食用酒精工艺流程

吉 林 工 商 学 院 毕 业 论 文 题目名称： 年产10 万吨食用酒精工厂设计 院 系： 生物工程分院 专 业： 生物工程 学生姓名： 刘红 学 号： 26号 指导教师： 韩颖 2012 年 5 月 26日毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 年 月 日目 录 1 绪 论11.1 产品介绍11.2 设计意义11.3 设计原则12 设计概论32.1 生产方案的确定和产品方案32.2 厂址选择32.3 原料来源、规格及标准32.4 主要辅料的质量标准42.5 水的质量标准52.6 主要工艺技术参数53 淀粉质原料酒精生产工艺63.1 淀粉质原料酒精生产的流程63.2 原料的水-热处理63.3 糖化工艺73.3.1 糖化的目的73.3.2糖化过程中物质的变化73.3.3 糖化方法73.4酒精生产对酵母的要求74 酒精生产过程中的物料和热量衡算84.1酒精生产工艺技术指标84.2 工艺流程图 见具体图纸94.3 原料消耗计算94.3.1 原料计算94.3.2 辅料计算104.3.3 糖化醪与发酵醪量计算114.4 根据要求实际原料耗算一览表114.5 生产设备相关计算124.5.1 粉浆罐124.5.2 酒母罐134.5.3 糖化罐134.5.4 发酵罐134.5.5 搅拌器134.5.6 其他设备134.6 动力设施的计算154.6.1 耗水量的计算154.6.2 蒸汽消耗量的计算154.6.3 供电设施估算155 重点设备粗馏塔165.1 粗馏塔概况165.2 粗馏塔的计算166 环境保护和安全生产206.1 CO2回收利用206.2 液体、固体CO2 (干冰) 的制备和贮运206.3 杂醇油回收利用206.4 酵母回收207 车间布置设计及全厂定员217.1 车间布置设计217.1.1 建筑基本原则217.1.2 建筑基本要求217.1.3 全厂总平面设计217.2 车间内常用设备的布置217.2.1 发酵设备217.2.2 蒸馏设备及其他设备227.3 全厂定员227.3.1 生产部门227.3.2 动力辅修车间227.3.3 科研部门22参考文献23致谢24吉林工商学院本科毕业论文1 绪 论 1.1 产品介绍：乙醇俗称酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。相对分子质量46.07，分子式为C2H5OH，结构式为： H H | | HCCOH 分析纯级的无水乙醇是无色透明，易挥发，具有特殊芳香和强 | | H H 烈刺激味的易燃液体。相对密度0.7893，沸点78.3，凝固点-117.3，闪点14，自燃点390430，乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.3%19%（V）。1.2 设计意义： 随着经济的发展，究竟这种重要的工业原料被广泛用于化工、塑料、橡胶、农药、化妆品及军工等工业部门。且石油资源趋于缺乏、全球环境污染的日益加剧，各国纷纷开始开发新型能源。乙醇是目前为止最理想的石油替代能源，它的生产方法以发酵为主。菌种的优劣对发酵效果的影响非常大，能够筛选出具有优良性状的菌株及对菌株进行改良，对于降低生产成本，乃至实现酒精的大规模工业化生产，解决能源危机都有着重大意义。 我国现代化酒精工业的历史不长，1907年德国人在哈尔滨建立了第一个酒精厂；1920年福建酒精厂成立。以薯干为原料；1922年山东溥盆酒精厂投产，以甜菜糖蜜为原料；1935年上海中国酒精厂成立，以进口甘蔗糖蜜和薯干为原料，这些都是我国第一批酒精厂。解放前，我国的酒精工业发展缓慢，到解放前夕，全国总产量不及万吨，淀粉利用率仅60%左右，生产工艺均为简写发酵法，糖制剂用的是麦芽，原料不经粉碎，解放后，50年代初是恢复时期，产量逐步发展。50年代中开始进行技术革新，首先用微生物糖化剂代替麦芽；目前苏联的三段蒸煮代替间歇蒸煮，进而采用一级真空冷却连续糖化；糖蜜发酵实行了连续糖化，淀粉质原料的连续发酵也在一些工厂开始采用液体曲，以后又有糖化酶、液化酶、问世；80年代中，8085液化和其他低温蒸煮工艺开始在我国酒精工业中得到应用。近年来高温-淀粉酶、高糖化力酶、耐高温酵母、活性干酵母、差压蒸馏和各种酒糟处理新技术也开始应用，同时引进了国外一些酒精联产饲料的成套装备和技术，使我国的酒精生产水平上了一个新台阶。1.3 设计原则 设计工作围绕工厂现代会建设，做到投资小，收效快，能在原基础上升级扩大，设计工作符合可持续发展战略。 设计尽量结合实际，因地制宜，使用目前比较成熟的技术，确保设计可得到最大收益。 工厂设计需做到人性化为员工工作得合理的安排，使其达到最佳的工作效率。 设计中还需注意环保问题，减少对厂区及其周边环境的污染 对自己，本次设计是对自己大学四年所学知识的一个综合的运用和分析。2 设计概论2.1 生产方案的确定和产品方案 从投资能力、销售量、水源、能源供应、供电状况、技术状况等方面综合考察，决定设计建造一座年产10万吨的酒精食用厂，产品质量达到国家优质食用酒精标准，浓度为95.5%（V）。2.2 厂址选择 厂址选择的具体条件、自然条件：地形：简单、整齐、矩形 面积：满足工厂总平面布置要求地势：基本平坦，略有坡度 平原0.5% 山区5%地质条件a.避开危害地区：矿藏区、采空区、古井、古墓、坑穴b.地基承载力120180KN/m2c.寒冷地区，注意冻土层气象条件（风向、风景、雨量、温度）a.搜集十年以上气相资料b.雨量和温度有最高、最低和平均数据c.冰冻线对建筑基础和管线的影响水文条件a.了解蓄水量、水量供产量、水价、取水点、水层条件b.靠近水资源丰富的水源地环境卫生条件a.周围环境较清洁、含尘含菌浓度低、无有害气体污染b.在居民区的下风侧 拟建年产10万吨食用酒精工厂 布置方案：按功能区分为厂前办公区、生产装置区、生产辅助区、热能动力区、净水处理区、污水处理区、原料仓储区、成品罐装区、铁路、发远区等。左侧区厂前区生产区厂后区右侧区（1） 选择地点：位于吉林省松原市扶余县西南街（2）选择依据：交通便利、空气清洁、无污染、水质好、水源丰富2.3 原料来源、规格及标准(1)来源：玉米采购在松原市扶余县(2)规格及标准，外观 指标 玉米粉是由脱皮、脱胚的优质玉米精制而成。无有害、有毒物质，无沙子或其它不纯物，质量一致且符合食品级，无任何添加剂和抗氧剂。 外观：（色泽、气味、口味）正常、无霉变、无杂物，白色至黄色自由流动的颗粒，没有其它杂质。 气味/味道：具有特有的玉米香味，没有酸味、霉变的味道及其它异味。表2-1 玉米理化指标项目单位指标细菌总数大肠菌数霉菌及酵母数磷化物定性氰化物定性碱性金属物含量汞黄曲霉毒素B1Cfu/mgMPN/100mgCfu/mgmg/kg以Hg计g/kg50,0001002,000阴性阴性0.003%0.025表2-2 玉米的化学组成(%)水分淀粉蛋白质粗纤维脂肪灰分71660758101.33.151.72.4 主要辅料的质量标准（1） 淀粉酶表2-3 耐高温-淀粉酶性质项 目标 准最适pH值最适作用温度Ca2+浓度液化力5.57.090以上5070mg/kg120KNU/g或800.000mwu/g(2) 活性干酵母表2-4 活性干酵母性质 项 目性 质 色 泽 形 状 气 味 杂 质 无异物 酵母活细胞率 保存率 水 分 致病菌 重金属淡黄至浅黄色颗粒或条状具有酵母特殊气味，无异味无异物48%80%85%5.0%不得检出202.5 水的质量标准在酒精厂里水的主要用途是：冷却用水，锅炉用水和各种洗涤用水。 硬度过高的水不能用于酒精生产，因为所有的酒精生产工艺过程都是在弱酸性的条件下进行的（pH4.55.5）.冷却用水硬度也不能过高，否则容易引起设备和管道表面结垢，影响冷却效果。锅炉用水应符合锅炉用水标准，硬度超标一定要进行软化处理。 原水按硬度分为如下几类，见表2-5。表2-5 水的硬度分类水质类别硬度值碱性离子浓度（mmol/L H2O）较软水软水中硬水较硬水硬水极硬水04.04.18.08.112.012.118.018.130.031.001.441.452.882.894.214.336.486.4910.8010.812.6 主要工艺技术参数表2-6 主要工艺技术参数项目参数项目参数玉米原料淀粉含量淀粉利用率75%91.45%淀粉出酒率加水比55.34%1：3.53 淀粉质原料酒精生产工艺3.1 淀粉质原料酒精生产的流程 淀粉质原料 除杂粉碎 粉 料 加水调浆 粉 浆 加-淀粉酶喷射液化 粉浆液化液 加入糖化酶糖化 取小部分加入酵母糖 化 醪酒母 加入酒精酵母进行酒精发酵酒精发酵醪CO2 蒸馏 其他产品或杂质废 醪 酒精 从上述流程可见，淀粉质原料酒精生产是由原料预处理，原料的水-热处理（原料的蒸煮），糖化剂生产，糖化，酒母制备，发酵和蒸馏等工段组成的。下面分别对上述诸工段作详细的介绍。3.2 原料的水-热处理 含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的保护作用，不易受到淀粉酶系统的作用。另外，不溶解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非产的缓慢，水解程度也不高。所以，淀粉原料在进行糖化之前一定要经过水-热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用，这就是原料水-热处理的主要目的。3.3 糖化工艺3.3.1 糖化的目的 淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，或者无蒸煮工艺的醪液，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶系统的作用下水解成酵母能发酵的糖类。淀粉转变为糖的这一过程，称为糖化。糖化后的醪液称为糖化醪。主要目的还是将淀粉酶解成发酵性糖3.3.2糖化过程中物质的变化 在糖化过程中，醪液中的蛋白质在蛋白酶的作用下水解成胨，多肽和氨基酸等，所以糖化时醪液中氨基酸的含量增加1.52.0倍。这些小分子的氨基酸是酵母菌体增殖的良好营养分。醪液中的果胶质和半纤维素会有不同程度的水解，并生成相应的水解产物。3.3.3 糖化方法 蒸煮醪冷却至糖化温度；加糖化剂，使蒸煮醪液化，淀粉糖化，物料的巴斯灭菌；糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送往发酵或酒母车间。 先用间歇操作方法制备一锅60 C糖化醪，在开动搅拌器和开大冷却水前提下，连续从后熟器或蒸汽分离器送入蒸煮醪。固体曲曲乳、液体曲，或糖化醪稀释液不断从贮罐定量地流入。糖化醪则以锅底醪经往复泵送往喷淋冷却器，冷却到30C的糖化醪送往发酵车间，送往酒母车间的糖化醪不必经后冷却。只要单位时间由蒸煮醪带入的多余热量和冷却水单位时间带走的热量相等，则糖化锅内的醪液的温度就可以维持在60C，持久不变，只就是混合冷却连续糖化工艺的使之所在。 在蒸煮醪时，不宜采用糖化酶的最适作用温度，因为酶稳定的最适温度比其他作用的最适温度低。所以在最适作用温度下进行糖化，虽然糖化速度提高了，但是酶的失活率也比较高，不利于在发酵过程中进行的淀粉后糖化作用。糖化30min就够了，糖化时间过长会降低糖化设备的利用率。过多的糖化剂的使用会增加成本。糖化醪质量检测，主要测定外观糖和酸度。3.4酒精生产对酵母的要求（1）应具有较高的发酵能力，即能快速并完全地将糖分转化为酒精。（2）繁殖速度快，即具有高的比生长速度。（3）具有高的耐酒精能力，即对本身代谢产物的稳定性高，因而可以进行浓醪发 酵。（4） 抵抗杂菌能力强，即对杂菌代谢产物的稳定性高，耐有机酸能力强。（5）对培养基的适应性强，耐高温，耐盐，耐干物质浓度的性能强。 4 酒精生产过程中的物料和热量衡算4.1酒精生产工艺技术指标生产规模：100，000T/年生产方法：双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏生产天数：300天/年 食用酒精年产量：100，000T 食用酒精日产量：334 T 食用酒精时产：14T即14，000kg/h 副产品年产量：不得有次级酒精占酒精杂醇油量：为成品酒精量的0.5% 产品质量：国标食用酒精（乙醇含量95%（V/V）热量生产原料：玉米原料（含淀粉68%、水分11%）-淀粉酶的用量为8u/g原料，糖化酶用量为150u/g原料，酒酵母糖化醪用糖化酶量为300u/g原料酸铵用量：7Kg/T（酒精）； 浓硫酸（98%）用量（调PH）：5Kg/T（酒精） 调浆时：料水比为1:3.5，调浆后粉浆温度为343k，每个粉浆罐的容积为5m2，径高比为1:1.5，锥形部分的高度为圆筒部分高度的1/3，交替使用。糖化醪91%作为生产糖化醪，9%作为酒母糖化醪，酒母糖化醪制备时，料水比为1:4.5。粉浆有关数值：粉浆比热为3.57kj/kg.k，蒸煮的温度为416k，加热蒸汽的压力位5个大气压（表压），加热蒸汽的热焓为657.84.187kj/kg,加热蒸汽的凝结水的热焓为1434.187kj/kg，整个蒸煮时间为2小时，最后一个后熟器的压力为0.5个大气压（表压）,对应的温度为384k，气液分离器中糊化醪的比热为3.6kj/kg.k。糊化醪的比重为1.085，糊化醪的比热为3.64 kj/kg.k。蒸煮锅后熟器要求;蒸煮锅和每个后熟器的容积相等，气液分离器装料量为50%，蒸煮锅、后熟器、气液分离器圆筒部分径高比为1:3。冷却器：正空冷却器有圆柱形部分和锥形部分组成，圆柱形部分的高度为直径的1.5倍，圆锥低角为45。真空度维持在550mm汞柱，对应温度340k，二次真气汽化热为5584.187kj/kg.k，二次蒸汽的比容为5.7m/kg,二次蒸汽的上升速度为0.8m/s，醪液下降管的长度为10m，垂直安装。糖化锅:糖化锅由圆柱形部分和球形部分组成，装料系数为75%。几何容积的计算按以下进行： V=0.785D+1/3h（3r-h）D圆筒部分的直径（m）；H圆筒部分的高度m；h球形底的高度m；r底的曲率半径m；H=2D；h=0.25D;r=（D+4h）/8h糖化时间为45min 4.2 工艺流程图 见具体图纸4.3 原料消耗计算 工艺计算，在设计或改建、扩建酒精厂中，对生产过程的物料和能量衡算是必不可少。衡算结果不但为生产设备和动力设备的设计、选型提供重要依据，而且能获得生产过程主副原料的消耗、水电气的消耗以及成品、副产品和废料的数量。这些都是组织和管理生产、进行成本核算的必要依据。4.3.1 原料计算 现以生产95%（V）成品酒精1000kg作为计算的基准。从淀粉质原料生产酒精的化学反应式原料与成品之间的定量关系如下： 可以得到每生产1000kg无水酒精需要淀粉量为：1000（16292）=1760.9（kg） 而95%(V)的成品酒精相当于92.41%(w)，故生产1000kg95%（V）成品酒精需要的淀粉量为：1760.992.41%=1627.2(kg) 酒精生产要经历许多的工序和复杂的生物化学变化，在生产的各个阶段难免会有淀粉的损失，根据实际经验，生产1000kg上食用酒精生产过程中各阶段的淀粉损失的分配大致如表。生产过程淀粉损失一览表生产工序淀粉损失原因淀粉损失量（%）原料预处理蒸煮发酵发酵发酵蒸馏 粉尘损失未溶解淀粉及糖分破坏未发酵残余糖分巴斯德效应和用于发酵副产物损失酒精自然蒸发与被二氧化碳带走废槽液带走及其它蒸馏损失累计损失由酒精捕集器回收酒精实际损失 0.400.501.504.001.301.859.551.008.55因此，一般在整个生产过程中淀粉利用率在91.45%之间，若以上表为依据，淀粉利用率为91.45%计算，每生产1000kg成品酒精需要淀粉量为：1627.2（1-8.55%）1779.3(kg)玉米为：1779.368%=2616.6(kg)故生产1000kg来自玉米的上食用酒精总淀粉原料为：2616.6kg4.3.2 辅料计算4.3.2.1 -淀粉酶的消耗量 蒸煮醪所需辅料的计算;以设计要求玉米为原料，应用酶活力为2000u/g的 -淀粉酶进行液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗，据技术指标，-淀粉酶的用量按8u/g原料计算，则酶用量为： 2616.6（kg）1000（g/kg）8（u/g）2000（u/g）=10.5kg4.3.2.2 糖化酶的消耗量 蒸煮醪所需辅料的计算;以设计要求玉米为原料，应用酶活力为20000u/g的糖化进行糖化，据技术指标，糖化酶的用量按150u/g原料计算，则酶用量为： 2616.6（kg）1000（g/kg）150（u/g）20000（u/g）=19.6kg此外，酒母糖化制备时，糖化酶用量按300u/g原料计算，设酒母用量为10%，则酶用量为：2616.6（kg）10%70%300（u/g）20000（u/g）=2.7kg注：其中70%指酒母糖化醪制备时，糖化醪为70%，另外补充30%的水。4.3.2.3 蒸煮醪量计算 根据生产实践，连续蒸煮首先将粉碎原料在配料调浆罐内与温水混合，加水比一般为1:3左右，本实验取1:3.5则粉浆量为：2616.6(13.5)12182.2kg 这里简化计算，用以下方法近似求解。假定采用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度为343K,应用喷射式液化器使粉浆温度迅速上升至416k，然后进入罐式连续液化器液化，在真空冷却器中闪击蒸发冷却至384K进入发酵罐。(1)根据所给数据，知道蒸煮醪比热为3.57kj/kg.k。为简化起见，设此比热在整个蒸煮过程中维持不变。经加热蒸汽喷射液化过后的醪液量为：12182.2+12182.23.57（416-343）/(657.84.187+(416-273)4.187)=13129.3 kg 式中：657.84.187为加热蒸汽的焓kj/kg (2)经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：设经第二液化维持罐出来的蒸煮醪温度由416k降低到393k，此处设温度降低是通过汽化解决，所以蒸煮醪汽化后的量为：13129.3-13129.33.57（416-393）/2205.2=12640.4kg 式中：2205.2为393k时水蒸气的汽化潜热kj/kg (3)经喷射混合加热器后的蒸煮醪的量为：设经喷射混合加热器后的蒸煮温度由393k上升到398k，所以喷射混合后蒸煮醪的量为：12640.4+12640.43.57（398-393）/（657.84.187-(398-273)4.187）=12741.5kg 式中：657.84.187为加热蒸汽的焓（kj/kg）；398k为灭酶温度(4)经最后一个后熟罐出来的醪液量为：经最后一个后熟器后。醪液温度由398k降低到384k，若温度降低是由热损引的，醪液量不变；此处设为通过汽化降温，所以降温后的醪液量为：12741.5-12741.53.57（398-384）/22346=12712.8kg(5)经真空冷却器后最终蒸煮醪量为： 12712.8-12712.83.57（384-340）/5584.187=11841.3kg 注(1):参见公式，即根据热量衡算 (2):参见化工原理p335天津大学出版社2004年新版，下同 式中，22346为384k时水蒸气的汽化潜热kj/kg 4.3.3 糖化醪与发酵醪量计算 发酵过程中相应的过程释放的CO2总量为：（100092.41%)/98%（44/46）=902kg 式中：44/46指的是产生一分子酒精就产生一分子CO2,即理想发酵情况下。 所以最终需要蒸馏的醪液中含酒精约为： （100092.41%）/(11841.3-902)100%=8.45%（质量分数） 由上计算可知发酵结束后成熟醪焓酒精约8.45%（质量分数）。并设蒸馏效为98%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%，则生产1000kg95%国际酒精成品的有关计算如下： 需蒸馏成熟发酵醪的量为：F1=（11841.3-902）/98% (100+5+1)100=11832.3kg 不计酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水，可设发酵过程中则成熟发酵醪量为：F2=11841.3-902=10939.3kg 接种量按10%计算，则酒母量为：11841.310%=1184.1kg 注：设计要求最后醪液91%用于发酵，9%用于酒母制作，相当于9/9110%4.4 根据要求实际原料耗算一览表因计算方便，上面计算的是生产1000kg要求酒精相关数据，实际生产100,000t酒精则进行放大，因取的基础数据（如比热容）都一样，所以对结果没有影响下表则是1000kg酒精和放大后100，000t酒精相关数据一览表： 1000kg酒精相应用量产量100,000t酒精相应用量产量生产95%(V)成品酒精所需淀粉总量1627.2kg16272t生产成品酒精需要淀粉量（计淀粉损失后）1779.3kgt来自玉米的上食用酒精总店粉原料为2616.6kgt淀粉酶的消耗量10.5kg1050t糖化酶的消耗量19.6kg1960t酒母糖化酶的消化量2.7kg270t粉浆量12182.2kgt经加热蒸汽气喷喷热液化过后的醪液量13129.3kgt经第二液化维持罐出来的蒸煮醪量12640.4kgt经喷射混合加热器后的蒸煮醪的量12741.5kgt经最后一个后热罐出来的醪液量12712.8kgt经真空冷却器后最终蒸煮醪量11832.3kgt计酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水需蒸煮的成熟发酵醪量11823.3kgt接种量按10%计算酒母量1184.1kgt 计算结果和相关数据和放大数据一览表 注：生产100,000t的数据位在生产1000kg数据的基础上乘以100，单位则为t，但物质本身的性质数据除外。若固定日产量，全年生产应为t，即在1000kg数据的基础上乘以100.1，单位t，这里没有列出，但设计生产设备是是在日产量的条件下计算的。4.5 生产设备相关计算4.5.1 粉浆罐 已知蒸煮糖化车间有两个粉浆罐，每个粉浆罐的容积为5 m。高径比为1：1.5，粉浆流量应为：12182.2（14000/1000）=.8kg1080kg/m3=124.73m锥形部分高度为圆筒部分高度的1/3。故总容积V V = V1 + V2 =(D/2) H + 1/3(D/2) h D圆筒部分的直径（m）；H圆筒部分的高度m；h圆锥部分的高度m，由此可得：D=2.43m H=1.62m h=0.54设调浆时间为3min，则有效流量为：V有效=124.73（3/60）=6.24m若按要求取5m的粉浆罐，则需要台数为：n=6.24/5=1.3=2若要进行交替使用，则至少要3台。4.5.2 酒母罐 时产酒母醪的体积应为：1184.1/1.085（14000/1000）=13.2m 同蒸煮锅和后熟器一样，计算可得酒母罐体积： V有效=13.220.8=33.0m式中:0.8为装料系数，2为与蒸煮同步的逗留时间h。可知酒母醪糟体积很小，取体积为50m的酒母罐一个即可。4.5.3 糖化罐 糖化锅由圆柱形部分和球形部分组成，装料系数为75%。几何容积的计算按以下进行： V=0.785DH+1/3h（3r-h）D圆筒部分的直径（m）；H圆筒部分的高度m；h球形底的高度m；r底的曲率半径m；H=2D；h=0.25D;r=（D+4h）/8h取3600，（内径3.6m）的糖化锅，则糖化锅的H=3.62=7.2m，h=0.252.6=0.9m，r=（3.6+40.9）/（80.9）=2.25则单台体积为： V=0.7853.67.2+（1/3）0.9（32.25-0.9）=78.2m因为糖化时间为45min，所以有效流量为：V有效=134.68（45/60）=10.1 m/h根据n= V有效/（V），则糖化锅台数为： n2= 101.10.7578.2=1.72=2式中:0.75为装料系数4.5.4 发酵罐 总发酵时间由前面可知大约为62h，所以有效流量为：V有效=134.6862=8350.16m发酵罐和糖化罐有类似的构造，取5000mm的发酵罐，则单个发酵罐体积为： V=230m注：参见发酵工厂工艺设计概论p102中国轻工业出版社2007版。根据n= V有效/（V），则发酵罐台数为：n3= 8350.160.75230=48.4=494.5.5 搅拌器 每个后熟器配2个搅拌器，糖化锅1个，发酵罐2个，则至少需要搅拌器为：24+12+249=1084.5.6 其他设备本设计只是进行初步设计，详细的设备计算不做介绍,下表只做大致罗列。生产设备一览表 生产设备表序号产品名称规格型号单位主要材质数量1输送系统套碳钢2给料机台碳钢3永磁除铁器台4粉碎机锤片式台碳钢5风机离心式台碳钢6分离器旋风式台碳钢7蒸煮锅3600mm台碳钢18粉浆泵5m台碳钢39后熟器3600mm台碳钢310真空冷却系统套111酒母罐V=50m3个碳钢112糖化罐3600mm个碳钢213发酵罐5000mm台不锈钢49 14食用酒精冷却器板式台不锈钢4515粗馏酒精罐V=5m3台不锈钢4516精塔回流罐V=5m3台不锈钢4517水洗塔回流罐V=5m3台不锈钢4518甲塔回流罐V=5m3台不锈钢4519杂塔回流罐V=5m3台不锈钢4520碱液罐V=2m3台不锈钢4521杂醇油暂储罐V=10m3台不锈钢4522精塔废水闪蒸罐V=10m3台不锈钢4523酒精计量罐V=80m3台碳钢4524食用酒业计量罐V=80m3台碳钢4525次酒精计量罐V=6m3台碳钢4526杂醇油分离器V=6m3台不锈钢4527醪塔再沸循环泵Q=200m3/h台不锈钢9028真空泵台碳钢9029粗馏酒精泵Q=90m3/h台不锈钢9030精塔回流泵Q=150m3/h台不锈钢904.6 动力设施的计算4.6.1 耗水量的计算查物料平衡图知：液糖化工段：循环水总消耗量=.468 kg/h 冷却水总消耗量=.43 kg/h 拌料用工艺水，来自闪蒸汽汽凝水，节省了一次水用量。发酵工段： 循环水总消耗量=.22 kg/h 冷却水总消耗量=.79 kg/h蒸馏工段： 杂醇油冷却器循环水量:G=14440 kg/h 成品酒冷却器循环水量:G= kg/h 粗塔冷凝器A,B循环水量:G=.12 kg/h 粗塔冷凝器C循环水量:G=70551.11 kg/h 蒸馏工段总耗水量=14440+.12+70551.11=.23 kg/h4.6.2 蒸汽消耗量的计算查物料平衡图知液糖化工段：锅炉来生蒸汽量=12502.87 kg/h发酵工段无蒸汽消耗蒸馏工段：锅炉来生蒸汽量=24310.12 kg/h总汽耗量：36812.98 kg/h4.6.3 供电设施估算 生产一吨燃料酒精耗380V电约为320度，则年生产耗电量（Q）Q=320=（度）5 重点设备粗馏塔 5.1 粗馏塔概况 粗馏塔的主要作用就是从发酵成熟醪中将酒精成分提取出来。粗馏塔处理的对象是成熟醪，其中含有许多固形物，黏度大，易起泡，腐蚀性强。要求蒸馏之塔板：处理能力强；塔板效率高；塔板压降低；操作弹性大；结构简单，制造成本低；能够满足工艺的特定要求，如不易堵塞，抗腐蚀等。国内许多酒精厂的粗馏塔大多采用鼓泡形塔板（如泡罩塔板和S形塔板）。有些厂家则采用了斜孔塔板、导向筛板、浮阀波纹筛板等喷射形塔板。5.2 粗馏塔的计算（1）塔板层数的确定计算进料热状态参数=1.035其中：r 每公斤进料的汽化潜热，2331.2KJ/kg； t1沸腾温度，92.6； t 进料温度，72。绘制平衡曲线 yx ，并作对角线y=x，如图；由斜率和点（Xf,Xf）做得；由斜率w/s和点（Xw，Xw）做操作线，与线交于点b；如图所示，先做平衡线yx和对角线y=x，再从点a（3.33%，3.33%）引斜率为30的线，从点c（0.002%，0.002%）引斜率为5的操作线，与线交于点b。然后从b点出发在平衡线与操作线之间引阶梯，至X=X00.2%为止，所得阶梯数为6个，即理论塔板数n=6。n=5.7式中：X0上限酒精浓度，X0=0.2%（分子）； Xw下限酒精浓度，Xw=0.002%（分子）； S 加热蒸汽量，S=24310.12g/h； L溢流量，L=F=1.035.70kg/h； K酒精挥发系数，K=13。 于是所需理论板数为6+5.7=11.7，板效率按0.4计，则实际板数为25，此值与工厂实际使用塔板相符。设塔板气液分离层和蒸馏釜均告高1m，这样粗馏塔高：=0.4（25-1）=11.6m（2）塔径和板距塔顶上升蒸汽量为：V1=34695.76kg/h,但由于进料液温度低于进料层沸腾温度，因此塔内上升蒸汽量将大于此值。現塔内上升蒸汽量按升入进料层的蒸汽量计算，对进料层进行总物料衡算，得升入进料层的蒸汽量为：V2=L+ V1-F=.72+34695.76-.70=39394.78kg/h进入进料层蒸汽的酒精含量近似按塔顶蒸汽的酒精含量计算，即y=48%（w）。塔顶绝对压力为0.11MPa，其蒸汽密度为0.934 kg/m3,于是塔内上升蒸汽的体积流速为：V=11.72m3/s取塔板间距HT=0.4m，泡沸深度Z=0.05m，则蒸汽速度为：= =0.925m/s塔径 D=4.02m留有余地，取塔径为4.10m。（3）泡罩的设计 根据一般升气管面积为塔横截面的1020%，考虑到蒸汽上升管内气流速一般为34.5 m/s，取20%计，F塔=13.196m2升气管总截面积应为：F升=20%F塔=20%13.196=2.639 m2若在塔板上布置N=11只泡罩，这时泡罩升气管直径应为：d2=055m取d2=0.6m，相应升气管总面积占塔截面的百分数为：F升/F塔= =23.56%泡罩的其余尺寸：升气管顶边到泡罩顶的距离为：h1=0.15m 泡罩的内径为：dB=0.85m式中 ：升气管壁厚，用不锈钢可取1.6mm若泡罩矢缝宽为0.025m，矢高t为0.010m，则矢缝数为：Z=77个 矢缝高度：h3=0.15m （4）升气管设每层塔板上的泡罩数为10个，升气管总面积为塔板面积的14%，则有：=d1=0.118D=0.1184.10=0.484m取塔板上液层深度hl=200mm,升气管高h4超过塔板上液层深度20mm,则h4=200+20=220mm（5）泡罩尺寸 取升气管厚度1=10mm，泡罩壁厚度2=10mm，齿宽b=10mm，缝宽t=25mm,则有：升气管边至泡罩顶距离hl= d1/4=0.12m泡罩内径d2=0.70m泡罩下沿至塔板间距离h2= d12/4d2= 0.4842/（40.70）=0.08m泡罩齿缝数n=68个齿缝高度h=0.11m缝顶至液面距离h3= hL-（h+h2）=0.22-（0.11+0.08）=0.030m泡罩高h5 = hl + h4 h2 +2 =0.12+0.22-0.08+0.01=0.27m（6）降液管与溢流堰采用弓形降液管，单液流型，取lw/d=0.7，则：lw=4.10.7=2.87mL=.72kg/h取E=1，则堰土液层高度：how=0.076m堰高：hw= hL- how=0.200-0.076=0.124m6 环境保护和安全生产6.1 CO2回收利用 目前,世界上不少国家对CO2的回收利用深为关切。CO2已在化学工业、石油开采、机械工业、食品工业等领域有广泛的应用,特别是在食品在冷藏、保鲜中具有潜在的优越性。工业生产排放的CO2气,其浓度常常较低或含有其他杂质, 所以在其回收利用中, 首先碰到的是CO2的浓缩问题。直接燃烧法, 物理吸附法等精制技术, 可针对二氧化碳中杂质的种类和数量不同, 以及对产品的质量要求和生产规模选择适宜的精制工艺。6.2 液体、固体CO2 (干冰) 的制备和贮运在二氧化碳的回收利用中, 除生产工艺外, 贮存和运输也是很重要的环节。因为气体CO2的体积是液体的365倍, 是固体CO2的764倍,气体CO2的存贮和运输费用很高,因此,气体CO22的使用在CO22的应用中只占很小比例。国内外液体CO2和干冰的制备工艺大同小异,都围绕临界温度(31.1),临界压力(7512/cm2) 上作文章。基本工艺路线是洗涤,压缩,氧化,干燥,活性炭吸附,冷凝制成液体CO2,液体CO2节流膨胀制干冰。液体CO2和干冰的制备方法可分为高压法和低压法。高压法其液化温度为30左右,CO2经四段压缩,压缩至80巴压力,用水冷却到30而制得液体CO2,液体CO2节流膨胀制干冰。低压法是将常压CO2压缩到25巴, 冷却至-20,CO2即可液化.液体CO2可能装罐或用糟车贮运。固体CO2可以用木制的或隔热塑料容器贮运。6.3 杂醇油回收利用对杂醇油的综合利用可分为二种主要途径: 对杂醇油进行精制分馏得到C2C3 低碳混合醇、C4 醇和异戊醇。它们可作燃料、溶剂及有机合成的原料； 通过酯化得到相应的酯类或混合酯。它们可作油漆溶剂, 香精香料、选矿药剂、医药品及塑料增塑剂、橡胶硫化剂等。6.4 酵母回收 采用酵母细胞循环工艺，增加酵母细胞在发酵醪中的浓度，提高发酵速度，缩短发酵时间，提高了设备利用率，扩大了酒精的产量； 酵母细胞的回流工艺的应用，为酒精生产全自动化，稳定生产，提高产量创造了良好的条件； 酵母细胞的回流工艺为酒精行业浓醪发酵提供了可靠的保证4。7 车间布置设计及全厂定员7.1 车间布置设计7.1.1 建筑基本原则结合厂地的自然条件，因地制宜，又要注意技术经济性、节约用地、节省投资和留有发展余地。满足生产要求，工艺流程合理工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，减少物流量。适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直工厂总平面布置要与工厂内部运输方式相适应。充分注意防火、防爆、防振与防噪声安全生产是工厂布局首先要考虑的问题，在某些危险部门之间应留出适当的防火、防爆间距。振动会影响精密作业车间的生产，因此精密车间必须远离振源或采用必要的隔振措施。噪声不仅影响工作，而且还会摧残人的身体健康。