年初8萬噸酒精工廠設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目： 年產(chǎn)8萬噸酒精工廠設(shè)計(jì) 課 題 類 別： 設(shè)計(jì) 論文學(xué) 生 姓 名： 功夫了得學(xué) 號： 3590000000000班 級： 生物工程XX-02班專業(yè)（全稱）： 生物工程指 導(dǎo) 教 師： XX2012年4 月一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：以先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和成熟的科技成果為依據(jù)，選擇安全可靠、先進(jìn)適用的工藝條件、工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備；以前沿的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為指導(dǎo)，合理布局，使生產(chǎn)損耗和能量損耗盡量降低；以環(huán)境保護(hù)法為依據(jù)，規(guī)范化處理排放的三廢。對物料、水、電、汽進(jìn)行衡算，對主要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行選型與計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和全廠平面布置設(shè)計(jì)，并繪制圖紙。通過本設(shè)計(jì)，使我熟悉

2、酒精生產(chǎn)過程和解決一些工程技術(shù)問題，培養(yǎng)了我獨(dú)立查找、分析和使用技術(shù)資料，獨(dú)立編寫設(shè)計(jì)文件，使用CAD繪制設(shè)備裝配圖的能力。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻(xiàn)綜述）：1.酒精生產(chǎn)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 11 產(chǎn)品介紹 酒精的化學(xué)名稱是乙醇，分子式是C2H5OH，是一種無色透明、易揮發(fā)，易燃燒不導(dǎo)電、具有特殊芳香和辛辣味的液體。相對分子質(zhì)量46.07，相對密度為0.7893，沸點(diǎn)78.3，凝固點(diǎn)-117.3，閃點(diǎn)14，自燃點(diǎn)390430。乙醇蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，爆炸極限為3.319%（V）。 乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)經(jīng)歷了三代：第一代是以小麥、玉米、甜菜、甘蔗和木薯等糧食作物為原料，發(fā)酵生產(chǎn)出乙醇

3、；第二代以非糧食作物秸稈、枯草、甘蔗渣、糖蜜、稻殼、木屑等廢棄物為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇；第三代以藻類為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。據(jù)全球可再生燃料聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)預(yù)測：2010年全球乙醇產(chǎn)量為858億升，2011年將達(dá)到887億升。而中國2010年乙醇產(chǎn)量為82.6億升，2011年預(yù)計(jì)達(dá)90億升。兩相比較，我國的乙醇生產(chǎn)量有待提高。發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)乙醇的原料漸漸地由第二代向第三代發(fā)展，而我國則是由第一代向第二代發(fā)展。第三代乙醇的原料藻類，有著其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：藻類的成熟期短，僅需110天就可以收獲；生產(chǎn)率高，同等面積下，產(chǎn)出的乙醇比甘蔗高100多倍；可以在不適宜種植糧食的土地上生長，解決了乙醇生產(chǎn)與糧食爭地與人類爭糧的矛盾

4、。所以，近期內(nèi)，乙醇生產(chǎn)將以非糧食作物為主要原料，糧食作物及藻類為次要原料，未來的乙醇生產(chǎn)將以藻類為主要原料，非糧食作物為次要原料，而糧食作物將不再作為乙醇生產(chǎn)的原料。 12 設(shè)計(jì)意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，酒精的重要性日益明顯。酒精在化工、塑料、橡膠、農(nóng)藥、化妝品、醫(yī)藥、燃料能源等部門，有著不可替代的作用。這就決定了中國乃至全世界對酒精都有一個(gè)極大的需求。下面僅從燃料能源方面，簡要地介紹一下。酒精作為一種新能源，有著兩個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢：屬于可再生能源、燃燒時(shí)無污染。我國是石油凈進(jìn)口國，海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2010年全國累計(jì)進(jìn)口原油2.39億噸，而每噸原油價(jià)格九千多元。兩個(gè)數(shù)相乘，得到的是一個(gè)多么恐怖的數(shù)據(jù)啊。

5、酒精在很多方面上都可以替代石油，只要生產(chǎn)出足夠的酒精，就可以大大降低石油進(jìn)口量。但事與愿違，中國的酒精產(chǎn)量不高，供不應(yīng)求，每年都要進(jìn)口幾百萬噸酒精。在這樣一個(gè)酒精供不應(yīng)求，并且需求量逐年上升的時(shí)代，建一個(gè)生產(chǎn)酒精的工廠，不僅順應(yīng)時(shí)代的潮流，具有廣闊的市場前景，而且能夠滿足國家內(nèi)需，減少資金的外流。2、 酒精生產(chǎn)工藝流程本設(shè)計(jì)選用糖蜜為原料進(jìn)行酒精生產(chǎn)，糖蜜中含有多種可發(fā)酵性糖，非常適于用來發(fā)酵生產(chǎn)酒精。由于糖蜜原料中糖的濃度較高，焦糖，氨基酸等膠體物質(zhì)較多，灰分含量高等原因，糖蜜需要進(jìn)行稀釋及調(diào)酸等預(yù)處理才能進(jìn)行發(fā)酵。糖蜜用于酒精生產(chǎn)的全過程為：稀糖液的制備及處理，酵母的制備，發(fā)酵和提純。流程

6、圖如下：原糖蜜 加水調(diào)酸加營養(yǎng)鹽加防腐劑（或加熱滅菌）發(fā)酵用糖液加酵母菌種發(fā)酵蒸餾成品酒精2.1 糖蜜原料及其貯存（1）糖蜜原料甘蔗糖蜜是制糖生產(chǎn)的副產(chǎn)品，含有豐富的可發(fā)酵糖，是生產(chǎn)酒精的好原料。主要產(chǎn)于廣東、廣西、云南、福建、臺灣等主要甘蔗產(chǎn)區(qū)。甘蔗糖蜜的產(chǎn)量為原料甘蔗的2.5%3%。糖蜜中含有30%36%的蔗糖與20%的轉(zhuǎn)化糖，50%左右的可發(fā)酵糖，5%12%的膠體物質(zhì)以及10%12%的灰分，酸度10左右，含氮量僅0.5，含磷量為0.2左右。（2）糖蜜的貯存為了保證酒精生產(chǎn)正常并且連續(xù)地進(jìn)行，酒精車間及工廠倉庫都必需貯存一定量的糖蜜。為了防止糖蜜被污染保持糖蜜的純凈，對糖蜜的貯存有如下要求

7、： 為防止塵沙，污水，雜菌的污染，保持糖蜜的純凈，要求采用密閉容器 。 為保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，常備有20-30d生產(chǎn)用糖蜜的貯存量。 貯存罐的位置應(yīng)兼顧運(yùn)輸和生產(chǎn)兩方面，以有利于使用方便。 稀糖蜜和受到污染的糖蜜不宜過久貯存，以免造成糖分的過多損失。2.2稀糖液的制備及處理糖蜜原料制作稀糖液及處理的流程為： 糖蜜 稀釋 酸化 添加營養(yǎng)鹽 滅菌 澄清 稀糖掖（1） 糖蜜稀釋的目的及方法目的是為了降低糖液中糖的濃度和無機(jī)鹽的濃度，使其適合于酵母的生長，繁殖和發(fā)酵。糖蜜酒精生產(chǎn)工藝可以分為單濃度流程和雙濃度流程兩鐘。本工藝采用的是單濃度流程，也就是酒母培養(yǎng)和發(fā)酵采用同一濃度稀糖液的酒精生產(chǎn)流程。糖液濃

8、度一般控制在22-25oBx。稀釋方法分為間歇稀釋法和連續(xù)稀釋法兩種。本工藝采用的是間歇稀釋法，也就是將糖蜜泵入高位計(jì)量槽，計(jì)量后進(jìn)入稀釋罐，同時(shí)加入滅菌劑及稀釋水等，開動攪拌，充分?jǐn)噭蚣吹眯枰臐舛鹊南♂屢?。?）添加營養(yǎng)鹽為了保證酵母的正常生長繁殖和發(fā)酵，根據(jù)糖蜜原料的化學(xué)組分，必須在糖液中添加酵母所必需的營養(yǎng)。工廠實(shí)踐和甘蔗糖蜜的組分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要營養(yǎng)成分是氮素。補(bǔ)充氮通常是以硫酸銨作氮源，用量為每噸糖蜜使用21%的硫酸銨1-1.2kg，即糖蜜用量的0.1%-0.12%。（3）糖液的滅菌糖蜜中常污染有大量雜菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸菌等產(chǎn)酸菌，為保證稀糖液的正常發(fā)酵，

9、除加酸提高糖液酸度抑制雜菌生長繁殖外，還必須對糖蜜進(jìn)行滅菌。糖蜜常用的滅菌方法有：化學(xué)滅菌法和物理滅菌法。 化學(xué)滅菌法化學(xué)滅菌法是采用化學(xué)藥品來殺滅雜菌的方法。常用的糖蜜殺菌藥品及其用量見下表名稱用量備注漂白粉每噸糖蜜用200500g有效氧30甲醛每噸糖蜜用600ml濃度40氟化鈉為稀糖液的0.01毒性很大五濾苯酚鈉為糖蜜量的0.0020.004殘留多，于環(huán)境有害滅菌靈為糖蜜量的0.002于環(huán)境無害無毒 物理滅菌法物理滅菌法是將糖液加熱至8090，保持40min的滅菌方法。該方法除了滅菌外，還可使糖蜜中的膠體絮凝，使糖液得到澄清。該方法要消耗大量的蒸汽，工廠一般不采用，只有糖蜜被嚴(yán)重污染時(shí)才采

10、用此法予以滅菌。（4）酸化糖蜜酸化的主要目的在于防止雜菌在發(fā)酵時(shí)的繁殖，同時(shí)得到適合于酵母發(fā)酵的pH糖液，此外，酸化還有利于去除糖液中的部分灰分和膠體物質(zhì)。 酸化用酸的種類糖蜜酸化最常用的是硫酸，也有使用鹽酸的，使用鹽酸有使設(shè)備無結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)，但其用量較大。 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。在使用糖蜜生產(chǎn)酒精時(shí)要注意加酸時(shí)產(chǎn)生的棕黃色NO2 予以吸收，并保持操作場所空氣的流動。（5）稀糖液的澄清 稀糖液中含有很多膠體物質(zhì)，色素，灰分和其他懸浮物質(zhì)，他們的存在對酵母的正常生長，繁殖和發(fā)酵有害，應(yīng)盡量予以去除。稀糖液的澄清處理就是為了解決這個(gè)問題。糖蜜的澄清方法分為機(jī)械澄清

11、法和加酸澄清法。機(jī)械澄清法即壓濾法和離心法，是將糖蜜稀釋后加H2SO4,調(diào)pH值至3.7酸化12h，采用離心分離機(jī)或壓濾機(jī)將沉淀分離，此法國內(nèi)應(yīng)用較多。2.3酒精發(fā)酵所謂酒精發(fā)酵，就是指發(fā)酵底物中的糖類物質(zhì)，在無氧條件下，受酵母細(xì)胞中酒化酶的作用，產(chǎn)生酒精的全過程?？捎萌缦禄瘜W(xué)方程式表示：蔗糖酶C12H22O11(蔗糖) 水水解酒化酶 解糖化酶(C5H10O5)n C6H12O6 C2H5OH+CO2 +Q 在酒精發(fā)酵生產(chǎn)中，要做好發(fā)酵管理工作。主要是控制不同發(fā)酵時(shí)期發(fā)酵醪中的糖度、發(fā)酵溫度、發(fā)酵醪的pH值、發(fā)酵醪中含酒分、發(fā)酵時(shí)間、成熟發(fā)酵醪的化學(xué)分析等項(xiàng)目，用以保證發(fā)酵地順利進(jìn)行，盡可能地

12、提高原料的出酒率。24 酒精蒸餾提純在發(fā)酵成熟醪中，不單是含有酒精，還含有其它幾十種成分，若加上水，這些物質(zhì)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過酒精的含量，成熟醒中酒精含量僅為711(體積)左右，而包括水、醇類、醛類、酸類、脂類的雜質(zhì)幾乎占90，要得到純凈的酒精，就必須采用一定的方法，把酒精從成熟醪中分離出來。生產(chǎn)中是采用加熱蒸餾的辦法，把各種不同沸點(diǎn)、比重、揮發(fā)性的物質(zhì)從不同的設(shè)備中分離出來，從而得到較高純度的酒精。本工藝采用半直接式三塔蒸餾。蒸餾流程如下：蒸汽發(fā)酵 1號 2號 3號 4號預(yù)熱器 預(yù)熱器 粗餾塔 精餾塔 分凝器 分凝器 分凝器 分凝器酒精糟液 精餾廢液 成品燃料酒精3. 物料衡算 3.1 原料消耗

13、計(jì)算 （基準(zhǔn)：1噸酒精）1、糖蜜原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為：C12H22O11+H2O2C6H12O64C2H5OH+4CO2 342 360 184 176 X 10002、生產(chǎn)1000無水酒精的理論蔗糖消耗量：1000（342+184）=1858.7（）3、生產(chǎn)1000kg燃料酒精（燃料酒精中得乙醇體積含量99.5%以上，相當(dāng)于質(zhì)量含量99.18%以上）的理論蔗糖消耗量：1858.799.18%=1843.5（kg）3、生產(chǎn)1000燃料酒精實(shí)際蔗糖消耗量（生產(chǎn)過程中蒸餾率為98%，發(fā)酵率為90%）：1843.598%90%=2090（kg）5、生產(chǎn)1000kg燃料酒精糖蜜原料消耗量（糖蜜

14、原料含可發(fā)酵性糖50%）：209050%=4180（kg）6、生產(chǎn)1000kg無水酒精（扣除蒸餾損失）消耗糖蜜量為：1858.790%50%=4130.4（kg） 3.2發(fā)酵醪液量的計(jì)算酵母培養(yǎng)和發(fā)酵過程放出二氧化碳量為： （100099.18%）98%(176/184)=968 單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，把含固形物85%的糖蜜稀釋成濃度為25%的稀釋液經(jīng)連續(xù)稀釋器可得稀釋液量為：418085%/25%=14212(kg)即發(fā)酵醪液量為：14212kg 酵母繁殖和發(fā)酵過程中放出968kg的二氧化碳，則蒸餾發(fā)酵醪的量為：（14212-968）（1.00+6%）=14039（kg）蒸餾成熟發(fā)酵醪的酒

15、精濃度為：(100099.18%)/(98%14039)=7.14%3.3成品與廢醪量的計(jì)算糖蜜原料雜醇油產(chǎn)量約為成品酒精的0.25%0.35%，以0.3%計(jì)，則雜醇油量為10000.3% = (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=140397.14%42.43%=2363（kg）殘留液量為：WX=14039-2363=11676（kg）成熟醪液比熱容為：C1=4.18（1.019-0.95B1） =4.18（1.019-0.957.

16、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：B2 = F1B1/WX=(140397.14%)/11676=8.59%蒸餾殘余液的比熱容： C2 = 4.18（1-0.378B2）=4.18（1-0.3788.59%）=4.04KJ/(kgK)塔底殘留液帶出熱量為：Q4=WXC2t4=116764.0485=4.01106(KJ) 查附錄得42.43%酒精蒸汽焓為2045KJ/kg。故上升蒸汽帶出的熱量為： Q3=V1i=23632045=4.83106（KJ）塔底真空度為-0.05MPa

17、（表壓），蒸汽加熱焓為2644KJ/Kg，又蒸餾過程熱損失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： D1=（Q3+Q4+Qn-Q1）/(I-CWt4)=（4.83106+4.01106-3.08106）/(2644-4.1885) 99% =2542(kg)若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢液量為：WX+D1=11676+2542=14218(kg) 3.4 年產(chǎn)量為8萬噸燃料酒精的總物料衡算工廠年開工300天。日產(chǎn)產(chǎn)品酒精量：80000/300=266.7(t)每小時(shí)產(chǎn)酒精量：266.724=11.1125（t）主要原料糖蜜用量：日耗量：4180266.7=1114806（

18、kg）=1114.8（t）年耗量：1114.8300=334440（t）=3.34105（t）每小時(shí)產(chǎn)次級酒精：11.1125（298）=0.2268(t)實(shí)際年產(chǎn)次級酒精：0.226824300 =1632.96（t）糖蜜原料酒精廠物料衡算表物料衡算生產(chǎn)1000kg 99.5%酒精物料量 （kg）每小時(shí)（t）每天（t）每年（t）燃料酒精100011.1125266.780000糖蜜原料418046.451114.8334440次級酒精200.22685.44321633發(fā)酵醪14212157.9313790.31137103蒸餾發(fā)酵醪14039156.0083744.21123257.6雜醇

19、油30.03330.8240二氧化碳96810.757258.277460醪塔廢醪量14218157.9983792.01137600 3.5 稀釋部分物料衡算（1）、糖蜜稀釋用水量（以生產(chǎn)1000kg酒精為基準(zhǔn)）稀釋成25%稀釋糖液用水量為：W1=14212-4180=10032（kg）則生產(chǎn)8萬噸酒精需要稀釋用水量：1003280000=8.0256108（kg）=8.0256105(t)每小時(shí)需要稀釋用水量：11.112510032=111480.6（kg）=1.115105（kg）（2）、營養(yǎng)鹽添加量選用含氮量21%的硫酸銨作為氮源，每噸糖蜜添加1kg，則每生產(chǎn)1噸酒精硫酸銨消耗量為：

20、418011000=4.18（kg）年產(chǎn)8萬噸酒精，硫酸銨總消耗量為：800004.18=334400（kg）=334.4（t）每日消耗量：334.4300=1.115（t）（3）、硫酸用量每噸糖蜜用硫酸5kg，則每生產(chǎn)1噸酒精消耗硫酸的量為：4.185=20.9（kg）年產(chǎn)8萬噸酒精，硫酸總消耗量為：20.980000=1672200（kg）=1672.2（t）每日用量：1672.2300=5.57（t）年產(chǎn)8萬噸酒精工廠，稀釋部分各物料用量物料消耗量（t）糖蜜稀釋用水量8.0256105營養(yǎng)鹽添加量334.4硫酸用量1672.2三、設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）：本設(shè)計(jì)

21、的重點(diǎn)是糖蜜罐、稀釋罐、酒母罐、發(fā)酵罐、蒸餾塔等設(shè)備的定量定型。擬采用的途徑（研究手段）：以年產(chǎn)8萬噸酒精這個(gè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過物料衡算、熱量衡算，得到各步驟所需物料及熱量的大概數(shù)據(jù)，再進(jìn)行設(shè)備計(jì)算，進(jìn)而確定各設(shè)備的型號及數(shù)量。四、設(shè)計(jì)（研究）進(jìn)度計(jì)劃：1、第5-7周 文獻(xiàn)查閱和資料總結(jié) 2、第8周 撰寫開題報(bào)告 3、第9、10周 設(shè)計(jì)流程 4、第11周 英文資料翻譯 5、第12、13周 試驗(yàn)研究 6、第14、15周 撰寫論文 7、第16周 答辯 五、參考文獻(xiàn)： 1吳思方：發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論M，中國輕工業(yè)出版2002，第1-31頁； 2吳思方：生物工程工廠設(shè)計(jì)概念M，中國輕工業(yè)出版2009，第

22、1-309頁； 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； 4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； 5賈樹彪等：新編酒精工藝學(xué)M，化學(xué)工業(yè)出版2004，第1-333頁； 6姚玉英：化工原理（下冊）M，天津科學(xué)技術(shù)出版2006，第199-286頁 7郭年祥：化工過程及設(shè)備M，冶金工業(yè)出版社2003，第1-410頁 8賈樹彪等：新編酒精工藝學(xué)M，化學(xué)工業(yè)出版2004，第1-333頁 9江鴻，郭仁惠，張盼月等：酒精廢水的回收利用與凈化研究J,工業(yè)水處理，1998年第05期，第44頁 10孫彥：生物分離工程M,化學(xué)工業(yè)出版社2005，第1-453頁 11 張君，劉德華：世界燃料酒精工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望J，釀酒科技，2004年第5期，第118-121頁 12邱樹毅