【正文】 2%= （ 14385+288）179。2% =288（ kg/h） 酒精的濃度隨著加熱蒸汽汽化逐板增濃 ,在塔板液相濃度 55%(v)處采用汽相抽取部分冷凝去雜醇 油分離器分離 ,這部分冷凝液稱雜醇油酒精 ,數(shù)量約為塔頂餾出塔酒精的 2%左右 ,其中包括雜醇油 m0=%(P′+ A)=%179。據(jù)經(jīng)驗值，此少量酒精約是精餾塔餾出塔酒精量的 2%左右，則其量為： Pe=P， 179。(kg/h) 每小時醛酒量因為醛酒占出塔酒精的 2%，則每小時的醛酒量為： A=2%179。10 8 （ 2）精餾塔 塔頂溫度 105℃ ，塔底 130℃ ，進汽溫度 130℃ ，出塔酒精濃度為 96%（ v） ，即 %（ w） 。10 6 累計 170005 179。10 7 加熱蒸汽 D1 38937 D1tW1Ce 179。 108 加熱蒸汽 D1 38937 D1I1 179。k ），并取熱損失 Qn1=1%D1I1，tF1=55℃ ， tW1=106℃ ， F1=116991（ kg/h） 聯(lián)解 2 2 23求得 V1=32919（ kg/h）， Wx=98149（ kg/h）， D1=38937（ kg/h） 一般醪塔采用直接蒸汽加熱，塔底醪排出量為： G1=WX+D1=98149+38937=137086（ kg/h） 表 42 年產(chǎn) 10萬噸酒精蒸餾工段醪塔物料熱量匯總表 進入系統(tǒng) 離開系統(tǒng) 項目 物料 （ kg/h） 熱量 （ kJ/h） 項目 物料（ kg/h） 熱量（ kJ/h） 成熟醪 F1 131068 F1CF1tF1 179。h ）， CW=（ kg178。 XW1— 塔底排出廢糟的酒精濃度 [%（ W） ]，塔底允許逃酒 濃度 在 %以下，取 xW1=%。 總物料衡算： 1111 DWVDF X ???? 即 XWVF ?? 11 酒精衡算式： 111111 )( WXF xDWyVxF ??? 式中 ： xF1— 成熟發(fā)酵醪 的酒精含量 [%（ W） ]， xF1=%。則塔頂上升蒸汽熱焓量 i1=1919kJ/kg。工藝進醪塔濃度為 %，出醪塔酒精蒸汽濃度為50%. （ 1） 醪塔 圖 21 醪塔的物料和熱量平衡圖 將成熟發(fā)酵醪液預熱至 55℃ ，從頂部進入醪 塔蒸餾，成熟發(fā)酵醪的質(zhì)量分數(shù)為 %，沸點年產(chǎn) 10 萬噸 纖維質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝設計 30 ℃ ，上升蒸汽濃度為 50%（ v），即 %（ w）。 131068247。 =（ kg/h） 發(fā)酵洗罐用水為：（每 15 天洗一次） 1%F247。=5%179。239。2wt =27℃ ， 平均耗水量為： 337321)2027( )( 739。10 7（ kJ/h） 發(fā)酵酒母冷卻水初 溫 39。 %=13775（ kg/h） 以葡萄糖為碳源，酒母發(fā)酵過程中每生成 1kg酒精放出的熱量約為 819kJ左 右，則酒精發(fā)酵和酒母培養(yǎng)過程中每小時放出的熱量為： Q=819179。 24=（ kg） 每年纖維素酶的消耗量為 179。 95%179。Δt 2 帶入數(shù)據(jù)可得高壓蒸汽的用量為 mHP=68315（ kg/h） 則進入蒸煮過程中蒸煮醪量為 m 蒸煮 =302388+68315=370703kg/h 這里，我們使用纖維素酶來催化纖維素水解過程，比活力為 40000U/g[15]，纖維素酶添加比例取 12U/g纖維素 [16]。Δt 1=c178。m HP+c178。為玉米秸稈的比熱容，查表取值為 179。 m178。Δt 1 其中 r為 ，査其值為 Δt 1=250－ 190=60℃ 水解液需要的熱量為 Q2=c39。m HP+c178。 k)，混合后粉漿溫度為 65℃，利用 ， 250℃的高壓飽和水蒸汽對原料進行加熱，使原料溫度從 20℃升高到 190℃，設高壓蒸汽量為 mHP，整個過程忽略熱損失。431 ???? ??????? ???? tCI D W n（ kg） 若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為： ?? 1DWX 7057+2661=9718（ kg） 表 41 年產(chǎn) 10萬噸纖維質(zhì) 物料 酒精發(fā)酵 衡算表 物料衡算 生產(chǎn)%酒精物料量 每小時（ kg） 每天（ t） 每年（ t） 燃料酒精 1000 13889 秸稈原料 75597 1814 598620 次級酒精 20 167 4 1200 發(fā)酵醪 137091 3290 987000 蒸餾發(fā)酵醪 131068 3146 943800 雜醇油 3 25 180 二氧化碳 968 8067 58080 醪塔廢醪量 9718 134973 3239 971700 酒精生產(chǎn)各工段物料和能量衡算 預處理工段 蒸煮前首先將粉碎原料在配料調(diào)漿罐內(nèi)與溫水混介，加水比一般為 1:3左右，則粉漿量為 : m=75597179。4 0 5 7 ???????? tCWQ X ( kJ) 查附錄得 %酒精蒸汽焓為 2045kJ/kg。55= 179。K ） ] 成熟醪帶入塔的熱量為： Q1=F1C1t1=179。 （ 179。%= （ kg） 殘留液量為： WX==7057（ kg） 成熟醪量比熱容為： C1=179。% =3 （ kg） 醪液進醪溫度為 t1=55℃ ，塔底排醪溫度為 t4=105℃ ，成熟醪酒精濃度為 B1=%，塔頂上升蒸汽的酒精濃度 50%（ v） ，即 %（ w）， 生產(chǎn) 1000kg酒精則 醪塔上升蒸汽量為： V1=179。 20%=（ kg） 即發(fā)酵醪量為： 酒母繁殖和發(fā)酵過程共放出 968kg的二氧化碳，且酒精捕集器得到稀酒精為發(fā)酵醪量的 6%，則蒸餾發(fā)酵醪的量為： （ ） 179。8%= （ kg） 本設計單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，經(jīng)四效順流式蒸發(fā)器蒸發(fā)后，糖分有 8%濃縮至 20%[14]，則年產(chǎn) 10 萬噸 纖維質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝設計 26 發(fā)酵醪 量為： 179。%179。 90%=（ kg） （ 6） 生產(chǎn) 1000kg無水酒精量（忽略蒸餾損失 生產(chǎn) ） 耗 玉米秸稈 量為： 247。 95%247。95% ﹦ （ kg） （ 5）生產(chǎn) 1000kg燃料酒精玉米秸稈原料消耗量（玉米秸稈原料含纖維素 %，預處理消耗量 3%、纖維素水解率為 95%，發(fā)酵醪占水解液得 90%） ： 247。 ％﹦ （ kg） （ 4）生產(chǎn) 1000kg燃料酒精實際纖維素消耗量（生產(chǎn)過程中，蒸餾率為 98%， 發(fā)酵率為 95%）： 247。 （ 162247。24179。 （ 2247。 300=179。 300=（ t/a） 主要原料 秸稈 用量： 日耗量： 179。24= （ kg） =(t) 實際年產(chǎn)量（次級酒精忽略不計）： 179。 日產(chǎn)產(chǎn)品酒精量： 100000／ 300﹦ （ t） 每小時酒精量： 179。 ⑥ 換熱器 目前的蒸餾系統(tǒng)中除塔外，其他各塔加熱的換熱器都可以采用大型高效的薄板換熱器，因為薄板換熱器的結構和功能決定了它更適合酒精蒸餾系統(tǒng)，并可有效的降低生產(chǎn)成本。 ⑤冷凝器 冷凝器是一種用于為蒸餾 塔塔頂酒精蒸氣降溫的熱交換器。 ④再沸器 再沸器是一種耐蒸汽高壓的換熱器，來自蒸汽鍋爐的一次蒸汽通過再沸器給蒸餾塔間接加熱。生產(chǎn)實踐證明設計合理的氣液分離器是很重要 的。有鑒于此，在蒸餾系統(tǒng)中增設 CO2分離器，在醪液預熱后進入醪塔前，先進入 CO2分離器處理，把不凝氣體先分離先分離排除大部分。 （ 3）工藝參數(shù) 蒸餾工段的工藝參數(shù)如下表 35所示 表 35 酒精蒸餾工藝參數(shù) [13] 名稱 項目 參數(shù) 精餾塔 塔底溫度 104～ 108℃ 塔頂溫度 95℃左右 精餾塔 塔底壓力 ～ 進醪溫度 55℃ 塔底溫度 102～ 104℃ 塔中溫度 86～ 93℃ 塔頂溫度 78～ 79℃ 塔底壓力 ～ 精餾塔 冷凝器 第一冷凝器 65～ 80℃ 第二冷凝器 60～ 78℃ 第三冷凝器 40～ 70℃ （ 4）蒸餾塔的輔助設備包括： ① 醪液預熱器 其功能是：利用精餾塔或粗餾塔塔頂上升的酒精蒸汽中的熱量，把即將蒸餾的發(fā)酵成熟醪液預熱至較高溫度，這樣一則能做到充分利用余熱；二則酒精蒸汽在將醪液預熱過程中，也起著分冷凝器的作用。 成品酒精從精塔頂部第 45塊塔板上液相取出，因為這里的酒精含量已達到規(guī)定指標，頭級雜質(zhì)也是最少的。最后冷凝 器中的冷凝液作為醛酒餾分 (頭級雜質(zhì) )取出，不凝結氣體和一部分醛類從排醛管排入大氣。 精塔也用直接蒸汽加熱，并被進料口區(qū)分為上下兩段，上段稱為精餾段，有 4060塊塔板，下部稱為脫水段 (提餾段 )，有 1318塊塔板。 發(fā)酵成熟醪經(jīng)預熱器與精餾塔的塔頂酒精蒸汽進行熱交換加熱至 40℃以上，并進入粗餾塔頂部（ 18～ 22 塊塔板），粗塔塔底用直接蒸汽加熱。最后得到符合規(guī)格的成品酒精，并排除廢水。 （ 2）工藝流程 蒸餾工序的流程如圖 35所示 ↑ 成熟醪 → 預熱器 → 粗 餾塔 → 冷凝器 → 精餾塔 →工業(yè)酒精 ↑ ↓ 蒸汽 雜醇油 圖 35 酒精蒸餾工藝流程圖 本工序采用雙塔蒸餾系統(tǒng)。 年產(chǎn) 10 萬噸 纖維質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝設計 22 蒸餾工序 [11] （ 1）目的 1）分離雜質(zhì) 、副產(chǎn)物、水 ?？刂浦笜巳缦?：低濃度酒精罐液位 80～ 90%；低濃度酒精濃度 6～ 8%(體積 ) ；低濃度酒精量 2m3/h。用水循環(huán)洗滌 CO2，待酒精濃度達到 6～ 8%時，開啟淡酒閥輸送至成熟醪罐。 CO2 中低濃度酒精的回收：待前后工序正常，本工序進出料平衡后，啟動回收系統(tǒng)，回收 CO2逸出時帶走的酒精，開啟一次入水閥，向低濃度酒精罐中加水，加水至一半時開啟低濃度酒精泵進出口閥門，向洗滌塔供水，進行循環(huán)。下一步進入油水分離器，最后進入旋風分離器，即可用于生產(chǎn)。水洗后的氣體進入儲罐，排去部分水份， 進入空氣壓縮機。螺旋板換熱器的洗滌：打開物料出口閥及進口閥，然后打開冷卻水的進出口閥，在清洗時，把關口關閉，清洗完，關閉閥門，密封試漏。 滅菌：先向種子罐加罐體 20%的水，再加 2LNaClO，關掉通預發(fā)酵罐閥門，開種子罐循環(huán)泵，讓種子罐自身循環(huán) 20～ 30min 后停泵，開換熱器管線通冷凝水換熱后，管內(nèi)溫度為38～ 40℃ ，以 1℃ /min降溫。 Bx 還原糖 /% 帶渣總糖 /% 1以下 濾液總糖 /% 乙醇含量（體積分數(shù)） /% 8～ 10 總酸 總酸不超過 揮發(fā)酸 ～ （ 6） 清洗、滅菌 CIP清洗方法 (clean in place) ：先通入 8%～ 10％的 NaOH溶液，達到罐體的 20%，年產(chǎn) 10 萬噸 纖維質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝設計 21 將通到預發(fā)酵罐閥門關掉，打開種子罐循環(huán)泵，讓種子罐自身循環(huán)，將罐清洗干凈， 20min后打開放料閥門回收 NaOH 溶液，用熱工藝水來清洗，清洗至放料 pH 為 ～ ，此時罐及管線洗凈。 發(fā)酵醪的成熟雖然與發(fā)酵時間、醪液濃度、發(fā)酵溫度、酵母接種量和發(fā)酵方式等因素有關，但最終主要有表 34所列的幾項指標來控制。如果能夠控制恰到好處，不但可以提高設備利用率，增加乙醇產(chǎn)量。 （ 4）工藝參數(shù) 發(fā)酵過程工藝參數(shù)如下表 33所示 表 33 發(fā)酵過程工藝參數(shù) 名稱 參數(shù) 糖化液用于種子培養(yǎng)的比例 接種率 酸度 ～ 年產(chǎn) 10 萬噸 纖維質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝設計 20 Corn Steep Liquor (CSL) 添加量 % Diammonium Phosphate (DAP) 添加量 g/L 發(fā)酵液 接種溫度 27～ 30℃ 發(fā)酵溫度 30～ 33℃ 后發(fā)酵溫度 30177。 酵母菌培養(yǎng)： 先用 80℃ ， 8%～ 10%NaOH溶液噴洗 1h（滅菌）；再用熱水沖至中性，再用溫水進一步?jīng)_洗，然后加入 10t38℃ ～ 40℃ 底水，加入干酵母 45kg。發(fā)酵溫度為 30～ 33℃ ,發(fā)酵醪 pH值在 ～ ，發(fā)酵成熟醪含酒分為10%左右，發(fā)酵溫度控制采用循環(huán)泵加罐外冷卻器的方法。一般保持二組罐進行酒精發(fā)酵，另一組空出進行滅菌。最后一效蒸發(fā)器是在 14 kPa 的真空狀態(tài)下進行。 年產(chǎn) 10 萬噸 纖維質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝設計 19 （ 3）工藝流程 本工藝采用的是連續(xù)發(fā)酵方式，發(fā)酵流 程如圖 34所示： 發(fā)酵液四效順流式蒸發(fā)器冷卻器 發(fā)酵罐組酵母罐發(fā)酵液 離心機 蒸餾工段菌種、營養(yǎng)鹽空氣 空氣壓縮機