年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计毕业设计(编辑修改稿)

年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

）整个的生产的过程中所生成的一些中间产品，其中主要为一些繆类，例如蒸煮缪，酒母繆以及发酵繆等；（ 3）最后的即为在生产中产生的副产品及最终所要得到的的成品。 下面就三个部分作详细计算。 我们欲进行物料衡算，首先 得知道本设计的相关要求及给的一些相关参数，以下即为该设计的工艺技术要求及基础数据： 武汉轻工大学 8 （ 1）本设计的生产的酒精数量为每年生产 10000 吨 普通三级 酒精； （ 2） 被设计的生产酒精的主要方法为通过 α 淀粉酶和糖化酶来进行糖化的双酶法以及使用间歇发酵和三塔蒸馏的方法； （ 3）本酒精的生产设计的工作时间为每年是 300 天，这能够提供足够的时间进行工作与休整仪器 （ 4）在该生产设计中，工厂的每一工作日的酒精的产量为 334 吨，则工厂一年的酒精产量为 100200 吨，其中多余的 200 吨为次品酒精； （ 5）本设计的生产的酒精的质量 标准为普通的三级酒精即生产的该酒精中的乙醇的体积分数为 95%； （ 6）该酒精的生产通过淀粉的糖化发酵来生成，所以本设计选用了价格相对的低廉，淀粉含量相对的高的木薯，在木薯中，其淀粉含量为 68%，水分含量为 13%； （ 7）在本设计中所选用的 糖化淀粉的 α 淀粉酶和糖化酶的活力分别为8u/g,100u/g，而其中酒母糖化繆的糖化酶的 活力为 200u/g，而 H2SO4和 NH4SO4等化学物质的用量标准为 (酒精 )和 8kg/t(酒精 )。 整个生产过程中全部的 原料 的 消耗的计算 每生产 本设计是通过在酶的作用 下将木薯中的淀粉 淀粉原料 分解为葡萄糖，然后在发酵的菌种的作用下将葡萄糖发酵最终生成酒精，从而得到所需产物，以下即为由木薯生产酒精所经历的两个反应 ： 糖化 阶段 ： （ C6H10O5） n + nH2O—— nC6H12O6 162 18 180 发酵 阶段 ： C6H12O6—— 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 首先 由上述的数据得知三级酒精 的乙醇的体积分数为 ,则可得知其质量分数为 %,即 1000kg三级酒精所对应的乙醇质量为 ,在由以上化学式中乙醇与淀粉间的对应关系得到每生成 1000kg 三级酒精所对应的淀粉的理论量为： *(162/92) =（ kg） 以上得到的为每生产 1000kg 三级酒精所理论所耗费的淀粉量，然而在整个的生产过程中有着各种各样的复杂的物理与化学反应，而且在整个的生产流程中，有着相当大的一部分需要着人类的判断，这些就必然致使实际的过程不可能完全与我们在纸上设计的一样，这就是使得产品的实际产率低于理论值。 我查表得知在生产的各个阶段的淀粉的损失值，如下表： 生产过程各阶段淀粉损失 生 产 过 程 损 失 原 因 淀 粉 损 失 率 /（ %） 备 注 原料处理 粉尘损失 加酒精捕集器 蒸煮糖化 淀粉残留及糖分破坏 武汉轻工大学 9 发酵 发酵残糖 发酵 巴斯德效应 发酵 酒气自然蒸发与被CO2带走 蒸馏 废糟带走等 脱水 脱水损失 总计损失 由上表得知，我们整个的 发酵系统 假定设有酒精扑集器，则 我们可以得知 淀粉 的 损失率 在整个生产过程中 为 %。 由此我们每得到的 1000kg 普通三级酒精所实际的耗费 淀粉 的质 量为： (100%9%) =（ kg） 下面来检验以淀粉这种原料来生产酒精是否达到了我国生产酒精的先进的出酒率水平，计算得知淀粉 这 种 原料 的 出酒率 为 1000/=%，从而以淀粉来生产酒精是可取的，其达到了先进水平。 上文给出的数据告诉我们木薯这种农作物中淀粉的含量为 68%，从而工厂中生产 1000kg 普通三级酒精 所消耗的 木 薯干 这一种农作物质 量 为： （ kg） 在实际的生产过程中，如果要得到的精确值，我们还必须考虑到生产过程中所加入的糖化剂的量，糖化剂的成分中也含有着淀粉，计算时需将其除去，例如假设我们 应用液体曲糖化 这一种 工艺 技术，这时我们设在 生产 1000kg 的 酒精 所加入的 糖化剂 中 所含 有的 淀粉 质 量为 G1，则 实际所需要另加的 淀粉原料量为： （ ） /68% 生产中所消耗 的酶主要是在 物料的 蒸煮糖化过程中 所使用的 a淀粉酶和 糖化 酶 以及酒母糖化酶 ，这里所使用的 α –淀粉酶的酶活力为 20200u/g，其加量的标准为 8u/g 原料，而 糖化 酶的酶活力为 100000u/g，其加量标准为 100u/g，另一种酒母糖化酶的加量标准为 200u/g，且酒母的用量为原料的 10%即为。 则可得知为使淀粉液化，糊化所耗用的 a淀粉酶及糖化酶 以及酒母糖化酶 的量分别为： a淀粉酶： *1000*8/(20200*1000) =（ kg） 糖化 酶 ： *1000*100/(100000*1000)=（ kg） 酒母糖化酶： *70%*200/100000=（ kg） , 式中酒母糖化液占 70%。 两项合计，糖化酶用量为。 在蒸煮糖化车间 物料衡算 查表知在生产过程中淀粉原料与加的水的比例为 1： 2。 由此我们得知进入蒸煮罐的混合物的量为： *（ 1+2） =(kg) 武汉轻工大学 10 我们查资料知在酒精的生产过程中的淀粉浆的蒸煮工艺为：首先在调浆罐中将粉浆的温度维持为 50℃ ，随后利用喷射液化器升温至 105℃，喷射液化器不仅能够迅速的 升温并能够提供粉浆一个适合的初速度已进入下一个仪器进行下一步操作，但由于喷射液化器只是一个粉浆暂时停留的地方，因此我们须将已升温的粉浆转入维持罐，最后在进入 液化罐前使用真空闪急蒸发冷却直至 95℃，在液化罐静置 60min 后，再一次使用 真空冷却器进行冷却至 63℃，这时粉浆就已经完全蒸煮完成了。 在以上的这些流程中由于使用的是 直接蒸汽加热， 这使得进行加热的蒸汽与粉浆混合在了一起，并且在后续的设备中进行了 减压蒸发、冷却降温 这些操作，这使得 粉浆的量再一次发生了变化。 因此，为了精确计算蒸煮醪，我们必须与热量衡算同时进行。 这是非常复杂的，我们完全没有这个精力，在这里只进行近似的计算。 下图为其蒸煮工艺的流程图： 查资料知 木薯干的 干物质 的 含量 为 w0=87%，则可知木薯 的比热容为； c0 = *（ ） = [kJ/()] 由于木薯粉浆中木薯粉与水的加入量的比例为 1： 2，则可知粉浆中木薯中的干物质在粉浆中的含量为 ： w1 = 87/（ 3*100） =% 从而我们可以得知 蒸煮醪 的比热容即木薯中的干物质与其 中的水的比热容之和是 ： c1 = w1c0+（ ） cw = %*+（ %） * = [kJ/(kg. K)] 其中的 cw是纯 水的比热容 ，单位为 [kJ/(kg. K)] ， 为 了 简化 以下的 计算， 我们在这里 假定 了在整个的蒸煮的过程中 蒸煮醪的比热容 都 维持不 变。 首先我们计算经过第一步后的蒸煮醪量 ，即经过喷射加热器后的蒸煮 醪量。 在这里我们根据热量衡算来求得为了使蒸煮醪的温度升为 105℃所需的蒸汽量，然后用初始的 蒸煮 醪加上蒸汽量即为进入液 化维持罐的量。 武汉轻工大学 11 进入喷射液化器的蒸煮醪升温所需热量为： **（ 10550） =(KJ) 则所需蒸汽量为： (*)=685(kg),其中的 为喷射液化器的加热蒸汽在压强为 下的 的焓，单位为（ kJ/K）。 则进入液化维持罐的 蒸煮醪量为： +685= (kg) 经液化维持 管 的降温后蒸煮醪放 出来的 热量为： **（ 105102） =(KJ) 则得到放出的蒸汽量为： (kg)，其中 2253 为饱和蒸汽在温度为 102℃ 度下的汽化潜热，单位为 (kJ/K)。 则进入 闪蒸汽液分离器的蒸煮醪量为： –= (kg) 蒸煮醪在 闪蒸汽液分离 器 中放出的热量为 ；**(10295)=(KJ) 同样的蒸发的水为： (kg)， 式中 ， 2271 为 95℃下 饱和蒸汽的汽化潜热，单位为（ kJ/kg） 进入真空冷 却器的蒸煮醪液量为： = (kg) 在 真空冷却 中放出的热量为： **(9563)=(KJ) 此设备内蒸发的水分为： (kg)， 式中 2351 为真空下温度为 63 摄氏度时的饱和蒸汽的汽化潜热，单位为 (kJ/kg) 最终 得到的 蒸煮醪 液 量为： =(kg) 发 酵 车 间 的 物 料 衡 算 在发酵车间的 物料衡算计算主要 有糖化醪及 发酵 醪等醪量的计算，还 有各级种子罐中发酵液 及一些化学物 的计算，而糖化醪量的计算主要是通过 得到的酒精质量来反推所得到的，这种方法能够更加迅速的得到所需求取的量。 例如 在本设计中，我们假设在发酵结束后的得到的成熟醪中，酒精的体积分数占 10%， 即 酒精在成熟醪中的 质量分数为 %。 现在我们得到 成熟醪的 蒸 馏 效率为 %，而且由于发酵罐有着酒精捕集器，而且在酒精捕集器的作用下， 酒精洗水和洗罐武汉轻工大学 12 的 用水 的量 分别为成熟醪量的 5%和 1%（质量分数） ,由此我们可 以通过使用以上给出的的这些数据来求 知 发酵车间的一些数值 ： 由上述数据知三级酒精的质量分 数为 %，则 最终得到的 1000kg 三级酒精中的乙醇量为 ，则未经过酒精捕集器和洗罐前的乙醇含量为： *(1++)=(kg) 又由 成熟醪的蒸馏效率为 %及 酒精在成熟醪中的质量分数为 %，则未进行蒸馏的 成熟发酵 醪量为： (%*%))=(kg) 若 没有设置 酒精捕集器和洗罐 的 用。