【文章內(nèi)容簡介】 ）整個的生產(chǎn)的過程中所生成的一些中間產(chǎn)品，其中主要為一些繆類，例如蒸煮繆，酒母繆以及發(fā)酵繆等；（ 3）最后的即為在生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品及最終所要得到的的成品。下面就三個部分作詳細計算。 我們欲進行物料衡算，首先 得知道本設計的相關要求及給的一些相關參數(shù)，以下即為該設計的工藝技術要求及基礎數(shù)據(jù)： 武漢輕工大學 8 （ 1）本設計的生產(chǎn)的酒精數(shù)量為每年生產(chǎn) 10000 噸 普通三級 酒精； （ 2） 被設計的生產(chǎn)酒精的主要方法為通過 α 淀粉酶和糖化酶來進行糖化的雙酶法以及使用間歇發(fā)酵和三塔蒸餾的方法； （ 3）本酒精的生產(chǎn)設計的工作時間為每年是 300 天，這能夠提供足夠的時間進行工作與休整儀器 （ 4）在該生產(chǎn)設計中，工廠的每一工作日的酒精的產(chǎn)量為 334 噸，則工廠一年的酒精產(chǎn)量為 100200 噸，其中多余的 200 噸為次品酒精； （ 5）本設計的生產(chǎn)的酒精的質(zhì)量 標準為普通的三級酒精即生產(chǎn)的該酒精中的乙醇的體積分數(shù)為 95%； （ 6）該酒精的生產(chǎn)通過淀粉的糖化發(fā)酵來生成，所以本設計選用了價格相對的低廉，淀粉含量相對的高的木薯，在木薯中，其淀粉含量為 68%，水分含量為 13%； （ 7）在本設計中所選用的 糖化淀粉的 α 淀粉酶和糖化酶的活力分別為8u/g,100u/g，而其中酒母糖化繆的糖化酶的 活力為 200u/g，而 H2SO4和 NH4SO4等化學物質(zhì)的用量標準為 (酒精 )和 8kg/t(酒精 )。 整個生產(chǎn)過程中全部的 原料 的 消耗的計算 每生產(chǎn) 本設計是通過在酶的作用 下將木薯中的淀粉 淀粉原料 分解為葡萄糖，然后在發(fā)酵的菌種的作用下將葡萄糖發(fā)酵最終生成酒精，從而得到所需產(chǎn)物，以下即為由木薯生產(chǎn)酒精所經(jīng)歷的兩個反應 ： 糖化 階段 ： （ C6H10O5） n + nH2O—— nC6H12O6 162 18 180 發(fā)酵 階段 ： C6H12O6—— 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 首先 由上述的數(shù)據(jù)得知三級酒精 的乙醇的體積分數(shù)為 ,則可得知其質(zhì)量分數(shù)為 %,即 1000kg三級酒精所對應的乙醇質(zhì)量為 ,在由以上化學式中乙醇與淀粉間的對應關系得到每生成 1000kg 三級酒精所對應的淀粉的理論量為： *(162/92) =（ kg） 以上得到的為每生產(chǎn) 1000kg 三級酒精所理論所耗費的淀粉量，然而在整個的生產(chǎn)過程中有著各種各樣的復雜的物理與化學反應，而且在整個的生產(chǎn)流程中，有著相當大的一部分需要著人類的判斷，這些就必然致使實際的過程不可能完全與我們在紙上設計的一樣，這就是使得產(chǎn)品的實際產(chǎn)率低于理論值。 我查表得知在生產(chǎn)的各個階段的淀粉的損失值，如下表： 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 率 /（ %） 備 注 原料處理 粉塵損失 加酒精捕集器 蒸煮糖化 淀粉殘留及糖分破壞 武漢輕工大學 9 發(fā)酵 發(fā)酵殘?zhí)? 發(fā)酵 巴斯德效應 發(fā)酵 酒氣自然蒸發(fā)與被CO2帶走 蒸餾 廢糟帶走等 脫水 脫水損失 總計損失 由上表得知，我們整個的 發(fā)酵系統(tǒng) 假定設有酒精撲集器，則 我們可以得知 淀粉 的 損失率 在整個生產(chǎn)過程中 為 %。 由此我們每得到的 1000kg 普通三級酒精所實際的耗費 淀粉 的質(zhì) 量為： (100%9%) =（ kg） 下面來檢驗以淀粉這種原料來生產(chǎn)酒精是否達到了我國生產(chǎn)酒精的先進的出酒率水平，計算得知淀粉 這 種 原料 的 出酒率 為 1000/=%，從而以淀粉來生產(chǎn)酒精是可取的，其達到了先進水平 。 上文給出的數(shù)據(jù)告訴我們木薯這種農(nóng)作物中淀粉的含量為 68%，從而工廠中生產(chǎn) 1000kg 普通三級酒精 所消耗的 木 薯干 這一種農(nóng)作物質(zhì) 量 為： （ kg） 在實際的生產(chǎn)過程中，如果要得到的精確值，我們還必須考慮到生產(chǎn)過程中所加入的糖化劑的量，糖化劑的成分中也含有著淀粉，計算時需將其除去，例如假設我們 應用液體曲糖化 這一種 工藝 技術，這時我們設在 生產(chǎn) 1000kg 的 酒精 所加入的 糖化劑 中 所含 有的 淀粉 質(zhì) 量為 G1，則 實際所需要另加的 淀粉原料量為： （ ） /68% 生產(chǎn)中所消耗 的酶主要是在 物料的 蒸煮糖化過程中 所使用的 a淀粉酶和 糖化 酶 以及酒母糖化酶 ，這里所使用的 α –淀粉酶的酶活力為 20200u/g，其加量的標準為 8u/g 原料，而 糖化 酶的酶活力為 100000u/g，其加量標準為 100u/g，另一種酒母糖化酶的加量標準為 200u/g，且酒母的用量為原料的 10%即為 。則可得知為使淀粉液化，糊化所耗用的 a淀粉酶及糖化酶 以及酒母糖化酶 的量分別為： a淀粉酶： *1000*8/(20200*1000) =（ kg） 糖化 酶 ： *1000*100/(100000*1000)=（ kg） 酒母糖化酶： *70%*200/100000=（ kg） , 式中酒母糖化液占 70%。 兩項合計，糖化酶用量為 。 在蒸煮糖化車間 物料衡算 查表知在生產(chǎn)過程中淀粉原料與加的水的比例為 1： 2。由此我們得知進入蒸煮罐的混合物的量為： *（ 1+2） =(kg) 武漢輕工大學 10 我們查資料知在酒精的生產(chǎn)過程中的淀粉漿的蒸煮工藝為：首先在調(diào)漿罐中將粉漿的溫度維持為 50℃ ，隨后利用噴射液化器升溫至 105℃，噴射液化器不僅能夠迅速的 升溫并能夠提供粉漿一個適合的初速度已進入下一個儀器進行下一步操作，但由于噴射液化器只是一個粉漿暫時停留的地方，因此我們須將已升溫的粉漿轉(zhuǎn)入維持罐，最后在進入 液化罐前使用真空閃急蒸發(fā)冷卻直至 95℃，在液化罐靜置 60min 后，再一次使用 真空冷卻器進行冷卻至 63℃，這時粉漿就已經(jīng)完全蒸煮完成了。在以上的這些流程中由于使用的是 直接蒸汽加熱， 這使得進行加熱的蒸汽與粉漿混合在了一起，并且在后續(xù)的設備中進行了 減壓蒸發(fā)、冷卻降溫 這些操作，這使得 粉漿的量再一次發(fā)生了變化。因此，為了精確計算蒸煮醪，我們必須與熱量衡算同時進行 。 這是非常復雜的，我們完全沒有這個精力，在這里只進行近似的計算。下圖為其蒸煮工藝的流程圖： 查資料知 木薯干的 干物質(zhì) 的 含量 為 w0=87%，則可知木薯 的比熱容為； c0 = *（ ） = [kJ/()] 由于木薯粉漿中木薯粉與水的加入量的比例為 1： 2，則可知粉漿中木薯中的干物質(zhì)在粉漿中的含量為 ： w1 = 87/（ 3*100） =% 從而我們可以得知 蒸煮醪 的比熱容即木薯中的干物質(zhì)與其 中的水的比熱容之和是 ： c1 = w1c0+（ ） cw = %*+（ %） * = [kJ/(kg. K)] 其中的 cw是純 水的比熱容 ，單位為 [kJ/(kg. K)] ， 為 了 簡化 以下的 計算， 我們在這里 假定 了在整個的蒸煮的過程中 蒸煮醪的比熱容 都 維持不 變 。首先我們計算經(jīng)過第一步后的蒸煮醪量 ，即經(jīng)過噴射加熱器后的蒸煮 醪量。在這里我們根據(jù)熱量衡算來求得為了使蒸煮醪的溫度升為 105℃所需的蒸汽量，然后用初始的 蒸煮 醪加上蒸汽量即為進入液 化維持罐的量。 武漢輕工大學 11 進入噴射液化器的蒸煮醪升溫所需熱量為： **（ 10550） =(KJ) 則所需蒸汽量為： (*)=685(kg),其中的 為噴射液化器的加熱蒸汽在壓強為 下的 的焓，單位為（ kJ/K）。 則進入液化維持罐的 蒸煮醪量為： +685= (kg) 經(jīng)液化維持 管 的降溫后蒸煮醪放 出來的 熱量為： **（ 105102） =(KJ) 則得到放出的蒸汽量為： (kg)，其中 2253 為飽和蒸汽在溫度為 102℃ 度下的汽化潛熱，單位為 (kJ/K)。 則進入 閃蒸汽液分離器的蒸煮醪量為： –= (kg) 蒸煮醪在 閃蒸汽液分離 器 中放出的熱量為 ；**(10295)=(KJ) 同樣的蒸發(fā)的水為： (kg)， 式中 ， 2271 為 95℃下 飽和蒸汽的汽化潛熱，單位為（ kJ/kg） 進入真空冷 卻器的蒸煮醪液量為： = (kg) 在 真空冷卻 中放出的熱量為： **(9563)=(KJ) 此設備內(nèi)蒸發(fā)的水分為： (kg)， 式中 2351 為真空下溫度為 63 攝氏度時的飽和蒸汽的汽化潛熱，單位為 (kJ/kg) 最終 得到的 蒸煮醪 液 量為： =(kg) 發(fā) 酵 車 間 的 物 料 衡 算 在發(fā)酵車間的 物料衡算計算主要 有糖化醪及 發(fā)酵 醪等醪量的計算，還 有各級種子罐中發(fā)酵液 及一些化學物 的計算，而糖化醪量的計算主要是通過 得到的酒精質(zhì)量來反推所得到的，這種方法能夠更加迅速的得到所需求取的量。 例如 在本設計中，我們假設在發(fā)酵結(jié)束后的得到的成熟醪中，酒精的體積分數(shù)占 10%， 即 酒精在成熟醪中的 質(zhì)量分數(shù)為 %。 現(xiàn)在我們得到 成熟醪的 蒸 餾 效率為 %，而且由于發(fā)酵罐有著酒精捕集器，而且在酒精捕集器的作用下， 酒精洗水和洗罐武漢輕工大學 12 的 用水 的量 分別為成熟醪量的 5%和 1%（質(zhì)量分數(shù)） ,由此我們可 以通過使用以上給出的的這些數(shù)據(jù)來求 知 發(fā)酵車間的一些數(shù)值 ： 由上述數(shù)據(jù)知三級酒精的質(zhì)量分 數(shù)為 %，則 最終得到的 1000kg 三級酒精中的乙醇量為 ，則未經(jīng)過酒精捕集器和洗罐前的乙醇含量為： *(1++)=(kg) 又由 成熟醪的蒸餾效率為 %及 酒精在成熟醪中的質(zhì)量分數(shù)為 %，則未進行蒸餾的 成熟發(fā)酵 醪量為： (%*%))=(kg) 若 沒有設置 酒精捕集器和洗罐 的 用