年产5万吨食醋专用酒精发酵.docx
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年产5万吨食醋专用酒精发酵
五万吨淀粉原料酒精厂全厂总物料衡算
一.物料衡算
（一）50000吨淀粉原料酒精厂全厂物料衡算
1. 全厂物料衡酸的内容
（1）原料消耗的计算主要原料为大米，其他原料有淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，硫酸等。
（2）中间产品蒸煮醪，糖化醪，酒母醪，发酵醪等。
（3）成品，副产品以及废气，废水，废渣即酒精，杂醇油，二氧化碳和废糟等。
2. 工艺技术指标及基础数据
（1）生产规模50000吨/年酒精。
（2）生产方法双酶糖化，间歇发酵。
（3）生产天数每年300天。
（4）食用酒精日产量166.67吨。
（5）食用酒精年产量50000吨。
（8）产品质量食醋生产用酒精（乙醇含量3.45g/100mL,按照GB18187-2000要求推算）。
（9）大米原料含淀粉76.9%,水分12.9%。
（10）α-淀粉酶用量为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原料。
（11）硫酸氨用量7kg/t（酒精）。
（12）硫酸用量（调PH用）5kg/t（酒精）。
4. 原料消耗的计算
（1）淀粉原料生产酒精的总化学反应式：
糖化：
（C6H10O5）n+nH2O——nC6H12O6
16218180
发酵：
C6H12O6——2C2H5OH+2CO2
1809288
（2）生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量有上式可求的理论上生产1000kg无水酒精所耗的淀粉量为：
1000×163÷92=1760.9（kg）
（3）生产食醋用酒精的理论淀粉消耗量按照GB18187-2000要求，将食醋成品浓度确定在4.5g/100mL，则生产食醋用酒精的乙醇含量3.45g/100mL
乙醇发酵：
C2H5OH+O2——CH3COOH+H2O
46326018
乙醇含量3.45g/100mL的乙醇溶液密度在0.99275~0.99103g/L之间，近似为1来计算，故生产1000kg食醋用酒精理论上须淀粉量为：
34.5/1000×1760.9=60.75（g）.
（4）生产1000kg食醋用酒精实际淀粉消耗量实际上，整个生产过程经历原料处理、发酵及蒸馏等工序，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，产品得率必然低于理论率。
据实际经验，各阶段淀粉损失率如表所示。
表一
生产过程各阶段淀粉损失
生产过程
损失原因
淀粉损失（%）
原料处理
粉尘损失
0.40
蒸煮
淀粉损失及糖分损失
0.50
发酵
发酵残糖
1.50
发酵
巴斯德效应
4.00
发酵
酒汽自然蒸发与被CO2带走
1.30
蒸馏
废糟带走等
1.85
总计损失
9.55
此外，食醋样品中残存乙醇的含量一般在1．19mg／mL～3．37mg／mL之间，基本可以忽略
假定发酵系统设有酒精扑集器，则淀粉损失率为8.55%。
故生产1000kg食醋用酒精须淀粉量为：
1627.2=1779.3（kg）
100%-8.55%
这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为1000÷1779.3=56.2%，着达到了我国先阶段大米原料生产酒精的先进出酒率水平。
（5）生产1000kg食醋用酒精大米原料消耗量据基础数据给出，大米原料含淀粉76.7%，故1吨酒精耗大米量为：
1779.3÷76.7=2319.8（kg）
若应用液体曲糖化工艺。
并设每生产1000kg酒精需要的糖化剂所含淀粉量为G1，则淀粉原料需用量为：
（1779.3-G1）÷76.7%
（6）-淀粉酶消耗量应用酶活力为2000u/g的α–淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗量。
-淀粉酶用量按8u/g原料计算。
用酶量为：
2319.8×1000×8=9.28（kg）
2000
（7）糖化酶耗用量若所用糖化酶的活力为20000u/g，使用量为150u/g原料，则糖化酶消耗量为：
2319.8×100×0150=17.4（kg）
20000
此外，酒母糖化酶用量按300u/g（原料）计，且酒母用量为10%，则用酶量为：
2319.8×10%×70%×300=2.44（kg）
20000
式中70%为酒母的糖化液占70%，其于为稀释水和糖化剂。
（8）硫酸氨耗用量硫酸氨用于酒母培养基的补充氮源，其用量为酒母量的0.1%，设酒母醪量为G0，则硫酸氨耗量为：
0.1%G0
5.蒸煮醪量的计算
根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1：
3.3粉浆量为：
2319.8×（1+3.3）=9975.14
蒸煮过程使用直接蒸汽加热，在后熟器和汽液分离器减压蒸发、冷却降温。
在蒸煮过程中，蒸煮醪量将发生变化，故蒸煮醪的精确计算必须与热量衡算同时进行，因而十分复杂。
为简化计算，可按下述方法近似计算。
假定用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度55℃，应用喷射液化器使粉浆迅速升温至88℃，然后进入连续液化器液化，再经115℃高温灭酶后，再真空冷却器中闪几蒸发冷却至63℃后入糖化罐。
干物质含量B0=87.1%的薯干比热容为；
C0=4.18（1-0.7B0）=1.63[kJ/（kg.K）]
粉浆干物质浓度为：
B1=87.1/（4.3*100）=20.3%
蒸煮醪比热容为：
C1=B1×C0+（1.0-B1×CW）
=20.3%×1.63+（1.0-20.3%）×4.18
=3.66[kJ/（kg.K）]
式中Cw——水的比热容[kJ/（kg.K）]
为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维持不便。
（1经喷射液化加热后蒸煮醪量为：
9975.14+9975.14×3.66×（88-55）=10481.1（kg）
2748.9-88×4.18
式中2748.9——喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K）
（2）经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：
10481.1–10481.1×3.66×（88-84）=10414.0（kg）
2288.3
式中2288.3——第二液化维持罐的温度为84度下饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/K）
（3）经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为；
10414.0+10414.0×3.66（115-84）=10934.9（kg）
2748.9-115×4.18
式中115——灭酶温度（摄氏度）
2748.9——0.5Mpa饱和蒸汽的焓（kJ/K）
（4）经汽液分离器后的蒸煮醪量：
10934.9-10934.9×3.66（115-104.3）=10744.2（kg）
2245
式中2245——104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热（kg）
（5）经真空冷却后最终蒸煮醪量为：
10744.2-10744.2×3.66（104.3-63）=10020.8（kg）
2351
式中2351——真空冷却温度为63摄氏度下的饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/K）
6. 糖化醪与发酵醪量的计算
社发酵结束后成熟醪量含酒精10%（体积分数），相当于8.01%（质量分数）。
并设蒸煮效率为98%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%则生产1000kg95%（体积分数）酒精成品有关的计算如下：
（1） 的成熟发酵醪量为：
F1=1000×92.41%×（100+5+1）÷100=（kg）
98%×8.01%
（2） 不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：
12477÷106%=11771（kg）
（3） 入蒸馏塔的城市醪乙醇浓度为：
1000×92.41%=7.56%（质量分数）
98%×12477
（4） 相应发酵过程放出CO2总量为：
1000×92.41%×44=902（kg）
98%66
（5）接种量按10%计，则酒母醪量为：
11771+902×10%=1152.1（kg）
（100+10）÷100
（6） 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+9021152.1×70%=12327（kg）
（100+10）÷100
7.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。
设醛酒量占成品酒精的2%，则生产1000kg成品酒精可得次品酒精两为：
100×2%=20（kg）
（2）食醋用酒精酒精产量每产生1000kg酒精，其食醋用酒精产量为：
1000-20=980（kg）
（3）杂醇油产量杂醇油通常为酒精产量的0.3%—0.7%，取平均值0.5%，则淀粉原料生产1000kg酒精副产杂醇油量为：
1000×0.5%=5（kg）
（4）废醪量的计算废醪量是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成方及其挥发成分后的残留液。
此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加热，所以还需加上入塔的加热蒸汽冷凝水。
醪塔的物料和热量蘅算如图所示：
设进塔的醪液（F1）的温度t1=70度，排除废醪的温度t4=105度：
成熟醪固形物浓度为B1=7.5%，塔顶上升酒器的乙醇浓度50%（体积分数）即47.18%（质量分数）。
则：
① 醪塔上升蒸汽量为:
V1=12477×7.56=1999（kg）
47.18%
② 残留液量为:
Wx=12477-1999=10478（kg）
③ 成熟醪比热容为：
c1=4018×（1.019-0.95B1）
=4018×（1.019-0.95*7.5%）
=3.96[kJ/（kg.K）]
④ 成熟醪带入的热量为：
Q1=F1×c1×t1
=12477×3.96×70
=（kg）
⑤ 蒸馏残液固形物浓度为：
B2=F1×B1=12477×7.5%=8.93%
Wx10478
此计算是间接加热，故没有蒸汽冷凝水的工艺。
⑥ 蒸馏残液的比热容为:
C2+4018（1-0.378B2）=4.03[Kj/（kg.K）]
⑦ 塔底残留液带出热量为：
Q4=Wx×c2×t4
=10478×4.03×105
=（kJ）
查附表得50%（体积分数）酒精蒸汽焓为I=1965kJ/kg,故有：
⑧ 上升蒸汽带出热量为：
Q3=V1×I
=199×1965
=（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可取为传热总热量的1%。
根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为：
D1=Q3+Q4+Qn-Q1
I-cwt4
=×-
（2689.8-）×99%
=2199（kg）
若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪为：
Wx+D1=10478+2199=12677（kg）
8.50000吨/年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50000吨/年大米原料酒精厂进行计算。
（1） 酒精成品
日产食醋用酒精为：
÷300=333.33（t）
日产次级酒精为：
333.33×（2÷98）=6.80（t）
日产酒精总量为：
333.33+6.80=340.13（t）
实际年产量为：
食醋用酒精量为：
333.33×300=（t/a）
次级酒精量为：
6.80×300=2040（t/a）
酒精总产量为：
50000+2040=52040（t/a）
（2） 主要原料大米用量
日消耗量：
2319.8×340.13=.20（kg）
年消耗量：
.20×300=35506.86（kg）
淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮粉浆量、糖化醪、酒母醪、蒸煮发酵醪等每日量和每年量均可算出，衡算结果见表。
50000吨/年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）
普通酒精
980
13917
334
次级酒精
20
292.5
7.02
2106
大米
2319.8
32962
791.1
α-淀粉酶
928
19.3
0.464
139.2
糖化酶
23.37
33.8
0.811
243.3
硫酸氨
1.15
1.66
0.04
120
硫酸
5.0
10.4
0.25
75
蒸煮粉浆
9975.14
20781.5
498.76
.1
成熟蒸煮醪
10020.8
20876.7
501.04
糖化醪
12327
25681.25
616.35
酒母醪
1152.1
2400.2
57.6
17281.5
蒸煮发酵醪
12477
25993.75
623.85
杂醇油
5
10.4
0.25
75
二氧化碳
902
1879.17
45.1
13530
废渣
12677
26410.4
633.85
（二）食醋用酒精发酵车间的物料衡算
1.酒精发酵工艺流程示意图
酒精发酵采用淀粉原料，双酶法糖化，间歇发酵。
其工艺流程示意图如图一。
2.工艺技术指标及基础数据
（1） 主要技术指标如表所示
酒精发酵工艺技术指标
指标名称
单位
指标数
生产规模
t/a
生产方法间歇发酵
年生产天数
d/a
300
产品日产量
t/d
334
产品质量纯度95%
倒罐率
%
1
发酵周期
h
70
发酵初糖
kg/m3
150
淀粉转化率
%
98
糖酸转化率
%
50
酒精提取率
%
98
（2）主要原材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为76.7%，含水14%。
（3）种子培养基（g/L）水解糖25，大米粉16%~20%，NH4SO40.5%,尿素0.5%。
H2SO41。
0~1。
2%
（4）酵培养基（g/L）水解糖150，大米粉16%~20%，尿素0.3%，α-淀粉酶1.0%。
接种量
3.酒精发酵车间的物料衡算
首先计算1000kg纯度为95%的酒精耗用的原材料及其他料量。
（1） 发酵液量
V1=1000÷（150×50%×98%×95%）
=14.3（m3）
式中150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3）
50%——糖酸转化率
98%——淀粉转化率
98%——酒精提取率
（2） 发酵液配制需水解糖量
以纯糖算，G1=V1×150=2148（kg）
（3）二级中液量
V2=10%×14.32=1.432（m3）
（4）二级种子培养液所需水解糖量
G2=25V2
=25×1.432=35.8（kg）
式中25——二级种液含糖量（kg/m3）
（5）生产1000kg食醋用酒精所需水解糖总量为：
G=G1+G2
=2148+35.8=2183.8（kg）
（6）耗用淀粉原料量
理论上，1000kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用淀粉原料量为：
G淀粉=2183.8÷（76.7%×98%）
=2617.39（kg）
式中76.7%——淀粉原料含纯淀粉量
98%——淀粉糖化转化率
（7）尿素耗用量
二级种液耗尿素量为：
0.3V2=0.3×1.432=0.43（kg）
发酵培养基耗尿素为：
0.5V1=626.4（kg）
故共耗尿素量为：
7.16+0.45=7.59（kg）
（8）二级种液耗用（NH4）2SO4量：
0.5×1.432=0.716（kg）
（9）种子液耗淀粉酶量为：
0.1×14.32=1.718（kg）
（10）种子液H2SO4耗用量：
1.2×1.432=1.718（kg）
50000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
50000吨/年酒精生产的物料量
每日物料量
发酵液（m3）
14.3
4766.67
二级种液（m3）
1.43
476.67
发酵水解糖（kg）
2148
二级种液培养用糖（kg）
38.5
12833.33
水解糖总量（kg）
2183.8
.33
淀粉）（kg）
2617.39
.33
尿素（kg）
7.59
2530
硫酸氨（kg）
0.716
71600
238.67
α-淀粉酶（kg）
1.432
477.33
硫酸（kg）
1.718
572.67
（三）50000吨酒精发酵车间水衡算
采用间歇发酵过程，从糖化锅内分出糖化醪到酒母培养罐需要加入水进行稀释。
1. 酒母糖化醪稀释用水（补充60℃温水与用作酒母的糖化醪应满足发酵接种量10%的需要。
）因此，补充水量为：
m1=93%G1*10%-7%G1
=4832.9*93%*10%-7%*4832.9
=111.16（kg/h）
式中93%——淀粉原料加入发酵锅的量
7%——淀粉原料加入种子液中的量
10%——接种量
4832.9——淀粉质原料耗用量（kg/h）
2. 酒母糖化醪杀菌后冷却水用量为：
m2=m糖化醪*3.66×（80-27）
4.18×（25-17）
=25681.2×53.66×53
4.18×18
=66210（kg/h）
式中25681.25——糖化醪用量（kg/h）
3.66——蒸煮醪比热容[kJ/（kg.K）]
4.18——水的比热容[kJ/（kg.K）]
80——杀菌温度℃
27——冷却后温度℃
17——冷却水进口温度℃
25——冷却水出口温度℃
3. 酒母培育冷却水用量：
m3=Q3/[4.18×（25-17）]
=85900
4.18×8
=2568.78（kg/h）
式中Q3——酒母培育反应热（kJ/h）
4.18——水的比热容[kJ/（kg.K）]
25——冷却水出口温度（℃）
17——冷却水进口温度（℃）
4. 发酵过程冷却用水：
m4=Q2/[4.18×（27-20）]
=
4.18×7
=25700.6（kg/h）
式中Q2——发酵生物反应热[kJ/（kg.K）]
4.18——水的比热容[kJ/（kg.K）]
27——冷却水出口温度（℃）
20——冷却水进口温度（℃）
5. 酒精捕集器用水：
m5=5%F÷（1+1%+5%）
=5%×20876.7÷1.06
=984.75（kg/h）
式中F——成熟醪量（kg/h）
5%——酒精捕集器回收酒精洗水占熟醪量的比例
6. 洗罐用水量：
m6=1%F÷（1+1%+5%）
=0.01×20876.7÷1.06
=196.95（kg/h）
式中1%——洗罐用水占熟醪量的比例
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