物料和能量衡算

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1、主设备设计计算说明书物料和能量的计算参赛队:设计计算:制作:校核:指导老师:双核聚变队邓泽情邓泽情邓泽情童汉清老师聂丽君老师目录一、燃料乙醇 4二、生产工艺 5三、物料衡算 12（一）原料计算13（二）蒸煮醪量的计算16（三）糖化醪与发酵醪量的计算16四、能量衡算 19无水乙醇是一种应用很广泛的有机溶剂，是一种可再生的生物能源。其中燃 料乙醇被认为是替代和节约汽油的最佳原料之一，能和汽油以一定的比例混配成 一种车用原料。乙醇的生产有化学合成法和生物发酵法，随着全球石油的缩减， 化学合成已受限制，生物发酵生产乙醇受各方推崇和应用。生物发酵法是利用淀粉质原料或糖质原料，在微生物作用下生成乙醇的方法

2、。淀粉质原料生产乙醇过程包括：原料粉碎、蒸煮糖化、酒母制备、发酵及蒸馏精制等工序。一、燃料乙醇一）乙醇性质酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇， 分子式辛醇/水分配系数的对数值： 0.32闪点（C）：12C H OH，（酒精燃烧C H OH + 3O = 2CO T+3H O ）因为它的化学25分子式中含有羟基，25所以叫做乙醇222比重 0.7893(204)。乙醇的分子量：46外观与性状： 无色液体，有酒香。燃点：75C熔点：-114.1C沸点（一标准大气压下）：78.3 C相对密度（水=1）： 0.79相对蒸气密度（空气=1）：1

3、.59饱和蒸气压(kPa):5.33(19C)燃烧热(kj/mol)：1365.5临界温度（C）：243.1临界压力（MPa）:6.38引燃温度（C）：363爆炸上限（V/V）：19.0爆炸下限（V/V）：3.3（二）类别和主产品工业乙醇（该方案的产品是燃料乙醇）工业酒精含乙醇 96%以上，还含少量甲醇和其他物质。 甲醇是有害的。它可以 挥发，对呼吸系统有害。有人用工业酒精（含甲醇的乙醇）做酒，饮用后可导致 失明。食用乙醇：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，食用酒精里 不含有对人体有毒的苯类和甲醇。药用乙醇

4、：乙醇含量在 75左右无水乙醇：无水乙醇的酒精含量极高，分为化学纯和分析纯，化学纯的含量大于 等于99.5%，分析纯的含量在99.9%以上。燃料乙醇是指未加变性剂的、可作为燃料用的无水乙醇。燃料乙醇可缓解能源紧 张，减少环境污染，促进农业发展。二、生产工艺二）原料及原料预处理1. 原料 荔枝龙眼核：荔枝核含淀粉61.52 %，龙眼核含淀粉65%,荔枝龙眼为岭南特色水果，主产于福建、广东、广西等地,全国荔枝年产量则达到了150万吨，龙眼产量为80万吨，龙眼核的重量约占龙眼果实鲜重的65%，荔枝核的重量约占荔枝果实鲜重的60%，目前我国有30%左右的鲜荔枝、龙眼都要靠加工成干果销售，所以我们利用大

5、型加工 厂获得核进行生产，而实际对荔枝核、龙眼核的回收大约达到加工量的90%，每年能够收集的荔枝核具体的量为 40.5万吨,龙眼核 21.6 万吨。在茂名地区,我们可以直接在荔枝龙眼加工厂回收到我们所需要的9万 吨荔枝龙眼核,并且我们回收荔枝龙眼核时,是按垃圾来处理的,所以我 们的原料是零成本。？水：包括粉料液化糖化用水、发酵用水、蒸馏车间用水和清洗用水等，都利用城 市自来水或是自来水经过一系列灭菌消毒的无菌水。淀粉酶和糖化酶：a-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为100u/g原料，酒母 糖化醪用糖化酶量200u/g原料。硫酸和硫酸铵等：硫酸铵用量8kg/1 （酒精），硫酸用量（调pH用）

6、5.5kg/t （酒 精）。乙醇酵母：发酵用的菌种，将糖化醪发酵产生乙醇、co c和其他副产物。22. 原料除杂和粉碎1）淀粉质原料在收集时，会混进沙土、杂物，甚至金属夹杂物等。一 般采用先振动筛筛选，再磁力除铁器磁选以除去杂质。2）淀粉质原料中淀粉颗粒常以颗粒状态储存于细胞中，不宜被直接利用。粉碎后有利于增加原料表面积，加快吸水速度，缩短水热处理时间；有利于淀粉酶的作用，提高淀粉的转化率，同时有利于原料在生产过程中的输送。粉碎方法有干式粉碎和湿式粉碎，此次采用 湿式粉碎进行生产3) 由粉尘损失造成的淀粉损失率约为 0.40。3. 水热处理(液化)和连续蒸煮糖化1) 淀粉的液化：是利用淀粉液化

7、酶使糊化的淀粉黏度降低，并水解成 糊精和低聚糖的过程。2) 使用耐高温的a-淀粉酶，采用95C的处理温度，使用普通a-淀粉酶，采用85C处理温度。现采用低压喷射液化器来完成淀粉的液化。 调浆温度为50C，喷射液化器使粉浆迅速升温至105 C,进入维 持管保温液化58min,真空闪急蒸发冷却至95 C进入液化罐反应 约60min后，进真空冷却器冷却至63 C后糖化30min。低压喷射液化处理工艺粉料f加水制浆f喷射液化f保温液化f冷却糖化tta-淀粉酶蒸汽3) 淀粉的糖化：是利用糖化酶将淀粉液化的产物进一步水解成葡萄糖 的的过程，并为发酵提供含糖适量并保持一定酶活力的无菌或极少 杂菌的醪液。糖化

8、温度一般根据糖化酶的最适作用温度进行控制，即5860C 为宜，糖化酶作用的最适pH为4.25.0。醪液的pH太高或太低都将破坏酶的活 力，不利于糖化。糖化酶用量一般为每克淀粉使用100U，视原料品种、糖化方式 等定量。糖化时间不宜过长，一般在1525min的范围，也可以根据糖化 醪进行调控，即以产生 2535的还原糖的时间为宜。蒸煮糖化中由于淀粉残留及糖分破坏造成的淀粉损失约为 0.40。4. 乙醇酵母的培养麦芽汁麦芽汁麦芽汁糖化醪琼脂7!酵母f斜面试管f液体试管f三角瓶培养f卡氏罐培养f小酒母罐培养f大酒 母罐培养f发酵罐糖化醪乙醇酵母的培养（酒母 1：10 扩大培养）1）原菌种斜面培养：麦

9、芽汁琼脂，2530C培养35天（冰箱4C保存 备用）。2）液体试管：10Bx麦芽汁，灭菌冷却至2530C,无菌接种置2530C 培养 20h。3）三角瓶培养：1/3麦芽汁和2/3糖化醪，2530C培养1214h,pH464）卡式罐培养：糖化醪，2530C培养1214h, pH465）小酒母罐、大酒母罐培养：糖化醪，2530C培养1214h, pH46（三）乙醇发酵菌种：乙醇酵母；培养基：荔枝龙眼核糖化醪f发酵醪；pH:4.24.5;1) 前发酵期：醪液中酵母密度小，酵母进行适应，发酵作用不强。实 际生产时，酒母量在10%左右，前发酵期时间为68h,连续发酵时, 前发酵期基本不存在。2) 主发酵

10、期：酵母不再大量繁殖，而主要进行乙醇发酵，发酵作用强烈，糖分消耗迅速，乙醇逐渐增加。主发酵温度控制在3034C不 得高于3435C，发酵时间一般为1215小时。3) 后发酵期：醪液中的糖分已大部分被发酵，但醪液中残存的糊精等 多糖成分继续被转化为可发酵性糖，酵母把它转化为乙醇。后糖化 作用速度比糖发酵速度要慢得多，乙醇和co 生产量减少，表观看2来气泡不断产生，但醪液不再翻动。后发酵期一般需40 小时左右才 能完成，保持醪液温度在 30C1C。4) 发酵过程中的淀粉损失率：发酵残糖1.3%巴斯德效应4.0%酒气自然蒸发与被CO2带走一一0.30%(若有酒精捕捉器，损失为 0.30%)四) 分离

11、纯化和蒸馏精制分离纯化工艺流程图发酵罐f泵f醪塔f浓缩塔f粗酒精f分子筛塔A、B-冷凝/fl蒸汽 蒸汽 无水乙醇 过程中的淀粉损失率：（1）废槽带走等1.60（2）脱水损失1.0（五） 副产品利用和废水废渣处理酒精槽f固液分离f滤液f处理f澄清液f回用及生物处理滤渣f饲料一泥浆三、物料衡算1）生产方法：双酶糖化、间歇发酵、塔蒸馏。(2) 生产天数：每年300d。(3) 燃料酒精日产量：4.21。(4) 燃料酒精年产量：300001。(我计算出来才1260吨/年是用核发酵的，这 个数据肯定不正确，你看下错在哪里)(5) 产品质量：国际燃料酒精，乙醇含量95以上(质量分数)(6) 主原料：荔枝核含

12、淀粉61.52 %，龙眼核含淀粉65%,两者平均淀粉含量为 63%(7) 酶用量：a-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为100u/g原料，酒母糖 化醪用糖化酶量200u/g原料。(8) 硫酸铵用量8kg/1 (酒精)，硫酸用量(调pH用)5.5kg/1 (酒精)。(一) 原料计算1)糖化：(C H O )+ nH O T nC H O(1-1)6125 n26126162 18 180发酵： C H O T 2C H OH +2CO(1-2)6 12 6 2 5 218046X244X22）生产1000kg燃料酒精的理论淀粉消耗量由（1-1）和（1-2）求得：1000X95%X162F92

13、 = 1672.8 （kg）3）生产1000kg燃料酒精的实际淀粉消耗量表（3-1） 生产过程各阶段淀粉损失率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蒸煮糖化淀粉残留及糖分坏0.40发酵发酵残糖1.3发酵巴斯德效应4.0发酵酒气自然蒸发与被 CO20.30加酒精捕集器0.30%带走蒸馏废槽带走等1.60脱水脱水损失1.0总计损失9.01672.8F(100%9.0%) =1838.3 (kg)4) 生产 1000kg 燃料酒精的荔枝龙眼核原料消耗量 荔枝龙眼核原料含淀粉 63，水分 131838. 3F63%=2918.0 (kg)5) a-淀粉酶消耗量应用酶活力为20000u

14、/g的a-淀粉酶液化酶用量：2918.0X1000X820000=1.167 (kg)6) 糖化酶耗量糖化酶活力为100000u/g。使用量为100u/g原料 2918.0X1000X100100000=2.918 (kg)此外，酒母糖化酶用量按200u/g (原料)计，且酒母用量为10% 2918.0X10%X70%X200F100000=0.409 (kg)式中 70%为酒母的糖化液占 70%。其余为稀释水与糖化剂。两项合计，糖化酶用量为 3.327kg/h。7）硫酸铵耗用量 作为补充氮源，其用量为酒母用量的 0.1%。（二）蒸煮醪量的计算 淀粉原料连续蒸煮的粉料加水为 1:2，故粉浆量为：2918X（1 + 2） =8739 （kg/h）经喷射液化连续蒸煮,最终蒸煮醪液量为 8879.2kg/h。（三）糖化醪与发酵醪量的计算设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）。并设蒸馏效率为 98.4%，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液的5%和1%,则生产1000kg95% （质量分数）酒精成品计算如下： 需蒸馏的成熟发酵醪量为：F=1000X95%F98.4%F8.01