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

GB47.22-1994 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—19 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

麸曲 氯化钙α-淀粉酶纯碱 调浆 试管培养 液化 三角瓶培养 糖化 酒精发酵 酒醪 种子罐培养

酒母

无菌空气 醋酸发酵 压滤 消毒 成品 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：0.15 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

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) 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=6kg

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：

6-6x3.62x(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d4=0.73）

酒精体积分数=39.9/0.73x600x100%=8.43%

20

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（d4=1.2）50kg/t：

594+50=4kg 醋酸发酵醪体积：

600+50+1.2=1.7L 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/=23.2kg 醋酸成熟醪的质量： 4+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+O2 CH3COOH+H2O 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——O2的含量

实际通风量(a'')：a''=2.5a' 式中2.5——经验数据

a''=4.44b=58.16 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 0.4t

20

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℃，所放出的热量Q1为： Q1=m1xc1x(100-) =605x3.62x(100-) =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(-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） =11.3kg

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 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）：

3

594.57+1.07=566L=0.556m

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

3

V全=V同+2V封=22m

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=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

3

D=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=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：0.6 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

3

D=22/1.83 =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：0.2 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*0.2/0.70=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=30 m3 式中 1.01——醋酸醪液密度

实际产量验算： 22*0.7*8*300/9=4107>30 m3 富裕量为：（4107-30）/30*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=22/1.83 =2.29 取D=2.4m H=2D=4.8

查表得封头高：H封=ha+hb=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)=30.43oC△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）

3

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 C桶=596*4.8=2861kg 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