年产10000吨燃料乙醇工厂设计(共24页)

精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业年产10000吨燃料乙醇工厂设计1. 引言1.1. 总论1、项目名称：燃料乙醇工厂的建立2、项目地址：湖南望城经济开发区3、项目总投资：6000万人民币4、项目内容：新建10000吨燃料乙醇工厂5、建厂规模：年产10000吨燃料乙醇工厂6、项目的依据和原则：（1）认真执行国家及有关部门制定的标准规范。（2）以科学的求实精神对项目的技术方案进行多方论证和比较，选出技术先进、经济合理、安全可靠的设计方案，为投资决策提供依据。1.2. 项目建设目的和意义汽车的发展给人类生活带来了巨大的变化。然而，所谓的“汽车文明”也带来了交通拥堵、石油短缺、尾气污染等一系列问题。资料显示汽车消耗的石油占世界石油消耗总量的二分之一，汽车尾气是大城市空气中最大的污染源，而全球汽车数量仍在日益增加。根据联合国能源组织评估，50年后全球石油资源将告罄。众所周知，石油是不可再生资源。从1973年石油危机之后，石油资源的利用受到重视。建立国家独立的能源安全体系，保证汽车有足够的燃料，已成为当今世界不可回避的问题，许多国家都在组织专家、学者和汽车生产商研究开发汽车能源的替代问题。国际上，巴西有“绿色能源”之国的美称。美国、泰国、法国、南非等国家都在积极加入乙醇汽油的推广。中国是世界石油生产和消费大国，原油年产量从1980年亿吨增加到2001年亿吨。由于资源的限制，中国未来原油产量在2亿吨左右，而石油产品消费量则高达3亿吨左右。石油作为国民经济的“血液”，与粮食和水资源被列为影响国民经济和社会可持续发展的三大战略资源。从国家能源战备出发，在中国“车增油缺”和环境污染的严酷现实对替代燃料发出了强烈的呼唤，引起了高度重视。因此，发展高效率、可再生、无污染的新能源逐步替代石油，是解决能源危机的唯一出路，迫在眉睫8。用生物质资源制取燃料乙醇，是当今国际社会能源产业又一热点之，也是可再生能源开发利用领域里解决当今液体燃料最可行的途径。特别是在个别霸权国家对我国进行石油遏制、能源短缺已明显制约我国当前经济社会发展的情况下，大力发展拥有自主知识产权的、以甜高粱生产乙醇为代表的可再生清洁能源产业，对调整我国农业种植结构、增强我国粮食安全能力，提高农民收入、保证车用乙醇汽油的供应、减少环境污染、维护我国能源安全、改善环境质量等方面，都具有重要战略意义和现实意义，符合我国产业发展规划。生物燃料乙醇在原料选择上，分淀粉类和糖类作物两种，本项目采用甜高粱秸杆中的糖液作原料。甜高粱是普通高粱的一个变种，作为一种能源作物，具有太阳能转换效率高、单位面积生物学产量多、适应性强（耐旱、耐涝、耐盐碱、耐瘠薄）等诸多优点，每亩可产48吨鲜秸秆，秸秆榨汁含糖量高达14%22%（品种不同），还可产200400公斤高粱米，被中外专家一致认定为“生物能源系统中最有力的竞争者”，是最有希望率先实现产业化的生物质能源作物之一。甜高粱产业化生产生物质能源，主要是利用甜高粱秸秆生产乙醇，其实质首先是充分利用占甜高粱鲜秆总量75%以上的糖液（水分和糖分）进行发酵生产乙醇，其次才是利用秸秆中的纤维素等成分进行水解产生可发酵糖生产乙醇。与利用淀粉质原料生产乙醇比较，利用甜高粱秸秆生产乙醇具有以下优势：（1）乙醇产量高。以种植一亩（667m2）甜高粱产鲜秸秆平均5吨计算，可榨汁吨（按70%计），净糖量595公斤（按17%含糖计），可生产乙醇303公斤（按单糖产乙醇率51%计）；高粱米按亩均产量300公斤计，可产乙醇102公斤；合计每亩平均产乙醇400多公斤。甜高粱生长期140160天，比甘蔗（240270天）占地时间短，可和小麦、油菜、蚕豆、豌豆等越冬作物可上下茬种植。（2）加工容易，设备投资低，甜高粱秸秆生产乙醇，是糖质原料生产乙醇，工艺最简单，设备最节省，不像淀粉质原料，发酵需要糊化、糖化。甜高粱秸秆榨汁稍加处理即可清液发酵，其基本工艺流程是：秸秆粉碎榨汁加酸沉淀（加酵母）清液发酵过滤（去酵母）醪液蒸馏成品（燃料乙醇）。燃料级乙醇不需去甲醇、醛、杂醇等杂质，因此蒸馏设备相对简单。（3）节能减污。据美国能源部数据，乙醇发酵产生的净能量=（生产的能量消耗的能量）/消耗的能量100%、高粱米为5%、甘蔗为143%、木薯为10%、甜高粱秸秆为80%100%，由此可见甜高粱秸秆生产乙醇的节能增能效益。甜高粱秸秆生产乙醇产生的糟水，其COD约为2万mg/L，比淀粉质原料生产乙醇产生的糟水减小一半以上，稍作处理即可作为耕地用水。（4）利用甜高粱秸秆榨汁生产燃料乙醇，其下脚料还可生产饲料、食用菌、有机肥、板材、一次性环保餐具、工业用气体等。总之，燃料乙醇对于缓解能源危机9，减轻环境污染，延长发动机的使用寿命等具有很大的社会意义，而且本产品的大量使用，必将增加乙醇的用量，而乙醇又是用农作物秸秆加工而成，这又会带动农业的发展。这一有效的结合，把农业、能源两个不同的行业紧密地联系在一起，给广大的农民开辟了一个全新的广阔天空，也正好符合党中央、国务院关于调整和改善农业结构，增加农民收入的政策和精神，这一举措也完全符合国际社会的“可持续发展”和“绿色经济”的总趋势，将会给中国经济带来一个极大的增长点和发展趋势。1.3. 产品需求初步预测世界石油市场的风云变幻无常，国际油价在2006年4月18日前后飙升到75美元一桶，目前的价格已经升到83美元一桶，其趋势是需求量激增，资源量枯竭造成价格不断上涨。不论从资源枯竭还是环保需求上论证再生的乙醇燃料将是未来能源市场的主角。在国外，乙醇汽油的生产和使用技术已十分成熟。巴西和美国是目前世界上主要的燃料乙醇生产和消费国。美国生产燃料乙醇的原料主要是玉米，主要推广使用10乙醇含量的乙醇汽油。巴西则以甘蔗为原料生产燃料乙醇，主要推广使用15至50乙醇含量的乙醇汽油。继巴西和美国分别在20世纪70年代初推广应用乙醇汽油后，欧洲一些国家和印度、泰国、津巴布韦、南非等国于90年代也开始实施乙醇汽油计划。作为能源需求大国，中国每年石油进口超过需求量50以上，能源油料成为制约中国经济发展的瓶颈。因此寻求替代能源已箭在弦上，神州大地正孕育着资源战略大转移!现我国国家有关部门已开始启动酒精燃料工程，如果向汽油中填加10%的酒精，则这一项年需要燃料酒精近300万吨以上(目前不到100万吨)。随着我国加入WTO进程的加快，我国汽车行业得到更快速的发展，对燃料酒精的需求将会大幅度增加。中国现在生产燃料乙醇的原料主要是陈化粮，它不但生产成本高，而且中国的陈化粮毕竟是有限的，即使国家不再批准以粮食为原料生产乙醇项目，目前已获批准的四家生产企业使用商品粮生产乙醇，已经给粮食及相关产品的市场造成不继的涨价。中国是一个有13亿人口的大国，人均耕地面积小，而且由于地大物博，疆域辽阔，各地市种植的农作物各不相同，因此在生产燃料乙醇时，各工厂就地取材，什么农作物丰富且适合提炼乙醇，就用什么农作物，才是正确的做法。本企业就是基于此，才选择把工厂建在既适宜种甜高梁生物的地区并使用生物质原料甜高粱秸秆来生产燃料乙醇。用生物质能源高粱秸杆生产燃料乙醇既能解决能源危机问题，又能利用大量的盐碱地，加上乙醇产量高，工艺流程简单、成本低等优点，可以说是生物能源系统中最有力的竞争者，发展前景非常广阔。1.4. 产品方案和拟建规模1、本项目拟建内容项目建设生产车间，包括秸秆处理车间、发酵车间、蒸馏车间、成品区等；生产设备及其相应的工艺装备；配套建设相应的公用工程及服务性设施；建设相应的环保设施，建成后年产燃料乙醇10000吨。2、拟建规模建成年产10000吨燃料乙醇。3、建设地点拟建于湖南望城经济开发区。4、占地面积12350平方米1.5. 工艺技术初步方案本项目采用国内先进高粱秸杆液体发酵工艺技术，即甜高粱秸秆收获、保存榨汁糖液发酵蒸馏脱水无水乙醇。副产品主要有：甜高粱秸秆渣、CO2工业气体、酒糟和酵母蛋白，蒸馏后的酒糟过滤液可回收再利用，湿酒糟是生产饲料的原料，秸秆渣可作为有机肥料原料，酵母制得酵母蛋白经济价值特别高。制得无水乙醇采用分子筛脱水技术，该技术节能显着、自动化程度高、产品质量好、脱水后可得浓度为%（V/V）的乙醇，符合我国燃料乙醇含水量的要求。1.6. 主要原辅料、燃料、动力的供应原辅料：甜高粱秸秆由东营市本地供应，东营有大片的盐碱地，适合甜高粱的生长，原料供应充足。发酵酵母则从六环美迪生物工程技术有限公司公司购买。水：该厂的水源主要是自采地下水、市自来水和循环水。可以自行采水，以保证水源供应能满足需要。电：电是生产的主要动力。电力主要由铜官火电厂供应，同时，工厂还配备应急发电室，以增加变配电能力，为工厂长远生产用电提供保障。蒸汽：工厂建设有煤厂、锅炉房，提供的蒸汽足够使用。燃料：距离京广线较近，燃料运输方便。1.7. 建厂初步方案建厂地址：山东省东营港经济开发区中国山东东营港、东营港经济开发区位于中国黄河三角洲中心城市东营市东北部，北邻京津塘经济区，南连胶东半岛，濒临渤海西南海岸，地处黄河经济带与环渤海经济圈的交汇点。东营港建成于1997年，现有泊位14个，是中国国务院批准的国家一类开放口岸，是经山东省政府批准设立的省级经济开发区，规划区域内，分为仓储、化工、加工制造、高科技、行政办公、生活商贸六大功能区。东营港交通便利，经济发展迅速，具有广阔的土地资源，尤其是东营港经济开发区232平方公里控制范围内，全部是未开垦的空旷盐碱荒滩，特别适合甜高粱种植，所以原料供应充足，足以撑起生物质原料生产乙醇的“绿色行业”，是投资的最佳选择地。1.8. 环境保护1、本项目设计采用的环保标准（1）环境空气质量标准GB30951996 （2）大气污染物综合排放标准GB162971996 （3）地面水环境质量标准GB38381996 （4）污水综合排放标准GB89781996 （5）工业企业厂界噪声标准GB123481990 2、主要污染源和污染物（1）废气 发酵装置在发酵过程中产生的二氧化碳气体（回收为工业用气）和原料高粱秸秆在洁净过程中产生的粉尘。 （2）噪音 高粱秸杆清洗和粉碎装置机械传动设备较多，噪音较大，但均低于80分贝。 （3）废水 本项目生产中产生的废水。 3、治理措施 （1）废气 发酵过程中产生的二氧化碳气体，可在厂内建设二氧化碳回收装置，回收的二氧化碳可用于饮料行业。于高粱秸秆洁净过程中产生的粉尘，一是采用高效除尘设备回收粉尘；二是加强厂房内的通风，使屋内空气粉尘含量达到标准。 （2）噪音 本建设工程中生产装置产生噪音的场所不多，噪音量也不大，最大也在80分贝以下。拟采用以下措施：对产生噪音较大的设备采取在机座和设备基础之间装设减震器；对产生噪音较大的风机等设备，在设备进出口设软性接头与进出口管道相连；对产生噪音的场所，设置密封操作间，以减轻噪音对操作工人的影响。 （3）废水 本工程建设污水处理系统，将生产中产生的废水综合利用或经处理后达到国家标准排放。1.9. 工厂组织和劳动定员1、工厂体制和管理机构的初步设想 本建设工程由外方投资，采用回报率合作方式，建立独资企业公司，公司名称待商定。公司设立董事会，实行董事会领导下的总经理负责制。正、副总经理由董事会任命。下设销售部、行政部、生产部、科研部等部门。生产部下设原料处理车间、发酵车间、蒸馏车间、动力车间（包括水、电气供给和机、电、仪表维修）、贮运车间（包括原料、产品的运输和贮存）、副产品生产车间等。 2、厂班制和劳动定员 本建设工程的各生产装置及水、电、气供应等公用工程均是连续生产，生产部是三班倒的工作制进行劳动定员测算，加上管理人员和其他辅助人员，全厂劳动定员为 66人。1.10. 投资估算和资金筹措方案1、总投资估算 本项目总投资额为6000万元人民币（其中固定资产投资3500万元，流动资金2500万元）。（1）固定资产投资构成 固定资产投资3500万元 土地购置费165万元 设备购置费1635万元 安装工程费500万元 建筑工程费900 万元 其它费用 300 万元 （2）流动资金 根据工厂实际情况需用全额流动资金为 2500万元。 2、资金来源和用款计划 （1） 资金筹措方案 本项目总投资6000万元，申请国家支持和银行贷款6000万元。 （2） 用款计划 固定资产投资 3500万元,建设期内陆续投入；流动资金2500万元,生产期第一年投入。 1.11. 经济效益和社会效益的初步估算1、编制依据 （1）国家计委建设项目经济评价方法与参数。 （2）有关财务、税务及现行法规。2、产品成本估算 （1）原料成本按设计消耗定额和现行到厂价格。 （2）燃料及动力按消耗定额和当地实际价格计算。 （3）工资及附加按人按年16200元计算，定员66人。 （4）固定资产折旧按直线法分类折旧计算，无形资产摊销10年，递延资产摊销5年。 （5）管理费包括厂部管理费用及摊销费。 （6）财务费用是指建设投资贷款的生产期利息和流动资金利息。 （7）销售费用按销售收入的2%计算。 （8）经测算：本项目生产期年平均成本3600万元。 3、财务效益预测 （1）本项目建设期1年，生产期12年（2）正常年本项目产品产量1万吨，售价按每吨5000元，因此正常销售收入5000万元(单指酒精)。 4、消偿能力分析 本项目建设投资偿还期为年。 1.12. 结论与建议利用甜高粱秸秆生产燃料乙醇，既为开发中国的能源替代产品做出贡献，又改变项目基地所在地农业种植结构。充分利用当地土地资源，为农民增收开辟致富新路，完全合乎发展社会主义新农村战略需要，这样形成的能源农业循环经济产业链，达到种、养、加工一条龙，科、工、贸一体化。逐步实现企业与农业相互依存，共同发展，达到企业增效、农业增产、农民增收，经济繁荣，社会和谐。甜高梁秆制乙醇联产肥料、饲料、CO2项目建成后。每年生产燃料乙醇10000吨，CO2 气体5000吨，湿酒糟4200吨，酵母蛋白1500吨，年收入达8000万，纯利润约4000万。该项目总投资6000万元，回收期约年。项目地区土地资源丰富，水资源充足，基础设施完善，科技力量雄厚，政府重视，群众积极性高涨，建设条件具备、优越。项目经济效益好，社会效益显着，还贷能力强。因此，该项目建设是必要的，也是可行的。2. 厂址选择2.1. 厂址选择的目的与依据1、目的：进行年产10000吨燃料乙醇生产。2、选址依据：（1）有燃料乙醇生产许可证，能按照国家规定组织生产。（2）有基本的生产及技术力量保证。（3）严格执行国家规定的环保相关法规，符合环保要求，“三废”治理与项目建设“三同时”。（4）严格执行国家有关“劳动安全卫生”规定，确保安全生产。2.2. 厂址条件本项目初步定的厂址是山东东营港经济开发区。东营港交通便利，经济发展迅速，具有广阔的土地资源，尤其是东营港经济开发区232平方公里控制范围内，全部是未开垦的空旷盐碱荒滩，特别适合甜高粱种植，所以原料供应充足，足以撑起生物质原料生产乙醇的“绿色行业”，是投资的最佳选择地。与中国其它港口和开发区相比，东营港、东营港经济开发区投资环境优良，具备五个方面的比较优势：一是具有良好的区位优势。东营港地处环渤海湾港口布局的适中位置，距天津港90海里，距大连港122海里，是东北经济区与华北、中原经济区交通通道的中心控制点。东营港平均潮差仅0.76米，等深线密集，水深10米处离岸6公里，水深20米处离岸15公里，是渤海湾泥质海岸线距深海最近的位置，是建设万吨级深水大港的天然良址。东营港、东营港经济开发区所在的东营市是山东省省辖市，辖三县两区，全市土地面积8053平方公里，人口180万。中国第二大油田胜利油田、中国石油行业最高学府中国石油大学均座落于此。二是具有良好的交通优势。东营港经济开发区水上交通十分方便，出渤海湾与国内外各港口相通。陆路交通非常发达，与首都北京、省会济南和天津、青岛等重要港口城市都有高等级公路连接。铁路正在建设，拟建的通港铁路支线将与德烟铁路同步开工。空中交通非常便利，东营飞机场已开通北京、上海航线，并将陆续开通至海口、深圳、沈阳、哈尔滨等地的航线，还将开通至仁川等地的国际航线。三是具有广阔的经济腹地优势。东营港经济开发区直接经济腹地为山东东营、淄博、滨州、德州和潍坊等地市，间接经济腹地包括济南、泰安和聊城，并可辐射冀南、晋中等地区。经过多年发展，该区域已经形成了石油化工、盐化工、纺织业、机械电子产业、轮胎产业、造纸工业、食品工业等优势产业，尤其是石化产业得到迅猛发展，12家炼化企业2005年原油加工能力达2065万吨，2010年原油加工量将突破3800万吨，具有发展大型石化企业得天独厚的条件。四是具有充足的土地空间优势。东营港后备陆域广阔，可以充分发挥临海优势，向内陆腹地辐射，逐步形成以港口为核心的临港产业和替代产业。东营港经济开发区232平方公里控制范围内，全部是未开垦的空旷盐碱荒滩。在中国沿海地区已经没有后续土地可利用的情况下，东营港丰富的土地资源，将为港口和开发区长足发展提供坚实保障。 五是具有良好的发展环境优势。东营市政府对东营港经济开发区的建设高度重视，赋予港口和开发区更加优惠的政策。区内基础设施配套建设迅速完善，建成区达到了供水、供电、供暖、道路、通讯、排水等条件。开发区实行“封闭式管理、开放式经营”，为客商提供规范高效的“一条龙”全方位服务。3. 厂区总平面设计3.1. 厂区总平面设计的原则1、主车间、仓库等应按生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料往返运输。2、全厂的货流、人流、原料、管道等的输送应有各自线路，力求避免交叉，合理地加以组织安排。3、动力设施应接近负荷中心。4、生产区和生活区、厂前区要分开。5、平面中要有一定的绿化面积，但又不宜过大。6、厂区建筑物间距应按有关规范设计。3.2. 厂区平面布置图燃料乙醇工厂厂区总平面布置图见附图一。4. 生产工艺的设计4.1. 生产方案本项目拟年生产10000燃料乙醇，同时生产副产品有工业CO2气体、酵母蛋白、饲料、有机肥原料等。4.2. 工艺流程以甜高粱秸秆为原料，经粉碎，榨汁，酸化，发酵，蒸馏，分子筛脱水得%（V/V）的燃料乙醇，工艺流程如下： 秸秆汁酸化压榨粉碎除杂甜高粱秸杆 酸化培养酒糟 有机肥料 饲料 秸秆渣粗馏发酵醪分离酵母发酵杀菌 酵母蛋白 酵母 CO2 工业CO2精馏分子筛脱水 燃料乙醇 图1 工艺流程图设备流程图见附图二1、将甜高粱秸杆除杂、粉碎后，用保鲜剂保存到仓库，生产时运输到原料处理车间进行压榨、分离、收汁，然后将糖汁贮存于原料罐，生产时再将糖汁输送至生产车间。2、原料的酸化处理和营养盐添加 将原料贮罐中的糖汁泵入酸化箱内，加入%的硫酸，调进行酸化沉淀，然后用过滤机过滤将清液经高温瞬时灭菌后泵入发酵罐中，灭菌过程中加入%硫酸铵、%硫酸镁 、%硫酸二氢钾。 3、原料的发酵 灭菌好的糖液与活化好的酒母液混合进行发酵，温度控制在2832，发酵周期约48h，发酵过程中产生的二氧化碳气体收集后送入吸收塔，回收酒精。发酵完毕后，发酵液经酵母分离器分离出酵母，剩余醪液将进入蒸馏工段。4、醪液蒸馏成熟醪液经预热后进入粗馏塔，酒糟从塔底排出，塔顶产生的粗酒精蒸汽经冷凝后进入精馏塔，经进一步浓缩后，可提取96%（V/V）的酒精，同时收集分离出的杂醇油。5、无水乙醇的制取将96%（V/V）的酒精蒸气通过再沸器加热后进入分子筛脱水系统，经分子筛塔A(正压)脱水后，65%80%的无水乙醇蒸汽在塔底排出，其余无水乙醇蒸汽在另一分子塔B（负压）中脱水再生，无水乙醇蒸气经冷凝器冷凝后进入储罐。4.3. 工艺特点1、本工艺不需要传统淀粉质原料生产酒精的糖化、糊化过程，只通过榨汁机可得糖液直接清汁发酵，出酒率高，工艺相对简单，设备投入少。2、发酵酵母是选用六环美的生物技术有限公司研发的甜高粱秸秆汁发酵专用复合酶活菌剂，这种酵母是一种各种酶独立培养、然后混合使用的一种复合酶活菌剂。经生产试验，比传统酵母能提高2%的出酒率，生产效率提高20%。3、本工艺蒸馏阶段采用两塔流程液相进塔工艺，燃料乙醇不需除甲醇、醛、杂醇等杂质，需要蒸馏设备较简单。发酵醪进塔之前与粗馏塔顶部蒸汽换热，节省了预热热量，同时也提供了蒸汽冷凝能量。4、脱水工段采用分子筛脱水技术1，通过切换两个分子筛塔压强进行脱水和再生过程。分子筛颗粒在高压下从含水乙醇中吸附水，在负压下再把分子筛中的水分除去。该设备能量利用率较高，因为在整个周期内，分子筛吸附时所释放的热量被有效地储存在塔内，作为脱水再生时所需的热量，节能效果较显着。5. 工艺计算5.1. 物料衡算5.1.1. 全厂总物料衡算主要内容1、原料消耗的计算，主要原料为甜高粱秸秆，其他辅料有浓硫酸、硫酸镁、磷酸氢钾、发酵酵母等。2、中间产品计算，主要有秸秆汁、发酵醪量计算 。3、成品、副产品及废气废水计算。5.1.2. 工艺技术指标及基础数据1、生产规模：年产10000吨燃料乙醇2、生产方法：甜高粱秸秆汁清汁发酵 3、生产天数：300天/a4、燃料乙醇日产量：吨5、燃料乙醇年产量：10000吨6、副产品年产量：工业CO2气体5000吨，酵母蛋白1500吨，甜高粱秸秆渣80000吨，湿酒糟4200吨7、杂醇油产量：为成品酒精%8、产品质量：国家燃料乙醇（乙醇体积分数%）9、甜高粱秸秆榨汁率70%，含糖量18%10、甜高粱秸秆发酵专用的复合酶活菌剂用量为%11、每吨秸秆汁调pH用硫酸 2.5kg、硫酸铵 %、硫酸镁%、磷酸氢钾%5.1.3. 原料消耗计算1、总反应式榨汁阶段：甜高粱秸秆 秸秆汁（70%） 可发酵糖（18%）发酵阶段：C6H12O6 2C2H5O + 2CO2 180 246 244 2、生产1000kg无水酒精理论葡萄糖消耗量： 1000（180/92）=1956.5 kg生产1000kg燃料乙醇理论葡萄糖消耗量：%=1940.7 kg %国标燃料乙醇乙醇质量分数3、生产1000kg燃料乙醇实际秸秆汁消耗量：（18%94%）=11471.7 kg 18%秸秆汁含糖量 94%秸秆汁利用率4、生产1000kg燃料乙醇实际秸秆消耗量 ： /70%=16388.1 kg 70%秸秆榨汁率5、酒母消耗量：%=11.4717 kg6、硫酸消耗量：%=22.943 kg7、硫酸铵消耗量：%=22.943 kg8、硫酸镁消耗量：%=11.4717 kg9、磷酸氢钾消耗量：%=14.393 kg5.1.4. 成品与发酵醪量的计算设发酵结束后成熟发酵醪含酒精12%（V/V）,相当于%（W/W），并设蒸馏效率为98%，发酵罐酒精捕集器洗水为发酵醪的%，有关计算如下：（1）需蒸馏的成熟发酵醪量为：1000%/（98%）=11465.8 kg （2）不计酒精捕集器洗水，成熟发酵醪的量为：%=11186.2 kg（3）入蒸馏塔的成熟发酵醪的酒精浓度为：1000（98%）=% （4）相应放出 CO2的量：【（1000%）/98%】（44/46）=968.3 kg（5）酒母醪量：【（+）】%=182.25 kg（6）醛酒产量： 设醛酒量占成品酒精的20%，则生产1000kg成品酒精可得次级酒精为：10002%=20 kg（7）杂醇油量为：1000%=3 kg（8）废醪量计算：1）醪塔上升蒸汽量：%=1837.2 kg%-塔顶上升酒气的乙醇质量浓度2）残留液量：9628 kg 成熟醪带入塔的热量：70=106 KJ成熟醪比热容【KJ/】，70 -进塔醪液温度4）蒸馏残留液固形物浓度：%/9628=%5）塔底残留液带出热量：10478105=106 kg蒸馏残留液比热容【KJ/】，105 -排出废醪温度6）上升蒸汽带出热量：1965=106 kg1965-50%酒精蒸汽焓,KJ/kg塔底采用 （表压）蒸汽加热，焓为kg；又蒸馏过程热损失取总传递热的% 故得消耗的蒸汽量为【106+106】【 %】=2017 kg%-实际蒸馏热量利用率若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪液为：2017+9628=11645 kg5.1.5. 10000吨/年燃料乙醇工厂总物料衡算 表1 总物料衡算一览表名称每吨产品产（耗）量kg日产（耗）量t年产（耗）量t成品酒精100010000甜高粱秸秆秸秆汁发酵酵母浓硫酸硫酸镁磷酸一氢钾硫酸铵酒母醪蒸馏发酵醪杂醇油3二氧化碳酒糟116455.2. 热量衡算5.2.1. 热量衡算热量消耗主要在蒸馏阶段，成熟发酵醪在蒸馏之前预热所需的热量由粗馏塔顶蒸汽的热量提供。粗馏过程中所需的能量由前面物料衡算得出 每产1000kg酒精消耗蒸汽量为2017kg估算精馏、脱水和发酵工段灭菌蒸汽消耗量约为3000kg 由上得出总蒸汽量：2017+3000=5517kg设锅炉的效率为75%，每吨煤产生7t蒸汽，得煤用量716.7kg表2 10000吨/年燃料乙醇热量衡算表 名称每吨产品用量（t）日耗量（t）年耗量（t）蒸汽 55170煤炭 5.2.2. 水平衡1、酵母洗涤用水：每天产酵母泥约吨， 洗涤三次，每次用水量为其2倍，设用水时间 1h则最大用水量为（6）/1= t/h。 2、锅炉用水：已计算得每天用蒸汽量,故锅炉用水量约 t。 3、冷却用水：发酵用水 已计算得冷却用水为 t/h，每天上三罐，共用2340 t。 蒸馏过程 总用冷却水估算,每天 t。 4、发酵罐洗刷用水：平均每天冲洗发酵罐用水约8 t。 5、其他用水量：包括洗涮管道冲洗地面等，平均每天约20 t 。冷却水循环利用，按90%计，废醪液过滤后再利用，按80%计，则回收用水约80%+（2340+）90%= t总用水量上述之和：+2340+8+= t。表3 10000吨/燃料乙醇供水衡算表名称每吨产品用量（t）日耗量（t）年耗量（t）冷水5.2.3. 耗电量计算1、原料处理工段：每生产1000kg酒精需要秸秆汁 t，秸秆 t原料运输系统：生产能力25t/h，功率40kw，耗电量2530= kwh 粉碎机：生产能力30t/h，功率35kw，耗电量3035= kwh榨汁机：生产能力30t/h，功率35kw，耗电量3035= kwh泵：生产能力30 m3/h，功率 kw，三台耗电量303= kwh2、发酵工段：每生产1000kg酒精需要种子液，发酵液约酒母罐：生产能力5 m3/h ，功率4kw，耗电量54= kwh发酵罐：功率2kw，时间4h，耗电量8 kwh.泵：同上，2台耗电量302= kwh3、蒸馏脱水工段：粗馏塔：生产能力15 m3/h ，功率8kw，耗电量158= kwh精馏塔：生产能力30 m3/h，功率13kw，耗电量3013= kwh分子筛塔：生产能力30 m3/h ，功率15kw，两个耗电量30152= kwh再沸器：功率20kw，时间，两个耗电量202=20 kwh冷凝器：功率25kw，时间，三个耗电量253= kwh精馏塔回流泵：生产能力25 m3/h，功率10kw，耗电量 kwh酒糟泵：生产能力30 m3/h，功率，耗电量 kwh4、其他：约5 kwh总耗电量： kwh 表4 10000吨/燃料乙醇用电衡算表 名称每吨产品用量（kwh） 日耗量(kwh) 年耗量(kwh) 电 6. 设备计算与选型6.1. 酒精生产主要设备的选择1、粉碎机 由物料衡算可知，每小时需甜高粱秸秆吨，选生产能力30吨/时粉碎机1台，功率35kw2、硫酸贮罐每天硫酸用量为，硫酸浓度为98%、密度1831 kg/ m3 每天用硫酸体积是（）=0.426 m3设填充系数80%，则总体积80%=0.53 m3故选1个1 m3的硫酸贮罐。3、硫酸泵硫酸流量（2294310000）/（30024）= k/h，体积流量为0.017 m3/h，选耐腐蚀泵25F16,流量50m3/h，扬程16m，功率。4、酸化高位箱秸秆汁和硫酸流量为（+）/24=16 t/h，设2h装满箱，则24小时装12个，停留时间为1h，酸化高位箱的个数N=nt/24=121/24=个取1个，V=（160002）/（1050）=38 m3故需1个40 m3的酸化高位箱。5、发酵罐根据前边物料横算知，秸秆汁量为 /h，活性干酵母的量/h,可计算出发酵罐的进料量为:M=+=15948.83 kg/h按每8 h装满一罐,则一天24 h可装满3罐，设发酵周期为48 h, 发酵醪的密度为1050 kg/h。（1）发酵罐的个数为6: N=nt/24+1n24 h装满的罐数t发酵周期故N=nt/24+1=348/24+1=7 个（2）发酵罐的体积及结构尺寸:V=（8）/（1050）=135.02 m3,取150 m3发酵罐采用圆柱形器身,底和顶为锥形盖,选取结构尺寸的比例关系如下:H= Dh1=h2=V=（H+h1/3+h2/3）可计算出D=5.17 m则H=6.721 m h1=h2=0.620 m由发酵罐的基本结构尺寸可确定全罐表面积A,罐体圆柱部分表面积A1和罐底,罐顶表面积A2,A3分别为:A1=109.11 m2A2= A3=（R2+h2）1/2 =（+）1/2=21.58 m2全罐表面积为: A= A1+ A2+ A3=152.27 m2 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸按下式计算:A=Q/KTM总的发酵热Q=Q1-（Q2+Q3）Q1=msqQ2=5% Q1Q3=AKC（TW-TB）Q1=8582=105 kg/hQ2=6% Q1=5%105=105 kg/h设发酵罐壁温最高可达35 ,平均温度可达32 Kc= K时 + K罐 =（Tw Tb）1/4+c【（T w/100）4-（Tb /100）4】/（Tw - Tb） = 【kJ/（.）】Q3=AKC（TW-TB）=（35-32）=105 kJ/hQ= Q1-（Q2+ Q3）=105-（105+105）=105 kJ/h冷却水耗量的计算：W=Q/Cw（T2-T1）=105/【（24-20）】=104 kg/h Cw水的比热容, T1,T2冷却水进出口温度分别为20 ,24 6、酒母罐发酵接活化好的酵母量约%，所以V=150%=1.5 m3选2个2.0 m3的酒母罐即可，一个备用。7、进料泵秸秆汁进料流量Q=/h，体积流量为15.17 m3/h，选泵型号为IS50200,其转速为1450r/min，流量为30 m3/h，功率为。8、锅炉选用水管式锅炉，这种锅炉热效率高，省燃料。需用蒸汽流量h故选1个10t/h的锅炉可满足生产用。9、醪塔（1）由物料衡算之知：醪塔上升的蒸汽量为10000/（30024）= t而塔顶蒸汽的浓度为%（质量分数），其蒸气密度是0.91 kg/ m3则上升的蒸汽量：1000/（3600）=0.78 m3/s（2）醪塔上的气速：按经验式umax=【（+）/2】1/2= 1m/sumax=0.98 m/s（3）塔径的计算D=【（4）/（）2】1/2=1.014 m 取1.1m（4）H=10.8 m10、其他设备选型方法同上。6.2. 10000吨/年燃料乙醇设备一览表表5 原料处理车间设备选型序号产品名称规格和技术参数重要材料单位单位1输送机Q=25t/h台32粉碎机Q=30t/h台13榨汁机Q=30t/h台14原料泵Q=30 m3/h不锈钢个35硫酸计量罐V=1 m3不锈钢个16酸化液泵Q=25 m3/h不锈钢个17酸化罐V=100 m3不锈钢个18缓冲罐V=150 m3不锈钢个29硫酸贮罐V=6 m3碳钢个1 表6 发酵车间设备选型序号产品名称规格和技术参数重要材料单位数量1空气储罐V=1 m3碳钢个12空气压缩机Q=0.9m3/hP=碳钢台13空气过滤器500mm碳钢个14空气净化器600mm碳钢个15泡沫捕集器V=6 m3碳钢个16酒母罐V=2 m3碳钢个27进料泵Q=30 m3/h不锈钢个18发酵罐V=150 m3碳钢个79醪液泵Q=30 m3/h不锈钢个110酵母分离器Q=30 m3/h不锈钢个1表7 蒸馏脱水车间设备选型序号产品名称规格和技术参数重要材料单位数量1醪液预热器卧式多程碳钢个12粗馏塔F1型浮阀不锈钢个13精馏塔F1型浮阀不锈钢个14分子筛塔填料塔不锈钢个25再沸器热虹吸式不锈钢个26冷凝器列管立式不锈钢个47成品冷却器板式不锈钢个18杂醇油冷却器板式不锈钢个19杂醇油分离器V=0.2 m3不锈钢个110杂醇油暂储罐V=3 m3不锈钢个111蒸汽喷射装置不锈钢套412汽包5002000碳钢个113水包3502000碳钢个114成品计量罐V=8 m3不锈钢个215精塔回流泵Q=15 m3/h不锈钢台116酒糟泵Q=25 m3/h不锈钢个117成品入库泵Q=10 m3/h不锈钢台218成品出库泵Q=20 m3/h不锈钢台219成品贮罐V=300 m3碳钢个420锅炉10 T/h个1以上整套设备价格约1610万元。以下化验设备从其它公司购买。 表8 化验设备选型序号名称数量价格1光电分析天平1102电烘箱183气相色谱仪124微量水分测定仪15普通天平26各种滴管等常规仪器若干7显微镜18干燥器19其他常用化验设备等若干总计万元7. 生产车间平面布置7.1. 生产车间工艺设计生产车间工艺布置应根据以下原则：（1）设备布置要尽量按工艺流程的顺序安排，但有些特殊设备可按相同类型设备适当集中。（2）在进行生产车间设备布置时，要考虑导进行多品种生产的可能，以便灵活调动设备，并留有相当的余地，以便更换设备。同时，还应注意设备相互间的间距和设备与建筑物的安全维修距离，既要保证操作方便，又要保证维修装拆和清洁卫生的方便。（3）生产车间与其它车间的各工序要相互配合，保证各物料运输通畅，避免重复往返。要尽可能利用生产车间的空间运输；合理安排生产车间各种废料的排出，人员进出要和物料进出分开。人流通道、物流通道、包装材料通道要流畅，尽量避免交叉、往复、污染。（4）必须考虑生产卫生和劳动保护。（5）应注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。（6）可以设在室外的设备，尽可能设在室外，上面可加盖简易棚。（7）要对生产辅助用房或空间留有充分的面积。车间平面布置图见附图三。7.2. 生产车间非工艺设计1、门生产车间的门，应设置防蝇、防虫的装置，如水幕、风幕、暗道或飞虫控制器。2、排汽对产生水蒸气的设备需进行机械通风，可在设备附近或设备上部的屋顶开孔，用轴流风机在屋顶上直接进行排汽。3、采光车间高度6.5m，侧窗的采光面积足以达到一定的采光系数，所以不需在屋顶上开天窗。4、地坪生产车间设有明沟排水，将生产车间的废水和腐蚀性介质排除。车间地坪采用石板地坪，其优点是能耐腐蚀，不起灰。7.3. 车间设计对卫生的要求1、车间地址选择的卫生本生产车间应设在市郊无污染区，避免与发电厂、化肥厂、水泥厂等相邻。2、车间内部总平面布局的卫生所有会产生污染的车间，都要与重要的生产车间相隔离，这样才不会发生内部污染的情况，符合卫生要求。3、车间内部建筑的卫生（1）厂区厕所应有冲水、洗手设备和防蝇、防虫设施。其墙裙应砌白色瓷砖，2米以上，顶角、墙角应是弧形，窗台是坡形，地面要易于清洗消毒，并保持清洁。（2）垃圾及下脚料应在远离发酵区集中堆放，必须当天清理出厂。（3）与物料相接触的机器、输送带、工作台面等均应采用不锈钢材料，制作车间内应有对设备及工具进行消毒的设施。4、车间防鼠设施（1）车间门窗结构要紧密，缝隙不能大于1cm，所有出入口包括排水沟出入口，下水道出入口都应安装上洞口小于1cm的金属网防鼠。（2）地基的深度应深入地下0.8m，地面上60cm之下部分均用坚固砖、石等鼠类不能进入的材料砌成。（3）墙身光滑，墙角有一定的弧形，可防止老鼠上屋顶的活动。5、秸秆仓库的卫生（1）仓库应照明充足，通风良好，要注意防潮。库内设有温湿检测设备、降温吸湿设备以便随时监测温度和湿度。（2）定期清洁、消毒，保持库房整洁和卫生。6、生产人员个人卫生（1）在特定时间，生产车间的工作人员，穿戴白色工作服和鞋帽，操作前要洗手，不得穿工作服进厕所。（3）个人行为举止和工作方法适当，严禁在车间吸烟和吃零食，随地吐痰和乱扔废弃物，在无保护半成品前咳嗽、打喷嚏等。（4）注意个人卫生，勤洗澡、勤换衣、勤剪指甲、勤理发。（5）生产车间不得带入或存放个人生活用品，如食品、烟酒、药品和化妆品等。（6）加工产品时，为避免对产品造成污染，工人严禁携带手表、首饰等进入车间。7、原辅材料的卫生原辅材料要符合有关标准规定，经检验合格后才投入生产，原辅料仓库清洁卫生。8. 工厂组织与劳动定员8.1. 工厂组织公司设立董事会，实行董事会领导下的总经理负责制。正、副总经理由董事会任命,下设销售部、行政部、生产部、科研部等部门。生产部下设原料处理车间、发酵车间、蒸馏车间、动力车间（包括水、电气供给和机、电、仪表维修）、贮运车间（包括原料、产品的运输和贮存）、副产品生产车间。 8.2. 劳动定员 1、人员分配 生产部共有45人，分成三班，每班15人。具体分工如下：原料处理车间9人，发酵车间6人，蒸馏脱水车间12人，成品车间6人，副产品车间（同时负责三废处理）9人。具体人员分配见图2。 2、人员培训 对生产人员要进行经常性的专业培训，以提高职工队伍素质。建立健全各项管理制度，完善各项考核制度，明确以质量、产量、出酒率、安全为内容的经济责任制。 董事长 行政部总管主管研发中心主管销售部主管生产部主管其他总经理副总经理办公室人力资源部总务部财务会计部产品开发部品控部供应部销售部质管部生产技术部车间其他设备技术部 图2 工厂组织表9 人员分配表职位人数工资（元/月）董事长16000总经理14000副总经理13000行政总管12000行政部31200/人研发中心主管12500研发部41500/人销售部主管12000销售部31200/人生产部主管12000生产部421200/人其他5800/人总计6689100总工资(元/月)：6000+4000+3000+2000+（12003）+2500+(15004)+2000+（12003）+2000+(120042) +(8005)=89100元9. 三废处理与综合利用9.1. 环保治理工艺的设计原则：（1）本着综合治理，力求环境、社会和经济效益之统一的原则，采用节能降耗的新技术。（2）在保证处理效率的前提下，尽量采用国内有成功先例的成熟先进的工艺，确保达标排放。 （3）尽量使工艺设备简单，管理方便，便于操作与维修。（4）在保证质量和安全的前提下，尽量减少不必要的设施，节省投资，减少占地面积。 酒精生产过程中会生成一些副产物，这些副产物主要有二氧化碳，杂醇油，酒精酵母菌体，废酒糟等。这些物质如不加以回收利用会造成资源的浪费，而且还会造成环境污染。故酒精生产过程中所生成的副产物，必须进行综合利用，变废为宝，减少环境污染。9.2. 二氧化碳的综合利用在酒精发酵过程中，酵母菌利用可发酵性糖生成酒精的同时，也生成大量的二氧化碳。二氧化碳的量为酒精生成量的%，但生产过程中产生的二氧化碳只有理论产量的50%-70%。有30%-50%的二氧化碳损失。酒精发酵过程中产生的二氧化碳，其纯度高、杂质含量少，纯度一般可达到99%以上。所含的杂质中酒精为%、酯类为%、酸类为%，这些杂质只需进行简单的提纯处理，便可获得高纯度的二氧化碳1。本项目采用低压法回收二氧化碳，其具体工艺为：二氧化碳原料气 水洗（淡酒回收） 高锰酸钾洗涤 压缩 吸附净化 干燥 冷冻储存。1、淡酒回收：来自酒精发酵罐的CO2气体首先进入淡酒回收塔，既清除了CO2气体中的醇类等杂质，又回收了酒精。2、氧化洗涤：来自淡酒回收塔的CO2气体进入高锰酸钾洗涤塔，高锰酸钾是一种很强的氧化剂，能够除去CO2气体中的有机杂质，然后进入水洗塔，洗掉其中溶于水的杂质。3、压缩：洗涤后的CO2气体进入二氧化碳压缩机一级缸，压缩至 MPa，被送往吸附塔。4、吸附净化：一级压缩后的CO2气体在活性碳吸附塔中净化，活性碳可以清除掉留在CO2气体中的细微杂质。5、干燥：净化后的CO2气体仍会含有少量水蒸气，要经过干燥器除去，同时也除去了最后剩余杂质。 6、液化和储存：被干燥和净化的二氧化碳进入冷凝器冷凝成液体，然后依靠重力流入二氧化碳储罐中。二氧化碳的应用：在工业上，二氧化碳可用来生产干冰、液体二氧化碳、纯碱、轻质碳酸钙等；食品方面可用于食物的保鲜；化学工业方面，二氧化碳可作为尿素、苏打的原料、水的软化剂、油漆的添加剂等，也可利用二氧化碳制备消防用的灭火剂；在金属加工业方面，常用二氧化碳作为焊接的保护剂，使焊火平滑美观；在塑料工业中，二氧化碳可作为聚碳酸酯的原材料；医药和农业方面，二氧化碳可用作制药过程中的保护气体，可提高药品的纯度。9.3. 酒糟及废水的处理酒精发酵成熟醪经蒸馏后，剩下酒糟和蒸馏废水。废水处理时发酵工业一直头疼的问题，这不仅增加了成本，甚至有时处理不好还会造成环境污染。酒糟不仅含有酵母没有利用完全的还原糖，而且还含有不少糖化过程残留的大量残余总糖，甚至还含有大量酒精酵母生长所必需的营养物质。目前几乎所有的发酵行业对酒精只是简单的进行了沼气生产或转化为廉价的肥料，甚至还直接排放，造成了资源的极大浪费，处理不好还会对环境造成极大的污染1。 本项目采用滤液后回用的方法，具体工艺如下：酒糟废液 离心分离 滤渣 挤压脱水 干燥 干酒糟 酒糟废液此方法需要设备少、能耗低、投资少、上马快。干酒糟是有机肥料的原料，可以直接出售，酒糟滤液回收利用，作冷却用水或供锅炉烧水用。这样基本做到消除酒糟对环境的污染，又可为社会提供有价值的副产品。9.4. 酒精酵母的利用酒精发酵成熟醪中，含有许多酵母菌。一般每立方米发酵成熟醪中约有12-18 kg含水量为75%左右的酒精酵母。酵母的用途较多，可制备面包酵母、药用酵母、饲料酵母、提取维生素和核糖核酸等。因此回收利用发酵过程中生成的酵母菌是减少环境污染，提高经济效益的有效途径之一1。本项目采用回收酵母的具体工艺如下：发酵成熟醪 酵母离心分离机 酵母多次洗涤 压滤