淀粉原料燃料酒精廠全廠總物料衡算11

1、HUBEI P01YTECHHIC UMIVERSITY生物工藝設(shè)計(jì)題目：11OOOt/a淀粉原料酒精廠全廠總物料衡算學(xué)院：化學(xué)與材料項(xiàng)目學(xué)院專業(yè)：_ 生物項(xiàng)目小組成員：- 郭偉、董凱翔、姚宏、劉佐兵指導(dǎo)教師：_ 黃衛(wèi)東劉颋2018 年 12月 26 日目錄i前言ii.i酒精發(fā)酵簡介i1.2酒精發(fā)酵的原理21.2.1 酶水解21.2.2 酒精發(fā)酵2i.3目前酒精發(fā)酵方式的比較 32生產(chǎn)工藝42.i生產(chǎn)產(chǎn)量及方案 42.2生產(chǎn)方法的選擇 42.3主要工藝參數(shù)43全廠物料衡算的內(nèi)容 53.i原料消耗的計(jì)算53.i.i淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式5生產(chǎn)iOOOkg燃料酒精的理論淀粉消耗量53.1.

2、3 生產(chǎn)iOOOkg國際食用酒精的理論淀粉消耗量6生產(chǎn)1000kg食用酒精實(shí)際淀粉耗量63.1.5 生產(chǎn)1000kg食用酒精玉 M原料消耗量63.1.6 a -淀粉酶消耗量73.1.7 糖化酶耗量73.1.8 硫酸銨耗用量7143.2蒸煮醪量的計(jì)算7經(jīng)噴射液化器加熱后蒸煮醪量8經(jīng)液化維持管出來的蒸汽醪量8經(jīng)閃蒸汽液分離器后的蒸煮醪量8經(jīng)真空冷卻器后最終蒸煮醪液量93.3糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算 9需蒸餾的成熟發(fā)酵醪量 9成熟發(fā)酵醪量9入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度9發(fā)酵過程放出總量 9酒母醪量9糖化醪量103.4成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算 10醪塔上升蒸汽量10殘留液量10成熟醪比熱容10成熟醪帶入塔的熱量

3、10蒸餾殘留液固形物含量 10蒸餾殘留液的比熱容 11塔底殘留液帶出的熱量11上升蒸汽帶出熱量113.5生產(chǎn)11000t/a酒精的物料衡算11酒精成品11主要原料木薯干用量124設(shè)計(jì)總結(jié)13參考文1前言1.1酒精發(fā)酵簡介據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年的石油消耗量為200億桶，比發(fā)現(xiàn)的石油多50億桶。石油不 斷減少，全球的消耗量卻不斷增加。尤其我國最近幾年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，石油消 耗也快速增加。并且中國充滿爆發(fā)力的石油需求一直被視為近兩年來國際油價 大漲的關(guān)鍵因素。目前中國已取代日本成為全球第二大石油消耗國 僅次于美國），預(yù)估10年內(nèi)中國的石油需求將從目前的每日 600萬桶膨脹近一倍至 1150萬桶。十年前中國

4、進(jìn)口石油占整體石油需求的比例才6%現(xiàn)在已經(jīng)提高到三分之一，到2020年預(yù)期將有60%勺石油都必須來自進(jìn)口。石油燃燒帶來許多 環(huán)境問題，其燃燒產(chǎn)物為硫化物和氮化物。硫氧化物對人體的危害主要是刺激 人的呼吸系統(tǒng)，吸入后誘發(fā)慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水腫和肺心性疾病。 如果大氣中同時有顆粒物質(zhì)存在，顆粒物質(zhì)吸附了高濃度的硫氧化物、可以進(jìn) 入肺的深部，就會大大地加大危害程度。石油燃燒產(chǎn)生的氮的氧化物和硫的氧 化物在高空中為雨雪沖刷，溶解，雨成為了酸雨。這些酸性氣體成為雨水中雜 質(zhì)硫酸根、硝酸根和氨離子，會嚴(yán)重污染土壤以及水體，造成生態(tài)的失衡。與 此同時，石油消耗大量增加，也增加了我國石油安全系數(shù)。而燃

5、料酒精正可以緩解這些問題。因?yàn)榫凭a(chǎn)技術(shù)人類已經(jīng)非常嫻熟，人類的文明史就是酒精的發(fā)展史。自從有了人類文明便有了釀酒技術(shù)。酒精發(fā)酵是指在無氧條件下，微生物 如酵母菌）分解葡萄糖等有機(jī)物，產(chǎn) 生酒精、二氧化碳等不徹底氧化產(chǎn)物，同時釋放出少量能量的過程。在生產(chǎn)過程 中需要大量的生物技術(shù)。比如：需要基因項(xiàng)目得到即能提高生產(chǎn)酒精效率又可 以用纖維素作為原料而生產(chǎn)酒精的酵母菌，用酶項(xiàng)目生產(chǎn)可直接將纖維素轉(zhuǎn)化 為酒精的人造酶等等。發(fā)酵法生產(chǎn)酒精原料主要有淀粉質(zhì)原料，糖蜜原料和亞硫酸鹽造紙廢液 等。而淀粉質(zhì)原料木薯含淀粉量高，木薯的塊跟淀粉含量達(dá)25-30 %左右，木薯干淀粉含量達(dá)70%左右，是被譽(yù)為“淀粉

6、之王”。木薯加工性能良好，也不與糧食爭地，是一種有很大發(fā)展?jié)摿Φ木凭a(chǎn) 再生資源，將其應(yīng)用到發(fā)酵酒精工業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。本設(shè)計(jì)簡述了從 木薯原料預(yù)處理、液化、酶糖化到發(fā)酵生產(chǎn)后處理整個發(fā)酵酒精生產(chǎn)工藝流程1.2酒精發(fā)酵的原理酶水解生產(chǎn)中多采用酶水解法。許多種微生物，如細(xì)菌、曲霉等能產(chǎn)生淀粉酶。 淀粉酶水解淀粉的過程是先使淀粉水解成麥芽糖，再由麥芽糖酶作用，生成葡 萄糖。其總的反應(yīng)式如下：C6H10O5）n + H 2淀粉酶勺2也211麥芽糖酶*淀粉麥芽糖葡萄糖淀粉酶的種類較多，主要有以下幾種：a -淀粉酶 液化酶、液化型淀粉酶）可將直鏈淀粉水解成含6個葡萄搪分子的單位。它對支鏈淀粉的

7、a -1 , 6糖苷鏈不起作用，但能越過此鍵，從分于內(nèi)部水解a -1 , 4糖苷鏈，故支鏈淀粉的水解產(chǎn)物中除6個葡萄糖分子的單位以外，還有短鏈的分支。這些小分子 化合物統(tǒng)稱為糊精。淀粉被水解后，粘度下降，表現(xiàn)為液化。B -淀粉酶 糖化酶、糖化型淀粉酶）它的作用方式是從淀粉分子的非還原端開始，每次分解出一個麥芽糖分子，它可將直鏈淀粉徹底水解為麥芽糖。但也不能作用于a -1，6糖苷鍵，而且不能越過此鍵。因此，當(dāng)分解支鏈淀粉時，遇到分枝點(diǎn)的a -1，6糖苷鍵時，就停止作用，留下較大分子的極限糊精。葡萄糖淀粉酶丫 -淀粉酶）它自淀粉分子的非還原端開始，每次分解出一個葡萄糖分子，但也不能分 解支鏈淀粉的

8、a -1，6糖苷鍵。異淀粉酶R酶）它專門水解a -1，6糖苷鍵。它和上述三種淀粉酶聯(lián)合作用時可將淀粉 徹底水解成麥芽糖和葡萄糖。酒精發(fā)酵酵母菌在厭氧條件下可發(fā)酵己糖形成酒精 丙酮酸2CCOCOO 2CCHO + 2CQ乙醛2（A-2H + 2CH3CHO2CH3%OH + 2A總反應(yīng)式為：C6H12C6 2CH3Coh +2C+Q1mol葡萄糖可產(chǎn)生2mol酒精，即80克葡萄搪可產(chǎn)生92g酒精，得率為51.5 %?？墒牵湍父芍氐睦鄯e約為利用碳水化合物的2%,同時2%的碳水化合物用于形成甘油，0.5 %的碳水化合物用于形成有機(jī)酸 主要是琥珀酸）和 0.2 %用于形成雜醇油 高級醇），因此，實(shí)際

9、上糖只有 47%轉(zhuǎn)化成酒精。一般 100kg純淀粉生產(chǎn)93%濃度酒精的理論值是60.54kg。1.3目前酒精發(fā)酵方式的比較間歇發(fā)酵：指全部發(fā)酵過程始終在同一個發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行的發(fā)酵方式。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，易于管理，不會大面積感染雜菌。缺點(diǎn)是酒母用量大，非生 產(chǎn)性時間長，設(shè)備利用率低。連續(xù)發(fā)酵：指把發(fā)酵的不同階段的分別放入發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵的方式。因?yàn)樘且菏且恢边B續(xù)不斷地流加，故每個發(fā)酵罐內(nèi)的流量、醪液濃度、酒精濃度、酵母細(xì)胞數(shù)以及溫度、pH值等均相應(yīng)穩(wěn)定，有利于酵母的生長繁殖。優(yōu)點(diǎn)是可以提高設(shè)備利用率，節(jié)省酒母，便于自動化控制，缺點(diǎn)是對無菌條件要求 嚴(yán)格。半連續(xù)發(fā)酵:介于間歇發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種

10、發(fā)酵方式。指主酵期采 用連續(xù)發(fā)酵而后酵期采用間歇發(fā)酵。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約酒母，設(shè)備利用率較間歇發(fā)酵 有所提高，缺點(diǎn)是對無菌要求較為嚴(yán)格。22 生產(chǎn)工藝2.1生產(chǎn)產(chǎn)量及方案產(chǎn)量：年產(chǎn)酒精11000噸產(chǎn)品品種：含乙醇93%V）相當(dāng)于92.4%W）食用酒精2.2生產(chǎn)方法的選擇工藝方法：利用玉 M為原料，雙酶糖化，添加酒精酵母連續(xù)發(fā)酵、三塔蒸 餾的工藝是目前最成熟、最典型的生產(chǎn)工藝。糖化酶玉氷粉碎，調(diào)漿連續(xù)蒸煮蒸煮醪冷卻糖化糖化醪冷卻，連續(xù)發(fā)酵灑母醪咸熟發(fā)酵醪 弼髓 龍塔 希協(xié) 戍品酒持 廢糟 雜醇油DDGS全價干酒精）圖1酒精生產(chǎn)工藝流程簡圖32.3主要工藝參數(shù)：年生產(chǎn)天數(shù)：300天玉M含水：15%玉M粉

11、產(chǎn)率：87%玉M含淀粉：63%玉M淀粉實(shí)際出酒率：53%發(fā)酵周期：60h原料粉碎率：2.5mm原料加水比：1 : 3a -淀粉酶用量：6u/原料蒸煮溫度：100 C蒸煮時間：100min糖化酶用量：100u/g原料糖化溫度：60 C糖化時間：45mi n糖化醪固形物濃度：18%糖化醪PH值：4.0接種量：10%稀釋速率：0.1發(fā)酵溫度：33 C發(fā)酵罐裝料系數(shù)：90%發(fā)酵醪酒精濃度：10%V/V）相當(dāng)于8.01%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）3全廠物料衡算的內(nèi)容淀粉原料酒精廠的物料衡算包括兩部分，第一部分是生產(chǎn)過程全廠總物料衡 算，主要計(jì)算內(nèi)容有：主要原料為玉M其它原料有淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸銨等。1）中間廠品

12、，蒸煮醪、酒母醪、發(fā)酵醪等。2）成品、副產(chǎn)品以及廢氣、廢水、廢渣既酒精、雜醇油。二氧化碳和廢糟 等。3.1 原料消耗的計(jì)算3.1.1 淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為:糖化：1)16218180發(fā)酵：18046J44經(jīng)噴射液化器加熱后蒸煮醪量為:式中2748.9 噴射液化器加熱蒸汽（0.5MPa的焓（kJ/kg3.2.2 經(jīng)液化維持管出來的蒸汽醪量為：（溫度降為102C式中2253 液化維持管的溫度為102C下飽和蒸汽的汽化潛熱（kJ/kg3.2.3 經(jīng)閃蒸汽液分離器后的蒸煮醪量為：式中2182-100 C飽和蒸汽的汽化潛熱（kJ/kg324經(jīng)真空冷卻器后最終蒸煮醪液量為:式中1413 真空冷

13、卻溫度為60C下的飽和蒸汽的汽化潛熱（kg/kg3.3 糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10%體積分?jǐn)?shù)，相當(dāng)于8.01%（質(zhì)量分?jǐn)?shù) .并設(shè) 蒸餾效率為98%而且發(fā)酵醪酒精捕集器回收酒精洗水分別為成熟醪量的 5%和 1%貝U生產(chǎn)1000Kg93%體積分?jǐn)?shù)酒精成品有關(guān)計(jì)算如下：3.3.1 需蒸餾的成熟發(fā)酵醪量為:若不計(jì)酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為:3.3.3 入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度為:3.3.4 相應(yīng)發(fā)酵過程放出總量為:3.3.5 接種量按10%+，則酒母醪量為:3.3.6 酒母醪的70%!糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，貝加化醪量為3.4 成品與發(fā)酵醪量的計(jì)算廢醪量是進(jìn)

14、入蒸餾塔的成熟發(fā)酵醪減去部分水和酒精成分及其他揮發(fā)組分 后的殘留液。此外，因?yàn)轷菜鞘褂弥苯诱羝訜?，所以還需要加上塔的加熱 蒸汽冷凝水。設(shè)進(jìn)塔的醪液 ）的溫度=70C，排除廢醪的溫度 C：成熟醪固形物含量為:，塔頂上升酒氣的乙醇濃度 50%體積分?jǐn)?shù)）即47.18%(t(t燃料酒精10001.543711100玉M干原料2770.04.23101.630470a -淀粉酶1.1080.001690.040612.188糖化酶6.3160.00960.231669.476硫酸銨1.160.00180.042512.76蒸煮粉漿11080.016.928406.27121880成熟蒸煮醪10736

15、.116.402393.657118097.1糖化醪1971.33.01272.28121684.3酒母醪1159.61.77242.51912755.6蒸餾發(fā)酵醪12558.319.186460.471138141.3二氧化碳907.71.38733.2829984.7廢醪12737.119.459467.027140108.14設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)是在黃老師的悉心指導(dǎo)和我們組成員的共同努力下完成的。在這 次設(shè)計(jì)中我們學(xué)到了很多東西。首先我們學(xué)會了合作，常言道“三個臭皮匠頂 個諸葛亮”，在做設(shè)計(jì)的過程中，我們分為幾個組，各個組負(fù)責(zé)不同的部分，大 家先是分別查閱相關(guān)資料，然后匯總在一起，一起討論設(shè)計(jì)過程中的錯誤和不 足，在大家的共同努力下，我們終于大致完成了整體的設(shè)計(jì)。其次，在做設(shè)計(jì) 之前我們查閱很多相關(guān)資料，這不僅豐富了我們的專業(yè)知識，也讓我們學(xué)會了如 何利用各種工具查閱資料。再次，通過具體地設(shè)計(jì)和計(jì)算，讓我們掌握了酒精 生產(chǎn)的全部過程以及物料衡算過程。只有通過自己的親身實(shí)踐，我們才能更好 地掌握相關(guān)的知識。設(shè)計(jì)的選題，設(shè)計(jì)的指導(dǎo)直至設(shè)計(jì)的完成始終凝結(jié)著老師 的心血，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和執(zhí)著的敬業(yè)精神在潛移默化地教誨我們，在學(xué)習(xí)上給我們的指導(dǎo)將讓我們終生收益。在設(shè)計(jì)過程中，大家互相幫助，一起討 論，這