生物工程毕业设计(论文)-年产25万吨酒精工厂的设计.doc
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1、毕 业 论 文 作 者: 学 号: 学 院: 专 业: 生物工程 题 目: 年产 25 万吨酒精工厂的设计 指导者: 2010 年 6 月 吉 林 摘 要 I 年产 25 万吨酒精工厂的设计 摘 要 本设计为年产 25 万吨酒精工厂的设计计。依据东北地区的特点选择以玉米为原料,厂址 选择在有“玉米黄金带”之称的吉林省吉林市郊区。工艺上的设计为:双酶法液化糖化工艺(提高 淀粉利用率)、连续发酵工艺(提高生产效率) 、五塔压差蒸馏工艺(保证产品质量及提高热能 利用率) 、分子筛工艺,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。其中采出酒精量 33205.625kg/h,
2、玉米粉量 78773.75 kg/h,闪蒸量 9165.825 kg/h, 蒸汽消耗量 92032.45kg/h,蒸馏工段总耗水量 176377.775 kg/h。 关键词:食用酒精,液化糖化,发酵,蒸馏 东北电力大学学士学位毕业论文 II With an Annual Output of 10,000 Edible ethyl alcohol Factory DesignSection Key: Topping still Section Abstract The design for an annual output of 100,000 tons of fuel ethanol plan
3、t design, which focuses on section for the topping still. Based on the characteristics of the northeastern region choose to corn as raw material, the site chosen in a “golden maize belt”, said the outskirts of Siping City, Jilin Province. The process is designed to: double-glycosylated enzymatic liq
4、uefaction technology(reduced the heat energy loss), continuous fermentation process(enhanced the production efficiency), the five towers pressure distillation technology(both guaranteed the product quality and to raise the heat energy use factor), molecular sieve technology, through the material bal
5、ance, equipment selection, the water consumption of electrical calculations ,to design a reasonable optimal process.Including:production of alcohol 33205.625kg/h,the amount of corn flour78773.75 kg/h,the amount of flash 9165.825kg/h,Steam consumption 92032.45kg/h, total water consumption of distilla
6、tion Section 176377.775kg/h. Keyword: Edible ethyl alcohol,Fluid saccharification ,Fermentation , Distillation 目录 I 目 录 第 1 章 绪 论.2 1.1 中国酒精工业的发展历史2 1.2 酒精生产的主要问题2 1.3 解决酒精生产问题的对策2 1.4 国内外酒精生产技术水平比较分析3 第 2 章 设计概论.4 2.1 毕业设计的目的4 2.2 毕业设计的题目4 2.3 毕业设计的任务4 2.4 设计的指导思想5 2.5 设计的依据5 2.6 生产方案的确定和产品方案5 2.7
7、厂址选择5 2.8 原料来源、规格及标准8 2.9 主要辅料的质量标准9 2.10 水的质量标准(外观 理化指标及要求)10 2.11 成品品种及质量标准12 2.12 主要工艺技术参数12 2.13 生产工作制度13 2.14 环保措施13 2.14.1 CO2回收利用 .13 2.14.2 杂醇油回收14 2.14.3 液体、固体 CO2 (干冰) 的制备和贮运.14 2.14.4 酵母回收14 2.14.5 酒精糟回收15 第 3 章 酒精生产工艺流程的设计及说明16 3.1 酒精的性质、用途及生产方法概述16 3.1.1 性质16 3.1.2 用途16 3.1.3 玉米原料生产酒精流程
8、16 3.2 酒精生产工艺流程的确定16 3.3 工艺条件及说明17 3.3.1 玉米粉供应工序17 3.3.2 液化糖化工序.17 3.3.3 发酵工序.18 3.3.4 酒精蒸馏.19 第 4 章 酒精生产过程中的物料和热量衡算.24 4.1 物料及热量衡算24 4.1.1 成熟醪量的计算24 4.1.2 发酵工段物料衡算24 4.1.3 液糖化工段物料衡算31 东北电力大学学士学位毕业论文 II 4.1.4 蒸馏工段物料衡算.34 4.2 水、电、汽消耗的计算42 4.2.1 耗水量的计算42 4.2.2 蒸汽消耗量的计算43 4.2.3 供电设施的计算43 第 5 章 设备选型的计算.
9、45 5.1 液糖化工段45 5.1.1 糖化罐.45 5.1.2 闪蒸罐.49 5.1.3 液化罐.50 5.1.4 维持罐.50 5.2 发酵工段51 5.2.1 酒母罐51 5.2.2 发酵罐51 5.3 蒸馏工段44 5.3.1 精馏塔53 第 6 章 重点设备粗馏塔.64 6.1 粗馏塔概况64 6.2 粗馏塔板类型及结构64 6.2.1 泡罩塔板.64 6.2.2S(SD)型塔板 64 6.2.3 导向筛板.65 6.2.4 浮阀波纹筛板.65 6.2.5 斜孔塔.66 6.3 粗馏塔的计算66 第 7 章 总体平面设计及全厂定员.71 7.1 总体平面设计的原则及要求71 7.1
10、.1 依据71 7.1.2 基本原则71 7.1.3 要求71 7.1.4 全厂总平面设计71 7.2 全厂定员72 7.2.1 生产部门72 7.2.2 动力辅修车间72 7.2.3 科研部门72 参考文献73 致谢语.74 第 1 章 绪 论 1 第 1 章 绪 论 1.1 中国酒精工业的发展历史 历史上,关于蒸馏酒精的最早描述者是 12 世纪的 Mappae lavicula,他在自己的记述中 谈到了酒精可以用作燃料和溶剂。18 世纪末,首选报道了无水酒精的生产方法。但是真正 的工业化酒精生产时 19 世纪末开始发展起来的,一直到第二次世界大战期间,发酵酒精生 产达到了高峰。 在生产发展
11、的同时,有关发酵酒精生产新技术和新工艺的科学研究也得到了迅猛的发 展,一度成为了科学研究的中心议题,发酵酒精生产经历了第二次大发展时期。 我国现代化酒精工业的历史不长,1907 年德国人在哈尔滨建立了第一个酒精厂;1920 年福建酒精厂成立。以薯干为原料;1922 年山东溥盆酒精厂投产,以甜菜糖蜜为原料; 1935 年上海中国酒精厂成立,以进口甘蔗糖蜜和薯干为原料,这些都是我国第一批酒精厂。 解放前,我国的酒精工业发展缓慢,到解放前夕,全国总产量不及万吨,淀粉利用率仅 60%左 右,生产工艺均为简写发酵法,糖制剂用的是麦芽,原料不经粉碎,解放后,50 年代初是 恢复时期,产量逐步发展。50 年
12、代中开始进行技术革新,首先用微生物糖化剂代替麦芽; 目前苏联的三段蒸煮代替间歇蒸煮,进而采用一级真空冷却连续糖化;糖蜜发酵实行了连 续糖化,淀粉质原料的连续发酵也在一些工厂开始采用液体曲,以后又有糖化酶、液化酶、 问世;80 年代中,8085液化和其他低温蒸煮工艺开始在我国酒精工业中得到应用。近 年来高温 -淀粉酶、高糖化力酶、耐高温酵母、活性干酵母、差压蒸馏和各种酒糟处理新 技术也开始应用,同时引进了国外一些酒精联产饲料的成套装备和技术,使我国的酒精生 产水平上了一个新台阶。 1.3 目前酒精生产存在的主要问题 随着国名经济的进一步发展,整个社会对酒精的需要量会有所增加,但是,酒精最大 的需
13、要量是作为汽油的代用品,即作燃料。 发酵酒精的成本过高,国际市场上酒精的价格要比石油贵一倍,如果成本不降到与石 油相近,则难与石油相竞争。 成产过程中能耗过大,尤其蒸煮和酒精回收过程中能耗特别高。以玉米原料为例,生 产 1L 酒精能耗约 1423518840KJ,而每 1L 酒精的燃烧值约为 23446KJ,能量平衡值较低。 如果不大幅度降低能耗,则将在很大程度上失去作为能源的价值。 生产酒精的原料受到土地和水资源的限制,对于土地较少的国家来说更是如此。拿我 国的情况来说,根据 80 年代中期有关部门统计,我国到 2000 年汽车燃料将需要 48006000 万吨,以掺入 10%计,则 200
14、0 年将需要燃料酒精 480600 万吨。按每亩产薯 东北电力大学学士学位毕业论文 2 干 800kg 计,将需要新增耕地总数的 1%左右,这几乎是一个无法承受的压力。酒精与民 争粮、争地的情况不解决,要大发展是几乎不可能的。 酒精处理问题是当前酒精生产面临的又一严重问题。每生产 1 吨酒精需要生产 1215 吨左右的酒糟。一般酒糟的 BOD 值在 2500035000mg/L 之间。这样高浓度的有机度液, 如果不经过处理就排入自然界,那将成为严重的污染。一个年产 8 万吨酒精的工厂所产生 的污染负荷和一个 140 万人口的城市产生的生活污水负荷相当。 酒精废糟由于最大,加上处理技术没有过关,
15、目前已经成为了轻工业 各行业中第二大 污染源。为此,酒精处理问题已成为酒精工业能否存在和发展的头等大事。 酒精发酵的强度问题 发酵强度愈大,同时发酵罐容积生产地酒精就多。常规的糖蜜 问题间歇酒精发酵,其强度只有 2g/(Lh)。一旦酒精有可能成为燃料,则其产量增加几 倍、几十倍,建新厂投资就很大,运转过程中的经费也大。如果能将发酵强度提高几倍几 十倍,发酵投资将大为减少,最终对成本的降低有利。因此,酒精发酵强度的提高问题, 是当今世界上科学家研究的一个热门课题。 1.3 解决酒精生产问题的对策 当今我国酒精行业面临的最大课题是原料、成本和污染等三个问题,针对述存在的问 题,我国和世界各国的学者
16、、工程技术人员都在研究对策,研究和发展解决上述问题的新 菌种、新工艺、新设备和新技术 解决发酵酒精原料的根出路,在于利用纤维原料(包括纤维素和半纤维素在内的)来 代替粮食原料。这一工艺在美国已基本解决,但是成本还较高,生物技术的进一步发展将 最终解决这个问题,我们在这方面也应跟上,以免到时被动。将粮食原料酒精生产与酒精 糟处理结合起来,使得酒精生产与饲料生产合,实现饲料粮先酿酒精,酒糟作饲料的战略目 标是部分解决酒精生产原料的有效途径。据计算,全国的饲料粮如果都先酿酒精,则可得 到 600 万吨酒精和近 600 万吨干蛋白质饲料。而后者的总饲料报酬要比全部饲料粮直接作 饲料高。 在节能方面,主
17、要的努力应放在无蒸煮工艺和酒精节能回收技术的研究上,将节能消 耗降低 50%或更多是完全可能的。另外,原料粉碎耗电也很大,如何降低粉碎电耗也是应 引起重视的问题。 高发酵强度酒精发酵新工艺也将会有突破性的进展,现在实验室结果,发酵强度已超 过 100g/(Lh),也就是说比间歇发酵提高了 50 倍以上。为此,在工业生产争取达到 50g/(Lh)是完全有可能的。 在菌种选育方面,常规的诱变育种技术加上遗传工程技术,将有可能获得能直接发酵 生淀粉、纤维素、半纤维素的菌株;纤维素酶高产菌株,耐高温酵母和其他优良的酒精发 第 1 章 绪 论 3 酵微生物、抗杂酒精发酵菌也将有得到的可能。任何上述一个菌
18、株的获得都将从根本上改 变目前酒精生产地面貌。 1.4 国内外酒精生产技术水平比较分析 目前国内外酒精加工生产技术发展呈现四大趋势。 采用先进的发酵工艺 系有瑞典阿拉法公司发明,即将发酵醪液经过滤去除纤维渣, 再经分离机分离酵母和醪液,酵母回到发酵罐,醪液进入蒸馏工序,可减少酵母培养,缩 短发酵周期,提高产量,减少废液排放。目前澳大利亚、印度等国已采用这种先进的发酵 工艺;我国酒精加工企业多采用固定化酵母提高发酵效率。 推广节能技术 我国推广的糖化节能技术主要是低温蒸煮和糖化,操作温度从 140 下降到 80,热能消耗下降 40%;蒸馏节能技术主要是气相过塔、压差蒸馏等,可节约蒸 汽 30%以
19、上。 应用分子筛脱水和膜蒸发技术 传统的精馏方法只能获得大约 96%的酒精,以往的解 决方法是恒沸技术,现在美国则采用分子筛脱水和膜蒸发技术。其优点是无夹带物,无化 学物、可用简单的计算机操作、操作费用低廉。 应用领域不断扩展 酒精作为一种可再生能源,作为一种清洁的无硫燃料,除用作汽 车燃料外,目前已开始与柴油混合进入消费市场,燃料乙醇电池现也开始研制。 第 2 章 设计概论 4 第 2 章 设计概论 2.1 毕业设计的目的 树立正确的设计思想,在技术上采用先进的生产经验和成熟的科技成果,选择先进可 靠、安全适用的工艺流程和工艺条件及生产设备;技术经济指标先进,生产损耗和能量消 耗低,在经济上
20、具有合理;对环境污染程度低,在环境保护上具有可行性。对物料、水、 电、汽进行平衡计算,对主要生产设备进行选型与计算,同时进行重点设备的设计和重点 车间平面布置设计以及全厂平面布置设计,并绘制图纸。通过毕业设计使学生熟悉酒精生 产过程和解决一些工程技术问题,培养学生独立查找、分析和使用技术资料,独立编写设 计文件,熟练使用 CAD 软件绘制工艺流程图和设备装配图的能力。 2.2 毕业设计的题目 年产 25 万吨食用酒精工厂初步设计。 2.3 毕业设计的任务 (1)确定建厂的意义; (2)厂址选择、建厂规模及布置方案; (3)对所给设计题目进行总体构思,包括工艺流程选择、工艺批次及工艺参数的选取等
21、。 (4)就设计题目的规格进行全厂的物料衡算:包括所有的原辅料、半成品及成品(以 1000kg 原料为基准)(每批次产量、每天产量、月产量、年产量)。 (5)在物料衡算基础上,进行全厂的设备设计,计算选型,对全厂的所有标准设备通过 生产能力的计算,选出型号功率、设备总量、材料及主要动力设备,最后列出全厂设备一 览表。 (6)对全厂水、电、汽等进行计算,列出衡算表。 (7)重点设备、工艺的设计及讨论。 (8)重点车间平面布置设计和全厂平面布置设计; (9)绘制图纸; (10)全厂经济技术指标的校核、计算。 (11)厂区的交通状况、能源供应、水源情况、原料来源综合分析。 (12)建厂总投资估算。
22、(13)其他。 东北电力大学学士学位毕业论文 5 2.4 设计的指导思想 设计以传统的酒精生产工艺为蓝本,综合毕业实习时,收集的资料及查阅的大量相关 资料,力求在技术上采用先进的生产经验和成熟的科技成果,使其具有现实性和先进性; 工艺流程、选用设备、工艺控制和工艺条件先进可靠、安全适用;生产技术经济指标先进, 生产损耗和能量消耗低,在经济上具有合理性;对环境污染程度低,在环境保护上具有可 行性。 (1)在工艺上的选择和设备的选用上为确保工艺稳定、可靠和产品质量,部分采用了 传统式,同时进行了革新改造,引进了一部分国外较先进的技术和设备。 (2)设计中考虑尽量降低操作费用及啤酒的单耗量,使其具有
23、上马快、收效大的特点。 (3)设计考虑到食用酒精厂今后的发展趋势(如增加品种、扩大产量等),在建筑和 平面布置上及设备选取上,都留有适当的余地,同时又不致于造成现有设备、场地的太大 浪费。 (4)设计考虑到工人劳动条件的改善及劳动强度的降低,采用了一些新工艺、新设备, 同时又确保酒精质量。 (5)考虑到食用酒精厂的环境,进行了污水处理、CO2 回收等综合利用,不但改善 了环境污染,同时增加工厂的收入。 (6)设计采用部分自动化仪表控制,使本厂在机械化、自动化水平上与国外先进水平 差距缩短了。 2.5 设计的依据 依据国家和地方政府的经济计划,综合国内、国际市场情况,当地原料、水源、水质、 能源
24、供应及交通运输状况的调查与研究,依据自然状况、查阅大量相关资料,遵从设计的 题目要求,用学过的理论知识与实践知识相结合,进行此题目的设计工作。 2.6 生产方案的确定和产品方案 从投资能力、销售量、水源、能源供应、供电状况、技术状况等方面综合考察,决定 设计建造一座年产 25 万吨的酒精食用厂,产品质量达到国家优质食用酒精标准,浓度为 95.5%(V)。 2.7 厂址选择 (1)厂址选择的总原则 厂址选择必须符合工业布局,符合所在地区,城市规划的要求,按照国家有关法律、 第 2 章 设计概论 6 法规及建设前期工作的规定进行。 充分利用各地区的有利条件,避开或克服不利条件;充分利用当地人力、物
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