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中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第17页
发酵。
②连续发酵过程中,酵母细胞的繁殖能力较强。间歇发酵时,发酵醪中的酒精度达到4%以上酵母基本就停止了繁殖。而连续发酵式,当酒精浓度达到7%时,酵母仍能出芽繁殖。
③发酵周期短(约50h),发酵时间比间歇发酵缩短了近20%。从而大大提高了生产效率。
④无需经常对设备灭菌,目前连续发酵周期已超过200天,从而大量节省了蒸汽的消耗量。而间歇发酵每次进料都需灭菌。
⑤连续发酵对可发酵糖的利用率较高;发酵终点时,成熟发酵醪(表2-2)中酒精度较高普遍能达到11%左右。
但是,连续发酵也存在一些弊端。如容易发生滑流和滞留想象,所以为保证生产的正常进行,连续发酵罐组一般取8~10只;易于染菌,一旦染菌会影响整个发酵罐组,且不易处理,一般采用加酸酸化或加抗生素或防腐剂的方法来预防杂菌污染。 表2-2
项目 镜检 Bx 成熟发酵醪的指标 外观糖还原糖 % 残总糖 % 含酒精量 %(V) 9~11 总酸度 <0.5 挥发 酸度 0.15以下 连续 形态正常 -1.0以发酵 无杂菌 下 0.2以下 0.3~0.6 2.2.6蒸馏工艺
目前通用的蒸馏工艺较多,有两塔蒸馏(气相进料和液相进料)、三塔蒸馏(直接式、半直接式、间接式)、四塔蒸馏、五塔蒸馏等。本设计中选用四塔蒸馏,其包括醪塔、排醛塔、精馏塔、甲醇塔。
两塔蒸馏得到的酒精虽能达到食用酒精的酒精度标准,但酒精中杂质太多并不能满足食用酒精的标准;三塔蒸馏虽然能基本达到食用酒精的标准,但质量不是太高且其中的甲醇极易超标。而四塔蒸馏,不仅能得到符合标准的食用酒精,而且得到的酒精质量较高。能安全地作为食品加工的中间原料,也可作为勾兑酒的基酒,能符合工厂产品销售范围的质量标准。
相对于两塔蒸馏,四塔蒸馏多了排醛塔和甲醇塔。排醛塔介于醪塔和精馏塔之间,其作用是排除醛酯类头级杂质,由于排醛塔的排除头级杂质是在酒精浓度较低的时候进行的,醛酯类头级杂质的精馏系数较大,比精馏塔顶部分离头级杂质的效果好,另外由于进入精馏塔的脱醛酒已经含有很少头级杂质,所以成品酒精液层的酒精水蒸汽中头级杂质已经相应降低。甲醇塔又叫后馏塔,其目的是进一步精馏酒精。甲醇的精馏系数随酒精浓度的增加而变大,所以甲醇分离应在高酒精浓度是进行,因而甲醇塔应安装在精馏塔之后。甲醇塔能将精馏酒中的甲醇
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进一步分离,同时除去一部分其他头级杂质。
3 全厂工艺计算
3.1物料衡算
生产技术指标及基础数据:
生产规模 50000t/a食用酒精
生产方法 塔式连续蒸煮、连续糖化、连续酒母培养、连续发酵及
四塔蒸馏
生产天数 每年320天
副产品年产量 次级酒精占酒精总量的2%
杂醇油量 为成品酒精的0.5%
产品质量 符合国家食用酒精标准,乙醇含量95%以上(体积分数) 生产原料 木薯,淀粉含量70%、水分13% 3.1.1总物料衡算
年产50000t食用酒精(乙醇含量为95%),折算成100%就酒精为年产47500t。按一年生产320天计算,日产95%食用酒精为156.25t,折算成100%的酒精为138.44t。
以淀粉质原料生产酒精的总化学方程式为: 糖化 (C6H10O5)n?nH2O?nC6H12O6 162
18
180
发酵 C6H12O6?2C2H5OH?2CO2 180 2×46 2×44 生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量为: 1000?162?17.69(0kg) 2?46生产1000kg食用酒精的理论淀粉消耗量 国家食用酒精标准为乙醇含量为95%以上(体积分数),相当于92.41%(质量分数),则生产1000kg食用酒精的理论淀粉消耗量为:
1760.9?92.415?1627.2(kg)
生产1000kg食用酒精的实际淀粉消耗量 实际生产中,生产过程经历原料处理、蒸煮、糖化、发酵及蒸馏等工序,要经过复杂的物理及化学变化,产品得率必然低于理论产率。目前,各级段的损失一般如下表3-1:
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表3-1 生产过程 原料处理 蒸 煮 发 酵 发 酵 蒸 馏 其它损失 生产过程各阶段淀粉损失 损失原因 粉尘损失 淀粉残留及糖分破化 巴斯德效应及发酵残糖 CO2带走 废糟带走等 自然蒸发、设备遗漏 总计损失 淀粉损失(%) 0.3 1.0 4.0 0.2 0.8 0.5 6.8 由上表可知淀粉总损失为6.8%,故生产1000kg食用酒精实际淀粉消耗量为:
1627.2?1745.92(kg)
100%?6.8%淀粉出酒率为:1000/1745.92=57.28%,淀粉利用率为93.2%达到国家现阶段淀粉质原料生产酒精的先进水平。
生产1000kg食用酒精木薯原料消耗量 有基础数据可知,木薯原料含淀粉70%,故1t酒精消耗木薯量为:
1745.92?70%?2494.17(kg) 木薯日消耗量为:
156.25?2.494?389.69(kg)
3.1.2蒸煮工序物料衡算
此工艺采用塔式连续蒸煮工艺。淀粉浆经二次蒸汽预热到650C,再经直接蒸汽一次加热到1350C,蒸煮结束后由真空冷却至630C进入糖化,并产生1050C的二次蒸汽。则生产1000kg95%食用酒精成品有关的计算如下:
淀粉浆量及调浆水 酒精调浆水比例为1:3,生产1000kg食用酒精原料消耗2494.19kg,故需要调浆水量:
2494.19?3?7482.51(kg)
淀粉浆量为:
2494.19?(3?1)?9976.68(kg) 干物质含量为B0=87%的木薯比热容为:
C0?4.18?(1?0.7B)?1.63[kJ/(kg?K)]
粉浆干物质浓度为:
B1?87?(4?100)?21.75%
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蒸煮醪的比热容为:
C0?B1C0?(1.0?B1)CW
?21.75%?1.63?(1.0?21.75%)?4.18
?3.625[kJ/(kg?K)]
式中 CW—水的比热容[kJ/(kg?K)] 为简化计算,假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程中维持不变。
经预热后,蒸煮醪的量 采用200C 自来水调浆,并用1050C的二次蒸汽将粉浆预热到650C,则蒸煮醪的量为:
9976.68?9976.68?3.625?(65?20)?10651.55(kg)
2683.2?65?4.18式中 2683.2—1050C蒸汽的热含量(kJ/K)
经直接蒸汽加热后,蒸煮醪的量 采用表压为0.4MPa的蒸汽将蒸煮醪直接加热到1350C,则蒸煮醪的量为:
10651.55?10651.55?3.625?(135?65)?11888.77(kg)
2748.9?135?4.18式中 2748.9—表压为0.4MPa饱和蒸汽的焓(kJ/K)
经汽液分离后的蒸煮醪的量 蒸煮醪进入后熟器时温度约为1180C,再经汽液分离后温度降至约1050C,则此时蒸煮醪的量为:
11888.77?11888.77?3.625?(118?105)?11638.91(kg)
2242.3式中 2242.3—1050C饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)
经真空冷却后,蒸煮醪的量 蒸煮醪经真空冷却器抽真空迅速由1050C降至630C,则最终蒸煮醪量为:
11638.91?11638.91?3.625?(105?63)?10885.18(kg)
2351式中 2351—630C饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K) 3.1.3糖化和发酵工序物料衡算
采用连续发酵,发酵结束后成熟醪量含酒精能达到11%(体积分数),相当于8.83%(质量分数)。设蒸馏效率为98%而且发酵捕集器回收酒精洗水为成熟醪的1%。则生产1000kg95%食用酒精成品的有关计算如下:
糖化酶的用量 若食用糖化酶的活力为20000u/g,使用量为150u/g原料,则