1、广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -1前言本设计的题目是年产 20 万吨燃料酒精工厂设计,属于本科学士毕业设计。目前由于美国次贷危机引起全球泛滥的金融危机正在继续蔓延，影响着全球的经济，其中能源需求影响着经济的发展，纵观整个 20 世纪，为了石油，世界各国之间就爆发了几场“石油战争”，70 年代开始，能源危机成为了各个国家急需解决的问题。由于石油的不可再生性和一些政治因素的影响，许多国家纷纷开始研究石油替代能源，利用廉价的糖源生产燃料酒精是解决世界能源危机的最有效途径。生物物燃料乙醇作为可再生资源的重要组成部分在能源替代，改善环境，促进农业产业化，实现经济可持续发展具
2、有重要意义。随着各国加大乙醇汽油应用的力度，带动了世界燃料乙醇的产量逐年攀升。到 2005 年，世界燃料乙醇消费总量已超过 410 亿升，价值超过 160 亿美元，大约占到世界汽车燃料消费总量的 1。最近几年，由于石油价格的上涨，燃料乙醇的消费增长也在提速。使用乙醇燃料中国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，目前中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。2006 年，中国燃料乙醇的生产达到 144 万吨，燃料乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。我们广西具有丰富的糖源-木薯，而且国家重
3、视广西生物能源的发展，把广西打造成最新的生物乙醇能源试点省份，于 2008 年 4 月 15 日广西全区封闭销售使用车用乙醇汽油，成为全国第一个使用非粮原料生产车用乙醇汽油的省区。在广西发展非粮燃料乙醇产业是实现节能减排、建设资源节约型和环境友好型社会的一项重要措施，其特殊的重要意义包括可以为全国发展以非粮为原料生产燃料乙醇积累经验，可以缓解广西燃油供应紧张局面，调整广西能源消费结构，可以减少汽车尾气排放造成的污染，改善大气环境，可以有效地促进农业产业化，促进农民增收和发展地方经济。未来，中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五”期间，中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料
4、乙醇生产企业的产能来看，远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五” 末，国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到 50以上，这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。生物乙醇燃料的发展将成为我国的一个支柱产业！广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -2第一章 总论第一节 设计依据根据生命科学与技术学院生物工程系 2009 年年度下达的设计任务书设计。第二节 设计指导思想和原则一、设计工作围绕着工厂现代化建设，力图能使设计的工厂具有前瞻性，开创性，能在原来基础上随着时代发展而升级。二、对于自己来说，毕业设计
5、能考察自己在大学四年学到的东西，并且将其综合运用，综合分析，将知识运用到实际的工作中去，为以后的工作打下一定的基础。三、设计按照设计任务书进行，尽量符合任务书的要求，各种计划进程在任务书的可控范围内。四、工厂充分考虑现今的一些技术，设备，以及设计先进理念，尽量做到人性化，环保化，为员工的工作和生活做出合理的安排，使工作效率达到最佳。五、设计尽量贴近实际，并且努力使其经济效益最大化，在各种设备选型中，合理考虑性价比和地区特性，不盲目追求新设备，新生产线。第三节 设计范围一、生产部门1、生产车间设计内容包括发酵车间，粉碎车间，蒸馏车间等，并对其有关的物料，热量，用水进行计算。2、辅助车间辅助车间有
6、仓库（原料仓、成品仓，废品仓） ，污水处理站等。3、动力车间其中包括锅炉房，变电站等。4、品质检验研发和研发车间二、行政管理和生活部门广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -3行政办公楼，生活宿舍区，饭堂，厂工人体育活动场所三、设计图纸。图纸包括工厂整体布置，生产车间布置图，重点设备图，生产流程图，重点车间运作图。当然，也包括一些辅助性的图。四、设计工厂规模为：年产量 20 万吨五、酒精质量标准根据国家标准生产。见附表表 1-1 无水酒精质量标准 GB67890产品等级检验项目 计量单位或 符号 优级 分析 化学乙醇 %(V/V) 99.8 99.7 99.5密度(20)
7、 g/ml 0.789-0.791 0.789-0.791 0.789-0.791与水混合试验 合格蒸发残渣 % 0.0005 0.001 0.001水份 %(v/v) 0.2 0.3 0.5酸度 mmol/100g 0.02 0.04 0.1碱度(以 OH 计) mmol/100g 0.005 0.01 0.03甲醇 % 0.02 0.05 0.2异丙醇 % 0.003 0.01 0.05羰基化合物(以 CO 计) % 0.003 0.003 0.005还原高锰酸钾物质(以 O 计) % 0.00025 0.00025 0.0006外观 清澈透明易碳化物质 合格第四节 工艺技术指标和基础数据
8、 101、生产规模:200000t/a2、生产方法:单浓度连续发酵、差压式二塔蒸馏、苯法脱水技术3、生产天数:每年 250 天4、食用酒精日产量:800t5、食用酒精年产量: 199998t广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -46、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 5010、发酵率：9011、蒸馏率：9812、发酵周期：48 小时13、发酵温度：283414、硫酸铵用量：1kg/t 糖蜜15、硫酸用量：5kg/t 糖蜜第五节 生产工艺概述1 糖
9、蜜预处理有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法2 糖蜜稀释采用连续稀释法。3 主要蒸馏工段采用差压式二塔蒸馏机组 8，能有效利用热能。4 我国酒精行业主要采用小型多泡罩塔、浮阀塔、斜孔塔、筛板塔、导向筛板塔等，本设计采用浮阀塔。5 脱水干燥技术：96%的粗酒精变成 99.5%的合格酒精其技术按照脱水方式主要有：（1）干燥材料吸水法（2）萃取精馏法（3）加盐萃取法（4）多塔蒸馏法（5）分子筛脱水法本设计采用生石灰吸水法。6 发酵法采用连续发酵方式第六节生产设备概述1 发酵罐和种子罐采用 1000 m32 稀释采用连续稀释器3 发酵采用连续发酵罐组4 蒸馏设备采用差压式二塔蒸馏机组广西大学学士
10、学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -55 干燥设备采用卧式网层生石灰干燥器第七节 生产工艺流程 7广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -6糖蜜储罐澄清预处理糖蜜槽称量灭菌酸化连续稀释罐组添加抑菌剂缓冲储罐醪塔连续发酵罐组精馏塔杂醇油 干燥器 成品泵压添加絮凝剂菌种发酵精馏醛酒 污水 污水处理器冷凝水回收副产品（肥料等）图 1-1 生产工艺流程图第八节 生产方法的简单介绍广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -7一、单浓度糖蜜酒精连续发酵 7单浓度酒精连续发酵时比较简单的一种发酵工艺，所以本文采取这种工艺。工艺过程主要为：将蜜糖从蜜糖储
11、存罐泵进糖蜜槽，由于糖蜜中含有大量的灰分和胶体，不利于产品的浓度和酒精的发酵，特别是胶体的存在致使发酵过程产生大量的泡沫，影响发酵生产，因此要进行预处理，本文中预处理采取添加絮凝剂澄清处理。经过预处理的糖蜜经称量后进入酸化罐，在酸化罐中添加营养盐，并且按比例入硫酸酸化，酸化后的糖蜜经过连续稀释器进行稀释，加青霉素 1u/mL杀菌，进入储罐，添加酒母后就进入了连续发酵罐组发酵，成熟的醪液进入醪塔，在醪塔中的酒精蒸汽经过冷却后进入精馏塔进行精馏，成为酒精含量为 96%的粗酒精并且脱醛去除杂醇油，粗酒精经过脱水干燥成为含量为 99.5%酒精产品。第九节 厂址选择厂址初步定为南宁市郊西北附近，地处亚热
12、带季风气候。年平均气温 21.7，年平均日照时数 1660 小时，年平均降雨量 1300 毫米，全年主导风向为东南风。第二章 全厂物料衡算广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -8第一节 全厂总物料概算一、糖蜜消耗量1、糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为：C12H22O11H 2O2C 6H12O64C 2H5OH4CO 2蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 1762、生产 1t（1000kg）无水酒精的理论蔗糖消耗量：1000（342184 ）1858.7（） 3、生产 1t（1000kg）燃料酒精(燃料酒精中的乙醇 99.5%（V） 以上，相当于99.18%（m
13、） )的理论蔗糖消耗量：1858.799.181843.5（）4、生产 1t（1000kg）食用酒精实际蔗糖消耗量：生产过程中蒸馏率为 98，发酵率为 90，则实际蔗糖消耗量为：1843.598902090（）5、生产 1t(1000kg)食用酒精糖蜜原料消耗量：糖蜜原料含可发酵性糖 50%，故 1 吨酒精糖蜜消耗为：209050=4180（kg）二、发酵醪量的计算 11： 相应酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为： 96814798.100采用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2225的稀糖液。设稀释成 25的稀糖液：经连续稀释器可得稀糖液量为：418085/25=14
14、212（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，则蒸馏发酵醪的量为：（14212-968）（100+6）=14039（kg）其中酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的 6蒸馏发酵成熟醪的酒精浓度为： 00014.7398.1三、成品与废醪量的计算 8、11广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -9采用差压蒸馏两塔流程蒸馏。 糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精多 0.250.35，现以 0.3计，则杂醇油量为 10000.3 =3（kg ）设醪液进醪温度为 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
15、酒精浓度 50（v）即 42.43（w） ，生产 1000kg酒精则1、醪塔上升蒸汽量为：V1=140397.14/42.43=2363 （kg）2、残留液量为：WX=14039-2363=11676（kg）3、成熟醪量比热容为：C1=4.18（1.019-0.95B 1）=4.18（1.019-0.957.14 ）=3.98KJ/（kgK）4、成熟醪带入塔的热量为：Q1=F1C1t1=140393.9855=3.08106（KJ）5、蒸馏残液内固形物浓度为：0012 59.86714.39XWBF6、蒸馏残留液的比热： )/(04.).37.(.).(8.422 KkgJC 7、塔底残留液带
16、出热量为：(10.485.1676424 KtQX 8、查附录得 42.43酒精蒸汽焓为 2045KJ/kg。故上升蒸汽带出的量为：)(3.03613 JiV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： )(2549)851.426(10.308. 66431 kgtCIQDWn 若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪量为：11676+2542=14218（kg）1X四、糖蜜原料年产量为 20 万吨燃 料酒精的总物料衡算 10广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -1
17、0设工厂年开工为 250 天。日产产品酒精量：200000250800（t）每小时酒精量：8001000/24=33333（kg）=33.333(t)实际年产量（次级酒精忽略不计）：33.33324250=199998（t/a）主要原料糖蜜用量：日耗量：4180800=33440000 （kg）=3344(t)年耗量：3344250=8.3610 5（t）每小时产次级酒精：33333（2/98）=680.27 （kg）实际年产次级酒精：680.2724250=4081620(kg)=4081.62（t/a）表 2-1 200000t/a 糖蜜原料酒精厂物料衡算表物料衡算生产1000kg99.5
18、%酒精物料量每小时数量（kg）每天数量（t）每年数量（t）燃料酒精 1000 33333 800 199998糖蜜原料 4180 139333 3344 836000次级酒精 20 667 16 4000发酵醪 14212 473728 11369.6 2842372蒸馏发酵醪 14039 467962 11231.2 2807772杂醇油 3 100 2.4 600二氧化碳 968 32266 774.4 193598.醪塔废醪量 14218 473928.6 11374.4 2843572第二节 酒精生产各工段的物料衡算和热量衡算一、稀释工段的物料衡算1、糖蜜稀释用水量（以每生产 1000
19、kg(1t)酒精计算）稀释成 25稀糖液用水量为：W1= 14212-4180=10032 (kg)则生产 20 万吨酒精每小时需要稀释用水量：1003233333/1000=334397 (kg/h)生产 20 万吨酒精一年需要的稀释用水量：10032200000=2.0110 9（t/a）2、营养盐添加量 7广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -11选用氮量 21的硫酸铵作为氮源，每吨糖蜜添加 11.2kg，取 1kg，则每生产 1000kg（1t）酒精：硫酸铵年耗量为：4180001=418000（kg/a）=418（t/a）日耗量：418000/250=1672
20、（kg/d）每小时耗量：1672/24=69.7 （kg/h）则生产 20 万吨酒精一年需要硫酸铵用量：418200000=8.3610 7（t/a）3、硫酸用量 7稀释酒母稀糖液用酸 5kg/t 糖蜜：年用量：4180005=2090000（kg/a）=2090 （t/a）日用量：2090000/250=8360 （kg）每小时用量：8360/24=348 （kg/h）则生产 20 万吨酒精硫酸用量：2090200000=4.1810 8表 2-2 稀释工段各物料用量（20 万吨产量计算）物料 用量 (t/a)糖蜜稀释用水量 2.01109营养盐添加量 8.36107硫酸用量 4.18108
21、二、发酵工段的物料和热量衡算1、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）现为了生产 200000t/a，要每小时投入糖蜜量 139333kg/h，则无水酒精量为：1393331000/4130.4=33733.6（kg/h）2、酒母热量 11：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=3.95107（KJ/h ）取工段发酵酒母冷却水初 =20，终温 =27，平均耗水量为：1wt2wt)/(13496)07(8.4953)(21
22、hkgtCQWwe 酒 母 发 酵广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -12酒母酒精捕集用水为：（待蒸馏发酵醪液量为 F=467962kg/h）5F/1.06=5467962/1.06=22073.7 （kg/h）发酵洗罐用水为：（每 15 天洗一次）1F/1.06=1233983.3/1.06=4414.7 （kg/15 天）则在发酵工段总用水量 W 发酵工段=22073.7+4414.7+1349966=1376454.4（kg/h）三、蒸馏工段的物料与热量衡算 11、12、13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
23、V1Q3=V1iF1 Qn1Q1=F1C1t1D1 Q4=Q14+D1Ct4Q2=D1I 1 Wx+D1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： 即 2-1111DWVFX XWVF1酒精衡算式：2-2111)(xyx式中：x F1成熟发酵醪内酒精含量（W ），x F1=7.14。醪塔广西大学学士学位设计
24、年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -13y1塔顶上升蒸汽中酒精浓度（W） ，y 1=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：2-31e1111 )(nXF QtCDiVIDtC设 CF1=3.98KJ/（kgh） ，C W=4.04KJ/（kgk） ，C e=4.18KJ/（kgk） ，并取热损失 Qn1=1D 1I1，t F1=55，t W1=85，F 1=467962（kg/h） 联解 2-1、2-2、2-3 求得V1=78300（kg/h） ，W x=389662（kg/h） ，D 1=84830（kg/h
25、）一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为：G1=WX+D1=389662+84830=474492（kg/h）表 2-3 年产 20 万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表进入系统 离开系统物料（kg/h） 热量（kJ/h） 物料（kg/h） 热量（kj/h）项目 符号 数量 符号 数量项目 符号 数量 符号 数量成熟醪F1 467962 F1CF1tF11.02108蒸馏残液WX 389662 WXCWtW11.34108加热蒸汽D1 84830 D1I1 2.24108上升蒸汽V1 78300 V1i1 1.60108加热蒸汽D1 84830 D1tW1Ce3.14107热损失Qn1 2.
26、24106累计5527923.26108 累计 5527923.261082、精馏塔（1）粗酒精液相进入精馏塔,塔顶温度 105，塔底 130，进汽温度 130，出塔浓度为 96（v） ，即 93.84（w） 。出塔酒精量为：P=3333399.18/93.84=35230(kg/h)（2）每小时醛酒量因为醛酒占出塔酒精的 2，则每小时的醛酒量为：A=235230 =705(kg/h)广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -14（3）P= PA =35230- 705=34525(kg/h)R( Pe+P) V2(L) PQn2HF2 HD2Wx+D2图 2-2 精馏塔的
27、物料和热量衡算图（4）在精馏塔中，塔顶酒精蒸汽经粗馏塔底再沸器冷凝后，除回流外，还将少量酒精送到洗涤塔再次提净。据经验值，此少量酒精约为精馏塔馏出塔酒精的 2%左右，则其量为：Pe=P， 2%=345252%=691（kg/h）（5）酒精被加热蒸汽汽化逐板增浓,在塔板液相浓度 55(v)出汽相抽取部分冷凝去杂醇油分离器,这部分冷凝液称杂醇油酒精,数量为塔顶馏出塔酒精的 2左右,其中包括杂醇油 m0=0.3(P+A)=0.3%35230 =106(kg/h),故 H=(P+Pe)2= （34525+691）2 =352162=704(kg/h)在杂醇油分离器内约加入 4 倍水稀释,分油后的稀酒精
28、用塔底的蒸馏废水经预热到 tH=80 ,仍回入精馏塔,这部分稀酒精量为: H= (1+4)Hm0 = 5Hm0=5704-106=3414(kg/h)（6）物料平衡:F2 + D2 + H= P+ Pe + H + D3 + Wx则: W x = F2 + H-P-Pe -H=78300+3414-34525-691-704=45794 (kg/h)（7）热量平衡: Pe2F2 Ct)(RItCHtC精馏塔广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -15= 2W2X2HP2 Cwt)D(iCti)Pe(1R nQ式中 R精馏塔回流比一般为 34，取 3I2精馏塔加热蒸汽热含量
29、，0.6Mpa 绝对压力，I 2=2652(kJ/h)tH为回流稀酒精进塔温度 tH=80CH为杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度为：，000 2.133.417)69.05(2.5)( mx查得起比热为 CH =4.43KJ/（kgk ） ，75.2为杂醇油酒精的重量百分浓度，与液相浓度 55（v）相平衡。tP出塔酒精的饱和温度(78.3)CP出塔酒精的比热，应为 2.80kJ/（kg.K ）i2塔顶上升蒸汽热含量,i 2=1163.2 (kJ/kg)iH杂醇油酒精蒸汽热含量,应为 iH=1496(kJ/kg)tw2精馏塔塔底温度，取 130Cw 取 4.04KJ/（kgk）Qn2精馏塔热损
30、失,Q n3=2%D2I2CF2进塔酒精的比热，取 CF3=4.16(kJ/kg)tF2进料温度，取 90Wx 上面算得 45794kg/h计算可得：D 2=68962(kg/h)塔底排出的废水：G=D2+W， x= 68962+ 45794=114756（kg/h）计算蒸馏工段的蒸馏效率：%196.84672.1%3.593FxP1 表 2-4 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进入系统 离开系统物料（kg/h） 热量（ kJ/h）物料（kg/h） 热量（kj/h）项目符号 数量 符号 数量项目 符号 数量 符号 数量脱醛液 F278300 F2CF2tF2 2.931
31、07 96酒精P 34525 PCPtP 7.57106加热 D2 68962 D2I2 1.83108 次级 Pe 691 广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -16蒸汽 酒精稀酒精H3414 CHtH 1.21 106杂醇油酒精蒸汽H 704 HiH 1.05106回流液 R(Pe+ P)Cptp 2.32107 蒸馏废水Wx+D2114756(Wx+D2) tW 2Cw6.03107上升蒸汽 (R+1)(Pe+ P) i21.64108热损失 Qn23.70106累计1506762.40108累计1506762.401084、脱水工艺流程 8、9酒精蒸汽纯酒精蒸汽
32、筛网盛装生石灰图 2-3 石灰干燥器简单示意图采用生石灰法，将精馏塔塔顶蒸汽引到卧式干燥其中，如干燥器设备图。干燥器中上部由密孔筛网盛放生石灰，最下面一层又金属板承接。干燥器壁设置挡板，增加接触面积。由于生石灰便宜，而且在后续的污水处理中，可将使用过的生石灰按照程序设定投入污水池。干燥器采用并联三个，再串联一个的比例布置。广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -17第三章 供用水衡算第一节 蒸馏车间用水 10一、醪塔冷却用水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。二、精馏塔分凝器冷却用水 10从精馏塔出来的酒汽，做为初馏塔再沸器的热源，热量衡算有：（R 2
33、+1） （P+P e）i 2= W 精馏 CW（ -tH3）则 W 精馏分凝3Ht )(P1Ri3e2HWtC） （ ，R 为精馏塔回流比，取 R 为 3Pe 为回流入醛塔的次等酒的数量，由前面数据可得 Pe =690.50kg/h P=34525 (kg/h)i2 为塔顶上升蒸汽热焓量，i 2=1163.2KJ/kgtH3、 冷却水进出口温度，取 tH3=20， =853H 3HtCw 取 4.04kj/kg代入上式，则精馏塔冷凝器冷却用水为：W 精馏分凝 =6.24105 kg/h三、成品酒精冷却用水成品酒精冷却使用 20的深井水，根据热量衡算，耗水量为： )(P2HWPtC成 品式中：P
34、 为 34525 (kg/h)CP 为成品酒精比热容为 2.90KJ/（kgK）、 为成品酒精冷却前后的温度，分别为 78.3、30t、 为冷却水进出口温度，分别为 20、402HCw=4.04 KJ/（kgK ）则成品酒精冷却水用量为：W 成品 =2.42105kg/h四、杂醇油分离器稀释用水在杂醇油分离器内加入 4 倍的水稀 释，则稀释用水量为：广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -18W 杂醇油分离 =4 H=4704=2816kg/h六、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=6.24105+2.42105+2816=8.
35、69105（kg/h）第二节 总用水量表 3-1 各工段用水量及总用水量工段 稀释工段 发酵工段 蒸馏工段用水量（kg/h） 334397 1376454.4 8.69105总计（kg/h） 2.58106广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -19第四章 供用汽衡算 9由前面计算所得数据可知蒸馏工段蒸汽消耗：DD 1+D284830+68962 153792（kg/h）年耗蒸汽量为：15379224250=9227520009(kg)=922752(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
36、汽消耗量的 4%，则锅炉需要蒸发量为：153792(100+4%)=159944kg/h=159.944t/kg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：1599445080=3998.6（kg/h）本设计选用的锅炉为工业中压 （1.475.88Mp）中型（ 2075t）的煤粉锅炉型号为 YG80/3.82M7 蒸发量为 80t/h，额定温度为 450广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -20第五章 供电衡算参考我国糖蜜酒精连续发酵工艺技术指标 9，设生产每吨酒精耗电 40 度，可估算酒精厂的用
37、电：40200000=8106（度/年）=32000（度/日）考虑到此值为估算值，所以乘以一个富裕系数为 120：32000120 =38400（度/ 日）=9.610 6（度/年）广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -21第六章 设备计算与选型第一节 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：473728kg/h，密度为 1200 kg/m3。 14进入种子罐和 1 号发酵罐的醪液体积流 0 量为 W：473728/1200=395m3/h一、发酵罐容积和个数的确定 15（1）种子罐个数的确定：为保证种子罐有足够种子，种子罐
38、内醪液停留时间应在 12h 左右，则种子罐有效容积为：V=39512=4740（m 3）取种子罐装料经验系数为 80，则种子罐全容积为：V 全 =V/u=4740/80%=5925m3 取 6000m3每个罐的容积为 1000 m3，则种子罐个数为：6000/1000=6（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 500 m3，取H=2D，h 1=h2=0.1DD为发酵罐内径， （m）H为发酵罐高， （m）h1、h 2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
39、，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 )(50)61(hD42HV3全D=6.31m，H=12.62m，h 1=h2=0.631m发酵罐的表面积圆柱形部分面积：F1=DH=3.146.3112.62=250m2广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -22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：F 2=F3= )m(3261.0)23.(1.62h)D(2 发酵罐的总表面积：F=F 1+F2+F3=250+32+32=314m2（3）计算发酵罐数量：上面已经写到，我设计的发酵罐规格为 500 m3 的规格，设总发酵时间为
40、48 小时,设发酵罐数为 N 个，则发酵罐的有效容积 3V 有效 =WT/N-公式(1)V 全容积 =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 =80%，则可以得到：50080%=395(48-12)/N, 计算得到：N=35.55 个)，则我们需要发酵罐 N=36 个二、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=3344 15=50160(t) 查得 85Bx 的糖蜜密度为 1450 kg/ m3 则 V501601000/145034593（m 3）设其装料系数为 80，则贮罐的全容积为：V 糖蜜
41、 34593/0.843241（m 3）43241/1000=43.241（个） ，取 44 个三、冷却面积和冷却装置主要结构尺寸 15（一） 、总的发酵热：Q=Q1-(Q2+Q3)Q1=GSq c3BwtF（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 418.6JQ1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%广西大学学士学位设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -23Q3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=（467962/36）1241
42、8.61=6.5310 5（KJ/h）Q2=5Q 1=56.5310 5=3.27104（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 32，生产厂所在地区夏季平均温度为 27,则： BW444BWc t)10/T()/(Ct1.7辐对 ChmkJ/35cal.82735/7.822 444）（ ）（ （ 可得： =8.80104（kJ/h）)h/kJ(890)2735(14Q需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为：Q=Q1-Q2-Q3=6.53105-3.27104-8.80104=5.323105(kJ/h)总发酵热为：Q 发酵 =5
43、.32310536=1.92107(kJ/h)（二） 、冷却水耗量的计算 )/(10.6)27(186.409)( 52 hkgtCWP 冷 却（三） 、对数平均温度差的计算 211log3.tttFm主发酵控制发酵温度 tF 为 30，按题意冷却水进出口温度分别为： t1=20, t2=27=5.82730log.)()(m（四） 、传热总系数 K 值的确定 15选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为 1144，则管的横截面积为：0.785（0.114-0.0042）=0.08321（m 2）设罐内同心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为： )/(41.008321.63s广西大学学士学位
44、设计 年产 20 万吨燃料酒精工厂设计 - -24设蛇管圈的直径为 6.6m，并由水温差得 A=6.45)/(50 )3.1067.(106.4.618.4).)(.22.8.082ChmKJRddAR为蛇管圈半径，R=3.3m值按生产经验数据取 2700KJ/（m 2h）1故传热总系数为：)C/(kJ158067180.4275 2 hK式中 1/16750为管壁水污垢层热阻（m 2h）/kJ。188钢管的导热系数kJ/（m 2h）0.004管子壁厚（m）（五） 、冷却面积和主要尺寸)m.(20958.159.tKQF27m蛇管总长度为：)(d60.432Lcp蛇 管 的 平 均 直 径式 中 确定一圈蛇管长度：)m(7.152.0)6.(h)R2(21 式中 R蛇管圈的半径，为 3.3mh蛇管每相邻圈的中心距，取 0.20m蛇管的总圈数为：NP=L/L1=6066/20.7=293(圈) 蛇管总高度：)(14602.93()( mhHP（六） 、发酵罐壁厚 151、发酵罐
