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年產(chǎn)5萬噸乙醇化工廠設(shè)計(jì)
年產(chǎn)5萬噸乙醇化工廠設(shè)計(jì)
1 設(shè)計(jì)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(jìn)行一次全面的綜合訓(xùn)練過程。主要完成工藝計(jì)算和工程圖設(shè)計(jì)，對化工生產(chǎn)過程和生產(chǎn)管理有一個(gè)比較全面的了解，達(dá)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(diǎn)-117.3℃，沸點(diǎn)78.5℃，凝固點(diǎn)為-114.1℃．密度0.7893g/cm3,能與水及大多數(shù)有機(jī)溶劑以任意比混溶。乙醇易燃,它的爆炸極限為3.5%～18%,閃點(diǎn)11℃,使用時(shí)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(xué)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(zhì)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(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)室以餐飲業(yè)在燃料；可作為細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(zhì)。可作為燃料乙醛，乙酸，乙醚。
3乙醇工業(yè)的副產(chǎn)品 大型乙醇企業(yè)除主要生產(chǎn)乙醇外，還有如下副產(chǎn)物：優(yōu)質(zhì)顆粒飼料DDGS（全價(jià)干酒精糟）優(yōu)質(zhì)食用級CO2. CO2是發(fā)酵乙醇相伴生產(chǎn)的數(shù)量最大的副產(chǎn)品。高純度食用級CO2除用做碳酸飲料外還有氣體保護(hù)焊接，藥物萃取，溫室生產(chǎn)等方面有較廣的用途；玉米油；玉米胚芽油是優(yōu)質(zhì)保健食品；玉米，小麥等為原料的大型究竟生產(chǎn)企業(yè)。還可以生產(chǎn)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(jù)（理論依據(jù)、技術(shù)依據(jù)）
鑒于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)能力與實(shí)際需要之間的差距，擬設(shè)計(jì)年產(chǎn)5萬噸乙醇工廠，現(xiàn)代乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)比較先進(jìn)，但是還有更多的新技術(shù)可以應(yīng)用到新的生產(chǎn)線上，對乙醇的純度及其應(yīng)用方面進(jìn)行了研究，以適應(yīng)我國市場方面的需求，適應(yīng)環(huán)保事業(yè)發(fā)展要求，推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
3 方案選擇
3.1 原料的選擇是
我國農(nóng)副產(chǎn)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(shí)生產(chǎn)乙醇的工藝有所不同，主要分為淀粉質(zhì)原料乙醇生產(chǎn)工藝，糖蜜原料乙醇生產(chǎn)工藝，工廠廢液及纖維素原料酒精生產(chǎn)工藝等。常用淀粉質(zhì)原料有薯類，谷物類，和某些含淀粉較多野生植物。
3.2 反應(yīng)方程式
本設(shè)計(jì)采用發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇，發(fā)酵法是將葡萄糖在有能引起發(fā)酵的物質(zhì)存在的情況下，經(jīng)過蒸煮、糖化等各種不同的階段而轉(zhuǎn)化成乙醇，最后經(jīng)過蒸餾得到成品乙醇，其反應(yīng)過程如下：
m(C6H12O5)＋1/2mH2O
糖化酶
1/2m（C12H22O11)
在發(fā)酵過程中，雙糖經(jīng)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(jī) 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(jīng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)至地下貯箱，再經(jīng)斗士提升機(jī)將原料運(yùn)輸至料斗，通過錘式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉料經(jīng)絞龍輸送，同時(shí)加水1：3攪拌均勻，而后進(jìn)入粉漿罐，再進(jìn)入預(yù)煮罐，邊攪拌邊預(yù)熱，熱源為二次蒸汽，溫度為55℃，用往復(fù)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(jìn)入后熟器中，后熟時(shí)間 約90min,從后熟器出來物料進(jìn)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(jīng)二級噴淋冷卻，將糖化醪冷卻到30℃，送入發(fā)酵工段進(jìn)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(shè)計(jì)曹勇連續(xù)添加法。生產(chǎn)開始時(shí)，先將一定量的酒母打入發(fā)酵罐，然后根據(jù)生產(chǎn)，確定流加速度。一般從接種酵母后，應(yīng)于6—8小時(shí)內(nèi)將罐裝滿。
連續(xù)流加法大發(fā)酵總時(shí)間自加滿罐時(shí)算起，需70小時(shí)左右發(fā)酵即結(jié)束。
C發(fā)酵成熟醪中的雜質(zhì)分為揮發(fā)性雜質(zhì)和不揮發(fā)性雜質(zhì)。不揮發(fā)性雜質(zhì)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(zhì)按化學(xué)性質(zhì)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(zhì)和不飽和化合物等，隨酒精一起從粗餾塔的頂部排出，進(jìn)入精餾塔進(jìn)行下一步分離。
蒸餾系統(tǒng)采用氣相進(jìn)塔的兩塔流程。發(fā)酵成熟醪用泵自發(fā)酵罐進(jìn)入預(yù)熱器，與精餾塔頂來的乙醇蒸氣進(jìn)行熱交換，成熟醪被加熱至40℃左右，再經(jīng)酒糟預(yù)熱器加熱至70℃左右，從粗餾塔頂部進(jìn)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?jǐn)?shù)）的乙醇蒸汽直接進(jìn)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(jìn)料，塔斧溫度為102—104℃，塔斧壓力為13.7—15.7Kpa;進(jìn)入分凝器前塔頂乙醇蒸汽溫度為78—79℃，第二分凝器進(jìn)入第三分凝器的溫度為35—40℃。
雜醇油的提?。罕驹O(shè)計(jì)采用液相提取，即在進(jìn)料層之上2—4層塔板，溫度為85—92℃的區(qū)域中提取。
成品乙醇的提取：為了提高成品乙醇的質(zhì)量，本設(shè)計(jì)采用從塔頂向下第3—6層塔板上提取。
為了提取雜質(zhì)中的甲醇，提高成品乙醇的質(zhì)量，由于95％（體積分?jǐn)?shù)）乙醇中，甲醇的揮發(fā)系數(shù)很大，在本設(shè)計(jì)采用適當(dāng)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(shè)計(jì)工作中面臨的技術(shù)難點(diǎn)和擬采取的解決方法
乙醇生產(chǎn)屬于危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)，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(xué)反應(yīng)或引起燃燒。在火場中，受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮各種危險(xiǎn)因素。精餾生產(chǎn)裝置、乙醇罐區(qū)均是易燃易爆場所，因而這些地區(qū)應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)控，這些地方應(yīng)安裝可燃?xì)怏w檢測報(bào)警裝置，防火堤，自動滅火裝置以及其他消防設(shè)施。在乙醇的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生乙醇濃度不高現(xiàn)象，因此本設(shè)計(jì)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(jìn)料，雜醇油的提取，本設(shè)計(jì)采用液相提取，即在進(jìn)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(zhì)量，本設(shè)計(jì)采用從塔頂向下第3—6層塔板上提取。為了提取雜質(zhì)中的甲醇，提高成品乙醇的質(zhì)量，由于95％（體積分?jǐn)?shù)）乙醇中，甲醇的揮發(fā)系數(shù)很大，在本設(shè)計(jì)采用適當(dāng)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(jìn)行的設(shè)計(jì)工作基礎(chǔ)和已具備的科學(xué)研究條件
大學(xué)期間學(xué)習(xí)的關(guān)于化學(xué)工程類的知識以及多次的化工設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)可以完成本設(shè)計(jì)；在圖書館、數(shù)據(jù)庫已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的資料的收集工作；查找到了氣象條件，確定了廠址。
6 設(shè)計(jì)階段的進(jìn)度、要求，以及預(yù)期結(jié)果
周 次
設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及要求
1～3
熟悉題目、收集資料。
4～6
到有關(guān)廠參觀并收集有關(guān)參數(shù)。
6～10
工藝計(jì)算、設(shè)備選型、投資概算。
11～14
繪制各種圖紙。
15～17
撰寫設(shè)計(jì)說明書。
18
用三天時(shí)間準(zhǔn)備答辯。
7 參考文獻(xiàn)
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