年产2万吨酒精工艺设计

本文格式为Word版，下载可任意编辑——年产2万吨酒精工艺设计年产2万吨燃料酒精工厂的设计

课程设计说明书

课程设计学年级组组指导开始完成

名称：发酵工程课程设计

题目：年产院：专业：长：员：老师：时间：时间：

2万吨酒精工艺设计i

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

任务分派

1、文献、资料检索全组

2、可行性研究计划3、糖蜜原料的稀释处理阶段

种子车间的设计4、糖蜜的稀释处理转筒过滤车间设计5、发酵车间的设计6、酒精精馏车间的设计7、废弃物的处理

8、种子罐的设计9、发酵罐的设计10、设计说明书的编制

11、各组员负责的相关物料衡算及热量衡算以及用水用电衡算12、各组员负责的工艺车间设备平面图的绘制

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年产2万吨燃料酒精工厂的设计

目录

设计任务书v前言1第一章总论2

第一节设计依据2

其次节设计指导思想和原则2第三节设计范围3第四节工艺设计基本数据和指标3第五节生产工艺概述4第六节生产设备概述4第七节生产工艺流程图5第八节生产方法的简单介绍5其次章全程物料衡算6第一节全程总物料概算6其次节酒精生产各工段的物料衡算和热量衡算8第三章供用水衡算14第一节蒸馏车间用水[10]14第四章供用汽衡算[9]15第五章供电衡算16第六章设备计算与选型16第一节其次节第三节

种子罐的设计16主发酵罐的设计20其它设备的计算和选型24

[10]

第七章车间布置设计第一节

26

建筑概述26

其次节车间内常用设备的布置27第八章环保工程27第一节废物总类[8、10]27其次节

废物利用28

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前言

本设计的题目是《年产2万吨燃料酒精工厂设计》。随着社会的发展，社会对燃料能源（石油、自然气、煤矿等）的需求越来越大，而燃料能源储量越来越少，价格越来越低，人们迫切需要找到一种新的可再生能源代替现有的燃料能源。其中，最受欢迎的是燃料酒精。

燃料酒精又称变性燃料乙醇，可分为替代燃料和燃料添加剂两种，是清洁汽油的主要代替物，已在一些国家和地区得到大量使用。燃料酒精最明显的一些优势是：一、来源广，可再生。可以以谷物淀粉为原料生产燃料酒精，以植物秸秆等纤维素为原料生产燃料酒精，以甘蔗作为原料生产燃料酒精，以蜜生产燃料酒精等等。二、无污染。石油、自然气、煤矿等燃料能源的使用产生了好多环境问题。例如：酸雨等环境污染。而燃料酒精产生的是二氧化碳和水，对环境无污染。

中国燃料酒精的发浮现状：

由于燃料乙醇在中国的推广使用还处在初级阶段．产销各个环节政府行为色调比较浓，离真正的市场化有很远的距离。为了合理利用资源。国家对燃料乙醇的立项投产十分提防。目前，获得国家批准生产的企业有4家：河南天冠燃料乙醇有限公司、吉林燃料乙醇股份有限责任公司、安徽丰原生物化工有限公司、黑龙江华润酒精有限公司，已形成燃料乙醇生产能力122万t。目前中国生产的燃料乙醇总量为102万t。大约使用粮食400万t，基本使用陈化粮。

目前中国石油供应紧张问题日趋严重：2023年，中国原油消费量3.23亿t，居世界其次，国内生产原油1．81亿t，净进口原油

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1.19亿t，净进口轻柴油、航煤、燃料油等石油产品l746万t。原油及石油产品净进口量1.46亿t。石油对外依存度为45％。到2023年，估计国内自产石油2.O亿t．缺口25亿t，对外依存度55％。因此，燃料酒精在中国市场的前景比较大，潜力也比较深。

我相信在未来，中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五〞期间，中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料乙醇生产企业的产能来看，远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五〞末，国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到50％以上，这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。不久的将来生物乙醇燃料的发展将成为我国的一个支柱产业！

第一章总论

第一节设计依据根据武汉纺织大学环境学院生物工程系2023年年度下达的设计任务书设计。

其次节设计指导思想和原则

一、设计工作围围着工厂现代化建设，力图能使设计的工厂具有前瞻性，开创性，能在原来基础上随着时代发展而升级。

二、对于自己来说，论文设计能考察自己到目前学到的东西，并且将其综合运用，综合分析，将知识运用到实际的工作中去，为以后

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的学习和工作打下一定的基础。

三、设计依照设计任务书进行，尽量符合任务书的要求，各种计划进程在任务书的可控范围内。

四、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，环保化，为员工的工作和生活做出合理的安排，使工作效率达到最正确。

五、设计尽量贴近实际，并且努力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，不盲目追求新设备，新生产线。

第三节设计范围

一、生产部门1、生产车间

设计内容包括发酵车间，粉碎车间，蒸馏车间等，并对其有关的物料，热量，用水进行计算。2、辅助车间

辅助车间有仓库（原料仓、成品仓，废品仓），污水处理站等。二、设计图纸

图纸包括工厂整体布置，生产车间布置图，重点设备图，生产流程图，重点车间运作图。当然，也包括一些辅助性的图。

第四节工艺设计基本数据和指标

1、生产规模:20000t/a

2、生产方法:单浓度连续发酵、差压式二塔蒸馏、生石灰脱水技术3、生产天数:每年250天4、燃料酒精日产量:800t5、燃料酒精年产量:199998t

6、副产品年产量:次级酒精占酒精总量的2%7、杂醇油量:为成品酒精量的0.3%

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﹪

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10、发酵率：90﹪11、蒸馏率：98﹪12、发酵周期：48小时13、发酵温度：28～34℃14、硫酸铵用量：1kg/t糖蜜15、硫酸用量：5kg/t糖蜜

第五节生产工艺概述

1糖蜜预处理有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法2糖蜜稀释采用连续稀释法。

3主要蒸馏工段采用差压式二塔蒸馏机组[8]，能有效利用热能。

4我国酒精行业主要采用小型多泡罩塔、浮阀塔、斜孔塔、筛板塔、导向筛板塔等，本设计采用浮阀塔。

5脱水枯燥技术：96%的粗酒精变成99.5%的合格酒精其技术依照脱水方式主要有：

（1）枯燥材料吸水法（2）萃取精馏法（3）加盐萃取法（4）多塔蒸馏法（5）分子筛脱水法本设计采用生石灰吸水法。6发酵法采用连续发酵方式。

第六节生产设备概述

1发酵罐采用200m32种子罐采用50m3

3稀释采用连续稀释器4发酵采用连续发酵罐组

5蒸馏设备采用差压式二塔蒸馏机组5枯燥设备采用卧式网层生石灰枯燥器。

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第七节生产工艺流程图

糖蜜储罐泵压糖蜜槽添加絮凝剂澄清预处理称量酸化连续稀释罐组添加抑菌剂灭菌缓冲储罐菌种连续发酵罐发酵醪塔精馏杂醇油精馏塔枯燥器成品冷凝水回收醛酒污水污水处理副产品（肥料等）

图1-1生产工艺流程图

第八节生产方法的简单介绍

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单浓度糖蜜酒精连续发酵[7]

单浓度酒精连续发酵时比较简单的一种发酵工艺，所以本文采取这种工艺。工艺过程主要为：将蜜糖从蜜糖储存罐泵进糖蜜槽，由于糖蜜中含有大量的灰分和胶体，不利于产品的浓度和酒精的发酵，特别是胶体的存在致使发酵过程产生大量的泡沫，影响发酵生产，因此要进行预处理，本文中预处理采取添加絮凝剂澄清处理。经过预处理的糖蜜经称量后进入酸化罐，在酸化罐中添加营养盐，并且按比例入硫酸酸化，酸化后的糖蜜经过连续稀释器进行稀释，加青霉素1u/mL杀菌，进入储罐，添加酒母后就进入了连续发酵罐组发酵，成熟的醪液进入醪塔，在醪塔中的酒精蒸汽经过冷却后进入精馏塔进行精馏，成为酒精含量为96%的粗酒精并且脱醛去除杂醇油，粗酒精经过脱水枯燥成为含量为99.5%酒精产品。

其次章全程物料衡算

第一节全程总物料概算

一、糖蜜消耗量

1、糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：

C12H22O11＋H2O→2C6H12O6→4C2H5OH＋4CO2↑蔗糖葡萄糖乙醇3423601841762、生产1t（1000kg）无水酒精的理论蔗糖消耗量：

1000×（342÷184）﹦1858.7（㎏）

3、生产1t（1000kg）燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）以上，相当于99.18%

（m）

)的理论蔗糖消耗量：

1858.7×99.18％﹦1843.5（㎏）

4、生产1t（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﹪，则实际蔗糖消耗量为：

1843.5÷98﹪÷90﹪﹦2090（㎏）

5、生产1t(1000kg)燃料酒精糖蜜原料消耗量：糖蜜原料含可发酵性糖50%，故1吨酒精糖蜜消耗为：2090÷50﹪=4180（kg）二、发酵醪量的计算[11]：

1000?99.1800176??968相应酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为：

9800184采用单浓度酒精连续发酵工艺，把含固形物88﹪的糖蜜稀释成浓度为22

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﹪～25﹪的稀糖液，设稀释成25﹪的稀糖液。

经连续稀释器可得稀糖液量为：4180×85﹪/25﹪=14212（kg）即发酵醪量为：14212kg

酒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：（14212-968）×（100+6﹪）=14039（kg）其中酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的6﹪

1000?99.1800蒸馏发酵成熟醪的酒精浓度为：?7.1400

9800?14039三、成品与废醪量的计算[8、11]采用差压蒸馏两塔流程蒸馏。

糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精多0.25～0.35﹪，现以0.3﹪计，则杂醇油量为1000×0.3﹪=3（kg）

设醪液进醪温度为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﹪（w），生产1000kg酒精则

1、醪塔上升蒸汽量为：

V7.14﹪/42.43﹪=2363（kg）1=14039×2、残留液量为：

WX=14039-2363=11676（kg）3、成熟醪量比热容为：

C1=4.18×（1.019-0.95B1）=4.18×（1.019-0.95×7.14﹪）=3.98[KJ/（kg·K）]4、成熟醪带入塔的热量为：

Q1=F1C1t1=14039×3.98×55=3.08×106（KJ）5、蒸馏残液内固形物浓度为：

F1B114039?7.1400B2???8.5900

WX116766、蒸馏残留液的比热：

C2?4.18(1?0.378B2)?4.18?(1?0.378?8.5900)?4.04?KJ/(kg?K)?7、塔底残留液带出热量为：

'Q4?WX?C2?t4?11676?4.04?85?4.01?106(KJ)

8、查附录得42.43﹪酒精蒸汽焓为2045KJ/kg。故上升蒸汽带出的量为：

Q3?V1i?2363?2045?4.83?106(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

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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：

'Q3?Q4?Qn?Q14.83?106?4.01?106?3.08?106D1???2542(kg)

I?CWt4(2644?4.18?85)?9900若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：

WX?D1?11676+2542=14218（kg）

四、糖蜜原料年产量为2万吨燃料酒精的总物料衡算[10

设工厂年开工为250天。日产产品酒精量：20000／250﹦80（t）每小时酒精量：80×1000/24=3333（kg）=3.333(t)

实际年产量（次级酒精忽略不计）：3.333×24×250=19999（t/a）主要原料糖蜜用量：

日耗量：4180×80==334400（kg）=334(t)年耗量：334×250=83500（t）

每小时产次级酒精：3333×（2/98）=68.27（kg）实际年产次级酒精：68.27×24×250=410（t/a）

表2-120000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表生产

物料衡算

1000kg99.5%酒精物料量

燃料酒精糖蜜原料次级酒精发酵醪蒸馏发酵醪杂醇油二氧化碳醪塔废醪量

10004180201421214039396814218

每小时数量（kg）33331393367473734679610322747393

每天数量（t）80334.41.611371123.20.2477.41138

每年数量（t）19999836004002842372807776019359284357

其次节酒精生产各工段的物料衡算和热量衡算

一、稀释工段的物料衡算

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1、糖蜜稀释用水量（以每生产1000kg(1t)酒精计算）

稀释成25﹪稀糖液用水量为：W1=14212-4180=10032(kg)

则生产2万吨酒精每小时需要稀释用水量：10032×3333/1000=33440(kg/h)生产2万吨酒精一年需要的稀释用水量：10032×20000=2.01×108（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1～1.2kg，取1kg，则每生产1000kg（1t）酒精：

硫酸铵年耗量为：4180×1=4180（kg/a）=4.18（t/a）日耗量：4180/250=16.72（kg/d）

每小时耗量：16.72/24=0.697（kg/h

则生产2万吨酒精一年需要硫酸铵用量：4.18×20000=8.36×104（t/a）3、硫酸用量

[7]

[7]

稀释酒母稀糖液用酸5kg/t糖蜜：

年用量：4180×5=20900（kg/a）=20.9（t/a）日用量：20900/250=83.6（kg）

每小时用量：83.6/24=3.48（kg/h）

则生产2万吨酒精硫酸用量：20.9×20000=4.18×105表2-2稀释工段各物料用量（2万吨产量计算）

物料糖蜜稀释用水量营养盐添加量硫酸用量

二、发酵工段的物料和热量衡算1、无水酒精量：

扣除蒸馏损失生产1000kg无水酒精耗糖蜜量为：1858.7÷90﹪÷50﹪=4130.4（kg）

现为了生产20000t/a，要每小时投入糖蜜量13933kg/h，则无水酒精量为：

13933×1000/4130.4=3373（kg/h）

2、酒母热量

[11]

用量(t/a)2.01×1088.36×1044.18×105

：

以葡萄糖为碳源，酒母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170KJ左右，则发酵和培养酒母每小时放出的热量为：Q=1170×3373.36=3.95×106（KJ/h）

'''取工段发酵酒母冷却水初tw1=20℃，终温tw2=27℃，平均耗水量为：

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W酒母发酵?QCe(t'w13.95?10?t)''w26?134996.6(kg/h)

?4.18?(27?20)酒母酒精捕集用水为：（待蒸馏发酵醪液量为F=46796kg/h）5﹪F/1.06=5﹪×46796/1.06=2207.37（kg/h）发酵洗罐用水为：（每15天洗一次）

1﹪F/1.06=1﹪×23398.33/1.06=441.47（kg/15天）

则在发酵工段总用水量W发酵工段=2207.37+441.47+134996.6=137645.44（kg/h）三、蒸馏工段的物料与热量衡算[11、12、13]

按采用差压蒸馏两塔流程计算，进醪塔浓度为7.14﹪，出醪塔酒精蒸汽浓度为50﹪1、醪塔

Q3=V1i

F1Qn1

醪Q1=F1C1t1

塔D1Q4=Q14+D1Ct4

Q2=D1I1Wx+D1

图2-1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℃，取上升蒸汽浓度为50﹪（v），即42.43﹪（w）。塔顶温度75℃，塔底温度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：

F1?D1?V1?WX?D1即F1?V1?WX2-1酒精衡算式：

F1xF1?V1y1?(WX?D1)xW12-2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：

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F1CF1tF1?D1I1?V1i1?(WXCW?D1Ce)tW1?Qn12-3设CF1=3.98KJ/（kg·h），CW=4.04KJ/（kg·k），Ce=4.18KJ/（kg·k），并取热损失Qn1=1﹪D1I1，tF1=55℃，tW1=85℃，F1=46796（kg/h）联解2-1、2-2、2-3求得

V1=7830（kg/h），Wx=38966.2（kg/h），D1=8483（kg/h）一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：G1=WX+D1=38966.2+8483=47449.2（kg/h）

表2-3年产2万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表

进入系统

物料（kg/h）

项目符

号

成熟F1醪加热D1蒸汽

8483数量46796

热量（kJ/h）符号F1CF1tF

1D1I1

数量

项目

离开系统

物料（kg/h）符号数量

3896678308483

热量（kj/h）符号WXCWtW1V1i1D1tW1CeQn1

数量1.34×1071.60×1073.14×1062.24×105

1.02×蒸馏WX

107残液2.24×上升V1107蒸汽

加热D1蒸汽热损失

累计

55279

3.26×

累计

107

55279

3.26×107

2、精馏塔

（1）粗酒精液相进入精馏塔,塔顶温度105℃，塔底130℃，进汽温度130℃，出塔浓度为96﹪（v），即93.84﹪（w）。

出塔酒精量为：P=3333×99.18/93.84=3523(kg/h)

（2）每小时醛酒量由于醛酒占出塔酒精的2﹪，则每小时的醛酒量为：

A=2﹪×3523=70.5(kg/h)

（3）P′=P–A=3523-70.5=3452.5(kg/h)

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图2-2精馏塔的物料和热量衡算图

（4）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：

Pe=P，×2%=3452.5×2%=69（kg/h）

（5）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开器,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′+A)=0.3%×3523=10.6(kg/h)

故H=(P′+Pe)×2﹪=（3452.5+69）×2﹪=3521.5×2﹪=70.4(kg/h)

在杂醇油分开器内约参与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)H–m0=5H–m0=5×70.4-10.6=341.4(kg/h)

（6）物料平衡:

F2+D2+H′=P′+Pe+H+D3+W’x则:W’x=F2+H′-P′-Pe-H

=7830+341.4-3452.5-69-70.4

=4580(kg/h)（7）热量平衡:

F2CF2tF2?D2I2?H'CHtH?R(Pe?P')tPCP

?)tW2Cw?Qn2=(R?1)(Pe?P')i2?P'tPCP?HiH?(D2?WX式中R—精馏塔回流比一般为3～4，取3

I2—精馏塔加热蒸汽热含量，0.6Mpa绝对压力，I2=2652(kJ/h)tH—为回流稀酒精进塔温度tH=80℃

CH—为杂醇油分开器稀酒精比热，稀酒精浓度为：

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xH'x(H?m0)75.2?H?H'00?(704.6?105.69)?13.203417.3100，

查得起比热为CH=4.43KJ/（kg·k），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2.80[kJ/（kg.K）]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130℃

Cw取4.04KJ/（kg·k）

Qn2—精馏塔热损失,Qn3=2òI2

CF2—进塔酒精的比热，取CF3=4.16(kJ/kg)tF2—进料温度，取90℃

W’x上面算得4580kg/h计算可得：D2=6700(kg/h)塔底排出的废水：

G=D2+W，x=6700+4580=11280（kg/h）

计算蒸馏工段的蒸馏效率：

?P?xPP93.13%?35229.83??98.196%xF1F17.14%?467962进入系统

离开系统

项目

96﹪酒精次级酒精杂醇油酒精蒸汽蒸馏上升蒸汽热损失

13

表2-4年产2万吨酒精工厂蒸馏工段精馏塔物料热量衡算汇总表项

脱醛液加热蒸汽稀酒精回流液

物料（kg/h）热量（kJ/h）符号

F2CF2tF2D2I2

物料（kg/h）符号数量

P′Pe

热量（kj/h）符号

P′CPtP—

目符号数量

F2D2

数量

2.93×1061.83×107

数量

7.57×1

05—

7830

6896

3452.569

H'

341.4

H'CHtH

R(Pe+P`)Cptp

1.21×105

H

70.41147

6—

—

HiH

1.05×1056.03×1

601.64×1073.7×105

—

—

2.32×106

Wx+D

废水2

(Wx+D2)

tW2Cw(R+1)(Pe+P`)i2

—

—

Qn2

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累计

15067

2.40×107

累计

15067

2.4×107

4、脱水工艺流程[8、9]

酒精蒸汽纯酒精蒸汽筛网盛装生石灰

图2-3石灰枯燥器简单示意图

采用生石灰法，将精馏塔塔顶蒸汽引到卧式枯燥其中，如枯燥器设备图。枯燥器中上部由密孔筛网盛放生石灰，最下面一层又金属板承接。枯燥器壁设置挡板，增加接触面积。由于生石灰低廉，而且在后续的污水处理中，可将使用过的生石灰依照程序设定投入污水池。枯燥器采用并联三个，再串联一个的比例布置。

第三章供用水衡算

第一节蒸馏车间用水[10]

一、醪塔冷却用水

利用酒母发酵的冷却废水进行冷却，这样可以节省冷凝水用量。二、精馏塔分凝器冷却用水[10]

从精馏塔出来的酒汽，做为初馏塔再沸器的热源，热量衡算有：（R2+1）（P′+Pe）i2=W精馏CW（tR为精馏塔回流比，取R为3

Pe为回流入醛塔的次等酒的数量，由前面数据可得Pe=69.05kg/hP′=3452.5(kg/h)

i2为塔顶上升蒸汽热焓量，i2=116.3KJ/kg

''tH3、tH冷却水进出口温度，取t=20℃，tH33H3=85℃

'H3i（）（P，?Pe）2R?1-tH3）则W精馏分凝?CW(t'H3?tH3)Cw取4.04kj/kg

14

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

代入上式，则精馏塔冷凝器冷却用水为：

W精馏分凝=6.24×10kg/h

4

三、成品酒精冷却用水

成品酒精冷却使用20℃的深井水，根据热量衡算，耗水量为：

'P'CP(tP?tP)?'CW(tH2?tH2)W成品式中：P‘为3452(kg/h)

CP为成品酒精比热容为2.90KJ/（kg·K）

'tP、tP为成品酒精冷却前后的温度，分别为78.3℃、30℃'tH2、tH2为冷却水进出口温度，分别为20℃、40℃

Cw=4.04KJ/（kg·K）则成品酒精冷却水用量为：

W成品=2.42×10kg/h

四、杂醇油分开器稀释用水

在杂醇油分开器内参与4倍的水稀释，则稀释用水量为：

W杂醇油分开=4H=4×70.4=281.6kg/h

五、蒸馏车间总用水量为：

W蒸馏工段=W精馏分凝+W成品+W杂醇油分开=6.24×10+2.42×10+281.6=8.69×10（kg/h）

4

4

4

4

第四章供用汽衡算

由前面计算所得数据可知蒸馏工段蒸汽消耗：

D＝D1+D2

＝8483+6896＝15380（kg/h）

年耗蒸汽量为：15380×24×250=92280t

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：

15380×(100﹪+4%)=15995kg/h=16t/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：

15995÷50÷80﹪=400（kg/h）

本设计选用的锅炉为工业中压（1.47—5.88Mp）中型（20—75t）的煤粉锅炉型号为YG80/3.82—M7蒸发量为80t/h，额定温度为450℃

15

[9]

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

H=1.5D，h1=h2=0.1D

11h1?h)?200m3332

经计算得D=5.46m,H=8.19m,h1=h2=0.546mV全?0.785D2(H?上面已经写到，我设计的发酵罐规格为200m3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V有效=WT/N公式(1)

V全容积×Ψ=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Ψ=90%，则可以得到：200×90%=39×(48-12)/N,

计算得到：N=7.8个)，则我们需要发酵罐N=8个

二、冷却面积和冷却装置主要结构尺寸[15]1、总的发酵热：

Q=Q1-(Q2+Q3)

Q1=GSq

[3]

Q3?F?（ctw?tB)

式中G—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418.6JQ1—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——不管发酵罐处于室内还是室外，均要向周边空间散发热量Q3，具体计算看后面。

Q1=（46796/8）×12×418.6×1﹪=2.94×105（KJ/h）Q2=5﹪Q1=5﹪×2.94×105=1.47×104（KJ/h）

2、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32℃，生产厂所在地区夏季平均温度为

27℃,则：

?c??对??辐?1.74tWC[(TW/100)4?(TB/100)4]?tB?tW?tB21

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

444.88?（[273?35)/100?（273?27)/100]?1.7?435?27?35?27?8.35[kcal/（m2?h??C）]?35[kJ/（m2?h??C）]可得：Q3?31.4?35?(35?27)?8792103（kJ/h）(kJ/h)=8.8×

需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为：

Q=Q1-Q2-Q3=2.94×105-1.47×104-8.8×103=2.705×105(kJ/h)总发酵热为：Q发酵=2.705×105x8=2.16×106(kJ/h)3、冷却水耗量的计算

W冷却

2.705?105???9231(kg/h)CP(t2?t1)4.186?(27?20)

Q4、对数平均温度差的计算

?tm?(tF?t1)?(tF?t2)

tF?t12.3logtF?t2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℃

?tm?(30?20)?(30?27)=5.8

30?202.3log30?27

5、传热总系数K值的确定[15]

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：

0.785×（0.053）2=0.0022（m2）

设罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：

9231?0.58(m3/s)

2?3600?0.0022?1000??设蛇管圈的直径为3.4m，并由水温差得A=6.45

?2?4.186?A(??)0.8d0.2?(1?1.77d)R(0.58?1000)0.80.106?4.186?6.45??(1?1.77?)0.21.70.106?7630[KJ/(m2?h??C)]R—为蛇管圈半径，R=1.7m

?1值按生产经验数据取2700[KJ/（m2·h·℃）]

22

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

故传热总系数为：

K?1?1719[kJ/(m2?h??C)]

110.00351???7630270018816750式中1/16750—为管壁水污垢层热阻[（m2·h·℃）/kJ]。188—钢管的导热系数[kJ/（m2·h·℃）]0.0035—管子壁厚（m）6、冷却面积和主要尺寸

Q2.705?105F???27.1(m2)

K?tm1719?5.8蛇管总长度为：

L?F27.1??152.8(m)?dcp3.14?0.0565

式中dcp—蛇管的平均直径(m)确定一圈蛇管长度：

L1?(2?R)2?h2?(??3.4)2?0.22?10.7(m)式中R—蛇管圈的半径，为1.7m

h—蛇管每相邻圈的中心距，取0.20m

蛇管的总圈数为：

NP=L/L1=661.8/10.7=15(圈)蛇管总高度：

H?(NP?1)hP?(15?1)?0.2?2.8(m)

三、主要部件尺寸的设计1、发酵罐壁厚S[15]

S?PD?C(cm)

2[?]??P式中P—设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.5MPaD—发酵罐内径，D=546cm

[?]—A3钢的许用应力，[?]=127MPa

?—焊缝系数，其范围在0.15～1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0.13～1.3，取C1=0.8mmC2—为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm，现取C2=2mmC3—加工减薄量，对冷加工C3=0，热加工封头C3=S0×10﹪，现取C3=0

23

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

C=0.8+2+0=2.8（mm）

S?546?0.5?0.28?1.82(cm)

2?127?0.7?0.5根据《发酵工厂工艺设计概论》，中国轻工业出版社，2023年。附录的表17查询可知：

选用20mm厚A3钢板制作。2、封头壁厚计算

S?PD?C(cm)

2[?]??P式中P=0.5MPa，D=467cm，[?]=127MPa，?=0.7C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）

546?0.5?0.38?1.92(cm)

2?127?0.7?0.5S?选用20mm厚A3钢板制作3、进出口管径[10、12]稀糖液进口管径：

稀糖液体积流量计算：根据物料衡算结果可知，每小时进入醪塔体积流量为47373，醪液密度为1200kg/m3，则V=47373/1200=39.5（m3/h）

稀糖液体积流量为39.5m3/h，设其流速为0.42m3/s，则进料管截面积为：

F物?Q39.5/3600??0.0261（m2）V0.42F物=0.785d2，管径d?F物0.785?0.0261?0.182（m）0.785取无缝钢管φ200×6mm可用。稀糖液出口管径：

由于出口物料量要比进口物料量大些，按说出口管径应当比稀糖液进口管径大些，所以取φ210×7无缝钢管就可以满足了。排气口管径：

取φ250×8无缝钢管4、支座选择[18]

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。

第三节其它设备的计算和选型

一、糖蜜储罐个数的计算

糖蜜储罐采用500m3规格：

24

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

15天的糖蜜量为：V=334.4×15=5016(t)查得85Bx的糖蜜密度为1450kg/m3则V＝5016/1450x1000＝3459（m3）设其装料系数为80﹪，则贮罐的全容积为：V糖蜜＝3459/0.8＝4324（m3）4324/500=8.65（个），取9个即选取500m3糖蜜储罐9个。二、蒸馏设备[6、8、17]

蒸馏设备采用差压蒸馏两塔系机组，充分利用了冷热源之间过剩的温差，使每个塔的塔底和塔顶间的温差减少，也就是减少了有效热能的损失。

参照《酒精蒸馏技术》一书中的“上海酒精总厂差压蒸馏两塔系机组方案〞，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。三、换热器的选型[8]

换热器标准换热管尺寸Ф25×2mm的不锈钢,为正三角形排列,管间距t=32㎜.同时,管壳式换热器的制造简单便利,相对投资费用较低。四、酒精捕集器[10]

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。五、稀释器[7、14]

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天需4180×400=1672000kg，生产2万吨酒精一天内稀释至25°糖蜜用量得：

14212×20000/250=1136960kg,密度1200kg/m3,初选糖蜜依照课本经验选取流速为u=0.35m3/s

V1=1136960/1200=947.5m3

?又稀释器的近似体积等于：D2l?V

4式中D—为稀释器的内径，（m）l=0.35×24×3600=30240（m）则D1?4?947.5?0.1998m，取0.20m

30240?3.1425

糖蜜输送管，流速为0.10m/s

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

V1'?1672000?1153.1m3

1450D1'?4?1153.1?0.58m取0.60m

??0.05?24?3600表6-1年产2万吨酒精工厂设计主要设备一览表序号123456789

设备名称种子罐发酵罐醪塔精馏塔换热器酒精捕集器稀释器糖蜜贮罐锅炉

4

482292台数3812

规格与型号50m3200m3浮阀型φ=3m导向筛板塔管壳式换热器

泡罩板式0.2m500m3YG80/3.82—M7

来源订购订购订制订制订购订制订制订购订购

第七章车间布置设计

第一节

建筑概述

[10]

总平面布置根据风玫瑰图和等高线图，场地形状布置为矩形，地势要求按等高线递降布置，坡度﹥3%。全年主风向为东风向。

厂区总平面的布置采用联合式布置形式。根据厂区所在地区的风玫瑰图的主风向，把各有噪声，地震和烟气的生产车间按生产需要，进行竖式排列布置，并布置在一区域，使各工序合理并接，并且减少对生活设施及公用设施的影响。生活设施和公用设施采用分开式布置，以便利各设施的使用和环境优化。

根据酒精生产工艺流程，其主体建筑是发酵车间和蒸馏车间。锅炉房建在工厂的西南方向，以利于厂区的空气环保，且本厂进行路边的绿化和美化。

重点车间为发酵车间，建筑除二层为钢铁架结构，其余各层均为钢筋混凝土柱框结构，各楼层高度为：一层地面?0.00m，考虑到发酵罐进料口的安装和操作便利,二层为+8.00m，三层为+12.00m，四层为+16.00m,楼顶的楼板地面要求有一定的坡度，以利于清洗排水，要求尽可能地多开窗，以利于采光和通风排气。

26

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

车间采光率在1/6～1/8之间，采用钢窗结构，玻璃的面积占窗洞的75﹪，窗的面积为97.2m2，窗高为5.4m。地面用水泥铺地，以利于清洁和承重。

其次节车间内常用设备的布置

一、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。二、蒸馏设备

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，同时也俭约厂房造价。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。

表7-1车间或部门的组成车间生产车间动力车间辅助车间仓库公共设备

内容

发酵车间，蒸馏车间锅炉房、水泵房、变电房机修、污水处理站原料、成品

食堂、宿舍、医务所、车库、门卫、办公室

第八章环保工程

第一节废物总类[8、10]

酒精工厂主要废物类别依照其形态分为三类：1、污水废物。污水废物依照其来源主要有

（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。

27

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

（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。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。

3、固体废物。主要为生产过程中产生的各种沉淀物和杂质等。

其次节废物利用

一、综合利用及三废处理

酒精发酵行业三废处理总体措施是：首先改进生产工艺，使三废排放含量尽量的减低;然后在此基础上，考虑将废水废渣综合利用，如培养酵母，作为饲料蛋白，种植肥料等。1、废气处理

（1）发酵过程中产生的CO2通过回流装置回收利用，可再次制成干冰，或者被液化，以备生产中使用。

（2）锅炉废气处理主要从源头抓起，在经济允许的状况下，购买高品位的优质煤，或者通过将煤粉碎脱硫处理，再进行燃烧，以减少废气和煤颗粒的产生。虽然可以加装尾气处理装置，但是通过前面两个步骤和由于经济性原则，不采取此项措施。

2、废水和废渣处理

酒精厂废水的特点是：有机物、悬浮物含量高，有毒物含量少，易造成水体营养化。由于各个工厂生产工艺不一样，所产生的酒糟液也会不一样，但是用糖蜜做原料发酵酒精所产生的酒糟液其成分大致如下表10-1所示表8-1糖蜜原料发酵酒精酒糟液组成分废液组分相对密度（15℃）PH总固形物（%）灰分（%）悬浮物（%）总糖（%）总氨（ppm）BOD（ppm）COD（ppm）

[24]

：

糖蜜醪1.0355.07.181.620.2651.13850336004050028

糖蜜滤液1.035——6.911.62————6603360040500年产2万吨燃料酒精工厂的设计

可以看出酒精废液里面的蛋白质含量和糖含量十分高，仍可作为其次产品再次使用。今年来，广西榨糖厂研发出了一种新型的污水处理方法，大致是将污水通过各种处理后，直接排放给农民种植使用，如作为鱼塘里面鱼饲料，稻田里面作为肥料，农民按M3支付给榨糖厂一定的费用。受其启发，我自己综合各种资料，找出了一条处理方法。

（1）当处理后废液有农民需要时，主要目标是将锅炉粉尘，炉渣，滤泥等有机

物变成肥料。如图1路线运行所示，当废水在二沉池中和调理PH，并且参与一定的凝絮剂后，沉淀物滤渣则为植物的肥料，其经过调理检测后的二次滤液作为液体肥料卖给农民。

（2）当农民如因农闲时，二次废液供过于求时，如图2路线运行所示，在初

沉池后不是添加石灰乳，而是接种菌丝蛋白，接种真菌，在31℃-32℃下通风培养5-7h，经分开，枯燥粉碎后得到菌丝蛋白饲料（含粗蛋白20%）以上，二次滤液则进行多效蒸发，其蒸发水回收，作为工艺冷凝水使用，达到了循环使用目的。浓缩液作为培养物一部分回流，一部分与滤渣拌料加工。

此套方法特点，利用一套设备可进行两种不同的运行方式，充分考虑了各种状况，做到综合利用。

二、酒精厂废水处理流程[19]

29

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

酒精精槽炉灰煤渣生活废水按比例混合冷却初沉池初滤滤渣②加菌种①发酵按①进行的二次滤液按农民需要排放反应池添加生石灰中和PH二次沉淀池②二次滤液①二次滤渣②枯燥粉碎拌料植物肥料部分浓缩液蒸发浓缩液产品部分浓缩液回流回收利用蒸发冷凝水

图8-1糖蜜酒精废液处理工艺流程图

年产2万吨燃料酒精工厂的设计

121

[4]ChristophBerg，F.O.Licht．WorldFuelEthanol-AnalysisandOutlook[R]MinistryofEconomyTradeandIndustry(METI)(Japan)．August25，2023．

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[6]马赞华.酒精高效清洁生产新工艺.北京:化学工业出版社,2023[7]姚汝华.酒精发酵工艺学.华南理工大学出版社，1999[8]许开天.酒精蒸馏技术(其次版).北京:中国轻工业出版社,1998[9]章克昌.酒精与蒸馏酒工艺学.北京:中国轻工业出版社,2023

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[17]贾树彪，李盛贤，吴国峰.新编酒精工艺学.化学工业出版，2023[18]董大勤.化工设备机械基础.北京:化学工业出版社,2023[19]谢林.玉米酒精生产新技术.中国轻工出版，2000

[20]傅其军编著.燃料乙醇的发展前