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生物工程工厂设计课程设计课程设计说明书课程名称:生物工程工厂设计课程设计设计题目:15000T/a食用酒精工艺设计学院(直属系):生物工程学院年级、专业:2011级生物工程学生姓名:李琪学号:312011081801327指导教师:袁永俊开始时间:2015年1月7日完成时间:2015年1月16日生物工程工厂设计课程设计2目录摘要………………………………………………………………………………………4引言………………………………………………………………………………………4设计任务…………………………………………………………………………………4一淀粉质原料酒精生产工艺…………………………………………………………51淀粉质原料酒精生产的流程…………………………………………………………62预处理2.1原料除杂…………………………………………………………………………62.2原料粉碎…………………………………………………………………………73原料输送3.1气流输送俗称风送………………………………………………………………83.2选择气流输送的原因……………………………………………………………84原料预处理流程………………………………………………………………………85原料的水-热处理5.1原料水热处理的流程……………………………………………………………85.2原料水热处理的理论基础………………………………………………………85.3连续蒸煮工艺……………………………………………………………………96糖化工艺6.1糖化剂的定义……………………………………………………………………106.2糖化的目的……………………………………………………………………106.3淀粉的水解动力学……………………………………………………………106.4糖化过程中物质的变化………………………………………………………116.5糖化方法………………………………………………………………………116.6糖化过程的控制………………………………………………………………127酒精酵母………………………………………………………………………………127.1酒精生产对酵母的要求………………………………………………………127.2酵母的生长条件………………………………………………………………137.3生物合成和发酵产品的糖耗…………………………………………………137.4污染酵母的净化的方法………………………………………………………137.5影响酵母质量的主要因素……………………………………………………138糖化醪的发酵8.1酒精发酵的要求………………………………………………………………148.2酒精发酵机制…………………………………………………………………158.3酒精的发酵动力学……………………………………………………………159.发酵成熟醪的蒸馏和精馏9.1原理……………………………………………………………………………199.2发酵成熟醪的化学组成……………………………………………………199.3酒精蒸馏精馏的工艺流程和操作……………………………………………199.4酒精蒸馏精馏装置的操作……………………………………………………209.5酒精的化学处理………………………………………………………………219.6蒸馏过程中酒精的损失………………………………………………………21二食用酒精生产的物料衡算生物工程工厂设计课程设计31酒精生产工艺技术指标………………………………………………………………212工艺流程图见具体图纸……………………………………………………………223原料消耗计算（以生产1000kg国标食用酒精为例）3.1原料计算………………………………………………………………………223.2辅料计算………………………………………………………………………243.3煮醪量计算……………………………………………………………………253.4品与发酵醪量计算……………………………………………………………263.5成品与发酵醪量计算…………………………………………………………264根据要求实际原料耗算一览表……………………………………………………275生产设备相关计算5.1粉浆罐…………………………………………………………………………295.2蒸煮锅和后熟器………………………………………………………………295.3酒母罐…………………………………………………………………………295.4糖化罐…………………………………………………………………………305.5发酵罐…………………………………………………………………………305.6粗馏塔和精馏塔………………………………………………………………305.7搅拌器…………………………………………………………………………305.8其他设备………………………………………………………………………306生产设备一览表………………………………………………………………………317生产布置说明…………………………………………………………………………328参考文献………………………………………………………………………………32生物工程工厂设计课程设计4摘要根据要达到15000吨/年的食用酒精生产水平的要求设计其生产工艺，按照流程进行实验室生产，最后扩大为工业化食用酒精生产。在生产过程中根据传统工艺流程，在预处理、糖化、发酵，蒸馏等方面进行适当的改进，选用较为先进的方法和设备，使原料和投入得到最大的利用，并以节省原料、降低生产成本、提高生产效率为原则，从而设计出达到15000吨/年的食用酒精生产水平的最佳工艺。关键词：预处理糖化发酵蒸馏Accordingtoreach15,000tons/yearofediblealcoholproductionlevelrequirementdesignitsproductionprocess,accordingtotheprocess,finallytoexpandproductionlaboratoryindustrializationediblealcoholproduction.Intheprocessofproductionaccordingtothetraditionalprocess,thepretreatment,saccharificationandfermentation,distillation,etc,chooseappropriateimprovementmethodsandadvancedequipmentandrawmaterialsandinputmaximizingutilization,andtosaverawmaterial,reduceproductioncost,improveproductionefficiencyfortheprinciple,thusdesignedreach15,000tons/yearofediblealcoholproductionleveltheoptimalprocess.Keywords:pretreatmentsaccharificationandfermentationdistillation生物工程工厂设计课程设计5引言酒精生产过程是将淀粉质原料预制成葡萄糖，通过其与酵母发酵使其转化为含酒精混合物，再通过精馏分离制得乙醇的过程。在理论上来说者这是个简单的过程，但是要想在一个大规模的水平上获得最大效率，却需要依靠生物学和工程的结合。设计任务以薯类和玉米等淀粉质，采用发酵的方法生产酒精。生产规模为15000吨/年，生产中不能有次级酒精产品，全部为国标普通级食用酒精。2/3的食用酒精用薯干作原料，1/3的食用酒精用玉米作原料。4.根据生产方法的选择原则，确定普通级食用酒精的具体生产方法，详细说明理由。5.确定生产中原料、辅料消耗量及副产品生产量。并根据物料衡算结果，初步选择生产设备，绘制带控制点工艺流程图6.根据厂区总平面布置的基本原则，在自己设定的厂区平面上，将酒精生产的各个车间（包括辅助车间）合理的布置在厂区平面上。7.根据初步设计阶段设备布置的基本原则，进行蒸煮糖化车间设备布置设计。一淀粉质原料酒精生产工艺淀粉质原料酒精生产的特点（1）淀粉是以淀粉颗粒的形式存在于原料的细胞之中，为了使淀粉能最终转化成酒精，首先要创造条件，使淀粉有可能从细胞中游离出来。为此,原料要粉碎，以破坏植物细胞组织，便于淀粉的游离。（2）采用水热处理，使淀粉糊化-液化，并破坏细胞，形成均一的醪液，使它能更好地接受酶的作用并转化成为可发酵性糖。所以，淀粉质原料粉碎以后要加水拌成浆液并进行加热处理。多年来都是采用高压，高温的水-热处理方法，即高压蒸煮的方法；近年来低温常压的水-热处理方法，即低温蒸煮或80-85°C液化法得到了广泛的推广和应用。本次试验要求为高压蒸煮，即416k，5个大气压（表压）蒸煮。（3）糊化或液化淀粉只有在催化剂的作用下才能转成葡萄糖，这种催化剂可以是硫酸等无机酸，也可以是淀粉酶这类生物催化剂。目前国内外酒精生产上用的是淀粉酶系统。淀粉酶系统主要是糊化酶（一般是细菌α-淀粉粉酶,因其更耐高温）和糖化酶，α-淀粉粉酶水解淀粉的产物主要是糊精，糖化酶则主要把糊精转化为可发酵的葡萄糖。生物工程工厂设计课程设计61薯干和玉米都属于淀粉质原料，下面为淀粉质原料酒精生产的流程淀粉质原料除杂粉碎粉料加水调浆粉浆加α-淀粉酶喷射液化粉浆液化液加入糖化酶糖化取小部分加入酵母糖化醪酒母加入酒精酵母进行酒精发酵CO2酒精发酵醪蒸馏其他产品或杂质废醪酒精从上述流程可见，淀粉质原料酒精生产是由原料预处理，原料的水-热处理（原料的蒸煮），糖化剂生产，糖化，酒母制备，发酵和蒸馏等工段组成的。下面分别对上述诸工段作详细的介绍。2.预处理淀粉质原料在正式进入过程前，必须进行预处理，以保证生产的正常进行，提高生产的效益。预处理包括除杂和粉碎两个工序。2.1原料的除杂2.1.1必然性生物工程工厂设计课程设计7淀粉质原料在收获和干燥的过程中往往会掺杂进泥土，沙石，纤维质杂物，甚至金属块等杂物。这些杂质如果不在投入生产前予以除去，则将严重影响生产的正常运转。石块和金属杂质会使粉碎机的筛板磨损或损伤，造成生产的中断；机械设备的运转部位。泥沙等杂质的存在也会影响正常的发酵过程。清除杂质，保证生产正常和顺利地进行，这就是除杂的目的。2.1.2方法（筛选风选磁力除铁）2.1.2.1气流-筛选分离器用于谷物原料除杂用。凡是厚度和宽度或空气动力学性质与所用谷物不同的杂质，都可以用气流-筛选分离器将其分离。。2.1.2.2磁力除铁器铁质杂质通常用磁力除铁器来分离。磁力除铁器分永久性磁力除铁器和电磁除铁器两类。2.2原料的粉碎2.2.1原料粉碎的必然性对于连续蒸煮来说，原料必需预先进行粉碎，才能进一步加水制成粉浆，然后再用泵连续均匀地送入连续蒸煮系统。所以对于连续蒸煮来说，原料粉碎是一个前提。原料进行水-热处理的目的是要使包含在原料细胞中的淀粉颗粒能从细胞中游离出来，充分吸水膨胀，糊化乃至溶解，为随后的淀粉酶系统作用，并为淀粉转化成可发酵性糖创造条件。达到这个目的。可以采用整粒原料高压蒸煮，粉碎原料较和缓条件下蒸煮和超细粉碎三种方法。就目前的情况来看，先将原料粉碎，再在缓和的条件下进行蒸煮是较好的方法。2.2.2原料粉碎的方法(干式粉碎湿式粉碎）干式：干式粉碎应采用粗碎和细碎。粗碎：原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎。粗碎后的物料以薯干为列应能通过6-10mm的筛孔，然后在送去进行细粉碎。细碎：经过粗碎的原料进入细碎机，细碎后的原料颗粒一般应通过1.2-1.5mm的筛孔。也有采用1.8-2.0mm筛孔的（适合玉米粉）。湿式：湿式粉碎是指粉碎时将拌料用水与原料一起加到粉碎机中去进行粉碎。生物工程工厂设计课程设计83.原料的输送（本设计采用气流输送）3.1气流输送俗称风送。是利用气流管子中输送物料。它的简