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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!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GB678—90检验项目计量单位或符号产品等级优级分析化学乙醇%(V/V)≥99.899.799.5密度(20℃)g/ml0.789-0.7910.789-0.7910.789-0.791与水混合试验合格蒸发残渣%0.00050.0010.001水份%(v/v)0.20.30.5酸度mmol/100g0.020.040.1碱度(以OH计)mmol/100g0.0050.010.03甲醇%0.020.050.2异丙醇%0.0030.010.05羰基化合物(以CO计)%0.0030.0030.005还原高锰酸钾物质(以O计)%0.000250.000250.0006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[10]1、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:199998t6、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糖蜜第五节生产工艺概述1糖蜜预处理有加酸法,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1000m32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5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]图1-1生产工艺流程图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)第八节生产方法的简单介绍一、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:C12H22O11+H2O→2C6H12O6→4C2H5OH+4CO2↑蔗糖葡萄糖乙醇3423601841762、生产1t(1000kg)无水酒精的理论蔗糖消耗量:1000×(342÷184)﹦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))的理论蔗糖消耗量:1858.7×99.18%﹦1843.5(㎏)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:1843.5÷98﹪÷90﹪﹦2090(㎏)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:2090÷50﹪=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:9681841769899.1810000000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22﹪~25﹪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: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,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:00000014.7140399899.181000三、成品与废醪量的计算[8、11]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0.25~0.35﹪,现以0.3﹪计,则杂醇油量为1000×0.3﹪=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=14039×7.14﹪/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×(1.019-0.95B1)=4.18×(1.019-0.95×7.14﹪)=3.98[KJ/(kg·K)]4、成熟醪带入塔的热量为:Q1=F1C1t1=14039×3.98×55=3.08×106(KJ)5、蒸馏残液内固形物浓度为:000011259.81167614.714039XWBFB6、蒸馏残留液的比热:)/(04.4)59.8378.01(18.4)378.01(18.40022KkgKJBC7、塔底残留液带出热量为:)(1001.48504.411676642'4KJtCWQX8、查附录得42.43﹪酒精蒸汽焓为2045KJ/kg。故上升蒸汽带出的量为:)(1083.420452363613KJiVQ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:)(254299)8518.42644(1008.31001.41083.40066641'431kgtCIQQQQDWn若采用直接蒸汽加热,则塔底排出废醪量为:1DWX11676+2542=14218(kg)四、糖蜜原料年产量为20万吨燃料酒精的总物料衡算[10]设工厂年开工为250天。日产产品酒精量:200000/250﹦800(t)每小时酒精量:800×1000/24=33333(kg)=33.333(t)实际年产量(次级酒精忽略不计):33.333×24×250=199998(t/a)主要原料糖蜜用量:日耗量:4180×800==33440000(kg)=3344(t)年耗量:3344×250=8.36×105(t)每小时产次级酒精:33333×(2/98)=680.27(kg)实际年产次级酒精:680.27×24×250=4081620(kg)=4081.62(t/a)表2-1200000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表物料衡算生产1000kg99.5%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100033333800199998糖蜜原料41801393333344836000次级酒精20667164000发酵醪1421247372811369.62842372蒸馏发酵醪1403946796211231.22807772杂醇油31002.4600二氧化碳96832266774.4193
本文标题:年产20万吨燃料酒精工厂设计
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