发酵法年产5万吨乙醇的工艺设计【毕业设计论文】.doc
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发酵法年产5万吨乙醇的工艺设计
[摘要]:
乙醇的生产过程包括原料除杂,粉碎,液化,糖化,除菌,发酵,精馏这几个主要的过程。
本设计简述了从木薯原料预处理、液化、酶糖化到发酵生产后处理整个发酵乙醇生产工艺流程,主要完成了发酵段,精馏段的计算及附属设备的选型。
[关键词]:
乙醇 ;发酵;精馏
TechnologicalDesignof50,000tonsbyfermentationofethanolEveryYear.
[Abstract]:
Ethanolproductionprocessincludsthesemajorprocesses:
rawmaterialimpurity,grinding,liquefied,saccharification,sterilization,fermentation,distillation.Thedesignbriefpretreatmentofrawmaterialsfromcassava,liquefaction,saccharificationenzymefermentationproductiontopost-processingtheentireproductionprocess,andthemajorassignmentsarecalculatedfermentation,distillationsectionandselectingofpumpsandstoragetanks.
[Keywords]:
Ethanol;Fermentation;Distillation
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1概述 1
1.1乙醇的性质及质量标准 1
1.1.1物理性质 1
1.1.2化学性质 1
1.1.3生化性 1
1.1.4质量标准 1
1.2乙醇生产的意义及发展史 2
1.2.1乙醇生产的意义 2
1.2.2乙醇生产的发展 2
1.3乙醇的应用领域 3
1.4主要生产工艺 3
1.4.1合成法 3
1.4.2发酵法 4
2建厂可行性分析 8
2.1需求和拟建规模 8
2.1.1原料简介 8
2.1.2木薯原料的优势 8
2.1.3乙醇市场分析 8
2.2主要建设条件 8
2.3环境保护及废物处理 8
2.4企业组织管理 8
2.5资金筹措方式 9
3乙醇发酵工艺 10
3.1木薯的处理 10
3.1.1原料除杂 10
3.1.2原料粉碎 10
3.1.3原料输送 11
3.2液化和糖化 11
3.2.1液化 11
3.2.2糖化 12
3.3乙醇发酵 12
3.3.1乙醇发酵常用的微生物 12
3.3.2酵母生长条件 13
3.3.3酵母的培养工艺 13
3.3.4发酵乙醇的机理 15
3.3.5乙醇发酵工艺 15
3.3.6乙醇发酵的成熟指标 15
3.4空气除菌与设备 15
4物料衡算 18
4.1原料消耗的计算 18
4.1.1每吨95%乙醇木薯干的消耗量 18
4.1.2每吨95%乙醇α-淀粉酶的消耗量 18
4.1.3每吨95%乙醇糖化酶的消耗量 18
4.2醪液量的计算 19
4.3发酵过程的计算 20
4.3.1发酵罐的计算 20
4.3.2发酵热的计算 21
4.3.3成熟醪发酵液中乙醇含量 22
4.4产品精制 22
4.4.1计算机模拟结果 22
4.4.2塔高与塔径 24
4.4.3塔(T-2)塔板主要工艺尺寸 29
4.4.3.1溢流装置的计算 29
4.4.3.2塔板分块 31
4.4.3.3筛板计算 31
4.4.3.4筛板的流体力学验算 31
4.4.4塔板负荷性能图的计算 32
4.5换热器选型 36
4.5.1塔(T-1)塔顶冷凝器(E-1) 36
4.5.2塔(T-2)塔顶冷凝器(E-2) 36
4.6储罐选型 37
4.6.1储罐(V-1) 37
4.6.2其它储罐选型 37
4.7泵的选型 37
4.7.1泵(P-1) 37
4.7.2其它泵的选型 38
4.8小结 38
5全厂总平面设计 40
5.1总平面设计任务及内容 40
5.1.1总平面设计任务 40
5.1.2工厂组织 40
5.2总平面设计原则 40
5.3总平面布置论述 40
5.4辅助车间设施 41
5.4.1质检室 41
5.4.2仓库 41
5.4.3机修间 41
5.4.4污水处理 42
5.4.5生活设施 42
5.5供电系统 42
5.5.1供电要求和相应措施 42
5.5.2车间配电原则 42
5.5.3主车间配电 42
5.6用水系统 42
5.6.1乙醇厂用水分类 42
5.6.2给水系统和配水系统 42
5.6.3冷却水循环系统 42
5.6.4排水系统 42
6人力组织 43
6.1基本原则 43
6.1.1劳动力组织原则 43
6.1.2企业组织原则 43
6.2车间劳动制度 43
6.3乙醇生产车间人员编制 43
符号说明 44
致谢 45
参考文献 46
附录一工艺流程图 47
附录二筛板塔(T-2)条件图 48
附录三车间平面布置图 49
附录四车间立面图 50
1概述
1.1乙醇的性质及质量标准
乙醇又名酒精,是由碳、氢、氧3种元素组成的有机化合物,分子式为C2H5OH,结构简式为CH3CH2OH,相对分子质量为46。
乙醇既是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料,又是可再生的清洁能源。
乙醇作为重要的溶剂和化工原料而广泛应用于化学工业和医药卫生事业,它又是饮料酒工业的基础性原料,也是一种方便而较干净的液体(或固体)燃料。
1.1.1物理性质
乙醇是无色透明的液体,比水轻,具有特殊的芳香气和刺激味,吸湿性很强,可与水以任何比例混合并产生热量。
乙醇易挥发易燃烧,燃烧时产生大量的热量,燃烧产物是水和二氧化碳。
乙醇蒸汽与空气能形成爆炸性混合气体,爆炸极限为3.5%-18%(体积分数)
乙醇的物理指标:
熔点(℃):
-114.1 沸点(℃):
78.3
相对密度(水=1):
0.79 相对蒸气密度(空气=1):
1.59
饱和蒸气压(kPa):
5.33(19℃) 燃烧热(kJ/mol):
1365.5
蒸发热(kJ/L):
918.76临界温度(℃):
243.1
临界压力(MPa):
6.38辛醇/水分配系数的对数值:
0.32
闪点(℃):
12引燃温度(℃):
363
溶解性:
与水混溶,可混溶于醚、氯仿、甘油等多数有机溶剂。
1.1.2化学性质
1) 氧化作用下乙醇的变化
2C2H5OH+O2→2CH3CHO+2H2O
C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O
CHOH+O2CO2+3H2O
2) 碱金属,碱土金属与乙醇的作用
2Na+2C2H5OH→2C5H5ONa+H2↑
Mg+2C2H5OH→C(C2H5O)2Mg+H2↑
3) 酸与乙醇的反应
CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O
4) 乙醇的脱水反应
CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O
2CH3CH2OHC2H5OC2H5+H2O
1.1.3生化性
乙醇能使细胞蛋白质凝固,尤以75%(体积分数)的乙醇作用最为强烈,浓度过高,细胞表面的蛋白质迅速凝固形成一层薄膜,阻止乙醇向内部渗透,作用效果反而降低,浓度过低则不能使蛋白质凝固[1]。
因此常选用75%(体积分数)的乙醇作消毒剂
乙醇易被人体肠胃吸收,吸收后迅速解放出热量。
少量乙醇对大脑有兴奋作用,数量较大则有麻醉作用,大量乙醇对肝脏和神经系统有害作用。
1.1.4质量标准
乙醇作为一种原料性的产品,其产品质量必须达到一定的标准。
通常,乙醇按含杂质多少分为:
无水乙醇、试剂乙醇、食用乙醇,医药乙醇,工业乙醇。
其食用乙醇国家标准如表1.1所示。
表1.1乙醇的质量指标表
项 目
特 级
优 级
普通级
色度/号
≤
10
10
10
乙醇/%(体积分数)
≥
96.0
95.5
95.0
硫酸试验/号
≤
5
10
60
氧化时间/min
≥
40
30
20
醛/mg/L
≤
1
3
30
甲醇/mg/L
≤
2
50
150
正丙醇/mg/L
≤
2
35
100
异丁醇+异戊醇/mg/L
≤
1
2
30
酸(以乙酸计)/mg/L
≤
7
10
20
酯(以乙酸乙酯计)/mg/L
≤
10
18
25
不挥发物/mg/L
≤
10
20
25
重金属(以Pb计)/mg/L
≤
1
1
1
氰化物(以HCN计)/mg/L
≤
5
5
5
1.2乙醇生产的意义及发展史
1.2.1乙醇生产的意义
乙醇是可再生能源,若采用小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳,在数量上基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。
发展乙醇不仅可以促进农业的可持续发展,并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂,减少工业大气污染,保护环境,同时也可缓解原油进口的压力。
根据我国《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》,“十一五”期间,我国将生产600万吨生物液态燃料,其中燃料乙醇500万吨,生物柴油100万吨;到2020年,生产2000万吨生物液态燃料,其中燃料乙醇1500万吨。
如果完全用玉米来生产,按照1:
3.3比例计算,2010年对玉米的需求将达到1650万吨,2020年将达到4950万吨,加上其他工业消费对玉米需求的增长,未来我国玉米生产将难以满足燃料乙醇生产的工业化需求,完全使用玉米生产燃料乙醇在我国并不现实。
随着陈化粮食逐步消耗殆尽和玉米价格节节攀升,考虑到玉米生物乙醇的发展可能威胁到国家的粮食安全,为此,2006年起国家停止新批玉米燃料乙醇企业,并大力鼓励发展非粮食作物为原料开发燃料乙醇。
所以以非粮作物为原料生产乙醇有着广阔的市场前景,对解决日益紧迫的液体燃料短缺问题具有极其重要的意义。
1.2.2乙醇生产的发展
1)生产技术的现代化
新中国成立前,我国乙醇工业的规模很小,生产工艺均为间歇式,以麦芽作淀粉糖化剂,原料不经粉碎,淀粉利用率只有60%左右。
20世纪50年代中期开始进行技术革新,首先在糖化剂方商采用微生物糖化剂代替麦芽,1964年推行机械通风制曲,随后普遍应用液体曲,1978年开发出高活力糖化酶新菌种(UV-11)进入20世纪90年代后逐步使用具有国际水平的耐高温X-淀粉酶和高转化率糖化酶。
在淀粉质原料的蒸煮、糖化工艺方面采用一级真空冷却连续糖化。
在发酵方面,出现了应用耐高温酵母、酿酒用活性干酵母(或鲜酵母)及固定化酵母的新工艺。
在蒸馏方面乙醇蒸馏的塔器配置从两塔、三塔/四塔、五塔发展到八塔蒸馏,近年来差压蒸馏等新技术正在生产中推广应用。
50年来,我国的乙醇生产技术得到很大发展,淀粉利用率达90%以上,水平高的企业淀粉出酒率达55~56%;发酵液乙醇浓度由5%提高到10%左右;每吨乙醇耗煤从过去普遍在2吨以上降到1吨以
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