液态发酵年产10000吨米醋厂生产工艺设计.pdf

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1、 液态发酵年产10000吨米醋厂生产工艺设计 年产 5000 吨食醋设计说明书 1 设计任务书 设计项目：液态发酵年产 10000 吨米醋厂生产工艺设计 设计规模：33.34 吨 生产工艺：液态深层发酵 工作制度：全年工作发酵日 300 天，三班作业，连续生产 主要原料：玉米 辅助原料：谷糠，麸皮 成品：4 度酿造米醋 理化指标：总酸（以乙酸计）：g/100ml3.50 不挥发酸（以乳酸计）：无 可溶性无盐固形物：g/100ml0.50 微生物指标：菌落总数：（个/ml）10000 大肠菌群：（MPN/100ml）3 致病菌（系指肠道治病菌）；不得检出 产品相关标准：要符合 GB2719-19

2、96米醋卫生标准，GB18187-2000酿造米醋，ZBX66004-86米醋质量标准 感官指标：具有正常的米醋色泽，气味和滋味，不涩，无其他不良气味和异味，无悬浮物，不浑浊，无沉淀，无异物，无醋鳗，醋虱。2 产品方案 2.1 生产规模 醋厂年产量为 5000t，厂设计采取统一的规划布局，规范化建设，科学 化管理，规模化生产。一体化经营，完全采用现代化企业管理模式将逐渐形成规模。2.2 主要原料的规格 粮食：应符合 GB2715 的规定 酿造用水：应符合 GB5749 的规定 食用盐：应符合 GB5461 的规定 食用酒精：应符合 GB10343 的规定 糖类：应符合相应国家标准或行业标准规定

3、 食品添加剂：应选用 GB2760 中允许使用的添加剂，还应符合相应的食品添加剂的产品标准 2.3 工期设定 生产品种为 4 度酿造米醋，年产量 5000t，采用瓶装生产，设 计日产 量为 16.7t 2.4 产品质量及标准 GB/T601-1988 化学试剂滴定分析（容量分析）用标准溶液的制备 GB2715-1981 粮食卫生标准 GB2719-1996 米醋卫生标准 GB2760-1996 食品添加剂使用卫生标准 GB4789.22-1994 食品卫生微生物检验调味品检验 GB/T5009.41-1996 食品卫生标准分析方法 GB54612000 食用盐 GB57491985 生活饮用水

4、卫生标准 GB/T66821992 分析实验室用水规格和试验方法 GB77181994 食品标签通用标准 GB103431989 食用酒精 3 生产工艺流程设计 3.1 工艺流程选择论证 3.2 工艺流程图 根据中米醋风味而设计的工艺流程简图见图 原料粉碎 调浆 液化 糖化 酒精发酵 酒醪 氯化钙-淀粉酶纯碱 麸酒种子罐培养 三角瓶试管培养 醋 酸无 菌压 消 成 3.3 工艺要点 3.3.1 原料粉碎 先将碎米浸泡，使米粒充分膨胀，然后将米与水按 1：（1.52）的比例送入磨粉机，磨成 50 目以上。锤式粉碎机是利用快速旋转的锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于中等硬物(暑干、玉米等)。辊式粉碎

5、机主要用来粉碎谷类颗粒原料，大麦、大米、高粱等都可用此粉碎。钢磨主要用于大米、玉米等原料的粉碎16。3.3.2 调浆 原料浸泡后用磨粉机磨成粉浆，然后在调浆池内进行调浆。调浆时要加 0.25%的-淀粉酶（酶制剂 2000u/g）。控制 pH6.06.5，温度在 8590。由于钙离子有提高酶对热稳定性作用，所以加入无水氯化钙 0.1%。3.3.3 液化和糖化 本项目采用高温液化法，需要设备小，适于连续操作，淀粉受热快而均匀，能使淀粉迅速糊化。液化时边加热边进料边搅匀，液化品温控制在 8592，待粉浆全部进入液化锅后，维持 1015min，使淀粉充分液化，之后升温至 100，保持 20min。采用

6、高温糖化法，也称酶法液化法，它是先以-淀粉酶制剂在 8590对原料粉浆进行液化，然后再用麸曲在 65进行糖化，糖化时间 30min。3.3.4 酒精发酵 将糖化醪送入酒精发酵罐中，并使温度降至 32左右，向醪液中接入酒母。酒精发酵是无氧氧化过程。除了发酵初期，酵母中的活细胞大量繁殖需要一定的氧气外，整个过程在密闭发酵罐中进行。罐压控制在 0.25105Pa，发酵温度3032，发酵时间为 6070h。产品在正常情况下酒度为 6.7%左右，总酸应控制在 0.4%以下，残糖在 0.2%左右 17。3.3.5 醋酸发酵 将酒精发酵醪接入醋酸发酵罐，在适宜的条件下，乙醇经醋酸菌的作用氧化为乙酸，它是酿醋

7、的主要环节，直接影响到食醋的产量与食醋的风味。醋酸发酵是利用醋酸菌所分泌的氧化酶将酒精氧化成醋酸，因此要求醋酸菌必须活力强、无杂菌、接种量不低于 10%。醋酸菌刚接入发酵罐，通过一段时间培养，醋酸菌进入对数生长期，细胞数量增加、活力提高、酶大量形成、呼吸作用大大加强，要加大风量；到后期，酒精减少、酸度上升缓慢、菌体衰老、呼吸缓慢、风量即可减小18 3.3.6 压滤 醋酸发酵结束后，为了提高食醋糖分，在醋醪里加入一定量的糖，混合均匀送入压滤机进行压滤。3.3.7 灭菌和陈酿 醋酸压滤后取样检测，按成品要求加盐配兑，在加热至 7580灭菌。陈酿过程中，因美拉德反应等，食醋的色泽加深；因氧化反应，食

8、醋中的乙醇含量降低，而乙醛含量有所升高；因酯化反应，食醋中的酯含量明显升高；因缔合作用，食醋的风味变得醇和，醋酸的刺激性减弱。4 工艺计算 4.1 主要技术参数 淀粉糖化率：80%糖 酒精得率：85%酒精 醋酸得率：80%大米原料 成品醋：148.4kg/t 4.2 物料衡算 按主料计每 148.4kg 原料产醋 1t，每批投主料量：148.4*33.34=4947.656kg 每年投主料量：148.4*10000=1484t 4.2.1 酶量计算 应用酶活力为 2000u/g 的 淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗量。-淀粉酶用量按 8u/g 原料计算。全年用酶量为：1484*8/2

9、000=5.936t 单批次耗量：5.936*1000/300=19.79kg 所用麸曲糖化酶的活力为 800u/g，使用量为 150u/g 原料，则糖化酶消全年耗量为:1484*150/800=278.25t 单批耗量：278.25*1000/300=927.5kg 4.2.2 氯化钙（规格：无水）单耗：0.15 kg/t：每批投量：0.15*33.34=5.001kg 全年投料量：0.15*10000=1500kg 4.2.3 纯碱（规格：工业用）单耗：0.225 kg/t 每批投量：0.225*33.34=7.5015kg 全年投料量：0.225*10000=2250kg 4.2.4 液

10、化醪量计算 根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为 1:3，粉浆量：148.4*(1+3)=593.6kg 蒸煮过程使用直接蒸汽加热，在后熟器和汽液分离器减压蒸发、冷却降温。在蒸煮过程中，蒸煮醪量将发生变化，故蒸煮醪的精确计算必须与热量衡算同时进行，因而十分复杂。为简化计算，可按下述方法近似计算。假定用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度 50，应用喷射液化器使粉浆迅速升温至 88，然后进入连续液化器液化，再经 115高温灭酶后，在真空冷却器中闪急蒸发冷却至 63后入糖化罐 干物质含量 B0=87%的大米比热容 C0=4.18(1-0.7B0)=1.63KJ/Kg.k 粉浆干物质浓度为：B1

11、=87/4x100=21.8%蒸煮醪比热容：C1=B1C0+(1-B1)x Cw =21.8%x1.63+(1.0-21.8%)x4.18 =3.62KJ/Kg.K 式中 C w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维持不变。经喷射液化加热后蒸煮醪量：593.6+593.6x3.62(88-50)/2748.9-88x4.18=630kg 式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓。经二液化维持罐出来的蒸煮醪量：630-630 x3.62x(88-84)/2288.3=626kg 式中 2288.3第二液化维持罐的温度为 84 度下饱和蒸汽的汽化

12、潜热。经喷射混合加热器后的蒸煮醪量；626+626x3.62(115-84)/2748.9-115x4.18=657kg 式中 115灭酶温度（摄氏度）2748.90.5Mpa 饱和蒸汽的焓 经汽液分离器后的蒸煮醪量：657-657x3.62x(115-104.3)/2245=646kg 式中 2245104.3 摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热。经真空冷却后最终蒸煮醪量为：646-646x3.62x(104.3-63)/2351=605kg 式中 2351真空冷却温度为 63 摄氏度下的饱和蒸汽的汽化潜热。粉浆中干物质的质量分数：148.4x(1-0.13)/605=21.8%4.2.5 糖化醪量

13、计算 麸曲（糖化力 800u/g 干曲），单批耗：28kg/t：生产 1t 食醋的糖化醪量：605+28=633kg 糖化醪干物质质量分数：148.4x（1-0.13）+0.594+0.225 633 x100%=20.5%4.2.6 酒精发酵醪量计算 实际产酒精量=原料量淀粉含量实际产酒率 =148.4x0.7x0.385=39.9kg 发酵中 CO2 产量：39.9x88/92=38.2kg 发酵中溢出水分（按 2%计）：39.9x0.02=0.8kg 酒精发酵成熟醪总质量（含醋母醪量）633-38.2-0.8=594kg 成熟醪体积（成熟醪密度为 0.99kg/L）：594/0.99=6

14、00L 成熟醪中酒精体积分数（酒精d420=0.7893）酒精体积分数=39.9/0.7893x600 x100%=8.43%4.2.7 醋酸发酵醪量计算 醋酸发酵醪质量(含醋母醪量)发酵时添加蛋白质水解液（d420=1.2）50kg/t：594+50=644kg 醋酸发酵醪体积：600+50+1.2=641.7L 原料产醋量（转化率取 84%）：39.9x1.30 x84%=43.57kg 醋酸发酵时消耗氧气：43.57x32/64=23.2kg 醋酸成熟醪的质量：644+23.2=667.2kg 成熟醪体积（成熟醪密度 1.01kg/L）：667.2/1.01=660.6L 成熟醪醋酸的质

15、量分数：43.57/667.2=6.53%配兑消毒后成品中醋酸量 按经验数据：压滤损失 4%，消毒运输损失为1.2%,共损失 5.2%，则醋酸量：43.57x(1-4%-1.2%)=41.3kg 配兑成 4%醋酸含量的成品醋的质量：41.3/0.04=1032.5kg1t,所以符合生产要求 4.2.8 无菌压缩空气的计算 深层发酵法的通风量计算如下：理论需氧量：C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O 22.4(L)60(g)a b a=22.4xb/60 式中 a理论需氧量，L/min b理论产酸速度，g/min b=39.9x103x1.3/66x60=13.10g/min 理论通风量(

16、a)：a=a+0.21 式中 0.21O2的含量 实际通风量(a)：a=2.5a 式中 2.5经验数据 a=4.44b=58.16 L/min 4.3 物料衡算表 把上述的有关的米醋酿造车间的物料衡算结果整理成物料衡算表，见表 4-1：表 4-1 米醋酿造车间物料的衡算表 物料名称 每批投料量 全年投料量 主料量 2968 kg 890.4t 酶量 11.9 kg 3.57t 麸曲 556.5 kg 166.95t 氯化钙 3 kg 900kg 纯碱 4.5 kg 1350kg 液化醪 12.1t 糖化醪 12.66t 酒精发酵醪 12000 L 醋酸发酵醪 13212 L 无菌压缩空气 58

17、0.16L/min 4.4 热量衡算 本节依据生产各部分对热量的需要进行计算，确保动力车间能够对整个工厂正常供热。4.4.1 液化过程中的热量计算 粉浆质量 m=593.6+0.594+0.15+0.225=594.57kg 粉浆比热容 C=3.72KJ/kg.k 液化过程总需热量为 Q；粉浆由初温 T0 加热至 88总耗热量为 Q1；设粉浆初温取 T0=20，流加法液化浆温为 88，耗热量 Q1 为：Q1=mc(88-Ta)=594.57x3.72x(88-20)=150402kJ 加热时间为 40min，蒸发量为每小时 5%。则蒸发水量为：V水=热损失 Q3 为耗热量的 15%：m x 5

18、%x 40+60=594.57 x 5%x 40+60=19.8Kj 加热过程中蒸汽带出的热量 Q2 为：Q2=V水 I =19.8 x 2257.2 =44963kJ 式中 I 为水的汽化潜热（kJ/kg）热损失 Q3 为耗热量的 15%：Q3=15%x(Q1+Q2)则总消耗热量：则总消耗热量 Q4=1.15x(Q1+Q2)=15%x(150402+44963)=224360Kj 再次升温煮沸到 100后所需热量为 Q5 此时液化醪的质量为 m1=605kg Q5=m1xCx(100-88)=605x3.72x12 =27007.2kJ 液化过程中总耗热量 Q 为：Q=Q4+Q5 =2243

19、60+27007.2 =251367.2KJ 4.4.2 糖化过程中的热量计算 液化醪质量为 m1=605 液化醪比容热 C1 为：C1=C0W/100+C水（100W）/100 =1.55x21.28/100+4.18x(100-21.28)/100 =3.62KJ/kg.k 式中：C0淀粉质比热容为 1.55kJ/(kg.K)液化醪中干物质含量（%）C水的比热容为 4.18kJ/(kg.K)糖化过程加曲前，要将液化醪降温到加曲温度 64，所放出的热量 Q1 为：Q1=m1xc1x(100-64)=605x3.62x(100-64)=78843.6KJ 加曲后，开始糖化的温度为 60，糖化醪

20、的质量为 m2=52752.2kg，该过程放出的热量 Q2 Q2=m2xc1x(64-60)=605x3.62x4 =8760.4KJ 糖化过程放出热量 Q 为：Q=Q1+Q2 =78843.6+8760.4 =87604kj 冷却水初始温度为 17，最终温度为 35，则糖化阶段冷却水耗用量为 W：W=Q C(tw1-tw2)=87604 4.18x（35-17）=1164.3kg 4.4.3 酒精发酵过程中的热量计算 酒母接种温度为 28，糖化醪降温到酒精发酵温度放出热量为 Q7，糖化醪（含酒母醪）质量 m3=633kg Q7=m3*c1(60-28)=633*3.62*(60-28)=73

21、326.72kJ 酒精发酵温度为 33，升温到酒精发酵温度所需热量 Q8 为：Q8=m3*c1*(33-28)=633*3.62.*(33-28)=11453.7kJ 产 1t 食醋过程中产生酒精 39.9kg，以葡萄糖为碳源酵母发酵每生产 1Kg酒精放出的热量约为 1170KJ，则发酵和酵母培养每小时放出的热量为：Q9=1170*39.9=46683kJ 因为投入的是液体曲，糖化醪干物质质量分数w：W=148.4*(10-0.13)+0.594+0.15+0.225/633*100%=20.54%糖化醪的比热容 C2：C2=C*W/100+Cw*(100-W)/100 =1.25*20.54

22、/100+4.18*(100-20.54)/100 =3.56kJ/kgK 蒸汽耗用量 D1为：D1=Q1/I-=11457.3/(2738-419)=4.94kg 4.4.4 醋酸发酵过程中的热量计算 醋母接种温度为 28，酒精发酵成熟醪质量 kgm6004，酒精发酵醪降温到醋酸发酵温度放出热量 Q10 为：Q10=m4*C1*(33-28)=600*3.62*5 =10860kJ 醋酸发酵温度为 33，升温到醋酸发酵温度所需热量 11Q 为：Q11=m4*C1*(33-28)=600*3.62*5 =10860kJ 生产 1t 食醋过程中产生醋酸 43.57kg，以酒精发酵每生产 1kg

23、醋酸放出的热量约为 7458.5KJ，则发酵罐每小时放出的热量为（醋酸发酵时间 66h）：Q12=7458.5*43.57+66 =4923.74kJ 冷却水初始温度为 17，最终温度为 35，酒精发酵阶段冷却水用量为 W2 W2=Q10/Cs*(tw1-tw2)=10860/4.18*(35-17)=144.34kg 醋酸发酵阶段蒸汽耗用量 D2 为：D2=Q11/I-=10860/(2738-419)=4068kg 4.5 热量衡算表 把上述的有关的米醋酿造车间的热量衡算结果整理成物料衡算表，见表 4-2：表 4-2 米醋酿造车间产一吨米醋所需热量衡算表 名称 热量 液化中总耗热量 251

24、367.2KJ 糖化过程放出热量 87604KJ 酒精发酵放出热量 46683KJ/h 醋酸发酵放出热量 4923.74KJ/h 第5章 设备选型 5.1 液化罐 5.1.1 生产能力 每生产 1t 食醋需粉浆量：594.57kg 液化后醪液量：605kg 每生产 1t 食醋需粉浆体积（粉浆密度 1.07kg/L）：594.57+1.07=566L=0.556m3 每天生产食醋 20t，液化罐填充量 80%，则每天需要液化罐的总容积：20*0.556+0.8=13.9m3 5.1.2 液化罐数量 N1 的确定 现取公称容积 20m3 的液化罐，实际容积为 22m3.N1=13.9*9/21=5

25、.7(个)现取公称容积 22m3 液化罐 6 个；5.1.3 主要尺寸 V全=V同+2V封=22m3 H=2D,则有 v全=0.758D2*2D*/24D3*2=22 D=322/1.83=2.29m 取 2.4m H=2D=4.8m 查表得封头高：H封=ha+hb=600+25=625mm 封头容积 1.93m3 5.2 糖化罐 5.2.1 生产能力 每生产 1t 食醋需糖化醪量：633kg 每生产 1t 食醋需糖化醪体积（糖化醪密度 1.05kg/L）：633/1.05-603L=0.603m3 每天生产食醋 20t，糖化罐填充量 80%，则每天需要糖化罐的总容积：20*0.603+0.8

26、=15.08m3 5.2.2 糖化罐数量 N2 的确定 现取公称容积 50m3 的糖化罐，底封头为椭圆形封头，实际容积为 58m3。N2=15.08*9/58=2.34 个 现取公称容积 50m3 糖化罐 3 个 5.2.3 主要尺寸 V全=V筒+2V封=58m3 糖化罐罐体不能太高或太矮 取 H:D=1.5；V全=0.785D2*1.5D+/24D3*2=58 D=358/1.44=3.43 取 3.4 H=1.5D=5.1 米 取 5 米 查表得封头高：H封=ha+hb=850+50=900mm;封头容积 5.60m3 5.3 酒精发酵罐 5.3.1 生产能力 每生产 1t 食醋需糖化成熟

27、醪体积：0.6 m3 每天生产食醋 20t，酒精发酵罐填充量 85%，则每天需要酒精发酵罐的总容 积：20*0.6/0.85=14.12m3 5.3.2 酒精发酵罐数量 N3 的确定 现取公称容积 20m3 的发酵罐，实际容积为 22m3。N2=14.12*9/22=5.78（个）现取公称容积 20m3 发酵罐 6 个。5.3.3 主要尺寸 V全=V筒+2V封=22m3 H=2D,则有 v全=0.758D2*2D*/24D3*2=22 1.57D3+0.26D3=59 D=322/1.83=2.29 取 2.4 H=2D=4.8 米 查表得封头高：H封=ha+hb=600+25=625mm 封

28、头容积 1.93m3。5.3.4 种子罐 种子罐容积 V种=V总*10%=22*10%=2.2m3 式中 总 V为发酵罐的总容积 10%接种量 种子罐与发酵罐对应上料，发酵罐平均每天上 1 罐则需种子罐 1 个，种子培养时间 1220 小时，取 12 小时，辅助操作时间 810 小时，生产周期约 2030 小时 设 H/D=2/1，则种子罐总容积 V总为：V总=V筒+2V封 V总=0.758D2*2D*/24D3*2=22 D=1.6m 取 D=1.1 H=2D=2.2 米 查相应表得封头高：H封=250+25=275mm 罐体总高：H罐=H筒+2H封=2200+2*275=2750 单个封头

29、容量：V封=0.151m3 圆筒容积：V筒=0.785D2*2D=1.51*1.13=2.09m3 不计上封头容积：V有效=V筒+V封=2.09+1.151=2.24m3 校核种子罐总容积：V总=2V封+V筒=2.39m3 比需要的种子罐容积大，满足设计要求。5.4 醋酸发酵罐 5.4.1 生产能力 每生产 1t 食醋需酒精发酵成熟醪体积：0.642 m3 每天生产食醋 20t，醋酸发酵罐填充量 70%，则每天需要醋酸发酵罐的总容积：20*0.642/0.70=18.35m3 5.4.2 酒精发酵罐数量 N4 的确定 现取公称容积 20m3的自吸式醋酸发酵罐，实际容积为 22m3。N1=18.

30、35*9/22=7.5(个)现取公称容积 20 m3发酵罐 8 个。年产醋酸醪液质量：240/0.0653=3676t 式中 0.0653成熟醋酸醪液醋酸含量 年产醋酸醪液体积：V醪=3676/1.01=3640 m3 式中 1.01醋酸醪液密度 实际产量验算：22*0.7*8*300/9=41073640 m3 富裕量为：（4107-3640）/3640*100%=13%能满足产量要求。5.4.3 主要尺寸 现按公称容积 20 m3的发酵罐计算。V总=2V封+V筒=22 m3 封头折边忽略不计，以方便计算。H=2D 则有 V全1.57D3+0.26D3=22 1.83 D3=22 D=322

31、/1.83=2.29 取 D=2.4m H=2D=4.8 查表得封头高：H封=ha+hb=600+25=625 mm 封头容积 1.93 m3 V总=2V封+V筒=1.57D2+1.93*2=25.56 5.4.4 冷却面积 F=Q/Ktm 平均温差tm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=(33-28)/ln(33/28)=30.43oCtcp 采用竖直列管换热器，取经验值 k=4.18500kJ/（m3.h.）生产 1t 食醋每小时放出热量 Q12=4923.74kJ/（t.h）对公称容积 20m3 的发酵罐 F=4923.74*22*70%/4.18*500*30.43=1.2 m3 5

32、.4.5 壁厚的设计 计算法确定发酵罐的壁厚 S：S=PD/2()-p +C 带入数据得：S=240*0.4/2*127*0.7-0.4+0.28=0.82cm 取 10mm 查表知直径 2.4m 厚 10mm 筒高 4.8m，每米高重 596kg C桶=596*4.8=2861kg 封头壁厚计算，标准椭圆封头的厚度计算公式如下：S=PD/2()-p +C 式中：P=0.4MPa D=400cm =127MPa C=0.08+0.2+0.1=0.38cm 5.5 车间设备一览表 根据本设计设备选型，整理发酵过程中的主要设备。见表 5-1：表 5-1 6000t/a 食醋厂深层发酵车间主要设备 设 备 名 称 数 量 规格与型号 材质 粉碎机 1 1t/h CS（碳钢）螺旋输送器 1 1.5t/h CS（碳钢）调浆罐 1 V=2m3 CS（碳钢）粉浆高位槽 1 V=2m3 CS（碳钢）液化罐 6 V=20m3 CS（碳钢）糖化罐 3 V=50m3 CS（碳钢）酒母罐 1 V=2.2m3 CS（碳钢）酒精发酵罐 6 V=20m3 CS（碳钢）醋酸种子罐 1 V=2.2m3 CS（碳钢）醋酸发酵罐 8 V=20m3 CS（碳钢）空气压缩机 2 V-3/7 CS（碳钢）板框压滤机 2 KP-629 CS（碳钢）滤液配兑池 2 3B19B SS 离心泵 若干 50F-16A-B SS