利用玉米發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的設(shè)計年產(chǎn)2萬噸

1、1緒論1.1 引言隨著社會的發(fā)展，社會對燃料能源（石油、天然氣、煤礦等）的需求越來越大，而燃料能源儲量越來越少，價格越來越低，人們迫切需要找到一種新的可再生能源代替現(xiàn)有的燃料能源。其中，最受歡迎的是燃料酒精。今年以來，世界各地積極要求發(fā)展生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，建設(shè)燃料乙醇項目的熱情空前高漲，主要原料是玉米。利用生物質(zhì)原料發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇是全世界目前解決“能源危機”和“石油危機”最有效的途徑之一。1.2 燃料乙醇燃料乙醇，一般是指體積濃度達到99.5%以上的無水乙醇。燃料乙醇是一種取之不盡用之不竭的可再生能源，是目前唯一進入市場、應(yīng)用最廣泛、具有較為成熟的技術(shù)、可替代石油燃料的大宗可再生生物能源，它能

2、夠立竿見影地大幅度節(jié)省石油的消耗。燃料乙醇是燃燒清潔的燃料，可在專用的乙醇發(fā)動機中使用，又可按一定的比例與汽油混合，在不對原汽油發(fā)動機做任何改動的前提下直接使用。使用含醇的汽油可減少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃燒更充分，降低燃燒中的CO等污染物的排放。1.3燃料乙醇的優(yōu)勢燃料酒精最明顯的一些優(yōu)勢是：一、來源廣，可再生?？梢砸怨任锏矸蹫樵仙a(chǎn)燃料酒精，以植物秸稈等纖維素為原料生產(chǎn)燃料酒精，以甘蔗作為原料生產(chǎn)燃料酒精，以蜜生產(chǎn)燃料酒精等等。二、無污染。石油、天然氣、煤礦等燃料能源的使用產(chǎn)生了很多環(huán)境問題。例如：酸雨等環(huán)境污染，而燃料酒精產(chǎn)生的是二氧化碳和水，對環(huán)境無污染。1.4 大致流程玉

3、米粉碎加酵母糖化酶加水配料攪拌封膜發(fā)酵粗餾精餾成品乙醇1.5發(fā)酵方式連續(xù)發(fā)酵：是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時以相同速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定的發(fā)酵過程。間歇發(fā)酵：間歇式發(fā)酵法就是指全部發(fā)酵過程始終在一個發(fā)酵罐中進行。由半連續(xù)發(fā)酵：是指在主發(fā)酵階段采用連續(xù)發(fā)酵，而后發(fā)酵則采用間歇發(fā)酵的方式。由此可見，發(fā)酵的方式有多種選擇，連續(xù)發(fā)酵有諸多優(yōu)點，卻有一個缺點，那就是一旦首罐發(fā)生染菌，就會連續(xù)多罐染菌。所以。采用半連續(xù)發(fā)酵是一個較好的選擇。當然間歇發(fā)酵可以避免染菌，但操作較麻煩。1.6操作方法操作方法：先粉碎，粉碎完后，再把原料進行蒸煮糖化，整個過程的溫度為900C至

4、1030C左右，液化的溫度為900C至950C，糖化中后熟器的溫度在900C至1030C，液化罐的溫度在1000C左右，然后加熱至連消器、維持器，溫度為1030C至1040C，之后進入一級閃蒸器，溫度降到750C左右，在進行二次閃蒸，最后加糖化酶，溫度在580C至620C，然后再降溫進入發(fā)酵階段，發(fā)酵總周期：玉米60h62h，PH4.24.7。酒精發(fā)酵設(shè)備-酒精發(fā)酵醪的成熟指標。發(fā)酵完畢后，在進入蒸餾塔進行蒸餾，常壓精餾塔的設(shè)計壓力：0.1MPa；設(shè)計溫度：1300C，因其含水分比較高，所以需要脫水，脫水后的乙醇純度達到99%以上，即滿足生產(chǎn)的要求了。1.7環(huán)保處理酒精生產(chǎn)所產(chǎn)生得廢水是有毒、

5、有害的，必須要進一步處理后才能排放到自然界中。廢醪通過固液分離，除去其中大部分纖維、蛋白等固形物，同時得到符合要求的清液，經(jīng)過四效降膜蒸發(fā)，濃縮到干物含量為3844%的濃漿，然后按一定比例與濾渣混合后進行干燥。物料中的水份被蒸發(fā)出來經(jīng)過冷凝成為二次冷凝水通過利用厭氧生物細菌和好氧生物細菌的新陳代謝作用對污水進行處理，使廢水最終達到排放標準。1.8本文研究的內(nèi)容本文通過對使用玉米加工無水乙醇的生產(chǎn)工藝原理和目的的分析，進一步介紹發(fā)酵前的預(yù)處理以及發(fā)酵、蒸餾脫水工藝所注意的問題，同時對現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)展形勢下的廢水廢渣等處理工藝進一步的研討，從而論證生產(chǎn)無水乙醇最佳的生產(chǎn)工藝方法的選擇。2乙醇總體工藝設(shè)

6、計2.1原料處理 玉米生產(chǎn)酒精，首先要將玉米加工成適合發(fā)酵的糖液，這就是預(yù)處理。這個過程包括玉米的除雜、潤水、脫胚、分篩、粉碎、調(diào)漿、液化以及糖化等工序。玉米的前期處理玉米經(jīng)過清理、分離除鐵器和灰分，然后根據(jù)玉米的水分，通過適當?shù)臐櫵?，使玉米胚具有抗擊打的韌性?；曳趾⒘康矸?，其中有大量沙石，對設(shè)備的磨損影響很大。鐵器不但磨損設(shè)備，大一點的會直接對設(shè)備產(chǎn)生破壞。所以在對玉米進行加工前，去除灰分和鐵器可以減少設(shè)備的損耗，還可以節(jié)約大量的能耗。玉米經(jīng)過初清篩及永磁筒可以去除大部分灰分及鐵性雜物。而通常玉米的水分在17%以內(nèi)，經(jīng)過用80潤水后達到20%的水分，潤悶約5-6小時，使玉米胚具有抗擊打的韌

7、性。玉米的脫胚玉米胚芽含油量在35%左右，而玉米油對發(fā)酵液面的張力影響很大，嚴重影響著發(fā)酵的各項指標。如果將玉米油提煉出來，既能避免影響發(fā)酵指標，又多產(chǎn)出玉米油這個副產(chǎn)品，對降低生產(chǎn)成本有著諸多好處。玉米在脫胚機的擊打下使玉米胚脫出，再通過磨粉機、挑擔篩等設(shè)備將玉米胚分離出來送到玉米油加工工序，玉米面經(jīng)調(diào)漿后送至粉碎，玉米糝直接送到粉碎車間進行粉碎。玉米的粉碎和調(diào)漿玉米糝通過粉碎機粉碎將玉米粉碎成細小顆粒，破壞淀粉細胞壁，釋放出淀粉，增加淀粉顆粒與水的接觸面積，有利于后面工序中與淀粉酶接觸，有利于淀粉顆粒吸水膨脹、糊化、液化，提高熱處理效率，縮短熱處理時間，粉碎后的玉米與水混合也容易密封輸送，

8、減少物料的污染和流失。一般粉碎粒度88。高溫水調(diào)玉米漿溫度為63-68，PH值，玉米漿通過拌料罐，在玉米漿輸送泵作用下泵至液化工序。玉米的液化和糖化.1液化耐高溫-淀粉酶是采用國外優(yōu)質(zhì)菌種，經(jīng)深層發(fā)酵，精煉而成，能隨機水解淀粉質(zhì)原料及其降解物內(nèi)部的-1.4葡萄糖苷鍵，使膠狀淀粉溶液粘度迅速下降，過度水解可產(chǎn)生少量葡萄糖和麥芽糖。常規(guī)性生產(chǎn)中，料與水混合均勻，料水比1：3.54，PH值為6.57.0，水溫4555，每噸料加本品0.3升左右，攪拌均勻后加熱，蒸煮時溫度控制在100±5，時間100分鐘左右，碘液試驗為粉紅色，即液化完成，然后進行糖化。工藝簡述：粉碎玉米漿經(jīng)調(diào)漿后經(jīng)泵輸送至液

9、化，先經(jīng)一次噴射器加熱至85，從一級配料罐上部進料，經(jīng)溢流管流入二級配料罐，從二級配料罐出料，經(jīng)噴射后進入承壓罐，噴射后的物料先進一級閃蒸罐經(jīng)閃蒸降溫至85-90,在一級閃蒸出料管通過計量泵加入淀粉酶，隨后進入一級維持罐，經(jīng)溢流管流入二級維持罐；然后泵至層流罐液化，物料從7#層流罐底出料管直接進入二級閃蒸罐，經(jīng)閃蒸降溫至75，經(jīng)過液化板換降溫至60去糖化。.2糖化淀粉糖是以玉米等農(nóng)產(chǎn)品為原料,最主要的是玉米運用生物技術(shù)經(jīng)過水解轉(zhuǎn)化而生產(chǎn)的。近些年來,連續(xù)糖化技術(shù)應(yīng)用于淀粉糖的生產(chǎn),代替了傳統(tǒng)酸法制糖工藝,推廣雙酶法及高、低壓噴射液化技術(shù)。利用高效糖化酶在糖化罐內(nèi)將淀粉液化產(chǎn)物糊精和低聚糖進一步

10、水解成葡萄糖。從而將淀粉液化產(chǎn)物中糊精及低聚糖水解為可供酵母利用的發(fā)酵性糖。工藝簡述：液化液經(jīng)過液化板換降溫至60，在板換出料管通過計量泵加入糖化酶，隨后進入靜態(tài)混合器加酸調(diào)pH至，輸送到糖化罐糖化，糖化時間控制在15-20分鐘，再經(jīng)過泵輸送到發(fā)酵工序。乙醇發(fā)酵常用的微生物自然界中，很多微生物都能代謝產(chǎn)生乙醇，氮釀酒酵母等酵母菌和兼性厭氧細菌運動發(fā)酵單細胞是目前乙醇生產(chǎn)的主要微生物。此外，根據(jù)不同的代謝途徑構(gòu)建的基因工程菌也是顯示了良好的特性。1) 酵母 淀粉質(zhì)原料發(fā)酵最常用的菌種是酵母，酵母屬于真菌中的子囊菌綱、源自囊菌目、真酵母科、無絲酵母屬，是單細胞微生物。酵母一般呈卵形、橢圓形或卵圓形

11、，大小在611m之間?；钚愿山湍?活性干酵母是經(jīng)優(yōu)選的乙醇酵母繁殖得到菌體后再經(jīng)干燥得到的一種保持活性的干酵母制品，它經(jīng)復(fù)水活化后即能完全恢復(fù)其正常的繁殖、發(fā)酵性能15。它主要有一下優(yōu)點：可節(jié)省酒母培養(yǎng)的投資，簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高勞動生產(chǎn)率；活性干酵母質(zhì)量穩(wěn)定，活化操作簡單，能保證發(fā)酵的穩(wěn)定性；活性干酵母種類多，具有較強的實用性；能有效提高發(fā)酵率，降低生產(chǎn)成本；干酵母含水分低，儲存方便，能隨時投入使用。自絮凝酵母 通過原生質(zhì)融合技術(shù)可以使酵母獲得自絮凝的特征，在培養(yǎng)和發(fā)酵過程中自絮凝形成毫米級大小的顆粒。自絮凝酵母乙醇技術(shù)的推廣應(yīng)用給乙醇工藝技術(shù)帶來了重大突破。與現(xiàn)有各種乙醇發(fā)酵技術(shù)相比，自絮凝

12、顆粒酵母乙醇發(fā)酵新工藝具有的突出優(yōu)點有： 酵母細胞在發(fā)酵罐中實現(xiàn)完全固定化，這一無載體固定化細胞技術(shù)不產(chǎn)生任何附件費用；單位體積發(fā)酵罐中酵母密度可以高達50100g/L（干重），細胞密度顯著提高。平均發(fā)酵時間縮短，發(fā)酵罐設(shè)備生產(chǎn)強度相應(yīng)提高；原料的前處理及酵母細胞的完全固定化，使進入后續(xù)精餾系統(tǒng)的發(fā)酵液比較清潔，基本不含顆粒酵母，精餾過程生產(chǎn)的廢糟液COD降低，有利于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。2) 運動發(fā)酵單胞菌 運動單胞菌最早是Linder于1942從龍舌蘭酒中分離得到的。為革蘭陰性、厭氧細菌，單胞菌能夠耐一定的氧氣。其通過ED途徑，專一代謝葡萄糖、果糖、蔗糖作為碳源和能源。利用葡萄糖和果糖時。能夠得到

13、近似理論產(chǎn)量的乙醇。該菌具有高耐糖能力、高耐乙醇能力、低生物量和高乙醇回收率以及發(fā)酵速度快等優(yōu)點。單它的缺點時碳源利用面窄，僅限于葡萄糖、果糖和蔗糖。所以，當以淀粉質(zhì)原料發(fā)酵制乙醇時需要對原料進行處理轉(zhuǎn)化為可被利用的糖類。將運動單胞菌與其他微生物如黑曲霉共固定化，可以解決碳源利用面窄的問題。本文選擇活性干酵母為發(fā)酵乙醇。目前，活性干酵母已經(jīng)廣泛用于乙醇企業(yè)中。經(jīng)多年的推廣，國內(nèi)不少企業(yè)已經(jīng)成功的將活性干酵母應(yīng)用于乙醇生產(chǎn)，實現(xiàn)了提高酒分、降低消耗等目標。.1酵母生長條件酵母的生長受到溫度、pH和培養(yǎng)基組成等因素的影響。1) 溫度 溫度對酵母的生長影響。酵母正常的生活和繁殖溫度是2930。在很高

14、或很低的溫度下，酵母的生命活動會削弱或停止。酵母生長的最高溫度是38，最低位-5；在50時酵母死亡。溫度不同，酵母的世代時間也顯著不同，如表3.1所示。表3.1 乙醇酵母在不同溫度下的世代時間溫度/8101828333639乙醇酵母世代時間/h42.011.03.21.61.42.04.0酵母生長的最適溫度和最適的發(fā)酵溫度不同。生產(chǎn)實踐中，酵母的最適生長溫度控制在2830，最適發(fā)酵溫度控制在3033。此外，在較高的溫度下，野生酵母和細菌的繁殖速度要比乙醇酵母快，會導(dǎo)致發(fā)酵醪酸度增加，降低乙醇產(chǎn)率。2) pH 酵母的pH和氧化還原電位有關(guān)，而氧化還原電位有與酵母的呼吸有直接聯(lián)系。乙醇酵母可在pH

15、4.06.0環(huán)境中進行繁殖，如果醪液的pH低于3，則酵母的活力大減。酵母生長的最適pH為4.85.0，當pH降到4.2以下時，酵母仍能繼續(xù)繁殖，但此時，乳酸菌已停止生長。酒母的這種耐酸性常用來清除污染醪中的細菌，即采用加酸調(diào)節(jié)醪液pH至3.84，并保持一段時間酵母能繼續(xù)生長并最終占據(jù)優(yōu)勢，而細菌污染可被消除。正常的糖化醪的pH為5.05.5左右，適宜于酵母菌的繁殖和發(fā)酵。但為了保證酵母菌繁殖，并一直雜菌生長，生產(chǎn)中常將酒母糖化醪的pH控制在4.04.5。3) 培養(yǎng)基 酵母的生長需要各種營養(yǎng)，在培養(yǎng)基的制備上必須首先滿足酵母生長和發(fā)酵的需求，并在此基礎(chǔ)上，考慮各組成配比及成分對酵母的影響。.2酵

16、母的培養(yǎng)工藝乙醇發(fā)酵所需酵母的接種量一般為10%，對于大型發(fā)酵罐來說，所需的酵母量是很大的。所以必須進行擴大培養(yǎng)才能滿足生產(chǎn)的要求。酵母的擴大培養(yǎng)通?？煞譃閮刹糠诌M行：第一部分從斜面軍中逐級擴大到卡氏罐（或大三角瓶），有的是一直到小酒母，這一部分是是在純培養(yǎng)條件下進行，即嚴格保證該過程不受雜菌的污染；第二部分從小酒母，有時從中酒母開始，一直到大酒母，該過程是在限制雜菌的條件進行，即是雜菌盡可能少進入培養(yǎng)基中，同時創(chuàng)造有利于酵母生長的條件，這個過程稱為自然純培養(yǎng)過程。下面就酵母擴大培養(yǎng)的過程和詳細介紹。1) 純培養(yǎng)過程 該過程是酵母擴大培養(yǎng)的基礎(chǔ)，生產(chǎn)上希望該階段培養(yǎng)得到細胞健壯，沒有雜菌的種子

17、酵母。因此，無菌操作要求嚴格，酵母培養(yǎng)基的成分也高。一般多采用米曲汁或麥芽汁作為培養(yǎng)基，其中含有豐富的碳、氮及其它營養(yǎng)物質(zhì)，很適合酵母的生長繁殖。該階段的流程表示如下：卡氏罐培養(yǎng)三角瓶培養(yǎng)液體試管斜面菌種原始出發(fā)菌種原始菌種 原始菌種是指保藏的酵母菌種，它們是經(jīng)過純種分離的優(yōu)良酵母菌種，藏時間長的原菌，應(yīng)接入新鮮斜面試管進行活化，以便使酵母處于旺盛的生活狀態(tài)。斜面菌種培養(yǎng) 將活化后的酵母菌在無菌的條件下接入新鮮斜面試管，在恒溫培養(yǎng)箱中2830下培養(yǎng)34天待斜面生長出白色菌苔，即培養(yǎng)成熟。 液體試管培養(yǎng) 在無菌條件下，有接種針自西面菌種試管挑選一環(huán)酵母菌體，接入裝有10mL米曲汁的液體試管，搖勻

18、后，于2830后恒溫培養(yǎng)24h，即培養(yǎng)成熟。 三角瓶培養(yǎng) 三角瓶培養(yǎng)階段，可視其容量選用不同的培養(yǎng)基。如用250mL，可裝入100mL米曲汁，如用3000mL大三角瓶，可裝入米曲汁和經(jīng)過過濾的酵母糖化醪各500mL，滅菌后備用。接種時，應(yīng)先用乙醇消毒液消毒瓶口，在無菌條件下，將液體試管全部接入三角瓶中，2830條件下保溫培養(yǎng)1520h，即可成熟?？ㄊ瞎夼囵B(yǎng) 卡氏罐培養(yǎng)也可以用大三角瓶代替?？ㄊ瞎夼囵B(yǎng)基可使用糖化醪，以使酵母逐漸適應(yīng)培養(yǎng)條件。該接種過程基本同三角瓶培養(yǎng)，在無菌條件下，將三角瓶培養(yǎng)液接入罐內(nèi)，在2830下培養(yǎng)1520h即可。2) 自然純培養(yǎng)過程 該階段主要工藝流程如下：卡氏罐 小酒

19、母罐 大酒母罐 成熟酒母醪進入該階段后，要使用大量的培養(yǎng)基，如果 繼續(xù)使用米曲汁或麥芽汁就不經(jīng)濟了。生產(chǎn)上這一階段的酒母培養(yǎng)基多采用酒母糖化醪。制造酒母糖化醪的原料以玉米為最好，因為玉米中除了含有大量淀粉外，還含有豐富的蛋白質(zhì)等，能滿足酵母繁殖所需的營養(yǎng)，另外，玉米的無機鹽和維生素頷聯(lián)也很豐富，所以，當用玉米為原料時，不需補加其它營養(yǎng)物質(zhì)。2.1.6除菌過程生物加工過程中，由于所用菌種的生產(chǎn)能力的強弱、生長速度的快慢、發(fā)酵周期的長短、分泌物質(zhì)的性質(zhì)、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分和pH的差異等，對所用空氣質(zhì)量有不同的要求。一般來說，發(fā)酵加工過程中應(yīng)用的“無菌空氣”，是指通過除菌處理是空氣中的含菌量降低到某一

20、水平，從而是污染的可能性降低至極小。根據(jù)生物產(chǎn)品的不同，可以按染菌概率10-310-6來表示無菌過程度?？諝獬褪浅セ驕鐨⒖諝庵械奈⑸?。常用的除菌方法有介質(zhì)過濾、輻射、化學(xué)藥品、加熱、靜電吸附等。其中輻射殺菌、化學(xué)藥品殺菌、干熱殺菌燈都是講有機體蛋白質(zhì)變性而破壞其活力，從而滅殺空氣中的微生物。而介質(zhì)過濾和靜電吸附方法則是利用分離方法將微生物粒子除去，發(fā)酵工程所需的無菌空氣要求甚高，用量大，故要選擇運行可靠、操作方便、設(shè)備簡單、節(jié)省材料和減少勞動消耗的有效除菌方法。本設(shè)計采用介質(zhì)殺菌去除空氣中的細菌。現(xiàn)對介質(zhì)過濾除菌做簡要介紹。過濾除菌法事使含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，從

21、而取得無菌空氣的方法，是目前生物加工過程最常用的獲得大量無菌空氣的常規(guī)方法。常用的過濾介質(zhì)按空隙的大小可分為兩類：一類是介質(zhì)間空隙大于微生物直徑，故必須有一定厚度的介質(zhì)慮層才能達到過濾除菌的目的，這類過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機合成纖維、燒結(jié)材料（燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料）；而另一類介質(zhì)的空隙小于細菌，含細菌等微生物的空氣通過介質(zhì)，微生物就被截留于介質(zhì)上而實現(xiàn)過濾除菌，有時稱為絕對過濾。絕對過濾在微生物工程中的應(yīng)用逐漸增多，它可以除去0.2um左右的粒子，故可以把微生物全部過濾除去。從經(jīng)濟性、可操作性、有效性等方面考慮，發(fā)酵加工過程的無菌空氣基本上采用介質(zhì)過濾的方法進行。空氣過濾

22、除菌的流程 要保持過濾器在比較高的效率下進行過濾，并維持一定得氣流速度和不受油、水的污染，需要一系列的加熱、冷卻及分離和除雜設(shè)備來保證。下面是空氣過濾除菌的流程。兩級冷卻、加熱除菌流程是一個比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分分離油水，使空氣在低的相對濕度下進入過濾器，以提高過濾效率。該流程的特點是兩次冷卻、兩次分離、適當加熱。兩次加熱、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻水，油水分離得比較完全。經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的顆粒，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。第二個冷卻器使空氣進一步冷卻后析出一部分較小霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離（除沫）器分離，這樣

23、發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑霧粒和分離效率高的作用。通常，第一級冷卻到3035，第二級冷卻到2025。除水后，空氣的相對濕度相對較高，需用絲網(wǎng)分離器后的加熱器加熱空氣，使其相對濕度降低至50%60%，以保證過濾器的正常運行。酒精的蒸餾與脫水酒精發(fā)酵后的醪液，需要進行蒸餾脫水才能得到無水乙醇。利用分子篩對不同組份具有選擇性吸附的特性，在加壓下吸附酒精中的水份，在減壓下解析。吸附和解析過程交替進行，保證裝置能夠連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的燃料酒精。工藝流程描述：醪液經(jīng)粗塔醪液第一預(yù)熱器與粗塔頂汽換熱后預(yù)熱后。經(jīng)醪液第二預(yù)熱與成品酒汽換熱。再經(jīng)粗塔醪液第三預(yù)熱器與蒸汽凝水換熱后進粗塔。醪液進入粗塔后酒份被蒸出

24、，其酒精蒸汽經(jīng)醪液第一預(yù)熱器與醪液換熱后，未冷凝酒氣，再經(jīng)粗塔主冷，二冷（循環(huán)水），尾冷（冰水）冷凝，尾氣由真空抽走，凝液落入粗酒罐，由粗酒泵至精塔進料預(yù)熱器與精塔釜液換熱進入精塔。酒份蒸出后的粗塔釜液，由粗塔釜液采出廢醪處理工序。淡酒進入精塔蒸發(fā)提濃，精塔頂酒氣經(jīng)粗塔再沸器冷凝后落入精塔回流罐，精塔回流酒一部分(91.2%)回流，另一部分經(jīng)淡酒預(yù)熱器與粗塔淡酒換熱后，進入精頂作為組合塔采出酒的補充。精塔釜液經(jīng)精塔進料預(yù)熱器加熱粗酒后，一部分做為洗滌水經(jīng)無離子水一二冷冷卻后進入萃取塔用于萃取雜醇油，另一部分去粉碎調(diào)漿用。精塔有一路雜醇油側(cè)采，經(jīng)雜醇油一，二冷冷卻后進入萃取塔。洗滌后的雜醇油放入

25、雜醇油罐，萃取淡酒返回粗酒罐。精頂酒氣進入過熱器加熱后經(jīng)分子篩脫水，成品酒氣與醪液換熱，未冷凝的酒氣，再經(jīng)成品尾冷冷凝落入成品酒精罐，經(jīng)成品一，二冷卻器冷卻后為成品泵至儲罐，解析酒氣經(jīng)再生一，二冷凝器冷凝后落入再生淡酒罐并返回粗酒罐。系統(tǒng)的熱能由蒸汽直接加熱精塔再沸器，精塔產(chǎn)生的蒸汽凝水經(jīng)粗塔醪液三預(yù)為醪液加熱后排出界區(qū)。粗塔負壓由真空泵經(jīng)粗塔尾冷尾氣管抽真空，產(chǎn)生的廢液返回發(fā)酵。2.1.8乙醇發(fā)酵的成熟指標乙醇發(fā)酵成熟指標的控制是生產(chǎn)中一項重要工作。如果控制恰到好處，不但可以提高設(shè)備利用率。增加乙醇產(chǎn)量。而且可以大大降低原料消耗，提高淀粉出酒率。發(fā)酵的成熟雖然與發(fā)酵時間、醪液濃度、發(fā)酵溫度、

26、酵母接種量和發(fā)酵方式等因素有關(guān)，但最終主要有表3.2所列的幾項指標來控制。表3.2 發(fā)酵的成熟指標項 目間 歇 發(fā) 酵鏡檢酵母形態(tài)正常無雜菌外觀精度/°Bx0.5以下還原糖/%0.3以下帶渣總糖/%1以下濾液總糖/%0.7以下乙醇含量（體積分數(shù)）/%810總酸總酸不超過0.5揮發(fā)酸0.10.15淀粉乙醇產(chǎn)率和淀粉利用率是衡量整個乙醇生產(chǎn)的綜合指標，其高低與原料消耗有直接關(guān)系，提高乙醇產(chǎn)率是發(fā)酵乙醇生產(chǎn)企業(yè)的重要任務(wù)。2.2乙醇發(fā)酵種子罐（1）培養(yǎng)菌種：酵母菌（2）發(fā)酵罐類型：機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐（3）種子罐個數(shù)：選取50m3的種子罐3個。.1種子罐的基本數(shù)據(jù)H/D=1.73.5 Di/

27、D=1/21/3 B/D=1/81/12 C/Di=0.81.0 S/Di=25 /D=2Di 攪拌葉直徑 D罐體直徑 罐體直筒部位高度 B 擋板寬度ha 橢圓封頭短半軸長度S 攪拌葉間距C 底攪拌葉至底封頭高度hb橢圓封頭的直邊高度設(shè)H/D=2.5，且公稱體積為50m3 Di = 1/3D Ho = 2 D B = 0.1D ha = 0.25D S = 3Di C = Di由圖得則=50m3解得D=2.8358m查表得當公稱體積為50m3時D=3000mm所以取D=3m則H=2.5D=7.5m Di = 1/3D=1m Ho = 2 D=6m B = 0.1D=0.3m ha = 0.25

28、D=0.75m S = 3Di=3m C = Di=1m全體積=表2-2 50m3種子發(fā)酵罐的幾何尺寸步驟項目及代號參數(shù)及計算結(jié)果備注1公稱體積50m3設(shè)計條件2全體積65.3844m33D3m46m=2 D5Di1mDi=1/3D6H7.5m2.5D7B0.3mB=0.1D8S3mS=3Di=D9C1mC=Di=D/310ha0.75mha=0.25D.2主要部件尺寸發(fā)酵罐材料可以選用碳鋼、不銹鋼、合金鋼等。相對其他工業(yè)來說，發(fā)酵液對鋼材的腐蝕不大，但必須能耐受一定的壓力和溫度，通常要求耐受130150 的溫度和0.3MPa的壓力。綜合各因素，該發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)紅霉素，由于發(fā)酵液腐蝕性不大，我

29、們選擇不銹鋼16MnR鋼。1、罐體壁厚：取決于罐徑及罐壓的大小。取D=3m, p=0.3MPa, 雙面焊縫=0.8， =137MPa, C=3mm則D罐體直徑（mm）p耐受壓強 (設(shè)計壓力)焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0 罐體金屬材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力(不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150，137MPa)C 腐蝕裕度，當 C<10mm時，C3mm2、封頭壁厚計算：常大于罐體壁厚已知：取雙面焊=0.8、D=3000mm、P=0.3MPa、K=2.3、t=1求得：根據(jù)發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論，中國輕工業(yè)出版社，2006年。附錄的表17查詢可知：選用15mm厚A3鋼板制作D罐體直徑（m

30、m） p耐受壓強 (取0.3MPa)K開孔系數(shù)，取2.3 焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0 設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150，137MPa） C 腐蝕裕度，當 C<10mm時，C3mm3、擋板通常擋板寬度b取(0.10.12)D，裝設(shè)46塊即可滿足全擋板條件。根據(jù)下式計算擋板數(shù)n：取b=0.1D, 得出擋板數(shù)n=5塊式中 b擋板寬度，mm； D罐內(nèi)徑，mm； n擋板數(shù)，mm。 4、攪拌器 采用渦輪式攪拌器，選擇攪拌器種類和攪拌器層數(shù)，根據(jù)d確定h和b的值尺寸：六平葉渦輪式攪拌器已標準化，稱為標準型攪拌器；攪動液體的循環(huán)量大，攪拌功率消耗也大；葉徑: d=(

31、0.30.4)D 盤徑: di= 0.75 d葉高: h = 0.3d葉長: b = 0.25 d根據(jù)D=3m,得葉徑d=0.35D=1.05m所以：盤徑: di= 0.75 d=0.7875m 葉高: h = 0.3d=0.315m 葉長: b = 0.25 d=0.2625m5、人孔和視鏡 人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。 本次設(shè)計只設(shè)置了1個人孔，標準號為： HG215151995 人孔（R·A2707） 450，開在頂封頭上，位置：角度。視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計只設(shè)置了2個視鏡，開在頂封頭上，位置：角度 。6、接口管管道接口： 進料口：采用

32、焊接，接口管徑78*4 mm，開在封頭上，位置：角度45度； 排料口：采用焊接，接口管直徑78*4 mm，開在罐底； 進氣口：采用焊接，接口管直徑72*3.5mm，開在封頭上，位置：角度75度 ； 排氣口：采用焊接，接口管直徑89*45 mm，開在封頭上，位置：角60度 ； 冷取水進、出口：采用焊接，接口管直徑68*4 mm，開在罐身圓柱體上； 補料口：采用焊接，接口管直徑78*4 mm，開在封頭上；取樣口： 采用外螺紋連接21*3 mm ，開在罐身圓柱體上。儀表接口： 液位計：采用標準：HG51368 型號：R61 溫度計：Pt100型 壓力表：彈簧管壓力表（徑向表),d1=20mm,精度2

33、.5，型號Y-250Z,開在封頭上 溶氧探頭：SE-N-DO-F pH探頭：PHS-2型表2-2  種子發(fā)酵罐主要部件尺寸的設(shè)計計算結(jié)果步驟項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注1罐體材料16MnR鋼由工藝條件確定2罐體壁厚10mm計算3人孔500查閱文獻得4封頭壁厚15mm計算5擋板寬度0.3m計算6擋板數(shù)5個計算7攪拌器種類6-6-6箭葉查閱文獻得8攪拌器層數(shù)3查閱文獻得9攪拌器直徑1m計算發(fā)酵罐的設(shè)計1、發(fā)酵罐采用圓柱形器身，底和頂為錐形蓋，選取結(jié)構(gòu)尺寸的比例關(guān)系如下： H=1.5D，h1=h2=0.1D經(jīng)計算得D=5.46m, H=8.19m, h1=h2=0.546m設(shè)發(fā)酵罐數(shù)為N個，則

34、發(fā)酵罐的有效容積： V有效=WT/N-公式(1) V全容積×=V有效-公式（2）式中W每小時進料量；T發(fā)酵時間；N發(fā)酵罐數(shù)根據(jù)經(jīng)驗值，一樣取發(fā)酵罐填充系數(shù)為=90%，則可以得到：200×90%=39×(48-12)/N, 計算得到：N=7.8個)，則我們需要發(fā)酵罐N=8個.1主要部件尺寸的設(shè)計1、發(fā)酵罐壁厚S 式中 P設(shè)計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取0.5MPa D發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=546cm A3鋼的許用應(yīng)力，=127MPa 焊縫系數(shù)，其范圍在0.151之間，取0.7 C壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3 式中C1鋼板負偏差，視鋼板厚度查表確定，范

35、圍為0.131.3，取C1=0.8mm C2為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm，雙面腐蝕取2mm，現(xiàn)取C2=2mm C3加工減薄量，對冷加工C3=0，熱加工封頭C3=S0×10，現(xiàn)取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） 根據(jù)發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論，中國輕工業(yè)出版社，2006年。附錄的表17查詢可知：選用20mm厚A3鋼板制作。2、封頭壁厚計算 式中 P=0.5MPa ， D=467cm ， =127MPa ， =0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）選用20mm厚A3鋼板制作3、進出口管徑稀糖液進口管徑： 稀糖液體積流量計算：根據(jù)物料衡算結(jié)果可知，每小時進入醪塔體積流

36、量為47373，醪液密度為1200 kg/m3，則V=47373/1200=39.5 （m3/h）稀糖液體積流量為39.5m3/h，設(shè)其流速為0.42m3/s，則進料管截面積為： =0.785d2，管徑取無縫鋼管200×6mm可用。稀糖液出口管徑：因為出口物料量要比進口物料量大些，按說出口管徑應(yīng)該比稀糖液進口管徑大些，所以取210×7無縫鋼管就可以滿足了。排氣口管徑：取250×8無縫鋼管4、支座選擇由于發(fā)酵罐很大，總重量較大，選用裙式支座，并用鋼筋混凝土制做。物料衡算1、玉米原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為：C12H22O11H2O2C6H12O64C2H5OH4CO

37、2 蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 1762、生產(chǎn)1t（1000kg）無水酒精的理論蔗糖消耗量： 1000×（342÷184）1858.7（） 3、生產(chǎn)1t（1000kg）燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）以上，相當于99.18%（m）)的理論蔗糖消耗量：1858.7×99.181843.5（）4、生產(chǎn)1t（1000kg）燃料酒精實際蔗糖消耗量： 生產(chǎn)過程中蒸餾率為98，發(fā)酵率為90，則實際蔗糖消耗量為：1843.5÷98÷902090（）5、生產(chǎn)1t(1000kg)燃料酒精玉米原料消耗量： 玉米原料含可發(fā)酵性糖10%，故1

38、噸酒精玉米消耗為： 2090÷10=20900（kg）.1發(fā)酵醪量 相應(yīng)酒母培養(yǎng)和發(fā)酵過程放出二氧化碳量為：采用單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，把含固形物88的玉米稀釋成濃度為2225的稀糖液，設(shè)稀釋成25的稀糖液。經(jīng)連續(xù)稀釋器可得稀糖液量為：4180×85/25=14212（kg）即發(fā)酵醪量為：14212kg酒母繁殖和發(fā)酵過程中放出968kg的二氧化碳，則蒸餾發(fā)酵醪的量為：（14212-968）×（100+6）=14039（kg）其中酒精捕集器稀酒精為發(fā)酵醪量的6蒸餾發(fā)酵成熟醪的酒精濃度為：.2成品與廢醪量 采用差壓蒸餾兩塔流程蒸餾。 玉米原料雜醇油產(chǎn)量約為成品酒精多0

39、.250.35，現(xiàn)以0.3計，則雜醇油量為1000×0.3 =3（kg）設(shè)醪液進醪溫度為t1=55，塔底排醪溫度為t4=85，成熟醪酒精濃度為B1=7.14，塔頂上升蒸汽的酒精濃度50（v）即42.43（w），生產(chǎn)1000kg酒精則1、醪塔上升蒸汽量為：V1=14039×7.14/42.43=2363（kg）2、殘留液量為： WX=14039-2363=11676（kg）3、成熟醪量比熱容為：C1=4.18×（1） =4.18×（1.019-0.95×7.14） =3.98KJ/（kg·K）4、成熟醪帶入塔的熱量為： Q1=F1C1t

40、1=14039×3.98×55=3.08×106（KJ）5、蒸餾殘液內(nèi)固形物濃度為： 6、蒸餾殘留液的比熱：7、塔底殘留液帶出熱量為： 8、查附錄得42.43酒精蒸汽焓為2045KJ/kg。故上升蒸汽帶出的量為： 塔底真空度為-0.05MPa（表壓），蒸汽加熱焓為2644KJ/kg，又蒸餾過程熱損失Qn可取傳遞總熱量的1，根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為：若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為：11676+2542=14218（kg）20000t/a玉米原料酒精廠物料衡算表物料衡算生產(chǎn)1000kg99.5%酒精物料量每小時數(shù)量（kg）每天數(shù)量（t）每年數(shù)量（t）燃料酒精100033338019999玉米原料2090013933334.483600次級酒精20671.6400發(fā)酵醪14212473731137284237蒸餾發(fā)酵醪140394