燃料乙醇工厂设计.doc

年产120000吨乙醇工艺设计1摘 要燃料乙醇被广泛应用于食品、化工医药、染料、国防等行业。乙醇不仅可作为一种燃料，更是一种战略物资，世界上2/3的乙醇被用作燃料。发展乙醇不仅可以促进农业的可持续发展，并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染，保护环境，同时也可缓解原油进口的压力。发酵法生产乙醇原料主要有淀粉质原料，糖蜜原料和亚硫酸盐造纸废液等。而淀粉质原料木薯含淀粉量高，木薯的块跟淀粉含量达25-30左右，木薯干淀粉含量达70左右，是被誉为“淀粉之王”。木薯加工性能良好，也不与粮食争地，是一种有很大发展潜力的乙醇生产再生资源，将其应用到发酵乙醇工业，具有广阔的发展前景。本设计简述了从木薯原料预处理、液化、酶糖化到发酵生产后处理整个发酵乙醇生产工艺流程及其物料、水平衡、热量等衡算。关键词：乙醇 木薯 发酵工艺Title Thesis Foreign AbstractAbstractAlcohol is widely used in the food, chemical medicine, dyes, defense and other industries. Alcohol not only can be used as a fuel, but also a strategic commodities, the worlds 2 / 3 of alcohol to be used as fuel. Alcohol can not only promote the development of agriculture in sustainable development, and could serve as a clean energy instead of petrol or gasoline additives to reduce industrial air pollution, the protection of the environment, but also to ease the pressure on crude oil imports.Alcohol fermentation production of raw materials mainly starch raw materials, molasses and raw materials such as sulfite waste liquor recycled paper. The cassava starch-containing raw materials of high starch, tapioca starch content with the block of 25-30 percent, dry cassava starch content of about 70 percent, is known as the king of starch.Cassava Processing Performance good, not to fight with food, and it was a great potential for development of renewable resources alcohol production, its application to the fermentation alcohol industry, has broad prospects of development. The design brief pretreatment of raw materials from cassava, liquefaction, saccharification enzyme fermentation production to post-processing the entire production process and the alcohol fermentation materials, water balance, such as heat accounting。Keywords Alcohol Cassava Fermentation Technology目 录1 引言411 引言乙醇，是由碳、氢、氧3种元素组成的有机化合物，结构式是C H OH，相对分子质量为46。乙醇既是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料，又是可再生的清洁能源。乙醇作为重要的溶剂和化工原料而广泛应用于化学工业和医药卫生事业，它又是饮料酒工业的基础性原料，也是一种方便而较干净的液体（或固体）燃料。我国发酵法乙醇的年产量（商品乙醇）在200万吨左右；另有酿酒厂自产自用的乙醇约100万吨。液态法白酒的发展，大大地促进了我国乙醇工业的发展，这是我国乙醇工业发展的一大特色。现在，我国是世界上发酵法乙醇产量占第三位的乙醇生产大国，也是食用乙醇产量最大的国家。乙醇被广泛应用于食品、化工医药、染料、国防等行业。乙醇不仅可作为一种燃料，更是一种战略资源，全球2/3的乙醇被用作燃料。发展乙醇不仅可以促进农业的可持续发展，并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染，保护环境，同时也可缓解原油进口的压力。其生产方法，有以植物系物质为原料的发酵法和以石油系物质为原料的化学合成法。现世界上的乙醇生产仍以发酵法为主，我国的发酵法乙醇产量占95%以上。木薯是热带和亚热带广泛种植的粮食和经济作物，适应性很强，耐旱、耐瘠、耐水，对土质要求不高，是可在任何土质中生长的作物。我国南方盛产木薯，产量高，淀粉含量高，木薯的块根淀粉含量达25-30左右，木薯干淀粉含量达70左右，是被誉为“淀粉之王”。木薯已被世界公认具有很大发展潜力、很有前途的乙醇生产的可再生资源。近年来，随着木薯原料用于生产乙醇逐渐受到人们的重视，国内外学者都致力于木薯生产乙醇工艺的研究。所以对利用木薯发酵生产乙醇生产的研究具有非常重要的意义，对我国工业的发展起着非常重要的作用。2 乙醇生产的意义及发展史21 乙醇生产的意义随着国际原油价格不断攀升,替代能源研究开发的重要性日益彰显。而在诸多替代能源中,乙醇燃料优势明显。也正推动着世界乙醇产业开始步入黄金发展期。特别是今年8月8日,美国总统布什签署了一项新的能源法案,其中很重要的一项内容是可再生燃料标淮(RFS)。RFS要求在汽油总组成中加入特定数量的可再生燃料,而且每年将有递增。美国可再生燃料需求将从2006年40亿加仑/年增加到2012年75亿加仑/年,2012年后将保持2012年可再生燃料与全部汽油的比例。据美国能源部能源信息署(EIA)资料称,美国2003年销售汽油中,乙醇汽油只占很少一部分,仅为28.8亿加仑,仅占当年汽油总销售量1390亿加仑的2.07%。由此,燃料乙醇将继续成为全球汽油市场的新秀,它在汽油供应市场上将起越来越大的作用。 乙醇作为一种可再生燃料资源引起了广泛关注，这不仅是因为石油储量的日益减少，更是由于乙醇比石油类燃料更环保。发酵法生产乙醇是一个产品抑制过程，连续移走产物乙醇可减弱甚至消除其抑制作用，得到较高的乙醇体积产率。目前所采用的原位分离技术有：真空蒸馏、吸附、萃取、膜蒸馏以及渗透汽化等。其中渗透汽化与乙醇发酵耦合因其低耗高效且对细胞无毒害而受到国内外许多学者的重视和广泛探讨。 预计10年内,全球燃料乙醇(包括使用ETBE)消费量将达到160亿-180亿加仑,虽然其总量占全球汽油需求量仍小于5%,但乙醇产量的增长将对汽油市场产生重要影响。22 乙醇生产的发展2.2.2 生产量的巨大发展我国工业化生产乙醇，始于1900年俄国人在哈尔滨和宁安建的乙醇厂，1920年在福建建立以薯干为原料的乙醇厂，新中国成立前，我国的乙醇年产量不足1万吨，专业乙醇厂的生产规模大都是千吨级的小厂。1965年我国的乙醇产量超过10万吨，1980年达50万吨；在以后的十几年中。我国乙醇生产以更快的速度发展，1987年超过l00万吨（7年乙醇年产量翻了一番），1995年产量达到237万吨。此外尚有许多酿酒厂自产自用于白酒的乙醇产量约100万吨。1979年至1995年这一上阶段，是我国乙醇产量呈直线上升式增长的高速发展时期。我国现有生产乙醇的企业（车间）千余家，食用乙醇是当前我国乙醇生产中的主导产品。每年用于新工艺白酒的食用乙醇量在200万吨左右。我国有规模在万吨以上的乙醇厂近100家，5万吨以上的有10家（最大的已达20万吨级）。具有国际先进生产技术装备，能够生产特级乙醇的已有多家。2.2.2 生产技术的现代化新中国成立前，我国乙醇工业的规模很小，生产工艺均为间歇式，以麦芽作淀粉糖化剂，原料不经粉碎，淀粉利用率只有60%左右。20世纪50年代中期开始进行技术革新，首先在糖化剂方商采用微生物糖化剂代替麦芽，1964年推行机械通风制曲，随后普遍应用液体曲，1978年开发出高活力糖化酶新菌种（UV-11）进入20世纪90年代后逐步使用具有国际水平的耐高温X-淀粉酶和高转化率糖化酶。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。在发酵方面，出现了应用耐高温乙醇酵母、酿酒用活性干酵母（或鲜酵母）及固定化乙醇酵母的新工艺。在蒸馏方面乙醇蒸馏的塔器配置从两塔、三塔/四塔、五塔发展到八塔蒸馏，近年来差压蒸馏等新技术正在生产中推广应用。50年来，我国的乙醇生产技术得到很大发展，淀粉利用率达90%以上，水平高的企业淀粉出酒率达5556%；发酵液乙醇浓度由5%提高到10%左右；吨乙醇耗煤从过去普遍在2吨以上降到1吨以下（最低达500公斤）。进入90年代后，随着食用乙醇国家标准的制订和实施，我国乙醇工业的生产技术水平得到了普遍性的提高2.2.3 建立了完善的乙醇产品质量标准，具有生产多种规格乙醇产品的实力20世纪50年代初期，我国乙醇产品无统一的质量标准。有的厂够度即算合格，有的厂参考外国标准自行规定一些检查项目，也有的厂按中华药典中医药乙醇的要求生产。1954年，哈尔滨、济南、天津等乙醇厂应军工的需要按原苏联的乙醇标准（roct5921-51）试制成功精馏乙醇，并按此生产。1956年，原食品工业部参照原苏联乙醇标准及中华药典制订了精馏乙醇（食酒0301-56）和医药乙醇（食酒0302-56）的部颁标准。至此，我国乙醇工业有了全国统一的产品质量标准。现今，我国已经具备较完整的乙醇产品质量标准体系，并正在对食用乙醇国家标准（GB13043-89）组织进行修订，以使其进一步和国际先进水平接轨。不断提高并有着先进性的产品标准，有力促进了我国乙醇生产和质量水平的不断提高。现在大多数企业都能生产普级食用乙醇，相当一部分企业具有生产优级食用乙醇的实力，有多家企业进行着高纯度特级乙醇的生产。2.2.4 乙醇糟液治理与综合利用取得长足发展过去，乙醇糟液除略行简单过滤直接用作饲料外，基本上不予处理。随着生产的发展，对乙醇糟液的治理逐步引起重视，20世纪60年代用薯类乙醇糟液大规模进行沼气发酵取得成功，逐步推广并不断完善，现在最大的沼气发酵罐容已达5000米。针对沼气发酵后消化液的进一步处理，好氧法取得一定成效；近来南阳乙醇总厂开发出一套实用而有效的治理措施，采用物理化学法去除悬浮扬（制得部分干酒糟和肥料），利用生物法去除可溶性有机物（获得沼气），从而使薯类乙醇糟液的治理实现了经济上有利的达标排放。3 乙醇性质及质量指标与乙醇生产和原辅料保藏31 乙醇的物理性质纯乙醇是无色透明的液体，比水轻，具有特殊的芳香气和刺激味，吸湿性很强，可与水以任何比例混合并产生热量。乙醇易挥发易燃烧，燃烧时产生大量的热量，燃烧产物是水和。乙醇蒸汽与空气能形成爆炸性混合气体，爆炸极限为3.5%-18%（体积分数）纯乙醇的物理指标：沸点，78.3；密度0.7893kg/L；折射率1.36；熔点-114，闪点12.8；比热熔2.57J/（g. ）蒸发热918.76KJ/L95%体积分数L乙醇：密度0.8114kg/L；沸点7二氧化碳8.75；蒸发热918.76KJ/L32 乙醇的化学性质3.2.1 氧化作用下乙醇的变化2C2H5OH + O22CH3CHO + 2H2OC2H5OH + O2CH3COOH + H2OCHOH + O 2CO2+3H2O3.2.2 碱金属，碱土金属与乙醇的作用 2Na + 2C2H5OH2C5H5ONa + H2Mg + 2C2H5OHC(C2H5O)2 Mg + H23.2.3 酸与乙醇的反应 CH3COOH + C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O3.2.4 乙醇的脱水反应 CH3CH2OH CH2=CH2 + H2O 2CH3CH2OH C2H5OC2H5 + H2O33 乙醇的生化性乙醇能使细胞蛋白质凝固，尤以75%（体积分数）的乙醇作用最为强烈，浓度过高，细胞表面的蛋白质迅速凝固形成一层薄膜，阻止乙醇向内部渗透，作用效果反而降低，浓度过低则不能使蛋白质凝固。因此常选用75%（体积分数）的乙醇作消毒剂乙醇易被人体肠胃吸收，吸收后迅速解放出热量。少量乙醇对大脑有兴奋作用，数量较大则有麻醉作用，大量乙醇对肝脏和神经系统有害作用。34 乙醇的质量标准乙醇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，乙醇按含杂质多少分为：无水乙醇、试剂乙醇、食用乙醇，医药乙醇，工业乙醇。其食用乙醇国家标准见下表所示。3.4.1 乙醇的质量指标表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51060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HCN计）/mg/L535 乙醇的生产方法及原辅料保藏3.5.1 乙醇生产中，液体发酵方法有间歇发酵和连续发酵两种。各阶段都是在不同的发酵罐内进行，发酵中控制的pH值、精度、温度、乙醇含量等都能相对稳定在酵母菌发酵所需的范围内，即酵母菌的生长、繁殖、代谢间歇发酵法是酵母醪的发酵前、中、后三个阶段，始终在一个发酵罐中进行。在发酵中，酵母菌处于不断的改变环境之中，由于时间增加，发酵醪中营养物质的消耗、代谢产物的积累，酵母菌的生命活动不断减弱，活细胞数随即减少，菌体细胞会产生过早的衰亡。当发酵醪中乙醇浓度达5(容量)以上时，酵母菌的发酵就会开始受到抑制。酵母菌不能发挥其充分的作用，使发酵成熟醪中残余糖分偏高，有的达到1.5以上，其中残余的还原糖也要比连续发酵高0.10.2左右。发酵效率、设备利用率都不如用连续发酵高。连续发酵与间歇发酵相比，酵母菌发酵的环境稳定，其发酵能力强。并且酵母菌的发酵几乎不存在适应期，糖化醪或糖密一进发酵罐就能进行发酵，使整个生产周期缩短1020小时，能提高设备利用率2025，连续发酵在当前看来，由于生产技术、原料种类、设备性能等多方面还存在一些问题，特别是淀粉质原料采用连续发酵，还存在醪液输送困难，发酵醪含酒低等不足之处，但是，随着生产技术的提高，连续发酵将在不远的时间内取代间歇发酵。图（3.1）连续发酵和间歇发酵比较36 乙醇生产的原辅料发酵法生产乙醇原料主要有淀粉质原料，糖蜜原料和亚硫酸盐造纸废液等。乙醇生产的辅料通常有a-淀粉酶，糖化酶，活性酵母或酵母菌，清洗杀菌剂，燃烧煤和乙醇槽滤液处理剂。37 原料的贮存 为了保证乙醇生产的连续性，原辅料必须有一定量的贮存。 乙醇生产原料无论是谷类原料还是薯类原料，或者糖质原料，在贮存中不仅会受寄生微生物的作用，而且原料自身的呼吸作用产生热量，导致原料升温，造成了所谓的原料自热。原料的自热导致出芽率下降，酸度显著增加，水溶性化合物，氨态氮及还原糖含量增加，色泽变黑造成淀粉和糖份和糖份的损失。严重时会造成原料的腐烂变质，水分较高的原料，如新鲜原料尤为突出，严重影响乙醇出率。原料的自热作用分为5种类型，即穴壮自热，上部自热，下部自热垂直自热和全面自热。究其原因是屋顶局部漏水，谷物收购水分过大，贮存中水蒸汽由深处上升，在上层凝成水滴，上层谷粒含水量提高；原料水分过高，加之下部热量散发不易等。为防止自热产生必须根据引起自热的因素不同分别对待。如谷物原料贮存必须将原料水分控制在安全水分（临界水分）以下，湿谷物必须先干燥后薯类原料尤其是新鲜原料水分高，一定要控制堆积高（一般1.5m以下）且贮存期不超过3d。38 辅料的贮存辅料贮存量一般以3个月左右的用量为宜，不宜过失贮存。3.3.1 杀菌剂的贮存杀菌剂要求干燥，避光贮存，有毒，有害的杀菌剂应专库专柜，以确保安全。的可3.3.2 酶制剂及活性干酵母的贮存酶制剂应阴凉，干燥保存，并按要求先进（购进）先出（使用），推成贮新。对于贮存过久以及裁封后来使用的酶制剂，在使用时应考虑两点，既；酶活力的降低及染菌能。活性干酵母，应做到低温干燥，期最长不超过24个月4 木薯乙醇发酵研究工艺木薯是热带和亚热带广泛种植的粮食和经济作物，适应性很强，耐旱、耐瘠、耐水，对土质要求不高，是可在任何土质中生长的作物。我国南方盛产木薯，产量高，淀粉含量高，木薯的块根淀粉含量达25-30左右，木薯干淀粉含量达70左右，是被誉为“淀粉之王”。木薯已被世界公认具有很大发展潜力、很有前途的乙醇生产的可再生资源。近年来，随着木薯原料用于生产乙醇逐渐受到人们的重视，国内外学者都致力于木薯生产乙醇工艺的研究。41 木薯的预处理木薯原料在进行正式生产之前，必须预处理，以保证生产的正常进行和提高生产的效益，预处理包括除杂和粉碎两个工序。4.1.1 原料除杂木薯在收获和干燥过程中，经常会掺夹进泥土、沙石、粗纤维、金属杂质等杂质，这些杂质如果没有在正式投入生产之前清除，将严重影响生产的正常进行。石块和金属杂质会使粉碎机的筛板磨损或者损坏，造成生产的中断；机械设备运转部位，会因泥沙的存在而加速磨损，泥沙等杂质也会影响正常的发酵过程。所以用木薯原料生产乙醇前，必需进行除杂，以保证生产的正常进行和提高生产的效益。4.1.2 原料粉碎木薯原料粉碎可以使原料的颗粒变小，原料的细胞组织部分破坏，淀粉颗粒部分外泄，增加原料的表面积，在进行水热处理时，加快原料吸水速度，降低水热处理温度，节约水热处理蒸汽；有利于一淀粉酶与原料中淀粉分子的充分接触，促使其水解彻底，速度加快，提高淀粉的转化率；有利于物料在生产过程中的输送。乙醇生产原料的粉碎按带水与否分为：干式粉碎和湿式粉碎，实际生产中多采用干式粉碎。国内乙醇生产原料粉碎设备主要是锤片式粉碎机，合理的干式粉碎应采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，在进入锤碎机前先经过粗碎，把大块原料初步打碎成小块原料，再经过锤碎机，将小块原料打碎成较细的粉末原料。湿式粉碎是指粉碎时将拌粉用水和原料一起加到粉碎机中去进行粉碎。42 液化木薯淀粉中含直链淀粉17，支链淀粉83，淀粉浆的液化是将淀粉链打断，淀粉的网状结构被破坏，从而使淀粉浆的粘度降低，使淀粉水解为糖和糊精。传统的液化工艺采用高温高压蒸煮法。原料和水混均后，于130下进行高温高压处理。随着酶工程的发展，传统的高压高温蒸煮逐渐被取代，液化可分为有蒸煮方式和无蒸煮方式，现在的有蒸煮液化方式与传统的高温高压蒸煮液化方式有着本质的不同，它是建立在酶制剂技术上的一种液化方式。液化过程中广泛使用液化酶(-淀粉酶)对原料进行液化处理。根据蒸煮温度和加酶品种的不同，目前的有蒸煮液化处理方式可分为三种，高温蒸煮、中温蒸煮和低温蒸煮，高温蒸煮会造成原料中可发酵性物质损失，且安全性差；中温蒸煮不易染菌，但冷却设备投资大，耐高温淀粉酶价格高，乙醇成本高；低温蒸煮节约蒸汽和冷却水效果显著，可发酵性物质损失少，但糊化、糖化不彻底，易染菌，发酵升酸高。无蒸煮方式又称为生料发酵工工艺，凡是完全排除对淀粉质原料进行热处理的乙醇生产工艺属于无蒸都煮方式。但是，目前生料发酵中液化，糖化效果比有蒸煮方式要低。43 糖化糖化是将短的淀粉链即糊精转化为可发酵性糖，糖化分前糖化阶段和后糖化阶段，因为糖化过程的时间限制，不可能将全部的淀粉转化为糖，所以在发酵过程中还存在糖化过程，称为后糖化。糖化是一个复杂的生物化学变化过程，受糖化酶添加量、时间、温度等多种因素的影响。糖化酶在木薯乙醇发酵中有很大的作用，它将木薯中的淀粉分解成可发酵性糖，以利于酵母乙醇发酵。糖化酶的用量对乙醇发酵有很大的影响，糖化酶的用量太少，会造成发酵不彻底；糖化酶太多，则增加了生产成本。糖化的效果不仅取决于糖化酶的添加量，而且与糖化时间有很大的关系，糖化时间不足，造成糖化不完全，不利于提高原料出酒率；糖化时间过长，会延长生产周期,降低设备的利用率。糖化的温度的高低对糖化也有一定的影响。酶的化学本质是蛋白质，反应温度高于适宜温度时，酶蛋白会逐渐产生变性而作用减弱，甚至丧失其催化活性，温度过低于适宜温度容易染菌，所以糖化温度的控制是非常重要的。从历年来，木薯乙醇发酵的研究资料来看，糖化酶添加量一般控制在100-200u/g原料，糖化阶段的温度在58-62，糖化时间控制在30-60min。4.3.1 糖化各项操作指标如图所示原料鲜薯干薯干薯干粉木薯粉玉米玉米粉高粱小麦橡子项目加水比10.313.514.014.013.814.213.713.713.4预煮温度60656575808590807585预煮时间分354040455545503540蒸煮温度130135130140128135128135140150140145145155140145138145升温时间分35254545504550454550蒸煮压力Kg/cm22.73.02.73.52.63.23.24.04.14.54.04.34.04.54.05.04.05.0蒸煮时间分4065707575807565658090排汽次数234536768注：表示可不预煮44 木薯原料发酵生成乙醇目前木薯乙醇发酵工艺主要有分别水解发酵工艺，同步水解、发酵工艺，固定化细胞发酵工艺，生淀粉发酵工艺等。.随着是地球上化石能源贮量不断减少，能源紧缺问题日趋严重。为了人类的健康和可持续发展，很多国家都在寻求新的可再生替代能源，特别是交通燃料的替代品，使乙醇的需求量不断增加。木薯作为一种工业原料，作为一种可再生资源，发展木薯燃料乙醇可以缓解能源紧张的矛盾。目前，木薯乙醇发酵工艺的研究和应用有一定的进展，但是木薯乙醇要成为有竞争能力的生物能源，必须降低乙醇生产成本，所以必须继续开发降低能耗和提高产乙醇量的木薯乙醇发酵工艺。乙醇分为工业乙醇和食用乙醇其生产工艺分别入下图所示。（4.1）食用乙醇节能生产工艺流程图（4.2）食用乙醇节能生产工艺中还原糖与酶关系图工业乙醇生产工艺流程如下图（4.3）工业乙醇生产工艺流程5 物料衡算51 全厂物料衡算的内容淀粉原料乙醇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：8.1.1 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。8.1.2 中间厂品，蒸煮醪、酒母醪、发酵醪等。8.1.3 成品、副产品以及废气、废水、废渣既乙醇、杂醇油。二氧化碳和废糟等。52 原料消耗的计算5.2.1 淀粉原料生产乙醇的总化学反应式为：糖化： （1） 162 18 180发酵： （2） 180 46 44 5.2.3 生产1000kg无水乙醇的理论淀粉消耗量由（1）和（2）式可求得理论上生产1000kg无水乙醇所消耗的淀粉量为： (kg)5.2.4 生产1000kg国际食用乙醇的理论淀粉消耗量 国标食用乙醇乙醇含量在95（体积分数）以上，相当于92.41（质量分数），故生产1000kg食用乙醇成品理论上需淀粉量为： 1760.9 =1627.2 (kg)5.2.5 生产1000kg食用乙醇实际淀粉耗量实际上，整个年产过程经历原料处理、发酵及蒸馏等工序，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，产品得率必然低于理论产率。假定发醇阶段系统设有乙醇捕集器，则淀粉总损失率为8.55%,故生产1000kg用乙醇需淀粉量为： （kg）5.2.6 乙醇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如加乙醇捕集器此项则为0.30发酵二氧化碳带走蒸馏废槽带走1.85总计损失9.555.2.7 这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为，这达到了我国现阶段薯干原料生产乙醇的先进出酒率水平。5.2.8 生产1000kg食用乙醇薯干原料消耗量据基础数据给出，薯干原料含淀粉65%，故1吨乙醇耗薯干量为： (kg)5.2.9 -淀粉酶消耗量应用酶活力为2000u/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: 5.2.10 化酶耗量若所用糖化酶和活力为20000u/g,使用量为150u/g原料,则腔赶牧课 (kg)此外,酒母糖化酶用量按300u/g(原料)计,且酒母量的0.1%,设酒母醪量为 ,则硫酸铵的消耗量为:0.1% .53 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1:3,故粉浆量为: 2737.4 (1+3)=10950 (kg)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。假定用罐式连续蒸煮工艺,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,然后进入罐式连续液化,再经115高温来酶后,在真空冷却器中闪急蒸发冷却至63后入糖化罐.干物质含量 的薯干比热容为:粉浆干物质浓度为:B1 =87（4100）=0.218kJ/(kgK)蒸煮醪比热容为: =21.8% 1.63+(1.0-21.8%) 4.18 =3.62kJ/(kgK)式中 水比热容kJ/(kgK)5.3.1 经喷射液化器加热后蒸煮醪量为：10950+109503.62（88-50）2748.9-884.18=11583(Kg)式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽(0.5MPa)的焓(kJ/kg)5.3.2 经第二液维持罐出来的蒸汽醪量为：11583-115833.62(88-84)2288.3=11510 (kg)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)5.3.3 经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为：11510+115103.62(115-84)2748.9-1154.18=12079 (kg)式中 115灭酶温度()2748.90.5MPa饱和蒸汽的焓(kJ/K)5.3.4 经汽液分离器后的蒸煮醪量为：12079-120793.62（115-104.3）2245=11871 (kg)式中 2245104.3下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)5.3.5 经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为：11871-118713.62（104.3-63） 2351=11116(Kg)式中 2351真空冷却温度为63下的饱和蒸汽的汽化潜热(kg/K)54 糖化醪与发酵醪量的计算设发酵结束后成熟醪量含乙醇10%(体积分数)，相当于8.01%(质量分数).并设蒸馏效率为98%，而且发酵醪乙醇捕集器回收乙醇洗水分别为成熟醪量的5%和1%，则生产1000Kg95%(体积分数)乙醇成品有关计算如下:5.4.1 需蒸馏的成熟发酵醪量为： (kg)5.4.2 不计乙醇捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：(Kg)5.4.3 入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为： (质量分数)5.4.4 相应发酵过程放出 总量为： (kg)5.4.5 接种量按10%计，则酒母醪量为： (kg)5.4.6 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: (kg)55 成品与发酵醪量的计算5.5.1 醛酒产量在醛塔取酒一般占成品乙醇的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。设醛酒量占成品乙醇的确%，则生产1000kg成品乙醇可得 次品乙醇量为：（kg）5.5.2 食用乙醇产量每生产出1000kg乙醇，其食用乙醇量为:1000（1-2）=980(kg)5.5.3 杂醇油产量杂醇油量通常为乙醇产量的0.3%0.7%，取平均值0.5%，则淀粉原料生产1000kg乙醇副产杂醇油量为: (kg)5.5.4 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乙醇成分及其他挥发组分的残留液。此外,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。 56 生产12000t/a乙醇的物料衡算产量项目生产1000kg95%乙醇物料量（kg）每小时数量(kg)每天数量(t)每年数量(t)食用乙醇98016704012000次品乙醇20340.816245薯干原料2737.44655.42111.7333519-淀粉酶10.9518.60.447134糖化酶23.3739.750.954286.2硫酸铵1.151.960.04714.1硫酸5.08.50.20461.23蒸煮粉浆1095018625447134083成熟蒸煮醪1111618917454136115糖化醪1232721503.2150944酒母醪1152.1196347.114107.5蒸馏发酵醪1247721250510152781杂醇油58.750.2162二氧化碳902153436.8211045废醪1267721558517.41552306 水平衡计算61 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=34KGH.。据设计经验，醛塔回流比R1=195，且查表得95%乙醇蒸汽的焓i=1166KJKG，则冷却水耗量为：W1= =3419511664.18(70-25)=33625（Kgh）62 醛酒冷却用水 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= =342.89(78.3-25)4.18(40-20)=62.65（Kgh）63 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=30 PZ回流排醛塔的次等酒量，可取合格成品乙醇P的20%，故 PZ=39.16Kgh I3塔顶上升酒气的焓，为1166KJKg F1蒸馏发酵醪流量，为18038Kgh 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)（1670+33.4）1166-3.96(50-32）4.18（70-30）=36443.5（Kgh）64 精馏塔成品乙醇冷却水用量 成品乙醇冷却使用20的深井水，根据热量衡算，耗水量为：W4=式中：CP成品乙醇比热容没，为2.89Kg（KgK）tP、tP成品乙醇冷却前后温度，分别为78.3和30tH4、tH4冷却水初温和终温，分别为20和40把上述各量代回上式得：W4=16702.89(78.3-30)4.18（40-20）=2788.4（Kgh）65 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冷却稀释至含乙醇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=8.75（0.90.2）48.6（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乙醇杂醇油溶液量G2为：G2=48.65010=243(Kgh)根据热量衡算得冷却用量为：W5=48.62042+4(82.8-25)=1321.5(Kgh)把50%乙醇杂醇油溶液稀释至含乙醇10%的冷却水用量为：W =G2G1=24348.6=194.4（Kgh）故杂醇油分离稀释总用量为：W5=5=5=1321.5+194.4=1516（Kgh）66 蒸馏车间总用量为W= =33625+62.65+36443.5+2788.4+1516 =74436.55(Kgh)67 12000t/a乙醇厂蒸馏车间用水量衡算表名称规格每吨产品消耗定额（t/t）每小时用量（kg/h）每天用量（t/h）年耗量(t/a)冷水自来水或深井水44.6674436.551786.5535950 =2.7(m)文章引用自：7 热量衡算71 成熟醪带入塔的热量为：醪塔上升的蒸汽量为U1=598000 =95822Kg 残留液量：Wx=598000-95822=502178Kg成熟醪比热容为：C1=4.18(1.019-0.95B1) =3.96KJ/(Kgk)成熟醪带入塔的热量为：Q1=F1C1T1 =5980003.9670 =1.66 10 KJ72 塔底残留液带出热量蒸馏残留液及固形物浓度为： B= = =8.93%蒸馏残留液的比热容为： C2=4.18(1-0.378 8.93) =4.03KJ/(Kgk)塔底残留液带出热量为：Q4=WxC2t4=502178 4.03 105=2.12 10 KJ73 上升蒸汽带出的热量为：Q3=V1i=95822 1965=1.88 10kg式中 1965查附录得50%（体积分数）乙醇蒸汽焓。8 设备选型81 乙醇发酵罐的计算本次乙醇工艺设计中，每发酵罐的进料量为27t/h，每4h装满一罐，发酵周期为72h。冷却水的初温、终温分别为20和25，若罐内采用蛇管冷却