《酒類工藝學》課程設計說明書-年產2.1萬噸酒精廠發(fā)酵車間的設計

吉林工程技術師范學院《酒類工藝學》

課程設計說明書設計題目 年產2.1萬噸酒精廠發(fā)醛車間的設計系（學院） 食品工程學院 設計者 班級學號指導教師 2009年12月07日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章概述 2..一、酒精工業(yè)的發(fā)展 2..二、酒精行業(yè)發(fā)展趨勢 錯誤!未定義書簽。三、酒精應用食用酒精\o"CurrentDocument"-第二章工藝流程 6..一、生產工藝 6..（一）生產產量及方案 6.（二）生產方法的選擇 7..（三）主要工藝參數(shù) 7.\o"CurrentDocument"第三章物料衡算及設備選型 8.一、物料衡算 8..二、設備選擇 9..（一）主要工藝設備選型計算 9.（二）實例計算 錯誤!未定義書簽。\o"CurrentDocument"第四章結論 1.1.發(fā)酵工段設備一覽表 1.1第一章概述、酒精工業(yè)的發(fā)展一、現(xiàn)狀酒精是廣泛應用在食品、化工、醫(yī)藥、國防和科研等各個領域的重要有機工業(yè)原料。中國工業(yè)化生產酒精始于 1900年俄國人在哈爾濱建的酒精廠， 但發(fā)展非常緩慢，新中國成立時，我國酒精產量不到1萬噸，專業(yè)性酒精廠生產規(guī)模大都是千噸小廠，基礎十分薄弱。五十多年來，特別是改革開放以來，隨著國民經濟的發(fā)展，我國酒精生產取得了巨大的發(fā)展?，F(xiàn)有酒精生產企業(yè)450多家，產量在3萬噸以上的共26家，其中30萬噸以上的3家、10?20萬噸7家、3?5萬噸9家。2005年酒精產量達368.13萬千升（按年銷售收入500萬元以上的企業(yè)計）（不包括自產自用的酒精），比2004年增長33.6%,居世界第三位。2004年出口酒精74.44萬噸比2003年增2.28倍，每噸酒精創(chuàng)匯418.73美元。進口3433噸，其中變性酒精1802.18噸，用匯686.03美元/噸。酒精生產實現(xiàn)了連續(xù)化、使用專用酶制作和商品酒精酵母，固定化酒精酵母，淀粉利用率達到90%以上，淀粉出酒率好的企業(yè)可以達到 55~56%,（96°V/V）原料出酒率可到40~40.88%。隨著食用酒精和工業(yè)酒精國家標準的 4次制訂、修訂和實施，高純度特級酒精企業(yè)的日益增多，標志著我國酒精生產技術和產品質量水平得到了很大的提高。但是，國外酒精生產技術自石油危機和美國大力發(fā)展汽油醇以來，有了更快的進步，特別是在節(jié)能、綜合利用和自動化等方面， 與我國拉開了差距。我國每噸酒精平均能耗酒精 800公斤以上，世界水平為300~400公斤。隨著我國燃料乙醇的發(fā)展，引進、消化、吸收、創(chuàng)新，我國酒精生產技術正在得到飛躍發(fā)展和提高，深信21世紀初期一定可以趕上世界先進水平。、國內酒精蒸儲流程的進展淀粉質原料一蒸煮一發(fā)酵一蒸儲一酒精(糖質含糖蜜)(糖質原料無需蒸煮)1、兩塔50年代初，天津、地方國營哈爾濱(顧鄉(xiāng)屯)等酒精廠采用的兩塔間斷蒸儲流程。50年代初間歇流程生產能力低、消耗大，相繼改為連續(xù)蒸儲。上海新亞酒精廠采用的兩塔液相過塔流程。山東黃臺酒精廠采用的兩塔半液相過塔流程。1953年南陽酒精廠為降低煤耗采用了兩塔氣相過塔蒸儲流程生產 95%(V)酒精。1956年部頒醫(yī)藥用酒精標準實施后，上海酒精廠、資中糖廠采用的兩塔氣相過塔塔板取酒流程。1981年“GB394-81酒精”國家標準實施。山東坊子酒廠等蒸儲樓不夠高的企業(yè)采用強制回流工藝流程。兩塔蒸儲的工廠為提高質量和節(jié)能采用醪塔有排醛段的兩塔蒸儲。塔50年代上海中國酒精廠和以糖蜜為原料四川多個糖廠采用的三塔液相過塔流程。1956年南陽酒精廠采用塔板取酒和增加脫甲醇塔生產醫(yī)藥用酒精。(3)用糖蜜為原料生產酒精采用三塔半直接式流程。1981年“GB394-81酒精”國家標準實施后，山東等廠采用三塔(兩精塔)流程生產較低甲醇酒精。3、四塔(1)山東酒精廠采用醪塔、精儲塔、脫甲醇塔、雜醇油塔的四塔流程。(2)哈爾濱酒精廠(馬家溝)采用醪塔、排醛塔、精微塔、脫甲醇塔的四塔流程。還有上海華星工廠采用的醪塔、排醛塔、精微塔、醛酒精儲塔的四塔流程，四川廣元酒精廠采用的醪塔、排醛塔、精儲塔、雜醇油塔的四塔流程。4、五塔上海美利(美龍)化學廠采用醪塔、排醛塔、精微塔、脫甲醇塔、雜醇油塔的五塔流程。5、多效蒸儲(差壓蒸儲)的引進和推廣改革開放后，我國酒精蒸儲流程有了新的進展。國外都已采用的多效蒸儲也由引進到自行設計應用。1989年安徽特級酒精廠引進法國 Speichim公司生產能力60KL/d的六塔二效蒸儲設備投產。生產無水酒精時為八塔流程。1992年吉林天河酒精飼料公司引進奧地利奧高布殊(VOGELBVSOH)公司未包括脫甲醇塔的四塔蒸儲投產，用于玉米原料生產，后因酒精中甲醇含量高又增設脫甲醇塔 ^(3)輕工部廣州設計院與城月糖廠等協(xié)作消化吸收國外經驗，生產能力為 40T/d的四塔二效蒸儲于1992年投產。醪塔在減壓下操作，底溫85c左右，排醛塔、精微塔在加壓下操作，頂溫 102C,脫甲醇塔在常溫下操作，底溫82c左右。據(jù)報道，此流程每噸酒精耗蒸汽 3噸，耗冷卻水減少10?30噸，耗電增加15?20kwh。(4)1993年吳川糖酒機械公司與朝陽酒廠協(xié)作，國產三塔二效蒸儲流程投產。(5)某糖蜜酒精廠采用的三塔式差壓蒸儲流程精儲塔與初儲塔組成的二效系統(tǒng)。精儲塔為第一級加壓塔，初儲塔為第二級減壓塔，醪塔為常壓塔。發(fā)酵成熟醪先經初儲塔頂面的熱交換器預熱到 65C后進入初儲塔頂層，然后逐層向下溢流到塔底層進入列管熱交換再沸器， 在此用精儲塔頂來的酒精蒸汽 (壓加0.15MPa,溫度100C)加熱到85c時進行外循環(huán)蒸發(fā)，廢液從塔底 P抽出。初儲塔酒汽經冷凝后進入暫貯缸，用泵送入醛塔中部，冷凝器的不凝性氣體則用真空泵抽出，以保持初儲塔在 0.05Mpa條件下進行真空蒸儲。醛塔用精微塔底壓力0.18Mpa,溫度130c廢水，通過閃蒸所得的二次蒸汽加熱， 不足部分補充生蒸汽，其操作工藝同一般常壓蒸儲。從塔頂冷凝器分離醛酒。塔底層的脫醛酒則用泵送去精儲塔。精儲塔用直接蒸汽加熱，維持塔壓 0.18MPa進行加壓蒸儲，脫醛酒在塔中濃縮。塔頂酒度為95~96%,溫度為100入酒精蒸汽通過導汽管向下進入初儲塔底側的熱交換器一一再沸器，用初儲塔的醪液進行冷凝，凝液(酒精)流入暫貯缸，再用泵向精微塔頂進行強制回流。成品酒精從塔的上部取出，雜醇油則入進料層附近提取。6、小結酒粗蒸儲耗用熱能占酒精生產總熱能耗的 60%左右，投入的大量熱能都為儲出的酒精氣或排出的廢槽廢水所帶出。熱效率很低，采用多效蒸儲，使熱能多次利用，理論上二效蒸儲省能效率50%,三效為66.7%,四效為75%,再增多效，省能效率提高小，投資增加過大，因此選用多效蒸儲，要因廠制宜，適合國情，講究經濟實效。同時適宜的蒸儲流程的采用還需和最適工藝條件，最佳微機調控和人員素質等相結合。從我國酒精蒸儲流程的發(fā)展過程可見， 1956、1981、1989三次國標的制訂、修訂推動了酒精生產技術的發(fā)展，采用即能保證產品質量又能節(jié)能流程，使蒸儲流程更趨合理。2002年“GB10343-2002”酒精國家標準實施，當年3-9月，廣西輕工產品監(jiān)督檢測站抽檢了廣西56家酒精生產企業(yè)的產品， 38家糖蜜為原料的產品全部合格， 18家以木薯為原料的全部不合格。甲醇含量超標的有13家，其中10家是因新標準甲醇的質量標準提高而不合格。降低酒精中的甲醇含量必然為工廠所關切，也必將是廣西木薯酒精廠，對蒸儲流程進行技改提高技術水平的推動力。三、蒸儲生產過程中采用的節(jié)汽措施1、降低回流比。(回流酒精量和產酒精量之比)石油危機前，實用回流比為最小回流比的 1.4—1.6,石油危機后為了節(jié)能多用 1.2,甚至1.1。(1)增加精儲塔塔板數(shù)，提高精微效率，降低實用回流比。(2)采用新型高效塔板或填料。我國酒精工業(yè)醪塔多數(shù)采用 S型塔板，精儲塔等多數(shù)用浮閥，其次為導向篩板、斜孔等。2、提高預熱醪溫。工廠常用酒精氣預熱醪溫到60c左右，再利用酒精糟預熱醪溫到 70c最高可以到82C。3、氣相過塔：比液相過塔節(jié)省蒸汽，使蒸汽消耗降到1300Kg/t酒精。4、低化蒸儲工藝操作，使蒸儲穩(wěn)定運行(1)進料出料均選擇適當?shù)陌寮?，采用適當稍多的提儲段塔板，進行微機調控。(2)正常分油，使精微段中部塔板中雜醇油和酯的含量穩(wěn)定在一個較低的范圍。四、目前，酒精企業(yè)正在不斷總結推廣先進生產技術：1、壓力噴射蒸煮技術。改變套管式、塔式蒸煮方式，減少了醪液焦化、堵塞現(xiàn)象，縮短了蒸煮時間，保證了蒸煮質量，節(jié)能提高蒸煮效率。2、濃醪發(fā)酵技術。使用超級高酒酵母，發(fā)酵液酒精度從過去 9-11%提高到13%(V/V),天津冠在實業(yè)公司可以達到15%,世界先進水平為16-17%(V/V)。3、多塔差壓蒸儲。充分利用二次蒸汽的熱能，提高產品質量。(1)巴西采用兩套醪塔段精儲段流程。每套各有醪塔段、精儲段，生產質量差的含水酒精，專用供發(fā)動機。據(jù)報導可省能 34—38%,耗蒸汽1.2T/T酒精。(2)其糖蜜酒精廠的以酒精糟水蒸發(fā)的二次蒸汽為熱源的結合二個精儲塔的多塔蒸儲流程。以一效蒸發(fā)罐二次蒸汽為熱源先生產 92。GL粗酒精，需要時再精制。精制時只第一精微塔加壓操作使用鍋爐來蒸汽，其余塔負壓操作。每百升純酒精消耗如下，蒸汽 180kg(二個精儲塔比一個精儲塔省蒸汽約70kg),電3-4度，水8m3。五、無蒸煮糖化工藝，目前已有少數(shù)廠采用。雖目前應用中的技術問題正進一步研究，但已為今后無蒸煮糖化工藝生產酒精提供了借鑒。六、酒精槽液治理裝備水平不斷提高。在引進部分先進設備之后，消化吸收并有所創(chuàng)新，設備國產化程度提高，如分離設備、蒸發(fā)濃縮設備、干燥設備開發(fā)了不少新產品。二酒精行業(yè)發(fā)展趨勢預測我國酒精生產基本上是發(fā)酵法， 合成酒精只占3.5%,這一趨勢在十五”乃至更長的時間仍將維持。根據(jù)《全國酒精行業(yè)十五”計劃和2015年規(guī)劃（草案）》，十五”期間，酒精的生產規(guī)模為300萬噸（商品量為200萬噸），2015年的生產規(guī)模將達到400萬噸（商品為300萬噸）。調整和優(yōu)化產品結構，逐步提高特優(yōu)級和優(yōu)級品酒精的比例。在本世紀，將試點發(fā)展綜合利用程度高的大型綜合性企業(yè)，對使用玉米原料的企業(yè)，以濕法取代半濕法取臍去皮，在生產淀粉和各種糖品的同時生產酒精，以提高資源的高度有效利用和企轉摘于中國酒業(yè)新聞網業(yè)的綜合經濟效益。調整行業(yè)生產布局和區(qū)域結構調整， 改變目前生產布局不合理部分， 使酒精生產與原料高產區(qū)密切結合，以利于提高酒精產品的市場競爭能力；停止在大中城市內建酒精廠。淘汰高溫蒸煮、稀醪（酒份8%以下）的發(fā)酵工藝；推廣中、低溫蒸煮，濃醪發(fā)酵（酒份在 10%以上）和差壓蒸儲等工藝，降低能耗。十五”期間有15%（2015年有35%—40%）的酒精生產達到國際先進水平，達到每噸優(yōu)級酒精耗蒸汽小于4.2噸（蒸儲用汽小于3噸），耗電小于180KWH，耗水小于50m3;每噸DDGS耗蒸汽小于2.5噸，耗電小于180KWH。三食用酒精食用酒精是用液態(tài)發(fā)酵法生產的優(yōu)質白酒； 白酒有什么用途食用酒精就有什么用途。 食用酒精不是一般的酒精。酒精學名乙醇（C2H5OH）,可由微生物發(fā)酵和化學合成生產。 其中化學合成法酒精往往夾雜異物高級醇類，對人體神經中樞有麻痹作用，不能食用，一般被稱為工業(yè)酒精。而食用酒精必須以薯類、谷物，或廢糖蜜為原料，必須通過發(fā)酵法釀造。第二章工藝流程一、生產工藝（一）生產產量及方案產量：年產酒精21000噸產品品種：含乙醇95%（V）相當于92.1%（W）食用酒精（二）生產方法的選擇工藝方法：利用玉米為原料，雙酶糖化，添加酒精酵母連續(xù)發(fā)酵、三塔蒸儲的工藝是目前最成熟、最典型的生產工藝。酒精生產工藝流程簡圖：供淀粉酶 糖化酶玉米一粉碎一調漿一連續(xù)蒸煮一蒸煮醪冷卻一糖化一糖化醪冷卻一連續(xù)發(fā)酵一'——I '灑母醪排醛廢水 CO2回收成熟發(fā)酵醪一粗微一醛塔一精微一成品酒精廢糟雜醇油DDGS（全價干酒精）（三）主要工藝參數(shù)年生產天數(shù)：300天玉米含水：15%玉米粉產率：87%玉米含淀粉：63%玉米淀粉實際出酒率： 53%發(fā)酵周期：55-60h原料粉碎率：1.5-2.5mm原料加水比：1:3a-淀粉酶用量：5-6u/原料蒸煮溫度：90-110C蒸煮時間：100min糖化酶用量：100-150u/g原料糖化溫度：58-60C糖化時間：45min糖化醪固形物濃度：16-18%糖化醪PH值：4.0-4.5接種量：10%-20%稀釋速率：0.05-0.1發(fā)酵溫度：31-33C發(fā)酵罐裝料系數(shù)：85-90%發(fā)酵醪酒精濃度：8-10%(V)第三章物料衡算及設備選型一、物料衡算表1主要物料衡算表(95%(V)酒精)序號名稱規(guī)格單位產品消耗指標年用量單位數(shù)量單位時天年1含水w15%t/t3.1t2玉米粉含水w15%t/t2.7t3“-淀粉酶20000u/gkg/t1t4糖化酶50000u/gkg/t9t5NaOHkg/t22t6H2SO498%kg/t16t7硫酸錢kg/t1.15t8蒸煮粉漿t/t10.8t9成熟蒸煮醪t/t11.1t10糖化醪t/t12.8t17.8427128000ii成熟發(fā)酵醪t/ti2.6ti2雜醇油kg/t5ti3醛酒kg/t20ti4二氧化碳kg/t902ti5廢醪t/ti2.7ti6嶗kg/t300ti7水t/t90ti8電kWh/ti60kWhi9汽t/t4.2t、設備選擇（一）主要工藝設備選型計算1、發(fā)酵罐體積計算糖化醪流量37.3t/h,醪液比重為1.07,則糖化醪體積流量為:F=37.3/1.07=34.9m2/h采用多罐連續(xù)發(fā)酵工藝，雙罐流加法，即預發(fā)酵罐和罐組首罐流加糖化醪，預發(fā)酵罐流加量為總量的 17%,控制稀釋速率Do=0.09;罐組首罐糖化醪流加量為總量的83%,稀釋速率Di=0.04,預發(fā)酵罐和發(fā)酵罐的填充系數(shù)為 小=0.9則預發(fā)酵罐糖化醪流量 Fo=17%*34.9=5.9m3/h預發(fā)酵罐Vo有效=F0/D0=5.9/0.09=65.6m3預發(fā)酵罐V0全=Vo有效/小65.6/0.9=72.9m3首發(fā)酵罐糖化醪流量 Fi=83%*3409=28.9m3/h首發(fā)酵罐Vi有效=Fi/Di=28.9/0.05=578m3首發(fā)酵罐Vi全=Vi有效/（|）578/0.9=642.2m3預發(fā)酵罐和發(fā)酵罐直徑 d與高H的關系H=1.5d,錐形封頭高與直徑的關系hi=0.1d,V全=（兀4）d2（H+hi/3）,V全=1.2d,所以經計算得do=7.4m;di=15.2m取預發(fā)酵罐do=7.4m,貝UHo=11.1,hoi=O.74m,經算Vo全=498.4m3>487.7m3取首發(fā)酵罐di=15.3m,則Hi=22.9m,hii=1.53m,經算Vi全=4297.8m3>4290.2m3所以預發(fā)酵罐、首發(fā)酵罐體積可滿足生產需要2、發(fā)酵罐組個數(shù)確定設發(fā)酵周期為60h,發(fā)酵液的體積流量為 232.6m3/h,發(fā)酵罐組設1個成熟醪貯罐，發(fā)酵罐組個數(shù)為：N=34.9*60/(_4290.2*0.9)+1=4.6個取整數(shù)n=5個，故本設計選取預發(fā)酵罐1個，發(fā)酵罐5個。(3)發(fā)酵罐換熱器換熱面積計算F=Q總./KAtmQ總=Q生-Q蒸發(fā)-Q