年产3万吨酒精厂工艺模拟设计毕业论文.doc

毕业设计（论文）年产3万吨酒精厂工艺模拟设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 产品介绍11.2 研究目的和意义11.3 设计原则22 设计说明32.1 工艺指标和基础数据32.2 生产工艺概述33 原料的处理53.1 糖蜜原料53.2 糖蜜的贮存53.3 稀糖液的制备及处理53.3.1 糖蜜稀释的目的及方法53.3.2 糖蜜酸化的目的及方法63.3.3 添加营养盐63.3.4 糖液的灭菌63.3.5 稀糖液的澄清74 工艺计算84.1 物料衡算84.1.1 原料消耗量计算（基准：1吨无水乙醇）84.1.2 酵醪液量的计算84.1.3 成品与废醪量的计算94.1.4 年产量为3万吨燃料酒精的总物料衡算104.1.5 稀释工段的物料衡算114.2 热量衡算124.2.1 发酵工段的物料和热量衡算124.2.2 蒸馏工段的物料和热量衡算124.3供用水衡算174.3.1 精馏塔分凝器冷却用水174.3.2 成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水174.3.3 总用水量184.4 其他衡算184.4.2 供电衡算195 设备计算与选型205.1 发酵设备设计205.1.1 发酵罐容积和个数的确定205.1.2 糖蜜储罐个数的计算215.1.3 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸215.2 其它设备的计算和选型255.2.1 蒸馏设备255.2.2 换热器的选型255.2.3 稀释器266 车间布置设计276.1 车间布置设计276.1.1 建筑基本原则276.1.2 建筑基本要求276.1.3 全厂总平面设计276.2 车间内常用设备的布置276.2.1 发酵设备286.2.2 蒸馏设备及其他设备287 废物处理及再利用297.1 废物总类297.1.1 污水废物297.1.2 气体废物297.1.3 固体废物297.2 废物利用297.2.1 废气处理307.2.2 废水和废渣处理31结论29附录33致谢35参考文献36351 绪论1.1 产品介绍乙醇俗称酒精，化学名称是乙醇（C2H5OH）是一种无色、透明、易挥发，具有特殊香味的液体，密度比水小，能跟水以任意比互溶（一般不能作为萃取剂）。是一种重要的溶剂，能溶解多种有机物和无机物。凝固点()：-117.3，沸点()：78.3 ,相对密度(水=1)：0.7893, 相对蒸气密度(空气=1)： 1.59, 饱和蒸气压(kPa)：5.33(19)，燃烧热(kJ/mol)：1365.5，临界温度()： 243.1，临界压力(MPa)：6.38，辛醇/水分配系数的对数值：0.32 闪点():14，引燃温度()：363，爆炸极限%(v/v)：3.3- 19.0，相对分子质量：46.07，结构式1见图1-1： H H| |HCCOH | |H H图1-1 C2H5OH结构式1.2 研究目的和意义工业酒精是一种经济实用的清洁燃料。如今能源的危机，以及农业的蓬勃发展，都使得工业酒精产业的重新崛起与迅速发展成为必然。而酒精的生物发酵过程所需的条件温和，转化率高，而且环保无污染，可以说是工业酒精的最理想的生产方法。发酵法生产酒精的能力将成为衡量国家经济实力的一种标准。生物发酵是利用淀粉质原料活糖原料，在微生物的作用下生成酒精2。酒精作为一种新能源，具有两个明显的优势：可再生能源，无污染燃烧。中国是一个石油净进口国，海关数据显示，2012年中国共计进口原油2.71019327亿吨，同比增加6.79%，而原油价格为4803元每吨。两个数相乘，得出的是一个十分可怕的数据。在大多数方面酒精拥有石油的性能，能产生足够的酒精，则可以大大减少石油的进口。但是目前国内酒精生产量不足以与消耗量相平衡，每年仍需进口几百万吨酒精。目前燃料酒精已作为国家战略部署的新型能源之一。本设计即酒精工厂的模拟设计为了设计出最理想的酒精生产流程以及工厂，在国内具有广阔的前景。1.3 设计原则(1) 本设计工作围绕着工厂现代化建设，力图能使所设计的工厂具有前瞻性，且投资小，收效快。(2) 对自己而言，本次设计是对自己在湖北理工四年所学知识的一个综合运用和分析，将书本知识运用到实际的操作中去，为日后的工作打下夯实的基础。(3) 设计的工厂充分考虑现今的一些技术，设备，以及设计先进理念，尽量做到人性化，绿色化，为员工的工作和生活做出妥善的安排，使其达到最佳工作效率。(4) 设计尽量因地制宜，并且使其经济效益最大化，在各种设备选型中，合理考虑性价比和地区特性3。2 设计说明2.1 工艺指标和基础数据(1) 生产规模:30000 t/a；(2) 生产方法:单浓度连续发酵、差压式二塔蒸馏机组、生石灰吸水法；(3) 生产天数:每年250天；(4) 酒精日产量:120 t；(5) 酒精年产量: 30000 t4；(6) 副产品年产量:次级酒精占酒精总量的2%（一般占成品酒的1.2%3%，这里取2%）4；(7) 杂醇油量:为成品酒精量的0.3%（一般占成品酒精多0.250.35）5；(8) 产品质量：燃料酒精乙醇含量为99.5%(v/v)(9) 糖蜜原料：含可发酵性糖50(10) 发酵率：90(11) 蒸馏率：98(12) 发酵周期：48小时(13) 发酵温度：2834(14) 硫酸铵用量：1kg/t糖蜜(15) 硫酸用量：5kg/t糖蜜(16) 酒精质量标准根据GB67820022.2 生产工艺概述(1) 原材料（糖蜜）的预处理包括有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法6；(2) 连续稀释法稀释糖蜜(3) 制酵母(4) 酵母菌发酵、提纯(5) 发酵流程：糖蜜发酵用糖液发酵蒸馏成品酒精(6) 具体生产工艺流程7见图1-2糖蜜储罐澄清预处理糖蜜槽称量灭菌酸化连续稀释罐组添加抑菌剂缓冲储罐醪塔连续发酵罐组精馏塔杂醇油干燥器成品泵压添加絮凝剂菌种发酵精馏醛酒污水污水处理器冷凝水回收副产品（肥料等）图1-2 生产工艺流程图3 原料的处理 3.1 糖蜜原料甘蔗糖蜜是制糖生产的副产品，其中含50%左右的可发酵糖，是本设计最佳的原料。主要产于广西、云南、台湾等亚热带地区。甘蔗糖蜜的产量约为甘蔗的2.5%3%。3.2 糖蜜的贮存为了确保酒精生产线连续正常地进行，酒精工厂的仓库必需备有一定量的糖蜜。为了保持糖蜜的纯净不被污染，糖蜜的贮存要求如下：(1) 为防止尘沙，污水，杂菌的污染，保持糖蜜的纯净，要求采用密闭容器 。(2) 为保证正常连续生产，常备有供一个月左右生产酒精用糖蜜量。(3) 糖蜜贮存罐的位置应处于方便运输和生产的地点。(4) 稀糖蜜和受到污染的糖蜜不宜过久贮存，以免造成糖分的过多损失。3.3 稀糖液的制备及处理考虑到糖蜜中的灰分、胶体物质等杂质多，有害微生物的污染，营养盐的缺乏以及适宜酸度的调整。因此，在糖蜜稀释的同时，必须进行酸化、灭菌、澄清和添加营养盐。间歇稀释操作法则是逐项进行。目前中国糖蜜酒精工厂多采用连续稀释热酸法澄清处理糖蜜，把酸化、灭菌、添加营养盐和澄清同时一道进行。糖蜜原料制作稀糖液及处理的流程为： 糖蜜稀释酸化添加营养盐灭菌澄清稀糖液 3.3.1 糖蜜稀释的目的及方法稀释糖蜜的目的是为了降低糖液中糖和无机盐的浓度，使其达到最适于酵母的生长，繁殖和发酵的浓度。稀释糖蜜的浓度随生产工艺流程和操作而不同，通常糖蜜稀释的工艺条件为：单浓度流程稀糖液浓度22%25%，双浓度流程酒母稀糖液12%14%。本工艺采用的是单浓度流程，也就是酒母培养和发酵采用同一浓度稀糖液的酒精生产流程。糖液浓度一般控制在22-25Bx。稀释方法分为间歇稀释法和连续稀释法两种。本工艺采用的是间歇稀释法，也是先将糖蜜由泵送入高位槽，经过磅秤称重后流入稀释罐，同时加入一定量的水，开动搅拌器充分拌匀，即得所需浓度的稀糖液，经过滤后可供酒母培养和发酵用5。3.3.2 糖蜜酸化的目的及方法糖蜜加酸酸化的目的是防止杂菌的繁殖，加速糖蜜中灰分与胶体物质沉淀，同时调整稀糖液的酸度，使适于酵母的生长。加酸量与方法一般随糖蜜的种类而异，甘蔗糖蜜稀释时可直接加入稀糖液量0.20.3%的浓硫酸，混合均匀即可。3.3.3 添加营养盐为了保证酵母的正常生长繁殖和发酵，根据糖蜜原料的化学组分，必须在糖液中添加酵母所必需的营养。工厂实践和甘蔗糖蜜的组分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要营养成分是氮素。补充氮通常是以硫酸铵作氮源，用量为每吨糖蜜使用21%的硫酸铵1-1.2kg，即糖蜜用量的0.1%-0.12%。3.3.4 糖液的灭菌糖蜜中常污染有大量杂菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸菌等产酸菌，为保证稀糖液的正常发酵，除加酸提高糖液酸度抑制杂菌生长繁殖外，还必须对糖蜜进行灭菌。糖蜜常用的灭菌方法有：化学灭菌法和物理灭菌法。(1) 化学灭菌法化学灭菌法是采用化学药品来杀灭杂菌的方法。常用的糖蜜杀菌药品及其用量1,8见表3-1表3-1 常用的糖蜜杀菌药品及其用量名称用量备注漂白粉每吨糖蜜用200500g有效氧30%甲醛每吨糖蜜用600ml浓度40%氟化钠为稀糖液的0.01%毒性很大五滤苯酚钠为糖蜜量的0.002%0.004%残留多，于环境有害灭菌灵为糖蜜量的0.002%于环境无害无毒(2) 物理灭菌法物理灭菌法具体操作是将糖液加热至8090，并保持40min。该方法除了灭菌外，还可使糖蜜中的胶体絮凝，使糖液澄清。该方法要消耗大量的蒸汽，工厂一般不采用，只有糖蜜被严重污染时才采用此法予以灭菌。3.3.5 稀糖液的澄清 稀蔗糖溶液中的特定胶体物质，颜料，灰分和其它悬浮物，它们的存在对正常的酵母的生长，繁殖和发酵有害，应尽可能地除去。其解决办法就是稀糖液的澄清糖蜜的澄清方法分为机械澄清法和加酸澄清法。机械澄清法即压滤法和离心法，调节至pH值为3.7的酸化12小时，分离沉淀物，用离心机或压滤机，国内多数澄清是应用此方法。4 工艺计算4.1 物料衡算 4.1.1 原料消耗量计算（基准：1吨无水乙醇）(1) 糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：C12H22O11H2O2C6H12O64C2H5OH4CO2蔗糖 葡萄糖 酒精342 360 184 176X 1000(2) 1000kg无水乙醇的理论蔗糖消耗量：1000（342184）1858.7（kg）(3) 生产1000kg燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）换算成质量分数为：相当于理论蔗糖消耗量为：1858.799.181843.5（kg）(4) 生产1000kg燃料酒精实际蔗糖消耗量（生产过程中蒸馏率为98，发酵率为90）：1843.598902090（kg）(5) 糖蜜原料含可发酵性糖50%，故生产1000kg燃料酒精糖蜜原料消耗量：209050=4180（kg）(6) 生产1000kg无水酒精量（扣除蒸馏损失生产1000kg无水酒精耗糖蜜量为）：1858.79050=4130.4（kg）4.1.2 酵醪液量的计算酵母培养和发酵过程放出二氧化碳量为9：（100099.18%）98%(176184)=968采用单浓度酒精连续发酵工艺，把含固形物85的糖蜜稀释成浓度为2225%的稀糖液。设稀释成25%的稀糖液：4180（85%25%）=14212(kg)即发酵醪液量为：14212kg酵母繁殖和发酵过程中放出968kg的二氧化碳，则蒸馏发酵醪的量为（其中酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的6%）：F1：（14212-968）（1.00+6%）=14039（kg）蒸馏成熟发酵醪的酒精浓度为：B1：(100099.18%)(98%14039)=7.14%4.1.3 成品与废醪量的计算糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精的0.25%0.35%，以0.3%计，则杂醇油量9为：10000.3% =3 (kg)醪液进醪温度为t1=55，塔底排醪温度为t4=85，成熟醪酒精浓度为B1=7.14%，塔顶上升蒸汽的酒精浓度50%（v）即42.43%（m），生产1000kg酒精，则：醪塔上升蒸汽量为11：V1=140397.14%42.43%=2363（kg）残留液量为：WX=14039-2363=11676（kg）根据发酵醪比热公式C=4.18（1.0919-0.0095B）成熟醪液比热容为：C1=4.18（1.019-0.95B1）=4.18（1.019-0.957.14%）=3.98kJ/(kgK)成熟醪带入塔的热量为：Q1=MC1t1=140393.9855=3.08106(kJ)蒸馏残液内固形物浓度为：B2 = F1B1/WX=(140397.14%)/11676=8.59%根据残留液比热公式C = 4.18（1-0.00378B2）蒸馏残余液的比热容：C2 = 4.18（1-0.378B2）=4.18（1-0.3788.59%）=4.04kJ/(kgK)塔底残留液带出热量为：Q4=WXC2t4=116764.0485=4.01106(kJ) 查附录得42.43%酒精蒸汽焓为2045KJ/kg。故上升蒸汽带出的热量为：Q3=V1i=23632045=4.83106（kJ）塔底真空度为-0.05MPa（表压），蒸汽加热焓为2644KJ/kg，又蒸馏过程热损失Qn可取传递总热量的1%，根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为： D1=（Q3+Q4+Qn-Q1）/(I-CWt4)=（4.83106+4.01106-3.08106）/(2644-4.1885) 99% =2542(kg)若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废液量为：WX+D1=11676+2542=14218(kg)4.1.4年产量为3万吨燃料酒精的总物料衡算日产产品酒精量：30000/250=120(t) 每小时产酒精量：12024=5（t）主要原料糖蜜所需量：日耗量：4180120=501600（kg）=501.6（t）年耗量：501.6300=1.5048105（t）每小时产次级酒精：5（298）=0.10204(t)实际年产次级酒精：0.1020424250 =612.24（t）糖蜜原料酒精厂物料衡算见表4-1表4-1 30000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表物料衡算生产1000kg99.5%酒精物料量每小时（kg）每天（t）每年（t）燃料酒精1000500012030000糖蜜原料418020900501.6150480次级酒精201002.4600发酵醪14212710601705.44426360蒸馏发酵醪14039701951684.68421170杂醇油3150.3690二氧化碳9684840116.1629040醪塔废醪量14218710901706.164265404.1.5 稀释工段的物料衡算（1） 计算每生产1000kg酒精稀释糖蜜用水量稀释成25稀糖液用水量为7：W1= 14212-4180=10032 (kg)则生产3万吨燃料酒精每小时稀释糖蜜需要用水量：1003250001000=50160 (kg/h)生产3万吨酒精一年稀释糖蜜需要的用水量：1003230000=3.0096108（t/a）（2） 营养盐添加量选用氮量21的硫酸铵作为氮源，每吨糖蜜添加1kg7，则每生产1t酒精硫酸耗量为：418011000=4.18（kg）每小时耗量：4.1850001000=20.9（kg/h）日耗量：20.924=501.6（kg/h）则生产3万吨酒精一年需要硫酸铵用量：4.1830000=150480（kg/a）（3） 硫酸用量每吨糖蜜用硫酸5kg7：则每生产1吨酒精消耗硫酸的量为：4.185=20.9（kg）年产3万吨酒精，硫酸总消耗量为：20.930000=618000（kg）=61.8（t）每日用量：61.8250=0.2427（t）4.2 热量衡算4.2.1 发酵工段的物料和热量衡算现生产30000t/a，要每小时投入糖蜜量20900kg/h，则无水酒精量为：2090010004130.4=5060.0（kg/h）以葡萄糖为碳源，酵母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170kJ 9。则年产3万吨酒精工厂，培养酵母和发酵每小时放出的热量为：Q=11705060.0=5.9106（kJ/h）发酵酵母冷却水初温TW1=20，终温TW2=27，平均耗水量为：W酵母发酵=Q/Ce(TW1-TW2)=5.9106/4.18(27-20)= 201640.5 (kg/h)酵母酒精捕集器用水：（蒸馏发酵醪的量为F=70195kg/h）5%F1.06=5%701951.06=3311.1(kg/h)则发酵部分总用水量：W发酵部分=201640.5 +3311.1=204951.6（kg/h）4.2.2 蒸馏工段的物料和热量衡算按采用差压蒸馏两塔流程计算3,10，进醪塔酒精浓度为7.14%，出醪塔酒精蒸汽浓度为50%。（1） 醪塔见图4-1 V1醪塔 Q3=V1i F1 Qn1 Q1=F1C1t1 D1 Q4=Q14+D1Ct4 Wx+D1 Q2=D1I 1 图4-1 醪塔的物料和热量平衡图醪液预热至55，进入醪塔蒸馏，酒精质量分数为7.14%，沸点92.4，上升蒸汽浓度为50%（v），也就是42.43%（w）。已知塔顶75，塔底85。则塔顶上升蒸汽热焓量i1=2045kJ/kg。加热蒸汽取0.05MPa绝对压力，则其热焓量I1=2644kJ/kg。总物料衡算： 即 4-1酒精衡算式： 4-2式中：xF1成熟发酵醪内酒精含量%（W），xF1=7.14。 y1塔顶上升蒸汽中酒精浓度%（W），y1=42.43 。 xW1塔底排出废糟内的酒精浓度%（W），塔底允许逃酒在0.04以下，取xW1=0.04。热量衡算式： 4-3设CF1=3.98kJ/（kgh），CW=4.04kJ/（kgk），Ce=4.18kJ/（kgk），并取热损失Qn1=1D1I1，tF1=55，tW1=85，蒸馏发酵醪F1=70195（kg/h） 由4-1、4-2、4-3可得：V1=11769（kg/h），Wx=58426（kg/h），D1=12715（kg/h）一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：G1=WX+D1=58426+12715=71141（kg/h）表4-2 年产3万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表进入系统离开系统项目物料（kg/h）热量（kJ/h）项目物料（kg/h）热量（kj/h）成熟醪F1=70195F1CF1tF1=15365685蒸馏残液WX =58426WXCWtW1=20063488加热蒸汽D1=12715D1I1=33618460上升蒸汽V1=11769V1i1=24067605加热蒸汽D1=12715D1tW1Ce=4517640热损失Qn1=336185累计8291048984145累计8291048984918（2）精馏塔 塔顶温度105，塔底130，进汽温度130，出塔浓度为96（v），即93.84（w）8。出塔酒精量为：P=500099.18%93.84%=5284.5 (kg/h) 每小时醛酒量：因为醛酒占出塔酒精的2，则每小时的醛酒量为8：A=25284.5=105.7(kg/h) P= PA =5284.5- 105.7=5178.8(kg/h)图4-2 精馏塔的物料和热量衡算图 在精馏塔中，塔顶酒精蒸汽经粗馏塔底再沸器冷凝后，除回流外，还将少量酒精送到洗涤塔再次提净。据经验值，此少量酒精约为精馏塔馏出塔酒精的2%左右，则其量为8：Pe= P2%=5178.82%=103.6（kg/h） 酒精被加热蒸汽汽化逐板增浓,在塔板液相浓度55%(v)出汽相抽取部分冷凝去杂醇油分离器,这部分冷凝液称杂醇油酒精,数量为塔顶馏出塔酒精的2左右,其中包括杂醇油m0=0.3%P=0.3%5284.5 =15.85(kg/h)故H=(P+Pe)2%=（5178.8+103.6）2%=5282.42=105.65(kg/h)在杂醇油分离器内约加入4倍水稀释,分油后的稀酒精用塔底的蒸馏废水经预热到tH=80,仍回入精馏塔,这部分稀酒精量为:H= (1+4)Hm0 = 5Hm0=5105.65-15.85=512.4(kg/h) 物料平衡：F2 + D2 + H= P+ Pe + H + D2 + Wx则: Wx = F2 + H-P-Pe -H=11769+512.4-5178.8-103.6-105.65=6893.35 (kg/h) 热量平衡：Error! No bookmark name given.=式中 R精馏塔回流比一般为34，取311 I2精馏塔加热蒸汽热焓量，0.6Mpa绝对压力，I2=2652(kJ/h) tH为回流稀酒精进塔温度tH=80 CH为杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度为：xH=xH(Hm0)/H=75.2%(105.6515.85)/512.4=13.20%，查得起比热为CH =4.43kJ/（kgk），75.2为杂醇油酒精的重量百分浓度，与液相浓度55（v）相平衡。tP出塔酒精的饱和温度(78.3)CP出塔酒精的比热，应为2.80kJ/（kgk）i2塔顶上升蒸汽热含量,i2=1163.2 (kJ/kg)iH杂醇油酒精蒸汽热含量,应为iH=1496(kJ/kg)tw2精馏塔塔底温度，取130Cw取4.04KJ/（kgk）Qn2精馏塔热损失,Qn2=2%D2I2CF2进塔酒精的比热，取CF2=4.16(kJ/kg)tF2进料温度，取90Wx上面算得6893kg/h计算可得：D2=10330(kg/h)塔底排出的废水：G=D2+Wx=10330+6893=17223（kg/h）计算蒸馏工段的蒸馏效率： p=xpP/（xF1F1）=（93.13%5284.5）（7.14%70195）=98.197%表4-3 年产3万吨酒精工厂蒸馏工段精馏塔物料热量衡算汇总表进入系统离开系统项目物料（kg/h）热量（kJ/h）项目物料（kg/h）热量（kj/h）脱醛液F2=11769F2CF2tF2=440631496酒精P=5179PCPtP=1135400加热蒸汽D2=10330D2I2=27395160次级酒精Pe=104稀酒精H=513HCHtH=181595杂醇油酒精蒸汽H=106HiH=149600回流液R(Pe+ P)Cptp=3474340蒸馏废水Wx+D2=17223(Wx+D2) tW 2Cw=9045520上升蒸汽(R+1)(Pe+ P) i2=24577951热损失Qn2=547903累计226123.5107累计226123.51074.3供用水衡算4.3.1 精馏塔分凝器冷却用水对精馏塔分凝器热量衡算有：（R2+1）（P+Pe）i2= W精馏CW（tH3-tH3）W精馏=i2（R+1）(P+ Pe)/CW(tH3tH3)精馏塔回流比R为311塔顶上升蒸汽热焓i2 =1163.2KJ/kg冷却水进出口温度tH3、tH3，取tH3=20，tH3=85Cw取4.04KJ/kg则精馏塔冷凝器冷却用水为：W精馏分凝= 9.31104kg/h4.3.2 成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水成品酒精冷却使用20的河水，根据热量衡算，耗水量为8：W成品=PCP(tPtP)/CW(tH2tH2)C P为成品酒精比热容为2.90（kJ/kgK）tP、tP为成品酒精冷却前后的温度，分别为78.3、30tH2、tH2为冷却水进出口温度，分别为40、20Cw=4.04 kJ/（kgK）则成品酒精冷却水用量为：W成品=2.49103kg/h在杂醇油分离器内加入4倍的水稀释，则稀释用水量为：W杂醇油分离=4 H=4106=424kg/h4.3.3 总用水量蒸馏车间总用水量为：W蒸馏部分=W精馏分凝+W成品+W杂醇油分=9.31104+2.49103+424=9.60104（kg/h）表4-4 各部分用水量及总用水量工艺稀释部分发酵部分蒸馏部分用水量（kg/h）10032204951.69.60104总计（kg/h）3.111054.4 其他衡算4.4.1 供用汽衡算由前面计算所得数据可知蒸馏工段蒸汽消耗12：DD1+D212715+1033023045（kg/h）年耗蒸汽量为：2304524250=138270000(kg)=138270(t)酒精厂平均蒸汽用量：酒精厂每小时平均蒸汽消耗量主要供给蒸馏工段，因此其消耗量由蒸馏量和损失组成，蒸汽总损失取蒸馏工段蒸汽消耗量的4%，则锅炉需要蒸发量为：23045(100+4%)=23966.8kg/h=23.97t/kg使用热值为4000大卡的煤，假设锅炉效率为80%，则每吨煤能供生产使用50t新鲜蒸汽，则连续蒸馏煤消耗量为：230455080=564.8（kg/h）本设计选用的锅炉为工业中压 （1.475.88Mp）中型（2075t）的煤粉锅炉型号为YG80/3.82M7 蒸发量为80t/h，额定温度为4504.4.2 供电衡算参考我国糖蜜酒精连续发酵工艺技术指标12，设生产每吨酒精耗电40度，可估算酒精厂的用电：4030000=1.2106（度/年）=4800（度/日）考虑到此值为估算值，所以乘以一个富裕系数为120：32000120=5760（度/日）5 设备计算与选型5.1 发酵设备设计采用连续发酵方式，根据物料衡算结果可知，每小时进入发酵罐的醪液体积流量为：118433kg/h，密度为1200 kg/m310。进入种子罐和1号发酵罐的醪液体积流量为：W=118433/1200=99m3/h5.1.1 发酵罐容积和个数的确定（1） 种子罐个数的确定：为保证种子罐有足够种子，种子罐内醪液停留时间应在12h左右，则种子罐有效容积为：V=9912=1188（m3）取种子罐装料经验系数为80，则种子罐全容积为：V全=V/u=1188/80%=1485m3 ,取1500m3每个罐的容积为500m3，则种子罐个数为：1500/500=3（个）（2） 发酵罐体积根据发酵罐现在的设备情况，从100 m3到700 m3，现在酒精厂一般采用300 m3，按照有关情况和指导老师建议，我采用300 m3，取H=2D，h1=h2=0.1DD为发酵罐内径，（m）H为发酵罐高，（m）h1、h2分别为发酵罐底封头高和上封头高，（m）发酵罐上均为标准椭圆形封头，下部为锥形封头，为了计算简便，假设其上下封头近似相同，则D=5.33m，H=10.66m，h1=h2=0.533m（3） 发酵罐的表面积圆柱形部分面积：F1=DH=3.145.3310.66=178m2由于椭圆形封头表面积没有精确的公式，所以可取近似等于锥形封头的表面积：F2=F3=发酵罐的总表面积：F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2（4） 计算发酵罐数量：上面已经写到，我设计的发酵罐规格为300 m3的规格，设总发酵时间为48小时,设发酵罐数为N个，则发酵罐的有效容积8V有效=WT/N-公式(1)V全容积=V有效-公式（2）式中W每小时进料量；T发酵时间；N发酵罐数根据经验值，一样取发酵罐填充系数为=80%，则可以得到：30080%=99(48-12)/N计算得到：N=14.85（个)，则我们需要发酵罐N=15个5.1.2 糖蜜储罐个数的计算糖蜜储罐采用1000m3规格：15天的糖蜜量为：V=83615=12540 (t) 查得85Bx的糖蜜密度为1450 kg/ m3，则：V125401000/14508648（m3）设其装料系数为80，则贮罐的全容积为：V糖蜜8648/0.810810（m3）10810/1000=10.81（个），取11个5.1.3 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸（1）总的发酵热：Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=msq式中 m每罐发酵醪量（kg） s糖度降低百分值（%） q每公斤糖发酵放热（J），查得418.6J Q1主发酵期每小时糖度降低1度所放出的热量 Q2代谢气体带走的蒸发热量，一般在5%6%之间，我们估算时采用5% Q3不论发酵罐处于室内还是室外，均要向周围空间散发热量Q3。Q1=（116991/15）12418.61%=3.92104（kJ/h）Q2=5%Q1=5%3.923105=1.96103（kJ/h） 发酵罐表面积的热散失计算：先求辐射对流联合给热系数，假定发酵罐外壁不包扎保温层，壁温最高可达35，生产厂所在地区夏季平均温度为27,则： 可得：=6.30103（kJ/h）需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为：Q=Q1-Q2-Q3=3.92104-1.94103-6.30103=3.096104(kJ/h)总发酵热为：Q发酵=3.09610415=4.65105(kJ/h)（2）冷却水耗量的计算对数平均温度差的计算主发酵控制发酵温度tF为30，按题意冷却水进出口温度分别为：t1=20, t2=27（3）传热总系数K值的确定选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为53/60mm，则管的横截面积为：0.7850.0532=0.0022（m2）设罐内同心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：设蛇管圈的直径为3m，水温20时常数A=6.45则蛇管的传热分系数为：R为蛇管圈半径，R=1.5m发酵罐到蛇管壁的传热分系数值按生产经验数据取2700kJ/（m2h）故传热总系数为：式中 1/16750为管壁水污垢层热阻（m2h）/kJ。 188钢管的导热系数kJ/（m2h） 0.004管子壁厚（m）（4） 冷却面积和主要尺寸：蛇管总长度为：确定一圈蛇管长度：式中R蛇管圈的半径，为1.5mh蛇管每相邻圈的中心距，取0.20m蛇管的总圈数为： NP=L/L1=262/10=27(圈) 蛇管总高度： （5） 发酵罐壁厚 发酵罐壁厚S8式中 P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.5MPa D发酵罐内径，D=533cm A3钢的许用应力，=127MPa 焊缝系数，其范围在0.151之间，取0.7 C壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3式中C1钢板负偏差，视钢板厚度查表确定，范围为0.131.3，取C1=0.8mm C2为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm，现取C2=2mm C3加工减薄量，对冷加工C3=0，热加工封头C3=S010，现取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） 查询可知选用30mm厚A3钢板制作。 封头壁厚计算式中 P=0.5MPa ,D=533cm，=127MPa，=0.7C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）选用30mm厚A3钢板制作（6） 进出口管径 稀糖液进口管径8,13：稀糖液体积流量为99m3/h，其流速为0.42m3/s，则进料管截面积为：=，管径取无缝钢管58010，580mm288mm，可适用。 稀糖液出口管径因为出口物料量要比进口物料量大些，按说出口管径应该比稀糖液进口管径大些，所以取60010无缝钢管就可以满足了。则取无缝钢管60010 排气口管径取63012无缝钢管。 支座选择 由于发酵罐很大，总重量较大，选用裙式支座，并用钢筋混凝土制做。5.2 其它设备的计算和选型5.2.1 蒸馏设备蒸馏设备8,9,14采用差压蒸馏两塔系机组，可以充分利用过剩的温差，也就是减少了有效热能的损失。设计蒸馏机组如下：（1）醪塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径3000mm，22板，板间距500mm，塔高14800mm，裙座直径3000mm，高5000mm；（2）精馏塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径2600mm，65板，板间距350mm，塔高26500mm，裙座直径2600mm，高5000mm。5.2.2 换热器的选型换热器标准换热管尺寸252mm的不锈钢,为正三角形排列,管间距t=32mm同时,管壳式换热器的制造简单方便,相对投资费用较低。为了便于管理和操作，整个发酵车间只需一只总酒精捕集器，这样从整个工段而言塔负荷也比较稳定，由于CO2中含酒精量变化不大，故没有必要进行板数的设计。5.2.3 稀释器选用立式错板糖蜜连续稀释器。生产1t酒精需4180kg85糖蜜，密度为1450kg/ m3，1天所需的原料糖蜜为：4180400=1672000kg，生产3万吨酒精一天内释至25糖蜜用量得：1421230000/250=1705440kg，密度1200kg/ m3,V1=1705440/1200=1421m3又稀释器的近似体积等于：式中 D为稀释器的内径，（m）初选糖蜜按经验选取流速为u=0.35m3/s l=0.35243600=30240（m） 则 ，取0.35m糖蜜输送管，流速为0.10m/s 取0.60m表5-1 年产3万吨酒精工厂设计主要设备一览表序号设备名称台数规格与型号来源1种子罐31000 m3订购2发酵罐15300 m3订购3醪塔5浮阀型=3m订制4精馏塔2导向筛板塔订制5换热器22管壳式换热器订购6酒精捕集器2泡罩板式订制7稀释器20.65m订制8糖蜜贮罐111000 m3订购9锅炉2YG80/3.82M7订购6 车间布置设计6.1 车间布置设计6.1.1 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。因此，在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题，一是可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级；二是可以采取使人员多的部门远离噪声源的方法。考虑建筑施工的便利条件。6.1.2 建筑基本要求(1) 必须符合生产流程的要求：生产线应顺直、短捷、避免作业线的交叉和返回。建构筑物厂房布置既要分区划片，还要综合厂地地形，合理选择标高，顺应等高线布置。(2) 应将人流物流通道分开，避免交叉，工厂大门应设两个以上。(3) 必须符合国家有关规范和规定：如工业企业设计卫生标准、建筑防火规范、厂矿道路设计规范、工厂企业采暖和空气调节设计规范、工业锅炉房设计规范、“三废”排放试行标准规定、工业与民用通用设备电力装备设计规范等，及厂址所在地区的发展规划。6.1.3 全厂总平面设计厂区总平面的布置采用联合式布置形式。生产车间集中建在厂区西南侧，属下风向，这样有利于物料的运输，节省管子材料。锅炉房配电站在厂区中央，有利于向各个部门输配电及供热，但热电厂和锅炉间则建在厂区最西侧。职工宿舍远离车间，在上风向。厂区周围设有花草，美化环境。6.2 车间内常用设备的布置6.2.1 发酵设备由于酒精发酵周期长，发酵罐数量较多，发酵罐间的距离为4.0m，离墙的距离应大于1m，每两列发酵罐间应留有足够的人行通道和操作面，距离为3.0m。发酵罐用水泥支座落地安装，罐底有出料阀门，罐底离地面距离3.2m。办公室、控制室和菌种室设在一楼。6.2.2 蒸馏设备及其他设备蒸馏设备为半露天布置。车间为两层，把较低的塔设备置于车间内，基本上处于一条线，再沸器、分凝器、预热器、泵等小设备也放在车间内。较高的塔露天布置，其中包括醪塔、精馏塔。塔顶布置一组冷凝器，利用重力回流，节省能源消耗，同时也节约厂房造价。塔与塔的间距为2m以上，塔距墙为1m以上。塔的人孔尽可能朝同一方，人孔的中心高度距楼面为1m左右。塔的视镜也尽可能朝同一方向。男女更衣室在一楼，控制室设在二楼。其他设备如表6-1，表6-1 车间或部门的组成车 间内 容生产车间发酵车间，蒸馏车间动力车间锅炉房、水泵房、变电房辅助车间机修、污水处理站仓 库原料、成品公共设备食堂、宿舍、医务所、车库、门卫、办公室7 废物处理及再利用7.1 废物总类酒精工厂主要废物类别按照其形态分为三类：7.1.1 污水废物污水废物按照其来源主要有：（1）发酵，蒸馏的经过热交换的冷凝水，其中有部分是封闭运行的，可以循环利用，有部分被热交换器排除，其主要污染危害为热污染。 （2）各种设备和工艺流程的洗涤用水。其污染物含量低。（3）生产工艺过程产生的废水，其中含有大量的有机物等。（4）生活污水，员工生活中排放的污水。7.1.2 气体废物 主要为发酵过程中产生的CO2，锅炉煤燃烧产生的尾气，还有各种废物积聚发酵产生的少量恶性气体。7.1.3 固