——管子壁厚m
4.冷却面积和主要尺寸：
Q
KXTm=345865
2160.3X7.29=21.9（m）
A=
两列蛇管长度：
L=A
nDCp
=21.93.14X0.0565
=123.44m
式中Dcp——蛇管平均直径0.0565m每圈蛇管长度：
l=[（
f\2亠2=1/2
nDp）+hp]
=[（3.14X2）2+0.152]1/2
=6.28m
式中Dp——蛇管圈直径2m
hp――蛇管圈之间距离0.15m
两列蛇管总圈数：
N
p=L/l
=123.44/6.28
=19.8（圈）
取20（圈）
两列蛇管总高度:
H=
（NP-1）hp（20-1）X0.15
=2.85m
5.设备材料的选择：
发酵设备的材质选择，优选考虑的是满足工艺要求，其次是经济性。
本设备采用A3钢制作，以降低设备费用。
6.发酵罐壁厚的计算
（1）计算法确定发酵罐的壁厚S：
S=PD+C（cm）
2[b]e-P
=0.4X355+0.18
2X127X0.8-0.4=0.88（cm）
式中P――设计压力取P=0.4MP
D――发酵罐内径D=9.6m
[b]——A钢许允应力[b]=127MPa
e――焊缝系数0.5—1之间,取e=0.8C――壁厚附加值（cm
C=C1+C2+C3
钢板负偏差0.13—1.3取C=0.8mm
2——腐蚀余量单面腐蚀取
3—
—加工减薄量冷加工取
C=0.8+1=1.8=0.18
（2）封头厚度：
（cm
S=PD
+0.28
=0.4X355
2X127X0.8-0.4
=0.98cm
式中P——设计压力取P=0.4MP
[b]——A钢许允应力[b]=127MPae――焊缝系数0.5—1之间,取e=0.8C—壁厚附加值（cm）
C=0.8+1+1=2.8mm=0.28cm
7.接管设计
（1）接管长度h设计：
不保温接管长h=150mm
（2）接管直径的确定：
接管实装醪90X0.9=81m。
设5小时排空。
则物料体积流量为：
Q=81
5X3600=0.0045m3/s
发酵醪流速取v=1m/s.
则排料管截面积为：
F物=Q/V
=0.055/1=0.0045m
管径d=（F物/0.785）1/2
=（0.0045/0.0785）1/2
=0.0757m
取无缝钢管100X4
进料管同排料管取无缝钢管100X4
8.支座选择
对于75m上的发酵罐，由于设备总重要较大，应选用裙式支座，本设计选用裙式支座。
锥形发酵
个数25
全容积（m）
装料系数0.
9
直径m3.55
圆筒咼m8.8
175
上封头高m0
.423
下封头高m0
3195
材料A
筒厚cm0.8
8
封头厚cm0.
98
接管直径cm
12
接管长度cm
15
支座m
裙式支座
冷却方式
蛇管冷却
蛇管直径mm
53
蛇管间距m0
.15
蛇管圈数2（
蛇管总高度m
2.85
蛇管圈直径m
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