酒精发酵罐的设计.pdfVIP

酒酒精精发发酵酵罐罐的的设设计计

⽣物⼯程专业《化⼯原理课程设计》说明书

题⽬名称

专业班级

学号

学⽣名

指导教师

2011年10⽉31⽇

⽬录

⼀设计⽅案的确定(1)

1.1设计条件(1)

1.2发酵⼯艺(2)

1.3发酵罐尺⼨及整体设计(3)

1.3.1发酵罐尺⼨确定(3)

1.3.2发酵罐整体设计(3)

1.3.2.1加热、冷却系统的设计(3)

1.3.2.2pH调节系统的设计(3)

⼆计算(4)

2.1发酵罐尺⼨计算(4)

2.1.1发酵罐直径和⾼度(4)

2.1.2发酵罐表⾯积(4)

2.1.3罐体壁厚(4)

2.2传热量的计算(4)

2.2.1发酵液量的确定(4)

2.2.2总的发酵热(4)

2.2.3冷却⽔耗量W的计算(5)

2.2.4对数平均温度差ΔTm的计算(5)

2.2.5传热总系数K的确定(6)

2.2.6冷却⾯积的主要尺⼨的确定(6)

三设备选型(7)

3.1换热器的选择(7)

3.2⼈孔的选择(7)

3.3⽀座的选择(7)

3.4接⼝管的选择(7)

3.5仪表接⼝的选择(7)

四附录及图纸(8)

附录1(8)

附录2(8)

五总结(9)

六参考⽂献及资料(10)

⼀设计⽅案的确定

酒精是⼀种⽆⾊透明﹑易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的⽓味和刺激的⾟辣滋味，微⽢。学名是⼄醇，分⼦式

C2H6O。现在的酒精主要还是通过发酵发开制备的。酒精制备的原料主要有淀粉质和纤维质为主，通过各种酶的作⽤⽽产⽣

酒精的，酒精⽣产也带来了很多副产品，⽐如说杂醇油、甲醇、⼆氧化碳等。

1.1设计条件

本次课程设计条件是⽤10m3发酵罐，发酵⽣产酒精。

表1发酵条件的确定

项⽬条件备注发酵罐类型嫌⽓发酵罐由参考⽂献[1]确定

发酵菌种酵母菌由参考⽂献[3]确定

发酵罐体积10m3由⽼师所给的条件确定温度30℃由参考⽂献[3]确定

pH4.0由参考⽂献[3]确定

压⼒4

2?Pa由参考⽂献[3]确定

10

10

2?~5

发酵液密度1076kgm3-由参考⽂献[3]确定

冷却⽅式沉浸式冷却蛇管由参考⽂献[1]确定

1.2发酵⼯艺[3]

⽤⽢蔗糖蜜经过硫酸处理让淀粉分⼦从原料细胞中游离出来以后，再通过稀释、调配、灭菌等操作，然后通过酒母发酵产⽣酒

精。

其⼯艺流程图为

↓

↓

↓pH4.0

↓

↓

↓

↓

↓发酵温度30℃、pH4.0

↓

图1以⽢蔗糖蜜为原料的酒精⽣产⼯艺流程图

1.3发酵罐的尺⼨及整体设计1.3.1发酵罐尺⼨的确定

酒精发酵罐多为圆柱形、底部和顶部均为蝶形或锥形的⽴式⾦属容器带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为：

V=D4

π2(H+

3

h1+3h2

)D—罐的直径H—圆柱部分⾼度h1—罐底⾼度h2—罐盖⾼度

发酵罐罐体⾼度，底、盖⾼度和罐直径的关系如下：H=1.1~1.5Dh1=0.1~0.4Dh2=0.05~0.1D由以上关系确定发酵罐尺⼨

1.3.2发酵罐的整体设计

酵母菌在⽆氧条件下培养，主要进⾏发酵作⽤，可使糖分转变为酒精和CO2。酵母菌在有氧条件下进⾏酒精发酵时，由于进

⾏了呼吸作⽤，酒精产量⼤⼤降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。所以在发酵过程中不需要设计通风系统；由于不需要

通风系统，且采⽤沉浸式蛇管冷却，所以本设计不需要搅拌系统。

1.3.

2.1加热、冷却系统的设计[1]

由于发酵罐的体积⽐较⼤，罐顶喷⽔淋于管外壁表⾯进⾏冷却不能满⾜要求所以采取罐内蛇管冷却，为沉浸式蛇管换热器。所

以采⽤的冷却系统为沉浸式蛇管换热器

1.3.

2.2pH调节系统的设计[1]

在本设计中，主要加⼊氨⽔来调节pH值。这样既可以调节pH，⼜可以提供氮源。

⼆计算

2.1发酵罐尺⼨计算2.1.1发酵罐直径和⾼度

由发酵罐尺⼨确定中计算直径和⾼度

选取结构尺⼨⽐例：H=1.4D，h1=h2=0.1D

由全容积公式得：D=2.05mH=2.87mh1=h2=0.205m

2.1.2发酵罐表⾯积S(圆柱体表⾯积S1和罐底、罐顶表⾯积S2、S3)

S1=πDH=3.14×2.05×2.87=18.47m2

S2=S3=212hRπR+=22205.0025.1025.114.3+?=3.36m2所以表⾯积S为：S=S1+S2+S3=25.19m2

2.1.3罐体壁厚

[]Cp

σ2pD

δ1