正文(目錄、設(shè)計(jì)說(shuō)明書、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄)

目錄1緒論 11.1酒精概況 11.2酒精用途 11.2.1燃料酒精 11.2.2調(diào)制蒸餾酒 11.2.3醫(yī)藥化工發(fā)面的用途 21.2.4酒精工業(yè)的副產(chǎn)品 21.3研究背景 21.3.1世界酒精生產(chǎn)概況 21.3.2我國(guó)酒精生產(chǎn)概況 21.3.3酒精生產(chǎn)原料 31.3.4傳統(tǒng)的酒精生產(chǎn)方法 41.3.5目前酒精生產(chǎn)存在主要問題 51.4課題的途徑與任務(wù) 51.5設(shè)計(jì)內(nèi)容 62工藝論證 62.1糖化工藝 62.1.1拌料 62.1.2糖化工藝 72.2發(fā)酵工藝 102.2.1酒母的培養(yǎng) 102.2.2冷卻 112.2.3大罐發(fā)酵 122.3蒸餾工藝 142.3.1單塔蒸餾 142.3.2兩塔蒸餾 152.3.3三塔流程 152.3.4多塔流程 152.3.5結(jié)論 153物料衡算 163.1全廠總物料衡算 163.1.1原料消耗計(jì)算 163.1.2蒸煮醪量計(jì)算 173.1.3糖化醪與發(fā)酵醪的計(jì)算 173.1.4熱量計(jì)算 183.1.5成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算 193.1.6總物料衡算結(jié)果 193.2蒸煮工段的物料和熱量衡算 203.3糖化工段的物料和熱量衡算 223.4發(fā)酵工段的物料和熱量衡算 223.5蒸餾工段的物料和熱量衡算 234設(shè)備計(jì)算 244.1拌料罐計(jì)算 244.2緩沖罐計(jì)算 254.3液化后熟器計(jì)算 264.4糖化調(diào)酸酵罐計(jì)算 264.5糖化柱計(jì)算 284.6發(fā)酵罐計(jì)算 284.6.1發(fā)酵罐數(shù)量的計(jì)算 284.6.2發(fā)酵罐主要尺寸計(jì)算 294.7糖化工段管徑計(jì)算 305全廠布置的說(shuō)明 325.1工廠總平面布置 325.1.1布置原則 325.1.2本設(shè)計(jì)全廠平面布置 335.2主車間布置設(shè)計(jì) 335.2.1布置設(shè)計(jì)的原則 335.2.2本設(shè)計(jì)的糖化車間布置說(shuō)明 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36年產(chǎn)4萬(wàn)噸玉米原料酒精工廠設(shè)計(jì)PAGE24PAGE251緒論1.1酒精概況酒精化學(xué)名稱是乙醇，分子式C2H5OH，相對(duì)分子量46.07。分析純級(jí)無(wú)水乙醇是無(wú)色透明、易揮發(fā)、具有特殊芳香和強(qiáng)烈刺激味的易燃液體。相對(duì)密度0.7893（20℃）、沸點(diǎn)78.3℃、凝固點(diǎn)-117.3℃、閃點(diǎn)14℃、自燃點(diǎn)390～1.2酒精用途1.2.1燃料酒精酒精是一種新能源，其優(yōu)勢(shì)在于發(fā)酵酒精屬于可再生能源。目前發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的主要原料有：玉米、小麥、大麥、燕麥、水稻等谷物作物；甘薯、木薯、馬鈴薯等薯類作物；甘蔗、甜菜、高粱等糖料作物。隨著糧食作物產(chǎn)量的提高，對(duì)以玉米為代表的新能源植物的利用已經(jīng)進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)，即用做飼料的玉米，先發(fā)酵制備酒精，作為燃料；其副產(chǎn)品（酒精酒糟）再加工成高蛋白飼料（DDGS），作為喂養(yǎng)豬、馬、牛、雞等優(yōu)質(zhì)飼料。我國(guó)為石油凈進(jìn)口國(guó)，酒精可以解決中國(guó)燃料的問題。如果酒精總產(chǎn)量能達(dá)到1200萬(wàn)噸以上，則可以代替大約20﹪的汽油，這對(duì)解決我國(guó)能源安全、順暢更新陳化糧和建設(shè)優(yōu)質(zhì)飼料工程將起到重要作用。乙醇不僅是一種優(yōu)良燃料，它還作為一種優(yōu)良的燃油品質(zhì)改善劑被廣泛使用，其優(yōu)良特性表現(xiàn)為：乙醇是燃油的增氧劑，使汽油增加內(nèi)氧，燃燒充分，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的；乙醇具有極好的抗爆性能，調(diào)和辛烷值一般都在120以上，可有效提高汽油的抗爆指數(shù)（辛烷值）；乙醇還可以經(jīng)濟(jì)有效的降低芳烴、烯烴含量，即降低煉油廠的改造費(fèi)用，達(dá)到新汽油標(biāo)準(zhǔn)。巴西、美國(guó)等國(guó)推行燃料乙醇的經(jīng)驗(yàn)證明，燃料乙醇能給國(guó)家?guī)?lái)巨大的綜合效益，如推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展、維持糧價(jià)相對(duì)穩(wěn)定、減少對(duì)一次能源的依賴、完善能源安全體系、節(jié)約外匯、增加就業(yè)、增加財(cái)政收入、改善燃油品質(zhì)和大氣環(huán)境質(zhì)量等。1.2.2調(diào)制蒸餾酒以優(yōu)質(zhì)酒精為基礎(chǔ)，以固態(tài)發(fā)酵白酒及其調(diào)香酒進(jìn)行調(diào)配；或以酒精串香，使固體酒醅中香味成分在加熱蒸餾過程中（氣相中）充分混合溶解，或有效地提取酒精中殘留的香味成分的方法生產(chǎn)新型白酒。合理利用酒精是提高白酒質(zhì)量而不是降低質(zhì)量，充分利用酒精以提高白酒質(zhì)量主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。⑴降低邪雜味。白酒固體發(fā)酵需要大量稻殼等填充料，由于開放式生產(chǎn)，易侵入大量雜菌，使酒中帶有不同程度的邪雜味，干擾白酒中的香味及風(fēng)格。酒的香味雖好，如有雜味混淆，會(huì)使酒質(zhì)量下降。適量調(diào)配優(yōu)質(zhì)酒精，借以沖淡雜質(zhì)，使酒味純正香味突出。所以白酒生產(chǎn)合理利用酒精，不是降低質(zhì)量而是提高質(zhì)量，尤其是對(duì)中低檔白酒效果尤為顯著。⑵降低渾濁度。勾兌酒精酒體純凈，既衛(wèi)生又安全，并且透明度高，冷凍、加冰、加水不渾濁。1.2.3醫(yī)藥化工發(fā)面的用途⑴酒精燃燒時(shí)呈淡藍(lán)色的無(wú)煙火焰，并釋放大量熱量（29726kJ/kg）。利用這一點(diǎn)，大專院校及科研院所等的實(shí)驗(yàn)室以及餐飲業(yè)常用酒精燈、酒精噴燈、固體酒精塊進(jìn)行加熱。酒精燃燒后對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響，屬綠色燃料。⑵酒精可與水以任意比例互溶，并釋放熱量?；ト芎笥捎诜肿泳喓?，分子間形成氫鍵，使其體積呈收縮變化，收縮最大的互溶比例是H2O52mL:C2H5OH48mL，混合充分后體積變?yōu)?6.3mL。⑶高濃度酒精吸水性很強(qiáng)，是供細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究使用的優(yōu)良的固定劑和脫水劑；70﹪的酒精是對(duì)微生物菌體蛋白作用最強(qiáng)的凝固變性劑，是常用的理想的消毒、防腐、滅菌劑；與碘制成碘酊，是外傷、手術(shù)常用的抑制有害微生物繁殖的消毒劑。⑷酒精是生化制藥中提純酶制劑、DNA、RNA的有效沉淀劑。⑸酒精在重鉻酸鉀（K2CrO7）及濃硫酸（H2SO4）作用下，氧化生成乙酸（CH3COOH）。酒精企業(yè)化驗(yàn)室常根據(jù)這一原理檢測(cè)蒸餾塔排出的廢糟液中殘存的酒精含量。有殘留反應(yīng)呈綠色，殘留越多顏色越深。檢測(cè)時(shí)用比色法比較快速準(zhǔn)確。⑹酒精可做優(yōu)良的防凍、降溫介質(zhì)，乙醇與水質(zhì)量比為105:100時(shí)，混合液溫度降至-30⑺酒精在化學(xué)工業(yè)上是生產(chǎn)乙醛、乙酸、乙醚、聚乙烯、乙二醇、合成橡膠、氯仿、染料、油漆、樹脂及農(nóng)藥等的重要原料之一。⑻酒精是大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)食用乙酸的最好原料[1]。1.2.4酒精工業(yè)的副產(chǎn)品大型酒精企業(yè)除主要生產(chǎn)酒精外，還有如下副產(chǎn)物：優(yōu)質(zhì)顆粒飼料DDGS（全價(jià)干酒精糟DistillersDriedwithSolubles）；優(yōu)質(zhì)食用級(jí)CO2，CO2是發(fā)酵酒精相伴生成的數(shù)量最大的副產(chǎn)物，高純度食用級(jí)CO2除用做碳酸飲料外，還在氣體保護(hù)焊接、藥物萃取、制冷、溫室生產(chǎn)等方面有很廣的用途；玉米油，玉米胚芽油是優(yōu)質(zhì)保健食品；以玉米、小麥等為原料的大型酒精生產(chǎn)企業(yè)，還可以生產(chǎn)玉米淀粉、葡萄糖漿、果葡糖漿、玉米蛋白等；雜醇油是某些食用香料的主要原料。1.3研究背景1.3.1世界酒精生產(chǎn)概況目前全球酒精年產(chǎn)量約3394萬(wàn)噸（4.3×1010L），其中美國(guó)和巴西的酒精產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的66﹪。美國(guó)、巴西、中國(guó)、俄羅斯是世界酒精生產(chǎn)大國(guó)，1.3.2我國(guó)酒精生產(chǎn)概況據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年我國(guó)發(fā)酵酒精生產(chǎn)企業(yè)為457家，生產(chǎn)能力為517.74萬(wàn)千升(418.06萬(wàn)噸)。其中年產(chǎn)20萬(wàn)噸以上的企業(yè)5家，年產(chǎn)5萬(wàn)噸～20萬(wàn)噸的企業(yè)13家。2004年，酒精產(chǎn)量為287.73萬(wàn)千升(232.34萬(wàn)噸)，產(chǎn)能利用率為55.57﹪。以各種原料生產(chǎn)的酒精的百分比分別是：糖蜜酒精占11.35﹪，高梁酒精是13.35﹪，薯類酒精是22.89﹪，小麥酒精是2.11﹪，玉米酒精是50.30﹪。2005年我國(guó)酒精產(chǎn)量是297.26萬(wàn)噸。我國(guó)酒精行業(yè)，在發(fā)酵技術(shù)、蒸餾控制、糟液治理、綜合利用水平方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，具備了整套大型裝置的設(shè)計(jì)和制造能力。但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，尚有一定的差距。近幾年由于國(guó)際石油價(jià)格的不斷攀升以及我國(guó)推廣使用燃料乙醇的原因，使酒精行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。1.3.3酒精生產(chǎn)原料A淀粉質(zhì)原料我國(guó)發(fā)酵酒精的80﹪是用淀粉原料生產(chǎn)，其中以山芋干等薯類原料的約45﹪，玉米等谷物原料的約35﹪。在我國(guó)玉米又名玉蜀黍、苞谷、苞米、珍珠米、棒子、大黍等。在糧食中占有重要地位，曾是我國(guó)北方和西南山區(qū)及其他旱谷地區(qū)人民的主要糧食之一。由于玉米具有產(chǎn)量高、增產(chǎn)潛力大、適應(yīng)性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)豐富、用途廣泛等特點(diǎn)，因此提高玉米生產(chǎn)水平，對(duì)增產(chǎn)糧食和提供工業(yè)原料以及促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展，都具有重要的意義，特別是近年來(lái)玉米產(chǎn)量的提高，對(duì)酒精工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。根據(jù)玉米的組成，玉米作為酒精原料的優(yōu)點(diǎn)是：⑴產(chǎn)量是谷物中比較高的，我國(guó)玉米栽培面積、畝產(chǎn)和總產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，這對(duì)發(fā)展酒精產(chǎn)業(yè)是有利的條件。據(jù)資料報(bào)道，我國(guó)玉米總產(chǎn)1991年達(dá)到一億噸，1999年總產(chǎn)量達(dá)1.2億噸。占據(jù)世界第二位。⑵含有較高的淀粉量，并且蛋白質(zhì)和脂肪的數(shù)量也很高，可以進(jìn)行酒精、飼料、油料生產(chǎn)的綜合加工。⑶近年研究成果表明，玉米淀粉適合于無(wú)蒸煮酒精生產(chǎn)工藝，有利于降低酒精生產(chǎn)的能耗。玉米作為酒精生產(chǎn)原料的缺點(diǎn)是如果進(jìn)行高壓蒸煮，它需要較高的壓力，蒸汽消耗較多，但目前多采用高壓噴射蒸煮，固這一問題也解決了。高粱又名紅粱，其品種甚多，按外觀分有白高粱、紅高粱、黃高粱等；按品質(zhì)分，有粘高粱和梗高粱。高粱胚乳內(nèi)部，大部分為淀粉，表面包有一層由蛋白質(zhì)和脂肪構(gòu)成的膠粒層，另外也有少量脂肪和蛋白質(zhì)等。淀粉顆粒呈多角形，中心有核點(diǎn)，最大的淀粉顆粒直徑達(dá)30μm。高粱不是主要糧食，用它來(lái)生產(chǎn)酒精和各種白酒是可以的，但是它的產(chǎn)量不高，又含有單寧等有害物質(zhì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看它不能成為酒精生產(chǎn)的主要原料。在谷物原料中，除玉米高粱外，還有小麥、大麥、燕麥、黑麥，偶爾也有大米和小米。B薯類原料我國(guó)酒精工業(yè)的主要原料是甘薯（山芋），南方一些省份有用木薯生產(chǎn)酒精的，馬鈴薯僅在西北少數(shù)地區(qū)用作酒精原料。甘薯，北方俗稱地瓜、紅薯，南方稱山芋、蕃薯。新鮮甘薯可以直接作酒精生產(chǎn)原料，但是，為了便于貯存，供工廠全年生產(chǎn)，一般都將鮮甘薯制成薯干。甘薯的主要成分是淀粉，此外，還含有3﹪的糊精、葡萄糖、蔗糖、果糖和微量的戊糖。蛋白質(zhì)含量不多，其中三分之二為純蛋白，三分之一為酰胺類化合物。此外，尚有少量脂肪、纖維素、灰分和樹膠等。甘薯的缺點(diǎn)在于膠體、果膠質(zhì)等粘性物質(zhì)較多。醪液粘度較大，甲醇的生成量較多。木薯學(xué)名Manihot，是一種多年生植物，屬大戟科。木薯廣泛產(chǎn)于熱帶和亞熱帶地區(qū)的丘陵地帶。該作物生長(zhǎng)的適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱、耐瘠，在各種顏色的土壤中都能生長(zhǎng)，是一種不與糧爭(zhēng)地的有發(fā)展前途的酒精生產(chǎn)原料。我國(guó)木薯的主要產(chǎn)地是廣東、廣西、福建和臺(tái)灣。木薯作為原料的缺點(diǎn)主要是含氫氰酸；種植面積分散在山區(qū)，收集運(yùn)輸較困難；生長(zhǎng)期長(zhǎng)，在一年以上；目前總產(chǎn)量尚少，不能全面供應(yīng)酒精生產(chǎn)需要。近年來(lái)，我國(guó)開始大規(guī)模進(jìn)口東南亞木薯生產(chǎn)酒精。全面分析木薯作為酒精原料的優(yōu)缺點(diǎn)，由于它有加工性能良好，及不與糧爭(zhēng)地的優(yōu)點(diǎn)，已被世界公認(rèn)為是一種有很大發(fā)展?jié)摿Φ木凭a(chǎn)再生資源。馬鈴薯俗稱土豆，是一種生長(zhǎng)期較短的農(nóng)作物，原產(chǎn)于南美洲。它廣泛地種植于世界各地。我國(guó)主要產(chǎn)區(qū)在東北、西北、內(nèi)蒙古等地區(qū)。馬鈴薯有許多品種，分別適用于食用、飼料用和工業(yè)用。酒精工業(yè)用的馬鈴薯品種要求畝產(chǎn)高，淀粉含量高和耐貯藏等性能。其缺點(diǎn)主要是畝產(chǎn)低；在我國(guó)種植面積不如甘薯廣；它的貯藏性能也比較差。C糖質(zhì)原料常用的糖質(zhì)原料有糖蜜、甘蔗和甜菜。糖質(zhì)原料的可發(fā)酵性物質(zhì)是糖分，酵母可以直接發(fā)酵，可以省去淀粉質(zhì)原料所需的蒸煮、糖化和糖化劑的制備等工序。因此，其能耗和成本都比較低，是酒精發(fā)酵的理想原料。只是制糖和其他發(fā)酵工業(yè)都需要糖質(zhì)原料，能用到酒精生產(chǎn)上的不太多，特別是我國(guó)制糖工業(yè)尚不夠發(fā)達(dá)，糖質(zhì)原料用于酒精生產(chǎn)的極為有限。D纖維質(zhì)原料目前用于酒精生產(chǎn)的纖維素原料主要有農(nóng)作物纖維下腳料，森林和木材工業(yè)下腳料，工廠纖維和半纖維素下腳料及城市廢纖維垃圾。綜上所述，谷物原料中以玉米為最佳酒精生產(chǎn)原料，其它谷物在正常和可能情況下不要采用。1.3.4傳統(tǒng)的酒精生產(chǎn)方法傳統(tǒng)的酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法，主要有兩種類型：利用酵母發(fā)酵農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)酒精和利用石油原料化學(xué)合成酒精?；瘜W(xué)合成法主要是利用石油裂解產(chǎn)生的乙烯或天然氣為原料，經(jīng)化學(xué)合成反應(yīng)而制成酒精，分為間接水合法和直接水合法，間接水合法對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酸消耗較多；直接水合法是乙烯和水蒸氣在磷酸催化下，溫度285～305℃，70個(gè)大氣壓下合成，對(duì)設(shè)備和材料的要求較高。與發(fā)酵法相比，化學(xué)合成法具有成本低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高和便于采用微機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn)，但合成的酒精往往存在一些異構(gòu)化高級(jí)醇類，對(duì)人體有害，不宜作為食用和醫(yī)用酒精，且一次性設(shè)備投資大。在我國(guó)，大多采用發(fā)酵法生產(chǎn)酒精。發(fā)酵法所采用的原料主要有淀粉質(zhì)原料，糖蜜原料和工廠廢液及纖維素原料。⑴淀粉質(zhì)原料發(fā)酵酒精，該法是我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)酒精的主要方法，它是利用玉米、薯干、木薯等含有淀粉的農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料，經(jīng)蒸煮、糖化工藝將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖，并進(jìn)一步發(fā)酵生產(chǎn)酒精。在我國(guó)淀粉質(zhì)原料(玉米、薯干、木薯)占酒精生產(chǎn)原料的80%。⑵糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精，該法是以制糖生產(chǎn)工藝排出的廢糖蜜為原料，經(jīng)稀釋并添加營(yíng)養(yǎng)鹽，在微生物的作用下進(jìn)一步發(fā)酵生產(chǎn)酒精。在我國(guó)廢糖蜜原料占酒精生產(chǎn)原料的20%。⑶亞硫酸鹽紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精，造紙?jiān)辖?jīng)亞硫酸鹽液蒸煮后，廢液中含有六碳糖，這部分糖在酵母作用下可以發(fā)酵生產(chǎn)酒精，主要是工業(yè)酒精。⑷纖維質(zhì)原料制造酒精，農(nóng)林植物原料及其副產(chǎn)物含有豐富的纖維素和半纖維素。纖維素是一種高分子化合物，是聚合的吡喃式葡萄糖；半纖維素成分中的一部分是多縮己糖，它們用酸水解后，可以分解變成單糖，然后經(jīng)酵母發(fā)酵而生成酒精。1.3.5目前酒精生產(chǎn)存在主要問題隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，整個(gè)社會(huì)對(duì)酒精的需要量會(huì)有所增長(zhǎng)，但是，酒精最大的需量是作為汽油的代用品，即作燃料。當(dāng)前酒精生產(chǎn)普遍存在以下五方面的問題：⑴發(fā)酵酒精的成本過高，國(guó)際市場(chǎng)上酒精的價(jià)格要比石油貴一倍，如果成本不降到與石油相近，則很難與石油燃料競(jìng)爭(zhēng)。⑵生產(chǎn)過程中能耗過大，尤其是蒸煮和酒精回收過程中能耗特別高。以玉米原料為例，生產(chǎn)1L酒精，能耗約14235～18840kJ，而每1L酒精的燃燒熱值約為⑶生產(chǎn)酒精的原料受到土地和水資源的限制。對(duì)于土地較少的國(guó)家來(lái)說(shuō)更是如此，我國(guó)亦是如此。酒精與民爭(zhēng)糧、爭(zhēng)地的情況不解決，要大發(fā)展是不可能的。⑷酒糟處理問題是當(dāng)前酒精生產(chǎn)面臨的又一嚴(yán)重問題。每生產(chǎn)1t酒精要產(chǎn)生12～15t左右的酒糟。一般酒糟的BOD值在25000～35000mg/L之間。如果不經(jīng)處理就排入自然界，那將產(chǎn)生極為嚴(yán)重的污染。酒精廢糟由于量大，加工處理技術(shù)沒有過關(guān)，目前已經(jīng)成了輕工各行業(yè)中第二個(gè)大污染源。⑸酒精發(fā)酵的強(qiáng)度問題。發(fā)酵強(qiáng)度愈大，同樣發(fā)酵罐容積生產(chǎn)的酒精就多。一旦酒精成為燃料，則其產(chǎn)量要增加幾倍，幾十倍，建新廠的投資就很大，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的經(jīng)費(fèi)也大。如果能將發(fā)酵強(qiáng)度提高幾倍、幾十倍，那么，發(fā)酵車間的投資將大為減少，最終將有力降低成本。綜上所述，當(dāng)今我國(guó)酒精行業(yè)面臨的最大課題是原料、成本、污染等三大問題。1.4課題的途徑與任務(wù)傳統(tǒng)的酒精生產(chǎn)工藝包括原料預(yù)處理、高溫蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾等工序。最初原料不經(jīng)粉碎直接蒸煮，能耗很高，現(xiàn)在基本被先粉碎后蒸煮工藝所取代。高溫蒸煮的主要缺點(diǎn)是：能耗較高，造成淀粉過度分解成不發(fā)酵性糖和其他雜質(zhì)，造成淀粉損失，從而降低了淀粉的出酒率。為了降低高溫蒸煮的能耗，提高工廠效益，本課題采用噴射液化工藝。利用噴射液化器將蒸汽直接噴射到淀粉乳薄層，以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求溫度，完成淀粉的糊化、液化過程。應(yīng)用此法液化效果好，蛋白質(zhì)類雜質(zhì)凝聚結(jié)合在一起，使液化醪粘度小，流動(dòng)性好，便于下一步糖化工序。由于噴射液化技術(shù)的應(yīng)用，α-高溫淀粉酶和優(yōu)質(zhì)糖化酶的使用，使玉米漿較充分完成糖化，淀粉轉(zhuǎn)為可發(fā)酵性糖，快速發(fā)酵，提高生產(chǎn)效率。本工藝采用的是雙酶法連續(xù)液化、糖化工藝：即加入耐高溫α—淀粉酶，經(jīng)中溫噴射蒸煮連續(xù)液化1h，再真空冷卻連續(xù)糖化。選用耐高溫活性干酵母半連續(xù)培養(yǎng)，從而省去傳統(tǒng)酵母擴(kuò)培對(duì)糖液的滅菌過程，從而節(jié)約了水、電、汽等能耗；提高設(shè)備利用率，提高生產(chǎn)能力，使酒精生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整更加靈活；彌補(bǔ)在水、電、汽供應(yīng)不正常的情況影響酒精生產(chǎn)的嚴(yán)重缺陷；隨時(shí)可以作新菌種補(bǔ)充，省去培菌室投資，減少培菌室人員和菌種管理程序，簡(jiǎn)化操作工序，提高勞動(dòng)效率。糖化完畢，進(jìn)行間歇發(fā)酵，發(fā)酵期間，通過螺旋板換熱器進(jìn)行罐外冷卻。這樣不但可以靈活控制發(fā)酵溫度，還將節(jié)約大部分冷卻用水，從而降低生產(chǎn)成本。蒸餾工藝采用醪塔→排醛塔→精餾塔三塔流程，其中醛塔為負(fù)壓工作，與精餾塔實(shí)現(xiàn)差壓蒸餾，精餾塔塔底高溫余餾水經(jīng)汽液分離器分離后，二次蒸汽用作醛塔的加熱熱源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。本工藝的優(yōu)點(diǎn)：液化糖化實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，大大提高設(shè)備的利用率；發(fā)酵罐外冷卻，將節(jié)約大量冷卻用水；差壓蒸餾工序中減少蒸汽用量，降低生產(chǎn)成本。本工藝的缺點(diǎn)：為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，須配置系列備用設(shè)備，將加大投資成本。1.5設(shè)計(jì)內(nèi)容⑴根據(jù)要求，制定合理的工藝流程，并完成全流程的物料平衡、熱量平衡計(jì)算，進(jìn)行設(shè)備配平，完成主體設(shè)備設(shè)計(jì)和定型設(shè)備選型。⑵完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：帶控制點(diǎn)工藝流程圖（2張）、糖化與發(fā)酵主體設(shè)備總裝圖（2張）、制糖車間平立面布置圖（2張）、制糖車間配管圖（2張）。2工藝論證2.1糖化工藝蒸煮（液化）糖化的目的是將淀粉變成可發(fā)酵性的糖。目前國(guó)內(nèi)外酒精廠的蒸煮（液化）糖化的工藝路線主要有以下幾種：傳統(tǒng)的蒸煮糖化工藝、中溫（低溫）蒸煮糖化工藝、雙酶法液化糖化工藝。2.1.1拌料漿料濃度按對(duì)發(fā)酵成熟醪含酒精量高低的要求而定，但同時(shí)得考慮到糟液的治理，一般地講，發(fā)酵醪液越稀，生產(chǎn)1t酒精排放的廢糟就越多，處理酒糟使用的設(shè)備、投資就越大，從這方面來(lái)看，醪液越濃，對(duì)酒糟廢液的處理就投資越小越有利。但是對(duì)酒母的生長(zhǎng)環(huán)境而言，醪液太濃，對(duì)酒母的生長(zhǎng)是不利的，因此，漿料的濃度確定應(yīng)以能保證酒母正常發(fā)酵，糖分充分利用時(shí)，醪液越濃對(duì)生產(chǎn)越有利。綜合上述選則拌漿料水比為1:3[2]。粉漿拌料水一般為后工段的廢熱水（冷凝器用過的冷卻水），從利用熱能角度來(lái)看，溫度越高越好，但溫度過高會(huì)使醪液粘度急劇增加并出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，造成拌料不均勻而出現(xiàn)夾生和輸送困難。同時(shí)，60℃為巴氏滅菌溫度，在此溫度下可殺死原料中帶有的雜菌。因此，粉漿拌料溫度選擇拌料用水可以通過以下幾個(gè)方面的來(lái)源控制水溫為60⑴酒糟離心液的回流[3]。⑵蒸發(fā)濃縮工段的二次蒸汽冷凝液。⑶精餾塔底部余餾水。⑷成品冷卻器用后的冷卻水。⑸補(bǔ)充少量的工藝水。此外，在拌料過程中應(yīng)盡量減少還原糖的生成，以減少高溫蒸煮時(shí)糖分的損失。2.1.2糖化工藝酵母不能直接利用淀粉，故發(fā)酵前要經(jīng)過蒸煮（液化）、糖化工藝，使淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵性糖，以便于酵母發(fā)酵利用。A蒸煮（液化）蒸煮（液化）主要是使淀粉分解，其工藝有間歇蒸煮、罐式連續(xù)蒸煮、管道式連續(xù)蒸煮、柱式連續(xù)蒸煮。a間歇蒸煮間歇蒸煮其工藝是：原料進(jìn)入拌料罐，加溫水拌料，拌勻后用泵打入蒸煮鍋，通入直接蒸汽，將醪液加熱到預(yù)定壓力和溫度，保持一段時(shí)間進(jìn)行蒸煮。在此期間內(nèi)要放二到三次泛氣，以促使鍋內(nèi)醪液的上下翻動(dòng)，進(jìn)而保證加熱均勻。蒸煮完畢，打開醪液閥將蒸煮醪壓入糖化鍋。間歇蒸煮的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，投資也較少，適宜于生產(chǎn)規(guī)模較小的酒精廠。與連續(xù)蒸煮相比，間歇蒸煮存在以下一系列的缺點(diǎn)：⑴蒸汽消耗量大，而且需要量不均勻，造成鍋爐操作的困難和煤耗的增加。⑵輔助操作時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備利用率低。⑶蒸煮質(zhì)量較差，出酒率也較低。⑷難以實(shí)行自動(dòng)化。因此，大中型的工廠都不采用此法。b罐式連續(xù)蒸煮該工藝主要特點(diǎn)是將原有的間歇蒸煮所用的罐串聯(lián)起來(lái)，并增加原料粉碎、拌料預(yù)煮、醪液輸送往復(fù)泵和汽液分離器等設(shè)備。其這一特點(diǎn)，它比較容易上馬，特別適用于老廠技術(shù)改造，因此，在我國(guó)許多中小型酒精廠得到了廣泛的應(yīng)用。c管道式連續(xù)蒸煮該工藝包括拌料混合，管道預(yù)煮，管道蒸煮和汽液分離幾個(gè)部分。粉料進(jìn)入拌料罐，加入溫水，拌勻后利用二次蒸汽加熱到50℃，再進(jìn)入管道預(yù)煮器，即一段套管式加熱器，在這里，粉漿可以加熱到75～85℃（利用二次蒸汽）。這一溫度已經(jīng)超過原料糊化溫度，但是由于往復(fù)泵的出口壓力大，還是可以克服粘度造成的阻力，順利的將醪液送往加熱器。預(yù)煮醪進(jìn)入加熱器（直接蒸汽加熱到168～170℃），再進(jìn)入管道蒸煮器（由垂直和水平的管子組成），該工藝的生產(chǎn)能力，金屬消耗，出酒率等方面均比間歇蒸煮遠(yuǎn)為優(yōu)越。但是其對(duì)原料粉碎的要求高，電耗要高，還有其產(chǎn)生的二次蒸汽數(shù)量大。d柱式連續(xù)蒸煮柱式連續(xù)蒸煮是一種介于罐式連續(xù)蒸煮和管道連續(xù)蒸煮之間的工藝流程，具有廣泛的適應(yīng)性和良好的生產(chǎn)參數(shù)指標(biāo)。其工藝特點(diǎn)是拌料后醪液在加熱器直接蒸汽熱到100～140℃，通過緩沖器后，進(jìn)入后熟器（液化柱）。醪液后熟器出來(lái)后，切線進(jìn)入汽液分離器，分離得到二次蒸汽預(yù)煮或其他目的。蒸煮醪排除送去糖化車間。B糖化糖化過程包括以下操作：蒸煮醪冷卻至糖化溫度；加入糖化劑，使蒸煮醪糖化，物料的巴氏滅菌；糖化醪冷卻到發(fā)酵溫度和用泵將醪液送去發(fā)酵或酒母車間。a間歇糖化工藝間歇糖化有很多不同的操作方法，我國(guó)酒精廠最常用的是：在糖化鍋內(nèi)放入一部分水，使水面達(dá)攪拌漿葉，然后放入蒸煮醪，邊攪拌，邊開冷卻水冷卻。蒸煮醪放完并冷卻到61～62℃時(shí)，加入糖化劑，攪拌均勻后，靜止進(jìn)行糖化30min，再開冷卻水和攪拌器，將糖化醪冷卻到糖化過程的周轉(zhuǎn)期與冷卻水的溫度有很大關(guān)系，如果說(shuō)冷卻水溫為10℃時(shí)，要冷卻30min，水溫是20℃時(shí)要冷卻b連續(xù)糖化工藝根據(jù)蒸煮醪冷卻（前冷卻）和糖化醪液冷卻（后冷卻）的方法不同，可將連續(xù)糖化工藝分成：混合冷卻連續(xù)糖化，真空冷卻連續(xù)糖化和二級(jí)真空冷卻連續(xù)糖化[4]。⑴混合冷卻連續(xù)糖化，該工藝的特點(diǎn)是將蒸煮醪冷卻和糖化兩個(gè)工序仍放在糖化鍋中進(jìn)行，而將糖化醪的冷卻交給噴淋冷卻或套管冷卻設(shè)備去完成。該操作是：將制備好的一鍋糖化醪，在開動(dòng)攪拌器和開大冷卻水的前提下，連續(xù)從后熟器或汽液分離器送入蒸煮醪，糖化劑不斷的從貯罐中定量的加入。糖化醪則以鍋底醪管經(jīng)往復(fù)泵送往噴淋冷卻器，冷卻到30⑵真空冷卻連續(xù)糖化，該工藝的特點(diǎn)是蒸煮醪在進(jìn)入糖化鍋前，在真空蒸發(fā)器內(nèi)瞬時(shí)冷卻至60℃。真空蒸發(fā)冷卻的原理是：102℃的蒸煮醪在壓力只有17.3～18.7×103真空蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入混合冷凝器，被自上而下的冷卻水冷凝，并一起從大氣腿排出。混合冷凝器中殘留的不凝結(jié)氣體則用真空泵或蒸汽噴射泵除去，從而保證真空蒸發(fā)器和混合冷凝器中必要真空度。其優(yōu)點(diǎn)是：真空冷卻方法對(duì)淀粉糊化醪的質(zhì)量有益，因?yàn)樵谒查g冷卻時(shí)，淀粉來(lái)不及重新形成晶點(diǎn)，仍然保持著流動(dòng)狀態(tài)，很容易接受酶的作用。此外，冷卻是在封閉的空間進(jìn)行的，空氣中雜菌的污染率降低。真空冷卻排除大量的二次蒸汽，這對(duì)甲醇的排除也有好處的。⑶二級(jí)真空冷卻，該工藝特點(diǎn)是不僅前糖化，而且糖化醪從60℃糖化冷卻到發(fā)酵溫度由于第二級(jí)真空冷卻需要的真空度很高，對(duì)設(shè)備的要求高，能耗也大，所以該工藝在我國(guó)沒有得到應(yīng)用。⑷雙液流糖化工藝該工藝是將蒸煮醪分成相同容量的兩部分，一部分醪液用的糖化劑量是總量的三分之二，另一部分則是三分之一。前一部分糖化醪送往第一只發(fā)酵罐（首罐），后一部分糖化醪則送往第二只發(fā)酵罐。由于第一部分糖化醪中糖化劑的用量超過常規(guī)用量的一倍，在單位時(shí)間內(nèi)積累的葡萄糖量增加，酵母的增殖和發(fā)酵較為強(qiáng)烈，這對(duì)整個(gè)發(fā)酵罐組都會(huì)產(chǎn)生好的影響。當(dāng)首罐的醪液流入第二罐時(shí)，由于另一部分糖化醪的加入，醪液總體的含糖化劑量恢復(fù)正常，即和一次性將全部糖化劑加到全部蒸煮醪液中一樣。綜上所述，本工藝選擇雙酶法連續(xù)液化、糖化工藝：即加入耐高溫α—淀粉酶，經(jīng)中溫噴射蒸煮連續(xù)液化1h，再真空冷卻連續(xù)糖化。拌料罐按8U/g原料加入耐高溫α—淀粉酶，按40～70mg/kg的量加入CaCl2（Ca2＋對(duì)酶具有保護(hù)作用，能提高酶的耐熱性），通過調(diào)節(jié)工藝水和酒糟離心液（呈酸性）及冷凝液等比例，控制醪液pH6～7左右，水溫60℃左右；然后經(jīng)泵送入噴射蒸煮器中直接蒸汽噴射液化，溫度為噴射蒸煮器是一種傳熱效率很高的直接接觸式傳熱設(shè)備。蒸汽高速的從噴射器噴嘴噴出，進(jìn)入噴射器接受室，并把噴射器前的壓力介質(zhì)物料漿吸走。工作流體的勢(shì)能或熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，一部分傳給引射流體漿料；混合流體在沿噴射器流動(dòng)的過程中速度漸漸均衡，于是混合流體的動(dòng)能相反的轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能或熱能[5]。其優(yōu)點(diǎn)是：蒸汽的熱量在瞬間傳給料漿，本身立即冷凝并快速向液相分散，消除了一般蒸汽加熱較容易發(fā)生的“氣錘”和“振動(dòng)”現(xiàn)象。蒸汽的潛熱和顯熱都得以利用，傳熱效率可達(dá)100﹪。因此，對(duì)于相同的加熱要求，這種專用加熱器的蒸汽用量少，是一種高效節(jié)能的加熱設(shè)備，同時(shí)它還具備結(jié)構(gòu)輕巧、控制精度高、操作運(yùn)行平穩(wěn)等。從噴射蒸煮器出來(lái)的蒸煮醪，再進(jìn)入后熟器進(jìn)一步液化50～60min；醪液進(jìn)入汽液分離器（室內(nèi)被真空泵抽成真空狀態(tài)），90℃醪液在17.3～18.7×103Pa的真空空間中，瞬時(shí)絕熱蒸發(fā)，產(chǎn)生大量的蒸汽，醪液的溫度立即降到經(jīng)過真空冷卻的蒸煮醪，被送入糖化罐，在糖化罐中加入H2SO4調(diào)節(jié)pH4.5左右，糖化酶通過流量計(jì)按120U/g加入。醪液然后在糖化柱內(nèi)連續(xù)糖化，時(shí)間為45min左右，糖化結(jié)束。2.2發(fā)酵工藝酒精發(fā)酵作用是酵母把可發(fā)酵性糖，經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)酒化酶的作用生成酒精與二氧化碳，再經(jīng)過細(xì)胞膜將這些產(chǎn)物排出體外。在發(fā)酵過程中發(fā)生著十分復(fù)雜的生物化學(xué)變化，除了酵母把糖變?yōu)榫凭猓瑫r(shí)糖化醪中的淀粉和糊精繼續(xù)被糖化酶水解，進(jìn)行后糖化作用，生成可發(fā)酵性的糖。而醪液中的蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下分解生成低分子含氮化合物（如胨、肽及氨基酸等）被酵母吸收利用，合成酵母菌體細(xì)胞[6]。2.2.1酒母的培養(yǎng)我國(guó)傳統(tǒng)酒精發(fā)酵是首先在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)酒母，酒母經(jīng)過多級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，最后到大酒母罐；大酒母罐中的酒母作為發(fā)酵的種子。A傳統(tǒng)酒母培養(yǎng)a實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)其流程為：原菌→斜面試管→液體試管→三角瓶培養(yǎng)→卡氏罐。這一階段的培養(yǎng)，是擴(kuò)大酒母種子的開始。希望在這一階段得到細(xì)胞健壯，沒有雜菌的酵母。因此，無(wú)菌條件要求較嚴(yán)，酵母培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分要求也高。b擴(kuò)大培養(yǎng)其流程為：卡氏罐→小酒母罐→大酒母罐→成熟酒母送發(fā)酵罐。其方法為可分為間歇培養(yǎng)、半連續(xù)培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)。間歇培養(yǎng)：此法分一級(jí)菌種擴(kuò)培罐培養(yǎng)和二級(jí)酒母擴(kuò)培罐培養(yǎng)；兩個(gè)階段進(jìn)行。先將糖化醪泵入小酒母罐中，接入相應(yīng)數(shù)量的卡氏罐酵母菌種、通入無(wú)菌空氣，使酒母與醪液充分混合均勻，使溶解氧量增加，以供酵母增殖用。溫度控制在28～30℃進(jìn)行培養(yǎng)，待醪液糖分降低40﹪～45﹪（通過外觀糖測(cè)定），酒精濃度升至3.5﹪（體積）左右，液面出現(xiàn)大量CO2汽泡時(shí)，即培養(yǎng)成熟。將成熟小酒母接入已裝有糖化醪的大酒母罐中，同樣在28～30℃進(jìn)行培養(yǎng)，待大酒母罐中糖分消耗45﹪～50﹪，液面產(chǎn)生大量CO2汽泡時(shí)，酒母培養(yǎng)成熟，送往發(fā)酵罐使用[7]。半連續(xù)培養(yǎng)：半連續(xù)培養(yǎng)也叫分割培養(yǎng)法，根據(jù)實(shí)際操作過程又分為小酒母分割法和大酒母分割法兩種。小酒母分割法：將大三角瓶酒母接入小酒母罐，待培養(yǎng)成熟，將2∕3的小酒母醪送入大酒母罐作菌種，進(jìn)行大酒母培養(yǎng)。大酒母培養(yǎng)成熟后，全部酒母醪送往發(fā)酵車間，小酒母罐中留下的酒母醪作下一批小酒母的種子（代替大三角瓶或卡氏罐酵母種）補(bǔ)入新鮮酒母糖化醪，進(jìn)行培養(yǎng)。如此反復(fù)，不僅可以省去大三角瓶酒母制備，而且可以縮短小酒母培養(yǎng)時(shí)間。大酒母分割法：大酒母培養(yǎng)成熟后，檢查酒母質(zhì)量?jī)?yōu)秀，特別是無(wú)雜菌污染，則可以將4∕5的酒母成熟醪送往發(fā)酵車間。其他的作下一批大酒母的菌種，補(bǔ)入新鮮酒母糖化醪，培養(yǎng)成熟后，再視情況進(jìn)行分割或全部送去發(fā)酵車間。連續(xù)培養(yǎng)：酵母連續(xù)培養(yǎng)是按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行。它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件。酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時(shí)添加酵母種液。酵母糖化醪沿罐組流動(dòng)，酵母不斷的增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時(shí)，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時(shí)送往發(fā)酵罐。綜上所述，選擇耐高溫活性干酵母半連續(xù)培養(yǎng)。在酒精生產(chǎn)中耐高溫活性干酵母有以下諸多優(yōu)越性:⑴糖液直接由糖化罐泵入，省去傳統(tǒng)酵母擴(kuò)培對(duì)糖液的滅菌過程，從而節(jié)約了水、電、汽等能耗。⑵可將主發(fā)酵期間控制溫度提高2～4⑶使用方便、靈活，隨時(shí)可以作新菌種補(bǔ)充，省去培菌室投資，減少培菌室人員和菌種管理程序，簡(jiǎn)化操作工序，提高勞動(dòng)效率。⑷因其具有真空包裝、能長(zhǎng)期保存、使用方便等特點(diǎn)，可彌補(bǔ)在水、電、汽供應(yīng)不正常的情況影響酒精生產(chǎn)的嚴(yán)重缺陷。⑸耐高溫。主發(fā)酵溫度可達(dá)42℃，耐乙醇可達(dá)13﹪（體積）⑹pH在3.6左右，可正常發(fā)酵，抑制雜菌繁殖，降低發(fā)酵損失。⑺發(fā)酵速度快，發(fā)酵周期縮短，提高設(shè)備利用率，提高生產(chǎn)能力，使酒精生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整更加靈活。干酵母在投入大生產(chǎn)之前，一般都得先活化酵母。采用復(fù)水活化法，復(fù)水活化液可以是自來(lái)水、白糖水或稀釋糖化醪?？紤]到能夠接近于大生產(chǎn)，降低成本，使活化干酵母快速適應(yīng)大生產(chǎn)，采用稀釋糖化醪作復(fù)水活化液，增加一次對(duì)活性干酵母的馴化，可增強(qiáng)其底物適應(yīng)性。具體操作如下：將糖化醪泵入酵母罐中，加工藝水稀釋，使其糖度為8～10Bx，這樣將低了復(fù)水活化液的滲透壓，有利于酵母活化并迅速繁殖?？刂茰囟仍?8～40℃，投入干酵母，然后讓其自然冷卻，活化時(shí)間為1h，其目的是防止酵母細(xì)胞老化，發(fā)酵力損失，同時(shí)減少雜菌對(duì)活化液污染的機(jī)會(huì)。然后將酵母罐內(nèi)活化完畢的酵母液，分割50﹪加入第一只發(fā)酵罐，余下的酵母液作為種子，繼續(xù)接入新鮮糖化醪，酵母增殖成熟后，又分割50﹪加入第二只發(fā)酵罐，依次類推。但考慮到酵母的老化，一般持續(xù)分割4～5次，然后重新活化酵母。2.2.2冷卻糖化醪以及后面所提及的發(fā)酵醪都需要通過換熱設(shè)備降溫，而實(shí)現(xiàn)控溫。換熱設(shè)備主要有蛇管冷卻器、噴淋冷卻器、列管式冷卻器、薄板換熱器、螺旋板換熱器，目前前三種因?yàn)楹睦淠看?、不方便清洗等諸多原因，基本上不使用。受廠家青睞的是后面兩種換熱器。A薄板換熱器其主要有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴高效換熱。板片的特殊波紋結(jié)構(gòu)，使得流體在板間流動(dòng)時(shí)能不斷改變流動(dòng)方向和速度，形成劇烈的湍流，傳熱系數(shù)可達(dá)6000W/(m2·℃)。⑵結(jié)構(gòu)緊湊。單位體積設(shè)備提供的換熱面積大，每立方米體積可具有250m2⑶質(zhì)量輕。一般不需要特殊地基，并且現(xiàn)場(chǎng)拆裝時(shí)也不用占額外的空間。⑷操作靈活性大?？蛇M(jìn)行分段操作和集中操作，只需要在適當(dāng)位置設(shè)中間隔板，便可以使一臺(tái)設(shè)備頂幾臺(tái)設(shè)備用，而且可以根據(jù)換熱需要變化調(diào)節(jié)板片數(shù)以增減換熱面積。⑸可靠耐用。薄板換熱器密封墊利用雙密封結(jié)構(gòu)并設(shè)有安全區(qū)和信號(hào)孔，從而避免了介質(zhì)串液的可能。⑹容易清洗?？梢院芊奖愕牟痖_直接進(jìn)行機(jī)械清洗，同時(shí)由于板面光潔程度高，換熱流體湍動(dòng)程度大，使物流難以結(jié)垢。⑺通用性強(qiáng)，節(jié)能經(jīng)濟(jì)。適用于各類流體，不需要保溫層，可大大降低總投資費(fèi)用。B螺旋板換熱器螺旋板換熱器是一種新型傳熱效率很高的換熱設(shè)備。其主要優(yōu)點(diǎn)有：⑴傳熱效率高。流體在螺旋板間流動(dòng)時(shí)，由于離心力的作用以及定距離柱引起的干擾作用，可在較低Re下即產(chǎn)生湍流，允許流速可達(dá)2m⑵不易堵塞。由于介質(zhì)流動(dòng)是單一通道，而它的允許速度可比其他類型的換熱器高，流體中的懸浮物不易沉積。⑶由于流道長(zhǎng)，并可采用全逆流操作，則兩流體的對(duì)數(shù)平均溫度差就大，有利于傳熱，便于控制溫度和利用低溫?zé)嵩础＂冉Y(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。單位體積的使用面積為列管式的數(shù)倍，可節(jié)約金屬材料。造價(jià)較低。綜上，考慮螺旋板換熱器造價(jià)較低，故選擇螺旋板換熱器。2.2.3大罐發(fā)酵大罐發(fā)酵工藝主要有間歇發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵三種方式。A間歇發(fā)酵間歇發(fā)酵又稱分批發(fā)酵，其過程是將制備好的糖化醪加到發(fā)酵罐中接入酵母菌后，便進(jìn)入發(fā)酵期。根據(jù)發(fā)酵過程，將其分為發(fā)酵前期、發(fā)酵中期及發(fā)酵后期，發(fā)酵結(jié)束后，排出發(fā)酵成熟醪去蒸餾車間蒸餾，排空后發(fā)酵罐進(jìn)行清洗、進(jìn)行下一次發(fā)酵。這樣，由于上一發(fā)酵過程與下一發(fā)酵過程就有一個(gè)間隔，所以稱為間歇發(fā)酵。a一次加滿法發(fā)酵罐經(jīng)清洗、滅菌冷卻到30℃左右后，加入糖化醪和酵母菌種，混合均勻，經(jīng)65～72h該法的特點(diǎn)是操作工序簡(jiǎn)單明了（操作簡(jiǎn)捷），易于管理。存在的問題是酵母菌種的用量較大。b分次添加法該法的操作是：先輸入發(fā)酵罐容積1∕3的糖化醪，同時(shí)接入10﹪的酵母菌進(jìn)行發(fā)酵，這段時(shí)間主要是酵母的擴(kuò)培，每隔3～6h再加第二次、第三次糖化醪，直至加到發(fā)酵罐容積的90﹪以上為止[8]。該法發(fā)酵啟動(dòng)后要加強(qiáng)管理，添加糖化醪時(shí)間不要太長(zhǎng)（超過8～10h），也不宜太短。最好使酵母菌增殖發(fā)酵、糖化同步，然后及時(shí)補(bǔ)充糖化醪。間隔時(shí)間太短，酵母菌擴(kuò)培數(shù)上不去；間隔時(shí)間超過8h容易造成發(fā)酵程度不均一。c連續(xù)添加法生產(chǎn)開始時(shí)先將規(guī)定數(shù)量的酵母醪打入發(fā)酵罐，同時(shí)連續(xù)添加糖化醪。糖化醪一般應(yīng)控制在6～8h內(nèi)加滿一個(gè)發(fā)酵罐。此法流加速度過快，則會(huì)造成發(fā)酵醪中酵母細(xì)胞密度低，不易造成酵母群體優(yōu)勢(shì)，雜菌污染有可能發(fā)生；流加過慢，則延長(zhǎng)滿罐時(shí)間，造成可發(fā)酵性物質(zhì)的損失。d分割主發(fā)酵醪法將處于主發(fā)酵期的1﹟發(fā)酵罐，分出1∕3～1∕2發(fā)酵醪給2﹟發(fā)酵罐，然后將這兩個(gè)發(fā)酵罐均加滿糖化醪。待兩個(gè)發(fā)酵罐都處于主發(fā)酵期時(shí)，使1﹟發(fā)酵罐繼續(xù)發(fā)酵，直至發(fā)酵成熟；2﹟發(fā)酵罐則重復(fù)1﹟發(fā)酵罐的分割方法操作，依此類推。此法要求環(huán)境衛(wèi)生好，無(wú)菌要求高，否則一罐染菌，其后皆染菌。B半連續(xù)發(fā)酵[9]半連續(xù)發(fā)酵是指在主發(fā)酵期間采用連續(xù)發(fā)酵，而后發(fā)酵則采用間歇發(fā)酵的方式。在半連續(xù)發(fā)酵中，由于醪液的流加方式不同，又可以分為以下兩種方法：⑴將一組數(shù)個(gè)發(fā)酵罐連接起來(lái)，使前三個(gè)罐（1﹟、2﹟、3﹟）保持連續(xù)發(fā)酵狀態(tài)。開始投產(chǎn)時(shí)，在1﹟罐接入酵母后，使該罐始終處于主發(fā)酵狀態(tài)，連續(xù)流加糖化醪。待1﹟罐加滿后流入2﹟罐，此時(shí)可分別向1﹟、2﹟罐流加糖化醪，并保持兩罐始終處于主發(fā)酵狀態(tài)。待2﹟罐流加滿后，自然流入3﹟罐。待3﹟罐流加滿后，流入4﹟罐。待4﹟罐流加滿后，則由3﹟罐改流至5﹟罐，5﹟罐滿后，改流至6﹟罐，依此類推。4﹟、5﹟罐發(fā)酵結(jié)束后，送去蒸餾。⑵第二種方法是由7～8個(gè)罐組成一組罐，各罐用管道從上部通入下一罐底部相串聯(lián)。投產(chǎn)時(shí)，先制備1∕3體積的酵母醪，加入第1只發(fā)酵罐，隨后在保持主發(fā)酵狀態(tài)下，流加糖化醪，待第2罐醪液加至1∕3容積時(shí)，糖化醪轉(zhuǎn)達(dá)至第2罐，第2罐加滿后，流入第3罐，然后重復(fù)第2罐操作，直至末罐。最后從首罐至末罐逐個(gè)將發(fā)酵成熟醪送去蒸餾。該工藝省去了酵母的擴(kuò)培，但要求衛(wèi)生好，無(wú)菌要求高。C連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵過程中，糖化醪液不斷流加更新，發(fā)酵成熟醪不斷排出，對(duì)每個(gè)容器來(lái)講，醪液的濃度、酒精含量、pH、溫度等因素是一定的。這樣，酵母由于適應(yīng)穩(wěn)定外界的環(huán)境，其發(fā)酵能力加強(qiáng)，發(fā)酵率也相應(yīng)提高，整個(gè)生產(chǎn)過程連續(xù)化，操作方便，生產(chǎn)管理穩(wěn)定，大大減輕了勞動(dòng)力，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供了有利條件，同時(shí)提高了發(fā)酵設(shè)備利用率。其工藝特點(diǎn)是罐首尾相連，酵母醪和糖化醪一起流入第1只發(fā)酵罐，充滿后，發(fā)酵醪沿溢流管流入第2只發(fā)酵罐，然后第3只……，如此充滿整個(gè)發(fā)酵罐組，成熟發(fā)酵醪則從最后一只發(fā)酵罐流出，送去發(fā)酵[10]。該工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：⑴提高了設(shè)備利用率。連續(xù)發(fā)酵減少了洗刷、殺菌等非生產(chǎn)性時(shí)間，還消除了間歇發(fā)酵時(shí)不可避免的前發(fā)酵期，所以設(shè)備利用率大大提高。⑵提高了淀粉利用率。連續(xù)發(fā)酵對(duì)雜菌污染的控制嚴(yán)格，酸度增加少；發(fā)酵醪處于流動(dòng)狀態(tài)，促進(jìn)了酵母與醪液的均勻接觸，并有利于CO2的排出，酵母發(fā)酵活力提高。上述原因都會(huì)導(dǎo)致出酒率提高。⑶省去了酒母工段。連續(xù)發(fā)酵十多天或是更長(zhǎng)時(shí)間才需要更換一次酵母，而間歇發(fā)酵一天就要培養(yǎng)好幾批酵母。⑷便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。⑸但該工藝的控制較為困難，對(duì)雜菌的污染控制尤為重要，決定著發(fā)酵的成敗。綜上所述，考慮到規(guī)模不是很大，故采取一次加滿法間歇發(fā)酵工藝。操作工序簡(jiǎn)單明了（操作簡(jiǎn)捷），易于管理。其工藝為：發(fā)酵罐清洗、滅菌后冷卻至30℃左右，一次性加入糖化醪，然后按10﹪比例接種酵母，并通入壓縮空氣，使其混合均勻，進(jìn)行65～72h的發(fā)酵。發(fā)酵期間，通過螺旋板換熱器進(jìn)行罐外冷卻，控制發(fā)酵溫度在28～32℃（酵母的最適繁殖溫度為28℃2.3蒸餾工藝發(fā)酵成熟醪是一個(gè)復(fù)雜的多組分混合液。它含有水（82～90﹪，W），干物質(zhì)（3～7﹪，W），酒精及混在其中的揮發(fā)性雜質(zhì)（6～10﹪，V或5～8﹪，W）。發(fā)酵醪總是含有一定數(shù)量的二氧化碳。直接取自發(fā)酵罐中含有二氧化碳量達(dá)每升1～1.5g，在用泵將發(fā)酵醪送往蒸餾車間途中，35～45％的二氧化碳已經(jīng)散失，發(fā)酵醪的正常酸度為2.5度，pH在4～蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的不同而將各組分分離，酒精蒸餾便是將酒精和其他所有的揮發(fā)性雜質(zhì)從發(fā)酵成熟醪中分離出來(lái)，蒸餾的結(jié)果是得到粗酒精，進(jìn)一步除去粗酒精中的雜質(zhì)，提高酒精濃度，則需精餾。2.3.1單塔蒸餾用一個(gè)塔從發(fā)酵成熟醪中分離制備酒精成品的過程，稱為單塔蒸餾，它適用于濃度要求不高的工廠，一般國(guó)外生產(chǎn)濃度為88％（V）的粗酒精時(shí)常常用單塔蒸餾流程。我國(guó)酒精工廠一般都不采用這種工藝流程。2.3.2兩塔蒸餾若利用單塔蒸餾制造濃度為95％（V）的酒精成品，則塔的塔板數(shù)數(shù)量很大，結(jié)果造成塔身過高，相應(yīng)的廠房建筑也要很高。這種單塔所得的酒糟數(shù)量很大，但其中固形物較少，對(duì)酒糟的綜合利用和處理也不方便，為此，人們將酒精的蒸餾和精餾兩個(gè)過程分別在兩個(gè)塔內(nèi)進(jìn)行，這樣就產(chǎn)生了粗餾塔（粗塔、醪塔）和精餾塔組成的雙塔蒸餾工藝流程。粗餾塔的作用是將酒精和揮發(fā)性雜質(zhì)及一部分水從成熟發(fā)酵醪中分離出來(lái)，并排除由固形物、不揮發(fā)性雜質(zhì)及大部分水組成的酒糟。精餾塔的作用是使酒精增濃和除雜，最后得到符合規(guī)格的成品酒精，并排除廢水。分為氣相進(jìn)塔和液相進(jìn)塔兩種形式。目前，我國(guó)許多酒精廠為了降低蒸餾車間的高度，往往采取將精餾塔的精餾段安排在提餾段的同一水平上，回流采用泵強(qiáng)制進(jìn)行。為了提高酒精質(zhì)量，再在精餾段上部加上10～25塊塔板，相當(dāng)于將一個(gè)后餾塔加在原來(lái)精餾塔的上部，以起到提高排除甲醇等雜質(zhì)效果的作用。兩塔流程的主要缺點(diǎn)是成品酒精的質(zhì)量不夠高，無(wú)法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的高純度精餾酒精或食用級(jí)酒精。2.3.3三塔流程兩塔流程不能從根本上解決成品酒精質(zhì)量不高的缺陷，而三塔流程卻能很好解決這個(gè)問題。常規(guī)的三塔流程：醪塔→排醛塔→精餾塔。排醛塔的作用是排除醛酯類頭級(jí)雜質(zhì)，由于排醛塔的排除頭級(jí)雜質(zhì)是在酒精濃度較低的時(shí)候進(jìn)行的，醛酯類頭級(jí)雜質(zhì)的精餾系數(shù)較大，比精塔頂部分離雜質(zhì)的效果好，另外由于進(jìn)入精塔的脫醛酒已經(jīng)含有很少頭級(jí)雜質(zhì)，所以成品酒精液層的酒精水蒸氣中頭級(jí)雜質(zhì)已經(jīng)相應(yīng)降低，成品酒精的質(zhì)量當(dāng)然就相應(yīng)提高。另外還有一種三塔流程是：醪塔→精餾塔→脫甲醇塔。2.3.4多塔流程在三塔或兩塔流程的基礎(chǔ)上，根據(jù)特殊要求，可以增添具有專門功能的附加塔，從而構(gòu)成四塔、五塔乃至六塔流程[11]。2.3.5結(jié)論綜上所述，本設(shè)計(jì)工藝采用：醪塔→排醛塔→精餾塔三塔流程。發(fā)酵醪液先經(jīng)醛塔塔頂酒精蒸汽一級(jí)預(yù)熱，然后再經(jīng)醪塔塔底高溫酒糟廢液進(jìn)行二級(jí)預(yù)熱。這樣不但可以提高醪液的入塔溫度，還可以充分利用醛塔酒精蒸汽的熱能，減少冷凝水的耗量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。直接通入蒸汽加熱，醪塔的酒精蒸汽通過氣相過塔，進(jìn)入醛塔，醛塔在負(fù)壓下工作，用二次蒸汽對(duì)其進(jìn)行加熱。對(duì)醛塔酒精蒸汽進(jìn)行冷凝回流，并取出部分醛酒。為了更好的分離雜醇油，在醛塔內(nèi)進(jìn)行酒精溶液的稀釋，以增加雜醇油的精餾系數(shù)。醛塔酒精溶液通過液相過塔，進(jìn)入精餾塔。精餾塔采用直接蒸汽加熱，塔頂蒸汽經(jīng)冷凝回流，并取出部分工業(yè)酒精，成品酒精從塔中上部取出。塔底高溫余餾水經(jīng)汽液分離器分離后，二次蒸汽用作醛塔的加熱熱源。所得高溫水用作醛塔酒精稀釋用水。3物料衡算3.1全廠總物料衡算主要計(jì)算內(nèi)容有原料消耗的計(jì)算，中間產(chǎn)品的計(jì)算，成品及副產(chǎn)品的計(jì)算?；A(chǔ)數(shù)據(jù)如下：生產(chǎn)規(guī)模40000噸∕年生產(chǎn)方法以玉米為原料，雙酶連續(xù)蒸煮糖化，間歇發(fā)酵，三塔蒸餾副產(chǎn)品次級(jí)酒精（成品酒精的3﹪）、雜醇油（成品酒精的0.6﹪）酶用量耐高溫α－淀粉酶（20000U∕mL），8U∕g原料糖化酶（100000U∕mL），120U∕g原料原料玉米（含淀粉66﹪水分14﹪）尿素用量7kg硫酸用量5kg蒸煮粉料加水比1:3成熟發(fā)酵醪酒精含量12﹪（V）酒母接種量糖化醪的10﹪發(fā)酵罐酒精捕集器用水發(fā)酵成熟醪的5﹪發(fā)酵罐洗罐水發(fā)酵成熟醪的2﹪生產(chǎn)過程中淀粉總損失率9﹪蒸餾效率98﹪全年生產(chǎn)天數(shù)300天3.1.1原料消耗計(jì)算以生產(chǎn)95﹪（V）成品酒精1000玉米淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)為（C6H10O5）n＋nH2O→nC6H12O6→2nC2H5OH＋2nCO2162181809288⑴生產(chǎn)10001000×（162∕92）＝1761.0kg⑵生產(chǎn)95﹪（V）成品酒精1000kg消耗淀粉量乙醇含量95﹪（V），相當(dāng)于92.41﹪（W）故需1761.0×92.41﹪＝1627.3kg其中淀粉損失率為故淀粉總量為1627.3∕（1﹣9﹪）＝1788.3kg⑶出酒率1000÷1788.3＝55.9﹪⑷所需玉米量玉米（含淀粉66﹪水分14﹪）1788.3÷66﹪＝2709.5kg⑸耐高溫α－淀粉酶（20000U∕mL）耗量2709.6×1000×8∕20000＝1.09kg⑹尿素耗量尿素用于酒母培養(yǎng)基補(bǔ)充氮源，用量為7kg/噸酒精7×1＝7kg⑺硫酸耗量用于調(diào)酸5kg5×1＝5kg⑻糖化酶[12]（100000U∕mL）耗量2709.6×1000×120/100000=3.25kg3.1.2蒸煮醪量計(jì)算⑴粉料加水比為1:3，故粉漿量為2709.6×（1＋3）＝10838.4⑵玉米干物質(zhì)含量B0＝86﹪其比熱容C0＝4.18×(1－0.7B0)＝4.18×(1－0.7×0.86)＝1.66[kJ∕(kg·k)]⑶粉漿干物質(zhì)濃度B1＝86﹪÷（1＋3）＝21.5﹪⑷蒸煮醪比熱容C1＝B1×C0＋(1－B1)×Cw＝21.5﹪×1.66＋(1－21.5﹪)×4.18＝3.64[kJ∕(kg·k)]式中Cw——水的比熱容4.18[kJ∕(kg·k)]為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定蒸煮醪的比熱容在整個(gè)蒸煮過程維持不變。⑸蒸煮過程蒸煮醪量0.3MPa蒸汽焓值為2737.2kJ∕k，飽和蒸汽溫度為14310838.4×3.64×（85—60）＝W×[2737.2＋4.18×(145－85)]所以有蒸煮量＝＋kg經(jīng)真空冷卻器后最終蒸煮醪液量＝kg式中2356為60℃飽和蒸汽汽化潛熱（3.1.3糖化醪與發(fā)酵醪的計(jì)算設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精12﹪（V），相當(dāng)于9.64﹪（W）。蒸餾效率為98﹪，而且發(fā)酵罐酒精捕集器回收酒精洗水為成熟發(fā)酵醪的5﹪，洗灌水為成熟發(fā)酵醪量的2﹪，則生產(chǎn)1000kg95﹪（V）成品酒精有關(guān)計(jì)算如下：⑴需蒸煮的成熟發(fā)酵醪量（1000×92.41﹪∕98﹪×9.64﹪）×（1＋5﹪＋2﹪）＝10466.5kg⑵不計(jì)酒精捕集器和洗灌水，則成熟發(fā)酵醪量為10466.5÷（1＋5﹪＋2﹪）＝9782⑶入蒸煮塔的成熟發(fā)酵醪乙醇濃度1000×92.41﹪∕98﹪×10466.5＝9.01﹪（W）⑷相應(yīng)發(fā)酵過程放出CO2總量(1000×92.41﹪∕98﹪)×(44∕46)＝902kg⑸接種量按10﹪計(jì)，則酒母醪為[(9782＋902)∕(1＋10﹪)]×10﹪＝971.3kg⑹糖化醪量(9782＋902)∕(1＋10﹪)＋971.3×70﹪＝10393kg3.1.4熱量計(jì)算設(shè)醪液進(jìn)醪溫度90℃，塔底排醪溫度110℃，成熟發(fā)酵醪固形物含量為B塔頂上升蒸汽濃度取50﹪（V）即47.18﹪（W），則塔頂上升蒸汽為kg則殘液為kg根據(jù)計(jì)算發(fā)酵醪比熱的經(jīng)驗(yàn)公式：將B1﹪＝5﹪帶入公式則有成熟醪的比熱為[kJ∕(kg·k)]成熟發(fā)酵醪帶入的熱量為kJ殘留液的固形物濃度﹪則得殘留液得比熱:[kJ∕(kg·k)]塔底殘留液帶走得熱量為kJ50﹪（V）酒精蒸汽的焓可以查表得i＝1919kJ∕kg則上升的蒸汽帶走的熱量為kJ設(shè)塔底引入加熱蒸汽為0.5MPa（表壓），相應(yīng)的焓值為I＝2694.2kJ∕kg根據(jù)熱量衡算式計(jì)算加熱蒸汽耗量為若取蒸餾過程熱損耗q2為加熱蒸汽供熱量的1﹪，則可計(jì)算加熱蒸汽耗量為kg采用直接蒸汽加熱時(shí)塔底排除廢糟量為kg3.1.5成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算⑴次級(jí)酒精（占成品酒精3﹪）每生產(chǎn)1000kg酒精得次級(jí)酒精1000×3﹪＝30kg⑵食用酒精產(chǎn)量每生產(chǎn)1000kg酒精得食用酒精1000－30＝970kg⑶雜醇油產(chǎn)量（占酒精產(chǎn)量的0.6﹪）則雜醇油為1000×0.6﹪＝6kg3.1.6總物料衡算結(jié)果對(duì)每生產(chǎn)1000kg95%(V)濃度成品酒精的總物料衡算已經(jīng)得出結(jié)果，現(xiàn)根據(jù)年產(chǎn)40000t成品酒精為基礎(chǔ)，全年生產(chǎn)天數(shù)為日產(chǎn)酒精：40000÷300＝134t因?yàn)榫凭珵檫B續(xù)生產(chǎn)，因此每小時(shí)需產(chǎn)酒精：134000÷24＝5584則年產(chǎn)40000t酒精廠每小時(shí)需要的原料和生產(chǎn)的成品以及各種制品如下成品酒精:5584kg其中合格酒精970×5.58醛酒30×5.58＝168玉米需要量：2709.5×5.58＝15119蒸煮粉漿量：10838.4×5.58＝60479需蒸煮的成熟發(fā)酵醪量為：10466.5×5.58＝58403糖化醪量：10393×5.58＝57993酒母醪量：971.3×5.58＝5420蒸煮過程蒸煮醪量：11169×5.58＝62323經(jīng)冷卻器冷卻至糖化溫度蒸煮醪量：10824×5.58＝60398雜醇油量：6×5.58＝33.5二氧化碳量：957×5.58＝5340廢醪量：10190×5.58＝56860全廠總物料衡算結(jié)果如表一表一40000噸／年玉米原料酒精物料衡算表物料生產(chǎn)100095﹪(v)酒精kg每小時(shí)kg每天t每年t食用酒精970541313039000次品酒精3016841210玉米271015119363108900α-淀粉酶1.096.10.1545糖化酶3.2518.1350.435130.6尿素739.10.94282硫酸5280.672202蒸煮粉漿10838.4604791452435600成熟蒸煮醪10905608501460438120糖化醪10393579931392417550酒母醪971.3542013039024蒸餾發(fā)酵醪10466.5584031402420502雜醇油633.50.804241.2二氧化碳9575340128.238448廢醪10190568601364.64093923.2蒸煮工段的物料和熱量衡算粉碎后的玉米粉投入拌料罐與生產(chǎn)過程回收的溫水混合，控制水溫為65℃，拌料罐為分批操作，為了保證連續(xù)蒸煮的進(jìn)行，設(shè)兩只拌料罐每30min輪換使用一次。根據(jù)前面計(jì)算每小時(shí)投料15119kg，故每罐每小時(shí)投料G＝7560kg，按加水比1設(shè)原料混合溫度t0=25℃，玉米干物質(zhì)含量為[kJ∕(kg·k)]原料加水比為1:3時(shí)，拌料罐熱量衡算：用水量kg解得℃蒸煮粉漿干物質(zhì)濃度：﹪每小時(shí)加熱蒸汽耗量（0.3MPa表壓）：式中蒸煮醪比熱容[kJ∕(kg·k)]0.3MPa蒸汽焓kg/h每小時(shí)蒸煮醪量為粉漿量＋蒸汽冷凝量kg此刻蒸煮醪濃度﹪其比熱[kJ∕(kg·k)]醪液經(jīng)汽液分離器后，釋放的二次蒸汽量為kg/h離開分離器的蒸煮醪量為kg/h匯總得：⑴進(jìn)入蒸煮工段物料粉碎原料（玉米粉）：15119k拌料水：45372k加熱蒸汽（0.3MPa表壓）：2283k⑵離開系統(tǒng)二次蒸汽：332k成熟蒸煮醪：60518k3.3糖化工段的物料和熱量衡算耐高溫α-淀粉酶（20000U∕ml）：kg/h糖化酶（100000U∕ml）：kg/h尿素（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)7kg/噸酒精）：硫酸（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)5kg/噸酒精）：糖化醪量為：進(jìn)罐糖化醪＋酒母醪＝kg/h糖化補(bǔ)充水為：kg/h此刻固形物濃度：﹪其對(duì)應(yīng)的比熱：[kJ∕(kg·k)]設(shè)連續(xù)糖化結(jié)束，醪液溫度為59℃，現(xiàn)取溫度為20kg/h3.4發(fā)酵工段的物料和熱量衡算根據(jù)前面計(jì)算進(jìn)入發(fā)酵罐的發(fā)酵液（包括酒母）：kg/h這樣蒸餾發(fā)酵醪數(shù)量（包括酒精捕集器回收稀酒和洗罐水）：kg/h待蒸餾成熟發(fā)酵液濃度為：﹪在發(fā)酵過程中消耗糖變成酒精，每小時(shí)要生成5581×0.95＝5302kg酒精，以葡萄糖為碳源酵母發(fā)酵每生成1Kg酒精放出的熱量為1170kJkJ/h取發(fā)酵工段冷卻循環(huán)水水溫為20℃，終溫為30kg/h酒精捕集器用水：kg/h洗罐水：kg/h二氧化碳：kg/h設(shè)固形物濃度為5﹪則有成熟發(fā)酵液比熱容為：[kJ∕(kg·k)]3.5蒸餾工段的物料和熱量衡算設(shè)醪液進(jìn)醪溫度90℃，塔底排醪溫度為110℃，成熟發(fā)酵醪固形物含量為B1﹪＝5﹪，塔頂上升蒸汽濃度取50﹪（V）即kg/h成熟發(fā)酵醪帶入的熱量為kJ/h則殘液為kg/h殘留液的固形物濃度﹪則得殘留液得比熱:[kJ∕(kg·k)]塔底殘留液帶走得熱量為kJ/h50﹪（V）酒精蒸汽的焓可以查表得i＝1919kJ∕kg則上升的蒸汽帶走的熱量為kJ/h設(shè)塔底引入加熱蒸汽為0.5MPa（表壓），相應(yīng)的焓值為I＝2694.2kJ∕kg根據(jù)熱量衡算式計(jì)算加熱蒸汽耗量為若取蒸餾過程熱損耗q2為加熱蒸汽供熱量的1﹪，則可計(jì)算加熱蒸汽耗量為kg/h采用直接蒸汽加熱時(shí)塔底排除廢糟量為kg/h4設(shè)備計(jì)算4.1拌料罐計(jì)算兩只拌料罐每30min輪換使用一次。根據(jù)前面計(jì)算每小時(shí)投料15119kg，故每罐每小時(shí)投料G＝7560kg，按加水比1:3，故拌料罐應(yīng)容納粉漿量W=30238m3取裝罐系數(shù)為0.8，故m3徑高比取1:2，采用錐底，錐底高取0.1D。計(jì)算內(nèi)徑解得m現(xiàn)取D為2.8m3實(shí)際裝罐系數(shù)為4.2緩沖罐計(jì)算根據(jù)計(jì)算，蒸煮粉漿為60479kg/h，現(xiàn)在取醪液在罐內(nèi)得停留時(shí)間為10min，則有m3，取裝罐系數(shù)為0.8，故有：m3，封頭折邊忽略不計(jì)，以方便計(jì)算?，F(xiàn)設(shè)計(jì)為橢圓封頭、錐底。錐底高度取0.14D，橢圓封頭直邊高度ha取50mm，曲面高度hb取解得m驗(yàn)算全容積：m34.3液化后熟器計(jì)算根據(jù)前面計(jì)算，蒸煮粉漿為60479kg/式中V——蒸煮醪液量（m3/h）T——進(jìn)入后熟器時(shí)間（h），取1hV1——后熟器的容積（m3）N——后熟器和汽液分離器的數(shù)目，取5個(gè)Ф——汽液分離器填充系數(shù)，取0.5根據(jù)，可得m3徑高比取1:4，現(xiàn)設(shè)計(jì)為橢圓封頭，橢圓封頭直邊高度ha取50mm，曲面高度hb取解得m4.4糖化調(diào)酸酵罐計(jì)算根據(jù)前面計(jì)算，成熟發(fā)酵醪60518kg/h，現(xiàn)在取醪液在罐內(nèi)得停留時(shí)間為10minm3取裝料系數(shù)為0.8，則有：m3，現(xiàn)設(shè)計(jì)調(diào)酸罐m3，取高徑比為2，并采用錐底，錐底高取0.1D。計(jì)算內(nèi)徑解得m現(xiàn)取D為2mm3實(shí)際裝罐系數(shù)為罐材選用A3鋼，罐壁厚度根據(jù)剛度要求計(jì)算式中D——調(diào)酸罐內(nèi)徑2C——壁厚附加量C1——鋼板負(fù)偏差，取0.8C2——腐蝕附加量，取2mm因糖化調(diào)酸罐主要作用是混合，故攪拌速度一般為100r/min，現(xiàn)設(shè)計(jì)六彎葉渦輪攪拌器：攪拌器葉徑m葉寬m弧長(zhǎng)m底距m盤徑m葉弦長(zhǎng)m葉距m彎葉板厚δmm攪拌功率式中NP——在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)值為常數(shù)4.7n——攪拌轉(zhuǎn)速n=90r/min=1.5r/sD——攪拌器直徑D=0.6ρ——醪液密度取ρ=1050kg代入上式W現(xiàn)取NP=1.5kW。擋板計(jì)算設(shè)計(jì)全擋板，則有式中W——擋板寬度Z——擋板數(shù)D——罐徑取W=0.1D，得Z=6塊其中擋板與罐壁之間的距離為，取m。4.5糖化柱計(jì)算根據(jù)前面計(jì)算，成熟蒸煮醪為60850kg/式中V——成熟蒸煮醪液量（m3/h）T——糖化時(shí)間（h），取45min，0.75hV1——糖化柱的容積（m3）N——糖化柱的數(shù)目，取3個(gè)根據(jù)，可得m3徑高比取1:3，現(xiàn)設(shè)計(jì)為橢圓封頭，橢圓封頭直邊高度ha取50mm，曲面高度hb取解得m4.6發(fā)酵罐計(jì)算4.6.1發(fā)酵罐數(shù)量的計(jì)算采用間歇發(fā)酵工藝，現(xiàn)設(shè)計(jì)發(fā)酵罐為500m3，填充系數(shù)取0.8，發(fā)酵時(shí)間為72h，取發(fā)酵周期為78h（其中包括發(fā)酵罐的清洗，進(jìn)罐等輔助時(shí)間）[V——每天進(jìn)入發(fā)酵工段的醪液體積（m3/天）T——每只發(fā)酵罐的工作周期V/——每只發(fā)酵罐的有效容積只4.6.2發(fā)酵罐主要尺寸計(jì)算，封頭折邊忽略不計(jì)，以方便計(jì)算?，F(xiàn)設(shè)計(jì)為橢圓封頭、錐底。高徑比取2，錐底高度取0.14D，橢圓封頭直邊高度ha取50mm，曲面高度hb取D/4解得m驗(yàn)算全容積m3實(shí)際裝罐系數(shù)為罐材選用A3鋼，罐壁厚度根據(jù)剛度要求計(jì)算式中D——發(fā)酵罐內(nèi)徑6.6C——壁厚附加量mmC1——鋼板負(fù)偏差，取0.8C2——腐蝕附加量，取2mm接管直徑[14]：設(shè)計(jì)2h排空，流速V取1.5m/smm取d=225設(shè)計(jì)進(jìn)罐6h，流速V取1mm3/s帶入V＝1m/s，得d=0.154m4.7糖化工段管徑計(jì)算式中d——管道直徑（mm）Q——流體流量（m3/h）V——流體流速（m/s）玉米粉管徑：kg/m3mm取d=50硫酸管徑：kg/h98﹪硫酸密度為1.84g/cm3mm取d=10蒸汽管徑：kg/hm/s蒸汽密度取1.3kg/m3m3/hmm取d=150蒸煮粉漿泵出入口管徑：泵入口流速V取1.5m/s，出口流速V取1.5mm取d=125mm取d=100噴射液化器管徑：醪液密度取1040kg/m3取d=65二氧化碳管徑：取d=100工藝水管徑：考慮洗罐水，取d=300循環(huán)水管徑：取d=350酵母管徑：取解得取d=100mm酶罐管徑：取d=80表二設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱數(shù)量規(guī)格與型號(hào)材料備注1拌料罐2公稱容積36.7m3，ФA3鋼非標(biāo)設(shè)備2緩沖罐1公稱容積1.3m3，ФA3鋼非標(biāo)設(shè)備3液化后熟器4公稱容積12.8m3，ФA3鋼非標(biāo)設(shè)備4汽液分離器1公稱容積12.8m3，ФA3鋼專業(yè)設(shè)備5混合罐1公稱容積13.4m3，ФA3鋼非標(biāo)設(shè)備6糖化柱3公稱容積14.5m3，ФA3鋼非標(biāo)設(shè)備7發(fā)酵罐13公稱容積507m3，ФA3鋼非標(biāo)設(shè)備8暫貯罐1公稱容積507m3，ФA3鋼非標(biāo)設(shè)備5全廠布置的說(shuō)明5.1工廠總平面布置工廠總體平面布置的任務(wù)是根據(jù)工廠建筑群的組成內(nèi)容及使用功能要求，結(jié)合廠址條件及有關(guān)技術(shù)要求，協(xié)調(diào)研究建筑物及各項(xiàng)設(shè)施之間的相互空間和平面關(guān)系，正確處理建筑物、交通運(yùn)輸、管路管線、綠化區(qū)域等布置問題，充分利用地形，節(jié)約場(chǎng)地，使所建工廠形成布局合理、協(xié)調(diào)一致、生產(chǎn)井然有序，并與四周建筑群相互協(xié)調(diào)的有機(jī)整體[15]。5.1.1布置原則⑴全廠各車間和建筑物、構(gòu)筑物之間的物料流向要符合生產(chǎn)過程，按照工藝流程的順序布置，原料、半成品和成品的輸送距離應(yīng)該是最短的，同時(shí)也要符合各種規(guī)范所規(guī)定的間距要求。不允許來(lái)回往返，物料管道不能互相交叉。需要原料進(jìn)入的車間，應(yīng)靠近原料倉(cāng)庫(kù)和運(yùn)輸線，生產(chǎn)成品的車間應(yīng)靠近成品庫(kù)。一般原料進(jìn)廠和產(chǎn)品出廠要分開。⑵考慮主導(dǎo)風(fēng)向，取風(fēng)口，煙囪，產(chǎn)生粉塵的車間等的布置要綜合考慮，如粉塵車間和煙囪要布置在下風(fēng)向，取風(fēng)口要布置在上風(fēng)口，同時(shí)要考慮其周圍的環(huán)境。⑶輔助車間一般應(yīng)考慮：鍋爐房應(yīng)與燃料場(chǎng)靠近，并位于下風(fēng)向位置。鍋爐房附近不準(zhǔn)設(shè)有易燃易爆的車間和倉(cāng)庫(kù)。機(jī)修車間一般布置在工廠的邊緣，并位于工廠的下風(fēng)向，盡可