21000ta的酒精厂发酵车间的设计

淀粉原料燃料酒精厂全厂

总物料衡算

任务： 21000t/a的酒精厂发酵车间的设计

姓名：jiami

班级：生物工程（2）班

学号：

酒精厂全厂总物料衡算

一．生产工艺

（一）．生产产量及方案

产量：年产酒精21000吨

产品品种：含乙醇95%（V）相当于92.1%（W）食用酒精

（二）．生产方法的选择

工艺方法：利用玉米为原料，双酶糖化，添加酒精酵母连续发酵、三塔蒸馏的工艺是目前最成熟、最典型的生产工艺。

酒精生产工艺流程简图：

（三）主要工艺参数：

年生产天数：300天

玉米含水：15%

玉米粉产率：87%

玉米含淀粉：63%

玉米淀粉实际出酒率：53%

发酵周期： 60h

原料粉碎率： 2.5mm

原料加水比：1：3 α-淀粉酶用量： 6u/原料

蒸煮温度：100℃ 蒸煮时间：100min 糖化酶用量：100u/g 原料 糖化温度： 60℃ 糖化时间：45min 糖化醪固形物浓度：18% 糖化醪PH 值：4.0 接种量：10% 稀释速率： 0.1 发酵温度： 33℃ 发酵罐装料系数：90%

发酵醪酒精浓度： 10%（V/V ）相当于8.01%（质量分数） 二． 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： 2.1 原料消耗的计算:

主要原料为薯干，其它原料有淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸铵等。 （1）中间厂品，蒸煮醪、酒母醪、发酵醪等。

（2）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。 2．2 原料消耗的计算

2.2.1 淀粉原料生产酒精的总化学反应式为： 糖化：()610526126n C H O nH O nC H O +→ （1） 162 18 180

发酵：612625222C H O C H OH CO →+ （2）

180 46 44

2.2.2 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：

162

100095%1672.8()92

kg ⨯⨯

= 燃料酒精体积分数95%换算成质量分数为92.1%的食用酒精。 2.2.3 生产1000kg 国际食用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92.1％（质量分数），故生产1000kg 食用酒精成品理论上需淀粉量为： 1672.8×92.1％÷95％=1621.8(kg) 2.2.4 生产1000kg 食用酒精实际淀粉耗量

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。 酒精生产给各过程各阶段淀粉损失如表所示：

生产过程 损失原因 淀粉损失 备注 原料处理 粉尘损失 0.4 蒸煮 淀粉残留 0.5 发酵 发酵残糖 1.50 发酵 巴斯德效应 4.00

发酵 酒气蒸发 1.30 如加酒精捕集器此项则为0.30

发酵 二氧化碳带走 蒸馏 废槽带走

1.85 总计损失

9.55

假定发醇阶段系统设有酒精捕集器，则淀粉总损失率为9.55%,故生产1000kg 用酒精需淀粉量为：

1621.8

1793.0()100%9.55%

kg =-

这个原料消耗水平达到了我国现阶段玉米原料生产酒精的先进出酒率水平。 2.2.5生产1000kg 食用酒精玉米原料消耗量

据基础数据给出，玉米原料含淀粉63%，故1吨酒精耗玉米量为：

1793.0

2846.1()63%

kg = 2.2.6 α-淀粉酶消耗量

应用酶活力为20000u/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6u/g 原料计算.

用酶量为:

32846.1106

0.854()20000

kg ⨯⨯= 2.2.7 糖化酶耗量

若所用糖化酶的活力为100000u/g,使用量为100u/g 原料，则糖化酶消耗量为：

32846.110100

2.846()100000

kg ⨯⨯= 此外，酒母糖化酶用量按200u/g （原料）计，且酒母用量为10%，则用糖化酶量

为：200

2846.110%70%0.398()100000kg ⨯⨯⨯

= 式中70%为酒母的糖化液占70%，其余为稀释水与糖化剂。 两项合计，糖化酶用量为3.244kg 。 2.2.8硫酸铵耗用量：

硫酸铵用于酒母培养基的补充氮源，其用量为酒母量的0.1%,设酒母醪量为0m ,则硫酸铵的消耗量为:0.1%0m . 2．3 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:

2846.1(13)11384.4()kg ⨯+=

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,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,混合后粉浆温度为50℃,应用喷射液化器使粉浆迅速升温至105℃,然后进入罐式连续液化5-8min ,在真空冷却器中闪急蒸发冷却至100℃后进入液化罐反应约100min,进真空冷却器冷却至60℃后入糖化罐糖化45min.

干物质含量087%w =的玉米比热容为:

[]004.18(10.7) 1.63/()c w kJ kg K =⨯-=⋅

粉浆干物质 含量为：

187

21.8%4100

w =

=⨯ 蒸煮醪比热容为: []

1101(1.0)21.8% 1.63(1.021.8%) 4.183.58/()w

c w c w c kJ kg K =+-=⨯+-⨯=⋅

式中 W C —水的比热容4.18[kJ/(kg·K)] 2.3.1

经喷射液化器加热后蒸煮醪量为：

11384.4 3.58(10550)

11384.412354.8()2748.9105 4.18

kg ⨯⨯-+

=-⨯

式中 2748.9—喷射液化器加热蒸汽(0.5MPa)的焓(kJ/kg) 2.3.2 经液化维持管出来的蒸汽醪量为：(温度降为102℃)

12354.8 3.58(105102)

12354.812295.9()2253

kg ⨯⨯--

=

式中 2253—液化维持管的温度为102℃下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg) 2.3.3 经闪蒸汽液分离器后的蒸煮醪量为： 12295.9 3.58(102100)

12295.912255.6()2182

kg ⨯⨯--

=