功夫了得 年产8万吨酒精工厂设计 论文完整版.docx

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功夫了得年产8万吨酒精工厂设计论文完整版

CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&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：

功夫了得

学号：

************

班级:

生物08-02班

专业：

生物工程

指导教师：

XX

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500m3的发酵罐12个；酵母车间需500m3的种子罐3个。

日产266.7吨无水乙醇，日耗水1.9×104吨，年耗糖蜜3.34×105吨。

关键词：

酒精；糖蜜；发酵；蒸馏

WITHANANNUALOUTPUTOF80,000TONSOFALCOHOLFACTORYPRELIMINARYDESIGN

ABSTRACT

Thepurposeofthisdesignistodeterminetheinitialannualproductioncapacityof80000tonsofalcoholfactoryproductionprocess,initialidentificationofmolassestank,tankdilution,yeast,fermentationtank,distillationtowerandotherequipmenttypeandnumber.Inaccordancewithstateregulationsonyeast,fermentationanddistillationworkshopforlayoutdesign,maketheproductionofalcoholqualitymeetthestaterequirements.Intheunderstandingofdomesticandforeignfuelalcoholfermentationproductionindustry,thegeneraldevelopment,throughanalysisandcomparison,thepreliminarydesignschemeisdetermined.

Thealcoholfactorytononfoodcropsmolassesasrawmaterial,usingTaiwan396yeast（F-396）,throughthecontinuousfermentationofalcoholproduction.SiteselectioninthesugarcaneadvocateoneofproducingareaofGuangdongProvince,thenationalsugaryieldsthehighestregion–Zhanjiang.Withanannualoutputof80000tonsofalcoholplantfermentationworkshopfermentation12tankof500m3;yeastplantneeds3tankof500m3.Nissan266.7tonsofanhydrousethanol,thedailyconsumptionofwater1.9×104tons,yearconsumption3.34×105tonsofmolasseseveryear.

Keywords:

alcohol;molasses;fermentation;distilled

1绪论……………………………………………………………………………………..1

1.1产品介绍………………………………………………………………………...1

1.2设计意义………………………………………………………………………...1

1.3厂址选择………………………………………………………………………...2

1.4全厂总平面设计…………………………………………………………………2

1.5酒精生产工艺流程……………………………………………………………...2

1.6酒精的安全生产………………………………………………………………...6

1.6.1酒精生产的防火防爆…………………………………………………………6

1.6.2酒精生产设备检修的安全事项………………………………………………7

1.6.3酒精生产顺利进行应注意得一些问题……………………………………...8

2工艺计算………………………………………………………………………………..9

2.1物料衡算………………………………………………………………………...9

2.2热量衡算………………………………………………………………………..12

2.3供水衡算………………………………………………………………………..17

3设备选型……………………………………………………………………………….19

3.1发酵设备设计…………………………………………………………………19

3.2其它设备的计算和选型………………………………………………………..24

4废弃物回收利用设计…………………………………………….……....26

4.1废物总类………………………………………………………………………..26

4.2废物利用………………………………………………………………………26

结论……………………………………………………………………………………….28

参考文献……………………………………………………………………………….…29

致谢……………………………………………………………………………………….30

附件一

附件二

1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390～430℃。

乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.3～19%（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，2011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，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％，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：

1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。

2为保证生产正常进行，常备有20-30d生产用糖蜜的贮存量。

3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。

4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。

①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200－500g

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0.002％－0.004％

残留多，于环境有害

灭菌灵

为糖蜜量的0.002％

于环境无害无毒

②物理灭菌法

物理灭菌法是将糖液加热至80－90℃，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。

①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。

②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：

C12H22O11（蔗糖）

水

解

（C5H10O5）nC6H12O6C2H5OH+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7—11％（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10－7m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：

1防止“跑、冒、滴、漏”。

2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。

3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。

4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[12、16]：

1凡进入修理场地，一定要戴好安全帽。

2高空作业必须戴好安全帽，系好安全带和加强安全措施。

3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。

4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。

5“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，行走时稍不注意会造成行人的各种伤亡事故，应该引起警惕。

6加强大修中的氧气瓶与乙炔瓶方面的安全管理。

7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。

8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

①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，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。

②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。

③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。

④岗位与岗位之间要有明确的联系讯号，对不正常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。

⑤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。

⑥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。

⑦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。

⑧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+H2O→2C6H12O6→4C2H5OH+4CO2↑

342360184176

X1000

2、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：

1858.7×99.18%=1843.5（kg）

3、生产1000㎏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%）：

1843.5÷98%÷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%）：

2090÷50%=4180（kg）

6、生产1000kg无水酒精（扣除蒸馏损失）消耗糖蜜量为：

1858.7÷90%÷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：

（1000×99.18%）÷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：

4180×85%/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：

（14212-968）×（1.00+6%）=14039（kg）

蒸馏成熟发酵醪的酒精浓度为：

（1000×99.18%）/（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1000×0.3%=（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=14039×7.14%÷42.43%=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×（1.019-0.95×7.14%）

=3.98[KJ/（Kg·K）]

成熟醪带入塔的热量为：

Q1=F1C1t1=14039×3.98×55=3.08×106（KJ）

蒸馏残液内固形物浓度为：

B2=F1B1/WX=（14039×7.14%）/11676=8.59%

蒸馏残余液的比热容：

C2=4.18（1-0.378B2）=4.18×（1-0.378×8.59%）=4.04[KJ/（kg·K）]

塔底残留液带出热量为：

Q4=WX·C2·t4=11676×4.04×85=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