年产3万吨酒精工艺设计毕业设计.docx
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年产3万吨酒精工艺设计毕业设计
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年产3万吨酒精工艺设计
AnnualOutputof30kTonsofProcessDesignofAlcohol
1
目
录
摘要...............................................................................
I
Abstract
........................................................................
II
引言.............................................................................
1
第一章
概述..................................................................
2
1.1
乙醇的性质及质量标准...............................................
1
1.1.1
物理性质.........................................................
1
1.1.2
化学性质.........................................................
2
1.1.3
生化性...........................................................
2
1.1.4
质量标准.........................................................
2
1.2
乙醇生产的意义及发展...............................................
3
1.2.1
乙醇生产的意义...................................................
3
1.2.2
乙醇生产发展.....................................................
4
1.3
乙醇的应用领域.....................................................
5
第二章
乙醇生产方法介绍......................................................
5
2.1
合成法.............................................................
5
2.2
发酵法.............................................................
7
2.2.1
淀粉质原料的发酵工艺.............................................
7
2.2.2
糖蜜原料的发酵工艺...............................................
9
第三章工艺流程介绍及精馏塔设备选型.....................................
10
3.1总生产工艺流程介绍...............................................
10
3.1.1
原料的处理.....................................................
10
3.1.2
原料输送........................................................
11
3.1.3
糖化和发酵......................................................
11
3.1.4
浓缩............................................................
12
3.1.5
精馏...........................................................
12
3.2精馏概述.........................................................
12
3.3
塔设备选型.......................................................
13
第四章
塔设备及附件设计....................................................
13
4.1
物料衡算..........................................................
14
4.1.1
理论糖蜜消耗量..................................................
14
4.1.2
实际糖蜜消耗量..................................................
14
4.1.3
精馏塔全塔物料衡算..............................................
14
4.2
塔板数的确定......................................
错误！
未定义书签。
4.2.1
理论板数N的求取................................
错误！
未定义书签。
4.2.2
实际塔板数的确定................................................
16
4.3
精馏塔操作工艺条件及相关物性数据的计算............................
18
4.4
塔板主要工艺结构尺寸的计算........................
错误！
未定义书签。
4.4.1
塔径............................................
错误！
未定义书签。
4.4.2
塔板工艺结构尺寸的设计与计算....................................
23
4.5
塔板的流动性能校核................................................
25
4.5.1
气相通过浮阀塔板的压降.........................................
25
4.5.2
淹塔校核........................................................
26
4.5.3
物沫夹带校核....................................................
27
4.5.4
漏液校核........................................................
28
4.6
塔板的负荷性能图.................................................
35
4.7
附件设计..........................................................
39
4.7.1
接管............................................................
31
4.7.2
筒体与封头.....................................................
32
4.7.3
除沫器.........................................................
32
4.7.4
裙座...........................................................
33
4.7.5
吊柱............................................................
41
4.7.6
人孔...........................................................
33
4.8
塔体高度的设计....................................................
33
第五章
塔附属设备设计.......................................................
42
5.1确定冷凝器和再沸器的热负荷，......................................34
5.2冷凝器的选择错误！
未定义书签。
5.3再沸器的选择错误！
未定义书签。
结论44
致谢45
参考文献46
附录47
年产3万吨酒精工艺设计
摘要：
酒精又叫乙醇，是一种用途最为广泛重要的工业产品之一。
因其热值高、燃烧充分、燃烧产物无污染被称为新时代的绿色能源。
其种类众多，燃料酒精是其中一种，主要用于车用汽油。
酒精生产方法有很多，主要有合成法和发酵法。
本设计选用的是单糖连续发酵生产酒
精生产工艺方法，对生产过程做了简单地介绍，主要对酒精精馏工艺过程中精馏塔进行了详细工艺的计算，物料衡算及其辅助设备的计算。
精馏过程中主要设备是精馏塔，本设计
的精馏塔选用的是浮阀塔，通过设计计算得到酒精精馏塔的塔体高度为23.44m，塔径为2m，经过精馏后酒精的含量达到95%，达到了设计预期目标。
关键词：
酒精；工艺设计；精馏工艺；浮阀塔
Annualoutputof30ktonsofprocessdesignofalcohol
Abstract:
Alcohol,whichisnamedethanol，isoneofthemostwidelyusedkindofimportantindustrialproducts.Itiscalledanewgreenenergyinmodernerabecauseof
its,nocombustionproductspollution.Fuelethanolisoneofalotofspecies，whichmainlyusedformotorgasoline.
Themethodsofproducingalcoholarevary，mainlyincludesynthesismethodandfermentationmethod.Thedesignissimplyintroduceasinglecontinuousfermentationofsugaralcoholproductionprocess,mainlyforcalculatingdistillationcolumnsindetail，theprocessofcalculatingthemassbalanceanditsauxiliaryequipmentindetailofalcoholdistillationprocess.Themainequipmentinthedistillationprocessisdistillation
columns.Thefloatvalvetowerisselecteddistillationcolumninthisdesign.wetheconclusionthattheandcalculation,Finallybythedistillationofdimethylethercontentreached95%,achievedthedesiredgoal.
Keywords:
ethanol;producedesign;distillationproduce;floatvalvecontinuous
引言
酒精又叫乙醇，因其热值高、燃烧充分、燃烧产物无污染被称为新时代的绿色能源。
它是应用最为广泛的工业产品之一，其种类众多，被用于生产和生活的方方面面[1]。
随着社会的发展，社会对燃料能源（石油、天然气、煤矿等）的需求越来越大，而燃
料能源储量越来越少，价格越来越低，人们迫切需要找到一种新的可再生能源代替现有的
[2]
（1）来源广，可再生。
可以以谷物淀粉为原料生产燃料酒精，以植物秸秆等纤维素为原
料生产燃料酒精，以甘蔗作为原料生产燃料酒精，以蜜生产燃料酒精等等。
（2）无污染。
石油、天然气、煤矿等燃料能源的使用产生了很多环境问题。
例如：
酸雨等环境污染。
而燃料酒精产生的是二氧化碳和水，对环境无污染。
（3）热值高、燃烧充分，单位燃烧的释放的热量和单位天然气燃烧释放的热量相当。
（4）燃料酒精又称变性燃料乙醇，是清洁汽油的主要代替物，已在一些国家和地区得
到大量使用。
（5）生产方法多种多样，技术路线较为成熟，能大规模进行工业生产。
酒精生产方法有许多种，主要可以分为两大类：
合成法和发酵法。
本设计采用发酵法中
单浓度糖蜜酒精连续发酵法。
由于发酵过程的复杂性及查询资料的有限性，本设计简单的介绍下发酵过程，主要对精制工艺部分进行了详细的工艺设计计算、物料衡算及塔设备和附属设备选型计算。
通过设计计算得出了精馏塔的塔径2m，塔体高度23.44m，产物纯度达到了95%，达到了设计预期目标。
第一章概述
1.1乙醇的性质及质量标准
1.1.1物理性质
乙醇是无色透明的液体，比水轻，具有特殊的芳香气和刺激味，吸湿性很强，可与水
以任何比例混合并产生热量。
乙醇易挥发易燃烧，燃烧时产生大量的热量，燃烧产物是水
和二氧化碳。
乙醇蒸汽与空气能形成爆炸性混合气体，爆炸极限为3.5%-18%（体积分数）。
乙醇的物理指标：
熔点（℃）：
-114.1沸点（℃）：
78.3
相对密度（水=1）：
0.79
相对蒸气密度
（空气=1）：
1.59
饱和蒸气压
（kPa）：
5.33（19℃）
燃烧热（kJmol）：
1365.5
蒸发热（kJL）：
918.76
临界温度
（℃）：
243.1
临界压力（MPa）：
6.38
辛醇水分配系数的对数值：
0.32
闪点（℃）：
12
引燃温度
（℃）：
363
溶解性：
与水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多数有机溶剂。
1.1.2化学性质
（1）乙醇氧化反应
2C2H5OH+O2→2CH3CHO+2HO
C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O
CHOH+O2→2CO+3H2O
（2）碱金属，碱土金属与乙醇的反应
2Na+2C2H5OH→2C5H5ONa+H2↑
Mg+2C2H5OH→C（C2H5O）2Mg+H2↑
（3）酸与乙醇的反应
CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O
（4）乙醇的脱水反应
CH3CH2OH→CH2=CH2↑+H2O
2CH3CH2OH→C2H5OC2H5+H2O
1.1.3生化性
乙醇能使细胞蛋白质凝固，尤以75%（体积分数）的乙醇作用最为强烈，浓度过高，
细胞表面的蛋白质迅速凝固形成一层薄膜，阻止乙醇向内部渗透，作用效果反而降低，浓
度过低则不能使蛋白质凝固。
因此常选用75%（体积分数）的乙醇作消毒剂。
乙醇易被人体肠胃吸收，吸收后迅速解放出热量。
少量乙醇对大脑有兴奋作用，数量
较大则有麻醉作用，大量乙醇对肝脏和神经系统有害作用。
1.1.4质量标准
乙醇作为一种原料性的产品，其产品质量必须达到一定的标准。
通常，乙醇按含杂质
多少分为：
无水乙醇、试剂乙醇、食用乙醇，医药乙醇，工业乙醇。
其食用乙醇国家标准如表1.1所示。
表1.1乙醇的质量指标表
项
目
特
级
优
级
普通级
色度号
≤
10
10
10
乙醇％（体积分数）
≥
96.0
95.5
95.0
硫酸试验号
≤
5
10
60
氧化时间min
≥
40
30
20
醛mgL
≤
1
3
30
甲醇mgL
≤
2
50
150
正丙醇mgL
≤
2
35
100
异丁醇＋异戊醇mgL
≤
1
2
30
酸（以乙酸计）mgL
≤
7
10
20
酯（以乙酸乙酯计）mgL
≤
10
18
25
不挥发物mgL
≤
10
20
25
重金属（以Pb计）mgL
≤
1
1
1
氰化物（以HCN计）mgL
≤
5
5
5
1.2乙醇生产的意义及发展
1.2.1乙醇生产的意义[1]
乙醇是可再生能源,若采用小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生
产乙醇,其燃烧所排放的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳,在数量上
基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。
发展乙醇不仅可以促进农业的可
持续发展，并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染，保护环境，同时也可缓解原油进口的压力。
由于燃料乙醇在中国的推广使用还处在初级阶段．产销各个环节政府行为色彩比较
浓，离真正的市场化有很远的距离。
为了合理利用资源。
国家对燃料乙醇的立项投产非常谨慎。
目前，获得国家批准生产的企业有4家：
河南天冠燃料乙醇有限公司、吉林燃料乙醇股份有限责任公司、安徽丰原生物化工有限公司、黑龙江华润酒精有限公司，已形成燃料乙醇生产能力122万t。
目前中国生产的燃料乙醇总量为102万t。
大约使用粮食400万t，基本使用陈化粮。
目前中国石油供应紧张问题日趋严重：
2005年，中国原油消费量3.23亿t，居世界第二，国内生产原油1．81亿t，净进口原油1.19亿t，净进口轻柴油、航煤、燃料油等
石油产品l746万t。
原油及石油产品净进口量1.46亿t。
石油对外依存度为45％。
到2020年，估计国内自产石油2.O亿t．缺口25亿t，对外依存度55％。
因此，燃料酒精在中国市场的前景比较大，潜力也比较深。
1.2.2乙醇生产发展
（1）生产技术的现代化
新中国成立前，我国乙醇工业的规模很小，生产工艺均为间歇式，以麦芽作淀粉糖化
剂，原料不经粉碎，淀粉利用率只有60%左右。
20世纪50年代中期开始进行技术革新，首先在糖化剂方商采用微生物糖化剂代替麦芽，1964年推行机械通风制曲，随后普遍应用液体曲，1978年开发出高活力糖化酶新菌种（UV-11）进入20世纪90年代后逐步使用具有国际水平的耐高温X-淀粉酶和高转化率糖化酶。
在淀粉质原料的蒸煮、糖化工艺方面采用一级真空冷却连续糖化。
在发酵方面，出现
了应用耐高温酵母、酿酒用活性干酵母（或鲜酵母）及固定化酵母的新工艺。
在蒸馏方面
乙醇蒸馏的塔器配置从两塔、三塔四塔、五塔发展到八塔蒸馏，近年来差压蒸馏等新技术
正在生产中推广应用。
50年来，我国的乙醇生产技术得到很大发展，淀粉利用率达90%以上，水平高的企
业淀粉出酒率达55～56%；发酵液乙醇浓度由5%提高到10%左右；每吨乙醇耗煤从过去普遍在2吨以上降到1吨以下（最低达500公斤）。
进入90年代后，随着食用乙醇国家标准的制订和实施，我国乙醇工业的生产技术水平得到了普遍性的提高
（2）建立了完善的乙醇产品质量标准，具有生产多种规格乙醇产品的实力
20世纪50年代初期，我国乙醇产品无统一的质量标准。
有的厂"够度"即算合格，有
的厂参考外国标准自行规定一些检查项目，也有的厂按中华药典中医药乙醇的要求生产。
试制成功"精馏酒精"，并按此生产。
1956年，原食品工业部参照原苏联乙醇标准及中华
药我国乙醇工业有了全国统一的产品质量标准。
现今，我国已经具备较完整的乙醇产品质量标准体系，并正在对食用乙醇国家标准不
断提高并有着先进性的产品标准，有力促进了我国乙醇生产和质量水平的不断提高。
现在
大多数企业都能生产普级食用乙醇，相当一部分企业具有生产优级食用乙醇的实力，有多
家企业进行着高纯度特级乙醇的生产。
（3）糟液治理与综合利用取得长足发展
过去，糟液除略行简单过滤直接用作饲料外，基本上不予处理。
随着生产的发展，对
糟液的治理逐步引起重视，20世纪60年代用薯类乙醇糟液大规模进行沼气发酵取得成功，
逐步推广并不断完善，现在最大的沼气发酵罐容已达5000立方米。
针对沼气发酵后消化
液的进一步处理，好氧法取得一定成效；近来南阳乙醇总厂开发出一套实用而有效的治理
措施，采用物理化学法去除悬浮扬（制得部分干酒糟和肥料），利用生物法去除可溶性有
机物（获得沼气），从而使薯类乙醇糟液的治理实现了经济上有利的达标排放。
1.3乙醇的应用领域
乙醇的用途很广，主要有：
1.消毒剂：
医院用的一般用浓度为70%～75%的乙醇溶液，因为这种浓度的乙醇溶液杀菌能力最
强；此外也是碘酒消毒剂的成分之一。
2.饮料：
乙醇是酒主要成分（含量和酒的种类有关系）如白酒为56度的酒。
3.基本有机化工原料：
乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、
洗涤剂等产品的原料。
4.汽车燃料：
乙醇可以调入汽油，作为车用燃料，美国销售乙醇汽油已有20年历史。
此外乙醇还做：
稀释剂、有机溶剂、涂料溶剂等几大方面，其中用量最大的是消毒剂。
第二
升级会员 