年产6万吨酒精工厂工艺设计40毕业论文41.docx

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年产6万吨酒精工厂工艺设计40毕业论文41

工厂设计概念课程设计

年产6万吨酒精工厂工艺设计

学院：

专业：

姓名：

指导老师：

化工与材料学院

生物工程

刘艳玲

学号：

职称：

周新明

高级工程师

中国·珠海

二○一四年十一月

诚信承诺书

本人郑重承诺：

本人承诺呈交的课程设计《年产6万吨酒精工厂工艺设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

本人签名：

日期：

年月日

年产6万吨酒精工厂工艺设计

摘要

本设计是年产6万吨酒精工厂工艺设计，以糖蜜味发酵原料，通过先进；高效的工艺技术对酒精工厂进行了模拟计算和设备选型，力求做到理论和实践相结合，以做到生产成本低，质量好，产量高的酒精。

设计包括：

从原料处理到发酵工艺；从设备选型到车间布置；最后到废物的处理及在利用。

主要应用除杂技术；酒精发酵技术；灭菌技术；精馏技术等技术，通过合理的物料衡算，耗能计算方法，对生产工艺进行合理的优化设计。

关键词：

酒精工厂；发酵；糖蜜；精馏

Annualoutputof60000tonsofalcoholfactoryprocessdesign

Abstract

Thedesignisanannualoutputof60000tonsofalcoholplantprocessdesign,usingmolassesflavorfermentationrawmaterial,throughadvancedtechnologyofthealcoholfactoryofthesimulationcalculationandequipmentselection,andstrivetoachieveacombinationoftheoryandpractice,inordertoachievelowproductioncost,goodquality,includes:

fromrawmaterialprocessingtothefermentationprocess;theselectionofequipmenttotheworkshoplayout;finallytowastetreatmentandutilizationin.Themainapplicationofimpurityremovaltechnology;alcoholfermentationtechnology;sterilization;distillationtechnology,throughthematerialbalanceandreasonablecalculation,calculationmethodforenergyconsumption,rationaloptimizationdesigntoproductionprocess.

Keywords：

Alcoholfactory；Molasses；Fermentation；Distillation

北京理工大学珠海学院

2011级本科生课程设计

任务书

题目：

年产6万吨酒精工厂工艺设计

专业学院：

化工与材料学院

专业：

生物工程

学生姓名：

指导教师：

周新明

一、主要研究内容：

本次设计的主要研究内容是选取糖蜜为原料，研究年产6万吨的酒精工艺流程，操作工艺，物料衡算和绘制发酵罐设计图。

侧重于酒精工厂发酵车间的设计。

二、主要任务及目标：

1、通过查阅酒精生产工艺的有关资料，熟悉目前柠酒精生产的基本工艺流程。

2、进行酒精发酵车间物料衡算和热量衡算等。

3、发酵车间设备选型。

4、发酵种子罐、发酵罐、贮罐的选型及大小尺寸的计算。

5、绘制发酵罐设计图。

6、撰写工艺设计说明书。

指导教师签字：

年月日

工作小组组长签字：

年月日

注：

本任务书双面打印，一式三份，学生、指导教师、专业学院各存档一份。

目录

摘要I

AbstractII

任务书III

目录V

1前言1

HH1

1.2研究目的1

1.3设计原则2

2设计说明3

2.1工艺指标和基础数据3

2.2工艺流程概述3

3原料的处理5

3.1原料及其来源5

3.2糖蜜的贮存5

3.3稀糖液的制备及处理5

3.3.1添加营养盐5

3.3.2糖液的灭菌6

3.3.3稀糖液的澄清6

4工艺流程7

5生产设备8

5.2设备计算8

5.2.1发酵罐容积和个数的确定8

5.2.2糖蜜储罐个数的计算10

5.2.3冷却面积和冷却装置主要结构尺寸10

5.3其它设备的计算和选型14

5.3.1蒸馏设备14

5.3.2换热器的选型14

5.3.3稀释器15

6工艺计算17

6.1物料衡算17

6.1.1原料消耗量计算（基准：

1吨无水乙醇）17

6.1.2酵醪液量的计算17

6.1.3成品与废醪量的计算18

6.1.4年产量为6万吨燃料酒精的总物料衡算19

6.1.5稀释工段的物料衡算20

6.2热量衡算21

6.2.1发酵工段的物料和热量衡算21

6.2.2蒸馏工段的物料和热量衡算21

6.3供用水衡算26

6.3.1精馏塔分凝器冷却用水26

6.3.2成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水26

6.3.3总用水量27

6.4其他衡算27

6.4.1供用汽衡算27

6.4.2供电衡算28

7车间设计29

7.1车间布置设计29

7.1.1建筑基本原则29

7.1.2建筑基本要求29

7.2车间内常用设备的布置29

7.2.1发酵设备29

7.2.2蒸馏设备及其他设备30

8废物处理及再利用31

8.1废物总类31

8.1.1污水废物31

8.1.2气体废物31

8.1.3固体废物31

8.2废物利用31

8.2.1废气处理31

8.2.2废水和废渣处理32

9结论33

参考文献34

谢辞35

附录36

1前言

1.1产品介绍

乙醇是一种有机物，俗称酒精，化学式为CH3CH2OH（C2H6O），结构式【1】见图1-1，是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。

有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。

乙醇液体密度是0.789gcm3（20C°），乙醇气体密度为1.59kgm3，沸点是78.4℃，熔点是-114.3℃，易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，能与水以任意比互溶。

能与水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶，相对密度（d15.56）0.816。

乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。

医疗上也常用体积分数为70%-75%的乙醇作消毒剂等，在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。

HH

▏▏

H▬C▬C▬O▬H▏

▏▏

HH

图1-1C2H5OH结构式

1.2研究目的

随着经济的发展，酒精这种重要的工业原料被广泛用于化工；塑料；橡胶，农药，化妆品及军工业部门。

且石油资源趋于缺乏，全球环境污染的日益加剧，各国纷纷开始开发新型能源。

燃料乙醇是目前为止最理想的石油替代能源，它的生产方法以发酵为主。

工业酒精是一种经济实用的清洁燃料。

如今能源的危机，以及农业的蓬勃发展，都使得工业酒精产业的重新崛起与迅速发展成为必然。

而酒精的生物发酵过程所需的条件温和，转化率高，而且环保无污染，可以说是工业酒精的最理想的生产方法。

发酵法生产酒精的能力将成为衡量国家经济实力的一种标准。

生物发酵是利用淀粉质原料活糖原料，在微生物的作用下生成酒精【2】。

酒精作为一种新能源，具有两个明显的优势：

可再生能源，无污染燃烧。

中国是一个石油净进口国，海关数据显示，2012年中国共计进口原油2.82亿吨，同比增加4.03%，而原油价格为97~105美元每吨。

两个数相乘，得出的是一个十分可怕的数据。

在大多数方面酒精拥有石油的性能，能产生足够的酒精，则可以大大减少石油的进口。

但是目前国内酒精生产量不足以与消耗量相平衡，每年仍需进口几百万吨酒精。

目前燃料酒精已作为国家战略部署的新型能源之一。

实现酒精的大规模生产，对解决能源危机有着重大的意义。

本设计即酒精工厂的模拟设计为了设计出最理想的酒精生产流程以及工厂，在国内具有广阔的前景。

1.3设计原则

（1）本设计工作围绕着工厂现代化建设，力图能使所设计的工厂具有前瞻性，且投资小，收效快。

（2）对自己而言，本次设计是对自己在湖北理工四年所学知识的一个综合运用和分析，将书本知识运用到实际的操作中去，为日后的工作打下夯实的基础。

（3）设计的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，绿色化，为员工的工作和生活做出妥善的安排，使其达到最佳工作效率。

（4）设计尽量因地制宜，并且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【3】。

2设计说明

2.1工艺指标和基础数据

（1）生产规模:

60000ta；

（2）生产方法:

单浓度连续发酵、差压式二塔蒸馏机组、生石灰吸水法；

（3）生产天数:

每年250天；

（4）酒精日产量:

240t；

（5）酒精年产量:

60000t【4】；

（6）副产品年产量:

次级酒精占酒精总量的2%（一般占成品酒的1.2%—3%，这里取2%）【4】；

（7）杂醇油量:

为成品酒精量的0.3%（一般占成品酒精多0.25～0.35﹪）【5】；

（8）产品质量：

燃料酒精[乙醇含量为99.5%（vv）]

（9）糖蜜原料：

含可发酵性糖50﹪

（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：

1kgt糖蜜

（15）硫酸用量：

5kgt糖蜜

（16）酒精质量标准根据GB678—2002

2.2工艺流程概述

（1）原材料（糖蜜）的预处理包括有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法【6】；

（2）连续稀释法稀释糖蜜

（3）制酵母

（4）酵母菌发酵、提纯

（5）发酵流程：

糖蜜→发酵用糖液→发酵→蒸馏→成品酒精

（6）具体生产工艺流程【7】见图1-2

图1-2生产工艺流程图

3原料的处理

3.1原料及其来源

糖蜜，是一种粘稠、黑褐色、呈半流动的物体，主要含有蔗糖，蔗糖蜜中泛酸含量较高，达37mgkg，此外生物素含量也很可观，容易掺入大豆糖蜜和糖蜜发酵液。

糖蜜 是制糖工业的副产品，组成因制糖原料、加工条件的不同而有差异，其中主要含有大量可发酵糖（主要是蔗糖），因而是很好的发酵原料，可用作酵母、味精、有机酸等发酵制品的底物或基料，可用作某些食品的原料和动物饲料。

制糖业的副产品之一。

制糖过程中,糖液经浓缩析出结晶糖后,残留的棕褐色黏稠液体。

属能量饲料,因味甜,多用作调味料。

按制糖原料不同可分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和淀粉糖蜜等。

各种糖蜜的营养成分有差异。

一般甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜以转换糖量表示,其总糖量分别为48.0%、49.0%;水分25.0%、23.0%;粗蛋白质3.0%和6.5%。

淀粉糖蜜是以谷物淀粉经酶水解后制造葡萄糖的副产品,以葡萄糖量表示,其总糖量50.0%以上,水分27.0%,粗蛋白量甚微。

3.2糖蜜的贮存

为了确保酒精生产线连续正常地进行，酒精工厂的仓库必需备有一定量的糖蜜，常备有供一个月左右生产酒精用糖蜜量；保持糖蜜的纯净，要求采用密闭容器保存糖蜜；糖蜜贮存罐的位置应处于方便运输和生产的地点；受到污染的糖蜜不宜过久贮存。

3.3稀糖液的制备及处理

考虑到糖蜜中的灰分、胶体物质等杂质多，有害微生物的污染，营养盐的缺乏以及适宜酸度的调整。

因此，在糖蜜稀释的同时，必须进行酸化、灭菌、澄清和添加营养盐。

间歇稀释操作法则是逐项进行。

目前中国糖蜜酒精工厂多采用连续稀释热酸法澄清处理糖蜜，把酸化、灭菌、添加营养盐和澄清同时一道进行。

糖蜜原料制作稀糖液及处理的流程为：

糖蜜→稀释→酸化→添加营养盐→灭菌→澄清稀糖液

3.3.1添加营养盐

为了保证酵母的正常生长繁殖和发酵，根据糖蜜原料的化学组分，必须在糖液中添加酵母所必需的营养。

工厂实践和甘蔗糖蜜的组分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要营养成分是氮素。

补充氮通常是以硫酸铵作氮源，用量为每吨糖蜜使用21%的硫酸铵1-1.2kg，即糖蜜用量的0.1%-0.12%。

3.3.2糖液的灭菌

糖蜜中常污染有大量杂菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸菌等产酸菌，为保证稀糖液的正常发酵，除加酸提高糖液酸度抑制杂菌生长繁殖外，还必须对糖蜜进行灭菌。

糖蜜常用的灭菌方法有：

化学灭菌法和物理灭菌法。

本实验采用物理灭菌法：

物理灭菌法具体操作是将糖液加热至80－90℃，并保持40min。

该方法除了灭菌外，还可使糖蜜中的胶体絮凝，使糖液澄清。

该方法要消耗大量的蒸汽，工厂一般不采用，只有糖蜜被严重污染时才采用此法予以灭菌。

3.3.3稀糖液的澄清

稀蔗糖溶液中的特定胶体物质，颜料，灰分和其它悬浮物，它们的存在对正常的酵母的生长，繁殖和发酵有害，应尽可能地除去。

其解决办法就是稀糖液的澄清。

糖蜜的澄清方法分为机械澄清法和加酸澄清法。

机械澄清法即压滤法和离心法，调节至pH值为3.7的酸化12小时，分离沉淀物，用离心机或压滤机，国内多数澄清是应用此方法。

4工艺流程

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，能有效利用热能。

4本设计采用浮阀塔。

5脱水干燥技术：

生石灰吸水法。

6发酵法采用连续发酵方式。

5生产设备

5.1设备选型

1发酵罐采用200m3

2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

6干燥设备采用卧式网层生石灰干燥器

5.2设备计算

采用连续发酵方式，根据物料衡算结果可知，每小时进入发酵罐的醪液体积流量为：

118433kg-Q1）（I-CWt4）

=（4.83×106+4.01×106-3.08×106）[（2644-4.18×85）×99%]

=2542（kg）

若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废液量为：

WX+D1=11676+2542=14218（kg）

6.1.4年产量为6万吨燃料酒精的总物料衡算

每小时产酒精量：

240÷24=10（t）

主要原料糖蜜所需量：

年耗量：

501.6×250=2.508×105（t）

每小时产次级酒精：

10×（2÷98）=0.20408（t）

实际年产次级酒精：

0.20408×24×250=1224.48（t）

糖蜜原料酒精厂物料衡算见表4-1

表6-160000ta糖蜜原料酒精厂物料衡算表

物料衡算

生产1000kg99.5%酒精物料量

每小时

（kg）

每天

（t）

每年

（t）

燃料酒精

1000

10000

240

60000

糖蜜原料

4180

41800

1003

250800

次级酒精

20

200

4.8

1200

发酵醪

14212

142120

3411

852720

蒸馏发酵醪

14039

140386

3369

842316

杂醇油

3

30

0.72

180

二氧化碳

968

9680

232

58082

醪塔废醪量

14218

142236

3414

853418

6.1.5稀释工段的物料衡算

（1）计算每生产1000kg酒精稀释糖蜜用水量

稀释成25﹪稀糖液用水量为：

则生产6万吨燃料酒精每小时稀释糖蜜需要用水量：

10032×10000÷1000=100320（kgtemperatureonstainpopulationofsaccharomycescerevisiae[外文期刊]2003（01）；

[11]贾树彪，李盛贤，吴国峰.新编酒精工艺学[M].北京：

化学工业出版，2004；[12]陈其斌（美）.甘蔗糖手册（下册）[M].北京：

中国轻工业出版社,1988：

1-574；

[13]马赞华.酒精高效清洁生产新工艺[M].北京：

化学工业出版社,2003:

1-273；

[14]张君，刘德华.世界燃料酒精工业发展现状与展望[J].《酿酒科技》.2004年[15]傅其军.燃料乙醇的发展前景[J].《广西轻工业》.2002年第12期：

6-10；

[16]江鸿，郭仁惠，张盼月等.酒精废水的回收利用与净化研究[J],《工业水处理》.1998年第05期：

44；

[17]邱树毅.《生物工艺学》[M].北京：

化学工业出版社2009:

1-219；

[18]戚以政.《生物反应工程》[M].北京：

化学工业出版社2009:

1-31

谢辞

为时两个星期的课程设计即将结束了，这也意味者我在北京理工大学珠海学院的大学生涯也即将结束，即将要进行最后的毕业设计。

在课程设计设计这段时间里，我得到了很大的自身提高，其中包含了对啤酒工艺知识的理解、工厂布局的设计还有对有关这方面书籍，文献的认识等等，这些都得益于老师和同学的大力帮助。

最后，要感谢大学里所有授予我知识的老师，还有帮助过我的同学，以及给予我无限支持的家人，在此也感谢北京理工大学珠海学院给予的帮助和支持。

附录

发酵设备

发酵车间设备分布图