淀粉原料燃料酒精厂全厂总物料衡算11

1、HUBEI P01YTECHHIC UMIVERSITY生物工艺设计题目：11OOOt/a淀粉原料酒精厂全厂总物料衡算学院：化学与材料项目学院专业：_ 生物项目小组成员：- 郭伟、董凯翔、姚宏、刘佐兵指导教师：_ 黄卫东刘颋2018 年 12月 26 日目录i前言ii.i酒精发酵简介i1.2酒精发酵的原理21.2.1 酶水解21.2.2 酒精发酵2i.3目前酒精发酵方式的比较 32生产工艺42.i生产产量及方案 42.2生产方法的选择 42.3主要工艺参数43全厂物料衡算的内容 53.i原料消耗的计算53.i.i淀粉原料生产酒精的总化学反应式5生产iOOOkg燃料酒精的理论淀粉消耗量53.1.

2、3 生产iOOOkg国际食用酒精的理论淀粉消耗量6生产1000kg食用酒精实际淀粉耗量63.1.5 生产1000kg食用酒精玉 M原料消耗量63.1.6 a -淀粉酶消耗量73.1.7 糖化酶耗量73.1.8 硫酸铵耗用量7143.2蒸煮醪量的计算7经喷射液化器加热后蒸煮醪量8经液化维持管出来的蒸汽醪量8经闪蒸汽液分离器后的蒸煮醪量8经真空冷却器后最终蒸煮醪液量93.3糖化醪与发酵醪量的计算 9需蒸馏的成熟发酵醪量 9成熟发酵醪量9入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度9发酵过程放出总量 9酒母醪量9糖化醪量103.4成品与发酵醪量的计算 10醪塔上升蒸汽量10残留液量10成熟醪比热容10成熟醪带入塔的热量

3、10蒸馏残留液固形物含量 10蒸馏残留液的比热容 11塔底残留液带出的热量11上升蒸汽带出热量113.5生产11000t/a酒精的物料衡算11酒精成品11主要原料木薯干用量124设计总结13参考文1前言1.1酒精发酵简介据统计，全世界每年的石油消耗量为200亿桶，比发现的石油多50亿桶。石油不 断减少，全球的消耗量却不断增加。尤其我国最近几年经济快速发展，石油消 耗也快速增加。并且中国充满爆发力的石油需求一直被视为近两年来国际油价 大涨的关键因素。目前中国已取代日本成为全球第二大石油消耗国 仅次于美国），预估10年内中国的石油需求将从目前的每日 600万桶膨胀近一倍至 1150万桶。十年前中国

4、进口石油占整体石油需求的比例才6%现在已经提高到三分之一，到2020年预期将有60%勺石油都必须来自进口。石油燃烧带来许多 环境问题，其燃烧产物为硫化物和氮化物。硫氧化物对人体的危害主要是刺激 人的呼吸系统，吸入后诱发慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水肿和肺心性疾病。 如果大气中同时有颗粒物质存在，颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物、可以进 入肺的深部，就会大大地加大危害程度。石油燃烧产生的氮的氧化物和硫的氧 化物在高空中为雨雪冲刷，溶解，雨成为了酸雨。这些酸性气体成为雨水中杂 质硫酸根、硝酸根和氨离子，会严重污染土壤以及水体，造成生态的失衡。与 此同时，石油消耗大量增加，也增加了我国石油安全系数。而燃

5、料酒精正可以缓解这些问题。因为酒精生产技术人类已经非常娴熟，人类的文明史就是酒精的发展史。自从有了人类文明便有了酿酒技术。酒精发酵是指在无氧条件下，微生物 如酵母菌）分解葡萄糖等有机物，产 生酒精、二氧化碳等不彻底氧化产物，同时释放出少量能量的过程。在生产过程 中需要大量的生物技术。比如：需要基因项目得到即能提高生产酒精效率又可 以用纤维素作为原料而生产酒精的酵母菌，用酶项目生产可直接将纤维素转化 为酒精的人造酶等等。发酵法生产酒精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

6、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酒精生产 再生资源，将其应用到发酵酒精工业，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酒精生产工艺流程1.2酒精发酵的原理酶水解生产中多采用酶水解法。许多种微生物，如细菌、曲霉等能产生淀粉酶。 淀粉酶水解淀粉的过程是先使淀粉水解成麦芽糖，再由麦芽糖酶作用，生成葡 萄糖。其总的反应式如下：C6H10O5）n + H 2淀粉酶勺2也211麦芽糖酶*淀粉麦芽糖葡萄糖淀粉酶的种类较多，主要有以下几种：a -淀粉酶 液化酶、液化型淀粉酶）可将直链淀粉水解成含6个葡萄搪分子的单位。它对支链淀粉的

7、a -1 , 6糖苷链不起作用，但能越过此键，从分于内部水解a -1 , 4糖苷链，故支链淀粉的水解产物中除6个葡萄糖分子的单位以外，还有短链的分支。这些小分子 化合物统称为糊精。淀粉被水解后，粘度下降，表现为液化。B -淀粉酶 糖化酶、糖化型淀粉酶）它的作用方式是从淀粉分子的非还原端开始，每次分解出一个麦芽糖分子，它可将直链淀粉彻底水解为麦芽糖。但也不能作用于a -1，6糖苷键，而且不能越过此键。因此，当分解支链淀粉时，遇到分枝点的a -1，6糖苷键时，就停止作用，留下较大分子的极限糊精。葡萄糖淀粉酶丫 -淀粉酶）它自淀粉分子的非还原端开始，每次分解出一个葡萄糖分子，但也不能分 解支链淀粉的

8、a -1，6糖苷键。异淀粉酶R酶）它专门水解a -1，6糖苷键。它和上述三种淀粉酶联合作用时可将淀粉 彻底水解成麦芽糖和葡萄糖。酒精发酵酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成酒精 丙酮酸2CCOCOO 2CCHO + 2CQ乙醛2（A-2H + 2CH3CHO2CH3%OH + 2A总反应式为：C6H12C6 2CH3Coh +2C+Q1mol葡萄糖可产生2mol酒精，即80克葡萄搪可产生92g酒精，得率为51.5 %。可是，酵母干重的累积约为利用碳水化合物的2%,同时2%的碳水化合物用于形成甘油，0.5 %的碳水化合物用于形成有机酸 主要是琥珀酸）和 0.2 %用于形成杂醇油 高级醇），因此，实际

9、上糖只有 47%转化成酒精。一般 100kg纯淀粉生产93%浓度酒精的理论值是60.54kg。1.3目前酒精发酵方式的比较间歇发酵：指全部发酵过程始终在同一个发酵罐内进行的发酵方式。其优点是操作简单，易于管理，不会大面积感染杂菌。缺点是酒母用量大，非生 产性时间长，设备利用率低。连续发酵：指把发酵的不同阶段的分别放入发酵罐内进行发酵的方式。因为糖液是一直连续不断地流加，故每个发酵罐内的流量、醪液浓度、酒精浓度、酵母细胞数以及温度、pH值等均相应稳定，有利于酵母的生长繁殖。优点是可以提高设备利用率，节省酒母，便于自动化控制，缺点是对无菌条件要求 严格。半连续发酵:介于间歇发酵和连续发酵之间的一种

10、发酵方式。指主酵期采 用连续发酵而后酵期采用间歇发酵。其优点是节约酒母，设备利用率较间歇发酵 有所提高，缺点是对无菌要求较为严格。22 生产工艺2.1生产产量及方案产量：年产酒精11000吨产品品种：含乙醇93%V）相当于92.4%W）食用酒精2.2生产方法的选择工艺方法：利用玉 M为原料，双酶糖化，添加酒精酵母连续发酵、三塔蒸 馏的工艺是目前最成熟、最典型的生产工艺。糖化酶玉氷粉碎，调浆连续蒸煮蒸煮醪冷却糖化糖化醪冷却，连续发酵洒母醪咸熟发酵醪 弼髓 龍塔 希協 戍品酒持 废糟 杂醇油DDGS全价干酒精）图1酒精生产工艺流程简图32.3主要工艺参数：年生产天数：300天玉M含水：15%玉M粉

11、产率：87%玉M含淀粉：63%玉M淀粉实际出酒率：53%发酵周期：60h原料粉碎率：2.5mm原料加水比：1 : 3a -淀粉酶用量：6u/原料蒸煮温度：100 C蒸煮时间：100min糖化酶用量：100u/g原料糖化温度：60 C糖化时间：45mi n糖化醪固形物浓度：18%糖化醪PH值：4.0接种量：10%稀释速率：0.1发酵温度：33 C发酵罐装料系数：90%发酵醪酒精浓度：10%V/V）相当于8.01%质量分数）3全厂物料衡算的内容淀粉原料酒精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：主要原料为玉M其它原料有淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸铵等。1）中间厂品

12、，蒸煮醪、酒母醪、发酵醪等。2）成品、副产品以及废气、废水、废渣既酒精、杂醇油。二氧化碳和废糟 等。3.1 原料消耗的计算3.1.1 淀粉原料生产酒精的总化学反应式为:糖化：1)16218180发酵：18046J44经喷射液化器加热后蒸煮醪量为:式中2748.9 喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa的焓（kJ/kg3.2.2 经液化维持管出来的蒸汽醪量为：（温度降为102C式中2253 液化维持管的温度为102C下饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/kg3.2.3 经闪蒸汽液分离器后的蒸煮醪量为：式中2182-100 C饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/kg324经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为:式中1413 真空冷

13、却温度为60C下的饱和蒸汽的汽化潜热（kg/kg3.3 糖化醪与发酵醪量的计算设发酵结束后成熟醪量含酒精10%体积分数，相当于8.01%（质量分数 .并设 蒸馏效率为98%而且发酵醪酒精捕集器回收酒精洗水分别为成熟醪量的 5%和 1%贝U生产1000Kg93%体积分数酒精成品有关计算如下：3.3.1 需蒸馏的成熟发酵醪量为:若不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为:3.3.3 入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为:3.3.4 相应发酵过程放出总量为:3.3.5 接种量按10%+，则酒母醪量为:3.3.6 酒母醪的70%!糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，贝加化醪量为3.4 成品与发酵醪量的计算废醪量是进

14、入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分及其他挥发组分 后的残留液。此外，因为醪塔是使用直接蒸汽加热，所以还需要加上塔的加热 蒸汽冷凝水。设进塔的醪液 ）的温度=70C，排除废醪的温度 C：成熟醪固形物含量为:，塔顶上升酒气的乙醇浓度 50%体积分数）即47.18%(t(t燃料酒精10001.543711100玉M干原料2770.04.23101.630470a -淀粉酶1.1080.001690.040612.188糖化酶6.3160.00960.231669.476硫酸铵1.160.00180.042512.76蒸煮粉浆11080.016.928406.27121880成熟蒸煮醪10736

15、.116.402393.657118097.1糖化醪1971.33.01272.28121684.3酒母醪1159.61.77242.51912755.6蒸馏发酵醪12558.319.186460.471138141.3二氧化碳907.71.38733.2829984.7废醪12737.119.459467.027140108.14设计总结本次设计是在黄老师的悉心指导和我们组成员的共同努力下完成的。在这 次设计中我们学到了很多东西。首先我们学会了合作，常言道“三个臭皮匠顶 个诸葛亮”，在做设计的过程中，我们分为几个组，各个组负责不同的部分，大 家先是分别查阅相关资料，然后汇总在一起，一起讨论设计过程中的错误和不 足，在大家的共同努力下，我们终于大致完成了整体的设计。其次，在做设计 之前我们查阅很多相关资料，这不仅丰富了我们的专业知识，也让我们学会了如 何利用各种工具查阅资料。再次，通过具体地设计和计算，让我们掌握了酒精 生产的全部过程以及物料衡算过程。只有通过自己的亲身实践，我们才能更好 地掌握相关的知识。设计的选题，设计的指导直至设计的完成始终凝结着老师 的心血，老师严谨的治学作风和执着的敬业精神在潜移默化地教诲我们，在学习上给我们的指导将让我们终生收益。在设计过程中，大家互相帮助，一起讨 论，这