年产2万吨燃料酒精工厂的设计
单浓度糖蜜酒精连续发酵[7]
单浓度酒精连续发酵时比较简单的一种发酵工艺，所以本文采取这种工艺。工艺过程主要为：将蜜糖从蜜糖储存罐泵进糖蜜槽，由于糖蜜中含有大量的灰分和胶体，不利于产品的浓度和酒精的发酵，特别是胶体的存在致使发酵过程产生大量的泡沫，影响发酵生产，因此要进行预处理，本文中预处理采取添加絮凝剂澄清处理。经过预处理的糖蜜经称量后进入酸化罐，在酸化罐中添加营养盐，并且按比例入硫酸酸化，酸化后的糖蜜经过连续稀释器进行稀释，加青霉素1u/mL杀菌，进入储罐，添加酒母后就进入了连续发酵罐组发酵，成熟的醪液进入醪塔，在醪塔中的酒精蒸汽经过冷却后进入精馏塔进行精馏，成为酒精含量为96%的粗酒精并且脱醛去除杂醇油，粗酒精经过脱水干燥成为含量为99.5%酒精产品。
第二章 全程物料衡算
第一节 全程总物料概算
一、糖蜜消耗量
1、糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：
C12H22O11＋H2O→2C6H12O6→4C2H5OH＋4CO2↑ 蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 176 2、生产1t（1000kg）无水酒精的理论蔗糖消耗量：
1000×（342÷184）﹦1858.7（㎏）
3、生产1t（1000kg）燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）以上，相当于99.18%
（m）
)的理论蔗糖消耗量：
1858.7×99.18％﹦1843.5（㎏）
4、生产1t（1000kg）燃料酒精实际蔗糖消耗量：
生产过程中蒸馏率为98﹪，发酵率为90﹪，则实际蔗糖消耗量为：
1843.5÷98﹪÷90﹪﹦2090（㎏）
5、生产1t(1000kg)燃料酒精糖蜜原料消耗量： 糖蜜原料含可发酵性糖50%，故1吨酒精糖蜜消耗为： 2090÷50﹪=4180（kg） 二、发酵醪量的计算[11]：
1000?99.1800176??968 相应酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为：
9800184采用单浓度酒精连续发酵工艺，把含固形物88﹪的糖蜜稀释成浓度为22
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﹪～25﹪的稀糖液，设稀释成25﹪的稀糖液。
经连续稀释器可得稀糖液量为：4180×85﹪/25﹪=14212（kg） 即发酵醪量为：14212kg
酒母繁殖和发酵过程中放出968kg的二氧化碳，则蒸馏发酵醪的量为： （14212-968）×（100+6﹪）=14039（kg） 其中酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的6﹪
1000?99.1800蒸馏发酵成熟醪的酒精浓度为：?7.1400
9800?14039三、成品与废醪量的计算[8、11] 采用差压蒸馏两塔流程蒸馏。
糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精多0.25～0.35﹪，现以0.3﹪计，则杂醇油量为1000×0.3﹪ =3（kg）
设醪液进醪温度为t1=55℃，塔底排醪温度为t4=85℃，成熟醪酒精浓度为B1=7.14﹪，塔顶上升蒸汽的酒精浓度50﹪（v）即42.43﹪（w），生产1000kg酒精则
1、醪塔上升蒸汽量为：
V 7.14﹪/42.43﹪=2363（kg） 1=14039×2、残留液量为：
WX=14039-2363=11676（kg） 3、成熟醪量比热容为：
C1=4.18×（1.019-0.95B1） =4.18×（1.019-0.95×7.14﹪） =3.98[KJ/（kg·K）] 4、成熟醪带入塔的热量为：
Q1=F1C1t1=14039×3.98×55=3.08×106（KJ） 5、蒸馏残液内固形物浓度为：
F1B114039?7.1400B2???8.5900
WX116766、蒸馏残留液的比热：
C2?4.18(1?0.378B2)?4.18?(1?0.378?8.5900)?4.04?KJ/(kg?K)? 7、塔底残留液带出热量为：
'Q4?WX?C2?t4?11676?4.04?85?4.01?106(KJ)
8、查附录得42.43﹪酒精蒸汽焓为2045KJ/kg。故上升蒸汽带出的量为：
Q3?V1i?2363?2045?4.83?106(KJ)
塔底真空度为-0.05MPa（表压），蒸汽加热焓为2644KJ/kg，又蒸馏过程热
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损失Qn可取传递总热量的1﹪，根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为：
'Q3?Q4?Qn?Q14.83?106?4.01?106?3.08?106D1???2542(kg)
I?CWt4(2644?4.18?85)?9900若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：
WX?D1?11676+2542=14218（kg）
四、糖蜜原料年产量为2万吨燃料酒精的总物料衡算[10
设工厂年开工为250天。 日产产品酒精量：20000／250﹦80（t） 每小时酒精量：80×1000/24=3333（kg）=3.333(t)
实际年产量（次级酒精忽略不计）：3.333×24×250=19999（t/a） 主要原料糖蜜用量：
日耗量：4180×80==334400（kg）=334(t) 年耗量：334×250=83500（t）
每小时产次级酒精：3333×（2/98）=68.27（kg） 实际年产次级酒精：68.27×24×250=410（t/a）
表2-1 20000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表 生产
物料衡算
1000kg99.5%酒精物料量
燃料酒精 糖蜜原料 次级酒精 发酵醪 蒸馏发酵醪 杂醇油 二氧化碳 醪塔废醪量
1000 4180 20 14212 14039 3 968 14218
每小时数量 （kg） 3333 13933 67 47373 46796 10 3227 47393
每天数量 （t） 80 334.4 1.6 1137 1123.2 0.24 77.4 1138
每年数量 （t） 19999 83600 400 284237 280777 60 19359 284357
第二节 酒精生产各工段的物料衡算和热量衡算
一、稀释工段的物料衡算
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1、糖蜜稀释用水量（以每生产1000kg(1t)酒精计算）
稀释成25﹪稀糖液用水量为： W1= 14212-4180=10032 (kg)
则生产2万吨酒精每小时需要稀释用水量：10032×3333/1000=33440 (kg/h) 生产2万吨酒精一年需要的稀释用水量：10032×20000=2.01×108（t/a）
2、营养盐添加量
选用氮量21﹪的硫酸铵作为氮源，每吨糖蜜添加1～1.2kg，取1kg，则每生产1000kg（1t）酒精：
硫酸铵年耗量为：4180×1=4180（kg/a）=4.18（t/a） 日耗量：4180/250=16.72（kg/d）
每小时耗量：16.72/24=0.697（kg/h
则生产2万吨酒精一年需要硫酸铵用量：4.18×20000=8.36×104（t/a） 3、硫酸用量
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[7]
稀释酒母稀糖液用酸5kg/t糖蜜：
年用量：4180×5=20900（kg/a）=20.9（t/a） 日用量：20900/250=83.6（kg）
每小时用量：83.6/24=3.48（kg/h）
则生产2万吨酒精硫酸用量：20.9×20000=4.18×105 表2-2 稀释工段各物料用量（2万吨产量计算）
物料 糖蜜稀释用水量 营养盐添加量 硫酸用量
二、发酵工段的物料和热量衡算 1、无水酒精量：
扣除蒸馏损失生产1000kg无水酒精耗糖蜜量为： 1858.7÷90﹪÷50﹪=4130.4（kg）
现为了生产20000t/a，要每小时投入糖蜜量13933kg/h，则无水酒精量为：
13933×1000/4130.4=3373（kg/h）
2、酒母热量
[11]
用量(t/a) 2.01×108 8.36×104 4.18×105
：
以葡萄糖为碳源，酒母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170KJ左右，则发酵和培养酒母每小时放出的热量为： Q=1170×3373.36=3.95×106（KJ/h）
'''取工段发酵酒母冷却水初tw1=20℃，终温tw2=27℃，平均耗水量为：
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W酒母发酵?QCe(t'w13.95?10?t)''w26?134996.6(kg/h)
?4.18?(27?20)酒母酒精捕集用水为：（待蒸馏发酵醪液量为F=46796kg/h） 5﹪F/1.06=5﹪×46796/1.06=2207.37（kg/h） 发酵洗罐用水为：（每15天洗一次）
1﹪F/1.06=1﹪×23398.33/1.06=441.47（kg/15天）
则在发酵工段总用水量W发酵工段=2207.37+441.47+134996.6=137645.44（kg/h） 三、蒸馏工段的物料与热量衡算[11、12、13]
按采用差压蒸馏两塔流程计算，进醪塔浓度为7.14﹪，出醪塔酒精蒸汽浓度为50﹪ 1、醪塔
Q3=V1i
F1 Qn1
醪 Q1=F1C1t1
塔 D1 Q4=Q14+D1Ct4
Q2=D1I 1 Wx+D1
图2-1 醪塔的物料和热量平衡图
醪液预热至55℃，进入醪塔蒸馏，酒精质量分数为7.14﹪，沸点92.4℃，取上升蒸汽浓度为50﹪（v），即42.43﹪（w）。塔顶温度75℃，塔底温度85℃。则塔顶上升蒸汽热焓量i1=2045kJ/kg。加热蒸汽取0.05MPa绝对压力，则其热焓量I1=2644KJ/kg。
总物料衡算：
F1?D1?V1?WX?D1 即 F1?V1?WX 2-1 酒精衡算式：
F1xF1?V1y1?(WX?D1)xW1 2-2 式中：xF1—成熟发酵醪内酒精含量[﹪（W）]，xF1=7.14﹪。 y1—塔顶上升蒸汽中酒精浓度[﹪（W）]，y1=42.43 ﹪。
XW1—塔底排出废糟内的酒精浓度[﹪（W）]，塔底允许逃酒在0.04﹪以下，取xW1=0.04﹪。热量衡算式：
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