年产10万吨合成氨脱硫工艺设计.doc

本 科 生 毕 业 设 计（论 文）题目：年产10吨合成氨脱硫工艺设计（重点脱硫工段）姓 名： 何 菡 学 号： 051143007 指导教师： 马 剑 琪 班 级： 化 工 051 班 所在院系： 化学与化工学院 陕 西 理 工 学 院毕业设计任务书 化学与环境科学学院 学院 化学工程与工艺专业 051 班级 学生： 何 菡 毕业设计题目：年产10吨合成氨脱硫工艺设计（重点脱硫工段设计） 毕业设计从 2009年 3月 8日起到 2009 年 6 月 20日 课题的意义及培养目标： 毕业设计是学生在经过大学四年学习后对所学知识的综合回顾和全面训练 ，是对学生将所学基础知识和专业知识用于工程实际能力的检验，它可培养学生: 1针对工程实际问题进行建厂评价、可行性分析论证能力的训练。 2进行科技文献、设计资料及数据的查阅、收集能力的训练。 3结合专业知识和工厂实习、分析选定合适的工艺参数。 4进行工艺计算和设备选型能力的训练。 5进行工程图纸设计、绘制能力的训练。 6进行设计说明书的撰写和编制能力的训练。 设计所需收集的原始数据与资料： 1全厂产品结构、工艺流程及企业组成 。 2全厂的规划布置，包括主要车间、辅助车间、动力、库房、消防、 道路等。 3本车间的产品特点及工艺流程、车间布置。 4主要的工艺参数和产品的质量指标； 5主要设备的规格型号、性能参数。 6辅助设备的名称、规格、型号。 课题的主要任务（需附有技术指标分析）：一.编写设计说明书 1.建厂可行性分析。 2.全厂产品结构、工艺流程及企业组成 。 3.本车间产品特点及工艺流程。 4.主要设备物料、热量衡算、 结构尺寸计算及辅助设备的选型计算。5. 车间水、电、汽消耗技术经济指标及劳动、组织人员编制。 6. 车间布置说明。 7. 全厂布置说明 。8. 对本设计的评价。9. 参考资料二绘制设计图纸 1.生产流程图 2.车间平面图 3.车间立面图 4.全厂平面图 设计进度安排及完成的相关任务(以教学周为单位):周次 设计任务及要求12实习、收集有关资料34 熟悉资料，确定方案 59进行工艺设计，设备选型计算1014绘制设计图纸1517编写、誊写设计说明书 18准备答辩 学生签名： 日期： 指导教师： 日期： 教研室主任： 日期： III年产10吨合成氨工艺设计（重点脱硫工段）摘 要设计了以半水煤气为原料，年产10吨合成氨的化工厂，其重点为脱除硫的吸收塔的设计计算及辅助设备的计算选型。 本设计包含设计说明书和图纸两部分。说明书主要包括合成氨脱硫的工艺流程，脱硫工艺的发展；建厂可行性分析；全厂总平面布置说明；吸收工段的工艺计算设计及说明。说明书的主要部分为吸收塔的工艺计算及其辅助设备的计算选型。在这一部分中用到了物料衡算、热量衡算及其大量的相关的经验公式。图纸包括生产流程图、全厂平面图、车间平面图、车间立面图和塔结构图。关键词： 硫，塔设计, 生产工艺Design chemical plant of 100 ton a year for dioscin（The key parts of the design are rectification workshop）ABSTRACTDesign chemical plant of 100 ton a year for dioscin, which use Dioscorea zingiberensis C.H.Wright as material. The key parts of the design are the technologic calculation of rectifier in rectification workshop and the selection of type of its assistant equipment.The design includes two parts : instruction and blueprint. The instruction mainly includes the method of the extract of dioscin and the process flow; the analysis of feasibility of building of the plant; the instruction of plane arrangement of the whole plant ; the instruction of design of rectification workshop ; design of non-technology parts：the project of water supply, heating, draught, lighting, safety, sanitation, antisepsis, the disposal of pollution, environmental protection, the economic guidelines of technique.The main parts of the instruction are technologic calculation of the rectifier in rectification workshop and the selection of type of its assistant equipment , and in these parts , material balance and heat balance calculation and lots of experiential formulas are used as references.Blueprints include production flow chart, ichnography of the whole plant , ichnography of the rectification workshop ,the solid blueprint of the rectification workshop , the blueprint of structure of the rectifier. KEY WORDS: disogenin, design of rectifier，design of rectification ，design of technology目 录摘要 ABSTRACT 第1章 概 述11.1 设计任务和内容11.1.1 设计题目11.1.2 设计原始数据11.2 建厂可行性分析21.2.1 需求和拟建规模21.2.2 原材料、动力供应、交通运输条件 新技术的采用等主要建设条件31.2.3 环境保护41.2.4 企业组织 管理 劳动定员和人员编制41.2.5 资金筹措方式4第2章 工艺说明52.1 全厂产品结构、工艺流程及企业组成52.1.1 全厂的产品结构52.1.2 皂素生产工艺52.1.3 本设计工艺72.2 酒精生产工艺及说明92.2.1 淀粉质原料酒精生产的特点92.2.2淀粉质原料酒精生产的工艺流程10第3章 设计说明123.1 全厂总平面布置123.1.1 原料厂及堆场123.1.2 生产区123.1.3 厂前区133.1.4 动力区133.1.5 辅助车间133.1.6 仓库区133.2 三废的处理及回收143.3 车间布置说明14第4章 工艺计算及设备选型164.1 总论164.1.1 精馏过程原理和条件164.1.2 精馏操作对塔设备的要求174.1.3 塔设备的类型184.2 精馏塔工艺设计计算194.2.1 精馏塔的物料衡算194.2.2 理论塔板数的计算194.2.3 塔内各主要物性参数的确定234.2.4 塔的初步计算264.2.5 塔板负荷性能图314.3 热量衡算及辅助设备选型354.3.1 冷凝器热负荷及选型354.3.2 除沫器364.3.3 接管364.3.4 板式塔的塔高37第5章 上报资料385.1 车间消耗水、电、汽及技术经济指标385.2 上报有关部门的资料38总论与评价39致 谢40参考文献41年产100吨黄姜皂素工厂设计（重点酒精回收车间）45第1章 概 述黄姜又名为盾叶薯蓣（Dioscorea zingiberensis C.H.Wright），为我国特有种，其根茎中含有3.34.9%的薯蓣皂甙（dioscin）及其水解产物薯蓣皂甙元(disogenin)，薯蓣皂甙元俗称薯蓣皂素，该化合物具有溶血、降血脂、抗炎、消炎等作用，它是合成甾体激素类(steroid hormone)药物和甾体避孕药的重要医药化工原料，甾体激素药物应用广泛，常用于治疗风湿性关节炎、心脑血管疾病等；甾体避孕药对我国计划生育的基本国策的执行有着重要作用。此外，国内外许多学者近年来报告薯蓣皂甙有抗肿瘤作用，还有学者报告治疗高血脂和冠心病的中成药地奥心血康胶囊的有效成分实为薯蓣皂甙元。因此，从黄姜中提以薯蓣皂素具有很大的药物价值和市场潜力。目前国内有众多厂家生产甾体激素药物和甾体避孕药，是药品生产中仅次于抗生素的一个重要领域。1.1 设计任务和内容1.1.1 设计题目 年产100吨黄姜皂素工厂设计（重点酒精回收车间）1.1.2 设计原始数据（1）厂址及气象资料厂区位置： 西北地区某地地势： 厂区地势平整气温： 最高温度38 最低温度 -6 平均温度15全年主导风向： 西北风向地下水位； -20米运输条件： 厂区东距某主要公路1公里电力条件： 本地区电网高压线从厂区东通过 （2）原料： 糖液发酵 （3）产品： 95（体积）工业酒精 （4）产量： 100吨/年 （5）工作制度： 三班制 年工作日300天 （6）回收车间有关数据 发酵液酒精浓度： 6 （v） 精馏塔操作压强： 0.02MPa 精馏塔进料温度： 85 精馏塔塔顶温度： 78.5 精馏塔塔釜温度： 105 精馏塔进料浓度： 32（V） 精馏塔塔釜产品浓度： 0.01%1.2 建厂可行性分析1.2.1 需求和拟建规模 （1）黄姜简介 黄姜为草质藤蔓状，长35米，粗25毫米，在分枝或叶柄的基部有时具短刺，盾形，叶面常有不规则块状的黄白色，无限花序。三棱形蒴果，干后黑色，表面常有白粉。基部生长根状茎于土中，栽培黄姜的主要目的就是获取根状茎。根状茎近圆柱形、指状或不规则分枝，新鲜时外表棕褐色，断面橘黄色，质地细而嫩，干后粉质。世界上薯蓣皂素含量较高的植物资源不多，主要分布在我国和墨西哥，所以我国和墨西哥是薯蓣皂素生产大国。在墨西哥，含薯蓣皂素较高的植物主要是小穗花薯蓣。在我国，含薯蓣皂素的植物有十七种，但含量较高、具有工业开发价值的主要是黄姜、穿地龙。穿地龙皂素含量还不及黄姜的一半(黄姜皂素含量约3.0%，穿地龙含量为1.2%)，且生长周期比黄姜长(黄姜为2年，穿地龙为45年)。因此，黄姜成为我国生产皂素最主要的药源植物。 （2）皂素对医药的作用 甾体激素类药物是世界上仅次于抗生素类的第二大类药物，具有很强地抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克的药理作用，在国内外临床医药上广为应用，是治疗风湿病、心血管病、抢救危重病症等的重要用药。另外，甾体激素类药物在调节人体机能，防病抗衰老、调节脑神经、减肥、补钙保健等方面以及日用化学工业和养殖业也得到广泛应用。甾体激素药物经过几十年的研究开发，目前已形成种类繁多、临床应用广泛和需要旺盛的一大类甾体药物。生产甾体激素类药物必须以皂素或甾醇作基础原料。自甾体激素药物发明以来，一般都是用植物皂素生产甾体激素类药物，故植物皂素有“激素之母”之称。植物皂素主要有三大类，即薯蓣皂素、剑麻皂素、番麻皂素，其中薯蓣皂素是生产甾体激素药物最理想的基础原料，世界上三分之二以上的甾体激素药物是以薯蓣皂素作基础原料生产的，所以薯蓣皂素在甾体激素药物生产中具有十分重要的地位。（3）皂素需求现状 从国际甾体激素药物产业发展来看，国外1980年产量约9.5吨，销售15亿美元，占医药产品销售额的4.3%；1990年产量增至105吨，销售108亿美元，年均递增10.4%；2000年销售额达到200亿美元，约占世界医药销售额的6%，药物品种达292种之多。随着甾体激素药物的开发应用，国内外市场对皂素的需求也不断增长，近几年来，国际市场皂素的需求量每年以67%的速度递增。但受资源的限制，皂素成为国际市场紧俏产品，价格不断攀升，供求矛盾十分突出。八十年代末，皂素价格25万元/吨，九十年代后期，皂素吨价格4045万元，2001年底皂素价格高达53万元/吨。皂素国内年需求量在15002000吨，国际年需求量在30003500吨，而我国实际年产量为600800吨，每年需要大量的外汇进口皂素。随着农业产业结构的调整，黄姜种植与加工业得到了迅猛发展，并已成为部分地区推动农村经济发展，实现农民脱贫致富的主导项目。以陕西省白河县为例，2001年全县黄姜基地面积达826.7hm2，占耕地面积的23，全县100的乡镇、86的村、78的人口参与种植，鲜姜产量7万余吨，农民人均种姜收入占人平纯收入的三分之一。由于皂素国际国内两个市场一路看好，黄姜产业系列开发潜力大，建立规范化的现代化加工生产企业具有重要的现实意义。 （4） 我国黄姜发展动态 基础研究已取得的进展。 我国从 50 年代末开始了对黄姜的研究，并取得了一些进展：掌握了黄姜的生物学特性和有效成份的含量；对黄姜种质进行了摸底：位于我国武当山至秦岭南麓一带的黄姜皂甙含量最高；但是，对黄姜还缺乏系统深入的研究，主要表现在提高黄姜皂素含量的配套技术研究还处于起步阶段。黄姜开发已形成产业链。我国对黄姜资源开发利用始于 50 年代，经过 40 多年的发展，我国甾体激素制药产业已初具规模，大中型激素制药厂达 100 多家，已利用薯蓣皂甙配基合成了 100 多种药物，年产值超过 60 亿元，占医药工业总产值的 4% ，成为我国医药工业体系中的重要组成部分。从产品结构看，我国已能生产皮质激素、性激素和蛋白同化激素三大药物。皂素加工企业方兴未艾。 从黄姜中提取的皂素，是甾体激素类药物的前体。近年由于皂素价格一路飚升，皂素项目近年有猛增的趋势，全国现有皂素生产企业 150 多家，年生产能力近 1500 吨。但总体来讲黄姜开发利用水平仍处于初加工阶段，皂素生产存在以下问题：一是技术没有大的突破，皂素生产一直延用自然发酵、稀盐酸水解、溶剂汽油提取的生产工艺；二是皂素品质较低，皂素成品仍以结晶体为主，精粉和液体状皂素目前国内尚未见；三是低水平重复建设严重。1.2.2 原材料、动力供应、交通运输条件 新技术的采用等主要建设条件在陕西南部和靠近湖北省地区，黄姜有着大面积的种植，黄姜资源是非常丰富的，只要有需求，黄姜的种植将会不断的扩大，将会促进一方经济的发展。本厂采用本地电网供电，可以避免为建设动力设备而增加的额外投资，而且西部水电资源丰富，可以确保生产的连续性。拟建成的厂区位于咸阳经济开发区，交通十分方便，因此能大大减少产品成本，提高产品竞争力。厂区建在地下水位20米的地面上，水源供应以本地自来水为主，地下水为分辅的综合供水方式，以确保本厂用水的需要。本设计采用酶解法制取皂素，并把分离出的淀粉转化为糖再制得酒精的工艺，经初试，结果合理，环境污染小，资源得到了合理的利用，经济上也是可行的。总之，本设计无论从原材料、动力供应，还是从交通运输等方面考虑，拟建厂址所在地都比较合适。再者，从厂址所在地的经济发展、自然条件的利用都符合我国的国情和西部大开发这一主题。1.2.3 环境保护 拟建工厂在整个生产工艺中，通过采取细胞破壁，复合酶解、分离纤维等连续工艺，使黄姜中有机物的80%集中于酒精醪液中，制取酒精后，废醪液经浓缩和处理，清洁化利用、处理，不进污水处理系统，因此大大减轻了污水处理的负荷。1.2.4 企业组织 管理 劳动定员和人员编制 拟建厂有厂部领导及其下属的科室和车间组成，技术人员主要从离校毕业生和相关企业的有工作经验人员中招聘，劳动工人从本地区招收。普通工人的技能由本厂技工带领培训。企业内部按照有利于发展生产，有利于充分利用人力资源、术、装备、资金，有利于宏观调控微观搞活，有利于调动各个方面的积极性，有利于提高经济效益的原则，在划小核算单位的基础上下放权利，实行分级分权管理。1.2.5 资金筹措方式 采用部分国家贷款，部分自筹资金和部分银行贷款分期偿还方式，而且筹集资金可以采用职工入股的方式，使职工真正成为企业的主人，充分调动职工的积极性。 第2章 工艺说明2.1 全厂产品结构、工艺流程及企业组成2.1.1 全厂的产品结构 本厂的主要产品是皂素，副产品是酒精和有机肥料。皂素是异螺甾烷的衍生物，化学名为5异螺旋甾烯3醇，分子式为：,分子量为414.61。薯蓣皂素为白色针状晶体，其结构如图21。 图21， 薯蓣皂素结构2.1.2 皂素生产工艺标准： 薯蓣皂素执行Q/SXLS01-1998标准；酒精执行GB10343-2002号工业酒精标准。（1） 传统工艺 直接酸水解法 传统的提取薯蓣皂甙元的方法为直接酸水解法即先用硫酸或盐酸水解黄姜根茎，水解物用水洗涤至中性然后干燥至含水35%，再用溶剂汽油提取。此法费时很多，收率低，且使用汽油，易发生危险。 预发酵法 一般认为预发酵法可以提高薯蓣皂甙元的收率。预发酵法有自然发酵法、酶解法、微生物发酵法。王元兰报道用蒸馏水浸泡药材干粉，置于39的恒温箱中发酵。并筛选出最佳提取条件，即：发酵48h、水解4h、抽提物pH=7、回流速度25min次，可获得最佳提取率。但自然发酵法影响因素较多，产品质量不稳定。李国富采用黄姜根茎浸泡后带水磨碎，先用淀粉酶水解淀粉，使淀粉与皂素分开，再结合酸水解，石油醚提取。此法改善了水解条件，缩短了生产周期，皂素收率比直接酸水解法提高35以上，同时可分离出纤维素和淀粉，开展综合利用。张彩霞报道用纤维素酶预处理药材的提取工艺，其方法是先将药材饮片用水浸泡，硫酸调pH5.0，加入一定量纤维素酶，置于40恒温水浴90min，结果表明在纤维素酶作用下，提高了薯蓣皂贰元的收率。另有报道在发酵过程中加入果胶酶、苦杏仁酶和植物生长激素2.4.5-三氯苯氧乙酸、吲哚-3-乙酸均可提高产率。还有用黑曲霉菌株对盾叶薯蓣发酵也可提高产率。 分离法加工薯蓣植物 本工艺技术是将薯蓣根茎带水磨碎，在水中筛分，将各有用成分分开后，分别采用适宜的方法加工利用。实验方法为：取薯蓣药材，加水浸泡后，研磨过筛几次，合并滤液，加0.1的明矾，沉淀12h，倾去上层清液，加水至原体积，搅匀，沉淀，调pH为6.5，加液化酶200单位/g干淀粉，搅拌升温至90，使淀粉液化，降温至60，调pH为4.4，加糖化酶200单位g干淀粉，保温8h，分出糖液，糖渣用酸水解，汽油提取得薯蓣皂甙元。分出的糖液可以用来生产酵母粉。采用分离法加工薯蓣植物的工艺既利用了淀粉，又提高了薯蓣皂甙元收率。 CO2超临界萃取薯蓣皂甙元的工艺研究 葛发欢等报道用CO2超临界萃取法从黄山药中提取薯蓣皂甙元的研究，实验确定了萃取薯蓣皂甙元的最佳条件：即萃取压力为29MPa，温度55；分离压力为10 MPa，温度60，分离压力为5.6MPa，温度45H；分离柱压力为18 MPa，温度为70；CO2流量为12kg/kgh；萃取时间3h；夹带剂为药用酒精。CO2超临界从黄山药中萃取薯蓣皂甙元和传统方法比较，收率提高1.5倍，生产周期大大缩短，避免了使用汽油引起易燃易爆的危险。此法是否适用于盾叶薯蓣有待研究。 （2） 综合利用研究 用于生产葡萄糖 盾叶暮蓣经发酵、中和、过滤后，滤饼干燥后用于提取薯蓣皂素，滤液加入活性炭脱色过滤后，以2倍柱体积h-1(BV)的流速和3040的温度进行离子交换脱盐，浓缩结晶干燥得葡萄糖。 用于生产柠橡酸 黄利群等经诱变，筛选得到一株新菌株HA608，用于盾叶薯蓣水解液发酵生产柠檬酸。盾叶薯蓣酸水解后得到的渣液经过滤、水洗得到酸糖液，经氧化钙中和，滤洗后即为发酵用糖液。盾叶薯蓣水解糖液培养基为：糖液50m1，产酸促进剂2g，PH6.5，发酵温度34，摇床转速265rmin。结果表明，新菌株HA608用于盾叶薯蓣水解糖液发酵是一株优良菌株，摇瓶发酵110h，转化率110左右。 用于醋酸泼尼松霉菌发酵 黄姜粉用水浸泡后的上清液浓缩可以提取盾叶冠心宁。沉淀物黄姜淀粉乳于100蒸煮1 h，加入适量淀粉酶，调PH至6，在90液化13h，常压灭菌30min，调PH44.5，加入适量糖化酶，60保温24 h以上，常压灭菌30min。过滤，分出糖液和糖渣。糖渣用于提取薯蓣皂索。糖液脱色精制得纯净葡萄糖液。按葡萄糖3的配比，折算用黄姜糖液部分或全部代替葡萄糖，玉米浆2.5，硫酸铵0.11，PH4.34.5，灭菌30min制备摇瓶培养基。接种黑根霉孢子液0.1，在28旋转式摇床培养24h，菌丝量达12以上，PH3.8左右，菌丝形态正常，不染菌，投沃氏物浓度1。在28摇床氧化48h，出料。结果说明，黄姜中所含淀粉转化成葡萄糖后，可以用于醋酸泼尼松霉菌发酵。除以上介绍的综合利用方法外，盾叶薯蓣淀粉还能用于生产药用酵母粉，提取核酸，核苷酸、腺三磷辅酶A、细胞色素丙等，盾叶薯蓣含有的纤维素，可以用来生产羧甲綦纤维素。酸水解提取皂素的滤液可以发酵制酒。 2.1.3 本设计工艺（1）工艺过程简述如下： 黄姜经筛土去杂后，将黄姜加水粉碎至直径小于2mm，粉碎后的黄姜浆料进入酶解槽，在4555条件下酶解，使皂甙由水溶转化成水不溶的次皂甙，动态酶解6小时，然后进入压力釜，加热加压，进行淀粉糊化，蒸煮后喷醪，加入自行配置的复合酶进行5小时酶解，经喷醪后黄姜细胞破裂，有效成分充分外露。加热和酶解可使其中果胶、半纤维素、部分纤维素、脂类物质等成分酶解液化，使淀粉酶解成葡萄糖。黄姜粉碎复合酶解固液分离纤维皂甙分离糖液生产酒精纤 维皂甙酸解固液分离废酸液回用固体提取皂素固物水洗PH值中性皂素成品废醪液浓缩漂洗水处理废渣有机肥原料酒精成品处理后废水循环使用冷凝水回用固化水溶皂甙淀粉糊化细胞破壁达标水少量排放 图22 皂素生产工艺流程 固液分离：酶解后的物料通过真空抽滤，将液体与固体分离，固形物质留在滤层上，以备提取皂甙，液体糖液进入糖液槽，黄姜中的泥土沉淀到槽底部。如此处理，分离后的固形仅余纤维、木质素、皂甙等少量固体物质，为黄姜总重的20%左右。 糖液经调节温度和pH值，用泵送至发酵罐，加入自行培养的酵母，发酵3050小时。测定可发酵糖小于1、酒精度达到3-5，无杂菌感染，泵入蒸馏工段，经粗馏、醛塔、精塔分离，得到合格酒精。热废醪液进入四效真空降膜蒸发器浓缩，二次蒸汽经冷凝器冷凝后回用于浆料加热稀释，浓缩物与皂素提取废渣和分离纤维三样混合，经发酵添加不同养分后成为有机肥使用。 固液分离后的固形物质进入振动筛，对表皮等纤维进行分离，使粗纤维物质与含有皂甙的细纤维分离，进一步减少进入酸解工段的固形物质，此时的固形物已减少为黄姜固形物总量的10%。 酸解。筛分后的细料按照固液比1：4的比例加入回收的废酸液，添加少量新硫酸，控制料液酸度为2.8，加热加压至0.22MPa，经1小时，抽滤分离固液，液体为废酸液回用于酸解。次皂甙和皂甙混合物完全水解成皂甙元（皂素），经漂洗至中性后烘干固体物质，进行皂素提取。由于通过几道工序已经将黄姜中90的固体物质分离，需要酸解的固体物总量大大减少。污水中水溶有机物COD一般在4千mg/L 左右。 漂洗水处理。漂洗废水进入污水处理站处理，污水处理工艺采用传统的厌氧好氧处理工艺。污水先入预处理池，经调整pH值后初步沉淀，进入兼氧池，处理78天后进入好氧池，曝气后进入沙滤。经处理后的污水可达到国家排放标准，由于水已达标，我们80%以上的水循环使用，用于水解物漂洗，循环水不排或少量排出。（2） 有关指标： 皂素收率：以黄姜水溶皂甙和醇溶皂甙测定总含量为100%，本工艺收率达到99.8%，本工艺中采用了细胞破壁和水溶皂甙固化技术，有效成分全部从细胞中分离，皂甙更容易充分萃取。 吨皂素用酸量：本中试工艺生产每吨皂素用酸量少于3吨（浓硫酸）。经测定为COD7000mg/L左右。同时我们又将其回用于酸解工序，按酸解浓度要求补充部分新酸即可。一般5m3酸解釜补充60kg浓硫酸，每釜装料相当于7.2吨鲜黄姜的固形物（干物质约260kg），皂素含量平均约50.4kg，实际生产中21罐可以产一吨皂素含量的水解物，实耗新酸1.2吨1.5吨。 吨皂素废水排放量，本中试工艺废水量为400吨/吨皂素，经处理达标后全部或80%以上回用。吨皂素废水达标排放的处理成本。本中试工艺废水处理需投入费用的有两个环节，费用分别为：A.酒精废醪液浓缩，每吨皂素糖液酒精废醪液产生量为200吨，其中100吨冷凝水回用于黄姜粉碎配水和加热，余100吨浓缩后与分离的纤维和提取皂素的废渣混合做有机肥。浓缩100吨废醪液成本需1136元。B.水解物漂洗水。每吨皂素产生废水400吨，用兼氧，好氧法处理达标，每吨水处理成本需5.3元，400吨水需2120元。（3）副产品种类和数量，提取一吨皂素所生产的副产品的总价值。本中试工艺共生产三个产品：1、主产品皂素；2、副产品酒精和有机肥。每吨皂素可生产8吨以上酒精（工业级乙醇）每吨价格5000元，总价值40000元。废渣经有机肥设备处理，由花木公司腐熟后做花木肥。2.2 酒精生产工艺及说明2.2.1 淀粉质原料酒精生产的特点（1）原料系采用薯类、粮谷类及野生植物等，在投产前必须先经过破碎处理。目前在国内上有一部分产量较小的酒精厂，采用间歇蒸煮，原料不经粉碎，就直接将快状或粒状原料投入生产，但大部分中等规模以上的酒精厂，原料多经二次粉碎，然后进行高压连续蒸煮，有利原料的受热面加大，更有效地达到蒸煮的要求。（2）原料必须经过蒸煮，在高温高压过程中，引起原料细胞的组织破裂，使存在于细胞中的淀粉转化为可发酵性糖。蒸煮温度由于原料的品种与规格不同而有差异，通常为130150度，但经过粉碎的原料，其蒸煮所须的温度较低，大约120130度。高温处理除了使淀粉糊化，便于淀粉酶起糖化作用外，还可把附着的有害杂菌杀死。（3）淀粉质原料生产酒精，要经过加曲糖化作用，把糊化成溶解状态的淀粉转化成可发酵性糖。由于曲的生产方法不同，可分为麸曲糖化法、液曲糖化法、根酶糖化法（阿米罗法）、根酶酒母混合法、麦芽糖化法等。目前在国内是以麸曲糖化法和液曲糖化法为主，在国外使用淀粉质原料生产酒精的方法，大致可分为： 麦芽法 以麦芽、黍芽、稷芽作糖化剂。 阿米罗法 将根霉或毛霉等霉菌，在糊化醪冷却至3040度时，接种培养，在霉菌生长过程中转化淀粉成发酵性糖，再加酵母发酵。 曲法 以固体曲或液体曲作为糖化剂。 酶法 用淀粉酶代替曲。（4）淀粉悬浮液在糊化和溶解过程中，粘度是不断变化的，当淀粉颗粒溶解时，粘度逐渐增加，达到最大限度后，随着温度的继续上升，醪液粘度下降。（5）蒸煮过程中原料因受高温高压，易产生焦糖。由于淀粉质原料甘薯内所含的碳化合物中以淀粉为主，另外还有少量糊精和糖类；而马铃薯中所含的糖主要是堡葡萄糖和果糖，以及少量的蔗糖；在谷粒中则以葡萄糖为主。在蒸煮时，不同的糖分其化学变化也不同。例如糖分回转化，醛糖回变成酮糖（异构化）；各种糖分都会焦化，形成焦糖；己糖分解变为羟甲基糠醛，又很容易和新的氨基酸分子起作用而生成黑色素。焦糖是不能被发酵的，还会阻按碍酵母的发酵作用，影响发酵而降低酒精产量。因此，蒸煮是要注意控制适宜的温度和压力。由于形成焦糖的作用，一般在高浓度溶液中比低浓度溶液中容易进行，因而淀粉质原料蒸铸时，如原料内含有较多的糖分，便容易形成黑色物质和焦糖。醪液浓度越高，也越容易形成焦糖。因此，我国个酒精厂对甘薯干的原料加水比，一般都采用1313.4，有时还要稍稀些，这样便于淀粉率的提高。2.2.2淀粉质原料酒精生产的工艺流程此流程主要是说明用淀粉质原料生产酒精时，投产前必须先把快状或粒状的原料，磨碎成粉末状态后，经过高压蒸煮和糖化作用，然后在进行发酵，最后经蒸馏得到成品酒精，现简要叙述如下：（1）原料粉碎 连续蒸煮的酒精工厂，原料出库后，先经过粉碎，然后在投入生产。几乎大多数工厂都采用了锤式粉碎机，把原料磨成粉。很多工厂都采用二次粉碎法，在进入锤碎机前先经过粗碎，把大快原料初步打碎成小快原料，再经过锤碎机，将小快原料打碎成较细的粉末原料，这样便于连续蒸煮。 图2-3 淀粉质原料酒精生产工艺流程示意图（2）蒸煮糊化 把磨碎后的粉末原料，先行拌水预热，使原料升温，为连续蒸煮作好预煮准备。原料内的淀粉颗粒，经高压蒸煮后逐步破裂，趋与溶解状态，蒸煮醪液成糊状。（3）曲霉糖化 经蒸煮糊化后的醪液，通过曲霉菌的淀粉酶进行糖化作用。曲霉菌生成的淀粉酶，能把原料内含有的淀粉转变为可发酵性糖，供酵母菌利用。曲霉菌是属于好气性的微生物，故在繁殖和生长过程中要给以充分得空气，同时，淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量。（4）酵母发酵 酒精发酵是属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无氧呼吸，在此过程中，发生着复杂的生物化学变化，既有糖化醪中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和CO2。（5）蒸馏提纯 经酵母菌把糖转变成酒精后，在成熟发酵醪内，除含有酒精和大量水分外，还含有固形物和许多杂质。蒸馏是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，同时得到副产物杂醇油，还有大量的酒糟（也称废醪）排除。有的工厂把酒糟内的余热，设法取出，充分利用。2.2.3 发酵成熟醪的化学组成与杂质分类发酵成熟醪的化学组成是随原料的种类，加工方法，菌种性能而变化的。例如：在甘薯和马铃薯中含果胶质较多，因而成熟醪中甲醇含量就较多，为乙醇含量的2左右；而在亚硫酸盐纸浆废液的发酵成熟醪中，甲醇含量往往高达酒精含量的8左右。在谷物原料的发酵成熟醪中，由于原料含蛋白质较多，所以杂醇油的含量就高一些。用糖蜜制酒精由于通风的影响，乙醛含量较高。酒精淀粉发酵醪也是一个复杂的多组分混合液，它含有水（8290，W）,干物质（37，W），酒精及混在其中的挥发性杂质（610%,V）。发酵成熟醪中除上述挥发性杂质外，还含有不挥发性杂质。例如：甘油、琥珀酸、乳酸、脂肪酸、无机盐类、酵母以及其它各种夹杂物，如不发酵性糖、植物体中的皮壳、纤维等。发酵成熟醪中的不挥发性杂质容易和酒精分离，在醪塔的底部排出，称之为废糟或酒糟，其中干物质的含量，随原料与加工工艺的不同而异，一殷为5-7。成熟醪中的挥发性杂质，则随酒精一起从醪塔的顶部排出，因此这些杂质必须在精馏过程中使它们与酒精分离。从醪塔出来的酒精，由于含有许多挥发性杂质，故称为粗酒精。挥发性杂质的种类和数量也与原料、加工方法有密切关系。在各种来源的粗酒精中，发现的挥发性杂质已超过50多种。按其化学性质可将它们大致归纳为四大类：醇类、醛类、酯类和酸类。此外还有一些微量的含硫物质和不饱和化合物等。由于这些杂质具有挥发性，因此容易进入成品酒精中，影响酒精的质量。酒精蒸馏的任务之一“提纯”，就是指分离挥发性杂质而言的。第3章 设计说明3.1 全厂总平面布置全厂总平面设计为本设计的一项重要任务，总平面设计合理与否，直接影响新建厂能否节约而有效的的顺利进行，影响到新建厂后的生产、管理、成本、能耗等各个方面，同时还影响到全厂的美观和今后的发展。总平面设计的基本原则为；（1） 建筑物之间相互配置应符合生产程序的要求，并能保证合理生产作业线；（2） 原材料、半成品、成品的生产作业线应衔接协调，流程疏通，避免交叉和往返；（3） 厂内一切运输系统布置应适合货物运转的特征，尽可能使货运路线和人员路线不交叉；（4） 适当划分厂区，建筑物之间的距离尽量缩小，但必须符合防火和卫生技术条件的要求；（5） 在保证安全生产的前提下力求缩小厂房战地面积，厂房布置尽量紧凑，根据生产的特点和设计拟建的工厂为中小型企业的情况，将工厂划分为几个区域，并按照区域进行布置，以保证各区域之间位置的协调配合，并符合卫生防疫和环境美化。3.1.1 原料厂及堆场 本厂的主要原料是黄姜，黄姜受潮容易腐烂，所以要防止雨淋。同时应保证良好的通风条件，应将黄姜放在大棚里。应设计在工厂主干道旁并且靠近粉碎车间，以便减少运输。3.1.2 生产区 生产区是工厂的主要组成部分，占地面积很多。生产区的布置在工厂的中心地带，与大门直接相对，使工人上下班和运输都比教方便。建筑物的相对位应符合生产流程的要求，同一生产系统多生产线路尽可能成链状列。建筑物之间的距离，在满足防火要求的前提下尽量缩小，以减少建筑面积。提高建筑系数和场地利用系数。厂房的方向、位置和间距应符合采光通风的要求。从方向来说，按生产流程方向自东向西；就位置而言，苛重和震动大的车间，如锅炉房等，力求设置在地址较好的地段上。为了获得较好的自然采光以及厂房的防震效果，大部分采用工字形、L形、11形厂房，外形简单整齐。为了获得良好的通风条件，厂房与主导风向仍成45度角。辅助附属车间及其它服务环节的位置位于其服务范围的中心或靠近主要服务对象。如原料场靠近车间，废渣回收靠近运输路线。生产性质相同的车间或辅助环节，做到尽量联合布置，在大厂房中，这样可以缩短距离，提高场地的利用率和办事效率。而各种不易受气候影响的设备如塔等，军采用露天布置，这样可以节省投资。合理的进行厂内道路布置，对提高运输效率，保证运输安全等均有重要意义。道路的宽度主要取决车辆通行量、行使车辆的型号和工厂的规模。拟建厂设计道路宽度为9米，道路的交叉口为圆形。工厂绿化可分为生产区绿化、厂前区的绿化、生产区与生活区之间隔离地带的绿化。生产区的绿化能减弱生产中散发出来的有毒气体和噪音对人体的影响。同时能净化空气，吸收生产过程中散发出来的烟尘，有助于改善厂区的气候，而且能减少夏季阳光的辐射，在冬季能防风，有利于保温。3.1.3 厂前区厂前区的建筑包括行政楼、研发楼、职工食堂、医务室等。其中行政楼位于主干道前，靠近工厂边缘。职工食堂、医务室位于主楼两侧，周围设绿化带。3.1.4 动力区动力区包括变电站、等、他们尽量靠近其服务的车间。这样可以减少管路的铺设和运输过程的损耗。变电站位于工厂的东南侧，靠近外部输电线。3.1.5 辅助车间主要的车间有备件库、机修车间、消防车间等。他们尽量靠近生产区，以便在生产车间发生故障或以外事故时能及时进行修理和抢救。3.1.6 仓库区仓库区包括原料仓库和产品仓库，他们都位于主干道旁以便于运输，成品仓库位于酸解车间的附近，且靠近正门。以上各个区域以仓库区、厂前区、原料场构成生产区。为保证生产的连续性，应合理的布置各个区，使生产发生联系的车间、仓库等就近布置，尽量减少管路的交叉和返回，使生产上或与生产联系紧密的分区布置达到卫生防火的要求。综上所述，平面布置有以下特点：（1） 厂房建筑物的布置与生产工艺流程相适应。原料、半成品和成品形成整个顺序尽量保证流水作业，避免逆行和交叉；（2） 锅炉房、变电站等辅助车间尽量靠近其主要部门，以缩短其间距离，节省投资。（3） 由厂前去到生产区的主要干道，应避免与主要运输道路交叉；（4） 尽量使大多数厂房向阳、背风、避烟尘瓦斯等，尽可能使各车间采用自然光和自然通风等；（5） 按防火规范的要求，保证建筑物之间的距离，符合规定；（6） 根据卫生规模的要求，将生产区布置在生产区的下风向。由严重毒害和烟尘的气体，尽量布置在厂区的下风向；（7） 根据环保的要求，生产区设有废渣处理站，废水处理站等设施；（8） 考虑工厂今后的发展，在产区间留有建筑余地；（9） 尽量做到以生产区为轴线，再考虑辅助车间、行政楼和道路的安排 。另外，总平面布置图的右上方绘有风向玫瑰图，下方有明细表等。本图采用1：1000的比例。3.2 三废的处理及回收在皂素的生产过程中会用到硫酸，所以会对水有一定程度的污染，为了解决这个问题 ，建造了污水处理站，将水净化回收利用。在这个工艺中，基本上没有废气污染，同时废渣也是较好的有机肥料，具有很好的利用价值。拟建工厂在整个生产工艺中，通过采取细胞破壁，复合酶解、分离纤维等连续工艺，使黄姜中有机物的80%集中于酒精醪液中，制取酒精后，废醪液经浓缩和处理，清洁化利用、处理，不进污水处理系统，因此大大减轻了污水处理的负荷。水解物漂洗至中性时产生的废水，每吨皂素为400吨。由于采取了酸解前的酶法分离有机物工艺，使进入酸解的固形物量降到黄姜固形物总量的10%。，使酸解液中有机物含量也同样大幅度降低。经中试测定，进入废水池浓度为COD35004200mg/L左右。在污水处理中，考虑到该污水中主要污染物为水解后的小分子有机物，易于降解，采用传