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长春工业大学化学与生命科学学院生物技术（工程）专业《发酵工程与设备》课程设计说明书一、总论1.1概述自己查的写的1.2设计依据1.2.1长春工业大学生物技术（工程）课程设计指导书。1.2.2长春工业大学生物技术（工程）课程设计任务书。1.2.3《发酵工程与设备》、《发酵工艺原理》、《发酵工厂工艺设计概论》、《化工工艺设计手册》及生物技术（工程）专业基础理论课本等参考资料。1.3设计指导思想1.3.1尽量采用先进的生产技术与设备，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺、新技术、新设备。1.3.2合理利用资源，节约能源，降低消耗指标。1.4设计范围1.4.1确定工艺流程及生产操作条件1.4.2工艺及主要设备计算（物料衡算、设备计算）1.4.3绘制生产工艺流程图1.4.4编制课程设计说明书二、生产工艺2.1产品产量及方案产量：年产酒精21000吨产品品种：含乙醇95%（V）相当于92.41%（W）食用酒精2.2生产方法的选择工艺方法：利用玉米为原料，双酶糖化，添加酒精酵母连续发酵、三塔蒸馏的工艺是目前最成熟、最典型的生产工艺。酒精生产工艺流程简图：α-淀粉酶糖化酶酒母醪↓↓↓玉米→粉碎→调浆→连续蒸煮→蒸煮醪冷却→糖化→糖化醪冷却→连续发酵→↑↓排醛废水CO2回收↑↑成熟发酵醪→粗馏→醛塔→精馏→成品酒精↓↓废糟杂醇油↓DDGS（全价干酒糟）2.3主要工艺参数年生产天数：300玉米含水：15%玉米粉产率：87%玉米含淀粉：63%玉米淀粉实际出酒率：53%发酵周期：55-60h原料粉碎度：1.5-2.5mm原料加水比：1：3α-淀粉酶用量：5-6u/g原来蒸煮温度：90-110℃蒸煮时间：100min糖化酶用量：100-150u/g原料糖化温度：58～60℃糖化时间：45min糖化醪固形物浓度：16～18%糖化醪PH值：4.0～4.5接种量：10%～20%稀释速度：0.05～0.1发酵温度：31～33℃发酵罐装料系数：85～90%发酵醪酒精浓度：8～10%（V）2.4物料衡算表1主要物料衡算表（95%（V酒精））序号名称规格单位产品消耗年用量单位数量单位时天年1玉米含水≤15%t/t3.1t9.042217651002玉米粉含水≤15%t/t2.7t7.875189567003α-淀粉酶20000u/gkg/t1t0.00290．07214糖化酶50000u/gkg/t9t0.026250.631895NaOHkg/t22t0.0641.544626H2SO498%kg/t16t0.0471.123367硫酸铵kg/t1.15t0.00340.080524.158蒸煮粉浆t/t10.8t31.57562268009成熟蒸煮醪t/t11.1t32.37577723310010糖化醪t/t12.8t37.389626880011成熟发酵醪t/t12.6t36.7588226460012杂醇油kg/t5t14.5835010500013醛酒kg/t20t0.05831.442014二氧化碳kg/t902t2.630863.141894215废醪t/t12.7t37．04288926670016胚芽kg/t300t8.752106300017水t/t90t262.56300189000018电kWh/t160kWh466.6711200336000019汽t/t4.2t12.2529488200三、设备选择3.1主要工艺设备选型计算（1）发酵罐容积计算糖化醪流量37.3t/h，醪液比重为1.07，则糖化醪体积流量为：F=37.31.07=34.9m3/h采用多罐连续发酵工艺，双罐流加法，即预发酵罐和罐组首罐流加糖化醪，预发酵罐流加量为总量的17%，控制稀释速率D0=0.09；罐组首罐糖化醪流加量为总量的83%，稀释速率D1=0.05。预发酵罐和发酵罐的填充系数为Φ=0.9，则预发酵罐糖化醪流量F0=17%×34.9=5.9m3/h预发酵罐V0有效=F0/D0=5.93/0.09=65.9m3预发酵罐V0全=V0有效/Φ=65.9/0.9=73.2m3首发酵罐糖化醪流量F1=83%×34.9=29.0m3/h首发酵罐V1有效=F1/D1=29.0/0.05=580m3首发酵罐V1全=V1有效/Φ=580/0.9=644.4m3预发酵罐和发酵罐直径d与高H的关系H=1.5d,锥形封头高、锥底高与直径的关系h1=h2=0.1d,V全=（π/4）d2(H＋h1/3＋h2/3),V全=1.23d3,所以经计算得d0=3.904m;d1=8.062m。取预发酵罐d0=4.0m,则H0=6.0m,h01=h02=0.4m,验算V0全=78.72m3＞73.2m3;取首发酵罐d1=8.1m,则H1=12.15m,h11=h12=0.81m,验算V1全=653.7m3＞644.4m3。所以预发酵罐、首发酵罐体积可满足生产需要。（2）发酵罐组个数确定设发酵周期为60h，发酵液的体积流量为34.9m3/h,发酵罐组设1个成熟醪贮罐，发酵罐组个数为：n=34.9×60/(644.4×0.9)＋1=4.6个取整数n=5个，故本设计选取预发酵罐1个，发酵罐5个。（3）发酵罐换热器换热面积计算F=Q总/K△tmQ总=Q生－Q蒸发－Q罐壁由于罐体较大，所以采用罐外螺旋板换热器循环换热，传热系数K=860×4.186～2580×4.186kJ/m3·h·℃。首发酵罐料液流量37.3t/h,醪液浓度由18%→4.4%，放热量最大。可取麦芽糖发酵放热613.6kJ/kg,则Q生=37.3×1000×（18%－4.4%）×613.6=3112670kJ/hQ蒸发＋Q罐壁=8%Q生=249013kJ/hQ总=3112670-249013=2863657kJ/h平均温度差△tm=(△t1－△t2)/ln(△t1/△t2),31℃←31℃发酵液20℃→25℃冷却水△t1=11△t2=6代入△tm=(11－6)/ln(11/6)=8.2℃首发酵罐换热器面积：F=Q总/K△tm=2863657/(1200×4.186×8.2)=69.5m3首发酵罐换热器冷却水流量：W=Q总/cp(t2－t1)=2863657/4.18(25－20)=137017kg/h=137.0t/h3.2发酵工段身边一览表表2主要生产设备一览表序号设备名称型号与规格单位数量备注1空气分过滤器个12醪液泵个63预发酵罐泵Φ3100×4650个14螺旋板换热器个55发酵罐Φ6300×9450个5四、发酵工段工艺流程图（附）6醪液泵个67螺旋板换热器F=33.2m2个58CO2洗涤罐个19淡酒罐个110淡酒泵个1