年產(chǎn)20萬噸燃料酒精工廠設(shè)計(jì)說明書 21672字 投稿：蕭寬寭

1、年產(chǎn)20萬噸燃料酒精工廠設(shè)計(jì)說明書 21672字 投稿：蕭寬寭 本設(shè)計(jì)的題目是年產(chǎn)20萬噸燃料酒精工廠設(shè)計(jì),屬于本科學(xué)士畢業(yè)設(shè)計(jì)。 目前由于美國次貸危機(jī)引起全球泛濫的金融危機(jī)正在繼續(xù)蔓延，影響著全球的經(jīng)濟(jì)，其中能源需求影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，縱觀整個(gè)20世紀(jì)，為了石油，世界各國之間就爆發(fā)了幾場“石油戰(zhàn)爭”，70年代開始，能源危機(jī)成為了各個(gè)國家急需解決的問題。由于石油的不可再生性和一些政治因素的影響，許多國家紛紛開始研究石油替代能源，利用廉價(jià)的糖源生產(chǎn)燃料酒精是解決世界能源危機(jī)的最有效途徑。生物物燃料乙醇作為可再生資源的重要組成部分在能源替代，改善環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2、隨著各國加大乙醇汽油應(yīng)用的力度，帶動(dòng)了世界燃料乙醇的產(chǎn)量逐年攀升。到2005年，世界燃料乙醇消費(fèi)總量已超過410億升，價(jià)值超過160億美元，大約占到世界汽車燃料消費(fèi)總量的1。最近幾年，由于石油價(jià)格的上漲，燃料乙醇的消費(fèi)增長也在提速。使用乙醇燃料中國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，目前中國已成為世界上繼巴西、美國之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和應(yīng)用國。2006年，中國燃料乙醇的生產(chǎn)達(dá)到144萬噸，燃料乙醇在中國具有廣闊前景。隨著國內(nèi)石油需求的進(jìn)一步提高，以乙醇等替代能源為代表的能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為中國能源政策的一個(gè)方向。我們廣西具有豐富的糖源-木薯，而且國家重視廣西生物能源的發(fā)展，把廣西打造

3、成最新的生物乙醇能源試點(diǎn)省份，于2008年4月15日廣西全區(qū)封閉銷售使用車用乙醇汽油，成為全國第一個(gè)使用非糧原料生產(chǎn)車用乙醇汽油的省區(qū)。在廣西發(fā)展非糧燃料乙醇產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的一項(xiàng)重要措施，其特殊的重要意義包括可以為全國發(fā)展以非糧為原料生產(chǎn)燃料乙醇積累經(jīng)驗(yàn)，可以緩解廣西燃油供應(yīng)緊張局面，調(diào)整廣西能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，可以減少汽車尾氣排放造成的污染，改善大氣環(huán)境，可以有效地促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)農(nóng)民增收和發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)。未來，中國政府還將繼續(xù)適度發(fā)展燃料乙醇行業(yè)。十一五期間，中國燃料乙醇的潛在市場規(guī)模將急劇擴(kuò)大。以中國四家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能來看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來國內(nèi)對(duì)燃

4、料乙醇的需求，燃料乙醇裝置產(chǎn)能擴(kuò)張不可避免。因此計(jì)劃到十一五末，國內(nèi)乙醇汽油消費(fèi)量占全國汽油消費(fèi)量的比例將上升到50以上，這意味著屆時(shí)中國燃料乙醇的產(chǎn)能和產(chǎn)量將會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。生物乙醇燃料的發(fā)展將成為我國的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)！ 第一章 總論第一節(jié) 設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物工程系2009年年度下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)。 第二節(jié) 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和原則一、設(shè)計(jì)工作圍繞著工廠現(xiàn)代化建設(shè)，力圖能使設(shè)計(jì)的工廠具有前瞻性，開創(chuàng)性，能在原來基礎(chǔ)上隨著時(shí)代發(fā)展而升級(jí)。二、對(duì)于自己來說，畢業(yè)設(shè)計(jì)能考察自己在大學(xué)四年學(xué)到的東西，并且將其綜合運(yùn)用，綜合分析，將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的工作中去，為以后的工作打下一定的基礎(chǔ)。三、

5、設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行，盡量符合任務(wù)書的要求，各種計(jì)劃進(jìn)程在任務(wù)書的可控范圍內(nèi)。四、工廠充分考慮現(xiàn)今的一些技術(shù)，設(shè)備，以及設(shè)計(jì)先進(jìn)理念，盡量做到人性化，環(huán)保化，為員工的工作和生活做出合理的安排，使工作效率達(dá)到最佳。五、設(shè)計(jì)盡量貼近實(shí)際，并且努力使其經(jīng)濟(jì)效益最大化，在各種設(shè)備選型中，合理考慮性價(jià)比和地區(qū)特性，不盲目追求新設(shè)備，新生產(chǎn)線。 第三節(jié) 設(shè)計(jì)范圍一、生產(chǎn)部門 1、生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)內(nèi)容包括發(fā)酵車間，粉碎車間，蒸餾車間等，并對(duì)其有關(guān)的物料，熱量，用水進(jìn)行計(jì)算。2、輔助車間輔助車間有倉庫（原料倉、成品倉，廢品倉），污水處理站等。3、動(dòng)力車間其中包括鍋爐房，變電站等。 4、品質(zhì)檢驗(yàn)研發(fā)和研發(fā)車間二、

6、行政管理和生活部門行政辦公樓，生活宿舍區(qū)，飯?zhí)?，廠工人體育活動(dòng)場所三、設(shè)計(jì)圖紙。圖紙包括工廠整體布置，生產(chǎn)車間布置圖，重點(diǎn)設(shè)備圖，生產(chǎn)流程圖，重點(diǎn)車間運(yùn)作圖。當(dāng)然，也包括一些輔助性的圖。 四、設(shè)計(jì)工廠規(guī)模為：年產(chǎn)量20萬噸 五、酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。見附表表1-1 無水酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB67890 檢驗(yàn)項(xiàng)目 乙醇 密度(20) 與水混合試驗(yàn) 蒸發(fā)殘?jiān)?水份 酸度 堿度(以O(shè)H計(jì))甲醇 異丙醇 羰基化合物(以CO計(jì)) 還原高錳酸鉀物質(zhì)(以O(shè)計(jì))外觀 易碳化物質(zhì)計(jì)量單位或符號(hào) %(V/V) g/ml % %(v/v) mmol/100g mmol/100g% % % %0.0005 0.2

7、0.02 0.005 0.02 0.003 0.003 0.00025 優(yōu)級(jí) 99.8 0.789- 0.791產(chǎn)品等級(jí) 分析 99.7 0.789- 0.791 合格 0.001 0.3 0.04 0.01 0.05 0.01 0.003 0.00025 清澈透明 合格0.001 0.5 0.1 0.03 0.2 0.05 0.005 0.0006 化學(xué) 99.5 0.789- 0.791 10 第四節(jié) 工藝技術(shù)指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1、生產(chǎn)規(guī)模:200000t/a2、生產(chǎn)方法:單濃度連續(xù)發(fā)酵、差壓式二塔蒸餾、苯法脫水技術(shù) 3、生產(chǎn)天數(shù):每年250天 4、食用酒精日產(chǎn)量:800t 5、食用酒精年產(chǎn)量

8、: 199998t6、副產(chǎn)品年產(chǎn)量:次級(jí)酒精占酒精總量的2% 7、雜醇油量:為成品酒精量的0.3%8、產(chǎn)品質(zhì)量：燃料酒精乙醇含量為99.5%(v/v) 9、糖蜜原料：含可發(fā)酵性糖50 10、發(fā)酵率：90 11、蒸餾率：98 12、發(fā)酵周期：48小時(shí) 13、發(fā)酵溫度：2834 14、硫酸銨用量：1kg/t糖蜜 15、硫酸用量：5kg/t糖蜜 第五節(jié) 生產(chǎn)工藝概述1糖蜜預(yù)處理有加酸法，加熱加酸法，添加絮凝劑澄清處理法 2 糖蜜稀釋采用連續(xù)稀釋法。3 主要蒸餾工段采用差壓式二塔蒸餾機(jī)組8，能有效利用熱能。4 我國酒精行業(yè)主要采用小型多泡罩塔、浮閥塔、斜孔塔、篩板塔、導(dǎo)向篩板塔等，本設(shè)計(jì)采用浮閥塔。5

9、 脫水干燥技術(shù)：96%的粗酒精變成99.5%的合格酒精其技術(shù)按照脫水方式主要有： （1）干燥材料吸水法 （2）萃取精餾法 （3）加鹽萃取法 （4）多塔蒸餾法 （5）分子篩脫水法 本設(shè)計(jì)采用生石灰吸水法。 6 發(fā)酵法采用連續(xù)發(fā)酵方式第六節(jié)生產(chǎn)設(shè)備概述1發(fā)酵罐和種子罐采用1000 m3 2稀釋采用連續(xù)稀釋器 3發(fā)酵采用連續(xù)發(fā)酵罐組4蒸餾設(shè)備采用差壓式二塔蒸餾機(jī)組 5干燥設(shè)備采用臥式網(wǎng)層生石灰干燥器 第七節(jié) 生產(chǎn)工藝流程7 圖1-1 生產(chǎn)工藝流程圖第八節(jié) 生產(chǎn)方法的簡單介紹一、單濃度糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵 7單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵時(shí)比較簡單的一種發(fā)酵工藝，所以本文采取這種工藝。工藝過程主要為：將蜜糖從蜜糖儲(chǔ)存

10、罐泵進(jìn)糖蜜槽，由于糖蜜中含有大量的灰分和膠體，不利于產(chǎn)品的濃度和酒精的發(fā)酵，特別是膠體的存在致使發(fā)酵過程產(chǎn)生大量的泡沫，影響發(fā)酵生產(chǎn)，因此要進(jìn)行預(yù)處理，本文中預(yù)處理采取添加絮凝劑澄清處理。經(jīng)過預(yù)處理的糖蜜經(jīng)稱量后進(jìn)入酸化罐，在酸化罐中添加營養(yǎng)鹽，并且按比例入硫酸酸化，酸化后的糖蜜經(jīng)過連續(xù)稀釋器進(jìn)行稀釋，加青霉素1u/mL殺菌，進(jìn)入儲(chǔ)罐，添加酒母后就進(jìn)入了連續(xù)發(fā)酵罐組發(fā)酵，成熟的醪液進(jìn)入醪塔，在醪塔中的酒精蒸汽經(jīng)過冷卻后進(jìn)入精餾塔進(jìn)行精餾，成為酒精含量為96%的粗酒精并且脫醛去除雜醇油，粗酒精經(jīng)過脫水干燥成為含量為99.5%酒精產(chǎn)品。 第九節(jié) 廠址選擇廠址初步定為南寧市郊西北附近，地處亞熱帶季風(fēng)

11、氣候。年平均氣溫21.7，年平均日照時(shí)數(shù)1660小時(shí)，年平均降雨量1300毫米，全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。 第二章 全廠物料衡算 第一節(jié) 全廠總物料概算一、糖蜜消耗量1、糖蜜原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為：C12H22O11H2O2C6H12O64C2H5OH4CO2 蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 176 2、生產(chǎn)1t（1000kg）無水酒精的理論蔗糖消耗量：1000（342184）1858.7（）3、生產(chǎn)1t（1000kg）燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）以上，相當(dāng)于99.18%（m）)的理論蔗糖消耗量：1858.799.181843.5（）4、生產(chǎn)1t（1000kg）食用

12、酒精實(shí)際蔗糖消耗量：生產(chǎn)過程中蒸餾率為98，發(fā)酵率為90，則實(shí)際蔗糖消耗量為：1843.598902090（）5、生產(chǎn)1t(1000kg)食用酒精糖蜜原料消耗量：糖蜜原料含可發(fā)酵性糖50%，故1噸酒精糖蜜消耗為： 209050=4180（kg）二、發(fā)酵醪量的計(jì)算11：100099.18176相應(yīng)酒母培養(yǎng)和發(fā)酵過程放出二氧化碳量為：=96898184采用單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，把含固形物88的糖蜜稀釋成濃度為2225的稀糖液。設(shè)稀釋成25的稀糖液：經(jīng)連續(xù)稀釋器可得稀糖液量為：418085/25=14212（kg） 即發(fā)酵醪量為：14212kg酒母繁殖和發(fā)酵過程中放出968kg的二氧化碳，則蒸餾發(fā)

13、酵醪的量為：（14212-968）（100+6）=14039（kg） 其中酒精捕集器稀酒精為發(fā)酵醪量的6100099.18=7.14 蒸餾發(fā)酵成熟醪的酒精濃度為：9814039 三、成品與廢醪量的計(jì)算8、11采用差壓蒸餾兩塔流程蒸餾。糖蜜原料雜醇油產(chǎn)量約為成品酒精多0.250.35，現(xiàn)以0.3計(jì)，則雜醇油量為10000.3 =3（kg）設(shè)醪液進(jìn)醪溫度為t1=55，塔底排醪溫度為t4=85，成熟醪酒精濃度為B1=7.14，塔頂上升蒸汽的酒精濃度50（v）即42.43（w），生產(chǎn)1000kg酒精則1、醪塔上升蒸汽量為：V 7.14/42.43=2363（kg） 1=140392、殘留液量為：WX=

14、14039-2363=11676（kg） 3、成熟醪量比熱容為：C1=4.18（1.019-0.95B1） =4.18（1.019-0.957.14） =3.98KJ/（kgK） 4、成熟醪帶入塔的熱量為：Q1=F1C1t1=140393.9855=3.08106（KJ） 5、蒸餾殘液內(nèi)固形物濃度為：F1B1140397.14=8.59 B2=WX116766、蒸餾殘留液的比熱：C2=4.18(1-0.378B2)=4.18(1-0.3788.59)=4.04KJ/(kgK)7、塔底殘留液帶出熱量為：=WXC2t4=116764.0485=4.01106(KJ) Q48、查附錄得42.43酒精

15、蒸汽焓為2045KJ/kg。故上升蒸汽帶出的量為： Q3=V1i=23632045=4.83106(KJ)塔底真空度為-0.05MPa（表壓），蒸汽加熱焓為2644KJ/kg，又蒸餾過程熱損失Qn可取傳遞總熱量的1，根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為：Q3+Q4+Qn-Q14.83106+4.01106-3.08106D1=2542(kg)I-CWt4(2644-4.1885)99若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為：WX+D1=11676+2542=14218（kg）四、糖蜜原料年產(chǎn)量為20萬噸燃料酒精的總物料衡算10設(shè)工廠年開工為250 天。日產(chǎn)產(chǎn)品酒精量：200000250800（t）每

16、小時(shí)酒精量：8001000/24=33333（kg）=33.333(t)實(shí)際年產(chǎn)量（次級(jí)酒精忽略不計(jì)）：33.33324250=199998（t/a） 主要原料糖蜜用量：日耗量：4180800=33440000（kg）=3344(t) 年耗量：3344250=8.36105（t）每小時(shí)產(chǎn)次級(jí)酒精：33333（2/98）=680.27（kg）實(shí)際年產(chǎn)次級(jí)酒精：680.2724250=4081620(kg)=4081.62（t/a）表2-1 200000t/a糖蜜原料酒精廠物料衡算表 生產(chǎn)物料衡算1000kg99.5%酒精物料量燃料酒精 糖蜜原料 次級(jí)酒精 發(fā)酵醪 蒸餾發(fā)酵醪 雜醇油 二氧化碳 醪

17、塔廢醪量1000 4180 20 14212 14039 3 968 14218每小時(shí)數(shù)量 （kg） 33333 139333 667 473728 467962 100 32266 473928.6每天數(shù)量 （t） 800 3344 16 11369.6 11231.2 2.4 774.4 11374.4每年數(shù)量 （t） 199998 836000 4000 2842372 2807772 600 193598. 2843572 第二節(jié) 酒精生產(chǎn)各工段的物料衡算和熱量衡算一、稀釋工段的物料衡算1、糖蜜稀釋用水量（以每生產(chǎn)1000kg(1t)酒精計(jì)算）稀釋成25稀糖液用水量為： W1= 142

18、12-4180=10032 (kg)則生產(chǎn)20萬噸酒精每小時(shí)需要稀釋用水量：1003233333/1000=334397 (kg/h) 生產(chǎn)20萬噸酒精一年需要的稀釋用水量：10032200000=2.01109（t/a）2、營養(yǎng)鹽添加量選用氮量21的硫酸銨作為氮源，每噸糖蜜添加11.2kg，取1kg，則每生產(chǎn)1000kg（1t）酒精：硫酸銨年耗量為：4180001=418000（kg/a）=418（t/a） 日耗量：418000/250=1672（kg/d）每小時(shí)耗量：1672/24=69.7（kg/h）則生產(chǎn)20萬噸酒精一年需要硫酸銨用量：418200000=8.36107（t/a） 3、

19、硫酸用量稀釋酒母稀糖液用酸5kg/t糖蜜：年用量：4180005=2090000（kg/a）=2090（t/a） 日用量：2090000/250=8360（kg）每小時(shí)用量：8360/24=348（kg/h）則生產(chǎn)20萬噸酒精硫酸用量：2090200000=4.18108表2-2 稀釋工段各物料用量（20萬噸產(chǎn)量計(jì)算）物料 糖蜜稀釋用水量 營養(yǎng)鹽添加量 硫酸用量 用量(t/a) 2.01109 8.36107 4.1810877二、發(fā)酵工段的物料和熱量衡算1、無水酒精量：扣除蒸餾損失生產(chǎn)1000kg無水酒精耗糖蜜量為： 1858.79050=4130.4（kg）現(xiàn)為了生產(chǎn)200000t/a，要

20、每小時(shí)投入糖蜜量139333kg/h，則無水酒精量為：1393331000/4130.4=33733.6（kg/h）2、酒母熱量11：以葡萄糖為碳源，酒母發(fā)酵每生成1kg酒精放出的熱量約為1170KJ左右，則發(fā)酵和培養(yǎng)酒母每小時(shí)放出的熱量為： Q=117033733.6=3.95107（KJ/h） 取工段發(fā)酵酒母冷卻水初tw1=20，終溫tw2=27，平均耗水量為：W酒母發(fā)酵Q3.95107=1349966(kg/h) 4.18(27-20)Ce(tw-t)1w2酒母酒精捕集用水為：（待蒸餾發(fā)酵醪液量為F=467962kg/h） 5F/1.06=5467962/1.06=22073.7（kg/

21、h） 發(fā)酵洗罐用水為：（每15天洗一次）1F/1.06=1233983.3/1.06=4414.7（kg/15天）則在發(fā)酵工段總用水量W發(fā)酵工段=22073.7+4414.7+1349966=1376454.4（kg/h）三、蒸餾工段的物料與熱量衡算11、12、13按采用差壓蒸餾兩塔流程計(jì)算，進(jìn)醪塔濃度為7.14，出醪塔酒精蒸汽濃度為50. 1、醪塔 4 圖2-1 醪塔的物料和熱量平衡圖醪液預(yù)熱至55，進(jìn)入醪塔蒸餾，酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.14，沸點(diǎn)92.4，取上升蒸汽濃度為50（v），即42.43（w）。塔頂溫度75，塔底溫度85。則塔頂上升蒸汽熱焓量i1=2045kJ/kg。加熱蒸汽取0.05M

22、Pa絕對(duì)壓力，則其熱焓量I1=2644KJ/kg。 總物料衡算：F1+D1=V1+WX+D1 即 F1=V1+WX 2-1酒精衡算式：F1xF1=V1y1+(WX+D1)xW1 2-2式中：xF1成熟發(fā)酵醪內(nèi)酒精含量（W），xF1=7.14。 y1塔頂上升蒸汽中酒精濃度（W），y1=42.43 。XW1塔底排出廢糟內(nèi)的酒精濃度（W），塔底允許逃酒在0.04以下，取xW1=0.04。熱量衡算式：F1CF1tF1+D1I1=V1i1+(WXCW+D1Ce)tW1+Qn1 2-3設(shè)CF1=3.98KJ/（kgh），CW=4.04KJ/（kgk），Ce=4.18KJ/（kgk），并取熱損失Qn1=1D

23、1I1，tF1=55，tW1=85，F(xiàn)1=467962（kg/h） 聯(lián)解2-1、2-2、2-3求得V1=78300（kg/h），Wx=389662（kg/h），D1=84830（kg/h） 一般醪塔采用直接蒸汽加熱，塔底醪排出量為：G1=WX+D1=389662+84830=474492（kg/h）表2-3 年產(chǎn)20萬噸酒精廠蒸餾工段醪塔物料熱量匯總表進(jìn)入系統(tǒng)物料（kg/h）項(xiàng)目 符號(hào)成熟F1 醪 加熱D1 蒸汽 84830 數(shù)量 467962熱量（kJ/h） 符號(hào) F1CF1tF1 D1I1數(shù)量項(xiàng)目離開系統(tǒng)物料（kg/h） 符號(hào) 數(shù)量熱量（kj/h） 符號(hào)數(shù)量 1.34108 1.60108

24、 3.14107 2.241061.02蒸餾WX108 殘液 2.24上升V1 108 蒸汽加熱D1 蒸汽 熱損 失389662 WXCWtW1 78300 84830V1i1 D1tW1Ce Qn1累計(jì)552792 3.26累計(jì)108 5527923.261082、精餾塔（1）粗酒精液相進(jìn)入精餾塔,塔頂溫度105，塔底130，進(jìn)汽溫度130，出塔濃度為96（v），即93.84（w）。出塔酒精量為：P=3333399.18/93.84=35230(kg/h)（2）每小時(shí)醛酒量因?yàn)槿┚普汲鏊凭?，則每小時(shí)的醛酒量為：A=235230=705(kg/h)（3）P= PA =35230- 705

25、=34525(kg/h) 圖2-2 精餾塔的物料和熱量衡算圖（4）在精餾塔中，塔頂酒精蒸汽經(jīng)粗餾塔底再沸器冷凝后，除回流外，還將少量酒精送到洗滌塔再次提凈。據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，此少量酒精約為精餾塔餾出塔酒精的2%左右，則其量為：Pe=P，2%=345252%=691（kg/h）（5）酒精被加熱蒸汽汽化逐板增濃,在塔板液相濃度55(v)出汽相抽取部分冷凝去雜醇油分離器,這部分冷凝液稱雜醇油酒精,數(shù)量為塔頂餾出塔酒精的2左右,其中包括雜醇油m0=0.3(P+A)=0.3%35230 =106(kg/h),故H=(P+Pe)2=（34525+691）2=352162=704(kg/h)在雜醇油分離器內(nèi)約加入4

26、倍水稀釋,分油后的稀酒精用塔底的蒸餾廢水經(jīng)預(yù)熱到tH=80,仍回入精餾塔,這部分稀酒精量為: H= (1+4)Hm0 = 5Hm0=5704-106=3414(kg/h) （6）物料平衡:F2 + D2 + H= P+ Pe + H + D3 + Wx則: Wx = F2 + H-P-Pe -H =78300+3414-34525-691-704 =45794 (kg/h) （7）熱量平衡:F2CF2tF2+D2I2+HCHtH+R(Pe+P)tPCP)tW2Cw+Qn2 =(R+1)(Pe+P)i2+PtPCP+HiH+(D2+WX式中 R精餾塔回流比一般為34，取3I2精餾塔加熱蒸汽熱含量

27、，0.6Mpa絕對(duì)壓力，I2=2652(kJ/h) tH為回流稀酒精進(jìn)塔溫度tH=80CH為雜醇油分離器稀酒精比熱，稀酒精濃度為：xH=xH(H-m0)75.2(704.60-105.69)=13.20，H3417.31查得起比熱為CH =4.43KJ/（kgk），75.2為雜醇油酒精的重量百分濃度，與液相濃度55（v）相平衡。tP出塔酒精的飽和溫度(78.3)CP出塔酒精的比熱，應(yīng)為2.80kJ/（kg.K） i2塔頂上升蒸汽熱含量,i2=1163.2 (kJ/kg) iH雜醇油酒精蒸汽熱含量,應(yīng)為iH=1496(kJ/kg) tw2精餾塔塔底溫度，取130Cw取4.04KJ/（kgk）Qn

28、2精餾塔熱損失,Qn3=2%D2I2CF2進(jìn)塔酒精的比熱，取CF3=4.16(kJ/kg) tF2進(jìn)料溫度，取90 Wx上面算得45794kg/h 計(jì)算可得：D2=68962(kg/h) 塔底排出的廢水：G=D2+W，x= 68962+ 45794=114756（kg/h）計(jì)算蒸餾工段的蒸餾效率： hP=xPP93.13%35229.83=98.196% xF1F17.14%467962表2-4 年產(chǎn)20萬噸酒精工廠蒸餾工段精餾塔物料熱量衡算匯總表進(jìn)入系統(tǒng)項(xiàng)脫醛液 加熱離開系統(tǒng)項(xiàng)目96酒精物料（kg/h）7830068962熱量（kJ/h） 符號(hào)數(shù)量物料（kg/h） 符號(hào) 數(shù)量P Pe熱量（k

29、j/h） 符號(hào)PCPtP 目 符號(hào) 數(shù)量F2 D2數(shù)量7.57106 F2CF2tF2 2.93107 D2I21.83108 次級(jí)34525 691稀酒精 回流液1.21 106雜醇油酒精蒸汽 蒸餾廢水 上升蒸汽 熱損失1.05106 6.03107 1.64108 3.70106H3414HCHtHR(Pe+ P)CptpH 704 114756 HiH 2.32107Wx+D2(Wx+D2) tW 2Cw (R+1) (Pe+ P) i2 Qn2累計(jì) 150676 2.40108累計(jì) 150676 2.401084、脫水工藝流程8、9圖2-3 石灰干燥器簡單示意圖采用生石灰法，將精餾塔塔

30、頂蒸汽引到臥式干燥其中，如干燥器設(shè)備圖。干燥器中上部由密孔篩網(wǎng)盛放生石灰，最下面一層又金屬板承接。干燥器壁設(shè)置擋板，增加接觸面積。由于生石灰便宜，而且在后續(xù)的污水處理中，可將使用過的生石灰按照程序設(shè)定投入污水池。干燥器采用并聯(lián)三個(gè)，再串聯(lián)一個(gè)的比例布置。 第三章 供用水衡算 第一節(jié) 蒸餾車間用水一、醪塔冷卻用水10 利用酒母發(fā)酵的冷卻廢水進(jìn)行冷卻，這樣可以節(jié)省冷凝水用量。二、精餾塔分凝器冷卻用水10從精餾塔出來的酒汽，做為初餾塔再沸器的熱源，熱量衡算有： （R2+1）（P+Pe）i2= W精餾CW（tR為精餾塔回流比，取R為3Pe為回流入醛塔的次等酒的數(shù)量，由前面數(shù)據(jù)可得Pe =690.50k

31、g/h P=34525 (kg/h)i2為塔頂上升蒸汽熱焓量，i2=1163.2KJ/kgtH3、tH3冷卻水進(jìn)出口溫度，取tH3=20，tH3=85H3i（）（P，+Pe）2R+1-tH3）則W精餾分凝= CW(tH3-tH3)Cw取4.04kj/kg代入上式，則精餾塔冷凝器冷卻用水為：W精餾分凝=6.2410 kg/h5三、成品酒精冷卻用水成品酒精冷卻使用20的深井水，根據(jù)熱量衡算，耗水量為：W成品PCP(tP-tP)= CW(tH-t)2H2式中：P為34525 (kg/h)CP為成品酒精比熱容為2.90KJ/（kgK）tP、tP為成品酒精冷卻前后的溫度，分別為78.3、30 tH2、t

32、H2為冷卻水進(jìn)出口溫度，分別為20、40Cw=4.04 KJ/（kgK） 則成品酒精冷卻水用量為：W成品=2.4210kg/h5四、雜醇油分離器稀釋用水在雜醇油分離器內(nèi)加入4倍的水稀釋，則稀釋用水量為： W雜醇油分離=4 H=4704=2816kg/h六、蒸餾車間總用水量為：W蒸餾工段=W精餾分凝+W成品+W雜醇油分離=6.2410+2.4210+2816=8.6910（kg/h）555 第二節(jié) 總用水量表3-1各工段用水量及總用水量工段 用水量（kg/h） 總計(jì)（kg/h）稀釋工段 334397發(fā)酵工段 1376454.4 2.58106蒸餾工段 8.69105 第四章 供用汽衡算 由前面計(jì)

33、算所得數(shù)據(jù)可知蒸餾工段蒸汽消耗：DD1+D284830+68962153792（kg/h） 年耗蒸汽量為9227520009(kg)=922752(t)酒精廠平均蒸汽用量：酒精廠每小時(shí)平均蒸汽消耗量主要供給蒸餾工段，因此其消耗量由蒸餾量和損失組成，蒸汽總損失取蒸餾工段蒸汽消耗量的4%，則鍋爐需要蒸發(fā)量為：153792(100+4%)=159944kg/h=159.944t/kg使用熱值為4000大卡的煤，假設(shè)鍋爐效率為80%，則每噸煤能供生產(chǎn)使用50t新鮮蒸汽，則連續(xù)蒸餾煤消耗量為：1599445080=3998.6（kg/h）本設(shè)計(jì)選用的鍋爐為工業(yè)中壓 （1.475

34、.88Mp）中型（2075t）的煤粉鍋爐型號(hào)為YG80/3.82M7 蒸發(fā)量為80t/h，額定溫度為4509 第五章 供電衡算 參考我國糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)，設(shè)生產(chǎn)每噸酒精耗電40度，可估算酒精廠的用電：40200000=8106（度/年）=32000（度/日） 考慮到此值為估算值，所以乘以一個(gè)富裕系數(shù)為120：32000120=38400（度/日）=9.6106（度/年）9 第六章 設(shè)備計(jì)算與選型 第一節(jié) 發(fā)酵設(shè)備設(shè)計(jì)采用連續(xù)發(fā)酵方式，根據(jù)物料衡算結(jié)果可知，每小時(shí)進(jìn)入發(fā)酵罐的醪液體積流量為：473728kg/h，密度為1200 kg/m3。473728/1200=395m3/h14

35、進(jìn)入種子罐和1號(hào)發(fā)酵罐的醪液體積流0量為W：一、發(fā)酵罐容積和個(gè)數(shù)的確定15（1）種子罐個(gè)數(shù)的確定：為保證種子罐有足夠種子，種子罐內(nèi)醪液停留時(shí)間應(yīng)在12h左右，則種子罐有效容積為：V=39512=4740（m3）取種子罐裝料經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為80，則種子罐全容積為：V全=V/u=4740/80%=5925m3 取6000m3每個(gè)罐的容積為1000 m3，則種子罐個(gè)數(shù)為：6000/1000=6（個(gè)）(2)發(fā)酵罐體積。根據(jù)發(fā)酵罐現(xiàn)在的設(shè)備情況，從100 m3到500 m3，現(xiàn)在酒精廠一般采用300 m3，按照有關(guān)情況和指導(dǎo)老師建議，我采用500 m3，取H=2D，h1=h2=0.1D D為發(fā)酵罐內(nèi)徑，（m）

36、 H為發(fā)酵罐高，（m）h1、h2分別為發(fā)酵罐底封頭高和上封頭高，（m）發(fā)酵罐上均為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，下部為錐形封頭，為了計(jì)算簡便，假設(shè)其上下封頭近似相同，則V全=p4D2H+2p4D2(h1+1D)=500(m3) 6D=6.31m，H=12.62m，h1=h2=0.631m 發(fā)酵罐的表面積 圓柱形部分面積：F1=DH=3.146.3112.62=250m2由于橢圓形封頭表面積沒有精確的公式，所以可取近似等于錐形封頭的表面積：F2=F3=pDp6.312D()2+h2=6.31()+0.6312=32(m2) 22222發(fā)酵罐的總表面積：F=F1+F2+F3=250+32+32=314m2（3）

37、計(jì)算發(fā)酵罐數(shù)量：上面已經(jīng)寫到，我設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐規(guī)格為500 m3的規(guī)格，設(shè)總發(fā)酵時(shí)間為48小時(shí),設(shè)發(fā)酵罐數(shù)為N個(gè)，則發(fā)酵罐的有效容積 V有效=WT/N-公式(1)V全容積=V有效-公式（2） 式中W每小時(shí)進(jìn)料量；T發(fā)酵時(shí)間； N發(fā)酵罐數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一樣取發(fā)酵罐填充系數(shù)為=80%，則可以得到： 50080%=395(48-12)/N,計(jì)算得到：N=35.55個(gè))，則我們需要發(fā)酵罐N=36個(gè) 二、糖蜜儲(chǔ)罐個(gè)數(shù)的計(jì)算糖蜜儲(chǔ)罐采用1000m3規(guī)格：15天的糖蜜量為：V=334415=50160(t) 查得85Bx的糖蜜密度為1450 kg/ m3 則 V501601000/145034593（m3） 設(shè)

38、其裝料系數(shù)為80，則貯罐的全容積為： V糖蜜 34593/0.843241（m3） 43241/1000=43.241（個(gè)） ，取44個(gè)3三、冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸15（一）、總的發(fā)酵熱：Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=GSqQ3=Fa（ctw-tB)式中 G每罐發(fā)酵醪量（kg） S糖度降低百分值（）q每公斤糖發(fā)酵放熱（J），查得418.6J Q1主發(fā)酵期每小時(shí)糖度降低1度所放出的熱量Q2代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量，一般在5%6%之間，我們估算時(shí)采用5% Q3不論發(fā)酵罐處于室內(nèi)還是室外，均要向周圍空間散發(fā)熱量Q3，具體計(jì)算看后面。Q1=（467962/36）12418.61=6.53105（

39、KJ/h） Q2=5Q1=56.53105=3.27104（KJ/h）發(fā)酵罐表面積的熱散失計(jì)算：先求輻射對(duì)流聯(lián)合給熱系數(shù)，假定發(fā)酵罐外壁不包扎保溫層，壁溫最高可達(dá)32，生產(chǎn)廠所在地區(qū)夏季平均溫度為27,則：C(TW/100)4-(TB/100)4-tB+tW-tBac=a對(duì)+a輻=1.7tW4.88（273+35)/1004-（273+27)/1004=1.735-27+35-27 =8.35kcal/（m2hC）=35kJ/（m2hC）可得：Q3=31435(35-27)=87920(kJ/h)=8.80104（kJ/h）需冷卻管帶走的單個(gè)發(fā)酵罐冷卻熱負(fù)荷為：Q=Q1-Q2-Q3=6.531

40、05-3.27104-8.80104=5.323105(kJ/h) 總發(fā)酵熱為：Q發(fā)酵=5.32310536=1.92107(kJ/h) （二）、冷卻水耗量的計(jì)算W冷卻Q1.92107=6.55105(kg/h) CP(t2-t1)4.186(27-20)（三）、對(duì)數(shù)平均溫度差的計(jì)算Dtm=(tF-t1)-(tF-t2) tF-t12.3logtF-t2主發(fā)酵控制發(fā)酵溫度tF為30，按題意冷卻水進(jìn)出口溫度分別為：t1=20, t2=27Dtm=(30-20)-(30-27)=5.830-202.3log30-2715（四）、傳熱總系數(shù)K值的確定選取蛇管為水煤氣輸送鋼管，其規(guī)格為1144，則管的

41、橫截面積為：0.785（0.114-0.0042）=0.08321（m2）設(shè)罐內(nèi)同心裝蛇管，并同時(shí)進(jìn)入冷卻水，則水在管內(nèi)流速為：122312=0.41(m3/s)36000.083211000w=設(shè)蛇管圈的直徑為6.6m，并由水溫差得A=6.45(rw)0.8da2=4.186A(1+1.77)Rd0.2(0.411000)0.80.106=4.1866.45(1+1.77) 0.23.30.106=5505KJ/(m2hC)R為蛇管圈半徑，R=3.3mh） a1值按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取2700KJ/（m2故傳熱總系數(shù)為： K=1=1580kJ/(m2hC)110.0041+550527001881

42、6750式中 1/16750為管壁水污垢層熱阻（m2h）/kJ。 188鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)kJ/（m2h） 0.004管子壁厚（m） （五）、冷卻面積和主要尺寸Q1.92107F=2095.(m2)KDtm15805.8L=F2095.2=606(6m)pdcp3.140.110蛇管總長度為：式中dcp蛇管的平均直徑(m)確定一圈蛇管長度：L1=(2pR)2+h2=(p6.6)2+0.22=15.7(m) 式中R蛇管圈的半徑，為3.3mh蛇管每相鄰圈的中心距，取0.20m 蛇管的總?cè)?shù)為：NP=L/L1=6066/20.7=293(圈) 蛇管總高度：H=(NP-1)hP=(293-1)0.2=14

43、60(m) （六）、發(fā)酵罐壁厚1、發(fā)酵罐壁厚S15 S=PD+C(cm)2sj-P式中 P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取0.5MPa D發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=631cm sA3鋼的許用應(yīng)力，s=127MPa j焊縫系數(shù)，其范圍在0.151之間，取0.7 C壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3式中C1鋼板負(fù)偏差，視鋼板厚度查表確定，范圍為0.131.3，取C1=0.8mm C2為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm，雙面腐蝕取2mm，現(xiàn)取C2=2mm C3加工減薄量，對(duì)冷加工C3=0，熱加工封頭C3=S010，現(xiàn)取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） S=6310.5+0.28=2.06

44、(cm)21270.7-0.5根據(jù)發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，中國輕工業(yè)出版社，2006年。附錄的表17查詢可知：選用30mm厚A3鋼板制作。 2、封頭壁厚計(jì)算 S=PD+C(cm)2sj-P式中 P=0.5MPa ， D=631cm ， s=127MPa ， j=0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）S=6310.5+0.38=2.16(cm)21270.7-0.5選用30mm厚A3鋼板制作 （七）、進(jìn)出口管徑10、12 1、稀糖液進(jìn)口管徑：稀糖液體積流量計(jì)算：根據(jù)物料衡算結(jié)果可知，每小時(shí)進(jìn)入醪塔體積流量為473728，醪液密度為1200 kg/m3，則V=473728/1200=

45、395 （m3/h）稀糖液體積流量為395m3/h，設(shè)其流速為0.42m3/s，則進(jìn)料管截面積為： F物=Q395/3600=0.261（m2）V0.42F物0.785=0.261=0.578（m） 0.785F物=0.785d2，管徑d=取無縫鋼管58010，580mm578mm，可適用。 2、稀糖液出口管徑因?yàn)槌隹谖锪狭恳冗M(jìn)口物料量大些，按說出口管徑應(yīng)該比稀糖液進(jìn)口管徑大些，所以取60010無縫鋼管就可以滿足了。則取無縫鋼管60010 3、排氣口管徑取63012無縫鋼管。 （八）、支座選擇18由于發(fā)酵罐很大，總重量較大，選用裙式支座，并用鋼筋混凝土制做。第二節(jié) 其它設(shè)備的計(jì)算和選型一、蒸

46、餾設(shè)備6、8、17蒸餾設(shè)備采用差壓蒸餾兩塔系機(jī)組，充分利用了冷熱源之間過剩的溫差，使每個(gè)塔的塔底和塔頂間的溫差減少，也就是減少了有效熱能的損失。參照酒精蒸餾技術(shù)一書中的“上海酒精總廠差壓蒸餾兩塔系機(jī)組方案”，設(shè)計(jì)蒸餾機(jī)組如下：（1）醪塔：仿法國方形浮閥塔板，塔徑3000mm，22板，板間距500mm，塔高14800mm，裙座直徑3000mm，高5000mm；（2）精餾塔：仿法國方形浮閥塔板，塔徑2600mm，65板，板間距350mm，塔高26500mm，裙座直徑2600mm，高5000mm。二、換熱器的選型8換熱器標(biāo)準(zhǔn)換熱管尺寸252mm的不銹鋼,為正三角形排列,管間距t=32.同時(shí),管殼式換

47、熱器的制造簡單方便,相對(duì)投資費(fèi)用較低。三、脫水系統(tǒng) 四、酒精捕集器10為了便于管理和操作，整個(gè)發(fā)酵車間只需一只總酒精捕集器，這樣從整個(gè)工段而言塔負(fù)荷也比較穩(wěn)定，由于CO2中含酒精量變化不大，故沒有必要進(jìn)行板數(shù)的設(shè)計(jì)。五、稀釋器7、14選用立式錯(cuò)板糖蜜連續(xù)稀釋器。生產(chǎn)1t酒精需4180kg85糖蜜,密度為1450kg/ m3,1天需4180400=1672000kg，生產(chǎn)20萬噸酒精一天內(nèi)釋至25糖蜜用量得250=11369600kg,密度1200kg/ m3,初選糖蜜按照課本經(jīng)驗(yàn)選取流速為u=0.35m3/sV1=11369600/1200=9475m3又稀釋器的近似

48、體積等于：p4D2l=V式中 D為稀釋器的內(nèi)徑，（m） l=0.35243600=30240（m） 則 D1=49475=0.632m，取0.65m302403.14糖蜜輸送管，流速為0.10m/sV1=D1=1672000=1153.1m3145041153.1=0.58m 取0.60mp0.05243600表6-1 年產(chǎn)20萬噸酒精工廠設(shè)計(jì)主要設(shè)備一覽表 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9設(shè)備名稱 種子罐 發(fā)酵罐 醪塔 精餾塔 換熱器 酒精捕集器 稀釋器 糖蜜貯罐 鍋爐448 2 2 44 2 臺(tái)數(shù) 6 36 12規(guī)格與型號(hào) 1000 m3 500 m3 浮閥型=3m 導(dǎo)向篩板塔 管殼式換熱器泡罩板式 0.65m 1000 m3 YG80/3.82M7來源 訂購 訂購 訂制 訂制 訂購 訂制 訂制 訂購 訂購 第七章 車間布置設(shè)計(jì)10 第一節(jié) 建筑概述總平面布置根據(jù)風(fēng)玫瑰圖和等高線圖，場地形狀布置為矩形，地勢(shì)要求按等高線遞降布置，坡度3%。全年主風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)向。廠區(qū)總平面的布置采用聯(lián)合式布置形式。根據(jù)廠區(qū)所在地區(qū)的風(fēng)玫瑰圖的主風(fēng)向，把各有噪聲，地震和煙氣的生產(chǎn)車間按生產(chǎn)需要，進(jìn)行豎式排列布置，并布置在一區(qū)域，使各工序合理并接，并且減少對(duì)生活設(shè)施及公用設(shè)施的影響。生活設(shè)施和公用設(shè)施采用分離式