酒精发酵中的物料衡算

5 物料衡算
5．1 全厂物料衡算的内容
淀粉原料酒精厂的物料衡算包括两部分，第一部分是生产过程全厂总物料衡算，主要计算内容有：
8.1.1 原料消耗的计算，主要原料为木薯，其它原料有淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸铵等。

8.1.2 中间厂品，蒸煮醪、酒母醪、发酵醪等。

8.1.3 成品、副产品以及废气、废水、废渣既酒精、杂醇油。

二氧化碳和废糟等。

5．2 原料消耗的计算
5.2.1 淀粉原料生产酒精的总化学反应式为：
糖化：
（1）
162 18 180 发酵： （2）
180 46 44 5.2.3 生产1000kg 无水酒精的理论淀粉消耗量
由（1）和（2）式可求得理论上生产1000kg 无水酒精所消耗的淀粉量为：
5.2.4 生产1000kg 国际燃料酒精的理论淀粉消耗量
国标食用酒精乙醇含量在95％（体积分数）以上，相当于92.41％（质量分数），故生产1000kg 燃料酒精成品理论上需淀粉量为：
1760.9×92.41％=1627.2 (kg) 5.2.5 生产1000kg 燃料酒精实际淀粉耗量
612625106)O H nC O nH O H C n →+（252612622CO OH H C O H C +→)(9.176092162
1000kg =⨯
实际上，整个年产过程经历原料处理、发酵及蒸馏等工序，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，产品得率必然低于理论产率。

假定发醇阶段系统设有酒精捕集器，则淀粉总损失率为8.55%,故生产1000kg 用酒精需淀粉量为：
5.2.6 酒精生产给各过程各阶段淀粉损失如表所示
5.2.7 这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为91.45%，这达到了我国现阶段木薯原料生产酒精的先进出酒率水平。

5.2.8 生产1000kg 燃料酒精木薯原料消耗量
据基础数据给出，木薯原料含淀粉70%，故1吨酒精耗薯干量为：
5.2.9 α-淀粉酶消耗量
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。

α-淀粉酶消耗量按8u/g 原料计算.
用酶量为:
5.2.10 糖化酶耗量
若所用糖化酶和活力为20000u/g,使用量为150u/g 原料,则酶用量：
)(3.1779%55.8%1002
.1627kg
=-)(9.2541%703.1779kg =÷)
(17.10)(1017.102000
8109.254133
kg g =⨯=⨯⨯
酒母糖化酶用量（300u/g 原料，10%酒母用量）
硫酸铵耗用量
酒母培养基的补充氮源，酒母量（G 0）的0.1%，即耗量为0.1% G 0。

涉及其他培养基组分，如氮源、碳源、无机盐等类似计算（以主要原料为基准）。

培养基的各个组分即为需要计算的原料，据此即可将所有原料的消耗计算出来。

因此，根据基础数据计算得到硫酸铵和硫酸用量为：
硫酸铵耗用量：
硫酸耗用量：
5．3 蒸煮醪量的计算
根据生产实践,淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1:3,故粉浆量为: 2541.9×(1+3)=10168 (kg) 蒸煮过程使用直接蒸汽加热,在后熟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,顺而十分复杂.为简化计算,可按下述方法近似求解。

假定用罐式连续蒸煮工艺,混合后粉将温度为50℃,应用喷射液化器使粉浆迅速升温至88℃,然后进入罐式连续液化,再经115℃高温来酶后,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B 0=85%的木薯比热容为:
C 0=4.18(1-0.7B 0)=1.69 [kJ/(kg ·K)]
)
(06.19)(1006.1920000150
109.254133kg g =⨯=⨯⨯)(87.220000300%70%109.2541kg =⨯⨯⨯)(15.1%1.0%101.1152kg =⨯⨯)(771000kg =⨯)(551000kg =⨯
粉浆干物质浓度为:
B 1 =85÷（4×100）=21.25%
蒸煮醪比热容为: c 1=B 1c 0+(1.0-B 1)c w
=21.25%×1.69+(1.0-21.25%)×4.18
=3.65 [kJ/(kg ·K)] 式中 c w —水比热容[kJ/(kg ·K)] 5.3.1 经喷射液化器加热后蒸煮醪量为：
式中 2748.9—喷射液化器加热蒸汽(0.5MPa)的焓(kJ/kg) 5.3.2 经第二液维持罐出来的蒸汽醪量为：
式中：2283.3——第二液化维持罐的温度为84ºC 下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg ）。

5.3.3 经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为：
式中: 115——灭酶温度（ºC）
2748.9——0.5MPa 饱和蒸汽的焓（kJ/kg ） 5.3.4 经汽液分离器后的蒸煮醪量为：
式中 2245—104.3℃下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)
)
(1126918
.4889.2748)
5088(65.31016810168kg =⨯--⨯+
)
(111973
.2288)
8488(65.31126911269kg =-⨯-
)
(1175618
.41159.2748)
84115(65.31119711197kg =⨯--⨯+
)
(115512245
)
3.104115(65.31175611756kg =-⨯-
5.3.5 经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为：
式中 2351—真空冷却温度为63℃下的饱和蒸汽的汽化潜热(kg/K) 5．4 糖化醪与发酵醪量的计算
设发酵结束后成熟醪量含酒精10%(体积分数)，相当于8.01%(质量分数).并设蒸馏效率为98%，而且发酵醪酒精捕集器回收酒精洗水分别为成熟醪量的5%和1%，则生产1000Kg95%(体积分数)酒精成品有关计算如下: 5.4.1 需蒸馏的成熟发酵醪量为:
5.4.2 不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：
(Kg)
5.4.3 入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为：
5.4.4 相应发酵过程放出ＣＯ2总量为： 5.4.5 接种量按10%计，则酒母醪量为：
5.4.6 糖化醪量
酒母醪的70%是糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，则糖化醪量为:
5．5 成品与发酵醪量的计算 5.5.1 醛酒产量
在醛塔取酒一般占成品酒精的1.2%～3%，在保证主产品质量合格的前提下,醛酒量取得越少越好。

设醛酒量占成品酒精的确%，则生产1000kg 成品酒精可得次品酒精量为：
)
(108102351
)
633.104(65.31155111551kg =-⨯-
)
(1247710015100%
01.8%98%
41.92100kg F =÷++⨯⨯⨯=
）（)
(11771%
01.8%98%
41.92100kg F =⨯⨯=
质量分数）
（,/%56.712477
%98%
41.921000W W =⨯⨯)
(9024644
%98%41.921000kg =⨯⨯)
(1.1152101010090211771kg =⨯++）（)(12327%701.1152%
110902
11771kg =⨯++
1000×2%=20（kg ）
5.5.2 燃料酒精产量
每生产出1000kg 酒精，其酒精产量为:
1000×（1-2％）=980(kg)
5.5.3 杂醇油产量
杂醇油量通常为酒精产量的0.3%～0.7%，取平均值0.5%，则淀粉原料生产1000kg 酒精副产杂醇油量为:
1000×0.5%=5（kg ） 5.5.4 废醪量的计算
废醪量——进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分及其他挥发组分后的残留液。

（直接蒸汽加热，蒸汽冷凝在醪液中）
设进塔的醪液（F1）的温度t1=70ºC，排出废醪的温度t4=105ºC；成熟醪固形物浓度为B1=7.5%，塔顶上升酒汽的乙醇浓度50%（体积分数）即47.18%（质量分数）。

则：
① 醪塔上升蒸汽量为 :
② 残留液量为:
③ 成熟醪比热容为:
④ 成熟醪带入塔的热量为：
⑤ 蒸馏残留液固形物浓度为：
)(199918
.4758
.7124771kg V =⨯
=)
(10478199912477kg W x =-=[]
)/(96.3%)5.795.0019.1(18.4)95.0019.1(18.411K kg kJ B c ∙=⨯-=-=)
(1046.37096.31247761111kJ t c F Q ⨯=⨯⨯==%93.810478
%
5.712477112
=⨯==
x W B F B
⑥蒸馏残留液的比热容为：
⑦塔底残留液带出的热量为：
⑧上升蒸汽带出热量为：
塔底采用0.05MPa （表压）蒸汽加热，焓为2689.8J/kg;又蒸馏过程热损失Q 。

可取为传递总热量恒衡算，可得消耗的蒸汽量为：
若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：
)]
/([03.4)378.01(18.422K kg kg B c ⋅=-=)
(1043.410503.410478'6424kJ t c W Q x ⨯=⨯⨯==)
(1093.31965199963kJ i V Q I ⨯=⨯==4
1
'
43t c I Q Q Q Q D w i --++=
)
(2199%99)10518.48.2689(1046.31043.41093.3666kg =⨯⨯-⨯-⨯+⨯=
)
(12677219910478kg D W x =+=+
5．6 生产100000t/a酒精的物料衡算。