发酵工厂工艺设计论文.ppt

发酵工厂工艺设计发酵工厂工艺设计黄祖新第一章第一章 绪论绪论教学目的：（1）了解发酵工厂工艺设计课程目的和任务（2）发酵工厂工艺设计的内容和组成第一节第一节 工厂设计课程的任务工厂设计课程的任务一、是一门什么样的课程 （1）学习本门课程的基础 （2）本课程的定性：一门综合性、实践性很强的专业课。二、本课程的任务：基本建设的工作程序、内容和设计范围分工；生产工艺设计规范、基本方法和步骤；画一张带控制点的工艺流程图。三、如何学好本课程:百年大计、质量第一；理论联系实践；学以致用两个基本问题两个基本问题(1)一个工程项目的提出:社会发展工业布局市场需要地区和行业发展规划(2)基本建设的程序:建设前期:项目建议书,可行性研究报告,设计任务书初步设计和总概算.建设期:包括实际勘察、设计工作（编制设计文件）、施工安装、试产验收，交付使用。生产期第二节项目建议书、可行性研究、设计任务第二节项目建议书、可行性研究、设计任务书书1、项目建议书：是向国家省、市有关主管部门直接申请工程项目的文件，是设计工作的前奏。主要内容：项目名称、建设项目的依据和必要性。产品方案、市场预测、建设规模和地点的初步设想。资源、建设条件、技术和设备的初步分析。环境保护。投资估算、资金筹措和还贷能力的大体测算。项目实施规划。工厂组织和劳动定员估算。经济效果和社会效益的初步估算。2、可行性研究：由上级主管部门组织，对拟建工程项目的技术性、经济性和工程实施性，进行全面调查、预测、分析和论证，作出是否合理可行的科学评价，写出可行性研究报告。作为编制设计任务书的主要依据。总论：项目背景、投资必要性、经济意义。市场需求预测和建设规模原材料、燃料及资源情况建厂条件和厂址方案设计方案：技术路线、厂址布置、辅助设施、交通环境保护：预测项目对环境影响、三废处理方案企业组织、劳动定员和人员培训。投资估算和资金筹措：（流动资金、资金来源、贷款偿付方式、投资回收期）经济效果和社会效益的评价。（静态分析和敏感性分析）3、设计任务书：在可行性研究的基础上进行编制的指导性文件，是确定基本建设项目，编制设计文件的主要依据。一般包括文件内容和附件两个部分。主要文件内容:建设目的依据,项目名称建设规模,产品方案,生产方法原材料,燃料,动力供应厂址和地点,地理自然条件,交通运输等要求.资源综合利用和三废治理建设工期及设计施工单位投资及劳动定员经济效益和技术水平原有固定资产利用率和生产潜力的发挥.附件内容:原材料供应和原料基地厂址的地形与地势、工程地质、水文、气象和地震等资料。土地使用批准书及能源、交通等协议书有关预测经济效果的资料及计算依据引进设备附国家批准文件和新工艺、新设备鉴定书扩建工程附上厂总平面图及主要设备平衡表。第三节第三节 发酵工厂工艺设计内容和组发酵工厂工艺设计内容和组成成1.发酵工厂工艺设计的主要依据：（1）可行性报告以及设计计划任务书（2）项目总负责人下达设计工作提纲和技术决定（3）已经批准的应用新技术试验研究报告和技术鉴定证书2.发酵工厂工艺设计的内容 负责全厂生产工艺流程设计和各生产车间的设计，并向配套专业人员提供设计依据、提出设计要求。3.发酵工厂工艺设计的组成 生产工艺设计：是主导设计并协调各专业设计作用，其他配套设计根据生产工艺的要求进行设计，应该符合工艺技术先进性、经济合理性、安全适用可靠、环境污染程度。非生产工艺设计：(包括土建、采暖、通风、供水、供电、供热）4.两阶段设计：扩大初步设计施工图设计 （1）初步设计（扩大初步设计）在建设前期的总概算前必须完成的。（2）施工图设计在建设期阶段修改初步设计，分批交付施工图纸，修正概算。5.初步设计：初步设计初步设计就是根据批准的设计任务书，进行踏勘测量，并编制初步设计初步设计文件。是是根据选定的设计方案进行更具体更深入的设计。在论证技术可能性、经济合理性的基础上提出设计标准、基础形式、结构方案以及水、暖、电等各专业的设计方案。设计文件由设计总说明书、设计图纸、主要设备和材料表、工程概算书四部分组成。设计图纸主要有带控制点工艺流程图和车间设备布置图等。初步设计具体内容：一般包括设计的依据和指导思想；建筑规模、产品方案、原材料、燃料和动力的需用量与来源；工艺流程、主要设备选型和配备；主要建筑物、构筑物、公用和辅助设施、生活区建设；占地面积和土地使用情况；总图运输；外部协作配合条件；消防设施、环保措施和抗震设防等；生产组织、劳动定额和主要技术经济指标及分析；建设进度和期限；工程总概算等内容。初步设计步骤初步设计步骤6.施工图设计：施工图设计主要是根据初步设计初步设计审定的设计原则，设计方案、技术决定进一步具体和深化，在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计，提供满足施工需要的图表资料及施工组织计划等。工艺专业主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；非工艺专业主要内容包括：有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。第二章第二章 厂址选择及总平面设计厂址选择及总平面设计第一节第一节 厂址选择厂址选择 在指定的某一地区内，根据新建厂所必须具备的条件，结合发酵工厂的特点，进行详尽的调查勘测工作，就可能建厂的几个厂址的技术经济条件，列出几个方案，进行综合分析比较，从中择优确定厂址。一般包括地点选择（决定方位和自然环境）和场地选择（面积大小、场地外形及技术经济性）。最省的投资费用；按质按量按期完成工厂设计的各项指标；投产后长期生产技术管理；原材料和成品的产供销；国家地区的工业布局和城市规划；企业的发展远景。厂址选择的一般原则：1、自然条件：地理位置地形地势与地质水文与气象地震2、技术经济条件：原料供应与产品销售能源供应给排水交通运输节约用地，少用耕地符合城市规划场地有效利用与远景规划基建施工条件环境保护及三废处理第二节工厂总平面设计第二节工厂总平面设计1 1、工厂总平面设计：、工厂总平面设计：是指工厂中所有建筑物、构筑物、露天堆场、交通运输、工程管线及绿化区等相互位置图的设计。是工厂总体布置的平面设计。一般总平面设计与总平面图的绘制是由专门的总图的专业技术人员负责完成的。2、总平面设计的基本内容：（1）平面布置设计（2）竖向布置设计（3）运输设计 （4）管线综合设计（5）绿化设计(1)平面布置：在考虑适应厂区地形的同时，合理地安排全厂的每个厂房、构筑物、原料堆场、道路、工程管线及绿化、美化环境设施等在厂区平面上的相对位置，使其适应生产工艺流程的要求，以及各个车间配合的需要。(2)竖向布置：以工艺为主体，决定建、构筑物的设计标高，使之互相协调，解决地形起伏和雨水排除问题，并据此确定填土和挖土方的工程量。主要目的是既要工艺流程合理顺畅，又要节省土方量，节约投资。(3)运输设计：确定厂内、外的运输方式，并据此进行道路、铁路(厂内专用线)以至码头等的设计。(4)管线综合布置：工艺和水、电、汽等各种工程管线的设计应分别由各部门的专业设计人员负责。但为了合理地布置这些管线，在总平面设计时，必须根据地上、地下各种管线的特点来综合地规定它的标高、位置和占地宽度，使之相互协调，布置得合理而又经济。（5）绿化设计：主要包括绿化方式选择、绿化区布置3、总平面设计的基本要求：1.符合生产流程的要求2.生产主厂房布置厂区中心地带3.地区主风向的影响4.人流货流通道分开，避免交叉5.遵从城市规划的要求6.符合国家有关规范和规定4、一般工厂组成：（1）生产车间：生产成品或半成品的厂内所有工艺生产主要工序部门。（2）辅助车间：协助生产车间正常生产的各生产部门。（3）动力车间：保证生产车间顺利生产急全厂各部门正常工作的部门。（4）行管部门：全厂性行政后勤管理部门，起指挥管理服务的作用。（5）职工宿舍区5、厂区划分：（1）厂前区：行政管理及后勤部门设施（2）生产区：主要车间厂房及辅助车间和少量动力车间设施（水泵房、水塔或冷冻站）（3）厂后区：原料仓库、露天堆场、污水处理站等。（4）左右两侧区：机修、给排水系统、变电所及有关仓库。6、总平面水平布置形式（1）区带式布置形式:以主要车间的定位布置，带起辅助车间和动力车间的逐一布置。（2）周边式布置形式：将生产车间环绕厂区周边从厂大门处布置，带起辅助车间和动力车间逐一相随布置。7、总平面竖向布置形式（1）分离式布置形式：厂房建筑多为单层或二层式，主要车间和辅助车间的厂房或一个车间的各个工序厂房分散布置在划分区片中的布置形式。（2）连续式布置形式：将主要车间和辅助车间的厂房或一个车间的各个工序厂房进行竖向布置，按照合理的工序流程相连接。8、联合式（组合式）布置形式：将水平向与竖向布置结合，总平面设计布置有明显的厂区划分，建、构筑物的疏密合理，妥善处理通风采光和防火卫生安全。9、名词解释：等高线:地面上同高度的各点连接成的封闭理想曲线。地理测量坐标网：X、Y坐标系规定南北向增减横坐标X表示，东西向Y表示，作间距为50米或100米的方格网，标定厂址和厂房建筑物地理位置。建筑施工坐标网：A、B坐标系，厂房的方位与地理坐标系有方位角，在总平面设计时，采用厂区、厂房一致的建筑施工坐标网，规定横坐标A，纵坐标B作间距为50米或100米的方格网，标定厂址和厂房建筑施工位置。10、风玫瑰图：即风向频率图。以直角坐标系原点表示厂址地点，坐标分成东、西、南、北、东北、东南、西南、西北方位表示8个方向风吹向厂址，每个方向风的次数占全年风总次数的百分比为该风向的频率。将个方向风频率按一定比例描点连成一条类似玫瑰花的多边形的封闭曲线成为风玫瑰图。11、地形图:用等高线表示地势变化幅度的图形.所有山峰,低谷等称为地形;所有房屋,公路,道路,寺庙称为地物;通常方向线箭头表示指向北方.福州风玫瑰图福州风玫瑰图 地形图:用等高线表示地势变化幅度的图形.所有山峰,低谷等称为地形;所有房屋,公路,道路,寺庙称为地物;通常方向线箭头表示指向北方。第三章工艺流程设计第三章工艺流程设计第一节第一节 生产方法和工艺流程的选生产方法和工艺流程的选择择1、生产方法选择：即工艺路线的选择，选择技术先进，经济合理的工艺路线其依据是：（1）原料来源、种类和性质（2）产品质量和规格（3）生产规模（4）技术水平（5）厂址自然环境（6）经济合理性(7)环境保护2、工艺流程的设计原则（1）保证产品质量符合国家标准。（2）采用成熟、先进技术和设备。（3）减少三废排放，完善治理措施，消除环境污染。（4）确保安全生产，完善安全技术及劳动保护措施。（5）采用机械化和自动化，实现稳产高产。（6）考虑投资资金筹措及投资回收期 第二节工艺流程的设计步骤第二节工艺流程的设计步骤1、工艺流程设计的步骤 1）、生产工艺流程示意图 这个阶段是定性表明原料转变成产品的路线和顺序、应用过程及设备。生产工艺流程草图一般由物料流程、图例、标题栏三部分组成可以用简单设备流程图表示或文字示意图表示。一般在编制设计方案时，生产方法和生产规模确定后就可以考虑设计并绘制生产工艺流程示意图。在物料衡算前，应了解经过哪些单元操作和确定何种操作方式。一般工艺流程部分为五个重要部分，即：原料预处理、发酵过程、产物的后处理（分离纯化）、三废处理、配套工程。（1）、原料处理过程 主反应确定之后，根据反应特点，必须对原料提出要求，纯度、温度、压力、加料方式等。其它操作方式就是化工单元操作。如：预热、冷却（传热）、汽化、干燥、粉碎筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等，以上操作不是一台机器设备简单完成的。（2）、发酵过程 根据发酵过程的特点、产品的要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用发酵罐类型和决定连续还是间歇性操作。采用间歇操作量，发酵过程是否需加热或冷却，发酵罐上的装置应当考虑。（3）产物的后处理（分离纯化）：产品的后处理 经过分离净化后的产品，有些是下一工序的原料有些可作商品，还有须后处理，如沉淀、离心、超滤、喷雾干燥、造粒、包装、或者压滤、灌装、计量、贮存、输送。这些过程都需要有一定的工艺设计装置、工艺操作。（4）三废处理：确定“三废”排出物的处理措施排放的废气、变废为宝，加以回收，无法回收应妥善处理。排放前必须达到排放标准。因此，设计中必须研究治理方案和流程。做到“三废”治理与环保工程。“三废”治理工艺与生产工艺同时设计、同时施工、同时投产运行。（5）确定公用工程的配套措施 生产中必须使用的工艺用水（包括作为原料的软水、冷却水、溶剂用水等）、蒸汽（原料用汽、加热用汽、动力用汽及其他用汽等）、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空都 是工艺中要考虑的配套设施。还要考虑生产用电、上下水、空调、采暖通气都是必须密切配合。啤酒生产工艺流程啤酒生产工艺流程 2）工艺流程草图 是由物料流程、图例、设备一览表以及必要的文字说明所组成，一般指初步设计阶段的草图。有了工艺流程示意图就可以进行物料衡算、能量衡算以及部分设备计算，然后才可以进行生产工艺流程草图的设计及绘制。待设备设计全部完成后，再修改和补充工艺流程草图。制图要求及绘图步骤：由专门章节介绍。3）工艺流程图：由流程草图和设备设计进行车间布置，根据车间布置图再来修改工艺流程草图，最后得出工艺流程图。（1）工艺流程的绘制必须与物料衡算、能量衡算、设备设计计算以及车间布置设计等交叉进行。（2）从事工艺设计是一项复杂而细致工作，必须全面综合考虑。（3）工艺流程图编入正式设计文件，供上级部门审批及施工使用。糖蜜生产酒精工艺流程糖蜜生产酒精工艺流程工艺流程图种类：1）物料平衡图氨基酸发酵生产工艺流程氨基酸发酵生产工艺流程图2-5氨基酸发酵生产法1.原菌种，2.一级种子培养，3.卡氏罐，4.，5.灭菌器，6.种子罐，7，pH调节剂8发酵罐9灭菌器10培养基11配制槽12离心分离机，13离子交换柱14结晶槽15晶体分离器16干燥器17氨基酸成品第四章第四章 工艺计算工艺计算第一节第一节 物料平衡计算物料平衡计算1、定义：根据质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量Gm必等于离开系统的全部物料量Gp，再加上过程中的损失量Gt（在系统中的积累量为零）。Gm=Gp+Gt以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。Gp包括产品和副产品。计算原料与产品间的定量转变关系以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。2、物料衡算的意义：(1)原材料消耗定额,判断是否达到设计要求.各设备的输入及输出的物流量和组成列表。进行水、蒸汽、热量、冷量等平衡计算。(2)作为计算的依据，进行设备的选型及设计。(3)确定三废排放位置,数量及组成,进一步提出三废治理的方法.(4)根据计算结果绘出物流图,可进行管路设计及材质选择,仪表及自控设计等.物料衡算与热量计算基础知识：物料衡算与热量计算基础知识：1、比热容C：单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。可以看作是温度差T和引起温度变化的热量Q之间的比例常数，通常用符号c表示。设有一质量为m的物体，在某一过程中吸收（或放出）热量Q时，温度升高（或降低）T，则Q/T称为物体在此过程中的热容量（简称热容），比热容c=Q/mT。Q=mct。(Q是吸热,T1-T2,如果Q是放热T2-T1).水溶液比热容C=无水固体比热容CS（1）C水2、焓：焓是一个热力学系统中的能量参数。规定由字母H（单位：焦耳,J）表示。焓的物理意义可以理解为恒压和只做体积功的特殊条件下，Q=H，即反应的热量变化 恒压下对物质加热，则物质吸热后温度升高，H0，所以物质在高温时的焓大于它在低温时的焓。又如对于恒压下的放热化学反应，H0，所以生成物的焓小于反应物的焓。系统在定压过程中，焓的增量等于流体所吸收的热量即：H=H1H2=GCT=QP热量GCT=蒸气使用量汽化潜热在工业企业常用计算基准：（1）以单位时间产品量或单位时间原料量。适用于连续操作过程如酒精连续发酵。每小时消耗糖蜜量或每小时产酒精量。（2）以单位重量、单位体积或单位摩尔数的产品或原料。如啤酒厂可用100kg混合原料或以100mL啤酒进行物料衡算。（3）以加入设备的一批物料量。常用于发酵工厂如啤酒生产、味精、酶制剂、有机酸生产，可以用投入糖化锅、发酵罐的每批次物料量为计算基准。物料衡算的方法和步骤物料衡算的方法和步骤1、物料衡算的步骤 (1)搜集计算数据。（生产规模和天数、原材料组成、常用物化常数如密度、比热容等)。(2)画出物料流程示意图。(3)确定工艺指标及消耗定额和衡算体系。(4)写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量。(5)选择合适的计算基准，在流程图上注明所选的基准值。(6)列出物料衡算式，然后用数学方法求解。(7)将计算结果列成输入输出物料表(物料平衡表)。(8)校核计算结果 (9)绘出物料流程图啤酒物料衡算表啤酒物料衡算表第二节热量平衡计算第二节热量平衡计算一、热量衡算式：Q入=Q出+Q损Q入指输入热量总和，Q入=Q1+Q2+Q3Q1物料带入热量；Q2由加热剂（冷却剂）传给设备和所处理的物料的热量；Q3过程的热效应（包括生物反应热、搅拌产生热等）Q出指输出热量总和；Q出=Q4+Q5+Q6+Q7Q4离开设备物料带走热量；Q5、Q6加热设备和物料消耗热量；Q7气体或蒸汽带走的热量；Q8设备向四周散热（损失热量）；。Q损指损失热量总和。对于单元设备Q1-Q8各项热量并不一定都存在。二、热量衡算的方法和步骤1、画出单元设备的物料流向及变化示意图2、分析物料流向及变化写出热量衡算式 Q入=Q出+Q损3、搜集数据（物料量、工艺条件及必需物性数据）手册、生产、研究4、确定合适计算基准和基准温度。计算基准如按100kg原料或成品、每小时或每批次处理物料量。基准温度即要求每一物料的进出口基准态必须一致，通常采用0为基准温度可简化计算。有相变还要注意相变基准。5、进行具体的热量计算（1）Q1和Q2按Q=G c t；其中G为物料质量、c为物料比热容、t为物料进入或离开设备的温度（）（2）过程热效应Q3=QB+QS+状态热；QB为生物合成热（发酵热）、QS为搅拌热、状态热（汽化热、溶解热、结晶热）常用过程热效应（发酵热）计算：通气发酵过程的放热计算有三种：一是通过冷却水带走热量计算；二是通过发酵液温度升高测定计算；三是应用生物合成热方法进行计算。生物合成热：QB=QB+QB”其中：QB 为微生物细胞呼吸热；QB”为发酵过程放热 细胞呼吸耗糖量其数值为15651 kJ/kg（葡萄糖计）发酵放热耗糖量其数值为4953 kJ/kg（葡萄糖计）搅拌热QS=3600P；P为搅拌功率、为搅拌过程功热转化率，通常=92%状态热可以查手册。根据经验数据，排气使发酵液水分汽化带出的热焓Q=0.2 QB（3）加热设备耗热量Q5=G c(t1-t2)（4）气体或蒸汽带出热量Q7=G(ct+r)其中t为气态物料温度、r为蒸发潜热。（5）设备向环境散热Q8=FT (tw ta)其中F为设备总表面积、T为壁面对空气联合给热系数、tw壁面温度、ta环境空气温度（6）加热物料需要温度Q6=G c(t2-t1)（7）对于热量衡算设计任务，一般Q2是待求量即所要计算的有效热负荷。计算出Q2为正值，过程需加热；Q2为负值，过程需从操作系统移出热量即冷却。（8）过程热效应（发酵热）计算：通气发酵过程的放热计算有三种：一是通过冷却水带走热量计算；二是通过发酵液温度升高测定计算；三是应用生物合成热的方法进行计算物料衡算与热量计算应注意问题：（1）系统中所有热量或可能转化成热量的其他能量不要遗漏，影响很小项，可以简化计算。（2）确定物料计算基准、热量计算的基准温度和其他能量基准，有相变确定相变基准，不可忽视相变热。（3）在相关条件约束，物料量和能量参数（如温度）有直接影响时可以将物料衡算与热量计算联合进行，才能得到准确结果。（4）计算项目要全面、细致，所使用的计算数据及定额必须是同企业的先进可行水平，计算结果认真校对。物料和热量衡算的计算实例物料和热量衡算的计算实例（一）10000t/a 淀粉原料酒精厂全厂总物料衡算(P56)基础数据与主要技术经济指标：（13）薯干原料（干物质87%）C比热=1.63；成熟醪C比热=3.96；蒸馏残留液C比热=4.03（14）酒母的接种量为10%；酒母中糖化液含量70%巴斯德效应:有氧的条件下，经TCA循环获得38个ATP，从而抑制无氧酵解代谢。反巴斯德效应：在发酵基质中含有较高葡萄糖（果糖）浓度0.4-1.0以上，分子氧存在不能抑制发酵，酵母的有氧呼吸反而受到一定抑制。水溶液比热容C=无水固体比热容CS（1）C水系统在定压过程中，焓的增量等于流体所吸收的热量即：H=H1H2=GCT=QPGCT=蒸气使用量汽化潜热1、物料衡算主要内容：（1）原料消耗的计算：（淀粉、薯干、淀粉酶、糖化酶、硫酸铵等消耗量）（2）中间产品的量：蒸煮醪、糖化醪、酒母醪、发酵醪等。（3）成品（乙醇）、副产品（杂醇油）以及“三废”（二氧化碳和废糟液）2、生产工艺流程：双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏的生产工艺流程。3、工艺技术指标及基础数据：（P56）4、原料消耗计算：（1）化学反应式（2）酒精的理论淀粉消耗量（3）95%食用酒精淀粉消耗量（4）生产过程各阶段淀粉损失率（5）折为薯干原料消耗量（6）淀粉酶消耗量（7）糖化酶消耗量（8）硫酸铵消耗量5、蒸煮醪量计算（1）粉浆量及粉浆连续蒸煮液化工艺（2）喷射液化器加热后蒸煮醪量GC蒸煮醪（T1-T2）=蒸气量（焓-4.18T1）（3）维持罐出口的蒸煮醪量GC蒸煮醪（T1-T2）=蒸气量汽化潜热（4）喷射混合加热器后的蒸煮醪量（5）汽液分离器后的蒸煮醪量（6）真空冷却器后的蒸煮醪量6、糖化醪与发酵醪的计算：（成熟醪含酒精量10%体积分数相当于8.01%质量分数；蒸馏效率98%，酒精捕集器酒精洗水5%，洗罐用水1%）（1）成熟发酵醪量：（2）成熟醪乙醇浓度：（3）发酵过程二氧化碳总量（4）酒母醪量（5）糖化醪量7、成品与发酵醪计算醛酒产量、食用酒精产量、杂醇油产量8、废醪量计算是指进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分及挥发性组分的残留液。酒精蒸馏过程物料平衡是“两进两出”，热量平衡是“两进三出”。两进：F1醪液，其热量为Q1 D1进塔蒸汽，其热量为Q2=D1 I1两出：V1醪塔上升酒汽，其热量Q3=V1 i Wx 蒸馏残留液+D1消耗蒸汽量（成为水）其总热量Q4=Q4（残留液带去热量）+D1 t4 Q4=Wx C2 t4 Qn为蒸馏过程损失热量，一般取传递总热量1%（1）醪塔上升酒汽量V1V1上升酒汽乙醇浓度=蒸馏的成熟发酵醪量成熟发酵醪乙醇浓度（2）残留液量Wx=蒸馏的成熟发酵醪-V1（3）成熟醪入塔内热量：Q1=F1C1t1（4）残留液固形物浓度：B2 Wx=F1 B1（5）残留液带出热量：Q4=Wx C2 t4（6）消耗蒸汽量D1热量平衡式：Q1+D1（I C水 t4）=Q3+Q4+Qn 塔底加热0.05MPa蒸汽焓 I 为2689.8kJ/kg（7）排出废醪液为Wx 蒸馏残留液+D1消耗蒸汽量9、总物料衡算：每年以300天计算，次级酒精（醛酒）占成品酒精的2%，杂醇油为成品酒精量0.5%，（1）酒精成品：（食用酒精和次级酒精）日产量年产量（2）主要原料薯干用量日产量年产量10、列出物料衡算表(P62)表表表表5-5 100005-5 100005-5 100005-5 10000吨吨吨吨/a/a/a/a淀粉原料酒精厂物料衡算表淀粉原料酒精厂物料衡算表淀粉原料酒精厂物料衡算表淀粉原料酒精厂物料衡算表数量物料酒精物料量（kg)小时物料量(kg)每天物料量(t)每年物料量(t)食用酒精98014173410200次品酒精2028.90.694208薯干原料2737.4395794.9728490蒸煮粉浆1095015833380114000蒸煮醪1111616071386115800糖化醪1232717833428128400酒母醪1152.1166539.9711991发酵醪1247718038432.9129870废醪液1267718333440132000表表表表5-6 5-6 5-6 5-6 辅助原料及副产品衡算表辅助原料及副产品衡算表辅助原料及副产品衡算表辅助原料及副产品衡算表数量物料酒精物料量（kg)小时物料量(kg)每天物料量(t)每年物料量(t)-淀粉酶10.9515.80.38114糖化酶23.3733.80.81243.3硫酸铵1.151.660.04120硫酸5.07.210.1751.9杂醇油57.210.1752二氧化碳902130431.299388热量计算实例热量计算实例年产3000吨啤酒厂糖化车间热量衡算：1、工艺流程：二次煮出糖化法2、糖化用水耗热量Q13、第一次米醪煮沸耗热量Q24、第二次煮沸前混合醪升温至70耗热量Q35、第二次煮沸混合醪的耗热量Q46、洗糟水耗热量Q57、麦芽汁煮沸过程耗热量Q68、糖化一次总耗热量Q总9、糖化一次耗用蒸汽量D10、糖化过程每小时最大耗蒸汽量Q和蒸汽年单耗、吨单耗热量衡算与用汽量计算热量衡算与用汽量计算（一）啤酒生产糖化工段中热量衡算与蒸汽耗量的计算计算依据（1）以每锅糖化时投混合原料3548.2kg，按物料平衡计算依据。1.100Kg混合原料中含浸出物的重量（E）麦芽：Gm=m(1-Wm)Em=75(1-5%)75%=53.44kg大米：Gn=n(1-Wn)En=25(1-13%)95%=20.66kg则E=Gm+Gn=53.44+20.66=74.10kg 混合原料的收得率=74.1*98.5%/100=72.43%100kg原料产12度热麦汁量为:72.43*100/12=603.6kg 12度麦汁在20时的比重为1.048 100麦汁比20麦汁体积增加1.04倍 热麦汁体积=603.58*1.04/1.048=598.97L1、糖化工艺采用复式浸出糖化法。其操作曲线如下：糊化锅 糖化锅 大米粉887kg 麦芽2661.1kg水 4335 kg 水10644kg加水比 1：5 加水比 1：4 50(10min)37（30min）(40min)(15min)90(30min)51(75min)15min 10min100(30min)63(30min)88.5 并醪 70（碘液反应完全）15min 78(5min)麦汁过滤 三次加酒花煮沸90min（煮沸锅）（两次热水洗麦糟）2、糖化工段热量衡算设：糖化投料时原水温度为20，需加热至39才能做投料用水，需加热至80才能用做洗糟水，加热蒸汽压力为2.5（kg/cm2）2.1.加热糖化用水耗热量（Q1）Q1=C1G1(t2-t1)式中：G1糖化用水量，为10644kg；C1水的比热，为1.0kcal/(kg)；t1糖化用水温度，为20；t2糖化投料水温度，为39；Q1=106441(39-20)=849391.2KJ加热糊化用水耗热量（Q1）Q1=G1(t2-t1)式中：G糊化用水量，为4335kg；C1水的比热，为1.0kcal/(kg)；t1糖化用水温度，为20；t2糖化投料水温度，为39；Q1=43351(52-20)=582624KJ2.2.糊化醪加热时耗热量（Q2）（1）糊化锅醪的比热：C麦芽或大米=C0(1-w%)+C水w%C0-谷物干物质的比热为0.37 kcal/(kg)w-谷物的含水量%所以，C麦芽=0.37(1-6%)+16%=0.415 kcal/(kg)C大米=0.37(1-13%)+113%=0.452 kcal/(kg)糊化醪的比热(C糊)C糊=0.91 kcal/(kg)（2）糊化锅投料后混合醪的温度（t混）t米醪=(8870.45220+433552)(887+4335)0.91)=49.7（3）糊化锅加热至100耗热量（Q21）Q21=(887+4335)0.908（100-50）=296348.5Kcal设：热损失为总耗热量的10%则 Q2=(Q21+Q211)1.15=(296348.5+70418.7)1.15=1771486KJ（4）煮沸30min时，水分蒸发耗热量（Q211）设：再敞口容器中煮沸时每小时蒸发量为5%则 煮沸30min水分蒸发量为（W蒸）:(887+4335)0.053060=130.55kgQ211=539.4W蒸=539.4130.55=70418.7Kcal（5）糊化锅总耗热量（Q2）设：热损失为总耗热量的10%则 Q2=(Q21+Q211)1.15=(296348.5+70418.7)1.15=1771486KJ3.糖化锅耗热量(Q3)（1）麦芽醪的比热（C麦醪）C麦醪=(2661.10.408+106441)/(2661.1+10644)=0.88kcal/(kg)加热醪液所需热量Q3Q3=C麦醪*G麦醪（51-37.5）=0.88*25.5*(10644+2661.1)=663866.3KJ麦醪的温度（t麦醪）t麦醪=(2661.10.45120+1064439)/(2661.1+10644)0.857)=37.5所以 Q3=663866.3KJ（2）经混合后，并醪得到醪液温度（t并）麦醪与米醪混合后的比热（C混）C混合=0.889 kcal/(kg)t并=1330551+（5222130.55）71.6(13305+5222-130.55)0.9=63 71.6比米醪温度100低28.4，管壁损失2，需要加冷却器将米醪温度降到71.6后，与糖化液并醪后温度为63。换热器换热温度为水 1839醪液 9871.6(此过程在10分钟内完成)热量=GCt=5091.450.91(98-71.6)6=733902KcalG水=5825kg（3）混合醪由63升至过滤温度78，所需要的热量Q31为 Q31=G混合C混合(78-63)=18396.450.88915=1030330KJ（4）糖化总损失Q3为Q3=Q31=1030330KJ4.洗糟水耗热量 Q4设洗槽水平均温度为80，每100kg原料用水450kg，则用水量为G洗=3548.2450/100=15966.9kg故Q4=G洗C水(80-18)=15966.9162=415778KJ5.麦汁煮沸浓缩时耗热量Q5（1）麦汁升温至沸点耗热量Q51由糖化物料横算表可知，100kg混合原料可得到613kg热麦汁，并设过滤完毕后麦汁温度为70，由前面计算可知:G麦汁=21253.3C麦汁=0.889 kcal/(kg)故Q51=G麦汁 C麦汁(100-70)=2380667KJ（2）煮沸过程蒸发耗热量Q511煮沸强度10，时间1.5h，则蒸发水分为:G3=21253.3101.5=3188kg故Q511=31885404.2=7230384KJ（3）热损失为Q5111=10(Q51+Q511)=10572156KJ6.糖化一次总耗热量Q总 Q总=Q1+Q2+Q3+Q洗+Q煮沸 =4673246Kcal 7.糖化一次耗用蒸汽量D使用表压为0.3Mpa的饱和蒸汽。I=652kcal/kg,则：D=式中，i为相应冷凝水的焓,561.47KJ/kg;为蒸汽的热效率，取=95%。D=9548.28.糖化过程每小时最大蒸汽耗量 Qmax 在糖化过程各步骤中，麦汁煮沸耗热量为最大，且知煮沸时间为90分，热效率95%，故：Qmax=Q5/（1.595%）=10572156/(1.50.95)=7419056KJ/h相应的最大蒸汽耗量为：Dmax=Qmax/(I-i)=3429kg/h8.糖化工段的蒸汽单耗据设计，每年糖化次数为1560次，共生产啤酒30056吨。年耗蒸汽总量为：DT=9548.21560=14704228kg/a每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：Ds=14704228/30056=490kg/t啤酒每昼夜耗蒸汽量（生产旺季算）为：Dd=9548.26=57289kg/d 名 称 规格MPa 每吨产品消耗定额(kg/h)每夜消耗kg 年消耗量(kg/a)蒸汽 0.3表压 490 57289 14704228第四章设备的设计与选型第四章设备的设计与选型第一节设备类型与设计选型原则第一节设备类型与设计选型原则一、设备的类型1、专业设备:仅为专业生产工厂使用设备。如啤酒厂的糖化锅、煮沸锅、麦汁过滤槽、发酵罐。2、通用设备：各行业都可以使用的设备。如水泵、电机、风机、空气压缩机、螺旋输送机、升降机。3、非标准设备：按照所需尺寸加工贮藏罐、池、计 量罐等。二、设备设计与选型的原则（P95）第二节专业设备的设计与选型第二节专业设备的设计与选型1、专业设备设计与选型依据1）工艺计算确定的成品量、物料量、耗水量2）工艺操作的外部条件（温度、压力、真空度）3）设备的工作条件要求（PH、保温、防腐等）4）设备构造类型和性能2、专业设备设计与选型的内容（P96）1)工艺操作任务、工作性质和参数的确定2)设备选型及性能特点评价3)生产能力确定4)设备数量的计算（设备使用维修及必备充裕量）5)设备主要尺寸的确定6)设备化工过程（换热、过滤、冷冻、塔板数）计算7)设备传动搅拌和动力消耗计算8)设备结构的工艺计算（设备主要辅助装置如空气分布器、挡板、搅拌器、以及冷却管布置等资料）9)支撑方式的计算选型10)强度壁厚的计算选择11)材质的选择和用量计算（满足工艺要求和经济性）12)其他问题（如防腐、保温等安全设施）3、专业设备设计与选型特点（啤酒厂、味精厂、有机酸的间歇操作设备）1）间歇操作设备生产能力数量和容积设计计算（1）间歇操作设备生产能力（2）间歇操作设备的数量（3）间歇操作设备的容积计算（4）间歇操作设备主要尺寸的计算2）连续操作设备如酒精生产的连续发酵和连续蒸馏设备。间歇操作设备设计与选型：间歇操作设备设计与选型：实例（味精发酵车间发酵罐）实例（味精发酵车间发酵罐）1）发酵罐（1）罐型选择（2）生产能力、数量和容积（3）主要尺寸的计算（4）冷却面积的计算（5）搅拌器设计（6）搅拌轴功率的计算（7）设备结构的工艺设计（8）设备材料的选择（9）发酵罐壁厚的计算（10）接管设计（11）支座选择连续操作设备设计与选型：连续操作设备设计与选型：实例（味精发酵车间螺旋板换热器）实例（味精发酵车间螺旋板换热器）2）螺旋板换热器换热面积计算：1）热糖液放出热量Q1（115降到72）2）冷糖液被加热的温度 t 23）求平均温差t4）换热面积F设备选型：依据产品目录第三节通用设备的设计与选型第三节通用设备的设计与选型1、液体输送设备选型：（1）泵的分类：按工作原理和结构形式分叶片式泵（透平式泵）:离心泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵容积式泵:往复泵（活塞泵、柱塞泵、隔膜泵）回转泵（齿轮泵、螺杆泵、滑片泵）其他类型泵:喷射泵、水锤泵、真空泵、按压力分：低压泵6MPa按介质分：清水泵、泥浆泵、油泵、熔融泵叶片式泵叶片式泵混流泵轴流泵离心泵旋涡泵容积式泵容积式泵 隔膜泵滑片泵柱塞泵齿轮泵螺杆泵活塞泵其他类型泵其他类型泵管道泵消防泵真空泵潜水泵排污泵喷射泵柱塞计量泵水锤泵水锤泵又叫水击泵、冲击泵，主要由泵座、缓冲筒、排水阀、压水阀和排出管等组成。和水泵相比，水锤泵的流量较小，扬程较高，出水不均匀，水源的水量不需要太大，但要求水位落差较大。其他类型泵其他类型泵（2）泵的选择流量：又称为输水量，它是指水泵在单位时间内输送水的数量。用Q表示，单位是m3/h。扬程：单位重量液体流经泵后获得的有效能量。铭牌标示的扬程是指水泵本身所能产生的扬程，它不含管道水流受摩擦阻力而引起的损失扬程。有效汽蚀量：有效汽蚀量：管路装置汽蚀余量是指泵入口处单位液体所具有的高出汽化压力能头的那部分能量。泵工作时液体在叶轮进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力。安装高度（吸程）水源水面到离心泵叶轮中心线的垂直距离。2、泵的选型方法及步骤：（1）列出基本数据介质性质：密度、黏度、固体颗粒、蒸汽压、腐蚀性操作条件：温度、压力、流量泵的所在位置：环境温度、海拔、安装高度、管线长度（2）确定流量