產(chǎn)萬噸酒精工廠工藝設(shè)計(jì)(改)

1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2011級工廠概念課程設(shè)計(jì)工廠設(shè)計(jì)概念課程設(shè)計(jì)日期:年月日/、兒6萬噸酒精工廠工藝設(shè)計(jì)學(xué)院:化工與材料學(xué)院專業(yè):生物工程姓名:劉艷玲學(xué)號:110504021027指導(dǎo)老師:周新明職稱:高級工程師中國珠海二O四年十一月誠信承諾書本人鄭重承諾：本人承諾呈交的課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)6萬噸酒精工廠工 藝設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成果， 文中 引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)， 設(shè)計(jì)使 用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。本人簽名:北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2011級工廠概念課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)6萬噸酒精工廠工藝設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)6萬噸酒精工廠工藝設(shè)計(jì)，以糖蜜味發(fā)酵原料，通過先進(jìn)；高效

2、的工藝技術(shù)對酒精工廠進(jìn)行了模擬計(jì)算和設(shè)備選型，力求做到理論和實(shí)踐相結(jié)合， 以做到生產(chǎn)成本低，質(zhì)量好，產(chǎn)量高的酒精。設(shè)計(jì)包括：從原料處理到發(fā)酵工藝； 從設(shè)備選型到車間布置；最后到廢物的處理及在利用。主要應(yīng)用除雜技術(shù)；酒精發(fā) 酵技術(shù)；滅菌技術(shù)；精餾技術(shù)等技術(shù)，通過合理的物料衡算，耗能計(jì)算方法，對生 產(chǎn)工藝進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：酒精工廠；發(fā)酵；糖蜜；精餾8Annual out put of 60000 tons of alcohol factory p rocess desig nAbstractThe desig n is an annual out put of 60000 tons of

3、 alcohol plant p rocess desig n, using molasses flavor ferme ntati on raw material, through adva need tech no logy of high efficie ncy; on the alcohol factory of the simulatio n calculati on and equipment selectio n, and strive to achieve a comb in ati on of theory and p ractice, in order to achieve

4、 low production cost, good quality, high yield of alcohol. The design includes: from raw material processing to the fermentation process; the selection of equipment to the worksh op layout; fin ally to waste treatme nt and utilizati on in. The main app licati on of imp urity removal tech no logy; al

5、cohol ferme ntati on tech no logy; sterilizati on; distillati on tech no logy, through the material bala nee and reas on able calculatio n, calculati on method for en ergy consump tio n, rati onal op timizati on desig n to p roducti on p rocess.Key words : Alcohol factory ； Molasses；Fermentation； Di

6、stillation北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2011級本科生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目:年產(chǎn)6萬噸酒精工廠工藝設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)院:化工與材料學(xué)院專 業(yè):生物工程學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:周新明主要研究內(nèi)容:本次設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容是選取糖蜜為原料， 研究年產(chǎn)6萬噸的酒精工藝流程，操作工藝，物料衡算和繪制發(fā)酵罐設(shè)計(jì)圖。側(cè)重于酒精工廠發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)。主要任務(wù)及目標(biāo)：1、通過查閱酒精生產(chǎn)工藝的有關(guān)資料，熟悉目前檸酒精生產(chǎn)的基本工藝流程。2、進(jìn)行酒精發(fā)酵車間物料衡算和熱量衡算等。3、發(fā)酵車間設(shè)備選型。4、發(fā)酵種子罐、發(fā)酵罐、貯罐的選型及大小尺寸的計(jì)算。5、繪制發(fā)酵罐設(shè)計(jì)圖。6、撰寫工藝設(shè)計(jì)說明書。指導(dǎo)教師簽字:工作小組組長簽

7、字:注：本任務(wù)書雙面打印，一式三份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、專業(yè)學(xué)院各存檔一份。Abstract任務(wù)書1前言1.2研究目的1.3設(shè)計(jì)原則2設(shè)計(jì)說明2.1工藝指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.2工藝流程概述3原料的處理3.1原料及其來源3.2糖蜜的貯存3.3稀糖液的制備及處理3.3.1添加營養(yǎng)鹽3.3.2糖液的滅菌3.3.3稀糖液的澄清4工藝流程5生產(chǎn)設(shè)備5.2設(shè)備計(jì)算5.2.1發(fā)酵罐容積和個(gè)數(shù)的確定5.2.2糖蜜儲(chǔ)罐個(gè)數(shù)的計(jì)算IIIII105.2.3冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸105.3其它設(shè)備的計(jì)算和選型145.3.1烝餾設(shè)備145.3.2換熱器的選型145.3.3稀釋器1517176工藝計(jì)算 6.1物料衡算6.

8、1.1原料消耗量計(jì)算（基準(zhǔn)：1噸無水乙醇）176.1.2酵醪液量的計(jì)算6.1.3成品與廢醪量的計(jì)算186.1.4年產(chǎn)量為6萬噸燃料酒精的總物料衡算196.1.5稀釋工段的物料衡算206.2熱量衡算216.2.1發(fā)酵工段的物料和熱量衡算216.2.2蒸餾工段的物料和熱量衡算216.3供用水衡算266.3.1精餾塔分凝器冷卻用水266.3.2成品酒精冷卻和雜醇油分離器稀釋用水266.3.3總用水量276.4其他衡算276.4.1供用汽衡算276.4.2供電衡算287車間設(shè)計(jì)297.1車間布置設(shè)計(jì)297.1.1建筑基本原則297.1.2建筑基本要求297.2車間內(nèi)常用設(shè)備的布置297.2.1發(fā)酵設(shè)備

9、297.2.2蒸餾設(shè)備及其他設(shè)備308廢物處理及再利用318.1廢物總類318.1.1污水廢物318.1.2氣體廢物318.1.3固體廢物318.2廢物利用318.2.1廢氣處理318.2.2廢水和廢渣處理329結(jié)論33參考文獻(xiàn)343536北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2011級工廠概念課程設(shè)計(jì)1刖言1.1產(chǎn)品介紹乙醇是一種有機(jī)物，俗稱酒精，化學(xué)式為 CH3CH2OHC2H6O，結(jié)構(gòu)式"】見圖 1-1，是帶有一個(gè)羥基的飽和一元醇，在常溫、常壓下是一種易燃、易揮發(fā)的無色 透明液體，它的水溶液具有酒香的氣味，并略帶刺激性。有酒的氣味和刺激的辛辣 滋味，微甘。乙醇液體密度是 0.789g/cm3(

10、20C° )，乙醇?xì)怏w密度為 1.59kg/m3，沸點(diǎn)是 78.4 C,熔點(diǎn)是-114.3 C,易燃，其蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，能與水以任 意比互溶。能與水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多數(shù)有機(jī)溶劑混溶，相對密度 (d15.56)0.816。乙醇的用途很廣，可用乙醇制造醋酸、飲料、香精、染料、燃料等。醫(yī)療上也 常用體積分?jǐn)?shù)為70%-753的乙醇作消毒劑等，在國防工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、有機(jī)合成、 食品工業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的用途。IIH?C?C?O?H|IIH H圖1-1 C 2H5OH結(jié)構(gòu)式1.2研究目的隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，酒精這種重要的工業(yè)原料被廣泛用于化工；塑料；橡膠，農(nóng) 藥，化

11、妝品及軍工業(yè)部門。且石油資源趨于缺乏，全球環(huán)境污染的日益加劇，各國 紛紛開始開發(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。工業(yè)酒精是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的清潔燃料。如今能源的危機(jī)，以及農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展, 都使得工業(yè)酒精產(chǎn)業(yè)的重新崛起與迅速發(fā)展成為必然。 而酒精的生物發(fā)酵過程所需 的條件溫和，轉(zhuǎn)化率高，而且環(huán)保無污染，可以說是工業(yè)酒精的最理想的生產(chǎn)方法。 發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的能力將成為衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的一種標(biāo)準(zhǔn)。生物發(fā)酵是利用淀粉質(zhì)原料活糖原料，在微生物的作用下生成酒精 【2】。酒精作為一種新能源，具有兩個(gè)明顯的優(yōu)勢：可再生能源，無污染燃燒。中國 是一個(gè)石油凈進(jìn)口國，海關(guān)數(shù)

12、據(jù)顯示，2012年中國共計(jì)進(jìn)口原油2.82億噸，同比 增加4.03%，而原油價(jià)格為97105美元每噸。兩個(gè)數(shù)相乘，得出的是一個(gè)十分可 怕的數(shù)據(jù)。在大多數(shù)方面酒精擁有石油的性能，能產(chǎn)生足夠的酒精，則可以大大減 少石油的進(jìn)口。但是目前國內(nèi)酒精生產(chǎn)量不足以與消耗量相平衡，每年仍需進(jìn)口幾百萬噸酒精。目前燃料酒精已作為國家戰(zhàn)略部署的新型能源之一。實(shí)現(xiàn)酒精的大規(guī)模生產(chǎn)，對解決能源危機(jī)有著重大的意義。本設(shè)計(jì)即酒精工廠的模擬設(shè)計(jì)為了設(shè)計(jì)出最理想的酒精生產(chǎn)流程以及工廠，在國內(nèi)具有廣闊的前景。1.3設(shè)計(jì)原則(1) 本設(shè)計(jì)工作圍繞著工廠現(xiàn)代化建設(shè)，力圖能使所設(shè)計(jì)的工廠具有前瞻性， 且投資小，收效快。(2) 對自己而

13、言，本次設(shè)計(jì)是對自己在湖北理工四年所學(xué)知識的一個(gè)綜合運(yùn)用 和分析，將書本知識運(yùn)用到實(shí)際的操作中去，為日后的工作打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。(3) 設(shè)計(jì)的工廠充分考慮現(xiàn)今的一些技術(shù)，設(shè)備，以及設(shè)計(jì)先進(jìn)理念，盡量做 到人性化，綠色化，為員工的工作和生活做出妥善的安排， 使其達(dá)到最佳工作效率。(4) 設(shè)計(jì)盡量因地制宜，并且使其經(jīng)濟(jì)效益最大化，在各種設(shè)備選型中，合理 考慮性價(jià)比和地區(qū)特性【3】。352設(shè)計(jì)說明(1)(2)取2%(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)2.2工藝流程概述2.1工藝指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模:60000 t/a ;生產(chǎn)方法:單濃度連續(xù)發(fā)酵、差壓式二塔蒸餾機(jī)組、生

14、石灰吸水法；生產(chǎn)天數(shù)：每年250天；酒精日產(chǎn)量:240 t ;酒精年產(chǎn)量：60000 t【4】;副產(chǎn)品年產(chǎn)量：次級酒精占酒精總量的2%（一般占成品酒的1.2% 3%這里雜醇油量：為成品酒精量的0.3% （般占成品酒精多0.250.35 %）【5】產(chǎn)品質(zhì)量：燃料酒精乙醇含量為99.5%（v/v）糖蜜原料：含可發(fā)酵性糖50%發(fā)酵率：90%蒸餾率：98%發(fā)酵周期：48小時(shí)發(fā)酵溫度：2834 r硫酸銨用量：1kg/t糖蜜硫酸用量：5kg/t糖蜜酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB678-2002（1） 法【6】原材料（糖蜜）的預(yù)處理包括有加酸法，加熱加酸法，添加絮凝劑澄清處理連續(xù)稀釋法稀釋糖蜜制酵母酵母菌發(fā)酵、提純發(fā)

15、酵流程：糖蜜-發(fā)酵用糖液-發(fā)酵-蒸餾-成品酒精 具體生產(chǎn)工藝流程【7】見圖1-2圖1-2生產(chǎn)工藝流程圖3原料的處理3.1原料及其來源糖蜜，是一種粘稠、黑褐色、呈半流動(dòng)的物體，主要含有蔗糖，蔗糖蜜中泛酸 含量較高，達(dá)37mg/kg，此外生物素含量也很可觀，容易摻入大豆糖蜜和糖蜜發(fā)酵 液。糖蜜是制糖工業(yè)的副產(chǎn)品，組成因制糖原料、加工條件的不同而有差異，其 中主要含有大量可發(fā)酵糖（主要是蔗糖），因而是很好的發(fā)酵原料，可用作酵母、 味精、有機(jī)酸等發(fā)酵制品的底物或基料，可用作某些食品的原料和動(dòng)物飼料。制糖業(yè)的副產(chǎn)品之一。制糖過程中，糖液經(jīng)濃縮析出結(jié)晶糖后，殘留的棕褐色黏 稠液體。屬能量飼料，因味甜，多用

16、作調(diào)味料。按制糖原料不同可分為甘蔗糖蜜、甜 菜糖蜜和淀粉糖蜜等。各種糖蜜的營養(yǎng)成分有差異。一般甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜以轉(zhuǎn) 換糖量表示,其總糖量分別為48.0%、49.0%;水分25.0%、23.0%;粗蛋白質(zhì)3.0%和 6.5%。淀粉糖蜜是以谷物淀粉經(jīng)酶水解后制造葡萄糖的副產(chǎn)品，以葡萄糖量表示,其總糖量50.0%以上 ,水分27.0%,粗蛋白量甚微。3.2糖蜜的貯存為了確保酒精生產(chǎn)線連續(xù)正常地進(jìn)行，酒精工廠的倉庫必需備有一定量的糖 蜜，常備有供一個(gè)月左右生產(chǎn)酒精用糖蜜量；保持糖蜜的純凈，要求采用密閉容器 保存糖蜜；糖蜜貯存罐的位置應(yīng)處于方便運(yùn)輸和生產(chǎn)的地點(diǎn)； 受到污染的糖蜜不宜 過久貯存。3.3稀

17、糖液的制備及處理考慮到糖蜜中的灰分、膠體物質(zhì)等雜質(zhì)多，有害微生物的污染，營養(yǎng)鹽的缺乏 以及適宜酸度的調(diào)整。因此，在糖蜜稀釋的同時(shí)，必須進(jìn)行酸化、滅菌、澄清和添 加營養(yǎng)鹽。間歇稀釋操作法則是逐項(xiàng)進(jìn)行。目前中國糖蜜酒精工廠多采用連續(xù)稀釋 熱酸法澄清處理糖蜜，把酸化、滅菌、添加營養(yǎng)鹽和澄清同時(shí)一道進(jìn)行。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 f澄清稀糖液331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

18、用21%勺硫酸銨1-1.2kg，即糖蜜用量的0.1%-0.12%。3.3.2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，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。本實(shí)驗(yàn)采用物理滅菌法：物理滅菌法具體操作是將糖液加熱至80- 90°C，并保持40min。該方法除了滅菌外，還可使糖蜜中的膠體絮凝，使糖液澄清。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)才采用此法予以滅菌。333稀糖液的澄清稀蔗糖溶液中的特定膠體物質(zhì)，顏料，灰分和其它懸浮物，它們的存在

19、對正常 的酵母的生長，繁殖和發(fā)酵有害，應(yīng)盡可能地除去。其解決辦法就是稀糖液的澄清。糖蜜的澄清方法分為機(jī)械澄清法和加酸澄清法。機(jī)械澄清法即壓濾法和離心 法，調(diào)節(jié)至pH值為3.7的酸化12小時(shí)，分離沉淀物，用離心機(jī)或壓濾機(jī)，國內(nèi)多 數(shù)澄清是應(yīng)用此方法。4工藝流程糖蜜預(yù)處理有加酸法，加熱加酸法，添加絮凝劑澄清處理法。 糖蜜稀釋采用連續(xù)稀釋法。主要蒸餾工段采用差壓式二塔蒸餾機(jī)組，能有效利用熱能。 本設(shè)計(jì)采用浮閥塔。脫水干燥技術(shù)：生石灰吸水法。 發(fā)酵法采用連續(xù)發(fā)酵方式。5生產(chǎn)設(shè)備5.1設(shè)備選型發(fā)酵罐采用200m種子罐采用50m稀釋采用連續(xù)稀釋器發(fā)酵采用連續(xù)發(fā)酵罐組蒸餾設(shè)備采用差壓式二塔蒸餾機(jī)組干燥設(shè)備采

20、用臥式網(wǎng)層生石灰干燥器5.2設(shè)備計(jì)算采用連續(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/m3【10】。進(jìn)入種子罐和1號發(fā)酵罐的醪液體積流量為：W=118433/1200=99m3/h5.2.1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=99X 12=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: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*2=6

21、(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700 m3現(xiàn)在酒精廠一般采用300m3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=0.1D為發(fā)酵罐內(nèi)徑，（m為發(fā)酵罐咼，（mh1、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)算簡便，假設(shè)其上下封頭近似相同，則-D2H 2 -D2(h11D) 300( m3)446h1=h2=0.533mD=5.33m ，H=10.66m 發(fā)酵罐的表面積 圓柱形部分面積：F1 =由于橢圓形封頭表面積沒有精確的公式,n DH=3.14X 5.33 X 10.66=178m2

22、所以可取近似等于錐形封頭的表面積:F2=F3=5.33 (字)2 0.533223( m2 )發(fā)酵罐的總表面積：F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2（4）計(jì)算發(fā)酵罐數(shù)量：上面已經(jīng)寫到，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V 有效=WT/N-公式（1）公式（2）V全容積XW =V有效-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W =80%則可以得到：300X 80%=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*2=30個(gè)5.2.

23、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=836X 15=12540 (t)查得85Bx的糖蜜密度為1450 kg/ m3，貝V設(shè)其裝料系數(shù)為80%，則貯罐的全容積為:V10810/1000=10.81=12540 X 1000/1450 = 8648 (m3(個(gè))糖蜜=8648/0.8 = 10810 (m3 ,取 11*2=22個(gè)5.2.3冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸(1)總的發(fā)酵熱：Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=msqQ3 F c( twtB)qQ1Q2采用5%Q3C(Tw/100)4 (Tb /100)41.7VtwtB式中m每罐發(fā)酵醪量(kg)糖度降

24、低百分值(%每公斤糖發(fā)酵放熱(J)，查得418.6J主發(fā)酵期每小時(shí)糖度降低1度所放出的熱量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)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 Q3Q1=(116991/15) X 12X 418.6 X 1%=3.92X 104 ( kJ/h )Q2=5%Q1=5%X 3.923 X 105=1.96 X 103 ( kJ/h )發(fā)酵罐表面積的熱散失計(jì)算：先求輻射對流聯(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)35r，生產(chǎn)廠所在地區(qū)夏季平均溫度為 27C,則：t W tB1.7 V35 274.88 (27335)/100

25、4(273 27)/100435 278.35kcal/ (m235kJ/ (m2 h可得：Q3224 35(35 27)62720( kJ/ h)=6.30 X 103 ( 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=3.92 X 104-1.94 X 103-6.30 X 103=3.096 X 104(kJ/h) 總發(fā)酵熱為：Q發(fā)酵=3.096 X 104X 15=4.65 X 105(kJ/h)(2)冷卻水耗量的計(jì)算W冷卻4.65 106Cp(t2 t1)4.186 (27 20)1.59 105(kg/h)對數(shù)平均溫度差的計(jì)算tm(tFtj (tF t2)

26、主發(fā)酵控制發(fā)酵溫度t1=20tmtF為30 r，按題意冷卻水進(jìn)出口溫度分別為:r, t2=27 r(30 20) (30 27) _cX 30 205.82.3log30 27(3) 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53/60mm則管的橫截面積為:0.785X 0.0532=0.0022 (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：3600 0.0022 10000.53(m /S)159000設(shè)蛇管圈的直徑為3m水溫20r時(shí)常數(shù)A=6.45 則蛇管的傳熱分系數(shù)為：()dK24.186 A_4 (11.77)d .R( 0.53 1000)0.84.186

27、 6.45(11.770.106 8166kJ/(m2 h C )R 為蛇管圈半徑，R=1.5m發(fā)酵罐到蛇管壁的傳熱分系數(shù)K1值按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取2700kJ/0.106 )1.5 )(m2h -E)K 181662700110.00411881675021743kJ/(m2 h C)式中1/16750 為管壁水污垢層熱阻鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)kJ/0.004管子壁厚(4) 冷卻面積和主要尺寸：188(m2- h -E) /kJ。(m2- h-E)QKtm4 46(m2)1743 5.8故傳熱總系數(shù)為:蛇管總長度為:ADcp46262( m)3.14 0.056式中Dcp 蛇管的平均直徑(m)確定一圈蛇

28、管長度:L17(2 R)2 hJ(3)2 0.22 10(m)式中R-蛇管圈的半徑，為1.5mh 蛇管每相鄰圈的中心距，取 0.20m 蛇管的總?cè)?shù)為：NP=L/L1=262/10=27(蛇管總高度：(Np 1)hp (27 1)0.25.4( m)(5) 發(fā)酵罐壁厚發(fā)酵罐壁厚SPDC( cm) 2 P式中P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的D發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=533cm1.05 倍，現(xiàn)取 0.5MPaA3鋼的許用應(yīng)力，=127MPa焊縫系數(shù)，其范圍在0.151之間，取0.7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

29、蝕裕量，單面腐蝕取 1mm雙面腐蝕取2mm現(xiàn)取C2=2mmC3 加工減薄量，對冷加工 C3=Q熱加工封頭C3=S(X 10%，現(xiàn)取C3=0C=0.8+2+0=2.8(mmc 533 0.5 S2 127 0.70.5查詢可知選用30mn厚 A3鋼板制作。封頭壁厚計(jì)算0.281.78(cm)PDS C(cm)2 P式中 P=0.5MPa ,D=533cm, =127MPa =0.7C=0.08+0.2+0.1=0.38c 533 0.5S2 127 0.7 0.5(cm)0.381.88(cm)選用30mn厚 A3鋼板制作(6) 進(jìn)出口管徑 稀糖液進(jìn)口管徑【8,13】:其流速為0.42m3/s，

30、則進(jìn)料管截面積為：匚 Q 99/3600 ccaz 2、F物0.06( m )V 0.42.if F物(0.065 cccc/、d J J0.288( m)V 0.785 V 0.7852F 物=d4稀糖液體積流量為99m3/h,直徑取無縫鋼管© 580X 10，580mm>288mm可適用。稀糖液出口管徑因?yàn)槌隹谖锪狭恳冗M(jìn)口物料量大些，按說出口管徑應(yīng)該比稀糖液進(jìn)口管徑大 些，所以取© 600X 10無縫鋼管就可以滿足了。則取無縫鋼管© 600X10排氣口管徑取© 630X 12無縫鋼管。支座選擇由于發(fā)酵罐很大，總重量較大，選用裙式支座，并用鋼筋

31、混凝土制做。5.3其它設(shè)備的計(jì)算和選型531蒸餾設(shè)備蒸餾設(shè)備8,9,14】采用差壓蒸餾兩塔系機(jī)組，可以充分利用過剩的溫差，也就是 減少了有效熱能的損失。設(shè)計(jì)蒸餾機(jī)組如下：(1) 醪塔：仿法國方形浮閥塔板，塔徑 3000mm 22板，板間距500mm塔高 14800mm 裙座直徑 3000mm 高 5000mm(2) 精餾塔：仿法國方形浮閥塔板，塔徑 2600mm 65板，板間距350mm塔 高 26500mm 裙座直徑 2600mm 高 5000mm5.3.2換熱器的選型換熱器標(biāo)準(zhǔn)換熱管尺寸© 25X 2mm的不銹鋼,為正三角形排列,管間距t=32mm 同時(shí),管殼式換熱器的制造簡單方

32、便，相對投資費(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，故沒有必要進(jìn)行板數(shù)的設(shè) 計(jì)。533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天所需的原料糖蜜為:4180X 400=1672000kg生產(chǎn)6萬噸酒精一天內(nèi)釋至25°糖蜜用量得：14212X 60000/250=3410880kg,密度 1200kg/ m3,V1=3410880/1200=2842m3又稀釋器的近似體積等于:u=0.35m3/sX 24 X 3600=30

33、240 ( m)式中D為稀釋器的內(nèi)徑， 初選糖蜜按經(jīng)驗(yàn)選取流速為1=0.35D1j 4 1421V 30240 3.140.316m,取 0.35m糖蜜輸送管，流速為0.10m/s、，1672000 一"，3V1 1153.1m14500.58md1 J 4 1153.1V0.05 24 3600取 0.60m表5-1 年產(chǎn)6萬噸酒精工廠設(shè)計(jì)主要設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)規(guī)格與型號來源1種子罐61000 m3訂購2發(fā)酵罐30300 m3訂購3醪塔10浮閥型©=3m訂制4精餾塔4導(dǎo)向篩板塔訂制5換熱器44管殼式換熱器訂購6酒精捕集器4泡罩板式訂制7稀釋器40.65m訂制8糖蜜

34、貯罐221000 m3訂購9鍋爐4YG80/3.82M7訂購6工藝計(jì)算6.1物料衡算6.1.1原料消耗量計(jì)算(基準(zhǔn)：1噸無水乙醇)(1)糖蜜原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為:C12H22O11342+ H2O>2C6H12g4C2H5OW 4CO0蔗糖葡萄糖 酒精360184176X(2) 1000kg無水乙醇的理論蔗糖消耗量：1000X( 342- 184)= 1858.7 ( kg)(3) 生產(chǎn)1000kg燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5% (V換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:10009.5% 0.7893 (1 0.7918)99.18%(m)相當(dāng)于理論蔗糖消耗量為:1858.7X 99.18 %

35、= 1843.5 ( kg)(4)生產(chǎn)1000kg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%):-98% 十 90% = 2090 ( kg)糖蜜原料含可發(fā)酵性糖50%故生產(chǎn)1000kg燃料酒精糖蜜原料消耗量:1843.5-50% =4180 (kg)為)：2090生產(chǎn)1000kg無水酒精量(扣除蒸餾損失生產(chǎn) 1000kg無水酒精耗糖蜜量1858.7-90% 十 50% =4130.4 (kg)6.1.2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【9】為：(1000X 99.18%)- 98%X (176 - 184)=968采用單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，把含固形物85

36、%的糖蜜稀釋成濃度為22%X( 85滄 25% =14212(kg)25%勺稀糖液。設(shè)稀釋成25%勺稀糖液：4180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(其中酒 精捕集器稀酒精為發(fā)酵醪量的 6% :F1:(14212-968 )X( 1.00+6%) =14039 (kg)蒸餾成熟發(fā)酵醪的酒精濃度為：B1: (1000 X 99.18%) - (98%X 14039)=7.14%6.1.3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：1000X 0.3% =3 (kg)醪液進(jìn)醪溫度

37、為 t1=55 C,塔底排醪溫度為t4=85 C,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% (m)，生產(chǎn)1000kg酒精, 則：X 7.14%- 42.43%=2363 ( kg)醪塔上升蒸汽量為：V1=14039殘留液量為：(kg)(1.0919-0.0095B )WX=14039-2363=11676根據(jù)發(fā)酵醪比熱公式C=4.18 X成熟醪液比熱容為：C1=4.18=4.18=3.98kJ/(kg成熟醪帶入塔的熱量為：X( 1.019-0.95B1 )X( 1.019-0.95 X 7.14%) K)Q1=MC1t1=14039蒸餾殘液內(nèi)固形物濃度

38、為：B2 = F1B1/WX=(14039X 3.98 X 55=3.08 X 106(kJ)X 7.14%)/11676=8.59%根據(jù)殘留液比熱公式C = 4.18 蒸餾殘余液的比熱容：C2 = 4.18(1-0.00378B2)=4.18=4.04kJ/(kg塔底殘留液帶出熱量為：Q4=WX查附錄得42.43%酉精蒸汽焓為Q3=V1i=2363X( 1-0.378B2 )X( 1-0.378 X 8.59%) K) C2 - t4=11676 X 4.04 X 85=4.01 X 106(kJ)2045KJ/kg。故上升蒸汽帶出的熱量為：X 2045=4.83 X 106 (kJ)塔底真

39、空度為-0.05MPa (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+Q n-Q1 /(l-CWt4)=(4.83 X 106+4.01 X 106-3.08 X 106)/(2644-4.18 X 85) X 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)6.1.4年產(chǎn)量為6萬噸燃料酒精的總物料衡算日產(chǎn)產(chǎn)品酒精量：60000/250=240(t)每小時(shí)產(chǎn)酒精量：240- 24=10 (t /主要原料糖蜜所需量：日耗量：4180X

40、240=1003200 ( kg/ =1003.2 (t /年耗量：501.6 X 250=2.508 X 105 (t /每小時(shí)產(chǎn)次級酒精：10X( 2-98/ =0.20408(t)實(shí)際年產(chǎn)次級酒精：0.20408 X 24X 250 =1224.48 (t /糖蜜原料酒精廠物料衡算見表4-16.1.5稀釋工段的物料衡算表6-1 60000t/a糖蜜原料酒精廠物料衡算表生產(chǎn)每天(t)每年(t)物料衡算1000kg99.5%酒精物料量每小時(shí)(kg)燃料酒精10001000024060000糖蜜原料4180418001003250800次級酒精202004.81200發(fā)酵醪1421214212

41、03411852720蒸餾發(fā)酵140391403863369842316醪雜醇油3300.72180二氧化碳968968023258082醪塔廢醪142181422363414853418量(1)計(jì)算每生產(chǎn)1000kg酒精稀釋糖蜜用水量稀釋成25%稀糖液用水量為：W1= 14212-4180=10032 (kg)則生產(chǎn)6萬噸燃料酒精每小時(shí)稀釋糖蜜需要用水量：10032X 10000- 1000=100320 (kg/h)生產(chǎn)6萬噸酒精一年稀釋糖蜜需要的用水量：810032X 60000=6.0192 X 10 (t/a )營養(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【7】,

42、X 1 十 1000=4.18 (kg)則每生產(chǎn)1t酒精硫酸耗量為：4180X 5000- 1000=20.9 ( kg/h )每小時(shí)耗量：4.18X 24=501.6 (kg/h )日耗量：20.9則生產(chǎn)6萬噸酒精一年需要硫酸銨用量：4.18X 60000=250800 ( kg/a )(3)硫酸用量每噸糖蜜用硫酸5kg【7】：X 5=20.9 (kg)則每生產(chǎn)1噸酒精消耗硫酸的量為:4.18年產(chǎn)6萬噸酒精，硫酸總消耗量為：20.9X 60000=1254000( kg) =1254 (t)每日用量：1254-250=5.016 (t)6.2熱量衡算6.2.1發(fā)酵工段的物料和熱量衡算現(xiàn)生產(chǎn)6

43、0000t/a，要每小時(shí)投入糖蜜量41800kg/h ,則無水酒精量為：41800X 1000-4130.4=10120 (kg/h )以葡萄糖為碳源，酵母發(fā)酵每生成1kg酒精放出的熱量約為1170kJ【9】。則年 產(chǎn)3萬噸酒精工廠，培養(yǎng)酵母和發(fā)酵每小時(shí)放出的熱量為：Q=1170X 10120=1.18404 X 107 (kJ/h )發(fā)酵酵母冷卻水初溫 TW1=29，終溫TW2=2疋，平均耗水量為：W 酵 母發(fā)酵 =Q/Ce(TW1-TW2)=1.18404 X 1074.18X (27-20)=404661.65(kg/h)酵母酒精捕集器用水：(蒸餾發(fā)酵醪的量為F=140385.968kg

44、/h )5%F- 1.06=5%X 140385.986 - 1.06=6621.98(kg/h)則發(fā)酵部分總用水量：W發(fā)酵部分=404661.65 +6621.98=411283.63 (kg/h )6.2.2蒸餾工段的物料和熱量衡算按采用差壓蒸餾兩塔流程計(jì)算【3,10】,進(jìn)醪塔酒精濃度為7.14%,出醪塔酒精蒸 汽濃度為50%(1) 醪塔見圖6-1i1=2045kJ/kg。加熱蒸汽取7.14%,沸點(diǎn) 92.4 C,上 已知塔頂75C,塔底85r。則塔0.05MPa絕對壓力，則其熱焓量F1D1 V1 WxD1F1 V1Wx6-1圖6-1醪塔的物料和熱量平衡圖醪液預(yù)熱至55r，進(jìn)入醪塔蒸餾，酒

45、精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 升蒸汽濃度為50% (v)，也就是42.43% (w)o 頂上升蒸汽熱焓量I1=2644kJ/kg o總物料衡算：酒精衡算式:F1XF1 Vy (WxD1 )Xw16-2,xF1=7.14 %0%0式中：xF1成熟發(fā)酵醪內(nèi)酒精含量% (Wy1塔頂上升蒸汽中酒精濃度% (W , y1=42.43xW1 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%o熱量衡算式：F1C F1tF1D11 1 V1i1(Wx CwD1Ce)tw1Qn1 6-3設(shè) CF1=3.98kJ/ (kg h), CW=4.04kJ/ (kg k), Ce=4.18kJ

46、/ (kg k), 并取熱損失 Qn 1=1% D1I1, tF1=55 C, tW1=85C,蒸餾發(fā)酵醪 F1=140385.986 (kg/h ) 由 4-1、4-2、4-3 可得：V1=133555( kg/h ) , Wx=683Q kg/h ) , D1=11631386( kg/h )一般醪塔采用直接蒸汽加熱，塔底醪排出量為：(kg/h)G1=WX+D1=6830+116313860=116320690項(xiàng)目物料(kg/h )熱量(kJ/h )項(xiàng)目物料(kg/h )熱量(kj/h )成熟F1 =F1CF1tF1 =蒸餾WX =WXCWtW1 =醪14038530730276殘液683

47、02345422加熱D1 =D1I1 =上V1 =V1i1 =蒸汽116313860307533845升蒸133555273119975840汽加熱D1 =D1tW1Ce=蒸汽11631386041326314458熱損Qn 1 =失3075338458累計(jì)116454245307564576116累計(jì)11645424544677118313離開系統(tǒng) 表6-2 年產(chǎn)6萬噸酒精廠蒸餾工段醪塔物料熱量匯總表 進(jìn)入系統(tǒng)(2)精餾塔 塔頂溫度105C，塔底130C，進(jìn)汽溫度130C，出塔濃度為96%( v), 即 93.84 %( w)【8】。出塔酒精量為：P=10000x 99.18%- 93.84

48、%=10569 (kg/h)%x 10569=211.38(kg/h) 每小時(shí)醛酒量：因?yàn)槿┚普汲鏊凭?2%,則每小時(shí)的醛酒量為：A=2 p = p - A =10569- 211.38=10357.62(kg/h)圖4-2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【8】:Pe= P'X 2%=10357.62X 2%=207( 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

49、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%X P=0.3%X 10569 =31.707(kg/h)故 H=(P' +Pe)X 2%=( 10357.62+207)X 2%=211.29(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=80C,仍回入精餾塔,這部分稀酒精量為：H ' = (1+4)H - m0 = 5H- m0=5< 211.29-31.707=1024.743(kg/h) 物料平衡：'=P ' + Pe + H + D2 + W ' xx = F2 + H

50、 ' -P ' -Pe -HF2 + D2 + H=133555+1024.743-10357.62-207-211.29=123803.833(kg/h)熱量平衡:F2CF2t F2D 2I 2 H ' CHtH R( e P' )t PC P(R 1)( Pe P')i2 P'tpCp HiH (D2 Wx)tW2Cw Qn2式中R 精餾塔回流比一般為34,取3【11】I2tHCH精餾塔加熱蒸汽熱焓量，0.6 Mpa絕對壓力，I2=2652(kj/h)為回流稀酒精進(jìn)塔溫度tH=80C為雜醇油分離器稀酒精比熱，稀酒精濃度為： H=xH(H m0)/H =75.2% X (211.29 31.707)/1024.743=13.178% ,tPCPi2iHtw2CwQn2CF2tF2W，查得起比熱為 CH =4.43kJ/ (kg k), 75.2 %為雜醇油酒精的重量百分濃 度，與液相濃度55%( V)相平衡。出塔酒精的飽和溫度(78.3 C )出塔酒精的比熱，應(yīng)為 2.80kJ/(kg k)塔頂上升蒸汽熱含量,i2=1163.2 (kJ/kg)雜