年产5000吨食醋设计说明书.docx
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年产5000吨食醋设计说明书
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/100ml≥3.50
不挥发酸(以乳酸计):
无
可溶性无盐固形物:
g/100ml≥0.50
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》,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
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
GB5461—2000食用盐
GB5749—1985生活饮用水卫生标准
GB/T6682—1992分析实验室用水规格和试验方法
GB7718—1994食品标签通用标准
GB10343—1989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
先将碎米浸泡,使米粒充分膨胀,然后将米与水按1:
(1.5~2)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α-淀粉酶(酶制剂2000u/g)。
控制pH6.0~6.5,温度在85~90℃。
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85~92℃,待粉浆全部进入液化锅后,维持10~15min,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α-淀粉酶制剂在85~90℃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0.25×105Pa,发酵温度30~32℃,发酵时间为60~70h。
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75~80℃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α–淀粉酶使淀粉液化,促进糊化,可减少蒸汽消耗量。
α-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/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:
0.15kg/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:
0.225kg/t
每批投量:
0.225*33.34=7.5015kg
全年投料量:
0.225*10000=2250kg
4.2.4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)xCw
=21.8%x1.63+(1.0-21.8%)x4.18
=3.62KJ/Kg.K
式中Cw——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
式中115——灭酶温度(摄氏度)
2748.9——0.5Mpa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2245——104.3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
糖化醪干物质质量分数:
148.4x(1-0.13)+0.594+0.225
633x100%=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:
43.57x(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=1032.5kg>1t,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+O2CH3COOH+H2O
22.4(L)60(g)
ab
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(a’):
a’=a+0.21
式中0.21——O2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
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2968kg890.4t
酶量11.9kg3.57t
麸曲556.5kg166.95t
氯化钙3kg900kg
纯碱4.5kg1350kg
液化醪12.1t——
糖化醪12.66t——
酒精发酵醪12000L——
醋酸发酵醪13212L——
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+0.594+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)
=kJ
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%:
mx5%x40+60=594.57x5%x40+60=19.8Kj
加热过程中蒸汽带出的热量Q2为:
Q2=V水I
=19.8x2257.2
=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(+44963)
=Kj
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
=+27007.2
=.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(100-W)/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1.55[kJ/(kg.K)]
ω——液化醪中干物质含量(%)
C——水的比热容为4.18[kJ/(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)
=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/kg·K
蒸汽耗用量D1为:
D1=Q1/I-λ
=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-λ
=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.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=5.7(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*π/24D3*2=22
D=
=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=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+π/24D3*2=58
D=
=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食醋需糖化成熟醪体积:
0.6m3
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*π/24D3*2=22
1.57D3+0.26D3=59
D=
=2.29取2.4
H=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,发酵罐平均每天上1罐则需种子罐1个,种子培养时间12~20小时,取12小时,辅助操作时间8~10小时,生产周期约20~30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*π/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:
0.642m3
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=18.35*9/22=7.5(个)
现取公称容积20m3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=3640m3
式中1.01——醋酸醪液密度
实际产量验算:
22*0.7*8*300/9=4107>3640m3
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20m3的发酵罐计算。
V总=2V封+V筒=22m3封头折边忽略不计,以方便计算。
H=2D
则有V全=1.57D3+0.26D3=22
1.83D3=22
D=
=2.29取D=2.4m
H=2D=4.8
查表得封头高:
H封=ha+hb=600+25=625mm封头容积1.93m3
V总=2V封+V筒=1.57D2+1.93*2=25.56
5.4.4冷却面积
F=Q/K△tm
平均温差△tm=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)=(33-28)/ln(33/28)=30.43oC△t
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