酒精工厂设计.docx
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酒精工厂设计.docx
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酒精工厂设计
第一章前言6
1.1产胡介绍:
6
1・2设计意义;6
1.3设计原则6
第二章生产流程的确定7
2.1工艺指标和基础数拥7
2.2工艺流程8
第三章工艺计算9
3・1物料衡算9
3.1.1原料消耗量计算(基准:
1吨无水乙醇)9
3.1.2发酵醪量的计算:
10
3.1.3成品与废醪量的计算10
3.1.4年产量为5力吨燃料洒粘的总物料衡算11
3.1.5稀释工段的物料衡算物料衡算12
3.2热屋衡算13
3.2.1发酵工段13
3.2.2蒸帼工段13
3.3供水衡算17
3.3.1精馆塔分凝器冷却用水17
3.3.2成品酒诺冷却和杂醇油分离器稀释用水18
3.3.3总用水量18
3.4其他衡算18
3.4.1供气衡算18
3.4.2供电衡算19
第四章设备计算19
4・1发酵设备设计19
4.1.1发酵鎌弈积和个数的确定19
4.1.2糖蜜储讎个数的计算20
4.1・3冷却而积和冷却装置主要结构尺寸21
4.2其它设备的计算和选型24
4.2.1蒸镭设备24
4.2.2换热器的选型24
4.2・3稀釋器24
第五章环保工程25
5.1废物总类25
5.2废物利用26
5.2.1废气处理27
第六章车间布置设计28
6.1车问布養设计28
6.1.1建筑基本原则28
6.1.2建筑基本要求28
29
6.1.3金厂总平面设计
29
6.2.1发酵设备
6・2.2蒸锢设备及其他设备29
第一章前言
1•1产品介绍:
乙醉俗称酒梢是一种无色透明、易挥发,易燃烧,不导也的液体。
冇酒的气味和刺激的辛辣滋味,微If。
相对分了质*46.07,分子式为C2H5OH,结构式IIII
II
为II-C-C-O-II分析纯级的无水乙醇是无色透明,易挥发,具冇特殊芳香
II
IIII和强烈刺激味的易燃液休。
相对密度0.7893,沸点78.3°C,
凝固点-117.3*0,闪点14C,自燃点390〜430°C,乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物,爆炸极限为3.3%〜19%(V)o
1-2设计意义
随着经济餡发展,究竟这种重要的工业原料被广泛用于化亍.、塑料、橡胶、农药、化妆品及军工等工业部门。
II右汕资源趋于缺乏、全球环境污染的口益加剧,各国纷纷开始开发新型能源。
燃料乙醉是冃前为止最理想的右汕替代能源,它的余产方法以发酵为匸菌种的优劣对发酵效果的影响北常犬,能够筛选出II冇优良性状的茵株及对菌株进行改良,对于降低牛产成木,乃至实现酒精的大规模工业化牛产,解决能源危机都有着重大意义。
在我国石汕年消费以1:
*的速度増长,2004年逬口原汕量超过1亿吨,足世界第二人的仃汕进口国。
我国燃料乙醉起步虽然较晚,但发展迅速,以成为继巴西美国Z后吐界第二人燃料乙醇生产国。
2001年4月,原国家计委发布了中国实施车用汽汕添加燃料乙酹的相关办法,同时国家质栄技术监許局颁布了“变性燃料乙醇”和“车用燃料乙醇汽油”2个国家标准。
作为试点,国家耗贸50余亿元建立4个以消化'‘陈化粮”为主要H标的燃料乙酚牛产企业。
2006年,我国燃料乙醇牛产能力达到102万t,已实现年混配1020万t燃料乙醇汽油的能力。
2002年车用汽汕消桂量山汽汕产重的87.9%,如果按1(M匕例添加生产燃料酒精换算,需要燃料酒精381万吨,而全年酒精总产最仅为20.7万吨,如果在不久将来,能用燃料酒精替代S00万吨等量的汽汕,就可以为我国节省、外汇15亿美元.在目前中国人均石油开采储量仅为2・6吨的低水平条件,开发新能源成为礼会发展,推动经济増K的动力,燃料酒带作为闪家战略部署的新型能源Z—,在我国具冇广阔的市场前気。
1.3设计原则
1、设计工作围绕工厂现代会建设,做到投资小,收效快•能在原基础上升级扩
大,便设计工作符合可持续发展战略,
2、设计尽掛结合实际,因地制宜.便用目前比较成熟的技术.确保设计可得到故大收益.
3、.1.厂设计需做到人性化为Mil作得合理的幻1,便只达到最佳的•工作效4
4、设计中还需注意环保问題,减少对厂区及兀側边环境的污染
5、对白己,木次设计是对白12大芳四年所学知识的一个俅合的运用和分析。
第二章生产流程的确定
2.1工艺指标和基础数据
1、生产规模:
50000血
2、牛产方法:
单浓度连绩发酵、差H;.式二塔燕锚、吸附脱水技术
3、生产天数;每年250天
4、酒将口产量:
2001
5、酒精年产量:
499981
6、別产品年产塑:
次级酒精占酒精总量的2%
7、杂酹汕挝:
为成品酒耕站的0.3%
久产品质量:
燃料酒梢[乙醇含量为99.5%("v)]
9、糖蜜原料:
含可发酵性糖50%
10、发酵率:
90%
11、热怖率:
98%
12、发酵周期:
48小时
13、发酵温度:
28〜34°C
14、硫酸钱用ft:
lKg/t®蜜
15、硫酸用量:
5Kg/t糖蜜
16、酒精质帯标准根据国家标准牛产《见表1-1》
第二章生产流程的确定
2.1工艺指标和基础数据
1、生产规模:
50000t/a
2、生产方法:
巾浓度连续发酵、歪压式二塔蒸制、吸附脱水技术
3、生产犬数:
每年250天
4、酒精日产量:
200l
5、酒精年产量:
49998(
6、副产乩年产量:
次级酒精山酒精总竜的2%
7、杂醇汕量:
为成品酒精量的0.3%
8、产品质量’罐料酒将[乙禅含量为99.5%(v/v)]
9、糖蜜原料:
含可发酵性衲50%
10、发酵率:
90%
11、蒸惘率:
98%
12、发酵周期,48小时
13、发酵温度:
28〜349
14、硫腹钱用量:
lKg/t糖密
15、硫酸用量:
5KgA糖密
16、酒椿质H标准根执:
国宋标准牛产〔闪.农1-1)
茨1-1无水洒梢质GB678—90
检验项H
计fit单位或符号
产品等级
优级
分析
化学
乙醉
%(V/V)>
998
99.7
99.5
密度(20*0
g/ml
0.789-
0.791
0.789・
0.791
0.789-
0.791
与水混合试验
合格
蒸发残渣
%
0,0005
0.001
0.001
水份
%(v/v)
0.2
0.3
0.5
mmol/100g
0.02
004
0」
緘度(以0H计)
mmol/lOOg
0.005
0.01
0.03
%
0.02
005
0.2
异丙醉
%
0.003
0.01
0.05
備堆化合物(以
CO计)
%
0.003
O.(X)3
0.005
还原高岳股钾
物质(以0il)
%
0.0()025
0.00025
0.0006
外观
清淤透明
易碳化物质
合格
2.2工艺流程
1、原料的倾处珅包括添加絮凝剂、静止澄消、加酸等过程;
2、椭密柿释采用连续稀释:
3、酵母苗发酵
4、分离纯化本
5、生产工艺流程图(见图2-1)
图2-】
3.1物料衡算
3.1.1原料消耗量计算(基准:
1吨无水乙醇)
1、旃蜜原料牛•产酒精的总化宁反应式为;
C|2H22Oh-I-H2O->2C0H12O6->4C2H5OH4-4CO2T
342360184176
X1000
2、生产lOOOKg无水酒箱的理论蔗糖消耗童:
lOOOx(342-184)=1858.7(kg)
3、牛产lOOOKg燃料酒将(燃料酒将中的乙恥99.5%“以上,相当于99.18%“)的理论廉糖消耗量:
185X.7>99.18%=1843.5(kg)
4、生产lOOOKg燃料酒精实际观常消耗竜(先产过程中鮒3率为98囑,发酸率为90%):
1&43.598%十90霜■2090(kg)
乳生产lOOOKg燃lUMfiW蜜廉料消衽垃(穂京原料含可发裁竹Wl50%):
2090-50^=4180(Kg)
6、牛•产lOOOKg无水酒将量(抑除蒸18损失生产1000kg无水酒精耗糖赏量为):
1X5X.7-90%+50%=4130.4(kg)
3.1.2发酵醪最的计算:
酒俅培养和发酵过穆放出••血化碳僞为:
1000x99.18%xI76=968
98%I
巾浓度酒将连续发时」.艺.把育固形物88%的椭峨稀释成浓度为25%的怖椭液经连秋稀释器可御稀糖液精为:
4180切5%/25囑三14212(kg)
即发酵18墩为:
14212煌
酒母擀殖和发酵过程中放出968Kg的二氧化碳,flMffi捕块器怖酒将为发酵協就的6%・则憑徭发龄恨的辛为:
|
(14212-968)x(1.00»6%)=14039(kg)
蒸屈发8F成熟醪的酒帝浓度为;
1000x99.18%
98%x14039_“
3」.3成品与废醪量的计算
枷童总料杂朋油产載约为成品酒精的0.257135%,以03%计,则朵幡汕量为1000,0.3%=3(kg>
隈液进丽温度为ii=55*C,塔底扌1腭温度为(4=850成熟酸酒将浓度为Bi=7.l4%,JS顶上丿I蒸汽的酒裕浓度50%(v)W42.43%(w),牛产lOOOKg洒粘则
酸塔匕升蒸汽城为:
VJ-1^1039x7.14%-42.43%-2363(kg)
歿爾液辛为:
Wx=l4039-2363=11676(kg)
成熟醪第比热容为:
C|=4.18x(1.019-0.95B))
=4.18x(1.019-0.95x7.14%)
=3.98[KJ/(Kg-K)]
成熟醪带入塔的热重为:
Qi=F|Citl=14039x3.98x55=3.08x106(KJ)蒸簡残液内同形物浓度为:
煎锢残留液的比热:
C,=4」8(1-0.378〃J=4.18x(1-0.378x&59%)=/(級•K)]
塔底歿留液带出热量为:
a=WyC\匕=11676x4.()4x85=4.01x106(/CJ)
查附录得42.43%酒精念汽対为2O45KJ/Kg。
故上升蒸汽带出的臺为:
Q,=V,/=2363x2045=4.83xlO6(/fJ)
塔底真空度为-0.05MPa(表压),蒸汽加热熔为2644KJR&,又蒸TS过程热损失
Qn可取传递总热盘的1%,根据热垢衡算,可得消耗的蒸汽屋为:
=2542(如
D_03+04+2-04$3x10。
+4.01x10"-308x10。
1'f~CwtA~(2644-4.18x85)x99%
若采用f(接蒸汽加热,则塔底排出废醪量为:
lVy+D,=11676+2542=14218(kg)
3.14年产量为5万吨燃料酒精的总物料衡算
工厂年开工为250大。
U产产品酒精量:
50000/250=200(t)
每小时酒带量:
2001000十24=8333(Kg)=8.333
(1)
实际年产撮(次级酒精忽略不计):
8.333*24x250=49998(t/a)主要原料椭蟹用最:
日耗量:
4180x200=836000(kg)=836(t)
年耗熱836只250=2.09幼0' 每小时产次级酒胳8333*(2: 98〉-170.06(kg) 实际年产次级酒精: 170.06x24x250=1020360(Kg)=1020.36(t/a) 麦3-1200000ta衲蜜原料酒持厂物料衡算我 物料衡算 生产 1000Kg99.5% 酒精物料量 每小时 (Kg) (t) 每年 (t) 燃料酒精 1000 8333 200 49998 糖蜜原料 4180 34833 3344 209000 次级酒精 20 167 4 1000 14212 118432 2842.4 710600 煞懈发酵醪 14039 116991 2807.8 701943 杂醉汕 3 25 0.6 150 一・氧化碳 968 8067 193.6 484000 醪塔废穆虽 14218 118482.2 2843.6 710893 3.1.5稀释工段的物料衡算物料衡算 糖蜜稀释用水培C以碌牛•产1000kg酒精计算) 朋禅成25%稀糖液用水重为: W|=14212-4180=10032(leg) 则牛产5万吨酒精每小时需要林释用水M: 10032X83334-1000=83597(kg/h)生产5万吨酒耕一年需要的稀释用水屋: 10032X50000=5.02x10'(t/a)营养盐添加量 选用氮就21%的硫酸饺作为氮源,每吨糖蜜添加IKg,则每牛产1000kg酒精: 硫酸钱年耗量为: 4180x1=4180(kg/a)=41.8(t/a) LI耗星: 4180-250=16.72(kg/d) 每小时耗量: 16.72-24=0.7Ckg/h) 则生产20万吨酒精一年需要硫酸饺用量: 4.18x500002.09x10’(Va) 3、硫酸用量) 杯释酒母林糖液用酸5Kg/t耕蜜: 年用量: 4180x5=20900(kg/a)=20.9(t/a) H用気: 209004-250=83.6(kg) 每小时用量;83.6宁24=3.5(kg/h) 则生产20万吨酒精硫酸用輦: 20.9x50000=1.05xl0x 表3・2稀释丁段各物料用最(5力吨产協计算) 物料 用量(t/a) 糖蜜稀释用水量 5.02x10s 营养盐添加童 2.09x105 硫酸用疑 1.05x108 3.2热量衡算 3.2.1发酵工段 规牛•产500()0t/a>要每小时投入擀蜜审34833kg/h,则无水酒精暈为: 43833x10004-4130.4=8433.4(kg/h) 以葡萄糖为碳源,酒母发酵毎牛成Ikg酒精放出的热量约为II70KJ左右,则发酵和培养酒母每小时放出的热握为: 0=1170x33733.6=9.87x1()6(KJ/h) 发储酒毋冷却水初心=20°C,终温<2=27-C,平均耗水量为: 酒母酒粘捕集用水为: (待蒸他发酵裁液曲为F=116991kg/h)5%F-1.06=5%x116991一1.06=551&4(kg/h) 发酵洗罐用水为: (何15天洗一次) 1%F-1.06=1%X233983.3-1.06=4414.7(kg/15天) 则在发酵I•段总用水彊W如丄沪5518.4+4414.7+337321=347254」(kg/h) 3.2.2蒸f留工段 按采用差压蒸制两塔流程计算,进醪塔浓度为7.14%,出醪塔酒精憑汽浓度为50%. U醪塔 熔液预热金55C,进入碾塔蔗懾,酒構质靖分数为7.14%・沸点92.4-C,取上升蒸汽浓度为50%(v),W42.4356(w).塔顶温度75匕塔底温度85匸・则塔顶卜.升燕汽热焙钳22()45刚傀,加块蒸汽取O.O5MPa绝对丿I;.力,则阳小熔VIi=2644KJ/kg, 总物料 £十0=必十W、十0田」F,=V,+Wx2-1 酒帝衡算朮: F耳川=+(W*+D|)aw|2~2 式中: "l成熟发醉醪内#f辆含母: [%(W)],“产7.14%・ 力一塔顶上升蔬汽中洒帝浓度[% Xah—塔底冊出废梢内的酒将浓度[%(W)],用底允许逃洒在0.04%以下.取w=0・04%•热杲衡算式: FQ儿+D,/.=叩)•(叫G)5+Q泌2-3 &Cn=3.98KJ/(kgh),Cu^.04KJ/(kgk),Ce-4.18KJ/(kgk),并取热损失Qni-I^DjIi.Ih-55V,响&5匸,Erl16991(k©h)联解2・l、2-2.2・3求得 V|=19575fkg/h>,WX=974I6(kgTh),D产21296(kg4i)一册能塔采用肚接薇汽加热•塔底騁排狛帛为: G|»Wx+Di=974l6+21296-118712(kg/h) 农3-3年产5力哋酒帮厂蒸谓工段醪塔物料热量汇总表 进入系统 离开系统 项目 物料(kg/h) 热量(kj/h) 项H 物料(kg/h) 热量(kj/h) 成熟 醪 Fi 116991 FiCfJfi 2.55x|07 蒸ta残液 Wx 97416 WxCwtwi 3.35“0; 加热蒸汽 Di 21296 D|I( 5.53H07 上升蒸汽 Vi 19575 Vni 4xJ07 加热 蒸汽 Di 21296 DjtwiCc 7.57x106 热损失 Qnl 5.53x10’ 累计 138287 &08x107 累计 138278 &16xl07 2.ffita塔 塔顶温度105・C,塔底130*C,进汽温度130C,出塔浓度为96%(v),即93.84 %(w)° 出塔酒精量为: P=8333x99.18/93.84=8808(kg/h) 每小时醛酒量因为醛酒占出塔酒精的2%,则每小时的醛酒量为: A=2%><8808=176(kg/h) (3)Pr=P-A=8808-176=8632(kg/h) 在精制塔中,塔顶酒桔谯汽经粗儒塔底再沸器冷凝后,除冋流外,还将少竝酒精送到沁条塔再次提净。 据经验值,此少童酒精约为猜饰塔窗出塔酒精的2%左右,则其量为: Pc=P-x2%=8632x2%=173(kg/h) 酒将彼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呼汕分离器,这部分冷凝液称杂醇汕酒精,数呆为塔顶惴出塔酒将的2%左右,苴中包括杂曲油mu=0.3%F+A)=0.3%x8808=26(kg/h),故H=(PqPJx2%=(8632十173)x2%=8805x2%=176(kg^i) 在杂柠汕分离器内约加入4倍水稀释,分汕后的稀酒精用塔底的蒸锚废水经预热到tH=80eC,仍[叫入精協塔,这部分稀酒精量为: H,=(1+4)H-mu=5H-ma=5>176・26=854(lcg/h) (6)物料平衡: F2+D2+Hr=P'+Pc+H+D3+W'x 贝ij: W,x=F2+H,-P,-Pc-H =19575+854—8632-173-176 =11448(kg/h) (7)热童平衡: F2C„tR+D2I2+H、CHq+R(P°+PJtpCp =(R+1)(Pe+P'Jij+P*tPCP+HiH+(D2+W;)tW2Cw+Qh2 式中R-梢tS塔冋流比一般为3〜4,取3 12—ffira塔加热薮汽热會盘,0.6Mpa绝对压力,H=2652(kJ/h)如一为冋流稀酒精进塔温度tH=80°C C»—为杂醇汕分离器加酒精比热,稀酒精浓皮为: 二几(〃一叫)75.2%X(176-26)_叹 HH'854•%, 査得起比热为S=4.43KJ/(kgk),75.2%-为杂他汕酒稻的乘垢白分浓度,与液相浓度55%(v)相平衡。 tL出塔酒将的饱和温度(78.3°C) Cl岀塔酒精的比热,应为2.80[kJ/(kg.K)]iL塔顶上升蒸汽热含量,iz=l163.2(kJ/kg)in-杂fl? 油酒精祓汽热倉斌应为iH=1496(kJ/kg) Uv2—精询塔塔底温度,収130°C Cw取4.04KJ/(kgk) Qn2—梢槪塔热损失,Qn3=2%D2l2 Cfz—3塔酒将的比热,取Cfj=4」6(kJ/kg) tF2—ia料温度,取90°C W;上血养得ll448kg/h 计昴可得: D2=17241(kgni) 塔底推出的废水: G=D尹・17241+11448=2&689(kg/h) 讣尊蒸懦工段的蒸倔效率; 表2-4年产20力吨酒楮I厂蒸懦I•段榕湍焙物料热竝衡铮汇总表 进入系统 离开系统 项目 物料(kg/h) 热辛(kJ/h) 项目 物料(kg/h) 热量(kj/h) 脱醛 液 f2 19575 FzCrIr 7.33x106 96%泅精 8632 卩畑 1・89x10fc 加热蒸汽 d2 17241 d2i2 4.58xlO7 次级洒 P。 173 ■■ 稀酒精 H 854 HCntii 3.01xlO5 杂醇油酒精蒸 汽 II 176 Hiii 2.63M05 回流液 R(PF卩心 5.80x106 燕懾废水 Wt+D2 28689 (M+DJiwicwl・51x](f 上升蒸汽 — (RT)盼ni24.1Oxio7 热损失 Qn2 9.25xl05 累计 37670 5.92x107 累订 37670 5.92x107 3.3供水衡算 利用酒母发酵的冷却废水进行冷如,这样町以节省冷凝水用帛。 3.3」精谓塔分凝器冷却用水 精憐塔分凝器热量衡算冇: (&+1)(P'+PJi2=W^Cw(/mi,(R+l)(P'+Pc) W;; Cw(r〃3一切3) 精懈塔回流比R为3 塔顶上升蒸汽热焙i2=H63.2KJ/kg 冷却水进岀口温度如、[计取tiu=20*C,rH3=85*C Cw取4.04kj/kg 则精谓塔冷癡器冷却用水为: Wtwsra=1.56x10"kg/h 3.3.2成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水 成品酒将冷却使用2(rc的河水,根抑: 热呆衡算,耗水铢为: 二P'<7p("ip) kWb) Cp为成品酒椿比热容为2.90KJ/(kg-K) »、八为成品酒精冷却前后的温度,分别为78.330C b、几2为冷却水进出口温度,分别为2(TC、40°CCw=4.04KJ/(kg-K) 则成品酒Wi冷却水用盘为: W^=6.05xl04kg/h 在杂酹汕分离器内加入4倍的水稀释,则杯释用水越为: Wm迪分山=4H=4x176=704kg/h3.3.3总用水量 蒸镭车间总用水暈为: W毗⑴=W肋林+W刖+Wm迪汕=1.56x1()'+6.O5x|『+7()4=2.I8x|()5(kg/h) 表3-1各工段用水量及总用水址 工段 稀释工段 发酵丄段 蒸憾工段 用水重(kg/h) 83597 347254」 2.18x10’ 总计(kg/h) 6.49x10’ 3.4其
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