1、<p>　　工廠設計概念課程設計</p><p>　　年產6萬噸酒精工廠工藝設計</p><p><b>　　中國·珠海</b></p><p><b>　　二○一四年十一月</b></p><p><b>　　誠信承諾書</b></p>&l

2、t;p>　　本人鄭重承諾：本人承諾呈交的課程設計《年產6萬噸酒精工廠工藝設計》是在指導教師的指導下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻，設計使用的數(shù)據(jù)真實可靠。</p><p>　　本人簽名： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　年產6萬噸酒精工

3、廠工藝設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計是年產6萬噸酒精工廠工藝設計，以糖蜜味發(fā)酵原料，通過先進；高效的工藝技術對酒精工廠進行了模擬計算和設備選型，力求做到理論和實踐相結合，以做到生產成本低，質量好，產量高的酒精。設計包括：從原料處理到發(fā)酵工藝；從設備選型到車間布置；最后到廢物的處理及在利用。主要應用除雜技術；酒精發(fā)酵技術；

4、滅菌技術；精餾技術等技術，通過合理的物料衡算，耗能計算方法，對生產工藝進行合理的優(yōu)化設計。</p><p>　　關鍵詞：酒精工廠；發(fā)酵；糖蜜；精餾</p><p>　　Annual output of 60000 tons of alcohol factory process design</p><p><b>　　Abstract</b>&

5、lt;/p><p>　　The design is an annual output of 60000 tons of alcohol plant process design, using molasses flavor fermentation raw material, through advanced technology of high efficiency; on the alcohol factory

6、of the simulation calculation and equipment selection, and strive to achieve a combination of theory and practice, in order to achieve low production cost, good quality, high yield of alcohol. The design includes: from r

7、aw material processing to the fermentation process; the selection of equipment to </p><p>　　Key words：Alcohol factory；Molasses； Fermentation； Distillation</p><p>　　北京理工大學珠海學院</p><p>

8、;　　2011級本科生課程設計</p><p><b>　　任務書</b></p><p>　　題 目：年產6萬噸酒精工廠工藝設計 </p><p>　　專業(yè)學院： 化工與材料學院 </p><p>　　專 業(yè)： 生物工程 &l

9、t;/p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 周新明 </p><p><b>　　主要研究內容：</b></p><p>　　本次設計的主要研究內容是選取糖蜜為原料，研究年產6萬噸的酒精工藝流

10、程，操作工藝，物料衡算和繪制發(fā)酵罐設計圖。側重于酒精工廠發(fā)酵車間的設計。</p><p><b>　　主要任務及目標：</b></p><p>　　1、通過查閱酒精生產工藝的有關資料，熟悉目前檸酒精生產的基本工藝流程。</p><p>　　2、進行酒精發(fā)酵車間物料衡算和熱量衡算等。</p><p>　　3、發(fā)酵車間設備選

11、型。</p><p>　　4、發(fā)酵種子罐、發(fā)酵罐、貯罐的選型及大小尺寸的計算。</p><p>　　5、繪制發(fā)酵罐設計圖。 </p><p>　　6、撰寫工藝設計說明書。</p><p>　　指導教師簽字： 年 月 日</p><p>　　工作小組組長簽字： 年 月 日&l

12、t;/p><p>　　注：本任務書雙面打印，一式三份，學生、指導教師、專業(yè)學院各存檔一份。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　任務書I

13、II</b></p><p><b>　　目 錄V</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p><b>　　H H1</b></p><p>　　1.2 研究目的1</p><p>　　1.3 設計原

14、則2</p><p><b>　　2 設計說明3</b></p><p>　　2.1工藝指標和基礎數(shù)據(jù)3</p><p>　　2.2 工藝流程概述3</p><p><b>　　3 原料的處理5</b></p><p>　　3.1 原料及其來源5</p>

15、;<p>　　3.2 糖蜜的貯存5</p><p>　　3.3稀糖液的制備及處理5</p><p>　　3.3.1添加營養(yǎng)鹽5</p><p>　　3.3.2 糖液的滅菌6</p><p>　　3.3.3 稀糖液的澄清6</p><p><b>　　4 工藝流程7</b>

16、</p><p><b>　　5 生產設備8</b></p><p><b>　　5.2設備計算8</b></p><p>　　5.2.1 發(fā)酵罐容積和個數(shù)的確定8</p><p>　　5.2.2 糖蜜儲罐個數(shù)的計算10</p><p>　　5.2.3 冷卻面積和冷卻

17、裝置主要結構尺寸10</p><p>　　5.3 其它設備的計算和選型14</p><p>　　5.3.1 蒸餾設備14</p><p>　　5.3.2 換熱器的選型14</p><p>　　5.3.3 稀釋器15</p><p><b>　　6 工藝計算17</b></p>

18、;<p>　　6.1 物料衡算17</p><p>　　6.1.1 原料消耗量計算（基準：1噸無水乙醇）17</p><p>　　6.1.2 酵醪液量的計算17</p><p>　　6.1.3 成品與廢醪量的計算18</p><p>　　6.1.4年產量為6萬噸燃料酒精的總物料衡算19</p><

19、;p>　　6.1.5 稀釋工段的物料衡算20</p><p>　　6.2 熱量衡算21</p><p>　　6.2.1 發(fā)酵工段的物料和熱量衡算21</p><p>　　6.2.2 蒸餾工段的物料和熱量衡算21</p><p>　　6.3供用水衡算26</p><p>　　6.3.1 精餾塔分凝器冷卻用

20、水26</p><p>　　6.3.2 成品酒精冷卻和雜醇油分離器稀釋用水26</p><p>　　6.3.3 總用水量27</p><p>　　6.4 其他衡算27</p><p>　　6.4.1 供用汽衡算27</p><p>　　6.4.2 供電衡算28</p><p>&l

21、t;b>　　7 車間設計29</b></p><p>　　7.1 車間布置設計29</p><p>　　7.1.1 建筑基本原則29</p><p>　　7.1.2 建筑基本要求29</p><p>　　7.2 車間內常用設備的布置29</p><p>　　7.2.1 發(fā)酵設備29<

22、;/p><p>　　7.2.2 蒸餾設備及其他設備30</p><p>　　8 廢物處理及再利用31</p><p>　　8.1 廢物總類31</p><p>　　8.1.1 污水廢物31</p><p>　　8.1.2 氣體廢物31</p><p>　　8.1.3 固體廢物31<

23、;/p><p>　　8.2 廢物利用31</p><p>　　8.2.1 廢氣處理31</p><p>　　8.2.2 廢水和廢渣處理32</p><p><b>　　9結論33</b></p><p><b>　　參考文獻34</b></p><

24、p><b>　　謝 辭35</b></p><p><b>　　附 錄36</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 產品介紹</b></p><p>　　乙醇是一種有機物，俗稱酒精，化學式為C

25、H3CH2OH（C2H6O），結構式【1】見圖1-1，是帶有一個羥基的飽和一元醇，在常溫、常壓下是一種易燃、易揮發(fā)的無色透明液體，它的水溶液具有酒香的氣味，并略帶刺激性。有酒的氣味和刺激的辛辣滋味，微甘。</p><p>　　乙醇液體密度是0.789g/cm3(20C°) ，乙醇氣體密度為1.59kg/m3，沸點是78.4℃，熔點是-114.3℃，易燃，其蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，能與水以任意比互溶

26、。能與水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多數(shù)有機溶劑混溶，相對密度(d15.56)0.816。</p><p>　　乙醇的用途很廣，可用乙醇制造醋酸、飲料、香精、染料、燃料等。醫(yī)療上也常用體積分數(shù)為70%-75%的乙醇作消毒劑等，在國防工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、有機合成、食品工業(yè)、工農業(yè)生產中都有廣泛的用途。</p><p><b>　　H H</b></p>

27、<p><b>　　▏ ▏</b></p><p>　　H ? C ? C ? O ? H▏</p><p><b>　　▏ ▏</b></p><p><b>　　H H</b></p><p>　　圖1-1 C2H5OH結構式</p>

28、<p><b>　　1.2 研究目的</b></p><p>　　隨著經濟的發(fā)展，酒精這種重要的工業(yè)原料被廣泛用于化工；塑料；橡膠，農藥，化妝品及軍工業(yè)部門。且石油資源趨于缺乏，全球環(huán)境污染的日益加劇，各國紛紛開始開發(fā)新型能源。燃料乙醇是目前為止最理想的石油替代能源，它的生產方法以發(fā)酵為主。</p><p>　　工業(yè)酒精是一種經濟實用的清潔燃料。如今能源的危

29、機，以及農業(yè)的蓬勃發(fā)展，都使得工業(yè)酒精產業(yè)的重新崛起與迅速發(fā)展成為必然。而酒精的生物發(fā)酵過程所需的條件溫和，轉化率高，而且環(huán)保無污染，可以說是工業(yè)酒精的最理想的生產方法。發(fā)酵法生產酒精的能力將成為衡量國家經濟實力的一種標準。生物發(fā)酵是利用淀粉質原料活糖原料，在微生物的作用下生成酒精【2】。</p><p>　　酒精作為一種新能源，具有兩個明顯的優(yōu)勢：可再生能源，無污染燃燒。中國是一個石油凈進口國，海關數(shù)據(jù)顯示，2

30、012年中國共計進口原油2.82億噸，同比增加4.03%，而原油價格為97~105美元每噸。兩個數(shù)相乘，得出的是一個十分可怕的數(shù)據(jù)。在大多數(shù)方面酒精擁有石油的性能，能產生足夠的酒精，則可以大大減少石油的進口。但是目前國內酒精生產量不足以與消耗量相平衡，每年仍需進口幾百萬噸酒精。目前燃料酒精已作為國家戰(zhàn)略部署的新型能源之一。實現(xiàn)酒精的大規(guī)模生產，對解決能源危機有著重大的意義。</p><p>　　本設計即酒精工廠的

31、模擬設計為了設計出最理想的酒精生產流程以及工廠，在國內具有廣闊的前景。</p><p><b>　　1.3 設計原則</b></p><p>　　(1) 本設計工作圍繞著工廠現(xiàn)代化建設，力圖能使所設計的工廠具有前瞻性，且投資小，收效快。</p><p>　　(2) 對自己而言，本次設計是對自己在湖北理工四年所學知識的一個綜合運用和分析，將書本知

32、識運用到實際的操作中去，為日后的工作打下夯實的基礎。</p><p>　　(3) 設計的工廠充分考慮現(xiàn)今的一些技術，設備，以及設計先進理念，盡量做到人性化，綠色化，為員工的工作和生活做出妥善的安排，使其達到最佳工作效率。</p><p>　　(4) 設計盡量因地制宜，并且使其經濟效益最大化，在各種設備選型中，合理考慮性價比和地區(qū)特性【3】。</p><p><

33、b>　　2 設計說明</b></p><p>　　2.1工藝指標和基礎數(shù)據(jù)</p><p>　　(1) 生產規(guī)模:60000 t/a；</p><p>　　(2) 生產方法:單濃度連續(xù)發(fā)酵、差壓式二塔蒸餾機組、生石灰吸水法；</p><p>　　(3) 生產天數(shù):每年250天；</p><p>　　(

34、4) 酒精日產量:240 t；</p><p>　　(5) 酒精年產量: 60000 t【4】；</p><p>　　(6) 副產品年產量:次級酒精占酒精總量的2%（一般占成品酒的1.2%—3%，這里取2%）【4】；</p><p>　　(7) 雜醇油量:為成品酒精量的0.3%（一般占成品酒精多0.25～0.35﹪）【5】；</p><p>

35、　　(8) 產品質量：燃料酒精[乙醇含量為99.5%(v/v)]</p><p>　　(9) 糖蜜原料：含可發(fā)酵性糖50﹪</p><p>　　(10) 發(fā)酵率：90﹪</p><p>　　(11) 蒸餾率：98﹪</p><p>　　(12) 發(fā)酵周期：48小時</p><p>　　(13) 發(fā)酵溫度：28～34℃&

36、lt;/p><p>　　(14) 硫酸銨用量：1kg/t糖蜜</p><p>　　(15) 硫酸用量：5kg/t糖蜜</p><p>　　(16) 酒精質量標準根據(jù)GB678—2002</p><p>　　2.2 工藝流程概述</p><p>　　(1) 原材料（糖蜜）的預處理包括有加酸法，加熱加酸法，添加絮凝劑澄清處理法

37、【6】；</p><p>　　(2) 連續(xù)稀釋法稀釋糖蜜</p><p><b>　　(3) 制酵母</b></p><p>　　(4) 酵母菌發(fā)酵、提純</p><p>　　(5) 發(fā)酵流程：糖蜜→發(fā)酵用糖液→發(fā)酵→蒸餾→成品酒精</p><p>　　(6) 具體生產工藝流程【7】見圖1-2&l

38、t;/p><p>　　圖1-2生產工藝流程圖</p><p><b>　　3 原料的處理</b></p><p>　　3.1 原料及其來源</p><p>　　糖蜜，是一種粘稠、黑褐色、呈半流動的物體，主要含有蔗糖，蔗糖蜜中泛酸含量較高，達37mg/kg，此外生物素含量也很可觀，容易摻入大豆糖蜜和糖蜜發(fā)酵液。</p&g

39、t;<p>　　糖蜜 是制糖工業(yè)的副產品，組成因制糖原料、加工條件的不同而有差異，其中主要含有大量可發(fā)酵糖（主要是蔗糖），因而是很好的發(fā)酵原料，可用作酵母、味精、有機酸等發(fā)酵制品的底物或基料，可用作某些食品的原料和動物飼料。</p><p>　　制糖業(yè)的副產品之一。制糖過程中,糖液經濃縮析出結晶糖后,殘留的棕褐色黏稠液體。屬能量飼料,因味甜,多用作調味料。按制糖原料不同可分為甘蔗糖蜜、甜菜

40、糖蜜和淀粉糖蜜等。各種糖蜜的營養(yǎng)成分有差異。一般甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜以轉換糖量表示,其總糖量分別為48.0%、49.0%;水分25.0%、23.0%;粗蛋白質3.0%和6.5%。淀粉糖蜜是以谷物淀粉經酶水解后制造葡萄糖的副產品,以葡萄糖量表示,其總糖量50.0%以上,水分27.0%,粗蛋白量甚微。</p><p><b>　　3.2 糖蜜的貯存</b></p><p>

41、　　為了確保酒精生產線連續(xù)正常地進行，酒精工廠的倉庫必需備有一定量的糖蜜，常備有供一個月左右生產酒精用糖蜜量；保持糖蜜的純凈，要求采用密閉容器保存糖蜜；糖蜜貯存罐的位置應處于方便運輸和生產的地點；受到污染的糖蜜不宜過久貯存。</p><p>　　3.3稀糖液的制備及處理</p><p>　　考慮到糖蜜中的灰分、膠體物質等雜質多，有害微生物的污染，營養(yǎng)鹽的缺乏以及適宜酸度的調整。因此，在糖蜜

42、稀釋的同時，必須進行酸化、滅菌、澄清和添加營養(yǎng)鹽。間歇稀釋操作法則是逐項進行。目前中國糖蜜酒精工廠多采用連續(xù)稀釋熱酸法澄清處理糖蜜，把酸化、滅菌、添加營養(yǎng)鹽和澄清同時一道進行。</p><p>　　糖蜜原料制作稀糖液及處理的流程為：糖蜜→稀釋→酸化→添加營養(yǎng)鹽→滅菌→澄清稀糖液</p><p>　　3.3.1添加營養(yǎng)鹽</p><p>　　為了保證酵母的正常生長繁殖

43、和發(fā)酵，根據(jù)糖蜜原料的化學組分，必須在糖液中添加酵母所必需的營養(yǎng)。工廠實踐和甘蔗糖蜜的組分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要營養(yǎng)成分是氮素。補充氮通常是以硫酸銨作氮源，用量為每噸糖蜜使用21%的硫酸銨1-1.2kg，即糖蜜用量的0.1%-0.12%。</p><p>　　3.3.2 糖液的滅菌</p><p>　　糖蜜中常污染有大量雜菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸菌等產酸菌，為保證稀糖液的正常

44、發(fā)酵，除加酸提高糖液酸度抑制雜菌生長繁殖外，還必須對糖蜜進行滅菌。糖蜜常用的滅菌方法有：化學滅菌法和物理滅菌法。</p><p>　　本實驗采用物理滅菌法：物理滅菌法具體操作是將糖液加熱至80－90℃，并保持40min。該方法除了滅菌外，還可使糖蜜中的膠體絮凝，使糖液澄清。該方法要消耗大量的蒸汽，工廠一般不采用，只有糖蜜被嚴重污染時才采用此法予以滅菌。</p><p>　　3.3.3 稀糖

45、液的澄清 </p><p>　　稀蔗糖溶液中的特定膠體物質，顏料，灰分和其它懸浮物，它們的存在對正常的酵母的生長，繁殖和發(fā)酵有害，應盡可能地除去。其解決辦法就是稀糖液的澄清。</p><p>　　糖蜜的澄清方法分為機械澄清法和加酸澄清法。機械澄清法即壓濾法和離心法，調節(jié)至pH值為3.7的酸化12小時，分離沉淀物，用離心機或壓濾機，國內多數(shù)澄清是應用此方法。</p><p

46、><b>　　4 工藝流程</b></p><p>　　1 糖蜜預處理有加酸法，加熱加酸法，添加絮凝劑澄清處理法。</p><p>　　2 糖蜜稀釋采用連續(xù)稀釋法。</p><p>　　3 主要蒸餾工段采用差壓式二塔蒸餾機組，能有效利用熱能。</p><p>　　4 本設計采用浮閥塔。</p><

47、;p>　　5 脫水干燥技術：生石灰吸水法。</p><p>　　6 發(fā)酵法采用連續(xù)發(fā)酵方式。</p><p><b>　　5 生產設備</b></p><p><b>　　5.1設備選型</b></p><p>　　1 發(fā)酵罐采用200m3</p><p>　　2 種子

48、罐采用50m3</p><p>　　3 稀釋采用連續(xù)稀釋器</p><p>　　4 發(fā)酵采用連續(xù)發(fā)酵罐組</p><p>　　5 蒸餾設備采用差壓式二塔蒸餾機組</p><p>　　6 干燥設備采用臥式網(wǎng)層生石灰干燥器</p><p><b>　　5.2設備計算</b></p>&l

49、t;p>　　采用連續(xù)發(fā)酵方式，根據(jù)物料衡算結果可知，每小時進入發(fā)酵罐的醪液體積流量為：</p><p>　　118433kg/h，密度為1200 kg/m3【10】。</p><p>　　進入種子罐和1號發(fā)酵罐的醪液體積流量為：</p><p>　　W=118433/1200=99m3/h</p><p>　　5.2.1 發(fā)酵罐容積和個

50、數(shù)的確定</p><p>　?。?） 種子罐個數(shù)的確定：</p><p>　　為保證種子罐有足夠種子，種子罐內醪液停留時間應在12h左右，則種子罐有效容積為：</p><p>　　V=99×12=1188（m3）</p><p>　　取種子罐裝料經驗系數(shù)為80﹪，則種子罐全容積為：</p><p>　　V全=

51、V/u=1188/80%=1485m3 ,取1500m3</p><p>　　每個罐的容積為500m3，則種子罐個數(shù)為：1500/500*2=6（個）</p><p><b>　?。?） 發(fā)酵罐體積</b></p><p>　　根據(jù)發(fā)酵罐現(xiàn)在的設備情況，從100 m3到700 m3，現(xiàn)在酒精廠一般采用300 m3，按照有關情況和指導老師建議，

52、我采用300 m3，取H=2D，h1=h2=0.1D</p><p>　　D—為發(fā)酵罐內徑，（m）</p><p>　　H—為發(fā)酵罐高，（m）</p><p>　　h1、h2—分別為發(fā)酵罐底封頭高和上封頭高，（m）</p><p>　　發(fā)酵罐上均為標準橢圓形封頭，下部為錐形封頭，為了計算簡便，假設其上下封頭近似相同，則</p>

53、<p>　　D=5.33m，H=10.66m，h1=h2=0.533m</p><p>　?。?） 發(fā)酵罐的表面積</p><p><b>　　圓柱形部分面積：</b></p><p>　　F1=πDH=3.14×5.33×10.66=178m2</p><p>　　由于橢圓形封頭表面積沒有

54、精確的公式，所以可取近似等于錐形封頭的表面積：</p><p><b>　　F2=F3=</b></p><p><b>　　發(fā)酵罐的總表面積：</b></p><p>　　F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2</p><p>　?。?） 計算發(fā)酵罐數(shù)量：</p>&l

55、t;p>　　上面已經寫到，我設計的發(fā)酵罐規(guī)格為300 m3的規(guī)格，設總發(fā)酵時間為48小時,設發(fā) 酵罐數(shù)為N個，則發(fā)酵罐的有效容積</p><p>　　V有效=WT/N---公式(1)</p><p>　　V全容積×Ψ=V有效--------公式（2）</p><p>　　式中W—每小時進料量；</p><p><b>

56、;　　T—發(fā)酵時間；</b></p><p><b>　　N—發(fā)酵罐數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)經驗值，一樣取發(fā)酵罐填充系數(shù)為Ψ=80%，則可以得到：</p><p>　　300×80%=99×(48-12)/N</p><p>　　計算得到：N=14.85（個)，則我們需要發(fā)酵罐

57、N=15*2=30個</p><p>　　5.2.2 糖蜜儲罐個數(shù)的計算</p><p>　　糖蜜儲罐采用1000m3規(guī)格：</p><p>　　15天的糖蜜量為：V=836×15=12540 (t) </p><p>　　查得85Bx的糖蜜密度為1450 kg/ m3，則：</p><p>　　V＝125

58、40×1000/1450＝8648（m3）</p><p>　　設其裝料系數(shù)為80﹪，則貯罐的全容積為：</p><p>　　V糖蜜＝8648/0.8＝10810（m3）</p><p>　　10810/1000=10.81（個），取11*2=22個</p><p>　　5.2.3 冷卻面積和冷卻裝置主要結構尺寸</p>

59、<p><b>　?。?）總的發(fā)酵熱：</b></p><p>　　Q=Q1-(Q2+Q3)</p><p><b>　　Q1=msq</b></p><p>　　式中 m—每罐發(fā)酵醪量（kg）</p><p>　　s—糖度降低百分值（%）</p><p>　　

60、q—每公斤糖發(fā)酵放熱（J），查得418.6J</p><p>　　Q1—主發(fā)酵期每小時糖度降低1度所放出的熱量</p><p>　　Q2——代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量，一般在5%—6%之間，我們估算時采用5%</p><p>　　Q3——不論發(fā)酵罐處于室內還是室外，均要向周圍空間散發(fā)熱量Q3。</p><p>　　Q1=（116991/15）&#

61、215;12×418.6×1%=3.92×104（kJ/h）</p><p>　　Q2=5%Q1=5%×3.923×105=1.96×103（kJ/h）</p><p>　　發(fā)酵罐表面積的熱散失計算：先求輻射對流聯(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35℃，生產廠所在地區(qū)夏季平均溫度為27℃,則：</p>

62、;<p>　　可得：=6.30×103（kJ/h）</p><p>　　需冷卻管帶走的單個發(fā)酵罐冷卻熱負荷為：</p><p>　　Q=Q1-Q2-Q3=3.92×104-1.94×103-6.30×103=3.096×104(kJ/h)</p><p>　　總發(fā)酵熱為：Q發(fā)酵=3.096×1

63、04×15=4.65×105(kJ/h)</p><p><b>　　冷卻水耗量的計算</b></p><p>　　對數(shù)平均溫度差的計算</p><p>　　主發(fā)酵控制發(fā)酵溫度tF為30℃，按題意冷卻水進出口溫度分別為：</p><p>　　t1=20℃, t2=27℃</p><

64、p>　　（3）傳熱總系數(shù)K值的確定</p><p>　　選取蛇管為水煤氣輸送鋼管，其規(guī)格為53/60mm，則管的橫截面積為：</p><p>　　0.785×0.0532=0.0022（m2）</p><p>　　設罐內同心裝蛇管，并同時進入冷卻水，則水在管內流速為：</p><p>　　設蛇管圈的直徑為3m，水溫20℃時常數(shù)

65、A=6.45</p><p>　　則蛇管的傳熱分系數(shù)為：</p><p>　　R—為蛇管圈半徑，R=1.5m</p><p>　　發(fā)酵罐到蛇管壁的傳熱分系數(shù)值按生產經驗數(shù)據(jù)取2700[kJ/（m2·h·℃）]</p><p><b>　　故傳熱總系數(shù)為：</b></p><p>

66、;　　式中 1/16750—為管壁水污垢層熱阻[（m2·h·℃）/kJ]。</p><p>　　188—鋼管的導熱系數(shù)[kJ/（m2·h·℃）]</p><p>　　0.004—管子壁厚（m）</p><p>　　冷卻面積和主要尺寸：</p><p><b>　　蛇管總長度為：</b&g

67、t;</p><p><b>　　確定一圈蛇管長度：</b></p><p>　　式中R—蛇管圈的半徑，為1.5m</p><p>　　h—蛇管每相鄰圈的中心距，取0.20m</p><p><b>　　蛇管的總圈數(shù)為：</b></p><p>　　NP=L/L1=262/1

68、0=27(圈) </p><p><b>　　蛇管總高度：</b></p><p><b>　?。?） 發(fā)酵罐壁厚</b></p><p><b>　?、?發(fā)酵罐壁厚S</b></p><p>　　式中 P—設計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取0.5MPa</

69、p><p>　　D—發(fā)酵罐內徑，D=533cm</p><p>　　—A3鋼的許用應力，=127MPa</p><p>　　—焊縫系數(shù)，其范圍在0.15～1之間，取0.7</p><p>　　C—壁厚附加量（cm）</p><p>　　C=C1+C2+C3</p><p>　　式中C1—鋼板負偏差，

70、視鋼板厚度查表確定，范圍為0.13～1.3，取C1=0.8mm</p><p>　　C2—為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm，雙面腐蝕取2mm，現(xiàn)取C2=2mm</p><p>　　C3—加工減薄量，對冷加工C3=0，熱加工封頭C3=S0×10﹪，現(xiàn)取C3=0</p><p>　　C=0.8+2+0=2.8（mm）</p><p>　　查

71、詢可知選用30mm厚A3鋼板制作。</p><p><b>　?、?封頭壁厚計算</b></p><p>　　式中 P=0.5MPa ,D=533cm，=127MPa，=0.7</p><p>　　C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）</p><p>　　選用30mm厚A3鋼板制作</p><

72、;p><b>　?。?） 進出口管徑</b></p><p>　　① 稀糖液進口管徑【8,13】：</p><p>　　稀糖液體積流量為99m3/h，其流速為0.42m3/s，則進料管截面積為： </p><p>　　直徑 </p><p>　　取無縫鋼管φ580×10，58

73、0mm＞288mm，可適用。</p><p><b>　?、?稀糖液出口管徑</b></p><p>　　因為出口物料量要比進口物料量大些，按說出口管徑應該比稀糖液進口管徑大些，所以取φ600×10無縫鋼管就可以滿足了。</p><p>　　則取無縫鋼管φ600×10</p><p><b>

74、;　?、?排氣口管徑</b></p><p>　　取φ630×12無縫鋼管。</p><p><b>　?、?支座選擇</b></p><p>　　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。</p><p>　　5.3 其它設備的計算和選型</p><p>

75、;　　5.3.1 蒸餾設備</p><p>　　蒸餾設備【8,9,14】]采用差壓蒸餾兩塔系機組，可以充分利用過剩的溫差，也就是減少了有效熱能的損失。</p><p><b>　　設計蒸餾機組如下：</b></p><p>　?。?）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，

76、高5000mm；</p><p>　?。?）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。</p><p>　　5.3.2 換熱器的選型</p><p>　　換熱器標準換熱管尺寸φ25×2mm的不銹鋼,為正三角形排列,管間距t=32mm同時,管殼式換熱器的制造簡單方便,相

77、對投資費用較低。</p><p>　　為了便于管理和操作，整個發(fā)酵車間只需一只總酒精捕集器，這樣從整個工段而言塔負荷也比較穩(wěn)定，由于CO2中含酒精量變化不大，故沒有必要進行板數(shù)的設計。</p><p><b>　　5.3.3 稀釋器</b></p><p>　　選用立式錯板糖蜜連續(xù)稀釋器。</p><p>　　生產1t酒

78、精需4180kg85°糖蜜，密度為1450kg/ m3，1天所需的原料糖蜜為：</p><p>　　4180×400=1672000kg，</p><p>　　生產6萬噸酒精一天內釋至25°糖蜜用量得：</p><p>　　14212×60000/250=3410880kg，密度1200kg/ m3,</p>&

79、lt;p>　　V1=3410880/1200=2842m3</p><p>　　又稀釋器的近似體積等于：</p><p>　　式中 D—為稀釋器的內徑，（m）</p><p>　　初選糖蜜按經驗選取流速為u=0.35m3/s </p><p>　　l=0.35×24×3600=30240（m）</p>

80、<p>　　則 ，取0.35m</p><p>　　糖蜜輸送管，流速為0.10m/s</p><p><b>　　取0.60m</b></p><p>　　表5-1 年產6萬噸酒精工廠設計主要設備一覽表</p><p><b>　　6 工藝計算</b></p><

81、;p>　　6.1 物料衡算 </p><p>　　6.1.1 原料消耗量計算（基準：1噸無水乙醇）</p><p>　　(1) 糖蜜原料生產酒精的總化學反應式為：</p><p>　　C12H22O11＋H2O→2C6H12O6→4C2H5OH＋4CO2↑</p><p>　　蔗糖 葡萄糖 酒精

82、</p><p>　　342 360 184 176</p><p>　　X 1000</p><p>　　(2) 1000kg無水乙醇的理論蔗糖消耗量：</p><p>　　1000×（342÷184）﹦1858.7（kg）</p><

83、;p>　　生產1000kg燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）換算成質量分數(shù)為：</p><p>　　相當于理論蔗糖消耗量為：</p><p>　　1858.7×99.18％﹦1843.5（kg）</p><p>　　(4) 生產1000kg燃料酒精實際蔗糖消耗量（生產過程中蒸餾率為98﹪，發(fā)酵率為90﹪）：</p><p&

84、gt;　　1843.5÷98﹪÷90﹪﹦2090（kg）</p><p>　　(5) 糖蜜原料含可發(fā)酵性糖50%，故生產1000kg燃料酒精糖蜜原料消耗量：</p><p>　　2090÷50﹪=4180（kg）</p><p>　　(6) 生產1000kg無水酒精量（扣除蒸餾損失生產1000kg無水酒精耗糖蜜量為）：</p>

85、;<p>　　1858.7÷90﹪÷50﹪=4130.4（kg）</p><p>　　6.1.2 酵醪液量的計算</p><p>　　酵母培養(yǎng)和發(fā)酵過程放出二氧化碳量【9】為：</p><p>　　（1000×99.18%）÷98%×(176÷184)=968</p><

86、p>　　采用單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，把含固形物85﹪的糖蜜稀釋成濃度為22﹪～25%的稀糖液。設稀釋成25%的稀糖液：</p><p>　　4180×（85%÷25%）=14212(kg)</p><p>　　即發(fā)酵醪液量為：14212kg</p><p>　　酵母繁殖和發(fā)酵過程中放出968kg的二氧化碳，則蒸餾發(fā)酵醪的量為（其中酒精捕集器

87、稀酒精為發(fā)酵醪量的6%）：</p><p>　　F1：（14212-968）×（1.00+6%）=14039（kg）</p><p>　　蒸餾成熟發(fā)酵醪的酒精濃度為：</p><p>　　B1：(1000×99.18%)÷(98%×14039)=7.14%</p><p>　　6.1.3 成品與廢醪量

88、的計算</p><p>　　糖蜜原料雜醇油產量約為成品酒精的0.25%～0.35%，以0.3%計，則雜醇油量【9】為：</p><p>　　1000×0.3% =3 (kg)</p><p>　　醪液進醪溫度為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%（m），生產1000kg

89、酒精，則：</p><p><b>　　醪塔上升蒸汽量為：</b></p><p>　　V1=14039×7.14%÷42.43%=2363（kg）</p><p><b>　　殘留液量為：</b></p><p>　　WX=14039-2363=11676（kg）</p&

90、gt;<p>　　根據(jù)發(fā)酵醪比熱公式C=4.18×（1.0919-0.0095B）</p><p><b>　　成熟醪液比熱容為：</b></p><p>　　C1=4.18×（1.019-0.95B1）</p><p>　　=4.18×（1.019-0.95×7.14%）</p>

91、;<p>　　=3.98[kJ/(kg·K)]</p><p>　　成熟醪帶入塔的熱量為：</p><p>　　Q1=MC1t1=14039×3.98×55=3.08×106(kJ)</p><p>　　蒸餾殘液內固形物濃度為：</p><p>　　B2 = F1B1/WX=(14039&

92、#215;7.14%)/11676=8.59%</p><p>　　根據(jù)殘留液比熱公式C = 4.18×（1-0.00378B2）</p><p>　　蒸餾殘余液的比熱容：</p><p>　　C2 = 4.18×（1-0.378B2）</p><p>　　=4.18×（1-0.378×8.59%）&l

93、t;/p><p>　　=4.04[kJ/(kg·K)]</p><p>　　塔底殘留液帶出熱量為：</p><p>　　Q4=WX·C2·t4=11676×4.04×85=4.01×106(kJ)</p><p>　　查附錄得42.43%酒精蒸汽焓為2045KJ/kg。故上升蒸汽帶出的熱

94、量為：</p><p>　　Q3=V1i=2363×2045=4.83×106（kJ）</p><p>　　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：</p><p>　　D1=（Q3+Q4+Qn-Q1）/(I-CWt4)</p>

95、<p>　　=（4.83×106+4.01×106-3.08×106）/[(2644-4.18×85) ×99%] </p><p><b>　　=2542(kg)</b></p><p>　　若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢液量為：</p><p>　　W

96、X+D1=11676+2542=14218(kg)</p><p>　　6.1.4年產量為6萬噸燃料酒精的總物料衡算</p><p>　　日產產品酒精量：60000/250=240(t) </p><p>　　每小時產酒精量：240÷24=10（t）</p><p>　　主要原料糖蜜所需量：</p><p>

97、　　日耗量：4180×240=1003200（kg）=1003.2（t）</p><p>　　年耗量：501.6×250=2.508×105（t）</p><p>　　每小時產次級酒精：10×（2÷98）=0.20408(t)</p><p>　　實際年產次級酒精：0.20408×24×250 =

98、1224.48（t）</p><p>　　糖蜜原料酒精廠物料衡算見表4-1</p><p>　　表6-1 60000t/a糖蜜原料酒精廠物料衡算表</p><p>　　6.1.5 稀釋工段的物料衡算</p><p>　　（1） 計算每生產1000kg酒精稀釋糖蜜用水量</p><p>　　稀釋成25﹪稀糖液用水量為：

99、</p><p>　　W1= 14212-4180=10032 (kg)</p><p>　　則生產6萬噸燃料酒精每小時稀釋糖蜜需要用水量：</p><p>　　10032×10000÷1000=100320 (kg/h)</p><p>　　生產6萬噸酒精一年稀釋糖蜜需要的用水量：</p><p>

100、;　　10032×60000=6.0192×108（t/a）</p><p>　　（2） 營養(yǎng)鹽添加量</p><p>　　選用氮量21﹪的硫酸銨作為氮源，每噸糖蜜添加1kg【7】，</p><p>　　則每生產1t酒精硫酸耗量為：</p><p>　　4180×1÷1000=4.18（kg）</

101、p><p><b>　　每小時耗量：</b></p><p>　　4.18×5000÷1000=20.9（kg/h）</p><p><b>　　日耗量：</b></p><p>　　20.9×24=501.6（kg/h）</p><p>　　則生產

102、6萬噸酒精一年需要硫酸銨用量：</p><p>　　4.18×60000=250800（kg/a）</p><p><b>　?。?） 硫酸用量</b></p><p>　　每噸糖蜜用硫酸5kg【7】：</p><p>　　則每生產1噸酒精消耗硫酸的量為：</p><p>　　4.18&

103、#215;5=20.9（kg）</p><p>　　年產6萬噸酒精，硫酸總消耗量為：</p><p>　　20.9×60000=1254000（kg）=1254（t）</p><p><b>　　每日用量：</b></p><p>　　1254÷250=5.016（t）</p><

104、p><b>　　6.2 熱量衡算</b></p><p>　　6.2.1 發(fā)酵工段的物料和熱量衡算</p><p>　　現(xiàn)生產60000t/a，要每小時投入糖蜜量41800kg/h，</p><p><b>　　則無水酒精量為：</b></p><p>　　41800×1000

105、47;4130.4=10120（kg/h）</p><p>　　以葡萄糖為碳源，酵母發(fā)酵每生成1kg酒精放出的熱量約為1170kJ 【9】。則年產3萬噸酒精工廠，培養(yǎng)酵母和發(fā)酵每小時放出的熱量為：</p><p>　　Q=1170×10120=1.18404×107（kJ/h）</p><p>　　發(fā)酵酵母冷卻水初溫TW1=20℃，終溫TW2=2

106、7℃，平均耗水量為：</p><p>　　W酵母發(fā)酵=Q/[Ce(TW1-TW2)]=1.18404×107/[4.18×(27-20)]= 404661.65(kg/h)</p><p>　　酵母酒精捕集器用水：（蒸餾發(fā)酵醪的量為F=140385.968kg/h）</p><p>　　5%F÷1.06=5%×140385.9

107、86÷1.06=6621.98(kg/h)</p><p>　　則發(fā)酵部分總用水量：</p><p>　　W發(fā)酵部分=404661.65 +6621.98=411283.63（kg/h）</p><p>　　6.2.2 蒸餾工段的物料和熱量衡算</p><p>　　按采用差壓蒸餾兩塔流程計算【3,10】，進醪塔酒精濃度為7.14%，

108、出醪塔酒精蒸汽濃度為50%。</p><p>　?。?） 醪塔見圖6-1</p><p><b>　　V1</b></p><p>　　Q3=V1i Qn1</p><p>　　F1 </p><p>　　Q1=F1C1t1 </

109、p><p>　　D1 Q4=Q14+D1Ct4</p><p><b>　　Q2=D1I1 </b></p><p><b>　　Wx+D1</b></p><p>　　圖6-1 醪塔的物料和熱量平衡圖</p><p>　　醪液預熱至55℃，進入

110、醪塔蒸餾，酒精質量分數(shù)為7.14%，沸點92.4℃，上升蒸汽濃度為50%（v），也就是42.43%（w）。已知塔頂75℃，塔底85℃。則塔頂上升蒸汽熱焓量i1=2045kJ/kg。加熱蒸汽取0.05MPa絕對壓力，則其熱焓量I1=2644kJ/kg。</p><p><b>　　總物料衡算： </b></p><p>　　即 6-1<

111、;/p><p><b>　　酒精衡算式：</b></p><p><b>　　6-2</b></p><p>　　式中：xF1—成熟發(fā)酵醪內酒精含量[%（W）]，xF1=7.14﹪。</p><p>　　y1—塔頂上升蒸汽中酒精濃度[%（W）]，y1=42.43 ﹪。</p><p&

112、gt;　　xW1—塔底排出廢糟內的酒精濃度[%（W）]，塔底允許逃酒在0.04﹪以下，取xW1=0.04﹪。</p><p><b>　　熱量衡算式：</b></p><p><b>　　6-3</b></p><p>　　設CF1=3.98kJ/（kg·h），CW=4.04kJ/（kg·k），Ce=4

113、.18kJ/（kg·k），并取熱損失Qn1=1﹪D1I1，tF1=55℃，tW1=85℃，蒸餾發(fā)酵醪F1=140385.986（kg/h） </p><p>　　由4-1、4-2、4-3可得：</p><p>　　V1=133555（kg/h），Wx=6830（kg/h），D1=116313860（kg/h）</p><p>　　一般醪塔采用直接蒸汽加熱，

114、塔底醪排出量為：</p><p>　　G1=WX+D1=6830+116313860=116320690（kg/h）</p><p>　　表6-2 年產6萬噸酒精廠蒸餾工段醪塔物料熱量匯總表</p><p><b>　?。?）精餾塔</b></p><p>　?、?塔頂溫度105℃，塔底130℃，進汽溫度130℃，出塔

115、濃度為96﹪（v），即93.84﹪（w）【8】。</p><p><b>　　出塔酒精量為：</b></p><p>　　P=10000×99.18%÷93.84%=10569 (kg/h)</p><p>　?、?每小時醛酒量：因為醛酒占出塔酒精的2﹪，則每小時的醛酒量為：</p><p>　　A=

116、2﹪×10569=211.38(kg/h)</p><p>　?、?P′= P–A =10569- 211.38=10357.62(kg/h)</p><p>　　圖4-2 精餾塔的物料和熱量衡算圖</p><p>　?、?在精餾塔中，塔頂酒精蒸汽經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)經驗值，此少量酒精約為精餾塔餾出塔酒精的2

117、%左右，則其量為【8】：</p><p>　　Pe= P′×2%=10357.62×2%=207（kg/h）</p><p>　?、?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=0.3%×10569 =31.70

118、7(kg/h) </p><p>　　故H=(P′+Pe)×2%=（10357.62+207）×2%=211.29(kg/h)</p><p>　　在雜醇油分離器內約加入4倍水稀釋,分油后的稀酒精用塔底的蒸餾

119、廢水經預熱到tH=80℃,仍回入精餾塔,這部分稀酒精量為:</p><p>　　H′= (1+4)H–m0 = 5H–m0=5×211.29-31.707=1024.743(kg/h)</p><p><b>　?、?物料平衡：</b></p><p>　　F2 + D2 + H′= P′+ Pe + H + D2 + W′x<

120、/p><p>　　則: W′x = F2 + H′-P′-Pe -H</p><p>　　=133555+1024.743-10357.62-207-211.29</p><p>　　=123803.833(kg/h)</p><p><b>　?、?熱量平衡：</b></p>

121、<p><b>　　錯誤!未指定書簽。</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 R—精餾塔回流比一般為3～4，取3【11】</p><p>　　I2—精餾塔加熱蒸汽熱焓量，0.6Mpa絕對壓力，I2=2652(kJ/h)</p><p>　　tH—為回

122、流稀酒精進塔溫度tH=80℃</p><p>　　CH—為雜醇油分離器稀酒精比熱，稀酒精濃度為：</p><p>　　x′H=[xH(H－m0)]/H′=[75.2%×(211.29－31.707)]/1024.743=13.178%，</p><p>　　查得起比熱為CH =4.43kJ/（kg·k），75.2﹪—為雜醇油酒精的重量百分濃度，與

123、液相濃度55﹪（v）相平衡。</p><p>　　tP—出塔酒精的飽和溫度(78.3℃)</p><p>　　CP—出塔酒精的比熱，應為2.80[kJ/（kg·k）]</p><p>　　i2—塔頂上升蒸汽熱含量,i2=1163.2 (kJ/kg)</p><p>　　iH—雜醇油酒精蒸汽熱含量,應為iH=1496(kJ/kg)&l

124、t;/p><p>　　tw2—精餾塔塔底溫度，取130℃</p><p>　　Cw取4.04KJ/（kg·k）</p><p>　　Qn2—精餾塔熱損失,Qn2=2%D2I2</p><p>　　CF2—進塔酒精的比熱，取CF2=4.16(kJ/kg)</p><p>　　tF2—進料溫度，取90℃</p&

125、gt;<p>　　W′x上面算得123803kg/h</p><p>　　計算可得：D2=10330(kg/h)</p><p><b>　　塔底排出的廢水：</b></p><p>　　G=D2+W′x=10330+123803=134133（kg/h）</p><p>　　計算蒸餾工段的蒸餾效率： &

126、lt;/p><p>　　ηp=xpP/（xF1F1）=（93.13%×5284.5）÷（7.14%×70195）=98.197%</p><p>　　表6-3 年產6萬噸酒精工廠蒸餾工段精餾塔物料熱量衡算匯總表</p><p><b>　　6.3供用水衡算</b></p><p>　　6.3.

127、1 精餾塔分凝器冷卻用水</p><p>　　對精餾塔分凝器熱量衡算有：</p><p>　?。≧2+1）（P′+Pe）i2= W精餾CW（t′H3-tH3）</p><p>　　W精餾=[i2（R+1）(P′+ Pe)]/[C′W(t′H3－tH3)</p><p>　　精餾塔回流比R為3【11】</p><p>　

128、　塔頂上升蒸汽熱焓i2 =1163.2KJ/kg</p><p>　　冷卻水進出口溫度tH3、t′H3，取tH3=20℃，t′H3=85℃</p><p>　　Cw取4.04KJ/kg</p><p>　　則精餾塔冷凝器冷卻用水為：</p><p>　　W精餾分凝= 9.31×104kg/h</p><p>

129、;　　6.3.2 成品酒精冷卻和雜醇油分離器稀釋用水</p><p>　　成品酒精冷卻使用20℃的河水，根據(jù)熱量衡算，耗水量為：</p><p>　　W成品=[P′CP(tP－t′P)]/[CW(t′H2－tH2)]</p><p>　　C P為成品酒精比熱容為2.90（kJ/kg·K）</p><p>　　tP、t′P為成品酒精