毕业论文-年产14万吨燃料乙醇厂初步工艺设计重点设备——发酵罐

毕业设计说明书论文作者学号院系化学工程学院专业生物工程题目年产14万吨燃料乙醇厂初步工艺设计重点设备发酵罐指导者评阅者2013年6月吉林摘要燃料乙醇的开发和研究在当今世界面临着能源枯竭的情况下，具有重要的战略意义。本毕业课题总结了燃料乙醇的基本情况和国内外使用现状，论述了我国推广使用燃料乙醇的意义。采用干法粉碎技术对原料进行粉碎处理，运用喷射闪蒸技术进行常压蒸煮，通过液糖化过程，进行大罐连续发酵，采用传统式三塔蒸馏技术直接蒸汽进行加热蒸馏，排醛脱水得到无水乙醇，最后以955（体积比）和93号汽油混合变性，得到成品燃料乙醇。运用理论基础知识，本设计对年产14万吨燃料乙醇生产过程进行了工艺计算，为最初设备选型提供理论依据。再根据本文所采取的的工艺流程和工艺计算做出主要的设备选型。同时，针对乙醇生产后的乙醇糟和废水进行处理，节约了投资成本，保护环境，增加经济效益。关键词燃料乙醇；工艺设计；工艺流程；设备选型ABSTRACTTHERESEARCHANDDEVELOPMENTOFFUELETHANOLHASIMPORTANTSTRATEGICSIGNIFICANCE,INTODAYSWORLDISFACINGENERGYDEPLETIONSITUATIONTHISPAPERSUMMARIZESTHEBASICSITUATIONOFFUELETHANOLANDTHEUSEOFFUELETHANOLATHOMEANDABROAD,ATTHESAMETIME,DISCUSSEDOURCOUNTRYTOPROMOTETHEUSEOFFUELETHANOLSIGNIFICANCEDRYGRINDINGTECHNOLOGYWHICHUSESFORRAWMATERIALSPULVERIZINGPROCESS,USINGTHEFLASHTECHNOLOGIESINJECTIONPRESSURECOOKING,AFTERSACCHARIFICATIONPROCESSTHEFLUIDINTOLARGETANKSINPROGRESSCONTINUOUSFERMENTATION,USINGTHETHREETOWERDISTILLATIONTECHNOLOGYTOHEATDISTILLATION,FINALLY,955VOLUMERATIOAND93GASOLINEHYBRIDVARIABILITY,GETFINISHEDFUELETHANOLTHEUSEOFBASICKNOWLEDGEOFTHETHEORY,THEDESIGNFORTHEANNUALOUTPUTOF140,000TONSOFFUELETHANOLPRODUCTIONPROCESSOFTHECALCULATIONPROCESS,INORDERTOPROVIDEATHEORETICALBASISFORTHEINITIALEQUIPMENTSELECTIONTAKENACCORDINGTOTHISPROCESSANDTHEPROCESSOFMAKINGAMAJORCOMPUTINGEQUIPMENTSELECTIONMEANWHILE,TREATMENTTHEBADETHANOLANDWASTEWATERWHICHISGETTINGETHANOLPRODUCTIONWILLSAVETHECOSTOFINVESTMENT,PROTECTTOTHEENVIRONMENTANDINCREASETOECONOMICEFFICIENCYKEYWORDSFUELETHANOLPROCESSDESIGNPROCESSFLOWEQUIPMENTSELECTION目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111中国酒精工业的发展历史112我国酒精工艺和装备技术的发展213解决酒精生产问题的对策214酒精工业的发展趋势315开发燃料乙醇的意义316燃料乙醇在国外发展的情况4第2章设计概论621毕业设计的目的622毕业设计的题目623毕业设计的任务624毕业设计的指导思想625毕业设计的依据726厂址选择原则727厂址选择728原料来源、规格1029主要辅料的质量标准12210水的质量标准14211燃料乙醇成品的质量标准15212主要工艺参数17213环保措施172131CO2的综合利用172132杂醇油的回收172133酒精酵母的利用182134酒精糟的回收利用18第3章酒精生产工艺流程的设计和说明1931酒精的性质、用途及生产方法的概述19311酒精的性质19312酒精的用途19313玉米原料生产酒精流程1932工艺条件及说明20321玉米粉供应工序21322液化糖化工序21323发酵工序22324蒸馏工序23325变性及后处理部分24第4章酒精生产过程中的物料和热量衡算2741以玉米为原料年产14万吨燃料乙醇厂总物料衡算27411工艺技术指标及基础数据27412原料消耗计算27413蒸煮醪量的计算28414糖化醪和发酵醪量的计算29415废醪量的计算30416其他辅助材料消耗量3042年产14万吨燃料乙醇厂水、煤、电的消耗计算32第5章重点设备发酵罐的设计3351发酵罐的作用结构及材质33511发酵目的33512发酵分类33513发酵罐结构34514发酵罐特点3452发酵罐容积和个数的确定35521发酵罐容积35522发酵罐数量3653发酵罐冷却面积和冷却装置的设计3654发酵罐的其他尺寸39第6章设备的设计与选型4161原料输送装置的选型4162液糖化工段42621糖化罐选型42622液化罐选型43623维持罐选型4363发酵工段44631酒母罐选型44632酒精捕集器4564蒸馏工段45641蒸馏设备45642换热器的选型45643粗馏塔的计算46644精馏塔的设计49645排醛塔60第7章总体平面设计及全厂定员6371总体平面设计63711总体平面设计依据63712总体平面设计原则及要求63713总体平面设计内容6472全厂定员65721全厂定员表65722工作制度和薪酬制度65参考文献67致谢69第1章绪论11中国酒精工业的发展历史酒精工业是基础的原料工业，其产品主要用于食品、化工、军工、医药等领域。早在1900年，我国的酒精工业就于黑龙江省哈尔滨市开始发展，已有近百年的历史。抗日战争爆发以后，我国开始大量使用乙醇做燃料，乙醇工业在后方发展很快，当时河南、陕西、四川大约有50多家乙醇生产厂。抗日战争胜利后，由于我国经济比较落后，工业基础十分薄弱，粮食产量很低，国内粮食还处于自给的状况，只有少部分粮食用来生产食用酒精，燃料乙醇的价格高于汽油价格，因此也限制了酒精工业的发展。虽经19001949年约50年的演变和设备技术的发展，但全国酒精总产量还不到1万吨。19492000年，中国的酒精产量迅速增长到300万吨，跃居世界第三位。新中国成立后，随着国民经济的发展和白酒液态生产法的推广，酒精工业进入了崭新的发展阶段。历经50年的发展，初步形成了企业生产、工程设计、科学研究、人才培养、设备制造、综合利用、环境保护、标准制定、检验检测、成品运输、产品销售等一个完整的酒精工业体系。2000年中国政府燃料酒精规划的实施，标志着中国酒精产业上了一个大台阶。2001年中国酿酒工业协会酒精分会开始创办专业刊物酒精，体现中国酒精产业又开始了一个科研与生产相结合的新阶段。2003年吉林大型燃料酒精企业的投产，说明中国酒精生产能力已接近世界先进水平。中国酒精制造业的主要原料原来以玉米等粮食原料为主，2006年以来为保证国家粮食安全，政府开始限制粮食酒精的盲目发展，酒精生产原料“非粮化”趋势明显。木薯、甘蔗、甜菜、纤维素等非粮原料在酒精生产中被广泛应用，受油价持续影响，中国燃料乙醇行业迎来历史性机遇，近年来发展迅猛。随着酒精生产技术的不断改进，我国酒精生产的水平已达到新的高度，水、电、汽的消耗量已接近或达到了发达国家的水平。我国酒精产量已从解放初期的1万吨左右到目前的500万吨左右，生产量已有很大的提高。尽管我国酒精工业得到很快的发展，但在生产技术水平、工艺自动控制和劳动生产率等方面与先进国家相比还存在一定的差距。国内各厂家的生产技术水平也不一致。因此，还需继续开发和推广新技术，加强“三废”利用和工艺管理，努力实现生产连续化和自动化，进一步提高酒精工业的生产水平。12我国酒精工艺和装备技术的发展我国酒精生产主要是采用微生物发酵法和化学合成法。由于微生物发酵法生产工艺成熟，能耗低，对生产设备要求不高，且能就地取材，充分利用本地资源，因此，该法被广泛采用。化学合成法主要是利用炼焦炭、裂解石油的废气如乙烯等为原料，经化学合成反应而生产酒精。目前我国酒精工业发展迅速，各项生产指标已达到了国际先进水平。各地酒精厂积极挖潜，引进新的工艺技术，主动与大专院校和科研单位联系，开展工艺和设备的技术改造。有些中小型酒精厂为改善工人的劳动强度，提高生产效率，对车间各个工序都尽可能采用连续化生产。以淀粉质原料生产酒精的厂家，大多数采用了风选风送的原料粉碎新工艺，大大减少了车间的粉尘飞扬，改善了劳动条件。糖化剂生产技术已从固体曲生产发展到液体曲生产。蒸煮糖化采用了一级或多级真空冷却工艺，减少了冷却时间，保证了糖化工业的顺利进行。近年来，一些工厂已采用双酶法低温液化和糖化的新工艺，该工艺利用淀粉酶和糖化酶的专一性，反应生产的副产物少，有利于酵母菌进行酒精发酵。从酒精发酵的情况来看，目前已有许多新工艺和新设备出现，这给酒精发酵工业带来了新的活力。13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。其一，发酵酒精原料的根本出路在于利用纤维原料（包括纤维素和半纤维素在内）来代替粮食原料。这一工艺在美国已基本解决，但成本还较高，生物技术的进一步发展将最终解决这个问题。将粮食原料酒精生产与酒糟处理结合起来，使得酒精生产与饲料生产相结合，实现饲料粮先酿酒精，酒糟做饲料的战略目标是部分解决酒精生产原料的有效途径。其二，降低生产成本可以从节能、菌种选育、提高酒精发酵强度等方面入手。在节能方面，研究无蒸煮工艺和酒精节能回收技术将能量消耗降低50或更多是完全可能的，原料粉碎消耗电能也很大，如何降低粉碎电耗也是应引起重视的问题。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酵微生物、抗杂菌酒精发酵菌也将有得到的可能。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/LH，也就是说比间歇发酵提高了50倍以上，为此，在工业生产上争取达到50G/LH是完全有可能的。其三，酒糟处理的指导思想应该是将酒糟当作一个有用的原料来处理，要将生产燃料、饲料、肥料或其他生物制剂与酒糟的处理结合起来进行或在工艺中消除污染源，最终达到污染排放。14酒精工业的发展趋势随着酒精工业的不断发展，酒精工业已逐步从传统工艺的模式中解放出来。广大工程技术人员都在努力研究和开发新工艺、新设备，选育新的高产稳产的菌种。据有关报导，全世界酒精生产所用原料的各种比例为废糖蜜占45，石油裂解废气乙烯占20，淀粉质原料占16，亚硫酸盐纸浆废液占7，野生植物及其它约占12。这些数据表明，将来酒精生产原料可能以含有可发酵性糖的工业废弃物为主。为进一步提高酒精生产水平，各国的工程技术人员都在研究新型的酒精发酵方法，如现已在工业生产上应用的固定化细胞酒精发酵法、耐高温活性干酵母发酵法等的新的发酵工艺。在设备方面也有不少新型生物反应器出现，如单罐连续搅拌反应器、酵母回用连续搅拌反应器、塔式反应器、细胞固定化反应器1等。在新原料利用方面，目前主要有亚硫酸盐纸浆废液、纤维素和半纤维素、乳清、城市废纤维垃圾（含废报纸和卫生纸等），这些原料经适当处理后可进行酒精生产。随着乙醇传感器和微机控制系统的应用，酒精工业生产水平将有新的突破。15开发燃料乙醇的意义化工能源已经面临着枯竭的挑战，作为现代液体能源支柱的石油在不久的将来也必将消耗殆尽，因此开发各种替代液体能源已成为当务之急。用燃料乙醇代替汽油用做汽车燃料在全世界范围内掀起了高潮，研究和开发燃料乙醇具有重要的战略意义。乙醇这一传统产品。经过半个多世纪的沉淀之后，自九十年代以来，之所以又重新成为许多国家大力研究和发展的对象，究其原因是人们对乙醇极优越的物理、化学特性有了更深入的认识和了解。乙醇已不单是一种优良燃料，它已经成为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用。目前，许多国家都把无水乙醇在出厂前进行变性处理，得到燃料乙醇，它的主要特性可以概括为四个方面第一，乙醇是燃油氧化处理的增氧剂，使汽油增加内氧燃烧充分，达到节能和环保的目的；第二，乙醇具有极好的抗爆性能，调和辛烷值一般都在120左右，作为汽油的高辛烷值组分，它可有效的提高汽油的抗爆性（辛烷值）；第三，在新标准汽油中，乙醇还可以经济有效地降低烯烃、芳烃含量，降低炼油厂的改造费用；第四，乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界这个大系统中，乙醇的整个生产和消费过程可形成无污染和洁净的闭路循环过程，永恒再生永不枯竭。乙醇是基本的有机化工原料之一，自二十世纪七十年代美国、巴西等国家开始讲乙醇用作汽车燃料以来，乙醇燃料的应用技术已趋成熟。车用乙醇汽油是指在不添加含氧化合物的液体烃类中加入一定量的变性燃料乙醇和为改善使用性能的添加剂，用于点燃式燃机汽车的燃料。它是汽油中加入一定比例的变性燃料乙醇形成的一种新型混合燃料，目前一些国家作为汽车燃料来用。在这种燃料中，乙醇代替了四乙铅基和MTBE，既做增氧剂，又是一种能源。同时，这种燃料可显著降低汽车尾气中的有害物质，起到了净化空气的功效。生产乙醇的原料（淀粉质，糖蜜，纤维质）都是生物转化的太阳能，是一种用之不竭的可再生能源。使用燃料乙醇可以达到节约石油、净化空气和转化过剩的粮食等一举多得之功效。为人类省会的可持续发展提供了一条简单而有效的途径。乙醇汽油的发展可以带动乙醇生产、储存、流通、加工汽车零部件生产等相关产业的发展。例如可利用乙醇生产基地和设备制造乙醇汽油；为使汽车适应乙醇汽油，一些汽车零部件厂家可是研究生产乙醇汽油专用的发动机、油箱等配件。推广使用乙醇汽油被誉为是一项对国民经济和社会发展有着重要战略意义的利国利民之举。16燃料乙醇在国外发展的情况美国是世界上燃料乙醇的主要生产国之一，早在二十世纪三十年代，美国就已开展了燃料乙醇的研究及应用工作。七十年代的世界石油危机和1990年美国国会通过空气清净法（修正案）后，是美国燃料乙醇两个主要发展时期。目前，美国新配方汽油的消耗量约占全美汽油总消耗量的三分之，其中约有8的新配方汽油使用无水乙醇添加剂。2001年统计美国的20个州有49个公司建有62个工厂生产燃料乙醇，大部分生产工厂是在美国的中北部地区，西部有7个工厂。美国最重要的股利政策包括部分免除汽油春联邦发动机燃油特许权税和乙醇用作车辆发动机燃料所得税抵免两种，两种鼓励政策名义上都相对于每升乙醇补贴1188美分。美国使用玉米为原料的燃料乙醇生产工艺技术较为先进，即玉米加工、液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水、变性和副产品生产等工序。美国燃料乙醇的生产和使用，给国家经济、农业生产、贸易、人民生活等多方面带来了极大的益处。巴西燃料乙醇的应用始于二十世纪初，到1930年乙醇汽油混合燃料的使用就达到一定的规模。二十世纪七十年代，为防止国内能源的消耗，尽快利用国内资源代替石油进口，保持经济的发展，巴西政府设立了PROALCOOL计划（用生物质原料制备乙醇代替汽油）和PROOLEO计划（用植物油代替柴油）。出于多种原因，甘蔗几乎成为巴西燃料乙醇的唯一生产原料。在巴西，燃料乙醇主要以两种方式应用（1）作为汽油的辛烷值增加剂，混合比例为22；（2）作为纯燃料使用（含水4）。目前巴西年产乙醇1000万吨左右，97用于燃料。巴西是世界上唯一不供应纯汽油的国家，它的主要燃料为四种纯乙醇（含水乙醇）、乙醇汽油（22乙醇78汽油）、MEG燃料（60乙醇33甲醇7汽油）和柴油。现在，巴西年产乙醇约130亿L，约300万辆汽车使用纯乙醇燃料，1200万辆汽车使用22乙醇混合燃料。巴西实施燃料乙醇计划有三大收益一是形成了独立的经济能源运行系统；二是刺激了农业、乙醇相关行业大发展，收效270亿美元，并增加就业人数152倍；三是大气和生态环境显著改善，CO2含量降低50。现在欧共体中，法国、西班牙和瑞典已生成和使用乙醇汽油混合燃料。其他成员国如荷兰、英国、德国、奥地利等国家的农业部也已向政府提出规划，要求发展燃料乙醇工业。目前，其乙醇汽油混合燃料的使用量大约在125亿L以上。1992年欧共体通过法律，统一各种矿物油的消费税，对于可再生资源为原料生产燃料的试验性项目，成员国可采取免税政策，包括燃料乙醇都有税收优惠。由于燃料乙醇生产较汽油成本高，税收优惠的原则是将乙醇汽油价格调到与汽油相当的水平。第2章设计概论21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。通过毕业设计熟悉酒精生产过程和解决一些工程技术问题，培养独立查找、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。22毕业设计的题目年产14万吨燃料乙醇厂初步工艺设计，重点设备为发酵罐。23毕业设计的任务（1）选择并确定工厂厂址、生产工艺流程和工艺条件，确定技术经济指标；（2）进行全厂物料平衡计算；（3）主要生产设备的选型和计算；（4）水、电、汽消耗计算；（5）重点设备发酵罐的工艺、设计及讨论；（6）重点车间平面布置设计和全厂平面布置设计；（7）绘制图纸，包括液糖化发酵工艺流程图一张、蒸馏工艺流程图一张、全厂平面布置图一张、重点设备装配图一张。24毕业设计的指导思想（1）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；（2）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；（3）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；（4）对环境污染程度低，在环境保护上具有可行性；（5）设计考虑到燃料乙醇厂今后的发展趋势，在建筑和平面布置上及设备选取上，都留有适当的余地，同时又不至于造成现有设备、场地的太大浪费；（6）设计考虑到工人劳动条件的改善及劳动强度的降低，采用一些新工艺、新设备，同时又确保成品质量；（7）设计采用部分自动化仪表控制，使本厂在机械化、自动化水平与国外先进水平差距缩短了。25毕业设计的依据依据东北电力大学化学工程学院生物工程专业2013年毕业设计任务书，同时结合工厂实习经验，以及所学专业知识、当地的经济条件、生产生活状况等，进行毕业设计。26厂址选择原则厂址选择一般包含地点和场地选择这两个概念。所谓地点选择就是所建厂在某地区内的方位（即地理坐标）及其所处的自然环境状况，进行勘测调查、对比分析。所谓场地选择，就是对所建厂在某地点处的面积大小、场地外形及其潜藏的技术经济性，进行周密的调查、预测、对比分析，作为确定厂址的依据。（1）符合工业布局和地区城市发展规划；（2）充分利用当地的人力、物力、财力和自然资源；（3）节约用地，不占用良田和经济效益高的土地；（4）远离风景游览区和自然保护区，不污染环境，利于三废处理；（5）靠近原料、燃料产地和产品销售地，消除不合理运输。27厂址选择（1）选址地点吉林省吉林市（2）选址依据交通便利，空气清洁，无污染，水质好，水源丰富。（3）地理状况自然条件A地理位置吉林市为吉林省辖地级市，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12540E12756E，北纬4231N4440N。东接延边朝鲜自治州，西临长春，北与黑龙江省哈尔滨市接壤，南与白山市、通化市、辽源市毗邻。B地貌和土壤吉林市有“远迎长白，近绕松花”的地势，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，形成了中山山区低山丘陵区峡谷湖泊区河谷平原区的地貌。地势由东南向西北逐渐降低的地理景观。中山山区，位于吉林地区中、东部和东南部，是全市主要林区和特产区域。南有长白山地龙岗山脉，档南有龙岗山脉的余脉富尔岭，东北部和呼兰岭。松花湖东有老爷岭，湖西有摩天岭、南楼山、肇大鸡山，皆为中山山群。山区中有1000米以上高峰110座。最高山峰南楼山，海拔14048米。低山丘陵区，分布在蛟河、桦甸和舒兰市、永吉县的中部。山岭海拔300400米，少数山峰高600700米，是开发较早的区域。森林已经逐渐减退。除占地1748平方公里的吉林市城区外，其他区域是全省重要的农业、林业、畜牧、渔业及工矿区。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，环境幽美，景色状观，是大有前途的能源、特产、渔业、旅游综合性经济开区和建立良好生态环境的重要生态经济区。河谷平原区，分布在松花江中游、永吉县北部、舒兰市中部及松花江支流的局部地段。一般海拔170220米，耕地集中，土壤肥沃，适宜农事耕作，是重要的农业经济区。C水文计划使用的是长白山水或仙马泉的水，其天然纯净，品质优良，无污染，是酿造酒精的绝好佳品。D气温、湿度、降雨等吉林市的气候类型属于温带大陆性季风气候，四季分明。春季少雨干燥，夏季温热多雨，秋季凉爽多晴，冬季漫长而寒冷。气温手地形影响，由西、西北向东、东南气温逐渐降低。当地多西南风，详见下列气象资料表21。表21自然、气象条件表2序号自然、气候要素单位数值备注1海拔平均气温453极端最高气温3664极端最低气温4025最热月（七月）平均气温2296最冷月（一月）平均气温1797最热月（七月）平均最高气温2798最冷月（一月）平均最低气温2899年平均相对湿度7010最热月（七月）平均相对湿度8011最冷月（一月）平均相对湿度7212年平均水气压PA87013年平均气压PA9934214夏季平均气压PA9845215冬季平均气压PA10012516年平均降雨量MM668417日最大降雨量MM119318小时最大降雨量MM59919最大积雪深度CM46920基本雪压KN/M204521年最多风向及频率14主导风向SW22夏季最多风向及频率13主导风向SE23冬季最多风向及频率118主导风向SW24最大风速M/S27距离地面10米25年平均风速M/S3426基本风压KN/M2050距离地面10米27最大冻土深度CM19028冻结日期11月22日29解冻日期3月31日续表21自然、气象条件表序号自然、气候要素单位数值备注30年日照时数24547时31年平均雷暴日数41天32年均蒸发量1356MM技术经济条件A原料供应与销售吉林农业发达，大豆、水稻、玉米、高粱等杂食始终保持稳产高产。公司产品可销售于东北三省，并远销华北地区及全国各地。B能源供应、电热及燃料供应吉林市一座新的工业城市，机械、食品工业为两大支柱产业。能源，化工，建材，电子工业具有明显优势。医药，纺织，冶金工业潜力很大。C交通运输吉林地理位置优越，交通十分便利，是东北地区中部的重要交通枢纽。京哈，哈大，平齐，平梅铁路在市内交汇。哈大电气化改造已经开始，京哈，集锡，沈明三条国道在境内贯穿，哈大高速公路至长春大连段已经开通。通过以上的调研分析可见，建设项目所在地的地理位置，地形地貌，气候，水文，地址无不良影响，能够满足建厂条件。28原料来源、规格用于酒精发酵的原料主要有谷物原料（玉米、小麦、高粱、水稻）；薯类原料（甘薯、木薯、马铃薯）；糖质原料（甘蔗、甜菜、糖蜜）和纤维素原料。在这几类原料中，按目前生产水平，谷物原料中的玉米以其栽培面积大并逐年扩增，亩产不断提高而占据原料主导地位。但随着科技发展，能源短缺，燃料乙醇消耗量加大，国家明确提出“因地制宜，非粮为主”，酒精生产的原料种类逐渐扩展到含纤维素的城市废弃物或工业低价值副产品等。酒精厂常采用的谷物原料主要有玉米、高粱、小米、大麦和已霉变的大米和小米等，而依据我国目前酒精工艺的生产经验和成熟的科技成果，以及针对燃料乙醇厂可实施性，结合各方面因素，本课题设计选用玉米为酒精生产主要原料。玉米品种很多，如裂皮玉米、硬皮玉米、马齿玉米、甜玉米等，其中以马齿玉米淀粉含量高，产量大。一般黄色玉米的淀粉含量较白色玉米高。淀粉集中于胚乳内，淀粉颗粒的形状呈不规则形，组织堆积非常紧密。玉米的特点是在胚芽中含3040的脂肪，它是由72的液态脂肪酸和28的固态脂肪酸组成。（1）来源玉米采购在吉林省吉林市（2）规格及标准玉米粉（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，无沙子或其他不纯物。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，没有其他杂质。气味具有特有的玉米香味，没有酸味，霉变的味道及其他异味。表22玉米的化学组成/水分蛋白质脂肪淀粉粗纤维灰分71681031560651317表23玉米的理化指标3项目单位指标细菌总数CFU/MG50,000大肠菌数MPN/100MG100霉菌及酵母数CFU/MG2,000磷化物定性阴性氰化物定性阴性碱性金属物含量0003汞MG/KG以HG计002黄曲霉毒素B1G/KG5表24技术指标（杂粮）等级单位普通玉米粉（国标）精制玉米粉（国标）粗细度目数通过10通过10水分1414皮胚含量干基5020含砂量003002磁性金属物G/KG00030003脂肪酸值MGKOH/100G8080铅MG/KG050529主要辅料的质量标准在酒精生产中，常用的辅助材料主要有麸皮、米糠、酶制剂、硫酸等。（1）麸皮是面粉生产过程中的一种副产品，它具有培养霉菌的良好性能，麸皮中除含有碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维及灰分等外，还含有多钟酶系。麸皮的外观指标和理化指标见表25所示。表25麸皮的技术指标4理化指标等级规定外观指标淀粉含量水分一级片大，新鲜发白，有麸皮香味，手握松软21以上12以下二级片较大，发红或红白掺杂，有麸皮香味，手握松软19以上12以下三级片小，发红或发白，麸皮香味淡薄，手握不松软18以上12以下四级外观与三级相同，但有块状发霉现象18以下（2）米糠，一般是指淀粉工厂和谷物加工厂的副产品或下脚料。其淀粉含量不高，但仍含有一定的淀粉和氮源，能用于酒精生产。在米糠中含有许多胚芽，含油量较多。因此，在酒精生产时，应采用已榨过油的米糠饼。（3）酶制剂大多为耐高温淀粉酶、高活性糖化酶和酸性蛋白酶。耐高温淀粉酶是酒精生产液化工序重要的酶制剂，酶活力高、价格低，其作用是与液化喷射器协同完成淀粉液化过程，一般选用大包装液体剂型。高活性糖化酶可以将液化后的短链淀粉和糊精彻底水解为葡萄糖，其中液体剂型以其酶活力高、成本低而成为必选剂型。酸性蛋白酶对淀粉质的原料颗粒有溶解作用。酒精发酵生产中添加适量的酸性蛋白酶，可降低醪液黏度，提高酒精产率。其中耐高温淀粉酶的性质如下表26。表26耐高温淀粉酶性质5项目标准最适PH值5570最适作用温度90以上CA2浓度5070MG/KG液化力120KNU/G或800000MWU/G糖化酶要求（1）外观固体时，粉状，无结块。液体时，黄褐色，允许有少量凝集物。（2）质量标准见表27。表27糖化酶质量标准6项目标准酶活力，U/GML60000，80000，100000，150000，200000水分，不小于80细度通过40目铜网筛，不小于80酶活力保存率室温，半年，不小于80重金属以PB计，不超过0004铅，不超过0001砷以AS计，不超过00003黄曲霉毒素B1，不超过00000005大肠菌群，个/100GML不超过30沙门氏菌不得检出（4）硫酸在酒精生产中主要用来调整醪液的PH。H2SO4含量在92以上，砷含量不允许大于00001。98的浓H2SO4密度为18365G/CM3（20）。（5）活性干酵母外观指标见表28。表28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50致病菌（沙门）不得检出重金属（以铅计）20210水的质量标准酒精工厂是用水大户，主要有工艺过程用水，成品和半成品冷却用水，锅炉用水和各种洗涤用水。酒精生产的许多工序，如拌料蒸煮，稀糖液制备，糖化剂和酒母制备等都要用水，由于水直接参加到生产过程中去，它的组成对工艺就会产生实质性的影响。工艺用水要求符合饮用水标准。水的硬度应不超过7毫克当量/L，即中等硬度的水。不符合要求的天然水要经过必要的处理才能应用。处理的方法包括砂滤，胶体杂质的凝聚，氯处理和水软化处理。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。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（PH4555）。表29水的硬度分类7水质类别硬度值碱性离子浓度（MMOL/LH2O）较软水0400144软水4180145288中硬水81120289421较硬水121180433648硬水1813006491080极硬水3101081表210酒精用水质量指标参考指标单位工艺水冷凝水温度2025总硬度D410PH78NO202CL5025FEMG/L01005压力MPA0303悬浮物无无说明碳酸盐硬度5D。211燃料乙醇成品的质量标准不管原料的品种如何，我国生产的酒精均要符合国家标准（GB39481），根据国家标准我国生产的酒精共分优级、一级、二级、三级和四级等5个规格。不同规格的酒精只能应用于与其规格相符合的目的和对象。其中变性燃料乙醇国家标准GB1835020018见表211。表211变性燃料乙醇国家标准GB183502001项目单位指标外观清澈透明、无肉眼可见悬浮物和沉淀物乙醇921水分08甲醇（体积）05实际胶质MG/100ML50无机氯（以CL计）32酸度（以CH3COOH计）56铜MG/L008PH值6590注1燃料乙醇在20时应在0791807893G/CM3；加入燃料乙醇的变性剂，应符合GB179301999车用无铅汽油的要求，但不得加入含氧化物；燃料乙醇与变性剂的体积混合比例应为51201，即变性剂在变性燃料乙醇中的体积百分含量为196476（体积）。2应加入有效的金属腐蚀抑制剂，以满足车用乙醇汽油对铜片抗腐蚀的要求。附车用燃料乙醇汽油国家标准2001质量标准项目单位90号93号95号试验方法研究法辛烷值（RON）909395抗爆性抗爆指数（RONMON）/2858890GB/T503GB/T5487铅MG/L5GB/T802010蒸发温度7050蒸发温度12090蒸发温度190终馏点205馏程残留量（体积）2GB/T65363月16日到9月15日74蒸气压9月16日到3月15日KPA88GB/T8017实际胶质MG/L50GB/T8019诱导期MIN480GB/T8018博士试验通过SH/T0174硫醇硫醇硫（质量）0001GB/T1792铜片腐蚀（50，3H）级1GB/T5096水溶性酸或碱无GB/T259机械杂质无目测水分015GB/T0264硫（质量）010GB/T380乙醇90105其他含氧化合物（体积）未检出SH/T0663苯25SH/T0693芳烃（体积）40GB/T1113烯烃352212主要工艺参数表212主要工艺技术参数项目参数玉米原料淀粉含量65淀粉利用率9145淀粉出酒率5534加水比13213环保措施酒精生产过程中会生产一些副产物，这些副产物主要有CO2、杂醇油、酒精、酵母菌体、废酒糟等。这些物质如不加以回收利用会造成资源的浪费，而且还会造成环境污染。故酒精生产过程中所生产的副产物，必须进行综合利用，变废为宝，减少环境污染。2131CO2的综合利用酒精发酵时CO2的理论得率的956，在连续发酵时70的CO2可以回收利用。工业上采用CO2的净化和干燥措施有三条进入压缩机前的水洗；一级压缩后的经活性炭柱处理；三级压缩后经硅胶和沸石处理。CO2经一系列净化后，在较低的温度下，加压至7MPA左右，即可获得液体CO2。若将液体CO2经蒸发器吸收热量，则可加压制成干冰。此外，CO2采用氨碱法可以生产纯碱，即溶盐和净化，吸氨，碳化处理，碳酸氢钠的分离，煅烧碳酸氢钠，氨回收利用。2132杂醇油的回收杂醇油是以异戊醇为代表的许多种高级醇的混合物。成品杂醇油是一种淡黄色到红褐色的透明液体，其相对密度15时是08300835。杂醇油可用作测定牛奶中脂肪的试剂。杂醇油中含有的高级醇的酯类可用于制造油漆和酒精。由于杂醇油与汽油主要成分相近，它可用作燃料添加剂，也可用作工业溶剂。杂醇油的得率一般是酒精产量的0305。在酒精蒸馏过程中，为了减少，甚至不提取醛酯馏分，可以采用将它回入粗馏塔或回入发酵罐。2133酒精酵母的利用酒精发酵成熟醪中，含有许多酵母菌。回收利用发酵过程中生成的酵母菌是减少环境污染，提高经济效益的有效途径之一。酵母的用途较多，可制备面包酵母，药用酵母，饲料酵母等。在医药方面，还可用浓盐提取法或稀碱提取法从酵母中提取核糖核酸。以从酵母菌中提取的核糖核酸为原料，加入稀碱液，控制在5060下，使核糖核酸进一步降解，从而生成2，3核苷酸。2134酒精糟的回收利用玉米生成酒精后，所获得的酒糟含有大量的蛋白质、糖类物质、纤维素、灰分和淀粉等，是一种较好的家畜饲料。目前，工厂对淀粉原料酒糟的利用，主要有生产饲料酵母，直接干燥作为饲料和用于沼气发酵等。其中，酒精糟干燥的工艺流程为酒糟离心分离蒸发浓缩干燥造粒包装。第3章酒精生产工艺流程的设计和说明31酒精的性质、用途及生产方法的概述311酒精的性质酒精的化学名称是乙醇，分子式为C2H5OH，相对分子质量是4607。纯的无水乙醇是无色透明，易挥发，具有特殊芳香和强烈刺激性味的易燃液体。相对密度07893，沸点783，凝固点1173，闪点14，自燃点390430，乙醇蒸气与空气可形成爆炸极限为3319（体积）。能与水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。有吸湿性。与水能形成共沸混合物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。312酒精的用途酒精是一种新能源，其优势在于发酵酒精属于可再生能源。我国现在是石油净进口国，解决好燃料问题是国策之一。乙醇不仅是一种优良燃料，它还作为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用。其优良特性表现为乙醇是燃油的增氧剂，使汽油增加内氧，燃烧充分，达到节能和环保的目的；乙醇具有极好的抗爆性能，调和辛烷值，一般都在120以上，可有效提高汽油的抗爆指数（辛烷值）；乙醇还可以经济有效地降低芳烃、烯烃含量，即降低炼油厂的改造费用，达到新汽油标准；乙醇是源于太阳能的一种生物质转化能源，是可再生资源。燃料乙醇能给国家带来巨大的综合效益，如推动农业发展，维持粮价相对稳定，减少对一次能源的依赖，完善能源安全体系，节约外汇，增加财政收入，改善燃油品质及大气环境质量等。313玉米原料生产酒精流程玉米是淀粉质原料，其生产酒精的基本原理为酶（C6H10O5）NNH2ONC6H12O6淀粉葡萄糖酵母菌C6H12O62CH3CH2OH2CO23032采用的基本工艺流程为原料粉碎调浆淀粉酶蒸煮糖化酶糖化酵母培养液回收CO2发酵蒸馏废液杂醇油酒精图31酒精生产工艺流程图工艺简单描述如下玉米经干法粉碎技术进行粗碎和细碎，然后以重量比1（34）与水进行调浆，经醪液泵打入蒸煮罐进行高温或中温连续蒸煮，同时加入液化酶蒸煮1小时左右，进行冷却开始糖化阶段。糖化工艺要求温度控制条件很高，必须保证糖化过程的温度在60左右（上下浮动不超过1）。糖化时间为30分钟左右，成熟的糖化醪经过蛇管冷却和喷淋冷却器冷却到2830，送入发酵罐进行连续发酵5060小时即可发酵成熟。发酵成熟醪经醪液泵由塔上泵入粗馏塔，塔下面通入直接蒸汽加热蒸发，经粗馏后的乙醇蒸汽进入精馏塔后得到95（体积）的乙醇液体，再通过脱水装置进行最后脱水得到995（体积）以上的无水乙醇，再经过配比即可得到燃料乙醇。32工艺条件及说明321玉米粉供应工序本设计采用干法二级粉碎玉米，机械输送和气流输送混合使用以减少能耗。从酒精生产的角度，原料粉碎时应注意控制好以下工艺参数。（1）原料粉碎比粗粉碎比为11015；细粉丝比为13040。（2）粉碎粒度粉碎粒度控制在1525MM范围内。（3）原料加水比控制在13540。玉米粉箱内应有足够的脱胚去皮玉米粉，保证生产连续稳定，不断料，不冒料，两线储箱的料位均衡。玉米粉箱中玉米粉应储存1/2/以上，保证均匀供料。322液化糖化工序（1）液化即将玉米粉按比例与水调配成均一的粉浆，并进行升温预煮，利于淀粉的吸水膨胀，经加热后，使淀粉呈溶解状态，在耐高温淀粉酶的作用下，彻底液化分解成短链糊精和少量麦芽糖，葡萄糖。湿空气精塔底蒸馏余水糖化酶清液液化酶液碱液化酶稀酸玉米粉玉米粉贮罐皮带秤螺旋混合输送机1液化罐2液化罐糖化罐图32液化糖化工艺流程图工艺指标玉米粉投入量视生产情况而定；热水罐液位80；热水罐温度6370；液化罐液位8090；淀粉酶加量视酶的种类而定；加水比1（2526）；粉浆PH值5154；清液回配百分比50；2液化罐温度9092；1液化罐温度60；糊化率90；液化总时间100200MIN。（2）糖化即将液化醪中短链糊精转化成可发酵糖，供酵母菌增殖和酒精发酵。工艺指标糖化温度601；糖化醪PH4045；糖化率4555；外观糖2223BX（清液不回配）；2425BX（清液回配）；糖化酶加量150U/（G玉米粉）；蛋白酶加量7U/（G玉米粉）；停留时间15H；稀硫酸1620。323发酵工序发酵可使酵母菌充分利用葡萄糖及其他可发酵糖，最大限度地把可发酵糖转化为酒精。CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2压缩空气压缩空气糖化醪预发酵罐1主发酵罐2发酵罐3发酵罐4发酵罐后酵罐成熟醪罐糖化醪糖化醪图33发酵工艺流程图工艺指标（1）1发酵罐工艺指标液位95左右；温度32；酵母数15108/ML以上；形态酵母健壮，不衰老，空胞少；酵母出芽率15以上；酵母死亡率15以下；杂菌数2个以下/显微镜下视野；外观糖710BX；酸度4050；酒精浓度6070（体积）；挥发度01以下；进料流量70100M3/H（单线）。（2）2发酵罐工艺指标液位95左右；温度32；外观糖2445BX；酸度4050；酒精浓度100左右（体积）；挥发度012以下。（3）后熟罐温度3031；成熟醪罐温度3031。（4）发酵成熟醪指标35发酵罐温度不得超过37；外观糖05BX以下（清液回配时，10BX以下）；酒精浓度115以上（体积）；残总糖20以下（清液回配时23以下；残还原糖02以下；挥发酸025以下）。（5）投料及生产控制投料当糖化醪达到要求而且生产稳定时，根据生产情况，同前一段联系，分别向两个1发酵罐进料，进料流量在6080M3/H。与此同时，要求酒母工序向酒母罐加入适量的活性干酵母，活化20MIN后输入1发酵罐，待酒母成熟后尽快供应到本工段。生产控制当1发酵罐的液位达到10时，开启压缩空气阀，向1发酵罐内输送新鲜压缩无菌空气，以保证供给酵母充足的氧气；当1发酵罐液位达到30时，开启循环泵进口阀门，通过螺旋板换热器9进行换热降温，以达到控制要求范围；当1发酵罐醪液达到要求的液位时，开启发酵循环泵向2发酵罐输料，同时控制1发酵罐的液位在规定范围内；当料液运行到要求的液位，经化验分析发酵醪达到成熟的工艺要求时，有成熟醪泵经流量计向蒸馏工段输送发酵成熟醪。324蒸馏工序由于燃料乙醇不需要像食用酒精那样将杂质彻底清除，所以燃料乙醇蒸馏系统的蒸馏塔板数较少。本工艺设计采用三塔蒸馏工艺。成熟醪预热器粗馏塔浓缩塔排醛塔精馏塔分子筛燃料乙醇图34三塔蒸馏流程工艺指标（1）粗塔加热方式为直接蒸汽加热；成熟醪经预热器入粗塔第一层塔板，粗塔顶部有个辅助塔（也称预浓塔），进入粗塔的酒入辅助塔塔底，后进入排醛塔；粗塔塔底U形管排酒糟。（2）排醛塔加热方式为直接蒸汽加热；排醛塔塔顶酒液经初级冷凝器和末级冷凝器入精塔，其中通过初级冷凝器的酒液部分进行末级冷凝，部分回流入醛塔；每个冷凝器配备一个倾析器，使酒气和酒液分离，从而酒气从倾析器上部经管道进入下一个设备，而酒液从下部回流入醛塔。（3）精塔酒液经醛塔冷凝器由精塔1517层塔板进入精塔；精塔塔顶酒气与成熟醪经换热器换热入精塔；塔顶的2、4、6层取半成品酒，酒度为9596（V），经分子筛脱水得995（体积）以上的无水乙醇；杂醇油从第16层塔板处取，上部液相取油，下部气相取油；（4）分子筛原料为95（体积）的乙醇蒸汽，通过再沸器加热，在适当压力下进入分子筛塔A的顶部，然后沿塔向下运动，边进入，边脱水，脱水后6085无水乙醇蒸汽在底部排出。其余的无水乙醇蒸汽用于分子筛塔B中的分子筛的脱水再生。分子筛塔B处于负压状态，以利于脱水。两个分子筛塔如此周期性切换，通过调整压力、温度、流速完成吸水和再生。当分子筛塔由吸水转为再生时，顶部进口的压力缓慢下降；两个分子筛塔切换后，作为具有脱水功能的分子筛塔“压力上升”到分子筛吸水时的压力，另外一个分子筛塔在负压条件下压力降低至分子筛自身的脱水压力，这样分子筛塔自身不断地重复吸水和再生的循环。通常已再生的分子筛塔脱除气相原料（95乙醇蒸汽）中的水仅需要310MIN。325变性及后处理部分（1）变性从蒸馏得到的无水乙醇需要经过变性才能得到燃料乙醇。这个工艺比较简单，将蒸馏出的无水乙醇通过液体泵泵入混配罐，同时通入93号汽油，按体积比955的量进行混兑，混兑均匀的乙醇称为燃料乙醇。但是整个过程要保证无水操作，因为含水多了，乙醇和汽油容易分层，影响燃烧性能。（2）后处理一部分酒糟离心液回流进入生产系统循环使用，另一部分采用浓缩处理技术。乙醇糟处理液回用技术即清洁生产技术，是将淀粉质原料乙醇糟固液分离，滤渣作饲料，滤液的50回用于乙醇生产，剩下的50进行浓缩处理，浓缩以后的清液完全符合排放标准，因此可以直接用作乙醇生产车间的各个需要水环节的。酒糟离心液的部分回用可以减少酒糟治理的投资费用，降低乙醇生产成本，提高工厂的经济效益，但酒糟离心液的回流工艺不同，对乙醇工厂的生产平衡、操作及生产成本影响是十分明显的。本设计采取的工艺是酒糟离心液只是液化罐之前加入，回流量约4050，由于液化酶