年产5000t淀粉原料酒精厂的设计方案.doc
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1、 目 录摘要3绪论3第一章设计目的任务及标准31.1 设计任务的意义31.2设计要求和基本内容41.3设计指导思想41.4设计依据41.5可行性报告4第二章淀粉质原料酒精工艺流程设计52.1淀粉质原料酒精生产的流程52.2 预处理52.3原料预处理流程62.4糖化工艺的流程6 2.5糖化醪的发酵62.6发酵成熟醪的蒸馏和精馏62.7醛酯馏分的回用技术72.8蒸馏过程中酒精的损失7第三章酒精生产的物料衡算 73.1酒精生产工艺技术指标73.2工艺流程图83.3 原料消耗计算83.4根据要求实际原料耗算一览表 123.5生产设备相关计算133.6 生产设备一览表153.7 生产布置说明16第四章
2、经济核算164.1 设备核算164.2原料核算174.3电力供应核算184.4工人工资年度核算184.5酒精成品出厂核算184.6资金筹备184.7参考文献18摘 要根据要达到5000吨/年的酒精生产水平的要求设计其生产工艺,按照流程进行实验室生产,最后扩大为工业化酒精生产。在生产过程中根据传统工艺流程,在预处理、糖化、发酵,蒸馏等方面进行适当的改进,选用较为先进的方法和设备,使原料和投入得到最大的利用,并以节省原料、降低生产成本、提高生产效率为原则,从而设计出达到10000吨/年的酒精生产水平的最佳工艺。 关键词:预处理 糖化 发酵 蒸馏绪 论 在2000多年前,人类就开始酿造酒精。酒精生产
3、技术进一步发展始于20世纪50年代,50多年来,酒精工业在许多专家、学者和工程技术人员的努力下取得了众多科技成果,提高了酒精生产的技术水平,但总体发展势头平缓。近年来,在矿产能源日益枯竭和世界性能源危机的刺激下,燃料酒精(乙醇含量99.5%以上( v/v)作为一种绿色可再生能源而拔地而起,使发酵酒精工业呈现出前所未有的快速发展历程,古老的发酵酒精工业在能源领域找到了自己的位置。生产燃料酒精的基础原料谷物(玉米、木薯等)、甘蔗等的大规模农业生产技术已完全成熟。生产燃料酒精的工艺发酵技术已从学习饮料酒精发酵蒸馏技术发展到独立的发酵、蒸馏和脱水技术。在这个意义上讲,燃料酒精已具备作为独立的能源产业的
4、社会基础和技术基础。本设计以玉米,红薯淀粉为原料,通过选择最优生产的工艺流程,重点利用物料守恒和能量守恒计算各工段消耗的物料和热量,以达到生产理想燃料酒精的目的。第一章 设计目的 任务及标准1. 1设计任务的意义本文主要介绍5000吨/年酒精厂发酵车间工艺设计的一种思路,对酒精的生产工艺流程进行研究,其中包括酒精工艺流程及其论证,物料平衡和设备的计算及其选型,本设计采用先进的工艺流程对生产工艺、物料和能量的节约型和对重点工段的设备选型做了重点介绍。同时,考虑系统的灵活性、经济性,及安全、环保要求,并降低交叉污染的几率等。根据酒精生产的特点对其结构布局进行合理设计,使得生产车间尽量紧凑、物料及能
5、源输送距离尽量缩短,从而有效的节约资源、降低生产成本。本文针对酒精发酵特点进行物料衡算,对于酒精厂发酵车间进行了热量衡算,使得生产的各环节能够有效结合,便于提高能源的利用率。12设计要求和基本内容1) 厂址选择的原则 a.可靠地水源:水质,水量 b.便利的交通:原材料,成品 c.尽可能靠近已有的热、电源、劳动力市场和酒精销售区域,以充分取得企业协作的条件 d.厂址地质耐力宜在20吨/平方米以上,可节约基础工程投资 e.酒精厂的综合利用以及废料的处理及堆放场地。2) 厂址选择结果 综合各种因素,初步选择商丘郊区作为酒精厂的厂址。这样,原材料成本大大降低,同时产品又能及时的销往各中心城市,交通较为
6、方便,远离居民区,是较为理想的选择。13设计指导思想13.1 在设备方面,采用先进技术及机械化、自动化生产控制,提高劳动生产率,认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺,新设备,新技术。13.2在经济上,要做到合理利用资源,降低能耗,减少污染,保护环境,减少浪费。13.3 设计出来的酒精厂要求投资少、技术高、运行稳定、管理方便、环境好。最重要的一点是生产成本低。在工艺方面,力求合理性和先进性;14设计依据:1.4.1酿造酒工艺学课程设计指导书。1.4.2酿造酒工艺学课程设计任务书。1.4.3发酵工艺原理、发酵工厂工艺设计概论、及生物工程专业基础班理论课本等参考资料15可行性报告:15.1
7、项目内容本研究是对酒精生产的发酵生产工艺,物料衡算,经济核算等方面的内容。15.2 项目提出的背景及建设必要性自中国改革开放以来,人民的消费水平不断提升,其中酒精的用量也大增。燃料酒精顾名思义其作用是充当燃料。当今世界一次燃料资源日益枯竭,大气中CO2等室温气体浓度的增大造成气候变暖,石油供应价格的波动,种种社会现象使人们不得不极力寻求一种绿色可再生能源作为替代燃料。正是在这种情况下,燃料酒精当仁不让的成为了研究者的聚焦点。这个分子内含有氧的物质,有效地补充了汽油在油缸内燃烧外界供氧不足的问题,另外又较好地解决了汽油的高辛烷值组分问题,“两好合一好”,使酒精(乙醇)的物理化学特性得以充分的发挥
8、,同时又成功地缓解了尾气污染问题,使其在新兴能源队伍中的地位逐渐攀升。二十一世纪,燃料乙醇将会逐步发展成为新能源的亮点,焕发出朝阳产业的无限生机。燃料酒精是优良的油品质量改良剂,或者说是增氧剂,是汽油的高辛烷值调合组分。添加燃料乙醇的汽油,国际上称为“增氧汽油”或“含氧汽油”,一般根据MTBE(甲基叔丁基醚)、酒精(乙醇)是单独使用或混合使用,有一系列灵活的配方,所以又称为新配方汽油。在汽油中加入10%的燃料酒精后,油品的含氧量可达到3.5%,汽油的辛烷值(我国的汽油标号)可提高近3个标号,又降低了油品的芳烃含量,抗爆指数大约增加了2个单位,汽车尾气中碳氢化合物、NOx和CO含量明显降低,降低
9、幅度可以达到3035%,使油品的燃烧性能、动力性能和环保性能均得到了改善,具有明显的社会效益。15.3设计范围1.确定工艺流程及生产操作条件2.工艺及其主要设备(物料衡算、设备计算,总经济核算)3.绘制生产工艺流程图第二章 淀粉质原料酒精工艺流程设计2.1 玉米和木薯都属于淀粉质原料,下面为淀粉质原料酒精生产的流程 淀粉质原料 除杂粉碎 粉 料 加水调浆 粉 浆 加-淀粉酶喷射液化 粉浆液化液 加入糖化酶糖化 取小部分加入酵母 糖 化 醪 酒母 加入酒精酵母进行酒精发酵 CO2 酒精发酵醪 蒸馏 其他产品或杂质 废 醪 酒精 从上述流程可见,淀粉质原料酒精生产是由原料预处理,原料的水-热处理(
10、原料的蒸煮),糖化剂生产,糖化,酒母制备,发酵和蒸馏等工段组成的。下面分别对上述诸工段作详细的介绍。2.2.预处理淀粉质原料在正式进入过程前,必须进行预处理,以保证生产的正常进行提高生产的效益。预处理包括除杂和粉碎两个工序。2.2.1 原料的除杂2.2.1.1 除杂方法 ( 筛选 风选 磁力除铁)2.2.1.1 气流-筛选分离器用于谷物原料除杂用。凡是厚度和宽度或空气动力学性质与所用谷物不同的杂质,都可以用气流-筛选分离器将其分离。2.2.1.2 磁力除铁器 铁质杂质通常用磁力除铁器来分离。磁力除铁器分永久性磁力除铁器和电磁除铁器两类。2.2.2原料的粉碎2.2.2.1粉碎方法干式 : 干式粉
11、碎应采用粗碎和细碎。 湿式 : 湿式粉碎是指粉碎时将拌料用水与原料一起加到粉碎机中去进行粉碎。2.2.2.2原料的输送 (本设计采用气流输送)气流输送俗称风送。是利用气流管子中输送物料。它的简单原理就是:固体物料在垂直向上的气流中受到两个力的作用,一个是向下的重力,一个是向上的推力,如果推力大于重力,则物料被气流带动向上运动,从底部移到高位。举例:玉米和木薯进入接料器,它就被吸料管中的上升气流带动,从低位运送到高位,原料中的金属,泥土和石块等杂质,则因相对密度较大,不能为气流所带走而留在接料器底部或直接落在地上。2.3原料预处理流程原料 称重 倒包 皮带输送 除铁 粗碎 斗式提升机 料斗 细粉
12、碎 吸风管 旋风分离器 粉料 闭风机 料斗 加料器(绞龙) 拌料预煮罐 风机 布袋过滤器 大气 细粉回收2.4糖化工艺流程蒸煮醪冷却至糖化温度;加糖化剂,使蒸煮醪液化,淀粉糖化,物料的巴斯灭菌;糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送往发酵或酒母车间2.5糖化醪的发酵酒精连续发酵工艺流程 采用微生物培养和发酵过程是在一组罐内进行的,每个罐本身的各种参数保持基本不变,但罐与罐之间则并不相同,且按一定的规律形成一个梯度。2.6发酵成熟醪的蒸馏和精馏酒精蒸馏精馏装置的操作流程:开机前对蒸馏装置进行必要的试验开机停机蒸馏操作控制参数 进醪 排糟和排废水加热方式2.7醛酯馏分的回用技术 杂醇油的分离流程为:精
13、馏塔 液相取油 冷却 加水稀释 分层 上层粗杂醇油 盐析 成品杂醇油 下层谈酒 回入精塔下部相应塔板2.8蒸馏过程中酒精的损失蒸馏过程中酒精损失的总和是由酒糟,精馏废水凝结气体带走的酒精及由于设备、管道和阀件不密闭造成的酒精散逸两大部分组成的。允许的酒精损失矢量是根据设备的生产能力和季节来决定的。损失也与设备运转的正确程度和操作人员的经验有关。为了减少损失,首先就要努力使供醪、供汽和供水达到稳定。第三章 酒精生产的物料衡算3.1年产5000t酒精厂生产技术指标生产规模:5000T/年生产方法:双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏生产天数:300天/年 酒精年产量:5000T 酒精日产量:17.25T
14、酒精时产:0.231875T,即231.875kg/h 副产品年产量:不得有次级酒精占酒精 杂醇油量:为成品酒精量的0.5% 产品质量:国标酒精(乙醇含量95%(V/V) 生产原料:3/4薯干原料(含淀粉65%、水分13%)、1/4玉米原料(含淀粉68%、水 分11%)-淀粉酶的用量为8u/g原料,糖化酶用量为150u/g原料,酒酵母糖化醪用糖化酶量为300u/g原料酸铵用量:7Kg/T(酒精); 浓硫酸(98%)用量(调PH):5Kg/T(酒精) 调浆时:料水比为1:3.5,调浆后粉浆温度为343k,每个粉浆罐的容积为5m2,径高比为1:1.5,锥形部分的高度为圆筒部分高度的1/3,交替使用
15、。糖化醪91%作为生产糖化醪,9%作为酒母糖化醪,酒母糖化醪制备时,料水比为1:4.5。粉浆有关数值:粉浆比热为3.57kj/kg.k,蒸煮的温度为416k,加热蒸汽的压力位5个大气压(表压),加热蒸汽的热焓为657.84.187kj/kg,加热蒸汽的凝结水的热焓为1434.187kj/kg,整个蒸煮时间为2小时,最后一个后熟器的压力为0.5个大气压(表压),对应的温度为384k,气液分离器中糊化醪的比热为3.6kj/kg.k。糊化醪的比重为1.085,糊化醪的比热为3.64 kj/kg.k。蒸煮锅后熟器要求;蒸煮锅和每个后熟器的容积相等,气液分离器装料量为50%,蒸煮锅、后熟器、气液分离器圆
16、筒部分径高比为1:3。冷却器:正空冷却器有圆柱形部分和锥形部分组成,圆柱形部分的高度为直径的1.5倍,圆锥低角为45。真空度维持在550mm汞柱,对应温度340k,二次真气汽化热为5584.187kj/kg.k,二次蒸汽的比容为5.7m/kg,二次蒸汽的上升速度为0.8m/s,醪液下降管的长度为10m,垂直安装。糖化锅:糖化锅由圆柱形部分和球形部分组成,装料系数为75%。几何容积的计算按以下进行: V=0.785D+1/3h(3r-h)D圆筒部分的直径(m);H圆筒部分的高度m;h球形底的高度m;r底的曲率半径m;H=2D;h=0.25D;r=(D+4h)/8h糖化时间为45min 3.2工艺
17、流程图 3.3原料消耗计算(以生产1000kg国标酒精为例) 工艺计算,在设计或改建、扩建酒精厂中,对生产过程的物料和能量衡算是必不可少。衡算结果不但为生产设备和动力设备的设计、选型提供重要依据,而且能获得生产过程主副原料的消耗、水电气的消耗以及成品、副产品和废料的数量。这些都是组织和管理生产、进行成本核算的必要依据。3.3.1原料计算现以生产95%(V)成品酒精1000kg作为计算的基准。虽然玉米和薯干的淀粉、蛋白质含量不同,结构密度也有些不同,但经过粉碎、加工混合后,两者中和,蒸煮温度取接近薯干的,对生产很方便。从淀粉质原料生产酒精的化学反应式原料与成品之间的定量关系如下:可以得到每生产1
18、000kg无水酒精需要淀粉量为:1000(16292)=1760.9(kg)而95%(V)的成品酒精相当于92.41%(w),故生产1000kg95%(V)成品酒精需要的淀粉量为:1760.992.41%=1627.2(kg)故生产10000t95%(v/v)酒精所需淀粉为: 1627.2(10000/1000)1000=16272000kg酒精生产要经历许多的工序和复杂的生物化学变化,在生产的各个阶段难免会有淀粉的损失,根据实际经验,生产1000kg上酒精生产过程中各阶段的淀粉损失的分配大致如表。生产过程淀粉损失一览表生产工序淀粉损失原因淀粉损失量(%)原料预处理粉尘损失0.40蒸煮未溶解淀
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