年产5000吨发酵食醋发酵车间设计

年产5000吨发酵食醋发酵车间 目 录 绪论 --------------------------------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 1、食醋的起源与功能 ------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 2、食醋的种类 ---------------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 3、食醋的原料 ---------------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 4、食醋的生产工艺 ---------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 5、液态法食醋质量 ---------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。一、设计任务 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 二、生产方案和流程的确定 ------------------------------------------------------------------------------------- 3 (一)生产方案的确定 --------------------------------------------------------------------------------------- 3 (二)生产流程的确定 --------------------------------------------------------------------------------------- 3 1. 菌种选择 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2. 原料预处理 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 3 3. 糖化 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 4. 酒精发酵 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 5. 醋酸发酵 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 6. 压滤 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 7. 配兑和灭菌 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 5 8. 陈酿 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 (三)生产工艺流程示意图 --------------------------------------------------------------------------------- 6 三、工艺设计及计算 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 7 (一)工艺技术指标及基础数据---------------------------------------------------------------------------- 7 (二)物料计算 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 7 1. 主要原料的物料衡算 ----------------------------------------------------------------------------------- 7 2. 蒸煮醪量的计算 ----------------------------------------------------------------------------------------- 9 3. 糖化醪量的计算 ---------------------------------------------------------------------------------------- 11 4. 酒精发酵醪的计算 ------------------------------------------------------------------------------------- 11 5. ------------------------------------------------------------------------------------- 12 醋酸发酵醪的计算 (三)热量衡算 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 13 1. 液化过程中的热量衡算 ------------------------------------------------------------------------------- 13 2. 糖化过程热量衡算 ------------------------------------------------------------------------------------- 14 3. 酒精发酵过程热量衡算 ------------------------------------------------------------------------------- 14 4. ------------------------------------------------------------------------------- 15 醋酸发酵过程热量衡算 (四)无菌压缩空气消耗量计算--------------------------------------------------------------------------- 16 四、 设备设计与选型 ------------------------------------------------------------------------------------------- 17 (一)液化车间 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 17 1. 生产能力的计算 ---------------------------------------------------------------------------------------- 17 2. 液化罐数量N的确定 --------------------------------------------------------------------------------- 17 1 第 1 页 共 26 页 3. ---------------------------------------------------------------------------------------- 17 主要尺寸计算: (二)糖化车间 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 18 1. 生产能力的计算 ---------------------------------------------------------------------------------------- 18 2. 糖化罐数量N的确定 --------------------------------------------------------------------------------- 18 2 3. 主要尺寸计算 ------------------------------------------------------------------------------------------- 18 (三)酒精发酵车间 ----------------------------------------------------------------------------------------- 18 1. 生产能力的计算 ---------------------------------------------------------------------------------------- 18 2. 酒精发酵罐数量N的确定 --------------------------------------------------------------------------- 19 3 3. 主要尺寸计算: ---------------------------------------------------------------------------------------- 19 4. ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 19 种子罐 (四)醋酸发酵车间 ----------------------------------------------------------------------------------------- 20 1. ---------------------------------------------------------------------------------------- 20 生产能力的计算 2. N --------------------------------------------------------------------------- 20 醋酸发酵罐数量的确定4 ---------------------------------------------------------------------------------------- 21 3. 主要尺寸的计算 4. ---------------------------------------------------------------------------------------- 21 冷却面积的计算 5. 转子与定子的确定 ------------------------------------------------------------------------------------- 21 6. 设备结构工艺设计 ------------------------------------------------------------------------------------- 22 7. 壁厚计算 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 22 8. 接管设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 9. 支座设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 10. 种子罐 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 (5). 车间设备一览 -------------------------------------------------------------------------------------- 25 五、 总结与谢辞 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 26 附件 --------------------------------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 1. 全厂物料流程图 ------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 2. 醋酸发酵车间流程图 ------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 3. 醋酸发酵车间布置设计 ---------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 4. 主要设备图 ------------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 参考文献 --------------------------------------------------------- 错误～未定义书签。错误～未定义书签。 第 2 页 共 26 页 年产5000吨发酵食醋发酵车间设计 一、设计任务 年产5000吨发酵食醋发酵车间设计 二、生产方案和流程的确定 (一)生产方案的确定 空气自吸式发酵罐液态深层发酵制醋。空气自吸式发酵罐液态深层发酵制醋是将淀粉质原料经液化(糖化、酒精发酵后，在空气自吸式发酵罐中完成液体深层醋酸发酵的新工艺。具有原料利用率高，机械化程度高，生产周期短(8d)，产品质量稳定等优点。 深层发酵法是向酒醪中接入醋酸菌后，采用向醪液中通入空气的方法来增加醪液中的溶解氧，使醋酸菌的醋酸发酵正常进行。发酵设备多采用自吸式发酵罐，发酵品温32,35?，发酵时间在3d左右。 原料选择大米，长江以南习惯以大米为原料，且大米制出来的醋口感较好。 (二)生产流程的确定 1. 菌种选择 糖化选择黑曲霉。 酵母菌(AS 2.399)酵母菌培养的最适温度为25,30度。 醋酸菌(许氏醋酸杆菌 A. schutzenbachii)生长繁殖适宜温度25,27.5度，不耐热，最高生长温度37度，最适PH3.5,6.5，耐食盐为1%,1.5%。该菌产酸高达11.5%，对醋酸没有进一步的氧化作用。 2. 原料预处理 (1)原料的筛选和除杂 1.剔除霉变的原料，除去附着的尘土和杂物。 2.对带有皮壳的原料去除皮壳。 3.处理方法采用分选机筛选和水洗涤。 (2)粉碎与水磨 扩大原料同微生物酶的接触面积，使有效成分被充分利用，大多数情况下先粉碎，然后再进行蒸煮、糖化。粉碎常用设备是:锤式粉碎机、刀片轧碎机、钢磨。 技术要点:细度<50目;浓度18,20?Be’;pH6.2,6.4(试纸测定)。 第 3 页 共 26 页 工艺参数:加水浸泡1h;用NaCO3调pH;加CaCl20.2%补充Ca2+;加中温α-淀粉酶0.25%(酶活力2000u/g)。 (3)原料蒸煮液化 使植物组织破裂，细胞中的淀粉被释放出来，淀粉由颗粒状转变为溶胶状态，另一个作用是高温杀菌。 技术要点:液化后的糖浆具有香味i，用竹片撩液滴点呈渣水分离状;碘反应成棕黄色;DE值15%,20%。 工艺参数:流加法液化浆温85,90?，88?最佳。维持10min;升温煮沸10分钟。 3. 糖化: 麸曲制备 试管斜面菌种——三角瓶培养—— 帘子培养 ——厚层通风培养 培养基: 10%米曲汁 麸皮+80%水 麸皮+ 麸皮+10%,15% (或麦芽汁) 110%水 稻壳+70%水 琼脂2% PH6.0 培养条件: 30?,3d 30?,3d 30?,3d 30?,1d 在帘子培养以前的麸曲制备过程为种曲培养阶段，这一阶段是以得到强壮的霉菌孢子为培养目的，所以培养组成、培养条件要符合微生物生长规律，即要符合霉菌孢子发芽、菌丝生长、菌丝繁殖和孢子着生的要求。厚层通风培养是生产用曲培养阶段，这一阶段是以得到淀粉酶为主要培养目的，所以培养基的组成、培养条件既要符合微生物生长规律，又要符合微生物产酶规律。 采用高温糖化法，也称酶法液化法，它是先以α-淀粉酶制剂在85,90?对原料粉浆进行液化，然后再用麸曲在65?进行糖化。具有糖化速度快、淀粉利用率高等优点。 技术要点:糖化液碘呈淡橙黄色;DE值25%,30%;酸度0.2%。 工艺参数:加捣碎的麸曲5%(酶活力1200u/g);加曲温64?;糖化温度60,62?;糖化时间30min。 4. 酒精发酵 通过纯培养方法制成酒母，再将其接入糖化醪中进行酒精发酵。 技术要点:酒精含量8.0%,8.5%;酸度0.3%,0.4%;总醪量为原料之5,6倍。 工艺参数:酒母4%(原料);接种温度26,28?，极限温度30?;发酵温度30,37?，最适32,33?，发酵时间60,68h。 5. 醋酸发酵 向酒精发酵醪中接入醋酸菌，在适宜的条件下，乙醇经醋酸菌的作用氧化为 第 4 页 共 26 页 乙酸的过程称为醋酸发酵，它是酿醋的主要环节，直接影响到食醋的产量与食醋的风味。醋酸发酵工序由醋酸菌种子培养、醋酸发酵和陈酿等组成。 1.醋酸菌种子培养 酿醋过程中的醋酸发酵常在非严格无菌条件下进行，所以微生物种类复杂，但醋酸菌是醋酸正常发酵醪液中的主要微生物，它能氧化酒精为醋酸，有些醋酸菌还能把葡萄糖氧化成葡萄糖酸。传统酿醋多采用自然醋酸菌，目前多采用纯种醋酸菌。醋酸菌种子培养工业流程如下: 菌种试管斜面接种培养 --—> 大三角瓶纯种扩大培养 --—> 醋酸菌种子液态培养 试管培养基:葡萄糖0.3g、酵母膏1.0g、碳酸钙2.0g、6%酒液100mL、琼脂2.0,2.5g。 三角瓶培养基:酵母膏1%、葡萄糖0.3%、水100mL、浓度为95%的酒精4%。 种子液态培养:4%,8%酒精发酵醪，醋酸种子酸度2.5%,3.0%，接种量5%,10%;通风量0.1m/(m?.min);培养温度32,35?;培养时间24h。 醋酸菌种子培养与其它微生物种子培养一样，除了使微生物繁殖以外，还有一个驯化作用，即使微生物适应于生产的要求，所以，在种子培养的前阶段，培养基的组成、培养条件多采用较优的工艺参数;而在培养的后阶段，多采用接近于生产要求的工艺参数。 2.醋酸发酵 度5%,6%;醋酸发酵液酸度4.5%,5.5%。 技术要点:酒液酒 工艺参数:接种温度28,30?;发酵温度32,34?，最高不超过 36?;前期通风量 0.07m?/(m?.min)、中期0.1,0.12 m?/(m?.min)、后期0.08m?/(m?.min);培养时间65,67h。 醋酸菌含有乙酰辅酶A合成酶，能催化醋酸氧化，反应生成的乙酰辅酶A进入三羧酸循环，进一步氧化为CO和HO。其反应式如下: 22 CHCOOHCoASHCHCOSCoAHO，,，~332 所以，醋酸发酵成熟时就要加入2%,5%的食盐，以抑制醋酸菌的活性。 在液态深层发酵中，可采用分割法去醪进行“半连续式发酵”，即取出1/2,1/3量的发酵成熟醋醪，同时补加相应量的酒醪。这一方法即可以省却醋酸菌种培养工序，且发酵罐中的菌种在醋酸发酵过程中已得到充分驯养，所以，又有利于提高原料的利用率和产品质量，但分割法去醪应注意无菌操作。 6. 压滤 技术要点:滤渣水分?70%;酸度?0.2%。 工艺参数:发酵醪预处理，55摄氏度维持24h;压头醋、二醋用泵输送，泵压2*89KPa，压净停止。压清醋用高位槽自然压力。 7. 配兑和灭菌 技术要点:灭菌后成品醋酸?3.5%;醋液红褐色，无混浊，无沉淀，无异味; 第 5 页 共 26 页 细菌数?5000个/ml。 工艺参数:灭菌温度80?，维持适当时间;苯甲酸钠添加量为0.06%,0.1%。 8. 陈酿 一是生醋经日晒夜露陈酿数月;二是将成品醋封坛陈酿。陈酿过程中，因美拉德反应等，食醋的色泽加深;因氧化反应，食醋中的乙醇含量降低，而乙醛含量有所升高;因酯化反应，食醋中的酯含量明显升高;因缔合作用，食醋的风味变得醇和，醋酸的刺激性减弱。 (三)生产工艺流程示意图 图2、醋酸生产工艺流程示意图 第 6 页 共 26 页 三、工艺设计及计算 (一)工艺技术指标及基础数据 1. 生产规模:年产食醋5000t(醋酸含量4% 质量分数) 2. 生产工艺:液态深层发酵、间歇发酵 3. 工作:全年工作300日，三班作业。 4. 食醋日产量:17t 5. 食醋年产量:5100t 6. 副产品年产量:次级食醋占食醋总量的2%。 7. 产品质量:符合GB18187—2000 国家标准酿造食醋 8. 大米原料含淀粉70%, 水分13%。 9. α-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为150u/g原料，酒母糖化醪用糖化酶量300u/g原料。 10. 醋酸发酵罐发酵周期8d、周期数300/8 = 38。 技术参数: 淀粉糖化率:80% 糖 , 酒精得率:85% 酒精 , 醋酸得率:80% 大米原料, 成品醋:160kg /t (二)物料计算 1. 主要原料的物料衡算 (1)淀粉糖化物料衡算 淀粉质原料加水加热糊化后，加入糖化曲或淀粉酶进行糖化，物料衡算总方程式 CHOnHOnCHO，,,1 ，，，，610526126n 162 180 1g 1.11g 理论上1g淀粉完全水解后能生成1.111g葡萄糖。但由于糖化酶的活力、种类、糖化工艺的原因，淀粉原料中支键淀粉和直链淀粉的比例不同，糖化结束后糖化醪中糖和非糖的比例控制不同等，因而使得糖化效果颇有差异，实际的糖化率一般以理论的75%-85%计算，即实际上1g淀粉能生成0.833~0.944g葡萄糖。这里取80%，即1g淀粉能生成0.888g。 (2)酒精发酵物料衡算 第 7 页 共 26 页 向糖化醪液中接入酵母菌进行酒精发酵，其物料衡算可以用下列生化反应的总方程式为基础: CHOCHOHCO,，,226126252 180 2×46 88 1g 0.51g 理论上1g葡萄糖能生产0.51g酒精，但由于酵母菌的生长繁殖、中间代谢产物的生成、酒精的挥发等，实际的酒精得率一般以理论酒精得率的85%计算，即实际上1g葡萄糖能生成0.434g左右的酒精。 (3)醋酸发酵物料衡算 向酒精醪液中接入醋酸菌，进行醋酸发酵，其物料衡算可以用下列生化反应的总方程式为基础 CHOHOCHCOOHHO，,，25232 46 60 18 1.30g 1g 根据总方程式计算得到:理论上1g酒精能生产1.30g醋酸。但由于醋酸菌的生长繁殖，发酵过程中酒精和醋酸的挥发，以及醋酸的进一步氧化等，实际的醋酸得率一般以理论得率的80%计算，实际上1g酒精能生产1g左右的醋酸。 由上述计算得知，用淀粉质原料酿醋时，1g纯淀粉能生成0.888g葡萄糖，经酒精发酵得到0.385g酒精，再经醋酸发酵可以得到0.385g醋酸。 即1t 食醋含40kg醋酸，需40/0.385 = 103.9kg淀粉，需大米103.9/0.7 = 148.4 kg。 (4)大米年消耗量 5100t食醋中醋酸含量: 5100×4% = 204t 生产204t醋酸需要淀粉: 204/0.385 = 530t 年消耗大米量: 530/0.7 = 757.14t (5)α- 淀粉酶消耗量 应用酶活力为2000u/g的 α–淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗量。α-淀粉酶用量按8u/g原料计算。 全年用酶量为: 757.14×8 = 3.03t 2000 单耗量: 3 3.03×10/5100 = 0.594kg/t (6)麸曲耗用量 所用麸曲糖化酶的活力为800u/g，使用量为150u/g原料，则糖化酶消全年耗量为: 757.14×150 = 142.96t 第 8 页 共 26 页 800 单耗量: 3 142.96×10/5100 = 28kg/t (7)氯化钙(规格:无水) 单耗:0.15 kg/t: 全年投料量:0.15×5100 = 765kg (8)纯碱(规格:工业用) 单耗:0.225 kg/t: 全年投料量:0.225×5100 = 1147.5kg 表1、 原料消耗表(5000t/a) 名称 规格 单耗 全年投料量 3大米 淀粉含量70% 148.4kg/t757.14×10kg 3α- 淀粉酶 2000u/g 0.594kg/t 3.03×10kg 3麸曲 800u/g 28kg/t 142.96×10kg 氯化钙 无水 0.15kg/t 765.07kg 3纯碱 工业纯碱 0.225kg/t 1.15×10kg 2. 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，粉浆量为: 148.4×(1+3)= 593.6kg 式中 148.4 —— 生产1t食醋(醋酸含量4%)需要的大米量 蒸煮过程使用直接蒸汽加热，在后熟器和汽液分离器减压蒸发、冷却降温。在蒸煮过程中，蒸煮醪量将发生变化，故蒸煮醪的精确计算必须与热量衡算同时进行，因而十分复杂。为简化计算，可按下述方法近似计算。 假定用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度50?，应用喷射液化器使粉浆迅速升温至88?，然后进入连续液化器液化，再经115?高温灭酶后，在真空冷却器中闪急蒸发冷却至63?后入糖化罐。其工艺流程图如下图所示。 第 9 页 共 26 页 图3、粉浆连续蒸煮液化工艺流程 干物质含量B=87%的大米比热容为; 0 c = 4.18(1-0.7B)= 1.63 [kJ/(kg. K)] 00 粉浆干物质浓度为: B = 87/(4*100)= 21.8% 1 蒸煮醪比热容为: c = Bc+(1.0 - B)× c 1101w 1.63+(1.0-21.8%)×4.18 = 21.8%× = 3.62 [kJ/ (kg. K)] 式中 c ——水的比热容[kJ/(kg. K)] w 为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维持不变。 ?经喷射液化加热后蒸煮醪量为: 593.6*3.62(8850), 593.6630()，,kg2748.988*4.18, 式中 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: 630– 630×3.62×(88-84) = 626 (kg) 2288.3 式中 2288.3——第二液化维持罐的温度为84度下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K) ?经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为; 626 + 626×3.62×(115-84) = 657 (kg) 2748.9-115×4.18 式中 115——灭酶温度(摄氏度) 2748.9——0.5Mpa饱和蒸汽的焓(kJ/K) ?经汽液分离器后的蒸煮醪量: 657 - 657×3.62×(115-104.3) = 646 (kg) 2245 第 10 页 共 26 页 式中 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: 646 - 646×3.62×(104.3-63) = 605 (kg) 2351 式中 2351——真空冷却温度为63摄氏度下的饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)。 粉浆中干物质的质量分数: 148.4*(10.13), = 21.28% 605 3. 糖化醪量的计算 麸曲(糖化力800u/g干曲)，单耗:28kg/t: 生产1t食醋的糖化醪量: 605 + 28 = 633kg 糖化醪干物质质量分数: 148.4*(10.13)0.5940.150.225,，，， = 20.5% *100%633 4. 酒精发酵醪的计算 (1)实际产酒精量 = 原料量×淀粉含量×实际产酒率 = 148.4×0.7×0.385 = 39.9 kg (2)发酵中CO产量: 2 88 39.9× = 38.2kg 92 (3)发酵中溢出水分(按2%计): 39.9×0.02 = 0.8kg (4)酒精发酵成熟醪总质量(含醋母醪量): 633 – 38.2 – 0.8 = 594 Kg (5)成熟醪体积(成熟醪密度为0.99Kg/L): 594 / 0.99 = 600 L 第 11 页 共 26 页 20(6)成熟醪中酒精体积分数 (酒精d=0.7893): 4 39.9酒精体积分数= = 8.43% *100%0.7893*600 5. 醋酸发酵醪的计算 20(1)醋酸发酵醪质量 (含醋母醪量) 发酵时添加蛋白质水解液(d=1.2)450Kg/t: 594 + 50 = 644kg (2)醋酸发酵醪体积: 600 + 50/1.2 = 641.7L (3)原料产醋量(转化率取84%): 39.9×1.30×84% = 43.57kg (4)醋酸发酵时消耗氧气: 32 43.57× = 23.2kg 60 (5)醋酸成熟醪的质量: 644 + 23.2 = 667.2Kg (6)成熟醪体积(成熟醪密度1.01Kg/L): 667.2/1.01 = 660.6 L (7)成熟醪醋酸的质量分数: 43.57/667.2 = 6.53% (8)配兑消毒后成品中醋酸量 按经验数据:压滤损失4%，消毒运输损失为1.2%，共损失5.2%，则醋酸量: = 41.3kg 43.57*(14%1.2%),, (9)配兑成4%醋酸含量的成品醋的质量: 41.3/0.04 = 1032.5kg > 1t ， 所以符合生产要求 (10)4%成品醋的体积(成品醋密度1.01Kg/L): 1032.5/1.01= 1032.5L (11)原料出醋率: 1032.5/148.4=6.96(Kg/Kg) 第 12 页 共 26 页 (三)热量衡算 1. 液化过程中的热量衡算 粉浆质量m = 593.6 +0.594 +0.15 + 0.225 = 594.57kg; 粉浆比热容c=3.72[KJ/Kg.K]; 液化过程总耗热量为Q 1 粉浆由初温T加热至88?总耗热量为Q。 02 (1)设粉浆初温取T=20?，流加法液化浆温为88?，耗热量为Q’。 02 则Q’ = mc(88-To) 2 = 594.57×3.72×(88-20) = 150402 KJ (2)加热过程中蒸汽带出的热量为Q’’ 2加热时间为40min，蒸发量为每小时5%。 则蒸发水量为: V= m×5%×40/60 水 = 594.57×5%×40/60 = 19.8 Kg Q’’ = V I 水2 = 19.8×2257.2 = 44693KJ 式中I为水的汽化潜热(KJ/Kg) (3)热损失Q’’’ 2 热损失为耗热量的15%: Q’’’ = 15% ×(Q’+ Q’’) 222 (4)则总耗热量为: Q = 1.15×(Q’+ Q’’) 222 = 1.15×(150402+ 44693) = 224360KJ 再次升温煮沸到100?后所需热量为Q 3此时液化醪的质量为m=605Kg 1 Q = m×c×(100-88) 31 = 605×3.72×12 = 27007.2KJ 液化过程中总耗热量为Q 1 Q = Q2+ Q3 1 = 224360+27007.2 第 13 页 共 26 页 = 251367.2KJ 2. 糖化过程热量衡算 液化醪质量为m= 605 Kg 1 液化醪比容热为c1 ,,100,c= cc，10水100100 式中:c——淀粉质比热容为1.55[kJ/(kg.K)] 0 ω——液化醪中干物质含量(%) c——水的比热容为4.18[kJ/(kg.K)] 水 21.2810021.28,所以， c== 3.62 [kJ/(kg.K)] 1.55*4.18*，1100100 (1)糖化过程加曲前，要将液化醪降温到加曲温度64?，所放出的热量为Q 4 Q= m×c×(100-64) 4 11 = 605×3.62×(100-64) = 78843.6 KJ (2)加曲后，开始糖化的温度为60?，该过程发出的热量为Q 5 加曲后糖化醪的质量为m=5275.2 Kg 2 Q = m×c×(64-60) 511 = 605×3.62×(64-60) = 8760.4 KJ (3)糖化过程放出热量Q 6 Q = Q+ Q 645 = 78843.6+8760.4 = 87604KJ (4)冷却水初始温度为17?，最终温度为35?，则糖化阶段冷却水耗用量为W: Q6 W= ()ctt,ww水12 87604 = ,1164.3kg4.18，(35-17) 3. 酒精发酵过程热量衡算 (1)酒母接种温度为28?，糖化醪降温到酒精发酵温度放出热量为Q 7 糖化醪(含酒母醪)质量m= 633Kg 2 第 14 页 共 26 页 Q= m×c×(60-28) 7 21 = 633 ×3.62×(60-28) = 73326.72 KJ (2)酒精发酵温度为33?，升温到酒精发酵温度所需热量为Q 8Q= m×c×(33-28) 8 21 = 633×3.62×(33-28) = 11457.3 KJ (3)产1t食醋过程中产生酒精39.9kg，以葡萄糖为碳源酵母发酵每生产1Kg 酒精放出的热量约为1170KJ，则发酵和酵母培养每小时放出的热量为: Q=1170*39.9= 46683 KJ 9 (4)冷却水初始温度为17?，最终温度为35?，酒精发酵阶段冷却水用量为 W 1 Q7W= 1 (t-t)c水ww12 73326.72= ,975kg4.18(3517)，, (5)酒精发酵阶段蒸汽耗用量为D 1 1. 因为投入的是液体曲，糖化醪干物质质量分数ω’: 148.4*(10.13)0.5940.150.225,，，，ω’==20.54% *100%633 2. 糖化醪的比热容c : 2 ,,'100'20.5410020.54,,c= cc'1.254.18，,，，，2 水100100100100 =3.56 [kJ/(kg.K)] 3. 蒸汽耗用量D为 1 Q8D= 1 I,, 11457.3= ,4.94kg2738419, 4. 醋酸发酵过程热量衡算 (1)醋母接种温度为28?，酒精发酵醪降温到醋酸发酵温度放出热量为Q 10 酒精发酵成熟醪质量m= 600 Kg 3 Q= m×c×(33-28) 10 31 第 15 页 共 26 页 = 600 ×3.62×5 = 10860 KJ (2)醋酸发酵温度为33?，升温到醋酸发酵温度所需热量为Q 11 Q= m×c×(33-28) 11 31 = 600×3.62×(33-28) = 10860 KJ (3)生产1t食醋过程中产生醋酸43.57kg，以酒精发酵每生产1Kg醋酸放出的 热量约为7458.5KJ，则发酵罐每小时放出的热量为(醋酸发酵时间66h): Q=7458.5*43.57/66= 4923.74KJ/(t.h) 12 (4)冷却水初始温度为17?，最终温度为35?，酒精发酵阶段冷却水用量为 W 2 Q10W= 2 (t-t)c水ww12 10860= ,144.34kg4.18(3517)，, (5)醋酸发酵阶段蒸汽耗用量为D 2 Q11D= 2 I,, 10860= ,4.68kg2738419, (四)无菌压缩空气消耗量计算 深层发酵法的通风量计算如下: 理论需氧量: CHOHOCHCOOHHO，,，25232 22.4(L) 60(g) a b a=22.4×b/60 式中 a——理论需氧量，L/ min b——理论产酸速度，g/min 339.9*10*1.3 b==13.10g/min 66*60 理论通风量(a’):a’= a/0.21 式中 0.21——O的含量 2 实际通风量(a”):a”=2.5a’ 第 16 页 共 26 页 式中 2.5——经验数据 a”=4.44b= 58.16L/min 四、 设备设计与选型 (一)液化车间 1. 生产能力的计算 每生产1t食醋需粉浆量:594.57Kg 液化后醪液量:605kg 每生产1t食醋需粉浆体积(粉浆密度1.07kg/L): 3 594.57/1.07=556L=0.556m 每天生产食醋17t，液化罐填充量80%，则每天需要液化罐的总容积: 3 17*0.556/0.8 =11.82m 2. 液化罐数量N的确定，发酵周期8天: 1 33 现取公称容积20m的液化罐，实际容积为22m. 11.82*8 N = = 4.3 (个) 1223 现取公称容积22m液化罐5个; 3. 主要尺寸计算: 3 V=V+2V=22m全封筒 ,23 H=2D;则有 V=0.785D*2*2=22DD，全2433 解方程得: 1.57D+0.26D=22 223 D = = 2.29m 取2.4m 1.83 H = 2D = 4.8m 3 查表得封头高:=600+25=625mm ; 封头容积1.93mHhh,，封ab 第 17 页 共 26 页 (二)糖化车间 1. 生产能力的计算 每生产1t食醋需糖化醪量:633kg 每生产1t食醋需糖化醪体积(糖化醪密度1.05kg/L): 3 633/1.05=603L=0.603m 每天生产食醋17t，糖化罐填充量80%，则每天需要糖化罐的总容积: 3 17×0.603/0.8 =12.8m 2. 糖化罐数量N的确定，发酵周期8天: 2 33 现取公称容积50m的糖化罐，底封头为椭圆形封头，实际容积为58m. 12.8*8 N = = 1.76 (个) 2583 现取公称容积50m糖化罐2个 3. 主要尺寸计算(设上封头的容积与下封头相等): 3 V=V+2V=58m全封筒 糖化罐罐体不能太高或太矮取H:D=1.5; H=1.5D; ,23 则有 V=0.785D*1.5*2=58DD，全2433 解方程得: 1.18D+0.26D=59 583 D = = 3.43m 取3.4m 1.44 H = 1.5D = 5.1m 取5m 3 =850+50=900mm ; 封头容积5.60m 查表得封头高:Hhh,，封ab (三)酒精发酵车间 1. 生产能力的计算 3 每生产1t食醋需糖化成熟醪体积:600 L=0.6m 第 18 页 共 26 页 每天生产食醋17t，酒精发酵罐填充量85%，则每天需要酒精发酵罐的总容 积: 3 17×0.6/0.85 = 12m 2. 酒精发酵罐数量N的确定: 3 33 现取公称容积20m的发酵罐，实际容积为22m. 12*8 N = = 4.36 (个) 2223 现取公称容积20m发酵罐5个 3. 主要尺寸计算: 3 V=V+2V=22m全封筒 ,23 H=2D;则有 V=0.785D*2*2=22DD，全2433 解方程得: 1.57D+0.26D=59 223 D = = 2.29m 取2.4m 1.83 H = 2D = 4.8m 3 查表得封头高:=600+25=625mm ; 封头容积1.93mHhh,，封ab 4. 种子罐 (1)种子罐容积和数量的确定 V=V×10% 种总 =22×10% 3 =2.2 m3式中 V——为发酵罐的总容积m 总 10%——接种量 (2)种子罐数量的确定 种子罐与发酵罐对应上料，发酵罐平均每天上1罐则需种子罐1个，种 子培养时间12~20小时，取12小时，辅助操作时间8~10小时，生产周期约 20~30小时。 (3)主要尺寸的确定 ‘’‘’设H/D=2/1，则种子罐总容积V为:V=V+2V; 总总筒封 第 19 页 共 26 页 ‘23 V= 0.785D×2 D+πD×2/24=2.2 总 算得 D=1.06m 取D=1.1 m 则 H=2D=2.2 m ‘查相应表得封头高 H=250+25=275mm 封‘‘’罐体总高 H= H+2H=2200+2×275=2750mm 罐筒封’3 单个封头容量 V=0.151 m封’323圆筒容积 V= 0.785D×2 D=1.57×1.1=2.09 m 筒’‘’3不计上封头容积V= V+V= 2.09 + 0.151 =2.24 m 有效筒封 校核种子罐总容积: ‘‘’ V=2 V+ V 总封筒3 = 2.39 m 比需要的种子罐容积大，满足设计要求。 (四)醋酸发酵车间 1. 生产能力的计算 3 每生产1t食醋需酒精发酵成熟醪体积:641.7L = 0.642m 每天生产食醋17t，醋酸发酵罐填充量70%，则每天需要醋酸发酵罐的总容 积: 3 17×0.642/0.70 = 15.59m 2. 醋酸发酵罐数量N的确定: 4 33 现取公称容积20m的自吸式醋酸发酵罐，实际容积为22m. 15.59*8 N = = 5.66 (个) 4223 现取公称容积20m发酵罐6个 年产醋酸醪液质量: 204/0.0653 = 3124t 式中 0.0653——成熟醋酸醪液醋酸含量 年产醋酸醪液体积: 3 V= 3124/1.01 = 3093m醪 式中 1.01——醋酸醪液密度 实际产量验算: 22*0.7*6*30033 =3465m > 3093m 8 第 20 页 共 26 页 富裕量为: 34653093, = 12%，能满足产量要求。 *100%3093 3. 主要尺寸的计算 3现按公称容积20m的发酵罐计算。 3V=V+2V=22m;封头折边忽略不计，以方便计算。 全筒封 H=2D ; 33则有 V= 1.57D+0.26D=22 全31.83 D=22 223 D==2.29m 取D=2.4m 1.83 H=2D=4.8m 3查表得封头高:=600+25=625mm ; 封头容积1.93m Hhh,，封ab ’3 V=V+2V= 1.57D+ 1.93×2 全筒封 3 = 25.56 m 4. 冷却面积的计算 Q F,Ktm tt,3328,12 平均温差==30.43? t,m33t1lnln28t2 3 采用竖直列管换热器，取经验值k=4.18×500KJ/(m.h.?) 生产1t食醋每小时放出热量Q= 4923.74KJ/(t.h) 12 3 对公称容积20m的发酵罐 4923.74*22*70%2 =1.2mF,4.18*500*30.43 5. 转子与定子的确定 实践表明，三棱叶转子的特点是转子直径较大，在较低转速时可获得较大的 吸气量，当罐压在一定范围内变化时，其吸气量也比较稳定，吸程也较大，但所 需的搅拌功率也较高。 三角叶叶轮直径:D = 0.35D= 0.35×2.4 = 0.84m 取0.8m 罐 叶轮外径:d=D=0.8m 第 21 页 共 26 页 9 浆液长度:e==0.45m D16 3 交点圆径:φ==0.3m D8 1 叶轮高度:h==0.2m D4 7 挡水口径:φ== 0.56m D210 3 导轮内径:φ==1.2m D32 簧叶角:α=45? 间隙:δ=2mm 叶片厚:b=5mm 叶轮外缘高:h=h+2b=0.201m 1 导轮外缘高:h=h+2b=0.202m 21 6. 设备结构工艺设计 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A钢制作，以降低设备费用。 3 7. 壁厚计算 (1)计算法确定发酵罐的壁厚S: PDC， S= 2[],,P, 式中 D——设备公称直径240cm P——设计压力，P=0.4MPa [σ]——A钢许允应力 [σ]=127 MP3a ——焊缝系数 0.5—1之间,取=0.7 ,, C——壁厚附加量，C= C+ C+ C=0. 8+2+0=2.8mm=0.28cm 123 240*0.4 带入数据得:S==0.82cm 取10mm ，0.282*127*0.70.4, 查表知直径2.4m厚10mm筒高4.8m，每米高重596kg C= 596×4.8 = 2861kg 筒 (2)封头壁厚计算，标准椭圆封头的厚度计算公式如下: PDC， S= 2[],,p, 式中 P=0.4MPa D=400cm 第 22 页 共 26 页 [σ]=127MPa C=0.08+0.2+0.1=0.38cm =0.7 , 240*0.4 S==0.92cm 取10mm ，0.382*127*0.70.4, 8. 接管设计 (1)接管长度h设计: 不保温接管长h=150 mm (2)接管直径的确定: 3该罐实装醪量22×0.7=15.4m，30min之内排空 15.43则物料体积流量Q==0.0086m/s 30*60 发酵醪流速取v=1m/s. 则排料管截面积为: F= Q/V 物2 =0.0086/1=0.0086m 1/2管径 d = (F/0.785) 物1/2 =(0.0086/0.785) = 0.105 m 取无缝钢管133×4，125mm>105mm,认为适用。 进料管同排料管取无缝钢管133×4 3排料时间复合:物料流量Q=0.0086m/s，流速v=1m/s; 22管道截面积F=0.785×0.125=0.0123m，在相同流速下，流过物料因管径 Q0.0086较原来 结果大，则相应流速比为P==0.7(倍)，排料时间t=30×,Fv0.0123*10.7=21min 9. 支座设计 本设计选用支撑式支座。 10. 种子罐 (1)种子罐容积和数量的确定 V=V×10% 种总 =22×10% 3 =2.2 m 第 23 页 共 26 页 3式中 V——为发酵罐的总容积m 总 10%——接种量 (2)种子罐数量的确定 种子罐与发酵罐对应上料，发酵罐平均每天上1罐则需种子罐1个，种 子培养时间24h，辅助操作时间4小时，生产周期28小时。 (3)主要尺寸的确定 ‘’‘’设H/D=2/1，则种子罐总容积V为:V=V+2V; 总总筒封‘23 V= 0.785D×2 D+πD×2/24=2.2 总 算得 D=1.06m 取D=1.1 m 则 H=2D=2.2 m ‘H=250+25=275mm 查相应表得封头高 封‘‘’罐体总高 H= H+2H=2200+2×275=2750mm 罐筒封’3 单个封头容量 V=0.151 m封’323圆筒容积 V= 0.785D×2 D=1.57×1.1=2.09 m 筒’‘’3不计上封头容积V= V+V= 2.09 + 0.151 =2.24 m 有效筒封 校核种子罐总容积: ‘‘’ V=2 V+ V 总封筒3 = 2.39 m 比需要的种子罐容积大，满足设计要求。 (4)冷却面积的计算 3当罐容积小于5m时用夹套冷却可满足生产要求 发酵产生的总热量:同前发酵罐 Q==10869.06(kj/h) 4940.48*2.2 夹套传热系数 2 K=4.18×220kJ/(m.h.?) 平均温差:发酵温度32?;水初温20~23?,取23?;水终温27?，则 95， 平均温差?t==7? m2 需冷却面积F: 10869.06Q2 F===1.7(m) Kt4.18*220*7m 2 S = S+S= 3.8m > F , 可满足工艺要求 夹筒封 (5)壁厚设计 对带夹套的容器,应按外压容器计算壁厚.考虑到冷却水压力与容器内的压力有不同的存在情况取水压容器外压. 用计算法求夹套内的壁厚: 0.4S=D[(mpL)/(2.6ED)] +C 0.4=110×[(3×0.4×150)/(2.6×200000×110)]+0.18 =0.64+0.18 =0.82cm 取9mm 第 24 页 共 26 页 式中 D——公称直径,110cm m——外压容器稳定系数,m=3 E——金属的强性模量,E=200000MPa P——设计压力, P=0.4 MPa C——壁厚附加值,C=C+C+C=0.08+0.1+0=0.18 cm 123 L——筒体长度,L=150 cm 封头厚度: δ=10mm 对上封头，查表 封 对下封头，查表 δ=10mm 封 冷却外套壁厚: 由夹套直径与筒体直径关系: D=D+100 套内 =1100+100 =1200mm 查表确定外套壁厚:δ=5 mm 套 外套封头壁厚: 查表， 取 δ=6 mm 套封 (6)搅拌器: 种子罐采用六弯叶涡轮搅拌器，它有公认的尺寸标准: 直径 D=0.3~0.35D. 取D=0.3D=0.3×1100=330 mm ii 叶片宽度 h=0.2D=0.2×330=66mm i 盘径 φ=0.75D=0.75×330=248mm i 弧长 r=0.35D=0.35×330=116 mm i 叶弧长 l=0.25 D=0.25×330=83mm i 搅拌器间距 ξ=D=330 mm i 底距 b=D/3=330/3=110mm (5). 车间设备一览表 表2、 5000t/a食醋厂深层发酵车间主要设备 第 25 页 共 26 页 序号设备名称台数规格与型号 1锤式粉碎机21t/hCS(碳钢)2螺旋输送器11.5t/hCS(碳钢)3调浆罐1V=2m?CS(碳钢)4粉浆高位槽1V=2m?CS(碳钢) 3V=20m5液化罐5CS(碳钢) 3V=50m6糖化罐2CS(碳钢) 7补糖罐1V=1m?CS(碳钢) 8酒母罐1V=2.2m?CS(碳钢) 3V=20m9酒精发酵罐5CS(碳钢)10醋酸种子罐1V=2.2m?CS(碳钢)11鼓风机3CS(碳钢)12空气过滤器3A=0.785?CS(碳钢) 3V=20m13自吸式醋酸发酵罐6CS(碳钢)14板框压滤机2KP-629CS(碳钢)15滤液配兑池1SS 16贮存罐20V=30m?SS五、 总结与谢辞 通过本次设计我对醋酸的发酵工艺、各项技术指标都有了很深刻的认识。更加锻炼了自己查阅文献的能力和CAD软件绘图的能力，由于去年的课程设计是酒精发酵因此这次的醋酸发酵做起来感觉还是很轻松的。这里我要感谢陶老师对我的精心辅导和帮助，感谢他及时的指正我在设计过程中存在的错误并帮我提出解决方法，同时也要感谢多位同学对我的指导和帮助;设计工作的完成，也离不开学校给予提供的广阔的信息资源和先进的设备。在此我也要对我的学校表示衷心的感谢 第 26 页 共 26 页