年产6万吨酒精工厂工艺设计改毕业论文.doc

北京理工大学珠海学院2011级工厂概念课程设计 工厂设计概念课程设计年产6万吨酒精工厂工艺设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：化工与材料学院生物工程刘艳玲学 号：职 称：110504021027周新明高级工程师中国珠海二一四年十一月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的课程设计年产6万吨酒精工厂工艺设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日年产6万吨酒精工厂工艺设计摘 要本设计是年产6万吨酒精工厂工艺设计，以糖蜜味发酵原料，通过先进；高效的工艺技术对酒精工厂进行了模拟计算和设备选型，力求做到理论和实践相结合，以做到生产成本低，质量好，产量高的酒精。设计包括：从原料处理到发酵工艺；从设备选型到车间布置；最后到废物的处理及在利用。主要应用除杂技术；酒精发酵技术；灭菌技术；精馏技术等技术，通过合理的物料衡算，耗能计算方法，对生产工艺进行合理的优化设计。关键词：酒精工厂；发酵；糖蜜；精馏VIAnnual output of 60000 tons of alcohol factory process designAbstractThe design is an annual output of 60000 tons of alcohol plant process design, using molasses flavor fermentation raw material, through advanced technology of high efficiency; on the alcohol factory of the simulation calculation and equipment selection, and strive to achieve a combination of theory and practice, in order to achieve low production cost, good quality, high yield of alcohol. The design includes: from raw material processing to the fermentation process; the selection of equipment to the workshop layout; finally to waste treatment and utilization in. The main application of impurity removal technology; alcohol fermentation technology; sterilization; distillation technology, through the material balance and reasonable calculation, calculation method for energy consumption, rational optimization design to production process.Key words：Alcohol factory；Molasses； Fermentation； Distillation北京理工大学珠海学院2011级本科生课程设计任务书 题 目：年产6万吨酒精工厂工艺设计 专业学院： 化工与材料学院 专 业： 生物工程 学生姓名： 指导教师： 周新明 一、 主要研究内容：本次设计的主要研究内容是选取糖蜜为原料，研究年产6万吨的酒精工艺流程，操作工艺，物料衡算和绘制发酵罐设计图。侧重于酒精工厂发酵车间的设计。二、 主要任务及目标：1、通过查阅酒精生产工艺的有关资料，熟悉目前柠酒精生产的基本工艺流程。2、进行酒精发酵车间物料衡算和热量衡算等。3、发酵车间设备选型。4、发酵种子罐、发酵罐、贮罐的选型及大小尺寸的计算。5、绘制发酵罐设计图。 6、撰写工艺设计说明书。指导教师签字： 年 月 日工作小组组长签字： 年 月 日注：本任务书双面打印，一式三份，学生、指导教师、专业学院各存档一份。目 录摘 要IAbstractII任务书III目 录V1 前言1H H11.2 研究目的11.3 设计原则22 设计说明32.1工艺指标和基础数据32.2 工艺流程概述33 原料的处理53.1 原料及其来源53.2 糖蜜的贮存53.3稀糖液的制备及处理53.3.1添加营养盐53.3.2 糖液的灭菌63.3.3 稀糖液的澄清64 工艺流程75 生产设备85.2设备计算85.2.1 发酵罐容积和个数的确定85.2.2 糖蜜储罐个数的计算105.2.3 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸105.3 其它设备的计算和选型145.3.1 蒸馏设备145.3.2 换热器的选型145.3.3 稀释器156 工艺计算176.1 物料衡算176.1.1 原料消耗量计算（基准：1吨无水乙醇）176.1.2 酵醪液量的计算176.1.3 成品与废醪量的计算186.1.4年产量为6万吨燃料酒精的总物料衡算196.1.5 稀释工段的物料衡算206.2 热量衡算216.2.1 发酵工段的物料和热量衡算216.2.2 蒸馏工段的物料和热量衡算216.3供用水衡算266.3.1 精馏塔分凝器冷却用水266.3.2 成品酒精冷却和杂醇油分离器稀释用水266.3.3 总用水量276.4 其他衡算276.4.1 供用汽衡算276.4.2 供电衡算287 车间设计297.1 车间布置设计297.1.1 建筑基本原则297.1.2 建筑基本要求297.2 车间内常用设备的布置297.2.1 发酵设备297.2.2 蒸馏设备及其他设备308 废物处理及再利用318.1 废物总类318.1.1 污水废物318.1.2 气体废物318.1.3 固体废物318.2 废物利用318.2.1 废气处理318.2.2 废水和废渣处理329结论33参考文献34谢 辞35附 录36VI1 前言1.1 产品介绍乙醇是一种有机物，俗称酒精，化学式为CH3CH2OH（C2H6O），结构式【1】见图1-1，是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。乙醇液体密度是0.789g/cm3(20C) ，乙醇气体密度为1.59kg/m3，沸点是78.4，熔点是-114.3，易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，能与水以任意比互溶。能与水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶，相对密度(d15.56)0.816。乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%-75%的乙醇作消毒剂等，在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。 H H H C C O H H H 图1-1 C2H5OH结构式1.2 研究目的 随着经济的发展，酒精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。工业酒精是一种经济实用的清洁燃料。如今能源的危机，以及农业的蓬勃发展，都使得工业酒精产业的重新崛起与迅速发展成为必然。而酒精的生物发酵过程所需的条件温和，转化率高，而且环保无污染，可以说是工业酒精的最理想的生产方法。发酵法生产酒精的能力将成为衡量国家经济实力的一种标准。生物发酵是利用淀粉质原料活糖原料，在微生物的作用下生成酒精【2】。酒精作为一种新能源，具有两个明显的优势：可再生能源，无污染燃烧。中国是一个石油净进口国，海关数据显示，2012年中国共计进口原油2.82亿吨，同比增加4.03%，而原油价格为97105美元每吨。两个数相乘，得出的是一个十分可怕的数据。在大多数方面酒精拥有石油的性能，能产生足够的酒精，则可以大大减少石油的进口。但是目前国内酒精生产量不足以与消耗量相平衡，每年仍需进口几百万吨酒精。目前燃料酒精已作为国家战略部署的新型能源之一。实现酒精的大规模生产，对解决能源危机有着重大的意义。本设计即酒精工厂的模拟设计为了设计出最理想的酒精生产流程以及工厂，在国内具有广阔的前景。1.3 设计原则(1) 本设计工作围绕着工厂现代化建设，力图能使所设计的工厂具有前瞻性，且投资小，收效快。(2) 对自己而言，本次设计是对自己在湖北理工四年所学知识的一个综合运用和分析，将书本知识运用到实际的操作中去，为日后的工作打下夯实的基础。(3) 设计的工厂充分考虑现今的一些技术，设备，以及设计先进理念，尽量做到人性化，绿色化，为员工的工作和生活做出妥善的安排，使其达到最佳工作效率。(4) 设计尽量因地制宜，并且使其经济效益最大化，在各种设备选型中，合理考虑性价比和地区特性【3】。2 设计说明2.1工艺指标和基础数据(1) 生产规模:60000 t/a；(2) 生产方法:单浓度连续发酵、差压式二塔蒸馏机组、生石灰吸水法；(3) 生产天数:每年250天；(4) 酒精日产量:240 t；(5) 酒精年产量: 60000 t【4】；(6) 副产品年产量:次级酒精占酒精总量的2%（一般占成品酒的1.2%3%，这里取2%）【4】；(7) 杂醇油量:为成品酒精量的0.3%（一般占成品酒精多0.250.35）【5】；(8) 产品质量：燃料酒精乙醇含量为99.5%(v/v)(9) 糖蜜原料：含可发酵性糖50(10) 发酵率：90(11) 蒸馏率：98(12) 发酵周期：48小时(13) 发酵温度：2834(14) 硫酸铵用量：1kg/t糖蜜(15) 硫酸用量：5kg/t糖蜜(16) 酒精质量标准根据GB67820022.2 工艺流程概述(1) 原材料（糖蜜）的预处理包括有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法【6】；(2) 连续稀释法稀释糖蜜(3) 制酵母(4) 酵母菌发酵、提纯(5) 发酵流程：糖蜜发酵用糖液发酵蒸馏成品酒精(6) 具体生产工艺流程【7】见图1-2图1-2生产工艺流程图3 原料的处理3.1 原料及其来源糖蜜，是一种粘稠、黑褐色、呈半流动的物体，主要含有蔗糖，蔗糖蜜中泛酸含量较高，达37mg/kg，此外生物素含量也很可观，容易掺入大豆糖蜜和糖蜜发酵液。糖蜜是制糖工业的副产品，组成因制糖原料、加工条件的不同而有差异，其中主要含有大量可发酵糖（主要是蔗糖），因而是很好的发酵原料，可用作酵母、味精、有机酸等发酵制品的底物或基料，可用作某些食品的原料和动物饲料。制糖业的副产品之一。制糖过程中,糖液经浓缩析出结晶糖后,残留的棕褐色黏稠液体。属能量饲料,因味甜,多用作调味料。按制糖原料不同可分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和淀粉糖蜜等。各种糖蜜的营养成分有差异。一般甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜以转换糖量表示,其总糖量分别为48.0%、49.0%;水分25.0%、23.0%;粗蛋白质3.0%和6.5%。淀粉糖蜜是以谷物淀粉经酶水解后制造葡萄糖的副产品,以葡萄糖量表示,其总糖量50.0%以上,水分27.0%,粗蛋白量甚微。3.2 糖蜜的贮存为了确保酒精生产线连续正常地进行，酒精工厂的仓库必需备有一定量的糖蜜，常备有供一个月左右生产酒精用糖蜜量；保持糖蜜的纯净，要求采用密闭容器保存糖蜜；糖蜜贮存罐的位置应处于方便运输和生产的地点；受到污染的糖蜜不宜过久贮存。3.3稀糖液的制备及处理考虑到糖蜜中的灰分、胶体物质等杂质多，有害微生物的污染，营养盐的缺乏以及适宜酸度的调整。因此，在糖蜜稀释的同时，必须进行酸化、灭菌、澄清和添加营养盐。间歇稀释操作法则是逐项进行。目前中国糖蜜酒精工厂多采用连续稀释热酸法澄清处理糖蜜，把酸化、灭菌、添加营养盐和澄清同时一道进行。糖蜜原料制作稀糖液及处理的流程为：糖蜜稀释酸化添加营养盐灭菌澄清稀糖液3.3.1添加营养盐为了保证酵母的正常生长繁殖和发酵，根据糖蜜原料的化学组分，必须在糖液中添加酵母所必需的营养。工厂实践和甘蔗糖蜜的组分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要营养成分是氮素。补充氮通常是以硫酸铵作氮源，用量为每吨糖蜜使用21%的硫酸铵1-1.2kg，即糖蜜用量的0.1%-0.12%。3.3.2 糖液的灭菌 糖蜜中常污染有大量杂菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸菌等产酸菌，为保证稀糖液的正常发酵，除加酸提高糖液酸度抑制杂菌生长繁殖外，还必须对糖蜜进行灭菌。糖蜜常用的灭菌方法有：化学灭菌法和物理灭菌法。本实验采用物理灭菌法：物理灭菌法具体操作是将糖液加热至8090，并保持40min。该方法除了灭菌外，还可使糖蜜中的胶体絮凝，使糖液澄清。该方法要消耗大量的蒸汽，工厂一般不采用，只有糖蜜被严重污染时才采用此法予以灭菌。3.3.3 稀糖液的澄清 稀蔗糖溶液中的特定胶体物质，颜料，灰分和其它悬浮物，它们的存在对正常的酵母的生长，繁殖和发酵有害，应尽可能地除去。其解决办法就是稀糖液的澄清。糖蜜的澄清方法分为机械澄清法和加酸澄清法。机械澄清法即压滤法和离心法，调节至pH值为3.7的酸化12小时，分离沉淀物，用离心机或压滤机，国内多数澄清是应用此方法。4 工艺流程1 糖蜜预处理有加酸法，加热加酸法，添加絮凝剂澄清处理法。2 糖蜜稀释采用连续稀释法。3 主要蒸馏工段采用差压式二塔蒸馏机组，能有效利用热能。4 本设计采用浮阀塔。5 脱水干燥技术：生石灰吸水法。6 发酵法采用连续发酵方式。5 生产设备5.1设备选型1 发酵罐采用200m32 种子罐采用50m33 稀释采用连续稀释器 4 发酵采用连续发酵罐组 5 蒸馏设备采用差压式二塔蒸馏机组 6 干燥设备采用卧式网层生石灰干燥器5.2设备计算采用连续发酵方式，根据物料衡算结果可知，每小时进入发酵罐的醪液体积流量为：118433kg/h，密度为1200 kg/m3【10】。 进入种子罐和1号发酵罐的醪液体积流量为： W=118433/1200=99m3/h5.2.1 发酵罐容积和个数的确定（1） 种子罐个数的确定： 为保证种子罐有足够种子，种子罐内醪液停留时间应在12h左右，则种子罐有效容积为： V=9912=1188（m3） 取种子罐装料经验系数为80，则种子罐全容积为： V全=V/u=1188/80%=1485m3 ,取1500m3 每个罐的容积为500m3，则种子罐个数为：1500/500*2=6（个）（2） 发酵罐体积 根据发酵罐现在的设备情况，从100 m3到700 m3，现在酒精厂一般采用300 m3，按照有关情况和指导老师建议，我采用300 m3，取H=2D，h1=h2=0.1D D为发酵罐内径，（m） H为发酵罐高，（m） h1、h2分别为发酵罐底封头高和上封头高，（m）发酵罐上均为标准椭圆形封头，下部为锥形封头，为了计算简便，假设其上下封头近似相同，则 D=5.33m，H=10.66m，h1=h2=0.533m（3） 发酵罐的表面积 圆柱形部分面积： F1=DH=3.145.3310.66=178m2 由于椭圆形封头表面积没有精确的公式，所以可取近似等于锥形封头的表面积： F2=F3= 发酵罐的总表面积： F=F1+F2+F3=178+23+23=224m2（4） 计算发酵罐数量： 上面已经写到，我设计的发酵罐规格为300 m3的规格，设总发酵时间为48小时,设发 酵罐数为N个，则发酵罐的有效容积 V有效=WT/N-公式(1) V全容积=V有效-公式（2） 式中W每小时进料量； T发酵时间； N发酵罐数 根据经验值，一样取发酵罐填充系数为=80%，则可以得到： 30080%=99(48-12)/N 计算得到：N=14.85（个)，则我们需要发酵罐N=15*2=30个5.2.2 糖蜜储罐个数的计算糖蜜储罐采用1000m3规格： 15天的糖蜜量为：V=83615=12540 (t) 查得85Bx的糖蜜密度为1450 kg/ m3，则： V125401000/14508648（m3） 设其装料系数为80，则贮罐的全容积为： V糖蜜8648/0.810810（m3） 10810/1000=10.81（个），取11*2=22个5.2.3 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸（1）总的发酵热： Q=Q1-(Q2+Q3) Q1=msq 式中 m每罐发酵醪量（kg） s糖度降低百分值（%） q每公斤糖发酵放热（J），查得418.6J Q1主发酵期每小时糖度降低1度所放出的热量 Q2代谢气体带走的蒸发热量，一般在5%6%之间，我们估算时采用5% Q3不论发酵罐处于室内还是室外，均要向周围空间散发热量Q3。 Q1=（116991/15）12418.61%=3.92104（kJ/h） Q2=5%Q1=5%3.923105=1.96103（kJ/h）发酵罐表面积的热散失计算：先求辐射对流联合给热系数，假定发酵罐外壁不包扎保温层，壁温最高可达35，生产厂所在地区夏季平均温度为27,则： 可得：=6.30103（kJ/h） 需冷却管带走的单个发酵罐冷却热负荷为： Q=Q1-Q2-Q3=3.92104-1.94103-6.30103=3.096104(kJ/h) 总发酵热为：Q发酵=3.09610415=4.65105(kJ/h)（2） 冷却水耗量的计算 对数平均温度差的计算 主发酵控制发酵温度tF为30，按题意冷却水进出口温度分别为： t1=20, t2=27 （3）传热总系数K值的确定 选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为53/60mm，则管的横截面积为： 0.7850.0532=0.0022（m2）设罐内同心装蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为： 设蛇管圈的直径为3m，水温20时常数A=6.45则蛇管的传热分系数为： R为蛇管圈半径，R=1.5m 发酵罐到蛇管壁的传热分系数值按生产经验数据取2700kJ/（m2h）故传热总系数为： 式中 1/16750为管壁水污垢层热阻（m2h）/kJ。 188钢管的导热系数kJ/（m2h） 0.004管子壁厚（m）（4） 冷却面积和主要尺寸： 蛇管总长度为： 确定一圈蛇管长度： 式中R蛇管圈的半径，为1.5m h蛇管每相邻圈的中心距，取0.20m 蛇管的总圈数为： NP=L/L1=262/10=27(圈) 蛇管总高度： （5） 发酵罐壁厚 发酵罐壁厚S 式中 P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取0.5MPa D发酵罐内径，D=533cm A3钢的许用应力，=127MPa 焊缝系数，其范围在0.151之间，取0.7 C壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3式中C1钢板负偏差，视钢板厚度查表确定，范围为0.131.3，取C1=0.8mm C2为腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm，现取C2=2mm C3加工减薄量，对冷加工C3=0，热加工封头C3=S010，现取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） 查询可知选用30mm厚A3钢板制作。 封头壁厚计算 式中 P=0.5MPa ,D=533cm，=127MPa，=0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm） 选用30mm厚A3钢板制作（6） 进出口管径 稀糖液进口管径【8,13】：稀糖液体积流量为99m3/h，其流速为0.42m3/s，则进料管截面积为： 直径 取无缝钢管58010，580mm288mm，可适用。 稀糖液出口管径因为出口物料量要比进口物料量大些，按说出口管径应该比稀糖液进口管径大些，所以取60010无缝钢管就可以满足了。 则取无缝钢管60010 排气口管径 取63012无缝钢管。 支座选择 由于发酵罐很大，总重量较大，选用裙式支座，并用钢筋混凝土制做。5.3 其它设备的计算和选型5.3.1 蒸馏设备蒸馏设备【8,9,14】采用差压蒸馏两塔系机组，可以充分利用过剩的温差，也就是减少了有效热能的损失。设计蒸馏机组如下：（1）醪塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径3000mm，22板，板间距500mm，塔高14800mm，裙座直径3000mm，高5000mm；（2）精馏塔：仿法国方形浮阀塔板，塔径2600mm，65板，板间距350mm，塔高26500mm， 裙座直径2600mm，高5000mm。5.3.2 换热器的选型换热器标准换热管尺寸252mm的不锈钢,为正三角形排列,管间距t=32mm同时,管壳式换热器的制造简单方便,相对投资费用较低。为了便于管理和操作，整个发酵车间只需一只总酒精捕集器，这样从整个工段而言塔负荷也比较稳定，由于CO2中含酒精量变化不大，故没有必要进行板数的设计。5.3.3 稀释器选用立式错板糖蜜连续稀释器。生产1t酒精需4180kg85糖蜜，密度为1450kg/ m3，1天所需的原料糖蜜为： 4180400=1672000kg，生产6万吨酒精一天内释至25糖蜜用量得： 1421260000/250=3410880kg，密度1200kg/ m3, V1=3410880/1200=2842m3又稀释器的近似体积等于：式中 D为稀释器的内径，（m）初选糖蜜按经验选取流速为u=0.35m3/s l=0.35243600=30240（m） 则 ，取0.35m糖蜜输送管，流速为0.10m/s 取0.60m表5-1 年产6万吨酒精工厂设计主要设备一览表序号设备名称台数规格与型号来源1种子罐61000 m3订购2发酵罐30300 m3订购3醪塔10浮阀型=3m订制4精馏塔4导向筛板塔订制5换热器44管壳式换热器订购6酒精捕集器4泡罩板式订制7稀释器40.65m订制8糖蜜贮罐221000 m3订购9锅炉4YG80/3.82M7订购6 工艺计算6.1 物料衡算 6.1.1 原料消耗量计算（基准：1吨无水乙醇）(1) 糖蜜原料生产酒精的总化学反应式为： C12H22O11H2O2C6H12O64C2H5OH4CO2 蔗糖 葡萄糖 酒精 342 360 184 176 X 1000(2) 1000kg无水乙醇的理论蔗糖消耗量： 1000（342184）1858.7（kg）(3) 生产1000kg燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）换算成质量分数为： 相当于理论蔗糖消耗量为： 1858.799.181843.5（kg）(4) 生产1000kg燃料酒精实际蔗糖消耗量（生产过程中蒸馏率为98，发酵率为90）： 1843.598902090（kg）(5) 糖蜜原料含可发酵性糖50%，故生产1000kg燃料酒精糖蜜原料消耗量： 209050=4180（kg）(6) 生产1000kg无水酒精量（扣除蒸馏损失生产1000kg无水酒精耗糖蜜量为）： 1858.79050=4130.4（kg）6.1.2 酵醪液量的计算酵母培养和发酵过程放出二氧化碳量【9】为： （100099.18%）98%(176184)=968采用单浓度酒精连续发酵工艺，把含固形物85的糖蜜稀释成浓度为2225%的稀糖液。设稀释成25%的稀糖液： 4180（85%25%）=14212(kg)即发酵醪液量为：14212kg酵母繁殖和发酵过程中放出968kg的二氧化碳，则蒸馏发酵醪的量为（其中酒精捕集器稀酒精为发酵醪量的6%）： F1：（14212-968）（1.00+6%）=14039（kg）蒸馏成熟发酵醪的酒精浓度为： B1：(100099.18%)(98%14039)=7.14%6.1.3 成品与废醪量的计算糖蜜原料杂醇油产量约为成品酒精的0.25%0.35%，以0.3%计，则杂醇油量【9】为： 10000.3% =3 (kg)醪液进醪温度为t1=55，塔底排醪温度为t4=85，成熟醪酒精浓度为B1=7.14%，塔顶上升蒸汽的酒精浓度50%（v）即42.43%（m），生产1000kg酒精，则：醪塔上升蒸汽量为： V1=140397.14%42.43%=2363（kg）残留液量为： WX=14039-2363=11676（kg）根据发酵醪比热公式C=4.18（1.0919-0.0095B）成熟醪液比热容为： C1=4.18（1.019-0.95B1） =4.18（1.019-0.957.14%） =3.98kJ/(kgK)成熟醪带入塔的热量为： Q1=MC1t1=140393.9855=3.08106(kJ)蒸馏残液内固形物浓度为： B2 = F1B1/WX=(140397.14%)/11676=8.59%根据残留液比热公式C = 4.18（1-0.00378B2）蒸馏残余液的比热容： C2 = 4.18（1-0.378B2） =4.18（1-0.3788.59%） =4.04kJ/(kgK)塔底残留液带出热量为： Q4=WXC2t4=116764.0485=4.01106(kJ)查附录得42.43%酒精蒸汽焓为2045KJ/kg。故上升蒸汽带出的热量为： Q3=V1i=23632045=4.83106（kJ）塔底真空度为-0.05MPa（表压），蒸汽加热焓为2644KJ/kg，又蒸馏过程热损失Qn可取传递总热量的1%，根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为： D1=（Q3+Q4+Qn-Q1）/(I-CWt4) =（4.83106+4.01106-3.08106）/(2644-4.1885) 99% =2542(kg)若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废液量为： WX+D1=11676+2542=14218(kg)6.1.4年产量为6万吨燃料酒精的总物料衡算日产产品酒精量：60000/250=240(t) 每小时产酒精量：24024=10（t）主要原料糖蜜所需量：日耗量：4180240=1003200（kg）=1003.2（t）年耗量：501.6250=2.508105（t）每小时产次级酒精：10（298）=0.20408(t)实际年产次级酒精：0.2040824250 =1224.48（t）糖蜜原料酒精厂物料衡算见表4-1表6-1 60000t/a糖蜜原料酒精厂物料衡算表物料衡算生产1000kg99.5%酒精物料量每小时（kg）每天（t）每年（t）燃料酒精10001000024060000糖蜜原料4180418001003250800次级酒精202004.81200发酵醪142121421203411852720蒸馏发酵醪140391403863369842316杂醇油3300.72180二氧化碳968968023258082醪塔废醪量1421814223634148534186.1.5 稀释工段的物料衡算（1） 计算每生产1000kg酒精稀释糖蜜用水量 稀释成25稀糖液用水量为： W1= 14212-4180=10032 (kg) 则生产6万吨燃料酒精每小时稀释糖蜜需要用水量： 10032100001000=100320 (kg/h) 生产6万吨酒精一年稀释糖蜜需要的用水量： 1003260000=6.0192108（t/a）（2） 营养盐添加量 选用氮量21的硫酸铵作为氮源，每吨糖蜜添加1kg【7】， 则每生产1t酒精硫酸耗量为： 418011000=4.18（kg） 每小时耗量： 4.1850001000=20.9（kg/h） 日耗量： 20.924=501.6（kg/h） 则生产6万吨酒精一年需要硫酸铵用量： 4.1860000=250800（kg/a）（3） 硫酸用量 每吨糖蜜用硫酸5kg【7】： 则每生产1吨酒精消耗硫酸的量为： 4.185=20.9（kg） 年产6万吨酒精，硫酸总消耗量为： 20.960000=1254000（kg）=1254（t） 每日用量： 1254250=5.016（t）6.2 热量衡算6.2.1 发酵工段的物料和热量衡算现生产60000t/a，要每小时投入糖蜜量41800kg/h，则无水酒精量为： 4180010004130.4=10120（kg/h）以葡萄糖为碳源，酵母发酵每生成1kg酒精放出的热量约为1170kJ 【9】。则年产3万吨酒精工厂，培养酵母和发酵每小时放出的热量为： Q=117010120=1.18404107（kJ/h）发酵酵母冷却水初温TW1=20，终温TW2=27，平均耗水量为：W酵母发酵=Q/Ce(TW1-TW2)=1.18404107/4.18(27-20)= 404661.65(kg/h)酵母酒精捕集器用水：（蒸馏发酵醪的量为F=140385.968kg/h） 5%F1.06=5%140385.9861.06=6621.98(kg/h)则发酵部分总用水量：W发酵部分=404661.65 +6621.98=411283.63（kg/h）6.2.2 蒸馏工段的物料和热量衡算按采用差压蒸馏两塔流程计算【3,10】，进醪塔酒精浓度为7.14%，出醪塔酒精蒸汽浓度为50%。（1） 醪塔见图6-1 V1醪塔 Q3=V1i Qn1 F1 Q1=F1C1t1 D1 Q4=Q14+D1Ct4 Q2=D1I1 Wx+D1 图6-1 醪塔的物料和热量平衡图醪液预热至55，进入醪塔蒸馏，酒精质量分数为7.14%，沸点92.4，上升蒸汽浓度为50%（v），也就是42.43%（w）。已知塔顶75，塔底85。则塔顶上升蒸汽热焓量i1=2045kJ/kg。加热蒸汽取0.05MPa绝对压力，则其热焓量I1=2644kJ/kg。总物料衡算： 即 6-1酒精衡算式： 6-2式中：xF1成熟发酵醪内酒精含量%（W），xF1=7.14。 y1塔顶上升蒸汽中酒精浓度%（W），y1=42.43 。 xW1塔底排出废糟内的酒精浓度%（W），塔底允许逃酒在0.04以下，取xW1=0.04。热量衡算式： 6-3设CF1=3.98kJ/（kgh），CW=4.04kJ/（kgk），Ce=4.18kJ/（kgk），并取热损失Qn1=1D1I1，tF1=55，tW1=85，蒸馏发酵醪F1=140385.986（kg/h） 由4-1、4-2、4-3可得： V1=133555（kg/h），Wx=6830（kg/h），D1=116313860（kg/h）一般醪塔采用直接蒸汽加热，塔底醪排出量为： G1=WX+D1=6830+116313860=116320690（kg/h）表6-2 年产6万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表进入系统离开系统项目物料（kg/h）热量（kJ/h）项目物料（kg/h）热量（kj/h）成熟醪F1=140385F1CF1tF1=30730276蒸馏残液WX =6830WXCWtW1=2345422加热蒸汽D1=116313860D1I1=307533845840上升蒸汽V1=133555V1i1=273119975加热蒸汽D1=116313860D1tW1Ce=41326314458热损失Qn1=3075338458累计116454245307564576116累计11645424544677118313（2）精馏塔 塔顶温度105，塔底130，进汽温度130，出塔浓度为96（v），即93.84（w）【8】。 出塔酒精量为： P=1000099.18%93.84%=10569 (kg/h) 每小时醛酒量：因为醛酒占出塔酒精的2，则每小时的醛酒量为： A=210569=211.38(kg/h) P= PA =10569- 211.38=10357.62(kg/h)图4-2 精馏塔的物料和热量衡算图 在精馏塔中，塔顶酒精蒸汽经粗馏塔底再沸器冷凝后，除回流外，还将少量酒精送到洗涤塔再次提净。据经验值，此少量酒精约为精馏塔馏出塔酒精的2%左右，则其量为【8】： Pe= P2%=10357.622%=207（kg/h） 酒精被加热蒸汽汽化逐板增浓,在塔板液相浓度55%(v)出汽相抽取部分冷凝去杂醇油分离器,这部分冷凝液称杂醇油酒精,数量为塔顶馏出塔酒精的2左右,其中包括杂醇油：m0= 0.3%P=0.3%10569 =31.707(kg/h) 故H=(P+Pe)2%=（10357.62+207）2%=211.29(kg/h)在杂醇油分离器内约加入4倍水稀释,分油后的稀酒精用塔底的蒸馏废水经预热到tH=80,仍回入精馏塔,这部分稀酒精量为: H= (1+4)Hm0 = 5Hm0=5211.29-31.707=1024.743(kg/h) 物料平衡： F2 + D2 + H= P+ Pe + H + D2 + Wx 则: Wx = F2 + H-P-Pe -H =133555+1024.743-10357.62-207-211.29 =123803.833(kg/h) 热量平衡： Error! No bookmark name given. =式中 R精馏塔回流比一般为34，取3【11】 I2精馏塔加热蒸汽热焓量，0.6Mpa绝对压力，I2=2652(kJ/h) tH为回流稀酒精进塔温度tH=80 CH为杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度为： xH=xH(Hm0)/H=75.2%(211.2931.707)/1024.743=13.178%，查得起比热为CH =4.43kJ/（kgk），75.2为杂醇油酒精的重量百分浓度，与液相浓度55（v）相平衡。 tP出塔酒精的饱和温度(78.3) CP出塔酒精的比热，应为2.80kJ/（kgk） i2塔顶上升蒸汽热含量,i2=1163.2 (kJ/kg) iH杂醇油酒精蒸汽热含量,应为iH=1496(kJ/kg) tw2精馏塔塔底温度，取130 Cw取4.04KJ/（kgk） Qn2精馏塔热损失,Qn2=2%D2I2 CF2进塔酒精的比热，取CF2=4.16(kJ/kg) tF2进料温度，取90 Wx上面算得123803kg/h 计算可得：D2=10330(kg/h)塔底排出的废水： G=D2+Wx=10330+123803=134133（kg/h）计算蒸馏工段的蒸馏效率： p=xpP/（xF1F1）=（93.13%5284.5）（7.14%70195）=98.197%表6-3 年产6万吨酒精工厂蒸馏工段精馏塔物料热量衡算汇总表进入系统离开系统项目物料（kg/h）热量（kJ/h）项目物料（kg/h）热量（kj/h）脱醛液F2=133555F2CF2tF2=5000299296酒精P=10358PCPtP