以甘蔗為原料年產(chǎn)10萬(wàn)噸生物乙醇工廠設(shè)計(jì)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆應(yīng)用化學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)以甘蔗為原料年產(chǎn)10萬(wàn)噸生物乙醇工廠設(shè)計(jì)摘要生物乙醇是一種可持續(xù)發(fā)展的新型清潔能源，它能作為汽油的增氧機(jī)和調(diào)和劑，與汽油混合燃料時(shí)，能有效提高汽油的燃燒水平，對(duì)社會(huì)環(huán)境的傷害。本設(shè)計(jì)以甘蔗為原料，設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)10萬(wàn)噸生物乙醇的工廠設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)、分析和計(jì)算，完成工藝流程、設(shè)備選型、工廠設(shè)計(jì)等內(nèi)容。本設(shè)計(jì)采用的工藝流程為：?jiǎn)螡舛忍敲圻B續(xù)發(fā)酵法、雙塔差壓蒸餾法、吸附精餾法、分子篩脫水法等。工廠選址在原材料充足的廣西省南寧市。本設(shè)計(jì)主要的車間分布有：動(dòng)力車間、生產(chǎn)車間、輔助車間、倉(cāng)庫(kù)和公共設(shè)備。對(duì)于工廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染做了環(huán)保處理的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：生物乙醇；發(fā)酵法；糖蜜；環(huán)保AbstractBioethanolisanewtypeofcleanenergywithsustainabledevelopment.Itcanbeusedastheoxygenatorandblendingagentofgasoline.Whenitismixedwithgasoline,itcaneffectivelyimprovethecombustionlevelofgasolineandharmthesocialenvironment.Inthisdesign,sugarcaneisusedasrawmaterialtodesignaplantwithanannualoutputof100000tonsofbioethanol.Throughdesign,analysisandcalculation,completetheprocessflow,equipmentselection,plantdesignandothercontents.Thetechnologicalprocessadoptedinthisdesignis:singleconcentrationmolassescontinuousfermentation,doubletowerdifferentialpressuredistillation,adsorptiondistillation,molecularsievedehydration,etc.ThefactoryislocatedinNanningCity,GuangxiProvince,whichhassufficientrawmaterials.Themainworkshopdistributionofthisdesignincludes:powerworkshop,productionworkshop,auxiliaryworkshop,warehouseandpublicequipment.Environmentalprotectiontreatmentisdesignedforthepollutionproducedintheproductionprocessofthefactory.Keywords:Bioethanol;Fermentation;Molasses;EnvironmentalProtection目錄TOC\o"1-3"\h\u299611緒論 緒論1生物乙醇的背景和現(xiàn)狀國(guó)家的資源和能源是國(guó)家發(fā)展的基本。隨著近幾十年經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與生活水平的提高，人均的能源消耗逐年增大，人類所需的能源逐年增高?；剂夏茉纯萁叩膯?wèn)題非常明顯，與此同時(shí)也會(huì)造成環(huán)境污染、全球變暖等問(wèn)題加劇提升。所以發(fā)展可持續(xù)性的新能源是世界各國(guó)必然選擇[6]。生物乙醇的別名為酒精，也可以叫為汽油醇，其分子式為CH3CH2OH,指能有效控制汽油對(duì)環(huán)境空氣污染的可持續(xù)發(fā)展新型能源。生物乙醇的體積分?jǐn)?shù)要求在99.5%以上的無(wú)水酒精，它能作為汽油的增氧機(jī)和調(diào)和劑。將生物乙醇和汽油按一定比例進(jìn)行使用時(shí)，一是能作為可持續(xù)發(fā)展的新型能源供給使用；二是能有效提高汽油的燃燒水平，對(duì)社會(huì)環(huán)境造成最少的傷害。作為傳統(tǒng)的汽油，它的燃燒性能不是很高，從而排放出污染氣體對(duì)環(huán)境造成很大污染。在過(guò)去，為了提高汽油中的含氧量，各國(guó)都會(huì)選用甲基叔丁基醚（MTBE）為傳統(tǒng)的汽油添加劑。但隨著科學(xué)的進(jìn)步，有研究表明MTBE有著很強(qiáng)的毒性和一定的致癌性，并且這種添加劑很容易污染水源，如果人類不小心飲下這些污染的水源，將會(huì)對(duì)人體會(huì)造成很大的傷害。然而，為了有效的解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家研究出把生物乙醇與汽油按一定比例燃燒，因?yàn)樯镆掖己趿扛撸紵阅芎涂贡阅芎?，從而提高了汽油的辛烷值和其防爆性能，更能提高汽油的燃燒水平，讓汽車在排放過(guò)程中產(chǎn)生最少的污染氣體，對(duì)環(huán)境保護(hù)有著非常重要的意義。這項(xiàng)研究的核心是生物乙醇與汽油混合燃燒時(shí)產(chǎn)生的CO2可以被綠色植物有效的吸收，能有效的阻止全球變暖[4]。所以能說(shuō)生物乙醇是一種可持續(xù)發(fā)展的新型清潔能源。1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r在20世紀(jì)70年代時(shí)，最初開(kāi)始推廣生物燃料乙醇的是巴西和美國(guó)，再到后來(lái)其他各國(guó)都逐漸來(lái)效仿，意識(shí)到生物乙醇能作為一種車用燃料，并且這乙醇行業(yè)越發(fā)重視。到目前為止，據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界大約已經(jīng)有20多個(gè)國(guó)家都已經(jīng)全力投入生物乙醇行業(yè)中去。這個(gè)行業(yè)最為代表性的國(guó)家是巴西和美國(guó)。首先巴西現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上最大的可再生能源國(guó)之一，他們最主要的原材料是甘蔗，以甘蔗汁為原料生產(chǎn)一代生物乙醇。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，他們已經(jīng)從一代發(fā)展二代生物乙醇的制作，利用甘蔗渣開(kāi)發(fā)出二代生物乙醇。巴西靠著這強(qiáng)硬的生產(chǎn)技術(shù)確保其國(guó)家能作為世界上最大的生物乙醇生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)[3]。其次是美國(guó)，美國(guó)是靠推廣玉米為原材料生產(chǎn)生物乙醇，到現(xiàn)在已有差不多30年的時(shí)間，也是世界上第一生物乙醇生產(chǎn)國(guó)之一，據(jù)調(diào)查美國(guó)生物乙醇產(chǎn)量占全世界生物乙醇總產(chǎn)量的62.2%。在20世紀(jì)80年代初時(shí)，美國(guó)政府制定了一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃，叫“乙醇發(fā)展計(jì)劃”。到目前為止，經(jīng)過(guò)這段時(shí)間發(fā)展和創(chuàng)新，逐漸把乙醇行業(yè)產(chǎn)業(yè)化，而美國(guó)也穩(wěn)占世界上第一生物乙醇生產(chǎn)國(guó)的地位?；仡櫸覈?guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，相對(duì)來(lái)說(shuō)我國(guó)石油能源不足，政府對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題十分敏感，大力發(fā)展能夠替代石油能源的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)。在21世紀(jì)剛開(kāi)始的時(shí)候才開(kāi)始投入生物乙醇行業(yè)，相對(duì)于其他國(guó)家算是很遲推廣這行業(yè)，最主要在河南、吉林、安徽、黑龍江安排試點(diǎn)，四個(gè)試點(diǎn)加起來(lái)的生產(chǎn)能力可以達(dá)到102噸生物乙醇。隨著時(shí)間過(guò)去，我們國(guó)家在這個(gè)行業(yè)也取得了質(zhì)的飛越。到目前為止，我國(guó)已經(jīng)成為全世界第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)。我相信在未來(lái)我國(guó)的乙醇行業(yè)會(huì)給我們帶來(lái)更好的發(fā)展空間。1.3設(shè)計(jì)原則1）工廠設(shè)計(jì)要符合現(xiàn)代化建設(shè)，要盡量做到投資少和效益高，做到利益最大化。2）讓設(shè)計(jì)符合實(shí)際生產(chǎn)，因地制宜，用現(xiàn)代社會(huì)最先進(jìn)、最成熟的生產(chǎn)工藝。3）合理的工作制度讓設(shè)計(jì)達(dá)到最大的工作效益，確保本設(shè)計(jì)分工的可行性。4）在本設(shè)計(jì)當(dāng)中要注意生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生污染的問(wèn)題，要盡量對(duì)環(huán)境造成無(wú)污染。5）在本次設(shè)計(jì)中，我會(huì)運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的運(yùn)用和分析。2．工藝流程圖的選擇2.1工藝流程的參數(shù)1）生產(chǎn)規(guī)模：100000t/a2）工作天數(shù)：每年250d3）乙醇日產(chǎn)量：400t/d4）乙醇年產(chǎn)量：100002t/a5）生產(chǎn)方法：連續(xù)發(fā)酵法、雙塔差壓蒸餾法、分子篩脫水法6）次級(jí)乙醇產(chǎn)品量：占2%乙醇總量左右7）產(chǎn)生的雜醇油含量：占0.3%成品乙醇量左右8）產(chǎn)品達(dá)標(biāo)的質(zhì)量：生物乙醇，其中乙醇含量為99.5%體積分?jǐn)?shù)(v/v)?9）甘蔗原料：1000kg可榨汁700kg，蔗汁中可用性的發(fā)酵糖約為50%10）酒精的發(fā)酵率：90﹪?11）酒精的蒸餾率：98﹪?12）發(fā)酵所需的周期：48小時(shí)?13）發(fā)酵所需的溫度：27~35℃?14）硫酸銨所需量：5kg/t15）硫酸所需量:1kg/t16）根據(jù)乙醇國(guó)家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T679-2002見(jiàn)下表（1.1）：表1.1化學(xué)試劑乙醇GB/T679-2002表名稱分析純化學(xué)純乙醇（CH3CH2OH）的體積分?jǐn)?shù)/%≥95≥95色度/黑曾單位≤10—與水混合試驗(yàn)合格合格蒸發(fā)殘?jiān)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤0.001≤0.002酸度（以H+計(jì)）/（mmol/100g）≤0.05≤0.1堿度（以O(shè)H+計(jì)）/（mmol/100g）≤0.01≤0.02甲醇（CH3OH）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤0.05≤0.2丙酮及異丙醇（以CH3COCH3計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤0.005≤0.001雜醇油合格合格還原高錳酸鉀物質(zhì)（以O(shè)計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤0.0004≤0.0004易炭化物質(zhì)合格合格2.2工藝流程1）本設(shè)計(jì)采用單濃度蜜糖酒精連續(xù)發(fā)酵法[1]隨著乙醇行業(yè)的興起，我國(guó)酒精工廠最常用的單濃度蜜糖酒精連續(xù)發(fā)酵法，一般情況下是通過(guò)連續(xù)稀釋器來(lái)進(jìn)行稀釋的。通常來(lái)講稀釋器主要有兩種類型：一種是立式稀釋器，另外一種是沒(méi)有攪拌器的稀釋器。本設(shè)計(jì)選用前者，立式稀釋器：它主要是豎起來(lái)的圓筒形的管子，通過(guò)液體在截面積的不斷的變化，從而可以促使糖蜜和水充分混合，進(jìn)而達(dá)到稀釋的作用。2）糖蜜的預(yù)處理糖蜜的預(yù)處理，首先加入一定量的硫酸進(jìn)行酸化處理，主要的目的為防止其他一些雜菌的滋生，也可以讓其糖蜜中膠體物質(zhì)和大量的灰分沉淀。加酸的還可以調(diào)節(jié)糖蜜的pH，一般的pH范圍在4.0-4.5左右，也適合酵母的生長(zhǎng)，利于后期的發(fā)酵。之后在酸化罐可以加入一定量的營(yíng)養(yǎng)鹽，之后就可以進(jìn)行滅菌處理，可以加入適量的青霉素進(jìn)行殺菌。滅完菌后需要進(jìn)行澄清處理，然后就可以進(jìn)行發(fā)酵準(zhǔn)備以及后面一系列的步驟。3）通過(guò)查閱資料和文獻(xiàn)可知，本設(shè)計(jì)采用酵母菌。4）分子篩生產(chǎn)無(wú)水乙醇該方法是采用可以吸附普通酒精中的水分的沸石為分子篩，分子篩裝入塔中，當(dāng)95%~96%（體積分?jǐn)?shù)）酒精通過(guò)塔時(shí)，水分被吸附（吸附的3/4是水，1/4為酒精），當(dāng)分子篩塔被液流飽和后，轉(zhuǎn)入另一新塔，同時(shí)和塔再生，回收排出液流的酒精[16]。流程如下：通過(guò)分子篩法進(jìn)行脫水有下列優(yōu)點(diǎn)：①裝置有著熱量回收的作用，能更有效的利用熱能；②這個(gè)為全自動(dòng)裝置，減少了勞動(dòng)力的需求，利于操作；③資金少，使用快捷；④需要的能耗少，生產(chǎn)費(fèi)用低廉；⑤相對(duì)于取其他的能有效的防止污染環(huán)境。所以選用這種方法。5）具體工藝流程見(jiàn)下圖：（2.1）圖2.1生產(chǎn)酒精的工藝流程圖3.工藝計(jì)算3.1物料總覽3.1.1計(jì)算原材料的消耗量(基準(zhǔn)：1000kg無(wú)水乙醇)1）糖蜜生產(chǎn)酒精的總反應(yīng)方程式：CH12H22O11+H2O2C6H12O6+4C2H5OH+4CO2342360184176X10002）理論蔗糖消耗量（1000kg無(wú)水乙醇）：342÷184×1000=1858.7（kg）3）生產(chǎn)1000kg生物乙醇的理論消耗蔗糖含量（生物乙醇中的乙醇99.5%（v），相當(dāng)于99.18%（m））：1858.7÷99.18%=1843.5（kg）4）已知發(fā)酵率為90%，蒸餾率為98%，生產(chǎn)1000kg生物乙醇的實(shí)際消耗糖蜜含量：1843.5÷98%÷90%=2090（kg）5）生產(chǎn)1000kg生物乙醇的實(shí)際消耗甘蔗糖蜜含量：2090÷50%=4180（kg）6）生產(chǎn)1000kg生物乙醇的實(shí)際消耗甘蔗含量：2090÷50%÷70%=5971.4（kg）7）生產(chǎn)1000kg無(wú)水酒精，(已扣除了蒸餾部分)：1858.7÷90%÷50%=4130.4（kg）3.1.2發(fā)酵醪量的計(jì)算1）相應(yīng)酒母培養(yǎng)和發(fā)酵過(guò)程釋放CO2的量為：1000×176÷184×99.18%÷98%=968（kg）2）由設(shè)計(jì)可知采用單濃度連續(xù)稀釋法，把含85°Bx甘蔗糖蜜連續(xù)稀釋成22%~25%的稀糖液，一般情況下會(huì)設(shè)稀糖液濃度稀釋為25%。在經(jīng)過(guò)立式稀釋器稀釋后的糖密含量為：4180×（85%÷25%）=14212（kg）在此過(guò)程中，酵母在發(fā)酵繁殖過(guò)程中會(huì)釋放出968KgCO2，設(shè)其中發(fā)酵醪的6%為酒精捕集器稀酒精，則蒸餾發(fā)酵醪的量：（14212-968）×（1+6%）=13244×1.06=14039（kg）3）蒸餾發(fā)酵成熟醪的乙醇濃度為：1000×99.18%÷98%÷14039=7.14%3.1.3成品醪量與廢醪量的恒算查閱資料可知，生產(chǎn)生物乙醇過(guò)程中所產(chǎn)生的雜醇油占成品乙醇的0.25%~0.35,%，這里取0.3%計(jì)算，得出雜醇油為：1000×0.3%=30（kg）在醪塔設(shè)置參數(shù)時(shí)，已知乙醇濃度為B1=7.14%、蒸汽的乙醇濃度為50%（體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)于42.43%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）?，F(xiàn)在設(shè)醪液進(jìn)入醪塔時(shí)溫度T1為60℃，醪液排出塔底時(shí)的溫度T4為90℃，所以生產(chǎn)1000kg乙醇有：1）醪塔上升蒸汽量為：V1=14039×7.14%÷42.43%=2363（kg）2）蒸餾時(shí)殘留液量為：Wx=14039-2363=11676（kg）3）成熟醪量比熱容為：C1=4.18×（1.019-0.95B1）=4.18×（1.019-0.95×7.14%）=3.98[kJ/(kg*k)]4）成熟醪帶入塔的熱量為：Q1=F1C1T1=14039×3.98×60=3.35×106（KJ）5）蒸餾殘液內(nèi)固形物濃度為：B2=F1B1/Wx=14039×7.14%÷11676=8.59%6）蒸餾殘留液的比熱：C2=4.18×（1-0.378B2）=4.18×（1-0.378×8.59%）=4.04[KJ/(kg*k)]7）塔底殘留液帶出熱量為：Q4=WxC2T4=11676×4.04×90=4.25×106（KJ）查附錄1可知，50%的乙醇蒸汽焓為i=1919KJ/Kg,所以上升蒸汽帶出的熱量為：Q3=V1i=2363×1919=4.53×106（KJ）現(xiàn)設(shè)塔底下的壓力為0.05MPa，故而得知蒸汽加熱焓為2788.4KJ/kg。而蒸餾過(guò)程中也會(huì)流失熱量，其熱損失可取傳遞總熱量的1%，根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為：D1=Q3+Q4+Qn-Q1/（I-Cwt4）=4.53×106+4.25×106-3.35×106÷（2788.4-4.18×90×99%）=2247.6（kg）若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量：Wx+D1=11676+2247.6=13923.6（kg）3.1.4年產(chǎn)量為100000噸生物乙醇的總物料衡算假設(shè)工作的天數(shù)為250天。產(chǎn)品酒精量（/日）：100000÷250=400（t）產(chǎn)酒精量（/小時(shí)）：400×1000÷24=16667Kg=16.667（t）實(shí)際年產(chǎn)量（次級(jí)酒精忽略不計(jì)）：16.667×24×250=100002（t）主要原料糖蜜的用量：糖蜜耗量（/日）：4180×400=1672000Kg=1672（t）糖蜜耗量（/年）：1672×250=4.18×105（t）次級(jí)酒精（/小時(shí)）：16667×2%÷98%=340.14（kg）次級(jí)酒精（/年）：340.14×24×250=2040840Kg=2040.84（t）主要甘蔗原料的用量：耗量（/日）：5971.4×400=2388560Kg=2388.56（t）耗量（/年）：2388.56×250=597140（t）表3.1年產(chǎn)10萬(wàn)噸生物乙醇物料衡算表物料衡算生產(chǎn)1000Kg99.5%酒精物料量（kg）每小時(shí)（kg）每天（t）每年（t）燃料酒精100016667400100002糖蜜原料4180696671672418000甘蔗原料5971.4995232388.6597140次級(jí)酒精20340.18.22040.8發(fā)酵45684.91421225蒸餾發(fā)酵醪140392339885615.71403925雜醇油3501.2300二氧化碳96816133.7387.296800醪塔廢醪量13923.6232524.15580.613951503.1.5稀釋糖蜜的衡算1）每生產(chǎn)一噸無(wú)水乙醇稀釋糖蜜（濃度25%）所需用水量：W1=14212-4180=10032（kg）則生產(chǎn)10萬(wàn)噸酒精需要稀釋用水量（/h）：10032×16667÷1000=167203（kg/h）生產(chǎn)10萬(wàn)噸酒精需要的稀釋用水量（/年）：10032×100000=1.0032×109（t/h）2）所需營(yíng)養(yǎng)鹽量21%的含氮量的硫酸銨可以作為氮源使用，每1000kg的糖蜜需添加1kg，則每生產(chǎn)1000kg酒精：硫酸銨年耗量為：4180×1=4180（Kg/a）=4.18(t/a)日耗量：4180÷250=16.72（kg/d）每小時(shí)耗量：16.72÷24=0.7（kg/h）則生產(chǎn)10萬(wàn)噸酒精一年需要硫酸銨的用量：4.18×100000=4.18×106(t/a)3）硫酸用量稀釋酒母稀糖液用酸5Kg/t糖蜜：年用量：4180×5=20900（kg/a）=20.9(t/a)日用量：20900÷250=83.6（kg/d）每小時(shí)用量：83.6÷24=3.5（kg/h）則整個(gè)工藝所需（10萬(wàn)噸乙醇）硫酸用量：20.9×100000=2.09×107(t/a)表3.2稀釋階段物料所需量物料用量（t/a）糖蜜稀釋用水量1.0032×109營(yíng)養(yǎng)劑添加量4.18×106硫酸用量2.09×1073.2熱量衡算3.2.1發(fā)酵階段生產(chǎn)1000Kg無(wú)水乙醇（按1000kg，算已扣除熱損失糖蜜含量）：1858.7÷0.9÷0.5=4130.4（kg）現(xiàn)每年生產(chǎn)10萬(wàn)噸酒精，要每小時(shí)投入糖蜜量為69667kg/h，則無(wú)水酒精量為：69667×1000÷4130.4=16866.9（kg/h）查資料得酒母發(fā)酵過(guò)程中，每生成1kg酒精所需的熱量為1170KJ左右，現(xiàn)把葡萄糖作為碳源，所以培養(yǎng)酒母發(fā)酵每小時(shí)放出的熱量為：Q=1170×16866.9=1.97×107（kJ/h）取工段發(fā)酵酒母冷卻水初的t’w1=20℃，終溫t”w2=28℃，平均耗水量為：W酒母發(fā)酵=Q/[Ce(t’w1-t”w2)]=1.97×107÷[4.18×(28-20)]=58911.5（kg/h）酒母酒精捕集用水為：（待蒸餾發(fā)酵醪液量為F=233988Kg/h）5%F/1.06=0.05×233988÷1.06=11037.17（kg/h）發(fā)酵洗罐用水量為：（每15天洗一次）1%F/1.06=0.01×233988÷1.06=2207.43（kg/h）則在發(fā)酵工段總用水量：W發(fā)酵工段=58911.5+11037.17+2207.43=72156.1（kg/h）3.2.2蒸餾階段按采用差壓蒸餾兩塔[10][11]流程計(jì)算，進(jìn)醪塔濃度為7.14%，出醪塔的酒精蒸汽濃度為50%。1）下圖3.1為醪塔：圖3.1醪塔的物料和熱量平衡圖已知醪塔里乙醇濃度為B1=7.14%，把醪液提前預(yù)熱到60℃，當(dāng)溫度達(dá)到92.4℃時(shí)，取上升蒸汽的乙醇濃度為50%（體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)于42.43%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。設(shè)置塔頂?shù)臏囟葹?0℃，塔底溫度為90℃。查附錄1得知塔頂上升蒸汽焓量i1=1919KJ/Kg。當(dāng)上升蒸汽焓量的絕對(duì)壓力取0.005MPa時(shí)，得出其熱焓量I1=2788.4kJ/kg。總物料衡算：F1+D1=V1+Wx+D1即F1=V1+Wx2-1酒精衡算式：F1xF1=V1y1+（Wx+D1）xw12-2F1CF1tF1+D1I1=V1i1+（WxCw+D1Ce）tW1+Qn12-3表3.3公式中含義及數(shù)值表符號(hào)含義數(shù)值xF1醪塔酒精含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）7.14%y1塔頂上升蒸汽酒精濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）42.43%xw1塔底排出廢槽內(nèi)地酒精濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），塔底一般會(huì)損失一小部分，在0.04%以下0.04%CF1醪塔里酒精的比熱3.98[KJ/（kg*k）]Ce出塔酒精的比熱4.18[kJ/（kg*k）]tF1塔頂?shù)臏囟?0(℃)tW1塔底的溫度90(℃)CW水的比熱4.04[KJ/（kg*k）]聯(lián)立2-1、2-2、2-3求得：V1=39139（kg/h），Wx=194849（kg/h），D1=55307（kg/h）一般醪塔采用直接蒸汽加熱，塔底醪排出量為：G1=Wx+D1=194849+55307=250156（kg/h）表3.4年產(chǎn)10萬(wàn)噸酒精醪塔熱量匯總表進(jìn)入系統(tǒng)離開(kāi)系統(tǒng)項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kJ/h）項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kJ/h）符號(hào)數(shù)量符號(hào)數(shù)量符號(hào)數(shù)量符號(hào)數(shù)量成熟醪F1233988F1CF1t5.59×107蒸餾殘液Wx194849WxCWtW17.08×107加熱蒸汽D155307D1I11.54×108上升蒸汽V139139V1i17.51×107加熱蒸汽D155307D1tW1Ce2.08×107熱損失Qn11.54×106累計(jì)2892952.10×108累計(jì)2892951.65×108蒸餾塔粗酒精液相進(jìn)入蒸餾塔，塔頂溫度為105℃，塔底溫度為130℃，進(jìn)氣溫度為130℃，出塔的濃度為96%（v），即93.84%（w）。出塔的酒精量為：P=16667×99.18%÷93.84%=17615.4（kg/h）每小時(shí)醛酒量因醛酒占出塔酒精的2%，則每小時(shí)的醛酒量為：A=17615.4×2%=352.3（kg/h）實(shí)際酒精濃度為96%（v），即93.84%（w）的量為：P’=P-A=17615.4-352.3=17263.1（kg/h）下圖為精餾塔（3.2）：圖3.2精餾塔內(nèi)的物料與熱量衡算轉(zhuǎn)換圖在蒸餾過(guò)程中，塔頂?shù)木凭羝M(jìn)入精餾塔時(shí)，首先經(jīng)過(guò)的粗蒸餾塔，除了回流外，還有少量的酒精還會(huì)被送到洗滌塔中，重新提靜后再蒸餾。按以往數(shù)據(jù)表示，一般取精餾出來(lái)酒精的2%左右。Pe=P’×2%=17263.1×2%=345.3（kg/h）在蒸餾塔塔板上有一個(gè)雜醇油分離器，也會(huì)存在一部分液相濃度為55%（體積分?jǐn)?shù)）液相冷凝液，這叫做雜醇油酒精，一般為塔頂蒸餾出酒精的2%左右，其中包括雜醇油：m0=0.3%（P’+A）=0.003×（17263.1+352.3）=52.8（kg/h），故：H=（P’+Pe）×2%=（17263.1+345.3）×2%=352.2（kg/h）在這個(gè)雜醇油分離器上應(yīng)該加入超純水稀釋，大約為其液的4倍，稀釋后的水能重復(fù)利用，流回精餾塔，則這稀釋后的酒精的量為：H’=（1+4）H-m0=5H-m0=5×352.2-52.8=1708.2（kg/h）則物料平衡：F2+D2+H’=P’+Pe+H+D3+W’x則W’x=F2+H’-P’-Pe-H=39139+1708.2-17263.1-345.3-352.2=22886.6（kg/h）熱量平衡：F2CF2tF2+D2I2+H’CHtH+R（Pe+P’）tPCP=（R+1）（Pe+P’）i2+P’tPCP+HiH+（D2+W’x）tW2CW+Qn表3.5公式中含義及數(shù)值表符號(hào)含義數(shù)值R精餾塔回流比，一般為3~43I2精餾塔加熱蒸汽熱含量，0.6MPa絕對(duì)壓力2652(KJ/h)tH為回流稀酒精進(jìn)塔溫度90(℃)CH為雜醇油分離器稀酒精比熱4.43[KJ/（kg*k）]tP出塔酒精的飽和溫度78.3(℃)CP出塔酒精的比熱2.80kJ/（kg*k）i2塔頂上升蒸汽熱含量1163.2[KJ/kg]iH為雜醇油酒精蒸汽熱含量1496K(J/kg)tW2精餾塔塔底溫度130(℃)CW水的比熱4.04[KJ/（kg*k）]Qn2精餾塔熱損失Qn2=2%D2I2CF2進(jìn)塔酒精的比熱4.16(KJ/kg)tF2進(jìn)料溫度90(℃)由上表得：X’H=XH（H-m0）/H’=75.2%×（352.2-52.8）÷1708.2=13.18%查資料得出CH=4.43KJ/（kg*k），此比熱的蒸汽濃度與55%（體積分?jǐn)?shù)）的酒精濃度相對(duì)應(yīng)。由前面計(jì)算可知W’x=22886.6（kg/h），根據(jù)公式計(jì)算可得：D2=34403（kg/h）塔底排出的廢水：G=D2+W’x=34403+22886.6=57289.6（kg/h）計(jì)算蒸餾工段的蒸餾效率：ηP=XPP/XF1F1=93.13%×17615.4÷（7.14%×233988）=98.20%表3.6年產(chǎn)10萬(wàn)噸酒精的精餾塔物料和熱量衡算表進(jìn)入系統(tǒng)離開(kāi)系統(tǒng)項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kJ/h）項(xiàng)目物料（kg/h）熱量（kJ/h）符號(hào)數(shù)量符號(hào)數(shù)量符號(hào)數(shù)量符號(hào)數(shù)量脫醛液F239139F1CF2tF21.47×10796%酒精P’17263.1P’tPCP3.78×106加熱蒸汽D234403D2I29.12×107次級(jí)酒精Pe345.3————稀酒精H’1708.2H’CHtH6.81×105雜醇油酒精蒸汽H352.2HiH5.27×105回流液————R（Pe+P’）tPCP1.16×107蒸餾廢水D2+Wx57289.6（D2+Wx）tW2CW3.01×107熱損失Qn21.82×106累計(jì)75250.21.18×108累計(jì)75250.23.62×1073.3用水衡算3.3.1蒸餾階段用水1）精餾過(guò)程所需冷卻用水：根據(jù)熱量衡算有：(R2+1)（Pe+P’）i2=W精餾CW（t’H3-tH3）則：W精餾分凝=(R2+1)（Pe+P’）i2/[CW（t’H3-tH3）]表3.7公式中含義及數(shù)值表符號(hào)含義數(shù)值R精餾塔回流比，一般為3~43Pe回流入醛塔的次級(jí)等酒的數(shù)量345.3（Kg/h）P’實(shí)際酒精濃度數(shù)量17263.1（kg/h）i2塔頂上升蒸汽熱含量1162.3(KJ/kg)tH3冷卻水進(jìn)口溫度20(℃)t’H3冷卻水出口溫度90(℃)CW水的比熱4.04KJ/（kg*k）由上面公式所得，精餾塔所需冷卻用水量為:W精餾分凝=289480（kg/h）2）成品乙醇所需的冷卻用水：出產(chǎn)的成品乙醇需要用深井水（溫度約20℃），根據(jù)熱量公式，則：W成品=P’CP（tP-t’P）/[CW（t’H2-tH2）]符號(hào)含義數(shù)值CP出塔酒精的比熱2.80[KJ/（kg*k）]tP成品酒精冷卻前的溫度78.3(℃)t’P成品酒精冷卻后的溫度30(℃)tH2冷卻水進(jìn)口溫度20(℃)t’H2冷卻水出口溫度40(℃)CW水的比熱4.04[KJ/（kg*k）]P’實(shí)際酒精濃度數(shù)量17263.1（kg/h）表3.8公式中含義及數(shù)值表代入公式可求得成品乙醇所需的冷卻用水量為：W成品=28894（kg/h）3）雜醇油分離器所需要的用水量：在這個(gè)雜醇油分離器上應(yīng)該加入超純水稀釋，大約為其液的4倍，則稀釋用水量為：W雜醇油分離=4*H=4×352.2=1408.8（kg/h）4）蒸餾階段總的用水量為：W蒸餾工段=W精餾分凝+W成品+W雜醇油分離=289480+28894+1408.8=319782.8（kg/h）3.4供用汽衡算1）由前面計(jì)算所得數(shù)據(jù)可知蒸餾工段蒸汽消耗：D=D1+D2=55307+34403=89710（kg/h）2）年消耗蒸汽量為：89710×24×250=538260（t）3）工廠主要的蒸汽消耗在蒸餾階段，在這過(guò)程中需要考慮熱蒸汽的損失，而這些熱損失會(huì)占總蒸餾蒸汽的4%左右，所以工廠的鍋爐設(shè)備需要提供蒸汽量為：89710×（100%+4%）=89710×1.04=93298.4（kg/h）=93.3（t/h）4）提供蒸汽我們可以利用甘蔗渣來(lái)提供熱量，當(dāng)工廠的鍋爐燃燒效率為85%時(shí)，則每噸甘蔗渣可以提供40t的蒸汽時(shí)，則需要甘蔗渣的量為：93298.4÷40÷85%=2744（kg/h）3.5供電計(jì)算根據(jù)多家的龍頭酒精工廠的用電數(shù)據(jù)顯示，可以得出生產(chǎn)1噸乙醇大約需要50度電左右，則生產(chǎn)10萬(wàn)噸生物乙醇需要：50×100000=5×106（度/年）=20000（度/日）每一個(gè)工廠所用的電量都略有偏差，并且這是一個(gè)估讀的數(shù)據(jù)，即可以考慮乘以一個(gè)富裕系數(shù)120%。20000×120%=24000（度/日）=6×106（度/年）主要設(shè)備的計(jì)算4.1醪液體積流量的計(jì)算查看物料衡算表可知，每小時(shí)進(jìn)入發(fā)酵罐的醪液體積流量為236871.4kg/h，密度為1200kg/m3?？梢缘贸鲺惨哼M(jìn)入種子罐和另一發(fā)酵罐的體積流量為：w=W/р=236871.4÷1200=197（m3/h）4.2發(fā)酵罐、種子罐和糖蜜儲(chǔ)罐的計(jì)算4.2.1發(fā)酵罐的計(jì)算1）體積的計(jì)算據(jù)了解，如今大多數(shù)的酒精工廠發(fā)酵罐的規(guī)格在100m3到1000m3之間，占大多數(shù)的規(guī)格在300m3左右，所以本設(shè)計(jì)采用300m3。在這里設(shè)H=4R，h1=h2=0.2R。其中R為發(fā)酵罐的半徑（m）；H為發(fā)酵罐的高（m）；h1、h2分別是上封頭和下封頭的高（m）。V全=π/4（2R）2H+2×π/4（2R）2（h1+1/3R）=300（m3）R=2.67m，H=10.66m，h1=h2=0.533m2）表面積的計(jì)算圓柱有三個(gè)面，兩個(gè)圓形和一個(gè)側(cè)面。側(cè)面積F1=2πRH=2×3.14×2.67×10.66≈178（m2）假設(shè)兩個(gè)封頭的面積接近總表面積為F1+F2+F3=178+3+3=184（m）3）數(shù)量的確定由設(shè)計(jì)可知，采用300m3的發(fā)酵罐，發(fā)酵時(shí)間設(shè)置為2天（48h），設(shè)需要發(fā)酵罐n個(gè)，發(fā)酵有效容積的計(jì)算公式為：V有效=wt/n式中：w為體積流量、t為發(fā)酵時(shí)間、n為發(fā)酵罐數(shù)。一般情況下還存在一個(gè)填充系數(shù)μ，取80%。則可以求出整個(gè)容積為：V全×μ=V有效則有:300×0.8=197×36/n得出n=29.6個(gè)，取30個(gè)。4.2.2種子罐的計(jì)算根據(jù)工廠經(jīng)驗(yàn)，種子罐內(nèi)的醪液停留時(shí)間大約在12小時(shí)左右，這樣為了讓種子罐能夠有充分的種子進(jìn)行下一步反應(yīng)。這里也需要一個(gè)裝料經(jīng)驗(yàn)系數(shù)μ，取80%。有公式：V=wT=197×12=2364（m3）V種子罐=V/μ=2364÷0.8=2955（m3），在這里取3000m3假設(shè)每個(gè)種子罐的規(guī)格為500m3，則需要罐數(shù)為：3000÷500=6個(gè)4.2.3糖蜜儲(chǔ)罐的計(jì)算根據(jù)工廠經(jīng)驗(yàn)，糖蜜儲(chǔ)罐的規(guī)格多數(shù)采用1000m3，按先儲(chǔ)存15天的糖蜜來(lái)計(jì)算，則：V=2388.6×15=35829（t）可以查閱資料得出含85°Bx甘蔗糖蜜的密度為1450kg/m3，得出：V=35829×1000÷1450=24710（m3）設(shè)其裝料系數(shù)為80%，則貯罐的全容積為：V糖蜜=24710÷08=30888（m3）所以儲(chǔ)罐的數(shù)量為：30888÷1000=30.9個(gè)，這里需取31個(gè)。4.3冷卻裝置的計(jì)算4.3.1發(fā)酵過(guò)程中熱量的計(jì)算主要公式有Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=GSwQ2=5%Q1Q3=Fac（t1-t2）符號(hào)含義數(shù)值G每罐發(fā)酵醪量233988kgS糖度降低百分值1%w每公斤糖發(fā)酵放熱418.6JQ1主發(fā)酵期每小時(shí)糖度降低1度所放出的熱量9.80×105KJ/hQ2代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量，一般在5%~6%之間，本設(shè)計(jì)估算采用5%4.90×104KJ/hQ3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Q36.30×104KJ/ht1壁的溫度35℃t2夏季平均溫度27℃表4.1公式中含義及數(shù)值表所以得出：Q1=（233988÷12）×12×418.6×1%=9.80×105（KJ/h）Q2=5%Q1=5%×9.80×105=4.90×104（KJ/h）=8.35[kcal/（m2*h*℃）]=35[KJ/(m2*h*℃）]可得：Q3=224×35×（35-27）=6.30×104（KJ/h）需要冷卻帶走的單個(gè)發(fā)酵罐冷卻熱負(fù)荷為：Q=Q1-(Q2+Q3)=9.80×105-4.90×104-6.30×104=8.60×104（KJ/h）總發(fā)酵熱為：Q發(fā)酵=8.60×104×12=1.03×106（KJ/h）4.3.2冷卻水耗量的計(jì)算W冷卻=Q/[Cp(t2-t1)]=1.03×106÷[4.18×(28-20)]=3.08×104（kg/h）對(duì)數(shù)平均溫度差的計(jì)算公式：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：t2=28℃，t1=20℃4.3.3計(jì)算傳熱總系數(shù)K在很多的酒精工廠中，一般選取蛇管為水煤氣輸送鋼管，所以選用蛇管，通過(guò)設(shè)計(jì)比較，選取規(guī)格大小為Φ114×4，因此可以得出管的橫截面積：0.785×（0.114-0.004×2）=0.08321（m2）設(shè)管內(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：ω=3.08×104÷（3600×0.08321×1000）=0.10（m3/s）在這里設(shè)蛇管圈的半徑為1.5m，直徑則為3m；查得20℃時(shí)的水溫中的常數(shù)A為6.45，則蛇管的熱傳分系數(shù)為：K2=4.18×A（рω）0.8/d0.2×（1+1.77d/R）=4.18×6.45×[（0.1×1000）0.8/0.1060.2]×(1+1.77×0.106÷1.5）=1892[KJ/(m2*h*℃）]式中：d為蛇管除去厚度的長(zhǎng)度，等于114-2×4=106mm=0.106m；R為蛇管圈半徑，R為1.5m。查資料得生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取2700[KJ/(m2*h*℃）]，則：式中：1/16750-為管壁水污垢層熱阻[(m2*h*℃）/KJ]；鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)[KJ/(m2*h*℃）]；0.004-管子壁厚（m）。4.3.4冷卻面積和主要尺寸A=Q/（K1△tm）=8.60×104÷（1021×5.0）=17（m2）蛇管總長(zhǎng)度為：L=A/(πDcp)=17÷（3.14×0.059）=92（m）式中：Dcp-蛇管的平均直徑（m）確定一圈蛇管長(zhǎng)度：L1=（2πR）2+h2=（2×3.14×1.5）2+0.22=10（m）式中：R-蛇管圈的半徑，為1.5m；h-蛇管每相鄰圈的中心距，取0.2m。蛇圈的總?cè)?shù)為：NP=L/L1=92÷10=10（圈）蛇管總高度：H=（NP-1）hP=（10-1）×0.2=1.8（m4.3.5發(fā)酵罐壁厚1）發(fā)酵罐壁厚S 符號(hào)含義數(shù)值P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍。0.5MPaD發(fā)酵罐內(nèi)徑533cmA3鋼的許用應(yīng)力127MPaΦ焊縫系數(shù)，其范圍在0.15~1之間0.7Q3壁厚附加量，C=C1+C2+C32.8mmC1鋼板負(fù)偏差，視鋼板厚度查表確定，范圍0.13~1.30.8mmC2為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm，雙面腐蝕取2mm2mmC3加工減薄量，對(duì)冷加工C3=00mm表4.2公式中含義及數(shù)值表S=533×0.5÷（2×127×0.7-0.5）+2.8÷10=1.78（cm）由于30mm＞17.8mm，可以選用30mm厚A3鋼板制作。4.3.6封頭壁厚計(jì)算式中：P=0.5MPa，D=533cm，=127MPa，Φ=0.7C=0.8+2+0.1=0.38（mm）S=533×0.5÷（2×127×0.7-0.5）+0.38=1.88（cm）可以選用30mm厚A3鋼板制作。4.3.7進(jìn)出口管徑的計(jì)算1）稀糖進(jìn)口管徑的計(jì)算：已知數(shù)據(jù)稀糖流量Q為197m3/h，流速V為0.10m3/s，則進(jìn)料管截面積為：F物=Q/V=197÷3600÷0.1=0.547（m2）因?yàn)?50mm＞830mm，可以選擇φ950×10的無(wú)縫鋼管。2）稀糖出口管徑的計(jì)算：按照工廠經(jīng)驗(yàn)，一般情況下進(jìn)口管要比出口管少些，所以本設(shè)計(jì)取φ1000×10的無(wú)縫鋼管。4.4設(shè)備的計(jì)算和選型4.4.1醪塔和蒸餾塔的計(jì)算本設(shè)計(jì)采用的是差壓蒸餾兩塔機(jī)組，是符合食用酒精GB10343普通級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)酒精GB/T394.1標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)QB/T4170-2011，我們需要訂制5臺(tái)JFF3000醪塔，為方型浮閥塔盤，塔板數(shù)為20。與此對(duì)應(yīng)需要5臺(tái)JFF2600的精餾塔，塔板數(shù)60。4.4.2換熱器的選擇換熱器是能夠進(jìn)行熱量交換的的設(shè)備，在很多的領(lǐng)域上都能看到它的身影。本設(shè)計(jì)采用管殼式換熱器[17]，屬于間壁式換熱器的一種，熱流體和冷流體主要是通過(guò)換熱管外壁來(lái)進(jìn)行熱量的交換。因?yàn)楣軞Q熱器操作比較簡(jiǎn)單，而且成本低，所以選這種換熱器。這種換熱器管的標(biāo)準(zhǔn)尺寸一般是φ25×2，所用材料一般為不銹鋼。本車間需要5個(gè)，需要一個(gè)富余量，總共6個(gè)。4.4.3稀釋器的選擇本設(shè)計(jì)采用的立式稀釋器進(jìn)行稀釋糖蜜，由物料衡算可知，生產(chǎn)1000kg的無(wú)水乙醇需要4180kg的含85°Bx甘蔗糖蜜，則一天需要1672000kg，已知密度為1450kg/m3。需把糖蜜稀釋到25%，則14212×100000/250=5684800kg，密度為1200kg/m3，V1=5684800÷1200=4737m3假設(shè)稀釋液的近似體積等于：πR2l=V式中：R-為稀釋器的內(nèi)半徑（m），一般取經(jīng)驗(yàn)流速μ為0.35m3/s。l=0.35×24×3600=30240（m）取0.50m為稀釋器的內(nèi)徑；現(xiàn)糖蜜的輸送管的流速為0.10m/s；V2=1672000/1450=1153.1（m3）取0.50m為稀釋器的內(nèi)徑。表4.3年產(chǎn)10萬(wàn)噸生物乙醇設(shè)計(jì)主要設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)規(guī)格與型號(hào)來(lái)源1種子罐6500m3訂購(gòu)2發(fā)酵罐30300m3訂購(gòu)3醪塔5JFF3000訂制4精餾塔5JFF2600訂制5換熱器6管殼式訂制6酒精捕集器2泡罩板式訂制7稀釋器20.50m訂制8糖蜜貯罐311000m3訂購(gòu)9鍋爐2訂購(gòu)5.車間和工廠布置5.1工廠的選址建廠需要符合經(jīng)濟(jì)效益，需要有一定的外部運(yùn)輸條件，在現(xiàn)有的規(guī)劃上，要考慮生產(chǎn)流程、安全、環(huán)保、施工、氣候條件等一系列要求。讓建廠項(xiàng)目各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合的確定，遵循“高質(zhì)量建設(shè)、高效能管理”的要求。還要落實(shí)好國(guó)家下達(dá)的有關(guān)方針、政策法令和法規(guī)。需注意節(jié)約用地，少占或不占良田。本設(shè)計(jì)將選址在廣西省南寧六景工業(yè)園區(qū)，這個(gè)工業(yè)園區(qū)在南寧市橫縣六景鎮(zhèn)，算是廣西的比較中心的位置。這位置交通比較發(fā)達(dá)，是個(gè)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，很利于廠家的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。由于交通便利，也能節(jié)省很多運(yùn)輸成本。而廣西也是一個(gè)盛產(chǎn)甘蔗的地方，原材料豐富，而且價(jià)格也相對(duì)的便宜，能剩下不少生產(chǎn)成本。附近也有很多大型的工廠和企業(yè)，利于交流和來(lái)往，更能促進(jìn)工廠的發(fā)展。5.2工廠的概貌工廠大致分布為矩形型，蒸餾車間主要在工廠的中心地帶，主要的工藝過(guò)程主要在中心到東北方向。而污水處理站建在工廠的最西北方，與此相反方（東南）建了員工宿舍還有飯?zhí)?，這樣可以有效的保證員工的人身安全。辦公大樓在正門偏左的一個(gè)位置，倉(cāng)庫(kù)在工廠的西南方向。5.3車間內(nèi)常用設(shè)備的布置5.3.1發(fā)酵設(shè)備的布置工廠需要的發(fā)酵罐數(shù)量比較多，并且發(fā)酵的周期需要兩天。為了合理且順合工藝流程的正常進(jìn)行，發(fā)酵罐之間需要間隔4m左右，靠近墻壁的發(fā)酵罐也需要有1m以上的距離，這樣才可以合理地規(guī)劃出人行通道和操作空間。發(fā)酵罐的底部需建一個(gè)水泥支架來(lái)支撐發(fā)酵罐，每個(gè)罐的底部都要有一個(gè)出料閥，并且要有足夠的空間進(jìn)行操作。5.4.2蒸餾設(shè)備及其他設(shè)備的布置蒸餾車間一般為露天型，醪塔和精餾塔都是比較高大的，通過(guò)冷凝器的作用，進(jìn)行重力回流，減少消耗能源，把一些比較小型的塔設(shè)備和一些再沸器、分凝器、預(yù)熱器、泵等小設(shè)備放在同一車間，方便操作，減少占地面積，省下建筑成本。高塔的進(jìn)口最好都是同一方向的，塔與塔之間也要合理地規(guī)劃出人行通道和操作空間。表5.1車間的組成車間內(nèi)容生產(chǎn)車間發(fā)酵車間、蒸餾車間動(dòng)力車間鍋爐房、水泵房、變電房輔助車間機(jī)修、污水處理站倉(cāng)庫(kù)原料、成品公共設(shè)備食堂、宿舍、醫(yī)務(wù)室、車庫(kù)、辦公室、門衛(wèi)6成本的核算1）甘蔗成本一年大約需要597140t，據(jù)甘蔗批發(fā)網(wǎng)上可知甘蔗1kg的價(jià)格大概是1元，則一年甘蔗的成本為597140×1000×1=597140000元≈5.97×108元≈5.97億2）設(shè)備成本：根據(jù)設(shè)備的計(jì)算可知：種子罐：6個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂購(gòu)一個(gè)需要48000元，則：6×48000=288000元發(fā)酵罐：30個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂購(gòu)一個(gè)需要30000元，則：30×30000=900000元醪塔：5個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂制一個(gè)需要30000元，則：5×30000=150000元精餾塔：3個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂制一個(gè)需要50000元，則：3×50000=150000元換熱器：6個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂制一個(gè)需要6500元，則：6×6500=39000元酒精捕集器：2個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂制一個(gè)需要10000元，則：2×10000=20000元稀釋器：2個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂制一個(gè)需要11500元，則：2×11500=23000元糖蜜貯罐：31個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂購(gòu)一個(gè)需要100000元，則：31×100000=3100000元鍋爐：2個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂購(gòu)一個(gè)需要110000元，則：2×110000=220000元混輪榨汁機(jī)：10個(gè)，據(jù)阿里巴巴可知，訂購(gòu)一個(gè)需要80000元，則：10×80000=800000元3）生活成本：一、蒸餾階段用水1小時(shí)用水量為：3.20×105kg，查得工業(yè)用水一噸水為4.10元。則：3.20×105÷1000×24×250×4.10=787200元二、用電量：4.8×106度/年，據(jù)用電官網(wǎng)查得工業(yè)用電一度電約0.725元。則：4.8×106×0.725=3480000元4）總的成本597000000+288000+900000+150000+150000+39000+20000+23000+3100000+22000+800000+787200+3480000=606759200元7三廢處理7.1生產(chǎn)廢氣在酒精發(fā)酵過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，主要是CO2氣體。CO2在現(xiàn)階段用途非常廣泛，主要可以用來(lái)焊接工業(yè)、酒水和汽水行業(yè)、高效冷凍劑等多個(gè)領(lǐng)域，在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上是必不可少的。在理論的計(jì)算中，生產(chǎn)一噸的乙醇大約可以產(chǎn)生0.95噸的CO2氣體，這個(gè)數(shù)是非常龐大的。如果可以有效地回收利用這些CO2氣體，對(duì)工廠生產(chǎn)能提供可用的CO2，大大節(jié)省成本。也能有效的控制二氧化碳的排放，符合國(guó)家排放的標(biāo)準(zhǔn)，確保環(huán)境空氣受到最低的污染。本設(shè)計(jì)采用的是吸附精餾法，該方法能有效地提高二氧化碳的回收率；能有效的降低產(chǎn)品中的水分，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量；通過(guò)添加吸附劑，很好的除去了產(chǎn)品的雜質(zhì)，能有效的把產(chǎn)品提純等一些優(yōu)點(diǎn)。主要工藝流程見(jiàn)下圖7.1：吸附精餾法工藝流程圖7.17.2生產(chǎn)廢水主要污水來(lái)源有各個(gè)設(shè)備通過(guò)洗滌而產(chǎn)生的廢水，但污染性并不強(qiáng)；還有蒸餾設(shè)備需要大量的自來(lái)水，但可以循環(huán)利用，污染性也低；還有一些事來(lái)自工廠的生活污水。二、污水的處理國(guó)內(nèi)外對(duì)糖蜜酒精廢液的治理在生物法方面主要是采用好氧和厭氧相結(jié)合的方式進(jìn)行處理的，采用厭氧處理主要是COD、BOD去除率高，運(yùn)行費(fèi)用低，有較好的經(jīng)濟(jì)效益，可以回收沼氣，但排放污水難以達(dá)標(biāo)，若進(jìn)行農(nóng)灌處理不失為一種不錯(cuò)的選擇，而好氧處理則是使所處理污水的排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)的厭氧法是現(xiàn)在治理糖蜜廢液一個(gè)不錯(cuò)的工藝。原因在于其比較高的COD、BOD去除率運(yùn)行成本較低，還可以獲得一定的能源一沼氣，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。7.3固體廢物主要為榨蔗汁過(guò)程產(chǎn)生的廢蔗渣，還有生產(chǎn)過(guò)程中各種沉淀物和雜質(zhì)等。這里主要處理的是蔗渣。一頓的甘蔗可以產(chǎn)生270~280kg的蔗渣，這些可以是生產(chǎn)二代生物乙醇的原料，也可以通過(guò)熱處理進(jìn)行發(fā)熱發(fā)電。下圖6-1是蔗渣轉(zhuǎn)化為二代生物乙醇的簡(jiǎn)單工藝[12]。圖7.2甘蔗渣轉(zhuǎn)化二代生物乙醇工藝流程圖8結(jié)論本設(shè)計(jì)在了解國(guó)內(nèi)外部燃料乙醇發(fā)酵業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展概況之后，通過(guò)進(jìn)行查閱相關(guān)的資料文獻(xiàn)后，進(jìn)行了工藝的設(shè)計(jì)，物料能量的衡算，設(shè)備的選型以及車間和工廠的布局，最終的結(jié)論是以甘蔗為原料年產(chǎn)10噸生物乙醇的工廠設(shè)計(jì)理論上可行。在我國(guó)乙醇行業(yè)中，發(fā)酵工藝已經(jīng)比較成熟。作為世界生物燃料乙醇第三大國(guó)，乙醇原材料非常的充足。本設(shè)計(jì)采用甘蔗為原材料，通過(guò)甘蔗來(lái)制糖蜜，糖蜜通過(guò)連續(xù)發(fā)酵方式生產(chǎn)乙醇。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，在這過(guò)程中使我收獲很多的