四川理工学院毕业设计
第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算
3.1 蒸煮工段的物料和热量衡算
3.1.1蒸煮工段的工艺流程
蒸煮工段的工艺流程如图3-1所示
3.1.2蒸煮各工段的物料和热量衡算
粉碎的淀粉质原料投入调浆罐与生产过程回收的温水混合，设水温为T0=70℃.调浆罐是分批操作，为了保证连续蒸煮的进行，设两只调浆罐，每30分钟轮换使用一次，根据前面计算可以得到，每罐投料量G’=G/2=36100/2=18050kg/h，按加水比为1：3.则粉浆罐应容纳粉浆量为W1‘=72200kg/h，木薯干以含水13%计，即其干物质含量为B0=87%，若原料投料混合温度为t0=25℃，则可计算出粉浆温度t1,取水的比热Cw=4.18[kj/(kg.k)],则：
木薯干比热：C0=4.183(1-0.7B0)=4.183(1-0.730.87)=1.63 kJ/(kg.K) 此处排出蒸汽量为：
D2=W4-W5=15580-153161=2689(kg/h) 经真空冷却器后最终的蒸煮醪量为
W6=153161-15319133.623(115-104.3)/2351 =143185(kg/h)
式中 2351——真空冷却温度为62℃下的饱和蒸汽的气化潜热（kJ/K）。
拌料罐 液化器 液化维持罐 维持罐 换螺热旋器薄板图3-1蒸煮工段的工艺流程图
此处排出蒸汽量：
D3=W5-W6=153161-143185=9976(kg/h)
由于蒸煮过程中的热散失，实际上各过程释放的二次蒸汽低于上述值，为安全设
20
第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 计，二次蒸汽减少10%，则离开第二维持罐的醪液实际量为：
W实=143185+（946+2689+9976）310%=144546（Kg/h）
10万t/a淀粉原料燃料酒精厂蒸煮工段物料和热量衡算汇总表如表3-1所示：
3.2 糖化冷却工段物料和热量衡算
3.2.1工艺流程：
这一工段的范围是醪液由84℃进入螺旋薄板换热器冷却到62℃，经糖化罐糖化和偶，再经螺旋薄板换热器冷却到28℃后进入发酵系统，其工艺流程图如3-2所示。 糖化剂 蒸煮醪 螺旋薄板换热器 糖化锅 螺旋薄板换热器 发酵车
间 糖化温度：62℃ 糖化时间：16min 糖化率：60～70%
图3-2糖化冷却工段工艺流程图 表3-1 蒸煮工段物料和热量衡算汇总表
进入系统
项 目 粉碎原料 拌料水 加热蒸汽 加热蒸汽 累计
物料(Kg/h) 符号 G W1 D1 D2
数量 36100 108300 5049 7347 156796 离开系统
项 目 二次蒸汽 二次蒸汽 二次蒸汽 成熟醪液 累计
物料(Kg/h) 符号 D1 D2 D3 W6
数量 949 2689 9976 143185 156796
热量(kJ/h) 符号 DI DI DI W6C5T6
数量3107 0.26 0.30 2.35 17.36 20.57
热量(kJ/h) 符号 GC0t0 W1C eT0 D1I1 D2I2
数量3107 1.75 15.53 1.39 1.68 20.35
21
四川理工学院毕业设计
3.2.2糖化过程中的物料和热量衡算
进入糖化锅冷却的蒸煮醪量为144546kg/h，浓度B1=3610030.87/144546=21.7% 糖化醪的数量可以根据要求发酵醪内含酒量倒过来算。现投入木薯干每小时为36100kg，用曲量为原料的6%，按其中含淀粉20%计，扣除蒸馏损失的淀粉利用率为93.3%，则发酵能得到的无水酒精量为：
f=361003（70%+6%320%）392/162393.3% =13618.89（kg/h）
产生二氧化碳量为：13618.89344/46=13026.73（kg/h） 现要求发酵成熟醪含酒10%（v）即8.01%（w），酒母内糖化醪占70%，发酵接种量10%，可计算糖化醪量是：
G1=(13618.89/8.01%+13026.76) 3(1+10%370%)/1.1 =178058(kg/h)
在糖化锅中应该加入的曲乳量为：
m=G1-W6=178058-144546=33512(kg/h)
用曲量扣除酒母醪补充糖化时用量约为原料的5%。 其中固体曲5%：g=5%336100=1805(kg/h) 糖化补充水：33512-1805=31707（kg/h）
一般固体曲含水量为24-30%，现以27%计，则曲乳的固形物浓度为： B2=18053（1-27%）/31707=4.2%
比热： cm=1.2534.2/100+4.183(100-4.2)/100=4.05(kJ/kg.k) 设曲乳温度为tm=25℃,则糖化醪温度为： tg1=(W6c6t6+mcmtm)/(G1cg)
这时糖化醪浓度为：
Bg=[3610030.87+18053(1-0.27)]/178058 =18.37%
糖化醪的比热：cg=1.25318.37/100+4.183(100-18.37)/100=3.64[kj/(kg.k)] 糖化醪温度： tg1=(W6c6t6+mcmtm)/(G1cg)
=（14454633.64362+3351234.05325）/（17805833.64） =55.6（℃）
糖化醪先拿出7%做酵母，然后通过喷淋器冷却，要求温度由tg1=55.6℃下降到tg2=28℃左右，现取温度为17℃的深井水，其终温为tw1=35℃,则冷却水耗量为： W1’=93%G1cg(tg1-tg2)/[c1(tw2-tw1)]
=0.93317805833.643(55.6-28)/[4.183(35-17)] =221109(kg/h)
若用发酵酒母罐的冷却废水或喷淋冷却水可经过凉水塔冷却，故初温这里取Tw2=20℃,为安全起见，Tw2’=35℃,这样冷却水消耗量为： W2’=D33(I-cgTw2’)/[cw(Tw2’-Tw2)]
=99763(2351-3534.18)/[4.183(35-20)] =350783(kg/h)
糖化过程中的物料和热量衡算汇总于表3-2:
22
第3章 酒精生产各工段物料和热量衡算 表3-2 糖化过程中的物料和热量衡算汇总表
进入系统
项 目 成熟蒸煮醪 曲乳 喷射泵冷却
水 喷淋冷却水 二次排出空
气 累计
符号
W1 m W1’ W2’ D3
物料(Kg/h)
数量 144546 33512 221109 350783 9976 759926 离开系统
项 目 冷却糖化醪 喷射泵冷却
水 喷淋冷却水 酒母糖化醪 累计
物料(Kg/h) 符号 0.93G1 W1’ W2’ +D3 0.07G1
数量 165593 221109 360759 12464 759926
热量(kJ/h) 符号 0.93G1cgtg2 W1’cwtw1’
W’’cwtw2’ 0.07G1cgtg2
数量3108
1.81 2.85 4.64 0.136 9.44
符号 W1c1t1 Mcmtm W1’cwtw1 W2’cwtw2 D3I3
热量(kJ/h)
数量3108
1.75 0.404 2.68 4.30 0.235 9.4
3.3 发酵工段的物料和热量衡算
酒母醪中补充糖化剂（以固体曲量计）量为：
m2’=G/(5/6)31/6=18.0531/5=361(kg/h)
补充60℃温水量与糖化剂与用作酒母的糖化醪和应满足发酵接种量得10%的需要，因此补充水量应为：
Mw=0.093G1310%-7%G1-m2’
=0.093317805830.1-0.073178058-361 =3734(kg/h)
这样酒母糖化醪量为：
g’=7%G1+m2+mw=0.073178058+361+3734=16558(kg/h)
设糖化过程维持在tg1=55.6℃,糖化结束回收蒸汽消耗量为：
23
四川理工学院毕业设计
Dg=g’cg(tg3-tg1)/[I-tg3cw]
=1655933.643(80-56)/[2687-8034.18] =625(kg/h)
灭菌15-30min 后冷却至tg4=27℃接种，则冷却水量为： W3=(g’+Dg)cg(tg3-tg4)/[cw(tw1’-tw1)]
=（16599+625）33.643（80-27）/[4.183(35-17)] =44061(kg/h)
酒母扩大过程按1:10扩大。平均每小时的酒母醪量为： G0= g’ + Dg =16559+625=17184（kg/h）
硫酸消耗量为： gH2SO4=17184310%31.2%=18.75（kg/h）
硫酸铵消耗量为：g(NH4)so4=17184310%30.1%/1.1=15.62(kg/h) 根据前面计算可以得到进入发酵罐的发酵液量为：
G2= 0.93G1+ G0=0.933178058+17184=182778（kg/h）
这样蒸馏发酵醪数量应为：
F=（G2-f344/46）3(1+5%+1%)
=(182778-13618.9344/46) 3(1+6%) =179936(kg/h)
待蒸馏成熟发酵液浓度为：
13618.89/1799363100%=7.57%
在发酵过程中糖变成酒精，每小时生成14200kg酒精，每生成1kg酒精放出的热量为1170kj，则发酵和酒母培养每小时放出的热量为：
7
q=1170314200=1.66310(kj/h)
取工段发酵酒母冷却水初温tw2=17℃深井水，终温tw2’ =25℃，平均耗水量为： W3’=q/[cw(tw2’-tw2)]
=1.663107 /[4.183(25-17)] =4.963105(kg/h)
由于酒母培养和发酵过程中涉及复杂的生物的化学变化，因此，不能简单的列出酒母发酵工段简单的热量衡算表，仅将物料衡算结果汇总于表3-3。由于酒母培养和菌种扩大过程的物料衡算数据太少，无法与车间生产的原料、成品和在制品的数量相比，故在平衡表内没有列入。
24