畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-年產(chǎn)5萬(wàn)噸酒精工廠設(shè)計(jì)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2011屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)50，000 噸酒精工廠設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)5萬(wàn)噸酒精工廠的設(shè)計(jì)，采用糖蜜原料發(fā)酵。工藝上的設(shè)計(jì)為：?jiǎn)螡舛忍敲劬烤惯B續(xù)發(fā)酵(工藝簡(jiǎn)單容易操作）、差壓式蒸餾工藝（保證產(chǎn)品質(zhì)量及提高熱能利用率）、生石灰吸水法，通過(guò)物料衡算、設(shè)備選型計(jì)算、水電汽耗的計(jì)算等合理優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝過(guò)程。關(guān)鍵詞 ：酒精 糖蜜 酒精發(fā)酵 With an Annual Output of 50,000 Tons Fuel Ethyl Alcohol Factory DesignABSTRACT（空兩格，小四號(hào)Times New Roman）Key words： 目 錄摘要IABSTRACTII第一章 前言61.1產(chǎn)品介紹：61.2設(shè)計(jì)意義：61.3 設(shè)計(jì)原則6第二章 生產(chǎn)流程的確定72.1 工藝指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)72.2 工藝流程8第三章 工藝計(jì)算93.1物料衡算93.1.1 原料消耗量計(jì)算（基準(zhǔn)：1噸無(wú)水乙醇）93.1.2 發(fā)酵醪量的計(jì)算：103.1.3成品和廢醪量的計(jì)算103.1.4 年產(chǎn)量為5萬(wàn)噸燃料酒精的總物料衡算113.1.5稀釋工段的物料衡算物料衡算123.2 熱量衡算133.2.1 發(fā)酵工段133.2.2 蒸餾工段133.3 供水衡算173.3.1精餾塔分凝器冷卻用水173.3.2成品酒精冷卻和雜醇油分離器稀釋用水183.3.3總用水量183.4 其他衡算183.4.1供氣衡算183.4.2供電衡算19第四章 設(shè)備計(jì)算194.1發(fā)酵設(shè)備設(shè)計(jì)194.1.1發(fā)酵罐容積和個(gè)數(shù)的確定194.1.2糖蜜儲(chǔ)罐個(gè)數(shù)的計(jì)算204.1.3冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸214.2其它設(shè)備的計(jì)算和選型244.2.1蒸餾設(shè)備244.2.2換熱器的選型244.2.3稀釋器24第五章 環(huán)保工程255.1 廢物總類255.2 廢物利用265.2.1廢氣處理27第六章 車間布置設(shè)計(jì)286.1車間布置設(shè)計(jì)286.1.1建筑基本原則286.1.2建筑基本要求286.1.3全廠總平面設(shè)計(jì)296.2車間內(nèi)常用設(shè)備的布置296.2.1發(fā)酵設(shè)備296.2.2蒸餾設(shè)備及其他設(shè)備29第七章 結(jié)論30參考文獻(xiàn)31附錄32謝辭3430第一章 前言1.1產(chǎn)品介紹：乙醇俗稱酒精是一種無(wú)色透明、易揮發(fā)，易燃燒，不導(dǎo)電的液體。有酒的氣味和刺激的辛辣滋味，微甘。相對(duì)分子質(zhì)量46.07，分子式為C2H5OH，結(jié)構(gòu)式 H H | | 為HCCOH 分析純級(jí)的無(wú)水乙醇是無(wú)色透明，易揮發(fā)，具有特殊芳香 | | H H 和強(qiáng)烈刺激味的易燃液體。相對(duì)密度0.7893，沸點(diǎn)78.3，凝固點(diǎn)-117.3，閃點(diǎn)14，自燃點(diǎn)390430，乙醇蒸汽和空氣可形成爆炸性混合物，爆炸極限為3.3%19%（V）。1.2設(shè)計(jì)意義：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，究竟這種重要的工業(yè)原料被廣泛用于化工、塑料、橡膠、農(nóng)藥、化妝品及軍工等工業(yè)部門(mén)。且石油資源趨于缺乏、全球環(huán)境污染的日益加劇，各國(guó)紛紛開(kāi)始開(kāi)發(fā)新型能源。燃料乙醇是目前為止最理想的石油替代能源，它的生產(chǎn)方法以發(fā)酵為主。菌種的優(yōu)劣對(duì)發(fā)酵效果的影響非常大，能夠篩選出具有優(yōu)良性狀的菌株及對(duì)菌株進(jìn)行改良，對(duì)于降低生產(chǎn)成本，乃至實(shí)現(xiàn)酒精的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，解決能源危機(jī)都有著重大意義。在我國(guó)石油年消費(fèi)以13%的速度增長(zhǎng)，2004年進(jìn)口原油量超過(guò)1億噸，是世界第二大的石油進(jìn)口國(guó)。我國(guó)燃料乙醇起步雖然較晚，但發(fā)展迅速，以成為繼巴西美國(guó)之后世界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)。2001年4月，原國(guó)家計(jì)委發(fā)布了中國(guó)實(shí)施車用汽油添加燃料乙醇的相關(guān)辦法，同時(shí)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布了“變性燃料乙醇”和“車用燃料乙醇汽油”2個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。作為試點(diǎn)，國(guó)家耗資50余億元建立4個(gè)以消化“陳化糧”為主要目標(biāo)的燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)。2006年，我國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)能力達(dá)到102萬(wàn)t，已實(shí)現(xiàn)年混配1020萬(wàn)t燃料乙醇汽油的能力。2002年車用汽油消耗量占汽油產(chǎn)量的87.9%，如果按10%比例添加生產(chǎn)燃料酒精換算，需要燃料酒精381萬(wàn)噸，而全年酒精總產(chǎn)量?jī)H為20.7萬(wàn)噸，如果在不久將來(lái)，能用燃料酒精替代500萬(wàn)噸等量的汽油，就可以為我國(guó)節(jié)省外匯15億美元。在目前中國(guó)人均石油開(kāi)采儲(chǔ)量?jī)H為2.6噸的低水平條件下，開(kāi)發(fā)新能源成為社會(huì)發(fā)展，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的動(dòng)力，燃料酒精作為國(guó)家戰(zhàn)略部署的新型能源之一，在我國(guó)具有廣闊的市場(chǎng)前景。1.3 設(shè)計(jì)原則1、設(shè)計(jì)工作圍繞工廠現(xiàn)代會(huì)建設(shè)，做到投資小，收效快，能在原基礎(chǔ)上升級(jí)擴(kuò)大，使設(shè)計(jì)工作符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。2、設(shè)計(jì)盡量結(jié)合實(shí)際，因地制宜，使用目前比較成熟的技術(shù)，確保設(shè)計(jì)可得到最大收益。3、工廠設(shè)計(jì)需做到人性化為員工工作得合理的安排，使其達(dá)到最佳的工作效率。4、設(shè)計(jì)中還需注意環(huán)保問(wèn)題，減少對(duì)廠區(qū)及其周邊環(huán)境的污染5、對(duì)自己，本次設(shè)計(jì)是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合的運(yùn)用和分析。第二章 生產(chǎn)流程的確定2.1 工藝指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1、生產(chǎn)規(guī)模:50000 t/a2、生產(chǎn)方法:單濃度連續(xù)發(fā)酵、差壓式二塔蒸餾、吸附脫水技術(shù)3、生產(chǎn)天數(shù):每年250天4、酒精日產(chǎn)量:200 t5、酒精年產(chǎn)量: 49998 t6、副產(chǎn)品年產(chǎn)量:次級(jí)酒精占酒精總量的2%7、雜醇油量:為成品酒精量的0.3%8、產(chǎn)品質(zhì)量：燃料酒精乙醇含量為99.5%(v/v)9、糖蜜原料：含可發(fā)酵性糖5010、發(fā)酵率：9011、蒸餾率：9812、發(fā)酵周期：48小時(shí)13、發(fā)酵溫度：283414、硫酸銨用量：1Kg/t糖蜜15、硫酸用量：5Kg/t糖蜜16、酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)（見(jiàn)表1-1）表1-1 無(wú)水酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB67890檢驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)量單位或符號(hào)產(chǎn)品等級(jí)優(yōu)級(jí)分析化學(xué)乙醇%(V/V)99.899.799.5密度(20)g/ml0.789-0.7910.789-0.7910.789-0.791和水混合試驗(yàn)合格蒸發(fā)殘?jiān)?0.00050.0010.001水份%(v/v)0.20.30.5酸度mmol/100g0.020.040.1堿度(以O(shè)H計(jì))mmol/100g0.0050.010.03甲醇%0.020.050.2異丙醇%0.0030.010.05羰基化合物(以CO計(jì))%0.0030.0030.005還原高錳酸鉀物質(zhì)(以O(shè)計(jì))%0.000250.000250.0006外觀清澈透明易碳化物質(zhì)合格2.2 工藝流程1、原料的預(yù)處理包括添加絮凝劑、靜止澄清、加酸等過(guò)程；2、糖蜜稀釋采用連續(xù)稀釋；3、酵母菌發(fā)酵4、分離純化本5、生產(chǎn)工藝流程圖（見(jiàn)圖2-1）第三章 工藝計(jì)算3.1物料衡算3.1.1 原料消耗量計(jì)算（基準(zhǔn)：1噸無(wú)水乙醇）1、糖蜜原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為：C12H22O11H2O2C6H12O64C2H5OH4CO2 342 360 184 176X 10002、生產(chǎn)1000Kg無(wú)水酒精的理論蔗糖消耗量：1000（342184）1858.7（） 3、生產(chǎn)1000Kg燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）以上，相當(dāng)于99.18%（m）)的理論蔗糖消耗量：1858.799.181843.5（）4、生產(chǎn)1000Kg燃料酒精實(shí)際蔗糖消耗量（生產(chǎn)過(guò)程中蒸餾率為98，發(fā)酵率為90）：1843.598902090（）5、生產(chǎn)1000Kg燃料酒精糖蜜原料消耗量（糖蜜原料含可發(fā)酵性糖50%）：209050=4180（Kg）6、生產(chǎn)1000Kg無(wú)水酒精量（扣除蒸餾損失生產(chǎn)1000kg無(wú)水酒精耗糖蜜量為）：1858.79050=4130.4（kg）3.1.2 發(fā)酵醪量的計(jì)算： 酒母培養(yǎng)和發(fā)酵過(guò)程放出二氧化碳量為：?jiǎn)螡舛染凭B續(xù)發(fā)酵工藝，把含固形物88的糖蜜稀釋成濃度為25的稀糖液經(jīng)連續(xù)稀釋器可得稀糖液量為：418085/25=14212（kg）即發(fā)酵醪量為：14212kg酒母繁殖和發(fā)酵過(guò)程中放出968Kg的二氧化碳，且酒精捕集器稀酒精為發(fā)酵醪量的6，則蒸餾發(fā)酵醪的量為：（14212-968）（1.00+6）=14039（kg）蒸餾發(fā)酵成熟醪的酒精濃度為：3.1.3成品和廢醪量的計(jì)算糖蜜原料雜醇油產(chǎn)量約為成品酒精的0.250.35，以0.3計(jì)，則雜醇油量為10000.3 =3（kg）醪液進(jìn)醪溫度為t1=55，塔底排醪溫度為t4=85，成熟醪酒精濃度為B1=7.14，塔頂上升蒸汽的酒精濃度50（v）即42.43（w），生產(chǎn)1000Kg酒精則醪塔上升蒸汽量為：V1=140397.1442.43=2363（kg）殘留液量為： WX=14039-2363=11676（kg）成熟醪量比熱容為：C1=4.18（1.019-0.95B1） =4.18（1.019-0.957.14） =3.98KJ/（KgK）成熟醪帶入塔的熱量為： Q1=F1C1t1=140393.9855=3.08106（KJ）蒸餾殘液內(nèi)固形物濃度為： 蒸餾殘留液的比熱：塔底殘留液帶出熱量為： 查附錄得42.43酒精蒸汽焓為2045KJ/Kg。故上升蒸汽帶出的量為： 塔底真空度為-0.05MPa（表壓），蒸汽加熱焓為2644KJ/Kg，又蒸餾過(guò)程熱損失Qn可取傳遞總熱量的1，根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為：若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為：11676+2542=14218（kg）3.1.4 年產(chǎn)量為5萬(wàn)噸燃料酒精的總物料衡算工廠年開(kāi)工為250 天。日產(chǎn)產(chǎn)品酒精量：50000250200（t）每小時(shí)酒精量：200100024=8333（Kg）=8.333(t)實(shí)際年產(chǎn)量（次級(jí)酒精忽略不計(jì)）：8.33324250=49998（t/a）主要原料糖蜜用量：日耗量：4180200=836000（kg）=836(t)年耗量：836250=2.09105（t）每小時(shí)產(chǎn)次級(jí)酒精：8333（298）=170.06（kg）實(shí)際年產(chǎn)次級(jí)酒精：170.0624250=1020360(Kg)=1020.36（t/a）表3-1 200000t/a糖蜜原料酒精廠物料衡算表物料衡算生產(chǎn)1000Kg99.5%酒精物料量每小時(shí)（Kg）每天（t）每年（t）燃料酒精1000833320049998糖蜜原料4180348333344209000次級(jí)酒精2016741000發(fā)酵醪142121184322842.4710600蒸餾發(fā)酵醪140391169912807.8701943雜醇油3250.6150二氧化碳9688067193.6484000醪塔廢醪22843.67108933.1.5稀釋工段的物料衡算物料衡算糖蜜稀釋用水量（以每生產(chǎn)1000kg酒精計(jì)算）稀釋成25稀糖液用水量為：W1= 14212-4180=10032 (kg)則生產(chǎn)5萬(wàn)噸酒精每小時(shí)需要稀釋用水量：1003283331000=83597 (kg/h)生產(chǎn)5萬(wàn)噸酒精一年需要的稀釋用水量：1003250000=5.02108（t/a）營(yíng)養(yǎng)鹽添加量選用氮量21的硫酸銨作為氮源，每噸糖蜜添加1Kg，則每生產(chǎn)1000kg酒精： 硫酸銨年耗量為：41801=4180（kg/a）=41.8（t/a） 日耗量：4180250=16.72（kg/d）每小時(shí)耗量：16.7224=0.7（kg/h）則生產(chǎn)20萬(wàn)噸酒精一年需要硫酸銨用量：4.1850000=2.09105（t/a）3、硫酸用量稀釋酒母稀糖液用酸5Kg/t糖蜜：年用量：41805=20900（kg/a）=20.9（t/a） 日用量：20900250=83.6（kg）每小時(shí)用量：83.624=3.5（kg/h）則生產(chǎn)20萬(wàn)噸酒精硫酸用量：20.950000=1.05108表3-2 稀釋工段各物料用量（5萬(wàn)噸產(chǎn)量計(jì)算）物料用量(t/a)糖蜜稀釋用水量5.02108營(yíng)養(yǎng)鹽添加量2.09105硫酸用量1.051083.2 熱量衡算3.2.1 發(fā)酵工段現(xiàn)生產(chǎn)50000t/a，要每小時(shí)投入糖蜜量34833kg/h，則無(wú)水酒精量為：4383310004130.4=8433.4（kg/h）以葡萄糖為碳源，酒母發(fā)酵每生成1kg酒精放出的熱量約為1170KJ左右，則發(fā)酵和培養(yǎng)酒母每小時(shí)放出的熱量為： Q=117033733.6=9.87106（KJ/h）發(fā)酵酒母冷卻水初=20，終溫=27，平均耗水量為：酒母酒精捕集用水為：（待蒸餾發(fā)酵醪液量為F=116991kg/h）5F1.06=51169911.06=5518.4（kg/h）發(fā)酵洗罐用水為：（每15天洗一次）1F1.06=1233983.31.06=4414.7（kg/15天）則在發(fā)酵工段總用水量W發(fā)酵工段=5518.4+4414.7+337321=347254.1（kg/h）3.2.2 蒸餾工段按采用差壓蒸餾兩塔流程計(jì)算，進(jìn)醪塔濃度為7.14，出醪塔酒精蒸汽濃度為50.1、醪塔圖2-1 醪塔的物料和熱量平衡圖醪液預(yù)熱至55，進(jìn)入醪塔蒸餾，酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.14，沸點(diǎn)92.4，取上升蒸汽濃度為50（v），即42.43（w）。塔頂溫度75，塔底溫度85。則塔頂上升蒸汽熱焓量i1=2045kJ/kg。加熱蒸汽取0.05MPa絕對(duì)壓力，則其熱焓量I1=2644KJ/kg?？偽锪虾馑悖?即 2-1酒精衡算式： 2-2式中：xF1成熟發(fā)酵醪內(nèi)酒精含量（W），xF1=7.14。 y1塔頂上升蒸汽中酒精濃度（W），y1=42.43 。 XW1塔底排出廢糟內(nèi)的酒精濃度（W），塔底允許逃酒在0.04以下，取xW1=0.04。熱量衡算式： 2-3設(shè)CF1=3.98KJ/（kgh），CW=4.04KJ/（kgk），Ce=4.18KJ/（kgk），并取熱損失Qn1=1D1I1，tF1=55，tW1=85，F(xiàn)1=116991（kg/h） 聯(lián)解2-1、2-2、2-3求得V1=19575（kg/h），Wx=97416（kg/h），D1=21296（kg/h）一般醪塔采用直接蒸汽加熱，塔底醪排出量為：G1=WX+D1=97416+21296=118712（kg/h）表3-3 年產(chǎn)5萬(wàn)噸酒精廠蒸餾工段醪塔物料熱量匯總表進(jìn)入系統(tǒng)離開(kāi)系統(tǒng)項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kJ/h）項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kj/h）成熟醪F1116991F1CF1tF12.55107蒸餾殘液WX 97416WXCWtW13.35107加熱蒸汽D121296D1I15.53107上升蒸汽V119575V1i14107加熱蒸汽D121296D1tW1Ce7.57106熱損失Qn15.53105累計(jì)1382878.08107累計(jì)1382788.161072、精餾塔塔頂溫度105，塔底130，進(jìn)汽溫度130，出塔濃度為96（v），即93.84（w）。出塔酒精量為：P=833399.18/93.84=8808(kg/h)每小時(shí)醛酒量因?yàn)槿┚普汲鏊凭?，則每小時(shí)的醛酒量為：A=28808=176(kg/h)（3）P= PA =8808176=8632(kg/h)圖2-2 精餾塔的物料和熱量衡算圖在精餾塔中，塔頂酒精蒸汽經(jīng)粗餾塔底再沸器冷凝后，除回流外，還將少量酒精送到洗滌塔再次提凈。據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，此少量酒精約為精餾塔餾出塔酒精的2%左右，則其量為：Pe=P，2%=86322%=173（kg/h）酒精被加熱蒸汽汽化逐板增濃,在塔板液相濃度55(v)出汽相抽取部分冷凝去雜醇油分離器,這部分冷凝液稱雜醇油酒精,數(shù)量為塔頂餾出塔酒精的2左右,其中包括雜醇油m0=0.3(P+A)=0.3%8808=26(kg/h),故H=(P+Pe)2=（8632+173）2=88052=176(kg/h)在雜醇油分離器內(nèi)約加入4倍水稀釋,分油后的稀酒精用塔底的蒸餾廢水經(jīng)預(yù)熱到tH=80,仍回入精餾塔,這部分稀酒精量為: H= (1+4)Hm0 = 5Hm0=5176-26=854(kg/h)（6）物料平衡:F2 + D2 + H= P+ Pe + H + D3 + Wx則: Wx = F2 + H-P-Pe -H =19575+8548632173176 =11448 (kg/h)（7）熱量平衡: =式中 R精餾塔回流比一般為34，取3 I2精餾塔加熱蒸汽熱含量，0.6Mpa絕對(duì)壓力，I2=2652(kJ/h) tH為回流稀酒精進(jìn)塔溫度tH=80 CH為雜醇油分離器稀酒精比熱，稀酒精濃度為： ，查得起比熱為CH =4.43KJ/（kgk），75.2為雜醇油酒精的重量百分濃度，和液相濃度55（v）相平衡。 tP出塔酒精的飽和溫度(78.3) CP出塔酒精的比熱，應(yīng)為2.80kJ/（kg.K） i2塔頂上升蒸汽熱含量,i2=1163.2 (kJ/kg) iH雜醇油酒精蒸汽熱含量,應(yīng)為iH=1496(kJ/kg) tw2精餾塔塔底溫度，取130Cw取4.04KJ/（kgk） Qn2精餾塔熱損失,Qn3=2%D2I2 CF2進(jìn)塔酒精的比熱，取CF3=4.16(kJ/kg) tF2進(jìn)料溫度，取90 Wx上面算得11448kg/h計(jì)算可得：D2=17241(kg/h)塔底排出的廢水： G=D2+W，x= 17241+11448=28689（kg/h）計(jì)算蒸餾工段的蒸餾效率： 表2-4 年產(chǎn)20萬(wàn)噸酒精工廠蒸餾工段精餾塔物料熱量衡算匯總表進(jìn)入系統(tǒng)離開(kāi)系統(tǒng)項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kJ/h）項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kj/h）脫醛液F219575F2CF2tF27.3310696酒精P8632PCPtP1.89106加熱蒸汽D217241D2I24.58107次級(jí)酒精Pe173稀酒精854CHtH3.01 105雜醇油酒精蒸汽H176HiH2.63105回流液R(Pe+ P)Cptp5.80106蒸餾廢水Wx+D228689(Wx+D2) tW 2Cw1.51107上升蒸汽(R+1)(Pe+ P) i24.10107熱損失Qn29.25105累計(jì)376705.92107累計(jì)376705.921073.3 供水衡算利用酒母發(fā)酵的冷卻廢水進(jìn)行冷卻，這樣可以節(jié)省冷凝水用量。3.3.1精餾塔分凝器冷卻用水精餾塔分凝器熱量衡算有：（R2+1）（P+Pe）i2= W精餾CW（-tH3）W精餾分凝精餾塔回流比R為3塔頂上升蒸汽熱焓i2 =1163.2KJ/kg冷卻水進(jìn)出口溫度tH3、，取tH3=20，=85Cw取4.04kj/kg則精餾塔冷凝器冷卻用水為：W精餾分凝=1.56105 kg/h3.3.2成品酒精冷卻和雜醇油分離器稀釋用水成品酒精冷卻使用20的河水，根據(jù)熱量衡算，耗水量為：C P為成品酒精比熱容為2.90KJ/（kgK）、為成品酒精冷卻前后的溫度，分別為78.3、30、為冷卻水進(jìn)出口溫度，分別為20、40Cw=4.04 KJ/（kgK）則成品酒精冷卻水用量為：W成品=6.05104kg/h在雜醇油分離器內(nèi)加入4倍的水稀釋，則稀釋用水量為：W雜醇油分離=4 H=4176=704kg/h3.3.3總用水量蒸餾車間總用水量為：W蒸餾工段=W精餾分凝+W成品+W雜醇油分離=1.56105+6.05104+704=2.18105（kg/h）表3-1各工段用水量及總用水量工段稀釋工段發(fā)酵工段蒸餾工段用水量（kg/h）83597347254.12.18105總計(jì)（kg/h）6.491053.4 其他衡算3.4.1供氣衡算由前面計(jì)算所得數(shù)據(jù)可知蒸餾工段蒸汽消耗：DD1+D221296+1724138537（kg/h）年耗蒸汽量為： 3853724250=231222000(kg)=231222(t)酒精廠平均蒸汽用量：酒精廠每小時(shí)平均蒸汽消耗量主要供給蒸餾工段，因此其消耗量由蒸餾量和損失組成，蒸汽總損失取蒸餾工段蒸汽消耗量的4%，則鍋爐需要蒸發(fā)量為：38537(100+4%)=40079kg/h=40.079t/h使用熱值為4000大卡的煤，假設(shè)鍋爐效率為80%，則每噸煤能供生產(chǎn)使用50t新鮮蒸汽，則連續(xù)蒸餾煤消耗量為：400795000080=1002（kg/h）本設(shè)計(jì)選用的鍋爐為工業(yè)中壓 （1.475.88Mp）中型（2075t）的煤粉鍋爐型號(hào)為YG80/3.82M7 蒸發(fā)量為80t/h，額定溫度為4503.4.2供電衡算根據(jù)我國(guó)糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)9，設(shè)生產(chǎn)每噸酒精耗電40度，可估算酒精廠的用電：4050000=2105（度/年）=8000（度/日）考慮到此值為估算值，所以乘以一個(gè)富裕系數(shù)為120：8000120=9600（度/日）=2.4106（度/年）第四章 設(shè)備計(jì)算4.1發(fā)酵設(shè)備設(shè)計(jì)采用連續(xù)發(fā)酵方式，根據(jù)物料衡算結(jié)果可知，每小時(shí)進(jìn)入發(fā)酵罐的醪液體積流量為：118433kg/h，密度為1200 kg/m314。進(jìn)入種子罐和1號(hào)發(fā)酵罐的醪液體積流0量為W：118433/1200=99m3/h4.1.1發(fā)酵罐容積和個(gè)數(shù)的確定（1）種子罐個(gè)數(shù)的確定：為保證種子罐有足夠種子，種子罐內(nèi)醪液停留時(shí)間應(yīng)在12h左右，則種子罐有效容積為：V=9912=1188（m3）取種子罐裝料經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為80，則種子罐全容積為：V全=V/u=1188/80%=1485m3 取1500m3每個(gè)罐的容積為500m3，則種子罐個(gè)數(shù)為：1500/500=3（個(gè)）(2)發(fā)酵罐體積。根據(jù)發(fā)酵罐現(xiàn)在的設(shè)備情況，從100 m3到500 m3，現(xiàn)在酒精廠一般采用300 m3，按照有關(guān)情況和指導(dǎo)老師建議，我采用300 m3，取H=2D，h1=h2=0.1DD為發(fā)酵罐內(nèi)徑，（m）H為發(fā)酵罐高，（m）h1、h2分別為發(fā)酵罐底封頭高和上封頭高，（m）發(fā)酵罐上均為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，下部為錐形封頭，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，假設(shè)其上下封頭近似相同，則D=5.33m，H=10.66m，h1=h2=0.533m發(fā)酵罐的表面積圓柱形部分面積：F1=DH=3.145.3310.66=178m2由于橢圓形封頭表面積沒(méi)有精確的公式，所以可取近似等于錐形封頭的表面積：F2=F3=發(fā)酵罐的總表面積：F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2（3）計(jì)算發(fā)酵罐數(shù)量：上面已經(jīng)寫(xiě)到，我設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐規(guī)格為300 m3的規(guī)格，設(shè)總發(fā)酵時(shí)間為48小時(shí),設(shè)發(fā)酵罐數(shù)為N個(gè)，則發(fā)酵罐的有效容積3 V有效=WT/N-公式(1) V全容積=V有效-公式（2）式中W每小時(shí)進(jìn)料量；T發(fā)酵時(shí)間；N發(fā)酵罐數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一樣取發(fā)酵罐填充系數(shù)為=80%，則可以得到：30080%=99(48-12)/N, 計(jì)算得到：N=14.85個(gè))，則我們需要發(fā)酵罐N=15個(gè)4.1.2糖蜜儲(chǔ)罐個(gè)數(shù)的計(jì)算 糖蜜儲(chǔ)罐采用1000m3規(guī)格：15天的糖蜜量為：V=83615=12540 (t) 查得85Bx的糖蜜密度為1450 kg/ m3 則 V125401000/14508648（m3）設(shè)其裝料系數(shù)為80，則貯罐的全容積為：V糖蜜 8648/0.810810（m3）10810/1000=10.81（個(gè)） ，取11個(gè)4.1.3冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸（一）、總的發(fā)酵熱：Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=GSq式中 G每罐發(fā)酵醪量（kg） S糖度降低百分值（） q每公斤糖發(fā)酵放熱（J），查得418.6J Q1主發(fā)酵期每小時(shí)糖度降低1度所放出的熱量 Q2代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量，一般在5%6%之間，我們估算時(shí)采用5% Q3不論發(fā)酵罐處于室內(nèi)還是室外，均要向周圍空間散發(fā)熱量Q3，具體計(jì)算看后面。Q1=（116991/15）12418.61=3.92105（KJ/h）Q2=5Q1=53.923105=1.96104（KJ/h）發(fā)酵罐表面積的熱散失計(jì)算：先求輻射對(duì)流聯(lián)合給熱系數(shù)，假定發(fā)酵罐外壁不包扎保溫層，壁溫最高可達(dá)35，生產(chǎn)廠所在地區(qū)夏季平均溫度為27,則： 可得：=6.30104（kJ/h）需冷卻管帶走的單個(gè)發(fā)酵罐冷卻熱負(fù)荷為：Q=Q1-Q2-Q3=3.92105-1.94104-6.30104=3.096105(kJ/h)總發(fā)酵熱為：Q發(fā)酵=3.09610515=4.65106(kJ/h)（二）、冷卻水耗量的計(jì)算（三）、傳熱總系數(shù)K值的確定選取蛇管為水煤氣輸送鋼管，其規(guī)格為1144，則管的橫截面積為：0.785（0.114-0.0042）=0.08321（m2）設(shè)罐內(nèi)同心裝蛇管，并同時(shí)進(jìn)入冷卻水，則水在管內(nèi)流速為：設(shè)蛇管圈的直徑為0.66m，并由水溫差得A=6.45R為蛇管圈半徑，R=0.33m值按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取2700KJ/（m2h）故傳熱總系數(shù)為： 式中 1/16750為管壁水污垢層熱阻（m2h）/kJ。 188鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)kJ/（m2h） 0.004管子壁厚（m）（四）、冷卻面積和主要尺寸 蛇管總長(zhǎng)度為： 確定一圈蛇管長(zhǎng)度： 式中R蛇管圈的半徑，為0.33mh蛇管每相鄰圈的中心距，取0.20m蛇管的總?cè)?shù)為： NP=L/L1=1332/20.7=65(圈) 蛇管總高度： （五）、發(fā)酵罐壁厚1、發(fā)酵罐壁厚S 式中 P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取0.5MPa D發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=533cm A3鋼的許用應(yīng)力，=127MPa 焊縫系數(shù)，其范圍在0.151之間，取0.7 C壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3 式中C1鋼板負(fù)偏差，視鋼板厚度查表確定，范圍為0.131.3，取C1=0.8mm C2為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm，雙面腐蝕取2mm，現(xiàn)取C2=2mm C3加工減薄量，對(duì)冷加工C3=0，熱加工封頭C3=S010，現(xiàn)取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） 查詢可知選用30mm厚A3鋼板制作。2、封頭壁厚計(jì)算 式中 P=0.5MPa ， D=533cm ， =127MPa ， =0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）選用30mm厚A3鋼板制作（六）、進(jìn)出口管徑10、121、稀糖液進(jìn)口管徑：稀糖液體積流量為99m3/h，其流速為0.42m3/s，則進(jìn)料管截面積為： =，管徑 取無(wú)縫鋼管58010，580mm288mm，可適用。2、稀糖液出口管徑因?yàn)槌隹谖锪狭恳冗M(jìn)口物料量大些，按說(shuō)出口管徑應(yīng)該比稀糖液進(jìn)口管徑大些，所以取60010無(wú)縫鋼管就可以滿足了。則取無(wú)縫鋼管600103、排氣口管徑取63012無(wú)縫鋼管。4.2其它設(shè)備的計(jì)算和選型4.2.1蒸餾設(shè)備6、8、17蒸餾設(shè)備采用差壓蒸餾兩塔系機(jī)組，可以充分利用過(guò)剩的溫差，也就是減少了有效熱能的損失。參照 “上海酒精總廠差壓蒸餾兩塔系機(jī)組方案”，設(shè)計(jì)蒸餾機(jī)組如下：（1）醪塔：仿法國(guó)方形浮閥塔板，塔徑3000mm，22板，板間距500mm，塔高14800mm，裙座直徑3000mm，高5000mm；（2）精餾塔：仿法國(guó)方形浮閥塔板，塔徑2600mm，65板，板間距350mm，塔高26500mm，裙座直徑2600mm，高5000mm。4.2.2換熱器的選型換熱器標(biāo)準(zhǔn)換熱管尺寸252mm的不銹鋼,為正三角形排列,管間距t=32.同時(shí),管殼式換熱器的制造簡(jiǎn)單方便,相對(duì)投資費(fèi)用較低。為了便于管理和操作，整個(gè)發(fā)酵車間只需一只總酒精捕集器，這樣從整個(gè)工段而言塔負(fù)荷也比較穩(wěn)定，由于CO2中含酒精量變化不大，故沒(méi)有必要進(jìn)行板數(shù)的設(shè)計(jì)。4.2.3稀釋器選用立式錯(cuò)板糖蜜連續(xù)稀釋器。生產(chǎn)1t酒精需4180kg85糖蜜,密度為1450kg/ m3,1天需4180400=1672000kg，生產(chǎn)5萬(wàn)噸酒精一天內(nèi)釋至25糖蜜用量得：1421250000/250=2842400kg,密度1200kg/ m3,V1=2842400/1200=2369m3又稀釋器的近似體積等于：式中 D為稀釋器的內(nèi)徑，（m）初選糖蜜按經(jīng)驗(yàn)選取流速為u=0.35m3/s l=0.35243600=30240（m） 則 ，取0.35m糖蜜輸送管，流速為0.10m/s 取0.60m 表4-1 年產(chǎn)20萬(wàn)噸酒精工廠設(shè)計(jì)主要設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)規(guī)格和型號(hào)來(lái)源1種子罐61000 m3訂購(gòu)2發(fā)酵罐36300 m3訂購(gòu)3醪塔12浮閥型=3m訂制4精餾塔4導(dǎo)向篩板塔訂制5換熱器48管殼式換熱器訂購(gòu)6酒精捕集器2泡罩板式訂制7稀釋器20.65m訂制8糖蜜貯罐441000 m3訂購(gòu)9鍋爐2YG80/3.82M7訂購(gòu)第五章 環(huán)保工程5.1 廢物總類酒精工廠主要廢物類別按照其形態(tài)分為三類：1、污水廢物。污水廢物按照其來(lái)源主要有 （1）發(fā)酵，蒸餾的經(jīng)過(guò)熱交換的冷凝水，其中有部分是封閉運(yùn)行的，可以循環(huán)利用，有部分被熱交換器排除，其主要污染危害為熱污染。 （2）、各種設(shè)備和工藝流程的洗滌用水。其污染物含量低。 （3）、生產(chǎn)工藝過(guò)程產(chǎn)生的廢水，其中含有大量的有機(jī)物等。 （4）、生活污水。員工生活中排放的污水。2、氣體廢物。 主要為發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的CO2，鍋爐煤燃燒產(chǎn)生的尾氣，還有各種廢物積聚發(fā)酵產(chǎn)生的少量惡性氣體。3、固體廢物。主要為生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種沉淀物和雜質(zhì)等。5.2 廢物利用 酒精發(fā)酵行業(yè)三廢處理總體措施是：首先改進(jìn)生產(chǎn)工藝，使三廢排放含量盡量的減低;然后在此基礎(chǔ)上，考慮將廢水廢渣綜合利用，如培養(yǎng)酵母，作為飼料蛋白，種植肥料等。處理回收利用流程如圖6-1：圖6-1 糖蜜酒精廢液處理工藝流程5.2.1廢氣處理（1）發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的CO2通過(guò)回流裝置回收利用，可再次制成干冰，或者被液化，以備生產(chǎn)中使用。（2）鍋爐廢氣處理主要從源頭抓起，在經(jīng)濟(jì)允許的情況下，采購(gòu)高品位的優(yōu)質(zhì)煤，或者通過(guò)將煤粉碎脫硫處理，再進(jìn)行燃燒，以減少?gòu)U氣和煤顆粒的產(chǎn)生。雖然可以加裝尾氣處理裝置，但是通過(guò)前面兩個(gè)步驟和因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性原則，不采取此項(xiàng)措施。5.2.2廢水和廢渣處理 酒精廠廢水的特點(diǎn)是：有機(jī)物、懸浮物含量高，有毒物含量少，易造成水體營(yíng)養(yǎng)化。由于各個(gè)工廠生產(chǎn)工藝不一樣，所產(chǎn)生的酒糟液也會(huì)不一樣，但是用糖蜜做原料發(fā)酵酒精所產(chǎn)生的酒糟液其成分大致如下表6-1所示24：表6-1糖蜜原料發(fā)酵酒精酒糟液組成分廢液組分糖蜜醪糖蜜濾液相對(duì)密度（15）1.0351.035PH5.0總固形物（%）7.186.91灰分（%）1.621.62懸浮物（%）0.265總糖（%）1.13總氨（ppm）850660BOD（ppm）3360033600COD（ppm）4050040500可以看出酒精廢液里面的蛋白質(zhì)含量和糖含量非常高，仍可作為第二產(chǎn)品再次使用。今年來(lái)，廣西榨糖廠研發(fā)出了一種新型的污水處理方法，大致是將污水通過(guò)各種處理后，直接排放給農(nóng)民種植使用，如作為魚(yú)塘里面魚(yú)飼料，稻田里面作為肥料，農(nóng)民按M3支付給榨糖廠一定的費(fèi)用。受其啟發(fā)，我自己綜合各種資料，找出了一條處理方法。（1） 當(dāng)處理后廢液有農(nóng)民需要時(shí)，主要目標(biāo)是將鍋爐粉塵，爐渣，濾泥等有機(jī)物變成肥料。如圖1路線運(yùn)行所示，當(dāng)廢水在二沉池中和調(diào)節(jié)PH，并且加入一定的凝絮劑后，沉淀物濾渣則為植物的肥料，其經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)檢測(cè)后的二次濾液作為液體肥料賣給農(nóng)民。（2） 當(dāng)農(nóng)民如因農(nóng)閑時(shí)，二次廢液供過(guò)于求時(shí)， 如圖2路線運(yùn)行所示，在初沉池后不是添加石灰乳，而是接種菌絲蛋白，接種真菌，在31-32下通風(fēng)培養(yǎng)5-7h，經(jīng)分離，干燥粉碎后得到菌絲蛋白飼料（含粗蛋白20%）以上，二次濾液則進(jìn)行多效蒸發(fā)，其蒸發(fā)水回收，作為工藝?yán)淠褂?，達(dá)到了循環(huán)使用目的。濃縮液作為培養(yǎng)物一部分回流，一部分和濾渣拌料加工。此套方法特點(diǎn)，利用一套設(shè)備可進(jìn)行兩種不同的運(yùn)行方式，充分考慮了各種情況，做到綜合利用。第六章 車間布置設(shè)計(jì)6.1車間布置設(shè)計(jì)6.1.1建筑基本原則結(jié)合廠地的自然條件，因地制宜，又要注意技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約用地、節(jié)省投資和留有發(fā)展余地。滿足生產(chǎn)要求，工藝流程合理工廠總體布局應(yīng)滿足生產(chǎn)要求，符合工藝過(guò)程，減少物流量。適應(yīng)工廠內(nèi)外運(yùn)輸要求，線路短捷順直工廠總平面布置要和工廠內(nèi)部運(yùn)輸方式相適應(yīng)。充分注意防火、防爆、防振和防噪聲安全生產(chǎn)是工廠布局首先要考慮的問(wèn)題，在某些危險(xiǎn)部門(mén)之間應(yīng)留出適當(dāng)?shù)姆阑?、防爆間距。振動(dòng)會(huì)影響精密作業(yè)車間的生產(chǎn)，因此精密車間必須遠(yuǎn)離振源或采用必要的隔振措施。噪聲不僅影響工作，而且還會(huì)摧殘人的身體健康。因此，在工廠總平面布置時(shí)要考慮防噪聲問(wèn)題，一是可以采取隔音措施，降低噪聲源發(fā)出的噪聲級(jí)；二是可以采取使人員多的部門(mén)遠(yuǎn)離噪聲源的方法?？紤]建筑施工的便利條件6.1.2建筑基本要求(1) 必須符合生產(chǎn)流程的要求：生產(chǎn)線應(yīng)順直、短捷、避免作業(yè)線的交叉和返回。建構(gòu)筑物廠房布置既要分區(qū)劃片，還要綜合廠地地形，合理選擇標(biāo)高，順應(yīng)等高線布置。(2) 應(yīng)將人流物流通道分開(kāi)，避免交叉，工廠大門(mén)應(yīng)設(shè)兩個(gè)以上。(4) 必須符合國(guó)家有關(guān)規(guī)范和規(guī)定：如工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、建筑防火規(guī)范、廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范、工廠企業(yè)采暖和空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范、工業(yè)鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范、“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、工業(yè)和民用通用設(shè)備電力裝備設(shè)計(jì)規(guī)范等，及廠址所在地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃。6.1.3全廠總平面設(shè)計(jì)廠區(qū)總平面的布置采用聯(lián)合式布置形式。生產(chǎn)車間集中建在廠區(qū)西南側(cè)，屬下風(fēng)向，這樣有利于物料的運(yùn)輸，節(jié)省管子材料。鍋爐房配電站在廠區(qū)中央，有利于向各個(gè)部門(mén)輸配電及供熱，但熱電廠和鍋爐間則建在廠區(qū)最西側(cè)。職工宿舍遠(yuǎn)離車間，在上風(fēng)向。廠區(qū)周圍設(shè)有花草，美化環(huán)境。6.2車間內(nèi)常用設(shè)備的布置6.2.1發(fā)酵設(shè)備由于酒精發(fā)酵周期長(zhǎng)，發(fā)酵罐數(shù)量較多，發(fā)酵罐間的距離為4.0m，離墻的距離應(yīng)大于1m，每?jī)闪邪l(fā)酵罐間應(yīng)留有足夠的人行通道和操作面，距離為3.0m。發(fā)酵罐用水泥支座落地安裝，罐底有出料閥門(mén)，罐底離地面距離3.2m。辦公室、控制室和菌種室設(shè)在一樓。6.2.2蒸餾設(shè)備及其他設(shè)備蒸餾設(shè)備為半露天布置。車間為兩層，把較低的塔設(shè)備置于車間內(nèi)，基本上處于一條線，再沸器、分凝器、預(yù)熱器、泵等小設(shè)備也放在車間內(nèi)。較高的塔露天布置，其中包括醪塔、精餾塔。塔頂布置一組冷凝器，利用重力回流，節(jié)省能源消耗，同時(shí)也節(jié)約廠房造價(jià)。塔和塔的間距為2m以上，塔距墻為1m以上。塔的人孔盡可能朝同一方，人孔的中心高度距樓面為1m左右。塔的視鏡也盡可能朝同一方向。男女更衣室在一樓，控制室設(shè)在二樓。其他設(shè)備如表6-1，表6-1 車間或部門(mén)的組成車 間內(nèi) 容生產(chǎn)車間發(fā)酵車間，蒸餾車間動(dòng)力車間鍋爐房、水泵房、變電房輔助車間機(jī)修、污水處理站倉(cāng) 庫(kù)原料、成品公共設(shè)備食堂、宿舍、醫(yī)務(wù)所、車庫(kù)、門(mén)衛(wèi)、辦公室結(jié)論本設(shè)計(jì)在了解國(guó)內(nèi)外燃料酒精發(fā)酵業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展概況之后，通過(guò)分析、比較，初步確定了設(shè)計(jì)方案。我國(guó)酒精原料來(lái)源豐富，且發(fā)酵工藝簡(jiǎn)單，故選擇以糖蜜為原料，采用臺(tái)灣酵母396號(hào)，通過(guò)連續(xù)發(fā)酵方式生產(chǎn)酒精。年產(chǎn)5萬(wàn)噸酒精發(fā)酵車間酵車間需發(fā)酵罐36個(gè)，每個(gè)發(fā)酵罐300 ；配對(duì)500 的種子罐3個(gè)。日產(chǎn)200噸無(wú)水乙醇，年耗糖蜜209000噸.參考文獻(xiàn)1吳思方：發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論M，中國(guó)輕工業(yè)出版2002，第1-31頁(yè)2許開(kāi)天：酒精蒸餾技術(shù)(第二版)M，中國(guó)輕工業(yè)出版1998，第1-436頁(yè)3姚汝華：酒精發(fā)酵工藝學(xué)M，華南理工大學(xué)出版社1999，第1-253頁(yè)4章克昌，吳佩琮：酒精工業(yè)手冊(cè)M，中國(guó)輕工業(yè)出版1989，第1-231頁(yè)5姚玉英：化工原理（下冊(cè)）M，天津科學(xué)技術(shù)出版2006，第199-286頁(yè)6郭年祥：化工過(guò)程及設(shè)備M，冶金工業(yè)出版社2003，第1-410頁(yè)7吳思方：生物工程工廠世紀(jì)概念M，中國(guó)輕工業(yè)出版2009，第1-309頁(yè)8章克昌：酒精和蒸餾酒工藝學(xué)M，中國(guó)輕工業(yè)出版社2002，第1-567頁(yè)9陳其斌（美）：甘蔗糖手冊(cè)（下冊(cè)）M，輕工業(yè)出版社1988，第1-574頁(yè)10鄭裕國(guó)：生物工程設(shè)備M，化學(xué)工業(yè)出版社2007，第1-335頁(yè)11董大勤：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M，化學(xué)工業(yè)出版社,2002第1-512頁(yè)12馬贊華：酒精高效清潔生產(chǎn)新工藝M，化學(xué)工業(yè)出版社2003，第1-273頁(yè)13傅其軍：燃料乙醇的發(fā)展前景J，廣西輕工業(yè)，2002年第12期，第6-10頁(yè)14賈樹(shù)彪等：新編酒精工藝