正文(目录、设计说明书、致谢、参考文献、附录)

目录1绪论 11.1酒精概况 11.2酒精用途 11.2.1燃料酒精 11.2.2调制蒸馏酒 11.2.3医药化工发面的用途 21.2.4酒精工业的副产品 21.3研究背景 21.3.1世界酒精生产概况 21.3.2我国酒精生产概况 21.3.3酒精生产原料 31.3.4传统的酒精生产方法 41.3.5目前酒精生产存在主要问题 51.4课题的途径与任务 51.5设计内容 62工艺论证 62.1糖化工艺 62.1.1拌料 62.1.2糖化工艺 72.2发酵工艺 102.2.1酒母的培养 102.2.2冷却 112.2.3大罐发酵 122.3蒸馏工艺 142.3.1单塔蒸馏 142.3.2两塔蒸馏 152.3.3三塔流程 152.3.4多塔流程 152.3.5结论 153物料衡算 163.1全厂总物料衡算 163.1.1原料消耗计算 163.1.2蒸煮醪量计算 173.1.3糖化醪与发酵醪的计算 173.1.4热量计算 183.1.5成品与发酵醪量的计算 193.1.6总物料衡算结果 193.2蒸煮工段的物料和热量衡算 203.3糖化工段的物料和热量衡算 223.4发酵工段的物料和热量衡算 223.5蒸馏工段的物料和热量衡算 234设备计算 244.1拌料罐计算 244.2缓冲罐计算 254.3液化后熟器计算 264.4糖化调酸酵罐计算 264.5糖化柱计算 284.6发酵罐计算 284.6.1发酵罐数量的计算 284.6.2发酵罐主要尺寸计算 294.7糖化工段管径计算 305全厂布置的说明 325.1工厂总平面布置 325.1.1布置原则 325.1.2本设计全厂平面布置 335.2主车间布置设计 335.2.1布置设计的原则 335.2.2本设计的糖化车间布置说明 34致谢 35参考文献 36年产4万吨玉米原料酒精工厂设计PAGE24PAGE251绪论1.1酒精概况酒精化学名称是乙醇，分子式C2H5OH，相对分子量46.07。分析纯级无水乙醇是无色透明、易挥发、具有特殊芳香和强烈刺激味的易燃液体。相对密度0.7893（20℃）、沸点78.3℃、凝固点-117.3℃、闪点14℃、自燃点390～1.2酒精用途1.2.1燃料酒精酒精是一种新能源，其优势在于发酵酒精属于可再生能源。目前发酵法生产酒精的主要原料有：玉米、小麦、大麦、燕麦、水稻等谷物作物；甘薯、木薯、马铃薯等薯类作物；甘蔗、甜菜、高粱等糖料作物。随着粮食作物产量的提高，对以玉米为代表的新能源植物的利用已经进入良性循环状态，即用做饲料的玉米，先发酵制备酒精，作为燃料；其副产品（酒精酒糟）再加工成高蛋白饲料（DDGS），作为喂养猪、马、牛、鸡等优质饲料。我国为石油净进口国，酒精可以解决中国燃料的问题。如果酒精总产量能达到1200万吨以上，则可以代替大约20﹪的汽油，这对解决我国能源安全、顺畅更新陈化粮和建设优质饲料工程将起到重要作用。乙醇不仅是一种优良燃料，它还作为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用，其优良特性表现为：乙醇是燃油的增氧剂，使汽油增加内氧，燃烧充分，达到节能和环保的目的；乙醇具有极好的抗爆性能，调和辛烷值一般都在120以上，可有效提高汽油的抗爆指数（辛烷值）；乙醇还可以经济有效的降低芳烃、烯烃含量，即降低炼油厂的改造费用，达到新汽油标准。巴西、美国等国推行燃料乙醇的经验证明，燃料乙醇能给国家带来巨大的综合效益，如推动农业发展、维持粮价相对稳定、减少对一次能源的依赖、完善能源安全体系、节约外汇、增加就业、增加财政收入、改善燃油品质和大气环境质量等。1.2.2调制蒸馏酒以优质酒精为基础，以固态发酵白酒及其调香酒进行调配；或以酒精串香，使固体酒醅中香味成分在加热蒸馏过程中（气相中）充分混合溶解，或有效地提取酒精中残留的香味成分的方法生产新型白酒。合理利用酒精是提高白酒质量而不是降低质量，充分利用酒精以提高白酒质量主要体现在以下两个方面。⑴降低邪杂味。白酒固体发酵需要大量稻壳等填充料，由于开放式生产，易侵入大量杂菌，使酒中带有不同程度的邪杂味，干扰白酒中的香味及风格。酒的香味虽好，如有杂味混淆，会使酒质量下降。适量调配优质酒精，借以冲淡杂质，使酒味纯正香味突出。所以白酒生产合理利用酒精，不是降低质量而是提高质量，尤其是对中低档白酒效果尤为显著。⑵降低浑浊度。勾兑酒精酒体纯净，既卫生又安全，并且透明度高，冷冻、加冰、加水不浑浊。1.2.3医药化工发面的用途⑴酒精燃烧时呈淡蓝色的无烟火焰，并释放大量热量（29726kJ/kg）。利用这一点，大专院校及科研院所等的实验室以及餐饮业常用酒精灯、酒精喷灯、固体酒精块进行加热。酒精燃烧后对环境无不良影响，属绿色燃料。⑵酒精可与水以任意比例互溶，并释放热量。互溶后由于分子缔合，分子间形成氢键，使其体积呈收缩变化，收缩最大的互溶比例是H2O52mL:C2H5OH48mL，混合充分后体积变为96.3mL。⑶高浓度酒精吸水性很强，是供细胞生物学实验和研究使用的优良的固定剂和脱水剂；70﹪的酒精是对微生物菌体蛋白作用最强的凝固变性剂，是常用的理想的消毒、防腐、灭菌剂；与碘制成碘酊，是外伤、手术常用的抑制有害微生物繁殖的消毒剂。⑷酒精是生化制药中提纯酶制剂、DNA、RNA的有效沉淀剂。⑸酒精在重铬酸钾（K2CrO7）及浓硫酸（H2SO4）作用下，氧化生成乙酸（CH3COOH）。酒精企业化验室常根据这一原理检测蒸馏塔排出的废糟液中残存的酒精含量。有残留反应呈绿色，残留越多颜色越深。检测时用比色法比较快速准确。⑹酒精可做优良的防冻、降温介质，乙醇与水质量比为105:100时，混合液温度降至-30⑺酒精在化学工业上是生产乙醛、乙酸、乙醚、聚乙烯、乙二醇、合成橡胶、氯仿、染料、油漆、树脂及农药等的重要原料之一。⑻酒精是大规模发酵生产优质食用乙酸的最好原料[1]。1.2.4酒精工业的副产品大型酒精企业除主要生产酒精外，还有如下副产物：优质颗粒饲料DDGS（全价干酒精糟DistillersDriedwithSolubles）；优质食用级CO2，CO2是发酵酒精相伴生成的数量最大的副产物，高纯度食用级CO2除用做碳酸饮料外，还在气体保护焊接、药物萃取、制冷、温室生产等方面有很广的用途；玉米油，玉米胚芽油是优质保健食品；以玉米、小麦等为原料的大型酒精生产企业，还可以生产玉米淀粉、葡萄糖浆、果葡糖浆、玉米蛋白等；杂醇油是某些食用香料的主要原料。1.3研究背景1.3.1世界酒精生产概况目前全球酒精年产量约3394万吨（4.3×1010L），其中美国和巴西的酒精产量占全球总产量的66﹪。美国、巴西、中国、俄罗斯是世界酒精生产大国，1.3.2我国酒精生产概况据统计，2004年我国发酵酒精生产企业为457家，生产能力为517.74万千升(418.06万吨)。其中年产20万吨以上的企业5家，年产5万吨～20万吨的企业13家。2004年，酒精产量为287.73万千升(232.34万吨)，产能利用率为55.57﹪。以各种原料生产的酒精的百分比分别是：糖蜜酒精占11.35﹪，高梁酒精是13.35﹪，薯类酒精是22.89﹪，小麦酒精是2.11﹪，玉米酒精是50.30﹪。2005年我国酒精产量是297.26万吨。我国酒精行业，在发酵技术、蒸馏控制、糟液治理、综合利用水平方面都取得了长足进步，具备了整套大型装置的设计和制造能力。但与国际先进水平相比，尚有一定的差距。近几年由于国际石油价格的不断攀升以及我国推广使用燃料乙醇的原因，使酒精行业整体经济效益明显提高。1.3.3酒精生产原料A淀粉质原料我国发酵酒精的80﹪是用淀粉原料生产，其中以山芋干等薯类原料的约45﹪，玉米等谷物原料的约35﹪。在我国玉米又名玉蜀黍、苞谷、苞米、珍珠米、棒子、大黍等。在粮食中占有重要地位，曾是我国北方和西南山区及其他旱谷地区人民的主要粮食之一。由于玉米具有产量高、增产潜力大、适应性强、营养丰富、用途广泛等特点，因此提高玉米生产水平，对增产粮食和提供工业原料以及促进畜牧业的发展，都具有重要的意义，特别是近年来玉米产量的提高，对酒精工业的发展产生了重要的影响。根据玉米的组成，玉米作为酒精原料的优点是：⑴产量是谷物中比较高的，我国玉米栽培面积、亩产和总产量逐年增长，这对发展酒精产业是有利的条件。据资料报道，我国玉米总产1991年达到一亿吨，1999年总产量达1.2亿吨。占据世界第二位。⑵含有较高的淀粉量，并且蛋白质和脂肪的数量也很高，可以进行酒精、饲料、油料生产的综合加工。⑶近年研究成果表明，玉米淀粉适合于无蒸煮酒精生产工艺，有利于降低酒精生产的能耗。玉米作为酒精生产原料的缺点是如果进行高压蒸煮，它需要较高的压力，蒸汽消耗较多，但目前多采用高压喷射蒸煮，固这一问题也解决了。高粱又名红粱，其品种甚多，按外观分有白高粱、红高粱、黄高粱等；按品质分，有粘高粱和梗高粱。高粱胚乳内部，大部分为淀粉，表面包有一层由蛋白质和脂肪构成的胶粒层，另外也有少量脂肪和蛋白质等。淀粉颗粒呈多角形，中心有核点，最大的淀粉颗粒直径达30μm。高粱不是主要粮食，用它来生产酒精和各种白酒是可以的，但是它的产量不高，又含有单宁等有害物质，从长远角度来看它不能成为酒精生产的主要原料。在谷物原料中，除玉米高粱外，还有小麦、大麦、燕麦、黑麦，偶尔也有大米和小米。B薯类原料我国酒精工业的主要原料是甘薯（山芋），南方一些省份有用木薯生产酒精的，马铃薯仅在西北少数地区用作酒精原料。甘薯，北方俗称地瓜、红薯，南方称山芋、蕃薯。新鲜甘薯可以直接作酒精生产原料，但是，为了便于贮存，供工厂全年生产，一般都将鲜甘薯制成薯干。甘薯的主要成分是淀粉，此外，还含有3﹪的糊精、葡萄糖、蔗糖、果糖和微量的戊糖。蛋白质含量不多，其中三分之二为纯蛋白，三分之一为酰胺类化合物。此外，尚有少量脂肪、纤维素、灰分和树胶等。甘薯的缺点在于胶体、果胶质等粘性物质较多。醪液粘度较大，甲醇的生成量较多。木薯学名Manihot，是一种多年生植物，属大戟科。木薯广泛产于热带和亚热带地区的丘陵地带。该作物生长的适应性强，耐旱、耐瘠，在各种颜色的土壤中都能生长，是一种不与粮争地的有发展前途的酒精生产原料。我国木薯的主要产地是广东、广西、福建和台湾。木薯作为原料的缺点主要是含氢氰酸；种植面积分散在山区，收集运输较困难；生长期长，在一年以上；目前总产量尚少，不能全面供应酒精生产需要。近年来，我国开始大规模进口东南亚木薯生产酒精。全面分析木薯作为酒精原料的优缺点，由于它有加工性能良好，及不与粮争地的优点，已被世界公认为是一种有很大发展潜力的酒精生产再生资源。马铃薯俗称土豆，是一种生长期较短的农作物，原产于南美洲。它广泛地种植于世界各地。我国主要产区在东北、西北、内蒙古等地区。马铃薯有许多品种，分别适用于食用、饲料用和工业用。酒精工业用的马铃薯品种要求亩产高，淀粉含量高和耐贮藏等性能。其缺点主要是亩产低；在我国种植面积不如甘薯广；它的贮藏性能也比较差。C糖质原料常用的糖质原料有糖蜜、甘蔗和甜菜。糖质原料的可发酵性物质是糖分，酵母可以直接发酵，可以省去淀粉质原料所需的蒸煮、糖化和糖化剂的制备等工序。因此，其能耗和成本都比较低，是酒精发酵的理想原料。只是制糖和其他发酵工业都需要糖质原料，能用到酒精生产上的不太多，特别是我国制糖工业尚不够发达，糖质原料用于酒精生产的极为有限。D纤维质原料目前用于酒精生产的纤维素原料主要有农作物纤维下脚料，森林和木材工业下脚料，工厂纤维和半纤维素下脚料及城市废纤维垃圾。综上所述，谷物原料中以玉米为最佳酒精生产原料，其它谷物在正常和可能情况下不要采用。1.3.4传统的酒精生产方法传统的酒精工业的生产方法，主要有两种类型：利用酵母发酵农副产品生产酒精和利用石油原料化学合成酒精。化学合成法主要是利用石油裂解产生的乙烯或天然气为原料，经化学合成反应而制成酒精，分为间接水合法和直接水合法，间接水合法对设备腐蚀严重，酸消耗较多；直接水合法是乙烯和水蒸气在磷酸催化下，温度285～305℃，70个大气压下合成，对设备和材料的要求较高。与发酵法相比，化学合成法具有成本低，劳动生产率高和便于采用微机控制等优点，但合成的酒精往往存在一些异构化高级醇类，对人体有害，不宜作为食用和医用酒精，且一次性设备投资大。在我国，大多采用发酵法生产酒精。发酵法所采用的原料主要有淀粉质原料，糖蜜原料和工厂废液及纤维素原料。⑴淀粉质原料发酵酒精，该法是我国当前生产酒精的主要方法，它是利用玉米、薯干、木薯等含有淀粉的农副产品为主要原料，经蒸煮、糖化工艺将淀粉转化为葡萄糖，并进一步发酵生产酒精。在我国淀粉质原料(玉米、薯干、木薯)占酒精生产原料的80%。⑵糖蜜原料发酵生产酒精，该法是以制糖生产工艺排出的废糖蜜为原料，经稀释并添加营养盐，在微生物的作用下进一步发酵生产酒精。在我国废糖蜜原料占酒精生产原料的20%。⑶亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精，造纸原料经亚硫酸盐液蒸煮后，废液中含有六碳糖，这部分糖在酵母作用下可以发酵生产酒精，主要是工业酒精。⑷纤维质原料制造酒精，农林植物原料及其副产物含有丰富的纤维素和半纤维素。纤维素是一种高分子化合物，是聚合的吡喃式葡萄糖；半纤维素成分中的一部分是多缩己糖，它们用酸水解后，可以分解变成单糖，然后经酵母发酵而生成酒精。1.3.5目前酒精生产存在主要问题随着国民经济的进一步发展，整个社会对酒精的需要量会有所增长，但是，酒精最大的需量是作为汽油的代用品，即作燃料。当前酒精生产普遍存在以下五方面的问题：⑴发酵酒精的成本过高，国际市场上酒精的价格要比石油贵一倍，如果成本不降到与石油相近，则很难与石油燃料竞争。⑵生产过程中能耗过大，尤其是蒸煮和酒精回收过程中能耗特别高。以玉米原料为例，生产1L酒精，能耗约14235～18840kJ，而每1L酒精的燃烧热值约为⑶生产酒精的原料受到土地和水资源的限制。对于土地较少的国家来说更是如此，我国亦是如此。酒精与民争粮、争地的情况不解决，要大发展是不可能的。⑷酒糟处理问题是当前酒精生产面临的又一严重问题。每生产1t酒精要产生12～15t左右的酒糟。一般酒糟的BOD值在25000～35000mg/L之间。如果不经处理就排入自然界，那将产生极为严重的污染。酒精废糟由于量大，加工处理技术没有过关，目前已经成了轻工各行业中第二个大污染源。⑸酒精发酵的强度问题。发酵强度愈大，同样发酵罐容积生产的酒精就多。一旦酒精成为燃料，则其产量要增加几倍，几十倍，建新厂的投资就很大，运转过程中的经费也大。如果能将发酵强度提高几倍、几十倍，那么，发酵车间的投资将大为减少，最终将有力降低成本。综上所述，当今我国酒精行业面临的最大课题是原料、成本、污染等三大问题。1.4课题的途径与任务传统的酒精生产工艺包括原料预处理、高温蒸煮、糖化、发酵、蒸馏等工序。最初原料不经粉碎直接蒸煮，能耗很高，现在基本被先粉碎后蒸煮工艺所取代。高温蒸煮的主要缺点是：能耗较高，造成淀粉过度分解成不发酵性糖和其他杂质，造成淀粉损失，从而降低了淀粉的出酒率。为了降低高温蒸煮的能耗，提高工厂效益，本课题采用喷射液化工艺。利用喷射液化器将蒸汽直接喷射到淀粉乳薄层，以在短时间内达到要求温度，完成淀粉的糊化、液化过程。应用此法液化效果好，蛋白质类杂质凝聚结合在一起，使液化醪粘度小，流动性好，便于下一步糖化工序。由于喷射液化技术的应用，α-高温淀粉酶和优质糖化酶的使用，使玉米浆较充分完成糖化，淀粉转为可发酵性糖，快速发酵，提高生产效率。本工艺采用的是双酶法连续液化、糖化工艺：即加入耐高温α—淀粉酶，经中温喷射蒸煮连续液化1h，再真空冷却连续糖化。选用耐高温活性干酵母半连续培养，从而省去传统酵母扩培对糖液的灭菌过程，从而节约了水、电、汽等能耗；提高设备利用率，提高生产能力，使酒精生产负荷调整更加灵活；弥补在水、电、汽供应不正常的情况影响酒精生产的严重缺陷；随时可以作新菌种补充，省去培菌室投资，减少培菌室人员和菌种管理程序，简化操作工序，提高劳动效率。糖化完毕，进行间歇发酵，发酵期间，通过螺旋板换热器进行罐外冷却。这样不但可以灵活控制发酵温度，还将节约大部分冷却用水，从而降低生产成本。蒸馏工艺采用醪塔→排醛塔→精馏塔三塔流程，其中醛塔为负压工作，与精馏塔实现差压蒸馏，精馏塔塔底高温余馏水经汽液分离器分离后，二次蒸汽用作醛塔的加热热源，进而实现节能降耗。本工艺的优点：液化糖化实现连续生产，大大提高设备的利用率；发酵罐外冷却，将节约大量冷却用水；差压蒸馏工序中减少蒸汽用量，降低生产成本。本工艺的缺点：为保证生产的连续性，须配置系列备用设备，将加大投资成本。1.5设计内容⑴根据要求，制定合理的工艺流程，并完成全流程的物料平衡、热量平衡计算，进行设备配平，完成主体设备设计和定型设备选型。⑵完成图纸设计：带控制点工艺流程图（2张）、糖化与发酵主体设备总装图（2张）、制糖车间平立面布置图（2张）、制糖车间配管图（2张）。2工艺论证2.1糖化工艺蒸煮（液化）糖化的目的是将淀粉变成可发酵性的糖。目前国内外酒精厂的蒸煮（液化）糖化的工艺路线主要有以下几种：传统的蒸煮糖化工艺、中温（低温）蒸煮糖化工艺、双酶法液化糖化工艺。2.1.1拌料浆料浓度按对发酵成熟醪含酒精量高低的要求而定，但同时得考虑到糟液的治理，一般地讲，发酵醪液越稀，生产1t酒精排放的废糟就越多，处理酒糟使用的设备、投资就越大，从这方面来看，醪液越浓，对酒糟废液的处理就投资越小越有利。但是对酒母的生长环境而言，醪液太浓，对酒母的生长是不利的，因此，浆料的浓度确定应以能保证酒母正常发酵，糖分充分利用时，醪液越浓对生产越有利。综合上述选则拌浆料水比为1:3[2]。粉浆拌料水一般为后工段的废热水（冷凝器用过的冷却水），从利用热能角度来看，温度越高越好，但温度过高会使醪液粘度急剧增加并出现结团现象，造成拌料不均匀而出现夹生和输送困难。同时，60℃为巴氏灭菌温度，在此温度下可杀死原料中带有的杂菌。因此，粉浆拌料温度选择拌料用水可以通过以下几个方面的来源控制水温为60⑴酒糟离心液的回流[3]。⑵蒸发浓缩工段的二次蒸汽冷凝液。⑶精馏塔底部余馏水。⑷成品冷却器用后的冷却水。⑸补充少量的工艺水。此外，在拌料过程中应尽量减少还原糖的生成，以减少高温蒸煮时糖分的损失。2.1.2糖化工艺酵母不能直接利用淀粉，故发酵前要经过蒸煮（液化）、糖化工艺，使淀粉转变为可发酵性糖，以便于酵母发酵利用。A蒸煮（液化）蒸煮（液化）主要是使淀粉分解，其工艺有间歇蒸煮、罐式连续蒸煮、管道式连续蒸煮、柱式连续蒸煮。a间歇蒸煮间歇蒸煮其工艺是：原料进入拌料罐，加温水拌料，拌匀后用泵打入蒸煮锅，通入直接蒸汽，将醪液加热到预定压力和温度，保持一段时间进行蒸煮。在此期间内要放二到三次泛气，以促使锅内醪液的上下翻动，进而保证加热均匀。蒸煮完毕，打开醪液阀将蒸煮醪压入糖化锅。间歇蒸煮的优点在于设备简单，操作方便，投资也较少，适宜于生产规模较小的酒精厂。与连续蒸煮相比，间歇蒸煮存在以下一系列的缺点：⑴蒸汽消耗量大，而且需要量不均匀，造成锅炉操作的困难和煤耗的增加。⑵辅助操作时间长，设备利用率低。⑶蒸煮质量较差，出酒率也较低。⑷难以实行自动化。因此，大中型的工厂都不采用此法。b罐式连续蒸煮该工艺主要特点是将原有的间歇蒸煮所用的罐串联起来，并增加原料粉碎、拌料预煮、醪液输送往复泵和汽液分离器等设备。其这一特点，它比较容易上马，特别适用于老厂技术改造，因此，在我国许多中小型酒精厂得到了广泛的应用。c管道式连续蒸煮该工艺包括拌料混合，管道预煮，管道蒸煮和汽液分离几个部分。粉料进入拌料罐，加入温水，拌匀后利用二次蒸汽加热到50℃，再进入管道预煮器，即一段套管式加热器，在这里，粉浆可以加热到75～85℃（利用二次蒸汽）。这一温度已经超过原料糊化温度，但是由于往复泵的出口压力大，还是可以克服粘度造成的阻力，顺利的将醪液送往加热器。预煮醪进入加热器（直接蒸汽加热到168～170℃），再进入管道蒸煮器（由垂直和水平的管子组成），该工艺的生产能力，金属消耗，出酒率等方面均比间歇蒸煮远为优越。但是其对原料粉碎的要求高，电耗要高，还有其产生的二次蒸汽数量大。d柱式连续蒸煮柱式连续蒸煮是一种介于罐式连续蒸煮和管道连续蒸煮之间的工艺流程，具有广泛的适应性和良好的生产参数指标。其工艺特点是拌料后醪液在加热器直接蒸汽热到100～140℃，通过缓冲器后，进入后熟器（液化柱）。醪液后熟器出来后，切线进入汽液分离器，分离得到二次蒸汽预煮或其他目的。蒸煮醪排除送去糖化车间。B糖化糖化过程包括以下操作：蒸煮醪冷却至糖化温度；加入糖化剂，使蒸煮醪糖化，物料的巴氏灭菌；糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送去发酵或酒母车间。a间歇糖化工艺间歇糖化有很多不同的操作方法，我国酒精厂最常用的是：在糖化锅内放入一部分水，使水面达搅拌浆叶，然后放入蒸煮醪，边搅拌，边开冷却水冷却。蒸煮醪放完并冷却到61～62℃时，加入糖化剂，搅拌均匀后，静止进行糖化30min，再开冷却水和搅拌器，将糖化醪冷却到糖化过程的周转期与冷却水的温度有很大关系，如果说冷却水温为10℃时，要冷却30min，水温是20℃时要冷却b连续糖化工艺根据蒸煮醪冷却（前冷却）和糖化醪液冷却（后冷却）的方法不同，可将连续糖化工艺分成：混合冷却连续糖化，真空冷却连续糖化和二级真空冷却连续糖化[4]。⑴混合冷却连续糖化，该工艺的特点是将蒸煮醪冷却和糖化两个工序仍放在糖化锅中进行，而将糖化醪的冷却交给喷淋冷却或套管冷却设备去完成。该操作是：将制备好的一锅糖化醪，在开动搅拌器和开大冷却水的前提下，连续从后熟器或汽液分离器送入蒸煮醪，糖化剂不断的从贮罐中定量的加入。糖化醪则以锅底醪管经往复泵送往喷淋冷却器，冷却到30⑵真空冷却连续糖化，该工艺的特点是蒸煮醪在进入糖化锅前，在真空蒸发器内瞬时冷却至60℃。真空蒸发冷却的原理是：102℃的蒸煮醪在压力只有17.3～18.7×103真空蒸发器中产生的二次蒸汽进入混合冷凝器，被自上而下的冷却水冷凝，并一起从大气腿排出。混合冷凝器中残留的不凝结气体则用真空泵或蒸汽喷射泵除去，从而保证真空蒸发器和混合冷凝器中必要真空度。其优点是：真空冷却方法对淀粉糊化醪的质量有益，因为在瞬间冷却时，淀粉来不及重新形成晶点，仍然保持着流动状态，很容易接受酶的作用。此外，冷却是在封闭的空间进行的，空气中杂菌的污染率降低。真空冷却排除大量的二次蒸汽，这对甲醇的排除也有好处的。⑶二级真空冷却，该工艺特点是不仅前糖化，而且糖化醪从60℃糖化冷却到发酵温度由于第二级真空冷却需要的真空度很高，对设备的要求高，能耗也大，所以该工艺在我国没有得到应用。⑷双液流糖化工艺该工艺是将蒸煮醪分成相同容量的两部分，一部分醪液用的糖化剂量是总量的三分之二，另一部分则是三分之一。前一部分糖化醪送往第一只发酵罐（首罐），后一部分糖化醪则送往第二只发酵罐。由于第一部分糖化醪中糖化剂的用量超过常规用量的一倍，在单位时间内积累的葡萄糖量增加，酵母的增殖和发酵较为强烈，这对整个发酵罐组都会产生好的影响。当首罐的醪液流入第二罐时，由于另一部分糖化醪的加入，醪液总体的含糖化剂量恢复正常，即和一次性将全部糖化剂加到全部蒸煮醪液中一样。综上所述，本工艺选择双酶法连续液化、糖化工艺：即加入耐高温α—淀粉酶，经中温喷射蒸煮连续液化1h，再真空冷却连续糖化。拌料罐按8U/g原料加入耐高温α—淀粉酶，按40～70mg/kg的量加入CaCl2（Ca2＋对酶具有保护作用，能提高酶的耐热性），通过调节工艺水和酒糟离心液（呈酸性）及冷凝液等比例，控制醪液pH6～7左右，水温60℃左右；然后经泵送入喷射蒸煮器中直接蒸汽喷射液化，温度为喷射蒸煮器是一种传热效率很高的直接接触式传热设备。蒸汽高速的从喷射器喷嘴喷出，进入喷射器接受室，并把喷射器前的压力介质物料浆吸走。工作流体的势能或热能转变为动能，一部分传给引射流体浆料；混合流体在沿喷射器流动的过程中速度渐渐均衡，于是混合流体的动能相反的转变为势能或热能[5]。其优点是：蒸汽的热量在瞬间传给料浆，本身立即冷凝并快速向液相分散，消除了一般蒸汽加热较容易发生的“气锤”和“振动”现象。蒸汽的潜热和显热都得以利用，传热效率可达100﹪。因此，对于相同的加热要求，这种专用加热器的蒸汽用量少，是一种高效节能的加热设备，同时它还具备结构轻巧、控制精度高、操作运行平稳等。从喷射蒸煮器出来的蒸煮醪，再进入后熟器进一步液化50～60min；醪液进入汽液分离器（室内被真空泵抽成真空状态），90℃醪液在17.3～18.7×103Pa的真空空间中，瞬时绝热蒸发，产生大量的蒸汽，醪液的温度立即降到经过真空冷却的蒸煮醪，被送入糖化罐，在糖化罐中加入H2SO4调节pH4.5左右，糖化酶通过流量计按120U/g加入。醪液然后在糖化柱内连续糖化，时间为45min左右，糖化结束。2.2发酵工艺酒精发酵作用是酵母把可发酵性糖，经过细胞内酒化酶的作用生成酒精与二氧化碳，再经过细胞膜将这些产物排出体外。在发酵过程中发生着十分复杂的生物化学变化，除了酵母把糖变为酒精外，同时糖化醪中的淀粉和糊精继续被糖化酶水解，进行后糖化作用，生成可发酵性的糖。而醪液中的蛋白质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，合成酵母菌体细胞[6]。2.2.1酒母的培养我国传统酒精发酵是首先在实验室中培养酒母，酒母经过多级扩大培养，最后到大酒母罐；大酒母罐中的酒母作为发酵的种子。A传统酒母培养a实验室培养其流程为：原菌→斜面试管→液体试管→三角瓶培养→卡氏罐。这一阶段的培养，是扩大酒母种子的开始。希望在这一阶段得到细胞健壮，没有杂菌的酵母。因此，无菌条件要求较严，酵母培养基的营养成分要求也高。b扩大培养其流程为：卡氏罐→小酒母罐→大酒母罐→成熟酒母送发酵罐。其方法为可分为间歇培养、半连续培养和连续培养。间歇培养：此法分一级菌种扩培罐培养和二级酒母扩培罐培养；两个阶段进行。先将糖化醪泵入小酒母罐中，接入相应数量的卡氏罐酵母菌种、通入无菌空气，使酒母与醪液充分混合均匀，使溶解氧量增加，以供酵母增殖用。温度控制在28～30℃进行培养，待醪液糖分降低40﹪～45﹪（通过外观糖测定），酒精浓度升至3.5﹪（体积）左右，液面出现大量CO2汽泡时，即培养成熟。将成熟小酒母接入已装有糖化醪的大酒母罐中，同样在28～30℃进行培养，待大酒母罐中糖分消耗45﹪～50﹪，液面产生大量CO2汽泡时，酒母培养成熟，送往发酵罐使用[7]。半连续培养：半连续培养也叫分割培养法，根据实际操作过程又分为小酒母分割法和大酒母分割法两种。小酒母分割法：将大三角瓶酒母接入小酒母罐，待培养成熟，将2∕3的小酒母醪送入大酒母罐作菌种，进行大酒母培养。大酒母培养成熟后，全部酒母醪送往发酵车间，小酒母罐中留下的酒母醪作下一批小酒母的种子（代替大三角瓶或卡氏罐酵母种）补入新鲜酒母糖化醪，进行培养。如此反复，不仅可以省去大三角瓶酒母制备，而且可以缩短小酒母培养时间。大酒母分割法：大酒母培养成熟后，检查酒母质量优秀，特别是无杂菌污染，则可以将4∕5的酒母成熟醪送往发酵车间。其他的作下一批大酒母的菌种，补入新鲜酒母糖化醪，培养成熟后，再视情况进行分割或全部送去发酵车间。连续培养：酵母连续培养是按顺流方式，在一只或几只顺次连接的罐中进行。它为连续发酵准备了种子扩培的必要条件。酵母糖化醪连续加入首罐，同时添加酵母种液。酵母糖化醪沿罐组流动，酵母不断的增殖，当醪液从酵母罐或酵母罐组最后一罐流出时，已是成熟的生产用酵母菌种，应及时送往发酵罐。综上所述，选择耐高温活性干酵母半连续培养。在酒精生产中耐高温活性干酵母有以下诸多优越性:⑴糖液直接由糖化罐泵入，省去传统酵母扩培对糖液的灭菌过程，从而节约了水、电、汽等能耗。⑵可将主发酵期间控制温度提高2～4⑶使用方便、灵活，随时可以作新菌种补充，省去培菌室投资，减少培菌室人员和菌种管理程序，简化操作工序，提高劳动效率。⑷因其具有真空包装、能长期保存、使用方便等特点，可弥补在水、电、汽供应不正常的情况影响酒精生产的严重缺陷。⑸耐高温。主发酵温度可达42℃，耐乙醇可达13﹪（体积）⑹pH在3.6左右，可正常发酵，抑制杂菌繁殖，降低发酵损失。⑺发酵速度快，发酵周期缩短，提高设备利用率，提高生产能力，使酒精生产负荷调整更加灵活。干酵母在投入大生产之前，一般都得先活化酵母。采用复水活化法，复水活化液可以是自来水、白糖水或稀释糖化醪。考虑到能够接近于大生产，降低成本，使活化干酵母快速适应大生产，采用稀释糖化醪作复水活化液，增加一次对活性干酵母的驯化，可增强其底物适应性。具体操作如下：将糖化醪泵入酵母罐中，加工艺水稀释，使其糖度为8～10Bx，这样将低了复水活化液的渗透压，有利于酵母活化并迅速繁殖。控制温度在38～40℃，投入干酵母，然后让其自然冷却，活化时间为1h，其目的是防止酵母细胞老化，发酵力损失，同时减少杂菌对活化液污染的机会。然后将酵母罐内活化完毕的酵母液，分割50﹪加入第一只发酵罐，余下的酵母液作为种子，继续接入新鲜糖化醪，酵母增殖成熟后，又分割50﹪加入第二只发酵罐，依次类推。但考虑到酵母的老化，一般持续分割4～5次，然后重新活化酵母。2.2.2冷却糖化醪以及后面所提及的发酵醪都需要通过换热设备降温，而实现控温。换热设备主要有蛇管冷却器、喷淋冷却器、列管式冷却器、薄板换热器、螺旋板换热器，目前前三种因为耗冷凝水量大、不方便清洗等诸多原因，基本上不使用。受厂家青睐的是后面两种换热器。A薄板换热器其主要有以下优点：⑴高效换热。板片的特殊波纹结构，使得流体在板间流动时能不断改变流动方向和速度，形成剧烈的湍流，传热系数可达6000W/(m2·℃)。⑵结构紧凑。单位体积设备提供的换热面积大，每立方米体积可具有250m2⑶质量轻。一般不需要特殊地基，并且现场拆装时也不用占额外的空间。⑷操作灵活性大。可进行分段操作和集中操作，只需要在适当位置设中间隔板，便可以使一台设备顶几台设备用，而且可以根据换热需要变化调节板片数以增减换热面积。⑸可靠耐用。薄板换热器密封垫利用双密封结构并设有安全区和信号孔，从而避免了介质串液的可能。⑹容易清洗。可以很方便的拆开直接进行机械清洗，同时由于板面光洁程度高，换热流体湍动程度大，使物流难以结垢。⑺通用性强，节能经济。适用于各类流体，不需要保温层，可大大降低总投资费用。B螺旋板换热器螺旋板换热器是一种新型传热效率很高的换热设备。其主要优点有：⑴传热效率高。流体在螺旋板间流动时，由于离心力的作用以及定距离柱引起的干扰作用，可在较低Re下即产生湍流，允许流速可达2m⑵不易堵塞。由于介质流动是单一通道，而它的允许速度可比其他类型的换热器高，流体中的悬浮物不易沉积。⑶由于流道长，并可采用全逆流操作，则两流体的对数平均温度差就大，有利于传热，便于控制温度和利用低温热源。⑷结构紧凑，制造方便。单位体积的使用面积为列管式的数倍，可节约金属材料。造价较低。综上，考虑螺旋板换热器造价较低，故选择螺旋板换热器。2.2.3大罐发酵大罐发酵工艺主要有间歇发酵、半连续发酵和连续发酵三种方式。A间歇发酵间歇发酵又称分批发酵，其过程是将制备好的糖化醪加到发酵罐中接入酵母菌后，便进入发酵期。根据发酵过程，将其分为发酵前期、发酵中期及发酵后期，发酵结束后，排出发酵成熟醪去蒸馏车间蒸馏，排空后发酵罐进行清洗、进行下一次发酵。这样，由于上一发酵过程与下一发酵过程就有一个间隔，所以称为间歇发酵。a一次加满法发酵罐经清洗、灭菌冷却到30℃左右后，加入糖化醪和酵母菌种，混合均匀，经65～72h该法的特点是操作工序简单明了（操作简捷），易于管理。存在的问题是酵母菌种的用量较大。b分次添加法该法的操作是：先输入发酵罐容积1∕3的糖化醪，同时接入10﹪的酵母菌进行发酵，这段时间主要是酵母的扩培，每隔3～6h再加第二次、第三次糖化醪，直至加到发酵罐容积的90﹪以上为止[8]。该法发酵启动后要加强管理，添加糖化醪时间不要太长（超过8～10h），也不宜太短。最好使酵母菌增殖发酵、糖化同步，然后及时补充糖化醪。间隔时间太短，酵母菌扩培数上不去；间隔时间超过8h容易造成发酵程度不均一。c连续添加法生产开始时先将规定数量的酵母醪打入发酵罐，同时连续添加糖化醪。糖化醪一般应控制在6～8h内加满一个发酵罐。此法流加速度过快，则会造成发酵醪中酵母细胞密度低，不易造成酵母群体优势，杂菌污染有可能发生；流加过慢，则延长满罐时间，造成可发酵性物质的损失。d分割主发酵醪法将处于主发酵期的1﹟发酵罐，分出1∕3～1∕2发酵醪给2﹟发酵罐，然后将这两个发酵罐均加满糖化醪。待两个发酵罐都处于主发酵期时，使1﹟发酵罐继续发酵，直至发酵成熟；2﹟发酵罐则重复1﹟发酵罐的分割方法操作，依此类推。此法要求环境卫生好，无菌要求高，否则一罐染菌，其后皆染菌。B半连续发酵[9]半连续发酵是指在主发酵期间采用连续发酵，而后发酵则采用间歇发酵的方式。在半连续发酵中，由于醪液的流加方式不同，又可以分为以下两种方法：⑴将一组数个发酵罐连接起来，使前三个罐（1﹟、2﹟、3﹟）保持连续发酵状态。开始投产时，在1﹟罐接入酵母后，使该罐始终处于主发酵状态，连续流加糖化醪。待1﹟罐加满后流入2﹟罐，此时可分别向1﹟、2﹟罐流加糖化醪，并保持两罐始终处于主发酵状态。待2﹟罐流加满后，自然流入3﹟罐。待3﹟罐流加满后，流入4﹟罐。待4﹟罐流加满后，则由3﹟罐改流至5﹟罐，5﹟罐满后，改流至6﹟罐，依此类推。4﹟、5﹟罐发酵结束后，送去蒸馏。⑵第二种方法是由7～8个罐组成一组罐，各罐用管道从上部通入下一罐底部相串联。投产时，先制备1∕3体积的酵母醪，加入第1只发酵罐，随后在保持主发酵状态下，流加糖化醪，待第2罐醪液加至1∕3容积时，糖化醪转达至第2罐，第2罐加满后，流入第3罐，然后重复第2罐操作，直至末罐。最后从首罐至末罐逐个将发酵成熟醪送去蒸馏。该工艺省去了酵母的扩培，但要求卫生好，无菌要求高。C连续发酵连续发酵过程中，糖化醪液不断流加更新，发酵成熟醪不断排出，对每个容器来讲，醪液的浓度、酒精含量、pH、温度等因素是一定的。这样，酵母由于适应稳定外界的环境，其发酵能力加强，发酵率也相应提高，整个生产过程连续化，操作方便，生产管理稳定，大大减轻了劳动力，为实现自动控制提供了有利条件，同时提高了发酵设备利用率。其工艺特点是罐首尾相连，酵母醪和糖化醪一起流入第1只发酵罐，充满后，发酵醪沿溢流管流入第2只发酵罐，然后第3只……，如此充满整个发酵罐组，成熟发酵醪则从最后一只发酵罐流出，送去发酵[10]。该工艺有如下优点：⑴提高了设备利用率。连续发酵减少了洗刷、杀菌等非生产性时间，还消除了间歇发酵时不可避免的前发酵期，所以设备利用率大大提高。⑵提高了淀粉利用率。连续发酵对杂菌污染的控制严格，酸度增加少；发酵醪处于流动状态，促进了酵母与醪液的均匀接触，并有利于CO2的排出，酵母发酵活力提高。上述原因都会导致出酒率提高。⑶省去了酒母工段。连续发酵十多天或是更长时间才需要更换一次酵母，而间歇发酵一天就要培养好几批酵母。⑷便于实现自动控制。⑸但该工艺的控制较为困难，对杂菌的污染控制尤为重要，决定着发酵的成败。综上所述，考虑到规模不是很大，故采取一次加满法间歇发酵工艺。操作工序简单明了（操作简捷），易于管理。其工艺为：发酵罐清洗、灭菌后冷却至30℃左右，一次性加入糖化醪，然后按10﹪比例接种酵母，并通入压缩空气，使其混合均匀，进行65～72h的发酵。发酵期间，通过螺旋板换热器进行罐外冷却，控制发酵温度在28～32℃（酵母的最适繁殖温度为28℃2.3蒸馏工艺发酵成熟醪是一个复杂的多组分混合液。它含有水（82～90﹪，W），干物质（3～7﹪，W），酒精及混在其中的挥发性杂质（6～10﹪，V或5～8﹪，W）。发酵醪总是含有一定数量的二氧化碳。直接取自发酵罐中含有二氧化碳量达每升1～1.5g，在用泵将发酵醪送往蒸馏车间途中，35～45％的二氧化碳已经散失，发酵醪的正常酸度为2.5度，pH在4～蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性的不同而将各组分分离，酒精蒸馏便是将酒精和其他所有的挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来，蒸馏的结果是得到粗酒精，进一步除去粗酒精中的杂质，提高酒精浓度，则需精馏。2.3.1单塔蒸馏用一个塔从发酵成熟醪中分离制备酒精成品的过程，称为单塔蒸馏，它适用于浓度要求不高的工厂，一般国外生产浓度为88％（V）的粗酒精时常常用单塔蒸馏流程。我国酒精工厂一般都不采用这种工艺流程。2.3.2两塔蒸馏若利用单塔蒸馏制造浓度为95％（V）的酒精成品，则塔的塔板数数量很大，结果造成塔身过高，相应的厂房建筑也要很高。这种单塔所得的酒糟数量很大，但其中固形物较少，对酒糟的综合利用和处理也不方便，为此，人们将酒精的蒸馏和精馏两个过程分别在两个塔内进行，这样就产生了粗馏塔（粗塔、醪塔）和精馏塔组成的双塔蒸馏工艺流程。粗馏塔的作用是将酒精和挥发性杂质及一部分水从成熟发酵醪中分离出来，并排除由固形物、不挥发性杂质及大部分水组成的酒糟。精馏塔的作用是使酒精增浓和除杂，最后得到符合规格的成品酒精，并排除废水。分为气相进塔和液相进塔两种形式。目前，我国许多酒精厂为了降低蒸馏车间的高度，往往采取将精馏塔的精馏段安排在提馏段的同一水平上，回流采用泵强制进行。为了提高酒精质量，再在精馏段上部加上10～25块塔板，相当于将一个后馏塔加在原来精馏塔的上部，以起到提高排除甲醇等杂质效果的作用。两塔流程的主要缺点是成品酒精的质量不够高，无法生产优质的高纯度精馏酒精或食用级酒精。2.3.3三塔流程两塔流程不能从根本上解决成品酒精质量不高的缺陷，而三塔流程却能很好解决这个问题。常规的三塔流程：醪塔→排醛塔→精馏塔。排醛塔的作用是排除醛酯类头级杂质，由于排醛塔的排除头级杂质是在酒精浓度较低的时候进行的，醛酯类头级杂质的精馏系数较大，比精塔顶部分离杂质的效果好，另外由于进入精塔的脱醛酒已经含有很少头级杂质，所以成品酒精液层的酒精水蒸气中头级杂质已经相应降低，成品酒精的质量当然就相应提高。另外还有一种三塔流程是：醪塔→精馏塔→脱甲醇塔。2.3.4多塔流程在三塔或两塔流程的基础上，根据特殊要求，可以增添具有专门功能的附加塔，从而构成四塔、五塔乃至六塔流程[11]。2.3.5结论综上所述，本设计工艺采用：醪塔→排醛塔→精馏塔三塔流程。发酵醪液先经醛塔塔顶酒精蒸汽一级预热，然后再经醪塔塔底高温酒糟废液进行二级预热。这样不但可以提高醪液的入塔温度，还可以充分利用醛塔酒精蒸汽的热能，减少冷凝水的耗量，从而实现节能降耗。直接通入蒸汽加热，醪塔的酒精蒸汽通过气相过塔，进入醛塔，醛塔在负压下工作，用二次蒸汽对其进行加热。对醛塔酒精蒸汽进行冷凝回流，并取出部分醛酒。为了更好的分离杂醇油，在醛塔内进行酒精溶液的稀释，以增加杂醇油的精馏系数。醛塔酒精溶液通过液相过塔，进入精馏塔。精馏塔采用直接蒸汽加热，塔顶蒸汽经冷凝回流，并取出部分工业酒精，成品酒精从塔中上部取出。塔底高温余馏水经汽液分离器分离后，二次蒸汽用作醛塔的加热热源。所得高温水用作醛塔酒精稀释用水。3物料衡算3.1全厂总物料衡算主要计算内容有原料消耗的计算，中间产品的计算，成品及副产品的计算。基础数据如下：生产规模40000吨∕年生产方法以玉米为原料，双酶连续蒸煮糖化，间歇发酵，三塔蒸馏副产品次级酒精（成品酒精的3﹪）、杂醇油（成品酒精的0.6﹪）酶用量耐高温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成熟发酵醪酒精含量12﹪（V）酒母接种量糖化醪的10﹪发酵罐酒精捕集器用水发酵成熟醪的5﹪发酵罐洗罐水发酵成熟醪的2﹪生产过程中淀粉总损失率9﹪蒸馏效率98﹪全年生产天数300天3.1.1原料消耗计算以生产95﹪（V）成品酒精1000玉米淀粉原料生产酒精的总化学反应为（C6H10O5）n＋nH2O→nC6H12O6→2nC2H5OH＋2nCO2162181809288⑴生产10001000×（162∕92）＝1761.0kg⑵生产95﹪（V）成品酒精1000kg消耗淀粉量乙醇含量95﹪（V），相当于92.41﹪（W）故需1761.0×92.41﹪＝1627.3kg其中淀粉损失率为故淀粉总量为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耐高温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养基补充氮源，用量为7kg/吨酒精7×1＝7kg⑺硫酸耗量用于调酸5kg5×1＝5kg⑻糖化酶[12]（100000U∕mL）耗量2709.6×1000×120/100000=3.25kg3.1.2蒸煮醪量计算⑴粉料加水比为1:3，故粉浆量为2709.6×（1＋3）＝10838.4⑵玉米干物质含量B0＝86﹪其比热容C0＝4.18×(1－0.7B0)＝4.18×(1－0.7×0.86)＝1.66[kJ∕(kg·k)]⑶粉浆干物质浓度B1＝86﹪÷（1＋3）＝21.5﹪⑷蒸煮醪比热容C1＝B1×C0＋(1－B1)×Cw＝21.5﹪×1.66＋(1－21.5﹪)×4.18＝3.64[kJ∕(kg·k)]式中Cw——水的比热容4.18[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。⑸蒸煮过程蒸煮醪量0.3MPa蒸汽焓值为2737.2kJ∕k，饱和蒸汽温度为14310838.4×3.64×（85—60）＝W×[2737.2＋4.18×(145－85)]所以有蒸煮量＝＋kg经真空冷却器后最终蒸煮醪液量＝kg式中2356为60℃饱和蒸汽汽化潜热（3.1.3糖化醪与发酵醪的计算设发酵结束后成熟醪量含酒精12﹪（V），相当于9.64﹪（W）。蒸馏效率为98﹪，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水为成熟发酵醪的5﹪，洗灌水为成熟发酵醪量的2﹪，则生产1000kg95﹪（V）成品酒精有关计算如下：⑴需蒸煮的成熟发酵醪量（1000×92.41﹪∕98﹪×9.64﹪）×（1＋5﹪＋2﹪）＝10466.5kg⑵不计酒精捕集器和洗灌水，则成熟发酵醪量为10466.5÷（1＋5﹪＋2﹪）＝9782⑶入蒸煮塔的成熟发酵醪乙醇浓度1000×92.41﹪∕98﹪×10466.5＝9.01﹪（W）⑷相应发酵过程放出CO2总量(1000×92.41﹪∕98﹪)×(44∕46)＝902kg⑸接种量按10﹪计，则酒母醪为[(9782＋902)∕(1＋10﹪)]×10﹪＝971.3kg⑹糖化醪量(9782＋902)∕(1＋10﹪)＋971.3×70﹪＝10393kg3.1.4热量计算设醪液进醪温度90℃，塔底排醪温度110℃，成熟发酵醪固形物含量为B塔顶上升蒸汽浓度取50﹪（V）即47.18﹪（W），则塔顶上升蒸汽为kg则残液为kg根据计算发酵醪比热的经验公式：将B1﹪＝5﹪带入公式则有成熟醪的比热为[kJ∕(kg·k)]成熟发酵醪带入的热量为kJ残留液的固形物浓度﹪则得残留液得比热:[kJ∕(kg·k)]塔底残留液带走得热量为kJ50﹪（V）酒精蒸汽的焓可以查表得i＝1919kJ∕kg则上升的蒸汽带走的热量为kJ设塔底引入加热蒸汽为0.5MPa（表压），相应的焓值为I＝2694.2kJ∕kg根据热量衡算式计算加热蒸汽耗量为若取蒸馏过程热损耗q2为加热蒸汽供热量的1﹪，则可计算加热蒸汽耗量为kg采用直接蒸汽加热时塔底排除废糟量为kg3.1.5成品与发酵醪量的计算⑴次级酒精（占成品酒精3﹪）每生产1000kg酒精得次级酒精1000×3﹪＝30kg⑵食用酒精产量每生产1000kg酒精得食用酒精1000－30＝970kg⑶杂醇油产量（占酒精产量的0.6﹪）则杂醇油为1000×0.6﹪＝6kg3.1.6总物料衡算结果对每生产1000kg95%(V)浓度成品酒精的总物料衡算已经得出结果，现根据年产40000t成品酒精为基础，全年生产天数为日产酒精：40000÷300＝134t因为酒精为连续生产，因此每小时需产酒精：134000÷24＝5584则年产40000t酒精厂每小时需要的原料和生产的成品以及各种制品如下成品酒精: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蒸煮粉浆量：10838.4×5.58＝60479需蒸煮的成熟发酵醪量为：10466.5×5.58＝58403糖化醪量：10393×5.58＝57993酒母醪量：971.3×5.58＝5420蒸煮过程蒸煮醪量：11169×5.58＝62323经冷却器冷却至糖化温度蒸煮醪量：10824×5.58＝60398杂醇油量：6×5.58＝33.5二氧化碳量：957×5.58＝5340废醪量：10190×5.58＝56860全厂总物料衡算结果如表一表一40000吨／年玉米原料酒精物料衡算表物料生产100095﹪(v)酒精kg每小时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蒸煮粉浆10838.4604791452435600成熟蒸煮醪10905608501460438120糖化醪10393579931392417550酒母醪971.3542013039024蒸馏发酵醪10466.5584031402420502杂醇油633.50.804241.2二氧化碳9575340128.238448废醪10190568601364.64093923.2蒸煮工段的物料和热量衡算粉碎后的玉米粉投入拌料罐与生产过程回收的温水混合，控制水温为65℃，拌料罐为分批操作，为了保证连续蒸煮的进行，设两只拌料罐每30min轮换使用一次。根据前面计算每小时投料15119kg，故每罐每小时投料G＝7560kg，按加水比1设原料混合温度t0=25℃，玉米干物质含量为[kJ∕(kg·k)]原料加水比为1:3时，拌料罐热量衡算：用水量kg解得℃蒸煮粉浆干物质浓度：﹪每小时加热蒸汽耗量（0.3MPa表压）：式中蒸煮醪比热容[kJ∕(kg·k)]0.3MPa蒸汽焓kg/h每小时蒸煮醪量为粉浆量＋蒸汽冷凝量kg此刻蒸煮醪浓度﹪其比热[kJ∕(kg·k)]醪液经汽液分离器后，释放的二次蒸汽量为kg/h离开分离器的蒸煮醪量为kg/h汇总得：⑴进入蒸煮工段物料粉碎原料（玉米粉）：15119k拌料水：45372k加热蒸汽（0.3MPa表压）：2283k⑵离开系统二次蒸汽：332k成熟蒸煮醪：60518k3.3糖化工段的物料和热量衡算耐高温α-淀粉酶（20000U∕ml）：kg/h糖化酶（100000U∕ml）：kg/h尿素（根据经验数据7kg/吨酒精）：硫酸（根据经验数据5kg/吨酒精）：糖化醪量为：进罐糖化醪＋酒母醪＝kg/h糖化补充水为：kg/h此刻固形物浓度：﹪其对应的比热：[kJ∕(kg·k)]设连续糖化结束，醪液温度为59℃，现取温度为20kg/h3.4发酵工段的物料和热量衡算根据前面计算进入发酵罐的发酵液（包括酒母）：kg/h这样蒸馏发酵醪数量（包括酒精捕集器回收稀酒和洗罐水）：kg/h待蒸馏成熟发酵液浓度为：﹪在发酵过程中消耗糖变成酒精，每小时要生成5581×0.95＝5302kg酒精，以葡萄糖为碳源酵母发酵每生成1Kg酒精放出的热量为1170kJkJ/h取发酵工段冷却循环水水温为20℃，终温为30kg/h酒精捕集器用水：kg/h洗罐水：kg/h二氧化碳：kg/h设固形物浓度为5﹪则有成熟发酵液比热容为：[kJ∕(kg·k)]3.5蒸馏工段的物料和热量衡算设醪液进醪温度90℃，塔底排醪温度为110℃，成熟发酵醪固形物含量为B1﹪＝5﹪，塔顶上升蒸汽浓度取50﹪（V）即kg/h成熟发酵醪带入的热量为kJ/h则残液为kg/h残留液的固形物浓度﹪则得残留液得比热:[kJ∕(kg·k)]塔底残留液带走得热量为kJ/h50﹪（V）酒精蒸汽的焓可以查表得i＝1919kJ∕kg则上升的蒸汽带走的热量为kJ/h设塔底引入加热蒸汽为0.5MPa（表压），相应的焓值为I＝2694.2kJ∕kg根据热量衡算式计算加热蒸汽耗量为若取蒸馏过程热损耗q2为加热蒸汽供热量的1﹪，则可计算加热蒸汽耗量为kg/h采用直接蒸汽加热时塔底排除废糟量为kg/h4设备计算4.1拌料罐计算两只拌料罐每30min轮换使用一次。根据前面计算每小时投料15119kg，故每罐每小时投料G＝7560kg，按加水比1:3，故拌料罐应容纳粉浆量W=30238m3取装罐系数为0.8，故m3径高比取1:2，采用锥底，锥底高取0.1D。计算内径解得m现取D为2.8m3实际装罐系数为4.2缓冲罐计算根据计算，蒸煮粉浆为60479kg/h，现在取醪液在罐内得停留时间为10min，则有m3，取装罐系数为0.8，故有：m3，封头折边忽略不计，以方便计算。现设计为椭圆封头、锥底。锥底高度取0.14D，椭圆封头直边高度ha取50mm，曲面高度hb取解得m验算全容积：m34.3液化后熟器计算根据前面计算，蒸煮粉浆为60479kg/式中V——蒸煮醪液量（m3/h）T——进入后熟器时间（h），取1hV1——后熟器的容积（m3）N——后熟器和汽液分离器的数目，取5个Ф——汽液分离器填充系数，取0.5根据，可得m3径高比取1:4，现设计为椭圆封头，椭圆封头直边高度ha取50mm，曲面高度hb取解得m4.4糖化调酸酵罐计算根据前面计算，成熟发酵醪60518kg/h，现在取醪液在罐内得停留时间为10minm3取装料系数为0.8，则有：m3，现设计调酸罐m3，取高径比为2，并采用锥底，锥底高取0.1D。计算内径解得m现取D为2mm3实际装罐系数为罐材选用A3钢，罐壁厚度根据刚度要求计算式中D——调酸罐内径2C——壁厚附加量C1——钢板负偏差，取0.8C2——腐蚀附加量，取2mm因糖化调酸罐主要作用是混合，故搅拌速度一般为100r/min，现设计六弯叶涡轮搅拌器：搅拌器叶径m叶宽m弧长m底距m盘径m叶弦长m叶距m弯叶板厚δmm搅拌功率式中NP——在湍流搅拌状态时值为常数4.7n——搅拌转速n=90r/min=1.5r/sD——搅拌器直径D=0.6ρ——醪液密度取ρ=1050kg代入上式W现取NP=1.5kW。挡板计算设计全挡板，则有式中W——挡板宽度Z——挡板数D——罐径取W=0.1D，得Z=6块其中挡板与罐壁之间的距离为，取m。4.5糖化柱计算根据前面计算，成熟蒸煮醪为60850kg/式中V——成熟蒸煮醪液量（m3/h）T——糖化时间（h），取45min，0.75hV1——糖化柱的容积（m3）N——糖化柱的数目，取3个根据，可得m3径高比取1:3，现设计为椭圆封头，椭圆封头直边高度ha取50mm，曲面高度hb取解得m4.6发酵罐计算4.6.1发酵罐数量的计算采用间歇发酵工艺，现设计发酵罐为500m3，填充系数取0.8，发酵时间为72h，取发酵周期为78h（其中包括发酵罐的清洗，进罐等辅助时间）[V——每天进入发酵工段的醪液体积（m3/天）T——每只发酵罐的工作周期V/——每只发酵罐的有效容积只4.6.2发酵罐主要尺寸计算，封头折边忽略不计，以方便计算。现设计为椭圆封头、锥底。高径比取2，锥底高度取0.14D，椭圆封头直边高度ha取50mm，曲面高度hb取D/4解得m验算全容积m3实际装罐系数为罐材选用A3钢，罐壁厚度根据刚度要求计算式中D——发酵罐内径6.6C——壁厚附加量mmC1——钢板负偏差，取0.8C2——腐蚀附加量，取2mm接管直径[14]：设计2h排空，流速V取1.5m/smm取d=225设计进罐6h，流速V取1mm3/s带入V＝1m/s，得d=0.154m4.7糖化工段管径计算式中d——管道直径（mm）Q——流体流量（m3/h）V——流体流速（m/s）玉米粉管径：kg/m3mm取d=50硫酸管径：kg/h98﹪硫酸密度为1.84g/cm3mm取d=10蒸汽管径：kg/hm/s蒸汽密度取1.3kg/m3m3/hmm取d=150蒸煮粉浆泵出入口管径：泵入口流速V取1.5m/s，出口流速V取1.5mm取d=125mm取d=100喷射液化器管径：醪液密度取1040kg/m3取d=65二氧化碳管径：取d=100工艺水管径：考虑洗罐水，取d=300循环水管径：取d=350酵母管径：取解得取d=100mm酶罐管径：取d=80表二设备一览表序号设备名称数量规格与型号材料备注1拌料罐2公称容积36.7m3，ФA3钢非标设备2缓冲罐1公称容积1.3m3，ФA3钢非标设备3液化后熟器4公称容积12.8m3，ФA3钢非标设备4汽液分离器1公称容积12.8m3，ФA3钢专业设备5混合罐1公称容积13.4m3，ФA3钢非标设备6糖化柱3公称容积14.5m3，ФA3钢非标设备7发酵罐13公称容积507m3，ФA3钢非标设备8暂贮罐1公称容积507m3，ФA3钢非标设备5全厂布置的说明5.1工厂总平面布置工厂总体平面布置的任务是根据工厂建筑群的组成内容及使用功能要求，结合厂址条件及有关技术要求，协调研究建筑物及各项设施之间的相互空间和平面关系，正确处理建筑物、交通运输、管路管线、绿化区域等布置问题，充分利用地形，节约场地，使所建工厂形成布局合理、协调一致、生产井然有序，并与四周建筑群相互协调的有机整体[15]。5.1.1布置原则⑴全厂各车间和建筑物、构筑物之间的物料流向要符合生产过程，按照工艺流程的顺序布置，原料、半成品和成品的输送距离应该是最短的，同时也要符合各种规范所规定的间距要求。不允许来回往返，物料管道不能互相交叉。需要原料进入的车间，应靠近原料仓库和运输线，生产成品的车间应靠近成品库。一般原料进厂和产品出厂要分开。⑵考虑主导风向，取风口，烟囱，产生粉尘的车间等的布置要综合考虑，如粉尘车间和烟囱要布置在下风向，取风口要布置在上风口，同时要考虑其周围的环境。⑶辅助车间一般应考虑：锅炉房应与燃料场靠近，并位于下风向位置。锅炉房附近不准设有易燃易爆的车间和仓库。机修车间一般布置在工厂的边缘，并位于工厂的下风向，尽可