年产xx万吨的食用酒精厂工艺设计Word下载.docx
《年产xx万吨的食用酒精厂工艺设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产xx万吨的食用酒精厂工艺设计Word下载.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.6螺旋换热器的计算31
4.发酵设备设计32
4.1不锈钢活化罐的设计32
4.2发酵罐的设计32
5.蒸馏工段设备设计与选型36
6.精馏塔的设计与选型45
6.1塔负荷的确定45
6.2精馏段46
6.3提馏段47
6.4塔板数的确定47
6.5塔径的计算49
6.6板上各区尺寸与浮阀数量及布置50
6.7塔板的溢流装置和流体力学计算52
6.8塔的总压降与总高度54
6.9塔的有效操作范围与安全操作范围55
6.10液泛限:
56
6.11精馏塔各主要接管尺寸计算:
58
7.蒸馏工段其它设备的选型及设计58
7.1换热器的选型58
7.2再沸器的选择58
7.3分凝器的选择59
7.4锅炉选择及布置59
8.设备一览表59
第四章车间布置设计61
1.建筑概述61
2.车间内常用设备的布置61
2.1粉碎设备61
2.2蒸煮设备61
2.3糖化设备61
2.4发酵设备61
2.5蒸馏设备62
参考文献63
第一章总则
酒精厂工程设计,按其投资规模或建设规模,由具有相应资格的设计单位承担,按国家贵低能的设计程序进行设计。
在设计中遵守国家法律、法令、法规、规定,贯彻执行国家有关工程建设和科学技术发展的方针和政策,从全局出发,结合建厂地区实际条件,精心设计,统筹兼顾,做到技术先进、安全适用、节约能源、保护环境,使企业有较高的经济效益和社会效益。
酒精厂的生产规模,应根据建厂地区的原料供应、投资限额和市场需求等因素。
酒精厂的厂址,应选择在城镇工业规划区。
以利生产,便于运输,方便生活,保护环境。
设计中应积极采用经过实践证明成熟可靠、有经济效益和社会效益的新技术。
设计采用的工艺、设备要技术先进、成熟,选型合理,用材适当,符合国情。
各项技术经济指标应达到或超过国内先进水平。
酒精厂的机械化和自动化程度,应根据生产的需要,技术的可能和经济合理等原则,尽量使生产过程达到机械化、连续化、半自动化或自动化的水平。
本规范适用于薯谷和废糖蜜（以下简称糖蜜）为原料的各种规模新建酒精厂（或车间）的工程设计。
扩建、改建、技改工程的设计可参照执行。
酒精厂的设计,除应遵守本规范的规定外,还应符合国家现行有关标准、规范的规定。
第二章厂址选择
厂址应根据当地国民经济发展规划和工业布局,结合该地区的地形地貌、气象、交通运输、原料供应及产品销售等条件通过全面分析和技术经济比较后确定。
在选厂工作中,必须贯彻国家基本建设的方针政策,节约用地,尽量不占或少占良田,不才钱
或少拆迁民房,同时应结合远景规划,适当考虑发展余地。
厂址应有充足、可靠的电源、水源,应与铁路、码头或公路等有便利的连接。
厂址应满足环境保护、劳动保护的要求,应考虑污水处理及废渣堆场用地,满足防护距离的要
求。
在确定厂址时,应取得与有关部门达成并经上级主管部门批准的书面协议（包括城市规划、环境保护、国土征用、燃料供应、供水、供电等部门的协议）。
工厂生活设施宜纳入当地城市建设统一规划。
厂址选择除应符合本规范之外,黄应符合一般工业企业选厂的共同规定。
第三章总平面布置
第一节一般规定
总平面布置应贯彻国家基本建设方针政策,结合当地情况,在满足使用的情况下,力求做到经济、合理、节省投资、节约用地。
总平面布置应该符合生产工艺的要求,使生产作业线短捷方便,避免往返运输和交叉。
总平面布置应根据生产性质、生产管理、动力供应、货运周转、卫生、防火等条件,将全厂划分成若干区,使各区功能有所侧重又紧密联系。
各区建（构）筑物布置均应满足防火、防爆、卫生、通风、采光
等要求。
总平面布置应结合地形、地质、气象等自然条件,并符合竖向布置、绿化布置的要求。
高度较高、荷载较大的车间已布置在土层均匀、承载力较高的地段上;
次要车间、露天堆场等可布置在承载力较低或填方地段。
总平面布置应使厂内外交通互相协调,做到人货分流。
人流宜经厂前大门入厂;
货流宜进后门或侧门入厂,全厂出入口应不少于两个。
对近期内确定存在扩建可能性的工厂,在总平面布置时可适当留有余地。
总平面布置应考虑城市规划的要求,适当注意建筑物的平面和空间艺术效果,使工厂与周围环境相互协调、整齐美观。
第二节建、构筑物布置
全厂建、构筑物宜按功能分为厂前区、生产区、动力区及辅助生产设施。
厂前区一般包括传达室、综合楼、自行车棚等,应位于厂区的山风向,并与生活区联系方便。
厂前区为人流的主要进出口、应重点进行绿化。
薯谷酒精厂生产区包括原料贮仓、粉碎间、酒精车间、酒糟利用车间、二氧化碳回收车间和其他综合利用车间,上述各车间是工厂的主体建筑物,一般放置在厂区的中心地带,主干道贯穿其间。
辅助生产设施按其功能布置在合理的地方。
酒精库要求防火防爆,周围有足够的防护间距,一般放置在厂区周围安全的地方。
污水处理站布置在厂区周边下风向的地方。
动力区包括电力间、变电站、锅炉间及其附属建、构筑物,这些车间宜置于全厂负荷中心附近。
锅炉间应布置在厂区的下风向。
糖厂附设的糖蜜酒精车间应结合糖厂的总体规划统一布置。
在布置建筑物的方位、朝向时,应考虑当地的风向、日照气象等条件,争取主要建筑物及操作人员较多的建筑物为南北朝向,避免东西朝向。
厂区建、构筑物布置除应符合本规范外,尚应符合现行的《建筑设计防火规范》。
第三节竖向布置
竖向布置应遵循下列原则:
一、保证厂内运输通畅、安全、短捷。
二、厂区内建、构筑物、道路、露天场地的设计标高应与场外场地、道路和排水系统的标高相适应。
三、厂内地面标高应不受洪水威胁,并确保厂区内排水能顺利排除。
四、场地设计标高应尽量与自然地形相适应,减少土方工程,使挖方、填方量接近平衡。
竖向布置一般宜采用连续式。
室外场地坡度一般不小于3‰。
在自然地形起伏较大的坡地建厂,宜采用阶梯式布置,分级布置时应注意保证运输通畅。
当工厂分期建设时,应统一考虑场地的前后期竖向设计、经济合理地处理前后期土（石）方工程。
糖厂附设的糖蜜酒精车间的竖向布置应结合糖厂的竖向布置统一考虑。
第四节厂内道路
厂内道路的走向、宽度和构造型式,应根据生产工艺、车间关系、运输量、消防要求及所在位置的重要性确定。
厂内道路宜采用城市型道路。
位于远郊或山区的酒精厂可采用公路型道路。
主要生产区宜采用环状道路网,在部分地带也可采用尽端式布置,但应考虑有迥车场地。
厂内道路宜采用砼高级路面,砼强度等级及板厚应根据《公路水泥砼路面设计规范》计算确定。
厂内道路除应符合本规范的规定外,有关道路路面宽度、转弯半径、道路与建、构筑物之间的距离及各项道路参数与生产规模的关系,均应符合现行的《厂矿道路设计规范》的规定。
第五节管线综合
管线综合应与总平面布置、竖向布置相协调,合理确定各专业管线的敷设方式与走向,做到节约用地、减少能耗、安全生产、整齐美观。
管线综合的一般规定和布置方式宜参照《机械工厂总平面及运输设计规范》的有关条文执行,有关厂内供排水、供汽、供电、工艺管线综合的具体规定应按现行《室外给水设计规范》、《室外排水设计规范》、《锅炉房设计规范》、《小型火力发电厂设计规范》及本规范第六章《工艺管道》有关条文执行。
场地排水宜采用以暗管为主的管道排水系统。
具有下列情况之一时,宜采用明沟排水系统:
一、厂外无排水管道系统设置者。
二、场地地形坡度较大或采用阶梯形竖向布置者。
第六节绿化
厂区绿化布置应与总平面布置同时考虑,通过绿化分隔道路、改善卫生条件和美化环境。
绿化布置应避免与地上和地下管线发生矛盾。
厂前区和主干道两侧宜重点绿化。
厂内绿地面积以厂区绿化率作为控制指标。
绿化率厂区绿地面积总和÷
厂区占地面积×
100%
酒精厂绿化率除满足城建规划部门要求外宜不低于15%。
第七节仓库、堆场、物品堆存定额
绿化率厂区绿地面积总和厂区占地面积×
100%
以薯谷为原料的酒精厂原料贮量可按每吨酒精三吨原料,贮存量不少于一个月计算。
成品酒精贮存容量已不少于一个月为宜。
自备锅炉房燃料（煤）的堆场、煤棚容量参照现行《锅炉房设计规范》、《小型火力发电厂设计规范》执行。
第八节总平面布置及技术经济指标
总平面布置应标出总图技经指标,作为衡量设计合理性的依据之一。
酒精厂一般可采用下列指标:
A、厂区占地面积（m2）。
B、建、构筑物占地面积（m2）。
C、露天堆场及作业场占地面积（m2）。
D、铁路、道路、广场占地面积（m2）。
E、地上、地下管线占地面积（m2）。
F、建筑系数:
k1（B+C）×
100%/A0一般为30以上。
G、利用系数:
k2（B+C+D+E）×
100%/A0一般为50%以上。
H、围墙长度（m）。
I、土方工程量（m3）。
J、绿化率（%）。
糖厂附设的糖蜜酒精车间的总平面布置技经指标,应综合在糖厂总平面布置内进行计算。
第三章全厂物料衡算
1、原料消耗的计算
（1）淀粉原料生产酒精的总化学反应式为:
糖化:
C6H10O5n+nH2OnC6H12O616218180
发酵:
C6H12O62C2H5OH+2C0218046×
244×
21809288
（2）生产1000kg无水酒精理论淀粉消耗量:
1000×
162/921760.9（kg）
生产1000kg国标燃料酒精的理论淀粉消耗量国标燃料酒精的乙醇含量在99.5%体积分数以上,相当于99.18%质量分数,故生产1000kg燃料酒精成品理论上需淀粉量为:
1760.9×
99.18%1746.5kg
淀粉总损失率为9.0%。
故生产1000kg燃料酒精需淀粉量为:
1746.5÷
（100%-9.0%）1919.2kg
4生产1000kg燃料酒精薯干原料消耗量据基础数据给出,薯干原料含淀粉68%,则生产1000kg燃料酒精耗薯干原料需用量为:
1919.2÷
68%2822.4kg
故生产12000t燃料酒精耗薯干原料需用量为:
2822.4×
1200033868800kg若应用液体曲糖化工艺,并设每生产1000kg燃料酒精产品需要的糖化剂所含的淀粉量为ml,则1000kg酒精耗薯干量减为:
1779.3-ml）÷
68%
5α-淀粉酶消耗量应用酶活力为20000u/g的α-淀粉酶使淀粉液化,促进糊化,可减少蒸汽消耗。
α-淀粉酶用量按8ug原料计算。
用酶量为:
2822.4×
103×
8÷
200001.129Kg1.129×
1200013548Kg
6糖化酶耗量用糖化酶的活力为100000u/g,使用量为100u/g原料,则糖化酶消耗量为:
100÷
1000002.82Kg
2.82×
1200033840Kg
此外,酒母糖化酶用量按200u/g原料计,且酒母用量为10%,酒母培养液所用的糖化液占70%,其余为稀释水与糖化剂,则用酶量为:
10%×
70%×
200÷
1000000.395Kg
0.395×
120004740Kg
两相合计,糖化酶用量为3.215×
1200038580（kg）
7硫酸铵耗用量硫酸铵用于酒母培养基的补充氮源,其用量为酒母量的0.1%,设酒母醪量为m0,则硫酸铵耗量为:
0.1%m0
2、蒸煮醪量的计算:
假定用喷射液化连续蒸煮工艺。
调浆罐的粉浆温度为50℃,应用喷射液化器使粉浆迅速升温至105℃,然后进入液化维持管,降温至102℃,保温液化5~8min,进入闪蒸汽液分离器,真空闪急蒸发冷却至95℃后进入液化罐反应约60min,进真空冷却器冷却至63℃后糖化30min。
（1）调浆罐中的粉浆量根据生产实践,淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1:
2,故粉浆量为:
1+2+1.1298468.3kg
故生产12000t酒精的粉浆量为:
8468.3×
12000101619600（kg）
（2）计算经喷射液化器加热后的蒸煮醪量
计算蒸煮醪的比热容:
c1w1co+1.0-w1cw
干物质含量wo87%的薯干比热容为:
co4.181-0.7wo1.63[kJ/kg?
℃]粉浆干物质浓度为:
wl87÷
3×
10029.0%蒸煮醪比热容为:
c1w1co+1.0-w1cw29.0%×
1.63+1.0-29.0%×
4.183.44[kJ/kg?
K]
式中cw4.18水的定压比热容kJ/kg?
℃
经喷射液化器加热后成为蒸煮醪的蒸汽量为
3.44×
105-50÷
2748.9-105×
4.18693.6Kg
式中2748.9?
?
喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的热含量（kJ/kg）
故生产12000t燃料酒精蒸煮醪的蒸汽量为:
693.6×
120008323200Kg
（3）经液化维持管出来的蒸煮醪温度降为102℃,蒸煮醪量为:
9161.9-[9161.9×
105-102÷
2253]9110.0Kg
式中2253?
温度为102℃下饱和蒸汽的汽化潜热kJ/kg
故生产12000t燃料酒精蒸煮醪量为:
9110.0×
12000109320000Kg
（4）经闪蒸汽液分离器后的蒸煮醪量为:
9110.0-[9110.0×
102-95÷
2271]9013.4Kg
式中2351?
63℃下饱和蒸汽的汽化潜热kJ/kg
9013.4×
12000108160800Kg
（5）经真空冷却后的最终蒸煮醪量:
9013.4-[9013.4×
3.4495-63÷
2351]8591.4Kg
式中2271?
温度为95℃下饱和蒸汽的汽化潜热kJ/kg
故生产12000t燃料酒精最终蒸煮醪量为:
8591.4×
12000103096800Kg
3、糖化醪与发酵醪量的计算
设发酵结束后成熟醪含酒精10%（体积分数）,相当于8.01%（质量分数）。
并设蒸馏效率为98.4%,且发酵罐酒精捕集器和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%,生产12000t99.5%（99.18%质量分数）的燃料酒精成品的计算如下。
需蒸馏的成熟发酵醪量为:
F11000×
99.18%÷
98.4%×
8.01×
100+5+1÷
10013338.4Kg
13338.4×
12000160060800Kg
2不计酒精捕集器和洗罐用水,则成熟发酵醪量为:
13338.4÷
106%12583.4kg
12583.4×
12000151000800kg
3入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为（计算醪塔上升蒸汽量用）:
1000÷
13338.47.63%质量分数
4相应发酵过程放出C02总量为:
1000×
44÷
46964.1Kg
964.1×
1200011569200Kg
5接种量按10%计,则酒母醪量m0为
（可求硫酸铵耗量）:
12583.4+964.1÷
100+10÷
100×
10%1231.6Kg
1231.6×
1200014779200Kg
6糖化醪量酒母醪的70%是糖化醪,其余为糖化剂和稀释水,则糖化醪量为:
12583.4+964.1÷
100+10÷
10%+1231.6×
70%13178.0Kg
13178.0×
12000158136000Kg
4、废醪量的计算废醪量是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成分及其他挥发组分后的残留液。
此外,由于醪塔是使用直接蒸汽加热,所以还需加上入塔的加热蒸汽冷凝水.设进塔的醪液F1的温度t170℃,排出废醪的温度t4105℃:
成熟醪固形物浓度为B17.5%,塔顶上升酒汽的乙醇浓度50%体积分数即47.18%质量分数,成熟醪乙醇浓度7.62%。
醪塔上升蒸汽量为:
Mv13338.4×
7.62÷
47.18%2154.3Kg
2154.3×
1200025851600Kg
②残留液量为:
Mx13338.4-2154.311184.1kg11184.1×
12000134209200kg
③成熟醪比热容为:
c14.181.019-0.95B14.181.019-0.95×
7.5%3.96[kJ/kg?
℃]
④成熟醪带人塔的热量为:
Q1F1c1t113338.4×
3.96%×
703.698×
106kJ
⑤蒸馏残留液固形物浓度为:
B2FlBl÷
Mx13338.4×
7.5%÷
11184.18.9%间接加热,没有加热蒸汽冷凝水。
⑥蒸馏残留液的比热容为:
c24.181-0.378B24.039kJ/kg?
℃
⑦塔底残留液带出热量为:
Q4Mxc2t411184.1×
4.03×
1054.74×
106kJ
根据附录P261表2,47.18%质量分数酒精蒸汽热含量约为H1965kJ/kg,故有:
⑧上升蒸汽带出热量为:
Q3MxH2154×
19654.23×
106kJ
塔底采用0.05MPa表压蒸汽加热,热含量为I2689.8kJ/kg;
又蒸馏过程热损失Qn可取为总传热量的1%,根据热量衡算,可得消耗的蒸汽量为:
D1Q3+Q4+Qn-Q1÷
I-cwt4
（4.23×
106+4.74×
106-3.698×
106）÷
2689.8-4.18×
105×
99%2365.8kg
若采用直接蒸汽加热,则塔底排出的废醪量:
Mx+MD11184+2365.813549.9（kg）
13549.9×
12000162598800（kg）
第四章工艺设计
工艺设计、必须满足设计任务书规定的原料种类、生产规模、产品品种和质量要求。
选用工艺先进、成熟可靠的生产方法,力求达到优质低耗和高效的目的。
酒精产品品种及质量标准,应符合现行的国家酒精质量标准的规定。
工艺流程设计,应满足生产方法的要求,安排好热能和水源的重复利用,力求过程简捷,节省能耗和投资。
工艺流程的设计,必须设置必要的计量监测仪表,适当配置自动控制装置,以提高生产和管理水平。
酒精厂为连续性生产。
在工艺各项平衡计算中,生产时间每昼夜按24小时计。
酒精生产原料的基本要求。
一、薯谷原料:
要求砂杂少,无霉烂,淀粉含量达64%以上,水分在14%以下。
二、糖蜜原料:
要求不结块、不变质,浓度在85%左右,含糖份在50%左右。
酒精生产辅料的规格:
一、α?
淀粉酶:
在90℃和PH值6~8的状态下,活力稳定。
二、糖化酶:
在60℃和PH值4~5的状态下,活力稳定。
三、硫酸:
浓度为66Be?
左右。
四、尿素:
含氮量在42%以上。
五、磷酸铵:
P2O5含量在50%以上。
水质要求:
酒精生产用水分为工艺水和冷却水两种,其质量均有一定的要求,如水源质量达不到要求,要经处理后使用。
一、工艺用水:
指加入物料中的用水和清洗设备用水,其质量要求应符合饮用水标准。
二、冷却用水:
指不与物料接触的冷却水,其质量要求如下:
气味:
无异臭、异味。
色度:
无色、较透明。
悬浮物:
无肉眼可见物、无沉淀。
总硬度:
<
180mg/lCaO。
PH值:
6.5~8.5。
温度:
28℃。
在水温比较高的地区建厂,停机检修期应安排在夏季,以免设置制冷装置。
第二节生产方法与工艺流程
原料贮存及处理
薯谷原料酒精厂的贮粮设施,应根据生产规模,厂区面积大小,投资限额和对机械化程度的要求,分别采用遮棚堆场、单层平仓或圆筒立仓等仓贮设施。
薯谷原料进厂时必须称重,然后贮存。
如用圆筒立仓贮存,玉米要除大杂。
薯谷原料料投入生产时,应根据不同的贮存方式,宜用机械输送方法。
堆场和平仓贮存的原料,宜用风送方法。
立筒仓贮存的原料,宜用机械输送方法。
原料进入车间时,必须经过称重。
机械输送的薯谷原料还应除杂、除石和除铁,方能进行粉碎。
薯谷原料的粉碎宜在负压下进行。
粉浆调制,应用热水和适量酒糟清液,使粉浆温度达到55~60℃。
糊糖化工艺
粉浆糊糖化方法有三种,各有利弊,设计时应进行技术经济分析比较,选择下列三种方法的一种。
一、单酶高温糊糖化法:
糊化、灭菌较彻底,辅料使用少,但能耗量高。
二、双酶分段糊糖化法:
糊化、灭菌较彻底,辅料使用多,能耗较少。
三、双酶低温糊糖化法:
糊化、灭菌较不彻底,辅料使用多,能耗和糖份损失最少。
高温糊化醪的冷却,应分段进行,先减压降温后冷却,以便利用废热和节约冷却水。
冷却后的糊化醪,宜用两极糖化罐连续糖化。
糖蜜原料制备糖液宜用下列方法:
亚硫酸法糖蜜进入车间后应该经过称重,然后进行酸化。
酸化操作宜用间歇式,酸化后的糖液应分为两路分别进行稀释,小部分稀释为稀糖液,供繁殖酵母使用。
大部分稀释为浓糖液,供酒精发酵使用。
碳酸法糖蜜经过称重后应分为两路,小部分先进行连续酸化,继而稀释为稀糖蜜液,供繁殖酵母使用,大部分糖蜜直接稀释为浓糖液,供酒精发酵使用。
发酵工艺
薯谷原料的发酵工艺一般分为酒母培养和酒精发酵两个系统。
如用活性干酵母,酒母扩大培养系统一般可以不设。
如用间歇发酵法,需设一级酒母活化罐。
发酵工艺宜用连续发酵法,经建设单位要求,薯谷原料也可用间歇发酵法。
糖蜜为原料的酒精发酵采用双浓度连续添加连续发酵工艺,稀浓糖液单位时间添加量以容量计算其比例为1:
1。
发酵过程产生的二氧化碳,必须集中排放至室外,或送往二氧化碳回收车间生产液体碳酸副产品。
蒸馏工艺
我国现有酒精蒸馏方法有两类,一为常压蒸馏法,一为差压蒸馏法,两类方法均可使用。
蒸馏流程应根据酒精质量要求和不同原料的发酵醪,参照表4?
1《蒸馏系统选用推荐表》进行选用。
成熟醪入醪塔之前,必须利用酒气预热,以降低能耗。
各塔塔顶冷凝器,应用2~4个
升级会员 