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1、 武汉轻工大学毕业设计毕业设计题目 年产10万吨95%酒精工厂糖化发酵车间工艺设计 1 目录1. 前言21.1产品介绍21.2酒精的用途31.3设计意义31.4设计原则41.5酒精工业发展趋势41.6酒精工业生产方法51.7酒精国家标准52工艺流程示意图63100000t/a淀粉原料燃料酒精厂全厂（蒸煮糖化车间）总物料衡算63.1整个生产过程中全部的 原料的消耗的计算每生产73.2在蒸煮糖化车间物料衡算93.3发 酵 车 间 的 物 料 衡 算113.4蒸馏车间物料衡算133.5100000t/a淀粉原料酒精厂总物料衡算144设备的计算与选型154.1种子罐的计算154.2发酵罐的计算154.
2、3冷却管计算164.4发酵罐接管设计175谢辞186主要参考文献：19AbstractionAlcohol，a chemical substances, has an increasingly application in a great deal of fields such as peoples daily life and scientific research. Ever mostly the alcohol is synthesis by chemical method, but the fermentation has been the main method to produce
3、 it with the development of science. The ability for producing alcohol of the fermentation will become the sign of a national economic strength. The fermentation is mainly to utilize anaerobic microorganism to ferment which suck candy material carbohydrate in the material such as the maize are turne
4、d into ethanol, turn into alcohol. The design can have an annual output of 100000 tons of alcohol using molasses fermentation. This method has abundant raw material sources, and production process has no harm to the environment. The process of technology: continuous fermentation, differential pressu
5、redistillation process, limeabsorption method, the optimization of the design.Keyword: Alcohol Fermentation Design process摘要酒精，作为一种化学制品，在人们日常生活中以及科学研究方面等诸多领域都有很重要的应用。过去酒精主要通过化学合成的方法来得到，但随着科学的发展，发酵成为生产酒精的主要方法。发酵法生产酒精的能力将成为一个国家经济实力的标志。发酵法主要是利用微生物无氧发酵，将含糖物质内的糖类转化为乙醇，生成酒精。此法原料来源丰富，生产过程环保。本设计为年产10万吨酒精工厂的
6、设计，采用糖蜜原料发酵。工艺流程：连续发酵，差压式蒸馏工艺，生石灰吸水法，设计的优化。关键词: 酒精 发酵法 设计流程1. 前言1.1 产品介绍乙醇人们中的另一种叫法为酒精，酒精是一种液体且该液体为不导电的液体，酒精是无色且透明、容易挥发并且容易燃烧。酒精有食用的酒的气味和刺激的辛辣味道，尝起来有一点微微甘甜味道，这使我们在日常的生活中要注意区分食用酒与工业用酒精的区别，以免将两者混淆危急安全。酒精的相对分子质量为46.07，且其密度比水轻，这就为我们提供了一种简单的方式来将两种肉眼看起来极其相似的液体进行区分即当两者混合在一起时，在分界层上方的液体即酒精。酒精的分子式较简单，其分子式是C2H
7、5OH。 另一种简单区分酒精与水的方法是根据其另一物理性质:分析纯级的无水乙醇是无色透明，而久置的酒精稍显微黄色，且酒精易挥发，具有特殊芳香和强烈刺激味的易燃液体。这使我不用通过复杂的仪器或复杂的化学反应来鉴别是否为酒精。以下为酒精这种液体的物理性质的具体数据：酒精的相对与水的相对密度为0. 7893，其在标准大气压下即一个大气压下其沸点为78.3，酒精在一般条件下为液体，其凝固点为-117.3，酒精自燃点为390430这就置使酒精为一种易燃物质而且酒精蒸汽与空气混合可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.3%19%（V），我们在存储酒精及取用酒精时都应严格按照规章制度来将危险系数降至最低。1.2
8、酒精的用途酒精用途很多，下面就其中一两点作一个简单的介绍。首先我将介绍以下其在生物方面的用途：在我们做一些实验，我们时时刻刻都能看到其身影的出现，而根据酒精浓度的不同，酒精在实验中所起的作用，所办演的角色也有着巨大的区别，例如无水乙醇可以利用某些物质溶于有机溶剂而不溶于水来提取叶绿体中的色素，70%75%的酒精可以通过杀死蛋白消灭细菌用于消毒，40%50%的酒精可通过促进局部血液循环而预防褥疮，25%50%的酒精通过易挥发来吸收热量而可用于物理退热；接下来简单的讲一下其在饮品方面的角色：白酒在中国人民的日常生活中扮演着重要作用，当前在市面上有着很多的酒类品牌，而所谓万变不离其中，无论何种酒类，
9、其根本起作用的还是酒精；其次酒精的另一重要角色就是化工原料了，其作为一种较为简单的化学物质，其为生活中的复杂化学物构成了其中重要的一环；最后也是最重要的作用就是作为一种能源了，其的能源作用深深的改变了世界，使世界的发展迈上了一个新的台阶。1.3 设计意义在当今这样一个世界什么最重要?首当其冲即是资源，而资源中不可或缺的就是能源了，当今的社会是个高度化的机器社会，在日常生活中你随处都可以看到机器的身影，你可以想像一下没有机器的存在，我们的生活将变成一个什么样子，这完全是无法想象的灾难世界，而我们的世界即将因没有能源的存在而成为一个完全没有机器的世界。当前世界上的主要的能源是石油。石油作为一种能源
10、有着其可取的方面：（1）石油的热能值高，这就为我们提供大量的能量；（2）石油的副产品多，这些副产品能够满足人们对部分物质的需求。同时石油对我们的社会也有着巨大的危害性：（1）它是一种消耗品，用完也就完了，虽然你可以说它可以在生，但是石油的再生需要几个世纪的时间，这种再生完全是一种奢求嘛，这也就导致了酒精不能够作为一种可持续的能源来使用；（2）石油在使用后将产生大量的二氧化碳和硫化氢等其他有害气体，这些气体对空气的污染相当严重；（3）大量开采石油将会造成大量的地下空穴，对地质条件将产生严重的影响。以上即为石油作为一种长期能源的不可取性，而对与我国，这种能源的劣势更是充分体现了出来，这是由我国的国
11、情决定的：我国的石油年消费正在以13%的速度增长着，2004年我国的进口原油量已经超过了1亿吨，是世界上第二大的石油进口国。这对于我国来说，在我国寻找石油的替代能源已经刻不容缓了。而这时一种新能源酒精以其其独特的优势进入到了人们的视线之中。乙醇有着完全不同于石油的独特优点：（1）乙醇能够充分燃烧，其产物为水不会污染环境；（2）乙醇是一种再生能源，这也就预示着它作为一种能源的可持续性；（3）酒精燃烧时会放出大量热量。酒精的生产是刻不容缓了，而设计一种有效的酒精生产方式也就显得相当之必要了。1.4 设计原则1、本设计的工作的主要目的都是使工厂的生产能够实现现代化，以使做到资金花费尽可能小，收效尽可
12、能迅速，此外要在在原有基础上对其规模进行扩大，使该工厂设计工作尽可能的符合可持续发展的战略要求。2、该工厂的设计要尽量的与实际相结合，我们首先要做到因地制宜，通过使用当前我们能够掌握的比较熟练的技术，以此来能够确保该工厂的设计可以得到尽可能大的利益。3、在该工厂设计中我们需要做到对于我们的工作人员做出合适的安排，使工作人员能够在最适合自己的岗位为工厂工作以发挥其最大的实力来为工厂的发展尽自己最大的一份力量。4、另外在该工厂的设计中还要注意到环保这一重要问题，我们要尽可能的减少有毒有害物质的排放以减少对人与自然的危害，尽可能促进人与自然的和谐相处。5、再者这一次的工厂设计也是对自己，对自己大学四
13、年所学知识的一次重要的检验，也是对我们未来踏入社会之前的一次工作实习，这让我们能够更好的去适应未来的工作环境。1.5 酒精工业发展趋势随着时代的发展，随着经济的发展，酒精在当今的工业中正在以飞快的速度高速发展着，并随着当今科技的进步，当今的工业酒精的生产已经逐渐的一步一步的从传统的生产的工艺方法中逐步的走了出来，开始逐步的走向了高科技发展的道路。在当今的酒精生产工艺中，生产设备及菌种扮演着重要的角色，现在在酒精工厂中进行设计的部门乃一厂之根本，每一个工程技术人员每天都在日思夜想的如何研究并开发出新的生产工艺，如何来发明新的生产发酵设备，在现有的菌种中如何来选育出生产高效并且生产稳定的菌种。在酒
14、精的生产中，淀粉是其主要的原材料，然而由于现存的耕地面积在世界性的范围内都在逐渐的减少。而且以淀粉这种原料作为生产的酒精的比例也在随着时代的进步而在不断的减少着，反而在工业中人们以糖蜜这种原材料作为为生产酒精的原料的比例却有着很大程度的提高，这完全是一个明显的人们无法忽视的信号。而且具相关的报导称，工厂所用的各种的原料在整个世界的酒精的生产中的各种比例是45%，而通过裂解石油的废气乙烯占了20%，淀粉质这一种酒精生产的原料占了16%，化学产物纸浆液亚硫酸盐占了7%，还有大约占了12%的野生植物等等。以上的这几个数据都很明显的表明：在未来将以含有可发酵性的工业废气和废物将作为生产工业酒精的原料主
15、要原材料。而现在为了使工业酒精乙醇的生产工艺得到进一步提高，来自各个国家的工程人员与技术人员都在为研究新型，更高端的的酒精的发酵与糖化等方法付出自己的一份努力，比如在现代的工业生产上应用的为了固定化细胞所使用的酒精发酵法以及为了得到耐高温的活性干酵母法等等这一些新的发酵工艺。而再设备等这一方面也出现不少相关的高效的生产反应器，例如使用单罐的连续的搅拌反应器，通过使酒母得到回收利用的连续的搅拌反应器以及塔式的反应器，还有通过固定化细胞的反应器等等一些，这些菌种及设备上的科技与技术的进步都使得再新发现的原料的生产利用等方面都得到了很大的改良与进步。以上所介绍到的种种的改良与进步，无论是酒精的生产工
16、艺还是酒精的生产设备方面，它们在某些方面还存在一些不足而需要改良的地方，这些就不再作详述了。但以上的这些介绍也基本上的反映了当前的酒精工业的形势同时也表明了在未来酒精工业该如何发展。1.6 酒精工业生产方法当前世界上在工业中主要的生产酒精的方法，我们总结起来无非有着两种主要的形式：（1）生产酒精主要利用酒精酒母的发酵；（2）主要通过化学合成的方法对石油这一种原料进行制作从而生产酒精。而考虑到我国的大致条件我国农副产品资源丰富，所以，采用微生物的发酵这一种方法成为了我国生产工业酒精的主要方式。而采用微生物发酵的这一种生产酒精方式在应用不同的材料作为发酵的原料时，我们所采用的酒精的生产工艺有着微微
17、的不同，由于原材料的不同而应用的生产工艺主要可以分为：（1）以淀粉质为原料的酒精生产工艺；（2）使用糖蜜这种原料生产酒精的工艺；（3）通过将工厂所产生的废液以及纤维素来作为原料生产酒精的工艺等。在工业中常被人们所使用含有淀粉质的原料有薯类以及谷物类，还有的就是某些野生植物，这些野生植物都含有高含量的淀粉。1.7 酒精国家标准检验一个国家的酒精生产能力及酒精生产水平的标志即它所生产的酒精的质量标准，而且酒精质量标准也是表现着在酒精的生产的两个方面的核心蒸馏以及管理水平，酒精的质量有着一个国家的标准，它不仅是整个酒精企业的重要的生命线，同时它也是在酒精企业的整个的生产活动中的最主要的以及最根本的规
18、章制度，酒精质量它促使着酒精企业来不断的提高酒精质量，并最终使其成为了公司发展的永远的主题。当前，发酵法是工业上生产酒精的主要的方式，而如上文提到的酒精是一个国家的经济实力的其中一个重要的标志，所以发酵的技术水平的能力将最终成为衡量一个国家的经济实力的重要依据，如大家所知道的能源在世界的整个发展中都扮演着极其重要的角色，甚至可以说世界能否发展就在于其能源问题。在世界的整个发展历程中扮演着能源这一重要的角色也随着时代的变迁也不断变换着，每一次起能源作用的物质的更替都代表着世界的一大进步，尤其在1975年，巴西成功的从甘蔗，糖蜜等原料中生产出了酒精，这一进步给了各国一个重击，这使它们意识到能使自己
19、国家的能源储备增加10%以上。通过使用发酵法来生产乙醇其效率极高，这种方法远比比石油更具有有优势：（1）生产乙醇的原料年年都能够种植，年年都能够收，其远投资巨大来开采石油；（2）现在的的农业状况以及酒精的生产能力，发动机的功能的高速增强，在不久的将来，我相信一个可持续的能源资源展现在人们的面前。 2 工艺流程示意图该酒精的生产工艺应用了双酶法即-淀粉酶和糖化酶来糖化，间歇发酵的发酵方式和三塔蒸馏的流程，如图3 100000t/a淀粉原料燃料酒精厂全厂（蒸煮糖化车间）总物料衡算物料衡算是利用质量守恒定律来计算在生产过程的各个阶段的物料质量。在生产过程中，在工艺流程确定后，我们即开始通过任务的要求
20、来计算所需的原料的质量，以及其他所需的化工制品。并在计算的过程中将化学反应所产生的副产品计算出来以留作它用。物料衡算的过程也为我们后续设备的选型提供了依据，为我们在挑选设备指明了方向，使我们少走弯路，提高了我们的办事效率。物料衡算分为以下几个部分的计算：（1）酒精生产设计中原料消耗的计算，在本设计中，我们所使用的主要的原料为薯干，其它的所需的原料为一些化学制品，例如有-淀粉酶及糖化酶等酶类，还有H2SO4和NH4SO4等化学物质；（2）整个的生产的过程中所生成的一些中间产品，其中主要为一些繆类，例如蒸煮缪，酒母繆以及发酵繆等；（3）最后的即为在生产中产生的副产品及最终所要得到的的成品。下面就三
21、个部分作详细计算。我们欲进行物料衡算，首先得知道本设计的相关要求及给的一些相关参数，以下即为该设计的工艺技术要求及基础数据：（1）本设计的生产的酒精数量为每年生产10000吨普通三级酒精；（2）被设计的生产酒精的主要方法为通过-淀粉酶和糖化酶来进行糖化的双酶法以及使用间歇发酵和三塔蒸馏的方法；（3）本酒精的生产设计的工作时间为每年是300天，这能够提供足够的时间进行工作与休整仪器（4）在该生产设计中，工厂的每一工作日的酒精的产量为334吨，则工厂一年的酒精产量为100200吨，其中多余的200吨为次品酒精；（5）本设计的生产的酒精的质量标准为普通的三级酒精即生产的该酒精中的乙醇的体积分数为95
22、%；（6）该酒精的生产通过淀粉的糖化发酵来生成，所以本设计选用了价格相对的低廉，淀粉含量相对的高的木薯，在木薯中，其淀粉含量为68%，水分含量为13%；（7）在本设计中所选用的糖化淀粉的-淀粉酶和糖化酶的活力分别为8u/g,100u/g，而其中酒母糖化繆的糖化酶的活力为200u/g，而H2SO4和NH4SO4等化学物质的用量标准为5.5kg/t(酒精)和8kg/t(酒精)。3.1 整个生产过程中全部的 原料的消耗的计算每生产本设计是通过在酶的作用下将木薯中的淀粉淀粉原料分解为葡萄糖，然后在发酵的菌种的作用下将葡萄糖发酵最终生成酒精，从而得到所需产物，以下即为由木薯生产酒精所经历的两个反应：糖化
23、阶段： （C6H10O5）n + nH2OnC6H12O6 162 18 180发酵阶段： C6H12O62C2H5OH + 2CO2 180 92 88首先由上述的数据得知三级酒精的乙醇的体积分数为0.95,则可得知其质量分数为97.98%,即1000kg三级酒精所对应的乙醇质量为979.8kg,在由以上化学式中乙醇与淀粉间的对应关系得到每生成1000kg三级酒精所对应的淀粉的理论量为：979.8*(162/92) =1725.3（kg）以上得到的为每生产1000kg三级酒精所理论所耗费的淀粉量，然而在整个的生产过程中有着各种各样的复杂的物理与化学反应，而且在整个的生产流程中，有着相当大的一
24、部分需要着人类的判断，这些就必然致使实际的过程不可能完全与我们在纸上设计的一样，这就是使得产品的实际产率低于理论值。我查表得知在生产的各个阶段的淀粉的损失值，如下表： 生产过程各阶段淀粉损失生 产 过 程损 失 原 因淀 粉 损 失率/（%）备 注原料处理粉尘损失0.40加酒精捕集器蒸煮糖化淀粉残留及糖分破坏0.40发酵发酵残糖1.30发酵巴斯德效应4.00发酵酒气自然蒸发与被CO2带走0.30蒸馏废糟带走等1.60脱水脱水损失1.0 总计损失9.0由上表得知，我们整个的发酵系统假定设有酒精扑集器，则我们可以得知淀粉的损失率在整个生产过程中为9.0%。由此我们每得到的1000kg普通三级酒精所
25、实际的耗费淀粉的质量为： 1725.3/(100%-9%) =1895.9（kg）下面来检验以淀粉这种原料来生产酒精是否达到了我国生产酒精的先进的出酒率水平，计算得知淀粉这种原料的出酒率为1000/1895.9=52.7%，从而以淀粉来生产酒精是可取的，其达到了先进水平。上文给出的数据告诉我们木薯这种农作物中淀粉的含量为68%，从而工厂中生产1000kg普通三级酒精所消耗的木薯干这一种农作物质量为： 1895.9/68%=2787.6（kg）在实际的生产过程中，如果要得到的精确值，我们还必须考虑到生产过程中所加入的糖化剂的量，糖化剂的成分中也含有着淀粉，计算时需将其除去，例如假设我们应用液体曲
26、糖化这一种工艺技术，这时我们设在生产1000kg的酒精所加入的糖化剂中所含有的淀粉质量为G1，则实际所需要另加的淀粉原料量为： （1895.9-G1）/68%生产中所消耗的酶主要是在物料的蒸煮糖化过程中所使用的a-淀粉酶和糖化酶以及酒母糖化酶，这里所使用的淀粉酶的酶活力为20000u/g，其加量的标准为8u/g原料，而糖化酶的酶活力为100000u/g，其加量标准为100u/g，另一种酒母糖化酶的加量标准为200u/g，且酒母的用量为原料的10%即为278.76kg。则可得知为使淀粉液化，糊化所耗用的a-淀粉酶及糖化酶以及酒母糖化酶的量分别为：a-淀粉酶：2787.6*1000*8/(2000
27、0*1000) =1.12（kg）糖化酶 ：2787.6*1000*100/(100000*1000)=2.788（kg）酒母糖化酶：278.76*70%*200/100000=0.390（kg）, 式中酒母糖化液占70%。两项合计，糖化酶用量为3.178kg。3.2 在蒸煮糖化车间物料衡算查表知在生产过程中淀粉原料与加的水的比例为1：2。由此我们得知进入蒸煮罐的混合物的量为：2787.6*（1+2）=8362.8(kg)我们查资料知在酒精的生产过程中的淀粉浆的蒸煮工艺为：首先在调浆罐中将粉浆的温度维持为50，随后利用喷射液化器升温至105，喷射液化器不仅能够迅速的升温并能够提供粉浆一个适合的
28、初速度已进入下一个仪器进行下一步操作，但由于喷射液化器只是一个粉浆暂时停留的地方，因此我们须将已升温的粉浆转入维持罐，最后在进入液化罐前使用真空闪急蒸发冷却直至95，在液化罐静置60min后，再一次使用真空冷却器进行冷却至63，这时粉浆就已经完全蒸煮完成了。在以上的这些流程中由于使用的是直接蒸汽加热，这使得进行加热的蒸汽与粉浆混合在了一起，并且在后续的设备中进行了减压蒸发、冷却降温这些操作，这使得 粉浆的量再一次发生了变化。因此，为了精确计算蒸煮醪，我们必须与热量衡算同时进行。这是非常复杂的，我们完全没有这个精力，在这里只进行近似的计算。下图为其蒸煮工艺的流程图： 查资料知木薯干的干物质的含量
29、为w0=87%，则可知木薯的比热容为； c0 = 4.18*（1-0.7w0）= 1.63kJ/(kg.K)由于木薯粉浆中木薯粉与水的加入量的比例为1：2，则可知粉浆中木薯中的干物质在粉浆中的含量为： w1 = 87/（3*100）=29.0%从而我们可以得知蒸煮醪的比热容即木薯中的干物质与其中的水的比热容之和是： c1 = w1c0+（1.0-w1）cw= 29.0%*1.63+（1.0-29.0%）*4.18= 3.44kJ/(kg. K)其中的cw是纯水的比热容，单位为kJ/(kg. K) ，为了简化以下的计算，我们在这里假定了在整个的蒸煮的过程中蒸煮醪的比热容都维持不变。首先我们计算经
30、过第一步后的蒸煮醪量，即经过喷射加热器后的蒸煮醪量。在这里我们根据热量衡算来求得为了使蒸煮醪的温度升为105所需的蒸汽量，然后用初始的蒸煮醪加上蒸汽量即为进入液化维持罐的量。进入喷射液化器的蒸煮醪升温所需热量为：8362.8*3.44*（105-50）=1582241.76(KJ)则所需蒸汽量为：1582241.76/(2748.9-105*4.18)=685(kg),其中的2748.9为喷射液化器的加热蒸汽在压强为0.5Mpa下的的焓，单位为（kJ/K）。 则进入液化维持罐的蒸煮醪量为：8362.8 +685= 9047.8(kg)经液化维持管的降温后蒸煮醪放出来的热量为：9047.8*3.
31、44*（105-102）=93373.296(KJ)则得到放出的蒸汽量为：93373.296/ 2253=41.4(kg)，其中2253为饱和蒸汽在温度为102度下的汽化潜热，单位为(kJ/K)。则进入闪蒸汽液分离器的蒸煮醪量为：9047.841.4= 9006.4(kg)蒸煮醪在闪蒸汽液分离器中放出的热量为；9006.4*3.44*(102-95)=216874.112(KJ)同样的蒸发的水为：216874.112/2271=95.5(kg)，式中，2271为95下饱和蒸汽的汽化潜热，单位为（kJ/kg）进入真空冷却器的蒸煮醪液量为：9006.4-95.5=8910.9 (kg) 在真空冷却
32、中放出的热量为：8910.9*3.44*(95-63)=980911.872(KJ)此设备内蒸发的水分为：980911.872/2351=417.23(kg)，式中2351为真空下温度为63摄氏度时的饱和蒸汽的汽化潜热，单位为(kJ/kg)最终得到的蒸煮醪液量为：8910.9-417.23=8493.67(kg)3.3 发 酵 车 间 的 物 料 衡 算在发酵车间的物料衡算计算主要有糖化醪及发酵醪等醪量的计算，还有各级种子罐中发酵液及一些化学物的计算，而糖化醪量的计算主要是通过得到的酒精质量来反推所得到的，这种方法能够更加迅速的得到所需求取的量。例如在本设计中，我们假设在发酵结束后的得到的成熟
33、醪中，酒精的体积分数占10%，即酒精在成熟醪中的质量分数为8.01%。现在我们得到成熟醪的蒸馏效率为98.4%，而且由于发酵罐有着酒精捕集器，而且在酒精捕集器的作用下，酒精洗水和洗罐的用水的量分别为成熟醪量的5%和1%（质量分数）,由此我们可以通过使用以上给出的的这些数据来求知发酵车间的一些数值：由上述数据知三级酒精的质量分数为97.98%，则最终得到的1000kg三级酒精中的乙醇量为979.8kg，则未经过酒精捕集器和洗罐前的乙醇含量为：979.8*(1+0.05+0.01)=1038.588(kg)又由成熟醪的蒸馏效率为98.4%及酒精在成熟醪中的质量分数为8.01%，则未进行蒸馏的成熟发
34、酵醪量为： 1038.588/(98.4%*8.01%)=13177.0(kg)若没有设置酒精捕集器和洗罐的用水，即没有由由于酒精捕集器及洗罐所造成的乙醇损失，则经蒸馏后剩下的乙醇全部成了成品，则此种情况1000kg三级酒精所对应的成熟发酵醪量为：13177.0/106% = 12431.1(kg)求取经过蒸馏塔后的成熟醪中的乙醇浓度，此时由于蒸馏塔的蒸馏效率为98.4%,则成熟醪的量将变为原有的98.4%，且此时乙醇的浓度将为成品中乙醇量的1.06倍，蒸馏后成熟醪中的乙醇浓度为：(1000*97.98%*1.06)/(98.4%*13177.0)=8%(质量分数)且在其发酵的过程中，将会生产
35、CO2，此时每1000kg三级酒精所对应的CO2生成量为：（979.8/98.4%）*(44/46)=952.4(kg)由以上的假设知接种量为10%，从而酒母醪量为：（(12431.1+952.4)/(100+10)/100)）*10%=1216.7(kg)又因为在酒母醪中，其中70%是糖化醪，则可求得糖化醪量为：(12431.1+952.4)/(100+10)/100)+(1216.7*70%)=12994.0(kg)以下就1000kg三级酒精在发酵车间进行发酵所需的各种原料进行物料衡算：在发酵车间主要为种子罐中各物料的衡算及发酵液的计算，以下为酒精发酵的工艺技术指标：指 标 名 称单 位指
36、 标 数 生产规模t/a100000生产方法 间歇发酵 年生产天数d/a300产品日产量t/d334产品质量 纯度95% 倒罐率%1发酵周期h70发酵初糖kg/m3150淀粉转化率%98 糖酸转化率%50酒精提取率%98 由上述条件知发酵培养基初糖浓度为150kg/m3，糖酸的转化率为50%，以及除去倒罐率1%后的发酵成功率为99%，则生产1000kg97.98%的酒精的发酵液量为：(1000*97.98%)/（150*50%*98%*99%）=13.5 (m3)查表得知水解糖在发酵液中及二级种子培养基中的加入比例分别为：150 g/L和25 g/L，且以10%的比例将发酵液传代到二级培养基中
37、，则共需水解糖的量为：13.5*150+1.35*25=2058.75(kg)接下来计算尿素，H2SO4，淀粉酶，NH4SO4在发酵液及二级种子培养基中的量，在发酵培养基中，木薯干粉为16%20%，尿素为0.5；而在二级种子培养基中，甘薯干粉16%20%，NH4SO4为0.5,尿素为0.3，-淀粉酶为 0.1, H2SO4为1.2。从而求得尿素耗用量为：0.5*13.5+0.3*1.35=7.155(kg)（NH4）2SO4的耗用量为：0.5*1.35=0.675(kg)-淀粉酶的耗用量为：0.1*13.5=1.35(kg)H2SO4的耗用量为：1.2*1.35=1.62(kg) 100000
38、吨/年酒精厂发酵车间的物料衡算表物料名称每生产1吨酒精（95%）的物料量100000吨/年酒精生产的物料量每日物料量发酵液（m3）13.513500004500二级种液（m3）1.35135000450发酵水解糖（kg）2025202500000675000二级种液培养用糖（kg）33.75337500011250水解糖总量（kg）2058.75205875000686250尿素（kg）7.597590002530硫酸氨（kg）0.67567500225-淀粉酶（kg）1.35135000450硫酸（kg）1.621620005403.4 蒸馏车间物料衡算发酵醪量的计算主要是根据乙醇的恒定来计
39、算，首先我们计算得入蒸馏塔的的乙醇量为： 13177*8%=1054.16(kg)又由塔顶出来的酒气的乙醇的质量分数为47.18%，则从醪塔出来的蒸汽量为： 1054.16/47.18%=2234.34(kg)从而醪塔的剩下的液体量为： 13177-2234.34=10942.66(kg)查表知成熟醪中固形物的含量为B1=7.5%，则其比热容为： 4.18*(1.019-0.95B1)=3.96kJ/(kg. k) 且蒸馏残留液中的固形物在其中的质量分数为：13177.0*7.5%/11023.7=9.0%，则其比热容为：4.18*(1-0.378*9%)=4.038kJ/(kg.k)我们在附
40、录中查得体积分数为50%的酒精的蒸汽焓为1965kJ/kg,且塔底采用的是0.05MPa（表压）的蒸汽进行加热，其蒸汽的焓为2689.8kJ/kg;又在这里我们将蒸馏过程中的热损失取为传递总热量的1%，则根据热量衡算我们可以得知加热所消耗的蒸汽量为：(2153.3*1965+11023.7*4.038*105-13177.0*3.96*70）/(2689.8-4.18*105)= 2357.1(kg)如果在这里我们采用直接蒸汽加热，则加热的蒸汽量将全部转变为醪，因此从塔底排出的废醪量将增加这个蒸汽量，即： 11023.7+2357.1=13380.8(kg)V1醪塔 Q3=V1tF1 Q1=1
41、FC1t D1 Q4+ D1t4 Q1=1FC1t Wx+ D1 3.5 100000t/a淀粉原料酒精厂总物料衡算前面我们所进行的都是以生产1000kg三级酒精为前提的，下面我们来进行年产100000吨酒精的计算，实际上我们每天生产的酒精量为334吨，则一年生产的酒精量为100200吨，而关于原料木薯的消耗量的计算如下：日耗量为： 2787.6*334=931058.4(kg/d)年耗量为： 931058.4*300=279317520(kg/a) 100000t/a淀粉原料酒精厂物料衡算表 数量物料生产1000kg95%酒精物料量（kg）每小时数量(kg)每天数量(t)每年数量(t)95%
42、酒精100013917334100200木薯干原料2787.638795931.1279317.52-淀粉酶1.1215.590.37112.224糖化酶3.17844.231.06318.44硫酸氨1.2216.980.41122.24硫酸5.576.541.837551.1蒸煮粉浆8362.81163852793.2837953成熟蒸煮醪8493.671182062836.9851066糖化醪1299418083343401301999酒母醪1216.716933406.38121913蒸煮发酵醪1317718338444011320335二氧化碳952.413255327.695430废
43、醪13380.81862214469.21340756 4 设备的计算与选型首 先 我 们 要 确 定 所选取的发酵罐的大小，我们只有确定了发酵罐的大小才能够进行下面的计算。由于现在的科技的发展日新月异，现在的发酵罐较之以前有着很大的不同，并且生产发酵罐的厂家越来越多，我们需要在以下的5，10，20，50，75，100，120，150，250，500m3这些发酵罐容积选择一个与我们所生产的酒精产量相适合的容积。发酵罐的容积并不是越大就越好的，虽说这样能够能够减少发酵罐的数目，但是发酵罐的数目减少并不代表我们花费在设备上的资金得到了节约，发酵罐的容积增大也就代表着其对设备的材质有了更高的要求，同
44、时也要求着更高的 管理水平，再者，发酵罐越大，对放置发酵罐的工厂也就需要更大的空间，因此我们在选取发酵罐时需要综合考虑。最终我们选定为500 m3的发酵罐。4.1 种子罐的计算这时我们开始进行所需发酵罐数目的计算，因为我们所知道的是发酵罐的容积和糖液的质量，因此首先我们需要将糖液的质量转换为体积，我们由上述的数据知每小时进入发酵罐的醪液质量为180833kg，且查表得糖化液的密度为1200kg/m3,则每小时进入种子罐及一号发酵罐的体积为： 180833(/1200=151（m3）设醪液在种子罐的停留时间为12个小时，则种子罐的有效容积至少为：151*12=1812（m3）在这里我们取种子罐的填充系数为0.8，则种子罐的全容积至少为：1812/0.8=2265（m3）取每个种子罐的容积为500 m3，则所需种子罐的数目为5个。4.2 发酵罐的计算由上知我们选取的500 m3的发酵罐，并设所选的发酵罐的高度是发酵罐内径的2倍，发酵罐底封头高和上封头高相等为内径的0