酒精生产总物料衡算.docx
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酒精生产总物料衡算.docx
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酒精生产总物料衡算
1、全厂物料衡算内容:
原料消耗计算、中间产物量计算、成品及副产品量计算。
2
、生产工艺流程图:
生产工艺采用改良湿法、双酶糖化、连续发酵和半直接式三塔蒸馏流程,如图
燃料酒精
图改良湿法双酶糖化连续发酵燃料酒精流程示意图
3
、工艺技术指标及基础数据
(1)生产规模:
10000t/a燃料酒精
(2)生产方法:
改良湿法、、双酶糖化、连续发酵和塔蒸馏。
(3)生产天数:
300d/a
(4)燃料酒精日产量:
34t
(5)燃料酒精年产量:
10200t
(6)产品质量:
国际燃料酒精,乙醇含量鸠上(V)。
(7)主原料:
国内酒精企业玉米粉(脱胚去皮)淀粉含量68%利用率为80%-92%,水分14%
(8)酶用量:
耐高温a-淀粉酶用量8u/g原料,糖化酶用量为100u/g原料,酒母糖化醪用糖化酶量200u/g原料。
(9)硫酸铵用量:
8kg/t酒精(提供氮源)。
(10)硫酸用量:
t酒精(调节pH)。
二、10000t/a玉米淀粉燃料酒精厂全厂总物料衡算
1、原料消耗计算
现以生产%(V)成品酒精1000kg作为计算的基准。
(1)淀粉原料生产乙醇的总化学反应式为:
(C6H10O5)
糖化阶段:
n+nH2OnC6H12O6
2C2H5OH+2CO2
(4—2—1)
(C6H10O5)n+nH2。
nC6H12O6
(4—2—2)
162
18180
发酵阶段:
C6H12O62C2H5OH+2CO2
(4—2—3)
180
2X46
2X44
(2)每生产1000kg燃料酒精的理论淀粉消耗量:
由式(4—2-2)和(4—2—3)可求得理论上生产1000kg燃料酒精(%(V)的燃料酒精相当于%(W))所消耗淀粉量为:
100099.18%1746.5kg
246
(3)生产1000kg燃料酒精实际淀粉耗量:
实际上,整个年产过程经历的各工序,如原料处理、发酵及蒸馏等,要经过复杂的物理化学和生物化学反应,所以产品得率必然低于理论产率。
据实际生产经验,生产中各过程各阶段淀粉损失率如表4—1所示。
表4—1生产过程淀粉损失一览表
原料预处理
粉尘损失
蒸者
八、、八、、
未溶解淀粉及糖分破坏
发酵
未发酵残余糖分
发酵
巴斯德效应和用于发酵副产物损失
发酵
酒精自然蒸发与被二氧化碳带走
蒸馏
废槽液带走及其它蒸馏损失
脱水
脱水损失
累计损失
由酒精捕集器回收酒精
实际损失
因此,一般在整个生产过程中淀粉利用率在91~92%之间,若以上表为依据,
淀粉利用率为%计算,每生产1000kg燃料酒精实际淀粉耗量为:
这个原料的淀粉出酒率为%属于中等水平。
1909.8
68%X90%
=3120.6kg
(4)生产1000kg燃料酒精干玉米原料消耗量:
根据基础数据给出,国内酒精企业玉米粉(脱胚去皮)淀粉含量68%利用率为80%-92%取90%+算,则每生产1000kg燃料酒精需要的玉米量为:
生产1000kg燃料酒精所需要的淀粉应包括糖化剂内所含的淀粉,这样以玉
米为原料需要量为:
_1909.8-Go
G—A%
式中G'――每生产%(V)燃料酒精的原料量,kg;
A每100kg原料其中所含淀粉量,kg;
G0――每生产1000kg燃料酒精需要糖化剂所消耗的淀粉量,kg;在生产中往往需要计算淀粉的出酒率,以便于了解生产情况和评价生产水平,淀粉出酒率的计算式如下:
P100
G'A%G'o
式中P――包括各种不同等级生产成品酒精的数量,kg;
G'――每生产%(V)燃料酒精的原料量,kg;
G'o――每生产1000kg燃料酒精需要糖化剂所消耗的淀粉量,,kg;
(5)耐高温a-淀粉酶耗量:
本设计选用酶活力为20000u/g的a-淀粉酶使淀粉液化,促进糊化,可减少蒸汽消耗。
耐高温a-淀粉酶消耗量按8u/g原料计算。
则用酶量为:
3
1.248kg
3120.6X10X8
20000
(6)糖化酶耗量:
本设计选用糖化酶活力为100000u/g,使用量为100u/g原料,则糖化酶消耗量为:
3
3.121kg
3120.6103100
100000
此外,糖化酶耗量还包括酒母糖化酶。
用量为200u/g原料计,且酒母用量
3120.610%70%
200
100000
0.437kg
为10%则酒母糖化酶耗量:
式中70%为酒母的糖化液占70%其余为稀释水和糖化计
则糖化酶耗量为
(7)硫酸铵耗量:
硫酸铵用于酒母培养基的氮源补充,其用量为酒母的%,
设酒母醪量为m,则硫酸铵耗量为:
%m
2、辅料消耗计算
(1)、蒸煮醪所需辅料的计算
根据生产实际,连续蒸煮首先将粉碎原料在配料调浆罐内与温水混合,加水
比一般为1:
3左右,则粉浆量为:
3120.6X(1+3)=12482.4kg
在蒸煮过程中用直接蒸汽加热,在后熟器和气液分离器减压蒸发、冷却降温,这样随着蒸煮过程的进行,蒸煮醪量将随时间发生变化,要确切知道数量变化必须与热量衡算同时进行,现在按喷射液化连续蒸煮工艺条件进行估算。
调浆的粉
浆温度为65C,将表压的蒸汽与粉浆在喷射液化器内混合,使粉浆温度迅速升至145C,然后进入维持罐保温液化5-8min,真空闪蒸冷却至95C后进入液化罐反应约60min后,进真空冷却器冷却至63C后糖化30min。
干物质含量w)=86%勺玉米比热容为:
C=x(1-)=kJ/(kg?
k)
粉浆干物质含量:
w=3=%
蒸煮醪比热容:
Ciw/iCo+(1-w/\)Cw
=%+(1-%X
=kJ/(kg?
k)
式中C——水的比热容kJ/(kg?
k)
由于在加热冷却过程中,蒸煮醪浓度随时间变化,比热也应该有变化,但变化不大,所以假定蒸煮过程比热容恒定。
(I)经喷射液化器加热后蒸煮醪量为:
12482.4+
12482.4X3.45X(145—65)
2748.9—145X4.18
=14090.2kg
式中一一喷射液化器加热蒸汽()的焓(kJ/kg)
(n)经液化维持罐出来的蒸汽醪温度降为c,量为:
14076.1—
14076.1X3.45X(145—138.2)
2149.5
=13922.5kg
式中一一液化维持罐的温度为C下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)
(川)经汽液分离器后的蒸煮醪量为:
13922.5—
13922.5X3.45X(138.2—95)
2271.0
=13008.8kg
式中2271――汽液分离冷却温度为95C下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)
(W)经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为:
13008.8-
13008.8X3.45X(95—63)
2351
=12398.0kg
式中2351――真空冷却温度为63C下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)
从计算结果可以看出,粉浆虽然经过多次的加热和冷却过程,但是到糖化锅的醪量并没有大的变化(和12398kg),这表明只要将蒸煮冷却过程的二次蒸汽充分利用,可以大大减少酒精生产过程的热量消耗。
(2)、糖化醪与发酵醪所需辅料的计算
蒸煮醪在糖化锅内加入曲乳或液体曲,并取部分糖化醪去做酒母。
设发酵结
束后成熟醪量酒精含量以10%(V)计,相当于%(w),蒸馏效率为98%而且发
酵罐酒精搜捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5唏口1%则每生
产%(w)酒精的成品有关计算如下:
(I)待蒸馏的成熟发酵醪量F为:
F=98%滋01%x(100+5+1)%=13392-8kg
(U)入蒸馏塔的成熟发酵醪酒精浓度为:
1000X99.18%/、
X100%=7.56%(w)98%X13392.8
(川)相应酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为:
1000X99.18%44
其中发酵过程放出的占95%
(W)
X——=968.0kg98%46
若发酵成熟醪不计酒精捕集器和洗罐水量,则成熟发酵醪量为:
13392.8
按接种量10%+算需要酒母醪量m为:
12643.7+968.0m0=—了7X0%=1236.6kg
0(100+10)%
酒母醪是70%t化醪,30%补充糖化剂与稀释水。
需要做酒母的糖化醪
(100+5+1)%=12634.7kg
(⑴
占全部糖化醪的7%则糖化醪量:
12634.7+968.0
+1236.6X70%=13231.7kg
(100+10)%
可以得到在糖化锅内加入曲乳或液体曲量占蒸煮醪量的百分数:
13231.7-12398.0X00%=6.72%
12398.0
3、成品与废醪量计算
以半直接式酒精发酵醪蒸馏的三塔流程进行计算。
在醛塔取的酒一般占成品酒精的~3%所取醛酒量的原则是:
保证成品质量
前提下,取得越少越好,这与操作水平有关,现在取醛酒2%则生产1000kg成
品酒精其中醛酒产量为:
《酒精工业手册》
1000X2%=20kg
故实际合格成品酒精产量:
1000—20=980kg
杂醇油产量为成品酒精的—般可取%则杂醇油产量为
10000.5%5kg
废醪应为成熟发酵醪中除去部分水和酒精及其它挥发组分后的残留液,由于
V
是直接蒸汽加热,还要加入蒸汽冷凝水。
应对醪塔进行详细的物料和热量衡算如图
设进塔醪液(F)进醪温度为ti=70C,塔底排醪温度为t4=105C,成熟醪内含固量为Bi=%塔顶上升酒精蒸汽的浓度取50%(V)即%(w)计算。
(I)醪塔上升蒸汽量为:
7.56%
V=13392.8X-=2146.0kg
47.18%
(U)残留液量为:
mx=13392.8-2146.0=11246.8kg
(川)根据计算发酵醪比热的经验公式
C1=4.18X(|.019-0.95Bi)
成熟醪的比热容为:
c1=X(—X%)
=kJ/(kg?
k)
(W)成熟醪带入塔的热量为:
Q1=Fc1t1=13392.8X3.96X70=3.71X106kJ
(V)蒸馏残留液的固含量:
B2
=8.93%
FB113392.8X7.5%
mx—11246.8
(⑴蒸馏残留液的比热容为:
c1=4.18x(l—0.378B2)=4.18X(1-0.378X8.93%)=4.04kJ/(kg?
k)
(叫)塔底残留液带走的热量为:
6
Q4=mxC2t4=11246.8X4.04X1O5=4.77X10kJ
(毗)查手册得50%(V)酒精蒸汽的焓i=1965kJ/kg:
则上升蒸汽带走的热量为:
6
Q3=Vi=2146.0X1965=4.22X10kJ
(区)加热蒸汽消耗量为:
设塔底引入加热蒸汽为(表压),相应的焓为
I=kJ/kg
根据热量衡算式计算加热蒸汽消耗量为:
Q3+Q4+Qn—Q1
D=
I—Cwt4
若取蒸馏过程热损失Q为加热蒸汽供热量的1%则加热蒸汽消耗量为:
=2369.4kg
4.22X106+4.77X106+3.71X106
(2689.8—105X4.18)X(1—1%)
(X)采用直接蒸汽加热时塔底排出的废糟量:
mx+D=1124.6+2369.4=13616.2kg
4、10000t/a玉米淀粉原料燃料酒精厂物料衡算
(1)酒精成品
日产燃料酒精量为:
10000-300=,取整数为34t/d
实际年燃料酒精总产量为:
300X34=10200t/a
(2)主要原料玉米粉耗量:
日耗量为:
X34=kg/d
年耗量:
X300=31830t/a
淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮粉浆量糖化醪、酒母醪、蒸馏发酵醪等每日
量和每年量均可得出,衡算结果详见表
表10000t/a玉米淀粉原料燃料酒精厂物料衡算表
物料
数量
生产1000kg
燃料酒精物料
量/kg
每小时数量
/kg
每天数量/t
每年数量/t
燃料酒精
1000
34
10200
玉米粉量
31830
a—淀粉酶
糖化酶
硫酸铵
硫酸
蒸煮粉浆
127323
成熟发酵醪
127362
糖化醪
134967
酒母醪
12612
蒸馏发酵醪
136608
二氧化碳
9873
废醪
138888
()()()()()()
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