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年產5萬噸乙醇化工廠設計
年產5萬噸乙醇化工廠設計
1 設計的目的、意義以及用途
本課題要是從工程角度對即將畢業(yè)的本科生進行一次全面的綜合訓練過程。主要完成工藝計算和工程圖設計，對化工生產過程和生產管理有一個比較全面的了解，達到社會對人才知識的基本要求。
乙醇是在常溫、常壓下是一種無色、透明、有香味、易揮發(fā)的液體，熔點-117.3℃，沸點78.5℃，凝固點為-114.1℃．密度0.7893g/cm3,能與水及大多數有機溶劑以任意比混溶。乙醇易燃,它的爆炸極限為3.5%～18%,閃點11℃,使用時須注意安全。
乙醇的用途按需求量多少可分為三方面：用量最大的燃料乙醇，科研用的乙醇化學試劑，化工醫(yī)藥用乙醇。
1. 乙醇是一種新能源，其優(yōu)勢在于發(fā)酵乙醇屬于可再生能源，乙醇不僅是一種優(yōu)良燃料，它作為一種優(yōu)良燃油品質改善劑被廣泛使用，其優(yōu)良特性主要有：乙醇是燃油的增氧劑，是汽油燃燒完全，大大節(jié)能和環(huán)保的；乙醇具有很好的抗爆性能；乙醇是優(yōu)于太陽能的一種生物轉化能源，是可再生資源。
2. 乙醇在醫(yī)藥方面的用途很廣：可作為大專院校及科研院所等的實驗室以餐飲業(yè)在燃料；可作為細胞生物學實驗和研究使用的優(yōu)良的固定劑和脫水劑，可作為優(yōu)良的防凍降溫介質。可作為燃料乙醛，乙酸，乙醚。
3乙醇工業(yè)的副產品 大型乙醇企業(yè)除主要生產乙醇外，還有如下副產物：優(yōu)質顆粒飼料DDGS（全價干酒精糟）優(yōu)質食用級CO2. CO2是發(fā)酵乙醇相伴生產的數量最大的副產品。高純度食用級CO2除用做碳酸飲料外還有氣體保護焊接，藥物萃取，溫室生產等方面有較廣的用途；玉米油；玉米胚芽油是優(yōu)質保健食品；玉米，小麥等為原料的大型究竟生產企業(yè)。還可以生產玉米淀粉，葡萄糖漿，果糖漿，玉米蛋白等，雜醇油是某些食用香料的主要原料。
2 選題的依據（理論依據、技術依據）
鑒于現(xiàn)代工業(yè)生產能力與實際需要之間的差距，擬設計年產5萬噸乙醇工廠，現(xiàn)代乙醇的工業(yè)化生產技術比較先進，但是還有更多的新技術可以應用到新的生產線上，對乙醇的純度及其應用方面進行了研究，以適應我國市場方面的需求，適應環(huán)保事業(yè)發(fā)展要求，推動社會經濟發(fā)展。
3 方案選擇
3.1 原料的選擇是
我國農副產品資源豐富，所以，主要采用微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法在采用不同發(fā)酵原料時生產乙醇的工藝有所不同，主要分為淀粉質原料乙醇生產工藝，糖蜜原料乙醇生產工藝，工廠廢液及纖維素原料酒精生產工藝等。常用淀粉質原料有薯類，谷物類，和某些含淀粉較多野生植物。
3.2 反應方程式
本設計采用發(fā)酵法生產乙醇，發(fā)酵法是將葡萄糖在有能引起發(fā)酵的物質存在的情況下，經過蒸煮、糖化等各種不同的階段而轉化成乙醇，最后經過蒸餾得到成品乙醇，其反應過程如下：
m(C6H12O5)＋1/2mH2O
糖化酶
1/2m（C12H22O11)
在發(fā)酵過程中，雙糖經水解的到葡萄糖：
C12H22O11+ H2O
麥芽糖酶
2C6H12O6
然后葡萄糖酒化：
C6H12O
酒化酶
2CH3CH2OH+2CO2
3.3 工藝流程
（1）工藝流程示意圖
玉米
空氣 酵母子
粉碎車間 α-淀粉酶
空壓機 斜面培養(yǎng)
糊化車間 糖化酶
過濾器 三角瓶培養(yǎng)
CO2
酒母罐 發(fā)酵車間
蒸餾車間
廢糟 乙醇 雜醇油
（2）工藝流程簡述
a原料經皮帶輸送機運至地下貯箱，再經斗士提升機將原料運輸至料斗，通過錘式粉碎機進行粉碎，粉料經絞龍輸送，同時加水1：3攪拌均勻，而后進入粉漿罐，再進入預煮罐，邊攪拌邊預熱，熱源為二次蒸汽，溫度為55℃，用往復泵送到蒸煮柱中，用蒸汽加熱到140—150℃，充滿后從頂部流出，以此進入后熟器中，后熟時間 約90min,從后熟器出來物料進入真空冷卻罐中，冷卻后的蒸煮醪（63℃）同糖化酶一齊送入糖化鍋中糖化50min后，再經二級噴淋冷卻，將糖化醪冷卻到30℃，送入發(fā)酵工段進行發(fā)酵。
b發(fā)酵采用間歇式發(fā)酵，為了配合連續(xù)蒸煮、糖化車間的操作，該設計曹勇連續(xù)添加法。生產開始時，先將一定量的酒母打入發(fā)酵罐，然后根據生產，確定流加速度。一般從接種酵母后，應于6—8小時內將罐裝滿。
連續(xù)流加法大發(fā)酵總時間自加滿罐時算起，需70小時左右發(fā)酵即結束。
C發(fā)酵成熟醪中的雜質分為揮發(fā)性雜質和不揮發(fā)性雜質。不揮發(fā)性雜質容易和酒精分離，在粗餾塔的底部排出，稱之為酒糟；揮發(fā)性雜質按化學性質又可分為四大類：醇類、醛類、脂類和酸類。另外還有一些微量的含硫物質和不飽和化合物等，隨酒精一起從粗餾塔的頂部排出，進入精餾塔進行下一步分離。
蒸餾系統(tǒng)采用氣相進塔的兩塔流程。發(fā)酵成熟醪用泵自發(fā)酵罐進入預熱器，與精餾塔頂來的乙醇蒸氣進行熱交換，成熟醪被加熱至40℃左右，再經酒糟預熱器加熱至70℃左右，從粗餾塔頂部進入粗餾塔。粗餾塔頂部用蒸汽直接加熱，使塔底溫度為105—108℃，塔斧壓力為19.6—24.5Kpa,塔頂溫度為92—95℃，塔頂約50％（體積分數）的乙醇蒸汽直接進入精餾塔，被蒸盡的成熟醪自塔底自動排出。
粗乙醇從蒸餾塔的中部進料，塔斧溫度為102—104℃，塔斧壓力為13.7—15.7Kpa;進入分凝器前塔頂乙醇蒸汽溫度為78—79℃，第二分凝器進入第三分凝器的溫度為35—40℃。
雜醇油的提?。罕驹O計采用液相提取，即在進料層之上2—4層塔板，溫度為85—92℃的區(qū)域中提取。
成品乙醇的提?。簽榱颂岣叱善芬掖嫉馁|量，本設計采用從塔頂向下第3—6層塔板上提取。
為了提取雜質中的甲醇，提高成品乙醇的質量，由于95％（體積分數）乙醇中，甲醇的揮發(fā)系數很大，在本設計采用適當提高提高第二分凝器的溫度的方法來降低成品乙醇中甲醇的含量。
4 設計工作中面臨的技術難點和擬采取的解決方法
乙醇生產屬于危險化學品生產，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸發(fā)生化學反應或引起燃燒。在火場中，受熱的容器有爆炸危險。在設計時需考慮各種危險因素。精餾生產裝置、乙醇罐區(qū)均是易燃易爆場所，因而這些地區(qū)應嚴密監(jiān)控，這些地方應安裝可燃氣體檢測報警裝置，防火堤，自動滅火裝置以及其他消防設施。在乙醇的生產過程中會產生乙醇濃度不高現(xiàn)象，因此本設計采用汽相二塔蒸餾系統(tǒng)，從粗餾塔出來的粗乙醇從精餾塔的中部進料，雜醇油的提取，本設計采用液相提取，即在進料層之上2—4層塔板，溫度為85—92℃的區(qū)域中提取。醇的提為了提高成品乙醇的質量，本設計采用從塔頂向下第3—6層塔板上提取。為了提取雜質中的甲醇，提高成品乙醇的質量，由于95％（體積分數）乙醇中，甲醇的揮發(fā)系數很大，在本設計采用適當提高提高第二分凝器的溫度的方法來降低成品乙醇中甲醇的含量。
5 已進行的設計工作基礎和已具備的科學研究條件
大學期間學習的關于化學工程類的知識以及多次的化工設計的經驗可以完成本設計；在圖書館、數據庫已經進行了相關的資料的收集工作；查找到了氣象條件，確定了廠址。
6 設計階段的進度、要求，以及預期結果
周 次
設計（論文）任務及要求
1～3
熟悉題目、收集資料。
4～6
到有關廠參觀并收集有關參數。
6～10
工藝計算、設備選型、投資概算。
11～14
繪制各種圖紙。
15～17
撰寫設計說明書。
18
用三天時間準備答辯。
7 參考文獻
[1] 華東理工大學化工原理教研室編. 化工過程設備及設計. 廣州：華南理工大學出版社. 1996.02
[2] 天津大學化工原理教研室編. 化工原理（下). 天津：天津大學出版社 1999.04
[3] 吳思方主編. 發(fā)酵工廠設計概論 北京：中國輕工業(yè)出版社 1995.9
[4] 華南工學院等編. 發(fā)酵工程與設備. 輕工業(yè)出版社 1981
[5] 黃露，王保國等編. 化工設計 北京：化學工業(yè)出版社 2001.2
[6] 賈樹彪 ,李盛賢. 吳國峰編新編酒精工藝學 北京：工業(yè)出版社，1995
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