年产10万吨酒精发酵车间设计01

摘 要

摘 要

酒精在我国酿酒行业、化工行业等，都发挥着重要作用。食用酒精作为硬饮料中不可缺少的添加成分，它的品质越来越受到人们的重视，特别是我国做为世界白酒消费大国，食用酒精品质的好坏，就显得更重要了。

本设计是对年产10万吨酒精工厂发酵车间工艺设计。主要包括酒精生产的工艺流程设计、工艺计算、全厂物料衡算（工艺技术指标及基础数据）、各个工段物料和热量衡算（蒸煮工段、糖化冷却工段、发酵工段、蒸馏工段以及酒精生产过程中的供水供气衡算）、设备的设计与选型（包括发酵罐、预发酵罐、酒精捕集器、酒母培养罐，泵），厂房的整体布置和轮廓设计、发酵车间的布置设计。绘制酒精生产工艺流程图、发酵车间带控制点工艺流程图和发酵车间平面、立面布置图。

关键词：酒精；工艺；设计；设备

I

四川理工学院毕业设计

目 录

摘 要 ............................................................... I 目 录 .............................................................. II 前 言 .............................................................. VI 第1章 全厂工艺论证 ................................................. 1 1.1 生产原料：木薯（淀粉质原料） ..................................... 1 1.1.1木薯的主要成分 ................................................. 1 1.1.2木薯作为酒精原料的特点 ......................................... 1 1.1.3生产过程中的木薯干相关工艺参数 ................................. 2 1.2 原料的预处理 ..................................................... 2 1.2.1原料的除杂 ..................................................... 2 1.2.2原料的粉碎和输送 ............................................... 2 1.3 原料蒸煮工艺 ..................................................... 4 1.3.1蒸煮目的 ....................................................... 4 1.3.2粉浆的预煮 ..................................................... 4 1.3.3间歇蒸煮与连续蒸煮工艺相比较其优缺点 ........................... 4 1.4 糖化工艺 ......................................................... 5 1.4.1糖化的目的 ..................................................... 6 1.4.2糖化工艺 ....................................................... 6 1.4.3测定糖化醪质量的方法 ........................................... 6 1.5 糖化醪的发酵 ..................................................... 8 1.5.1糖化醪发酵目的 ................................................. 8 1.5.2影响酒精发酵的因素 ............................................. 8 1.5.3酒精发酵的方式 ................................................. 9

II

目 录

1.5.4发酵生产工艺 ................................................... 9 1.6 酒精的蒸馏和精馏工艺及分支筛脱水工艺 ............................ 10 1.6.1蒸馏车间操作流程 .............................................. 10 1.6.2蒸馏操作的控制 ................................................ 11 1.7 发酵副产品和污水处理 ............................................ 12 1.7.1酒精生产的副产品 .............................................. 12 1.7.2污水处理 ...................................................... 12 第2章 全厂物料衡算 ................................................ 13 2.1 工艺技术指标及基础数据 .......................................... 13 2.2 原料消耗量计算 .................................................. 13 2.3 蒸煮醪量的计算 .................................................. 14 2.4 糖化醪与发酵醪的计算 ............................................ 16 2.5成品与发酵醪量的计算 ............................................ 16 2.6 100000T/A淀粉原料酒精厂总物料衡算 .............................. 18 第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 ................................ 20 3.1 蒸煮工段的物料和热量衡算 ........................................ 20 3.1.1蒸煮工段的工艺流程 ............................................ 20 3.1.2蒸煮各工段的物料和热量衡算 .................................... 20 3.2 糖化冷却工段物料和热量衡算 ...................................... 21 3.2.1工艺流程： .................................................... 21 3.2.2糖化过程中的物料和热量衡算 .................................... 22 3.3 发酵工段的物料和热量衡算 ........................................ 23 3.4 蒸馏工段物料和热量衡算 .......................................... 25 3.4.1三塔气相过塔工艺流程 .......................................... 25

III

四川理工学院毕业设计

3.4.2醪塔 .......................................................... 26 3.4.3排醛塔 ........................................................ 28 3.4.4精馏塔 ........................................................ 29 3.5 酒精厂生产过程中的供气衡算 ...................................... 31 3.5.1蒸煮糖化和蒸馏工段蒸汽消耗和废气排放量的计算 ................... 31 3.5.2酒精厂平均蒸汽耗用量 .......................................... 32 3.6 酒精生产过程中的供水衡算 ........................................ 32 3.6.1工艺技术指标及基础数据 ........................................ 32 3.6.2酒精生产供水衡算 .............................................. 33 第4章 酒精发酵设备的计算与设计 .................................... 36 4.1发酵罐容积计算 .................................................. 36 4.2发酵罐容积核算 .................................................. 36 4.3预发酵罐设计 .................................................... 37 4.5酒母培养罐的选取 ................................................ 39 4.6 泵的选用 ........................................................ 40 第5章 车间布置 .................................................... 34 5.1厂房的整体布置和轮廓设计 ........................................ 34 5.2 发酵车间的布置设计 .............................................. 34 5.3发酵车间平面布置设计 ............................................ 34 5.4发酵车间立面设计 ................................................ 34 5.4.1泵的布置设计 .................................................. 34 5.4.2酒精捕集器的设计 .............................................. 35 5.4.3发酵罐顶钢架平台设计 .......................................... 35 5.4.4 门、楼梯 ...................................................... 35

IV

目 录

毕业设计总结 ........................................................ 50 参考文献 ........................................................... 53 致谢 ............................................................... 54

V

四川理工学院毕业设计

前 言

酒精在我国酿酒行业、化工行业、橡胶工业、油漆涂料工业、电子工业、照相胶片及纸浆生产行业、医药行业、香料工业、化妆品行业等，都发挥着重要作用。食用酒精作为硬饮料中不可缺少的添加成分，它的品质越来越受到人们的重视，特别是我国做为世界白酒消费大国，食用酒精品质的好坏，就显得更重要了。可以说，食用酒精品质的好坏是涉及到千家万户的大事。

从粮食、薯类、糖蜜三类原料来看食用酒精产成品的质量，粮食酒精最优，其次是薯类酒精，最差的是糖蜜酒精。

食用酒精使用粮食和酵母菌在发酵罐里经过发酵后，经过过滤、精馏来得到的产品，通常为乙醇的水溶液，或者说是水和乙醇的互溶体。

蒸馏法提高酒精浓度最多能到73%左右，因为乙醇和水会形成共沸混合物。 食用酒精的度数是不确定的，通常为食用酒精的纯度为95%。

乙醇俗语叫酒精，分为工业酒精和食用酒精，但车用酒精与它们有明显的区别。第一，工业酒精的纯度为90%，其余的10%中除甲醇等杂质外，大多数是水；而食用酒精的纯度为95%，其余5%都是水；车用乙醇与其它相比最大的区别就是脱水，按国家标准，它的杂质和水含量必须小于0.8%。

第二，酒精既可以车用又可以食用，在很多国家，食用酒精都是高税收，而车用乙醇则是给补贴。为了防止一些厂家把车用乙醇回流到食品工业，从而拿政府补贴，躲避高额税，车用乙醇出厂时就必须加变性剂，让它从颜色或味道上区别于食用酒精。像我国，车用乙醇出厂前加3%－5%的汽油，让它在味道上区别于食用酒精。而欧洲一些国家则在其出厂前加颜色，如蓝色、红色等。

本设计采用先进的生产工艺，利用国内外先进的生产管理经验。采用低温蒸煮，双酶液化糖化，连续发酵，三塔直接式蒸馏，分子筛脱水。本设计将木薯干到制成食用酒精中的各环节涉及的工艺、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述，希望能和各位共同讨论。由于本人的水平有限，错误之处在所难免，不足之处恳请专家学者多多指正。

VI

第1章 全厂工艺论证

第1章 全厂工艺论证

1.1 生产原料：木薯（淀粉质原料）

1.1.1木薯的主要成分

木薯起源于热带美洲，广泛栽培于热带和部分亚热带地区，主要分布在巴西、墨西哥、尼日利亚、玻利维亚、泰国、哥伦比亚、印尼等国。中国于19世纪20年代引种栽培，现已广泛分布于华南地区，广东和广西的栽培面积最大，福建和台湾次之，云南、贵州、四川、湖南、江西等省亦有少量栽培。木薯的营养成分如表1-1所示。 表1-1 木薯的营养成分列表(每100克中含) 成分名称 可食部

含量 99

成分名称 水分(克)

含量 69

成分名称

含量

能量(千卡) 116 脂肪(克) 胆固醇(毫克) 胡萝卜素(毫克) 核黄素(毫克) 维生素E(T)(毫克) δ-E 钾(毫克) 铁(毫克) 铜(毫克)

0.3 0 0 0.09 0 0 764 2.5 0

能量(千焦) 485 碳水化合物(克) 灰份(克) 视黄醇(毫克) 尼克酸(毫克) a-E 钙(毫克) 钠(毫克) 锌(毫克) 锰(毫克)

27.8 0.8 0 1.2 0 88 8 0 0

蛋白质(克) 2.1 膳食纤维(克) 维生素A(毫克) 硫胺素(微克) 维生素C(毫克) (β-γ)-E 磷(毫克) 镁(毫克) 硒(微克) 碘(毫克)

1.6 0 0.21 35 0 50 66 0 0

1.1.2木薯作为酒精原料的特点

1. 单位亩产量高，高的可达1500—2500kg。

2. 木薯的淀粉含量高，纤维少，并有适量的蛋白质，加工比较容易，淀粉利用率高。

3. 木薯的缺点在于胶质、果胶质等粘性物质较多。醪液粘度大，甲醇的生成量较多。

综上所述，木薯（木薯干）是一种良好的酒精生产原料，为我国大多数酒精厂

1

四川理工学院毕业设计

所采用。

1.1.3生产过程中的木薯干相关工艺参数

生产过程中的木薯干相关工艺参数如表1-2所示。

表1-2 木薯干相关工艺参数

原料 木薯干

淀粉含量（%） 70

水分（%） 13

1.2 原料的预处理

1.2.1原料的除杂

淀粉质原料在收获和干燥的过程中，往往会掺夹进泥土，沙石，纤维质杂物，甚至金属块杂物。这些杂物如果 不在生产前除去，则将严重影响生产的正常运转。

为了清除这些杂质，最常用的的除杂方法有筛选，风选和磁力除铁。而磁力除铁又可分为永久性磁力除铁器和电磁铁除铁器。电磁铁除铁器具有固定不变的磁场因此不永久性磁铁除铁器更为完善，所以选用电磁铁除铁器。

1.2.2原料的粉碎和输送

原料进行水—热的目的是要使包含在原料细胞中的淀粉颗粒能从细胞中游离出来，充分吸水膨胀，糊化乃至溶解，为随后的淀粉酶系统作用。并为淀粉转化成发酵性糖创造成必要和良好条件。就目前的情况来看，先将原料粉碎，再在较和缓的的条件下进行蒸煮是较好的方法。

原料粉碎的方法分为两种：干式粉碎和湿式粉碎。其优缺点比较如表1-3所示。 通过对干式粉碎和湿式粉碎的比较，因原料采用的是木薯干，为了节约成本，所以最终采用干式粉碎。

干式粉碎采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，因为两级粉碎的动力消耗较低。原料经过粗碎后原料颗粒应能通过6～10mm的筛孔。粗碎后颗粒在经细碎，最终原料颗粒能通过1.2～1.5mm的筛孔因为原料粉碎至直径1～1.8mm的原料颗粒易于吸水膨胀和较彻底糊化。

而锤式粉碎机的结构比较简单，更换筛板和锤片的操作方便，对原料品种变化的适应性较强，操作要求也不高因此可以再此选用。

表1-3 干式粉碎和湿式粉碎的优缺点比较如下表

2

第1章 全厂工艺论证

粉碎 方法 干式 粉碎

优点

粉碎后的原料可以储藏，能较低，最终得到原料颗粒一般通过1.2～1.5mm筛孔。

原料粉碎粉末不宜飞扬，可减少原料损失和改善劳条件，还可省去除尘设备

缺点

原料粉碎时粉末易飞扬，造成原料损失，且劳动条件较差。

湿式 粉碎

所的浆料只能立即用于生产，不宜储藏，耗电量比干式粉碎高出8～10%，因此常用于湿度较大的原料。

在原料粉碎前进入粉碎机和粉碎和送入条浆桶涉及到原料的输送问题。国内酒精厂采用的原料输送方法有机械输送、气流输送和混合输送三种。

混合输送是机械输送和气流输送的混合物。而气流输送和机械输送相比主要又三个优点：

（1）机械输送一般是在开放条件下进行，粉尘飞扬严重，即造成原料的损失，也恶化了劳动条件。而气流输送均在密闭条件下进行，上面的两个问题迎刃而解。 （2）机械输送时，虽装有电磁除铁器，但无法除去石块等坚硬杂物，铁片因物料干扰有时也会进入粉碎机中，因此，后者的筛板破损率较高，粉碎度不宜保证。实现气流输送后，铁片等杂物，能可靠的在一级升料管的接料器底部被自动风选出，从而保证了筛子和设备较厂期的使用。

（3）在不用气流输送时，已经粉碎好的原料不能流畅地从粉碎机中排除，影响粉碎机生产能力发挥。采用气流输送后，粉碎后的原料被气流从粉碎机中吸出，从而提高粉碎机的生产能力。

因气流输送又以上优点，并且他是一种适于输送散粒状或块状物的方法，而木薯干在粉碎后符合其形状要求所以在原料粉碎前后都选用气流输送。而粉碎前木薯干是较大的块状物，可采用机械输送，这样可以降低一部分能耗。

气流输送又分为压力输送和真空输送。压力输送在输送管内又较大的压力，所以对设备的要求也较高，并且因管内的压力高于大气压管内的原料粉末从设备缝隙中漏出造成原料的损失，而真空输送不存在这些问提，所以在此选用真空输送。

综上所述，采用混合输送，其工艺流程如图1-2所示。

木薯干 称重

到包 皮带输送 除铁

3

粉碎

四川理工学院毕业设计

料斗 细粉碎

吸风管 旋风分离器 风机 布袋过滤器 大气 加料器

细粉回收 拌料罐

图1-2 混合输送工艺流程图

1.3 原料蒸煮工艺

1.3.1蒸煮目的

含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的保护作用，不宜受到淀粉酶系统作用。另外，不容解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非常慢，水解程度也不高。所以，淀粉原料在进行糖化之前一定要经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。这就是原料蒸煮的主要目的。

目前除了少数小型酒精工厂仍采用间歇蒸煮外，大多数工厂都采用连续蒸煮工艺。所以本设计也采用连续蒸煮工艺。

1.3.2粉浆的预煮

粉碎原料加水制成粉浆时，应注意防止粉料的结块。一旦形成粉团蒸煮的质量就会受到影响，因为粉团内部的粉料没有吸水膨胀，也就不可能糊化，这将导致不容解淀粉数量的增加，出酒率因此降低。分料结块的主要原因是搅拌不充分或不均匀；搅拌温度过高，达到或接近糊化温度。根据这种情况，制备粉浆时，应该选择好搅拌器的结构，保证必要的搅拌速度，严格控制搅拌用水的温度，使他不超过原料的糊化温度，一般应控制在65℃左右。拌料水温度一般为70℃。

如前所述，55～65℃这一温度区域间会使原料中的淀粉酶活化，造成部分原料糖化，生成糖，这部分糖会在随后的蒸煮过程中损失掉。因此在预煮时生温速度应较快，并在打到预定温度后迅速送去蒸煮。在拌料过程中相应的加入a-淀粉酶。

1.3.3间歇蒸煮与连续蒸煮工艺相比较其优缺点

优点： 间歇蒸煮的设备简单，操作方便，投资也较少，适用于生产规模较小的工厂。

缺点：（1）蒸汽消耗量大，而且量不均匀，造成锅炉操作的困

难和煤耗的增加。

4

第1章 全厂工艺论证

（2）辅助操作时间长，设备利用率低。 （3）蒸煮质量较差，出酒率低。 （4）难以实现操作过程的自动化。

通过对两种蒸煮工艺的比较，该厂确定选用能耗低，设备利用率较高，蒸煮质量较好，能实现操作过程自动化等优点的连续蒸煮工艺。

其连续蒸煮工艺流程如图1-3所示。

拌料罐 液化器 液化维持罐 维持罐 换螺热旋器薄板

图1-3连续蒸煮工艺流程图

粉碎后原料蒸煮时加水制成粉桨，其料水比为1：3，水温为70℃，并加入α-淀粉酶然后进行低温蒸煮，其时间为5～7min，温度控制在88℃。第一、第二维持罐的温度分别控制在88℃、84℃，并在里面停留40min左右。最后醪液进入薄板换热器，降温到糖化温度：62℃。

1.4 糖化工艺

木薯干原料在蒸煮以后得到的蒸煮醪，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成为酵母能发酵的糖类。淀粉转化成糖的这个过程，叫糖化。糖化后的醪液叫糖化醪，糖化后的主要产物对比如表1-4所示。

淀粉的液化和糖化作用，会产生很多的中间产物，主要是不同聚和度的糊精，糖化的最终产物是要更多的产生可发酵性糖，也有少数的不发酵性糖类物质。

因此，糖化的目的是将淀粉充分转化成可发酵性糖。其中，淀粉酶水解就是使α-1，4葡萄糖苷键和α-1，6葡萄糖苷键断裂。

表1-4 淀粉糖化的主要产物对比

5

四川理工学院毕业设计

碳水化合物 可溶性淀粉 淀粉糊精 四糖 三糖 双糖 葡萄糖

分子量 208000 10000 661 504 342 180

聚合度 1300 61 4 3 2 1

比旋度 199.7 196 168 164 136 52.5

还原性（%） 0.073 0.5 25 33 60 100

1.4.1糖化的目的

淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成酵母能发酵的糖类。但是，在糖化工序内不可能将全部淀粉都转化为糖，相当一部分淀粉和糊精在发酵过程中进一步酶水解，再进行发酵。

1.4.2糖化工艺

糖化过程由以下诸多操作组成：蒸煮醪冷却致糖化温度；加唐花剂，使蒸煮醪液化；淀粉糖化，物料的巴氏灭菌，糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送往发酵车间或酒母车间。

糖化可分为间歇糖化工艺和连续糖化工艺两种。在间歇糖化时，所有的操作，除最后的泵送外都是在一个称为糖化锅的设备中完成的。而在连续糖化过程中，则分别在不同的设备中实施。连续糖化和间歇糖化的工艺比较如表1-5所示。

为了缩短糖化时间和提高设备的利用率决定采用连续糖化工艺。连续糖化工艺可分为：混合冷却连续糖化、真空冷却连续糖化和二级真空冷却连续糖化。本设计采用混合冷却连续糖化。

混合冷却连续糖化：它的特点是蒸煮醪在进入糖化锅以前，在螺旋薄板换热器内冷却至62℃。其工艺流程如图1-4所示。

1.4.3测定糖化醪质量的方法

1. 外观糖度 用糖度计(Brix)测定粗滤糖化醪中的浓度，所测得的数据，能表示糖化醪中可溶性物质的总含量，不是糖化醪的纯糖。

表1-5 间歇和连续两种工艺的比较

6

第1章 全厂工艺论证

糖化 方法 间歇 糖化

优点

设备简单，操作方便。适用于一些小厂和液体白酒厂。

节约时间，提高设备利用率便于实现自动化控制。

缺点

设备利用率低，很难实现自动化控制。

连续 糖化

设备较复杂，对设备的要求高。

糖化剂 蒸煮醪 螺旋薄板换热器 糖化锅 螺旋薄板换热器 发酵车间

糖化温度：62℃ 糖化时间：16min 糖化率：60～70%

图1-4糖化工艺流程图

2. 酸度 用10毫升粗滤的糖化液，加水冲稀后，以0.1N-NaOH溶液滴定，以酚酞作指示剂．氢氧化钠每消耗1毫升，即为1度酸，此酸度能说明杂菌感染情况。

3. 还原糖 用廉-爱浓(LAne-eyron）法测定还原糖，所测得的糖，多以葡萄糖计算，用这种方法测得糖化醪中约含的糖量。

4. 碘液试验 如加入碘液后，没有蓝红等颜色产生，仍然是碘和糖化醪的原色时，则表示糖化优良，因为糖化过程是淀粉被酶水解的过程，糖化醪遇碘不起呈色反应时，就说明糖化醪中基本上没有淀粉与大分子糊精的存在，表示糖化进行得较好。

5. 分别测定糖化醪的葡萄糖与麦芽糖 测定糖化醪中的葡萄糖，然后从总糖量减去葡萄糖量，再乘以系数，即得麦芽糖量。

6. 测定糖化醪中酶的活力 糖化结束后，并不是糖化醪中所有的淀粉与大分子糊精都水解成糖，其中尚有一部分糊精要在发酵期间依靠后糖化作用而变成糖，因此糖化完毕的糖化醪中，酶的活力还必须很强，才能保证糖化作用的彻底，那么就有测定糖化醪中酶活力的必要。测定后用爱佛龙(Effront)法观察碘的呈色反应，如呈蓝色或紫红色，则证明酶的活力不强；如呈碘黄色，则表示酶的活力强，因为它能将可溶性淀粉基本上彻底糊精化和糖化。

7

四川理工学院毕业设计

1.5 糖化醪的发酵

1.5.1糖化醪发酵目的

淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等物理和生物化学过程，淀粉以充分糊化和液化，其中相当一部分以转化成可发酵性糖。这种糖化醪送入发酵罐，接入酒母后，在后者的作用下，醪中的糖被发酵生成乙醇和二氧化碳；而保存下来的糖化酶也不断地将残存的糊化了的淀粉转化成可发酵性糖，就这样酵母的酒精发酵和后糖化作用相互配合，最终将醪中的绝大的淀粉及糖转化成乙醇和二氧化碳，这就是糖化醪发酵的目的。

1.5.2影响酒精发酵的因素

1. 稀释速度 在间歇发酵中，糖化醪要求自接种后8～10小时内加完，这样可以有较长的后发酵时间，将糊精彻底水解发酵。

在连续发酵过程中，各罐基本上处于相对稳定的发酵状态。为了保持这一状态，要求进入各罐的发酵醪糖分基本上等于被酵母消耗的糖分加上流出的糖分。

2. 发酵醪pH值的控制 发酵醪中，因为乳酸菌大量繁殖造成的污染是阻碍连续发酵广泛应用的主要原因。

连续发酵中发酵醪的pH值控制，既要考虑到要适宜于酵母菌的繁殖和代谢，又要考虑适宜于各种糖化酶的作用。由于连续发酵无菌条件要求较严，其pH控制在4.0～4.5为宜。间歇发酵pH值可控制在4.7～5.0。pH值的控制，可用H2SO4来调节。

3. 发酵温度控制 温度对微生物生命活动影响很大，发酵成绩的好坏与温度控制关系极为密切。酒精酵母繁殖温度为27～30℃，发酵温度30～33℃，如果温度高于40℃，则酒精发酵很难进行。产酸细菌繁殖适温为37～50℃，因此高温发酵易被细菌污染。

生产中发酵醪温度可根据发酵形式不同进行控制：

间歇发酵：接种温度27～30℃；发酵温度30～33℃；后发酵温度30℃±1℃。 连续发酵各罐温度控制在30～33℃。

4. 发酵醪的滞流和滑漏问题 在间歇发酵中不存在醪液的滞流和滑漏问题，但在连续发酵工艺中，这个问题就十分重要了。多级连续发酵的醪液始终处于流动状态，并能使每一发酵罐的醪液处于相对稳定的均衡状态，这就要求醪液保持先进先出，防止滞流或滑漏的现象发生。

5. 关于发酵醪浓度问题 酒精发酵要求在一定浓度的糖化醪中进行，醪液浓度高低，直接影响到生产成绩。糖化醪浓度稀，虽然有利于酵母的代谢活动，提高出酒

8

第1章 全厂工艺论证

率，但是浓醪发酵却有提高设备利用率，节省水、电、汽、降低生产成本，增加产量的优点。因此，生产上希望尽量采用浓醪发酵。

正常发酵醪浓度一股为16～18Bx，其发酵成熟醪酒精含量为8～10％(容量) 6. 关于缩短发酵时间 用糖蜜原料制造酒精，发酵时间需要24～32小时，如用淀粉质原料，则需60小时以上。为了缩短发酵时间，就需要设法加速水解支链淀粉中以1，6相结合的键。解决这个问题的方法是选育糖化酶含量高的菌种，以加强糖化作用。另外，采用连续发酵和选用发酵力强的酵母菌种，也是加速发酵、缩短发酵时间的有力措施。

综上所述，设计运用连续发酵工艺，发酵温度控制在30～34度，pH值控制在4.2～4.5，发酵时间为70～80小时，发酵成熟醪浓度为16～18Bx ，发酵过程中添加青霉素防止染菌，使生产控制趋于自动化。

1.5.3酒精发酵的方式

酒精发酵的方式有三种：间歇式发酵、半连续发酵、和连续式发酵。三种发酵方式的优缺点比较如表1-5所示。

表1-6 各种发酵方法的优缺点比较

发酵方式

优点

设备简单，易于操作，不

间歇式发酵

易染菌，适用于中小型酒厂。

半连续发酵

酒母消耗量少，可适当缩短发酵时间。

连续式发酵

易染杂菌。

易染杂菌，操作要求和设备要求高。

缺点

设备利用率低，酵母消耗量大。

通过对三种方式的比较，考虑到本厂酒精年产量有10万吨，虽然半连续和连续发酵都易染菌，但是发酵中控制好酸度或者添加抗生素抑制杂菌的生长.且间歇发酵设备投资多，占地面积宽。所以最终选用露天大罐连续发酵技术。

1.5.4发酵生产工艺

考虑到在发酵的过程中糖化醪中的可发酵性糖在不断的消耗，为了使其中的糖在一定时间内保持在一定的量利于酵母的生长和发酵，所以选择用连续发酵法，并配一个预发酵罐，降低发酵罐组守罐的稀释率。预发酵罐在发酵车间开机和换罐时，

9

四川理工学院毕业设计

可以作为酒母罐提供适量的酒母投入到连续发酵罐组中。

发酵过程中的工艺流程控制图如图1-5所示。

预 发 酵 罐 1# 发 酵 罐 2# 发 酵 罐 3# 发 酵 罐 。。。 发 酵 罐 11# 发 酵 罐 成熟醪储罐

图1-5发酵工艺流程控制图

连续添发酵的操作方法：生产开始时，先将规定数量的酒母醪打入酒母罐让酒母复水活化，同时连续添加糖化醪。待发酵醪中含量达到2.0亿个/ml以上时，再以适当的流量添加到1#发酵罐中，同时以相同的流量向预发酵罐中添加新鲜糖液；也向1#发酵罐中流加适当的新鲜糖液。当1#发酵罐装满后，向2#发酵罐流加，2#发酵罐满后以相同的速度打入3#发酵罐、4#发酵罐、5#发酵罐待发酵醪成熟后，将其以同样的速度送入蒸馏系统。发酵进程中1#温度控制：32～33℃；2#罐温度控制于34～36℃；3#罐～5#罐罐温度控制于：低于37℃。流加糖液应注意速度：将1#发酵罐的稀释率控制在0.06～0.07之间，若流加过快，则会造成发酵醪中的酵母密度低，不易造成酵母的群体优势，杂菌感染有可能发生；若流加过慢，则将延长满罐时间，可能造成可发酵物质的损失。糖液在发酵罐中停留时间：55h。发酵醪成熟时的酒精度：10%（V）。

在发酵醪送入发酵罐前或者是清发酵罐，使用CIP进行冲刷罐体和杀菌。先用清水喷洗罐体后再用4%的碱液喷洗30min，再用清水喷洗罐体，洗干净后即可使用。

1.6 酒精的蒸馏和精馏工艺及分支筛脱水工艺

1.6.1蒸馏车间操作流程

酒精的蒸馏和精馏是为了从发酵成熟醪中分离、提纯得到成品酒精。其操作流程有许多种（1）单塔蒸馏（2）两塔蒸馏（3）三塔流程（4）多塔流程。

在上述流程中，单塔和两塔蒸馏的到的究竟品质比较差而不采用，而多塔流程

10

第1章 全厂工艺论证

虽然酒精的品质得到了保证，但其设备的投资较大增加了生产成本所以也不采用。三塔流程因其设备投资相对较少且得到的酒精品质也能达到要求，所以选用三塔流程。

其工艺流程为：成熟醪用泵自醪池经过欲热器预热后，送入粗溜塔，由此引出的酒精水蒸气直接进入醛塔，再次进入精溜塔的中部。残留的头级杂质和甲醇随酒精蒸汽上升，经预热器和三个冷凝器绝大部分冷凝下来，预热器和前两个冷凝器中的冷凝液作为回流回入精塔顶部，第三个冷凝器中的冷凝液作为杂醇油酒取出，同时排除相当部分的头级杂质。极少部分未凝结的头级杂质和不凝结气体一起排入大气。成品酒精在顶部第4、6块塔板处提取。酒精成的浓度为95%（V）。工艺流程示意图如图1-6所示。

醛酒 醪 塔 醛 塔 精 馏 塔 分 子 筛 脱 水 塔 `

图1-6 工艺流程示意图

1.6.2蒸馏操作的控制

蒸馏操作的控制主要是三塔流程：

1. 醪塔 蒸馏釜温度为105～103℃，保证酒糟内不含酒精；蒸馏釜压力为0.196～0.245万帕斯卡（表压）；进入精溜塔的酒精蒸汽温度为93～95℃(醪塔顶温度)。

2. 醛塔 醛塔分凝器选用发酵和酒母罐的冷却废水，温度为25℃，终温高达70℃。 3. 精馏塔 塔釜温度为102～104℃；塔釜压力为0.137～0.157万帕期卡(表压)；塔中部(取杂醇油区)温度为86～93℃，比控制塔顶温度灵敏。进入分凝器前塔顶酒精

11

四川理工学院毕业设计

蒸汽之温度78～79℃。第二冷凝器流至第三冷凝器的酒温为35～40℃，这是保证成品质量的重要措施之一。

1.7 发酵副产品和污水处理

1.7.1酒精生产的副产品

酒精生产过程中产生的副产品有二氧化碳，酒精酵母，杂醇油，醛脂和酒糟。 二氧化碳：可以制成干冰，和液体二氧化碳。液体二氧化碳可以用于食品和工业原料。但对其标准要求高。

酒精酵母：经过进化处理可以从新培养等。 杂醇油：可净化后，运用于工业中作为某些原料。 酒糟：可运用于做饲料等。

冷却工艺水：经处理后可以做为生活用水。

1.7.2污水处理

1.7.2.1生产过程中产污分析

酒精工业废水的污染物主要来自木薯等物经发酵、蒸馏后的酒精糟(即高浓度有机废液)，虽然无毒，但CODcr、BOD5、SS 含量高，并呈弱酸性，排入江河、地下水系会造成水中严重缺氧，大大影响水中物质生长。因此，\酒精工业废水污染物排放标准\选择CODcr、BOD5、SS、PH值，以及排水量作为行业废水排放的控制指标。 1.7.2.2污水种类

1. 热交换器排出废水。 2. 工艺设备洗涤用水

3. 精馏废水和酒糟蒸发冷淋水 4. 生活污水 1.7.2.3污水处理方法

采用的主要污水净化措施有：机械法，化学法，物理化学法和生物法等。选择方法要取决于污水数量，污染程度和净化结果的指标等因数。对木薯原料这类污水主要采用机械法和生物法处理即可达到要求指标。

12

第2章 全厂物料衡算

第2章 全厂物料衡算

2.1 工艺技术指标及基础数据

（1）生产规模 100000t/a酒精。

（2）生产方法： 低温蒸煮 双酶连续糖化 大罐斜底连续发酵 三塔

蒸馏。

（3）生产天数 每年300天。 （4）食用酒精日产量 333.33t。 （5）食用酒精年产量 100000t。 （6）杂醇油量 为成品酒精的0.5%

（7）产品质量 乙醇含量95%（体积分数）的食用酒精。 （8）木薯干原料含淀粉含70%，水分13%。

(9)a-淀粉酶用量8u/g原料，糖化酶用量为150u/g原料，酒母糖化醪用糖化酶量300u/g。

（10）硫酸铵用量7kg/t（酒精）。 （11）硫酸用量（调PH用）5kg/t(酒精)。

2.2 原料消耗量计算

（1）淀粉原料生产酒精的总化学反应式为： 糖化：（C6H10O5）n + nH2O → nC6H12O6 162 18 180 发酵：C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 180 46×2 44×2

（2）生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量由上两式得：

10003162/92=1760.9（kg）

（3）生产1000kg95%（体积分数）的食用酒精的理论淀粉消耗量，乙醇含量95%（体积分数）相当于92.41%（质量分数），故生产1000kg食用酒精成品理论上需淀粉量为：

1760.9392.41%=1627.2(kg)

（4）生产1000kg食用酒精实际淀粉耗量 事实上，整过生产过程经历原料处理、发酵及蒸煮工序，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，产品得率必然底

13

四川理工学院毕业设计

于理论产率。据实际经验，各阶段淀粉损失率如表2-1所示。

表2-1 各阶阶段淀粉损失率列表

生产过程

损失原因

淀粉损失（%）

原料处理 蒸煮 发酵 发酵 发酵

粉尘损失 淀粉残留及糖份破坏

发酵残糖 巴斯德效应

酒气自然蒸发与被CO2被带走

（有酒精捕集器）

蒸馏

废糟带走等 总计损失

1.85 8.55 0.40 0.50 1.50 4.00 0.30

故生产1000kg食用酒精需淀粉量为：

1627.2/（100%-8.55%）=1779.3（kg）

（5）生产1000kg食用酒精木薯干原料消耗量 根据基础数据给出，木薯干含淀粉65%故1t酒精耗木薯干量为：

1779.3/70%=2541.86（kg）

（6）a-淀粉酶消耗量 应用酶活力为2000u/g的a-淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗。a-淀粉酶按8u/g计算。

用酶量为：2541.86310338/2000=10.17（kg）

（7）糖化剂消耗量 若所用的糖化酶的活力为20000u/g，使用量为150u/g原料，则糖化酶消耗量为：

2541.8631033150/20000=19.06（kg）

2.3 蒸煮醪量的计算

根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的料水比为1：3，故粉浆量为： 2541.863（1+3）=10167.44（kg）

蒸煮过程用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度为65℃，应用喷射液化器使粉浆迅速升温到88℃，然后进入连续液化器液化，再经薄板冷却器冷却至63℃后进入糖化罐。其工艺流程图如图2-1所示。

14

第2章 全厂物料衡算 拌料罐 液化器 液化维持罐 维持罐 换螺热旋器薄板 图2-1液化工艺流程图

干物质含量为B0=87%的木薯干比热容为： c0=4.183(1-0.7B0)=1.63[kＪ/(kg2K)] 粉浆干物质浓度为： B1=87/(43100)=21.8% 蒸煮醪比热容为： c1＝ B1c0＋(1.0?B1)Cw

＝21.8％31.63＋（1.0－21.8％） ＝3.62[kＪ/(kg2K)]

式中 Cw—水的比热容[kＪ/(kg2K)]

为了计算方便，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维持不变。 (1)经液化器加热后蒸煮醪为：

10167.44+10167.4433.623（88-50）/（2748.9-8834.18）= 10754.8（kg） 式中 2748.9—喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的热焓量（kJ/K） (2)经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：

10754.8-10754.833.623（88-84）/2288.3=10686.7（kg）

式中 2288.3—第二液化维持罐的温度为84℃下饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/K）

(3)经喷射混合加热后的蒸煮醪量为：

10686.7+10686.733.62（115-84）/（2748.9-11534.18）=11215.4kg） 式中 115---灭酶温度（摄氏度）

2748.9---0.5Mpa饱和蒸汽的焓（kJ/kg） (4)经气液分离器后的蒸煮醪量：

15

四川理工学院毕业设计

11215.4-11215.433.623(115-104.3)/2245=11021.9(kg) 式中2245----104.3摄氏度下饱和蒸汽的气化潜热（kJ/K）

(5)经真空冷却器后的最终蒸煮醪量为：

11021.9-11021.933.623（104.3-63）/2351=10321（kg）

式中2351----真空冷却器温度为63摄氏度下的饱和蒸汽的气化潜热（kJ/K）

2.4 糖化醪与发酵醪的计算

发酵醪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%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水为成熟醪量的5%，则生产1000kg95%（体积分数）,相当于92.41%(质量分数)酒精成品有关的计算如下：

（1）需蒸煮的发酵成熟醪量为：

F1 =1000392.41%/(98%38.01%)3（1+5%）=12477(kg） （2）不记酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为： 12477/106%=11711（kg） （3）入塔蒸馏的成熟醪乙醇浓度为：

1000392.41%/(98%312477）=7.56%（质量分数） （4）相应发酵过程放出CO2总量为：

（1000392.41%/98%）3（44/46）=902（kg） (5) 接种量按10%计，则酒母醪量为：

（11771+902）/[(100+10)/100]310%=1152.1(kg)

(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：

（11771+902）/[(100+10)/100]+1152.1370%=12327(kg)

2.5成品与发酵醪量的计算

（1）醛酒产量 在醛塔取酒一般占成品酒精的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。设醛酒酒量占成品酒精的2%，则生产1000千克成品酒精可得次品酒精量为：

1000320%=20（kg）

(2)食用酒精量为 每生产1000kg酒精，其食用酒精产量为： 1000-20=980(kg)

（3）杂醇油产量 杂醇油量通常为酒精产量的0.3%～0.7%，取平均值0.5%，

16

第2章 全厂物料衡算 则淀粉原料生产1000kg究竟副产杂醇油量为：

100030.5%=5（kg）

（4）废醪液量的计算 废醪液量是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分以及其他组分的残留液。此外醪塔使用直接蒸汽加热，所以还需加上入塔的加热蒸汽冷凝水。醪塔的物料和热量衡算如图所示。

设进塔的醪液（F1）的温度t1=70℃，排除醪的温度t4=105℃：成熟醪固形物浓度为B1=7.5%，塔顶上升酒汽的乙醇浓度50%（体积分数）及47.18%（质量分数）。则： V1

D1 Q2=D1I1 Q4=Q′4 +D1t4 Wx+D1 图2-2 醪塔示意图

Q3=V1i F1 Q1=F1C1醪塔上升蒸汽为： V1=1247737.56%/47.18%=1999（kg） 残留液量： Wx=12477-1999=10478 (kg)

成熟醪比热容为： c1=4.183(1.109-0.95B1) =4.183（1.109-0.9537.5%） =3.96[kJ/（kg2K）] 成熟醪带入塔的热量为：

Q1=F1c1t1=1247733.96370=3.493106(kJ) 蒸馏残留固形物浓度为：

B2=F1B1/Wx=1247737.5%/10478=8.93%

蒸馏残留液的比热容为：

c2=4.183(1-0.378B2)=4.03[kJ/（kg2K）]

塔底残留液带出的热量为：

Q′4 = Wxc2t4=1047834.033105=4.433106(kJ)

17

四川理工学院毕业设计

查《发酵工厂工艺概论》附表得50%酒精蒸汽焓为i=1965kJ/kg。固有： 上升蒸汽带出热量为：

Q3=V1i=199931965=3.933106（kJ) 塔底采用0.05MPa(表压）蒸汽加热，焓为2689.8kJ/kg；又蒸馏过程热损失Qn可取为总能量的1%。根据热量衡算得，可消耗蒸汽量为：

D1=(Q3+Q4 +Qn-Q1)/(I-cwt4)

=(3.93+4.43-3.46)3106/(2689.8-4.183105）399% =2199（kg)

采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为： Wx+D1=10478+2199=12677(kg)

2.6 100000t/a淀粉原料酒精厂总物料衡算

前面对淀粉原料生产1000kg酒精（95%）进行了物料平衡计算，以下对1000t/a木薯干原料酒精厂进行计算，设计年生产300天。

(1)每日所需要的原料和生产成品及各种制品数量如下： 日产食用酒精量为：

100000÷300=333.33(t/d),考虑到富余量取334t。 （2）以300天计，全年产品量和原料消耗量

成品酒精年产量：

3343300=100200 (t/a)

（3）10万t/a淀粉原料燃料酒精厂物料衡算结果祥见表2-2。

18

第2章 全厂物料衡算

表2-2 100000t/a淀粉原料酒精厂物料衡算表

项目

生1000k

产酒

每小时数 量（t）

每天数量（t）

每年数量(t)

数量

精物料量（kg）

成品酒精 次品酒精 木薯干原料 a-淀粉酶 糖化酶 硫酸铵 硫酸 蒸煮粉浆 成熟蒸煮醪 糖化醪 蒸煮发酵醪 杂醇油 二氧化碳 废醪

980 20 2541.86 10.17 19.06 1.15 5.0 10167.44 10321 12327 12477 5 902 12677

13.92 0.284 36.1 0.145 0.271 0.0163 0.071 144 146.6 175 176.5 0.071 12.81 180.02

334 6.82 866.317 3.47 6.496 0.392 1.704 3456.3 3517.6 4201.5 4235.4 1.7 307.42 4320.58

100200 2046 259895 1041 1949 117.6 511 1036890 1055280 1260390 1270620 510 92226 1296174

19

四川理工学院毕业设计

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算

3.1 蒸煮工段的物料和热量衡算

3.1.1蒸煮工段的工艺流程

蒸煮工段的工艺流程如图3-1所示

3.1.2蒸煮各工段的物料和热量衡算

粉碎的淀粉质原料投入调浆罐与生产过程回收的温水混合，设水温为T0=70℃.调浆罐是分批操作，为了保证连续蒸煮的进行，设两只调浆罐，每30分钟轮换使用一次，根据前面计算可以得到，每罐投料量G’=G/2=36100/2=18050kg/h，按加水比为1：3.则粉浆罐应容纳粉浆量为W1‘=72200kg/h，木薯干以含水13%计，即其干物质含量为B0=87%，若原料投料混合温度为t0=25℃，则可计算出粉浆温度t1,取水的比热Cw=4.18[kj/(kg.k)],则：

木薯干比热：C0=4.183(1-0.7B0)=4.183(1-0.730.87)=1.63 kJ/(kg.K) 此处排出蒸汽量为：

D2=W4-W5=15580-153161=2689(kg/h) 经真空冷却器后最终的蒸煮醪量为

W6=153161-15319133.623(115-104.3)/2351 =143185(kg/h)

式中 2351——真空冷却温度为62℃下的饱和蒸汽的气化潜热（kJ/K）。

拌料罐 液化器 液化维持罐 维持罐 换螺热旋器薄板图3-1蒸煮工段的工艺流程图

此处排出蒸汽量：

D3=W5-W6=153161-143185=9976(kg/h)

由于蒸煮过程中的热散失，实际上各过程释放的二次蒸汽低于上述值，为安全设

20

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 计，二次蒸汽减少10%，则离开第二维持罐的醪液实际量为：

W实=143185+（946+2689+9976）310%=144546（Kg/h）

10万t/a淀粉原料燃料酒精厂蒸煮工段物料和热量衡算汇总表如表3-1所示：

3.2 糖化冷却工段物料和热量衡算

3.2.1工艺流程：

这一工段的范围是醪液由84℃进入螺旋薄板换热器冷却到62℃，经糖化罐糖化和偶，再经螺旋薄板换热器冷却到28℃后进入发酵系统，其工艺流程图如3-2所示。 糖化剂 蒸煮醪 螺旋薄板换热器 糖化锅 螺旋薄板换热器 发酵车

间 糖化温度：62℃ 糖化时间：16min 糖化率：60～70%

图3-2糖化冷却工段工艺流程图 表3-1 蒸煮工段物料和热量衡算汇总表

进入系统

项 目 粉碎原料 拌料水 加热蒸汽 加热蒸汽 累计

物料(Kg/h) 符号 G W1 D1 D2

数量 36100 108300 5049 7347 156796 离开系统

项 目 二次蒸汽 二次蒸汽 二次蒸汽 成熟醪液 累计

物料(Kg/h) 符号 D1 D2 D3 W6

数量 949 2689 9976 143185 156796

热量(kJ/h) 符号 DI DI DI W6C5T6

数量3107 0.26 0.30 2.35 17.36 20.57

热量(kJ/h) 符号 GC0t0 W1C eT0 D1I1 D2I2

数量3107 1.75 15.53 1.39 1.68 20.35

21

四川理工学院毕业设计

3.2.2糖化过程中的物料和热量衡算

进入糖化锅冷却的蒸煮醪量为144546kg/h，浓度B1=3610030.87/144546=21.7% 糖化醪的数量可以根据要求发酵醪内含酒量倒过来算。现投入木薯干每小时为36100kg，用曲量为原料的6%，按其中含淀粉20%计，扣除蒸馏损失的淀粉利用率为93.3%，则发酵能得到的无水酒精量为：

f=361003（70%+6%320%）392/162393.3% =13618.89（kg/h）

产生二氧化碳量为：13618.89344/46=13026.73（kg/h） 现要求发酵成熟醪含酒10%（v）即8.01%（w），酒母内糖化醪占70%，发酵接种量10%，可计算糖化醪量是：

G1=(13618.89/8.01%+13026.76) 3(1+10%370%)/1.1 =178058(kg/h)

在糖化锅中应该加入的曲乳量为：

m=G1-W6=178058-144546=33512(kg/h)

用曲量扣除酒母醪补充糖化时用量约为原料的5%。 其中固体曲5%：g=5%336100=1805(kg/h) 糖化补充水：33512-1805=31707（kg/h）

一般固体曲含水量为24-30%，现以27%计，则曲乳的固形物浓度为： B2=18053（1-27%）/31707=4.2%

比热： cm=1.2534.2/100+4.183(100-4.2)/100=4.05(kJ/kg.k) 设曲乳温度为tm=25℃,则糖化醪温度为： tg1=(W6c6t6+mcmtm)/(G1cg)

这时糖化醪浓度为：

Bg=[3610030.87+18053(1-0.27)]/178058 =18.37%

糖化醪的比热：cg=1.25318.37/100+4.183(100-18.37)/100=3.64[kj/(kg.k)] 糖化醪温度： tg1=(W6c6t6+mcmtm)/(G1cg)

=（14454633.64362+3351234.05325）/（17805833.64） =55.6（℃）

糖化醪先拿出7%做酵母，然后通过喷淋器冷却，要求温度由tg1=55.6℃下降到tg2=28℃左右，现取温度为17℃的深井水，其终温为tw1=35℃,则冷却水耗量为： W1’=93%G1cg(tg1-tg2)/[c1(tw2-tw1)]

=0.93317805833.643(55.6-28)/[4.183(35-17)] =221109(kg/h)

若用发酵酒母罐的冷却废水或喷淋冷却水可经过凉水塔冷却，故初温这里取Tw2=20℃,为安全起见，Tw2’=35℃,这样冷却水消耗量为： W2’=D33(I-cgTw2’)/[cw(Tw2’-Tw2)]

=99763(2351-3534.18)/[4.183(35-20)] =350783(kg/h)

糖化过程中的物料和热量衡算汇总于表3-2:

22

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 表3-2 糖化过程中的物料和热量衡算汇总表

进入系统

项 目 成熟蒸煮醪 曲乳 喷射泵冷却

水 喷淋冷却水 二次排出空

气 累计

符号

W1 m W1’ W2’ D3

物料(Kg/h)

数量 144546 33512 221109 350783 9976 759926 离开系统

项 目 冷却糖化醪 喷射泵冷却

水 喷淋冷却水 酒母糖化醪 累计

物料(Kg/h) 符号 0.93G1 W1’ W2’ +D3 0.07G1

数量 165593 221109 360759 12464 759926

热量(kJ/h) 符号 0.93G1cgtg2 W1’cwtw1’

W’’cwtw2’ 0.07G1cgtg2

数量3108

1.81 2.85 4.64 0.136 9.44

符号 W1c1t1 Mcmtm W1’cwtw1 W2’cwtw2 D3I3

热量(kJ/h)

数量3108

1.75 0.404 2.68 4.30 0.235 9.4

3.3 发酵工段的物料和热量衡算

酒母醪中补充糖化剂（以固体曲量计）量为：

m2’=G/(5/6)31/6=18.0531/5=361(kg/h)

补充60℃温水量与糖化剂与用作酒母的糖化醪和应满足发酵接种量得10%的需要，因此补充水量应为：

Mw=0.093G1310%-7%G1-m2’

=0.093317805830.1-0.073178058-361 =3734(kg/h)

这样酒母糖化醪量为：

g’=7%G1+m2+mw=0.073178058+361+3734=16558(kg/h)

设糖化过程维持在tg1=55.6℃,糖化结束回收蒸汽消耗量为：

23

四川理工学院毕业设计

Dg=g’cg(tg3-tg1)/[I-tg3cw]

=1655933.643(80-56)/[2687-8034.18] =625(kg/h)

灭菌15-30min 后冷却至tg4=27℃接种，则冷却水量为： W3=(g’+Dg)cg(tg3-tg4)/[cw(tw1’-tw1)]

=（16599+625）33.643（80-27）/[4.183(35-17)] =44061(kg/h)

酒母扩大过程按1:10扩大。平均每小时的酒母醪量为： G0= g’ + Dg =16559+625=17184（kg/h）

硫酸消耗量为： gH2SO4=17184310%31.2%=18.75（kg/h）

硫酸铵消耗量为：g(NH4)so4=17184310%30.1%/1.1=15.62(kg/h) 根据前面计算可以得到进入发酵罐的发酵液量为：

G2= 0.93G1+ G0=0.933178058+17184=182778（kg/h）

这样蒸馏发酵醪数量应为：

F=（G2-f344/46）3(1+5%+1%)

=(182778-13618.9344/46) 3(1+6%) =179936(kg/h)

待蒸馏成熟发酵液浓度为：

13618.89/1799363100%=7.57%

在发酵过程中糖变成酒精，每小时生成14200kg酒精，每生成1kg酒精放出的热量为1170kj，则发酵和酒母培养每小时放出的热量为：

7

q=1170314200=1.66310(kj/h)

取工段发酵酒母冷却水初温tw2=17℃深井水，终温tw2’ =25℃，平均耗水量为： W3’=q/[cw(tw2’-tw2)]

=1.663107 /[4.183(25-17)] =4.963105(kg/h)

由于酒母培养和发酵过程中涉及复杂的生物的化学变化，因此，不能简单的列出酒母发酵工段简单的热量衡算表，仅将物料衡算结果汇总于表3-3。由于酒母培养和菌种扩大过程的物料衡算数据太少，无法与车间生产的原料、成品和在制品的数量相比，故在平衡表内没有列入。

24

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 表3-3 酒母发酵工段物料衡算汇总表

进入系统

项 目

物料(Kg/h)

符号

量

冷却糖化醪 酒母糖化醪 酒母补充糖化剂 酒母醪稀释水 酒母醪灭菌蒸汽 酒母灭菌冷却水 发酵酒母冷却用水 酒精补集器用水 发酵洗罐用水

累计

离开系统

项 目 待蒸馏发酵醪 二氧化碳 酒母冷却废水 发酵冷却废水

累计

物料(Kg/h) 符号

F f344/46

W3 W3’

数量 179936 13027 44061 496000 733024

数

93%G1 7%G1 m2’ mW’ Dg W3 W3’ 5%F/1.06 1%F/1.06

165594 12464 361 3734 625 44061 496000 8488 1698 733025

3.4 蒸馏工段物料和热量衡算

3.4.1三塔气相过塔工艺流程

两塔气相过塔工艺流程如图3-3所示。

25

四川理工学院毕业设计

精 醪 塔 馏 塔 分 子 筛 脱 水 塔

图3-3两塔气相过塔工艺流程图

3.4.2醪塔

醪塔流程如图3-4所示。

进塔成熟醪的乙醇浓度:7.63%（W），温度：70℃;成熟醪的沸点：92.8℃，比热：4.26kJ/(kg.K).则每100kg进料加热到沸腾需要的热量Q：

Q=10034.213(92.8-70）=9861(kJ)

由算图和气液平衡关系，知道醪塔上升蒸汽的酒精极限浓度：52.8%（W），相当于60.71%（V）；取上升蒸汽的浓度55%（V），相当于47.18%（W）。

总物料衡算式：

F1+D1=Wx+D1+V1 简化为： F1+ =Wx+V1

酒精衡算式：

F1xF1=V1y1+(Wx+D1)xw1

xF1-成熟发酵醪内酒精含量[%(W)] y1 -塔顶上升蒸汽的酒精浓度[%(W)]

式中

xw1- 塔底废糟中的酒精浓度[%(W)]

热量衡算式：

Q1+ Q2 = Q3 +Q4 +Qn

F1c1t1 +D1I1 =V1i1 +(CeD1+WxCw)tw1+Qn

26

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算

V1

F1 Q3=V1i1

Q1=F1c1t1 醪 塔 Qn D1

Q2=D1I1 Wx+ D1 Q4=Q41+D1t4

图3-4 醪塔示意图

根据前面基础计算得到：

F1 =179936（Kg/h） xF1=7.57% y1 =47.18%

塔底允许逃酒在0.04%以下，现取xw1=0.04%，CF1=3.96[kJ/(kg.K)], Cw =4.00[kJ/(kg.K)],热损失为Qn=1% D1I1，加热蒸汽用0.05mPa(表压)，其热含量：I1=2699kJ/kg, t1=70℃, tw1=105℃.塔顶上升蒸汽的热含量为：i=1965kJ/kg.将前面的数据带入上面的方程式中，并联解出：

V1 =28710(Kg/h) D1 =35071 (Kg/h) Wx =151226(Kg/h)

醪塔采用的是直接蒸汽加热，塔底排除废醪量：

G5= Wx + D1 =186297(Kg/h)

27

四川理工学院毕业设计

表3-4 蒸馏工段醪塔物料和热量汇总表

进入系统

项 目 成熟蒸煮醪 加热蒸汽 累计

符号

F1 D1

物料(Kg/h)

数量 179936 35071 215007

离开系统

项 目 残留液 上升蒸汽 加热蒸汽 热损失 累计

物料(Kg/h) 符号 Wx V1 D1 qn

数量 151226 28710 35071 ---- 215007

热量(kJ/h) 符号 Wxcxtx V1 I1 D1I1 ----

数量3108

2.29 0.56 0.53 0.0095 3.39

符号

F1c1t1 D1 I1

热量(kJ/h)

数量3108

2.44 0.95 3.39

3.4.3排醛塔

醪塔上升的蒸汽经过分离器进入排醛塔中下部，在醛塔中低沸点物质和酒精蒸汽上升过程中逐板被浓缩，在醛塔塔顶上升的蒸汽中低沸点物质和酒精浓度是很高的，由于醛塔塔顶分凝器的部分冷凝作用，使低沸点物质进一步浓缩，为了使低沸点物质得到排除，在冷凝器内要排出部分醛酒，若取醛酒占成品酒精的2%，则平均每小时醛酒量：

A=2%3P=2%314200=284(kg/h)

为了减少不合格的酒精数量，将精塔最后冷凝器中的酒精取出小量作次等酒，回入排醛塔。一般次等酒的数量为精馏塔成品酒精的2%左右，则进入醛塔的次等酒数量为：

P1=14200398%32%=278(kg/h) 一般脱醛液的浓度为50%（v）相当于42.43%（w），同时一般醛酒浓度与次等酒浓度均按95%（v）计，相当于92.42%（w），则脱醛液数量为：

F2=(V1y1+P1xF-AxA)/xF2

28

=(28710347.18%+278392.41%-284392,41) /42.43%

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 =21911(kg/h)

则塔底补充加热蒸汽量为： D2=A+F2-V1-P1

=284+31911-28710-278 =3207(kg/h) 现列醛塔的热量衡算式：

V1i7+D2I2+R1AcAtA+P1cP1tP1=(R1+1)Ai8+F2cF2tF2+qn

式中 I2——醛塔加热蒸汽含量，设为0.4MPa（表压）蒸汽，则I2=2684（kJ/kg） cA,cP1—分别为醛酒和次等酒的比热，可以取95%的酒精比热，cA = cp1=2.88[kj/(kg.k)]

tA,tP1——醛酒回流液和次等酒进醛塔的温度，可以取 tA = tpc =78.3℃ i8——为95%酒精蒸汽的热焓， i8=1166（kJ/kg）

cF2——脱醛液的比热，按50%（v）酒精查得 cF2=4.01[kj/(kg.k)] tF2——脱醛液离开温度，即50%（v）的沸点93.6℃ 取醛塔热损失与醪塔相同，由上面公式可以醛塔操作的回流比： R1=(V1i7+D2I2+P1cptP-Ai8-F2cF2tF2-qn)/(Ai8-AcAtA) 带入数据解得 R1=255.7

醛塔的物料衡算和热量衡算汇总于表3-5.

3.4.4精馏塔

在精馏过程中杂醇油的量约为塔顶馏出酒精的0.5%，则杂醇油量m0为：

m0=0.5%P=0.5% 314200=71(kg/h)

杂醇油酒精约为塔顶取馏出酒精的2%左右，在杂醇油分离器内约加入4倍左右的稀释水，分油后的稀酒精用塔底的蒸馏废水经预热到80℃，仍回入精馏塔，这部分稀释酒精的数量为：

部分蒸汽H=2%P=2%314200=284(kg/h)

部分稀释酒精H’=(1+4)H-m0=53284-71=1349(kg/h)

29

四川理工学院毕业设计

表3-5 蒸馏工段醛塔物料和热量汇总表

进入系统

项 目

号

醪塔来蒸汽 精塔来次等蒸汽 加热蒸汽 回流液 累计

离开系统

项 目 脱醛液 醛酒 上升蒸汽 热损失 累计

物料(Kg/h) 符

数量

符号

热量(kJ/h)

数量3107

V1 P1 D2 ----

28710

278 3207 ---- 32195

V1i7 P1cP1tp D2I2 R1cAtA

5.64 0.028 0.86 1.23 7.758

物料(Kg/h) 符号 F2 A ---- ----

数量 31911 284 ---- ---- 32195

热量(kJ/h) 符号 F2cF2tF2 ---- (R1+1)i8t8

qn

数量3107

5.17 0.33 1.18 0.95 7.63

物料平衡式求Ws（废液）：

F2+H’=P+P1+Ws+H 则Ws= F2+H’-P-P1-H

=31911+1349-14200-278-284 =18498(Kg/h)

热量平衡：

F2cF2tF2+D3I9+H’cHtH+R2(P1+P)tPcP=(R2+1)(P1+P)i9+PtPcP+HiH+(D3+Ws)tW3+qn’ 式中 R2——精馏塔回流比，这里取3

I9——精馏塔加热蒸汽焓，0.05MPa表压 I9=2687(kJ/kg) cH——为杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度为：

30

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 xH=xH(H-m0)/H=75.2%(284-71)/1349=11.87%

在酒精工业手册附录中查得其比热为4.3kj/（kg.k）

75.2%——为杂醇油酒精的重量百分浓度，与液相浓度55%（v）相平衡 tP——成品酒精的饱和温度78.3℃ i9——塔顶上升蒸汽热含量，i9=1166kJ/kg iH——杂醇油酒精蒸汽热含量，应为:1496kJ/kg tW3——精馏塔塔底温度，取104℃ qn’——精馏塔热损失，设qn’=2óI3

将以上数据代入热量衡算式中可以解得 D3=12491(kg/h)

塔底排出的废水量应为： G6=WS+D3

=18498+12491=30989(kg/h)

精馏塔物料和热量衡算结果汇总于表3-6.

表3-6 精馏塔物料和热量衡算汇总表

进入系统 项 目

物料 Kg/h

热量 3107 kJ/h

成熟醪 加热蒸汽 部分稀释酒精

回流液 合计

31911 12491 1349 ---- 45757

5.17 3.47 0.2 4.32 13.16

成品酒精 次品酒精 部分蒸汽 废水量 上升蒸汽 热损失 合计

14200 278 284 30989 45757

项 目

离开系统 物料Kg/h

热量 3107 kJ/h 1.44 0.1 0.04 4.89 6.62 0.07 13.16

’’

3.5 酒精厂生产过程中的供气衡算

3.5.1蒸煮糖化和蒸馏工段蒸汽消耗和废气排放量的计算

由前面的基础计算有：

蒸煮加热器： D1=D1’+D2’=5049+7347=12396(Kg/h)

醪塔： D2=35071 (Kg/h)

31

四川理工学院毕业设计

精馏塔： D3=12491 (Kg/h) 共耗用蒸汽： D= D1+ D2+ D3

=59958(Kg/h)

产生的二次蒸汽：第二维持罐产生的蒸汽温度：88℃，连续生产需要的气量是稳定的，从上面可以看出来，每小时需要新鲜空气59958 Kg/h，此外，醪塔，精馏塔底的废醪量大，温度高，可以利用蒸汽喷射泵将废醪进行真空蒸发，可以利用二次蒸汽加热醪液和浓缩废醪。废醪温度由105℃降低到82 ℃，则可产生的二次蒸汽为：

D4=(WXcW+D2cg)(tW1-tW2)/I’

=

(15122634.04+3507134.18)(105-82)/2299

=7579(Kg/h)

式中：2299-饱和温度82 ℃下，水的汽化潜热。

这样回收的二次蒸汽量为：

∑D’=D1+ D2+D3+D4

=946+2689+9976+7579 =21190(Kg/h)

按其中回收80%计，则可节约蒸汽：

21190380%/59958=28.3%

3.5.2酒精厂平均蒸汽耗用量

年产10万吨酒精厂每小时平均蒸汽耗用量是有蒸煮和蒸馏，再加上2%作为其他需要和损失：

599583102%=61157(Kg/h)

现以锅炉效率为60%，没吨标准煤能产生供应使用的6吨新鲜蒸汽计。

采用低温蒸煮、直接式双塔流程和部分废气回用。这样煤耗为：

(61157-21190380%)/(631.531000)=4.9(t/h)

3.6 酒精生产过程中的供水衡算

3.6.1工艺技术指标及基础数据

(1)排醛塔和精馏塔塔顶温度均为78.5—79摄氏度，塔顶蒸汽的酒度为95%--96%，第二分凝器温度为40℃。 （2）醛酒产量占成品产量的2%。 （3）杂醇油分油提取温度取25℃。

32

第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 （4）取出杂醇油馏分的酒精浓度为42%--60%（体积分数）。平均值50%。

3.6.2酒精生产供水衡算

根据年产10万吨酒精厂供水衡算过程中涉及水的数量汇总如表3-7所示： 1. 投料用水 要求53℃的水W‘=108300（kg/h）

2. 真空冷却水喷射泵耗水 要求20℃的水W2’=350783(kg/h) 3. 配曲乳用水为31707kg/h，水温要求不严格。

4. 糖化醪喷淋冷却用水 要求17℃的水W1’=221109kg/h。 5. 酒母糖化醪稀释用水mw’=3734kg/h，温度无严格要求。

6. 酒母糖化醪杀菌后冷却用水 要求20℃的W2’=44061kg/h。冷却水平均终温为35℃。

7. 酒母发酵冷却用水 要求17℃的水W3’=496000kg/h。 8. 发酵罐酒精捕集耗水 8488kg/h，要求17℃。 9. 发酵罐洗涤水 1698kg/h，可以用精馏塔废水。

表3-7 蒸煮和蒸馏工段蒸汽消耗和废气排放量汇总表

蒸汽耗用量

项目 蒸煮加热器

醪塔 精馏塔

消耗量kg/h 12396 35071 12491 废气排出

项目 蒸煮 液化 气液分离 真空冷却 回收

10. 醛塔分凝器冷却水 现假定所用冷却水的初温t1=25℃,且冷却水以逆流串联的方式通过各分离器，离开时终温t2=70℃,则醛塔分凝器冷却水耗量可以通过以下计算求解：

根据前面物料衡算结果，醛酒量A=284Kg/h.根据设计经验，醛塔回流比R=195，且查酒精工业手册附可以得到表95%酒精蒸汽的焓I=1166kJ/kg,则冷却水耗量为：

33

温度℃ 158.1 110.8 110.8

排出量kg/h

946 2689 9976 7579 16952

温度℃ 84 84 104.3 62

四川理工学院毕业设计

W4‘=ARI/Cw（t2-t1）

=2843255.631166/[4.183(70-25)] =449976Kg/h

11. 醛酒冷却水 把醛酒从t2=78.3℃冷却到t3=20℃,冷却水使用t=17℃的深井水，终温t4=35℃,逆流操作，则每小时耗水量为： W5‘=AC(t2- t3)/[Cw(t4-t)]

=28432.893(78.3-20)/[4.183(35-17)] =636(Kg/h)

12. 精馏塔冷凝器用水：

从精馏塔顶出来的酒气先经醪液预热器与冷去成熟醪进行热交换，酒气冷凝成饱和液体。 根据热量衡算有：

R2（P+Pε）i3=F1CF(tf2-tf1)+W3(th3’-th3)

式中 R2——精馏塔回流比，R2一般为3~4，现取R2=3.0

Pε——回流入醛塔的次等酒量，可取合格成品酒精P的2%,故Pε=278（Kg/h） i3——塔顶上什酒气的焓，为1166kJ/kg F1——蒸馏发酵醪流量，为2122.13Kg/h CF——蒸馏发酵醪比热容，取3.96kj/(kg.k) tf2, tf1——蒸馏发酵醪加热前后温度，为27℃和70℃ th3’，th3——冷却水进出口温度，取25℃和70℃。

由上式可得精馏塔分凝器冷却水用量为：

W6‘={[33(14200+278)+14200]31166-212233.963(70-27)}/[(70-25)34.18]

=194374(Kg/h)

13. 精馏塔成品冷却用水 应用深井水将成品冷却到20℃，耗水量： W7’=Pcp(T1-T2)/[cg(t2-t1)]

=1420032.893(78.3-20)/[4.183(35-17)] =31798(kg/h)

应用17℃的冷水： W5’+W7’=636+31798=32434(kg/h) 需要25℃左右冷却水，最终升温到70℃的热量水： W4’+W6’=449976+194374=239350(kg/h)

14. 锅炉用水 以锅炉蒸发量平均为61157kg/h计，则必须提供相应水量进行之。

15. 其他各种泵类和锅炉辅机冷却用水以及实验室等部门的用水，估计为冷水供应量的1%。

34

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cvpg.html