年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计

《年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计（24页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、武汉工业学院毕业设计论文毕业设计题目 年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计 姓 名 王迪 学 号 040201217 院 系生物与制药工程专 业 生物工程 指导教师 缪礼鸿 博士20# 5 月26 日2absdractAlcohol 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

2、n earth in the world. The output is increased progressively year by year. The ability for producing alcohol of the fermented law will bee 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,sugarcane

3、, 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 works

4、hop produced to alcohol to calculate with the selecting type of the apparatus , strive to make the theory bine with practice.Keyword: Alcohol Fermented law Fermented workshop摘要酒精在人们日常生活以与科学研究等诸多领域都有很广泛的应用.世界酒精行业以与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

5、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 发酵车间一 酒精的主要性质无色、透明,具有特殊香味的液体易挥发,密度比水小,能跟水以任意比互溶一般不能做萃取剂.是一种重要的溶剂,能溶解多种有机物和无机物. 外观与性状： 无色液体,有酒香. 熔点： -114.1 沸点： 78.3 ,相对密度： 0.79, 相对蒸气密度： 1.59, 饱和蒸气压： 5.33 燃烧热： 1365.5 临界温度： 243.1 临界压力： 6.38 辛醇/水分配系数的对数值： 0.32 闪点： 12 引燃温度

6、： 363 爆炸上限%： 19.0 爆炸下限%： 3.3 溶解性： 与水混溶,可混溶于醚、氯仿、甘油等多数有机溶剂.二.酒精的主要用途酒精的用途按需求量多少可分为三方面：用量最大的燃料酒精,调制酒精饮料用的食用酒精；化工医药用酒精.1.酒精是一种新能源,其优势在于发酵酒精属于可再生能源,乙醇不仅是一种优良燃料,它作为一种优良燃油品质改善剂被广泛使用,其优良特性主要有：乙醇是燃油的增氧剂,是汽油燃烧完全,大大节能和环保的；乙醇具有很好的抗爆性能；乙醇是优于太阳能的一种生物转化能源,是可再生资源.2.合理利用酒精可提高白酒质量,充分利用酒精以提高白酒质量主要表现在：降低邪咂味,适量调制优质酒精借以

7、冲淡杂质,使酒味纯正,香味突出.2.降低浑浊度,勾兑酒精酒体纯净,既卫生又安全,而且透明度高,加水不浑浊.3.酒精再医药方面的用途很广：可作为大专院校与科研院所等的实验室以餐饮业的燃料；可作为细胞生物学实验和研究使用的优良的固定剂和脱水剂,可作为优良的防冻降温介质.可作为燃料乙醛,乙酸,乙醚.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全价干酒精糟优质食用级CO2. CO2是发酵酒精相伴生产的数量最大的副产品.高纯度食用级CO2除用做碳酸饮料外还有气体保护焊接,药物萃取,温室生产等方面有较广的用途；玉米油；玉米胚芽油是优质保健食品；玉米,小麦等为原料的

8、大型究竟生产企业.还可以生产玉米淀粉,葡萄糖浆,果糖浆,玉米蛋白等,杂醇油是某些食用香料的主要原料.三.世界酒精生产状况目前,全世界酒精年产量约3394万吨.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.20#中国酒精总产量已跃居第三位.四.我国酒精行业基本状况我国的酒精工业始于1900年#哈尔滨市,建国前全国的总产量已居世界第三位.我国酒精总产量还不到一万吨,新中国成立后历经50年的发展初步形成了企业生产,工厂设计,科学研究,人才培训,综合利用,检验检测,产品销售等一个完整的酒精工业体系,中国的酒精产量已增长到300万吨,跃居世界第三.其中年产5万

9、吨以上企业10家.3万吨的企业20家,万吨以上的70家.20#我国政府燃料酒精规划的实施标志着中国酒精产业还要上一个台阶,20#一期年产量30万吨大型燃料酒精企业的投产.说明中国酒精生产能力已接近世界先进水平,但有专家指出：目前,中国玉米燃料酒精生产企业需进一步提高的工艺环节.包括干法脱胚制油,中温双酶法糖化,浓醪连续发酵,多塔差温蒸馏,废热多效真空蒸发；CIP清洗系统等.20#中国酿造酒工业协会酒精分会开始创办专业刊物酒精,说明中国酒精产业又开始了一个科研与生产相结合的新阶段.五.酒精工业发展趋势随着酒精工业的不断发展,酒精工业已逐步从传统工艺的模式中解放出来.广大工程技术人员都在努力研究和

10、开发新工业,新设备,选育新的高产稳定的菌种.由于世界范围内耕地面积都在不断减少.以淀粉质原料生产酒精的比例也在减,以糖蜜为原料生产酒精的比例却有明显提高.具有关报道,全世界酒精生产所用原料的各种比例为45%,石油裂解废气乙烯占0%淀粉质原料占16%.亚硫酸盐纸浆液占7%,野生植物约占12%.这些数据表明,将来的酒精生产原料可能以含有可发酵性工业废气物为主.为了进一步提高酒精生产工艺.各国的工程技术人员都在研究新型的酒精发酵方法,如现在工业生产上应用的固定化细胞酒精发酵法,耐高温活性干酵母法等新的发酵工艺.再设备方面也有不少生产反应器出现,如单罐连续搅拌反应器,酒母回用连续搅拌反应器,塔式反应器

11、,细胞固定化反应器等,再新原料利用方面都有很大改进,以上所提到的酒精生产工艺和设备,再某些方面还存在不足之处.但基本上反映了酒精工业今后的发展方向.六.酒精工业生产方法目前酒精工业的生产方法,归结起来主要有两种类型：一种是利用酒精酒母发酵生产酒精.另一种是利用石油原料采用化学合成方法生产酒精.我国农副产品资源丰富,所以,主要采用微生物发酵法.微生物发酵法在采用不同发酵原料时生产酒精的工艺有所不同,主要分为淀粉质原料酒精生产工艺,糖蜜原料酒精生产工艺,工厂废液与纤维素原料酒精生产工艺等.常用淀粉质原料有薯类,谷物类,和某些含淀粉较多野生植物.七.酒精国家标准酒精质量标准是检验酒精蒸馏和管理水平的

12、核心,一个国家的酒精质量标准是这个国家酒精产业能力和水平的标志,酒精质量国家标准是整个酒精企业生产活动的最主要的法规,酒精质量是酒精企业的生命线,不断提高酒精质量是企业永恒主题.发酵法生产酒精的能力将成为一个国家经济实力的标志,因为作为可再生能源的酒精,在经历一个多世纪的发展中,始终与能源密切相关,特别是巴西从1975年就开始的甘蔗,糖蜜为原料生产酒精的成功实践,提醒各国政府：10%以上能源添加储备在自己的国土上.现在可以说石油利用干乙醇发酵的谷物等原料都源于太阳能的储备.发酵法生产乙醇比石油更有优势的地方是发酵法效率高,原料年年种,年年收.不用像开采石油那样投资巨大.根据当今农业.酒精生产能

13、力,改造汽油发动机和柴油发动机的能力,相信不久的将来,一个良性循环的能源资源将更多的出现在世人面前.一. 物料衡算一100000吨淀粉原料酒精厂全厂物料衡算1.全厂物料衡酸的内容1原料消耗的计算主要原料为甘薯干,其他原料有淀粉酶,糖化酶,硫酸氨,硫酸等.2中间产品蒸煮醪,糖化醪,酒母醪,发酵醪等.3成品,副产品以与废气,废水,废渣即酒精,杂醇油,二氧化碳和废糟等.2.工艺流程示意图生产工艺采用双酶糖化,间歇发酵,如图木薯料空气 种子粉碎车间-淀粉酶空压机 斜面培养 糊化车间糖化酶过滤器 三角瓶培养 酒母罐 发酵车间蒸馏车间废糟酒精杂醇油3.工艺技术指标与基础数据1生产规模 100000吨/年酒

14、精.2生产方法双酶糖化,间歇发酵.3生产天数每年300天.4食用酒精日产量333.33吨.5食用酒精年产量100000吨.6副产品年产量次级酒精占酒精总产量的2%.7杂醇油量为成品酒精量的0.5%.8产品质量普通三级酒精.乙醇含量95% 体积分数.9甘薯干原料含淀粉76.9%,水分12.9%.10-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.11硫酸氨用量7kg/t酒精.12硫酸用量调PH用5kg/t酒精.4.原料消耗的计算1淀粉原料生产酒精的总化学反应式：糖化：C6H10O5n + nH2OnC6H12O6 162 18 180发酵： C6H

15、12O62C2H5OH + 2CO2 180 92 88 生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量有上式可求的理论上生产1000kg无水酒精所耗的淀粉量为：100016392=1760.9kg3生产1000kg三级酒精的理论淀粉消耗量普通三级酒精的乙醇含量在95%体积分数以上,相当于92.41%质量分数,故生产1000kg普通三级酒精理论上须淀粉量为：1760.992.41%=1627.2kg. 生产1000kg普通三级酒精实际淀粉消耗量实际上,整个生产过程经历原料处理、发酵与蒸馏等工序,要经过复杂的物理化学和生物化学反应,产品得率必然低于理论率.据实际经验,各阶段淀粉损失率如表所示.表一 生

16、产过程各阶段淀粉损失生产过程损失原因淀粉损失%备注原料处理粉尘损失0.40蒸煮淀粉损失与糖分损失0.50发酵发酵残糖1.50发酵巴斯德效应4.00发酵酒汽自然蒸发与被CO2带走1.30有酒精扑集器为0.30%蒸馏废糟带走等1.85总计损失9.55 假定发酵系统设有酒精扑集器,则淀粉损失率为8.55%.故生产1000kg普通三级酒精须淀粉量为： 1627.2 =1779.3kg 100%-8.55%这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为10001779.3=56.2%,着达到了我国先阶段甘薯干原料生产酒精的先进出酒率水平.5生产1000kg普通三级酒精甘薯干原料消耗量据基础数据给出,甘薯干原料含淀粉

17、76.7%,故1吨酒精耗甘薯干量为： 1779.376.7=2319.8kg若应用液体曲糖化工艺.并设每生产1000kg酒精需要的糖化剂所含淀粉量为G1,则淀粉原料需用量为：1779.3-G176.7%6 -淀粉酶消耗量应用酶活力为2000u/g的淀粉酶使淀粉液化,促进糊化,可减少蒸汽消耗量. -淀粉酶用量按8u/g原料计算.用酶量为： 2319.810008 =9.28kg 2000 糖化酶耗用量若所用糖化酶的活力为20000u/g,使用量为150u/g原料,则糖化酶消耗量为：2319.81000150 =17.4kg 20000此外,酒母糖化酶用量按300u/g原料计,且酒母用量为10%,

18、则用酶量为：2319.810%70%300 =2.44kg 20000式中70%为酒母的糖化液占70%,其于为稀释水和糖化剂.8硫酸氨耗用量硫酸氨用于酒母培养基的补充氮源,其用量为酒母量的0.1%,设酒母醪量为G0,则硫酸氨耗量为： 0.1%G05.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1：3.3粉浆量为： 2319.81+3.3=9975.14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55

19、,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,再真空冷却器中闪几蒸发冷却至63后入糖化罐.其工艺流程图如图所示.调浆桶液化维持罐维持罐灭菌维持罐汽液分离器真空 冷却器喷射加热器图一.粉浆连续蒸煮液化工业流程干物质含量B0=87.1%的薯干比热容为； C0 = 4.181-0.7B0= 1.63kJ/粉浆干物质浓度为： B1 = 87.1/4.3*100= 20.3%蒸煮醪比热容为： C1 = B1C0+1.0-B1CW= 20.3%1.63+1.0-20.3%4.18= 3.66kJ/式中 Cw水的比热容kJ/ 为简化计算,假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程

20、维持不便.1经喷射液化加热后蒸煮醪量为： 9975.14 + 9975.143.6688-55 = 10481.1kg 2748.9-884.18式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽0.5Mpa的焓kJ/K2经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：10481.1 10481.13.6688-84 = 10414.0 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 经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为；10414.0 + 10414.03.66115-84 =10934.9 2748.9-1154.18式中 115灭酶温度摄氏度2748.90.5Mpa饱和蒸汽的焓kJ/K4经汽

21、液分离器后的蒸煮醪量： 10934.9 - 10934.93.66115-104.3 = 10744.2 2245式中 2245104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热5经真空冷却后最终蒸煮醪量为： 10744.2 - 10744.23.66104.3-63 =10020.8 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6.糖化醪与发酵醪量的计算社发酵结束后成熟醪量含酒精10%体积分数,相当于8.01%质量分数.并设蒸煮效率为98%,而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%则生产1000kg95%体积分数酒精成品有关的计算如下：1的成熟发酵醪量为

22、：F1 = 100092.41% 100+5+1 100 = 12447798%8.01% 2不计酒精捕集器和洗罐用水,则成熟发酵醪量为：12477106% = 117713入蒸馏塔的城市醪乙醇浓度为：100092.41% =7.56%质量分数98%124774相应发酵过程放出CO2总量为：100092.41% 44 =902 98% 66接种量按10%计,则酒母醪量为：11771+902 10% = 1152.1100+101006化醪量酒母醪的70%是糖化醪,其余为糖化剂和稀释水,则糖化醪量为11771+902 1152.1 70% = 12327100+101007.成品与发酵醪量的计算

23、1醛酒产量在醛塔取酒一般占成品酒的1.2%3%,在保证主产品质量合格的前提下,醛酒量取得越少越好.设醛酒量占成品酒精的2%,则生产1000kg成品酒精可得次品酒精两为：1002% = 20 kg2普通三级酒精酒精产量每产生1000kg酒精,其普通三级酒精产量为： 1000-20 = 980 3杂醇油产量杂醇油通常为酒精产量的0.3%0.7%,取平均值0.5%,则淀粉原料生产1000kg酒精副产杂醇油量为：10000.5% = 5 kg4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方与其挥发成分后的残留液.此外,由于醪塔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

24、物料和热量蘅算如图所示：醪塔 V1 Q3=V1tF1 Q1=1FC1t D1 Q4= Q4+ D1t4 Q1=1FC1tWx+ D1图二.的物料和热量衡算设进塔的醪液F1的温度t1=70度,排除废醪的温度t4=105度：成熟醪固形物浓度为B1=7.5%,塔顶上升酒器的乙醇浓度50%体积分数即47.18%质量分数.则：醪塔上升蒸汽量为: V1=12477 7.56 =1999kg 47.18%残留液量为:Wx = 12477-1999 = 10478 成熟醪比热容为：c1 = 4018 =4018 =3.96kJ/成熟醪带入的热量为：Q1 = F1c1t1 = 124773.9670 =3460

25、000蒸馏残液固形物浓度为： B2 = F1B1 = 124777.5% =8.93% Wx 10478此计算是间接加热,故没有蒸汽冷凝水的工艺.蒸馏残液的比热容为:C2+40181-0.378B2 = 4.03Kj/塔底残留液带出热量为： Q4 = Wxc2t4=104784.03105=4430000查附表得50%体积分数酒精蒸汽焓为I=1965kJ/kg,故有：上升蒸汽带出热量为：Q3= V1I = 1991965=3930000塔底采用0.05Mpa表压蒸汽加热,焓为2689.8kJ/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： D1 = Q3+

26、Q4+Qn-Q1 I-cwt4= 39300004430000-3460000 99%=2199若采用直接蒸汽加热,则塔底排出废醪为：Wx + D1 =10478+2199 =126778.100000吨/年淀粉原料酒精厂总物料衡算前面对淀粉原料生产1000kg酒精95%进行了物料平衡计算,以下对100000吨/年甘薯干原料酒精厂进行计算.1酒精成品日产普通三级酒精为：100000300=333.33t日产次级酒精为：333.33298=6.80t日产酒精总量为：333.33+6.80=340.13t实际年产量为：普通三级酒精量为：333.33300=100000t/a次级酒精量为：6.803

27、00=2040t/a酒精总产量为：100000+2040=102040t/a2主要原料甘薯干用量日消耗量： 2319.8340.13=118356.20kg年消耗量： 118356.20300=35506.86kg淀粉酶、糖化酶用量以与蒸煮粉浆量、糖化醪、酒母醪、蒸煮发酵醪等每日量和每年量均可算出,衡算结果见表.15000吨/年淀粉原料酒精厂物料衡算表数量物料生产1000kg95%酒精物料量kg每小时数量每天数量每年数量普通酒精98013917334100000次级酒精20292.57.022106甘薯干2319.832962791.1237329-淀粉酶92819.30.464139.2糖化

28、酶23.3733.80.811243.3硫酸氨1.151.660.04120硫酸5.010.40.2575蒸煮粉浆9975.1420781.5498.76149627.1成熟蒸煮醪10020.820876.7501.04150312糖化醪1232725681.25616.35184905酒母醪1152.12400.257.617281.5蒸煮发酵醪1247725993.75623.85187155杂醇油510.40.2575二氧化碳9021879.1745.113530废渣1267726410.4633.85190155普通三级酒精发酵车间的物料衡算 1.酒精发酵工艺流程示意图酒精发酵采用淀粉

29、原料,双酶法糖化,间歇发酵.其工艺流程示意图如图一. 2.工艺技术指标与基础数据1主要技术指标如表所示酒精发酵工艺技术指标指标名称单位指标数生产规模t/a100000生产方法间歇发酵年生产天数d/a300产品日产量t/d334产品质量纯度95% 倒罐率%1发酵周期h70发酵初糖kg/m3150淀粉转化率%98 糖酸转化率%50酒精提取率%982主要原材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为76.7%,含水14%.3种子培养基g/L水解糖25,甘薯干粉16%20%,NH4SO40.5%,尿素0.5%.H2SO41.01.2%4酵培养基g/L水解糖150,甘薯干粉16%20%,尿素0.3%,-淀粉酶1.0

30、%.接种量3.酒精发酵车间的物料衡算首先计算1000kg纯度为95%的酒精耗用的原材料与其他料量.1发酵液量 V1=100015050%98%95% = 14.3m3式中 150发酵培养基初糖浓度kg/m3 50%糖酸转化率 98%淀粉转化率 98%酒精提取率2发酵液配制需水解糖量以纯糖算, G1=V1150=2148kg 二级中液量 V2=10%14.32=1.432 二级种子培养液所需水解糖量 G2=25V2 =251.432=35.8kg式中 25二级种液含糖量kg/m3 生产1000kg普通三级酒精所需水解糖总量为： G=G1+G2 =2148+35.8=2183.8kg6耗用淀粉原料

31、量理论上,1000kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg,故理论上耗用淀粉原料量为： G淀粉=2183.876.7%98% =2617.39kg式中 76.7%淀粉原料含纯淀粉量 98%淀粉糖化转化率7尿素耗用量二级种液耗尿素量为： 0.3V2=0.31.432=0.43kg发酵培养基耗尿素为： 0.5V1=626.4kg故共耗尿素量为： 7.16+0.45=7.59kg8二级种液耗用NH42SO4量： 0.51.432=0.716kg9种子液耗淀粉酶量为： 0.114.32=1.718kg10种子液H2SO4耗用量： 1.21.432=1.718kg100000吨/年酒精厂发酵车间的物料衡算表

32、物料名称每生产1吨酒精95%的物料量100000吨/年酒精生产的物料量每日物料量发酵液m314.314300004766.67二级种液m31.43143000476.67发酵水解糖kg2148214800000716000二级种液培养用糖kg38.5385000012833.33水解糖总量kg2183.8218380000727933.33淀粉kg2617.39261739000872463.33尿素kg7.597590002530硫酸氨kg0.71671600238.67-淀粉酶kg1.432143200477.33硫酸kg1.718171800572.67100000吨酒精发酵车间水衡算采

33、用间歇发酵过程,从糖化锅内分出糖化醪到酒母培养罐需要加入水进行稀释.1.酒母糖化醪稀释用水补充60温水与用作酒母的糖化醪应满足发酵接种量10%的需要.因此,补充水量为：m1 = 93%G1*10%-7%G1 = 4832.9*93%*10%-7%*4832.9 = 111.16式中 93%淀粉原料加入发酵锅的量 7%淀粉原料加入种子液中的量 10%接种量 4832.9淀粉质原料耗用量kg/h2.酒母糖化醪杀菌后冷却水用量为：m2 = m糖化醪*3.66 4.18 = 25681.253.6653 4.1818 = 66210式中 25681.25糖化醪用量kg/h3.66蒸煮醪比热容kJ/4.

34、18水的比热容kJ/80杀菌温度27冷却后温度17冷却水进口温度25冷却水出口温度3.酒母培育冷却水用量：m3=Q3/4.1825-17 = 85900 4.188 =2568.78式中Q3酒母培育反应热 4.18水的比热容kJ/ 25冷却水出口温度 17冷却水进口温度4.发酵过程冷却用水：m4= Q2/4.18 = 752000 4.187 =25700.6式中 Q2发酵生物反应热kJ/4.18水的比热容kJ/27冷却水出口温度20冷却水进口温度5.酒精捕集器用水：m5= 5%F =5%20876.71.06 =984.75式中 F成熟醪量5%酒精捕集器回收酒精洗水占熟醪量的比例6.洗罐用水

35、量：m6=1%F =0.0120876.71.06 =196.95式中 1%洗罐用水占熟醪量的比例二.设备计算与选型一发酵设备的计算与选型1. 生产能力、数量和容积的确定1发酵罐容积的确定：随着科技的发展,生产发酵罐的厂家越来越多,现有的发酵罐容积量系列如5,10,20,50,75,100,120,150,250,500m3等等.究竟选多大容积的好呢？一般来说单罐容积越大,经济性能越好,奉献就也越大,要求技术管理水平也越高.另一方面,属于技术改造适当扩建的项目,考虑原有的规模发酵罐的利用和新增发酵罐的统一管理,可取与原有发酵罐相同的容积；而新建的单位和车间,应尽量减少设备数量,在技术管理水平永

36、许的范围内,尽量取较大容积的发酵罐.现取200m32能力的计算：现每天生产95%纯度的酒精334吨.酒精发酵周期为70小时包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间.则每天需糖液体积为V糖.每天产纯度为95%的普通三级334吨,每吨酒精需糖液为： 12327/1080=11.4m3 V糖=11.433495% =3617.22m3发酵罐的填充系数为0.850.9,现取=0.9；则每天需要发酵罐的总容积为V0发酵周期为70小时. V0= V糖/=3617.22/0.9=4019.1m33发酵罐个数的确定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确.装液高度系数,指圆筒部分高度系数,封底则与冷却罐、辅助设

37、备体积相抵消.公称容积,是指罐的圆柱部分和底封头容积之和.并圆整为整数：上封头因无法装液,一般不计入容积.罐的全容积,是指罐的圆柱部分和两封头容积之和.现取单罐公称容积为1100m3厌氧发酵罐,则需发酵罐的个数为n1. n1= V0t V总24= 4019.17011000.924=12个取公称容积1100m3发酵罐11个；实际产量验算：11000.9*12 300 =107187.97吨/年11.4 70/24富裕量为 107187.97-100000 = 7.19%,能满足产量要求.1000002. 主要尺寸的计算现按公称容积1100m3的发酵罐计算.H=1.5D h上=0.12D h下=

38、0.09D V全= 3.14D2H+h上/3+h下/3 41100= 3.14D21.5D +0.12D/3 +0.09D/3 40 D=9.6m H=14.4m h上=1.152m h下=0.864mV全= 0.7859.62 = 1187.6m3总表面几计算：罐体圆柱部分表面积：A1=DH =3.149.614.4 =434.07 m3罐顶表面积： A上=R1/2 =3.149.6/2 =73.5m2 罐底表面积： A下=R1/2 = 3.149.6/2 =74.4m2 罐体总表面积：A总= A1+ A上+ A下 =434.07+73.5+74.4= 581.97 m23.冷却面积和冷却装

39、置主要结构尺寸：1冷却面积的计算： A= Q KTm式中 Q发酵反应热 K总传热系数kg/m.h. Tm冷却水的温差其中 Q = Qa-Qb+Qc式中 Qa生物反应热kJQb蒸发损失热kJQc罐壁向环境散热kJ其中 Qa = msq= 1155000418.61%=4835000式中 m每罐糖液质量s糖度降低百分值%q每千克麦芽糖放出热量418.6kJ Qb = 5% Qa= 0.054835000 = 241750 Qc = 10% Qa =0.14835000 =483500所以 Q= Qa-Qb+Qc=4835000-241750+483500=41097502冷却水耗量： W = Q

40、CwT2- T1 = 4109750 4.1827-20 =140456式中 Q发酵生物反应热Cw水的比热容kJ/T2冷却水出口温度T1冷却水进口温度3对数平均温差计算： Tm= 30-20-30-272.330-20/30-27 =5.834传热总系数K值确定 选取蛇管为水煤气输送管,规格为53/60mm.则管的横截面积为：0.7850.052=0.0022m2 设管内同心装两列蛇管,并同时进冷却水,则水管内流速为； v = W 3600100.00221000 = 1.77m/s设蛇管圈直径为4m,由水温表查得水温20时,常数A=6.45K1 = 4.186A v0.8 D0.7 =4.1

41、866.451.7710000.8 1+1.770.053/20.0530.7 =87585kJ/式中 v为质量流速 K2按经验取2700 kJ/ 所以,总传热系数为： 1K = 1 + 1 + 0.0035 + 1 K1 K2 188 16750 = 1 1/87585+1/2700+0.0035/188+1/16750 = 2178.6 kJ/式中 188钢管的导热系数kJ/1/16750管壁水污垢层的热阻/kJ0.0035管子壁厚m4. 冷却面积和主要尺寸：A = Q KTm= 4109750 2178.65.83=323.6 m2 两列蛇管长度： L = A Dcp= 323.6 3.

42、140.0565= 1823.7m式中 Dcp蛇管平均直径0.0560 m 每圈蛇管长度： l = 2+hp21/2= 2+0.1521/2=18.84 m式中 Dp蛇管圈直径6 mhp蛇管圈之间距离0.15 m 两列蛇管总圈数： Np = L/l= 1823.7/18.84=96.8 圈 取97圈两列蛇管总高度： H = Np-1hp = 97-10.15 = 14.4 m5.设备材料的选择：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.6.发酵罐壁厚的计算1计算法确定发酵罐的壁厚S：S = PD + C cm 2- = 0.4960 +0

43、.18 2127=2.07cm 取S=2.1cm式中 P设计压力 取P=0.4MPaD发酵罐内径 D=9.6m A3钢许允应力 =127 MPa焊缝系数 0.51之间,取=0.8C壁厚附加值 cm C=C1+C2+C3其中 C1钢板负偏差 0.131.3取C1=0.8mm C2腐蚀余量 单面腐蚀取C2=1 mm C3加工减薄量 冷加工取0所以 C = 0.8+1=1.8=0.18cm封头厚度：S = PD + C cm 2- = 0.4960 + 0.28 2127= 2.17 cm 取S=2.2 cm式中 P设计压力 取P=0.4MPaD发酵罐内径 D=9.6m A3钢许允应力 =127 M

44、Pa焊缝系数 0.51之间,取=0.8 C壁厚附加值 cm C=0.8+1+1=2.8mm=0.28cm7. 接管设计1接管长度h设计：不保温接管长h=150 mm2接管直径的确定：接管实装醪11000.9=990m3.设5小时排空.则物料体积流量为：Q=990 53600 = 0.055 m3/s发酵醪流速取v=1m/s.则排料管截面积为： F物= Q/V =0.055/1=0.055 m2管径 d = F物/0.7851/2 =0.055/0.07851/2 =0.837 m取无缝钢管 1334进料管同排料管 取无缝钢管 13348.支座选择对于75 m3上的发酵罐,由于设备总重要较大,应

45、选用裙式支座,本设计选用裙式支座.锥形发酵罐个数12全容积m31100装料系数 0.9直径m 9.6圆筒高m 14.4上封头高m 0.864下封头高m 1.152材料A3筒厚cm 2.1封头厚cm 2.2接管直径cm 12接管长度cm 15支座m 裙式支座冷却方式蛇管冷却蛇管直径mm 53蛇管间距m 0.15蛇管圈数97蛇管总高度m 14.4蛇管圈直径m 6二种子罐的计算与选型1.种子罐容积和数量的确定：V种=V液10% =11000.910% =99 m3式中 V液为发酵罐中发酵液的量10%接种量取公称容积为100 m3的通用式发酵2.种子罐个数的确定种子罐与发酵罐对应上料,发酵罐平平均每天

46、上3罐需种子罐3个,种子培养时间1220小时,取12小时,辅助操作时间810小时生产周期约2020小时.3.主要尺寸的确定设 H/D=2/1 V全=D/222D+2/24D3=100算得 D=3.006取D=3.1 m则H=2D=6.2 m校核种子罐总容积： V总=2 V封+ V筒 =100.18 m3比需要的种子罐容积大,满足设计要求.4.冷却面积计算采用夹套冷却1种子罐产生的总热量： Q总 = 418.611000.9108010%70%/70= 447567式中 418.6每千克麦芽糖放出的热量kJ230发酵罐的总容积0.85装料系数1080发酵醪密度10%接种量70%发酵醪中麦芽糖含量70发酵时间t2夹套传热系数：夹套传热系数在4.18150250之间取K=4.18250 kJ/3平均温差： 种子培养温度30,水初温20,水终温25.Tm=30-20+30-25 2 =6.5 4需