年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计(DOC 46页)

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1、毕业设计说明书题目: 年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计院系名称: 生物工程学院专业班级: 生物工程072学生XX: 谭兰学号: 指导老师: 邓静四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：年产10万吨酒精厂糖化设备工艺设计学院：生物工程 专业：生物工程 班级：生工072 学号：学生：谭 兰 指导教师：邓 静（教授）接受任务时间：2011.03.01 教研室主任：（签名）二级学院院长：（签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求、全厂工艺论证；、全厂物料衡算、主体设备热量（蒸汽、冷媒）、水量衡算；、重点车间主体设备选型设计计算及附属设备设计选型；、图纸绘制要求：、全厂工艺流

2、程方框图重点车间带控制点工艺流程图；、重点车间带控制点工艺流程图；、主体设备装配图。、撰写设计说明书一份；、产品规格：食用酒精；、生产原料： 玉米；、生产安排：年生产天数为300天 ； 、厂址：XX某地 。2指定查阅的主要参考文献及说明、吴思方主编.发酵工厂工艺设计概论M.中国轻工业.2005；、梁世中主编.生物工程设备M.中国轻工业.2005；、姚玉英主编.化工原理(上、下)M.XX大学.1999；、章克昌主编.酒精与蒸馏酒工艺学M. 中国轻工业,1998年；、贾树彪主编. 新编酒精工艺学M. 化学工业,2009年。3进度安排进度设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1全厂工艺流程及工艺参数的

3、选择与论证03月14日-04月10日2工艺计算04月11日-04月24日3重点车间主体设备设计及附属设备选型04月25日-05月15日4图纸绘制05月16日-05月29日5设计说明书撰写、排版及装订05月30日-06月12日注：本表在学生接受任务时下达48 / 57摘要本设计为年产十万吨酒精厂糖化设备工艺的设计。依据XX的特点选择以玉米为原料生产使用酒精。工艺上的设计为：在淀粉质原料的蒸煮、糖化工艺方面采用一级真空冷却连续糖化双酶法液化糖化工艺（提高淀粉利用率）、在发酵方面，采用了应用耐高温酒精酵母、连续发酵工艺（提高生产效率）、三塔半直接式蒸馏（保证产品质量及提高热能利用率），通过物料衡算、

4、设备选型计算，用水计算等合理优化设计生产工艺过程。关键词：食用酒精，液化糖化，发酵，蒸馏前言酒精工业是在酿酒业的基础上发展起来的，我国对于世界制酒业有许多重大贡献。近年来，我国酒精生产技术和生产水平又有了新的提高，新工艺新设备新菌种不断涌现，酒精产量有了较大增长，质量稳定提高；在节约代用，降低消耗，降低成本，提高劳动生产率，提高淀粉出酒率及开展综合利用与消除环境污染等各个方面，都取得了很大成绩。目前，我国大多数酒精厂已经采用了连续蒸煮糖化的工艺流程，全面实现了淀粉质原料生产酒精的连续化。生产酒精只是利用了玉米中的淀粉，玉米的部分仍可综合利用，生产出药物、食品添加剂以及专用饲料和农业复XX等产品

5、。在综合利用方面以二氧化碳的回收利用最为普遍，有的厂利用二氧化碳制造干冰、纯碱和小苏打。在自动控制仪表方面也有进展，有的厂已采用电脑实现了主要工序集中控制，目前，我国一些酒精厂正在朝着生产过程全面实行自动化方向发展。我国酒精生产以发酵法占绝对优势，而且80%左右的酒精都是用淀粉质原料生产。酒精的化学名称叫乙醇，为一种无色透明并且具有特殊芳香味和强烈刺激味的液体，是一种良好的有机溶剂。酒精及其副产品在化学工业、食品工业（如防腐剂）、国防工业（如无烟火药）、农牧业（如杀虫剂、饲料）和交通运输业（如燃料）、医疗卫生事业（如消毒剂）和科研（如脱水剂）等方面有广泛的用途。用食用酒精制造各种配制酒、勾兑白

6、酒，强化葡萄酒以及用以酿制食醋、各种酒精性饮料和作为食品添加剂。目录摘要I前言II第一章工艺论证11.1酒精生产的原料和辅助原材料11.1.1酒精简介及食用酒精的标准11.1.2酒精发酵机理21.1.3酒精生产的原料21.1.4酒精生产的辅助原材料31.2淀粉质原料酒精生产51.2.1工艺流程51.2.2原料的预处理71.2.3原料的水热处理71.2.4蒸煮醪的糖化81.2.5糖化醪的发酵、蒸馏101.2.6酒精生产副产品的回收利用与污水处理11第二章全厂物料衡算132.1酒精生产过程的总物料衡算132.1.1原料消耗的计算142.1.2蒸煮醪量的计算162.1.3待发酵成熟醪量计算182.1

7、.4成品与发酵醪量的计算192.2糖化车间抽真空量计算222.3蒸煮工段热量平衡衡算232.4糖化冷却工段物料和热量衡算252.6水平衡计算26第三章糖化设备的设计与选型303.1真空冷却连续糖化设备计算303.1.1真空冷却气液分离器303.1.2水喷射真空泵313.1.3糖化罐容积的确定333.1.4螺旋板式换热器343.2主要设备糖化罐选型353.3附属设备选型363.3.1螺旋板式换热器363.3.2 温度计接口363.3.3人梯373.3.4桨式搅拌器373.3.5人孔373.3.6视镜383.3.7放料阀383.3.8耳式支座38参考文献39致谢40第一章工艺论证1.1酒精生产的原

8、料和辅助原材料1.1.1酒精简介及食用酒精的标准酒精学名“乙醇”，是酒的主要成分。它的主要物理性质是常温呈液态，无色透明，易挥发，易燃烧，沸点为78.3c，熔点为-114c，溶于水，不易感染杂菌，刺激性较强，可溶于酸碱和少量油类，不溶解于盐类。酒精作为一种原料性的产品，其产品质量必须达到一定的标准。通常，酒精按含杂质多少分为：无水酒精、试剂酒精、食用酒精，医药酒精，工业酒精。其食用酒精国家标准见下表所示:项目特级优级普通级外观无色透明气味具有乙醇固有的香味，无异味无异臭口味纯净，微甜纯正，微甜较纯正项 目特 级优 级普 通 级色度/号10乙醇/（体积分数）96.095.595.0硫酸试验/号5

9、1060氧化时间/min403020醛/mg/L1330甲醇/mg/L250150正丙醇/mg/L235100异丁醇异戊醇/mg/L1230酸（以乙酸计）/mg/L71020酯（以乙酸乙酯计）/mg/L101825不挥发物/mg/L102025重金属（以Pb计）/mg/L1氰化物（以H计）/mg/L51.1.2酒精发酵机理发酵原是一种自发性的天然过程，微生物在合适的基质上生长，分泌出各种酶将食物中的蛋白质和碳水化合物分解，并将之吸收及转化，最终形成风味物质。而微生物的品种、基质的种类及预处理方法，以及发酵过程中环境条件的调控等，都是影响产品风味的重要因素。代谢产生的酒精可与水以任意比例混合，然

10、后穿过细胞进入发酵液。发酵过程中产生的二氧化碳逐渐溶于发酵醪中，达到饱和时，便吸附于细胞表面，超过吸附能力时，则二氧化碳变为气泡上升，又由于二氧化碳之间的相互碰撞，形成更大的气泡上升。二氧化碳的上升带动了醪液中酵母细胞的上下浮动，从而使酵母细胞更充分地与醪液中的糖分接触，进而使发酵作用进行得更充分和更彻底。酒精酵母不含有阿尔法淀粉酶和贝塔淀粉酶，所以不能直接利用淀粉进行发酵。因此，在利用淀粉原料生产酒精时，必须先进行糖化。酵母菌体内与酒精发酵关系密切的酶主要有两类：一类水解酶，它能将大分子物质分解为小分子物质，如蔗糖酶、麦芽糖酶及甘糖酶；另一类是酒化酶，是参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称（酵母

11、细胞参与活动将糖转化为酒精），如氧化还原酶、烯醇化酶等胞内酶。1.1.3酒精生产的原料在我国玉米又名包谷，苞米，珍珠米，棒子，大黍等，在粮食中占有重要地位。由于玉米具有产量高、增产潜力大、适应性强、营养丰富、用途广泛等特点，因此，玉米对酒精工业的发展产生了重要影响。玉米除了可以产生酒精之外，还可以得到植物玉米油及营养酒糟（DDGS）。穗心可以制取结晶木糖醇等。玉米中，黄玉米的淀粉含量稍高于白玉米。因此我们选择黄玉米作为原材料，以下是玉米的化学组成：水分蛋白质脂肪淀粉粗纤维灰分7 8-103.1-560-65 1.31.71.1.4酒精生产的辅助原材料 辅料的用量与出酒率及成品酒的质量密切相关，

12、因季节、原辅料的粉碎度和淀粉含量、酒醅的酸度和粘度等不同而异，通常优质糖谷的辅料用量为20%-25%。在一定X围内，辅料用量大。加水量也相应增加，所以产酒较多辅料又称为填充量，本设计选用的辅料为粗谷糠、米糠和麸皮。粗谷糠即黍米的外壳，它具有用量少而发酵面大的优点；同时，米糠是液体曲中糖化酶的主要来源；而麸皮中含有淀粉酶、氧化酶、过氧化酶及氧化氢酶等有利于酒精生产的酶类。选用的辅料成分及特性如下：名称水分纯淀粉含量%吸水量/kg谷糠10.33.8230麸皮12.820米糠10.5-13灰分粗蛋白915-17注：入库前，要求含水量低于14%以下。辅助添加量包括：酵母培养和糖化剂制备所需营养盐，调P

13、H所用酸类、洗涤剂、消毒剂、脱水剂等。1. 硫酸 添加量为原料量的0.05%-0.30%，以控制醪液PH在4.0-5.0。2. 磷酸盐 一般酵母对磷的需求量在0.005-0.01摩尔每升。3. 硫酸铵 添加量为原料量的0.10%-0.16%。尿素用量为硫酸铵用量的0.5倍。4. 消毒剂 NaOH：碳酸钠：漂白粉：水=1:7.5:10:100。本工艺中，选择液体曲作为糖化剂。液体曲的工艺流程如下：原菌种 原料 空气斜面试管 配料罐 空压机 小米或米曲汁试管 加热器 贮气罐 （兼冷却） 孢子悬浮液 后熟器 油水分离器种子罐 喷淋冷却 冷却器（去雾气） 分配器 贮气罐培养罐 总空气过滤器 液体曲分空

14、气过滤器空气过滤器 液体曲生产工艺流程图本工艺中，酒母选用的是酒精活性干酵母，国产耐高温AADY的生产菌株为YY和WT，耐酒精能力在12%（体积分数），适用于淀粉质原料的酒精发酵。所谓酒母，就是将酵母菌扩大培养，获得足够数量酵母菌的酵母培养液，以供酒精发酵之用。耐高温AADY含水分在8%左右，20-42正常发酵，38-40正常生长繁殖最适PH4.5-5.0。酒精生产用水，按水的用处不同，大体分为以下三种：1酿造用水：或称工艺用水，凡制曲时拌料，微生物培养，制曲原料的浸泡、糊化、稀释、设备及工具的清洗等因其与原料、半成品、成品的直接接触，故统称为工艺用水。通常要求具有弱酸性，PH为4.0-5.0

15、。2冷却用水：蒸煮醪和糖化醪的冷却，发酵温度的控制，需大量的冷却用水。因其不与物料直接接触，故只需温度较低；硬度适中。为节约用水，冷却水应尽可能予以回用。3锅炉用水：通常要求无固型悬浮物，总硬度和碱度应尽可能低，PH在25时高于7，含油量及溶解物等越少越好。1.2淀粉质原料酒精生产1.2.1工艺流程酒精生产工艺流程：研磨：使液化更容易进行；液化：调浆，调PH等参数，加酶，加热糊化，液化淀粉；糖化：把淀粉或糊精转化成糖；发酵：把糖转化为酒精；蒸馏：把酒精从醪液中分离出来；分离：将液体和固体分开，再打回系统循环，固体用来作饲料；干燥：饲料干燥。酒精生产工艺示意图如下： 谷物原料多级除杂 杂质循环粉

16、碎拌料 耐高温-淀粉酶液化 糖化 新型糖化酶二氧化碳大罐连续发酵 耐高温酒用性干酵母多效节能蒸馏 高级酒精酒糟离心液 酒糟离心分离 滤渣多效蒸发 浓浆 干燥机 DDGS二次蒸汽再利用本工艺的特点有如下几点：全干燥法制取全价干酒糟技术（DDGS技术）。先将酒糟用沉降式分离器分离为清夜和滤渣。清夜的40%回流至液化和糖化工序，其余60%的清夜经多次有效蒸发器蒸发浓缩至浓浆，后者与滤渣混合进入干燥机内干燥成高蛋白饲料添加剂（DDGS），这样不仅消除了酒糟滤液的污染还制得了DDGS。酒糟离心液的回流节约了拌料用水和蒸汽，同时又使发酵性糖得以充分利用，提高了淀粉出酒率，也较好的平衡了酒精和DDGS的生产

17、。采用大罐连续发酵、螺旋板式换热器罐外冷却技术，提高了设备利用率，同时减少了排放刷罐水对环境的污染。多效蒸馏技术，不但提高了产品质量，热能也得到了多次利用，节能效果明显。设备优良自动化程度高。.在酒精和DDGS生产工艺中，能源的多次利用，工艺路线的交叉，冷却水的重复使用等使得节水效果明显。1.2.2原料的预处理首先进行玉米原料的清选，其流程如下：玉米 斗式提升机 贮箱 自动称 分离 杂物 粉碎机 贮箱 磁力分离 铁钉、铁块此流程简单，除杂彻底，便于自动化控制和操作。 玉米清选后进入锤式粉碎机，要求粉碎后的玉米粉通过40目的过筛率不少于65%，因为在蒸煮过程中蒸煮温度不高于120-125，时间较

18、短，一般在5-10分钟。玉米粉颗粒太大易使醪液夹生，不利于液化。采用玉米作原料，在投产前必须先经过破碎处理。其主要目的是除杂，除小铁钉、杂草、泥块和石头等。原料经过粉碎后，可以增加原料的受热面积，有利于淀粉颗粒的吸水膨胀、糊化，提高热处理效率，缩短热处理时间；另外，粉末状原料加水混合后容易流动运输。原料采用干法粉碎，此法投资少，占地少，操作简单，粉碎度易于控制，还便于维修。1.2.3原料的水热处理 玉米组织细胞中的淀粉受细胞壁裹护，极难与淀粉酶作用，通过水热处理，使粉料充分与水混合得到粉浆，粉浆加热温度升高。淀粉吸水膨胀细胞壁破裂，淀粉有颗粒变为溶解状态的糊液，适于用-淀粉酶将其转变为低分子的

19、糊精、低聚糖双糖和单糖；同时借加热粉浆对粉浆灭菌，以杀灭原料表面所带存的微生物，防止杂菌生长，保证糖化和发酵的顺利进行。 本设计采用柱式连续蒸煮工艺，广泛的适用性和良好的生产参数。以下是其工艺流程：原料粉碎 粉浆预煮（设定在50左右） 加热（直接蒸汽加热130-140） 蒸汽连续蒸煮 （后熟器后的温度为118）气液分离（从中流出的醪液温度为105左右） 真空冷却（70左右） 二次蒸汽 送入糖化1.2.4蒸煮醪的糖化玉米颗粒经过水热处理，成为溶解状态的淀粉、糊精和低聚糖等，不能直接被酵母利用产生酒精，需加入一定数量的糖化剂，使溶解的淀粉、糊精、低聚糖等转化为能被酵母利用的可发酵糖，这就是糖化的目

20、的。糖化操作包括：糖化酶的添加，醪液的糖化和糖化醪的冷却。本工序选择高温双酶法液糖化工艺（二步液化）：第一步先加入三分之一的液化酶至拌料罐，目的是降低醪液的黏度，以利于液化醪的喷射蒸煮（杀菌）；第二步加入三分之二的液化酶至维持罐。如下图所示：进入混合罐的水有50的热工艺水（主要是用于蒸馏工段冷却成品酒精的工艺水）、80的酒糟水离心液、50的蒸发工段的二次蒸汽冷凝液和100的酒精塔底部的余馏水。上述各种水按比例拌料，温度控制在60-65，废水利用，可节省大量工艺水及蒸汽，降低生产成本，60-65拌料水同玉米粉一同进入拌料罐混合同时加入一部分液化酶、NaOH溶液及石灰乳。混合罐 拌料罐喷射液化器

21、后熟器酸化稀释真空冷却器蒸煮柱加热器糖化罐发酵 螺旋板式冷却器 高温双酶法液化糖化工艺液化酶分段加入，好处是在蒸煮前加入一部分可降低醪液黏度，便于运输蒸煮。为了便于糖化酶的作用，须在糖化以前将醪液PH值由6.5降到4.5。这一步是在酸化罐中加入硫酸进行，同时加入25的酒糟水，一方面降低料液的温度，另一方面降低浓度易于发酵。物料与硫酸、酒糟水混合时间为25分钟。酸化后的液体经螺旋板式换热器降温至58-60，进入糖化罐进行糖化，同时加入糖化酶，温度为45分钟；糖化后的醪液由螺旋板式冷却器冷却到28-30，在将醪液送入发酵工序发酵。该工艺中，液化醪和糖化醪指标： 液化醪分析结果外观检查还原糖糊精外观

22、浓度色淡、稍甜1.6%10%18.5Bx 糖化醪分析结果外观浓度酸度还原糖PH16Bx4-4.56%-8%4-4.5糖化工艺采取真空冷却连续糖化。糖化设备主要有：真空冷却器、糖化罐、螺旋板式冷却器。1.2.5 糖化醪的发酵、蒸馏淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等物理和生物化学过程，淀粉以充分糊化和液化，其中相当一部分以转化成可发酵糖。这种糖化醪送入发酵罐，接入酒母后，在后者的作用下，醪中的糖被发酵生成乙醇和二氧化碳；而保存下来的糖化酶也不断地将残存的糊化了的淀粉转化成可发酵性糖，就这样酵母的酒精发酵和后糖化作用相互配合，最终将醪中的绝大的淀粉及糖转化成乙醇和二氧化碳，这就是糖化醪发酵的目的。酒

23、精发酵的方式有三种：间歇式发酵、半连续发酵和连续式发酵。三种发酵方式的优缺点比较如下： 各种发酵方法的优缺点比较发酵方式 优点 缺点间接式发酵 设备简单，易于操作，不易设备利用率低， 污染，适用于中小型酒厂酵母消耗量大。半连续发酵 酒母消耗量少，可适当缩短易染杂菌 发酵时间连续发酵设备利用率高，淀粉利用率高，易染杂菌，操作要求省去酒母工段，便于实现自动化控制 设备要求高。 通过以上三种方式的比较，考虑到本设计年产10万吨，虽然半连续和连续发酵都易染菌，但是可以通过在发酵中控制好酸度或者添加抗生素抑制杂菌的生长。同时考虑到对新型设备的利用，所以最终选用露天大罐连续发酵。酒精大罐连续发酵占地面积小

24、，投资少，操作方便，便于自动控制等。 酒精的蒸馏和精馏是为了从发酵成熟醪中分离、提纯得到成品酒精。此设计中，采取三塔半直接式节能蒸馏：粗馏塔|精馏塔|脱醛塔。它的优点有以下几条：工艺技术合理、先进、塔数多、各塔分工细、杂质除去机会多；能源利用合理；自动化程度高；产品质量高。1.2.6 酒精生产副产品的回收利用与污水处理发酵法酒精生产的副产品主要有：发酵过程中产生的二氧化碳气体、酒精酵母和蒸馏过程中所排放的酒精糟液、杂醇油及醛酯馏分等。对副产品回收利用，变废为利，不仅可以充分利用资源取得良好的经济效益，而且还可以减少环境污染，促进经济的可持续发展。 二氧化碳为一种重要的工业原料。酒精发酵产生的二

25、氧化碳是食品工业，如饮料、汽酒等重要原料。二氧化碳进一步加工还用于食品冷藏、人工降雨及国防工业，如干冰、纯碱。酒精酵母可进一步离心分离、反复水洗再分离、压榨得到干酵母，同时还可以用作饲料酵母和面包酵母。杂油醇是酒精产量的0.5%-0.6%，为黄色液体或棕色液体。主要用作溶剂、矿用浮选剂、半乳脂肪的测定试剂，还用作油漆、香料的原料等。醛酯馏分：在精确铸造物的生产中可作溶剂使用，也可送往专门工厂进行再蒸馏，以浓缩醛类和酯类，同时获得工业酒精。酒精糟液经固液分离并干燥后做商品饲料DDGS。污水包括酒精糟液、精馏废水、设备洗涤水和工艺过程的冷却水。这些污水可以用SBR(序批式活性污泥法)处理，它是一种

26、按间接曝气方式进行的活性污泥污水处理技术。酒精生产废水稀释后经SBR处理，虽投资较大，运行费用较高，但也是可以做到达标排放。第二章全厂物料衡算2.1酒精生产过程的总物料衡算工艺参数的选择：生产规模：10万吨/年产品规格：食用酒精生产方法：以玉米为原料，气流输送，一级干法粉碎，湿式除尘，高温双酶糖化，糖化前冷却采取真空冷却，糖化后冷却采用螺旋板式换热器冷却，连续发酵，半直接式三塔蒸馏。副产品：次级酒精（成品酒精的2%） 杂油醇（成品酒精的0.5%）原料：玉米（含淀粉65%，水分12%）酶用量：-耐高温淀粉酶（0.3-0.5kg/t原料）；糖化酶酶活力为100000u/g,使用量为220u/g原料

27、硫酸铵用量：6.8kg/吨酒精硫酸用量：5.4kg/吨酒精蒸煮醪粉料加水比：1:2.5发酵成熟醪酒精含量：4%(V)酒母醪接种量：糖化醪的10%（V）酒母醪的组成：67%为液化蒸煮醪，33%为糖化剂与水发酵罐酒精捕集器用水：发酵成熟醪6%发酵罐洗罐用水：发酵成熟醪的1.5%生产过程淀粉总损失率：10%蒸馏效率：98%全年生产天数：300天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：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。2 中间厂品，蒸煮醪、酒母醪、发酵醪等。3 成品、副产品以及废气、废水、废渣既

28、酒精、杂醇油。二氧化碳和废糟等。2.3.1酒精生产过程的物量和热量衡算2.1.1原料消耗的计算淀粉原料生产酒精的总化学反应式为：糖化：（C6H12O5） n+ nH2O nC6H12O6（1）淀粉 162 水18葡萄糖 180发酵：nC6H12O6 2C2H5OH+2 CO2（2）葡萄糖180 酒精 46 二氧化碳 44 由（1）和（2）式可求得生产100kg淀粉理论上可生成酒精的数量（kg）=246100162=56.79kg如果折算成96%（体积分数）的酒精，因为96%换算成质量分数含量为93.84%（质量分数）。 则淀粉的理论出酒率=56.7910093.84%=60.52%因此，淀粉的

29、理论出酒率为60.52%，此数值是进行淀粉质原料酒精生产计算的理论依据，又是酒精生产淀粉出酒率的理论值。主原料用量计算： 生产96%的酒精，淀粉的理论出酒率为60.52%，故理论上生产1000kg96%酒精所需淀粉量为100060.52%=1652.4kg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由上表可知，整个酒精生产中，平均淀粉利用率在91.45%左右，所以每生产1000kg 96%（

30、体积分数）的酒精实际上需要淀粉量为： 1652.491.45%=1806.9kg 淀粉出酒率为10001806.9=55.34%生产1000kg 96%酒精需要玉米原料量计算依据如下公式：G1= 1806.9-G2A%kgG1 每生产1000kg 96%成品酒精所需原料量，kgG2 每生产1000kg 96%成品酒精所需糖化剂中消耗的淀粉量，kgA 每100kg原料中所含淀粉的质量，即原料中淀粉含量，%而G2=G1糖化剂占糖化醪量的百分比原料中淀粉含量而G1=（淀粉实际用量-G2）原料中淀粉含量%所以G1=1806.9-G165%6%65%=2729.4kg耐高温-淀粉酶消耗量应用酶活力为20

31、00u/g的-淀粉酶使淀粉液化,促进糊化,可减少蒸汽消耗。-淀粉酶消耗量按8u/g原料计算.用酶量为:取0.4kg/吨原料，故消耗量为0.42.7294=1.09kg糖化酶耗量：若所用糖化酶酶活力为100000u/g,使用量为220u/g，则酶用量：2729.4103220100000103=6.00kg此外,酒母糖化酶用量按350u/g(原料)、10%酒母用量计：2729.410%67%350100000=0.64kg硫酸铵的消耗量为:16.8=6.8kg硫酸消耗量为：15.4=5.4kg2.1.2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1:2.5,故粉浆量为:2729.4

32、 (1+2.5)=9552.9(kg) 蒸煮用水量=原料量加水比=2729.42.5=6823.5kg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。用柱式连续蒸煮工艺,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,然后进入柱式连续液化,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.如下图所示：玉米干物质含量88%，其比热容为：C0=4.181-0.6588%=1.79kJ/(kgK)粉浆干物质浓度 =883.5100=25

33、.1%kJ/(kgK)蒸煮醪比热容为:C1=25.1%1.79+(1-25.1%)4.18 =3.58kJ/(kgK)式中 4.18水比热容kJ/(kgK)蒸煮过程中增加的水量=蒸煮醪量蒸煮比热（蒸煮温度-预热温度）加热蒸汽热焓值-同温度冷凝水的热焓值 =9552.93.58（88-50）2748.9-884.18=545.8kg式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽(0.5MPa)的焓(kJ/kg)蒸煮醪量=粉浆量+蒸煮过程中增加的水量=9552.9+545.8=10098.7kg真空冷却后蒸煮醪量的计算：蒸煮醪经过后熟、气液分离和真空冷却后，由于降温而引起大量水分蒸发，使醪液减少。蒸发水量=

34、醪量醪液的比热容（蒸煮温度-第一个后熟器内的温度）蒸发水蒸气热焓值，因此，经第一次后熟器后醪液量=蒸煮醪液-蒸发水量即经喷射液化器加热后蒸煮醪量为：10098.7kg经第二次液化罐出来的蒸煮醪量为：10098.7-10098.73.58（88-84）2288.3=10035.5kg式中 2288.3第二液化维持的温度为84下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为： 10035.5- 10035.53.58（115-84）2748.9-1154.18=9544.5kg式中 115灭酶温度()2748.90.5MPa饱和蒸汽的焓(kJ/K)经汽液分离器后的蒸煮醪量为： 954

35、4.5- 9544.53.58（115-104.3）2245=9381.65kg式中 2245104.3下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为： 9381.65- 9381.653.58（104.3-63）2351 =8791.64kg式中 2351真空冷却温度为63下的饱和蒸汽的汽化潜热(kg/K)经蒸煮后，进入糖化罐的蒸煮醪量为8791.64kg。2.1.3 待发酵成熟醪量计算由酒精生产工艺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1000Kg9

36、5%(体积分数)酒精成品有关计算如下:需蒸馏的成熟发酵醪量=100093.84%98%8.01%100+5+1100=12671.7kg不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：12671.7106%=11954.44Kg入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为：100093.84%98%12671.7=7.56% (质量分数)相应发酵过程放出二氧化碳 总量为：100093.84%98%4446=915.92kg接种量按10%计，则酒母醪量为：11954.44+915.92（100+10）10010%=1170(kg)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:11954.44+

37、915.92（100+10）100+117070%=12519.33(kg)2.1.4成品与发酵醪量的计算发酵成熟醪的蒸馏采用三塔半直接式蒸馏，馏液进塔温度为70，粗馏塔底温度为105，成熟醪固形物含量为7.5%，塔顶上升蒸汽浓度为55%（体积分数），即47.18%（质量分数），其热焓值为2689.9kJ/kg.加热蒸汽热损失为加热蒸汽供热量的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2%，则生产1000kg成品酒精可得次品酒精量为：10002%=20 kg食用酒精产量每生产出1000kg酒精，其食用酒精量为:

38、1000（1-2）=980(kg)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:10000.5%=5kg废醪量的计算 废醪量是进入蒸馏塔的成熟醪减去部分水的酒精成分及其他挥发组分的残留液。醪塔上升蒸汽量为：V1=待蒸馏发酵成熟醪待蒸馏发酵成熟醪酒精含量醪塔上升蒸汽质量百分率 =12671.77.56%47.18%=2030.48 kg则残留液=待蒸馏发酵成熟醪量-醪塔上升蒸汽量 =12671.7-2030.48=10641.22kg发酵成熟醪比热容的经验公式：C=4.18（1.019-0.0095B）B 为固形物的干物质含量

39、发酵成熟醪比热容=4.18（1.019-0.00957.5%）=3.96 KJ（KgK）成熟醪带入塔的热量=12671.7 3.9670=3.513103 KJ蒸馏残留液固形物浓度=待蒸馏发酵成熟醪量发酵成熟醪固形物含量残留液量100% =12671。77.5%10641.22100%=8.93%蒸馏残留液比热容=4.18（1-0.378残留液固形物浓度） =4.181-0.3788.93%=4.04 KJ（KgK）塔底残留液带走的热量=10641.224.04105=4.51 106 KJ上升蒸汽带走热量=上升蒸汽量其热焓值 =2030.481965=3.99106 KJ加热蒸汽耗量=上升蒸

40、汽量+塔底残液带走的热量+热损失-成熟醪带入热量加热蒸汽热焓值-同温度冷凝水热焓值 =3.99106+4.51106-3.513106（2689.9-1054.18）（1-1%） =2237.84 kg由于醪塔是使用直接蒸汽加热，所以还需加上入塔的加热蒸汽冷凝水。所以塔底排出的废醪量=残液量+加热蒸汽 =10641.22+2237.84=12879.06 kg日产食用酒精量=100000300333.33，取333.4吨日产次级酒精=333.4298 =6.8t日产总酒酒量=333.4+6.8 = 340.2 t实际年产量为 食用酒精 333.4300=100020 t/a 次级酒精 6.83

41、00=2040 t/a 总酒量为102060 t/a主要原料日耗量=2729.4340.2=928541.88 kg 年耗量= 928541.88300=278562564kg=278562.56 t年产10万吨酒精工厂设计物料衡算结果产量项目生产1000kg96%酒精物料量（kg）每小时数量(kg)每天数量(t)每年数量(t)食用酒精98013891.67333.4100020次品酒精20283.36.82040玉米原料2729.438689.2928.54278562.6耐高压-淀粉酶1.0915.450.37111.25糖化酶685.052.04612.36硫酸铵6.869.392.31

42、694硫酸5.476.551.84551.12蒸煮粉浆9552.9135412.363249.9974968.97成熟蒸煮醪8791.64124621.52990.92897274.78糖化醪12519.33177461.54259.081277722.82酒母醪117016584.75398.03119410.2蒸馏发酵醪12671.7179621.354310.91293273.7杂醇油570.8751.701510.3二氧化碳915.9212983.17311.693478.8废醪12879.06182560.674381.461314436.862.2糖化车间抽真空量计算真空冷却过程中

43、产生的二次蒸汽量，t1=104.3，t2=63C=3.58kj/kgw1=139281.673.58(104.3-63)/（2614.8-3.5863）=8619.13kg/h水喷射真空泵循环水量，初温t3 =34 t4=42w2=8619.13(2641.8-424.18)/4.18(42-34)=635671.15m3/h 抽真空验算泵吸入蒸气压力为22.877kPa（63）泵工作水压为0.4MPa（排压），吸入口压力为0.1 MPa，气体渗透量为0.3%w1则不凝性气体量=2.510-5（w1+w2）+0.3%w1 =2.510-5（8619.13+635671.15）+0.3%8619

44、.13 =41.96kg/h 其中2.510-5为水中空气溶解量喷射器引射系数=0.850.4-0.10.1-22.87710-3-1=0.88喷射泵排出的气体量=0.88635671.151000=559.39m3/h相当于质量流量=349555.39（22877-8208）（273+42）10-5=90.2641.96kg/h2.3蒸煮工段热量平衡衡算 调浆罐分批操作，为保连续蒸煮的进行此实验设置两个调浆罐，每30分钟轮换使用一次。玉米加水制成粉浆，其料水比为1:2.5，每小时投入拌料罐中的原料量为38689.2kg，每次粉浆罐内应容纳粉浆量为W=38689.221+2.5=67706.1

45、kg加水量为96723kg拌料罐 液化器 液化维持罐 维持罐 换热器 去糖化 加热蒸汽拌料过程中流加水的温度t1=70，t0=25,原料的比热为1.79 Kg（KgK）t2=2.5704.18+11.79251.791+2.54.18=63.42经液化器加热后，醪液由50升温至88，设计加热蒸汽的压强为0.5MPa（表压），则每小时蒸汽耗用量按热量衡算式计算有：D=2WC1(t2-t1)I-t0c0)=267706.23.58(88-63.42)2748-884.18=5006.3kg/h0.5MPa时蒸汽焓为2748kJ/kg蒸煮醪量W1=2W+D=267706.1+5006.3=14041

46、8.5kg当醪液进入第一维持罐和第二维持罐后，醪液将发生自身蒸发，二次蒸汽带走热量使醪液温度降下来，第一、二维持罐的压力为常压，醪液从第二维持罐出来时温度降至84.第二维持罐出来的蒸煮醪量为W2=140418.5-140418.53.58(88-84)5006.3=140016.85kg/h排除的二次蒸汽量为8619.13 kg/h由于蒸煮过程中的热量散失，实际上各过程释放的二次蒸汽低于上数值。为安全设计，二次蒸汽减少10%，则离开第二维持罐的醪液实际量为：W实=140016.85+10%8619.13=140878.76kg/h蒸煮工段热量衡算汇表 进入系统项目物料kg/h热量kg/h 符号

47、数量kg 符号 数量kg(105)粉碎原料G38689.2GC0t017.31拌料水W 96723 WCet0101.07加热蒸汽D5006.3 DI(2748)137.57累计 140418.5255.95 离开系统二次蒸汽W8619.13 WI(2351)202.64成熟醪液W140878.76 WI(2351)3312.06累计 149497.893514.72.4糖化冷却工段物料和热量衡算这里计算的X围是醪液进入真空冷却器开始到经螺旋板式换热器冷却到发酵温度为止。工艺流程：蒸煮醪 84真空冷却器 62糖化罐 螺旋板式换热器 28发酵车间释放的热量Q=140878.763.58（84-6

48、2）=11095611.37KJ/h 发酵过程中的冷却水，初温t1=25，末温t2=55；冷却水用量w3=QCe（t2-t1）=11095611.374.18（55-25）=88481.75kg/h经糖化罐糖化后的醪液，再经螺旋板式换热器冷却到发酵温度t3=28需初温t4=20，末温t5=50，冷却水为：w4=140878.764.18（60-28）4.18（50-20）=159662.59kg/h糖化罐内补加的水温度为28，加水量为 3727.69340.224=52840kg/h最后进入发酵系统的最终糖化醪量为：w5=52840+140878.76=193718.76kg/h糖化过程中的物

49、料和热量衡算汇表 进入系统项目物料kg/h热量KJ/h符号数量符号数量105糖化醪w实140878.76w实C1(84-28)282.4补加水28 G52840Ce（t-t）0 离开系统最终糖化醪w5193718.7625冷却水w388481.75w3Ce(t2-t1)110.9620冷却水w4 159662.59w4Ce(t5-t4)200.222.5发酵工段的物料和热量衡算 酒精发酵过程中消耗糖生成酒精，以葡萄糖为碳源，酵母发酵生成酒精放出的热量为1170KJ/kg 则由此产生的热量是： Q=1170340.22410393.84%=15563.13 KJ/h 发酵产生的热量用初温20的深

50、井水来冷却，出口温度为30，平均耗水量：w水=15563.131034.18(30-20)=3.72105 kg/h发酵车间酒精捕集器耗水量为：124621.55%=6.23103 kg/h 其中5%指酒精捕集器用水量占发酵成熟醪量百分率。2.6水平衡计算蒸煮阶段总用水由之前计算知:蒸煮拌料水=原料量加水比=2729.42.5=6823.5kg 蒸煮过程中增加的水量为545.8kg水喷射真空泵循环水量， 为635671.15m3/h糖化总用水量：补加水量52840kg/h 25冷却水耗量88481.75kg/h 20冷却水耗量159662.59kg/h发酵总用水量平均耗水量3.72105 kg

51、/h发酵车间酒精捕集器耗水量为6.23103 kg/h蒸馏阶段总用水醛塔分凝器冷却用水工厂所处的地理位置或气候条件不同或在不同的季节，冷却水温可能有较大差异。现假定所用冷却水的初温TH1=25,且冷却水的逆流串联方式通过各分凝器,离开时终温TH1=70.则醛塔分凝器冷却水耗量可且通过以下计算求解:根据前面的物料衡算结果,醛酒量A=6.810324=283.3kg/h。据设计经验，醛塔回流比R1=195，且查表得95%酒精蒸汽的焓i=1130KJKg，则冷却水耗量为：W1=A R1 i/Cw(TH11-TH1)=283.319511304.18(70-25) =331872.17（Kgh）醛酒冷

52、却用水 把醛酒从t2=78.3冷却水到t2=25冷却水使用TH2=的深井水，为TH2=40，逆流操作，则每小时耗水量为： W2= =283.32.89(78.3-25)4.18(40-20)=522（Kgh） 精馏塔分凝器用水 从精馏塔顶出来的酒气先经醪液预热器与冷成熟醪进行热交换，酒汽冷凝成饱和液体。 据热量衡算有 （R2+1）（P+PZ）i3=F1CF（TF1TF2）+W3C10（TH3TH4） 式中；R2精馏塔回流比，R酸为3-4现取R=3 PZ回流排醛塔的次等酒量，可取合格成品酒精P的20%，故 PZ=2778.33Kgh I3塔顶上升酒气的焓，为1130KJKg F1蒸馏发酵醪流量，

53、为179621.35Kgh CF蒸馏发酵醪比热容，取3.96KJ（KgK）TF1、TF2蒸馏发酵醪加热前后温度，为32和50TH3、TH3冷却水进出口温度，取30和70则可得精馏塔分凝器冷却用量为：W3=(3+1)（13891.67+2778.33）1130-179621.353.96(50-32）4.18（70-30）=374072.9（Kgh）精馏塔成品酒精冷却水用量 成品酒精冷却使用20的深井水，根据热量衡算，耗水量为：W4=pCp(tp1-tp)Cw(th41-th4)式中：CP成品酒精比热容设为2.89Kg（KgK）tP、tP成品酒精冷却前后温度，分别为78.3和30tH4、tH4冷

54、却水初温和终温，分别为20和40把上述各量代回上式得：W4=13891.672.89(78.3-30)4.18（40-20）=23194.94（Kgh） 杂醇油分离稀释用水量 采用气相提油工艺，既在精馏塔料板2到6块塔扳抽出酒汽，经冷凝冷却，再用20冷却，再用20冷却稀释至含酒精10（体积分数）经分离盐析精致而成。假定分离器和盐析后提取的杂醇油占从精馏塔抽出总油的90%，其余10%随谈酒回流入搭。根据物料衡算，可求出精馏塔抽取的杂醇油气量G为：1=70.875（0.90.2）393.75（kgh）式中，20%为杂醇油气中杂醇油的含量。相应的进入分离器的稀酒精杂醇油溶液量G2为：G2=393.755010=1968.75(Kgh)根据热量衡算得冷却用量为：W