年产8万吨酒精工厂的初步设计毕业论文

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1、 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计（论文）题目：年产8万吨酒精工厂的初步设计 学生姓名： 学 号： 200838090232班 级: 生物08-02班专 业： 生物工程指导教师： 2012 年 6月年产8万吨酒精工厂的初步设计摘要本设计的目的是初步确定年产8万吨酒精工厂的生产工艺，初步确定糖蜜罐、稀释罐、酒母罐、发酵罐、蒸馏塔等设备的型号及数量。按照国家规定对酵母、发酵、蒸馏等车间进行规范的布置设计，使生产的酒精质量达到国家要求。在了解国内外燃料酒精发酵行业生产、发展概况之后，通过分析、比较，初步确定了设计方案。本酒精工厂以非粮食

2、作物糖蜜为原料，采用台湾酵母396号（F-396），通过连续发酵方式生产酒精。厂址选择在全国甘蔗主产地之一的广东省，定在全国制糖产量最高的地区湛江。年产8万吨酒精工厂的发酵车间需500 m3的发酵罐12个；酵母车间需500 m3的种子罐3个。日产266.7吨无水乙醇，日耗水1.9104吨，年耗糖蜜3.34105吨。关键词：酒精；糖蜜；发酵；蒸馏WITH AN ANNUAL OUTPUT OF 80,000 TONS OF ALCOHOL FACTORY PRELIMINARY DESIGNABSTRACTThe purpose of this design is to determine th

3、e initial annual production capacity of 80000 tons of alcohol factory production process, initial identification of molasses tank, tank dilution, yeast, fermentation tank, distillation tower and other equipment type and number. In accordance with state regulations on yeast, fermentation and distilla

4、tion workshop for layout design, make the production of alcohol quality meet the state requirements. In the understanding of domestic and foreign fuel alcohol fermentation production industry, the general development, through analysis and comparison, the preliminary design scheme is determined.The a

5、lcohol factory to non food crops molasses as raw material, using Taiwan 396 yeast (F-396), through the continuous fermentation of alcohol production. Site selection in the sugar cane advocate one of producing area of Guangdong Province, the national sugar yields the highest region Zhanjiang. With an

6、 annual output of 80000 tons of alcohol plant fermentation workshop fermentation 12 tank of 500 m3; yeast plant needs 3 tank of 500 m3. Nissan 266.7 tons of anhydrous ethanol, the daily consumption of water 1.9104 tons, year consumption 3.34105 tons of molasses ever year.Key words: alcohol; molasses

7、; fermentation ; distilled目录1 绪论.11.1 产品介绍.11.2 设计意义.11.3 厂址选择.21.4全厂总平面设计21.5 酒精生产工艺流程.21.6 酒精的安全生产.61.6.1 酒精生产的防火防爆61.6.2 酒精生产设备检修的安全事项71.6.3 酒精生产顺利进行应注意得一些问题.82 工艺计算.92.1 物料衡算.92.2 热量衡算.122.3 供水衡算.173 设备选型.193.1 发酵设备设计193.2 其它设备的计算和选型.244 废弃物回收利用设计.264.1 废物总类.264.2 废物利用26结论.28参考文献.29致谢.30附件一附件二1

8、绪论1.1 产品介绍 酒精的化学名称是乙醇，分子式是C2H5OH，是一种无色透明、易挥发、易燃烧、不导电、具有特殊芳香和辛辣味的液体。相对分子质量46.07，相对密度为0.7893，沸点78.3，凝固点-117.3，闪点14，自燃点390430。乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.319%（V）3、5。 乙醇的发酵生产经历了三代：第一代是以小麦、玉米、甜菜、甘蔗和木薯等粮食作物为原料，发酵生产出乙醇；第二代以非粮食作物秸秆、枯草、甘蔗渣、糖蜜、稻壳、木屑等废弃物为原料发酵生产乙醇；第三代以藻类为原料发酵生产乙醇3。据全球可再生燃料联盟统计预测：2010年全球乙醇产量为858亿升，2

9、011年将达到887亿升。而中国2010年乙醇产量为82.6亿升，2011年预计达90亿升。两相比较，我国的乙醇生产量有待提高。发达国家生产乙醇的原料渐渐地由第二代向第三代发展，而我国则是由第一代向第二代发展4。11。1.2 设计意义随着经济的发展，酒精的重要性日益明显。酒精在化工、塑料、橡胶、农药、化妆品、医药、燃料能源等部门，有着不可替代的作用。这就决定了中国乃至全世界对酒精都有一个极大的需求。下面仅从燃料能源方面，简要地介绍一下。酒精作为一种新能源，有着两个独特的优势：属于可再生能源、燃烧时无污染。我国是石油净进口国，海关数据显示，2010年全国累计进口原油2.39亿吨，而每吨原油价格九

10、千多元。两个数相乘，得到的是一个多么恐怖的数据啊。酒精在很多方面上都可以替代石油，只要生产出足够的酒精，就可以大大降低石油进口量。但事与愿违，中国的酒精产量不高，供不应求，每年都要进口几百万吨酒精。在这样一个酒精供不应求，并且需求量逐年上升的时代，建一个生产酒精的工厂，不仅顺应时代的潮流，具有广阔的市场前景，而且能够满足国家内需，减少资金的外流。1.3 厂址选择 广东的湛江，盛产甘蔗，用甘蔗制糖的工厂很多，制糖的副产品糖蜜，非常多。所以将厂址选在湛江市，离甘蔗制糖厂集中的地方不远，临靠河流或者港口的城郊建厂，这样不仅方便糖蜜原料和生产用水的输入，还便于产品酒精的输出。预计征用3万平方米左右的土

11、地建设该年产8万吨酒精工厂1。1.4 总平面设计（1）贯彻国家基本建设方针政策，根据生产规模， 结合厂地的自然条件，因地制宜，合理布置厂房；（2）依据生产工艺流程，从原料经中间产品到成品各车间依次排列，使生产作业线短捷方便，避免往返运输和交叉；（3）将原料与成品贮存库布置在靠近运输线的地方，便于运输；（4）酒精成品贮存库，分开设计于厂区外围，与相邻车间保持安全距离，配备防火装置；（4）厂区建、构筑物与绿化合理布置，通过绿化分隔道路、改善卫生条件和美化环境。1.5 酒精生产工艺流程 本设计选用糖蜜为原料进行酒精生产，糖蜜中含有多种可发酵性糖，非常适于用来发酵生产酒精。由于糖蜜原料中糖的浓度较高，

12、焦糖，氨基酸等胶体物质较多，灰分含量高等原因，糖蜜需要进行稀释及调酸等预处理才能进行发酵5。糖蜜用于酒精生产的全过程为：稀糖液的制备及处理，酵母的制备，发酵和提纯。流程图如下：原糖蜜 加水调酸加营养盐加防腐剂（或加热灭菌）发酵用糖液加酵母菌种发酵蒸馏成品酒精1.5.1 糖蜜原料及其贮存（1）糖蜜原料甘蔗糖蜜是制糖生产的副产品，含有丰富的可发酵糖，是生产酒精的好原料。主要产于广东、广西、云南、福建、台湾等主要甘蔗产区。甘蔗糖蜜的产量为原料甘蔗的2.5%3%。糖蜜中含有30%36%的蔗糖与20%的转化糖，50%左右的可发酵糖，5%12%的胶体物质以及10%12%的灰分，酸度10左右，含氮量仅0.5

13、，含磷量为0.2左右。（2）糖蜜的贮存为了保证酒精生产正常并且连续地进行，酒精车间及工厂仓库都必需贮存一定量的糖蜜。为了防止糖蜜被污染保持糖蜜的纯净，对糖蜜的贮存有如下要求： 为防止尘沙，污水，杂菌的污染，保持糖蜜的纯净，要求采用密闭容器 。 为保证生产正常进行，常备有20-30d生产用糖蜜的贮存量。 贮存罐的位置应兼顾运输和生产两方面，以有利于使用方便。 稀糖蜜和受到污染的糖蜜不宜过久贮存，以免造成糖分的过多损失。1.5.2 稀糖液的制备及处理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 稀糖掖 （1） 糖蜜稀释的目的及方法1。5目的是为了降低糖液中糖的浓度和

14、无机盐的浓度，使其适合于酵母的生长，繁殖和发酵。糖蜜酒精生产工艺可以分为单浓度流程和双浓度流程两钟。本工艺采用的是单浓度流程，也就是酒母培养和发酵采用同一浓度稀糖液的酒精生产流程。糖液浓度一般控制在22-25oBx。稀释方法分为间歇稀释法和连续稀释法两种。本工艺采用的是间歇稀释法，也就是将糖蜜泵入高位计量槽，计量后进入稀释罐，同时加入灭菌剂及稀释水等，开动搅拌，充分搅匀即得需要的浓度的稀释液。（2）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

15、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%。（3）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。 化学灭菌法2、6化学灭菌法是采用化学药品来杀灭杂菌的方法。常用的糖蜜杀菌药品及其用量见下表表1-1 常用的糖蜜杀菌药品及其用量名称用量备注漂白粉每吨糖蜜用200500g有效氧30甲醛每吨糖蜜用600ml浓度40氟化钠为稀糖液的0.01毒性很大五滤苯酚钠为糖蜜量的0.0020.004残留多，于环境有害灭菌灵

16、为糖蜜量的0.002于环境无害无毒 物理灭菌法物理灭菌法是将糖液加热至8090，保持40min的灭菌方法。该方法除了灭菌外，还可使糖蜜中的胶体絮凝，使糖液得到澄清。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。（4）酸化糖蜜酸化的主要目的在于防止杂菌在发酵时的繁殖，同时得到适合于酵母发酵的pH糖液，此外，酸化还有利于去除糖液中的部分灰分和胶体物质。 酸化用酸的种类糖蜜酸化最常用的是硫酸，也有使用盐酸的，使用盐酸有使设备无结垢等优点，但其用量较大。 酸的加用酸的加用可以在稀糖液中加用，也可以在原糖液中加用。在使用糖蜜生产酒精时要注意加酸时产生的棕黄色NO2 予以

17、吸收，并保持操作场所空气的流动。（5）稀糖液的澄清 稀糖液中含有很多胶体物质，色素，灰分和其他悬浮物质，他们的存在对酵母的正常生长，繁殖和发酵有害，应尽量予以去除。稀糖液的澄清处理就是为了解决这个问题。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，是将糖蜜稀释后加H2SO4,调pH值至3.7酸化12h，采用离心分离机或压滤机将沉淀分离，此法国内应用较多。1.5.3 酒精发酵所谓酒精发酵，就是指发酵底物中的糖类物质，在无氧条件下，受酵母细胞中酒化酶的作用，产生酒精的全过程。可用如下化学方程式表示：蔗糖酶C12H22O11(蔗糖) 水水解酒化酶 解糖化酶(C5H10O5)n

18、 C6H12O6 C2H5OH+CO2 +Q 在酒精发酵生产中，要做好发酵管理工作。主要是控制不同发酵时期发酵醪中的糖度、发酵温度、发酵醪的pH值、发酵醪中含酒分、发酵时间、成熟发酵醪的化学分析等项目，用以保证发酵地顺利进行，尽可能地提高原料的出酒率。1.5.4 酒精蒸馏提纯在发酵成熟醪中，不单是含有酒精，还含有其它几十种成分，若加上水，这些物质的含量远远超过酒精的含量，成熟醒中酒精含量仅为711(体积)左右，而包括水、醇类、醛类、酸类、脂类的杂质几乎占90，要得到纯净的酒精，就必须采用一定的方法，把酒精从成熟醪中分离出来。生产中是采用加热蒸馏的办法，把各种不同沸点、比重、挥发性的物质从不同的

19、设备中分离出来，从而得到较高纯度的酒精。本工艺采用半直接式三塔蒸馏。蒸馏流程如下：蒸汽发酵 1号 2号 3号 4号预热器 预热器 粗馏塔 精馏塔 分凝器 分凝器 分凝器 分凝器酒精糟液 精馏废液 成品燃料酒精1.6 酒精的安全生产在酒精生产过程中，安全工作十分重要。提高酒精生产效益首要的是必须保证生产安全。1.6.1 酒精生产的防火防爆酒精生产的防火防爆重在酒精和粉尘的防火防爆。酒精是易燃液体，在一定温度下回蒸发于液面上的空气形成可燃烧的混合物，一旦遭遇明火就会燃烧。酒精蒸发形成的可燃性气体是流动状态的物质，相对密度比空气大易聚沉在地面上扩散流窜，成为爆炸事故的根源。粉尘是原料粉碎及物料输送中

20、产生的，粉尘是可燃性固体微细化了的物质，粒子非常小，当直径小于107m时，则成为空气中悬浮物，其危险性与可燃性气体一样，当遇及明火时极易发生爆炸。因此，在蒸馏，粉碎车间和原料，成品仓库等酒精生产贮存的地方，防止跑冒滴漏，确保通风降温，严禁火种入内。酒精生产中具体防火措施有以下4点： 防止“跑、冒、滴、漏”。 防止形成燃烧（爆炸）混合物，生产贮存酒精场所要根据酒精气体比空气重、往往滞留在低的地方的原理，采用机械通风。 消除火源，在这方面要做到4点：a.控制明火，严禁香烟、或才、打火机等进入究竟生产、贮存场所。b.生产酒精过程中凡要加热干燥等工作，一律用蒸汽、严禁使用明火。C.因设备损坏，临时动火

21、焊接时，要经过三级动火审批，并对作业场所采取通风、清洗等措施，确定无酒精液，无酒精气体，有有一定消防措施情况下再动火。d.酒精生产中电气设备尽可能设置在非危险场所。 酒精生产贮存的场所应采用独立的建筑物，并远离其他建筑物，墙壁，柱子，地面等要采用不燃结构或耐火结构。酒精生产不能设在地下室或半地下室，酒精生产的房屋至少要有两个出口。1.6.2 酒精生产设备检修的安全事项设备修理的酒精厂的关键。在修理中既要保质保量，又要打好一年的生产基础。在这期间的工伤事故比较多，所以，安全生产是大修与修理中的重大课题。从领导到每一位职工，一定要从事项上重视安全，落实安全责任制。在大修与平时修理中要注意以下几点1

22、2、16： 凡进入修理场地，一定要戴好安全帽。 高空作业必须戴好安全帽，系好安全带和加强安全措施。 登高作业。登高作业的工具竹梯等出借前仓库保管应检查一下是否缺档，损坏或里面是否被虫蛀空等。 大修中与平时修理要认真做好“预留孔”的安全防护工作。在修理中“预留孔”是吊装设备的通道口，若缺乏安全保护措施，也可能成为“老虎口”。所以起吊设备完毕，应立即对“预留孔”进行处理，以防高空坠落事故。 “场地清”也是搞好大修安全工作的重要环节。每一次，大修结束，各车间场地上都要堆满了各种各样的杂物，有坏阀门，铁板等，这些小东西看起来不起眼，但由于这些小东西引起而发生的事故屡见不鲜，如果通道上有这些杂物，行走时

23、稍不注意会造成行人的各种伤亡事故，应该引起警惕。 加强大修中的氧气瓶与乙炔瓶方面的安全管理。 正确使用搭地线电焊。酒精厂发酵培养罐比较多，加上铁平台在修理设备时要正确用好搭地线。有一些焊工贪图工作方便往往把搭地线随便搭，造成搭地线回路不畅，容易造成电器设备出毛病、也容易造成不必要的伤亡触电事故。 狠抓苗头、消灭隐患。在修理中要保证质量，要要保证安全，搞好组织宣传工作，把发现事故隐患消灭在萌芽之中。1.6.3 酒精生产顺利进行应注意得一些问题 生产中必须做到岗位与岗位之间、部门与部门之间、操作人员与操作人员之间的协调一致。特别是现在正处在连续化、自动化日趋完善的时代，更为重要，如果做不到这一点，

24、即使具备了优良性能的菌种、充足的优质原料、先进的生产设备，同样不能生产出高质、足量的酒精，不但不能为国家增添财富，相反还会造成严重的亏损。所以说生产中协调一致是非常重要的。 要有合理的工艺和适宜的生产设备，生产酒精的工艺及其工艺指标，必须设计合理，用于生产酒精的设备，必须适应工艺要求，不能把那些生产效率低下、操作原始的设备长久地用于生产酒精，这样既消耗能量和劳力，经济效益又差。 要有科学的生产管理方法和各种严格的规章制度，对所属工作人员要加强责任心教育，要使操作人员明白本岗位的生产目的、意义和工艺原理，对工艺指标要能准确了解。如有差错，就会影响生产。 岗位与岗位之间要有明确的联系讯号，对不正常

25、的情况要能及时报告和排除，并作好设备运转、试样分析的详细记录。 工程技术人员和行政领导，要深入基层和操作人员经常保持联系，随时了解生产情况，并能判断生产的正常与否，对不正常的情况要能及时指导排除。 要保持生产场地内的清洁卫生，防止烟火进入生产场地，特别是蒸馏室和酒精库，更应加强防火措施。 各个生产岗位必须作好详细的生产原始记录，定期分析工艺指标的完成情况，发现问题，应立即上报和采取措施挽救。 加强设备的维修与防护，对易损设备要定期进行维修，对于受压、转动设备必须待检查合格后，才可投入生产使用，并安装防护装置。总之，要使生产得以顺利进行，就必须具有性能完整的设备、合理的工艺流程和指标、较高的生产

26、技术，同时还要有严格的规章制度、管理方法和安全生产措施，这样才能使生产稳步、健康地进行。2 工艺计算2.1 物料衡算2.1.1 原料消耗计算 （基准：1吨酒精）1、 糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为2、6：C12H22O11+H2O2C6H12O64C2H5OH+4CO2 342 360 184 176 X 10002、 生产1000无水酒精的理论蔗糖消耗量2、6：1000（342+184）=1858.7（）3、 生产1000kg燃料酒精（燃料酒精中得乙醇体积含量99.5%以上，相当于质量含量99.18%以上）的理论蔗糖消耗量：1858.799.18%=1843.5（kg）3、生产1000燃料

27、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、 生产1000kg燃料酒精糖蜜原料消耗量（糖蜜原料含可发酵性糖50%）：209050%=4180（kg）6、 生产1000kg无水酒精（扣除蒸馏损失）消耗糖蜜量为：1858.790%50%=4130.4（kg）2.1.2 发酵醪液量的计算酵母培养和发酵过程放出二氧化碳量为： （100099.18%）98%(176/184)=968 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25%的稀释液经连续稀释器可得稀释液量为：418085%/25%=14212(kg)即发酵醪液量为

28、：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：（14212-968）（1.00+6%）=14039（kg）蒸馏成熟发酵醪的酒精浓度为：(100099.18%)/(98%14039)=7.14%2.1.3 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，则杂醇油量为10000.3% = (kg)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：醪塔上升蒸汽量为11.13：V1=140397.14%42.4

29、3%=2363（kg）残留液量为：WX=14039-2363=11676（kg）成熟醪液比热容为：C1=4.18（1.019-0.95B1） =4.18（1.019-0.957.14%） =3.98KJ/(KgK)成熟醪带入塔的热量为： Q1=F1C1t1=140393.9855=3.08106(KJ)蒸馏残液内固形物浓度为：B2 = F1B1/WX=(140397.14%)/11676=8.59%蒸馏残余液的比热容： C2 = 4.18（1-0.378B2）=4.18（1-0.3788.59%）=4.04KJ/(kgK)塔底残留液带出热量为：Q4=WXC2t4=116764.0485=4.0

30、1106(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=23632045=4.83106（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)=（4.83106+4.01106-3.08106）/(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)2.1.4 年产量为8万吨燃料酒精的总物料衡算工厂年

31、开工300天。日产产品酒精量：80000/300=266.7(t)每小时产酒精量：266.724=11.1125（t）主要原料糖蜜用量：日耗量：4180266.7=1114806（kg）=1114.8（t）年耗量：1114.8300=334440（t）=3.34105（t）每小时产次级酒精：11.1125（298）=0.2268(t)实际年产次级酒精：0.226824300 =1632.96（t）表1-2 糖蜜原料酒精厂物料衡算表物料衡算生产1000kg 99.5%酒精物料量 （kg）每小时（t）每天（t）每年（t）燃料酒精100011.1125266.780000糖蜜原料418046.451

32、114.8334440次级酒精200.22685.44321633发酵醪14212157.9313790.31137103蒸馏发酵醪14039156.0083744.21123257.6杂醇油30.03330.8240二氧化碳96810.757258.277460醪塔废醪量14218157.9983792.011376002.1.5 稀释部分物料衡算（1）、糖蜜稀释用水量（以生产1000kg酒精为基准）稀释成25%稀释糖液用水量为7：W1=14212-4180=10032（kg）则生产8万吨酒精需要稀释用水量：1003280000=8.0256108（kg）=8.0256105(t)每小时需要

33、稀释用水量：11.112510032=111480.6（kg）=1.115105（kg）（2）、营养盐添加量选用含氮量21%的硫酸铵作为氮源，每吨糖蜜添加1kg，则每生产1吨酒精硫酸铵消耗量为：418011000=4.18（kg）年产8万吨酒精，硫酸铵总消耗量为：800004.18=334400（kg）=334.4（t）每日消耗量：334.4300=1.115（t）（3）、硫酸用量每吨糖蜜用硫酸5kg，则每生产1吨酒精消耗硫酸的量为：4.185=20.9（kg）年产8万吨酒精，硫酸总消耗量为：20.980000=1672200（kg）=1672.2（t）每日用量：1672.2300=5.57（

34、t）表1-3 稀释部分各物料用量物料消耗量（t）糖蜜稀释用水量8.0256105营养盐添加量334.4硫酸用量1672.22.2 热量衡算2.2.1 发酵部分以甘蔗糖蜜为碳源，酵母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170KJ。则年产8万吨酒精工厂，发酵和培养酵母每小时放出的热量为：Q=117011112.5=1.3107（KJ/h）发酵酵母冷却用水初温TW1=20，终温TW2=27，则每小时平均耗水量为： W酵母发酵=Q/Ce(TW1-TW2)=1.3107/4.18(27-20)=444292.5(kg/h)酵母酒精捕集器用水：（待蒸馏发酵醪液量为F=156008kg/h）5%F1.06=

35、5%1560081.06=7358.9(kg/h)则在发酵部分总用水量W发酵部分=7358.9+444292.5=451651.4（kg/h）2.2.2 蒸馏部分按采用差压蒸馏两塔流程计算1.14，进醪塔酒精浓度为7.14%，出醪塔酒精蒸汽浓度为50%。1）醪塔 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，上升蒸汽酒精浓度为50%（体积），即42.43%（质量）。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 =

36、V1 + WX + D1 即 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%(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： F1CF1tF1+D1I1=V1i1+(WXCW+D1Ce)tW1+Qn1由于CF1=3.98KJ/（kgh），CW=4.04KJ/（kgk），Ce=4.18KJ/（kgk），并取热损失Qn1=1D1I1，tF1=55，tW1=85，F1=156008（kg/h）联解以上三式

37、（总物料横算式、酒精衡算式、热量衡算式）求得 V1=26103.5（kg/h），Wx=129904.5（kg/h），D1=28218（kg/h）一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：G1=WX+D1=129904.5+28218=158122.5（kg/h）表2-1 年产8万吨酒精工厂蒸馏部分醪塔物料热量汇总表进入系统离开系统项目物料（kg/h）热量（kJ/h）项目物料（kg/h）热量（kj/h）成熟醪F1156008F1CF1tF13.4107蒸馏残液WX 129904.5WXCWtW14.46107加热蒸汽D128218D1I17.46107上升蒸汽V126103.5V1i15.341

38、07加热蒸汽D128218D1tW1Ce1.00107热损失Qn17.46105累计18422610.86107累计13827810.811072）精馏塔6、8塔顶温度105，塔底130，进汽温度130，出塔浓度为96（v），即93.84（w）。出塔酒精量为：P=11112.599.18/93.84=11745.0 (kg/h)每小时醛酒量：因为醛酒占出塔酒精的2，则每小时的醛酒量为：A=211745.0=234.9(kg/h)（3）P= PA =11745.0234.9=11510.1(kg/h)图2.2 精馏塔的物料和热量衡算图在精馏塔中，塔顶酒精蒸汽经粗馏塔底再沸器冷凝后，除回流外，还将

39、少量酒精送到洗涤塔再次提净。据经验值，此少量酒精约为精馏塔馏出塔酒精的2%左右，则其量为：Pe= P2%=11510.12%=230.02（kg/h）酒精被加热蒸汽汽化逐板增浓,在塔板液相浓度55(v)出汽相抽取部分冷凝去杂醇油分离器,这部分冷凝液称杂醇油酒精,数量为塔顶馏出塔酒精的2左右,其中包括杂醇油m0=0.3(P+A)=0.3%11745.0=35.235(kg/h),故H=(P+Pe)2=（11510.1+230.02）2=11740.122=234.8(kg/h)在杂醇油分离器内约加入4倍水稀释,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,这部分稀酒精量为: H

40、= (1+4)Hm0 = 5Hm0=5234.8-35.235=1138.765(kg/h)（6）物料平衡7、11：F2 + D2 + H= P+ Pe + H + D3 + Wx则: Wx = F2 + H-P-Pe -H =26103.5+1138.76511510.1230.02234.8 =15267.345 (kg/h)（7）热量平衡：F2CF2tF2+D2I2+HCHtH+R(Pe+P)tPCP=(R+1)(Pe+P)i2+PtPCP+HiH+(D2+WX)tW2CW+Qn2式中 R精馏塔回流比一般为34，取3 I2精馏塔加热蒸汽热焓量，0.6Mpa绝对压力，I2=2652(kJ/

41、h) tH为回流稀酒精进塔温度tH=80 CH为杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度为： xH=xH(Hm0)/H=75.2%(234.835.235)/1138.765=13.20%,75.2为杂醇油酒精的重量百分浓度，与液相浓度55（v）相平衡。查得此时比热为CH =4.43KJ/（kgk）。tP出塔酒精的饱和温度(78.3) CP出塔酒精的比热，此为2.80kJ/（kg.K） i2塔顶上升蒸汽热焓量,i2=1163.2 (kJ/kg) iH杂醇油酒精蒸汽热含量,此为iH=1496(kJ/kg) tw2精馏塔塔底温度，取130Cw取4.04KJ/（kgk） Qn2精馏塔热损失,Qn2=2%D

42、2I2 CF2进塔酒精的比热，取CF2=4.16(kJ/kg) tF2进料温度，取90 Wx上面算得15267.345kg/h计算可得：D2=25449.5(kg/h)塔底排出的废水： G=D2+W，x= 25449.5+15267.345=40716.8（kg/h）计算蒸馏部分的蒸馏效率： p=xpP/（xF1F1）=（93.13%11745.0）（7.14%156008）=98.197%表2-2 年产8万吨酒精工厂蒸馏部分精馏塔物料热量衡算汇总表进入系统离开系统项目物料（kg/h）热量（kJ/h）项目物料（kg/h）热量（kj/h）脱醛液F226103.5F2CF2tF29.7710696

43、酒精P11510.1PCPtP2.52106加热蒸汽D225449.5D2I26.75107次级酒精Pe230.02稀酒精1138.765CHtH4.036105杂醇油酒精蒸汽H234.8HiH3.51105回流液R(Pe+ P)Cptp7.72106蒸馏废水Wx+D240716.8(Wx+D2) tW 2Cw2.14107上升蒸汽(R+1)(Pe+ P) i25.46107热损失Qn21.35106累计52691.7658.54107累计52691.728.021072.3 供水衡算2.3.1 精馏塔分凝器冷却用水对精馏塔分凝器热量衡算有：（R2+1）（P+Pe）i2= W精馏CW（-tH3

44、）W精馏分凝=i2（R+1）(P+ Pe)/CW(tH3tH3)精馏塔回流比R为317塔顶上升蒸汽热焓i2 =1163.2KJ/kg冷却水进出口温度tH3、tH3，取tH3=20，tH3=85Cw取4.04KJ/kg则精馏塔冷凝器冷却用水为5、15：W精馏分凝= 2.08105kg/h2.3. 2 成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水成品酒精冷却使用20的河水，根据热量衡算，耗水量为7、16： W成品=PCP(tPtP)/CW(tH2tH2)C P为成品酒精比热容为2.90KJ/（kgK）、为成品酒精冷却前后的温度，分别为78.3、30、为冷却水进出口温度，分别为20、40Cw=4.04 KJ/

45、（kgK）则成品酒精冷却水用量为： W成品=1.995104kg/h在杂醇油分离器内加入4倍的水稀释，则稀释用水量为：W杂醇油分离=4 H=4234.8=939.2kg/h2.3.3 总用水量蒸馏车间总用水量为：W蒸馏部分=W精馏分凝+W成品+W杂醇油分=2.08105+1.995104+939.2=2.29105（kg/h）表2-3 各部分用水量及总用水量工艺稀释部分发酵部分蒸馏部分用水量（kg/h）1.115105451651.42.29105总计（kg/h）7.921052.4 其他衡算2.4.1 供汽衡算由前面计算所得数据可知蒸馏工段蒸汽消耗：DD1+D228218+25449.553

46、667.5（kg/h）年耗蒸汽量为： 53667.524250=386406000(kg)=386406(t)该酒精工厂消耗蒸汽主要供给蒸馏工艺，因此其消耗量由蒸馏量和损失组成，蒸汽总损失取蒸馏工段蒸汽消耗量的4%，则锅炉需要蒸发量为：53667.5(100+4%)=55814.2kg/h=55.8t/h2.4.2 供电衡算根据我国糖蜜酒精连续发酵工艺技术指标9，生产每吨酒精耗电约40度，据此估算酒精厂的用电15。18：4080000=3.2106（度/年）=10666.7（度/日）考虑到此值为估算值，所以乘以一个富裕系数为120：10666.7120=12800（度/日）=3.84106（度

47、/年）3 设备选型3.1 发酵设备设计采用连续发酵方式，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：157931kg/h，密度为1200 kg/m314。进入种子罐和1号发酵罐的醪液体积流量为W：157931/1200=131.6m3/h3.1.1 发酵罐容积和个数的确定（1）发酵罐体积2、10。根据发酵罐现在的设备情况，从100 m3到500 m3，现在酒精厂一般采用300 m3，按照有关情况查找资料，本设计采用500 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

48、锥形封头，为了计算简便，假设其上下封头近似相同，则 V全=D2H/4+2D2(h1+D/6)/4=500(m3)D=6.31m，H=12.62m，h1=h2=0.631m发酵罐的表面积圆柱形部分面积：F1=DH=3.146.3112.62=250.0m2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：F2=F3= =6.31=31.875() 发酵罐的总表面积：F=F1+F2+F3=250+31.875+31.875=313.75m2（2）种子罐个数的确定2、10：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=131.612=1579

49、.2（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=1579.2/80%=1974m3 取2000m3每个罐的容积为500m3，则种子罐个数为：2000/500=4（个）（3）发酵罐数量：上面已经提到，本设计的发酵罐容积为500 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3 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发酵罐数根据经验值，一样取发酵罐填充系数为=80%，则可以得到：50080%=131.6(48-12)/N, 计算得到：N=11.844个)，则本设计需要发酵罐N=12个3.1.2

50、糖蜜储罐个数的计算 糖蜜储罐采用容积为 1000m3的规格：15天的糖蜜量为：V=1114.815=16722 (t) 查得85Bx的糖蜜密度为1450 kg/ m3 则 V167221000/145011532（m3）设其装料系数为80，则贮罐的全容积为：V糖蜜 11532/0.814415（m3）14415/1000=14.415（个） ，取15个。3.1.3 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸（一）、总的发酵热2：Q=Q1(Q2+Q3)Q1=GSqQ3=Fac（tWtB）式中 G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418.6J Q1主发酵期每小时糖度降低

51、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，本设计估算时采用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，具体计算后面详述。Q1=（156008/12）12418.61=6.53105（KJ/h）Q2=5Q1=56.53105=3.265104（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，生产厂所在地区夏季平均温度为276、7,则：c= 对+ 幅= =8.35kcal/(m2h)=35KJ/(m2h)可得：Q3=22435(35-27) =62720=6.30104（kJ/h）需冷却管带走

52、的单个发酵罐冷却热负荷为：Q=Q1-Q2-Q3=6.531053.2651046.30104=5.5735105(kJ/h)总发酵热为：Q发酵=5.573510512=6.6882106(kJ/h)（二）、冷却水耗量的计算W冷却=（6.6882106）/4.186(27-20)=2.28105(kg/h)（三）、传热总系数K值的确定9、13选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为1144，则管的横截面积为：0.785（0.114-0.0042）=0.08321（m2）设罐内同心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：=228000/(36000.083211000)=0.761（m3/s）设蛇管

53、圈的直径为0.66m，并由水温差得A=6.45=4.186=4.1866.45(0.411000)0.8/0.10602(1+1.770.106/0.33)=8166KJ/(m2h)R为蛇管圈半径，R=0.33m值按生产经验数据取2700KJ/（m2h）故传热总系数为：=1743KJ/（m2h）式中 1/16750为管壁水污垢层热阻（m2h）/kJ。 188钢管的导热系数kJ/（m2h） 0.004管子壁厚（m）（四）、冷却面积和主要尺寸=(6.6882106)/(17435.8)=661.6(m2)蛇管总长度为：L= =661.6/(3.140.110)=1915.5(m)式中 蛇管的平均直

54、径（m）确定一圈蛇管长度： 式中R蛇管圈的半径，为0.33mh蛇管每相邻圈的中心距，取0.20m蛇管的总圈数为： NP=L/L1=1915.5/20.7=92.54=93(圈) 蛇管总高度：=（931）0.66=60.72（m）（五）、发酵罐壁厚1、发酵罐壁厚S式中 P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.5MPa D发酵罐内径，D=631cm A3钢的许用应力，=127MPa 焊缝系数，其范围在0.151之间，取0.7 C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0.131.3，取C1=0.8mm C2为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀

55、取2mm，现取C2=2mm C3加工减薄量，对冷加工C3=0，热加工封头C3=S010，现取C3=0C=0.8+2+0=2.8（mm） S= (631 0.5)/(21270.7-0.5)+0.28=2.06(cm)查询可知选用30mm厚A3钢板制作。2、封头壁厚计算式中 P=0.5MPa ， D=631cm ，=127MPa ，=0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm） S= (631 0.5)/(21270.7-0.5)+0.38=2.16(cm)选用30mm厚A3钢板制作（六）、进出口管径1）稀糖液进口管径10、12：根据物料衡算结果可知，每小时进入醪塔体积流量为157950，醪液密度为1200kg/m3,则V=131.7（m3/h）。稀糖液体积流量为131.7m3/h，设其流速为0.42m/s，则进料管截面积为：F物=0.785d2，管径d= 取无缝钢管35010，350mm333mm，可适用。2）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40010无缝钢管就可以