年产375万吨酒精生产装置粗馏塔和预浓缩塔的工艺设计.docx
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年产375万吨酒精生产装置粗馏塔和预浓缩塔的工艺设计
化工与生物技术学院课程设计
年产3.75万吨酒精生产装置粗馏塔和预浓缩塔的工艺设计
学生学号：
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起止日期：
摘要
在本次专业课程设计中,本人进行了这次题为年产3.75万吨优质食用玉米酒精生产装置粗馏塔和预浓缩塔的工艺设计。
本设计选用吉林玉米作为生产原料，厂址选在吉林市。
原料经清筛除杂、干燥、粉碎、液糖化、发酵、精馏得到优质食用酒精，废水、废渣经DDGS工艺合理回收利用。
粉碎工段采用锤式干法粉碎工艺。
糖液化工段选用分段加酶的中温双酶法蒸煮工艺。
发酵工段以湖北宜昌安琪酵母有限公司生产的活性干酵母为生产菌株，采用大罐露天连续浓醪发酵生产工艺。
而精馏工段则选用目前比较先进节能的六塔差压精馏技术。
最后采用DDGS技术对酒糟进行处理，利用微生物对废水进行处理，使之达到排放标准。
从工艺计算以及技术经济评价来看，本设计各项内容都比较合理，有其可行性和可用性。
关键词：
酒精；粗馏塔；预浓缩塔；工艺
Abstract
Inthedesignofthiscourse,Ientitledthistimeproductionof30000tonnesofcrudedistillationofhighqualitycornalcoholproductionplantandprocessdesignofconcentrationcolumn.ThisdesignchoiceofmaizeinJilinprovinceasproductionrawmaterials,siteselectioninJilincity.Rawmaterialsbytheballastremoval,drying,grinding,liquidqualityalcoholsaccharification,fermentation,distillation,wastewaterandrecoveryandutilizationofwasteresidueofDDGSrational.Hammerdrygrindingprocessofcrushingworkshopsection.Subparagraphsugarselectionsectionofliquefactiontemperatureoftheenzymeenzymaticcookingtechnology.SectionofYichang,HubeiAngelyeastproducedbythefermentationforproductionofactivedryyeaststrains,usinglargetanksopencontinuousproductionprocessofhigh-concentrationmashfermentation.Distillationsectionoftheselectioniscurrentlymoreadvancedenergy-efficientsix-Towerrectificationtechnologyofdifferentialpressure.FinalDDGStechniqueontreatmentofDistiller'sgrains,onwastewatertreatmentusingmicroorganisms,tomeetemissionstandards.Calculatedfromtheprocess,aswellastechnicalandeconomicassessment,thecontentsofthisdesignaremorereasonable,itsfeasibilityandavailability.
Keywords:
alcohol;crudedistillation;concentration;technology
第1篇设计说明书
第1章绪论
1.1设计项目的意义
一直以来，酒精在人们的生产生活中都发挥着十分重要的作用。
他不仅是良好的有机溶剂，而且是重要的食品添加剂。
它不仅子医疗、卫生方面扮演着重要角色，各种酒精饮品更是为人们所喜爱。
尤其是近些年来随着石油资源的日益枯竭，酒精因其燃烧放热大、无污染而被视为石油的最佳替代品，人们对酒精的需求量越来越大。
如何更有效的生产酒精逐渐成为一个备受关注的问题。
中国东北地区幅员辽阔、盛产玉米，大量玉米销往何处，一直以来都是一个令人困扰的问题。
而该地区天气寒冷，人们对食用酒精的需求量很大，如何能更好的满足人们的需求也是一个值得思考的问题。
无疑，在东北地区建厂生产优质食用玉米酒精是个理想的解决方法。
玉米富含淀粉和碳水化合物，是生产酒精的好原料。
在东北建厂，不仅原料来源广泛，运输便利，减低了生产成本，而且实现了东北玉米自产自销，增加了农民收入，促进了东北经济的发展，也满足了广大东北人民对食用酒精的需求。
因此选定优质食用酒精生产车间的工艺设计作为课题进行研究，其目的和意义也就不言而喻了。
1.2设计依据
本次设计的主要依据有：
1.设计任务书。
2.参考了吉林沱牌农产品开发有限公司的成熟生产实践经验。
1.3指导思想
本次设计是属于初步设计阶段。
设计的指导思想是根据原材料的特性和产品的质量要求，选择厂址等基本条件，选用先进工艺路线，提高出酒率，降低残糖，减少污染，力争取得最好的效益。
1.4主要技术参数
1、生产规模：
3.00万吨/年酒精
2、生产方法：
玉米粉生物发酵法
3、生产天数：
340天/年
4、优级酒精产率大于等于95%，次级酒精和杂醇油量产率小于等于5%
5、产品质量：
国家优级食用酒精标准（乙醇含量大于等于95.5%，体积分数）
6、生产原料：
吉林玉米，淀粉含量63%，水分14%——18%
第2章文献综述
2.1精馏的技术改造
随着食用酒精ＧＢ10343-2002标准的实施，我国传统酒精蒸馏将被多塔差压蒸馏所取代。
目前国内外的差压蒸馏工艺多种多样，千差万别，如何选择高效节能，又能保证酒精质量的蒸馏工艺，需要酒精工作者深入研究分析，开发出既适合我国酒精工艺现状，又具有时代特征的蒸馏工艺[1]。
我国的多塔差压蒸馏起源于20世纪80年代末，以安徽特酒总厂引进法国Ｓｐｅｉｃｈｉｍ公司六塔差压蒸馏[2]及吉林天河实业公司引进奥地利ＶＯＧＥＬＢＵＳＣＨ五塔差压蒸馏为代表，经过十几年的运行，普及推广，其先进性已被酒精行所认同。
1-粗馏塔 2-次精馏塔 3-纯化塔 4-精馏塔 5-杂质塔6-脱甲醇塔 7-闪蒸罐 8-再沸器 Ｓ-蒸气 Ｃ--冷凝液
图1 安徽特酒总厂六塔差压蒸馏工艺流程
六塔差压蒸馏的粗馏塔是在负压状态工作，其热源是通过粗馏塔酒汽加热蒸发器中来自离心分离工段的酒糟清液产生的二次蒸汽，经过蒸发的酒糟液被送往蒸发工序[3]。
借鉴瑞典ＡＬＦＡ-ＬＡＶＡＬ的Ｂｉｏｓｔｉｌ工艺[4]。
粗馏塔的加热可作如下改进:
在粗馏塔底部安装一再沸器（壳管式热交换器）与塔底相通，利用粗馏塔的酒糟作冷流介质，利用精馏塔的酒汽间接加热粗馏塔，这样精馏塔塔底就变成了功能较大的蒸发器。
再沸器的水凝气体与粗馏塔的热交换器相连，形成真空系统。
改进的优点主要体现在以下几个方面:
第一，节省大量的设备投资，原六塔差压蒸馏采用是虹吸加热方式，其设备有蒸发器，分离器及仪表自控、泵等。
改进以后，再沸器的面积仅为蒸发器面积一半，并且省去了汽液分离器和与其相关的自控仪表及其有关泵。
第二，节约电耗。
用离心液作为加热的冷流介质，需用两台不停地运转。
改进后，以年产万吨食用酒精计，每天可节约用电264度。
第三，提高了酒精浓度，减少了酒糟水的排放。
改进后酒糟固形物含量提高1%～15%，由于酒糟量已足够，再沸器换热效果好，无需再加入生蒸汽。
2.2酒精精馏的特性
2.2.1粗酒精的组成
按照杂质的精馏动态，可以将粗酒精中的50多种杂质分为头级杂质、中级杂质和尾级杂质三大。
酒精蒸馏的生产实践表明，各类杂质在精馏塔上都有各自的富集部位和分离方法这样，在宏观上可将粗酒精视为由酒精、水、头级杂质、中级杂质和尾级杂质等五大组分组成的混合液．其中，酒精和水是两大主要组分，其它三类杂质组分含量甚微，总量仅为1%左右。
2.2.2酒精的精馏特性
成熟醪的主要成分是酒精和水，其它杂质种类虽多，但总量甚微，并可用头级、中级和尾级三大类杂质来概括，蒸馏又只有一个纯净的产品一酒精。
因此，在实质上酒精蒸馏可以在多侧线单塔上完成即使是生产高纯度酒精所必须的多塔板数增加，也只是在多个塔上重复单塔操作的重复蒸馏，在实践中，可以从粗馏塔的塔顶和塔底分别得两个主要组分酒精和水（即废液或酒糟），其它杂质都是随其含量甚高的特定浓度酒精水混合液一起由侧线采出的，分离掉的是具有相同蒸馏动态特性的一类杂质。
最典型的是从塔中部取出55％（wv）左右的杂醇油，分离异戊醇、异丁醇等中级杂质。
塔顶排醛和分离头级杂质，以及尾级杂质随废液（或酒精）从塔排出，均可视为侧线采出。
第3章工艺论证
3.1生产方法论证
生产方法即工艺路线的选择，是发酵工厂设计的关键步骤。
选择生产方法的主要依据有：
1.原料的来源、种类和性质。
2.产品的质量和规格。
3.生产规模和技术水平。
4.建厂地区的自然环境和经济合理性。
考虑到本设计采用的生产原材料是玉米，属淀粉质原料，且对产品质量要求较高，生产规模较大，目前酒精的生产技术水比较先进，故本设计采用露天大罐连续发酵，强制循环的生产方法。
该方法引进最初受到很多人的质疑，他们一直认为冬天一些地区〔尤其是北方地区〕，气温很低，露天发酵不可能会进行下去，但实际上由于罐的体积大，罐内酵母数量多，其发酵过程中放出大量热，足以保证发酵生产的进行。
再加之引进之前，该方法已经在国际的实际生产中被成功的应用了，故而最终得以战胜中国发酵传统理念，得到了广泛的应用。
从沱牌公司的情况来看，效果不错，而且节约了厂房，降低了成本。
连续发酵虽然对设备要求高了些，而且成本高了些，但它能实现自动控制，产品质量稳定，节省了人力，提高了设备利用率，缩短了生产周期，提高了生产效率没，其优越性也是不言而喻的。
3.2工艺流程的选择
所选工艺流程示意图如下：
3.3厂址的选择
厂址选择是基本建设前期工作的重要一环。
在工厂设计中具有明显的政治经济技术的意义。
厂址选择正确与否，不仅关系到能否以最省的兔子费用，按质按量按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产、技术管理和发展远景，都有很大的影响，并同国家地区之间的工业布局和城市规划有着密切的关系。
厂址选择主要考虑两个原则：
一是自然条件，包括地理位置、地形地势、水文、气象、地震等；二是技术经济条件，包括原料供应与产品销售、能源供应、场地面积和交通运输等。
本设计中选取吉林省吉林市新吉林经济开发区为建厂地址。
3.3.1环境条件
考虑到发酵工厂用水量大，且对空气要求较高，再考虑到经济和环保因素，发酵工厂厂址选择需要考虑以下几点：
1.取、排水方便
2.原料来源丰富，交通便利。
3.空气洁净。
4.离居民区较远。
吉林市地处松花江畔，水利资源较为丰富。
同时为玉米生产基地，交通便利。
而新吉林开发区地处郊区，离居民区远，而且因为是新开的经济开发区，有一些政策上的优惠，是个建厂的好地方。
3.3.2地理条件
建发酵工厂对厂区坡度有如下要求：
大型厂应不大于4%；中型厂u大于6%；小型厂不大于10%。
厂区内主要地段的坡度以不大于2%为宜。
但是为了便于排除厂内的积水，坡度宜补小于0.5%。
此外，为防止厂区受淹，厂区应设在历年最高洪水线以上。
如在山区建厂，还要注意周围同时还应避免溶洞，沼泽，断裂带和泥沙，地耐力最好在15t/㎡以上。
新吉林地势平坦，没有塌土，滑坡和泥石流等问题，适合建厂。
3.3.3抗震条件
我国规定在地震六度以下的地区在建设时不设防，一般而言，尽可能不在七度或七度以上的地区建厂为宜。
3.3.4动力供应条件
发酵工厂是耗用能源的大厂，一个发酵工厂的水电汽气等公用工程的投资约占全厂投资的三分之一。
并要求二类负荷用量（即一旦突然停电，有可能造成发酵及种子全部染菌，产率大大下降。
也可能使发酵液倒流入空气过滤器，造成重大生产事故，甚至全面停产）。
吉林市有丰满水电站，电力资源丰富，足以保证发酵工厂的正常运行。
第4章工艺设计
4.1工艺流程说明
4.2岗位管理的范围及任务
精馏工段将来自发酵工段的成熟醪通过六塔差压蒸馏的方法，将其蒸馏成为符合国家标准的优质食用酒精。
4.3精馏工段生产原理及工艺流程
4.3.1生产原理
蒸馏是利用液体混合物中各组份挥发性的不同而分离组份的方法。
在发酵成熟醪中，不单是含有酒精，还含有其它几十种成分的物质，若加上水，这些物质的含量远远超过酒精的含量，成熟醪中酒精含量仅为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。
酒精的沸点为78.3℃。
凡是沸点比酒精低，更易挥发的杂质被称为低沸点杂质，生产中又称头级杂质，头级杂质都聚集在塔顶汽相中，最后从塔顶冷凝器排出。
凡是沸点比酒精高，其挥发性低于酒精的杂质被称为高沸点杂质，生产中又称头尾级杂质，尾级杂质都聚集在釜液中，从塔底排出。
通过蒸馏，低沸点杂质和高沸点杂质都比较容易与酒精分离。
较难除净的是中级杂质，当酒精浓度高时，它们的挥发系数（Ki=yi/xi）接近于1，蒸馏分离的难度很大，幸好这类杂质的量很少。
粗馏塔是将包括酒精在内的挥发性组份从成熟发酵醪液中提取出来。
发酵成熟醪通过预热后，进入粗馏塔的中部，塔底不断均匀地通入加热蒸气，这时由于加热的作用就可将成熟醪中液态酒精转变为酒精气体，同时其它低沸点和挥发性的杂质，都成为气态，和酒精一同连续地上升，进入粗馏塔上部的浓缩段。
在粗馏塔顶部提取的粗酒精去脱醛塔。
另一方面，粗馏塔内的液相不断富集不易挥发的组份，在重力作用下连续地向塔底流动。
最后，在粗馏塔的底部排出废糟液，去卧式螺旋离心分离机作固液分离。
脱醛塔是分离头级杂质，如醛类和低沸点酯类。
来自粗馏塔的粗酒精进入脱醛塔。
进料位置将塔分为上下两段，上段为聚醛段，下段为提馏段。
在提馏段中，酒精浓度较低（低于40％），此时头级杂质和中级杂质的挥发系数（Ki=yi/xi）都比乙醇大，都是挥发的。
通过塔内适量的加热、冷凝、回流，使粗酒精中所含的醛、酯等低沸点、易挥发的头级杂质随汽相不断向塔的上部汽相聚集，最后从塔顶冷凝器冷凝液排醛管中排出，作为工业酒精（其中酒精含量为40％～45％体积分数；头级杂质醛、酯；中级杂质杂醇油。
酒精的挥发系数较小，酒精不断向液相富集，塔内液相不断向下流动，最后，经过脱醛的粗酒精从脱醛塔底部排出，再去精馏塔。
精馏塔是酒精通过以上两塔蒸馏后，酒精浓度还需要进一步提高，杂质还需进一步排除，精馏塔的蒸馏任务是通过加热蒸发、冷凝、回流，上除头级杂质，中提杂醇油，下排尾级杂质，获得符合质量标准的成品——酒精。
甲醇是神经性毒物，对人体的神经系统和血管有作用十分严重，尤其对视神经的危害更甚。
甲醇随饮料酒进入人体后，容易被消化系统、呼吸道和粘膜吸收，且不容易被排出体外，因此有强烈的积累效应。
甲醇中毒时，轻者可使人眩晕、头痛、胃疼、视力模糊、呼吸困难，重者可使人双目失明，甚至死亡。
甲醇是头级杂质的典型代表，它对酒精的质量影响很大。
当有大量水（比如含水量在80％以上）存在时，水分子对甲醇分子的氢键作用力要比对乙醇分子大很多。
虽然甲醇的沸点较低，却比乙醇难挥发。
当水分很少时，这种作用力也随之减弱。
在95％（体积分数）的酒精中，二者的挥发程度取决于各自分子量的大小，即甲醇比乙醇更容易挥发，它同样聚集在脱甲醇塔顶部的液相和汽相中。
脱甲醇塔是利用它在高浓度酒精时精馏系数（αi，j＝Ki/Kj）较大的特点，提高脱醛塔第一冷凝器的温度，在第二冷凝器多取走冷凝液，作为工业酒精。
这样一部份甲醇进入了工业酒精，另一部份甲醇随未凝汽体排入大气。
该技术成品得率大于98％，工业酒精2％，总损失为0.5％，生产1吨酒精消耗蒸汽为2.7吨。
4.3.2工艺流程
在离心泵的输送下，30℃的成熟醪以49.84m3/h的速率，由进料泵将来自成熟醪中间罐的成熟醪送至粗馏塔第一冷凝器（05H0111）进行预热，预热至63℃左右后，再进入粗馏塔第二预热器（05H0511），加热至70--74℃。
然后进入粗馏塔第20块塔板（塔板自下向上数）。
粗馏塔第一预热器的加热蒸汽是旋风分离器的上部蒸汽，换热后的未冷蒸汽进入（05H0121）继续换热，冷凝液与粗馏塔第一预热器的冷凝液一起进入粗酒精中间罐（05V0551）。
粗馏塔第二预热器的加热蒸汽是来自脱醛塔顶部的热气体，换热后未冷蒸汽去（05H0521）继续换热，冷凝液与粗馏塔第二预热器的冷凝液汇总由泵输送至脱乙醛塔上部；粗馏塔塔采出的物料进入粗酒精中间罐，底部酒糟由泵打出进入其他工段。
粗馏塔中部安有一旋风分离器。
顶部预浓缩塔蒸汽经（05H0321）换热，冷凝液回流，未冷凝蒸汽进入（05H0331）继续进行换热，换热后冷凝液部分进入工业酒精中间罐，另一部分经由泵回流到预浓缩塔顶部，未冷蒸汽由水环式真空泵输送到（05V0391）。
粗馏塔塔底的温度控制在83℃，塔顶69℃，塔顶的压力为0.061MPa。
粗酒精中间罐中的物料经泵输送到（05H0551）螺旋板换热器。
换热后进入脱甲醇塔（05C0101），底部物料由泵经（05H0541）进入精馏塔。
塔底温度为91℃，压力为0.142MPa顶部蒸汽为05H0511加热。
冷凝液由泵回流至脱醛塔未冷蒸汽经进一步换热，冷凝液也由泵回流至脱醛塔，未冷蒸汽经进一步换热。
冷凝液进入工业酒精中间罐（05V0491）醛塔底部安装再沸器（05H0101），换热气体是来自脱甲醇塔
4.4原料、产品规格及公用工程条件
4.4.1原料
来自发酵工段的成熟醪液
4.4.2产品规格
采用实用酒精国家标准（GB10343－2002）
（1）感官要求
表4-1
项目
特级
优级
普通级
外观
无色，透明
气味
具有乙醇固有的香气，无异味
无异味
口味
纯净，微甜
纯正，微甜
较纯正
（2）理化指标
表4-2
项目
单位
特级
优级
普通级
乙醇（20℃，%V/V）≥
96.0
95.5
95.0
氧化时间（15%）≥
Min
40
30
20
色度≤
号
10
硫酸试验≤
Mg/L
10
10
6
甲醇≤
2
50
150
醛（以乙醛计）≤
1
3
30
正丙醇≤
2
35
100
异戊醇+异丁醇≤
1
2
30
酸（以乙酸计）≤
Mg/L
7
10
20
酯（以CH3COOC2H5）≤
10
18
25
不挥发物≤
10
20
25
重金属（以PB计）≤
1
氧化物（以HCN计）≤
5（以木薯为原料）
4.4.3、公用工程条件
表4-3
名称
规格
说明
蒸馏冷却水
无腐蚀、无泥沙、低硬度
0.35Mpa（表）≤28℃
动力电
380V±5%
三相带零线
低压电
220±0.5%50Hz
加热用水蒸气
0.6Mpa（绝压）
蒸馏
4.5开车准备
“水试”即指用水对设备进行实验，是检验蒸馏机组体系（包括主机、辅机、管系等）是否渗漏的常用手段，方法简便有效。
具有下列情况之一者，应考虑进行水试：
（1）如果醪液蒸馏机组系属全新是整套装备，则在安装完毕后，投产之前一定要进行水试，这是新设备投产前的第一道检查。
（2）若原蒸馏机组中，有部分设备更新者如确认原设备部分是完好的，可仅对新设备加以水试。
（3）原机组经全面大检修或局部检修后，应进行全面或局部水试。
（4）原机组长期闲置不用，或经热季较长时间停产者，水试也是必要的。
“汽试”即指用蒸汽对机组设备等进行实验，是检验蒸馏机组体系是否渗漏的第二道关。
往往有这样一种情况——水试时不漏，而汽试时有可能漏。
同时对于水试检查尚有困难之处，也可通过汽试予以解决。
与水试相比，汽试要更全面一些，故汽试是水试的继续。
汽试还有其更进一步的作用，汽试可以说是准生产条件下对机组性能的“热模实验”，在此过程中，通过观察塔内汽液接触装置的大致运行状况，就可基本上了解该装置在正式生产条件下的性能表现，做到心中有数。
“料试”：
一般在新机组正式投产前，当按上述程序进行水试、汽试后，为了慎重起见，往往还需要用小批量的料（3—5个发酵罐的发酵液）进行料试。
一则进一步检查渗漏之处，因为酒精蒸汽的渗透能力要比水、汽强很多，所以很有可能在水试和汽试时发现不了的漏处，在料试阶段会发现；二则进一步检查机组的综合性能，看它是否胜任正常的长期运行，能否达到预定的工艺和生产要求。
无论何种机组，在正式开机前，均应做好相应的准备工作。
大体上有如下方面：
（1）首先与供汽、供电、供水、供料等有关部门进行联系，取得协作支持，使这些单位的工作的工作处于“临战“状态”，保证正常供应，并作好糟液污水的排放处置。
（2）再次检查设备、仪表等是否符合投产要求。
临开机前，可先令控制仪表处于运行状态，迎接开机。
（3）了解被处理的物料的特殊性，相应地采取必要的措施。
（4）预先将料压至高位槽或低位中间暂储池，使其充满待用。
4.6正常开车程序
“开车”操作系是指经上述水试、汽试、料试后，在确认一切基本正常，可投入生产条件下的一系列启动机组的操作程序。
4.7正常操作及生产工艺控制表
1、正常操作
在机组正式开车阶段而转入正常运行后，操作人员就应作好机组正常运行的管理工作。
其内容大体如下：
（1）在整个管理工作过程中，应贯彻酒精生产的十六字决——“严字当头，道道把关，稳准细净，优质高产”——现简述如下：
“严字当头”—系指操作者应严肃、认真、负责、一丝不苟的工作作风，应有严格的组织纪律性和严谨的科学态度，处处从严要求，事事严字当头。
“道道把关”—即指蒸馏全过程的各个操作环节都要管理好，环环相扣，相辅相成，使其成为一个有机整体。
特别在多塔系蒸馏过程中，各个主机、辅机、阀门、仪表以及各个控制点等等，都是一道道关卡。
如果某一关把握不好，甚至失控，将会使整个机组的运行失控，就会使产量、质量受到损失。
“稳准细净”—这是工艺操作的要领
A、“温”—压力稳，温度稳，汽水稳，进出料稳，回流比稳，质量稳。
总的来说，就是工况要稳定。
与此同时，操作者的思想情绪和操作要相对稳定，集中精力操纵机组。
B、“准”—各控制点工况参数准，分析检验准，填写原始记录准，计量准。
C、“细”—物料要均衡，细水长流，管理工作要过细，勤检查醪液池、水箱、酒精储池、各塔底的液位。
各控制阀要“细调”，切勿“大开大关”，以免整个机组工况恶化，并要经常与各种方面取得联系。
D、“净”—要作好精馏过程中的“去粗取精”的提净纯化工作，实施多级排杂，尽可能多地将杂质分离出去，时究竟最大限度地得到“净化”和“纯化”
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