现代工业发酵工程（杨立）

进入21世纪以来，随着现代发酵工程技术的快速发展，以及计算机科学、自动化与控制、机械设备生产等技术的协同快速发展，我国发酵工业产品已涉及医药、保健、农药、食品与饲料、有机酸等各个方面。 

随着科技创新和技术进步的推进，科技推广应用和产业化步伐的加快，发酵产业产品空间进一步拓展，产业链不断延伸，发展前景更加广阔，因此社会需要更多相关专业人才。为了让发酵工程的知识与生产实践中的关键技术得到更大程度的普及和应用，作者所在教学团队编写了此书。

《现代工业发酵工程》的特点在于，以工厂实际生产为例进行讲解，计算过程详细，工艺流程设计合理，对在校大学生的专业课课程设计与毕业设计指导意义重大。在多年的教学过程中发现学生在大二和大三进行专业课的学习中计算能力与画图能力均有待提高。笔者所在教学团队通过多年在发酵工程课程设计、生化工程课程设计、下游技术课程设计、制药工程课程设计、轻化工程课程设计、食品工程课程设计等专业课课程设计的积累，期望本书能弥补目前生物类、生物制药、食品科学、轻化工程、化学工程与工艺等专业实践类教材的不足，培养学生较好的工程计算能力，从而使学生更好地进行毕业设计。本书篇共3章，主要介绍工业发酵的基础与背景、开展课程设计前需要掌握的设备设计与选型、工业发酵工程工艺流程设计三个部分内容，均为专业课程设计的基础知识。第二篇共7章，主要介绍工业发酵工程典型产品的设计与生产，先后介绍了酒精工业的发酵生产、有机酸工业的发酵生产、味精工业的发酵生产、啤酒工业的发酵生产、白酒工业的发酵生产、土霉素工业的发酵生产和硫酸小诺米星工业的发酵生产，共介绍了七种商品的工业生产。

《现代工业发酵工程》第1章到第4章，第8章第1～3节由龚乃超老师编写；第5章到第7章由杨立老师编写；第8章第4～11节由杨文婷老师编写；第9章由吴士筠老师编写；第10章第1～5节由柯斌清老师编写；第10章第6～11节由郑丹老师编写；全书计算部分由柯斌清老师负责核算；工艺流程部分由吴士筠老师核算；图纸部分由郑丹老师进行修订。

由于笔者水平有限，书中难免疏漏及不足之处，恳请读者提出宝贵意见。

笔者

2019年6月

《现代工业发酵工程》分两篇，共10章。*篇主要介绍工业发酵的基础与背景、开展课程设计前需要掌握的设备设计与选型、工业发酵工程工艺流程设计三个部分内容，都是专业课程设计的基础知识；第二篇主要介绍工业发酵工程典型产品的设计与生产，先后讲解了酒精工业的发酵生产、有机酸工业的发酵生产、味精工业的发酵生产、啤酒工业的发酵生产、白酒工业的发酵生产、土霉素工业的发酵生产和硫酸小诺米星工业的发酵生产。

《现代工业发酵工程》可作为生物类、轻化工程、生物制药、环境科学、生命科学、食品、农业、化学工程与工艺等专业的教材，也可供相关人员参考使用。

《现代工业发酵工程》分两篇，共10章。*篇主要介绍工业发酵的基础与背景、开展课程设计前需要掌握的设备设计与选型、工业发酵工程工艺流程设计三个部分内容，都是专业课程设计的基础知识；第二篇主要介绍工业发酵工程典型产品的设计与生产，先后讲解了酒精工业的发酵生产、有机酸工业的发酵生产、味精工业的发酵生产、啤酒工业的发酵生产、白酒工业的发酵生产、土霉素工业的发酵生产和硫酸小诺米星工业的发酵生产。

《现代工业发酵工程》可作为生物类、轻化工程、生物制药、环境科学、生命科学、食品、农业、化学工程与工艺等专业的教材，也可供相关人员参考使用。

杨立，武汉工商学院，副院长，2009.10至今武汉工商学院

2013～2015年主持校科研项目“农产品安全影响和质量快速检测体系”；2010~2012年主持湖北科亮生物工程有限公司横向科研项目“利用生物带生物法处理垃圾渗滤液”；2017年至今主持校级教研项目“发酵工程与酶工程学科体系试题库的建立”；2015～2018年参与完成湖北省教育厅教育科学规划课题“基于CDIO理念的生物工程专业综合实践教学体系的改革与实践”。2016年主持校级专业核心课程建设项目“生物制药工艺学”。2015年主持校级专业实训课程建设项目“发酵工程课程设计”。2015年主持校级专业实训课程建设项目“生化工程课程设计”。作为*一指导老师指导学生在*三届、*四届、*五届、*十一届全国大学生节能减排及科技作品竞赛中分别获得全国二、三等奖。

篇工业发酵工程理论1

第1章我国工业发酵工程行业介绍2

1.1发酵工程在食品工业中的应用2

1.1.1传统的食品加工工艺的改造2

1.1.2单细胞蛋白的生产2

1.1.3大型真菌的开发2

1.1.4γ-亚麻酸的制备3

1.1.5微生态制剂的制备3

1.1.6有机形式的微量元素的制备3

1.1.7超氧化物歧化酶（SOD）的制备3

1.1.8L-肉碱的制备4

1.2我国食品发酵工业的研究现状4

1.2.1我国食品发酵工业的发展现状4

1.2.2我国食品发酵工业研究及应用的重点及方向4

1.2.3食品发酵工业提升产品质量及产值的相关要点5

1.3现代固态发酵技术在食品工业中的应用5

1.3.1现代固态发酵技术常用的菌种和基质5

1.3.2固态发酵技术在传统食品工业中的应用6

1.3.3食品用酶制剂6

1.4我国发酵工业的现状7

1.4.1发酵工程在各领域的发展现状7

1.4.2我国发酵工程的发展趋势与展望8

1.4.3我国发酵工业存在的问题及改进的意见8

第2章工业发酵工程设备设计与选型10

2.1设备的分类与设计步骤10

2.1.1设备的分类10

2.1.2设备设计与选型原则11

2.1.3设备设计步骤11

2.2设备工艺设计11

2.2.1定型设备工艺设计12

2.2.2非定型设备工艺设计12

2.3设备装配图13

2.3.1设备装配图主要内容13

2.3.2设备装配图的表达特点16

第3章工业发酵工程工艺流程设计19

3.1概述19

3.2生产方法的选择19

3.2.1生产方法的选择19

3.2.2工艺流程图的设计原则21

3.3工艺流程的设计步骤21

3.3.1生产工艺流程示意图21

3.3.2生产工艺流程草图的设计23

3.4生产工艺流程图的设计24

3.4.1生产工艺流程设计24

3.4.2物料流程图25

3.4.3带控制点工艺流程图27

参考文献32

第二篇工业发酵工程典型产品的设计与生产33

第4章酒精工业的发酵生产34

4.1全厂工艺论证34

4.1.1木薯的主要成分34

4.1.2木薯原料的特点34

4.2酒精发酵工艺35

4.2.1原料的预处理35

4.2.2原料输送35

4.2.3原料蒸煮工艺35

4.2.4糖化醪的发酵37

4.3全厂物料衡算39

4.3.1原料消耗量计算39

4.3.2糖化醪与发酵醪的计算40

4.3.3成品与发酵醪量的计算40

4.3.460000t/a淀粉原料酒精厂总物料衡算42

4.3.5发酵工段的物料衡算和热量衡算42

4.4酒精发酵设备的计算与设计44

4.4.1发酵设备的计算与选型44

4.4.2主要尺寸的计算45

4.4.3冷却面积和冷却装置主要结构尺寸46

4.4.4冷却面积和主要尺寸47

4.4.5设备材料的选择48

4.4.6发酵罐壁厚的计算48

4.4.7接管设计49

4.4.8支座选择49

4.4.9泵的选用49

参考文献50

第5章有机酸工业的发酵生产51

5.1简介与应用51

5.2柠檬酸的生产工艺51

5.2.1生产工艺概述51

5.2.2工艺流程52

5.2.3基本步骤52

5.3国内外柠檬酸生产情况及展望53

5.4物料衡算54

5.4.1工艺技术指标及基础数据54

5.4.2原料消耗计算54

5.4.3发酵醪量的计算55

5.4.4接种量55

5.4.5液化醪量计算55

5.4.6成品柠檬酸56

5.4.7总物料衡算56

5.5热量衡算56

5.5.1液化热平衡计算56

5.5.2发酵过程中的蒸汽耗量的计算57

5.6水量衡算及其他58

5.6.1发酵过程中的冷却水耗量计算58

5.6.2发酵过程中的无菌空气耗用量的计算59

5.7发酵罐选型与计算60

5.7.1生产能力、数量和容积的确定60

5.7.2主要尺寸的计算60

5.7.3换热冷却装置64

5.7.4传动搅拌装置65

5.7.5溶氧速率和溶氧系数66

5.7.6轴封装置、联轴器和轴承68

5.7.7附属部件69

5.8其他设备选型与计算70

5.8.1种子罐70

5.8.2粉碎机70

5.8.3调浆罐70

5.8.4喷射液化器70

5.8.5层流罐71

5.8.6高温维持罐71

5.8.7喷射液化系统71

5.8.8板框压滤机71

5.8.9真空转鼓过滤机71

5.8.10阴离子交换柱71

5.8.11加热脱色罐72

5.8.12阳离子交换柱72

5.8.13蒸发浓缩器72

5.8.14结晶设备72

5.8.15离心机73

5.8.16振动流化床干燥机73

5.8.17空气压缩机73

5.8.18锅炉73

5.9总投资估算73

5.10经济效益评价74

5.10.1产品成本估算74

5.10.2副产品收入估算74

5.10.3收益估算74

参考文献75

第6章味精工业的发酵生产76

6.1味精的主要性质76

6.1.1味精的物理性质76

6.1.2味精的化学性质77

6.2味精的产品规格77

6.3味精工厂的设计原则77

6.4味精生产预采用的工艺流程78

6.5物料衡算79

6.5.1工艺技术指标及基础数据79

6.5.2谷氨酸发酵车间的物料衡算80

6.5.3年产36000t味精厂发酵车间的物料衡算结果81

6.6设备设计与选型82

6.6.1等电点罐选型与计算82

6.6.2其他设备选型与计算87

6.6.3发酵车间设备一览表88

6.7水电气用量估算89

6.7.1热量衡算89

6.7.2发酵车间的用水估算93

6.7.3全厂的用电估算94

6.8工艺设计计算结果汇总及主要符号说明95

参考文献96

第7章啤酒工业的发酵生产98

7.1啤酒工业的发展和概况98

7.1.1啤酒产业背景及发展趋势98

7.1.2设计选题的目的及意义98

7.1.3实地考察分析99

7.1.4设计内容及要求99

7.1.5建设规模及设计方案99

7.2厂区平面设计100

7.2.1厂址选择100

7.2.2总平面设计100

7.3啤酒工艺选择与论证101

7.3.1啤酒原料101

7.3.2工艺流程103

7.3.3麦芽制备103

7.3.4麦汁制备103

7.3.5啤酒发酵105

7.3.6后处理及包装105

7.4工艺计算106

7.4.1年产16万吨啤酒厂物料衡算106

7.4.2糖化车间热量衡算110

7.4.3麦汁冷却耗冷量的计算114

7.4.4糖化车间耗水量计算115

7.5主要设备计算116

7.5.1麦芽粉碎机116

7.5.2大米粉碎机116

7.5.3糊化锅117

7.5.4糖化锅117

7.5.5煮沸锅119

7.5.6过滤槽119

7.6环境保护及三废处理120

7.6.1主要设计依据120

7.6.2主要污染物120

7.6.3三废治理120

7.7节能与节水121

7.7.1啤酒工业节能与节水的迫切性121

7.7.2单项节能工程121

7.8效益分析122

7.8.1项目总投资预算122

7.8.2生产成本123

7.8.3销售总额与利润124

7.8.4投资回收期124

7.8.5经济分析124

7.8.6社会效益分析124

7.9生产安全管理124

7.9.1机械设备安全125

7.9.2防火安全125

参考文献125

第8章白酒工业的发酵生产127

8.1引论127

8.1.1白酒起源127

8.1.2白酒的综述127

8.1.3白酒的经济地位127

8.1.4行业的前景127

8.1.5兼香型白酒128

8.1.6固态发酵128

8.1.7浓香型白酒生产工艺特点128

8.2设计概述128

8.2.1设计厂址选择128

8.2.2设计可行性129

8.3全厂工艺论证129

8.3.1原料129

8.3.2原料预处理129

8.4大曲酒生产工艺130

8.4.1工艺特点及流程130

8.4.2出窖130

8.4.3配料、拌和130

8.4.4蒸酒蒸粮131

8.5浓香型制曲流程134

8.6车间各项指标衡算136

8.6.1发酵车间的物料衡算136

8.6.2整厂的热量衡算138

8.6.3水平衡计算141

8.7车间主要设备计算142

8.7.1甑桶的设计142

8.7.2冷凝器设计144

8.7.3窖池的设计及建造145

8.7.4晾糟设备145

8.7.5酒醅出入窖运输设备146

8.7.6车间主要设备表（每车间）146

8.8整个工厂的设置147

8.8.1发酵车间规模设计147

8.8.2整个车间设备安排147

8.8.3车间人员安置和车间的布置147

8.8.4整体车间的设计148

8.9废物的处理148

8.9.1如何合理利用酒糟148

8.9.2底锅水149

8.9.3黄水149

8.10投资经济分析150

8.10.1经济的收益150

8.10.2原料的消耗量150

8.10.3水费、电费、煤费的计算150

8.10.4员工工资的计算151

8.10.5白酒包装费用的计算151

8.10.6维修和折旧151

8.10.7车间的管理和工厂的管理151

8.10.8三废的处理152

8.10.9技术开发的费用152

8.10.10销售的费用152

8.10.11经济的效益分析152

8.10.12投资回收期的计算152

8.11白云边工厂实地考察调研153

8.11.1工厂简介153

8.11.2品牌分析153

8.11.3产品消费特征153

参考文献153

第9章土霉素工业的发酵生产155

9.1土霉素简介155

9.2设计目标任务参数155

9.2.1以年产100t（成品含量：99%）土霉素工厂设计为例155

9.2.2设计相关内容156

9.3工艺流程设计157

9.3.1土霉素生产工艺流程简介157

9.3.2土霉素生产总工艺流程图157

9.3.3发酵工艺流程157

9.3.4酸化过滤工艺流程158

9.4物料衡算159

9.4.1总物料衡算159

9.4.2干燥工序物料衡算159

9.4.3脱色结晶工序物料衡算159

9.4.4酸化稀释过滤工序物料衡算160

9.4.5发酵工序物料衡算161

9.5设备选型162

9.5.1发酵罐162

9.5.2二级种子罐164

9.5.3一级种子罐166

9.5.4氨水储罐168

9.5.5补料罐168

9.5.6酸化罐169

9.5.7结晶罐169

9.5.8干燥器169

9.6车间设备一览表170

参考文献171

第10章硫酸小诺米星工业的发酵生产172

10.1硫酸小诺米星简介172

10.2设计的目的、任务及特点173

10.2.1设计的目的173

10.2.2设计的任务173

10.2.3设计的指导思想和原则173

10.2.4设计特点174

10.2.5设计的可行性研究报告174

10.3生产规模及产品方案174

10.3.1生产规模：年产8t符合卫生部标准的硫酸小诺米星174

10.3.2产品方案175

10.3.3主要原辅料的标准规