产万吨酒精工厂工艺设计(改)

《产万吨酒精工厂工艺设计(改)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《产万吨酒精工厂工艺设计(改)（46页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计工厂设计概念课程设计年产 6 万吨酒精工厂工艺设计学院：化工与材料学院专业：生物工程姓名：刘艳玲学号：指导老师：周新明职称：高级工程师中国珠海二一四年十一月北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计诚信承诺书本人郑重承诺： 本人承诺呈交的课程设计 年产 6 万吨酒精工厂工艺设计 是在指导教师的指导下， 独立开展研究取得的成果， 文中引用他人的观点和材料， 均在文后按顺序列出其参考文献， 设计使用的数据真实可靠。本人签名：日期：年月日北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计年产 6 万吨酒精工厂工艺设计摘要本设计是年产 6 万吨酒精工

2、厂工艺设计，以糖蜜味发酵原料，通过先进；高效的工艺技术对酒精工厂进行了模拟计算和设备选型，力求做到理论和实践相结合，以做到生产成本低，质量好，产量高的酒精。设计包括：从原料处理到发酵工艺；从设备选型到车间布置；最后到废物的处理及在利用。主要应用除杂技术；酒精发酵技术；灭菌技术；精馏技术等技术，通过合理的物料衡算，耗能计算方法，对生产工艺进行合理的优化设计。关键词： 酒精工厂；发酵；糖蜜；精馏I北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计Annual output of 60000 tons of alcohol factory process designAbstractThe desig

3、n is an annual output of 60000 tons of alcohol plant process design, using molasses flavor fermentation raw material, through advanced technology of high efficiency; on the alcohol factory of the simulation calculation and equipment selection, and strive to achieve a combination of theory and practi

4、ce, in order to achieve low production cost, good quality, high yield of alcohol. The design includes: from raw material processing to the fermentation process; the selection of equipment to the workshop layout; finally to waste treatment and utilization in. The main application of impurity removal

5、technology; alcohol fermentation technology; sterilization; distillation technology, through the material balance and reasonable calculation, calculation method for energy consumption, rational optimization design to production process.Key words ： Alcohol factory ；Molasses； Fermentation； Distillatio

6、nII北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计北京理工大学珠海学院2011 级本科生课程设计任务书题目：年产6 万吨酒精工厂工艺设计专业学院：化工与材料学院专业：生物工程学生姓名：指导教师：周新明III北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计一、主要研究内容：本次设计的主要研究内容是选取糖蜜为原料， 研究年产 6 万吨的酒精工艺流程，操作工艺，物料衡算和绘制发酵罐设计图。侧重于酒精工厂发酵车间的设计。二、主要任务及目标：1、通过查阅酒精生产工艺的有关资料，熟悉目前柠酒精生产的基本工艺流程。2、进行酒精发酵车间物料衡算和热量衡算等。3、发酵车间设备选型。4、发酵种子罐、发酵罐、贮

7、罐的选型及大小尺寸的计算。5、绘制发酵罐设计图。6、撰写工艺设计说明书。指导教师签字：年月日工作小组组长签字：年月日注：本任务书双面打印，一式三份，学生、指导教师、专业学院各存档一份。IV北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计目录摘要IAbstractII任务书III目录V1 前言1HH11.2 研究目的11.3设计原则22 设计说明32.1 工艺指标和基础数据32.2 工艺流程概述33 原料的处理53.1原料及其来源53.2糖蜜的贮存53.3 稀糖液的制备及处理5添加营养盐5糖液的灭菌6稀糖液的澄清64 工艺流程75 生产设备85.2 设备计算8发酵罐容积和个数的确定8糖蜜储罐个数

8、的计算10冷却面积和冷却装置主要结构尺寸105.3其它设备的计算和选型14蒸馏设备14换热器的选型14稀释器156 工艺计算176.1物料衡算17原料消耗量计算（基准：1 吨无水乙醇）17酵醪液量的计算17V北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计成品与废醪量的计算18年产量为6 万吨燃料酒精的总物料衡算19稀释工段的物料衡算206.2热量衡算21发酵工段的物料和热量衡算21蒸馏工段的物料和热量衡算216.3 供用水衡算26精馏塔分凝器冷却用水26成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水26总用水量276.4其他衡算27供用汽衡算27供电衡算287 车间设计297.1车间布置设计29建筑基本

9、原则29建筑基本要求297.2车间内常用设备的布置29发酵设备29蒸馏设备及其他设备308 废物处理及再利用318.1废物总类31污水废物31气体废物31固体废物318.2废物利用31废气处理31废水和废渣处理329 结论33参考文献34谢辞35附录36VI北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计1 前言1.1产品介绍乙醇是一种有机物，俗称酒精，化学式为 CH3CH2OH（C2H6O），结构式 【1 】见图 1-1 ，是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。乙醇液体密度是 0.

10、789g/cm3(20C ) ，乙醇气体密度为 1.59kg/m3 ，沸点是 78.4 ，熔点是 -114.3 ，易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，能与水以任意比互溶。能与水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶，相对密度(d15.56)0.816。乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为 70%-75%的乙醇作消毒剂等，在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。HHH?C?C?O?HH H图 1-1 C 2H5OH结构式1.2研究目的随着经济的发展，酒精这种重要的工业原料被广泛用于化工；塑料；橡胶，农药，化妆品

11、及军工业部门。且石油资源趋于缺乏，全球环境污染的日益加剧，各国纷纷开始开发新型能源。 燃料乙醇是目前为止最理想的石油替代能源， 它的生产方法以发酵为主。工业酒精是一种经济实用的清洁燃料。如今能源的危机，以及农业的蓬勃发展，都使得工业酒精产业的重新崛起与迅速发展成为必然。 而酒精的生物发酵过程所需的条件温和，转化率高，而且环保无污染， 可以说是工业酒精的最理想的生产方法。发酵法生产酒精的能力将成为衡量国家经济实力的一种标准。 生物发酵是利用淀粉质原料活糖原料，在微生物的作用下生成酒精 【 2 】。1北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计酒精作为一种新能源，具有两个明显的优势：可再生能源

12、，无污染燃烧。中国是一个石油净进口国，海关数据显示，2012 年中国共计进口原油2.82 亿吨，同比增加 4.03%，而原油价格为97105 美元每吨。两个数相乘，得出的是一个十分可怕的数据。在大多数方面酒精拥有石油的性能，能产生足够的酒精，则可以大大减少石油的进口。 但是目前国内酒精生产量不足以与消耗量相平衡， 每年仍需进口几百万吨酒精。 目前燃料酒精已作为国家战略部署的新型能源之一。 实现酒精的大规模生产，对解决能源危机有着重大的意义。本设计即酒精工厂的模拟设计为了设计出最理想的酒精生产流程以及工厂， 在国内具有广阔的前景。1.3设计原则(1) 本设计工作围绕着工厂现代化建设，力图能使所设

13、计的工厂具有前瞻性，且投资小，收效快。(2) 对自己而言，本次设计是对自己在湖北理工四年所学知识的一个综合运用和分析，将书本知识运用到实际的操作中去，为日后的工作打下夯实的基础。(3) 设计的工厂充分考虑现今的一些技术，设备，以及设计先进理念，尽量做到人性化，绿色化，为员工的工作和生活做出妥善的安排， 使其达到最佳工作效率。(4) 设计尽量因地制宜，并且使其经济效益最大化，在各种设备选型中，合理考虑性价比和地区特性 【 3】 。2北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计2 设计说明2.1 工艺指标和基础数据(1) 生产规模 :60000 t/a ；(2) 生产方法 : 单浓度连续发酵、

14、差压式二塔蒸馏机组、生石灰吸水法；(3) 生产天数 : 每年 250 天；(4) 酒精日产量 :240 t ；(5) 酒精年产量 : 60000 t 【 4】 ；(6) 副产品年产量 : 次级酒精占酒精总量的 2%（一般占成品酒的 1.2%3%，这里取 2%） 【4】；(7) 杂醇油量 : 为成品酒精量的 0.3%（一般占成品酒精多 0.25 0.35 ） 【 5】 ；(8) 产品质量：燃料酒精 乙醇含量为 99.5%(v/v)(9) 糖蜜原料：含可发酵性糖 50(10) 发酵率： 90(11) 蒸馏率： 98(12) 发酵周期： 48 小时(13) 发酵温度： 2834(14) 硫酸铵用量：

15、 1kg/t 糖蜜(15) 硫酸用量： 5kg/t 糖蜜(16) 酒精质量标准根据 GB67820022.2工艺流程概述(1) 原材料（糖蜜）的预处理包括有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法【6】；(2) 连续稀释法稀释糖蜜(3) 制酵母(4) 酵母菌发酵、提纯(5) 发酵流程：糖蜜发酵用糖液发酵蒸馏成品酒精(6) 具体生产工艺流程 【 7】 见图 1-23北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计图 1-2 生产工艺流程图4北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计3 原料的处理3.1原料及其来源糖蜜，是一种粘稠、黑褐色、呈半流动的物体，主要含有蔗糖，蔗糖蜜中泛酸含量较高，

16、达 37mg/kg，此外生物素含量也很可观，容易掺入大豆糖蜜和糖蜜发酵液。糖蜜 是制糖工业的副产品，组成因制糖原料、加工条件的不同而有差异，其中主要含有大量可发酵糖（主要是蔗糖），因而是很好的发酵原料，可用作酵母、味精、有机酸等发酵制品的底物或基料，可用作某些食品的原料和动物饲料。制糖业的副产品之一。 制糖过程中 , 糖液经浓缩析出结晶糖后 , 残留的棕褐色黏稠液体。属能量饲料 , 因味甜 , 多用作调味料。按制糖原料不同可分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和淀粉糖蜜等。 各种糖蜜的营养成分有差异。 一般甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜以转换糖量表示 , 其总糖量分别为 48.0%、 49.0%; 水分 25.0%、2

17、3.0%; 粗蛋白质 3.0%和6.5%。淀粉糖蜜是以谷物淀粉经酶水解后制造葡萄糖的副产品 , 以葡萄糖量表示 , 其总糖量 50.0%以上 , 水分 27.0%, 粗蛋白量甚微。3.2糖蜜的贮存为了确保酒精生产线连续正常地进行，酒精工厂的仓库必需备有一定量的糖蜜，常备有供一个月左右生产酒精用糖蜜量；保持糖蜜的纯净，要求采用密闭容器保存糖蜜；糖蜜贮存罐的位置应处于方便运输和生产的地点；受到污染的糖蜜不宜过久贮存。3.3 稀糖液的制备及处理考虑到糖蜜中的灰分、胶体物质等杂质多，有害微生物的污染，营养盐的缺乏以及适宜酸度的调整。因此，在糖蜜稀释的同时，必须进行酸化、灭菌、澄清和添加营养盐。间歇稀释

18、操作法则是逐项进行。 目前中国糖蜜酒精工厂多采用连续稀释热酸法澄清处理糖蜜，把酸化、灭菌、添加营养盐和澄清同时一道进行。糖蜜原料制作稀糖液及处理的流程为： 糖蜜稀释酸化添加营养盐灭菌澄清稀糖液添加营养盐为了保证酵母的正常生长繁殖和发酵， 根据糖蜜原料的化学组分， 必须在糖液中添加酵母所必需的营养。 工厂实践和甘蔗糖蜜的组分表明， 甘蔗糖蜜中缺乏的主要营养成分是氮素。补充氮通常是以硫酸铵作氮源，用量为每吨糖蜜使用 21%的硫酸铵 1-1.2kg ，即糖蜜用量的 0.1%-0.12%。5北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计糖液的灭菌糖蜜中常污染有大量杂菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸

19、菌等产酸菌，为保证稀糖液的正常发酵， 除加酸提高糖液酸度抑制杂菌生长繁殖外，还必须对糖蜜进行灭菌。糖蜜常用的灭菌方法有：化学灭菌法和物理灭菌法。本实验采用物理灭菌法：物理灭菌法具体操作是将糖液加热至 80 90，并保持 40min。该方法除了灭菌外，还可使糖蜜中的胶体絮凝，使糖液澄清。该方法要消耗大量的蒸汽， 工厂一般不采用，只有糖蜜被严重污染时才采用此法予以灭菌。稀糖液的澄清稀蔗糖溶液中的特定胶体物质，颜料，灰分和其它悬浮物，它们的存在对正常的酵母的生长，繁殖和发酵有害， 应尽可能地除去。 其解决办法就是稀糖液的澄清。糖蜜的澄清方法分为机械澄清法和加酸澄清法。机械澄清法即压滤法和离心法，调节

20、至 pH 值为 3.7 的酸化 12 小时，分离沉淀物，用离心机或压滤机，国内多数澄清是应用此方法。6北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计4 工艺流程1 糖蜜预处理有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法。2 糖蜜稀释采用连续稀释法。3 主要蒸馏工段采用差压式二塔蒸馏机组，能有效利用热能。4 本设计采用浮阀塔。5 脱水干燥技术：生石灰吸水法。6 发酵法采用连续发酵方式。7北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计5 生产设备5.1 设备选型31 发酵罐采用 200m32 种子罐采用 50m3 稀释采用连续稀释器4 发酵采用连续发酵罐组5 蒸馏设备采用差压式二塔蒸馏机组6 干

21、燥设备采用卧式网层生石灰干燥器5.2 设备计算采用连续发酵方式， 根据物料衡算结果可知， 每小时进入发酵罐的醪液体积流量为：118433kg/h ，密度为 1200 kg/m3 【 10】。进入种子罐和 1 号发酵罐的醪液体积流量为：W=118433/1200=99m3/h发酵罐容积和个数的确定（ 1） 种子罐个数的确定：为保证种子罐有足够种子，种子罐内醪液停留时间应在12h 左右，则种子罐有效容积为：V=99 12=1188（m3）取种子罐装料经验系数为80，则种子罐全容积为：V全=V/u=1188/80%=1485m3 , 取 1500m3每个罐的容积为500m3，则种子罐个数为： 150

22、0/500*2=6 （个）（ 2） 发酵罐体积8北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计根据发酵罐现在的设备情况，从 100 m3到 700 m3，现在酒精厂一般采用300m3，按照有关情况和指导老师建议，我采用300 m3，取 H=2D，h1=h2=0.1DD为发酵罐内径，（ m）H 为发酵罐高，（ m）h1、h2分别为发酵罐底封头高和上封头高，（m）发酵罐上均为标准椭圆形封头，下部为锥形封头，为了计算简便，假设其上下封头近似相同，则V全4D2H 2D 2 (h11 D ) 300( m3 )46D=5.33m ，H=10.66m，h1=h2=0.533m（ 3） 发酵罐的表面积圆柱

23、形部分面积：F1=DH=3.145.33 10.66=178m2由于椭圆形封头表面积没有精确的公式，所以可取近似等于锥形封头的表面积：2D (D)2h225.33 ( 5.33 )20.533223( m 2 )F2=F3=222发酵罐的总表面积：F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2 （ 4） 计算发酵罐数量：上面已经写到，我设计的发酵罐规格为 300 m3 的规格，设总发酵时间为 48 小时 , 设发 酵罐数为 N个，则发酵罐的有效容积V有效 =WT/N- 公式 (1)V全容积 =V有效 -公式（ 2）式中 W每小时进料量；T 发酵时间；N 发酵罐数9北京理工大学珠海学院20

24、11 级工厂概念课程设计根据经验值，一样取发酵罐填充系数为=80%，则可以得到：300 80%=99 (48-12)/N计算得到： N=14.85（个 ) ，则我们需要发酵罐N=15*2=30个糖蜜储罐个数的计算糖蜜储罐采用 1000m3规格：15天的糖蜜量为： V=83615=12540 (t)查得 85Bx 的糖蜜密度为 1450 kg/ m3 ，则：V125401000/1450 8648（m3）设其装料系数为80，则贮罐的全容积为：V糖蜜 8648/0.8 10810（m3）10810/1000=10.81（个），取 11*2=22 个冷却面积和冷却装置主要结构尺寸（ 1）总的发酵热：

25、Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=msqQF （twtB)3c式中 m每罐发酵醪量（ kg）s 糖度降低百分值（ %）q每公斤糖发酵放热（ J），查得 418.6JQ1主发酵期每小时糖度降低 1 度所放出的热量Q2代谢气体带走的蒸发热量，一般在 5%6%之间，我们估算时采用 5%Q3不论发酵罐处于室内还是室外， 均要向周围空间散发热量 Q3。Q1=（116991/15 ） 12418.6 1%=3.92 104（ kJ/h ）Q2=5%Q1=5%3.923 105=1.96 103（ kJ/h ）发酵罐表面积的热散失计算： 先求辐射对流联合给热系数， 假定发酵罐外壁不包扎保温层，壁温最高可达35，

26、生产厂所在地区夏季平均温度为 27 , 则：辐 1.74t WC( TW / 100)4( TB /100)4 c对t Bt Bt W10北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计1.73527（4 （27327) / 100444.88 273 35) /10027358.35 kcal/（m2h）C 35kJ/（m2hC）可得： Q3 224 35 ( 3527 ) 62720( kJ / h ) =6.30 103（ kJ/h ）需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为：Q=Q1-Q2-Q3=3.92 104-1.94 103-6.30 103=3.096104(kJ/h)总发酵热为：

27、 Q发酵 =3.096 10415=4.65 105(kJ/h)（ 2）冷却水耗量的计算W冷却Q4.65 1061.59 105 ( kg / h )CP ( t 2 t1 )4.186 ( 2720 )对数平均温度差的计算(tF t1 )(t Ft 2 )tmt Ft12.3logt Ft2主发酵控制发酵温度tF 为 30，按题意冷却水进出口温度分别为：t1=20 , t2=27(3020)(3027)5.8tm2.3log 30203027（ 3）传热总系数K 值的确定选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为53/60mm，则管的横截面积为：0.7850.0532=0.0022 （m2）设罐内同

28、心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：1590000.53( m / s)36000.0022 1000设蛇管圈的直径为 3m，水温 20时常数 A=6.45 则蛇管的传热分系数为：11北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计K2 4.186 A()0.8( 1 1.77 d )d 0. 2R4.186 6.45 ( 0.531000 )0.8(11.770.106 )8166 kJ /( m20.1060 .21.5h C )R 为蛇管圈半径， R=1.5m发酵罐到蛇管壁的传热分系数 K1 值按生产经验数据取 2700kJ/ （m2h）故传热总系数为：K111743kJ /(

29、m 2 h C)10.00418166270018816750式中 1/16750 为管壁水污垢层热阻 （m2 h） /kJ 。188 钢管的导热系数 kJ/ （ m2h） 0.004管子壁厚（ m）（ 4） 冷却面积和主要尺寸：AQ4.6510546( m2 )Ktm17435.8蛇管总长度为：A46L262( m )D cp3.14 0.056式中 D cp 蛇管的平均直径( m )确定一圈蛇管长度：L 1( 2 R )2h 2(3 ) 20.2210( m )式中 R蛇管圈的半径，为1.5m12北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计h蛇管每相邻圈的中心距，取0.20m蛇管的总圈

30、数为：NP=L/L1=262/10=27(圈)蛇管总高度：H( N P1 )hP( 271)0.25.4( m )（ 5） 发酵罐壁厚 发酵罐壁厚 SPDC( cm )S2 P式中 P 设计压力，取最高工作压力的1.05 倍，现取 0.5MPaD 发酵罐内径， D=533cm A3 钢的许用应力， =127MPa焊缝系数，其范围在0.15 1 之间，取 0.7C 壁厚附加量（ cm）C=C1+C2+C3式中 C1钢板负偏差， 视钢板厚度查表确定， 范围为 0.13 1.3 ，取 C1=0.8mmC2为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取 2mm，现取 C2=2mmC3加工减薄量，对冷加工C3

31、=0，热加工封头 C3=S010，现取 C3=0C=0.8+2+0=2.8（ mm）S5330.50.28 1.78(cm)2 127 0.7 0.5查询可知选用 30mm厚 A3 钢板制作。 封头壁厚计算PDSC (cm)2P式中 P=0.5MPa ,D=533cm， =127MPa， =0.7C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）S5330.50.38 1.88(cm)1270.720.513北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计选用 30mm厚 A3 钢板制作（ 6） 进出口管径 稀糖液进口管径 【8,13 】 ：稀糖液体积流量为99m3/h，其流速为 0.42m3/s

32、 ，则进料管截面积为：Q99 / 3600（2）F物0.420.065 mV物d2dF物0.065（ ）F0.7850.7850.288 m4直径取无缝钢管 58010，580mm288mm，可适用。 稀糖液出口管径因为出口物料量要比进口物料量大些， 按说出口管径应该比稀糖液进口管径大些，所以取 60010 无缝钢管就可以满足了。则取无缝钢管 60010 排气口管径取 63012 无缝钢管。 支座选择由于发酵罐很大，总重量较大，选用裙式支座，并用钢筋混凝土制做。5.3其它设备的计算和选型蒸馏设备蒸馏设备 【 8,9,14 】 采用差压蒸馏两塔系机组， 可以充分利用过剩的温差， 也就是减少了有效

33、热能的损失。设计蒸馏机组如下：（1）醪塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径3000mm，22 板，板间距 500mm，塔高14800mm，裙座直径 3000mm，高 5000mm；（2）精馏塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径2600mm， 65 板，板间距 350mm，塔高 26500mm， 裙座直径 2600mm，高 5000mm。换热器的选型换热器标准换热管尺寸 252mm的不锈钢 , 为正三角形排列 , 管间距 t=32mm 同时 , 管壳式换热器的制造简单方便 , 相对投资费用较低。14北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计为了便于管理和操作， 整个发酵车间只需一只总酒精捕集器， 这样从整

34、个工段而言塔负荷也比较稳定， 由于 CO2中含酒精量变化不大， 故没有必要进行板数的设计。稀释器选用立式错板糖蜜连续稀释器。生产 1t 酒精需 4180kg85糖蜜， 密度为 1450kg/ m3，1 天所需的原料糖蜜为：4180 400=1672000kg，生产 6 万吨酒精一天内释至25糖蜜用量得：1421260000/250=3410880kg，密度 1200kg/ m3,V1=3410880/1200=2842m3D 2 lV又稀释器的近似体积等于：4式中 D为稀释器的内径，（ m）初选糖蜜按经验选取流速为u=0.35m3/sl=0.35243600=30240（ m）D1414210

35、.316m3.14则30240，取 0.35m糖蜜输送管，流速为 0.10m/sV116720001153.1m31450D141153.10.58m0.05243600取 0.60m15北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计表 5-1 年产 6 万吨酒精工厂设计主要设备一览表序号设备名称台数规格与型号来源1种子罐61000 m3订购2发酵罐30300 m3订购3醪塔10浮 阀 型 订制=3m4精馏塔4导向筛板塔订制5换热器44管壳式换热订购器6酒精捕集4泡罩板式订制器7稀释器40.65m订制8糖蜜贮罐221000 m3订购9锅炉4YG80/3.82订购M716北京理工大学珠海学院2

36、011 级工厂概念课程设计6 工艺计算6.1物料衡算原料消耗量计算（基准：1 吨无水乙醇）(1) 糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：C12H22O11H2O2C6H12O6 4C2H5OH 4CO2蔗糖葡萄糖酒精342360184176X1000(2) 1000kg 无水乙醇的理论蔗糖消耗量：1000（ 342 184） 1858.7 （ kg）(3) 生产 1000kg 燃料酒精 ( 燃料酒精中的乙醇 99.5%（ V）换算成质量分数为：9.5%0.7893(10.7918)99.18%(m)相当于理论蔗糖消耗量为：1858.7 99.18 1843.5 （ kg）(4) 生产 1000kg

37、 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）：1843.598 90 2090（ kg）(5) 糖蜜原料含可发酵性糖 50%，故生产 1000kg 燃料酒精糖蜜原料消耗量：209050 =4180（kg）(6) 生产 1000kg 无水酒精量（扣除蒸馏损失生产 1000kg 无水酒精耗糖蜜量为）：1858.790 50=4130.4 （kg ）酵醪液量的计算酵母培养和发酵过程放出二氧化碳量【9】为：（100099.18%） 98% (176 184)=968采用单浓度酒精连续发酵工艺，把含固形物85的糖蜜稀释成浓度为2225%的稀糖液。设稀释成 25%的稀糖液：4180

38、（ 85% 25%）=14212(kg)即发酵醪液量为： 14212kg酵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 （其中酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的6%）：17北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计F1：（ 14212-968）（ 1.00+6%）=14039（kg）蒸馏成熟发酵醪的酒精浓度为：B1：(1000 99.18%)(98%14039)=7.14%成品与废醪量的计算糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精的0.25%0.35%，以 0.3%计，则杂醇油量 【9】为：1000 0.3% =3 (kg)醪液进醪温度为 t1=55 ，塔底排醪温度为 t4=85 ，

39、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%（m），生产 1000kg 酒精，则：醪塔上升蒸汽量为：V1=140397.14% 42.43%=2363（ kg）残留液量为：WX=14039-2363=11676（ kg）根据发酵醪比热公式C=4.18（ 1.0919-0.0095B ）成熟醪液比热容为：C1=4.18（ 1.019-0.95B1 ）=4.18（ 1.019-0.95 7.14%）=3.98kJ/(kgK)成熟醪带入塔的热量为：Q1=MC1t1=14039 3.98 55=3.08 106(kJ)蒸馏残液内固形物浓度为：B2 = F1B

40、1/WX=(140397.14%)/11676=8.59%根据残留液比热公式C = 4.18 （ 1-0.00378B2 ）蒸馏残余液的比热容：C2 = 4.18（ 1-0.378B2 ）=4.18（ 1-0.378 8.59%）=4.04kJ/(kgK)塔底残留液带出热量为：Q4=WXC2t4=116764.04 85=4.01 106(kJ)查附录得 42.43%酒精蒸汽焓为 2045KJ/kg。故上升蒸汽带出的热量为：Q3=V1i=2363 2045=4.83106（kJ ）18北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计塔底真空度为 -0.05MPa（表压），蒸汽加热焓为 2644

41、KJ/kg ，又蒸馏过程热损失 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：D1=（Q3+Q4+Qn-Q1） /(I-CWt4)=（ 4.83 106+4.01 106-3.08 106）/(2644-4.1885) 99%=2542(kg)若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废液量为：WX+D1=11676+2542=14218(kg)年产量为 6 万吨燃料酒精的总物料衡算日产产品酒精量： 60000/250=240(t)每小时产酒精量： 240 24=10（t ）主要原料糖蜜所需量：日耗量： 4180240=1003200（ kg）=1003.2 （t ）年耗量： 501.6

42、250=2.508105 （t ）每小时产次级酒精： 10（ 2 98）=0.20408(t)实际年产次级酒精： 0.20408 24250 =1224.48 （t ）糖蜜原料酒精厂物料衡算见表4-119北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计表 6-1 60000t/a 糖蜜原料酒精厂物料衡算表生产物料衡算1000kg99.5%每小时每天每年（kg）（t ）（ t ）酒精物料量燃料酒精10001000024060000糖蜜原料4180418001003250800次级酒精202004.81200发酵醪142121421203411852720蒸馏发酵14039140386336984

43、2316醪杂醇油3300.72180二氧化碳968968023258082醪塔废醪142181422363414853418量稀释工段的物料衡算（1） 计算每生产 1000kg 酒精稀释糖蜜用水量稀释成 25稀糖液用水量为：W1= 14212-4180=10032 (kg)则生产 6 万吨燃料酒精每小时稀释糖蜜需要用水量：10032100001000=100320 (kg/h)生产 6 万吨酒精一年稀释糖蜜需要的用水量：1003260000=6.0192108 （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 1kg【 7】 ，则每生产 1t 酒精硫酸耗量为：418

44、011000=4.18（ kg）每小时耗量：4.18 5000 1000=20.9（ kg/h ）日耗量：20.9 24=501.6（kg/h ）则生产 6 万吨酒精一年需要硫酸铵用量：4.18 60000=250800（ kg/a ）20北京理工大学珠海学院2011 级工厂概念课程设计（ 3） 硫酸用量每吨糖蜜用硫酸 5kg【 7】 ：则每生产 1 吨酒精消耗硫酸的量为：4.18 5=20.9 （kg）年产 6 万吨酒精，硫酸总消耗量为：20.960000=1254000（ kg）=1254（t ）每日用量：1254250=5.016（t ）6.2热量衡算发酵工段的物料和热量衡算现生产 60

45、000t/a ，要每小时投入糖蜜量 41800kg/h ，则无水酒精量为：4180010004130.4=10120（kg/h ）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【9 】。则年产 3 万吨酒精工厂，培养酵母和发酵每小时放出的热量为：Q=117010120=1.18404107 （kJ/h ）发酵酵母冷却水初温TW1=20，终温 TW2=27，平均耗水量为：W酵母发酵=Q/Ce(TW1-TW2)=1.18404 7 (27-20)=10 /4.18404661.65(kg/h)酵母酒精捕集器用水：（蒸馏发酵醪的量为F=140385.968kg/h ）5%F1.06=5%140385.986 1.06=6621.98(kg/h)则发酵部分总用水量：W发酵部分 =404661.65 +6621.98=411283.63 （kg/h ）蒸馏工段的物料和热量衡算按采用差压蒸馏两塔流程计算 【 3,10 】 ，进醪塔酒精浓度为 7.14%，出醪塔酒精蒸汽浓度为 50%。