1、 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 GB2719-1996米醋卫生标准 ，GB18187-2000酿造米醋 ，ZBX66
2、004-86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
3、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 16.7t2.4 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 G
4、B103431989 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3.3 工艺要点 3.3.1 原料粉碎氯化钙 -淀粉酶纯碱麸曲酒母 种子罐培养三角瓶培养试管培养醋酸发酵无菌空气压滤消毒成品 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
5、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
6、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
7、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183.3.6 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
8、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 /t4.2 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=1484t4.2.1 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*8/2000=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
9、/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=927.5kg4.2.2 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=1500kg4.2.3 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=2250kg4.2.4 液化醪量计算 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
10、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=87/4x100=21.8%蒸煮醪比热容：C1=B1C0+ (1-B1) x Cw=21.8%x1.63+(1.0-21.
11、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： 630-630x3.62x(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
12、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
13、物质质量分数：148.4x（1-0.13）+0.594+0.225633 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=600L成熟醪中酒精体积分数 （酒精 d420=0.7893）酒精体积分数=39.9/0.7893x600x100%=8.43%4.2.7 醋
14、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%）：39.9x1.30x84%=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：43.5
15、7x(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：C 2H5OH+O2 CH3COOH+H2O22.4(L) 60(g)a ba=22.4xb/60式中 a理论需氧量，L/ minb理论产酸速度，g/minb=39.9x103x1.3/66x60=13.10g/min理论通风量(a)：a=a+0.21式中 0.21O 2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/ min4.3 物料衡算表 把上
16、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 580.16L/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+0.5
17、94+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% 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
18、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=605kgQ5=m1xCx(100-88)=605x3.72x12=27007.2kJ液化过程中总耗热量 Q 为： Q=Q4+Q5=224360+27007.2=251367.2KJ4.4.2 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）/10
19、0=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，糖化醪的质量为 m2=52752.2kg ，该过程放出的热量 Q2Q2=m2xc1x(64-60)=605x3.62x4=8760.4KJ糖化过程放出热量 Q 为：Q=Q1+Q2= 7
20、8843.6+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= QC(tw1-tw2) = 876044.18x（35-17）=1164.3kg4.4.3 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=633kgQ7=m3*c1(60-28) =633*3.62*(60-28)=73326.72kJ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
21、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*20.54/100+4.18*(100-20.54)/100=3.56kJ/kgK蒸汽耗用量 D1为：D1=Q1/I-=11457.3/(2738-419)=4.94kg4.4.4 醋酸发酵过程中的热量计算醋
22、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 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
23、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)=4068kg4.5 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 251367.2KJ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：5
24、94.57kg 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=13.9m35.1.2 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=5.7(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 =22m3H=2D,则有 v 全 =0.758D2*2D*/24D 3*2=22D= =2.29m 取 2.4m 32
25、2/1.83H=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=15.08m35.2.2 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
26、 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+/24D 3*2=58D= =3.43 取 3.4358/1.44H=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 5.60m35.3 酒精发酵罐 5.3.1 生产能力 每生产 1t 食醋需糖化成熟醪体积：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=14.12m35.3.2 酒精发酵罐数量 N3 的确定 现取公称容
27、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*/24D 3*2=221.57D3+0.26D3=59D= =2.29 取 2.4322/1.83H=2D=4.8 米查表得封头高：H 封 =ha+hb=600+25=625mm 封头容积 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
28、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*/24D 3*2=22D=1.6m 取 D=1.1H=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
29、=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 m 3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=18.35m35.4.2 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=18.35*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
30、.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 m 3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 1.57D 3+0.26D3=221.83 D3=22D= =2.29 取 D=2.4m 322/1.83H=2D=4.8查表得封头高：H 封 =ha+hb=600+25=62
31、5 mm 封头容积 1.93 m3V 总 =2V 封 +V 筒 =1.57D2+1.93*2=25.565.4.4 冷却面积 F=Q/Ktm平均温差tm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=(33-28)/ln(33/28)=30.43 oCtcp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 m35.4.5 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.
32、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 596kgC 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 =127MPaC =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
