高浓度淀粉酒精发酵车间的设计毕业论文.doc

《高浓度淀粉酒精发酵车间的设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高浓度淀粉酒精发酵车间的设计毕业论文.doc（28页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、26目 录摘要(1)前言(2)正文 (3)1 选题背景(3)1.1课题来源(3)1.2课题目的及意义(3)2 方案论证(3)2.1各种原料及蒸煮糖化发酵方案的比较(3)2.2设计方案(4)3 物料衡算(4)3.1物料衡算的内容(4)3.2工艺技术指标及基础数据(4)3.3原料消耗的计算(5)3.4蒸煮醪量的计算(6)3.5糖化醪与发酵醪量的计算(7)3.6成品与废醪量的计算(8)3.750000吨/年医用酒精厂总物料计算(10)3.8物料衡算表(10)4 热量衡算与水衡算(11)4.1 蒸煮工段加热蒸汽消耗量(11)4.2蒸煮工段加热蒸汽消耗量(11)4.3发酵过程冷却用水(12)4.4酒精捕

2、集器用水(12)4.5洗罐用水量(13)4.6 热量衡算与水衡算表 (13)5主要设备的计算与设计(13)5.1粉浆罐和预煮罐的计算(13)5.2加热器的计算(14)5.3连续蒸煮器的计算(15)5.4后熟器的计算(15)5.5汽液分离器的计算(16)5.6真空冷却器的计算(17)5.7糖化罐的计算(17)5.8 喷淋冷却器的计算(18)5.9发酵罐的计算(18)5.10酵母活化罐的计算(22)5.11主要设备一览表(22)6 小结(23)致谢(24)参考文献(25) 年产5万吨医用酒精的高浓度淀粉酒精发酵车间的设计学 生：吴定泽 指导教师：龚美珍（三峡大学化学与生命科学学院）摘要：酒精在人们

3、日常生活以及科学研究等诸多领域都有很广泛的应用。世界酒精行业以及我国酒精行业都呈现快速发展趋势，产量逐年递增。发酵法生产酒精的能力将成为一个国家经济实力的标志。发酵法主要是利用微生物无氧发酵，将含糖物质如，甘蔗，甘薯，玉米等物质内的糖类转化为乙醇，生成酒精。此法原料来源丰富，生产过程环保，值得大力推广。本设计对酒精生产的发酵车间进行了计算和设备选型，力求理论和实践相结合。关键词：酒精；发酵法；发酵车间With an annual output of 50000tons of medical alcohol of high concentration starch alcohol ferment

4、ation workshop designStudent:dingze Wu Tutor:meizhen Gong (College of , University, Hubei Yichang) Abstract：Alcohol has very extensive application in a great deal of fields such as peoples daily life and scientific research. The trades and alcohol trades of our country have fast development trends o

5、n earth in the world. The output is increased progressively year by year. The ability for producing alcohol of the fermented law will become the sign of a national economic strength. The fermented law is mainly to utilize microorganism to have no oxygen to ferment, it suck candy material like,sugarc

6、ane, sweet potato, carbohydrate in the material such as the maize are turned into ethanol, turn into alcohol. This law raw material sources are abundant , the environmental protection of the production process, is worth popularizing in a more cost-effective manner. Originally design the fermented wo

7、rkshop produced to alcohol to calculate with the selecting type of the apparatus , strive to make the theory combine with practice.Keywords:Alcohol;Fermented law;Fermented workshop前言 酒精作为食品、医用以及化工原料，一直是我国发酵行业的主要产品，用微生物发酵生产酒精的历史悠久，此外，随着人民的环保意识不断加强，被誉为可再生绿色能源燃料的酒精，由于其燃烧污染小、容易运输和贮藏在价格上也可以与汽油相竞争，因此，酒精最有

8、可能成为取代石油的新能源，具有巨大的开发前景。1据统计,全世界每年的石油消耗量为200亿桶,比发现的石油多50亿桶，石油不断减少，全球的消耗量却不断增加，尤其我国最近几年经济快速发展，石油消耗也快速增加，并且中国充满爆发力的石油需求一直被视为近两年来国际油价大涨的关键因素。目前中国已取代日本成为全球第二大石油消耗国（仅次于美国），预估10年内中国的石油需求将从目前的每日600万桶膨胀近一倍至1150万桶。十年前中国进口石油占整体石油需求的比例才6%，现在已经提高到三分之一，到2020年预期将有60%的石油都必须来自进口。石油燃烧带来许多环境问题，其燃烧产物为硫化物和氮化物，硫氧化物对人体的危害

9、主要是刺激人的呼吸系统，吸入后诱发慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水肿和肺心性疾病，如果大气中同时有颗粒物质存在，颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物、可以进入肺的深部，就会大大地加大危害程度，石油燃烧产生的氮的氧化物和硫的氧化物在高空中为雨雪冲刷，溶解，雨成为了酸雨，这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和氨离子，会严重污染土壤以及水体，造成生态的失衡，与此同时，石油消耗大量增加，也增加了我国石油安全系数。而燃料酒精正可以缓解这些问题，因为酒精生产技术人类已经非常娴熟，人类的文明史就是酒精的发展史，自从有了人类文明便有了酿酒技术。酒精发酵是指在无氧条件下，微生物（如酵母菌）分解葡萄糖等有机物，产生酒精

10、、二氧化碳等不彻底氧化产物,同时释放出少量能量的过程，在生产过程中需要大量的生物技术，比如：需要基因工程得到即能提高生产酒精效率又可以用纤维素作为原料而生产酒精的酵母菌，用酶工程生产可直接将纤维素转化为酒精的人造酶等等。高浓度酒精发酵是指提高单位体积内发酵醪液中的淀粉含量，在适量的酿酒酵母菌作用下，在一定的时间内力求得到最多的发酵终产物 酒精。高浓度发酵有以下优点：单位设备的生产率提高，降低能耗。2发酵法生产酒精原料主要有淀粉质原料，糖蜜原料和亚硫酸盐造纸废液等。而淀粉质原料甘薯和木薯等薯类原料含淀粉量高，木薯的块根淀粉含量达25-30左右，木薯干淀粉含量达70左右，是被誉为“淀粉之王”3。薯

11、干加工性能良好，是一种有很大发展潜力的酒精生产再生资源，将其应用到发酵酒精工业，具有广阔的发展前景。正文 选题背景1.1 课题来源 本课题为08届毕业生的毕业设计（论文）课题，来源于三峡大学化学与生命科学院生物工程系。1.2 课题目的及意义 开展本课题的目的及意义在于学习和掌握酒精生产糖化发酵车间的设计方法，增强实践能力。2 方案论证2.1 各种原料及蒸煮糖化发酵方案的比较9 2.1.1 原料的选择 我国甘薯种植广泛，产量大，价格低，木薯和马铃薯的种植面积都不大，此外谷物类原料是人民生活的主要粮食，一般情况下少用或不用，而且，甘薯作为原料具有加工方便、出酒率高等特点，因此它是原料中使用最广泛的

12、一种原料，一般用的都是甘薯干。2.1.2 连续蒸煮与间歇蒸煮的分析比较 间歇蒸煮：蒸汽消耗量大，设备利用率低，但是设备简单，容易掌握，投资少。 连续蒸煮：淀粉利用率高，热能利用率高，设备利用率高，劳动生产率高，但是投资较大。2.1.3 连续糖化与间歇糖化的分析比较 间歇糖化：每次都要装料、进料和清洗等的非生产时间，后冷时间长，因而设备利用率低；冷水用量大，电力消耗大；糖化醪的后冷却是在敞开空间进行，增加染菌机会。 连续糖化：各项工艺管理实现了自动控制或集中操作，减少了劳动力，降低了劳动强度改善了劳动条件；消除每次都要装料、进料和清洗等的非生产时间，又大大缩短了后冷时间，因而设备利用率得到提高；

13、由于冷却效率的提高和冷却时间的缩短，可节约冷水用量，相应地也节约电力；糖化醪的后冷却是在密闭空间流动，一面糖化，一面冷却，可以减少染菌机会。2.1.4 间歇发酵与连续发酵的分析比较 间歇发酵：指全部发酵过程始终在同一个发酵罐内进行的发酵方式。其优点是操作简单，易于管理，不会大面积感染杂菌。缺点是酒母用量大，非生产性时间长，设备利用率低。 连续发酵：指把发酵的不同阶段的分别放入发酵罐内进行发酵的方式。由于糖液是一直连续不断地流加，故每个发酵罐内的流量、醪液浓度、酒精浓度、酵母细胞数以及温度、pH值等均相应稳定，有利于酵母的生长繁殖。优点是可以提高设备利用率，节省酒母，便于自动化控制，缺点是对无菌

14、条件要求严格。2.2 设计方案综上所述，设计可以采用薯干为原料，采用柱式连续蒸煮糖化（双酶糖化）、间歇发酵的方法生产医用酒精；由于传统酒精生产中自培酒母，过程繁杂，容易染菌，影响生产，所以本方案采用活性干酵母可以克服上述弊端。2.2.1 工艺流程及控制条件10 本设计采用柱式连续蒸煮糖化方法。其中蒸煮柱采用柱式连续蒸煮长圆筒形蒸煮柱，蒸煮时仅在粉浆加热器通入蒸汽，先后通过三个蒸煮柱，两个后熟器，后进入气液分离器及真空冷却器，从真空冷却器出来后进入糖化罐，糖化醪进行后冷却后送往发酵罐。3 物料衡算103.1 物料衡算的内容 衡算内容包括薯干，高温淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，蒸煮醪，糖化醪，发酵醪，废

15、醪，成品，副产品，杂醇油，二氧化碳等。3.2 工艺技术指标及基础数据 产品规格：95%医用酒精；全年生产天数：280天/年 生产方法：以薯干为原料，双酶糖化，连续蒸煮，间歇发酵 副 产 品：次级酒精（成品酒精的3%）；杂醇油（成品酒精的0.6%） 原 料：薯干（含淀粉68%，水分12%） 酶 用 量：高温淀粉酶（20,000U/mL）；10U/g原料 糖化酶（100,000U/mL）：150U/g原料（糖化醪）；300U/g原料（酵母醪） 硫酸铵用量：7kg/t酒精 蒸煮醪粉料加水比：1：2.5 发酵成熟醪酒精含量：11%（V），蒸馏效率为98% 发酵罐洗罐用水：发酵成熟醪的2% 生产过程淀粉

16、总损失率：9%3.3 原料消耗的计算3.3.1 淀粉原料生产酒精的总化学反应式：糖化： （C6H10O5）n + nH2O nC6H12O6 162 18 180发酵： C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 180 92 883.3.2 生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量：3.3.3 生产1000kg医用酒精的理论淀粉消耗量:医用酒精的乙醇含量为95%（体积分数），相当于92.41%（质量分数），故理论上须淀粉量为：3.3.4 淀粉总损失率为9%，故生产1000kg医用酒精实际淀粉消耗量为： 3.3.5 生产1000kg医用酒精薯干原料消耗量：据基础数据给出，薯干原料含淀粉68%

17、，故1000kg酒精耗薯干量为：3.3.6 生产1000kg医用酒精高温淀粉酶消耗量：应用酶活力为20000U/mL的高温淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗量，高温淀粉酶用量按10u/g原料计算，生产1000kg医用酒精高温淀粉酶用量为：3.3.7 生产1000kg医用酒精糖化酶耗用量：所用糖化酶的活力为100000u/mL，使用量为150u/g原料，则生产1000kg医用酒精糖化酶消耗量为：3.3.8 生产1000kg医用酒精硫酸氨用量：硫酸氨用于酵母增值，补充氮源，则生产1000kg医用酒精硫酸氨用量为：3.3.9 生产1000kg医用酒精活性干酵母用量：采用耐高温高活性干酵母，用

18、量为原料量的0.05%，则生产1000kg医用酒精活性干酵母用量为：3.3.10 生产1000kg医用酒精活性干酵母复水活化2%蔗糖水用量：活性干酵母复水活化方法采用糖水复水活化，用25倍量38-40的2%蔗糖水复水，15min后将温度降至34以下（30-34）活化1h-3h，即可投入发酵罐，则生产1000kg医用酒精糖水用量：3.4 蒸煮醪量的计算3.4 .1 粉浆量的计算：淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1：2.5，粉浆量为：蒸煮过程：粉浆混合后在预煮罐中加热到t1=65，后经加热器用0.5Mpa表压直接蒸汽加热到t2=135，然后陆续通过三个蒸煮柱和两个后熟器，再经气液分离器，最后经真空冷

19、却器将温度降至t3=63。 第一后熟器压力为表压0.20Mpa 第二后熟器压力为表压0.15Mpa 汽液分离器压力为表压0.02Mpa3.4 .2 蒸煮醪比热： 粉浆干物质浓度为：蒸煮醪比热容为： 式中 水的比热容kJ/(kgK) 淀粉质原料干物质的比热，取1.25kJ/（kgK） 假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维持不便。3.4 .3 经直接蒸汽加热后蒸煮醪量为：蒸汽用量=1011.0（kg）蒸煮醪量=式中 2756.7加热蒸汽（0.5Mpa表压）的焓(kJ/kg)3.4 .3 经第一后熟器后蒸煮醪量为：二次蒸汽量=蒸煮醪量=式中 133.6表压0.20Mpa对应的饱和温度 2163.713

20、3.6下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)3.4 .4 经第二后熟器后蒸煮醪量为：二次蒸汽量=蒸煮醪量=式中 127.4表压0.15Mpa对应的饱和温度 2181.4127.4下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)3.4 .5 经汽液分离器后蒸煮醪量为：二次蒸汽量=蒸煮醪量=式中 104.8表压0.02Mpa对应的饱和温度 2243.9104.8下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)3.4 .6 经真空冷却器后蒸煮醪量为：蒸汽冷凝量=蒸煮醪量=式中 2351.0真空冷却温度为63下的饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)3.5 糖化醪与发酵醪量的计算 发酵结束后成熟醪含酒精11%（v），相当于8.83%（w）

21、，蒸馏效率为98%，酒精捕集器回收酒精用水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和2%。3.5.1 蒸馏发酵醪量为：3.5.2 不计酒精捕集器回收酒精用水和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：3.5.3 入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度（w）为：3.5.4 相应发酵过程放出CO2总量为：3.5.5 活性干酵母及复活糖水总量为1.3（251）kg，则糖化醪量：3.6 成品与废醪量的计算4.6.1 次级酒精产量：次级酒精量占成品酒精的3%，则生产1000kg成品酒精可得次品酒精量为：3.6.2 95%（v）医用酒精产量：每生产1000kg酒精，医用酒精产量为： 3.6.3 杂醇油产量：杂醇油量为成品酒精量的0.6%，则生

22、产1000kg成品酒精可得杂醇油量为：3.6.4 废醪量的计算： 废醪量是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分以及其他挥发组分后的残留液，由于是使用直接蒸汽加热，所以还需加上入塔的加热蒸汽冷凝水。醪塔的物料和热量蘅算如图所示：醪塔 V1 Q3=V1I F1 Q1=F1C1t1 D1 Q5= Q4+ D1Cwt2 Q2=D1I1 Wx+ D1 设进塔的醪液（F1）的温度t1=70，排除废醪的温度t2=105，成熟醪固形物浓度为B1=7.5%，塔顶上升蒸汽冷凝后液体的乙醇浓度55%（体积分数）即47.18%（质量分数）。则：3.6.4.1 醪塔上升蒸汽量为：3.6.4.2 残留液量为：3.6

23、.4.3 成熟醪比热容为：3.6.4.4 成熟醪带入的热量为：3.6.4.5 蒸馏残液固形物浓度为：此计算是间接加热，故没有蒸汽冷凝水的工艺。3.6.4.6 蒸馏残液的比热容为:3.6.4.7 塔底残留液带出热量为：查得55%（v）酒精蒸汽焓为I=1965kJ/kg。3.6.4.8 上升蒸汽带出热量为： 塔底采用0.05Mpa（表压）蒸汽加热，焓为2693.4kJ/kg;又蒸馏过程热损失Qn可取为传热总热量的1%。根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为：若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：3.7 50000吨/年医用酒精厂总物料计算3.7.1 酒精成品的计算：3.7.1.1 日产95%（v）医用

24、酒精为：3.7.1.2 日产次级酒精为： 3.7.1.3 日产酒精总量为：3.7.1.4 年产95%（v）医用酒精量为：3.7.1.5 次级酒精量为：3.7.1.6 酒精成品总产量为：3.7.2 主要原料甘薯干用量3.7.2.1 日消耗量：3.7.2.2 年消耗量：3.8 物料衡算表根据以上数据，结合设计年产量为50000吨，全年生产280天的条件，可得以下物料衡算表。表一：50000吨/年淀粉原料酒精厂物料衡算表生产1000kg医用酒精物料量（kg）每年数量(t)每天数量(t)每小时数量(kg)医用酒精97050000178.67440.5次级酒精3015405.5229.2薯干2629.7

25、135555.8484.120172.0高温淀粉酶1314.9mL67778.4L242.1L10.1L糖化酶3944.6mL203610.8L727.2L30.3L硫酸氨7360.81.353.7蒸煮粉浆9204.0474433.01694.470600.1成熟蒸煮醪9147.0471494.81683.970162.9糖化醪11547.2595216.52125.888573.9蒸馏发酵醪11426.5588994.82103.687650.0杂醇油630.90.14.6二氧化碳90246494.8166.16920.8废醪11561.4595948.52128.488682.8活性干酵母

26、1.367.00.210.02%蔗糖水32.51675.36.0249.34 热量衡算与水衡算104.1 蒸煮工段加热蒸汽消耗量：式中 每小时处理粉浆量 蒸煮醪比热容 加热（0.5Mpa表压）蒸汽焓(kJ/kg)4.2 糖化醪后冷却用水量： 加入的糖化酶液及糖化补充水总量（25）：这时糖化醪浓度：糖化醪比热：糖化醪温度：冷却水初、终温度分别为20、35，则冷却水耗量：4.3 因为每小时生成酒精（7440.5229.2）92.41%=7087.6kg，每生成1kg酒精放出的热量为1170KJ左右，则发酵过程冷却用水：式中 发酵生物反应热kJ/(kg.K) 水的比热容kJ/(kg.K) 27冷却水

27、出口温度（） 20冷却水进口温度（）4.4 酒精捕集器用水：式中 蒸馏发酵醪量(kg/h) 5%酒精捕集器回收酒精洗水占成熟发酵醪量的比例 2%发酵罐洗罐用水占成熟发酵醪的比例4.5 洗罐用水量：4.6 热量衡算与水衡算表表二：热量衡算与水衡算表每小时消耗量（kg/h）每天消耗量（t/h）蒸煮工段加热蒸汽消耗量7754.3186.1糖化醪后冷却用水量130699.53136.8发酵过程冷却用水283407.16801.8酒精捕集器用水4095.892.3洗罐用水量819.219.75 主要设备的计算与设计5.1 粉浆罐和预煮罐的计算10由物料衡算可知粉浆罐的生产能力为70600.1kg/h,取

28、粉浆密度为1080kg/m3 ，并且假设密度在整个生产过程中不变，则粉浆罐的生产能力为：取逗留时间为0.5h，填充系数为0.85，则粉浆罐体积为：取高径比为1:1，锥底夹角为120计算其轮廓尺寸，粉浆罐内径为：取直径和高均为3.6m，锥底夹角为120，全容积为：预煮罐的逗留时间为0.5h，填充系数为0.85，取高径比为1:1，则预煮罐的体积与粉浆罐的体积相等。5.2 加热器的计算105.2.1 有效加热段的计算：根据物料和热量衡算的结果，在加热器每小时消耗蒸汽7754.3 kg/h，被加热粉浆量为70600.1kg/h,加热后粉浆总量为：体积流量：取粉浆流速为0.1m/s,则粉浆的流道截面积为

29、：经试选，可选用中间管为529mm10mm，内管为45mm4mm的无缝钢管，则两管间环形的截面积为：即试选管径恰当。设粉浆在有效加热段的停留时间为15s，则有效加热段的长度为：5.2.2 计算外管直径D： 外管的直径D按照外管与中间管的环形面积和内管截面积相等的原则计算。即：经查表，可选用630mm10mm的无缝钢管。5.2.3 小孔直径及个数： 加热蒸汽量前面已经算出为7754.3 kg/h，查饱和水蒸气表知0.5Mpa（表压）压力下蒸汽密度为3.104kg/m3,则加热蒸汽的体积为：取小孔直径为5mm，小孔中蒸汽喷出速度为20m/s,则小孔数为n： 按小孔在内管和中管的开孔数目相等的原则，

30、即：5.3 连续蒸煮器的计算10 取三只柱串联，每只柱有效容积为：式中T1蒸煮时间取高径比20:1先估计柱内径：选用820mm10mm无缝钢管，每柱长H为16m，根据标准选用封头，现采用夹角为120锥形封头，容积为：每只柱总体积为：装料系数以百分之百计，则实际蒸煮时间为：5.4 后熟器的计算10 采用两只相同的后熟器，粉浆在后熟器内停留总时间T2为60min，装料系数取80%，第一后熟器内维持0.20Mpa（表压），第二后熟器内维持0.15Mpa（表压）。由3.4及物料衡算可知，后熟器二次蒸汽释放量为：每只后熟器的总容积为：取高径比5:1先估计内径：取内径2.3m，高取11.5m，封头取夹角为

31、120锥形，其容积为：每只后熟器全容积为：实际后熟时间为：5.5 汽液分离器的计算10 由物料衡算可知，二次蒸汽释放总量为：为了提高分离效果，保证分离空间，取装料系数为50%；高径比取2:1，蒸煮醪停留时间T3为20min，则气液分离器的容积：气液分离器直径为：D=则高为6.2m。5.6 真空冷却器的计算10 由物料衡算的真空冷却器内产生的二次蒸汽量为：63对应的真空度为77kpa(579mmHg)，蒸汽密度为0.149kg/m3，则二次蒸汽的体积流量为：为防止过高的气体流速导致雾沫夹带造成醪液损失，取二次蒸汽上升速度为1m/s,则真空冷却器的直径D：取高径比为1.5:1，则冷却器圆柱部分高H

32、：体积为：取醪液在下降管速度为1m/s,则醪液下降管的直径D：冷却器内排除的蒸煮醪量可以选用的无缝钢管。醪液下降管的长度L:选用L=8m。5.7 糖化罐的计算10 根据物料衡算得糖化醪量G为88573.9kg/h，醪在糖化罐中停留时间t为30min，用两只填充系数为75%的糖化罐，则每只糖化罐的全容积为：高径比取1.2:1，锥底高h为0.1D，糖化罐各部分尺寸为：5.8 喷淋冷却器的计算由物料衡算表得，每小时糖化醪量为88573.9kg，体积流量为：W=设管内糖化醪停留时间1min，冷却器蛇管管径为1084，则管长L：L=174（m） 设冷却器蛇管圈直径为3m，蛇管圈之间的间距h取0.15m则

33、 每圈蛇管长度 =9.4（m）蛇管总圈数：N=19(圈)冷却器总高度：H=（N-1）h=（19-1）0.15=2.7（m）5.9 发酵罐的计算 由物料衡算得糖化醪量为88573.9kg/h，设每4h装满一罐，发酵周期为72h，冷却水的初、终温度T1、T2分别为20和27，采用蛇管冷却，所有发酵罐由于体积较大，为了节约建设成本，采取室外放置。5.9.1 发酵罐个数和结构尺寸的计算10： 每小时进入发酵罐的醪液体积为：发酵罐应设个数为：式中 V每天进入发酵工段的醪液体积(m3/h) T每只发酵罐的工作周期（h） 每只发酵罐的有效容积取发酵罐填充系数为=90%，则发酵罐的全容积为：则发酵罐的轮廓尺寸

34、可以确定，设封头为圆锥，高径比为1.2:1，且封头h1、h2高度均为0.1D。,则：即 H=8.64m；h1=h2=0.72m。罐体圆柱部分表面积A1和罐底灌顶表面积A2、A3分别为：全罐表面积为：5.9.2 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸的计算11 ：5.9.2.1 总的发酵热Q：Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=msq式中 m每罐发酵醪量，kg S糖度降低百分值，1% q每千克麦芽糖发酵放出的热量，418.6kj则Q1=88573.941%418.6=1.5106（kJ/h）Q2=5%Q1=5%1.5106=0.75105（kJ/h）假定罐壁不包扎保温层，壁温最高可达TW为35，生产厂所在地区

35、的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为TB为32。Q3=AKC（TW-TB）KC=K对+K辐则Q3=27933.5（35-32）=0.28105（kJ/h）Q=Q1-(Q2+Q3)=1.5106-(0.75105+0.28105)=1.4106（kJ/h）5.9.2.2 冷却水消耗的计算：=48000（kg/h）5.9.2.3 对数平均温差的计算：主发酵期控制发酵液温度TF为30。=5.8（）5.9.2.4 传热总系数K值的确定： 选取蛇管为无缝钢管，其规格为53/60mm,则管得横截面积为：0.785（0.053）2=0.0022（m2）考虑罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，

36、则水在管内流速为：=3.03（m/s）取蛇管圈的直径为6m,蛇管的传热分系数K2为：式中 A常数，水温20时，取6.45； 水的密度，kg/m3 蛇管内水的流速，m/sD蛇管直径，mR蛇管圈的半径，m则=3.03104发酵液到蛇管壁的传热分系数K1值按生产经验数据取2700,。故传热总系数为：式中 188钢管的导热系数， 1/16750管壁水污垢层的热阻， 0.0035管壁厚，m5.9.2.5 冷却面积和主要尺寸： 冷却面积A：A=116.3（m2）两列蛇管长度：L=656(m)式中 Dcp蛇管平均直径，m。每圈蛇管长度：=式中 Dp蛇管圈直径，mhp蛇管圈之间的间距，m,取0.15m则 =1

37、9m两列蛇管总圈数：Np=35(圈)两列蛇管总高度：H=（Np-1）hp=（35-1）0.15=5.1（m）5.10 酵母活化罐的计算 采用一个活化罐，根据物料衡算表得活性干酵母与2%蔗糖水总量为259.3kg/h，设停留时间t为30min，填充系数为50%，考虑到水比重较大，取密度约为1000kg/m3，则活化罐的全容积为：高径比取1.2:1，锥底高h为0.1D，活化罐各部分尺寸为：5.11 主要设备一览表表三：主要设备一览表设备名称数量高径比体积（m3）/个材质粉浆罐1个1:140.15不锈钢预煮罐1个1:140.15不锈钢蒸煮柱3只20:18.12不锈钢后熟器2个5:149.60不锈钢气

38、液分离器1个2:146.13不锈钢真空冷却器1套1.5:142.74不锈钢糖化罐2个1.2:127.34不锈钢发酵罐19个1.2:1365不锈钢酵母活化罐11.2:10.153不锈钢蛇管2列无缝钢管喷淋冷却器1套无缝钢管 6 小结本设计是按照设计任务书来进行设计的，用于高浓度淀粉酒精发酵生产。本设计分为蒸煮糖化和发酵两大模块。蒸煮糖化模块主要是把原料转化为可发酵性糖等物质。发酵模块主要实现发酵性糖等物质转化为酒精。1.设计采用柱式连续蒸煮的方法，淀粉利用率高，热能利用率高，设备利用率高。2.设计采用双酶糖化，可以有效减少蒸汽用量，降低能耗。 3.设计采用连续糖化，各项工艺管理实现了自动控制或集

39、中操作，减少了劳动力，降低了劳动强度，消除每次都要装料、进料和清洗等的非生产时间，又大大缩短了后冷却时间，因而设备利用率得到提高，由于冷却效率的提高和冷却时间的缩短，可节约冷水用量，相应地也节约电力，糖化醪的后冷却是在密闭空间流动，可以减少染菌机会。 4.设计采用间歇发酵，操作简单，易于管理，不会大面积感染杂菌，但是酵母用量大，非生产性时间长，设备利用率低。5.设计采用了活性干酵母代替传统的酒母培养用于发酵，减少工作量，避免杂菌感染。6.发酵罐选用不锈钢，利于后期维护，方便清洗，但是一次性投资费用大。致谢： 在此论文完成之际，我要深深地感谢大学期间所有在学习和生活上给予我关心和帮助的人们。首先

40、，要衷心感谢我的导师龚美珍老师。今天我能够顺利完成论文的写作，无不凝聚着老师的心血与汗水。老师在论文的选题，研究方案的确定以及具体的实施过程都给予了周密的指导，她严谨的治学态度和系统的科研思路让我受益终生。同时，她平易近人、和蔼可亲的生活作风也给我留下了深刻的印象。其次，感谢邹杨同学在化工制图过程中给予我的建议和帮助，同窗共读的情谊我将永远铭记于心。最后，感谢父母的养育之恩和无私的支持。十数载寒窗苦读，我永不忘家人在此期间作出的牺牲和无私的奉献。感激之情，述之不尽，只好言止于此。参考文献1 谢伯达.探索燃料酒精的开发应用J.福建能源开发与节约，2001（4）：33-34.2侯保朝，杜风光，郭永

41、豪，贾新成，刘代武.高浓度酒精发酵J.酿酒科技，2005（4）：93-96.3 朱德明，匡钰，韩志萍，李积华，王晓芳.木薯酒精发酵工艺研究J.广西农业科学，2008（4）:470-473.4 秦成国.玉米粉高浓度酒精发酵的研究J.酿酒科技，1997（4）:52-54.5 张庆龙.无蒸煮酒精发酵生产技术的探讨J.酿酒，36（5）：64-66.6 李翠，伍时华，易弋，黄翠姬，秦冲，张利平.甘蔗原汁直接发酵酒精的研究J.中国酿造，2010（7）：85-88.7 张坤，吴祯，梅广.纤维素发酵生产燃料酒精研究J.粮食与油脂，2007（2）：10-12.8 张礼星，丁育云，章克昌，王晓霞.膨化薯干酒精浓醪发酵J.浙江工业大学学报，33（4）：386-389.9 秦耀宗.酒精工艺学M.北京：中国轻工业出版社，1999.10 章克昌，吴佩琮.酒精工业手册M.北京：中国轻工业出版社，2000.11 梁世中.生物工程设备M.北京：中国轻工业出版社，2002.12 顾