1、年产 3 万吨酒精工艺设计Annual Output of 30k Tons of Process Design of Alcohol目 录摘要 .IAbstract .II引 言 .1第一章 概 述 .21.1乙醇的性质及质量标准 .21.1.1物理性质 .21.1.2化学性质 .21.1.3生化性 .21.1.4质量标准 .31.2乙醇生产的意义及发展 .31.2.1乙醇生产的意义 .31.2.2乙醇生产发展 .41.3乙醇的应用领域 .5第二章 乙醇生产方法介绍 .62.1合成法 .62.2发酵法 .72.2.1淀粉质原料的发酵工艺 .72.2.2糖蜜原料的发酵工艺 .9第三章 工艺流程
2、介绍及精馏塔设备选型 .113.1 总生产工艺流程介绍 .113.1.1 原料的处理 .113.1.2原料输送 .113.1.3糖化和发酵 .123.1.4浓缩 .123.1.5 精馏 .123.2 精馏概述 .133.3 塔设备选型 .13第四章 塔设备及附件设计 .144.1物料衡算 .154.1.1理论糖蜜消耗量 .154.1.2实际糖蜜消耗量 .154.1.3精馏塔全塔物料衡算 .154.2塔板数的确定 .164.2.1理论板数 N的求取 .164.2.2实际塔板数的确定 .184.3精馏塔操作工艺条件及相关物性数据的计算 .204.4塔板主要工艺结构尺寸的计算 .274.4.1塔径
3、.274.4.2塔板工艺结构尺寸的设计与计算 .284.5塔板的流动性能校核 .314.5.1 气相通过浮阀塔板的压降 .314.5.2淹塔校核 .324.5.3物沫夹带校核 .334.5.4漏液校核 .344.6 塔板的负荷性能图 .354.7附件设计 .394.7.1接管 .394.7.2 筒体与封头 .404.7.3 除沫器 .404.7.4 裙座 .404.7.5吊柱 .414.7.6 人孔 .414.8塔体高度的设计 .41第五章 塔附属设备设计 .425.1确定冷凝器和再沸器的热负荷 ， .42cQr5.2冷凝器的选择 .425.3再沸器的选择 .43结 论 .44致 谢 .45参
4、考文献 .46附 录 .47I年产 3 万吨酒精工艺设计摘要：酒精又叫乙醇，是一种用途最为广泛重要的工业产品之一。因其热值高、燃烧充分、燃烧产物无污染被称为新时代的绿色能源。其种类众多，燃料酒精是其中一种，主要用于车用汽油。酒精生产方法有很多，主要有合成法和发酵法。本设计选用的是单糖连续发酵生产酒精生产工艺方法，对生产过程做了简单地介绍，主要对酒精精馏工艺过程中精馏塔进行了详细工艺的计算，物料衡算及其辅助设备的计算。精馏过程中主要设备是精馏塔，本设计的精馏塔选用的是浮阀塔，通过设计计算得到酒精精馏塔的塔体高度为 23.44m，塔径为 2m，经过精馏后酒精的含量达到 95%，达到了设计预期目标。
5、关键词： 酒精 ；工艺设计 ；精馏工艺 ；浮阀塔 IIAnnual output of 30k tons of process design of alcoholAbstract: Alcohol ,which is named ethanol，is one of the most widely used kind of important industrial products. It is called a new green energy in modern era because of its high calorific value, combustion, no combustio
6、n products pollution .Fuel ethanol is one of a lot of species，which mainly used for motor gasoline. The methods of producing alcohol are vary，mainly include synthesis method and fermentation method . The design is simply introduce a single continuous fermentation of sugar alcohol production process,
7、 mainly for calculating distillation columns in detail，the process of calculating the mass balance and its auxiliary equipment in detail of alcohol distillation process .The main equipment in the distillation process is distillation columns.The float valve tower is selected distillation column in th
8、is design .we have drawn the conclusion that the height of tower height is 23.14m and the diameter of tower is 2m by design and calculation, Finally by the distillation of dimethyl ether content reached 95% , achieved the desired goal.Key words: ethanol ; produce design; distillation produce; float
9、valve continuous 1引 言酒精又叫乙醇，因其热值高、燃烧充分、燃烧产物无污染被称为新时代的绿色能源。它是应用最为广泛的工业产品之一，其种类众多，被用于生产和生活的方方面面 1。随着社会的发展，社会对燃料能源（石油、天然气、煤矿等）的需求越来越大，而燃料能源储量越来越少，价格越来越低，人们迫切需要找到一种新的可再生能源代替现有的燃料能源。其中，燃料酒精成为可替代的一种绿色清洁能源。原因有以下几点 2：（1）来源广，可再生。可以以谷物淀粉为原料生产燃料酒精，以植物秸秆等纤维素为 原料生产燃料酒精，以甘蔗作为原料生产燃料酒精，以蜜生产燃料酒精等等。（2）无污染。石油、天然气、煤矿等燃
10、料能源的使用产生了很多环境问题。例如：酸雨等环境污染。而燃料酒精产生的是二氧化碳和水，对环境无污染。（3）热值高、燃烧充分，单位燃烧的释放的热量和单位天然气燃烧释放的热量相当。（4）燃料酒精又称变性燃料乙醇，是清洁汽油的主要代替物，已在一些国家和地区得到大量使用。（5）生产方法多种多样，技术路线较为成熟，能大规模进行工业生产。酒精生产方法有许多种，主要可以分为两大类：合成法和发酵法。本设计采用发酵法中单浓度糖蜜酒精连续发酵法。由于发酵过程的复杂性及查询资料的有限性 ，本设计简单的介绍下发酵过程，主要对精制工艺部分进行了详细的工艺设计计算、物料衡算及塔设备和附属设备选型计算。通过设计计算得出了精
11、馏塔的塔径 2m，塔体高度 23.44m，产物纯度达到了 95%，达到了设计预期目标。2第一章 概 述1.1乙醇的性质及质量标准1.1.1物理性质乙醇是无色透明的液体，比水轻，具有特殊的芳香气和刺激味，吸湿性很强，可与水以任何比例混合并产生热量。乙醇易挥发易燃烧，燃烧时产生大量的热量，燃烧产物是水和二氧化碳。乙醇蒸汽与空气能形成爆炸性混合气体，爆炸极限为 3.5%-18%（体积分数） 。乙醇的物理指标：熔点() ：-114.1 沸点()：78.3 相对密度(水=1) ：0.79 相对蒸气密度(空气=1)： 1.59 饱和蒸气压(kPa) ：5.33(19 ) 燃烧热(kJ/mol)：1365.
12、5 蒸发热(kJ/L) ：918.76 临界温度( )：243.1临界压力(MPa)：6.38 辛醇/水分配系数的对数值：0.32闪点() ：12 引燃温度()：363溶解性： 与水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多数有机溶剂。1.1.2化学性质(1）乙醇氧化反应2C2H5OH + O22CH 3CHO + 2H2OC2H5OH + O2CH 3COOH + H2OCHOH + O2 2CO 2+3H2O(2）碱金属，碱土金属与乙醇的反应2Na + 2C2H5OH2C 5H5ONa + H2Mg + 2C2H5OHC(C 2H5O)2 Mg + H2(3）酸与乙醇的反应CH3COOH + C2H
13、5OHCH 3COOC2H5 + H2O(4）乙醇的脱水反应CH3CH2OH CH 2=CH2 + H 2O2CH3CH2OH C 2H5OC2H5 + H2O1.1.3生化性3乙醇能使细胞蛋白质凝固，尤以 75%（体积分数）的乙醇作用最为强烈，浓度过高，细胞表面的蛋白质迅速凝固形成一层薄膜，阻止乙醇向内部渗透，作用效果反而降低，浓度过低则不能使蛋白质凝固。因此常选用 75%（体积分数）的乙醇作消毒剂。乙醇易被人体肠胃吸收，吸收后迅速解放出热量。少量乙醇对大脑有兴奋作用，数量较大则有麻醉作用，大量乙醇对肝脏和神经系统有害作用。1.1.4质量标准乙醇作为一种原料性的产品，其产品质量必须达到一定的
14、标准。通常，乙醇按含杂质多少分为：无水乙醇、试剂乙醇、食用乙醇，医药乙醇，工业乙醇。其食用乙醇国家标准如表 1.1 所示。表 1.1 乙醇的质量指标表项 目 特 级 优 级 普 通 级色度/号 10 10 10乙醇/（体积分数） 96.0 95.5 95.0硫酸试验/号 5 10 60氧化时间/min 40 30 20醛/mg/L 1 3 30甲醇/mg/L 2 50 150正丙醇/mg/L 2 35 100异丁醇异戊醇/mg/L 1 2 30酸（以乙酸计）/mg/L 7 10 20酯（以乙酸乙酯计）/mg/L 10 18 25不挥发物/mg/L 10 20 25重金属（以 Pb计）/mg/L
15、 1 1 1氰化物（以 HCN计）/mg/L 5 5 51.2乙醇生产的意义及发展1.2.1乙醇生产的意义 1乙醇是可再生能源,若采用小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳, 在数量上基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。发展乙醇不仅可以促进农业的可4持续发展，并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染，保护环境，同时也可缓解原油进口的压力。由于燃料乙醇在中国的推广使用还处在初级阶段产销各个环节政府行为色彩比较浓，离真正的市场化有很远的距离。为了合理利用资源。国家对燃料乙醇的立项投产非常
16、谨慎。目前，获得国家批准生产的企业有 4家：河南天冠燃料乙醇有限公司、吉林燃料乙醇股份有限责任公司、安徽丰原生物化工有限公司、黑龙江华润酒精有限公司，已形成燃料乙醇生产能力 122万 t。目前中国生产的燃料乙醇总量为 102万 t。大约使用粮食 400万 t，基本使用陈化粮。目前中国石油供应紧张问题日趋严重：2005 年，中国原油消费量 3.23亿 t，居世界第二，国内生产原油 181 亿 t，净进口原油 1.19亿 t，净进口轻柴油、航煤、燃料油等石油产品 l746万 t。原油及石油产品净进口量 1.46亿 t。石油对外依存度为 45。到 2020年，估计国内自产石油 2.O亿 t缺口 25
17、亿 t，对外依存度 55。因此，燃料酒精在中国市场的前景比较大，潜力也比较深。1.2.2乙醇生产发展（1）生产技术的现代化新中国成立前，我国乙醇工业的规模很小，生产工艺均为间歇式，以麦芽作淀粉糖化剂，原料不经粉碎，淀粉利用率只有 60%左右。20 世纪 50 年代中期开始进行技术革新，首先在糖化剂方商采用微生物糖化剂代替麦芽，1964 年推行机械通风制曲，随后普遍应用液体曲，1978 年开发出高活力糖化酶新菌种（UV-11）进入 20 世纪 90 年代后逐步使用具有国际水平的耐高温 X-淀粉酶和高转化率糖化酶。在淀粉质原料的蒸煮、糖化工艺方面采用一级真空冷却连续糖化。在发酵方面，出现了应用耐高
18、温酵母、酿酒用活性干酵母（或鲜酵母）及固定化酵母的新工艺。在蒸馏方面乙醇蒸馏的塔器配置从两塔、三塔/四塔、五塔发展到八塔蒸馏，近年来差压蒸馏等新技术正在生产中推广应用。50 年来，我国的乙醇生产技术得到很大发展，淀粉利用率达 90%以上，水平高的企业淀粉出酒率达 5556%；发酵液乙醇浓度由 5%提高到 10%左右；每吨乙醇耗煤从过去普遍在 2 吨以上降到 1 吨以下（最低达 500 公斤） 。进入 90 年代后，随着食用乙醇国家标准的制订和实施，我国乙醇工业的生产技术水平得到了普遍性的提高(2） 建立了完善的乙醇产品质量标准，具有生产多种规格乙醇产品的实力20 世纪 50 年代初期，我国乙醇产品无统一的质量标准。有的厂“够度“ 即算合格，有
