年产4000t酒精厂设计

年产40000吨酒精工厂设计——蒸煮糖化车间

酒母醪中补充糖化剂的量为：

m’2=25÷5=5kg/h

补充60℃温水量与糖化剂及用作酒母的糖化醪的和应满足发酵接种量10%的需要，因此补充水量应为：

m’w=93.5%G1×10%-6.5%G1- m’2

=93.5%×58110.7×10%-6.5%×58110.7-5=1651.2kg/h

酒母糖化醪量为：

g’=6.5%G1＋m’2＋m’w=6.5%×58110.7＋5＋1651.2=5433.4kg/h

设糖化过程维持在tg1=60℃，糖化结束直接蒸汽灭菌，0.50MPa表压的回收蒸汽消耗量为：

Dg=g’Cg（tg3-tg1）/(I-tg3C水)

=5433.4×3.64×（80-60）÷（2678-80×4.18）=168.8kg/h

式中I为汽化焓.

灭菌15-30min后，冷却至tg4=27℃接种，这时冷却水量为：

W”3=(g’＋Dg)Cg (tg3-tg4)/C水(t’w2-t’w1)

=（5433.4＋168.8)×3.64×（80-27）÷4.18÷（35-17）= 14364.4kg/h

酒母扩大过程按1：10扩大，冷却酒母糖化醪可供逐级扩大的需要，冷却结束取一部分用作小酒母培养等用，因此酒母罐内醪量包括接种的小酒母在内，平均每小时的酒母醪量为：

g” =g’＋Dg=5433.4＋168.8=5602.2kg/h

一般在小酒母罐内要加0.1%-0.12%硫酸酸化，补充0.05%硫酸铵作氮源，故硫酸消耗量为：

gH2SO4=5602.2÷1.1×10%×0.12%=0.611kg/h

硫酸铵消耗量为：

g（NH4）2SO4=5602.2÷1.1×10%×0.05%=0.255kg/h

进入发酵罐的发酵液（包括酒母）量为：

G3=93.5%G1＋g”=93.5%×58110.7＋5602.2=59935.7kg/h

蒸馏发酵醪数量（包括酒糟捕集器回收稀酒和洗罐水）应为：

F=(G3-f×44/46)(1＋5%＋2%)

=(59935.7-4887×44÷46)×(1＋5%＋2%)= 59129.5kg/h

待蒸馏成熟发酵液浓度为：

4887÷59129.5×100%=8.26%

在发酵过程中消耗糖变成酒精，每小时要生成4887kg酒精，以葡萄糖为碳源，酵母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170kJ左右，则发酵和酒母培养每小时放出的热量为：

q=1170×4887=5.71×106kJ/h

以t”w1=17℃深井水为酒母发酵工段冷却水，终温t”w2=25℃，平均耗水量为：

W”=q/C水(t”w2- t”w1)=5.71×106÷4.18÷（25-17）=1.71×105kg/h

计算结果汇总于表3-4.

表3-4 40000t/a淀粉质原料酒精厂酒母发酵工段物料、热量衡算汇总表

进入系统 项目 符号 数量（kg/h) 16

离开系统 项目 符号 数量（kg/h) 年产40000吨酒精工厂设计——蒸煮糖化车间 冷却糖化醪 酒母糖化醪 酒母补充糖化剂 酒母醪稀释水 酒母醪灭菌蒸汽 酒母灭菌冷却用水 发酵酒母冷却水 酒精捕集器用水 发酵洗罐水 累计 93.5%G1 6.5%G1 m’2 m’w Dg W”3 W” 5%F/1.07 2%F/1.07 54333.5 3777.2 5 1651.2 168.8 14364.4 171000 2763.1 1105.2 249168.4 待蒸馏发酵醪 二氧化碳 酒母冷却废水 发酵冷却废水 累计 F f×44/46 W”3 W” 59129.5 4674.5 14364.4 171000 249168.4 3.6 蒸馏工段的物料和热量衡算 按照半直接式酒精发酵醪蒸馏的三塔流程进行计算.计算醪塔、排醛塔和精馏塔三个塔. 3.6.1 醪塔

根据前面的计算，醪塔成熟醪浓度为8.26%（质量分数），预热到70℃进塔，从手册上查得成熟醪的沸点是92.42℃，比热容为4.26[kJ/ (kg·K)][按8.26%（质量分数）酒精水溶液计],则每100kg进料加热到沸点所需的热量Q为：

Q=100×4.26×（92.42-70）=9550.9kJ

在醪塔加料板酒精浓度算图的横坐标上找到a点为9550.9，垂直向上在醪液酒精含量8.26%处找到b点，按水平方向再在纵坐标上找到c点，c点的读数11.25%（质量分数）即为醪塔进料板上液体的浓度，根据气液平衡关系，这时醪塔上升蒸汽酒精的极限浓度为52.53%（质量分数），相当于62.43%（体积分数），现取上升蒸汽浓度为55%（体积分数）即47.18%（质量分数）. 总物料衡算式：

F1=V1＋Wx

酒精衡算式：

F1xF1=V1y1＋（Wx＋D1）xw1

式中xF1——成熟发酵醪内酒精含量（质量分数）；

y1——塔顶上升蒸汽中酒精浓度（质量分数）； xw1——塔底排出废糟内的酒精浓度（质量分数）； F1——原料液流量； V1——出塔蒸汽流量； Wx——塔底流出液流量； D1——加热蒸汽流量. 热量衡算式：

F1CF1tF1＋D1I1=V1i1＋（WxCw＋D1C水）tw1＋qn

根据前面计算醪塔待蒸馏发酵醪：

F1=F=59129.5kg/h，xF1=8.26%，y1=47.18%

塔底允许逃酒在0.04%以下，考虑蒸馏其他损失在内,现取xw1=0.04%，并设CF1=3.96[kJ/

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(kg·K)]，Cw=3.96[kJ/ (kg·K)]，并取热损失qn=1% D1I1.加热蒸汽用0.1MPa表压，其热含量I1=2699kJ/kg，由手册查得塔顶上升蒸汽热含量为i1=1965kJ/kg，并根据工艺要求取tF1=70℃，tw1=70℃，代入上述3个公式，联立解得：

V1=10301.4kg/h，Wx=48828.1kg/h，D1=10908.3kg/h

一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：

G5=Wx＋D1=48828.1＋10908.3=59736.4kg/h

3.6.2 排醛塔 平均每小时醛酒量：

A=3%×P=3%×5208.3=156.2kg/h

为了减少不合格酒精的数量，将精馏塔最后冷凝器中的酒精去除少量作次等酒，回入排醛塔.取次等酒的数量为精馏塔成品酒精的3%，则进入排醛塔的次等酒数量为：

Pe=5208.3×98%×3%=153.1kg/h

一般脱醛液F2的浓度为50%（体积分数），相当于42.43%（质量分数），同时一般醛酒浓度xA与次等酒精浓度xPe均按96%（体积分数）计，相当于93.83%（质量分数），则脱醛液数量为：

F2=（V1y1＋PexPe-AxA）/xF2

=(10301.4×47.18%＋153.1×96%-156.2×96%)÷42.43%=11447.6kg/h

塔底补充加热蒸汽量：

D2=A＋F2－V1－Pe=156.2＋11447.6－10301.4－153.1=1149.3kg/h

排醛塔的热量衡算式：

V1i1＋D2I2＋R1ACAtA＋PeCetPe=（R1＋1）Ai2＋F2CF2tF2＋qn

式中I2——排醛塔加热蒸汽热含量，设为0.04MPa（表压）蒸汽，则I2=2684kJ/kg；

CA，Ce——分别为醛酒和次等酒比热容，可取96%（体积分数）的酒精比热容，CA=Ce=2.89[kJ/ (kg·K)]；

tA，tPe——排醛塔回洗液和次等酒进排醛塔的温度可取为tA=tPe=78.3℃； i2——96%（体积分数）酒精蒸汽的热含量，I2=1166 kJ/kg；

CF2——脱醛液的比热容，按50%（体积分数）酒精查得CF2=4.01[kJ/ (kg·K)]； tF2——脱醛液离开时的温度，即50%（体积分数）酒精的沸点，93.6℃. 取排醛塔热损失qn与醪液相同，求得排醛塔操作的回流比：

R1=（V1i1＋D2I2＋PeCetPe-Ai2-F2CF2tF2-qn）/(Ai2-ACAtA)

=（10301.4×1965＋1149.3×2684＋

153.1×2.89×78.3-156.2×1166-11447.6×4.01×93.6-1%×10908.3×2699）

/(156.2×1166-156.2×2.89×78.3)= 126.6

3.6.3 精馏塔

排醛塔来的脱醛液在液相沸点状态下，进入精馏塔，酒精被加热气化逐板增浓，在塔板液相浓度55%（体积分数）处气相抽取部分蒸汽H，经冷凝去杂醇油分离器，这部分冷凝液称杂醇油酒精，数量约为塔顶取馏出酒精的2%左右，其中包括杂醇油m0=0.6%（P’＋A）,

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故H=2%（P’＋Pe）.在杂醇油分离器内约加入4倍左右的水稀释，分油后的稀酒精用塔底的蒸馏废水经预热到tH=80℃仍回入精馏塔，这部分稀酒精的数量为：

H’=（1＋4）H-m0=5H-m0

=5×2%×(5052.1＋153.1)-0.6%×(5052.1＋156.2)=489.3kg/h

在塔顶，上升蒸汽进入分凝器和冷凝器，在最后取出少量次等酒P回入排醛塔，其余回入精馏塔塔顶.取合格成品P’在塔顶以下数块板上引出，根据总物料衡算应为：

P’=5208.3-A=5208.3-156.2=5052.1kg/h

塔底用0.5MPa（表压）加热蒸汽直接加热，冷凝水和蒸馏残液W2一起排出塔外. 物料平衡计算：

F2＋D3＋H’=P’＋Pe＋H＋D3＋W’x

则有：

W’x= F2＋H’-P’-Pe-H

=11447.6＋489.3- 5052.1-153.1-2%×(5052.1＋153.1)=6627.6kg/h

热量平衡计算：

F2CF2tF2＋D3I3＋H’CHtH＋R（tPCP=(R2＋1)(Pe＋P’)i3＋PtPCP＋HiH＋(D3＋W’x)tw22Pe＋P）

＋qn

式中R2——精馏塔回流比一般为3-4，这这里取3；

I3——精馏塔加热蒸汽热含量，0.05MPa（表压），I3=2687 kJ/kg； CH——杂醇油分离器稀酒精比热容，稀酒精浓度为：

X’H=XH(H- m 0)/H’=75.2%×(104.1-31.2)÷489.3=11.2%

从手册中查得其比热容为CH=4.3[kJ/ (kg·K)]，杂醇油酒精的质量分数为75.2%，与液相浓度55%（体积分数）相平衡；

CF2——脱醛液的比热容，按50%（体积分数）酒精查得CF2=4.01[kJ/ (kg·K)]； tF2——脱醛液离开时的温度，即50%（体积分数）的沸点，tF2=93.6℃； tP——成品酒精的饱和温度，78.3℃； CP——成品酒精的比热容，2.89[kJ/ (kg·K)]； i3——塔顶上升蒸汽热含量，1166 kJ/kg； iH——杂醇油酒精蒸汽热含量，1496 kJ/kg； iw2——精馏塔塔底温度，104℃； qn——精馏塔热损失，设qn=2óI3. 则有：

D3=[(R2＋1)(Pe＋P’)i3＋P’tPCP＋HiH＋W’xtw2C水-F2CF2tF2-H’CHtH-R2(Pe＋

P’)tPCP]/[I3(1-2%)-104×4.18]

=[(3＋1)×( 153.1＋5052.1)×1166＋5052.1×78.3×2.89＋104.1×1496＋6627.6×104×4.18-11447.6×4.01×93.6-489.3×4.3×80-3×(153.1＋5052.1)

×78.3×2.89]/[2687×(1-2%)-104×4.18]= 9305.5kg/h

连续蒸煮及蒸馏工段蒸汽耗量汇总于表3-5.

表3-5 40000t/a淀粉质原料酒精厂连续蒸煮及蒸馏工段蒸汽耗量汇总表

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