年产25万吨酒精工厂的设计毕业论文.doc

东北电力大学学士学位毕业论文 I 年产年产 2525 万吨酒精工厂的设计毕业论文万吨酒精工厂的设计毕业论文 目 录 第 1 章 绪 论 2 1 1 中国酒精工业的发展历史 2 1 2 酒精生产的主要问题 2 1 3 解决酒精生产问题的对策 2 1 4 国内外酒精生产技术水平比较分析 3 第 2 章 设计概论 4 2 1 毕业设计的目的 4 2 2 毕业设计的题目 4 2 3 毕业设计的任务 4 2 4 设计的指导思想 5 2 5 设计的依据 5 2 6 生产方案的确定和产品方案 5 2 7 厂址选择 5 2 8 原料来源 规格及标准 8 2 9 主要辅料的质量标准 9 2 10 水的质量标准 外观 理化指标及要求 10 2 11 成品品种及质量标准 12 2 12 主要工艺技术参数 12 2 13 生产工作制度 13 2 14 环保措施 13 2 14 1 CO2回收利用 13 2 14 2 杂醇油回收 14 2 14 3 液体 固体 CO2 干冰 的制备和贮运 14 2 14 4 酵母回收 14 2 14 5 酒精糟回收 15 第 3 章 酒精生产工艺流程的设计及说明 16 3 1 酒精的性质 用途及生产方法概述 16 3 1 1 性质 16 3 1 2 用途 16 3 1 3 玉米原料生产酒精流程 16 3 2 酒精生产工艺流程的确定 16 3 3 工艺条件及说明 17 目录 I 3 3 1 玉米粉供应工序 17 3 3 2 液化糖化工序 17 3 3 3 发酵工序 18 3 3 4 酒精蒸馏 19 第 4 章 酒精生产过程中的物料和热量衡算 24 4 1 物料及热量衡算 24 4 1 1 成熟醪量的计算 24 4 1 2 发酵工段物料衡算 24 4 1 3 液糖化工段物料衡算 31 4 1 4 蒸馏工段物料衡算 34 4 2 水 电 汽消耗的计算 42 4 2 1 耗水量的计算 42 4 2 2 蒸汽消耗量的计算 43 4 2 3 供电设施的计算 43 第 5 章 设备选型的计算 45 5 1 液糖化工段 45 5 1 1 糖化罐 45 5 1 2 闪蒸罐 49 5 1 3 液化罐 50 5 1 4 维持罐 50 5 2 发酵工段 51 5 2 1 酒母罐 51 5 2 2 发酵罐 51 5 3 蒸馏工段 44 5 3 1 精馏塔 53 第 6 章 重点设备 粗馏塔 64 6 1 粗馏塔概况 64 6 2 粗馏塔板类型及结构 64 6 2 1 泡罩塔板 64 6 2 2S SD 型塔板 64 6 2 3 导向筛板 65 6 2 4 浮阀波纹筛板 65 6 2 5 斜孔塔 66 6 3 粗馏塔的计算 66 第 7 章 总体平面设计及全厂定员 71 7 1 总体平面设计的原则及要求 71 7 1 1 依据 71 7 1 2 基本原则 71 7 1 3 要求 71 7 1 4 全厂总平面设计 71 7 2 全厂定员 72 7 2 1 生产部门 72 7 2 2 动力辅修车间 72 7 2 3 科研部门 72 东北电力大学学士学位毕业论文 II 参考文献 73 致谢语 74 东北电力大学学士学位毕业论文 0 第 1 章 绪 论 1 1 中国酒精工业的发展历史 历史上 关于蒸馏酒精的最早描述者是 12 世纪的 Mappae lavicula 他在自己的记述中 谈到了酒精可以用作燃料和溶剂 18 世纪末 首选报道了无水酒精的生产方法 但是真正 的工业化酒精生产时 19 世纪末开始发展起来的 一直到第二次世界大战期间 发酵酒精生 产达到了高峰 在生产发展的同时 有关发酵酒精生产新技术和新工艺的科学研究也得到了迅猛的发 展 一度成为了科学研究的中心议题 发酵酒精生产经历了第二次大发展时期 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 80 85 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 目前酒精生产存在的主要问题 随着国名经济的进一步发展 整个社会对酒精的需要量会有所增加 但是 酒精最大 的需要量是作为汽油的代用品 即作燃料 发酵酒精的成本过高 国际市场上酒精的价格要比石油贵一倍 如果成本不降到与石 油相近 则难与石油相竞争 成产过程中能耗过大 尤其蒸煮和酒精回收过程中能耗特别高 以玉米原料为例 生 产 1L 酒精能耗约 14235 18840KJ 而每 1L 酒精的燃烧值约为 23446KJ 能量平衡值较低 如果不大幅度降低能耗 则将在很大程度上失去作为能源的价值 生产酒精的原料受到土地和水资源的限制 对于土地较少的国家来说更是如此 拿我 国的情况来说 根据 80 年代中期有关部门统计 我国到 2000 年汽车燃料将需要 4800 6000 万吨 以掺入 10 计 则 2000 年将需要燃料酒精 480 600 万吨 按每亩产薯 第 1 章 绪 论 1 干 800kg 计 将需要新增耕地总数的 1 左右 这几乎是一个无法承受的压力 酒精与民 争粮 争地的情况不解决 要大发展是几乎不可能的 酒精处理问题是当前酒精生产面临的又一严重问题 每生产 1 吨酒精需要生产 12 15 吨左右的酒糟 一般酒糟的 BOD 值在 25000 35000mg L 之间 这样高浓度的有机度液 如果不经过处理就排入自然界 那将成为严重的污染 一个年产 8 万吨酒精的工厂所产生 的污染负荷和一个 140 万人口的城市产生的生活污水负荷相当 酒精废糟由于最大 加上处理技术没有过关 目前已经成为了轻工业 各行业中第二大 污染源 为此 酒精处理问题已成为酒精工业能否存在和发展的头等大事 酒精发酵的强度问题 发酵强度愈大 同时发酵罐容积生产地酒精就多 常规的糖蜜 问题间歇酒精发酵 其强度只有 2g L h 一旦酒精有可能成为燃料 则其产量增加几 倍 几十倍 建新厂投资就很大 运转过程中的经费也大 如果能将发酵强度提高几倍几 十倍 发酵投资将大为减少 最终对成本的降低有利 因此 酒精发酵强度的提高问题 是当今世界上科学家研究的一个热门课题 1 3 解决酒精生产问题的对策 当今我国酒精行业面临的最大课题是原料 成本和污染等三个问题 针对述存在的问 题 我国和世界各国的学者 工程技术人员都在研究对策 研究和发展解决上述问题的新 菌种 新工艺 新设备和新技术 解决发酵酒精原料的根出路 在于利用纤维原料 包括纤维素和半纤维素在内的 来 代替粮食原料 这一工艺在美国已基本解决 但是成本还较高 生物技术的进一步发展将 最终解决这个问题 我们在这方面也应跟上 以免到时被动 将粮食原料酒精生产与酒精 糟处理结合起来 使得酒精生产与饲料生产合 实现饲料粮先酿酒精 酒糟作饲料的战略目 标是部分解决酒精生产原料的有效途径 据计算 全国的饲料粮如果都先酿酒精 则可得 到 600 万吨酒精和近 600 万吨干蛋白质饲料 而后者的总饲料报酬要比全部饲料粮直接作 饲料高 在节能方面 主要的努力应放在无蒸煮工艺和酒精节能回收技术的研究上 将节能消 耗降低 50 或更多是完全可能的 另外 原料粉碎耗电也很大 如何降低粉碎电耗也是应 引起重视的问题 高发酵强度酒精发酵新工艺也将会有突破性的进展 现在实验室结果 发酵强度已超 过 100g L h 也就是说比间歇发酵提高了 50 倍以上 为此 在工业生产争取达到 50g L h 是完全有可能的 在菌种选育方面 常规的诱变育种技术加上遗传工程技术 将有可能获得能直接发酵 生淀粉 纤维素 半纤维素的菌株 纤维素酶高产菌株 耐高温酵母和其他优良的酒精发 东北电力大学学士学位毕业论文 2 酵微生物 抗杂酒精发酵菌也将有得到的可能 任何上述一个菌株的获得都将从根本上改 变目前酒精生产地面貌 1 4 国内外酒精生产技术水平比较分析 目前国内外酒精加工生产技术发展呈现四大趋势 采用先进的发酵工艺 系有瑞典阿拉法公司发明 即将发酵醪液经过滤去除纤维渣 再经分离机分离酵母和醪液 酵母回到发酵罐 醪液进入蒸馏工序 可减少酵母培养 缩 短发酵周期 提高产量 减少废液排放 目前澳大利亚 印度等国已采用这种先进的发酵 工艺 我国酒精加工企业多采用固定化酵母提高发酵效率 推广节能技术 我国推广的糖化节能技术主要是低温蒸煮和糖化 操作温度从 140 下降到 80 热能消耗下降 40 蒸馏节能技术主要是气相过塔 压差蒸馏等 可节约蒸 汽 30 以上 应用分子筛脱水和膜蒸发技术 传统的精馏方法只能获得大约 96 的酒精 以往的解 决方法是恒沸技术 现在美国则采用分子筛脱水和膜蒸发技术 其优点是无夹带物 无化 学物 可用简单的计算机操作 操作费用低廉 应用领域不断扩展 酒精作为一种可再生能源 作为一种清洁的无硫燃料 除用作汽 车燃料外 目前已开始与柴油混合进入消费市场 燃料乙醇电池现也开始研制 第 2 章 设计概论 3 第 2 章 设计概论 2 1 毕业设计的目的 树立正确的设计思想 在技术上采用先进的生产经验和成熟的科技成果 选择先进可 靠 安全适用的工艺流程和工艺条件及生产设备 技术经济指标先进 生产损耗和能量消 耗低 在经济上具有合理 对环境污染程度低 在环境保护上具有可行性 对物料 水 电 汽进行平衡计算 对主要生产设备进行选型与计算 同时进行重点设备的设计和重点 车间平面布置设计以及全厂平面布置设计 并绘制图纸 通过毕业设计使学生熟悉酒精生 产过程和解决一些工程技术问题 培养学生独立查找 分析和使用技术资料 独立编写设 计文件 熟练使用 CAD 软件绘制工艺流程图和设备装配图的能力 2 2 毕业设计的题目 年产 25 万吨食用酒精工厂初步设计 2 3 毕业设计的任务 1 确定建厂的意义 2 厂址选择 建厂规模及布置方案 3 对所给设计题目进行总体构思 包括工艺流程选择 工艺批次及工艺参数的选取等 4 就设计题目的规格进行全厂的物料衡算 包括所有的原辅料 半成品及成品 以 1000kg 原料为基准 每批次产量 每天产量 月产量 年产量 5 在物料衡算基础上 进行全厂的设备设计 计算选型 对全厂的所有标准设备通过 生产能力的计算 选出型号功率 设备总量 材料及主要动力设备 最后列出全厂设备一 览表 6 对全厂水 电 汽等进行计算 列出衡算表 7 重点设备 工艺的设计及讨论 8 重点车间平面布置设计和全厂平面布置设计 9 绘制图纸 10 全厂经济技术指标的校核 计算 11 厂区的交通状况 能源供应 水源情况 原料来源综合分析 12 建厂总投资估算 13 其他 第 2 章 设计概论 4 2 4 设计的指导思想 设计以传统的酒精生产工艺为蓝本 综合毕业实习时 收集的资料及查阅的大量相关 资料 力求在技术上采用先进的生产经验和成熟的科技成果 使其具有现实性和先进性 工艺流程 选用设备 工艺控制和工艺条件先进可靠 安全适用 生产技术经济指标先进 生产损耗和能量消耗低 在经济上具有合理性 对环境污染程度低 在环境保护上具有可 行性 1 在工艺上的选择和设备的选用上为确保工艺稳定 可靠和产品质量 部分采用了 传统式 同时进行了革新改造 引进了一部分国外较先进的技术和设备 2 设计中考虑尽量降低操作费用及啤酒的单耗量 使其具有上马快 收效大的特点 3 设计考虑到食用酒精厂今后的发展趋势 如增加品种 扩大产量等 在建筑和 平面布置上及设备选取上 都留有适当的余地 同时又不致于造成现有设备 场地的太大 浪费 4 设计考虑到工人劳动条件的改善及劳动强度的降低 采用了一些新工艺 新设备 同时又确保酒精质量 5 考虑到食用酒精厂的环境 进行了污水处理 CO2 回收等综合利用 不但改善 了环境污染 同时增加工厂的收入 6 设计采用部分自动化仪表控制 使本厂在机械化 自动化水平上与国外先进水平 差距缩短了 2 5 设计的依据 依据国家和地方政府的经济计划 综合国内 国际市场情况 当地原料 水源 水质 能源供应及交通运输状况的调查与研究 依据自然状况 查阅大量相关资料 遵从设计的 题目要求 用学过的理论知识与实践知识相结合 进行此题目的设计工作 2 6 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 25 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 7 厂址选择 1 厂址选择的总原则 厂址选择必须符合工业布局 符合所在地区 城市规划的要求 按照国家有关法律 东北电力大学学士学位毕业论文 5 法规及建设前期工作的规定进行 充分利用各地区的有利条件 避开或克服不利条件 充分利用当地人力 物力 财 力和自然资源 保护环境 节约用地 不占用粮田及经济效益高的土地 并符合国家现行 土地管理 环境保护 水土保持等法规有关规定 尽量远离风景游览区和自然保护区 2 厂址选择的具体条件 自然条件 地理位置 方位与城镇关系 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 120 180KN m2 c 寒冷地区 注意冻土层 d 尽可能不在地震 7 度或 7 度以上地区建厂 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 水资源 地下水 涤井水 自来水 地表水 江 河 水库 泉水 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 c 生物制药厂 原水提纯 工艺水 靠近水源丰富 水质优良的水源 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 3 技术经济条件 原料 辅料等供应条件 靠近原料 燃料基地 产品销售地 动力供应条件 靠近水源 电源 交通运输条件 交通运输便利 协作条件 拟建年产拟建年产 25 万吨食用酒精工厂万吨食用酒精工厂 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 第 2 章 设计概论 6 水处理区 原料仓储区 成品罐装区 铁路 发远区等 厂区主干道 次干道 左 侧 区 厂前区 生产区 厂后区 右 侧 区 1 选址地点 位于送花江畔的吉林省吉林市 2 选择依据 交通便利 空气清洁 无污染 水质好 水源丰富 3 风玫瑰图 1 地理状况 自然条件 a 地理位置 吉林市地处东北腹地长白山脉 向松嫩平原过渡地带的松花江畔 三面临水 四周环 山 东经 125 40 127 56 北纬 42 31 44 40 东接延边朝鲜族自治区 西临长春市 四 平市 北与黑龙江升接壤 南与浑江市 通化市毗邻 b 地貌和气候 吉林市右 远迎长白 近绕松花 的形势 由于不同时期的大地构造运动 以及江河的 侵蚀 剥蚀和堆积 形成了中山地区 低山丘陵区 峡谷湖泊去 河谷平原区的地 貌 地势由东南向西北逐渐降低的地理景观 吉林省处于北半球的中纬地区 欧亚大陆的东部 相当于我国温带的最北部 接近亚 寒带 气候干燥 全省形成了显著的温带大陆性气候特点 并有明显的四季更替 春季干 燥多风 夏季温热多雨 秋季温和凉爽 冬季漫长寒冷 全年平均气温为 3 5 全年日 照 2200 3000 小时 秋季可形成持续数日的晴朗而温和的天气 c 水文 东北电力大学学士学位毕业论文 7 吉林市境内水系发达 流域面积超过 500 平方公里的河流 18 条 20 平方公里以上的 河流 372 条 由松花江 拉林河 牡丹江 3 条水系的部分河段和支流组成 计划由松花江 水 d 降雨 吉林市境内多年平均水资源量 166 61 亿立方米 据 1999 年统计 当年全市平均降水 量 597 2 毫米 技术经济条件 a 原料供应 吉林市农业发达 地处世界著名的玉米黄金带上 是全国重点商品粮基地和农产品加 工基地 吉林省播种面积为 395 9 万公顷 粮食人均占有量 粮食商品率 粮食调出量 玉米出口连续多年居全国首位 是我国最大的商品粮基地 生产玉米 大豆 睡到等 b 能源供应 城市的水源蕴藏总量达 170 亿平方米 是全国少有放入不缺水的城市之一 工业基础 雄厚 一五 时期国家 156 个重点工程有 7 项在吉林市建设 峡谷湖泊区分布在丰满电站大 坝到白山水库上游金银别的沿湖 沿区区域 是丰满 红石 白山三大梯级电站建成后形 成的地貌区域 c 交通运输 公路 铁路四通八达 铁路年旅客发送量 320514 万人 民用航空已达 5266 万人 地 理位置优越 交通十分便利 是东北地区中部的重要交通枢纽 2 8 原料来源 规格及标准 1 来源 玉米采购在吉林省吉林市 2 规格及标准 外观 指标 玉米粉 玉米渣 玉米糁 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 第 2 章 设计概论 8 表 2 1 玉米理化指标 项目单位指标 细菌总数Cfu mg 50 000 大肠菌数MPN 100mg 100 霉菌及酵母数Cfu mg 2 000 磷化物定性阴性 氰化物定性阴性 碱性金属物含量0 003 汞mg kg 以 Hg 计 0 02 黄曲霉毒素 B1 g kg 5 表 2 2 技术指标 杂粮 等级粗细度水分皮胚含量含砂量磁性金属物脂肪酸值铅 pb 单位目 数 干基 g kgmgKOH 100gmg kg 普通玉米 粉 国标 通过 10 14 5 0 0 03 0 003 800 5 精制玉米 粉 国标 通过 10 14 2 0 0 02 0 003 800 5 表 2 3 玉米的化学组成 3 水分淀粉蛋白质粗纤维脂肪灰分 7 1660 758 101 33 1 51 7 2 9 主要辅料的质量标准 1 淀粉酶 外观 指标 表 2 4 耐高温 淀粉酶性质 3 项 目标 准 最适 pH 值5 5 7 0 最适作用温度90 以上 Ca2 浓度50 70mg kg 东北电力大学学士学位毕业论文 9 液化力 120KNU g 或 800 000mwu g 1 活性干酵母 外观 指标 表 2 5 活性干酵母性质 项 目性 质 色 泽淡黄至浅黄色 形 状颗粒或条状 气 味具有酵母特殊气味 无异味 杂 质无 异 物 无 异 物 48 酵母活细胞率 80 保 存 率 85 水 分 5 0 致病菌 沙门 不得检出 重金属 以 Pb 计 20 2 10 水的质量标准 外观 理化指标及要求 在酒精厂里水的主要用途是 工艺过程用水 成品和半成品冷却用水 锅炉用水和各 种洗涤用水 工艺用水要求符合饮用水标准 水的硬度不应超过 7 毫克当量 L 即中等硬度的水 不符合要求的水要经过必要的处理才能应用 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 5 5 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 生活饮用水水质标准见表 2 6 水的硬度一般用 1 d 10mg CaO L 或 7 19mg MgO L 表示 即 1L 水中含 10mg CaO L 或 7 19mg MgO L 为 1 d 德国标准 按此标准可将原水按硬度分为如下几类 见表 2 7 第 2 章 设计概论 10 表 2 6 生活饮用水水质标准 项目标准 感官性状和 一般化学指标 色 浑浊度 臭和味肉眼可见 pH 总硬度 以碳酸钙计 铁 锰 铜 锌 挥发酚类 以苯酚计 阴离子合成洗涤剂 硫酸盐 氯化物 溶解性总固体 色度不超过 15 度并不得呈现其他异色 不超过 3 度 特殊情况不超过 5 度 不得有异臭 异味不得含有 6 5 8 5 450mg L 0 3mg L 0 1mg L 1 0mg L 1 0mg L 0 002mg L 0 3mg L 250mg L 250mg L 1000mg L 毒理学指标 氟化物 氰化物 砷 硒 汞 镉 铬 六价 铅 银 硝酸盐 以氮计 氯仿 四氯化碳 苯并 a 芘 滴滴涕 六六六 1 0mg L 0 05mg L 0 05mg L 0 01mg L 0 001mg L 0 01mg L 0 05mg L 0 05mg L 0 05mg L 20mg L 60g L 3g L 0 01g L 1g L 5g L 细菌学指标 细菌总数 总细菌总数 游离余氟 100 个 mL 3 个 L 在与水接触 300 后应不低于 0 3 mg L 集中式 给水除出厂水应符合上述要求外 管网末梢水 不应低于 0 05 mg L 放射性指标总 放射性 总 放射性 0 1Bq L 1Bq L 东北电力大学学士学位毕业论文 11 表 2 7 水的硬度分类 3 水质类别硬度值碱性离子浓度 mmol L H2O 较软水0 4 00 1 44 软水4 1 8 01 45 2 88 中硬水8 1 12 02 89 4 21 较硬水12 1 18 04 33 6 48 硬水18 1 30 06 49 10 80 极硬水 31 0 10 81 2 11 成品品种及质量标准 表 2 8 食用酒精国家标准 GB 10343 2002 感官和理化指标规定值简表 3 项 目单 位特 级优 级普通级 外观无色透明 气味具有乙醇固有的香气 无异 味 无异臭 口味纯净 微甜纯正 微甜较纯正 乙醇 20 体积 96 095 595 0 氧化时间 15 min 403020 色度号 10 硫酸试验 101060 甲醇25050 醛 以 CH3CHO 计 1330 正丙醇235100 异戊醇 异丁醇1230 酸 CH3COOH 计 71020 酯 CH3COOC2H5 101825 不挥发物102025 重金属 以 Pb 计 1 氰化物 以 HCN 计 mg L 5 用木薯为原料产品 第 2 章 设计概论 12 2 12 主要工艺技术参数 主要工艺技术参数见表 2 9 东北电力大学学士学位毕业论文 13 表 2 9 主要工艺技术参数 项目参数项目参数 玉米原料淀粉含量75 淀粉出酒率55 34 淀粉利用率91 45 加水比1 3 5 2 13 生产工作制度 全年生产日 320 天连续生产 2 14 环保措施 2 14 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 CO2的浓缩精制 化学吸收法 该法是利用CO2和吸收液之间的化学反应将CO2从混合气体中分离浓缩的方法 常用吸 收剂为有机胺类 所以也叫胺吸收法 其原理是弱碱 胺 和弱酸反应生成一种溶于水的盐 化学吸收法是目前常使用的方法 特别适用于从CO2 浓度低的混合气体精制浓缩CO2 膜分离法 有两种膜技术 即气体分离膜和气体吸收膜法 是新近发展起来的技术 气体吸收膜法的 主要元件是一种微孔疏水膜 它把气体和液体吸收剂分隔开 混合气沿膜的一侧流入 待分离 组分通过充满在微孔中的气体向另一侧扩散 被吸收液吸收 最理想的膜是中空纤维膜 气体吸收膜工艺流程与化学吸收法相同 只是在吸收塔内使用了中空纤维膜 其设备成本比 化学吸收法降低30 整个吸收再生装置的投资下降10 化学氧化法 高锰酸钾法和重铬酸钾法是两种典型的化学氧化精制法 它们能从CO2混合气体中脱除 硫化氢 烯烃等 将其转化成SO 2 CO2和水 该法操作比较简单 但因试剂价格较贵 且 不能回收再生 废液造成二次污染 对设备的腐蚀也很严重 因此限制了该法的应用 应气 烯烃氧化气中分离CO2的精制技术 由于使用了特效催化剂 在全部精制过程中 只需预热一部分排放气 使其达到催化反 应起始温度 以后靠反应放热就可以维护反应继续进行下去 因此它是一种节能技术 CO2 第 2 章 设计概论 14 混合气中的有机杂质发生氧化反应生成CO2和水 所在不存在二次污染 精馏吸附联合工艺 大连理工大学和北京燕山石化公司联合开发的乙二醇车间乙烯氧化副产CO2精制回收 新技术已通过了石化总公司发展部组织的中试鉴定 鉴定会认为该工艺流程简单 设备少 工艺条件缓和 中试采用精馏和吸附联合的工艺路线 以空气为脱附介质 以MS为吸收剂 吸收CO2中微量的烯烃 中试每小时进CO2气体为0 5m3 此外还有直接燃烧法 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 2 14 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 2 14 3 杂醇油回收利用 酒精蒸馏时 从蒸馏塔抽提出的杂醇油是一种由淡黄色到红褐色的透明液体 杂醇油 中所含高级醇和酯类的用途很广 可作溶剂使用 可用来制造油漆与香精 也可作为选矿 时所需的浮选剂 也可作测定牛乳中脂肪的一种试剂 因此 杂醇油是酒精生产中一种有 价值的副产品 在酒精蒸馏过程中抽提出杂醇油还能提高酒精的质量 稳定蒸馏塔的操作 所以在酒精生产中设法多抽提出杂醇油回收利用是非常必要的 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C2 C3 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 2 14 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 东北电力大学学士学位毕业论文 15 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 2 14 5 酒精糟回收 经过研究表明 酒精糟中除了含有蛋白质外 还含有不同性质的碳水化合物 他们就 成为培养菌体蛋白或生产其他生物活性物质的碳源 迄今为止 酒糟综合利用的途径有 酒糟干燥生产饲料 酒糟滤液生产菌体蛋白 酒糟滤液全回流 酒糟或酒糟渣生产其他生 物活性物质 沼气发酵和其他用途 3 利用酒精糟渣生产饲料 糟液经过立式旋转糟液分离机可将其 40 纤维素有机物滤出 余下 60 去沼气发酵 即每 1m3 糟液中 50Kg 绝干物质 可滤出 20KgCOD 将空气经过立式热风换热器强制 热交换送入气升式干燥塔中 将分离机滤出含水分 80 的稠酒精糟进行强制烘干 然后 经旋风分离器分离 年可收取分状饲料 2 万吨 以 400 600 吨计 可新增产值 利用酒精糟液厌氧发酵制取沼气 并用沼气废渣生产高效有机肥 酒糟液经立式旋转 分离机取走 COD 2 万 mg l 的糟渣生产饲料后 分离出的糟液中尚有 COD 3 万 mg l 进 入沼气发酵池经过发酵 生产沼气后 COD 由 3 万 mg l 升至 8000mg l 去除率 75 BOD 由 15000mg l 降至 2300mg l 去除率 85 PH 值由 4 2 升至 7 2 7 5 年转化 为沼气的 COD 总量为 17285 吨以上 沼气发酵后的消化液中含 N3 32 P 以 P2O5 计 3 57 K K2O 计 2 有机物 44 发酵液经过滤 滤饼颗粒成型可制得有机肥 12000 吨 相当于化肥 6000 吨 年 酒精废液处理 污水据来源分工业污水和生活污水 据含有的化学物质分为无机物污水和有机物污水 目前 国内外已成功应用的酒糟液处理方法很多 把他们大致分类 有物理处理 物理化 学处理 化学处理和生物处理 按污水净化程度可将处理分为三级 一级处理 主要除去 油类 酸碱物质以及可以截留的悬浮物 二级处理 主要除去可溶性有机物和部分可溶性 无机物 以及以及处理残留的悬浮物 三级处理 主要除去难降解的有机物和较高程度的 降除可溶性 N 和 P 等无机物 第 2 章 设计概论 16 第 3 章 酒精生产工艺流程的设计及说明 3 1 酒精的性质 用途及生产方法概述 3 1 1 性质 酒精的化学名称是乙醇 分子式为 C2H5OH 相对分子质量 46 07 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 390 430 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 3 3 1 2 用途 酒精是一种重要的基础工业原料 广泛应用于化学工业 食品工业 日用化工和医药 卫生等领域 是合成橡胶 聚氯乙烯 乙二醇 冰醋酸 苯胺 乙醚 氯乙醇 氯乙烷和 乙基苯等的主要原料 还可作为酒基 浸出剂 洗涤剂 溶剂 表面活性剂等 目前国内 酒精的下游市场一般分为两大类 工业酒精市场和食用酒精市场 工业酒精主要是用于医 药 日化 油墨涂料 化工中间体等领域 其中日化 涂料 医药领域有较大的发展潜力 食用酒精消费量占酒精总产量的 80 但其用途比较单一 主要作为酒类的原料 随着社 会的进步和人民生活水平的提高 市场对酒精产品的需求也逐步提高 到 2005 年 以上各 领域对酒精的年需求量将达到 356 万吨 市场流通量 而从国际上酒精消费的格局来分析 酒精作为替代能源将是生物发酵法酒精最大的潜在市场 3 2 酒精生产工艺流程的确定 淀粉质原料酒精生产是由原料预处理 原料的水 热处理 原料蒸煮 糖化剂生产 糖化 酒母制备 发酵和蒸馏等工段组成 酒精生产工艺流程见图 3 1 水 蒸汽 糖化剂 酒母 蒸汽 成品酒精 原料 预处理 液化 糖化 发酵 蒸馏 杂醇油 醛酯馏分 CO2 酒糟 图 3 1 酒精生产工艺流程 东北电力大学学士学位毕业论文 17 3 3 工艺条件及说明 3 3 1 玉米粉供应工序 工艺流程 玉米粉箱 电子称 拌料罐 工艺指标 玉米粉箱中玉米粉应储存 1 2 以上 保证均匀供料 3 3 3 2 液化糖化工序 1 目的 液化糖化的目的是将淀粉变成可发酵性糖 2 工艺流程 采用双酶法液化糖化工艺 工艺流程见图 3 3 采用该工艺的优点是 蒸煮醪在进入糖化锅之前先进入真空蒸发器 醪液瞬时间冷却 到 63 左右 再经进入糖化锅与糖化剂混合 蒸煮醪前冷却实在真空条件下瞬时间完成 使 得糊化的淀粉分子来不及聚合排列形成晶体结构 对糖化有利 真空冷却可省去大量冷却 用水 最终的能耗也低于混合冷却工艺 3 工艺指标 拌料温度 60 65 加水比 1 3 5 放乏气次数 7 拌料罐内 pH 值 6 5 拌料罐中加入 NaOH 或氨水 酒糟水 余馏水及冷凝液 中 和有机酸 控制料液的 pH 值为 6 5 利于液化酶作用 减少液化酶失活 玉米浆 二次蒸汽 初液化罐 1 3 液化酶 喷射器 闪蒸罐 末液化罐 2 3 液化酶 H2SO4 液化醪 螺旋板式换热器 糖化酶 糖化罐 螺旋板式冷却器冷却 第 2 章 设计概论 18 发酵工序 图 3 3 双酶法液化糖化工艺流程 蒸煮温度 120 125 喷射器 液化温度 90 100 闪蒸罐 初液化时间 30 min 末液化时间 50 60 min 液化醪温度 73 77 糖化醪 pH 值 4 0 4 5 糖化温度 60 65 糖化时间 1 5 h 糖化醪浓度 24 25Bx 清夜回配 糖化酶加量 120U g 玉米粉 糖化率 45 55 4 工艺流程说明 该工艺中液化酶分二步加入 第一步是先加 1 3 的液化酶至拌料罐 目的是先降低醪 液粘度 以利于液化醪的德喷射蒸煮 主要是杀死醪液中的杂菌 第二步加入 2 3 的液化 酶至末液化关 玉米清洗除菌后进入锤式粉碎机 要求粉碎后的玉米粉通过 40 目的过筛率不小于 65 进入混合罐的水有 50 热工艺水 80 的酒糟水离心液 50 的蒸发工段的二次 蒸汽冷凝液和 100 的精馏塔底部的余馏水 料水比例控制在 1 2 0 2 5 醪液温度控制在 60 左右 拌料罐中加入 NaOH 溶液 或氨水 酒糟水 余馏水及冷凝液 中和有机酸 以控 制料液的 pH 值为 6 5 加入 Ca2 对液化酶具有保护作用 它可以提高液化酶的耐热能力 玉米浆将通过溢流 重力作用 进入初液化罐 蒸煮后的醪液进入闪蒸罐 闪蒸罐是通过真空泵的抽吸产生负压的 它使醪液的温 度由 125 降至 93 液化酶分段加入 好处是在蒸煮前加入一部分可降低醪液黏度 便于输送 蒸煮 为了便于糖化酶的作用 必须在糖化以前将醪液 pH 值由 6 5 降至 4 5 这一步是在 东北电力大学学士学位毕业论文 19 酸化罐中加入 H2SO4进行 同时向酸化罐加入 25 的酒糟水 5 设备 拌料罐 液化罐 喷射器 闪蒸罐 糖化罐 真空冷却汽液分离器 真空 泵等 3 3 3 发酵工序 1 目的 酵母菌把可发酵性糖 经过细胞内酒化酶的作用生成酒精与 CO2 再通过 细胞膜将这些产物排出体外 2 工艺流程 采用连续发酵工艺 工艺流程见图 3 4 糖化醪 醪塔 1 发酵罐 2 发酵罐 3 发酵罐 4 发酵罐 5 发酵罐 酒母醪 图 3 4 连续发酵工艺流程 3 工艺指标 接种温度 27 30 发酵温度 30 33 后发酵温度 30 1 酵母出芽率 15 以上 酸度 4 0 5 0 成熟的酒母醪酵母细胞数 1 108 个 mL 左右 发酵成熟醪外观糖 0 5Bx 以下 清液回配时 1 0Bx 以下 发酵成熟醪酒精浓度 11 5 体积 以上 发酵成熟醪残总糖 2 0 以下 清液回配时 2 3 以下 挥发酸 0 25 以下 成熟救母出芽率 15 30 耗糖率 40 50 成熟的酒母醪中的酒精含量 3 4 总发酵时间 51 56 h 4 工艺说明 间歇发酵的全过程在一个发酵罐内进行 发酵初始阶段糖份最高 随着发酵过程的进 行 糖份不断下降 发酵液中酒精浓度不断提高 使酵母菌在发酵过程中对环境的变化要 第 2 章 设计概论 20 不断适应 常常是酵母菌刚适应环境 发酵即结束了 这会导致酵母菌群的实际损失很大 连续发酵的优点如下 设备运行稳定并提高其利用率 采用连续发酵法生产酒精 使设备始终处于发酵运 行状态 通常需要 20 天对罐进行一次清洗 灭菌 极大地减少了发酵辅助时间 同时 连续发酵时醪液进入发酵罐即进入主发酵期 可提高设备利用率 20 以上 提高淀粉的酒精产率 连续发酵无菌条件要求高 能够有效控制杂菌 发酵醪始终 处于流动状态 使酵母菌与醪液充分接触 而且可及时排除发酵过程中产生的 CO2 从而 增强酵母菌的发酵作用 淀粉的酒精产率可达 56 2 不需要连续酒扩培工序 连续发酵工艺可间隔 20 天甚至 180 天才接种一次酵母菌 而间歇发酵要每天都扩培酵母菌 有利于实现自动化 在大型酒精发酵系统中 温度控制 定时定量加入糖化醪循环 补加酵母菌菌液 添加营养液等均容易实现计算机控制 3 3 4 酒精蒸馏 1 蒸馏的目的 根据拉乌尔定律将成熟发酵醪中的酒精 挥发性杂质等蒸汽压高 沸点低 的组分和部分水蒸气与大部分水和肥挥发性组分分开 蒸馏结果得到粗酒精和 酒糟 蒸馏是我国酒精工厂从发酵醪中回收酒精的唯一方法 这里说的蒸馏包括酒精精馏 在内 2 精馏的目的 排除粗酒精中的各种挥发性杂质和绝大部分水 精馏的结果得到的 是各级成品酒精和废水 工艺流程 采用五塔压差蒸馏工艺 酒精蒸馏工艺流程见图 3 5 热酒气 成熟醪 预热器 粗馏塔 浓缩塔 水洗塔 水洗塔酒气 工业酒精塔 精馏塔 甲醇塔 东北电力大学学士学位毕业论文 21 工业酒精 图 3 5 酒精蒸馏工艺流程图 4 酒精蒸馏工艺指标 酒精蒸馏工艺参数见表 3 2 表 3 2 酒精蒸馏工艺参数 项目塔釜温度 塔顶温度 真空度 kPa 酒精蒸汽浓度 体积 粗馏塔785529 430 水洗塔92 9389 90 30 35 精馏塔125 13095137 296 甲醇塔7871 96 工业酒精塔 95 表 3 3 不同蒸馏塔的名称与主要功能 塔名主要功能其他名 粗馏塔从发酵成熟醪液蒸馏出粗酒精醪塔 水洗塔将浓度高的粗酒精稀释 以利清除杂质 精馏塔经水萃取后的低浓度酒精再次除杂 浓缩水萃取塔 稀释塔 萃取塔 甲醇塔把从精馏塔出来的含较少杂质的酒精再一次进 行除甲醇等处理 工业酒 精塔 把源于粗馏塔 水洗塔 精馏塔 甲醇塔的含 杂馏分进行处理 蒸馏塔的辅助设备包括 1 醪液预热器 其功能是 利用精馏塔或粗馏塔塔顶上升的酒精蒸汽中的热量 把即将蒸馏的发酵成 熟醪液预热至较高温度 这样一则能做到充分利用余热 二则酒精蒸汽在将醪液预热过程 中 也起着分冷凝器的作用 第 2 章 设计概论 22 2 CO2分离器 发酵成熟醪中含有一定数量溶解的 CO2 空气等不凝气体 当醪液在醪塔中受热沸腾 时 这些气体会被分离出来 这就增大了醪塔中上升的酒精蒸汽的体积 CO2等气体可严 重影响冷凝器的传热效果 同时还可能在塔中及进料管上部形成气阻 影响蒸馏的正常运 行 进而对酒精质量或多或少产生负面影响 有鉴于此 在蒸馏系统中增设 CO2分离器 在醪液预热后进入醪塔前 先进入 CO2分离器处理 把不凝气体先分离先分离排除大部分 由于气体中还夹带少量酒精 为回收这部分酒精需增设一小型冷凝器 所得冷凝液送入醪 液暂存容器 生产实践证明设计合理的气液分离器是很重要的 3 杂醇油分离器 其功能是将精馏塔或杂醇油塔 杂质处理塔杂醇油聚集段所导出的杂醇油酒精混合液 或气体 首先经冷凝 冷却器冷却 降至一定温度 并加入水进行稀释而使油析出 在低 浓度酒精液层之上 杂醇油则由上部分出 低浓度酒精则从下部导出而入醪液暂储器或经 预热后返入精馏塔脱水段 4 再沸器 再沸器是一种耐蒸汽高压的换热器 来自蒸汽锅炉的一次蒸汽通过再沸器给蒸馏塔间 接加热 这种间接加热方式比蒸汽直接加热有很多优点 如可节约锅炉蒸汽用水量 减少 酒精糟液含水量 提高蒸馏系统酒精质量 5 冷凝器 冷凝器是一种用于为蒸馏塔塔顶酒精蒸气降温的热交换器 蒸馏塔塔顶酒精蒸气用低 温水降温 产生的冷凝液大部分回流到塔的最上一层的塔板 以保证蒸馏塔正常运行所需 的要的回流比 6 换热器 目前的蒸馏系统中除塔外 其他各塔加热的换热器都可以采用大型高效的薄板换热器 因为薄板换热器的结构和功能决定了它更适合酒精蒸馏系统 并可有效的降低生产成本 再沸器属于具有加热功能的换热器 冷凝器则指具有降温功能的换热器 普通换热器是指 具有冷却 升温功能的换热器 Error Reference source not found 23 第 4 章 酒精生产过程中的物料和热量衡算 4 1 物料及热量衡算 4 1 1 成熟醪量的计算 已知 生产规模为 25 万吨燃料乙醇 年 出 2 的工业酒精 成熟醪酒分按 12 V V 即 9 64 w w 蒸馏率 98 成品酒精浓度 99 V V 即 96 82 w w 年生产日 320 天 每天 24 小时 每小时产出酒精量 108 1 2 32024 13281 25 kg h 成熟醪量 13281 25 95 5 98 9 64 134257 70 kg h 4 1 2 发酵工段物料衡算 序号依据物料平衡图 采用 8 个发酵罐连续发酵 成熟醪酒分定为 12 V V 发酵罐编号 R411 R418 酒母罐 2 个 R402A B 表 4 1 每个发酵罐酒分分配如下 罐编号 V V w w R402A B5 5 4 38 R4115 4 4 3 R4128 3 6 64 R4139 5 7 605 R41410 4 8 338 R41511 8 83 R41611 5 9 235 R41711 8 9 478 R41812 9 64 R418 设产生 CO2量 带酒气 为 x 产生纯酒精量为 y CO2洗涤塔带回淡酒量 134257 70 0 5 9 64 3 19 2028 60kg h CO2带出的酒气占发酵罐内纯酒精量的 0 5 第 2 章 设计概论 24 则 x y 0 5 y 即 x 0 9615y 46 44 由进出发酵罐的酒精量平衡列方程得 408340 24 9 64 0 5 y y 6169 913 19 408340 24 0 9615y 6169 91 9 478 解得 y 322 09 kg h CO2量 带酒气 322 090 9615 309 69 kg h R417 进料量 134257 70 309 69 134567 39 kg h 产热 322 09 1170 4 18 90155 31 kcal h R417 设产生 CO2 量 带酒气 为 x 产生纯酒精量为 y 由进出发酵罐的酒精量平衡列方程得 134567 399 478 0 5 y y 134567 39 0 9615y 9 235 解得 y 305 88 kg h CO2量 带酒气 305 880 9615 294 10 kg h R416 进料量 134567 39 294 10 134861 49 kg h 产热 305 88 1170 4 18 85616 20 kcal h 循环醪量 85616 20 4 18 3 94 35 33 45415 70kg h 循环水量 85616 20 1 33 30 28538 73 kg h R416 设产生 CO2 量 带酒气 为