我的物料衡算

设计题目：1017t/天酒精工艺设计

1酒精生产工艺技术指标

生产规模：1017t/天

生产方法：双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏

生产天数：300天/年 酒精年产量：305100T 酒精日产量：1017T 酒精时产：11.13T,即11130kg/h 产品质量：国标酒精（乙醇含量95%（V/V）） 生产原料玉米原料（含淀粉87%、水分15%）

α-淀粉酶的用量为6u/g原料，糖化酶用量为100u/g原料。 酸铵用量：7Kg/T（酒精）；

浓硫酸（98%）用量（调PH）：5Kg/T（酒精）

调浆时：料水比为1:3，调浆后粉浆温度为343k，蒸煮温度373k整个蒸煮时间为100分钟。 1原料计算

现以生产95%（V）成品酒精1000kg作为计算的基准。

从淀粉质原料生产酒精的化学反应式原料与成品之间的定量关系如下：

糖化(C6H10O5)n+nH2O????nC6H12O6

淀粉162水18葡萄糖180发酵C6H12O6????2C2H5OH+2CO2 葡萄糖180酒精2?46二氧化碳2?44可以得到每生产1000kg无水酒精需要淀粉量为： 1000×（162／92）=1760.9（kg）

而95%(V)的成品酒精相当于92.41%(w)，故生产1000kg95%（V）成品酒精需要的淀粉量为：

1760.9×92.41%=1627.2(kg)

故生产1017t95%（v/v）食用酒精所需淀粉为：

1627.2×（1017/1000）×1000=1654862.4kg

酒精生产要经历许多的工序和复杂的生物化学变化，在生产的各个阶段难免会有淀粉的损失，题目中已知玉米淀粉的实际出酒率为53%。则每生产1000kg成品酒精需要淀粉量为： 1627.2÷53%＝3070,19(kg)

玉米量为(玉米的淀粉含量为63%)：

3070.19÷63%=2616.6(kg) 3.2辅料计算

3．2．1 α-淀粉酶的消耗量

蒸煮醪所需辅料的计算;以设计要求薯干、玉米为原料，应用酶活力为20000u/g的α-淀粉酶进行液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗，据技术指标，α-淀粉酶的用量按6u/g原料计算，则酶用量为：

2616.6（kg）×1000（g/kg）×6（u/g）÷20000（u/g）=784.98kg 3．2．2 糖化酶的消耗量

蒸煮醪所需辅料的计算;以设计要求薯干、玉米为原料，应用酶活力为50000u/g的糖化进行糖化，据技术指标，糖化酶的用量按100u/g原料计算，则酶用量为： 2616.6（kg）×1000（g/kg）×100（u/g）÷50000（u/g）=5233.2kg

3.3 糖化醪与发酵醪量的计算

蒸煮醪在糖化锅内加入糖化剂，发酵采用活性干酵母(ADY)，取部分糖化醪去做酵母，经一级扩培后加入发酵醪中。发酵结束后醪内酒精含量10%(v)计，相当于8.01%(w)，蒸馏效率为98%。

①.生产1017吨成品酒精的待发酵醪液为：

1017×92.41%/（98%×8.01%）×（100＋5）%＝12571 吨 其中5%为酒精捕集器回收。

②.蒸馏发酵醪酒精浓度为：

1017×92.41% /(98%×12571)×100%＝7.63%

③.相应酒母培养和发酵过程放出二氧化碳的量为： 1017×92.41% / 98% ×44/46 ＝917.3 吨

其中发酵过程放出的占95%。 ④. 发酵成熟醪不计酒精捕捉器水的量： 12571/1.05＝11972.4 吨 ⑤接种量按10%计算，则酒母量为： 12659.3×10%=1265.9kg

注：设计要求最后醪液91%用于发酵，9%用于酒母制作，相当于9/91≈10%

酒母醪是70%的糖化醪,30%补充糖化剂与稀释水.需作酒母的糖化醪占糖化醪的4%.则糖化醪的量为：

(1.192×106+1.10×105)/1.04+5.01×104×70%=1.287×106

3．5成品与发酵醪量计算

⑴ 醛油含量（次级酒精）：本次设计要求不得含有次级酒精 ⑵ 食用酒精产量：1000kg

⑶ 杂醇油产量：杂醇油产量一般为酒精产量的0.3%-0.7%，据本次设计要求，取0.5%，所以生产1000kg要求酒精杂醇油产量为：1000×0.5%=5kg

⑷ 废醪量的计算：废料醪糟是成熟发酵醪进入蒸馏塔后除去部分水和酒精及其他挥发性成分的残留液，由于是使用直接蒸汽加热蒸馏，所以应该又加上入塔的加热蒸汽冷凝水。

设进塔醪液量为F1 的温度为t1=70℃，排除废醪温度为t4=105℃，成熟醪固形物浓度为B1=7.5%,塔顶上升酒气的乙醇浓度为50%（v/v），即47.18%（质量分数），则：

①醪塔上升蒸汽量为：

V1=12717.0×7.86%÷47.18%=2118.6kg ②残留液量为：

WX=12717.0-2118.6=10598.4kg ③成熟醪的比热容为：

C1=4.187×(1.019-0.95 B1)=3.96KJ/KG.K

④成熟醪带入塔的热量为：

Q1= F1 C1 t1=12717.0×3.96×70=3.53×106KJ ⑤蒸煮残液固形物浓度为：

B2= F1 B1/ WX =12717.0×7.5%/10598.4=9.0%

由于是间歇蒸馏，故没有加热蒸汽冷凝水的工艺。

⑥蒸馏残留液的比热容为：

C2=4.187×(1-0.378 B2)=4.04 KJ/Kg.K ⑦塔底残留液带走的热量为:

Q4= WX C2t4=10598.4×4.04×105=4.50×106KJ ⑧上升蒸汽带走的热量为：

查表得50%（体积分数）酒精蒸汽焓为i=1965kj/kg，故上升蒸汽带走的热量为： Q3=V1i=2118.6×1965=4.16×106KJ

塔底采用0.05Mpa（表压）蒸汽加热，焓为2689.8kj/kg；蒸馏过程热损失Qn可取为传递总热量的1%，根据热平衡计算，可得消耗的蒸汽量为： D1=(Q3 + Q4 + Qn - Q1)/（I-Cwt4）

=1.01×(4.16×106+4.50×106-3.53×106)/( 2689.8-4.187×105)

=2302.6kg

肉采用直接蒸汽加热，则塔底排除醪量为： WX + D1=10598.4+2302.6=12901.0kg

4 根据要求实际原料耗算一览表

因计算方便，上面计算的是生产1000kg要求酒精相关数据，实际生产80000t

酒精则进行放大，因取的基础数据（如比热容）都一样，所以对结果没有影响，下表则是1000kg酒精和放大后80000t酒精相关数据一览表： 计算结果和相关数据和放大数据一览表 生产95%（V）成品酒精 所需淀粉总量 生产成品酒精需要淀粉量（计淀粉损失后） 需要薯干原料量 需要玉米原料量 3/4来自薯干、1/4来自玉米的上食用酒精总淀粉原料为 α-淀粉酶的消耗量 糖化酶的消耗量 酒母糖化酶的消耗量 硫酸铵的消耗量 粉浆量 经加热蒸汽喷射液化过后的醪液量 经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量为 经喷射混合加热器后的蒸煮醪的量 经最后一个后熟罐出来的醪液量 经真空冷却器后最终蒸煮醪量 计酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水需蒸煮的成熟发酵醪量 入蒸馏塔的混合成熟1000kg酒精相应用量产量 1627.2(kg) 80000t酒精相应用量产量 130176.0t 1779.3(kg) 142344.0t 2737.4×0.75=2052.8(kg) 164224t 2616.6×0.25=654.2 (kg) 52320t 2907.2kg 232576t 10.8kg 20.3kg 2.8kg 1.3kg 12181.5kg 14036.2kg 13513.6kg 13621.7kg 13591.0kg 12659.3kg 12717.0kg 7.86%（质量分数） 864t 1624t 244t 104t 974520t 1122896t 1081088t 1089736t 1087281t 1012744t 1017360t 7.86%（质量分数） 醪的乙醇浓度 相应的过程释放的CO2总量 接种量按10%计算酒母量 杂醇油产量 醪塔上升蒸汽量 残留液量 成熟醪的比热容 成熟醪带入塔的热量 蒸煮残液固形物浓度 蒸馏残留液的比热容 塔底残留液带走的热量 902kg 1265.9kg 5kg 2118.6kg 10598.4kg 3.96KJ/KG.K 3.53×106KJ 9.0% 4.04 KJ/Kg.K 4.50×106KJ 72160t 101272t 400t 169488t 847872t 3.96KJ/KG.K 282.4×106KJ 9.0% 4.04 KJ/Kg.K 360×106KJ 64.16×10KJ 上升蒸汽带走的热量 2302.6kg 消耗的蒸汽量 332.8×106KJ 184208t 1032080t 直接蒸汽加热塔底排除醪量 12901.0kg 注：生产80000t的数据位在生产1000kg数据的基础上乘以80，单位则为t，但物质本身的性质数据除外。若固定日产量，全年生产应为80100t，即在1000kg数据的基础上乘以80.1，单位t，这里没有列出，但设计生产设备是是在日产量的条件下计算的。

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