1、1 緒論1.1 引言隨著社會的發展，社會對燃料能源（石油、天然氣、煤礦等）的需求越來越大，而燃料能源儲量越來越少， 價格越來越低， 人們迫切需要找到一種新的可再生能源代替現有的燃料能源。其中，最受歡迎的是燃料酒精。今年以來，世界各地積極要求發展生物燃料乙醇產業，建設燃料乙醇項目的熱情空前高漲，主要原料是玉米。利用生物質原料發酵法生產乙醇是全世界目前解決“能源危機”和“石油危機”最有效的途徑之一。1.2 燃料乙醇燃料乙醇，一般是指體積濃度達到99.5%以上的無水乙醇。燃料乙醇是一種取之不盡用之不竭的可再生能源，是目前唯一進入市場、 應用最廣泛、 具有較為成熟的技術、可替代石油燃料的大宗可再生生物

2、能源，它能夠立竿見影地大幅度節省石油的消耗。燃料乙醇是燃燒清潔的燃料，可在專用的乙醇發動機中使用，又可按一定的比例與汽油混合， 在不對原汽油發動機做任何改動的前提下直接使用。使用含醇的汽油可減少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃燒更充分，降低燃燒中的 CO 等污染物的排放。1.3 燃料乙醇的優勢燃料酒精最明顯的一些優勢是：一、來源廣，可再生。可以以谷物淀粉為原料生產燃料酒精， 以植物秸稈等纖維素為原料生產燃料酒精，以甘蔗作為原料生產燃料酒精，以蜜生產燃料酒精等等。二、無污染。石油、天然氣、煤礦等燃料能源的使用產生了很多環境問題。例如：酸雨等環境污染， 而燃料酒精產生的是二氧化碳和水，對環境無污

3、染。1.4 大致流程玉米粉碎加酵母糖化酶加水配料攪拌封膜發酵粗餾精餾成品乙醇1.5 發酵方式1連續發酵：是指以一定的速度向發酵罐內添加新鮮培養基，同時以相同速度流出培養液，從而使發酵罐內的液量維持恒定的發酵過程。間歇發酵：間歇式發酵法就是指全部發酵過程始終在一個發酵罐中進行。由半連續發酵：是指在主發酵階段采用連續發酵，而后發酵則采用間歇發酵的方式。由此可見，發酵的方式有多種選擇，連續發酵有諸多優點，卻有一個缺點，那就是一旦首罐發生染菌， 就會連續多罐染菌。 所以。采用半連續發酵是一個較好的選擇。當然間歇發酵可以避免染菌，但操作較麻煩。1.6 操作方法操作方法：先粉碎，粉碎完后，再把原料進行蒸煮

4、糖化，整個過程的溫度為900C 至 1030C 左右，液化的溫度為900C 至 950C，糖化中后熟器的溫度在900C 至1030C，液化罐的溫度在1000C 左右，然后加熱至連消器、維持器，溫度為1030C至 1040C，之后進入一級閃蒸器，溫度降到 750C左右，在進行二次閃蒸，最后加糖化酶，溫度在 580C至 620C，然后再降溫進入發酵階段，發酵總周期：玉米 60h 62h，PH4.24.7 。酒精發酵設備 - 酒精發酵醪的成熟指標。發酵完畢后，在進入蒸餾塔進行蒸餾，常壓精餾塔的設計壓力： 0.1MPa；設計溫度： 1300C，因其含水分比較高，所以需要脫水，脫水后的乙醇純度達到 99

5、%以上，即滿足生產的要求了。1.7 環保處理酒精生產所產生得廢水是有毒、有害的，必須要進一步處理后才能排放到自然界中。廢醪通過固液分離，除去其中大部分纖維、蛋白等固形物，同時得到符合要求的清液， 經過四效降膜蒸發， 濃縮到干物含量為3844%的濃漿，然后按一定比例與濾渣混合后進行干燥。 物料中的水份被蒸發出來經過冷凝成為二次冷凝水通過利用厭氧生物細菌和好氧生物細菌的新陳代謝作用對污水進行處理，使廢水最終達到排放標準。1.8 本文研究的內容本文通過對使用玉米加工無水乙醇的生產工藝原理和目的的分析， 進一步介紹發酵前的預處理以及發酵、 蒸餾脫水工藝所注意的問題， 同時對現在經濟發展2形勢下的廢水廢

6、渣等處理工藝進一步的研討，從而論證生產無水乙醇最佳的生產工藝方法的選擇。32 乙醇總體工藝設計2.1 原料處理玉米生產酒精， 首先要將玉米加工成適合發酵的糖液，這就是預處理。 這個過程包括玉米的除雜、潤水、脫胚、分篩、粉碎、調漿、液化以及糖化等工序。玉米的前期處理玉米經過清理、分離除鐵器和灰分， 然后根據玉米的水分， 通過適當的潤水，使玉米胚具有抗擊打的韌性。 灰分含微量淀粉， 其中有大量沙石， 對設備的磨損影響很大。鐵器不但磨損設備， 大一點的會直接對設備產生破壞。 所以在對玉米進行加工前， 去除灰分和鐵器可以減少設備的損耗， 還可以節約大量的能耗。 玉米經過初清篩及永磁筒可以去除大部分灰分

7、及鐵性雜物。而通常玉米的水分在17%以內，經過用 80潤水后達到 20%的水分，潤悶約 5-6 小時，使玉米胚具有抗擊打的韌性。玉米的脫胚玉米胚芽含油量在 35%左右，而玉米油對發酵液面的張力影響很大， 嚴重影響著發酵的各項指標。 如果將玉米油提煉出來， 既能避免影響發酵指標， 又多產出玉米油這個副產品，對降低生產成本有著諸多好處。玉米在脫胚機的擊打下使玉米胚脫出， 再通過磨粉機、 挑擔篩等設備將玉米胚分離出來送到玉米油加工工序， 玉米面經調漿后送至粉碎， 玉米糝直接送到粉碎車間進行粉碎。玉米的粉碎和調漿玉米糝通過粉碎機粉碎將玉米粉碎成細小顆粒， 破壞淀粉細胞壁， 釋放出淀粉，增加淀粉顆粒與水

8、的接觸面積， 有利于后面工序中與淀粉酶接觸， 有利于淀粉顆粒吸水膨脹、糊化、液化，提高熱處理效率，縮短熱處理時間，粉碎后的玉米與水混合也容易密封輸送，減少物料的污染和流失。 一般粉碎粒度 88。高溫水調玉米漿溫度為63-68， PH 值 5.8-6.0，玉米漿通過拌料罐，在玉米漿輸送泵作用下泵至液化工序。玉米的液化和糖化4液化耐高溫 -淀粉酶是采用國外優質菌種，經深層發酵，精煉而成，能隨機水解淀粉質原料及其降解物內部的-1.4 葡萄糖苷鍵，使膠狀淀粉溶液粘度迅速下降，過度水解可產生少量葡萄糖和麥芽糖。常規性生產中，料與水混合均勻，料水比 1：3.5 4，PH 值為 6.57.0，水溫 45 5

9、5，每噸料加本品 0.3 升左右，攪拌均勻后加熱， 蒸煮時溫度控制在 100± 5，時間 100 分鐘左右，碘液試驗為粉紅色， 即液化完成，然后進行糖化。工藝簡述：粉碎玉米漿經調漿后經泵輸送至液化， 先經一次噴射器加熱至 85，從一級配料罐上部進料， 經溢流管流入二級配料罐， 從二級配料罐出料， 經噴射后進入承壓罐，噴射后的物料先進一級閃蒸罐經閃蒸降溫至 85-90,在一級閃蒸出料管通過計量泵加入淀粉酶， 隨后進入一級維持罐， 經溢流管流入二級維持罐； 然后泵至層流罐液化，物料從 7#層流罐底出料管直接進入二級閃蒸罐，經閃蒸降溫至 75，經過液化板換降溫至 60去糖化。糖化淀粉糖是以

10、玉米等農產品為原料 ,最主要的是玉米運用生物技術經過水解轉化而生產的。近些年來 ,連續糖化技術應用于淀粉糖的生產 ,代替了傳統酸法制糖工藝 ,推廣雙酶法及高、低壓噴射液化技術。利用高效糖化酶在糖化罐內將淀粉液化產物糊精和低聚糖進一步水解成葡萄糖。從而將淀粉液化產物中糊精及低聚糖水解為可供酵母利用的發酵性糖。工藝簡述：液化液經過液化板換降溫至 60，在板換出料管通過計量泵加入糖化酶， 隨后進入靜態混合器加酸調 pH 至 4.1-4.3，輸送到糖化罐糖化，糖化時間控制在 15-20 分鐘，再經過泵輸送到發酵工序。乙醇發酵常用的微生物自然界中，很多微生物都能代謝產生乙醇， 氮釀酒酵母等酵母菌和兼性厭

11、氧細菌運動發酵單細胞是目前乙醇生產的主要微生物。 此外，根據不同的代謝途徑構建的基因工程菌也是顯示了良好的特性。51) 酵母 淀粉質原料發酵最常用的菌種是酵母，酵母屬于真菌中的子囊菌綱、源自囊菌目、真酵母科、無絲酵母屬，是單細胞微生物。酵母一般呈卵形、橢圓形或卵圓形，大小在 611 m 之間。活性干酵母活性干酵母是經優選的乙醇酵母繁殖得到菌體后再經干燥得到的一種保持活性的干酵母制品，它經復水活化后即能完全恢復其正常的繁殖、發酵性能 15。它主要有一下優點：可節省酒母培養的投資，簡化生產環節，提高勞動生產率；活性干酵母質量穩定，活化操作簡單，能保證發酵的穩定性；活性干酵母種類多，具有較強的實用性

12、；能有效提高發酵率，降低生產成本；干酵母含水分低，儲存方便，能隨時投入使用。自絮凝酵母 通過原生質融合技術可以使酵母獲得自絮凝的特征， 在培養和發酵過程中自絮凝形成毫米級大小的顆粒。 自絮凝酵母乙醇技術的推廣應用給乙醇工藝技術帶來了重大突破。與現有各種乙醇發酵技術相比， 自絮凝顆粒酵母乙醇發酵新工藝具有的突出優點有：酵母細胞在發酵罐中實現完全固定化，這一無載體固定化細胞技術不產生任何附件費用；單位體積發酵罐中酵母密度可以高達 50100g/L（干重），細胞密度顯著提高。平均發酵時間縮短，發酵罐設備生產強度相應提高；原料的前處理及酵母細胞的完全固定化， 使進入后續精餾系統的發酵液比較清潔，基本不

13、含顆粒酵母，精餾過程生產的廢糟液 COD 降低，有利于實現清潔生產。2) 運動發酵單胞菌運動單胞菌最早是 Linder 于 1942從龍舌蘭酒中分離得到的。為革蘭陰性、厭氧細菌，單胞菌能夠耐一定的氧氣。其通過ED 途徑，專一代謝葡萄糖、果糖、蔗糖作為碳源和能源。利用葡萄糖和果糖時。能夠得到近似理論產量的乙醇。 該菌具有高耐糖能力、 高耐乙醇能力、 低生物量和高乙醇回收率以及發酵速度快等優點。單它的缺點時碳源利用面窄，僅限于葡萄糖、 果糖和蔗糖。所以，當以淀粉質原料發酵制乙醇時需要對原料進行處理轉化為可被利用的糖類。將運動單胞菌與其他微生物如黑曲霉共固定化，可以解決碳源利用面窄的問題。6本文選擇

14、活性干酵母為發酵乙醇。目前，活性干酵母已經廣泛用于乙醇企業中。經多年的推廣， 國內不少企業已經成功的將活性干酵母應用于乙醇生產，實現了提高酒分、降低消耗等目標。酵母生長條件酵母的生長受到溫度、 pH 和培養基組成等因素的影響。1) 溫度 溫度對酵母的生長影響。酵母正常的生活和繁殖溫度是 2930。在很高或很低的溫度下， 酵母的生命活動會削弱或停止。 酵母生長的最高溫度是38，最低位 -5；在 50時酵母死亡。 溫度不同，酵母的世代時間也顯著不同，如表 3.1 所示。表 3.1 乙醇酵母在不同溫度下的世代時間溫度 /8101828333639乙醇酵母世代時42.011.03.21.61.42.0

15、4.0間/h酵母生長的最適溫度和最適的發酵溫度不同。 生產實踐中，酵母的最適生長溫度控制在 2830，最適發酵溫度控制在 3033。此外，在較高的溫度下，野生酵母和細菌的繁殖速度要比乙醇酵母快， 會導致發酵醪酸度增加， 降低乙醇產率。2) pH 酵母的 pH 和氧化還原電位有關， 而氧化還原電位有與酵母的呼吸有直接聯系。乙醇酵母可在 pH4.06.0 環境中進行繁殖，如果醪液的 pH 低于 3，則酵母的活力大減。酵母生長的最適 pH 為 4.85.0，當 pH 降到 4.2 以下時，酵母仍能繼續繁殖， 但此時，乳酸菌已停止生長。 酒母的這種耐酸性常用來清除污染醪中的細菌，即采用加酸調節醪液pH

16、 至 3.84，并保持一段時間酵母能繼續生長并最終占據優勢，而細菌污染可被消除。正常的糖化醪的pH 為 5.05.5 左右，適宜于酵母菌的繁殖和發酵。但為了保證酵母菌繁殖，并一直雜菌生長，生產中常將酒母糖化醪的pH 控制在 4.04.5。3) 培養基 酵母的生長需要各種營養，在培養基的制備上必須首先滿足酵母生長和發酵的需求，并在此基礎上，考慮各組成配比及成分對酵母的影響。酵母的培養工藝乙醇發酵所需酵母的接種量一般為10%，對于大型發酵罐來說， 所需的酵母7量是很大的。所以必須進行擴大培養才能滿足生產的要求。酵母的擴大培養通常可分為兩部分進行：第一部分從斜面軍中逐級擴大到卡氏罐（或大三角瓶），有

17、的是一直到小酒母， 這一部分是是在純培養條件下進行，即嚴格保證該過程不受雜菌的污染；第二部分從小酒母，有時從中酒母開始，一直到大酒母，該過程是在限制雜菌的條件進行， 即是雜菌盡可能少進入培養基中，同時創造有利于酵母生長的條件，這個過程稱為自然純培養過程。下面就酵母擴大培養的過程和詳細介紹。1) 純培養過程 該過程是酵母擴大培養的基礎，生產上希望該階段培養得到細胞健壯，沒有雜菌的種子酵母。因此，無菌操作要求嚴格，酵母培養基的成分也高。一般多采用米曲汁或麥芽汁作為培養基， 其中含有豐富的碳、 氮及其它營養物質，很適合酵母的生長繁殖。該階段的流程表示如下：原始出發菌種斜面菌種液體試管三角瓶培養卡氏罐

18、培養原始菌種原始菌種是指保藏的酵母菌種，它們是經過純種分離的優良酵母菌種，藏時間長的原菌， 應接入新鮮斜面試管進行活化，以便使酵母處于旺盛的生活狀態。斜面菌種培養將活化后的酵母菌在無菌的條件下接入新鮮斜面試管，在恒溫培養箱中 2830下培養 34 天待斜面生長出白色菌苔，即培養成熟。 液體試管培養在無菌條件下，有接種針自西面菌種試管挑選一環酵母菌體，接入裝有 10mL 米曲汁的液體試管，搖勻后，于2830后恒溫培養 24h，即培養成熟。 三角瓶培養三角瓶培養階段，可視其容量選用不同的培養基。如用250mL，可裝入 100mL 米曲汁，如用3000mL 大三角瓶，可裝入米曲汁和經過過濾的酵母糖化

19、醪各500mL，滅菌后備用。接種時，應先用乙醇消毒液消毒瓶口，在無菌條件下，將液體試管全部接入三角瓶中，2830條件下保溫培養1520h，即可成熟。卡氏罐培養卡氏罐培養也可以用大三角瓶代替。卡氏罐培養基可使用糖化醪，以使酵母逐漸適應培養條件。該接種過程基本同三角瓶培養，在無菌條件下，將三角瓶培養液接入罐內，在2830下培養 1520h 即可。82) 自然純培養過程該階段主要工藝流程如下：卡氏罐小酒母罐大酒母罐成熟酒母醪進入該階段后，要使用大量的培養基，如果繼續使用米曲汁或麥芽汁就不經濟了。生產上這一階段的酒母培養基多采用酒母糖化醪。制造酒母糖化醪的原料以玉米為最好， 因為玉米中除了含有大量淀粉

20、外，還含有豐富的蛋白質等， 能滿足酵母繁殖所需的營養，另外，玉米的無機鹽和維生素頷聯也很豐富，所以，當用玉米為原料時，不需補加其它營養物質。除菌過程生物加工過程中， 由于所用菌種的生產能力的強弱、生長速度的快慢、 發酵周期的長短、分泌物質的性質、培養基的營養成分和 pH 的差異等，對所用空氣質量有不同的要求。一般來說，發酵加工過程中應用的“無菌空氣” ，是指通過除菌處理是空氣中的含菌量降低到某一水平，從而是污染的可能性降低至極小。根據生物產品的不同，可以按染菌概率10-3 10-6 來表示無菌過程度。空氣除菌就是除去或滅殺空氣中的微生物。 常用的除菌方法有介質過濾、 輻射、化學藥品、加熱、靜電

21、吸附等。其中輻射殺菌、化學藥品殺菌、干熱殺菌燈都是講有機體蛋白質變性而破壞其活力，從而滅殺空氣中的微生物。 而介質過濾和靜電吸附方法則是利用分離方法將微生物粒子除去，發酵工程所需的無菌空氣要求甚高，用量大，故要選擇運行可靠、操作方便、設備簡單、節省材料和減少勞動消耗的有效除菌方法。 本設計采用介質殺菌去除空氣中的細菌。現對介質過濾除菌做簡要介紹。過濾除菌法事使含菌空氣通過過濾介質， 以阻截空氣中所含微生物， 從而取得無菌空氣的方法，是目前生物加工過程最常用的獲得大量無菌空氣的常規方法。常用的過濾介質按空隙的大小可分為兩類：一類是介質間空隙大于微生物直徑，故必須有一定厚度的介質慮層才能達到過濾除

22、菌的目的，這類過濾介質有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機合成纖維、燒結材料（燒結金屬、燒結陶瓷、燒結塑料）；而另一類介質的空隙小于細菌，含細菌等微生物的空氣通過介質，微生物就被截留于介質上而實現過濾除菌，有時稱為絕對過濾。 絕對過濾在微生物工程中的應用逐漸增多， 它可以除去 0.2um 左右的粒子，故可以把微生物全部過濾9除去。從經濟性、可操作性、有效性等方面考慮，發酵加工過程的無菌空氣基本上采用介質過濾的方法進行。空氣過濾除菌的流程 要保持過濾器在比較高的效率下進行過濾， 并維持一定得氣流速度和不受油、 水的污染，需要一系列的加熱、 冷卻及分離和除雜設備來保證。下面是空氣過濾除菌的流程。兩級冷卻

23、、加熱除菌流程是一個比較完善的空氣除菌流程， 可適應各種氣候條件，能充分分離油水， 使空氣在低的相對濕度下進入過濾器， 以提高過濾效率。 該流程的特點是兩次冷卻、兩次分離、適當加熱。兩次加熱、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數，節約冷卻水，油水分離得比較完全。經第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結成較大的顆粒， 且霧粒濃度較大， 故適宜用旋風分離器分離。第二個冷卻器使空氣進一步冷卻后析出一部分較小霧粒， 宜采用絲網分離（除沫）器分離，這樣發揮絲網能夠分離較小直徑霧粒和分離效率高的作用。 通常，第一級冷卻到 30 35，第二級冷卻到 2025。除水后，空氣的相對濕度相對較高，需用絲網分離器后的

24、加熱器加熱空氣，使其相對濕度降低至 50%60%，以保證過濾器的正常運行。酒精的蒸餾與脫水酒精發酵后的醪液，需要進行蒸餾脫水才能得到無水乙醇。利用分子篩對不同組份具有選擇性吸附的特性，在加壓下吸附酒精中的水份，在減壓下解析。 吸附和解析過程交替進行， 保證裝置能夠連續穩定地生產出合格的燃料酒精。工藝流程描述：醪液經粗塔醪液第一預熱器與粗塔頂汽換熱后預熱后。 經醪液第二預熱與成品酒汽換熱。再經粗塔醪液第三預熱器與蒸汽凝水換熱后進粗塔。醪液進入粗塔后酒份被蒸出，其酒精蒸汽經醪液第一預熱器與醪液換熱后，未冷凝酒氣，再經粗塔主冷，二冷（循環水） ，尾冷（冰水）冷凝，尾氣由真空抽走，凝液落入粗酒罐，由粗

25、酒泵至精塔進料預熱器與精塔釜液換熱進入精塔。酒份蒸出后的粗塔釜液，由粗塔釜液采出廢醪處理工序。淡酒進入精塔蒸發提濃，精塔頂酒氣經粗塔再沸器冷凝后落入精塔回流罐，精塔回流酒一部分 (91.2%)回流，另一部分經淡酒預熱器與粗塔淡酒換熱后，進10入精頂作為組合塔采出酒的補充。 精塔釜液經精塔進料預熱器加熱粗酒后， 一部分做為洗滌水經無離子水一二冷冷卻后進入萃取塔用于萃取雜醇油， 另一部分去粉碎調漿用。精塔有一路雜醇油側采， 經雜醇油一， 二冷冷卻后進入萃取塔。 洗滌后的雜醇油放入雜醇油罐，萃取淡酒返回粗酒罐。精頂酒氣進入過熱器加熱后經分子篩脫水， 成品酒氣與醪液換熱， 未冷凝的酒氣，再經成品尾冷冷

26、凝落入成品酒精罐， 經成品一，二冷卻器冷卻后為成品泵至儲罐，解析酒氣經再生一，二冷凝器冷凝后落入再生淡酒罐并返回粗酒罐。系統的熱能由蒸汽直接加熱精塔再沸器， 精塔產生的蒸汽凝水經粗塔醪液三預為醪液加熱后排出界區。 粗塔負壓由真空泵經粗塔尾冷尾氣管抽真空， 產生的廢液返回發酵。乙醇發酵的成熟指標乙醇發酵成熟指標的控制是生產中一項重要工作。 如果控制恰到好處， 不但可以提高設備利用率。 增加乙醇產量。 而且可以大大降低原料消耗， 提高淀粉出酒率。發酵的成熟雖然與發酵時間、 醪液濃度、發酵溫度、 酵母接種量和發酵方式等因素有關，但最終主要有表 3.2 所列的幾項指標來控制。表 3.2發酵的成熟指標項

27、目間歇發酵鏡檢酵母形態正常無雜菌外觀精度 /°Bx0.5 以下還原糖 /%0.3 以下帶渣總糖 /%1 以下濾液總糖 /%0.7 以下乙醇含量（體積分數） /%810總酸總酸不超過 0.5揮發酸0.10.15淀粉乙醇產率和淀粉利用率是衡量整個乙醇生產的綜合指標， 其高低與原料消耗有直接關系，提高乙醇產率是發酵乙醇生產企業的重要任務。112.2 乙醇發酵種子罐（ 1）培養菌種：酵母菌（ 2）發酵罐類型：機械攪拌通風發酵罐（ 3）種子罐個數：選取 50m3 的種子罐 3 個。種子罐的基本數據H/D=1.73.5Di/D=1/21/3B/D=1/81/12C/Di=0.81.0S/Di=2

28、5H 0 /D=2Di 攪拌葉直徑D罐體直徑H 0 罐體直筒部位高度B 擋板寬度ha 橢圓封頭短半軸長度S 攪拌葉間距C 底攪拌葉至底封頭高度hb橢圓封頭的直邊高度設 H/D=2.5 ，且公稱體積為 50m3Di = 1/3DHo = 2 DB = 0.1Dha = 0.25DS = 3DiC = Di由圖得 hbH H 0ha2.5D2D0.25D0.125D22則V0 V1D 2 H 2 hb1 D4D 2 hb1 D = D 2 H hb 1/ 6D4664=D 2 2.5D0.125D1/ 6D=50m34解得 D=2.8358m查表得當公稱體積為50m3 時 D=3000mm所以取

29、D=3m則 H=2.5D=7.5mDi = 1/3D=1mHo = 2 D=6mB = 0.1D=0.3mha = 0.25D=0.75mS = 3Di=3mC = Di=1m12全體積 V04D 2 H 2 hb1DD2 2.5D 2 0.125D1D643= 0.77083 D 365.3844m3表 2-2 50m3 種子發酵罐的幾何尺寸步驟項目及代號參數及計算結果備注1公稱體積50m3設計條件2全體積65.3844m3V0D 2 H 2 hb1 D463D3mDH0/24H 06mH0=2 D5Di1mDi=1/3D6H7.5m2.5D7B0.3mB=0.1D8S3mS=3Di=D9C

30、1mC=Di=D/310ha0.75mha=0.25D2.2.1.2主要部件尺寸發酵罐材料可以選用碳鋼、不銹鋼、合金鋼等。相對其他工業來說，發酵液對鋼材的腐蝕不大，但必須能耐受一定的壓力和溫度，通常要求耐受130150 的溫度和 0.3MPa 的壓力。綜合各因素， 該發酵罐發酵生產紅霉素， 由于發酵液腐蝕性不大， 我們選擇不銹鋼 16MnR 鋼。1、罐體壁厚：取決于罐徑及罐壓的大小。1pDC(mm)2p取 D=3m,p=0.3MPa, 雙面焊縫=0.8，=137MPa,C=3mm13則 10.310630003 7.1mm1371060.80.31062D罐體直徑（ mm）p耐受壓強(設計壓力

31、 ) 焊縫系數，雙面焊取0.8，無縫焊取 1.0 罐體金屬材料在設計溫度下的許用應力(不銹鋼焊接壓力容器許用應力為 150， 137MPa)C 腐蝕裕度，當 C<10mm 時， C 3mm 2、封頭壁厚計算：常大于罐體壁厚tdKPDCmmt0.5P2已知：取雙面焊 =0.8、D=3000mm、P=0.3MPa、K=2.3、137MPa 、t=1求得： td2.30.330003 12.45mm21370.80.50.3根據發酵工廠工藝設計概論 ，中國輕工業出版社，2006 年。附錄的表 17 查詢可知：選用 15mm 厚 A3 鋼板制作D罐體直徑（ mm）p耐受壓強(取 0.3MPa)K

32、開孔系數，取2.3焊縫系數，雙面焊取0.8，無縫焊取 1.0 設計溫度下的許用應力 （不銹鋼焊接壓力容器許用應力為150，137MPa）C 腐蝕裕度，當 C<10mm 時， C3mm 3、擋板通常擋板寬度 b 取 (0.10.12)D，裝設 46 塊即可滿足全擋板條件。根據下式計算擋板數 n：b n0.1 0.12 D n 0.5DD14取 b=0.1D, 得出擋板數 n=5 塊式中 b擋板寬度， mm；D罐內徑， mm；n擋板數， mm。4、攪拌器采用渦輪式攪拌器， 選擇攪拌器種類和攪拌器層數，根據 d 確定 h 和 b 的值尺寸：六平葉渦輪式攪拌器已標準化， 稱為標準型攪拌器； 攪動

33、液體的循環量大，攪拌功率消耗也大；葉徑 : d=(0.30.4)D盤徑 : di= 0.75 d葉高 : h = 0.3d葉長 : b = 0.25 d根據 D=3m,得葉徑 d=0.35D=1.05m所以：盤徑 : di= 0.75 d=0.7875m葉高 : h = 0.3d=0.315m葉長 : b = 0.25 d=0.2625m5、人孔和視鏡人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內部的裝置。本次設計只設置了1 個人孔，標準號為：HG215151995人孔（ R· A 2707） 450，開在頂封頭上，位置：角度 75 。視鏡用于觀察發酵罐內部的情況。 本次設計只設置了

34、2 個視鏡，開在頂封頭上，位置：角度 30 、60。6、接口管管道接口：進料口：采用焊接，接口管徑 ?78*4 mm，開在封頭上，位置：角度 45 度；排料口：采用焊接，接口管直徑 ?78*4 mm，開在罐底；進氣口：采用焊接，接口管直徑?72*3.5 mm，開在封頭上，位置：角度75度 ；排氣口：采用焊接，接口管直徑 ?89*45 mm，開在封頭上， 位置：角 60 度 ；15冷取水進、出口：采用焊接，接口管直徑 ?68*4 mm，開在罐身圓柱體上；補料口：采用焊接，接口管直徑 ?78*4 mm，開在封頭上；取樣口： 采用外螺紋連接 ?21*3 mm ，開在罐身圓柱體上。儀表接口：液位計：采

35、用標準： HG5 1368型號： R61溫度計： Pt100 型壓力表：彈簧管壓力表 （徑向表 ),d1=20mm,精度 2.5，型號 Y-250Z,開在封頭上溶氧探頭： SE-N-DO-FpH 探頭： PHS-2 型表 2-2 種子發酵罐主要部件尺寸的設計計算結果步驟項目及代號參數及結果備注1罐體材料16MnR 鋼由工藝條件確定2罐體壁厚10mm計算3人孔500查閱文獻得4封頭壁厚15mm計算5擋板寬度0.3m計算6擋板數5 個計算7攪拌器種類6-6-6 箭葉查閱文獻得8攪拌器層數3查閱文獻得9攪拌器直徑1m計算發酵罐的設計1、發酵罐采用圓柱形器身，底和頂為錐形蓋，選取結構尺寸的比例關系如下

36、：H=1.5D，h1=h2=0.1DV0. 785D2( H1h11 h) 200m3全332經計算得 D=5.46m, H=8.19m, h1=h2=0.546m設發酵罐數為 N 個，則發酵罐的有效容積：V 有效 =WT/N- 公式 (1)16V 全容積 ×=V 有效 - 公式（ 2）式中 W每小時進料量；T發酵時間；N發酵罐數根據經驗值，一樣取發酵罐填充系數為=90%，則可以得到：200×90%=39×(48-12)/N,計算得到： N=7.8 個)，則我們需要發酵罐N=8 個主要部件尺寸的設計1、發酵罐壁厚 SPDSC (cm)2P式中 P設計壓力，取最高工

37、作壓力的1.05 倍，現取 0.5MPaD發酵罐內徑， D=546cm A 3 鋼的許用應力， =127MPa 焊縫系數，其范圍在 0.151 之間，取 0.7C壁厚附加量（ cm）C=C1+C2+C3式中 C1鋼板負偏差，視鋼板厚度查表確定，范圍為0.13 1.3，取C1=0.8mmC2為腐蝕裕量，單面腐蝕取 1mm，雙面腐蝕取 2mm，現取 C2=2mmC3加工減薄量，對冷加工 C3=0，熱加工封頭30C =S ×10，現取C3=0C=0.8+2+0=2.8（ mm）S5460. 50. 281. 82( cm)21270. 70. 5根據發酵工廠工藝設計概論 ，中國輕工業出版社

38、， 2006 年。附錄的表 17查詢可知：選用20mm 厚 A3 鋼板制作。2、封頭壁厚計算PDSC (cm)2P式中 P=0.5MPa， D=467cm， =127MPa，=0.717C=0.08+0.2+0.1=0.38（ cm）S5460. 50. 38 1. 92( cm)1270. 720. 5選用 20mm 厚 A3 鋼板制作3、進出口管徑稀糖液進口管徑：稀糖液體積流量計算： 根據物料衡算結果可知， 每小時進入醪塔體積流量為47373，醪液密度為 1200 kg/m3，則 V=47373/1200=39.5 （m3/h）稀糖液體積流量為39.5m3/h，設其流速為 0.42m3/s

39、，則進料管截面積為：F物Q 39.5 / 36000.0 2 （61m 2）V0.422，管徑dF物0.0261（ ）F物 =0.785d0.7850.7850.182 m取無縫鋼管 200×6mm 可用。稀糖液出口管徑：因為出口物料量要比進口物料量大些，按說出口管徑應該比稀糖液進口管徑大些，所以取 210×7 無縫鋼管就可以滿足了。排氣口管徑：取 250×8 無縫鋼管4、支座選擇由于發酵罐很大，總重量較大，選用裙式支座，并用鋼筋混凝土制做。物料衡算1、玉米原料生產酒精的總化學反應式為：C12H22O11H2O 2C 6H12O6 4C2H5OH 4CO2蔗糖葡萄

40、糖乙醇3423601841762、生產 1t（ 1000kg）無水酒精的理論蔗糖消耗量：1000×（342÷184） 1858.7（）3、生產 1t（1000kg）燃料酒精 ( 燃料酒精中的乙醇99.5%（ V） 以上，相當于 99.18%（ m） ) 的理論蔗糖消耗量：1858.7 ×99.18 1843.5（）4、生產 1t （1000kg）燃料酒精實際蔗糖消耗量：18生產過程中蒸餾率為98，發酵率為 90，則實際蔗糖消耗量為：1843.5 ÷98÷90 2090（）5、生產 1t( 1000kg)燃料酒精玉米原料消耗量：玉米原料含可發酵性

41、糖10%，故 1 噸酒精玉米消耗為：2090÷10 =20900（kg）發酵醪量相應酒母培養和發酵過程放出二氧化碳量為：100099.18 0017696898 01840采用單濃度酒精連續發酵工藝，把含固形物 88的玉米稀釋成濃度為 22 25的稀糖液，設稀釋成 25的稀糖液。經連續稀釋器可得稀糖液量為：4180×85/25=14212（ kg）即發酵醪量為： 14212kg酒母繁殖和發酵過程中放出968kg 的二氧化碳，則蒸餾發酵醪的量為：（ 14212-968） ×（ 100+6） =14039（kg）其中酒精捕集器稀酒精為發酵醪量的 6蒸餾發酵成熟醪的酒精

42、濃度為：100099.18 007.140098 0140390成品與廢醪量采用差壓蒸餾兩塔流程蒸餾。玉米原料雜醇油產量約為成品酒精多 0.250.35，現以 0.3計，則雜醇油量為 1000×0.3 =3（kg）設醪液進醪溫度為 t1=55，塔底排醪溫度為 t4=85，成熟醪酒精濃度為 B1 =7.14，塔頂上升蒸汽的酒精濃度 50（ v）即 42.43（ w），生產 1000kg 酒精則1、醪塔上升蒸汽量為：V 1=14039×7.14/42.43=2363（ kg）2、殘留液量為：WX=14039-2363=11676（kg）3、成熟醪量比熱容為：C1=4.18 &#

43、215;（1.019-0.95B1）=4.18 ×（ 1.019-0.95 7×.14）=3.98KJ/（kg·K ）4、成熟醪帶入塔的熱量為：Q1=F1C1t1=14039 ×3.98 ×55=3.08 ×106（KJ ）5、蒸餾殘液內固形物濃度為：19BF1 B114039 7.14 008.59 002WX116766、蒸餾殘留液的比熱：C24.18(10.378B2 ) 4.18(10.3788.5900) 4.04 KJ /(kg K )7、塔底殘留液帶出熱量為：Q4'WX C2t 4 116764.04854.01

44、106(KJ)8、查附錄得 42.43酒精蒸汽焓為 2045KJ/kg。故上升蒸汽帶出的量為：Q3V1i236320454.83106 (KJ )塔底真空度為 -0.05MPa（表壓），蒸汽加熱焓為 2644KJ/kg，又蒸餾過程熱損失 Qn 可取傳遞總熱量的 1，根據熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為：Q3Q4'Qn Q14.83 1064.011063.08106D1ICW t 4(26444.1885)99 002542(kg)若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為：WX D1 11676+2542=14218（kg）20000t/a 玉米原料酒精廠物料衡算表生產每小時數量每天數量每年數量物料衡算1000kg99.5%（kg）（t）（ t）酒精物料量燃料酒精1