毕业设计(论文)年产5万吨酒精工厂设计 19001字 投稿:卢箣箤.doc
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1、毕业设计(论文)-年产5万吨酒精工厂设计 19001字 投稿:卢箣箤年产50,000 吨酒精工厂设计 摘 要 本设计为年产5万吨酒精工厂的设计,采用糖蜜原料发酵。工艺上的设计为:单浓度糖蜜究竟连续发酵(工艺简单容易操作)、差压式蒸馏工艺(保证产品质量及提高热能利用率)、生石灰吸水法,通过物料衡算、设备选型计算、水电汽耗的计算等合理优化设计生产工艺过程。 关键词 :酒精 糖蜜 酒精发酵 With an Annual Output of 50,000 Tons Fuel Ethyl AlcoholKey words: Factory Design ABSTRACTTimes New Roman)
2、(空两格,小四号 目 录摘要 . I ABSTRACT . II 第一章 前言 . 61.1产品介绍: . 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 . 72.1 工艺指标和基础数据 . 7 2.2 工艺流程 . 8第三章 工艺计算 . 93.1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5万吨燃料酒精的总物料衡算 . 11 3.1.5稀释工段的物料衡算物料衡算 . 12 3.2 热量衡算 . 13 3.2.1 发酵工段 . 13
3、 3.2.2 蒸馏工段 . 13 3.3 供水衡算 . 17 3.3.1精馏塔分凝器冷却用水 . 173.3.2成品酒精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 . 194.1发酵设备设计 . 19 4.1.1发酵罐容积和个数的确定 . 19 4.1.2糖蜜储罐个数的计算. 20 4.1.3冷却面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蒸馏设备 . 24 4.2.2换热器的选型 . 24 4.2.3稀释器 . 24第五章 环保
4、工程 . 255.1 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 . 286.1车间布置设计 . 28 6.1.1建筑基本原则 . 28 6.1.2建筑基本要求 . 286.1.3全厂总平面设计 . 29 6.2车间内常用设备的布置. 29 6.2.1发酵设备 . 29 6.2.2蒸馏设备及其他设备. 29第七章 结论 . 30参考文献 . 31 附录 . 32 谢辞 . 34 第一章 前言1.1产品介绍:乙醇俗称酒精是一种无色透明、易挥发,易燃烧,不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味,微甘。相对分子质量46.07,分子式为C2H5OH
5、,结构式 H H | |为HCCOH 分析纯级的无水乙醇是无色透明,易挥发,具有特殊芳香 | |H H 和强烈刺激味的易燃液体。相对密度0.7893,沸点78.3,凝固点-117.3,闪点14,自燃点390430,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)。1.2设计意义: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、化妆品及军工等工业部门。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。菌种的优劣对发酵效果的影响非常大,能够筛选出具有优良性状的菌株及对菌株进行
6、改良,对于降低生产成本,乃至实现酒精的大规模工业化生产,解决能源危机都有着重大意义。在我国石油年消费以13%的速度增长,2004年进口原油量超过1亿吨,是世界第二大的石油进口国。我国燃料乙醇起步虽然较晚,但发展迅速,以成为继巴西美国之后世界第三大燃料乙醇生产国。2001年4月,原国家计委发布了中国实施车用汽油添加燃料乙醇的相关办法,同时国家质量技术监督局颁布了“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,国家耗资50余亿元建立4个以消化“陈化粮”为主要目标的燃料乙醇生产企业。2006年,我国燃料乙醇生产能力达到102万t,已实现年混配1020万t燃料乙醇汽油的能力。2002年车
7、用汽油消耗量占汽油产量的87.9%,如果按10%比例添加生产燃料酒精换算,需要燃料酒精381万吨,而全年酒精总产量仅为20.7万吨,如果在不久将来,能用燃料酒精替代500万吨等量的汽油,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吨的低水平条件下,开发新能源成为社会发展,推动经济增长的动力,燃料酒精作为国家战略部署的新型能源之一,在我国具有广阔的市场前景。 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,使设计工作符合可持续发展战略。2、设计尽量结合实际,因地制宜,使用目前比较成熟的技术,确保设计可得到最大收益。3、工厂设计需做
8、到人性化为员工工作得合理的安排,使其达到最佳的工作效率。 4、设计中还需注意环保问题,减少对厂区及其周边环境的污染5、对自己,本次设计是对自己大学四年所学知识的一个综合的运用和分析。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 t/a2、生产方法:单浓度连续发酵、差压式二塔蒸馏、吸附脱水技术 3、生产天数:每年250天 4、酒精日产量:200 t 5、酒精年产量: 49998 t6、副产品年产量:次级酒精占酒精总量的2% 7、杂醇油量:为成品酒精量的0.3%8、产品质量:燃料酒精乙醇含量为99.5%(v/v) 9、糖蜜原料:含可发酵性糖50 10、发酵率:90 11
9、、蒸馏率:98 12、发酵周期:48小时 13、发酵温度:2834 14、硫酸铵用量:1Kg/t糖蜜 15、硫酸用量:5Kg/t糖蜜16、酒精质量标准根据国家标准生产(见表1-1) 表1-1 无水酒精质量标准GB67890 2.2 工艺流程1、原料的预处理包括添加絮凝剂、静止澄清、加酸等过程; 2、糖蜜稀释采用连续稀释; 3、酵母菌发酵 4、分离纯化本5、生产工艺流程图(见图2-1) 第三章 工艺计算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、糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为: C12H22O11H2O2C6H12O64C2H5OH4CO2 342 360 184 176
10、 X 1000 2、生产1000Kg无水酒精的理论蔗糖消耗量: 1000(342184)1858.7()3、生产1000Kg燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%(V)以上,相当于99.18%(m))的理论蔗糖消耗量:1858.799.181843.5()4、生产1000Kg燃料酒精实际蔗糖消耗量(生产过程中蒸馏率为98,发酵率为90):1843.598902090()5、生产1000Kg燃料酒精糖蜜原料消耗量(糖蜜原料含可发酵性糖50%): 209050=4180(Kg)6、生产1000Kg无水酒精量(扣除蒸馏损失生产1000kg无水酒精耗糖蜜量为): 1858.79050=4130.4(kg
11、)3.1.2 发酵醪量的计算:酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为:100099.1898000176184=968单浓度酒精连续发酵工艺,把含固形物88的糖蜜稀释成浓度为25的稀糖液经连续稀释器可得稀糖液量为: 418085/25=14212(kg) 即发酵醪量为:14212kg酒母繁殖和发酵过程中放出968Kg的二氧化碳,且酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的6,则蒸馏发酵醪的量为: (14212-968)(1.00+6)=14039(kg) 蒸馏发酵成熟醪的酒精浓度为:100099.189800014039=7.14 3.1.3成品与废醪量的计算糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精的0.250.35,以
12、0.3计,则杂醇油量为10000.3 =3(kg)醪液进醪温度为t1=55,塔底排醪温度为t4=85,成熟醪酒精浓度为B1=7.14,塔顶上升蒸汽的酒精浓度50(v)即42.43(w),生产1000Kg酒精则醪塔上升蒸汽量为:V1=140397.1442.43=2363(kg) 残留液量为:WX=14039-2363=11676(kg)成熟醪量比热容为:C1=4.18(1.019-0.95B1) =4.18(1.019-0.957.14) =3.98KJ/(KgK) 成熟醪带入塔的热量为:Q1=F1C1t1=140393.9855=3.08106(KJ) 蒸馏残液内固形物浓度为: B2=F1B
13、1WX=140397.1411676 =8.59 蒸馏残留液的比热:C2=4.18(1-0.378B2)=4.18(1-0.3788.590)=4.04KJ/(kgK)塔底残留液带出热量为:Q4=WXC2t4=116764.0485=4.01106(KJ)查附录得42.43酒精蒸汽焓为2045KJ/Kg。故上升蒸汽带出的量为: Q3=V1i=23632045=4.83106(KJ)塔底真空度为-0.05MPa(表压),蒸汽加热焓为2644KJ/Kg,又蒸馏过程热损失Qn可取传递总热量的1,根据热量衡算,可得消耗的蒸汽量为:D1=Q3+Q4+Qn-Q1I-CWt4666=4.8310+4.011
14、0-3.081000(2644-4.1885)99=2542(kg) 若采用直接蒸汽加热,则塔底排出废醪量为:WX+D1=11676+2542=14218(kg)3.1.4 年产量为5万吨燃料酒精的总物料衡算工厂年开工为250 天。日产产品酒精量:50000250200(t)每小时酒精量:200100024=8333(Kg)=8.333(t)实际年产量(次级酒精忽略不计):8.33324250=49998(t/a) 主要原料糖蜜用量:日耗量:4180200=836000(kg)=836(t) 年耗量:836250=2.09105(t)每小时产次级酒精:8333(298)=170.06(kg)实
15、际年产次级酒精:170.0624250=1020360(Kg)=1020.36(t/a) 表3-1 200000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表 3.1.5稀释工段的物料衡算物料衡算糖蜜稀释用水量(以每生产1000kg酒精计算) 稀释成25稀糖液用水量为: W1= 14212-4180=10032 (kg)则生产5万吨酒精每小时需要稀释用水量:1003283331000=83597 (kg/h) 生产5万吨酒精一年需要的稀释用水量:1003250000=5.02108(t/a) 营养盐添加量选用氮量21的硫酸铵作为氮源,每吨糖蜜添加1Kg,则每生产1000kg酒精: 硫酸铵年耗量为:41801=
16、4180(kg/a)=41.8(t/a) 日耗量:4180250=16.72(kg/d)每小时耗量:16.7224=0.7(kg/h)则生产20万吨酒精一年需要硫酸铵用量:4.1850000=2.09105(t/a) 3、硫酸用量稀释酒母稀糖液用酸5Kg/t糖蜜:年用量:41805=20900(kg/a)=20.9(t/a) 日用量:20900250=83.6(kg)每小时用量:83.624=3.5(kg/h) 则生产20万吨酒精硫酸用量:20.950000=1.05108表3-2 稀释工段各物料用量(5万吨产量计算)3.2 热量衡算3.2.1 发酵工段现生产50000t/a,要每小时投入糖蜜
17、量34833kg/h,则无水酒精量为: 4383310004130.4=8433.4(kg/h)以葡萄糖为碳源,酒母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170KJ左右,则发酵和培养酒母每小时放出的热量为: Q=117033733.6=9.87106(KJ/h)发酵酒母冷却水初tw=20,终温tw=27,平均耗水量为: 12W酒母发酵=QCe(tw1-tw2)=9.871064.18(27-20)=337321(kg/h)酒母酒精捕集用水为:(待蒸馏发酵醪液量为F=116991kg/h)5F1.06=51169911.06=5518.4(kg/h) 发酵洗罐用水为:(每15天洗一次)1F1.06
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