毕业设计(论文)-年产5万吨酒精工厂设计

年产50，000 吨酒精工厂设计

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。

一产品介绍：

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，结构式 H H | |

为H－C－C－O－H 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390～430℃，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）。

二设计意义：

随着经济的发展，究竟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。 三设计原则

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。

四 工艺指标和基础数据

1、生产规模:50000 t/a

2、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 t

6、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、蒸馏率：98﹪ 12、发酵周期：48小时 13、发酵温度：28～34℃ 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 五 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）

六物料衡算

1原料消耗量计算（基准：1吨无水乙醇）

糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：

C12H22O11＋H2O→2C6H12O6→4C2H5OH＋4CO2↑ 342 360 184 176 X 1000 生产1000Kg无水酒精的理论蔗糖消耗量： 1000×（342÷184）﹦1858.7（㎏）

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：

1858.7×99.18％﹦1843.5（㎏）

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﹪）：

1843.5÷98﹪÷90﹪﹦2090（㎏）

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%）： 2090÷50﹪=4180（Kg）

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）： 1858.7÷90﹪÷50﹪=4130.4（kg）

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：

100099.18176

968

98184

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： 4180×85﹪/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：

100099.187.14

9814039

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0.25～0.35﹪，以0.3﹪计，则杂醇油量为1000×0.3﹪ =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：

V 7.14﹪÷42.43﹪=2363（kg） 1=14039×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×（1.019-0.95×7.14﹪） =3.98[KJ/（Kg·K）] 成熟醪带入塔的热量为：

Q1=F1C1t1=14039×3.98×55=3.08×106（KJ） 蒸馏残液内固形物浓度为：

F1B1140397.148.59 B2WX11676

蒸馏残留液的比热：

C24.18(10.378B2)4.18(10.3788.59)4.04KJ/(kgK)

塔底残留液带出热量为：

'

Q4WXC2t4116764.04854.01106(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236320454.83106(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：

'

Q3Q4QnQ14.831064.011063.08106

D12542(kg)

ICWt4(26444.1885)99若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：

WXD111676+2542=14218（kg）

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：50000／250﹦200（t）

每小时酒精量：200×1000÷24=8333（Kg）=8.333(t)

实际年产量（次级酒精忽略不计）：8.333×24×250=49998（t/a） 主要原料糖蜜用量：

日耗量：4180×200==836000（kg）=836(t) 年耗量：836×250=2.09×105（t）

每小时产次级酒精：8333×（2÷98）=170.06（kg）

实际年产次级酒精：170.06×24×250=1020360(Kg)=1020.36（t/a）

表 200000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表

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：10032×8333÷1000=83597 (kg/h) 生产5万吨酒精一年需要的稀释用水量：10032×50000=5.02×108（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：4180×1=4180（kg/a）=41.8（t/a） 日耗量：4180÷250=16.72（kg/d）

每小时耗量：16.72÷24=0.7（kg/h）

则生产20万吨酒精一年需要硫酸铵用量：4.18×50000=2.09×105（t/a） 3、硫酸用量]

稀释酒母稀糖液用酸5Kg/t糖蜜：

年用量：4180×5=20900（kg/a）=20.9（t/a） 日用量：20900÷250=83.6（kg）

每小时用量：

83.6÷24=3.5（kg/h） 则生产20万吨酒精硫酸用量：20.9×50000=1.05×108

七热量衡算 1 发酵工段

现生产50000t/a，要每小时投入糖蜜量34833kg/h，则无水酒精量为： 43833×1000÷4130.4=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=1170×33733.6=9.87×106（KJ/h）

'''

发酵酒母冷却水初tw1=20℃，终温tw2=27℃，平均耗水量为：

W酒母发酵

Q9.87106

337321(kg/h) '''

Ce(tw1tw2)4.18(2720)

酒母酒精捕集用水为：（待蒸馏发酵醪液量为F=116991kg/h）

5﹪F÷1.06=5﹪×116991÷1.06=5518.4（kg/h） 发酵洗罐用水为：（每15天洗一次）

1﹪F÷1.06=1﹪×233983.3÷1.06=4414.7（kg/15天）

则在发酵工段总用水量W发酵工段=5518.4+4414.7+337321=347254.1（kg/h）

2 蒸馏工段

按采用差压蒸馏两塔流程计算，进醪塔浓度为7.14﹪，出醪塔酒精蒸汽浓度为50﹪.

1、醪塔

图2-1 醪塔的物料和热量平衡图

醪液预热至55℃，进入醪塔蒸馏，酒精质量分数为7.14﹪，沸点92.4℃，取上升蒸汽浓度为50﹪（v），即42.43﹪（w）。塔顶温度75℃，塔底温度85℃。则塔顶上升蒸汽热焓量i1=2045kJ/kg。加热蒸汽取0.05MPa绝对压力，则其热焓量I1=2644KJ/kg。 总物料衡算：

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—成熟发酵醪内酒精含量[﹪（W）]，xF1=7.14﹪。 y1—塔顶上升蒸汽中酒精浓度[﹪（W）]，y1=42.43 ﹪。

XW1—塔底排出废糟内的酒精浓度[﹪（W）]，塔底允许逃酒在0.04﹪以下，取xW1=0.04﹪。热量衡算式：

F1CF1tF1D1I1V1i1(WXCWD1Ce)tW1Qn1 2-3

设CF1=3.98KJ/（kg·h），CW=4.04KJ/（kg·k），Ce=4.18KJ/（kg·k），并取热损失Qn1=1﹪D1I1，tF1=55℃，tW1=85℃，F1=116991（kg/h） 联解2-1、2-2、2-3求得

V1=19575（kg/h），Wx=97416（kg/h），D1=21296（kg/h） 一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：

G1=WX+D1=97416+21296=118712（kg/h）

表3-3 年产5万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表

年产20万吨酒精工厂蒸馏工段精馏塔物料热量衡算汇总表

八供水衡算

利用酒母发酵的冷却废水进行冷却，这样可以节省冷凝水用量。

1精馏塔分凝器冷却用水

精馏塔分凝器热量衡算有：

'

（R2+1）（P′+Pe）i2= W精馏CW（tH3-tH3）

i（）（P，Pe）2R1W精馏分凝

CW(t'H3tH3)

精馏塔回流比R为3

塔顶上升蒸汽热焓i2 =1163.2KJ/kg

''

冷却水进出口温度tH3、tH3，取tH3=20℃，tH3=85℃

Cw取4.04kj/kg

则精馏塔冷凝器冷却用水为：

W精馏分凝=1.56×10 kg/h

2成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水

5

成品酒精冷却使用20℃的河水，根据热量衡算，耗水量为：

W成品

'

P'CP(tPtP) '

CW(tH2tH2)

C P为成品酒精比热容为2.90KJ/（kg·K）

'

为成品酒精冷却前后的温度，分别为78.3℃、30℃ tP、tP

'

tH2、tH2为冷却水进出口温度，分别为20℃、40℃

Cw=4.04 KJ/（kg·K） 则成品酒精冷却水用量为：

W成品=6.05×10kg/h

在杂醇油分离器内加入4倍的水稀释，则稀释用水量为：

W杂醇油分离=4 H=4×176=704kg/h

3总用水量

4

蒸馏车间总用水量为：

W蒸馏工段=W精馏分凝+W成品+W杂醇油分离=1.56×10+6.05×10+704=2.18×10（kg/h）

表3-1各工段用水量及总用水量

5

4

5

九供气衡算

由前面计算所得数据可知蒸馏工段蒸汽消耗：

D＝D1+D2

＝21296+17241＝38537（kg/h） 年耗蒸汽量为：

38537×24×250=231222000(kg)=231222(t)

酒精厂平均蒸汽用量：

酒精厂每小时平均蒸汽消耗量主要供给蒸馏工段，因此其消耗量由蒸馏量和损失组成，蒸汽总损失取蒸馏工段蒸汽消耗量的4%，则锅炉需要蒸发量为：

38537×(100﹪+4%)=40079kg/h=40.079t/h

使用热值为4000大卡的煤，假设锅炉效率为80%，则每吨煤能供生产使用50t新鲜蒸汽，则连续蒸馏煤消耗量为：

40079÷50000÷80﹪=1002（kg/h）

本设计选用的锅炉为工业中压 （1.47—5.88Mp）中型（20—75t）的煤粉锅炉型号为YG80/3.82—M7 蒸发量为80t/h，额定温度为450℃

十供电衡算

根据我国糖蜜酒精连续发酵工艺技术指标，设生产每吨酒精耗电40度，可估算酒精厂的用电：

40×50000=2×105（度/年）=8000（度/日）

考虑到此值为估算值，所以乘以一个富裕系数为120﹪：

8000×120﹪=9600（度/日）=2.4×106（度/年）

[9]

十一发酵设备设计

采用连续发酵方式，根据物料衡算结果可知，每小时进入发酵罐的醪液体积流量为：118433kg/h，密度为1200 kg/m3

118433/1200=99m3/h

1发酵罐容积和个数的确定

[14]

。

进入种子罐和1号发酵罐的醪液体积流0量为W：

（1）种子罐个数的确定：

为保证种子罐有足够种子，种子罐内醪液停留时间应在12h左右，则种子罐

有效容积为：

V=99×12=1188（m3）

取种子罐装料经验系数为80﹪，则种子罐全容积为：

V全=V/u=1188/80%=1485m3 取1500m3

每个罐的容积为500m3，则种子罐个数为：1500/500=3（个）

(2)发酵罐体积。根据发酵罐现在的设备情况，从100 m3到500 m3，现在酒精厂一般采用300 m3，按照有关情况和指导老师建议，我采用300 m3，取H=2D，h1=h2=0.1D

D—为发酵罐内径，（m） H—为发酵罐高，（m）

h1、h2—分别为发酵罐底封头高和上封头高，（m）

发酵罐上均为标准椭圆形封头，下部为锥形封头，为了计算简便，假设其上下封头近似相同，则

V全



4

D2H2



4

D2(h1

1

D)500(m3) 6

D=5.33m，H=10.66m，h1=h2=0.533m 发酵罐的表面积 圆柱形部分面积：

F1=πDH=3.14×5.33×10.66=178m2

由于椭圆形封头表面积没有精确的公式，所以可取近似等于锥形封头的表面积：F2=F3=



D5.332

D()2h25.33()0.533223(m2) 22222

发酵罐的总表面积：F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2 （3）计算发酵罐数量：

上面已经写到，我设计的发酵罐规格为300 m3的规格，设总发酵时间为48小时,设发酵罐数为N个，则发酵罐的有效容积 V有效=WT/N---公式(1)

V全容积×Ψ=V有效--------公式（2） 式中W—每小时进料量；

T—发酵时间； N—发酵罐数

根据经验值，一样取发酵罐填充系数为Ψ=80%，则可以得到： 300×80%=99×(48-12)/N,

计算得到：N=14.85个)，则我们需要发酵罐N=15个

[3]

2糖蜜储罐个数的计算

糖蜜储罐采用1000m3规格：

15天的糖蜜量为：V=836×15=12540 (t) 查得85Bx的糖蜜密度为1450 kg/ m3 则 V＝12540×1000/1450＝8648（m3） 设其装料系数为80﹪，则贮罐的全容积为： V糖蜜 ＝8648/0.8＝10810（m3） 10810/1000=10.81（个） ，取11个

3冷却面积和冷却装置主要结构尺寸

（一）、总的发酵热：

Q=Q1-(Q2+Q3) Q1=GSq

Q3F（ctwtB)

式中 G—每罐发酵醪量（kg） S—糖度降低百分值（﹪）

q—每公斤糖发酵放热（J），查得418.6J Q1—主发酵期每小时糖度降低1度所放出的热量

Q2——代谢气体带走的蒸发热量，一般在5%—6%之间，我们估算时采用5%

Q3——不论发酵罐处于室内还是室外，均要向周围空间散发热量Q3，具体计算看后面。

Q1=（116991/15）×12×418.6×1﹪=3.92×105（KJ/h） Q2=5﹪Q1=5﹪×3.923×105=1.96×104（KJ/h）

发酵罐表面积的热散失计算：先求辐射对流联合给热系数，假定发酵罐外壁不包扎保温层，壁温最高可达35℃，生产厂所在地区夏季平均温度为27℃,则：

C[(TW/100)4(TB/100)4]

tB

tWtB

c对辐1.7tW

4.88（[27335)/1004（27327)/1004]

1.73527

3527

] 8.35[kcal/（m2hC）

35[kJ/（m2hC）]

可得：Q322435(3527)62720(kJ/h)=6.30×104（kJ/h）

需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为：

Q=Q1-Q2-Q3=3.92×105-1.94×104-6.30×104=3.096×105(kJ/h) 总发酵热为：Q发酵=3.096×105×15=4.65×106(kJ/h)

（二）、冷却水耗量的计算

W冷却

Q4.65106

1.59105(kg/h) CP(t2t1)4.186(2720)

（三）、传热总系数K值的确定

选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为Ф114×4，则管的横截面积为：

0.785×（0.114-0.004×2）=0.08321（m2）

设罐内同心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：

122312

0.41(m3/s)

36000.083211000



设蛇管圈的直径为0.66m，并由水温差得A=6.45

()0.8d

24.186A(11.77)

Rd0.2

(0.411000)0.80.106

4.1866.45(11.77) 0.2

0.330.106

8166[KJ/(m2hC)]

R—为蛇管圈半径，R=0.33m

h·℃）] 1值按生产经验数据取2700[KJ/（m2·故传热总系数为： K

1

1743[kJ/(m2hC)]

110.0041

[**************]0

式中 1/16750—为管壁水污垢层热阻[（m2·h·℃）/kJ]。 188—钢管的导热系数[kJ/（m2·h·℃）] 0.004—管子壁厚（m） （四）、冷却面积和主要尺寸

Q4.65106460(m2) F

Ktm17435.8

蛇管总长度为：

L

F460133(2m)dcp3.140.110

式中dcp—蛇管的平均直径(m)

确定一圈蛇管长度：

L1(2R)2h2(0.66)20.2220.7(m) 式中R—蛇管圈的半径，为0.33m

h—蛇管每相邻圈的中心距，取0.20m

蛇管的总圈数为：

NP=L/L1=1332/20.7=65(圈) 蛇管总高度：

H(NP1)hP(651)0.2320(m) （五）、发酵罐壁厚 1、发酵罐壁厚S S

PD

C(cm)

2[]P

式中 P—设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.5MPa D—发酵罐内径，D=533cm []—A3钢的许用应力，[]=127MPa —焊缝系数，其范围在0.15～1之间，取0.7 C—壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3

式中C1—钢板负偏差，视钢板厚度查表确定，范围为0.13～1.3，取

C1=0.8mm

C2—为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm，现取C2=2mm C3—加工减薄量，对冷加工C3=0，热加工封头C3=S0×10﹪，现取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） S

5330.5

0.281.78(cm)

21270.70.5

查询可知选用30mm厚A3钢板制作。 2、封头壁厚计算 S

PD

C(cm)

2[]P

式中 P=0.5MPa ， D=533cm ， []=127MPa ， =0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）

S

5330.5

0.381.88(cm)

21270.70.5

选用30mm厚A3钢板制作 （六）、进出口管径[10、12] 1、稀糖液进口管径：

稀糖液体积流量为99m3/h，其流速为0.42m3/s，则进料管截面积为： F物

F物=

Q99/3600

0.065（m2）

V0.42d2，管径d

F物0.785



0.065

0.288（m） 0.785



4

取无缝钢管φ580×10，580mm＞288mm，可适用。 2、稀糖液出口管径

因为出口物料量要比进口物料量大些，按说出口管径应该比稀糖液进口管径大些，所以取φ600×10无缝钢管就可以满足了。

则取无缝钢管φ600×10 3、排气口管径

取φ630×12无缝钢管。

4蒸馏设备

蒸馏设备采用差压蒸馏两塔系机组，可以充分利用过剩的温差，也就是减少了有效热能的损失。

参照 “上海酒精总厂差压蒸馏两塔系机组方案”，设计蒸馏机组如下： （1）醪塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径3000mm，22板，板间距500mm，塔高14800mm，裙座直径3000mm，高5000mm；

（2）精馏塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径2600mm，65板，板间距350mm，塔高26500mm，裙座直径2600mm，高5000mm。

5换热器的选型

换热器标准换热管尺寸Ф25×2mm的不锈钢,为正三角形排列,管间距t=32㎜.同时,管壳式换热器的制造简单方便,相对投资费用较低。

为了便于管理和操作，整个发酵车间只需一只总酒精捕集器，这样从整个工段而言塔负荷也比较稳定，由于CO2中含酒精量变化不大，故没有必要进行板数的设计。

6稀释器

选用立式错板糖蜜连续稀释器。

生产1t酒精需4180kg85°糖蜜,密度为1450kg/ m3,1天需

4180×400=1672000kg，生产5万吨酒精一天内释至25°糖蜜用量得：

14212×50000/250=2842400kg,密度1200kg/ m3,

V1=2842400/1200=2369m3 又稀释器的近似体积等于：



4

D2lV

式中 D—为稀释器的内径，（m） 初选糖蜜按经验选取流速为u=0.35m3/s l=0.35×24×3600=30240（m） 则 D1

49475

0.316m，取0.35m

302403.14

糖蜜输送管，流速为0.10m/s

V1'D1'

1672000

1153.1m3

1450

41153.1

0.58m 取0.60m

0.05243600

表4-1 年产20万吨酒精工厂设计主要设备一览表

十二废物总类

酒精工厂主要废物类别按照其形态分为三类： 1、污水废物。污水废物按照其来源主要有

（1）发酵，蒸馏的经过热交换的冷凝水，其中有部分是封闭运行的，可以循环利用，有部分被热交换器排除，其主要污染危害为热污染。 （2）、各种设备和工艺流程的洗涤用水。其污染物含量低。

（3）、生产工艺过程产生的废水，其中含有大量的有机物等。 （4）、生活污水。员工生活中排放的污水。 2、气体废物。

主要为发酵过程中产生的CO2，锅炉煤燃烧产生的尾气，还有各种废物积聚发酵产生的少量恶性气体。

3、固体废物。主要为生产过程中产生的各种沉淀物和杂质等。

2废气处理

（1）发酵过程中产生的CO2通过回流装置回收利用，可再次制成干冰，或者被液化，以备生产中使用。

（2）锅炉废气处理主要从源头抓起，在经济允许的情况下，采购高品位的优质煤，或者通过将煤粉碎脱硫处理，再进行燃烧，以减少废气和煤颗粒的产生。虽然可以加装尾气处理装置，但是通过前面两个步骤和因为经济性原则，不采取此项措施。 3废水和废渣处理

酒精厂废水的特点是：有机物、悬浮物含量高，有毒物含量少，易造成水体营养化。酒精废液里面的蛋白质含量和糖含量非常高，仍可作为第二产品再次使用。今年来，广西榨糖厂研发出了一种新型的污水处理方法，大致是将污水通过各种处理后，直接排放给农民种植使用，如作为鱼塘里面鱼饲料，稻田里面作为肥料，农民按M3支付给榨糖厂一定的费用。受其启发，我自己综合各种资料，找出了一条处理方法。

(1）当处理后废液有农民需要时，主要目标是将锅炉粉尘，炉渣，滤泥等有机物变成肥料。如图1路线运行所示，当废水在二沉池中和调节PH，并且加入一定的凝絮剂后，沉淀物滤渣则为植物的肥料，其经过调节检测后的二次滤液作为液体肥料卖给农民。

(2)当农民如因农闲时，二次废液供过于求时， 如图2路线运行所示，在初沉池后不是添加石灰乳，而是接种菌丝蛋白，接种真菌，在31℃-32℃下通风培养5-7h，经分离，干燥粉碎后得到菌丝蛋白饲料（含粗蛋白20%）以上，二次滤液则进行多效蒸发，其蒸发水回收，作为工艺冷凝水使用，达到了循环使用目的。浓缩液作为培养物一部分回流，一部分与滤渣拌料加工。

此套方法特点，利用一套设备可进行两种不同的运行方式，充分考虑了各种情况，做到综合利用。

十三车间布置设计

1建筑基本原则

结合厂地的自然条件，因地制宜，又要注意技术经济性、节约用地、节省投资和留有发展余地。满足生产要求，工艺流程合理工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，减少物流量。适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直工厂总平面

布置要与工厂内部运输方式相适应。充分注意防火、防爆、防振与防噪声安全生产是工厂布局首先要考虑的问题，在某些危险部门之间应留出适当的防火、防爆间距。振动会影响精密作业车间的生产，因此精密车间必须远离振源或采用必要的隔振措施。噪声不仅影响工作，而且还会摧残人的身体健康。因此，在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题，一是可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级；二是可以采取使人员多的部门远离噪声源的方法。考虑建筑施工的便利条件

2建筑基本要求

(1) 必须符合生产流程的要求：生产线应顺直、短捷、避免作业线的交叉和返回。建构筑物厂房布置既要分区划片，还要综合厂地地形，合理选择标高，顺应等高线布置。

(2) 应将人流物流通道分开，避免交叉，工厂大门应设两个以上。 (4) 必须符合国家有关规范和规定：如《工业企业设计卫生标准》、《建筑防火规范》、《厂矿道路设计规范》、《工厂企业采暖和空气调节设计规范》、《工业锅炉房设计规范》、《“三废”排放试行标准规定》、《工业与民用通用设备电力装备设计规范》等，及厂址所在地区的发展规划。

3全厂总平面设计

厂区总平面的布置采用联合式布置形式。生产车间集中建在厂区西南侧，属下风向，这样有利于物料的运输，节省管子材料。锅炉房配电站在厂区中央，有利于向各个部门输配电及供热，但热电厂和锅炉间则建在厂区最西侧。职工宿舍远离车间，在上风向。厂区周围设有花草，美化环境。

十四车间内常用设备的布置 1发酵设备

由于酒精发酵周期长，发酵罐数量较多，发酵罐间的距离为4.0m，离墙的距离应大于1m，每两列发酵罐间应留有足够的人行通道和操作面，距离为3.0m。发酵罐用水泥支座落地安装，罐底有出料阀门，罐底离地面距离3.2m。办公室、控制室和菌种室设在一楼。

2蒸馏设备及其他设备

蒸馏设备为半露天布置。车间为两层，把较低的塔设备置于车间内，基本上处于一条线，再沸器、分凝器、预热器、泵等小设备也放在车间内。较高的塔露天布置，其中包括醪塔、精馏塔。塔顶布置一组冷凝器，利用重力回流，节省能源消耗，同时也节约厂房造价。塔与塔的间距为2m以上，塔距墙为1m以上。塔的人孔尽可能朝同一方，人孔的中心高度距楼面为1m左右。塔的视镜也尽可

能朝同一方向。男女更衣室在一楼，控制室设在二楼。

其他设备如表6-1，

表6-1 车间或部门的组成

结论本设计在了解国内外燃料酒精发酵业生产、发展概况之后，通过分析、比

较，初步确定了设计方案。我国酒精原料来源丰富，且发酵工艺简单，故选择以糖蜜为原料，采用台湾酵母396号，通过连续发酵方式生产酒精。年产5万吨酒精发酵车间酵车间需发酵罐36个，每个发酵罐300 ；配对500 的种子罐3个。日产200吨无水乙醇，年耗糖蜜209000吨.

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年产50，000 吨酒精工厂设计

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。

一产品介绍：

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，结构式 H H | |

为H－C－C－O－H 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390～430℃，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）。

二设计意义：

随着经济的发展，究竟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。 三设计原则

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。

四 工艺指标和基础数据

1、生产规模:50000 t/a

2、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 t

6、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、蒸馏率：98﹪ 12、发酵周期：48小时 13、发酵温度：28～34℃ 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 五 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）

六物料衡算

1原料消耗量计算（基准：1吨无水乙醇）

糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：

C12H22O11＋H2O→2C6H12O6→4C2H5OH＋4CO2↑ 342 360 184 176 X 1000 生产1000Kg无水酒精的理论蔗糖消耗量： 1000×（342÷184）﹦1858.7（㎏）

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：

1858.7×99.18％﹦1843.5（㎏）

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﹪）：

1843.5÷98﹪÷90﹪﹦2090（㎏）

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%）： 2090÷50﹪=4180（Kg）

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）： 1858.7÷90﹪÷50﹪=4130.4（kg）

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：

100099.18176

968

98184

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： 4180×85﹪/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：

100099.187.14

9814039

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0.25～0.35﹪，以0.3﹪计，则杂醇油量为1000×0.3﹪ =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：

V 7.14﹪÷42.43﹪=2363（kg） 1=14039×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×（1.019-0.95×7.14﹪） =3.98[KJ/（Kg·K）] 成熟醪带入塔的热量为：

Q1=F1C1t1=14039×3.98×55=3.08×106（KJ） 蒸馏残液内固形物浓度为：

F1B1140397.148.59 B2WX11676

蒸馏残留液的比热：

C24.18(10.378B2)4.18(10.3788.59)4.04KJ/(kgK)

塔底残留液带出热量为：

'

Q4WXC2t4116764.04854.01106(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236320454.83106(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：

'

Q3Q4QnQ14.831064.011063.08106

D12542(kg)

ICWt4(26444.1885)99若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：

WXD111676+2542=14218（kg）

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：50000／250﹦200（t）

每小时酒精量：200×1000÷24=8333（Kg）=8.333(t)

实际年产量（次级酒精忽略不计）：8.333×24×250=49998（t/a） 主要原料糖蜜用量：

日耗量：4180×200==836000（kg）=836(t) 年耗量：836×250=2.09×105（t）

每小时产次级酒精：8333×（2÷98）=170.06（kg）

实际年产次级酒精：170.06×24×250=1020360(Kg)=1020.36（t/a）

表 200000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表

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：10032×8333÷1000=83597 (kg/h) 生产5万吨酒精一年需要的稀释用水量：10032×50000=5.02×108（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：4180×1=4180（kg/a）=41.8（t/a） 日耗量：4180÷250=16.72（kg/d）

每小时耗量：16.72÷24=0.7（kg/h）

则生产20万吨酒精一年需要硫酸铵用量：4.18×50000=2.09×105（t/a） 3、硫酸用量]

稀释酒母稀糖液用酸5Kg/t糖蜜：

年用量：4180×5=20900（kg/a）=20.9（t/a） 日用量：20900÷250=83.6（kg）

每小时用量：

83.6÷24=3.5（kg/h） 则生产20万吨酒精硫酸用量：20.9×50000=1.05×108

七热量衡算 1 发酵工段

现生产50000t/a，要每小时投入糖蜜量34833kg/h，则无水酒精量为： 43833×1000÷4130.4=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=1170×33733.6=9.87×106（KJ/h）

'''

发酵酒母冷却水初tw1=20℃，终温tw2=27℃，平均耗水量为：

W酒母发酵

Q9.87106

337321(kg/h) '''

Ce(tw1tw2)4.18(2720)

酒母酒精捕集用水为：（待蒸馏发酵醪液量为F=116991kg/h）

5﹪F÷1.06=5﹪×116991÷1.06=5518.4（kg/h） 发酵洗罐用水为：（每15天洗一次）

1﹪F÷1.06=1﹪×233983.3÷1.06=4414.7（kg/15天）

则在发酵工段总用水量W发酵工段=5518.4+4414.7+337321=347254.1（kg/h）

2 蒸馏工段

按采用差压蒸馏两塔流程计算，进醪塔浓度为7.14﹪，出醪塔酒精蒸汽浓度为50﹪.

1、醪塔

图2-1 醪塔的物料和热量平衡图

醪液预热至55℃，进入醪塔蒸馏，酒精质量分数为7.14﹪，沸点92.4℃，取上升蒸汽浓度为50﹪（v），即42.43﹪（w）。塔顶温度75℃，塔底温度85℃。则塔顶上升蒸汽热焓量i1=2045kJ/kg。加热蒸汽取0.05MPa绝对压力，则其热焓量I1=2644KJ/kg。 总物料衡算：

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—成熟发酵醪内酒精含量[﹪（W）]，xF1=7.14﹪。 y1—塔顶上升蒸汽中酒精浓度[﹪（W）]，y1=42.43 ﹪。

XW1—塔底排出废糟内的酒精浓度[﹪（W）]，塔底允许逃酒在0.04﹪以下，取xW1=0.04﹪。热量衡算式：

F1CF1tF1D1I1V1i1(WXCWD1Ce)tW1Qn1 2-3

设CF1=3.98KJ/（kg·h），CW=4.04KJ/（kg·k），Ce=4.18KJ/（kg·k），并取热损失Qn1=1﹪D1I1，tF1=55℃，tW1=85℃，F1=116991（kg/h） 联解2-1、2-2、2-3求得

V1=19575（kg/h），Wx=97416（kg/h），D1=21296（kg/h） 一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：

G1=WX+D1=97416+21296=118712（kg/h）

表3-3 年产5万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表

年产20万吨酒精工厂蒸馏工段精馏塔物料热量衡算汇总表

八供水衡算

利用酒母发酵的冷却废水进行冷却，这样可以节省冷凝水用量。

1精馏塔分凝器冷却用水

精馏塔分凝器热量衡算有：

'

（R2+1）（P′+Pe）i2= W精馏CW（tH3-tH3）

i（）（P，Pe）2R1W精馏分凝

CW(t'H3tH3)

精馏塔回流比R为3

塔顶上升蒸汽热焓i2 =1163.2KJ/kg

''

冷却水进出口温度tH3、tH3，取tH3=20℃，tH3=85℃

Cw取4.04kj/kg

则精馏塔冷凝器冷却用水为：

W精馏分凝=1.56×10 kg/h

2成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水

5

成品酒精冷却使用20℃的河水，根据热量衡算，耗水量为：

W成品

'

P'CP(tPtP) '

CW(tH2tH2)

C P为成品酒精比热容为2.90KJ/（kg·K）

'

为成品酒精冷却前后的温度，分别为78.3℃、30℃ tP、tP

'

tH2、tH2为冷却水进出口温度，分别为20℃、40℃

Cw=4.04 KJ/（kg·K） 则成品酒精冷却水用量为：

W成品=6.05×10kg/h

在杂醇油分离器内加入4倍的水稀释，则稀释用水量为：

W杂醇油分离=4 H=4×176=704kg/h

3总用水量

4

蒸馏车间总用水量为：

W蒸馏工段=W精馏分凝+W成品+W杂醇油分离=1.56×10+6.05×10+704=2.18×10（kg/h）

表3-1各工段用水量及总用水量

5

4

5

九供气衡算

由前面计算所得数据可知蒸馏工段蒸汽消耗：

D＝D1+D2

＝21296+17241＝38537（kg/h） 年耗蒸汽量为：

38537×24×250=231222000(kg)=231222(t)

酒精厂平均蒸汽用量：

酒精厂每小时平均蒸汽消耗量主要供给蒸馏工段，因此其消耗量由蒸馏量和损失组成，蒸汽总损失取蒸馏工段蒸汽消耗量的4%，则锅炉需要蒸发量为：

38537×(100﹪+4%)=40079kg/h=40.079t/h

使用热值为4000大卡的煤，假设锅炉效率为80%，则每吨煤能供生产使用50t新鲜蒸汽，则连续蒸馏煤消耗量为：

40079÷50000÷80﹪=1002（kg/h）

本设计选用的锅炉为工业中压 （1.47—5.88Mp）中型（20—75t）的煤粉锅炉型号为YG80/3.82—M7 蒸发量为80t/h，额定温度为450℃

十供电衡算

根据我国糖蜜酒精连续发酵工艺技术指标，设生产每吨酒精耗电40度，可估算酒精厂的用电：

40×50000=2×105（度/年）=8000（度/日）

考虑到此值为估算值，所以乘以一个富裕系数为120﹪：

8000×120﹪=9600（度/日）=2.4×106（度/年）

[9]

十一发酵设备设计

采用连续发酵方式，根据物料衡算结果可知，每小时进入发酵罐的醪液体积流量为：118433kg/h，密度为1200 kg/m3

118433/1200=99m3/h

1发酵罐容积和个数的确定

[14]

。

进入种子罐和1号发酵罐的醪液体积流0量为W：

（1）种子罐个数的确定：

为保证种子罐有足够种子，种子罐内醪液停留时间应在12h左右，则种子罐

有效容积为：

V=99×12=1188（m3）

取种子罐装料经验系数为80﹪，则种子罐全容积为：

V全=V/u=1188/80%=1485m3 取1500m3

每个罐的容积为500m3，则种子罐个数为：1500/500=3（个）

(2)发酵罐体积。根据发酵罐现在的设备情况，从100 m3到500 m3，现在酒精厂一般采用300 m3，按照有关情况和指导老师建议，我采用300 m3，取H=2D，h1=h2=0.1D

D—为发酵罐内径，（m） H—为发酵罐高，（m）

h1、h2—分别为发酵罐底封头高和上封头高，（m）

发酵罐上均为标准椭圆形封头，下部为锥形封头，为了计算简便，假设其上下封头近似相同，则

V全



4

D2H2



4

D2(h1

1

D)500(m3) 6

D=5.33m，H=10.66m，h1=h2=0.533m 发酵罐的表面积 圆柱形部分面积：

F1=πDH=3.14×5.33×10.66=178m2

由于椭圆形封头表面积没有精确的公式，所以可取近似等于锥形封头的表面积：F2=F3=



D5.332

D()2h25.33()0.533223(m2) 22222

发酵罐的总表面积：F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2 （3）计算发酵罐数量：

上面已经写到，我设计的发酵罐规格为300 m3的规格，设总发酵时间为48小时,设发酵罐数为N个，则发酵罐的有效容积 V有效=WT/N---公式(1)

V全容积×Ψ=V有效--------公式（2） 式中W—每小时进料量；

T—发酵时间； N—发酵罐数

根据经验值，一样取发酵罐填充系数为Ψ=80%，则可以得到： 300×80%=99×(48-12)/N,

计算得到：N=14.85个)，则我们需要发酵罐N=15个

[3]

2糖蜜储罐个数的计算

糖蜜储罐采用1000m3规格：

15天的糖蜜量为：V=836×15=12540 (t) 查得85Bx的糖蜜密度为1450 kg/ m3 则 V＝12540×1000/1450＝8648（m3） 设其装料系数为80﹪，则贮罐的全容积为： V糖蜜 ＝8648/0.8＝10810（m3） 10810/1000=10.81（个） ，取11个

3冷却面积和冷却装置主要结构尺寸

（一）、总的发酵热：

Q=Q1-(Q2+Q3) Q1=GSq

Q3F（ctwtB)

式中 G—每罐发酵醪量（kg） S—糖度降低百分值（﹪）

q—每公斤糖发酵放热（J），查得418.6J Q1—主发酵期每小时糖度降低1度所放出的热量

Q2——代谢气体带走的蒸发热量，一般在5%—6%之间，我们估算时采用5%

Q3——不论发酵罐处于室内还是室外，均要向周围空间散发热量Q3，具体计算看后面。

Q1=（116991/15）×12×418.6×1﹪=3.92×105（KJ/h） Q2=5﹪Q1=5﹪×3.923×105=1.96×104（KJ/h）

发酵罐表面积的热散失计算：先求辐射对流联合给热系数，假定发酵罐外壁不包扎保温层，壁温最高可达35℃，生产厂所在地区夏季平均温度为27℃,则：

C[(TW/100)4(TB/100)4]

tB

tWtB

c对辐1.7tW

4.88（[27335)/1004（27327)/1004]

1.73527

3527

] 8.35[kcal/（m2hC）

35[kJ/（m2hC）]

可得：Q322435(3527)62720(kJ/h)=6.30×104（kJ/h）

需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为：

Q=Q1-Q2-Q3=3.92×105-1.94×104-6.30×104=3.096×105(kJ/h) 总发酵热为：Q发酵=3.096×105×15=4.65×106(kJ/h)

（二）、冷却水耗量的计算

W冷却

Q4.65106

1.59105(kg/h) CP(t2t1)4.186(2720)

（三）、传热总系数K值的确定

选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为Ф114×4，则管的横截面积为：

0.785×（0.114-0.004×2）=0.08321（m2）

设罐内同心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：

122312

0.41(m3/s)

36000.083211000



设蛇管圈的直径为0.66m，并由水温差得A=6.45

()0.8d

24.186A(11.77)

Rd0.2

(0.411000)0.80.106

4.1866.45(11.77) 0.2

0.330.106

8166[KJ/(m2hC)]

R—为蛇管圈半径，R=0.33m

h·℃）] 1值按生产经验数据取2700[KJ/（m2·故传热总系数为： K

1

1743[kJ/(m2hC)]

110.0041

[**************]0

式中 1/16750—为管壁水污垢层热阻[（m2·h·℃）/kJ]。 188—钢管的导热系数[kJ/（m2·h·℃）] 0.004—管子壁厚（m） （四）、冷却面积和主要尺寸

Q4.65106460(m2) F

Ktm17435.8

蛇管总长度为：

L

F460133(2m)dcp3.140.110

式中dcp—蛇管的平均直径(m)

确定一圈蛇管长度：

L1(2R)2h2(0.66)20.2220.7(m) 式中R—蛇管圈的半径，为0.33m

h—蛇管每相邻圈的中心距，取0.20m

蛇管的总圈数为：

NP=L/L1=1332/20.7=65(圈) 蛇管总高度：

H(NP1)hP(651)0.2320(m) （五）、发酵罐壁厚 1、发酵罐壁厚S S

PD

C(cm)

2[]P

式中 P—设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.5MPa D—发酵罐内径，D=533cm []—A3钢的许用应力，[]=127MPa —焊缝系数，其范围在0.15～1之间，取0.7 C—壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3

式中C1—钢板负偏差，视钢板厚度查表确定，范围为0.13～1.3，取

C1=0.8mm

C2—为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm，现取C2=2mm C3—加工减薄量，对冷加工C3=0，热加工封头C3=S0×10﹪，现取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） S

5330.5

0.281.78(cm)

21270.70.5

查询可知选用30mm厚A3钢板制作。 2、封头壁厚计算 S

PD

C(cm)

2[]P

式中 P=0.5MPa ， D=533cm ， []=127MPa ， =0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）

S

5330.5

0.381.88(cm)

21270.70.5

选用30mm厚A3钢板制作 （六）、进出口管径[10、12] 1、稀糖液进口管径：

稀糖液体积流量为99m3/h，其流速为0.42m3/s，则进料管截面积为： F物

F物=

Q99/3600

0.065（m2）

V0.42d2，管径d

F物0.785



0.065

0.288（m） 0.785



4

取无缝钢管φ580×10，580mm＞288mm，可适用。 2、稀糖液出口管径

因为出口物料量要比进口物料量大些，按说出口管径应该比稀糖液进口管径大些，所以取φ600×10无缝钢管就可以满足了。

则取无缝钢管φ600×10 3、排气口管径

取φ630×12无缝钢管。

4蒸馏设备

蒸馏设备采用差压蒸馏两塔系机组，可以充分利用过剩的温差，也就是减少了有效热能的损失。

参照 “上海酒精总厂差压蒸馏两塔系机组方案”，设计蒸馏机组如下： （1）醪塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径3000mm，22板，板间距500mm，塔高14800mm，裙座直径3000mm，高5000mm；

（2）精馏塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径2600mm，65板，板间距350mm，塔高26500mm，裙座直径2600mm，高5000mm。

5换热器的选型

换热器标准换热管尺寸Ф25×2mm的不锈钢,为正三角形排列,管间距t=32㎜.同时,管壳式换热器的制造简单方便,相对投资费用较低。

为了便于管理和操作，整个发酵车间只需一只总酒精捕集器，这样从整个工段而言塔负荷也比较稳定，由于CO2中含酒精量变化不大，故没有必要进行板数的设计。

6稀释器

选用立式错板糖蜜连续稀释器。

生产1t酒精需4180kg85°糖蜜,密度为1450kg/ m3,1天需

4180×400=1672000kg，生产5万吨酒精一天内释至25°糖蜜用量得：

14212×50000/250=2842400kg,密度1200kg/ m3,

V1=2842400/1200=2369m3 又稀释器的近似体积等于：



4

D2lV

式中 D—为稀释器的内径，（m） 初选糖蜜按经验选取流速为u=0.35m3/s l=0.35×24×3600=30240（m） 则 D1

49475

0.316m，取0.35m

302403.14

糖蜜输送管，流速为0.10m/s

V1'D1'

1672000

1153.1m3

1450

41153.1

0.58m 取0.60m

0.05243600

表4-1 年产20万吨酒精工厂设计主要设备一览表

十二废物总类

酒精工厂主要废物类别按照其形态分为三类： 1、污水废物。污水废物按照其来源主要有

（1）发酵，蒸馏的经过热交换的冷凝水，其中有部分是封闭运行的，可以循环利用，有部分被热交换器排除，其主要污染危害为热污染。 （2）、各种设备和工艺流程的洗涤用水。其污染物含量低。

（3）、生产工艺过程产生的废水，其中含有大量的有机物等。 （4）、生活污水。员工生活中排放的污水。 2、气体废物。

主要为发酵过程中产生的CO2，锅炉煤燃烧产生的尾气，还有各种废物积聚发酵产生的少量恶性气体。

3、固体废物。主要为生产过程中产生的各种沉淀物和杂质等。

2废气处理

（1）发酵过程中产生的CO2通过回流装置回收利用，可再次制成干冰，或者被液化，以备生产中使用。

（2）锅炉废气处理主要从源头抓起，在经济允许的情况下，采购高品位的优质煤，或者通过将煤粉碎脱硫处理，再进行燃烧，以减少废气和煤颗粒的产生。虽然可以加装尾气处理装置，但是通过前面两个步骤和因为经济性原则，不采取此项措施。 3废水和废渣处理

酒精厂废水的特点是：有机物、悬浮物含量高，有毒物含量少，易造成水体营养化。酒精废液里面的蛋白质含量和糖含量非常高，仍可作为第二产品再次使用。今年来，广西榨糖厂研发出了一种新型的污水处理方法，大致是将污水通过各种处理后，直接排放给农民种植使用，如作为鱼塘里面鱼饲料，稻田里面作为肥料，农民按M3支付给榨糖厂一定的费用。受其启发，我自己综合各种资料，找出了一条处理方法。

(1）当处理后废液有农民需要时，主要目标是将锅炉粉尘，炉渣，滤泥等有机物变成肥料。如图1路线运行所示，当废水在二沉池中和调节PH，并且加入一定的凝絮剂后，沉淀物滤渣则为植物的肥料，其经过调节检测后的二次滤液作为液体肥料卖给农民。

(2)当农民如因农闲时，二次废液供过于求时， 如图2路线运行所示，在初沉池后不是添加石灰乳，而是接种菌丝蛋白，接种真菌，在31℃-32℃下通风培养5-7h，经分离，干燥粉碎后得到菌丝蛋白饲料（含粗蛋白20%）以上，二次滤液则进行多效蒸发，其蒸发水回收，作为工艺冷凝水使用，达到了循环使用目的。浓缩液作为培养物一部分回流，一部分与滤渣拌料加工。

此套方法特点，利用一套设备可进行两种不同的运行方式，充分考虑了各种情况，做到综合利用。

十三车间布置设计

1建筑基本原则

结合厂地的自然条件，因地制宜，又要注意技术经济性、节约用地、节省投资和留有发展余地。满足生产要求，工艺流程合理工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，减少物流量。适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直工厂总平面

布置要与工厂内部运输方式相适应。充分注意防火、防爆、防振与防噪声安全生产是工厂布局首先要考虑的问题，在某些危险部门之间应留出适当的防火、防爆间距。振动会影响精密作业车间的生产，因此精密车间必须远离振源或采用必要的隔振措施。噪声不仅影响工作，而且还会摧残人的身体健康。因此，在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题，一是可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级；二是可以采取使人员多的部门远离噪声源的方法。考虑建筑施工的便利条件

2建筑基本要求

(1) 必须符合生产流程的要求：生产线应顺直、短捷、避免作业线的交叉和返回。建构筑物厂房布置既要分区划片，还要综合厂地地形，合理选择标高，顺应等高线布置。

(2) 应将人流物流通道分开，避免交叉，工厂大门应设两个以上。 (4) 必须符合国家有关规范和规定：如《工业企业设计卫生标准》、《建筑防火规范》、《厂矿道路设计规范》、《工厂企业采暖和空气调节设计规范》、《工业锅炉房设计规范》、《“三废”排放试行标准规定》、《工业与民用通用设备电力装备设计规范》等，及厂址所在地区的发展规划。

3全厂总平面设计

厂区总平面的布置采用联合式布置形式。生产车间集中建在厂区西南侧，属下风向，这样有利于物料的运输，节省管子材料。锅炉房配电站在厂区中央，有利于向各个部门输配电及供热，但热电厂和锅炉间则建在厂区最西侧。职工宿舍远离车间，在上风向。厂区周围设有花草，美化环境。

十四车间内常用设备的布置 1发酵设备

由于酒精发酵周期长，发酵罐数量较多，发酵罐间的距离为4.0m，离墙的距离应大于1m，每两列发酵罐间应留有足够的人行通道和操作面，距离为3.0m。发酵罐用水泥支座落地安装，罐底有出料阀门，罐底离地面距离3.2m。办公室、控制室和菌种室设在一楼。

2蒸馏设备及其他设备

蒸馏设备为半露天布置。车间为两层，把较低的塔设备置于车间内，基本上处于一条线，再沸器、分凝器、预热器、泵等小设备也放在车间内。较高的塔露天布置，其中包括醪塔、精馏塔。塔顶布置一组冷凝器，利用重力回流，节省能源消耗，同时也节约厂房造价。塔与塔的间距为2m以上，塔距墙为1m以上。塔的人孔尽可能朝同一方，人孔的中心高度距楼面为1m左右。塔的视镜也尽可

能朝同一方向。男女更衣室在一楼，控制室设在二楼。

其他设备如表6-1，

表6-1 车间或部门的组成

结论本设计在了解国内外燃料酒精发酵业生产、发展概况之后，通过分析、比

较，初步确定了设计方案。我国酒精原料来源丰富，且发酵工艺简单，故选择以糖蜜为原料，采用台湾酵母396号，通过连续发酵方式生产酒精。年产5万吨酒精发酵车间酵车间需发酵罐36个，每个发酵罐300 ；配对500 的种子罐3个。日产200吨无水乙醇，年耗糖蜜209000吨.

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