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
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：0.15 kg/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：0.225 kg/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
C
=4.18(1-0.7B0) =1.63KJ/Kg.k
粉浆干物质浓度为：
B
1
=87/4x100=21.8%
蒸煮醪比热容：
C
1=B
1
C
+ (1-B
1
) x Cw
=21.8%x1.63+(1.0-21.8%)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
633 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：C
2H
5
OH+O
2
CH
3
COOH+H
2
O
22.4(L) 60(g)
a b
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——O
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/ 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 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+0.594+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)
=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
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=605kg
Q5=m1xCx(100-88)
=605x3.72x12
=27007.2kJ
液化过程中总耗热量Q为：
Q=Q4+Q5
=224360+27007.2
=251367.2KJ
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(t
w1-t
w2
)
= 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m
3
=633kg
Q 7=m
3
*c
1
(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：
Q
8=m
3
*c
1
*(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：Q
9
=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C
2
：
C
2=C*W/100+C
w
*(100-W)/100
=1.25*20.54/100+4.18*(100-20.54)/100 =3.56kJ/kg·K
蒸汽耗用量D
1
为：
D
1=Q
1
/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：
Q
10=m
4
*C
1
*(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：
Q
11=m
4
*C
1
*(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）：
Q
12
=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
W
2=Q
10
/C
s
*(t
w1
-t
w2
)
=10860/4.18*(35-17) =144.34kg
醋酸发酵阶段蒸汽耗用量D2为：
D
2=Q
11
/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 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：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.
N
1
=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=3
22/1.83 =2.29m取2.4m
H=2D=4.8m
查表得封头高：H封=h a+h b=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。

N
2
=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
58/1.44 =3.43取3.4
H=1.5D=5.1米取5米
查表得封头高：H封=h a+h b=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：0.6 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=14.12m3
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=3
22/1.83 =2.29取2.4
H=2D=4.8米
查表得封头高：H封=h a+h b=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：0.642 m3
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。

N
1
=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 0.0653——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=4107>3640 m3
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
＝1.57D3+0.26D3=22 1.83 D3=22
D=3
22/1.83 =2.29 取D=2.4m
H=2D=4.8
查表得封头高：H
封=h
a
+h
b
=600+25=625 mm封头容积1.93 m3
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)=30.43o C△tcp
采用竖直列管换热器，取经验值k=4.18×500kJ/（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 m3
5.4.5 壁厚的设计
计算法确定发酵罐的壁厚S： S=[PD/2(α)φ-p ] +C
带入数据得：S=[240*0.4/2*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596kg
=596*4.8=2861kg
C
桶
封头壁厚计算，标准椭圆封头的厚度计算公式如下： S=[PD/2(α)φ-p ] +C 式中： P=0.4MPa
D=400cm
[σ]=127MPa
C =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。