年产8万吨煤制乙醇分离工段的初步设计
摘 要
随着经济的发展，乙醇这种重要的工业原料被广泛用于化工、塑料、橡胶、农药、化妆品及军工等工业部门。且石油资源趋于缺乏、全球环境污染的日益加剧，各国纷纷开始开发新型能源。燃料乙醇是目前为止最理想的石油替代能源，它的生产方法以发酵为主。菌种的优劣对发酵效果的影响非常大，能够筛选出具有优良性状的菌株及对菌株进行改良，对于降低生产成本，乃至实现乙醇的大规模工业化生产，解决能源危机都有着重大意义。
乙醇在我国酿酒行业、化工行业等，都发挥着重要作用。乙醇采用糖蜜原料发酵。分离工段上的设计为：单浓度糖蜜究竟连续发酵(分离工段简单容易操作）、差压式蒸馏分离工段（保证产品质量及提高热能利用率）、生石灰吸水法，通过物料衡算、设备选型计算、水电汽耗的计算等合理优化设计生产分离工段过程。本设计是对乙醇工厂发酵车间分离工段设计。主要包括乙醇生产的分离工段流程设计、分离工段计算、全厂物料衡算（分离工段技术指标及基础数据）、各个工段物料和热量衡算（蒸煮工段、糖化冷却工段、发酵工段、蒸馏工段以及乙醇生产过程中的供水供气衡算）、设备的设计与选型（包括发酵罐、预发酵罐、乙醇捕集器、酒母培养罐，泵），厂房的整体布置和轮廓设计、发酵车间的布置设计。
关键词：乙醇；分离工段；设计；设备
Abstract
With the development of economy, alcohol, an important industrial raw material, is widely used in chemical, plastics, rubber, pesticides, cosmetics and military industries. And the lack of oil resources and the increasing pollution of the global environment, countries have begun to develop new energy sources. Fuel ethanol is the most ideal alternative to petroleum so far. Its production method is mainly based on fermentation. The pros and cons of strain effect on fermentation effect is very large, can be screened with excellent traits for improved strains and strains, to reduce production costs, and realize the large-scale industrial production of alcohol, are of great significance to solve the energy crisis.
Alcohol plays an important role in China's wine making industry, chemical industry and so on. The alcohol is fermented with molasses raw material. The design process is: whether continuous fermentation (single molasses concentration process is simple easy to operate), differential pressure distillation process (to ensure product quality and improve the utilization rate of heat energy), lime water method, the material balance, equipment selection and calculation, the calculation of the steam consumption of hydropower production process optimization design. This design is the process design of fermentation workshop in alcohol factory. Including the alcohol production process design, process calculation, the plant material balance (technical indices and basic data), each section of the material and heat balance (cooking section, saccharification fermentation section and cooling section and distillation section and the alcohol production process for water supply balance), the design and selection of equipment (fermentor, prefermentation cans, alcohol trap, yeast culture tank, pump), layout design and overall layout outline design, plant fermentation workshop.
Key words: alcohol; process; design; equipment
目 录
摘 要 I
目 录 II
前 言 VI
第1章 全厂分离工段论证 1
1.1 生产原料：木薯（淀粉质原料） 1
1.1.1木薯的主要成分 1
1.1.2木薯作为乙醇原料的特点 1
1.1.3生产过程中的木薯干相关分离工段参数 2
1.2 原料的预处理 2
1.2.1原料的除杂 2
1.2.2原料的粉碎和输送 2
1.3 原料蒸煮分离工段 4
1.3.1蒸煮目的 4
1.3.2粉浆的预煮 4
1.3.3间歇蒸煮与连续蒸煮分离工段相比较其优缺点 4
1.4 糖化分离工段 5
1.4.1糖化的目的 6
1.4.2糖化分离工段 6
1.4.3测定糖化醪质量的方法 6
1.5 糖化醪的发酵 8
1.5.1糖化醪发酵目的 8
1.5.2影响乙醇发酵的因素 8
1.5.3乙醇发酵的方式 9
1.5.4发酵生产分离工段 9
1.6 乙醇的蒸馏和精馏分离工段及分支筛脱水分离工段 10
1.6.1蒸馏车间操作流程 10
1.6.2蒸馏操作的控制 11
1.7 发酵副产品和污水处理 12
1.7.1乙醇生产的副产品 12
1.7.2污水处理 12
第2章 全厂物料衡算 13
2.1 分离工段技术指标及基础数据 13
2.2 原料消耗量计算 13
2.3 蒸煮醪量的计算 14
2.4 糖化醪与发酵醪的计算 16
2.5成品与发酵醪量的计算 16
2.6 100000t/a淀粉原料乙醇厂总物料衡算 18
第3章 乙醇生产各工段物料和热量衡算 20
3.1 蒸煮工段的物料和热量衡算 20
3.1.1蒸煮工段的分离工段流程 20
3.1.2蒸煮各工段的物料和热量衡算 20
3.2 糖化冷却工段物料和热量衡算 21
3.2.1分离工段流程： 21
3.2.2糖化过程中的物料和热量衡算 22
3.3 发酵工段的物料和热量衡算 23
3.4 蒸馏工段物料和热量衡算 25
3.4.1三塔气相过塔分离工段流程 25
3.4.2醪塔 26
3.4.3排醛塔 28
3.4.4精馏塔 29
3.5 乙醇厂生产过程中的供气衡算 31
3.5.1蒸煮糖化和蒸馏工段蒸汽消耗和废气排放量的计算 31
3.5.2乙醇厂平均蒸汽耗用量 32
3.6 乙醇生产过程中的供水衡算 32
3.6.1分离工段技术指标及基础数据 32
3.6.2乙醇生产供水衡算 33
第4章 乙醇发酵设备的计算与设计 36
4.1发酵罐容积计算 36
4.2发酵罐容积核算 36
4.3预发酵罐设计 37
4.5酒母培养罐的选取 39
4.6 泵的选用 40
第5章 车间布置 34
5.1厂房的整体布置和轮廓设计 34
5.2 发酵车间的布置设计 34
5.3发酵车间平面布置设计 34
5.4发酵车间立面设计 34
5.4.1泵的布置设计 34
5.4.2乙醇捕集器的设计 35
5.4.3发酵罐顶钢架平台设计 35
5.4.4 门、楼梯 35
毕业设计总结 50
参考文献 53
致谢 54
前 言
食用乙醇使用粮食和酵母菌在发酵罐里经过发酵后，经过过滤、精馏来得到的产品，通常为乙醇的水溶液，或者说是水和乙醇的互溶体。
蒸馏法提高乙醇浓度最多能到73%左右，因为乙醇和水会形成共沸混合物。
食用乙醇的度数是不确定的，通常为食用乙醇的纯度为95%。
乙醇俗语叫乙醇，分为工业乙醇和食用乙醇，但车用乙醇与它们有明显的区别。第一，工业乙醇的纯度为90%，其余的10%中除甲醇等杂质外，大多数是水；而食用乙醇的纯度为95%，其余5%都是水；车用乙醇与其它相比最大的区别就是脱水，按国家标准，它的杂质和水含量必须小于0.8%。
第二，乙醇既可以车用又可以食用，在很多国家，食用乙醇都是高税收，而车用乙醇则是给补贴。为了防止一些厂家把车用乙醇回流到食品工业，从而拿政府补贴，躲避高额税，车用乙醇出厂时就必须加变性剂，让它从颜色或味道上区别于食用乙醇。像我国，车用乙醇出厂前加3%－5%的汽油，让它在味道上区别于食用乙醇。而欧洲一些国家则在其出厂前加颜色，如蓝色、红色等。
本设计采用先进的生产分离工段，利用国内外先进的生产管理经验。采用低温蒸煮，双酶液化糖化，连续发酵，三塔直接式蒸馏，分子筛脱水。本设计将木薯干到制成食用乙醇中的各环节涉及的分离工段、设备、控制条件等有关情况作一简单的阐述，希望能和各位共同讨论。由于本人的水平有限，错误之处在所难免，不足之处恳请专家学者多多指正。
第1章 全厂分离工段论证
1.1 生产原料：木薯（淀粉质原料）
1.1.1木薯的主要成分
木薯起源于热带美洲，广泛栽培于热带和部分亚热带地区，主要分布在巴西、墨西哥、尼日利亚、玻利维亚、泰国、哥伦比亚、印尼等国。中国于19世纪20年代引种栽培，现已广泛分布于华南地区，广东和广西的栽培面积最大，福建和台湾次之，云南、贵州、四川、湖南、江西等省亦有少量栽培。木薯的营养成分如表1-1所示。
表1-1 木薯的营养成分列表(每100克中含)
成分名称 含量 成分名称 含量 成分名称 含量
可食部 99 水分(克) 69 能量(千卡) 116
能量(千焦) 485 蛋白质(克) 2.1 脂肪(克) 0.3
碳水化合物(克) 27.8 膳食纤维(克) 1.6 胆固醇(毫克) 0
灰份(克) 0.8 维生素A(毫克) 0 胡萝卜素(毫克) 0
视黄醇(毫克) 0 硫胺素(微克) 0.21 核黄素(毫克) 0.09
尼克酸(毫克) 1.2 维生素C(毫克) 35 维生素E(T)(毫克) 0
a-E 0 (β-γ)-E 0 δ-E 0
钙(毫克) 88 磷(毫克) 50 钾(毫克) 764
钠(毫克) 8 镁(毫克) 66 铁(毫克) 2.5
锌(毫克) 0 硒(微克) 0 铜(毫克) 0
锰(毫克) 0 碘(毫克) 0
1.1.2木薯作为乙醇原料的特点
1. 单位亩产量高，高的可达1500—2500kg。
2. 木薯的淀粉含量高，纤维少，并有适量的蛋白质，加工比较容易，淀粉利用率高。
3. 木薯的缺点在于胶质、果胶质等粘性物质较多。醪液粘度大，甲醇的生成量较多。
综上所述，木薯（木薯干）是一种良好的乙醇生产原料，为我国大多数乙醇厂所采用。
1.1.3生产过程中的木薯干相关分离工段参数
生产过程中的木薯干相关分离工段参数如表1-2所示。
表1-2 木薯干相关分离工段参数
原料 淀粉含量（%） 水分（%）
木薯干 70 13
1.2 原料的预处理
1.2.1原料的除杂
淀粉质原料在收获和干燥的过程中，往往会掺夹进泥土，沙石，纤维质杂物，甚至金属块杂物。这些杂物如果 不在生产前除去，则将严重影响生产的正常运转。
为了清除这些杂质，最常用的的除杂方法有筛选，风选和磁力除铁。而磁力除铁又可分为永久性磁力除铁器和电磁铁除铁器。电磁铁除铁器具有固定不变的磁场因此不永久性磁铁除铁器更为完善，所以选用电磁铁除铁器。
1.2.2原料的粉碎和输送
原料进行水—热的目的是要使包含在原料细胞中的淀粉颗粒能从细胞中游离出来，充分吸水膨胀，糊化乃至溶解，为随后的淀粉酶系统作用。并为淀粉转化成发酵性糖创造成必要和良好条件。就目前的情况来看，先将原料粉碎，再在较和缓的的条件下进行蒸煮是较好的方法。
原料粉碎的方法分为两种：干式粉碎和湿式粉碎。其优缺点比较如表1-3所示。
通过对干式粉碎和湿式粉碎的比较，因原料采用的是木薯干，为了节约成本，所以最终采用干式粉碎。
干式粉碎采用粗碎和细碎两级粉碎分离工
