天津科技大学生物工程设计

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生物工程课程设计

年产100000吨酒精厂酒糟滤液回

用工段设计说明书

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目 录

前言…………………………………………………...2 工艺参数…………………………………………….13 工艺设计与工艺论证……………………………….15 设备选型…………………………………………….19 废液处理…………………………………………….24 收获与体会………………………………………….25 参考文献…………………………………………….26

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前 言

1.1设计目的及意义

生物工程课程设计是生物工程专业学生在毕业设计前进行的一次综合训练。通过本次课程设计，培养了学生综合运用知识，解决工程问题的能力，为毕业设计打好应用理论基础。本次设计是对学生分析解决问题能力的一次检查，对绘图能力的训练，也为毕业设计打好了应有的基础。

1.2设计要求

（1）进一步巩固加深所学《生物工艺学》，《生物工程设备》等专业课程的基本理论和知识，使之系统化，综合化。

（2）培养我们综合运用基础理论和专业知识解决工程实际问题的能力。

（3）掌握有关设计手册（如《化工设备手册》，《化学工程手册》等）的使用。

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1.3目前酒精生产中存在的主要问题

随着国民经济的进一步发展，整个社会对酒精的需求有所增长。但是，酒精最大的用途是作为汽油的代替品，即作为燃料。如果按照酒精作燃料以代替汽油的观点来看，当前的酒精生产普遍存在以下几个方面的问题：

（1）发酵酒精的成本过高，国际市场上酒精的价格要比石油贵一倍，很难与石油燃料相竞争；

（2）生产过程中能耗过大，尤其是蒸煮和酒精回收过程；

（3）生产酒精的原料受到土地和水资源的限制；

（4）酒精发酵的强度问题，发酵强度越大，同样发酵罐容积产生的酒精就越多；

（5）酒糟处理问题是当前酒精生产面临的又一严重问题。酒精废糟由于量大，加上处理技术不过关，目前成了轻工业中得第二大污染源。因此，酒糟处理问题成为酒精工业能否持续发展的头等考验。

每生产酒精就要产出酒糟。我国目前有酒精生产厂家多家，年产发酵酒精包括白酒厂自产自用酒精多万吨，

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年排放糟液万吨（糟液的，）。全年排放酒精糟中有机物总量为万吨，这样高浓度的有机废液，如果不经处理就排入自然界，不仅浪费资源，而且造成生态环境的严重污染，直接影响酒精工业的持续发展。

1.4酒糟滤液回用

酒糟滤液回用是酒糟处理和综合利用的一个可供选择的优良途径。与其他方法相比，它的优点在于：需要设备少，能耗低，投资少，利用率高。

酒糟中存在的对酒精发酵酵母有抑制作用的物质，大部分被湿渣带走，留下的只是极少部分，通过调整回流比完全有可能在回流系统中将其浓度控制在酵母能忍受的范围之内，所以现在一般酒精厂所采用的酒精废糟液的综合处理工艺中都包含有将废液部分或全部返回生产系统作为拌料用水或液化、糖化添加水的回用路线。而且若回流比恰当，酒精废水回流技术的应用不仅不会影响酵母的酒精发酵，反而有可能会提高酒精的产量。

酒糟滤液回用工艺目前有三种方案，即部分滤液回

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用，全部清滤液回用和全部粗滤液回用。

1.4.1酒精干燥生产饲料

从酒糟处理的角度来看，酒糟干燥是最为彻底的方案。在西方发达国家，它已成为常规的酒糟处理工艺。但是，由于酒糟干燥需要大量能耗，所以它只适用于规模大，具有能重复使用设备的酒精厂，而且原料也局限于含蛋白质较多的玉米等。

工艺流程：

酒精→离心分离→蒸发浓缩→干燥→造粒→包装 酒糟的干物质成分主要是蛋白质。甘薯干原料酒糟中的粗蛋白占，在谷物酒糟中，可溶性氮的含量约为全部含氮量的。其余处在非可溶性状态。酒糟的干物质中，除了蛋白质外，还含有纤维素、聚戊糖、脂肪、焦糖、黑色素等物质。酒糟的合理利用首先应考虑做家畜饲料，如果将酒糟制发酵酒精的戊干酒糟和酒糟浓缩作为饲料，由于运输方便，对发展家畜饲料有着重要的意义。此外，酒糟中含有核黄素、磺胶素、烟碱酸、泛酸、生长素及胆碱等微量成分，与玉米浆的组成很相似，因此

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一些发酵厂利用酒糟浓缩代替玉米浆，也是节约粮食的措施之一。

干酒糟饲料生产的经济效益、环境效益和社会效益都很好，只是一次性投资很大，电耗和汽耗也很高，只有有条件的工厂才可以采用。

1.4.2酒糟生产菌体蛋白

利用酒糟生产菌体蛋白是酒糟综合利用的一个广泛采用的方法。酒糟生产菌体蛋白具有以下优点：

（1）能充分利用资源，每立方米酒糟可以生产得到干酵母，其中是新生长的酵母，另外还有是酒糟中的悬浮物质。

（2）由于得到了有价值的酵母，会给工厂带来新的效益，有利于降低酒精生产成本，便于酒精销售。

（3）酒精生产菌体蛋白之后，二次废水的可降低一半，大量减轻了水处理的负荷。

（4）为社会提供了大量宝贵的蛋白质饲料。 利用酒糟生产菌体蛋白主要存在的问题是电耗太高，成本太贵，饲料工业用不起。

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1.4.3酒糟的甲烷发酵

甲烷发酵这一过程早就被我国劳动人民所广泛使用。50年代以来，用它作为酒精糟液处理方法一度在许多酒精厂得到应用。但是，由于当时采用的厌氧分解反应器比较原始，对酒糟甲烷发酵的机理知之不深，二次污水和污泥处理问题得不到解决等种种原因，坚持下来的单位并不多。近年来，在甲烷发酵机理和厌氧反应器设计等方面的研究得到了长足的进展。甲烷发酵作为能量回收和酒糟处理的重要措施已经在工厂里逐步得到利用。

1.4.4酒糟生产其他发酵产品

酒糟中含有糖、淀粉、纤维素等碳水化合物，也含有以酵母菌体为代表的蛋白质，以及其他如灰分等无机物，所以它不仅可以作为饲料，而且可以用作其他发酵产品的主要或辅助原料。至少可以用酒糟代替或部分代替水，以达到充分利用酒糟中的有用成分，节约部分原料的目的。

利用酒糟生产发酵产品的例子很多，最具代表性的

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是用它来生产液体曲。我国最早液体曲生产是以酒糟为基础，再添加其他原料作为培养基的。我国一些单位以酒糟生产食用菌液体菌种，生产农用抗生素，以酒糟渣生产纤维素酶和食用菌都取得了成功。所以尽可能利用酒糟或酒糟渣来发酵生产有价值产品不仅可以增加收益，而且也将减轻处理酒糟的负荷。

（1）酒糟生产金霉素和纤维素。

（2）酒糟生产淀粉酶

酒糟固形物干燥后可做饲料。酒糟的滤液，特别是藻类原料酒糟的上清液中含有的粗脂肪、粗纤维和淀粉等比较少，所以不宜用来干燥做饲料添加剂。德国学者G..Offer等人分析了滤液成分，并认为由于无机盐、粗蛋白，特别是可溶性无氮物含量较高，可以用来生产淀粉酶。这样做既降低了酶的成本，又处理了酒糟。

（3）酒糟中的香糟可以作为烹饪香料

用香料烹制鱼肉，禽蛋等菜肴，其风味较用一般黄酒烹制的更为醇香，市场土销售的糟鸡，清香可口，滑而不腻，口感绝佳，这大部分归功于香糟。

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1.4.5淀粉质原料酒糟的其他利用

国内外学者还在研究淀粉质原料酒糟的其他利用方法，例如采用酒糟二级厌氧消化即将厌氧发酵的酸化阶段和甲烷发酵阶段分别在两个不同容器内进行，以保持各自的最佳工艺条件，以提高总的处理效率。也有人实验用糖蜜或淀粉质原料酒糟作为水泥增塑剂。玉米酒精糟中含有大量的蛋白质，脂肪等有机成分，是极好的畜、禽饲料，目前采用的主要污染控制技术有：

玉米酒精糟制取全干燥蛋白饲料；玉米酒精糟固液分离、滤渣直接做饲料或者生产蛋白饲料、滤液稀释排放；玉米酒精糟固液分离、滤渣直接做饲料或者生产蛋白饲料、滤液回用于生产；玉米酒精糟固液分离、滤渣直接做饲料或者生产蛋白饲料、滤液厌氧发酵生产沼气等四种。

1.5酒糟滤液回用的意义

一、利用酒精废糟生产高蛋白饲料的意义

我国食品工业中生产酒精主要以粮食为原料，玉米

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在制备酒精的过程中只消耗淀粉，而蛋白质被白白浪费掉，酒糟废液中干物质含量达，酒精蒸馏废液中残留液体中残留的有机物总量达以上。生产酒精排放的废液生物需氧量（）高达（国家排放标准为），化学需氧量（）高达（国家排放标准为）。因此，酒精废液可以用全干燥法制成高蛋白饲料，从而减少对环境的污染。国外称蛋白质含量高达，是一项变废为宝的工程。生产酒精可联产高蛋白饲料，其成本为元/吨，售价为元/吨，一个年产万吨的酒精厂一年可以获利万元，排放的废液经处理可达到，可全部回收。由此可见，酒精废糟液生产高蛋白饲料不仅可以变废为宝，增加经济效益，而且对治理环境污染，缓解我国饲料短缺，发展养殖业均有重要意义。

二、用废糟液培养饲料酵母

其主要工艺流程为：酒槽废液通过离心或沉淀分成滤渣和滤液，滤渣直接干燥成为饲料，用滤液培养酵母。每立方米的酒精废液可生产酵母，其蛋白质含量达，最适培养温度为℃，生产一公斤酵母需要通入空气，去除

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率为，去除率为。

东欧一些国家多用此法处理酒糟废液，国内也在积极推进使用此法。技术关键在于酵母的筛选，此酵母既要消耗废液中的积累物质，本身又不能代谢以避免对发酵各道工序产生影响。国内采用的酵母为假丝酵母和号，加少量尿素（）和磷酸（）。存在的问题是治理污染不彻底，耗电耗气都比较多。

三、将废糟液发酵制取沼气

经分离后的酒糟，将废液放入大型沼气塔进行天的发酵，从而产生沼气。日本、印度采用此法较多，国内实践证明，酒糟可生产沼气，去除率，去除率。其缺点是发酵池占地面积大，发酵周期长，活性污泥还得进行生物过滤处理，否则仍然达不到排放标准。沼气不仅是燃料和动力原料，也是很重要的化工原料，如把甲烷进行氧化，可制得一氯化碳，二氯化碳，三氯化碳和四氯甲烷等。

四、DDGS

谷物酒精经过简单的过筛、挤压处理后，所得到的

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滤渣经干燥制成的干酒糟，成为，将分离后的滤液蒸发浓缩干燥后所得的干酒糟成为，将和二者混合干燥而成的饲料成为。

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工艺参数

（1）年产量（，天）

（2）酒糟量：，滤渣量：

（3）调浆用水：

（4）回用水的酸度：

（5）酒精酸度：

（6）原料的淀粉量：

（7）淀粉利用率：

（8）纯度：

（9）滤液回用率：

工艺参数选择的几点说明：玉米原料过磅后，经过粉碎机进行粉碎，粉碎系数为以下，后进入分浆罐，用调值处理后的回用液进行拌料。拌料温度为℃，达到浓度后，开往复泵向糊化锅打料。采用中温糊化，糊化时间两个小时以上，然后进入糖化阶段。糊化醪进入糖化锅后，加入糖化酶，糖化温度在℃左右，糖化时间在分钟以上，发酵成熟后质量要求如下：

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（1）酸度：搅拌回料液以下

（2）终了还原糖以下

（3）外观残糖以下

（4）酒度为

经固液分离后的酒糟液在回用处理阶段严格要求进行杀菌和消毒，回用液停留时间最长不能超过，只要注意卫生，严格工艺操作，回用液不染菌，就能保证拌桨车间的正常工作。

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工艺设计和工艺论证

3.1工艺流程选择

酒糟液首先进入沉砂池，然后由泥浆泵提升至固液分离机（卧式离心机二行固液分离，其分离出的滤渣进入滤渣池，烘干后可做为饲料，其分离的滤液进入滤液贮罐，上清液由离心泵提升至调值罐，加烧碱调值处理后经管道泵出调浆罐代替新水进入酒精生产工序。

以下为工艺流程示意图：

泥浆泵 离浆泵→滤渣→DDS 离心泵 ↓ ↑ ↓ 酒槽→沉砂池→固液分离→滤液（固形物含量＜20%）→滤液贮罐→调值罐→调浆泵

↑

管道泵

3.2工艺流程依据

酒精分离液回用已被国外普遍采用，在我国该技术还是一个新鲜事物。这项技术需要设备少、投资少、见效快、饲料得率高，适合中国国情。由于采用酒精生产的工艺原理，分离液回用，能做到基本消除酒糟对环境的污染。该工艺适合以玉米为原料生产酒精的中小型酒

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精厂。

酒糟滤液回用工艺目前有三种方案：即部分滤液回用，全部清滤液回用，部粗滤液回用。本次设计选用部分滤液回用。

尽管部分滤液回流不能全部解决酒糟对环境的污染问题，但是它可以在很大程度上减轻污染的处理负荷。所以，采用低耗能的固液分离方法，并部分回用滤液不失为一个可供选择的明智的处理途径。

3.3物料衡算

3.3.1年产（）的酒精万吨

（1）年产时间按照天计算

一天的产量为

一个小时的产量为

（2）查表得酒精体积比与质量比的关系为

每小时产纯酒精量

年产纯酒精量

（3）生产酒精的基本原理

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所以理论淀粉出酒率：

由于淀粉的利用率是，原料淀粉含量

需要的纯淀粉量：

所以原料淀粉量：

3.3.2（1）酒糟量为：本次设计选

所以：小时的出酒糟量为：

小时的滤渣量为：滤渣量为酒糟量的 即

滤液量：

滤液回收率为，则回用滤液量为（因为酒精的固形物含量为，所以取酒糟的密度与水相等，即）即滤液量为（选用型）

（2）酸度

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酒糟酸度：取，回用水酸度：取

（3）求调滤液用碱量

根据酸度的定义，要调整酸度

酒精滤液需

因为酒精的固形物含量为，所以去酒糟滤液的密度与水相等，即。故酒糟滤液需，已算出一小时回用滤液量为（）则每小时调滤液用碱量：

（4）求调浆时用水量：

取加水比：

则酒精用水的质量：

以求出回用滤液量为：

说明调浆时用水量为：

四、设备选型与设计

4.1沉沙池

酒糟中未发酵完的原料与其他固形物，酒糟在沉沙池中沉淀一小时，所以一小时的酒糟量为设计沉沙池尺

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寸的基准。一小时的酒糟量为，也就是。

若一个工作班小时，则沉沙池的体积为

考虑到设备或供电等故障，所以将沉沙池体积设计的稍大些，以多为宜。沉沙池体积为

沉沙池长为，宽为，高足以，材料可选用砖混水泥。

4.2泥浆泵

泥浆泵用于矿山、冶金市政建筑、化工等吸送有流沙，小泥块泥浆、污浊液体只用；亦可以用于农村的河泥、池塘泥液、粪便、浆状液的吸送；亦可用于城市工厂输送矿砂液、地下道吸黄砂子及泥浆等。输送的最大浓度按重量计为。

结构说明：

过流部分承磨件曹永耐磨铸铁，使用寿命长。 叶轮和护板的间隙可以及时调整，保持较高的工作效率。

以上该型泵轴承之间与水平中开托内，拆检方便，调整及时，并在油池内装有水冷蛇形管，改善了轴承的工资条件。

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经沉砂池沉淀后，酒糟固形物并未完全除去，因此选用泥浆泵。由于酒糟的酸度较高，因此应选用耐酸防腐蚀的泥浆泵。

（本次设计一小时的出酒糟量为） 可选型离式泵

4.3固液分离设备

选用3台卧式螺旋离心机 该分离机的主要技术指标是： （1）处理能力： （2）主电机功率： （3）转鼓转速： （4）转鼓直径长度： （5）最大分离因素： （6）IO槽含水率：＜

（7）滤液含固率： （8）机器重量： （9）运行方式：全自动

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4.4分离液储罐

已知滤液量为 一个工作班的滤液量：

用三个灌装分离液，考虑冗余，出观众的可装滤液体积为

设计此罐的高为，直径为，则其容量约为 罐高径比为

4.5离心泵

型号：型为卧式离心泵 叶轮形式： 流量： 额定转速： 进口直径： 输送温度：℃以下

配用电机（相对密度）功率： 型号 轴封型式：机械密封/填料 过流材质： 泵轴材质：

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依据标准：

4.6调值罐

调值罐用于将固液分离出来的滤液的酸度调到回用水的酸度。因此在此观众应配备搅拌装置，是混合均匀，反应充分，

按一个工作班计算，则调值罐所需体积为把每个班回用滤液体积与所需的体积之和，即：

本设计选用两个调值罐，则每个调值罐所需的体积约为，设计此罐的高为，直径为，则实际容量约为，罐的径高比为

4.7管道

采用管，尺寸：

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五、废液处理

酒糟滤液经发酵产生人们需要的目的产物后，目的产物经过进一步加工修饰应用于各种行业中，如饲料、菌体蛋白、甲烷等，排除消化液进入沉淀槽，上层消化液可混水稀释后做肥料或进行后处理，沉淀槽底部消化污泥可回流入消化罐或经转股脱水机脱水，干污泥是优质肥料可出售，不仅减少了酒糟，而且也减轻了酒糟对环境的污染。

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六、收获与体会

对酒糟滤液回收工段的设计，让我初步了解了酒精厂酒糟滤液回用工段的设计基本步骤和选型等。并掌握了有关就经常酒糟滤液回用工段设计方面各类工具书的查阅方法。更费事我加深理论知识理解的同时，还培养了我的时间能以及综合运用能力。

初次设计，难免存在不足，愿老师予以批评指正，同时我也将更加努力提高自己的能力。

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参考文献

国家药品管理局上海医药设训院化工工艺设计手册[M].北京：化学工业出版社，1994

章克昌.酒精与蒸馏酒1艺学[M].北京：轻工业出版社，2000 吴金霞.浅谈酒精固液分离机滤液和余馏水回用[J]酒精工业，1992 吴星，章克昌.酒精厂酒糟滤液全回流新工艺[J]无锡轻工业学院学报，1993 李香排，葛景春，叶养仲.酒精厂废槽液综合利用和经济型分析[J]酿酒科技，2009