年产5000吨发酵食醋发酵车间设计

第 1 页 共 28 页目目 录录绪论绪论-错误！未定义书签。1、食醋的起源与功能-错误！未定义书签。错误！未定义书签。2、食醋的种类-错误！未定义书签。错误！未定义书签。3、食醋的原料-错误！未定义书签。错误！未定义书签。4、食醋的生产工艺-错误！未定义书签。错误！未定义书签。5、液态法食醋质量标准-错误！未定义书签。错误！未定义书签。一、设计任务一、设计任务-3二、生产方案和流程的确定二、生产方案和流程的确定-3（一）生产方案的确定-3（二）生产流程的确定-31. 菌种选择-32. 原料预处理-33. 糖化-44. 酒精发酵-45. 醋酸发酵-46. 压滤-57. 配兑和灭菌-58. 陈酿-6（三）生产工艺流程示意图-6三、工艺设计及计算三、工艺设计及计算-7（一）工艺技术指标及基础数据-7（二）物料计算-71. 主要原料的物料衡算-72. 蒸煮醪量的计算-93. 糖化醪量的计算-114. 酒精发酵醪的计算-115. 醋酸发酵醪的计算-11（三）热量衡算 -111. 液化过程中的热量衡算-112. 糖化过程热量衡算-113. 酒精发酵过程热量衡算-114. 醋酸发酵过程热量衡算-11（四）无菌压缩空气消耗量计算 -11四、四、 设备设计与选型设备设计与选型-11（一）液化车间 -111. 生产能力的计算-112. 液化罐数量N1的确定-11第 2 页 共 28 页3. 主要尺寸计算：-11（二）糖化车间 -111. 生产能力的计算-112. 糖化罐数量N2的确定-113. 主要尺寸计算-11（三）酒精发酵车间 -111. 生产能力的计算-112. 酒精发酵罐数量N3的确定-113. 主要尺寸计算：-114. 种子罐-11（四）醋酸发酵车间 -111. 生产能力的计算-112. 醋酸发酵罐数量N4的确定-113. 主要尺寸的计算-114. 冷却面积的计算-115. 转子与定子的确定-116. 设备结构工艺设计-117. 壁厚计算-118. 接管设计-119. 支座设计-1110. 种子罐-11（5）. 车间设备一览表-11五、五、 总结与谢辞总结与谢辞-11附件附件-错误！未定义书签。1. 全厂物料流程图-错误！未定义书签。错误！未定义书签。2. 醋酸发酵车间流程图-错误！未定义书签。错误！未定义书签。3. 醋酸发酵车间布置设计-错误！未定义书签。错误！未定义书签。4. 主要设备图-错误！未定义书签。错误！未定义书签。参考文献参考文献-错误！未定义书签。第 3 页 共 28 页年产年产 5000 吨发酵食醋发酵车间设计吨发酵食醋发酵车间设计一、设计任务一、设计任务年产 5000 吨发酵食醋发酵车间设计二、生产方案和流程的确定二、生产方案和流程的确定（一）生产方案的确定（一）生产方案的确定空气自吸式发酵罐液态深层发酵制醋。空气自吸式发酵罐液态深层发酵制醋是将淀粉质原料经液化糖化、酒精发酵后，在空气自吸式发酵罐中完成液体深层醋酸发酵的新工艺。具有原料利用率高，机械化程度高，生产周期短（8d） ，产品质量稳定等优点。深层发酵法是向酒醪中接入醋酸菌后，采用向醪液中通入空气的方法来增加醪液中的溶解氧，使醋酸菌的醋酸发酵正常进行。发酵设备多采用自吸式发酵罐，发酵品温 3235，发酵时间在 3d 左右。原料选择大米，长江以南习惯以大米为原料，且大米制出来的醋口感较好。（二）生产流程的确定（二）生产流程的确定1. 菌种选择菌种选择糖化选择黑曲霉。酵母菌（AS 2.399）酵母菌培养的最适温度为 2530 度。醋酸菌（许氏醋酸杆菌 A. schutzenbachii）生长繁殖适宜温度 2527.5 度，不耐热，最高生长温度 37 度，最适 PH3.56.5，耐食盐为 1%1.5%。该菌产酸高达 11.5%，对醋酸没有进一步的氧化作用。2. 原料预处理原料预处理（1）原料的筛选和除杂1.剔除霉变的原料，除去附着的尘土和杂物。2.对带有皮壳的原料去除皮壳。3.处理方法采用分选机筛选和水洗涤。（2）粉碎与水磨扩大原料同微生物酶的接触面积，使有效成分被充分利用，大多数情况下先粉碎，然后再进行蒸煮、糖化。粉碎常用设备是：锤式粉碎机、刀片轧碎机、钢磨。第 4 页 共 28 页技术要点：细度 大三角瓶纯种扩大培养 - 醋酸菌种子液态培养试管培养基：葡萄糖 0.3g、酵母膏 1.0g、碳酸钙 2.0g、6%酒液 100mL、琼脂 2.02.5g。三角瓶培养基：酵母膏 1%、葡萄糖 0.3%、水 100mL、浓度为 95%的酒精4%。种子液态培养：4%8%酒精发酵醪，醋酸种子酸度 2.5%3.0%，接种量5%10%；通风量 0.1m/(m.min)；培养温度 3235；培养时间 24h。醋酸菌种子培养与其它微生物种子培养一样，除了使微生物繁殖以外，还有一个驯化作用，即使微生物适应于生产的要求，所以，在种子培养的前阶段，培养基的组成、培养条件多采用较优的工艺参数；而在培养的后阶段，多采用接近于生产要求的工艺参数。2.醋酸发酵技术要点：酒液酒度 5%6%；醋酸发酵液酸度 4.5%5.5%。工艺参数：接种温度 2830；发酵温度 3234，最高不超过 36；前期通风量 0.07m/(m.min)、中期 0.10.12 m/(m.min)、后期0.08m/(m.min)；培养时间 6567h。醋酸菌含有乙酰辅酶 A 合成酶，能催化醋酸氧化，反应生成的乙酰辅酶 A进入三羧酸循环，进一步氧化为 CO2和 H2O。其反应式如下：332CH COOHCoASHCH COSCoAH O所以，醋酸发酵成熟时就要加入 2%5%的食盐，以抑制醋酸菌的活性。在液态深层发酵中，可采用分割法去醪进行“半连续式发酵” ，即取出1/21/3 量的发酵成熟醋醪，同时补加相应量的酒醪。这一方法即可以省却醋酸菌种培养工序，且发酵罐中的菌种在醋酸发酵过程中已得到充分驯养，所以，又有利于提高原料的利用率和产品质量，但分割法去醪应注意无菌操作。6. 压滤压滤技术要点：滤渣水分70%；酸度0.2%。工艺参数：发酵醪预处理，55 摄氏度维持 24h；压头醋、二醋用泵输送，泵压 2*89KPa，压净停止。压清醋用高位槽自然压力。第 6 页 共 28 页7. 配兑和灭菌配兑和灭菌技术要点：灭菌后成品醋酸3.5%；醋液红褐色，无混浊，无沉淀，无异味；细菌数5000 个/ml。工艺参数：灭菌温度 80，维持适当时间；苯甲酸钠添加量为0.06%0.1%。8. 陈酿陈酿一是生醋经日晒夜露陈酿数月；二是将成品醋封坛陈酿。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，醋酸的刺激性减弱。第 7 页 共 28 页（三）生产工艺流程示意图（三）生产工艺流程示意图图 2、醋酸生产工艺流程示意图三、工艺设计及计算三、工艺设计及计算（一）工艺技术指标及基础数据（一）工艺技术指标及基础数据1. 生产规模：年产食醋 5000t（醋酸含量 4% 质量分数）2. 生产工艺：液态深层发酵、间歇发酵3. 工作制度：全年工作 300 日，三班作业。第 8 页 共 28 页4. 食醋日产量：17t5. 食醋年产量：5100t6. 副产品年产量：次级食醋占食醋总量的 2%。7. 产品质量：符合 GB181872000 国家标准酿造食醋8. 大米原料含淀粉 70%, 水分 13%。9. -淀粉酶用量为 8u/g 原料，糖化酶用量为 150u/g 原料，酒母糖化醪用糖化酶量 300u/g 原料。10. 醋酸发酵罐发酵周期 8d、周期数 300/8 = 38。技术参数技术参数：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：160kg /t（二）物料计算（二）物料计算1. 主要原料的物料衡算主要原料的物料衡算（1）淀粉糖化物料衡算淀粉质原料加水加热糊化后，加入糖化曲或淀粉酶进行糖化，物料衡算总方程式6105261261nC H OnH OnC H O1621801g1.11g理论上 1g 淀粉完全水解后能生成 1.111g 葡萄糖。但由于糖化酶的活力、种类、糖化工艺的原因，淀粉原料中支键淀粉和直链淀粉的比例不同，糖化结束后糖化醪中糖和非糖的比例控制不同等，因而使得糖化效果颇有差异，实际的糖化率一般以理论的 75%-85%计算，即实际上 1g 淀粉能生成 0.8330.944g 葡萄糖。这里取 80%，即 1g 淀粉能生成 0.888g。（2）酒精发酵物料衡算向糖化醪液中接入酵母菌进行酒精发酵，其物料衡算可以用下列生化反应的总方程式为基础：612625222C H OC H OHCO180 246881g 0.51g理论上 1g 葡萄糖能生产 0.51g 酒精，但由于酵母菌的生长繁殖、中间代谢产物的生成、酒精的挥发等，实际的酒精得率一般以理论酒精得率的 85%计算，即第 9 页 共 28 页实际上 1g 葡萄糖能生成 0.434g 左右的酒精。（3）醋酸发酵物料衡算向酒精醪液中接入醋酸菌，进行醋酸发酵，其物料衡算可以用下列生化反应的总方程式为基础25232C H OHOCH COOHH O4660 181g1.30g根据总方程式计算得到：理论上 1g 酒精能生产 1.30g 醋酸。但由于醋酸菌的生长繁殖，发酵过程中酒精和醋酸的挥发，以及醋酸的进一步氧化等，实际的醋酸得率一般以理论得率的 80%计算，实际上 1g 酒精能生产 1g 左右的醋酸。由上述计算得知，用淀粉质原料酿醋时，1g 纯淀粉能生成 0.888g 葡萄糖，经酒精发酵得到 0.385g 酒精，再经醋酸发酵可以得到 0.385g 醋酸。即 1t 食醋含 40kg 醋酸，需 40/0.385 = 103.9kg 淀粉，需大米 103.9/0.7 = 148.4 kg。（4）大米年消耗量5100t 食醋中醋酸含量：51004% = 204t生产 204t 醋酸需要淀粉：204/0.385 = 530t年消耗大米量：530/0.7 = 757.14t（5）- 淀粉酶消耗量 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： 757.148 = 3.03t 2000单耗量： 3.03103/5100 = 0.594kg/t（6）麸曲耗用量 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：757.14150 = 142.96t 800单耗量： 142.96103/5100 = 28kg/t第 10 页 共 28 页（7）氯化钙（规格：无水）单耗：0.15 kg/t：全年投料量：0.155100 = 765kg（8）纯碱（规格：工业用）单耗：0.225 kg/t：全年投料量：0.2255100 = 1147.5kg表 1、 原料消耗表（5000t/a）名称规格单耗全年投料量大米淀粉含量 70%148.4kg/t757.14103kg- 淀粉酶2000u/g0.594kg/t3.03103kg麸曲800u/g28kg/t142.96103kg氯化钙无水0.15kg/t765.07kg纯碱工业纯碱0.225kg/t1.15103kg2. 蒸煮醪量的计算蒸煮醪量的计算根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为 1:3，粉浆量为： 148.4（1+3）= 593.6kg式中 148.4 生产 1t 食醋（醋酸含量 4%）需要的大米量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。其工艺流程图如下图所示。第 11 页 共 28 页图 3、粉浆连续蒸煮液化工艺流程干物质含量 B0=87%的大米比热容为； c0 = 4.18（1-0.7B0）= 1.63 kJ/(kg. K)粉浆干物质浓度为： B1 = 87/（4*100）= 21.8%蒸煮醪比热容为： c1 = B1c0+（1.0 - B1） cw= 21.8%1.63+（1.0-21.8%）4.18= 3.62 kJ/ (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为：593.6*3.62(8850)593.6630()2748.988*4.18kg式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K）经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：630 6303.62(88-84) = 626 (kg) 2288.3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(kJ/K)经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为；626 + 6263.62(115-84) = 657 (kg) 2748.9-1154.18式中 115灭酶温度（摄氏度）2748.90.5Mpa 饱和蒸汽的焓（kJ/K）第 12 页 共 28 页经汽液分离器后的蒸煮醪量： 657 - 6573.62(115-104.3) = 646 (kg) 2245式中 2245104.3 摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热(kg)经真空冷却后最终蒸煮醪量为： 646 - 6463.62(104.3-63) = 605 (kg) 2351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(kJ/K)。粉浆中干物质的质量分数： = 21.28%148.4*(1 0.13)6053. 糖化醪量的计算糖化醪量的计算麸曲（糖化力 800u/g 干曲） ，单耗：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： = 20.5%148.4*(1 0.13)0.5940.150.225*100%6334. 酒精发酵醪的计算酒精发酵醪的计算（1）实际产酒精量 = 原料量淀粉含量实际产酒率 = 148.40.70.385 = 39.9 kg（2）发酵中 CO2产量：39.9 = 38.2kg8892（3）发酵中溢出水分（按 2%计）：39.90.02 = 0.8kg第 13 页 共 28 页（4）酒精发酵成熟醪总质量（含醋母醪量）：633 38.2 0.8 = 594 Kg（5）成熟醪体积（成熟醪密度为 0.99Kg/L）：594 / 0.99 = 600 L（6）成熟醪中酒精体积分数 （酒精 d420=0.7893）：酒精体积分数= = 8.43%39.9*100%0.7893*6005. 醋酸发酵醪的计算醋酸发酵醪的计算（1）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（2）醋酸发酵醪体积：600 + 50/1.2 = 641.7L（3）原料产醋量（转化率取 84%）：39.91.3084% = 43.57kg（4）醋酸发酵时消耗氧气：43.57 = 23.2kg3260（5）醋酸成熟醪的质量：644 + 23.2 = 667.2Kg（6）成熟醪体积（成熟醪密度 1.01Kg/L）：667.2/1.01 = 660.6 L（7）成熟醪醋酸的质量分数：43.57/667.2 = 6.53%（8）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： = 41.3kg43.57*(1 4% 1.2%)（9）配兑成 4%醋酸含量的成品醋的质量：41.3/0.04 = 1032.5kg 1t ， 所以符合生产要求第 14 页 共 28 页（10）4%成品醋的体积（成品醋密度 1.01Kg/L）：1032.5/1.01= 1032.5L（11）原料出醋率：1032.5/148.4=6.96（Kg/Kg）（三）热量衡算（三）热量衡算1. 液化过程中的热量衡算液化过程中的热量衡算粉浆质量 m = 593.6 +0.594 +0.15 + 0.225 = 594.57kg；粉浆比热容 c=3.72KJ/Kg.K；液化过程总耗热量为 Q1粉浆由初温 T0加热至 88总耗热量为 Q2。（1）设粉浆初温取 T0=20，流加法液化浆温为 88，耗热量为 Q2。则 Q2 = mc(88-To) = 594.573.72(88-20) = 150402 KJ（2）加热过程中蒸汽带出的热量为 Q2加热时间为 40min，蒸发量为每小时 5%。则蒸发水量为：V水 = m5%40/60 = 594.575%40/60 = 19.8 KgQ2 = V水 I = 19.82257.2= 44693KJ式中 I 为水的汽化潜热（KJ/Kg）（3）热损失 Q2热损失为耗热量的 15%：Q2= 15% （Q2+ Q2）（4）则总耗热量为：Q2 = 1.15（Q2+ Q2）第 15 页 共 28 页 = 1.15（150402+ 44693） = 224360KJ再次升温煮沸到 100后所需热量为 Q3此时液化醪的质量为 m1=605KgQ3 = m1c(100-88)= 6053.7212= 27007.2KJ液化过程中总耗热量为 Q1Q1 = Q2+ Q3 = 224360+27007.2= 251367.2KJ2. 糖化过程热量衡糖化过程热量衡算算液化醪质量为 m1 = 605 Kg液化醪比容热为 c1c1=0100100100cc水式中：c0淀粉质比热容为 1.55kJ/(kg.K)液化醪中干物质含量（%）c水水的比热容为 4.18kJ/(kg.K)所以， c1= 3.62 kJ/(kg.K)21.2810021.281.55*4.18*100100（1）糖化过程加曲前，要将液化醪降温到加曲温度 64，所放出的热量为 Q4Q4 = m1c1（100-64） = 6053.62（100-64） = 78843.6 KJ（2）加曲后，开始糖化的温度为 60，该过程发出的热量为 Q5加曲后糖化醪的质量为 m2=5275.2 KgQ5 = m1c1（64-60）= 6053.62(64-60)= 8760.4 KJ第 16 页 共 28 页（3）糖化过程放出热量 Q6Q6 = Q4+ Q5= 78843.6+8760.4= 87604KJ （4）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=612()wwQctt水 =876041164.3kg4.18 （35-17）3. 酒精发酵过程热量衡酒精发酵过程热量衡算算（1）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 m2= 633KgQ7 = m2c1（60-28）= 633 3.62（60-28）= 73326.72 KJ（2）酒精发酵温度为 33，升温到酒精发酵温度所需热量为 Q8Q8 = m2c1（33-28）= 6333.62（33-28）= 11457.3 KJ（3）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= 46683 KJ（4）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W1W1 =712wwQc水（t-t）=73326.729754.18 (35 17)kg第 17 页 共 28 页（5）酒精发酵阶段蒸汽耗用量为 D11. 因为投入的是液体曲，糖化醪干物质质量分数 ：=20.54%148.4*(1 0.13)0.5940.150.225*100%6332. 糖化醪的比热容 c2 ：c2 =10020.5410020.541.254.18100100100100cc水 =3.56 kJ/(kg.K)3. 蒸汽耗用量 D1为D1 =8QI=11457.34.942738419kg4. 醋酸发酵过程热量衡算醋酸发酵过程热量衡算（1）醋母接种温度为 28，酒精发酵醪降温到醋酸发酵温度放出热量为 Q10 酒精发酵成熟醪质量 m3= 600 KgQ10 = m3c1（33-28）= 600 3.625= 10860 KJ（2）醋酸发酵温度为 33，升温到醋酸发酵温度所需热量为 Q11Q11 = m3c1（33-28）= 6003.62（33-28）= 10860 KJ（3）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/（t.h）（4）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W2W2 =1012wwQc水（t-t）第 18 页 共 28 页=10860144.344.18 (35 17)kg（5）醋酸发酵阶段蒸汽耗用量为 D2D2 =11QI=108604.682738419kg（四）无菌压缩空气消耗量计算（四）无菌压缩空气消耗量计算深层发酵法的通风量计算如下：理论需氧量： 25232C H OHOCH COOHH O22.4(L)60(g)a ba=22.4b/60式中 a理论需氧量，L/ min b理论产酸速度，g/minb=13.10g/min339.9*10 *1.366*60理论通风量(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= 58.16L/min四、四、 设备设计与选型设备设计与选型（一）液化车间（一）液化车间1. 生产能力的计算生产能力的计算每生产 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）：第 19 页 共 28 页594.57/1.07=556L=0.556m3每天生产食醋 17t，液化罐填充量 80%，则每天需要液化罐的总容积：17*0.556/0.8 =11.82m32. 液化罐数量液化罐数量 N1的确定，发酵周期的确定，发酵周期 8 天：天：现取公称容积 20m3的液化罐，实际容积为 22m3.N1 = = 4.3 （个）11.82*822现取公称容积 22m3液化罐 5 个；3. 主要尺寸计算：主要尺寸计算：3=V +2V =22mV全全全H=2D；则有23V =0.785D *2*2=2224DD全解方程得： 1.57D3+0.26D3=22D = = 2.29m 取 2.4m3221.83H = 2D = 4.8m查表得封头高：=600+25=625mm ; 封头容积 1.93m3abHhh全（二）糖化车间（二）糖化车间1. 生产能力的计算生产能力的计算每生产 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 17t，糖化罐填充量 80%，则每天需要糖化罐的总容积：170.603/0.8 =12.8m3第 20 页 共 28 页2. 糖化罐数量糖化罐数量 N2的确定，发酵周期的确定，发酵周期 8 天：天：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 = = 1.76 （个）12.8*858现取公称容积 50m3糖化罐 2 个3. 主要尺寸计算（设上封头的容积与下封头相等）：主要尺寸计算（设上封头的容积与下封头相等）：3=V +2V =58mV全全全糖化罐罐体不能太高或太矮取 H:D=1.5; H=1.5D；则有23V =0.785D *1.5*2=5824DD全解方程得： 1.18D3+0.26D3=59D = = 3.43m 取 3.4m3581.44H = 1.5D = 5.1m 取 5m查表得封头高：=850+50=900mm ; 封头容积 5.60m3abHhh全（三）酒精发酵车间（三）酒精发酵车间1. 生产能力的计算生产能力的计算每生产 1t 食醋需糖化成熟醪体积：600 L=0.6m3每天生产食醋 17t，酒精发酵罐填充量 85%，则每天需要酒精发酵罐的总容积：170.6/0.85 = 12m32. 酒精发酵罐数量酒精发酵罐数量 N3的确定：的确定：现取公称容积 20m3的发酵罐，实际容积为 22m3.N2 = = 4.36 （个）12*822现取公称容积 20m3发酵罐 5 个第 21 页 共 28 页3. 主要尺寸计算：主要尺寸计算：3=V +2V =22mV全全全H=2D；则有23V =0.785D *2*2=2224DD全解方程得： 1.57D3+0.26D3=59D = = 2.29m 取 2.4m3221.83H = 2D = 4.8m查表得封头高：=600+25=625mm ; 封头容积 1.93m3abHhh全4. 种子罐种子罐（1）种子罐容积和数量的确定 V种=V总10%=2210%=2.2 m3式中V总为发酵罐的总容积 m310%接种量（2）种子罐数量的确定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。（3）主要尺寸的确定设 H/D=2/1，则种子罐总容积 V总为：V总=V筒+2V封； V总= 0.785D22 D+D32/24=2.2 算得 D=1.06m 取 D=1.1 m 则 H=2D=2.2 m查相应表得封头高 H封=250+25=275mm罐体总高 H罐= H筒+2H封=2200+2275=2750mm单个封头容量 V封=0.151 m3圆筒容积 V筒= 0.785D22 D=1.571.13=2.09 m3不计上封头容积 V有效= V筒+V封 = 2.09 + 0.151 =2.24 m3校核种子罐总容积： V总=2 V封+ V筒 = 2.39 m3 比需要的种子罐容积大，满足设计要求。第 22 页 共 28 页（四）醋酸发酵车间（四）醋酸发酵车间1. 生产能力的计算生产能力的计算每生产 1t 食醋需酒精发酵成熟醪体积：641.7L = 0.642m3每天生产食醋 17t，醋酸发酵罐填充量 70%，则每天需要醋酸发酵罐的总容积：170.642/0.70 = 15.59m32. 醋酸发酵罐数量醋酸发酵罐数量 N4的确定：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.N4 = = 5.66 （个）15.59*822现取公称容积 20m3发酵罐 6 个年产醋酸醪液质量：204/0.0653 = 3124t式中 0.0653成熟醋酸醪液醋酸含量年产醋酸醪液体积：V醪 = 3124/1.01 = 3093m3式中 1.01醋酸醪液密度实际产量验算：=3465m3 3093m322*0.7*6*3008富裕量为： = 12%，能满足产量要求。34653093*100%30933. 主要尺寸的计算主要尺寸的计算现按公称容积 20m3的发酵罐计算。V全=V筒+2V封=22m3；封头折边忽略不计，以方便计算。H=2D ； 第 23 页 共 28 页则有V全= 1.57D3+0.26D3=221.83 D3=22 D=2.29m 取 D=2.4m3221.83 H=2D=4.8m查表得封头高：=600+25=625mm ; 封头容积 1.93m3abHhh全V全=V筒+2V封 = 1.57D3 + 1.932 = 25.56 m34. 冷却面积的计算冷却面积的计算mQFK t平均温差=30.431212lnmttttt332833ln28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=1.2m24923.74*22*70%4.18*500*30.43F 5. 转子与定子的确定转子与定子的确定实践表明，三棱叶转子的特点是转子直径较大，在较低转速时可获得较大的吸气量，当罐压在一定范围内变化时，其吸气量也比较稳定，吸程也较大，但所需的搅拌功率也较高。三角叶叶轮直径：D = 0.35D罐= 0.352.4 = 0.84m 取 0.8m叶轮外径：d=D=0.8m浆液长度：e=0.45m916D交点圆径：=0.3m38D叶轮高度：h=0.2m14D挡水口径：2= 0.56m710D导轮内径：3=1.2m32D第 24 页 共 28 页簧叶角：=45间隙：=2mm叶片厚：b=5mm叶轮外缘高：h1=h+2b=0.201m导轮外缘高：h2=h1+2b=0.202m6. 设备结构工艺设计设备结构工艺设计发酵设备的材质选择，优选考虑的是满足工艺要求，其次是经济性。本设备采用 A3钢制作，以降低设备费用。7. 壁厚计算壁厚计算（1）计算法确定发酵罐的壁厚 S：S=2 PDCP 式中D设备公称直径 240cmP设计压力，P=0.4MPaA3钢许允应力 =127 MPa焊缝系数 0.51 之间,取=0.7C壁厚附加量，C= C1+ C2+ C3=0. 8+2+0=2.8mm=0.28cm带入数据得：S=0.82cm 取 10mm240*0.40.282*127*0.70.4查表知直径 2.4m 厚 10mm 筒高 4.8m，每米高重 596kgC筒 = 5964.8 = 2861kg（2）封头壁厚计算，标准椭圆封头的厚度计算公式如下：S=2 PDCp 式中P=0.4MPaD=400cm=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38cm=0.7S=0.92cm取 10mm240*0.40.382*127*0.70.48. 接管设计接管设计（1）接管长度 h 设计：第 25 页 共 28 页不保温接管长 h=150 mm（2）接管直径的确定：该罐实装醪量 220.7=15.4m3，30min 之内排空则物料体积流量 Q=0.0086m3/s15.430*60发酵醪流速取 v=1m/s.则排料管截面积为： F物= Q/V =0.0086/1=0.0086m2管径 d = （F物/0.785）1/2 =（0.0086/0.785）1/2 = 0.105 m取无缝钢管 1334，125mm105mm,认为适用。进料管同排料管取无缝钢管 1334排料时间复合：物料流量 Q=0.0086m3/s，流速 v=1m/s；管道截面积 F=0.7850.1252=0.0123m2，在相同流速下，流过物料因管径较原来 结果大，则相应流速比为 P=0.7（倍） ，排料时间0.00860.0123*1QFvt=300.7=21min9. 支座设计支座设计本设计选用支撑式支座。10. 种子罐种子罐（1）种子罐容积和数量的确定 V种=V总10%=2210%=2.2 m3式中V总为发酵罐的总容积 m310%接种量（2）种子罐数量的确定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 24h，辅助操作时间 4 小时，生产周期 28 小时。（3）主要尺寸的确定设 H/D=2/1，则种子罐总容积 V总为：V总=V筒+2V封； V总= 0.785D22 D+D32/24=2.2第 26 页 共 28 页 算得 D=1.06m 取 D=1.1 m 则 H=2D=2.2 m查相应表得封头高 H封=250+25=275mm罐体总高 H罐= H筒+2H封=2200+2275=2750mm单个封头容量 V封=0.151 m3圆筒容积 V筒= 0.785D22 D=1.571.13=2.09 m3不计上封头容积 V有效= V筒+V封 = 2.09 + 0.151 =2.24 m3校核种子罐总容积： V总=2 V封+ V筒 = 2.39 m3 比需要的种子罐容积大，满足设计要求。（4）冷却面积的计算当罐容积小于 5m3时用夹套冷却可满足生产要求发酵产生的总热量：同前发酵罐Q=10869.06（kj/h）4940.48*2.2夹套传热系数K=4.18220kJ/(m2.h.)平均温差：发酵温度 32；水初温 2023,取 23；水终温 27，则平均温差tm=7952需冷却面积 F：F=1.7（m2）mQK t10869.064.18*220*7S夹 = S筒+S封 = 3.8m2 F , 可满足工艺要求（5）壁厚设计对带夹套的容器,应按外压容器计算壁厚.考虑到冷却水压力与容器内的压力有不同的存在情况取水压容器外压.用计算法求夹套内的壁厚:S=D(mpL)/(2.6ED)0.4 +C=110(30.4150)/(2.6200000110)0.4+0.18=0.64+0.18=0.82cm 取 9mm式中 D公称直径,110cm m外压容器稳定系数,m=3 E金属的强性模量,E=200000MPa P设计压力, P=0.4 MPa C壁厚附加值,C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18 cm L筒体长度,L=150 cm封头厚度： 对上封头，查表 封=10mm第 27 页 共 28 页 对下封头，查表 封=10mm冷却外套壁厚：由夹套直径与筒体直径关系： D套=D内+100 =1100+100 =1200mm查表确定外套壁厚：套=5 mm外套封头壁厚：查表， 取 套封=6 mm（6）搅拌器：种子罐采用六弯叶涡轮搅拌器，它有公认的尺寸标准：直径 Di=0.30.35D. 取 Di=0.3D=0.31100=330 mm 叶片宽度 h=0.2Di=0.2330=66mm 盘径 =0.75Di=0.75330=248mm 弧长 r=0.35Di=0.35330=116 mm 叶弧长 l=0.25 Di=0.25330=83mm 搅拌器间距 =Di=330 mm 底距 b=D/3=330/3=110mm（5）. 车间设备一览表车间设备一览表表 2、 5000t/a 食醋厂深层发酵车间主要设备序号设备名称台数规格与型号材料1锤式粉碎机21t/hCS（碳钢）2螺旋输送器11.5t/hCS（碳钢）3调浆罐1V=2mCS（碳钢）4粉浆高位槽1V=2mCS（碳钢）5液化罐5V=20m3CS（碳钢）6糖化罐2V=50m3CS（碳钢）7补糖罐1V=1mCS（碳钢）8酒母罐1V=2.2mCS（碳钢）9酒精发酵罐5V=20m3CS（碳钢）10醋酸种子罐1V=2.2mCS（碳钢）11鼓风机3CS（碳钢）12空气过滤器3A=0.785CS（碳钢）13自吸式醋酸发酵罐6V=20m3CS（碳钢）14板框压滤机2KP-629CS（碳钢）15滤液配兑池1SS16贮存罐20V=30mSS五、 总结与谢辞第 28 页 共 28 页通过本次设计我对醋酸的发酵工艺、各项技术指标都有了很深刻的认识。更加锻炼了自己查阅文献的能力和 CAD 软件绘图的能力，由于去年的课程设计是酒精发酵因此这次的醋酸发酵做起来感觉还是很轻松的。这里我要感谢陶老师对我的精心辅导和帮助，感谢他及时的指正我在设计过程中存在的错误并帮我提出解决方法，同时也要感谢多位同学对我的指导和帮助；设计工作的完成，也离不开学校给予提供的广阔的信息资源和先进的设备。在此我也要对我的学校表示衷心的感谢