酒精生产总物料衡算

一、10000t/a玉米淀粉燃料酒精厂物料衡算项目、工艺流程及基础数据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，如图空气酶母种原料（玉米）耐高温空压机斜面试管a－淀粉酶预处理辅料（酸、碱）过滤器摇瓶培养脱胚制浆玉米油车间无菌空气小酒母罐连续蒸煮器大酒母罐蒸煮醪酒母醪糖化锅糖化酶糖化醪发酵醪CO2成熟发酵醪蒸馏DDGS车间分子筛脱水杂醇油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99.5%以上（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α-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：5.5kg/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99.5%（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：6105n26126252(CHO)+nHOnCHO2CHOH+2CO（4－2－1)糖化阶段：6105n26126(CHO)+nHOnCHO（4－2－2)16218180发酵阶段：6126252CHO2CHOH+2CO（4－2－3)1802×462×44（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（99.5%(V)的燃料酒精相当于99.18%(W))所消耗淀粉量为：kg5.1746462162%18.991000（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生产工序淀粉损失原因淀粉损失量（%）原料预处理粉尘损失0.40蒸煮未溶解淀粉及糖分破坏0.50发酵未发酵残余糖分1.50发酵巴斯德效应和用于发酵副产物损4.00失发酵酒精自然蒸发与被二氧化碳带走0.30蒸馏废槽液带走及其它蒸馏损失1.85脱水脱水损失1.0累计损失9.55由酒精捕集器回收酒精1.0实际损失8.55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91.45%计算，每生产1000kg燃料酒精实际淀粉耗量为：kg8.1909%55.8%1005.1746这个原料的淀粉出酒率为52.36%，属于中等水平。（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%计算,则每生产1000kg燃料酒精需要的玉米量为：kg6.3120=%90×%688.1909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：%8.19090AGG－＝式中'G——每生产1000kg99.5%(V)燃料酒精的原料量，kg；A——每100kg原料其中所含淀粉量，kg；0G——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：100'%'oPGAG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1000kg99.5%(V)燃料酒精的原料量，kg；'oG——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α-淀粉酶耗量：本设计选用酶活力为20000u/g的α-淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗。耐高温α-淀粉酶消耗量按8u/g原料计算。则用酶量为：kg248.1=200008×10×6.31203（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：kg121.3100000100106.31203此外，糖化酶耗量还包括酒母糖化酶。用量为200u/g原料计，且酒母用量为10%，则酒母糖化酶耗量：kg437.0100000200%70%106.3120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3.558kg（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0.1%,设酒母醪量为m0，则硫酸铵耗量为：0.1%m02、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：()kg4.12482=3+1×6.3120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65℃，将0.8MPa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145℃，然后进入维持罐保温液化5－8min，真空闪蒸冷却至95℃后进入液化罐反应约60min后，进真空冷却器冷却至63℃后糖化30min。干物质含量w0＝86%的玉米比热容为：C0＝4.18×（1－0.7w0）＝1.66kJ/(kg•k)粉浆干物质含量：w1=0.86/3=28.7%蒸煮醪比热容：C1＝w1C0+(1-w1)Cw=28.7%×1.66+（1－28.7%）×4.18＝3.45kJ/(kg•k)式中Cw——水的比热容4.18kJ/(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：()kg2.1409018.4×1459.274865145×45.3×4.12482+4.12482＝－－式中2748.9——喷射液化器加热蒸汽（0.8MPa）的焓(kJ/kg)(Ⅱ)经液化维持罐出来的蒸汽醪温度降为138.2℃，量为：()kg5.139225.21492.138145×45.3×1.140761.14076＝－－式中2149.5——液化维持罐的温度为138.2℃下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)（Ⅲ）经汽液分离器后的蒸煮醪量为：()kg8.130080.2271952.138×45.3×5.139225.13922＝－－式中2271——汽液分离冷却温度为95℃下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/kg)（Ⅳ）经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为：()kg0.1239823516395×45.3×8.130088.13008＝－－式中2351——真空冷却温度为63℃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（12482.4kg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8.01%（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%和1%，则每生产1000kg99.18%（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：()kg8.13392=%1+5+100×%01.8×%98%18.99×1000=F（Ⅱ）入蒸馏塔的成熟发酵醪酒精浓度为：%56.7=%100×8.13392×%98%18.99×1000（w）（Ⅲ）相应酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为：kg0.968=4644×%98%18.99×1000其中发酵过程放出的占95%。（Ⅳ）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：()kg7.12634=%1+5+1008.13392（Ⅴ）按接种量10%计算需要酒母醪量m0为：()kg6.1236=%10×%10+1000.968+7.12643=m0（Ⅵ）酒母醪是70%糖化醪，30%补充糖化剂与稀释水。需要做酒母的糖化醪占全部糖化醪的7%。则糖化醪量：()kg7.13231=%70×6.1236+%10+1000.968+7.12634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：%72.6=%100×0.123980.123987.13231－3、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1.2~3%，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》kg20=%2×1000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0.3~0.7%，一般可取0.5%，则杂醇油产量为kg5%5.01000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图醪塔物料热量衡算图设进塔醪液（F）进醪温度为t1=70℃，塔底排醪温度为t4=105℃，成熟醪内含固量为B1＝7.5%，塔顶上升酒精蒸汽的浓度取50%(V)即47.18%（w）计算。（Ⅰ）醪塔上升蒸汽量为：kg0.2146=%18.47%56.7×8.13392=V（Ⅱ）残留液量为：kg8.11246=0.21468.13392=mx－（Ⅲ）根据计算发酵醪比热的经验公式()1195.0019.1×18.4=Bc－成熟醪的比热容为：1c＝4.18×（1.019－0.95×7.5%)＝3.96kJ/(kg•k)（Ⅳ）成熟醪带入塔的热量为：611110×71.3=70×96.3×8.13392=F=tcQkJ（Ⅴ)蒸馏残留液的固含量：%93.8=8.11246%5.7×8.13392mF=x12＝BB（Ⅵ）蒸馏残留液的比热容为：mx+Dqe1V11DFQ1=Fc1t1Q2=DIQ3=ViQ4=q4+Dt4醪塔()()04.4%93.8×378.01×18.4B378.01×18.4=21＝－＝－ckJ/(kg•k)（Ⅶ）塔底残留液带走的热量为：642x410×77.4105×04.4×8.11246mQ＝＝＝tckJ（Ⅷ）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：6310×22.41965×0.2146VQ＝＝＝ikJ（Ⅸ）加热蒸汽消耗量为：设塔底引入加热蒸汽为0.05MPa（表压），相应的焓为I＝2689.8kJ/kg根据热量衡算式计算加热蒸汽消耗量为：4w1n43IQQ+Q+QDtc－－＝若取蒸馏过程热损失Qn为加热蒸汽供热量的1%，则加热蒸汽消耗量为：()()4.2369%11×18.4×1058.268910×71.3+10×77.4+10×22.4D666＝－－＝kg（Ⅹ）采用直接蒸汽加热时塔底排出的废糟量：2.136164.2369+6.1124D+mx＝＝kg4、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＝33.33t，取整数为34t/d实际年燃料酒精总产量为：300×34＝10200t/a（2）主要原料玉米粉耗量：日耗量为：3120.6×34＝106100.4kg/d年耗量：106100.4×300＝31830t/a淀