毕业论文年产5000吨发酵食醋发酵车间设计

目录绪论31、食醋的起源与功能32、食醋的种类33、食醋的原料44、食醋的生产工艺45、液态法食醋质量标准5一、设计任务5二、生产方案和流程的确定6（一）生产方案的确定6（二）生产流程的确定61.菌种选择62.原料预处理63.糖化74.酒精发酵75.醋酸发酵76.压滤87.配兑和灭菌88.陈酿9（三）生产工艺流程示意图9三、工艺设计及计算10（一）工艺技术指标及基础数据10（二）物料计算101.主要原料的物料衡算102.蒸煮醪量的计算123.糖化醪量的计算144.酒精发酵醪的计算145.醋酸发酵醪的计算14（三）热量衡算151.液化过程中的热量衡算152.糖化过程热量衡算163.酒精发酵过程热量衡算174.醋酸发酵过程热量衡算18（四）无菌压缩空气消耗量计算19四、设备设计与选型19（一）液化车间201.生产能力的计算202.液化罐数量N1的确定203.主要尺寸计算：20（二）糖化车间201.生产能力的计算202.糖化罐数量N2的确定213.主要尺寸计算21（三）酒精发酵车间211.生产能力的计算212.酒精发酵罐数量N3的确定223.主要尺寸计算：224.种子罐22（四）醋酸发酵车间231.生产能力的计算232.醋酸发酵罐数量N4的确定233.主要尺寸的计算244.冷却面积的计算245.转子与定子的确定246.设备结构工艺设计257.壁厚计算258.接管设计269.支座设计2610.种子罐26（5）.车间设备一览表28五、总结与谢辞29附件291.全厂物料流程图292.醋酸发酵车间流程图303.醋酸发酵车间布置设计304.主要设备图30参考文献30年产5000吨发酵食醋发酵车间设计万重阳（武汉工业学院生物与制药工程学院武汉430023）摘要：食醋发酵是继酒精发酵之后，在醋酸菌氧化酶的作用下，生成醋酸的过程。食醋原料，按照工艺要求一般可以分为主料、辅料、填充料和添加剂四大类。主料大致是含淀粉、含糖、含酒精的三类物质。本设计对醋酸生产的发酵车间进行了工艺计算和设备选型。关键词：食醋、发酵罐、深层发酵。Abstract：Vinegarfermentationfollowingtheprocessofalcoholicfermentationgeneratesaceticacidundertheactionofaceticacidbacteriaoxidase.Rawmaterialstoproducevinegar,accordingtotheprocessrequirements,canbegenerallydividedintofourcategories,suchasmainmaterials,auxiliarymaterials,fillingmaterialsandadditives.Themainmaterialsroughlycontainstarch,sugarandalcohol.Thedesignoftheworkshoptoproduceaceticfermentationwasaboutprocesscalculationandequipmentselection.Keyword：vinegar,fermenter,deepsubmergedfermentation.绪论1、食醋的起源与功能食醋是传统的酸性调味品，我国酿醋自周朝开始，已有2500年历史。中国各地物产气候不同，产生了各具特色的地方食醋，保持至今最著名的江苏镇江香醋、山西老陈醋、四川保宁麸醋、辽宁喀左陈醋等。《中国医药大典》记载，“醋产浙江杭绍二县为最佳，实则以江苏镇江为”，镇江香醋以糯米为原料，是一种典型的米醋。梁人陶弘景《神农本草经注》中就有关于镇江米醋用法的记载，据此，镇江香醋已有1400多年的历史。性能：味酸、甘，性平。归胃、肝经。能消食开胃，散淤血，止血，解毒。因原料和制作方法的不同，醋的成品风味迥异。醋是用得较多的酸性调味料。每100mL醋中的醋酸含量，普通醋为3.5g以上，优级醋为5g以上。由于醋能改善和调节人体的新陈代谢，作为饮食调料，需要量不断增长。2、食醋的种类食醋可划分为酿造醋、合成醋、再制醋三大类。酿造醋是用粮食等为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。除主要成分醋酸外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分和风味成分。合成醋是用化学方法合成的醋酸配制而成，缺乏发酵调味品的风味，质量不佳。再制醋是以酿造醋为基料，经过进一步加工制成，如五香醋、蒜醋、固体醋等。3、食醋的原料食醋原料，按照工艺要求一般可以分为主料、辅料、填充料和添加剂四大类。主料大致是含淀粉、含糖、含酒精的三类物质。辅料，一般使用谷糠、麸皮或豆粕作辅料。他们不仅含有一定量的碳水化合物，而且含有丰富的蛋白质和矿物质，为酿醋用微生物提供营养物质，并增加成醋的糖分和氨基酸含量，形成醋的色香味成分。填充料，固态发酵法制醋以及速酿法制醋都需要填充料，其主要作用是疏松醋醅，积存和流通空气。添加剂：食盐，醋醅发酵成熟后要及时加入食盐以抑制醋酸菌，防止醋酸菌将醋酸分解，同时食盐还起到调和风味的作用。砂糖、香辛料，能增加醋的甜味，并赋予食醋特殊的风味。炒米色，能增加醋色泽及香气。4、食醋的生产工艺食醋的生产工艺分固态法及液态法两类。(1)固态法酿醋工艺传统的固态法酿醋工艺主要有3种。1、用大曲制醋：以高粱为主要原料，利用大曲中分泌的酶，进行低温糖化与酒精发酵后，将成熟醋醅的一半置于熏醅缸内，用文火加热，完成熏醅后，再加入另一半成熟醋醅淋出的醋液浸泡，然后淋出新醋。最后，将新醋经三伏一冬日晒液与捞冰的陈酿过程，制成色泽黑裼、质地浓稠、酸味醇厚、具有特殊芳香的食醋。著名的有山西老陈醋。2、用小曲制醋：以糯米和大米为原料，先利用小曲（又称酒药）中的根霉和酵母等微生物，在米饭粒上进行固态培菌，边糖化边发酵。再加水及麦曲，继续糖化和酒精发酵。然后酒醪中拌入麸皮成固态入缸，添加优质醋醅作种子，采用固态分层发酵，逐步扩大醋酸菌繁殖。经陈醋酿后，采用套淋法淋出醋汁，加入炒米色及白糖配制，澄清后，加热煮沸而得香醋。著名的有镇江香醋。3、以麸皮为主料，用糯米加酒或蓼汁制成醋母进行醋酸发酵，醋醅陈酿一年，制得风味独特的麸醋。著名的有四川保宁（今阆中县）麸醋及四川渠县三汇特醋。固态发醋法酿醋，由于是利用自然界野生的微生物，所以发酵周期长，醋酸发酵中又需要翻醅，劳动强度大。目前已采用纯种培养麸曲作糖化剂，添加纯种培养酵母菌制成的酒母，进行酒精发酵，再用纯种培养醋酸菌制成的醋母，进行醋酸发酵而制得食醋。也有采用酶法液化通风回流法，将原料加水浸泡磨浆后，先添加细菌α-淀粉酶加热液化,再加麸曲糖化,糖化醪冷却,加入酒母进行酒精发酵,待酒精发酵结束,将酒醪、麸皮、砻糠与醋母充分混合后，送入设有假底的醋酸发酵池中，假底下有通风洞，可让空气自然进入，利用自然通风及醋回流代替翻醅，并使醋醅发酵温度均匀，直至成熟。酶法液化通风回流法的产量，出醋率和劳动生产率均比传统法高。(2)液态法酿醋工艺传统的液态法酿醋工艺有多种。1、以大米为原料，蒸熟后在酒坛中自然发霉，然后加水成液态，常温发酵3-4个月。醋醪成熟后，经压榨、澄清、消毒灭菌，即得色泽鲜艳、气味清香、酸味不刺鼻、口味醇厚的成品。著名的有江淅玫瑰米醋。2、以糯米、红曲、芝麻为原料，采用分次添加法，进行自然液态发酵，并经3年陈酿，最后加白糖配制而得成品。著名的有福建红曲老醋。3、以稀释的酒液为原料，通过有填充料的速酿塔内进行醋酸发酵而成，如辽宁省丹东白醋。液态发酵法制醋也渐采用深层发酵新工艺。淀粉质原料经液化、糖化及酒精发酵后，酒醪送入发酵罐内，接入纯粹培养逐级扩大的醋酸菌液，控制品温及通风量，加速乙醇的氧化，生成醋酸，缩短生产周期。发酵罐类型较多，现已趋缶使用自吸式充气发酵罐。它于50年代初期被联邦德国首先用于食醋生产，称为弗林斯醋酸发酵罐，并在1969年取得专利。日本、欧洲诸国相继采用。中国自1973年开始使用。食醋品种虽然繁多、工艺条件各具特色，但食醋酿造的基本工艺流程包含淀粉糖化、酒精发酵和醋酸发酵三个阶段。具体工艺流程如下：醋酸菌醋酸发酵大米醋酸菌醋酸发酵大米可发酵糖酒精醋酸CO2糊精等图1、醋酸基本工艺流程5、液态法食醋质量标准(1)感官指标具有本品种固有的色泽;有正常酿造食醋的滋味。(2)理化指标项目指标粮食醋其他醋总酸（以醋酸计）含量/(g/100ml)≥3.5无盐固型物含量/(g/100ml)≥1.5≥1.0一、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℃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（AS2.399）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）。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℃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℃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℃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℃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℃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/(m³.min)；培养温度32～35℃ 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.醋酸发酵技术要点：酒液酒度5%～6%；醋酸发酵液酸度4.5%～5.5%。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0.07m³/(m³.min)、中期0.1～0.12m³/(m³.min)、后期0.08m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CO2和H2O。其反应式如下：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；细菌数≤5000个/ml。工艺参数：灭菌温度80℃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.工作制度：全年工作300日，三班作业。4.食醋日产量：17t5.食醋年产量：5100t6.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162 1801g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： 180 2×46 881g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46 60 181g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0.385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（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=3.03t2000单耗量： 3.03×103/5100=0.594（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=142.96t800单耗量：142.96×103/5100=28kg（7）氯化钙（规格：无水）单耗：0.15kg/t：全年投料量：0.15×5100=765（8）纯碱（规格：工业用）单耗：0.225kg/t：全年投料量：0.225×5100=1147.表1、原料消耗表（5000t/a）名称规格单耗全年投料量大米淀粉含量70%148.4kg757.14×10α-淀粉酶2000u/g0.5943.03×10麸曲800u/g28kg142.96×10氯化钙无水0.15kg/t765.07纯碱工业纯碱0.225kg/t1.15×102.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）=593.6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图3、粉浆连续蒸煮液化工艺流程干物质含量B0=87%的大米比热容为；c0=4.18（1-0.7B0）=1.63[kJ/(kg.K)]粉浆干物质浓度为：B1=87/（4*100）=21.8%蒸煮醪比热容为：c1=B1c0+（1.0-B1）×c=21.8%×1.63+（1.0-21.8%）×4.18=3.62[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变。⑴经喷射液化加热后蒸煮醪量为：式中2748.9——喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K）⑵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)⑶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）⑷经汽液分离器后的蒸煮醪量：657-657×3.62×(115-104.3)=646(kg)2245式中2245——104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热(kg)⑸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：=21.28%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=6糖化醪干物质质量分数：=20.5%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（2）发酵中CO2产量：39.9×=38.2（3）发酵中溢出水分（按2%计）：39.9×0.02=0.8（4）酒精发酵成熟醪总质量（含醋母醪量）：633–38.2–0.8=594（5）成熟醪体积（成熟醪密度为0.99Kg/L）：594/0.99=600（6）成熟醪中酒精体积分数（酒精d420=0.7893）：酒精体积分数==8.43%5.醋酸发酵醪的计算（1）醋酸发酵醪质量(含醋母醪量)发酵时添加蛋白质水解液（d420=1.2）50Kg594+50=6（2）醋酸发酵醪体积：600+50/1.2=6（3）原料产醋量（转化率取84%）：39.9×1.30×84%=4（4）醋酸发酵时消耗氧气：43.57×=23.（5）醋酸成熟醪的质量：644+23.2=667.2（6）成熟醪体积（成熟醪密度1.01Kg/L）：667.2/1.01=6（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：=41.3（9）配兑成4%醋酸含量的成品醋的质量：41.3/0.04=1032.5kg>1t，（10）4%成品醋的体积（成品醋密度1.01Kg/L1032.5/1.01=1032.5（11）原料出醋率：1032.5/148.4=6.96（Kg/Kg）（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Q1粉浆由初温T0加热至88℃总耗热量为Q2（1）设粉浆初温取T0=20℃，流加法液化浆温为88℃，耗热量为Q则Q2’=594.57×3.72×(88-20)=150402KJ（2）加热过程中蒸汽带出的热量为Q2’加热时间为40min，蒸发量为每小时5%。则蒸发水量为：V水=m×5%×40/60=594.57×5%×40/60=19.8Q2’’=V水=19.8×2257.2=44693KJ式中I为水的汽化潜热（KJ/Kg）（3）热损失Q2’热损失为耗热量的15%：Q2’’’=15%×（Q2’+Q2（4）则总耗热量为：Q2=1.15×（Q2’+Q2’ =1.15×（150402+44693） =224360KJ再次升温煮沸到100℃后所需热量为Q此时液化醪的质量为m1=6Q3=m1×c×(100-88)=605×3.72×12=27007.2KJ液化过程中总耗热量为Q1Q1=Q2+Q3 =224360+27007.2=251367.2KJ2.糖化过程热量衡算液化醪质量为m1=6液化醪比容热为c1c1=式中：c0——淀粉质比热容为1.55[kJ/(kg.K)]ω——液化醪中干物质含量（%）c水——水的比热容为4.18[kJ/(kg.K)]所以，c1==3.62[kJ/(kg.K)]（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QQ4=m1×c1×（100-64）=605×3.62×（100-64）=78843.6KJ（2）加曲后，开始糖化的温度为60℃，该过程发出的热量为Q加曲后糖化醪的质量为m2=5275.2Q5=m1×c1×（64-60）=605×3.62×(64-60)=8760.4KJ（3）糖化过程放出热量Q6Q6=Q4+Q5=78843.6+8760.4=87604KJ（4）冷却水初始温度为17℃，最终温度为35W==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糖化醪（含酒母醪）质量m2=6Q7=m2×c1×（60-28）=633×3.62×（60-28）=73326.72KJ（2）酒精发酵温度为33℃，升温到酒精发酵温度所需热量为QQ8=m2×c1×（33-28）=633×3.62×（33-28）=11457.3KJ（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Q9=1170*39.9=46683KJ（4）冷却水初始温度为17℃，最终温度为35℃W1==（5）酒精发酵阶段蒸汽耗用量为D11.因为投入的是液体曲，糖化醪干物质质量分数ω’：ω’==20.54%2.糖化醪的比热容c2：c2= =3.56[kJ/(kg.K)]3.蒸汽耗用量D1为D1==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酒精发酵成熟醪质量m3=6Q10=m3×c1×（33-28）=600×3.62×5=10860KJ（2）醋酸发酵温度为33℃，升温到醋酸发酵温度所需热量为QQ11=m3×c1×（33-28）=600×3.62×（33-28）=10860KJ（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Q12=7458.5*43.57/66=4923.74KJ/（t.h）（4）冷却水初始温度为17℃，最终温度为35℃W2==（5）醋酸发酵阶段蒸汽耗用量为D2D2==（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： 22.4(L) 60(g) a b a=22.4×b/60式中a——理论需氧量，L/minb——理论产酸速度，g/min b==13.10g 理论通风量(a’)：a’=a/0.21式中0.21——O2的含量 实际通风量(a”)：a”=2.5a’式中2.5——经验数据a”=4.44b=58.16四、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：594.57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）：594.57/1.07=556L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： 17*0.556/0.8=12.液化罐数量N1的确定，发酵周期8天： 现取公称容积20m3的液化罐，实际容积为 N1==4.3（个） 现取公称容积22m3液化罐53.主要尺寸计算：H=2D；则有 解方程得：1.57D3+0.26D3=22 D==2.29m取2.4m H=2D=4.8 查表得封头高：=600+25=625mm;封头容积1.93m3（二）糖化车间1.生产能力的计算每生产1t食醋需糖化醪量：6每生产1t食醋需糖化醪体积（糖化醪密度1.05kg/L）：633/1.05=603L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： 17×0.603/0.8=12.糖化罐数量N2的确定，发酵周期8天： 现取公称容积50m3的糖化罐，底封头为椭圆形封头，实际容积为 N2==1.76（个） 现取公称容积50m3糖化罐3.主要尺寸计算（设上封头的容积与下封头相等）： 糖化罐罐体不能太高或太矮取H:D=1.5;H=1.5D； 则有 解方程得：1.18D3+0.26D3=59 D==3.43m取 H=1.5D=5.1m 查表得封头高：=850+50=900mm;封头容积5.60（三）酒精发酵车间1.生产能力的计算每生产1t食醋需糖化成熟醪体积：600L=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：17×0.6/0.85=122.酒精发酵罐数量N3的确定： 现取公称容积20m3的发酵罐，实际容积为 N2==4.36（个） 现取公称容积20m3发酵罐3.主要尺寸计算： H=2D；则有 解方程得： 1.57D3+0.26D3=59 D==2.29m取2.4m H=2D=4.8m 查表得封头高：=600+25=625mm;封头容积1.934.种子罐（1）种子罐容积和数量的确定V种=V总×10%=22×10%=2式中V总——为发酵罐的总容积m310%——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‘总为：V’总=V‘筒+2V’封；V‘总=0.785D2×2D+πD3×2/24=2.2算得D=1.06m取D=则H=2D=2.2查相应表得封头高H‘封=250+25=275罐体总高H‘罐=H‘筒+2H’封=2200+2×275=2750单个封头容量V’封=0.151圆筒容积V’筒=0.785D2×2D=1.57×1.13=2.09不计上封头容积V’有效=V‘筒+V’封=2.09+0.151=2校核种子罐总容积：V‘总=2V‘封+V’筒=2比需要的种子罐容积大，满足设计要求。（四）醋酸发酵车间1.生产能力的计算每生产1t食醋需酒精发酵成熟醪体积：641.7L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： 17×0.642/0.70=12.醋酸发酵罐数量N4的确定： 现取公称容积20m3的自吸式醋酸发酵罐，实际容积为22m N4==5.66（个） 现取公称容积20m3发酵罐6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：V醪=3124/1.01=3式中1.01——醋酸醪液密度实际产量验算：=3465m3富裕量为：=12%，能满足产量要求。3.主要尺寸的计算现按公称容积20m3V全=V筒+2V封=22H=2D；则有 V全=1.57D3+0.26D3=221.83D3=22D==2.29m取D=2.4H=2D=4.8查表得封头高：=600+25=625mm;封头容积1.93m3V’全=V筒+2V封=1.57D3+1.93×2 =25.56m4.冷却面积的计算 平均温差==30.43℃ 采用竖直列管换热器，取经验值k=4.18×500KJ/（m3.h.℃） 生产1t食醋每小时放出热量Q12 =4923.74KJ/（t.h） 对公称容积20m3=1.2m5.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罐=0.35×2.4=0.84m取 叶轮外径：d=D=0.8m 浆液长度：e==0.45m 交点圆径：φ==0.3m 叶轮高度：h==0.2m 挡水口径：φ2==0.56m导轮内径：φ3==1.2m 簧叶角：α=45° 间隙：δ=2mm 叶片厚：b=5mm 叶轮外缘高：h1=h+2b=0.201m 导轮外缘高：h2=h1+2b=0.202m6.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A3钢制作，以降低设备费用。7.壁厚计算（1）计算法确定发酵罐的壁厚S： S=式中 D——设备公称直径240cmP——设计压力，P=0.4MPa[σ]——A3钢许允应力[σ]=127MPa——焊缝系数0.5—1之间,取=0.7C——壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.8+2+0=2.8mm=0.28cm 带入数据得：S==0.82cm取10mm 查表知直径2.4m厚10mm筒高4.8m，每米高重596kg C筒=596×4.8=286（2）封头壁厚计算，标准椭圆封头的厚度计算公式如下：S= 式中 P=0.4MPa D=400cm [σ]=127MPa C=0.08+0.2+0.1=0.38cm=0.7 S==0.92cm 取10mm8.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：该罐实装醪量22×0.7=15.4m则物料体积流量Q==0.0086m3/s发酵醪流速取v=1m/s.则排料管截面积为：F物=Q/V=0.0086/1=0.0管径d=（F物/0.785）1/2=（0.0086/0.785）1/2=0.1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排料时间复合：物料流量Q=0.0086m3/s，流速v=1m管道截面积F=0.785×0.1252=0.0123m2，在相同流速下，流过物料因管径较原来结果大，则相应流速比为P==0.7（倍），排料时间t=30×0.7=21min9.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种=V总×10%=22×10%=2式中V总——为发酵罐的总容积m310%——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