【導(dǎo)讀】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。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。一個國家經(jīng)濟(jì)實力的標(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)化為乙醇，生成酒精。此法原料來源豐富，生產(chǎn)過程環(huán)保，本設(shè)計對酒精生產(chǎn)的發(fā)酵車間進(jìn)行了計算和設(shè)備選型，力求理論和實踐

　　

【正文】 水分 13% （ 8）酶用量 α 淀粉酶用量為 8 u/g 原料，糖化酶用量為 100 u/g 原料，酒母糖化醪用糖化酶量 200 u/g 原料。 （ 9）硫酸氨用量 8 kg/t（酒精）。 （ 10）硫酸用量（調(diào) PH 用） kg/t（酒精）。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 原料消耗的計算 （ 1） 淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式： 糖化： （ C6H10O5） n + nH2O—— nC6H12O6 162 18 180 發(fā)酵： C6H12O6—— 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 (2) 生產(chǎn) 1000kg 燃料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（乙醇含量 %算）所耗的淀粉量為： 1000 % 162247。 92=（ kg） (4) 生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精實際淀粉消耗量 實際上，整個生產(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)實際經(jīng)驗，各階段淀粉損失率如表所示。 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 加酒精補(bǔ)集器 蒸煮糖化 淀粉殘留及糖分損失 發(fā)酵 發(fā)酵殘?zhí)? 發(fā)酵 巴斯德效應(yīng) 發(fā)酵 酒汽自然蒸發(fā)與被 CO2帶走 蒸餾 廢糟帶走等 脫水 脫水損失 總計損失 假定發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)有酒精撲集器，則淀粉損失率為 %。故生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精需淀粉量為： =（ kg） 100%% 這個原料消耗水平相當(dāng)于淀粉出酒率為 1000247。 =%，這達(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。 1616 （ 5） 生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精甘薯干原料消耗量 據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給出，甘薯干原料含淀粉 68%，故 1t酒精耗甘薯干量為： 247。 %=（ kg） 若應(yīng)用液體曲糖化工藝。并設(shè)每生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精需要的糖化劑所含淀粉量為G1，則淀粉原料需用量為： 68% （ 6）α 淀粉酶消耗量 應(yīng)用酶活力為 20 000u/g 的 α – 淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗量。α 淀粉酶用量按 8u/g 原料計算。 酶用量為： 1000 8 =（ kg） 20200 (7)糖化酶耗用量 若所用糖化酶的活力為 100 000u/g，使用量為 100u/g 原 料，則糖化酶消耗量為： 1000 100 =（ kg） 100 000 此外，酒母糖化酶用量按 200u/g（原料）計，且酒母用量為 10%，則用酶量為： 10% 70% 200 =（ kg） 100 000 式中 70%為酒母的糖化液占 70%，其于為稀釋水和糖化劑。 （ 8） 硫酸銨耗用量 硫酸銨用于酒母培養(yǎng) 基的補(bǔ)充氮源，其用量為酒母量的%，設(shè)酒母醪量為 G0，則硫酸銨耗量為： %G0 蒸煮醪量的計算 根據(jù)生產(chǎn)實踐，淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為 1： ： （ 1+3） = （ kg） 蒸煮過程使用直接蒸汽加熱，在后熟器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，故蒸煮醪的精確計算必須與熱量衡算同時進(jìn)行，因而十分復(fù)雜。為簡化計算，可按下述方法近 似計算。 假定用噴射液化連續(xù)蒸煮工藝。調(diào)漿的粉漿溫度為 50℃，應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至 105℃，然后進(jìn)入維持管保溫液化 5~8 分鐘，真空閃急蒸發(fā)冷卻至 95℃后進(jìn)入液化罐反應(yīng) 60分鐘后，進(jìn)真空冷卻器冷卻至 63℃后糖化 30 分鐘。 干物質(zhì)含量 B0=87%的薯干比熱容為； C0 = （ ） = [kJ/()] 粉漿干物質(zhì)濃度為： B1 = 87/（ 4 100） =% 蒸煮醪比熱容為： C1 = B1 C0+（ ） CW = % +（ %） = [kJ/()] 式中 Cw—— 水的比熱容 [kJ/()] 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 為簡化計算，假定蒸煮醪的比熱容在整個蒸煮過程維持不變。 （ 1經(jīng)噴射液化加熱后蒸煮醪量為： + （ 10550） = （ kg） 式中 —— 噴射液化器加熱蒸汽（ ）的焓（ kJ/K） （ 2）經(jīng)二液化維持管出來的蒸煮醪溫度降為 102℃ ， 量為： – （ 105102） = (kg) 2253 式中 2253—— 第二液化維持罐的溫度為 102 度下飽和蒸汽的汽化潛熱 (kJ/K) (3)經(jīng)閃蒸汽液化分離器后的蒸煮醪量為； （ 10295） = (kg) 2271 式中 2271—— 95℃飽和蒸汽的汽化潛熱 (kg) （ 4）經(jīng)真空冷卻后最終蒸煮醪量為： （ 9563） =(kg) 2351 式中 2351—— 真空冷卻溫度為 63℃ 下的飽和蒸汽的汽化潛熱 (kJ/K) 糖化醪與發(fā)酵醪量的計算 設(shè)發(fā)酵結(jié)束后 成熟醪量含酒精 10%（體積分?jǐn)?shù)），相當(dāng)于 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。并設(shè)蒸煮效率為 %，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) 1000kg %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 酒精成品有關(guān)的計算如下： （ 1）需蒸餾 的成熟發(fā)酵醪量為： F1 = 1000 % （ 100+5+1） 247。100 = 13 (kg) % % （ 2） 若 不計酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為： 13 247。 106% = (kg) （ 3） 入蒸餾塔的城市醪乙醇濃度為： 1000 =%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） % （ 4） 相應(yīng)發(fā)酵過程放出 CO2 總量為： 1000 % 44 = (kg) 98% 66 (5)接種量按 10%計，則酒母醪量為： + 10% =(kg) （ 100+10） 247。100 （ 6） 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 + + 70% = (kg) （ 100+10）247。 100 1818 成品與發(fā)酵醪量的計算 （ 1）醛酒產(chǎn)量 在醛塔取酒一般占成品酒的 %— 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兩為： 100 2% = 20 （ kg） （ 2）燃料酒精產(chǎn)量 每產(chǎn)生 1000kg 酒精，其燃料酒精產(chǎn)量為： 100020 = 980 (kg) （ 3）雜醇油產(chǎn)量 雜醇油通常為酒精產(chǎn)量的 %— %，取平均值 %，則淀粉原料生產(chǎn) 1000kg 酒精副產(chǎn)雜醇油量為： 1000 % = 5 （ kg） （ 4）廢醪量的計算 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： V1 Q3=V1t F1 Q1=1FC1t D1 Q4= Q4’ + D1t4 Q1=1FC1t Wx+ D1 圖二 . 醪塔的物料和熱量衡算平衡圖 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：成熟醪固形物含量為 B1=%，塔頂上升酒器的乙醇濃度 50%（體積分?jǐn)?shù)）即 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。則： ① 醪塔上升蒸汽量為 : V1= % =（ kg） % ② 殘留液量為 : Wx = = (kg) ③ 成熟醪比熱容為： c1 = () = ( %) = [kJ/()] ④ 成熟醪帶入塔的熱量為： Q1 = F1 c1 t1 醪 塔 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 = 13 70 =(kg) ⑤ 蒸餾殘液固形物含量為： B2 = F1 B1 = 12477 % =% Wx 此計算是間接加熱，故沒有加熱蒸汽冷凝水的工藝。 ⑥ 蒸餾殘液的比熱容為 : C2=（ ） = [Kj/()] ⑦ 塔底殘留液帶出熱量為： Q4 = Wx c2 t4 =11 105 = (kJ) 查附表 得 50%（體積分?jǐn)?shù)）酒精蒸汽焓為 I=1965kJ/kg,故有： ⑧ 上升蒸汽帶出熱量為： Q3= V1 I = 1965 = (kJ) 塔底采用 （表壓）蒸汽加熱，焓為 。又蒸餾過程熱損失 Qn 可取為傳遞總熱量的 1%。根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為： D1 = Q3+Q4+QnQ1 Icwt4 = + ( 105) 99% = (kg) 若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪為 ： Wx + D1 =+ =13553(kg) 60000 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 燃料酒精（ %，體積分?jǐn)?shù) ）進(jìn)行了物料平衡計算，以下對 60000 噸 /年甘薯干原料燃料酒精廠進(jìn)行計算。 （ 1） 酒精成品 日產(chǎn)燃料酒精量為： 60000247。 300=200（ t） 日產(chǎn)次級燃料酒精量為： 200（ 2247。 98） =（ t） 日產(chǎn)酒精總量為： 200+=（ t） 實際年產(chǎn)量為： 普通燃料酒精量為： 200 300=60000（ t/a） 次級燃料酒精量為： 300=1224（ t/a） 酒精總產(chǎn)量為： 2020 60000+1224=61224（ t/a） （ 2） 主要原料甘薯干用量 日消耗量： =575 （ kg） 年消耗量： 575 300=172 （ t） 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。 60000噸 /年淀粉原料酒精廠物料衡算表 數(shù)量 物料 生產(chǎn) 10