年產(chǎn)10萬噸的木薯酒精發(fā)酵工廠設(shè)計(jì) 生物工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目 年產(chǎn)10萬噸的木薯酒精發(fā)酵工廠設(shè)計(jì) 姓 名學(xué) 號院 系生物與制藥工程專 業(yè) 生物工程 指導(dǎo)教師2008年 5 月26 日2absdractAlcohol has very extensive application in a great deal of fields such as people's daily life and scientific research. The trades and alcohol trades of our country have fast development trends on earth i

2、n the world. The output is increased progressively year by year. The ability for producing alcohol of the fermented law will become the sign of a national economic strength. The fermented law is mainly to utilize microorganism to have no oxygen to ferment, it suck candy material like,sugarcane, swee

3、t potato, carbohydrate in the material such as the maize are turned into ethanol, turn into alcohol. This law raw material sources are abundant , the environmental protection of the production process, is worth popularizing in a more cost-effective manner. Originally design the fermented workshop pr

4、oduced to alcohol to calculate with the selecting type of the apparatus , strive to make the theory combine with practice.Keyword: Alcohol Fermented law Fermented workshop摘要酒精在人們?nèi)粘Ｉ钜约翱茖W(xué)研究等諸多領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用。世界酒精行業(yè)以及我國酒精行業(yè)都呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢，產(chǎn)量逐年遞增。發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的能力將成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志。發(fā)酵法主要是利用微生物無氧發(fā)酵，將含糖物質(zhì)如，甘蔗，甘薯，玉米等物質(zhì)內(nèi)的糖類轉(zhuǎn)化為乙

5、醇，生成酒精。此法原料來源豐富，生產(chǎn)過程環(huán)保，值得大力推廣。本設(shè)計(jì)對酒精生產(chǎn)的發(fā)酵車間進(jìn)行了計(jì)算和設(shè)備選型，力求理論和實(shí)踐相結(jié)合。關(guān)鍵詞: 酒精 發(fā)酵法 發(fā)酵車間一 酒精的主要性質(zhì)無色、透明，具有特殊香味的液體（易揮發(fā)），密度比水小，能跟水以任意比互溶（一般不能做萃取劑）。是一種重要的溶劑，能溶解多種有機(jī)物和無機(jī)物。 外觀與性狀： 無色液體，有酒香。 熔點(diǎn)()： -114.1 沸點(diǎn)()： 78.3 ,相對密度(水=1)： 0.79, 相對蒸氣密度(空氣=1)： 1.59, 飽和蒸氣壓(kPa)： 5.33(19) 燃燒熱(kJ/mol)： 1365.5 臨界溫度()： 243.1 臨界壓力(M

6、Pa)： 6.38 辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值： 0.32 閃點(diǎn)()： 12 引燃溫度()： 363 爆炸上限%(V/V)： 19.0 爆炸下限%(V/V)： 3.3 溶解性： 與水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多數(shù)有機(jī)溶劑。二.酒精的主要用途酒精的用途按需求量多少可分為三方面：用量最大的燃料酒精，調(diào)制酒精飲料用的食用酒精；化工醫(yī)藥用酒精。1.酒精是一種新能源，其優(yōu)勢在于發(fā)酵酒精屬于可再生能源，乙醇不僅是一種優(yōu)良燃料，它作為一種優(yōu)良燃油品質(zhì)改善劑被廣泛使用，其優(yōu)良特性主要有：乙醇是燃油的增氧劑，是汽油燃燒完全，大大節(jié)能和環(huán)保的；乙醇具有很好的抗爆性能；乙醇是優(yōu)于太陽能的一種生物轉(zhuǎn)化能源，是可再生

7、資源。2.合理利用酒精可提高白酒質(zhì)量，充分利用酒精以提高白酒質(zhì)量主要表現(xiàn)在：降低邪咂味，適量調(diào)制優(yōu)質(zhì)酒精借以沖淡雜質(zhì)，使酒味純正，香味突出。2.降低渾濁度，勾兌酒精酒體純凈，既衛(wèi)生又安全，而且透明度高，加水不渾濁。3.酒精再醫(yī)藥方面的用途很廣：可作為大專院校及科研院所等的實(shí)驗(yàn)室以餐飲業(yè)的燃料；可作為細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究使用的優(yōu)良的固定劑和脫水劑，可作為優(yōu)良的防凍降溫介質(zhì)。可作為燃料乙醛，乙酸，乙醚。4.酒精工業(yè)的副產(chǎn)品大型酒精企業(yè)除主要生產(chǎn)酒精外，還有如下副產(chǎn)物：優(yōu)質(zhì)顆粒飼料DDGS（全價(jià)干酒精糟）優(yōu)質(zhì)食用級CO2. CO2是發(fā)酵酒精相伴生產(chǎn)的數(shù)量最大的副產(chǎn)品。高純度食用級CO2除用做碳酸飲料

8、外還有氣體保護(hù)焊接，藥物萃取，溫室生產(chǎn)等方面有較廣的用途；玉米油；玉米胚芽油是優(yōu)質(zhì)保健食品；玉米，小麥等為原料的大型究竟生產(chǎn)企業(yè)。還可以生產(chǎn)玉米淀粉，葡萄糖漿，果糖漿，玉米蛋白等，雜醇油是某些食用香料的主要原料。三.世界酒精生產(chǎn)狀況目前，全世界酒精年產(chǎn)量約3394萬噸。其中美國和巴西的酒精產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的66%。美國，巴西，中國，俄羅斯是世界酒精生產(chǎn)大國。2001年中國酒精總產(chǎn)量已躍居第三位。四.我國酒精行業(yè)基本狀況我國的酒精工業(yè)始于1900年黑龍江哈爾濱市，建國前全國的總產(chǎn)量已居世界第三位。我國酒精總產(chǎn)量還不到一萬噸，新中國成立后歷經(jīng)50年的發(fā)展初步形成了企業(yè)生產(chǎn)，工廠設(shè)計(jì)，科學(xué)研究，人才

9、培訓(xùn)，綜合利用，檢驗(yàn)檢測，產(chǎn)品銷售等一個(gè)完整的酒精工業(yè)體系，中國的酒精產(chǎn)量已增長到300萬噸，躍居世界第三。其中年產(chǎn)5萬噸以上企業(yè)10家。3萬噸的企業(yè)20家，萬噸以上的70家。2000年我國政府燃料酒精規(guī)劃的實(shí)施標(biāo)志著中國酒精產(chǎn)業(yè)還要上一個(gè)臺階，2003年吉林（一期年產(chǎn)量30萬噸）大型燃料酒精企業(yè)的投產(chǎn)。說明中國酒精生產(chǎn)能力已接近世界先進(jìn)水平，但有專家指出：目前，中國玉米燃料酒精生產(chǎn)企業(yè)需進(jìn)一步提高的工藝環(huán)節(jié)。包括干法脫胚制油，中溫雙酶法糖化，濃醪連續(xù)發(fā)酵，多塔差溫蒸餾，廢熱多效真空蒸發(fā)；CIP清洗系統(tǒng)等。2001年中國釀造酒工業(yè)協(xié)會酒精分會開始創(chuàng)辦專業(yè)刊物酒精，說明中國酒精產(chǎn)業(yè)又開始了一個(gè)科

10、研與生產(chǎn)相結(jié)合的新階段。五.酒精工業(yè)發(fā)展趨勢隨著酒精工業(yè)的不斷發(fā)展，酒精工業(yè)已逐步從傳統(tǒng)工藝的模式中解放出來。廣大工程技術(shù)人員都在努力研究和開發(fā)新工業(yè)，新設(shè)備，選育新的高產(chǎn)穩(wěn)定的菌種。由于世界范圍內(nèi)耕地面積都在不斷減少。以淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的比例也在減，以糖蜜為原料生產(chǎn)酒精的比例卻有明顯提高。具有關(guān)報(bào)道，全世界酒精生產(chǎn)所用原料的各種比例為45%，石油裂解廢氣乙烯占0%淀粉質(zhì)原料占16%。亞硫酸鹽紙漿液占7%，野生植物約占12%。這些數(shù)據(jù)表明，將來的酒精生產(chǎn)原料可能以含有可發(fā)酵性工業(yè)廢氣物為主。為了進(jìn)一步提高酒精生產(chǎn)工藝。各國的工程技術(shù)人員都在研究新型的酒精發(fā)酵方法，如現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的固定化

11、細(xì)胞酒精發(fā)酵法，耐高溫活性干酵母法等新的發(fā)酵工藝。再設(shè)備方面也有不少生產(chǎn)反應(yīng)器出現(xiàn)，如單罐連續(xù)攪拌反應(yīng)器，酒母回用連續(xù)攪拌反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器，細(xì)胞固定化反應(yīng)器等，再新原料利用方面都有很大改進(jìn)，以上所提到的酒精生產(chǎn)工藝和設(shè)備，再某些方面還存在不足之處。但基本上反映了酒精工業(yè)今后的發(fā)展方向。六.酒精工業(yè)生產(chǎn)方法目前酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法，歸結(jié)起來主要有兩種類型：一種是利用酒精酒母發(fā)酵生產(chǎn)酒精。另一種是利用石油原料采用化學(xué)合成方法生產(chǎn)酒精。我國農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富，所以，主要采用微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法在采用不同發(fā)酵原料時(shí)生產(chǎn)酒精的工藝有所不同，主要分為淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)工藝，糖蜜原料酒精生產(chǎn)工藝，工廠廢

12、液及纖維素原料酒精生產(chǎn)工藝等。常用淀粉質(zhì)原料有薯類，谷物類，和某些含淀粉較多野生植物。七.酒精國家標(biāo)準(zhǔn)酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是檢驗(yàn)酒精蒸餾和管理水平的核心，一個(gè)國家的酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是這個(gè)國家酒精產(chǎn)業(yè)能力和水平的標(biāo)志，酒精質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)是整個(gè)酒精企業(yè)生產(chǎn)活動的最主要的法規(guī)，酒精質(zhì)量是酒精企業(yè)的生命線，不斷提高酒精質(zhì)量是企業(yè)永恒主題。發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的能力將成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志，因?yàn)樽鳛榭稍偕茉吹木凭诮?jīng)歷一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，始終與能源密切相關(guān)，特別是巴西從1975年就開始的甘蔗，糖蜜為原料生產(chǎn)酒精的成功實(shí)踐，提醒各國政府：10%以上能源添加儲備在自己的國土上?，F(xiàn)在可以說石油利用干乙醇發(fā)酵的谷物等原料都

13、源于太陽能的儲備。發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇比石油更有優(yōu)勢的地方是發(fā)酵法效率高，原料年年種，年年收。不用像開采石油那樣投資巨大。根據(jù)當(dāng)今農(nóng)業(yè)。酒精生產(chǎn)能力，改造汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)的能力，相信不久的將來，一個(gè)良性循環(huán)的能源資源將更多的出現(xiàn)在世人面前。一. 物料衡算（一）100000噸淀粉原料酒精廠全廠物料衡算1.      全廠物料衡酸的內(nèi)容（1）原料消耗的計(jì)算主要原料為甘薯干，其他原料有淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，硫酸等。（2）中間產(chǎn)品蒸煮醪，糖化醪，酒母醪，發(fā)酵醪等。（3）成品，副產(chǎn)品以及廢氣，廢水，廢渣即酒精，雜醇油，二氧化碳和廢糟等。2. 

14、     工藝流程示意圖生產(chǎn)工藝采用雙酶糖化，間歇發(fā)酵，如圖木薯料空氣 種子粉碎車間-淀粉酶空壓機(jī) 斜面培養(yǎng) 糊化車間糖化酶過濾器 三角瓶培養(yǎng) 酒母罐 發(fā)酵車間蒸餾車間廢糟酒精雜醇油3.      工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模 100000噸/年酒精。（2）生產(chǎn)方法雙酶糖化，間歇發(fā)酵。（3）生產(chǎn)天數(shù)每年300天。（4）食用酒精日產(chǎn)量333.33噸。（5）食用酒精年產(chǎn)量100000噸。（6）副產(chǎn)品年產(chǎn)量次級酒精占酒精總產(chǎn)量的2%。（7）雜醇油量為成品酒精量的0.5%。（8）產(chǎn)品質(zhì)量普通三級酒精。（乙

15、醇含量95% 體積分?jǐn)?shù)）。（9）甘薯干原料含淀粉76.9%,水分12.9%。（10）-淀粉酶用量為8u/g原料，糖化酶用量為150u/g原料，酒母糖化醪用糖化酶量300u/g原料。（11）硫酸氨用量7kg/t（酒精）。（12）硫酸用量（調(diào)PH用）5kg/t（酒精）。4.      原料消耗的計(jì)算   （1）    淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式：糖化：（C6H10O5）n + nH2OnC6H12O6 162 18 180發(fā)酵： C6H12O62C2H5OH + 2CO2 180 92 88 (

16、2) 生產(chǎn)1000kg無水酒精的理論淀粉消耗量有上式可求的理論上生產(chǎn)1000kg無水酒精所耗的淀粉量為：1000×163÷92=1760.9（kg）（3）生產(chǎn)1000kg三級酒精的理論淀粉消耗量普通三級酒精的乙醇含量在95%（體積分?jǐn)?shù)）以上，相當(dāng)于92.41%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），故生產(chǎn)1000kg普通三級酒精理論上須淀粉量為：1760.9×92.41%=1627.2（kg）. (4) 生產(chǎn)1000kg普通三級酒精實(shí)際淀粉消耗量實(shí)際上，整個(gè)生產(chǎn)過程經(jīng)歷原料處理、發(fā)酵及蒸餾等工序，要經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)品得率必然低于理論率。據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，各階段淀粉損失率如表所

17、示。表一 生產(chǎn)過程各階段淀粉損失生產(chǎn)過程損失原因淀粉損失（%）備注原料處理粉塵損失0.40蒸煮淀粉損失及糖分損失0.50發(fā)酵發(fā)酵殘?zhí)?.50發(fā)酵巴斯德效應(yīng)4.00發(fā)酵酒汽自然蒸發(fā)與被CO2帶走1.30有酒精撲集器為0.30%蒸餾廢糟帶走等1.85總計(jì)損失9.55 假定發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)有酒精撲集器，則淀粉損失率為8.55%。故生產(chǎn)1000kg普通三級酒精須淀粉量為： 1627.2 =1779.3（kg） 100%-8.55%這個(gè)原料消耗水平相當(dāng)于淀粉出酒率為1000÷1779.3=56.2%，著達(dá)到了我國先階段甘薯干原料生產(chǎn)酒精的先進(jìn)出酒率水平。（5）生產(chǎn)1000kg普通三級酒精甘薯干原料消

18、耗量據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給出，甘薯干原料含淀粉76.7%，故1噸酒精耗甘薯干量為： 1779.3÷76.7=2319.8（kg）若應(yīng)用液體曲糖化工藝。并設(shè)每生產(chǎn)1000kg酒精需要的糖化劑所含淀粉量為G1，則淀粉原料需用量為：（1779.3-G1）÷76.7%（6） -淀粉酶消耗量應(yīng)用酶活力為2000u/g的淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗量。 -淀粉酶用量按8u/g原料計(jì)算。用酶量為： 2319.8×1000×8 =9.28（kg） 2000 (7)糖化酶耗用量若所用糖化酶的活力為20000u/g，使用量為150u/g原料，則糖化酶消耗量為：2319.

19、8×100×0150 =17.4（kg） 20000此外，酒母糖化酶用量按300u/g（原料）計(jì)，且酒母用量為10%，則用酶量為：2319.8×10%×70%×300 =2.44（kg） 20000式中70%為酒母的糖化液占70%，其于為稀釋水和糖化劑。（8）硫酸氨耗用量硫酸氨用于酒母培養(yǎng)基的補(bǔ)充氮源，其用量為酒母量的0.1%，設(shè)酒母醪量為G0，則硫酸氨耗量為： 0.1%G05.蒸煮醪量的計(jì)算根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為1：3.3粉漿量為： 2319.8×（1+3.3）=9975.14蒸煮過程使用直接蒸汽加熱，在后熟器

20、和汽液分離器減壓蒸發(fā)、冷卻降溫。在蒸煮過程中，蒸煮醪量將發(fā)生變化，故蒸煮醪的精確計(jì)算必須與熱量衡算同時(shí)進(jìn)行，因而十分復(fù)雜。為簡化計(jì)算，可按下述方法近似計(jì)算。假定用罐式連續(xù)蒸煮工藝，混合后粉漿溫度55，應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至88，然后進(jìn)入連續(xù)液化器液化，再經(jīng)115高溫滅酶后，再真空冷卻器中閃幾蒸發(fā)冷卻至63后入糖化罐。其工藝流程圖如圖所示。調(diào)漿桶液化維持罐維持罐滅菌維持罐汽液分離器真空 冷卻器噴射加熱器圖一.粉漿連續(xù)蒸煮液化工業(yè)流程干物質(zhì)含量B0=87.1%的薯干比熱容為； C0 = 4.18（1-0.7B0）= 1.63kJ/(kg.K)粉漿干物質(zhì)濃度為： B1 = 87.1/（4.3

21、*100）= 20.3%蒸煮醪比熱容為： C1 = B1×C0+（1.0-B1×CW）= 20.3%×1.63+（1.0-20.3%）×4.18= 3.66kJ/(kg.K)式中 Cw水的比熱容kJ/(kg.K) 為簡化計(jì)算，假定蒸煮醪的比熱容在整個(gè)蒸煮過程維持不便。（1經(jīng)噴射液化加熱后蒸煮醪量為： 9975.14 + 9975.14×3.66×（88-55） = 10481.1（kg） 2748.9-88×4.18式中 2748.9噴射液化器加熱蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K）（2）經(jīng)二液化維持罐出來的蒸煮醪量為：10

22、481.1 10481.1×3.66×（88-84） = 10414.0(kg) 2288.3式中 2288.3第二液化維持罐的溫度為84度下飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/K) (3)經(jīng)噴射混合加熱器后的蒸煮醪量為；10414.0 + 10414.0×3.66（115-84） =10934.9(kg) 2748.9-115×4.18式中 115滅酶溫度（攝氏度）2748.90.5Mpa飽和蒸汽的焓（kJ/K）（4）經(jīng)汽液分離器后的蒸煮醪量： 10934.9 - 10934.9×3.66（115-104.3） = 10744.2(kg) 2245式中

23、 2245104.3攝氏度下飽和蒸汽的汽化潛熱(kg)（5）經(jīng)真空冷卻后最終蒸煮醪量為： 10744.2 - 10744.2×3.66（104.3-63） =10020.8(kg) 2351式中 2351真空冷卻溫度為63攝氏度下的飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/K)6.      糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算社發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10%（體積分?jǐn)?shù)），相當(dāng)于8.01%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。并設(shè)蒸煮效率為98%，而且發(fā)酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分別為成熟醪量的5%和1%則生產(chǎn)1000kg95%（體積分?jǐn)?shù)）酒精成品有關(guān)的計(jì)算如下：（1）

24、0;   的成熟發(fā)酵醪量為：F1 = 1000×92.41% ×（100+5+1） ÷100 = 124477(kg)98%×8.01% （2）    不計(jì)酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為：12477÷106% = 11771(kg)（3）    入蒸餾塔的城市醪乙醇濃度為：1000×92.41% =7.56%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）98%×12477（4）    相應(yīng)發(fā)酵過程放出CO2總量為：1000×92.4

25、1% × 44 =902(kg) 98% 66(5)接種量按10%計(jì)，則酒母醪量為：11771+902 ×10% = 1152.1(kg)（100+10）÷100（6）    化醪量酒母醪的70%是糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為11771+902 1152.1× 70% = 12327(kg)（100+10）÷1007.成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算（1）醛酒產(chǎn)量在醛塔取酒一般占成品酒的1.2%3%，在保證主產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，醛酒量取得越少越好。設(shè)醛酒量占成品酒精的2%，則生產(chǎn)1000kg成品酒精可得次品酒精

26、兩為：100×2% = 20 （kg）（2）普通三級酒精酒精產(chǎn)量每產(chǎn)生1000kg酒精，其普通三級酒精產(chǎn)量為： 1000-20 = 980 (kg) （3）雜醇油產(chǎn)量雜醇油通常為酒精產(chǎn)量的0.3%0.7%，取平均值0.5%，則淀粉原料生產(chǎn)1000kg酒精副產(chǎn)雜醇油量為：1000×0.5% = 5 （kg）（4）廢醪量的計(jì)算廢醪量是進(jìn)入蒸餾塔的成熟發(fā)酵醪減去部分水和酒精成方及其揮發(fā)成分后的殘留液。此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加熱，所以還需加上入塔的加熱蒸汽冷凝水。醪塔的物料和熱量蘅算如圖所示：醪塔 V1 Q3=V1tF1 Q1=1FC1t D1 Q4= Q4+ D1t4 Q1

27、=1FC1tWx+ D1圖二.的物料和熱量衡算設(shè)進(jìn)塔的醪液（F1）的溫度t1=70度，排除廢醪的溫度t4=105度：成熟醪固形物濃度為B1=7.5%，塔頂上升酒器的乙醇濃度50%（體積分?jǐn)?shù)）即47.18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。則：    醪塔上升蒸汽量為: V1=12477× 7.56 =1999（kg） 47.18%    殘留液量為:Wx = 12477-1999 = 10478 (kg)    成熟醪比熱容為：c1 = 4018×(1.019-0.95B1) =4018×(1.

28、019-0.95*7.5%) =3.96kJ/(kg.K)    成熟醪帶入的熱量為：Q1 = F1×c1×t1 = 12477×3.96×70 =3460000(kg)    蒸餾殘液固形物濃度為： B2 = F1×B1 = 12477×7.5% =8.93% Wx 10478此計(jì)算是間接加熱，故沒有蒸汽冷凝水的工藝。    蒸餾殘液的比熱容為:C2+4018（1-0.378B2） = 4.03Kj/(kg.K)  

29、0; 塔底殘留液帶出熱量為： Q4 = Wx×c2×t4=10478×4.03×105=4430000(kJ)查附表得50%（體積分?jǐn)?shù)）酒精蒸汽焓為I=1965kJ/kg,故有：    上升蒸汽帶出熱量為：Q3= V1×I = 199×1965=3930000(kJ)塔底采用0.05Mpa（表壓）蒸汽加熱，焓為2689.8kJ/kg;又蒸餾過程熱損失Qn可取為傳熱總熱量的1%。根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為： D1 = Q3+Q4+Qn-Q1 I-cwt4= 3930000×4430000-3

30、460000 (2689.8-418000)×99%=2199(kg)若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪為：Wx + D1 =10478+2199 =12677(kg)8.100000噸/年淀粉原料酒精廠總物料衡算前面對淀粉原料生產(chǎn)1000kg酒精（95%）進(jìn)行了物料平衡計(jì)算，以下對100000噸/年甘薯干原料酒精廠進(jìn)行計(jì)算。（1）    酒精成品日產(chǎn)普通三級酒精為：100000÷300=333.33（t）日產(chǎn)次級酒精為：333.33×（2÷98）=6.80（t）日產(chǎn)酒精總量為：333.33+6.80=340.13（t）實(shí)際

31、年產(chǎn)量為：普通三級酒精量為：333.33×300=100000（t/a）次級酒精量為：6.80×300=2040（t/a）酒精總產(chǎn)量為：100000+2040=102040（t/a）（2）    主要原料甘薯干用量日消耗量： 2319.8×340.13=118356.20（kg）年消耗量： 118356.20×300=35506.86（kg）淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮粉漿量、糖化醪、酒母醪、蒸煮發(fā)酵醪等每日量和每年量均可算出，衡算結(jié)果見表。15000噸/年淀粉原料酒精廠物料衡算表數(shù)量物料生產(chǎn)1000kg95%酒精物料量（kg

32、）每小時(shí)數(shù)量(kg)每天數(shù)量(t)每年數(shù)量(t)普通酒精98013917334100000次級酒精20292.57.022106甘薯干2319.832962791.1237329-淀粉酶92819.30.464139.2糖化酶23.3733.80.811243.3硫酸氨1.151.660.04120硫酸5.010.40.2575蒸煮粉漿9975.1420781.5498.76149627.1成熟蒸煮醪10020.820876.7501.04150312糖化醪1232725681.25616.35184905酒母醪1152.12400.257.617281.5蒸煮發(fā)酵醪1247725993.75

33、623.85187155雜醇油510.40.2575二氧化碳9021879.1745.113530廢渣1267726410.4633.85190155(二)普通三級酒精發(fā)酵車間的物料衡算 1.酒精發(fā)酵工藝流程示意圖酒精發(fā)酵采用淀粉原料，雙酶法糖化，間歇發(fā)酵。其工藝流程示意圖如圖一。 2.工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）    主要技術(shù)指標(biāo)如表所示酒精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a100000生產(chǎn)方法間歇發(fā)酵年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)量t/d334產(chǎn)品質(zhì)量純度95% 倒罐率%1發(fā)酵周期h70發(fā)酵初糖kg/m3150淀粉轉(zhuǎn)化率%98 糖酸轉(zhuǎn)化率%50

34、酒精提取率%98（2）主要原材料質(zhì)量指標(biāo)淀粉原料的淀粉含量為76.7%，含水14%。（3）種子培養(yǎng)基（g/L）水解糖25，甘薯干粉16%20%，NH4SO40.5%,尿素0.5%。H2SO41。01。2%（4）酵培養(yǎng)基（g/L）水解糖150，甘薯干粉16%20%，尿素0.3%，-淀粉酶1.0%。接種量3.酒精發(fā)酵車間的物料衡算首先計(jì)算1000kg純度為95%的酒精耗用的原材料及其他料量。（1）    發(fā)酵液量 V1=1000÷（150×50%×98%×95%） = 14.3（m3）式中 150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）

35、 50%糖酸轉(zhuǎn)化率 98%淀粉轉(zhuǎn)化率 98%酒精提取率（2）    發(fā)酵液配制需水解糖量以純糖算， G1=V1×150=2148（kg） (3)二級中液量 V2=10%×14.32=1.432(m3) (4)二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2=25V2 =25×1.432=35.8（kg）式中 25二級種液含糖量（kg/m3） (5)生產(chǎn)1000kg普通三級酒精所需水解糖總量為： G=G1+G2 =2148+35.8=2183.8（kg）（6）耗用淀粉原料量理論上，1000kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用淀粉原料量為：

36、 G淀粉=2183.8÷（76.7%×98%） =2617.39（kg）式中 76.7%淀粉原料含純淀粉量 98%淀粉糖化轉(zhuǎn)化率（7）尿素耗用量二級種液耗尿素量為： 0.3V2=0.3×1.432=0.43（kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為： 0.5V1=626.4（kg）故共耗尿素量為： 7.16+0.45=7.59（kg）（8）二級種液耗用（NH4）2SO4量： 0.5×1.432=0.716（kg）（9）種子液耗淀粉酶量為： 0.1×14.32=1.718（kg）（10）種子液H2SO4耗用量： 1.2×1.432=1.718（kg）1

37、00000噸/年酒精廠發(fā)酵車間的物料衡算表物料名稱每生產(chǎn)1噸酒精（95%）的物料量100000噸/年酒精生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）14.314300004766.67二級種液（m3）1.43143000476.67發(fā)酵水解糖（kg）2148214800000716000二級種液培養(yǎng)用糖（kg）38.5385000012833.33水解糖總量（kg）2183.8218380000727933.33淀粉）（kg）2617.39261739000872463.33尿素（kg）7.597590002530硫酸氨（kg）0.71671600238.67-淀粉酶（kg）1.43214320047

38、7.33硫酸（kg）1.718171800572.67(三)100000噸酒精發(fā)酵車間水衡算采用間歇發(fā)酵過程，從糖化鍋內(nèi)分出糖化醪到酒母培養(yǎng)罐需要加入水進(jìn)行稀釋。1.      酒母糖化醪稀釋用水（補(bǔ)充60溫水與用作酒母的糖化醪應(yīng)滿足發(fā)酵接種量10%的需要。）因此，補(bǔ)充水量為：m1 = 93%G1*10%-7%G1 = 4832.9*93%*10%-7%*4832.9 = 111.16(kg/h)式中 93%淀粉原料加入發(fā)酵鍋的量 7%淀粉原料加入種子液中的量 10%接種量 4832.9淀粉質(zhì)原料耗用量（kg/h）2.  &

39、#160;   酒母糖化醪殺菌后冷卻水用量為：m2 = m糖化醪*3.66×(80-27 ) 4.18×(25-17) = 25681.2×53.66×53 4.18×18 = 66210(kg/h)式中 25681.25糖化醪用量（kg/h）3.66蒸煮醪比熱容kJ/(kg.K)4.18水的比熱容kJ/(kg.K)80殺菌溫度27冷卻后溫度17冷卻水進(jìn)口溫度25冷卻水出口溫度3.      酒母培育冷卻水用量：m3=Q3/4.18×（25-17） = 85900

40、4.18×8 =2568.78(kg/h)式中Q3酒母培育反應(yīng)熱(kJ/h) 4.18水的比熱容kJ/(kg.K) 25冷卻水出口溫度（） 17冷卻水進(jìn)口溫度（）4.      發(fā)酵過程冷卻用水：m4= Q2/4.18×(27-20) = 752000 4.18×7 =25700.6(kg/h)式中 Q2發(fā)酵生物反應(yīng)熱kJ/(kg.K)4.18水的比熱容kJ/(kg.K)27冷卻水出口溫度（）20冷卻水進(jìn)口溫度（）5.      酒精捕集器用水：m5= 5%F

41、47;(1+1%+5%) =5%×20876.7÷1.06 =984.75(kg/h)式中 F成熟醪量(kg/h)5%酒精捕集器回收酒精洗水占熟醪量的比例6.      洗罐用水量：m6=1%F÷(1+1%+5%) =0.01×20876.7÷1.06 =196.95(kg/h)式中 1%洗罐用水占熟醪量的比例二.設(shè)備計(jì)算與選型（一）發(fā)酵設(shè)備的計(jì)算與選型1.      生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定（1）發(fā)酵罐容積的確定：隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)發(fā)酵罐的

42、廠家越來越多，現(xiàn)有的發(fā)酵罐容積量系列如5，10，20，50，75，100，120，150，250，500m3等等。究竟選多大容積的好呢？一般來說單罐容積越大，經(jīng)濟(jì)性能越好，奉獻(xiàn)就也越大，要求技術(shù)管理水平也越高。另一方面，屬于技術(shù)改造適當(dāng)擴(kuò)建的項(xiàng)目，考慮原有的規(guī)模發(fā)酵罐的利用和新增發(fā)酵罐的統(tǒng)一管理，可取與原有發(fā)酵罐相同的容積；而新建的單位和車間，應(yīng)盡量減少設(shè)備數(shù)量，在技術(shù)管理水平永許的范圍內(nèi)，盡量取較大容積的發(fā)酵罐?，F(xiàn)取200m3（2）    能力的計(jì)算：現(xiàn)每天生產(chǎn)95%純度的酒精334噸。酒精發(fā)酵周期為70小時(shí)（包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間）。則每

43、天需糖液體積為V糖。每天產(chǎn)純度為95%的普通三級334噸，每噸酒精需糖液為： 12327/1080=11.4（m3） V糖=11.4×334×95% =3617.22（m3）發(fā)酵罐的填充系數(shù)為0.850.9，現(xiàn)取=0.9；則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為V0（發(fā)酵周期為70小時(shí)）。 V0= V糖/=3617.22/0.9=4019.1（m3）（3）    發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：計(jì)算發(fā)酵罐容積時(shí)有幾個(gè)名稱需明確。裝液高度系數(shù)，指圓筒部分高度系數(shù)，封底則與冷卻罐、輔助設(shè)備體積相抵消。公稱容積，是指罐的圓柱部分和底封頭容積之和。并圓整為整數(shù)：上封頭因無法裝液，

44、一般不計(jì)入容積。罐的全容積，是指罐的圓柱部分和兩封頭容積之和。現(xiàn)取單罐公稱容積為1100m3厭氧發(fā)酵罐，則需發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為n1。 n1= V0t V總×24= 4019.1×701100×0.9×24=12（個(gè)）取公稱容積1100m3發(fā)酵罐11個(gè)；實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：1100×0.9*12× 300 =107187.97（噸/年）11.4 70/24富裕量為 107187.97-100000 = 7.19%，能滿足產(chǎn)量要求。1000002.      主要尺寸的計(jì)算現(xiàn)按公稱容積1100m3的

45、發(fā)酵罐計(jì)算。H=1.5D h上=0.12D h下=0.09D V全= 3.14D2（H+h上/3+h下/3） 41100= 3.14D2（1.5D +0.12D/3 +0.09D/3） 40 D=9.6m H=14.4m h上=1.152m h下=0.864mV全= 0.785×9.62(14.4+1.152+0.864) = 1187.6m3(4)總表面幾計(jì)算：罐體圓柱部分表面積：A1=DH =3.14×9.6×14.4 =434.07 m3罐頂表面積： A上=R( R2+h上2)1/2 =3.14×9.6/2×(4.82+0.8642) =

46、73.5m2 罐底表面積： A下=R( R2+h下2)1/2 = 3.14×9.6/2×(4.82+1.1522) =74.4m2 罐體總表面積：A總= A1+ A上+ A下 =434.07+73.5+74.4= 581.97 m23.    冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸：（1）    冷卻面積的計(jì)算： A= Q K×Tm式中 Q發(fā)酵反應(yīng)熱(kg/h) K總傳熱系數(shù)(kg/(m.h. Tm冷卻水的溫差其中 Q = Qa-（Qb+Qc）式中 Qa生物反應(yīng)熱kJQb蒸發(fā)損失熱kJQc罐壁向環(huán)境散熱kJ其中

47、Qa = msq= 1155000×418.6×1%=4835000(kJ/h)式中 m每罐糖液質(zhì)量(kg)s糖度降低百分值%q每千克麥芽糖放出熱量（418.6kJ） Qb = 5% Qa= 0.05×4835000 = 241750(kJ/h) Qc = 10% Qa =0.1×4835000 =483500(kJ/h)所以 Q= Qa-（Qb+Qc）=4835000-（241750+483500）=4109750(kJ/h)（2）    冷卻水耗量： W = Q Cw（T2- T1） = 4109750 4.18（27-

48、20） =140456(kg/h)式中 Q發(fā)酵生物反應(yīng)熱(kJ/h)Cw水的比熱容kJ/(kg.)T2冷卻水出口溫度（）T1冷卻水進(jìn)口溫度（）（3）    對數(shù)平均溫差計(jì)算： Tm= （30-20）-（30-27）2.3（30-20）/（30-27） =5.83（）（4）    傳熱總系數(shù)K值確定 選取蛇管為水煤氣輸送管，規(guī)格為53/60mm。則管的橫截面積為：0.    785×（0.05）2=0.0022（m2） 設(shè)管內(nèi)同心裝兩列蛇管，并同時(shí)進(jìn)冷卻水，則水管內(nèi)流速為； v = W 3600&

49、#215;10×0.0022×1000 = 1.77m/s設(shè)蛇管圈直徑為4m，由水溫表查得水溫20時(shí)，常數(shù)A=6.45K1 = 4.186A （v）0.8 (1+1.77D/R) D0.7 =4.186×6.45×（1.77×1000）0.8 （1+1.77×0.053/2）0.    0530.7 =87585kJ/(m2.h.)式中 v為質(zhì)量流速（） K2按經(jīng)驗(yàn)取2700 kJ/(m2.h.) 所以，總傳熱系數(shù)為： 1K = 1 + 1 + 0.0035 + 1 K1 K2 188 16750 = 1 1/87585+1/2700+0.0035/188+1/16750 = 2178.6 kJ/(m2.h.)式中 188鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)kJ/(m2.h.)1/16750管壁水污垢層的熱阻(m2.h.)/kJ0.0035管子壁厚m4.      冷卻面積和主要尺寸：A = Q K×Tm= 4109750 2178.6×5.83=323.6 （m2） 兩列蛇管長度： L = A Dcp= 323.6 3.14×0.0565= 1823.7m式中 D