三万吨燃料酒精工厂设计最新修改(决定稿)

1、江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 目录 中文摘要 . ABSTRACT . 第一章 绪论 . 1.1 研究背景 . 1.2 工艺流程 . 1.3 工艺特点 . 1.4 工艺技术指标及基础数据 . 第二章 总物料衡算 . 2.1 原料消耗的计算 . 2.2 蒸煮醪的计算 . 2.3 发酵醪的计算 . 2.4 成品与发酵醪量的计算 . 2.5 30000T/A淀粉原料酒精厂总物料衡算 . 第三章 各工段物料和能量衡算 . 3.1 蒸煮工段 . 3.2 螺旋板冷却器 . 3.3 发酵工段 . 3.4 蒸馏工段物料与热量衡算 . 第四章 乳酸及青贮饲料 . 4.1 引言 . 4.

2、2 乳酸发酵工段物料衡算 . 4.3 乳酸发酵设备的计算与选型 . 4.4 乳酸的提取 . 4.5 青贮饲料生产步骤 . 4.6 青贮饲料的调制方法 . 第五章 经济合算 . 5.1 生产成本的初步分析 . 5.2 成本计算汇总 . 5.3 成本计算 . 第六章 专业设备的计算和选型 . 6.1 蒸煮工段设备选型计算 . 6.2 发酵设备的计算与选型 . 6.3 酒精捕集器的计算 . 6.4 酒精蒸馏设备的计算与选型 . 第七章 酒精生产的安全防火技术 . 7.1 放火等级 . 7.2 防火措施 . 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 7.3 防火安全措施 . 附录 1 参

3、考文献 . 附录 2 致谢. 附录 3 英文文献及其翻译. 附录 5 开题报告. 一 研究背景. 二 工艺流程. 三 工艺特点. 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 中文摘要 目前，酒精生产中存在三大问题：1、成本高；2、能耗大；3、酒精废水大量排放对 环境的污染。许多年来这三大问题都没有很好的得以解决。本设计主要针对以上三个问 题，对症下药的对旧酒精生产工艺的不足之处进行了改进。使一个年产 3 万吨的燃料酒 精工厂初步成形。本工厂所采用的工艺既节省了原料和工艺废水，又大大降低了能耗， 充分利用了酒精酵母的发酵能力。通过对酒精废水的回收利用，又可以使酒精生产对环 境的污染成

4、倍降低。 另外，酒糟虽然对环境是一种有机污染物，但其含有丰富的营养物质。尤其是酒精浓 醪发酵的酒糟，在对酒精度提高的同时，酒糟液中残留的可再利用成份也提高。因此对 酒糟综合利用的研究对于酒精工业的可持续发展和发展燃料酒精计划的顺利实施具有重 大意义。本设计利用浓醪酒糟发酵生产乳酸及青贮饲料，既解决了酒糟污染的问题，同 时也可生产出有价值的工业产品乳酸，为降低酒精生产成本开辟了新途径。 关键词：发酵、浓醪酒糟、乳酸、青贮饲料、蒸馏 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 Abstract At present there are three big problems in eth

5、anol production: 1. great cost 2. great energy 3. environment pollution of great outflow of spirits waste water. For these three years there is no solution of the three problems. This design is mainly according to above three questions to make improvement of the shortage of spirits production proces

6、s, to make primary structure of a spirits green factory with an output of 30,000 tons. Process of producing used in this factor is not only able to save raw material and process and process water, but also can decrease the energy wastage, and make full use of ferment ability of Saccharomyces spirits

7、. Throughout the retractable use of spirits waste water, it can make less environmental pollution greatly. Although distillers is the organic contaminant, it includes enough available nutrient substance. With increasing alcohol concentration of fermented mash, the residual available ingredients incr

8、ease too, especially in High Gravity Fermentation of residual mash. As a result, it is important to research how to synthetic utilize distillers soluble to realize the plan of fuel ethanol and fuel ethanol and to continuous develop the alcohol industry. The desire was studied on the lactic-acid ferm

9、entation using distillers grain as substrate by lactic acid bacteria. Key words: fermentation; distillers grain; lactic acid; ensilage; distillation 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 第一章 绪论 1.1 研究背景 1.1.1 燃料酒精生产的重大现实意义 2000 年朱鎔基总理批示要在我国大力发展燃料酒精。从 2001 年开始我国在吉林、黑 龙江和河南省各建立了一个燃料酒精生产基地，并将玉米原料燃料酒精生产技术列入 “十五”科

10、技攻关项目。 燃料酒精生产的重大现实意义在于： 1)作为“生物能源”用作汽油的添加剂 我国已是石油进口大国，目前每年要进口石油 7000 万吨，到 2005 年进口量将达到 1.2 亿吨以上。利用燃料酒精作为汽油添加剂，不仅可以制备清洁的高标号汽油，而且可 以节省 1020的汽油。目前，添加 1020燃料酒精的汽油醇已在许多省份开始汽车 使用试验。 2)由于发酵法产生的酒精燃烧后在宏观上并不增加大气中 CO2的浓度（图 1.1） ，所以汽油 醇的广泛使用将大幅度降低大气中的 CO2的浓度，从而缓解地球气候变暖的趋势。 4CO2 太阳 6CO2 6H2O 6O2 汽车 燃料 2CO2 玉米 2C

11、2H5OH C6H12O6 酒精生产 6H2O 图 1.1 3)燃料酒精生产可以消化滞留在农民手中的大量粮食和仓库中的陈粮，增加农民的收入。 以一年生产 1000 万吨酒精计，可以消化 25002700 万吨粮食。 1.1.2 浓醪发酵的特点 浓醪发酵生产酒精可提高酒糟的综合利用价值：同传统酒精发酵相比，由于酒精浓度 增加，酒糟中残总糖也势必增加，其他营养价值如氮源的浓度也会提高，这就为综合利 用酒糟生产高附加值产品带来了可能。 1.1.3 燃料酒精生产的瓶颈问题及对策 中国燃料酒精计划实施的瓶颈问题 对于中国来说，实施燃料酒精计划将遇到的困难有两个：其一是粮食的来源，其二 是

12、酒精生产的成本。前一个问题由于东北地区历年来玉米大丰收，农民手中积存有几千 万吨玉米没有销路，可用来生产上千万吨酒精。而且，中国加入 WTO 后可用价格比较低 的国际市场上的玉米生产无水酒精，原料的来源就基本解决了。 后一个问题则是严重制约中国燃料酒精发展的瓶颈问题。按照中国的价格比较，燃 料酒精的价格要比汽油贵 1200 元/吨。如果生产 1000 万吨燃料酒精，政府要补贴 120 亿 元人民币。这是一个十分沉重的负担。但是要将酒精的成本降低到与汽油的水平也是同 样困难的。为此，我们进行过计算，如果将国内外现有的比较成熟的综合利用（如玉米 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设

13、计 脱坯、玉米油提取、蛋白饲料和 DDGS 生产和甲烷发酵等）和节能技术（如低温蒸煮， 浓醪发酵，真空蒸馏）都利用起来，则有可能使燃料酒精的成本降低 600 元/吨。但是， 仍留有 600 元/吨的差价。可见，如果停留在传统的思维中是难以彻底解决燃料酒精的成 本问题的。 降低燃料酒精成本新思路 江南大学生物资源研究室的章克昌教授尝试提出一种新思路，其实质在于放弃原来 酒精行业惯用的以单一的酒精作为企业的生产目标（其它产品都是附带的副产品）的模 式，而代之以综合的以酒精和其它一个或几个产品同时，同等的作为企业生产的目标， 并综合的进行经济核算。 在前一种模式的指导下，经营者必然追

14、求提高原料的淀粉利用率（也就是淀粉的酒 精得率） ，而对于原料的最有效和最经济的利用就不会有足够的重视。这种模式带来两个 弊病：一是许多有利于降低生产成本的技术，如生料发酵，浓醪发酵，固态发酵等，由 于怕影响酒精得率而不能采用，其二是由于原料中的淀粉已基本被利用完了，所以发酵 醪蒸馏产生的大量酒糟的可利用性大为降低。原料最经济的被利用的可能性丧失。 如果我们采用后一种模式进行思考，由于排除了片面追求淀粉利用率，就可以从原 料被利用最经济的原则出发，根据需要选择酒精和其它一个或几个产品作为生产目标， 并依次确定最佳的工艺条件，这时原来不能采用的新工艺变得可以采用了，酒糟将不再 是一种很难处理和利

15、用的下脚料，它变为一种用来生产其它有较高附加值产品的廉价原 料。新的酒精生产工艺能够保证酒糟中含有生产该产品所需的最基本的各种营养成分。 在新思路指导下可以生产得到成本最低的酒精，而其它产品的生产成本也将明显低 于直接用正常原料生产的产品成本。这就提供了消除燃料酒精和汽油价格之间差距的可 能性。 1.2 工艺流程 中温 淀粉酶，CaCl2，pH=6.5 (pH=4.5) 拌料罐 低温蒸煮 连续蒸煮 螺旋板换热器 酸化罐 糖化酶 (60) 玉米脱胚脱皮 蒸汽 螺旋板换热器(30) 活性干酵母 (2%葡萄糖水复活) 发酵 CO2 成品酒精 精馏塔 排醛塔 醪塔 提取 酒糟 青贮饲料 乳酸发酵 图

16、1.2 根据以上流程，本设计工艺主要为生产乳酸及青贮饲料。 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 1.3 工艺特点 1、饲料粮食发酵生产酒精，酒精生产饲料 SCP，Bt，L乳酸，青贮饲料，无抗饲 料添加剂等多种产品，无污染和废弃物排放，属全生态型绿色工艺。 2、由于生产两种以上产品，利用两种以上微生物，而且采用节能方式进行生产，所 以其综合原料利用率比单一生产酒精的利用率高很多。 3、本工艺无液态，固态废弃物排放。 1.4 工艺技术指标及基础数据 1)生产规模：30000 吨/年燃料酒精 2)生产方式：双酶糖化，间歇发酵，三塔蒸馏 3)生产天数：300 天 4)产品 2：乳酸

17、，青贮饲料 5)玉米淀粉含量：69% 6)酒精度：14.5% 7)中温 -淀粉酶：4/g原料 糖化酶：150 /g原料 8)CaCl2：0.4原料 9)NH4HCO3:1.5原料 10) 活性甘酵母：1.5原料 11) 发酵时间：36h 12) 发酵温度：34 13) HCl 用量：6NHCl 1mL/100 g原料 14) 中温 -淀粉酶酶活力：2000/mL 糖化酶酶活力：100000/mL 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 第二章 总物料衡算 2.1 原料消耗的计算 1）糖化： 612625106 OHnCOnHOHC n 162 18 180 发酵: 252612

18、6 22COOHHCOHC 180 462 442 日产酒精 107t。 2） 生产 1000kg 无水酒精理论淀粉消耗量： kg9 .1760 92 162 1000 3)生产 1000kg 成品酒精理论淀粉消耗量(乙醇含量 96(v)，相当于 93.84%(w)： /hkg95.7366kg4 .1652%84.93 9 . 1760 4)生产 1000kg 成品酒精实际淀粉消耗量（玉米淀粉利用率为 80）： /h9208.7kg 5 . 2065 %80 .1652 淀粉出酒率：%41.48%100 5 .2065 1000 5）生产 1000kg 成品酒精玉米原料的消耗量（玉米原料含淀

19、粉 69）： 13346kg/hkg 5 . 2993 %69 5 . 2065 6）-淀粉酶消耗量（-淀粉酶酶活力：2000/mL，-淀粉酶用量：4/g原料） 33 10987 . 5 5987 2000 1000 5 . 29934 mml 7)糖化酶的消耗量（糖化酶酶活力：100000/mL，糖化酶用量：150 /g原料） 33 1049 . 4 25.4490 100000 10005 .29934 mmL 8)NH4HCO3的消耗量（1.5原料）： 1.52993.5=44.9kg=200kg/h 9)CaCl2的消耗量（0.4原料）： 0.42993.5=1.197kg=5.3kg

20、/h 2.2 蒸煮醪的计算 料：水1：1.8，所以粉浆量为： kg 8 . 83818 . 11 5 . 2993 干物质含量为 B087的玉米比热容为： kkgKJBC/63. 17 . 0118 . 4 00 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 粉浆物质的浓度：% 1 . 31 1008 . 2 87 1 B 蒸煮醪的比热容为： W CBCBC 1011 0 . 1 kkgKJ/39 . 3 18 . 4 % 1 . 31163 . 1 %1 .31 设蒸煮醪比热容在整个蒸煮过程中维持不变 经喷射液化器加热后蒸煮醪量为： hkgkg/39191 5 . 8790 18

21、. 4 85 1 . 2742 5085325 . 3 8 . 8381 8 . 8381 2742.1-喷射液化器加热蒸汽（0.4MPa）的焓KJ/kg 2.3 发酵醪的计算 发酵结束后成熟醪含酒精量为 14.5%(v)，相当于 11.6%(w)，设蒸馏效率为 98%，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%。 1）每生产 1000kg 成品酒精待蒸馏发酵酒精醪液为： hkgkgF/390108750 % 6 . 11%98 51100%84.931000 1 2）蒸馏发酵醪酒精浓度： % 9 . 10 8750%98 %84.931000 3）相应发酵过程中

22、放出的 CO2为： hkgkg/ 4 . 4083 9 . 915 4698 44%84.931000 4）成熟发酵醪量（不记酒精捕集器和洗罐用水）： hkgkg/368027 .8254 06 . 1 8750 5）干酵母用量（1.5原料）： 1.52993.5=4.5=20.1kghkg / 活性干酵母复水活化：取 10 倍于安琪 TH-AADY 量的 38-40温水将其溶解，复水 30min 左右，降温到 30，保温 1h 后，与糖化醪同时注入发酵罐内。 2.4 成品与发酵醪量的计算 2.4.1 醛酒产量：在醛塔取酒一般占成品酒精的 1.2%-3%，取 2%，则生产 1000kg 成品酒

23、 精得次级酒精量为：10002%=20kg 2.4.2 杂醇油产量：通常为酒精产量的 0.3%0.7%，取 0.5% 10000.5%=5kg 2.4.3 醪液计算 废醪液是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分及其他挥发组分的残留液， 此外醪塔是采用直接蒸汽加热，所以还需要加入塔的加热蒸汽冷凝水。醪液进醪温度 t1=70，塔底排醪温度 t2=105，成熟发酵醪内含固形物量 B1=7.5%，塔顶上升蒸汽浓 度取 50%(v)，即按 47.15%(w)计。 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 醪塔上升蒸汽量为：kgV 5 . 2021 %18.47 % 9 . 10 87

24、50 1 残留液量：kgWx 5 . 6728 5 . 20218750 成熟发酵醪比热容为： 11 95 . 0 109. 118. 4BC kgKJ /96 . 3 %5 . 795 . 0 109. 118 . 4 成熟发酵醪带入塔的热量为：7096 . 3 8750 1111 tcFQ =KJ 6 104 . 2 蒸馏残留液固形物浓度为：%75 . 9 5 . 6728 %5 . 78750 11 2 x W BF B 此计算以间接加热，故无蒸汽冷凝水工艺 蒸馏残留液比热容为：%75 . 9 378 . 0 118. 4378 . 0 118 . 4 22 BC =kkgKJ./03.

25、 4 塔底残留液带出的热量： 10503 . 4 5 . 6728 424 tcWQ x =KJ 6 1085. 2 查附得 50%（v）酒精蒸汽焓为 i=1965KJ/kg 上升蒸汽带出的热量为：KJiVQ 6 13 1097. 31965 5 . 2021 塔底采用 0.1MPa(表压)蒸汽加热，焓为 2699KJ/kg，又蒸馏过程热损失 Qn可取为传递 总热量的 1%，根据热量衡算可得消耗蒸汽量为： KJ tCI QQQQ D w n 1971 %9910518 . 4 2699 104 . 21085 . 2 1096 . 3 6 66 4 14 3 1 采用直接蒸汽加热，则塔底排出废

26、醪量为：kgDWx 5 . 87531971 5 . 6782 1 由后期计算知生产乳酸时多消耗的各物质量为： 糖化醪多加量为：4438.8kg/h，按 1:2 加水比可得： 另需玉米的量为：1479.6kg/h，玉米总消耗为：14825.6 kg/h 糖化酶多消耗量为：2.2kg/h，年多消耗为：15.84t/a 淀粉酶多消耗量为：2.96kg/h，年多消耗为：21.312t/a NH4HCO3年多消耗量为：159.8t/a 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 2.5 30000t/a 淀粉原料酒精厂总物料衡算 表 2.1 总物料衡算汇总 项目日产（耗）量 （t/d） 年

27、产（耗）量 （t/a） 无水酒精100.0030000.00 成品酒精 （96%） 107.00321000.00 合格酒精104.3231297.50 醛酒2.14642.00 杂醇油0.54160.50 原料355.81106744.32 CO298.0029400.00 蒸煮粉浆996.30298884.10 蒸煮醪1045.80313742.02 发酵成熟醪883.25264975.87 废醪量932.18279655.20 糖化酶0.60181.57 液化酶0.71213.51 CaCl20.1338.42 NH4HCO34.801441.29 活性干酵母0.48144.45 葡萄糖

28、0.04814.47 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 第三章 各工段物料和能量衡算 3.1 蒸煮工段 初温为 t=25的粉碎的淀粉质投入调浆罐，与生产过程水温为 t0的工艺水混合，使 混合后温度为 t1=50。挑浆罐为分批操作，为保证连续蒸煮进行，设两只调浆罐 30min 轮一次，每只投料量为 G=6673kg(每小时投料量为 G=13346kg)。按加水比为 1:1.8，粉浆 罐应容纳量为 W1=18684.4kg，玉米比热容为 C0=1.63KJ/kg.k，则可计算出所需热水的温 度 t0，取水比热 Cw=4.18KJ/kg.k 则 1000 ttCWttCG w

29、所以用于混合粉浆的工艺水温度为：50 8 . 118 . 4 63. 11 2563 . 1 118 . 4 8 . 1 0 t t0=55.4 用水量：kg 4 . 1201166738 . 1 由前期计算知蒸煮粉干物质浓度为：B1=31.1% 粉浆由泵打入加热器，被直接蒸汽加热并进行蒸煮过程，经加热器后醪液升到 t2=85 设加热蒸汽为 0.4MPa(绝压)，则每小时加热蒸汽的消耗量为： 2 1211 2 CwtI ttCW D 式中：C1 蒸煮醪比热为 3.39KJ/kg.k W1粉浆罐应容纳的粉浆为 18684.4kg/h I加热蒸汽焓取 2742.1KJ/kg hkgD/6 .185

30、7 18 . 4 85 1 . 2742 508539 . 3 4 . 186842 则蒸煮醪量为： hkgDWG/ 4 . 39226 6 . 1857 4 . 1868422 1 3.2 螺旋板冷却器 水由 25升到 80 tm=C 0 4 . 15 2565 8085 ln )2565()8085( 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 耗水量为：hkg ttC TTGC W w /14460 )2580(18. 4 )6085(39 . 3 4 . 39226 )( )( 12 211 可粗认为蒸煮醪经螺旋板加热器后质量不变，温度为 60，据生产经验，用 6NHCl

31、对蒸煮醪调节 pH=4.5，其加入量为每 100g 原料加 1mLHCl 则 HCl 的加入量为：)/(133)/(1033 . 1 100 1013346 5 3 hlhml 加入糖化酶后则糖化醪量为：hkg /4 .393591334 .39226 经螺旋板冷却器冷却后冷却到 30,冷却水由 25升到 50 tm=C 5 . 7 2 105 耗水量为：hkgW/38305 )2550(18. 4 39. 3)3060( 4 . 39359 2 3.3 发酵工段 由前期计算知： 发酵醪量为 36802kg/h(不计酒精捕集器、回收和洗罐用水) 采用间歇发酵，活性干酵母活化后直接投放的方法。

32、活性干酵母量为：20.1kg/h 复水活化的 2%葡萄糖水量为：20.110=201kg/h 用于酵母生长的复合氮源的消耗量为 200kg/h 3.4 蒸馏工段物料与热量衡算 3.4.1 醪塔 为了顺利在精馏塔提取杂醇油，并避免醪塔逃酒，醪塔上升蒸汽浓度不宜过高，不可 超过与进料板上与液体酒精浓度相平衡的气相浓度。蒸馏发酵醪酒精浓度为 10.9%(w),预 热到 70进塔。由酒精工业手册附录 21 查得其成熟醪的沸点为 90.8,比热为 4.278KJ/kg.k，(酒精工业手册附表 19)，则每 100kg 进料加热到沸点所需热量为： KCalKJQ6 .211824.8898)70 8 .

33、90(278 . 4 100 查“求醪塔进料板上液体浓度的算图”知醪塔进料板上液体浓度为 13.2%(w),根据汽 液平衡关系，这时上升蒸汽酒精的极限浓度为 57.7%(w)，相当于 72.15%(v)。现取上升蒸 汽浓度为 53%(w),由醪塔的物料衡算图可得到: 总物料恒算式： x WVF 11 酒精恒算式： 111111 )( wxF xDWyVxF 热量恒算式： nwwwwxFF qtCDtCWiCIDtCF 111111111 已知：F1=39010kg/h xF1=10.9% y1=53% 设：xw1=0.04% CF1=3.96KJ/kg.k qn=1%D1I1 加热蒸汽用 0.

34、1Mpa(表压)，其热焓 I1=2699KJ/kg 由附录查得塔顶上升蒸汽热焓 i1=1965KJ/kg 根据工艺要求取 tF1=70，tW1=105 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 则求得： hkgD hkgW hkgV x /7947 /31016 /7994 1 1 一般醪塔采用直接蒸汽加热，则塔底醪排出量为： 15 DWG x hkg /38963794731016 图 3.1 醪塔物料、热量衡算图 表 3.1 年产 3 万吨酒精蒸馏工段的醪塔物料、热量恒算汇总 进入系统离开系统 物料热量物料热量 项目 符号 数量 (kg/h) 符号 数量 (kg/h) 项目

35、符号 数量 (kg/h) 符号 数量 (kg/h) 成熟 醪 F139010F1CF1tF1 10.8106 蒸汽 残液 W131016W1Cwtw 13106 加热 蒸汽 D17947D1I1 21.4106 上升 蒸汽 V17994V1i1 15.710 6 蒸汽 冷凝 水 D17947D1twCw 3.3106 热损 失 qn 0.2110 6 累计46957 32.2106 累计46957 32.210 6 3.4.2 排醛塔 醪塔上升蒸汽经分离器进入排醛塔中下部，在醛塔中低沸点的物质和酒精蒸汽上升过 程中被逐板浓缩，醛塔塔顶分凝器的部分冷凝作用使低沸点物质进一步浓缩。为使低沸 点物质

36、得到排除，在冷凝器内要排出部分醛酒。 取醛酒占成品的 2%,则 醪 塔 V1 q3=V1i F q1=F1C1t1 qn Wx+D1 q4=q4+D1t4 q2=D1I1 D 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 hkgPA/16.894458%2%2 为减少不合格酒精数量，将精馏塔最后冷凝器的酒精取少量做次等酒，一般次等酒数 量为精馏塔成品的 2%左右。则次等酒数量为： hkgPe/38.872%984458 设醛塔回流比为 R1，则上升蒸汽量为： ARV) 1( 12 醛塔物料平衡： 221 FAPDV e 醛塔酒精平衡： 2211FAPee xFAxxPyV 一般脱醛液

37、 F2浓度 50%（v）相当于 42.43%(w),同时一般醛酒浓度 xA与次等酒浓度 xPe均按 96%(v)算，相当于 93.84%(w) 则脱醛液数量为： 2 11 2 F APee x AxxPyV F hkg / 5 . 9981 4243 . 0 9384 . 0 16.89%84.9338.8753 . 0 7994 塔底补充加热蒸汽数量：38.877994 5 . 998116.89 122 e PVFAD hkg /28.1989 醛塔热量恒算式： nFPeweAA qCFAiRtCPtACRIDiC 222112211 ) 1( I2醛塔加热蒸汽（0.04MPa 蒸汽）取

38、I2=2684KJ/kg CA、Ce分别为醛酒和次等酒比热 CA=Ce=2.88KJ/kg.k tpe、tA醛塔回流液和次等酒进醛塔温度 tpe=tA=78.3 i296%（v）酒精蒸汽热焓取 1166KJ/kg.k CF2脱醛液的比热 CF2=4.01KJ/kg.k tF2脱醛液离开时温度 50%（v）,沸点 tF2=93.6 若取醛塔热损 qn与醪塔同，则可求醛塔操作回流比为： AA nFFPeee tACAi qtCFtCPIDiV R 2 2222211 1 3 . 7888 . 2 16.89116616.89 6 . 9301 . 4 5 . 9981 3 . 7888 . 2 3

39、8.87268428.198919657994 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 204 3 . 7888 . 2 16.89116616.89 10214 . 0 6 图 3.2 排醛塔物料、热量衡算图 表 3.2 年产 3 万吨酒精蒸馏工段的醛塔物料、热量恒算汇 进入系统离开系统 物料热量物料热量 项目 符号 数量 (kg/h) 符号 数量 (KJ/kg) 项目 符号 数量 (kg/h) 符号 数量 (KJ/kg) 醪塔来 蒸汽 V17994V1i1 15.710 6 脱醛液F29981.5F2CF2tf2 3.7106 精馏塔 来次等 酒 Pe87.38PeCete

40、 1.9710 6 醛酒A89.16 加热蒸 汽 D21989.28D2I2 5.3106 上升蒸 汽 (R1+1)Ai2 21.31 06 回流液 R1ACAtA 4.1106 热损 qn 0.214 106 累计10070.66 25.111 06 累计10070.66 25.21 106 3.4.3 精馏塔 醛塔来的脱醛液在液相沸点状态下进入精馏塔，在塔板液相浓度为 55（v）处气相 抽提部分蒸汽 H，经冷凝去杂醇油分离器。这部分冷凝液被称为杂醇油酒精，数量约为塔 顶取馏出酒精 2左右。其中包括杂醇油 m0=0.5%P 故 H=2%(P+Pe)=91kg/h 在杂醇油分离 器中添加 4

41、倍水稀释，分离后的稀酒精用塔底的蒸馏水经预热到 tH=80,仍回精馏塔， 这部分酒精数量为： hkgPPPmHmHH e /432%5 . 0)%(255)41 ( 00 塔顶上升蒸汽进入分凝器和冷凝器，少量次等酒精 Pe 回入醛塔，其余均回精馏塔塔 顶，总物料衡算： hkgAP/84.436834.8344584458 塔顶用表压 0.05MPa 加热蒸汽直接加热 排 醛 塔 F2 Pe A D2 qn V1 V2 L1 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 物料平衡： xe WHPPHF 2 则 HPPHFW ex 2 hkg PPPF PPPPPPF e eee /51

42、98 84.436838.8792 . 0 4458075 . 0 5 . 9981 92 . 0 075 . 0 02 . 0 02 . 0 1 . 005 . 0 2 2 热量平衡： PPeHHFF CtPPRtCHIDtCF)( 233222 nwxHPPe qtWDHitPCiPPR)() )(1( 332 R2取 34，此处取 3 I3精馏塔加热蒸汽热含量，0.05MPa(表压)，I3=2687KJ/kg CH杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度 % 9 . 11 38.871 . 04458095 . 0 ) 3 .2091%( 2 . 75 )( H mHx x H H 查其比热为

43、 4.3KJ/kg.k 75.2%为杂醇油酒精的质量百分比于液相浓度 55（v）相平衡 tP成品酒精饱和稳定（78.3） i3塔顶上升蒸汽热含量 i31166KJ/kg.k iH杂醇油酒精蒸汽热含量 iH1469KH/kg tW精馏塔底温度取 105 qn设 qn2D3I3 则： 223 2222232 3 %)21 ( ) )(1( Ww HHFwwxHPPe CtI tCHtCFtCWHitPCiPPR D 223 2 %)21 ( ) ( Ww PPe CtI tCPPR 18 . 4 105%982687 18 . 4 10519891149689 . 2 3 . 7844581166

44、)84.436838.87)(13( 5 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 18 . 4 105%982687 89 . 2 3 . 78)84.436838.87(3803 . 4432107 . 3 6 hkg /7900 塔底排出的废水量为： hkgDWG x /1309879005198 36 图 3.3 精馏塔物料、热量衡算图 表 3.3 年产 3 万吨酒精蒸馏工段的精馏塔物料、热量恒算汇总 进入系统离开系统 物料热量物料热量 项目 符号 数量 (kg/h) 符号 数量 (KJ/kg) 项目 符号 数量 (kg/h) 符号 数量 (KJ/kg) 脱醛 液 F29

45、981.5F2CF2tF2 3.710 6 合格产品P4368.84PCPtP 0.99106 加热 蒸汽 D37900D3I3 21.21 06 次等酒精Pe87.38 稀酒 精 H432HCHtH 0.151 06 杂醇油酒 精蒸汽 H91HiH 0.14106 回流 液 R2(P+Pe )CPtP 3.110 6 蒸馏废水Wx+D313098(Wx+D3)tWCe 5.5106 上升蒸汽 (R2+1)(P+Pe)i3 21.1106 热损失 2%D3I3 0.42106 累计 18313. 5 28.15 106 累计17645.2 28.151 06 P V3 L2 Pe F2 D3+

46、Wn H H D 3 精 馏 塔 qn 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 第四章 乳酸及青贮饲料 4.1 引言 酒精浓醪发酵后的酒糟中，由于酒精度提高的同时，使发酵醪液中可利用的物质增加， 能被乳酸菌利用的成分增加，因此利用浓醪酒糟生产乳酸的经济效益可降低酒精的成本。 乳酸菌的发酵直接与酒糟中总糖的含量有关，总糖含量提高，则乳酸产量也提高。本设 计的浓醪酒糟中含糖量为 5g/100mL，通过向酒糟中添加糖化醪，使发酵乳酸总糖含量为 7.25g/100mL,经实验得出乳酸产量为 6.5g/100mL. 4.2 乳酸发酵工段物料衡算 由前可算知，浓醪发酵的糖化醪含糖量为 27

47、%，为使发酵乳酸总糖含量为 7.25g/100mL，设酒糟量为 B，要向酒糟中添加糖化醪 A，则添加糖化醪的量为： %25 . 7 527）（BABA 0725 . 0 389633896305 . 0 27 . 0 ）（AAhkgA/ 8 . 4438 糖化醪量为：4438.8kg/h，按 1:2 加水比可得： 另需玉米的量为：1479.6kg/h，玉米总消耗为：14825.6 kg/h 糖化酶多消耗量为：5.2kg/h，年多消耗为：37.44t/a 淀粉酶多消耗量为：2.96kg/h，年多消耗为：21.312t/a 4.3 乳酸发酵设备的计算与选型 本工艺采用间歇发酵，根据物料衡算知，每小

48、时进入发酵罐的酒糟体积为 V酒糟，若 按 8h 装满一罐，则一天装 3 罐，若发酵罐的使用周期为 80h，则发酵罐应设的个数为： 1 24 v VT N 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 V醪：进入发酵罐的醪液体积 糟 种子糖化醪酒糟 酒糟 GGG V 其中： ， hkgG/38963 酒糟 3 /1020mkg 酒糟 ， hkgG/67.350638963%9 种子 hkgG/ 8 . 4438 糖化醪 hmV/46 1020 8 . 443867.3350638963 3 酒糟 v：每只发酵罐的有效容积（m3/个） T：每只发酵罐的工作周期 80h 所以 ，取 12

49、个。个111 8 80 N 取发酵罐的填充系数为80，则发酵罐全容积为： V全 取 460m3 3 460 8 . 0 846 m V 则发酵罐具体轮廓尺寸可以确定。设封头为圆锥形 V全 3 21 22 )( 124 DhhDHD 其中， H发酵罐的有效高度，取 H=1.5D D发酵罐直径 h1发酵罐底封头高度，取 h1=0.14D h2发酵罐顶封头高度，取 h2=0.10D 则 V全 33 24 . 1 )10 . 0 14 . 0 ( 12 5 . 1 4 DD D=m2 . 7 24 . 1 460 3 则 H=10.8m h1=1.01m h2=0.72 所以发酵罐的实际全容积为： V

50、全 322 463)72 . 0 01. 1 (2 . 7 12 8 . 102 . 7 4 m 实际装料系数为： 795 . 0 463 846 罐壁厚度根据刚度要求计算： 取 15mmmm D S 4 . 14 1000 2 . 72 1000 2 发酵罐表面积可依次求出。圆柱部分表面积为： 2 1 3 . 2448 . 12 . 7mHDF 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 上封头的表面积为： 22 2 2 2 2 2 5 . 4172 . 0 2 2 . 7 2 . 7 2 2 2 mh D DF 下封头的表面积为： 22 2 2 1 2 3 3 . 4201 .

51、 1 2 2 . 7 2 . 7 2 2 2 mh D DF 发酵罐总表面积为： 2 321 1 . 328 3 . 244 3 . 42 5 . 41mFFFFex 发酵温度为 501，温度上升可采用喷淋水冷却。 4.4 乳酸的提取 发酵液 离心过滤，加石灰乳沉降 加 MgS047H2O 絮凝 真空浓缩 100% 92% 98% 98% 真空浓缩 活性炭脱色 离子交换柱提取 酸解 活性炭脱色 98 % 98% 90% 88% 95% 乳酸 100% 产品的总收率等于各工序的分部收率总乘积： A=A1A2A3A4A5A6A7A8 =192%98%98%95%88%90%98%98% =64%

52、由于乳酸提取得率为 64%，即生产 1 吨乳酸需要浓醪酒糟 24 吨，则乳酸年产量为： (38.963+4.4388)24300124=12999.7(t/a) 4.5 青贮饲料生产步骤 原料 拌料 分批 装填 压实 密封贮藏 玉米秸杆的含水量 12.84%，将发酵液拌入，秸杆原料与发酵液的比为 1：1.5，拌料 后原料的初始含水量为 7075%。 4.6 青贮饲料的调制方法 方法有：常规青贮；半干青贮；混合青贮；添加剂青贮；饲用谷物湿贮。 使用青贮添加剂的目的在于保证乳酸菌的繁殖条件，促进青贮发酵，使青贮饲料保存良 好，又可改善青贮饲料的营养价值。青贮添加剂可分为四大类：一类是促进乳酸的发酵

53、 促进剂，主要是碳水化合物的原料，如糖蜜和乳酸菌制剂等；一类是发酵抑制剂，主要 是用于防止青贮饲料在好气状态下变质腐败；一类是营养性添加剂，能够提高青贮饲料 的营养价值，更好满足动物的营养需要。 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 第五章 经济合算 5.1 生产成本的初步分析 本章的生产成本分析是以年产 3 万吨酒精为规模，主要通过与传统工艺相比较获得。 这其中包括两个部分：其一为浓醪发酵技术带来的生产成本的降低；其二为利用浓醪发 酵酒糟生产乳酸与单纯浓醪发酵滤液回用工艺相比成本的降低。 5.1.1 基本数据 1、以发酵 44h 左右结束的酒糟为培养基，酒精度在 14.5%

54、，淀粉利用率以 80%计，则与 92%的淀粉利用率相比多原料为 0.8t/t酒精 2、每年用于乳酸生产的酒糟以 312492.96t 计 3、乳酸的得率以 4.16%计，每年产乳酸量为 12999.7 吨 5.1.2 原料与产品价格 表 5.1 原料与产品的价格 原料价格（元/吨）其它价格（元/吨） 玉米925工人(32 名)20000 元/年人 糖化酶8500 淀粉酶8000 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 乳酸产品价格：10000 元/吨； 5.1.3 乳酸提取费用 表 5.2 乳酸提取费用 原料用量（元/吨乳酸）单价（元/吨）总价（元/吨乳酸） H2SO4 0.6

55、-0.7800400 HCl 0.0220040 工业活性炭0.152000300 煤耗8-94003400 用水量302.575 树脂损耗-15,00030-50 总计4255 5.2 成本计算汇总 表 5.3 由于添加糖化醪而多耗原料价格汇总 原料价格(元/吨酒精) 玉米328.5 糖化酶10.6 淀粉酶5.7 表 5.4 由于淀粉利用率降低而多耗的原料价格汇总 原料价格(元/吨酒精) 玉米738.2 糖化酶10.2 淀粉酶12.8 说明：由于淀粉利用率降低，本设计生产 1 吨酒精比淀粉利用率 为 92%的工艺要多耗玉米大约 0.8 吨 5.3 成本计算 到目前为止，每吨乳酸的价钱大概是

56、10000 元，每吨酒精相对应产乳酸量为：0.43 吨， 则生产乳酸可以获收 4300 元/吨酒精；其中每吨乳酸提取费用为 4255 元，则 0.43 吨乳酸 提取费用为 1829.65 元/吨酒精；另外员工的工资为每人 22 元/吨酒精 则通过上述成本分析，采用浓醪发酵及乳酸生产工艺，可降低酒精综合成本为： 4300(328.510.65.7)(7)1829.6522=1342.35 元/吨酒精 （1） （2） （3） （4） 说明：（1）添加糖化醪增加的成本； （2）淀粉利用率降低增加的成本； （3）乳酸提取费用增加的成本； （4）工人工资增加的成本。 江南大学学士

57、学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 第六章专业设备的计算和选型 6.1 蒸煮工段设备选型计算 6.1.1 拌料罐的设计与选型 已知每小时投料量为 G13346kg,装料系数为 10.85 由前面计算知，设投料罐两只，每只的容积为： 3 1 35.20 85 . 0 108060 3013346) 18 . 1 ( 60 ) 1( m Gtn V 取径：高1：1，锥底夹角 为 120，计算其轮廓尺寸，则调浆桶直径为： m tg tg V D87 . 2 ) 603 1 2(14. 3 35.20 2 ) 2 3 1 2(14 . 3 2 3 13 1 取 D=H=3000mm，锥底夹角为

58、 120，拌料罐两只，其容积为： 3 2 3 2 2 5 . 20 12024 0 . 314 . 3 0 . 3785 . 0 24 14 . 3 785 . 0 m tgtg D HDV 拌料罐为常压容器，壁厚为： 江南大学学士学位论文 年产 3 万吨燃料酒精工厂设 计 ，取 6mmmm D S0 . 6 1000 30002 1000 2 如拌料罐采用平浆搅拌器，在器壁装有宽为罐径十分之一的挡板四块，搅拌时液体为 湍流流动（Re104） ，搅拌器直径取罐径的三分之一，即 d=1000mm，搅拌转速 r 为 110r/min，这时搅拌轴功率为： Kw ndN N p 98.12 1000

59、1080) 60 110 (195 . 1 1000 35 35 选择电机时可以运转功率为依据，同时考虑安全系数和传递效率，则安全系数 K 为 1.1，减速传动效率 0.9，则电机功率为： N机Kw KN 86.15 9 . 0 98.121 . 1 则选 16Kw 的电机 6.1.2 维持罐的设计以及计算 拟采用两只大小相等的维持罐，粉浆在维持罐内总停留时间 T2=50min，装料系数 20.80 维持罐的体积为： 3 2 2 8 . 37 8 . 0108060 50 6 . 185713346) 18 . 1 ( 60 ) 1( m TDGn V 维 每只 19m3，按径高比为 1：3，

60、决定其尺寸： m2 4 3 19 4 3 33 V D 维持罐内直径取 D=2m，高取 H=6m，封头夹角 120 椎形，其容积为： 3 33 m6 . 0 60tg24 2 2 tg24 D V 每只罐的容积为： 322 206 . 0262 4 2 4 mVHDV 维 实际后熟时间为： min53 6 . 18578 . 213346 8 . 0202108060 1 60 2 2 后 DnG V T 本维持罐罐外为夹套，通入从精馏塔出来的降温至 85的工艺用水，循环使用。 6.1.3 螺旋板冷却器的设计以及计算 螺旋板冷却器： 根据热平衡原理得：)( 1211 TTGCtKF m 换热器