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淀粉生产酒精物料衡算
淀粉生产酒精物料衡算
9.1纯淀粉生产酒精如何计算?
淀粉水解发酵生成酒精的化学反应方程:
(C6H10O5)n十nH26H22O6—→n2C2HO—→nC5OH十n2CO2↑
淀粉葡萄
糖酒精
分子量:
162.14180.1692.14
(1)设100%的淀粉100kg,理论上产100%的酒精为xKg:
则有x=92.14×100/162.14≈56.82kg
即是100kgl00%的淀粉理论上产100%酒精约56.82kg。
(2)100kg100%的淀粉理论上产96%(容量)的酒精为:
56.82÷0.9385≈60.54Kg
注:
0.9385是96%(容量)的酒精换算成100%的酒精的折算系数,即是100kg96%(容量)的酒精中含纯酒精93.85Kg。
(3)100kg100%的淀粉理论上产95%(容量)的酒精为56.82÷0.9241≈61.49kg
其中0.9241也是95%(容量)的酒精折算系数。
原理与上相同。
9.2常用原料的理论产酒精量如何计算?
常用原料,是指含有一定淀粉的干原料或鲜原料的理论产酒精的计算,它是先测得原料中含淀粉量,然后将换算成淀粉量后再计算其产酒精量。
例1:
含淀粉为63%的苕干100kg,求理论上能产100%的酒精多少kg?
根据已知条件可知原料中共有淀粉
100×63%=63kg
从上面的计算中已经知道100kg淀粉可产100%的酒精56.82kg,所以63kg淀粉可产酒精为xkg,则有
x=56.82×63/100≈35.8Kg
同理可求得63kg淀粉,产96%(容量)的酒精为38.1kg,产95%(容量)的酒精力38.7kg。
例2:
某鲜苕含淀粉为18%,求生产1吨95%(容量)的酒精,理论上需要多少吨鲜苕?
设生产1吨95%(容量)的酒精需淀粉为xkg,根据100kg淀粉可产95%(容量)的酒精61.49kg可得
x=100×1000/61.49≈1626.3kg
所以需含淀粉为18%的鲜苕为:
1626.3÷18%≈9035kg=9.035吨
即生产1吨95%(容量)的酒精,理论上需要含淀粉18%的鲜苕9.035吨。
9.3糖蜜原料的理论产酒精量如何计算?
糖蜜原料生产酒精,主要是利用糖蜜中所含蔗糖水解后,发酵产生酒精。
其反应原理可用下式表示:
C12H22O11十H2O─→2C6H12O6─→4C2H5OH十4CO2↑
蔗
糖葡萄糖、果糖酒精
分子量
342.2360.3184.28
(1)100kg纯蔗糖可产100%酒精:
184.28×100/342.2≈53.85kg
即100kg纯蔗糖,理论上可产100%的酒精53.85kg
(2)100kg纯蔗糖可产96%(容量)的酒精为:
53.85÷0.9385≈57.39kg
可产95%(容量)的酒精为
53.85÷0.9241≈58.27kg
(3)糖蜜原料产酒精的理论计算,是先求出糖蜜中的蔗糖含量,再根据蔗糖求得糖蜜原料的酒精理论产量。
例如,有含蔗糖45%的糖蜜1000kg,求理论上应产100%的酒精多少kg。
根据已知可得糖蜜中蔗糖量为:
1000×45%=450kg
已知100k8蔗糖可产100%的酒精53.85kg。
所以450kg蔗糖可产100%的酒精为:
450×53.85/100≈243.2Kg
即是1000kg含蔗糖为45%的糖蜜,可产100%的酒精242.3kg。
同理可求得1000kg含蔗糖45%的糖蜜产96%(容量)的酒精258.1kg,产95%(容量)的酒精262.2kg。
9.4如何计算制备稀糖液时糖蜜的添加量和加水量?
根据题意,已知糖蜜糖度为Bx1,稀释后的稀糖液糖度为Bx2,制备稀糖液的体积为V2。
求添加糖度为Bx1的糖蜜为多少?
需加多少水?
设所需糖度为Bxl的糖蜜重W1,根据糖度与比重的关系,查附表,求出在Bx1时和Bx2时的比重分别为d1和d2。
由于稀释前后溶质的含量不变,从而可得方程:
W1×Bx1=V2×d2×Bx2(V2×d2为稀释后的重量W2)
所以W1=V2×d2×Bx2/Bx1
则所需糖度为Bx1的糖蜜的体积为V1。
V1=W1/d1=V2×d2×Bx2/(Bx1×d1)
故稀释到Bx2时的加水量为W3
W3=V2×d2-W1=W1(Bx1-Bx2)/Bx2
注:
式中的Bx都是以20℃为标准例如,某酒精厂,要制备14Bx的糖蜜酒母醪6m3,求所需80BX的糖蜜多少m3?
应加水多少m3?
设所需80Bx的糖蜜w1吨,根据糖度与比重的关系查表可知,当为80Bx时,比重d1=1.417t/m3,当为14Bx时;比重d2=1.056t/m3。
根据公式W1=V2×d2×Bx2/Bx1,V2=6m3
则W1=6×1.056×14/80=1.1088tV1=W1/d1=1.1088/1.417=0.782m3。
稀释时的加水量为W2
W2=V2×d2-W1=6×1.056-1.1088=5.227t
或者用W2=W1×(BX1-BX2)/Bx2=1.1088×(80-14)/14=5.227t若水的比重按1计算,则应加水5.227m3。
9.5如何估算在正常情况下的酒母成熟时间?
在估算酒母的成熟时间时,酒母醪的体积是巳知,设为V1,成熟酒母醪中的酵母细胞数工艺指标中已规定,设为
X1亿/ml,接种量为V2,每毫升中酵母细胞数为X2亿,酵母菌繁殖的世代时间为120分钟,通风培养的情况下,一般需90一100分钟。
成熟酒母醪中酵母细胞总数为V1×X1
接种时的酵母细胞总数为V2×X2根据酵母菌的繁殖规律,则(V2×X2)×2n=V1×X1式中n为繁殖代数。
整理上式,取对数得:
n=lg(V1×X1)-lg(V2×X2)/lg2≈3.3lg×V1×X1/V2×X2由于酵母菌繁殖世代时间(即繁殖1代所用时间)为2
小时,所以,酒母的成熟时间就是:
2n=6.6lg×V1·X1/(V2X2)(小时)
例如,某酒精厂,酒母醪为10m3,成熟时要求酵母细胞数为1.2亿/ml,接种量为100ml,其中酵母细胞数为1.8亿/ml。
采用通风培养,酵母菌繁殖世代时间为100分钟,求在正常培养条件下,至少需要多少小时,酒母才能成熟。
假设酵母菌接入酒母醪中就开始繁殖。
10m3的酒母醪成熟时,其中共有酵母细胞数为:
10×106×1.2=1.2×107亿
100ml接种量中的酵母细胞数为:
100×1.8=1.8×102亿
设酵母细胞从1.8×102亿增加到1.2×107亿时的繁殖代
数为n,则根据公式
n=3.3lg×V1×X1/(V2×X2)得:
n=3.3lg×1.2×107/1.8×102=3.3×4.8239≈16代酒母至少需培养
16×100/60=27小时
9.6如何估算已知成分的糖蜜发酵醪发酵后的含酒分和最低残糖分例如:
某糖蜜原料中,蔗糖含量为35%,还原糖含量为15%,不发酵性糖含量为5%,已知蔗糖理论产96%(容量)的酒精率为57.38%,还原糖理论产96%(容量)的酒精率为54.49%,设原糖蜜的糖度为85Bx,采用20Bx的单流加进入发酵罐,求发酵成熟时的含酒分和最低残糖分。
当85Bx的糖蜜稀释到20Bx后,其中所含蔗糖分为:
35%×20/85=8.24%
从85Bx稀释到20Bx后,其中含还原糖分应为:
15%×20/85=3.53%
根据已知条件,蔗糖和还原糖理论产酒率分别为57.38%和54.49%,则此时发酵醪中成熟时含96%(容量)酒分为:
(8.24%×57.38%十3.53%×54.49%)×100%
=(0.0472811十0.0192349)×100%
=6.65%(重量)
此时相对于发酵成熟醪中含纯酒精为:
6.65%×0.9385=6.24%
注:
0.9385为96%(容量)的酒精与纯酒精的折算系数。
发酵结束后,发酵醪中最低残糖分假设就只有不发酵性糖未发酵,仍留在发酵醪中,所以最低残糖分应为:
20×5%/85=1.18%
9.7如何估算调整酿度的酸、醪的添加量?
例如,某酒精厂,为了挽救被杂菌污染的酒母,在酒母醪中加入硫酸进行以酸治酸,将原酸度为3.5°的酒母醪调到酸度为5.5°时,需加入比重为1.84的浓硫酸多少?
酒母醪体积为6m3。
苦处理若干小时后,再用酸度为3.0°的鲜糖化醪来降低酸度,需加入多少这样的糖化醪才能使酒母醪的酸度从5.5°降到4.5°?
假设调酸中不受其它因素的影响。
根据实验测得,要使每升酒母醪酸度上升10,
需加入浓度为98%的浓硫酸0.49g或0.272ml,所以把6m3原酸度为3.5°的酒母醪调到酸度为5.5°时,需加入此种浓硫酸为:
(5.5—3.5)X0.49×6×103=5.88kg
或(5.5—3.5)×0.272×6×103=3264ml=3.264l。
设加酸处理若干小时后,添加酸度为3.0°的糖化醪使酒母醪酸度从5.5°下降到4.5°的添加量为xm3,根据题意,添加糖化醪酸度上升量必须等于酒母醪中酸度下降量,则得如下方程:
(5.5—4.5)×6=(4.5—3.0)×x
则x=(5.5-4.5)×6/(4.5-3.0)=4m3
所以,要使6m3的酒母醪酸度从3.5°上升到5.5°时,需加浓度为98%的浓硫酸5.88kg;要使此酒母醪酸度从5.5°下降到4.5°时,需加入酸度为3.0°的糖化醪4m3。
9.8如何估算酒母醪中氮源的添加量?
例如,某酒精厂,酒母培养时,酒母醪的体积为10m3,要求酒母成熟时,酵母细胞数达到1.5亿/ml,接种量为500ml,其中酵母细胞数为1.8亿/ml,采用1500kg含粗蛋白质为9%的玉米为酒母醪原料,试问配制培养酒母的酒母醪时,是否还需添加氮源?
据题中已知条件,酒母成熟时的酵母细胞总数为:
10×106×1.5亿
接种时的酵母细胞总数为500×1.8亿
因为l亿个鲜酵母细胞重约为7mg,鲜酵母细胞中含氮2%,所以培养过程中增加的酵母细胞中含氮量为:
(10×106×1.5—500×1.8)×7×2%=2099874mg≈2.1kg
即是培养过程中增加10×106×1.5—500×1.8=14999100亿个酵母细胞,需要100%能合成细胞的氮源2.1kg。
原料中含粗蛋白9%,根据粗蛋白百分率与全氮百分率的关系式:
粗蛋白%=6.25×全氮%
则全氮=粗蛋白%/6.25
所以原料中全氮含量为9%/6.25=1.44%
1500kg玉米原料中共含氮量为:
1500×1.14%=21.6kg
假设原料中的氮只有30%能被酵母合成细胞,即原料中的有效氮量为:
21.6×30%=6.48g
6.48kg>2.1kg,即是原料中的有效氮量大于酵母合成细胞所需的氮量,则配制酒母培养的酒母醪时,就不需要再添加氮源。
9.9如何计算任意浓度(容量)酒精中纯酒精含量?
例如,在20℃时,有90%(容量)的酒精1000kg,试问其中含纯酒精多少kg?
巳知90%(容量)的酒精,查附表可得比重为0.82925,纯酒精的比重为0.78934,设90%(容量)的酒精的重量百分含量为W%,则有:
90%=W×%0.82925/0.78934
W%=90×%0.78934/0.82925≈85.6685%=0.856685即是90%(容量)的酒精换算为纯酒精的折算系数为0.856685。
故1000kg90%(容量)的酒精中含纯酒精为:
1000×0.856685=856.685≈856.7kg
从上面的计算中可以看出,在任意容量百分率下的酒精重量,换算为纯酒精的重量时,先应求出该容量百分率下的重量百分率,再求得其纯酒精的重量。
即可用如下公式表示:
W%=V%×0.78934/d
W2=Wl×W%
式中:
V%——容量百分率;
d——容量百分率为V%的比重;
W%——在V%的重量百分率;
0.78934——纯酒精在20/4℃时的比重;
W1——在V%时的酒精重量;
W2——换算为纯酒精的重量。
9.10怎样根据日产量计算用曲量?
例如,某酒精厂日产纯酒精10吨,酒精生产原料为淀粉质原料。
在糖化时,采用糖化力为1000单位的液体曲作为糖化剂,求每小时至少需要这种液体曲多少?
要求每克淀粉在糖化过程中,液体曲添加量为250—300单位。
根据淀粉转
化为酒精的反应,可知每天生产纯酒精10吨,每小时理论上需耗淀粉量为:
162×10×1000/24×92=733.7kg/h
式中162、92分别为淀粉和酒精参与反应时的分子。
若实际生产中淀粉利用率为90%,则实际需要淀粉量为:
733.7/90%=815.2kg/h
又根据糖化力定义可知,每小时1ml液体曲能转化淀粉的量为:
162/180×1000=900mg/1ml
注:
162/180为淀粉与葡萄糖的换算系数。
在糖化过程中,假设要求糖化25分钟使糖化效率达到45%,按此推算每小时应加液体曲量为:
815.2×106×25/60×45%÷900=169833.2ml/h≈0.1698m3/h
实际生产中,为了保证有足够的后糖化作用,把整个糖化中(前、后糖化作用)
糖化力的损失按30%计算,则实际添加量为:
0.1698十0.1698×30%=0.22074m3/h
即日产纯酒精10吨,每小时需耗糖化力为1000单位的液体曲0.22074m3。
这时每克淀粉的加曲量为:
0.22074×1000×1000×1000÷(815.2×1000)=271单位所以,每克淀粉的加曲量为271单位,在250一300单位之间,故合符题意。
注:
有的厂加曲量计算并不是按糖化力原理来推导.而是从小型实验或经验中获得,对生产来说,最好是采用小型实验获得比较确切的加曲量。
现在很多厂均采用每g淀粉添加200——230单位的加曲量,这个数据是否可行,应根据各地的生产原料、生产工艺、生产条件来加以验证,从而获得准确、可行的加曲量。
9.11如何计算连续发酵中的物料添加量?
某酒精厂采用连续发酵,其发酵罐的有效容积都是60m3,根据工艺规定,1*发
酵罐保持精度为8Bx,2*发酵罐保持糖度为6Bx,添加糖化醪的糖度为16Bx,设发酵罐中不加入糖化醪时,每小时糖度下降1Bx,求连续发酵中建立物料平衡后,采用l*、2*发酵罐分别连续添加糖化醪时,1*发酵罐每小时需添加16Bx的糖化醪多少m3,2*发酵罐需添加多少16Bx的糖化醪,才能使发酵罐内保持物料平衡?
根据连续发酵物料平衡理论,1*发酵罐中物料平衡公式为:
流加量=消耗量+流出量
设每小时流加入1*发酵罐中16Bx糖化醪体积为X1m3,则其中流加量为16Bx×X1;发酵罐中每小时糖度下降1Bx,所以每小时发酵罐中消耗量为1Bx×60;1*发酵罐流出的物量,根据连续发酵理论则为8Bx×X1。
代入物料平衡公式得:
16Bx×X1=1Bx×60十8Bx×X1
解此方程得:
X1=7.5m3
即1*发酵罐建立物料平衡后,每小时应加入16Bx的糖化醪7.5m3,才能使1*发酵罐中物料保持平衡。
2*发酵罐根据连续发酵理论,其中的物料平衡公式为:
流加量+流入量=消耗量+流出量
设2*发酵罐每小时流加16Bx的糖化醪体积为X2m3,则其流加量为16Bx×X2,流入量为8Bx×7.5,消耗量为1Bx×60,流出量为(7.5+x2)×6Bx,将它们代入公式得:
16Bx×X2十8Bx×7.5=1Bx×60+(7.5十X2)×6Bx
将上式整理得:
X2=4.5m3
即2*发酵罐建立物料平衡后,每小时应加入16Bx的糖化醪4.5m3,才能使2*发酵罐中保持物料平衡。
9.12不同原科在主发酵期的CO2产生量如何计算?
设有150m3的淀粉发酵醪,发酵醪中的糖含量相当于含淀粉18%,其比重为
1.074kg/l,主发酵的真正发酵度为50%,求此发酵醪在主发酵期,最多能产生多少公斤CO2?
根据题意可知,主发酵期中被发酵的淀粉量为:
150×1000×1.0741×18%×50%=14500.35kg再根据淀粉发酵产生二氧化碳的反应式。
(C6H10O5)n十nH2O—→2nC2H5OH十2nCO2↑
162
2×44
14500.35kgxkg
得CO2的生成量
x=2×44×14500.35/162≈7877kg
所以,150m3相当于含淀粉18%的发酵醪,在主发酵期最多能产生7877KgCO2又如:
在主发酵期完全发酵14500.35kg蔗糖时,最多能产生多少公斤CO2?
根据蔗糖发酵产生CO2的反应式:
C12H22O11十H2O—→4C2H5OH十4CO2↑
14500.35kgxkg
得CO2的产生量
x=4×44×14500.35/342=7462kg即在主发酵期中发酵14500.35kg蔗糖,最多能产生7462kgCO2。
假设主发酵期完全发酵葡萄糖14500.35kg,最多能产生CO2量应根据:
C6H12O—→2C2H5OH十2CO2↑
1802×44
14500.35kgxkg
得
x=2×44×14500.35/180=7089kg
故完全发酵14500.35kg葡萄糖最多能产生CO27089kg。
另外还可根据发酵中CO2产生量来计算发酵中酒精生成量和残余糖量。
例如:
有含还原糖为12%的发酵醪1500g,通过酵母发酵后重量减轻到1420g(即
产生CO280g),求此发酵醪发酵结束时其中酒精浓度及残糖量。
假设繁殖酵母和其它耗糖为2%。
解:
此发酵醪在发酵前共含还原糖为:
12%×1500=180g
由题中可知产生CO2为80g,则产生80gCO2需耗还原糖
为Xg:
根据C6H12O6—→2C2H5OH十2CO2↑
1809288
X80
∴2=180×80/88=163.64g
又根据上面反应式得到所产纯酒精量为:
92×163.64/180=83.64g
则此发酵醪发酵结束时其中含酒精浓度为:
83.64/(1500-80)×100%=5.9%(重量)发酵中共损耗糖量为:
180×2%=3.6g∴发酵后发酵醪中还原糖残余量为:
180—(163.64十3.6)=12.76g故发酵醪中残糖分为
并能帮助校正
12.76/(1500-80)×100%=0.89%(重量)
以上计算,对生产中作小型实验前的理论计算有一定的参考价值,和找出实验中存在的问题。
9.13原料蒸煮时获、耗蒸气量如何计算?
淀粉质原科加热进行蒸煮时,所需蒸气量可用如下公式计算。
每小时内耗蒸气量用D表示,即是:
D=GC(t2-t1)/I-λkg/h
式中:
G——进入蒸煮锅内的粉浆量kg/h;C——粉浆的比热千卡/kg·℃;t1——进入蒸煮锅前的粉浆温度℃;t2——蒸煮温度℃;
I——加热蒸气的热焓kcal/Kg;
λ——加热蒸气冷凝水热焓kcal/kg。
粉浆比热可按下式计算
C=C0X/10C=C水(100-X)/100
式中:
C——所求粉桨比热kcal/k6·℃;
C0——干物质的比热kcal/kg·℃,对于淀粉质原料,可取C。
=0.37kcal/kg·℃X——粉浆中含干物质量(%重量)
C水——水的比热,取C水=1kcal/kg·℃例如,有一酒精厂,进入连续蒸煮锅的粉浆量为15000kg/h,粉浆温度为70℃,含干物质为20%,蒸煮温度为143℃,蒸煮压力为5atm(表压),计算每小时蒸煮中耗蒸气量多少kg?
根据上面的公式可求得粉浆的比热:
C=C0X/100=C水(100-X)/100=0.37×20/100=1×(100-20)/100=0.874kcal/kg·℃查有关表得:
I=657.8kcal/kg
入=143kcal/kg则加热蒸煮时,每小时耗用蒸汽量为:
D=GC(t2-t1)=15000×0.874×(143-70)/(657.8-143)=1859kg/h
假设原料需蒸煮90分钟,则整个蒸煮过程中要消耗蒸气为:
1859×90÷60=2788.5kg。
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