年产30万吨工业酒精作业

工程背景：

海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号674.7H气2 6厂选址：13.83173，物料衡算上税上税工程意义：产品介绍：工程进度设想原料来源及规格：水的类别硬度值碱性离子浓度〔mmol/L〕较软水0-400-1.44软水4.1-8.01.45-2.88中硬水8.1-12.02.89-4.32较硬水12.1-18.04.33-6.48硬水18.1-30.06.49-10.80极硬≥31.0＞10.811海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67生产过程损失缘由/%备注原料处理粉尘损失0.40蒸煮0.50发酵发酵残糖1.50发酵巴斯德效应4.00发酵1.300蒸馏废糟带走等1.85总计损失9.558.55%1000kg普通三级酒精须淀粉量为：

1627.2

=1779.3〔kg〕10-8.500÷1779.3=56.2%，着到达了我6.00g117.7.721.k薯干G79.-0k7.需要的糖化剂所含淀粉量u/用酶量为：2319.8×1000×8=9.28〔kg〕(7)耗用量20230u/g150u/g原料，则糖化酶消耗量2319.8×100×150=17.4〔kg〕200糖化酶用量按300u/〔原料〕计，且酒母用量为10，则用酶2319.8×10%×70%×300 =2.44〔kg〕700070，其于为稀释水和糖化剂。〔8〕硫酸氨耗用量2B0=87.1%的薯干比热容为；C0=4.18〔1-0.7B0〕=1.63[kJ/(kg.K)]粉浆干物质浓度为：

B1=87.1/〔4.3*100〕=20.3%海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67WC1=B1×C海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67W=20.3%×1.63+〔1.0-20.3%〕×4.18=3.66[kJ/(kg.K)]式中 Cw——水的比热容[kJ/(kg.K)]为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维持不便。〔1经喷射液化加热后蒸煮醪量为：9975.14 + 9975.14×3.66×〔88-55〕=10481.1〔kg〕2748.9-88×4.18式中 2748.9——喷射液化器加热蒸汽〔0.5Mpa〕的焓〔kJ/K〕〔2〕经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为：= 10414.0(kg)2288.3式中 的温度为84度下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)(3)经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为；10414.0+ 10414.0×3.66〔115-84〕 =10934.9(kg)2748.9-115×4.18式中 115——灭酶温度〔摄氏度〕2748.9——0.5Mpa饱和蒸汽的焓〔kJ/K〕经汽液分别器后的蒸煮醪量：10934.9- 10934.9×3.66〔115-104.3〕 =10744.2(kg)2245式中 2245——104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热(kg)经真空冷却后最终蒸煮醪量为：10744.2-10744.2×3.66〔104.3-63〕/2351 =10020.8(kg)式中 2351——真空冷却温度为63摄氏度下的饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K)糖化醪与发酵醪量的计算31000×0.5%=51000×0.5%=5〔kg〕12化工2班潘龙 学号67体积分数质量分数981000kg95%〔体积分数〕酒精成品有关的计算如下：的成熟发酵醪量为：F1 = 1000×92.41% ÷100 = 98%×8.01%不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：12477÷106%=11771(kg)入蒸馏塔的城市醪乙醇浓度为：1000×92.41% =7.56%〔质量分数〕98%×12477相应发酵过程放出CO2总量为：1000×92.41%×44=902(kg)98%6610%计，则酒母醪量为：11771+902 ×10%=1152.1(kg)〔100+10〕÷100化醪量为11771+902 1152.1×70%=12327(kg)〔100+10〕÷100成品与发酵醪量的计算醛酒产量在醛塔取酒一般占成品酒的21000kg成品酒精可得次品酒精两为：100×2%=20〔kg〕一般三级酒精酒精产量 酒精产量为：1000-20=980(kg)杂醇油产量杂醇油通常为酒精产量的0.5%，1000kg酒精副产杂醇油量为：设进塔的醪液〔F1〕的温度t1=70度，排解废醪的温度t4=105度：成熟醪固体积分数质量分数〕。则：①醪塔上升蒸汽量为:V1=12477×7.56 47.18%4海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67②残留液量为:Wx=12477-1999=10478(kg)③成熟醪比热容为：c1=4018×(1.019-0.95B1)=4018×(1.019-0.95*7.5%)=3.96[kJ/(kg.K)]④成熟醪带入的热量为：Q1=F1×c1×t1=12477×3.96×70=3460000(kg)⑤蒸馏残液固形物浓度为：B2=F1×B1 =12477×7.5% Wx 10478此计算是间接加热，故没有蒸汽冷凝水的工艺。⑥蒸馏残液的比热容为:C2+4018〔1-0.378B2〕=4.03[Kj/(kg.K)]⑦塔底残留液带出热量为：Q4=Wx×c2×t4=10478×4.03×105=4430000(kJ)50%〔体积分数〕I=1965kJ/kg,故有：⑧上升蒸汽带出热量为：Q3=V1×I=199×1965=3930000(kJ)塔底承受0.05Mpa〔表压〕蒸汽加热，焓为2689.8kJ/kg;又蒸馏过程热损失1%。依据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为：D1= Q3+Q4+Qn-Q1I-cwt4=3930000×4430000-3460000(2689.8-418000)×99%=2199(kg)假设承受直接蒸汽加热，则塔底排出废醪为：Wx+D1=10478+2199=12677(kg)30万吨/年淀粉原料酒精厂总物料衡算1000kg酒精〔95%〕30吨/年甘薯干原料酒精厂进展计算。酒精成品日产一般三级酒精为：300000÷300=1000〔t〕日产次级酒精为：1000×〔2÷98〕=20.41〔t〕日产酒精总量为：1000+20.41=1020.41〔t〕实际年产量为：5海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67一般三级酒精量为：1000×300=300000〔t/a〕次级酒精量为：20.41×300=6123〔t/a〕酒精总产量为：300000+6123=306123〔t/a〕日消耗量：2319.8×1020.41=2367147.12〔kg〕年消耗量：118356.20×300=710144136〔kg〕和每年量均可算出，衡算结果见表。物料数量1000kg95%〔kg〕每小时数量(kg)每量(t)量(t)一般酒精98041666.671000300000次级酒精20292.57.022106甘薯干2319.832962791.1237329α-淀粉酶92819.30.464139.2糖化酶23.3733.80.811243.3硫酸氨1.151.660.04120硫酸5.010.40.2575蒸煮粉浆9975.1420781.5498.76149627.1成熟蒸煮醪10020.820876.7501.04150312糖化醪1232725681.25616.35184905酒母醪1152.12400.257.617281.5蒸煮发酵醪1247725993.75623.85187155杂醇油510.40.2575二氧化碳9021879.1745.113530废渣1267726410.4633.85190155(二)一般三级酒精发酵车间的物料衡算酒精发酵工艺流程示意图酒精发酵承受淀粉原料，双酶法糖化，间歇发酵。其工艺流程示意图如图一。工艺技术指标及根底数据〔1〕主要技术指标如表所示酒精发酵工艺技术指标指 标 名指 标 名称单位指 标 数生产规模生产方法年生产天数t/a300000间歇发酵d/a3006海南大学化工课程设计作业122班潘龙67产品日产量t/d1000产品质量倒罐率%95%1发酵周期h70发酵初糖kg/m3150淀粉转化率%98糖酸转化率%50酒精提取率%98〔2〕主要原材料质量指标 的淀粉含量为76.7%，含水14%。〔3〕种子培育基〔g/L〕 尿素0.5%。H2SO41。0~1。2%水解糖淀粉。接种量酒精发酵车间的物料衡算1000kg95%的酒精耗用的原材料及其他料量。发酵液量V1=1000÷〔150×50%×98%×95%〕=14.3〔m3〕式中 发酵培育基初糖浓度〔kg/m3〕50%——糖酸转化率发酵液配制需水解糖量以纯糖算， (3)二级中液量V2=10%×14.32=1.432(m3)二级种子培育液所需水解糖量G2=25V2=25×1.432=35.8〔kg〕式中 25——二级种液含糖量〔kg/m3〕生产1000kg一般三级酒精所需水解糖总量为：G=G1+G2=2148+35.8=2183.8〔kg〕〔6〕耗用淀粉原料量G =2183.8÷〔76.7%×98%〕淀粉=2617.39〔kg〕式中 淀粉原料含纯淀粉量98%——淀粉糖化转化率尿素耗用量二级种液耗尿素量为：0.3V2=0.3×1.432=0.43〔kg〕发酵培育基耗尿素为：7海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号670.5V1=626.4〔kg〕故共耗尿素量为：7.16+0.45=7.59〔kg〕2二级种液耗用〔NH4〕SO4量：20.5×1.432=0.716〔kg〕种子液耗淀粉酶量为：0.1×14.32=1.718〔kg〕H2SO4耗用量：1.2×1.432=1.718〔kg〕300000吨/年酒精厂发酵车间的物料衡算表物料名称1吨酒精〔95%〕的物料量300000吨/年酒精生产的物料量每日物料量发酵液〔m3〕14.3429000014300二级种液〔m3〕1.434290001430〔kg〕21486444000002148000二级种液培育用糖〔kg〕38.51155000038500〔kg〕2183.865514000021838002617.3978521700026173907.59227700075900.716214800716α-淀粉酶〔kg〕1.43242960014321.7185154001718(三)300000吨酒精发酵车间水衡算释。 酒母糖化醪稀释用水〔60℃温水与用作酒母的糖化醪应满足发酵接10%的需要。〕因此，补充水量为：m1=93%G1*10%-7%G1=4832.9*93%*10%-7%*4832.9=111.16(kg/h)式中 93%——淀粉原料参与发酵锅的量粉原料参与种子液中的量10%——接种量4832.9——淀粉质原料耗用量〔kg/h〕酒母糖化醪杀菌后冷却水用量为：m2= m

3.66×(80-27)*糖化醪*4.18×(25-17)8海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67=25681.2×53.66×534.18×18=66210(kg/h)式中 糖化醪用量〔kg/h〕3.66——蒸煮醪比热容[kJ/(kg.K)]4.18——水的比热容[kJ/(kg.K)]80——杀菌温度℃27——冷却后温度℃17——冷却水进口温度℃25——冷却水出口温度℃酒母培育冷却水用量：=Q/[4.18×〔25-17〕]3 3= 85900 4.18×8=2568.78(kg/h)式中 Q——酒母培育反响热(kJ/h)34.18——水的比热容[kJ/(kg.K)]25——冷却水出口温度〔℃〕17——冷却水进口温度〔℃〕发酵过程冷却用水：m4=Q2/[4.18×(27-20)]= 752023 4.18×7=25700.6(kg/h)式中 Q2——发酵生物反响热[kJ/(kg.K)]4.18——水的比热容[kJ/(kg.K)]27——冷却水出口温度〔℃〕20——冷却水进口温度〔℃〕酒精捕集器用水：m5=5%F÷(1+1%+5%)=5%×20876.7÷1.06=984.75(kg/h)式中 F——成熟醪量(kg/h)精捕集器回收酒精洗水占熟醪量的比例洗罐用水量：m6=1%F÷(1+1%+5%)=0.01×20876.7÷1.06=196.95(kg/h)式中 洗罐用水占熟醪量的比例设备计算与选型〔一〕发酵设备的计算与选型生产力气、数量和容积确实定9海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67〔1〕发酵罐容积确实定：献就也越大，要求技术治理水平也越高。另一方面，属于技术改造适，可取与原有发酵罐一样的容积；而建的单位和车间，应尽量削减200m3力气的计算：95%100070〔包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等关心操作时间〕。则每天需糖液体积为V 。糖每天产纯度为95%的一般三级334吨，每吨酒精需糖液为：12327/1080=11.4〔m3〕V =11.4×1000×95%糖=10830〔m3〕发酵罐的填充系数为0.85~0.9，现取ψ=0.9；则每天需要发酵罐的总容积为V〔70小时〕。ψ0ψV=V /0 糖=10830/0.9=12033.33〔m3〕发酵罐个数确实定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确。装液高度系数，指圆筒局部高度系数，封底则与冷却罐、关心设备体积相抵消。公称容积，是指罐的圆柱局部和底封头容积之和。并圆整为整数：上封头因无法装液，一般不计入容积。罐的全容积，是指罐的圆柱局部和两封头容积之和。现取单罐公称容积为1100m3厌氧发酵罐，则需发酵罐的个数为n1。

= Vt1 0V ψ×24总= 12033.33×70 =36〔个〕1100×0.9×241100m336个；实际产量验算：1100×0.9×36 ×30011.470/2410海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67富有量为 321563.91-300000 =7.19%，能满足产量要求。300000主要尺寸的计算的发酵罐计算。H=1.5D

=0.12D 上

=0.09D下全V = 3.14D2 全4

/3+h上

/3〕下1100=3.14D2 〔1.5D+0.12D/3+0.09D/3〕40D=9.6mH=14.4m

=1.152m 上

=0.864m下全V =0.785×9.62(14.4+1.152+0.864)全=1187.6m3总外表几计算：罐体圆柱局部外表积：A1

=πDH=3.14×9.6×14.4=434.07m3罐顶外表积：

=πR(R2+h上

2)1/2上=3.14×9.6/2×(4.82+0.8642)=73.5m2罐底外表积：

=πR(R2+h下

2)1/2下=3.14×9.6/2×(4.82+1.1522)=74.4m2罐体总外表积： A=A+A +A总 1 上 下=434.07+73.5+74.4=581.97m2冷却面积和冷却装置主要构造尺寸：冷却面积的计算：A= QK×Tm式中 发酵反响热(kg/h)K——总传热系数(kg/(m.h.Tm其中 Q=Q

-〔Q

+Q〕a b c

式中 Q——生物反响热kJaQ kJb———Qc———

罐壁向环境散11热kJ

海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67其中 Qa

=msq〔418.6kJ〕

=1155000×418.6×1%=4835000(kJ/h)式中 m——每罐糖液质量(kg)s——糖度降低百分值%q——每千克麦芽糖放出热量Q=5%Qa=0.05×4835000=241750(kJ/h)Q=10%Qa=0.1×4835000=483500(kJ/h)所以 Q=Q-〔Q+Q〕a b c=4835000-〔241750+483500〕=4109750(kJ/h)冷却水耗量：W= Q C〔T-T〕w 2 1= 41097504.18〔27-20〕=140456(kg/h)式中 Q——发酵生物反响热(kJ/h)C——水的比热容[kJ/(kg.℃)wT 冷却水出口温度〔℃〕2————T——冷却水进口温度〔℃〕1对数平均温差计算：T=〔30-20〕-〔30-27〕m2.3〔30-20〕/〔30-27〕=5.83〔℃〕传热总系数K53/60mm。则管的横截面积为：0. 785×〔0.05〕2=0.0022〔m2〕设管内同心装两列蛇管，并同时进冷却水，则水管内流速为；v= W3600×10×0.0022×100012A=6.45K1

海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67=1.77m/s设蛇管圈直径为4m，由水温表查得水温20℃时，常数=4.186A〔ρ〕0.8(1+1.77D/R)vD0.7=4.186×6.45×〔1.77×1000〕0.8〔1+1.77×0.053/2〕0.0530.7=87585kJ/(m2.h.℃)式中

——为质量流速〔〕vK2700kJ/(m2.h.℃)2所以，总传热系数为：1K=1 + 1 +0.0035 + 1K K 188 167501 2= 11/87585+1/2700+0.0035/188+1/16750=2178.6kJ/(m2.h.℃)式中 188——钢管的导热系数kJ/(m2.h.℃)1/16750——管壁水污垢层的热阻(m2.h.℃)/kJ0.0035——管子壁厚m冷却面积和主要尺寸：A= QK×T

m= 41097502178.6×5.83=323.6〔m2〕L= AπD式中

cp= 323.63.14×0.0565=1823.7m0.0560mcp

l=[(πD

)2+h

2]1/2p p=[(3.14×6)2+0.152]1/2=18.84m13式中

海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号676mph0.15mp两列蛇管总圈数：Np

=L/l=1823.7/18.84=96.8〔圈〕 取97〔圈〕

H=〔N

-1〕hp =〔97-1〕×0.15=14.4m设备材料的选择：性。本设备承受A3

钢制作，以降低设备费用。发酵罐壁厚的计算〔1〕计算法确定发酵罐的壁厚S：S= PD + C 〔cm〕2[σ]ψ-ρ= 0.4×960 +0.182×127×0.8-0.4=2.07〔cm〕 取S=2.1cm式中 P——设计压力 取P=0.4MPaD——发酵罐内径 D=9.6m[σ]——A3

钢许允应力 [σ]=127MPaψ——焊缝系数0.5—1ψ=0.8C——壁厚附加值 〔cm〕C=C

+C+C1 2 3其中 C1

——钢板负偏差0.13—1.3C1

=0.8mmC——腐蚀余量单面腐蚀取C2 C03

=1mm所以 C=0.8+1=1.8=0.18〔cm〕(2)S= PD + C 〔cm〕2[σ]ψ-ρ= 0.4×960 +0.282×127×0.8-0.4=2.17cm 取S=2.2cm式中 P——设计压力 取P=0.4MPa14海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67D——发酵罐内径 D=9.6m[σ]——A3

钢许允应力 [σ]=127MPaψ——焊缝系数0.5—1ψ=0.8C——壁厚附加值 〔cm〕C=0.8+1+1=2.8mm=0.28cm接收设计接收长度h设计：不保温接收长h=150mm接收直径确实定：5小时排空。则物料体积流量为：Q= 9905×3600m3/s发酵醪流速取v=1m/s.则排料管截面积为：F =Q/V物=0.055/1=0.055m2管径 d=〔F

/0.785〕1/2物=〔0.055/0.0785〕1/2=0.837m取无缝钢管 133×4进料管同排料管 取无缝钢管 133×4支座选择75m3上的发酵罐，由于设备总重要较大，应选用裙式支座，本设计选用裙式支座。15海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67〔二〕

与选型个数36个数36全容积〔m3〕1100装料系数0.9装料系数0.9定：直径m9.6圆筒高m14.4上封头高m0.864下封头高m1.152材料A3筒厚cm2.1封头厚cm2.2接收直径cm12接收长度cm15支座m裙式支座冷却方式蛇管冷却蛇管直径mm53蛇管间距m0.15蛇管圈数97蛇管总高度m14.4蛇管圈直径m6V =V ×10%液种=1100×0.9×10%液种=99m3式中 V ——为发酵罐中发酵液的量液10%——接种量16海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67100m3的通用式发酵种子罐个数确实定33个，种子8~1020~20小时。主要尺寸确实定设 H/D=2/1V =π〔D/2〕2×2D+2×〔π/24〕×D3=100全算得 D=3.006 取D=3.1m则 H=2D=6.2m校核种子罐总容积：V =2V +V总 封 筒=100.18m3。冷却面积计算〔承受夹套冷却〕种子罐产生的总热量：总Q =418.6×1100×0.9×1080×10%×70%/70总=447567(kJ/h)式中 量kJ230——发酵罐的总容积(m3)0.85——装料系数1080——发酵醪密度(kg/m3)10%——接种量70%——发酵醪中麦芽糖含量70——发酵时间〔t〕夹套传热系数：之间K=4.18×250kJ/(m2.h.℃)平均温差：30℃，20℃，25℃。=〔30-20〕+〔30-25〕m

2=6.5℃F= Q总

KTm= 447567 m4.18×250×6.5=65.9m2静止液体浸没筒体高度：V-V 0 封 封S罐17海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67S=S+S夹 筒 封=131.7S>F 可满足工艺要求。夹设备材料选择:对带夹套的容器,应按外压容器计算壁厚.考虑到冷却水压力与容器内的压力有不同的存在状况取水压容器外压.:S=D[(mlp)/(2.6ED)]0.4+C=310×[(3×0.4×620)/(2.6×202300×310)]0.4+0.18=2.27+0.18=2.46cm式中 D——公称直径。3.1mm——外压容器稳定系数。M=0.3E——金属的强性模量。E=202300MPaP——设计压力。P=0.4MPaC——壁厚附加值。C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18cmL——筒体长度。L=620cm封头厚度：冷却外套壁厚：

对上封头，查表δ对下封头，查表δ

=22cm封=24cm封由夹套直径与筒体直径关系：3000≤3100

≤4000内D=D套

+200内外套封头壁厚：

=3100+200=3300mm=11mm套δ

=13mm套封设备构造的工艺设计：〔1〕档板：依据全档板条件：〔B/D〕×Z=0.5式中 B——挡板宽度B=0.1D=0.1×3100=310mmD——罐径D=3100mmZ——挡板数搅拌器：

Z=0.5×〔D/B〕=0.5×〔3100/310〕=5 Z=6种子罐承受六弯叶涡轮搅拌器，它有公认的尺寸标准：直径D=0.3~0.35D. mmi i叶片宽度h=0.2D=0.2×930=186mmi盘径φ=0.75D=0.75×930=697.5mmi18海南大学化工课程设计作业12化工2班潘龙 学号67弧长r=0.35D=0.35×930=325.5mmi叶弧长l=0.25D=0.25×930=232.5mmi搅拌器间距ξ=D=930mmi底距b=D/3=930/3=310mmr/minD=112mmiN2=N1〔D1/D2〕2/3=470×〔112/930〕2/3=115r/min9.搅拌器轴功率计算：〔1〕Rem

Rem= D2Nρμ= 0.932×1.9×10800.00159=1116000>10000式中 D——搅拌直径D=930mmN——搅拌器转速N=115/60=1.9r/sρ——醪液密度ρ=1080kg/m3μ——粘度0.00159N.s/m2(2)计算不通气时搅拌功率：P.=NN3D5e0 p=4.7×1.93*0.933×1080=87.4kw式中 N——湍流是常数4.7pN——搅拌器转速N=115/60=1.9r/sD——搅拌直径D=930mmρ——醪液密度ρ=1080kg/m3两挡搅拌P=2P.=2×87.4=174.8kw0 0计算通风时轴功率PgP=0.00225×[〔174.82×1.9×933〕/11160000.08]0.39g=127.5kw式中 P——不通风时搅拌轴功率174.8kw0N