【正文】 年產(chǎn)2700噸酒精工廠的初步設(shè)計(jì)畢業(yè)論文1 總論1．1設(shè)計(jì)的目的和意義 （1）通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固加深所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使之系統(tǒng)化、綜合化。（2）在畢業(yè)設(shè)計(jì)中著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、鼓勵(lì)思考并運(yùn)用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力，結(jié)合課題的需要更應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)的能力。（3）通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生計(jì)算、繪圖、編輯設(shè)計(jì)文件、使用規(guī)范手冊(cè)等最基本的工作實(shí)際能力的培養(yǎng)。（4）通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生樹(shù)立起具有符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確的設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)；樹(shù)立起嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索并具有創(chuàng)新意識(shí)與他人合作的工作作風(fēng)、酒精工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)原料產(chǎn)業(yè)。它廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、日用化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域，是酒基、浸提劑、洗滌劑、溶劑、表面活性劑。目前不少?lài)?guó)家都在考慮將酒精作為新能源以應(yīng)付“石油危機(jī)”和“能源危機(jī)”，用酒精部分或全部代替汽油作為汽車(chē)燃料，不僅可節(jié)約大量的石油，而且可以減少二氧化碳的排放量，緩和溫室效應(yīng)，所以酒精生產(chǎn)有廣大的供求市場(chǎng)。1．2設(shè)計(jì)依據(jù)（1）海南大學(xué)理工學(xué)院（生物工程專(zhuān)業(yè)） 《年產(chǎn)2700噸酒精工廠的初步設(shè)計(jì)》任務(wù)書(shū)（2）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料：產(chǎn)品名稱(chēng)：無(wú)水酒精（優(yōu)級(jí)純）工廠廠址：海口近郊生產(chǎn)原料：廢糖蜜（海南各地糖廠的副產(chǎn)物）生產(chǎn)天數(shù)“全年生產(chǎn)260天（全天候）當(dāng)?shù)貧夂驐l件（來(lái)自海南氣象臺(tái)資料）：溫度 極端高溫39℃ 最低溫度6℃ ℃濕度 最高濕度92% 平均濕度85%水溫 河水（1米） 最高30℃ 最低10℃ 自來(lái)（飲用）水 最高30℃ 最低10℃ 深井水 平均18℃風(fēng)頻率 年平均風(fēng)速：降水量 年平均：1691ml/a風(fēng)向 東北風(fēng)和東風(fēng)1．3指導(dǎo)思想 以設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為基礎(chǔ)，以最新科研成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，通過(guò)文獻(xiàn)檢索、收集資料，調(diào)查研究，綜合分析；貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)先進(jìn)，降低工程造價(jià)等思想，從節(jié)約能源和降低原料消耗，創(chuàng)較高經(jīng)濟(jì)效益等角度出發(fā)，以“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理、安全環(huán)?！睘樵瓌t，同時(shí)注重“三廢”治理和綜合利用副產(chǎn)物，充分重視環(huán)保防污。盡量采用本地原料、定型設(shè)備，各種設(shè)計(jì)方案綜合比較，取長(zhǎng)補(bǔ)短，制定一個(gè)高產(chǎn)節(jié)能的設(shè)計(jì)方案，高效生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)酒精。1．4設(shè)計(jì)范圍（1）原料的選擇及進(jìn)行生產(chǎn)的方法（2）生產(chǎn)工藝流程與工藝條件的確定與論證（3）工藝計(jì)算（4）車(chē)間生產(chǎn)設(shè)備的選型計(jì)算 (5）書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（6）繪制工藝流程圖 帶控制點(diǎn)生產(chǎn)工藝流程圖；主要設(shè)備裝配圖；車(chē)間平面布置圖；全廠總貌平面布置圖等。（7）設(shè)計(jì)重點(diǎn)：蒸餾工藝流程設(shè)計(jì)；蒸餾塔、精餾塔設(shè)計(jì)選型（8）技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)分析1．5生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（1）生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)工業(yè)無(wú)水酒精2700噸，年工作日：全年生產(chǎn)260天（全天候）；其余時(shí)間為副產(chǎn)品加工、設(shè)備維修檢修、員工技能培訓(xùn)等。主產(chǎn)品：無(wú)水酒精 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 6782002》優(yōu)級(jí)純。副產(chǎn)品：雜醇油（2）產(chǎn)品執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表11 產(chǎn)品酒精質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《GB/T6782002》檢 測(cè) 項(xiàng) 目單 位標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 值優(yōu)級(jí)純（G．R）分析純（A．R）化學(xué)純（C．P）乙醇（CH3CH2OH）%≥≥≥密度（20℃）g/ml~與水混合試驗(yàn)合 格蒸發(fā)殘?jiān)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)%≤≤≤水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%≤≤≤酸度（以H+計(jì)）mmol/100g≤≤≤堿度（以O(shè)H計(jì)）mmol/100g≤≤≤甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（CH3OH）%≤≤≤異丙醇[（CH3）2CHOH]的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%≤≤≤鐵（Fe）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%≤——鋅（Zn）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%≤——還原高錳酸鉀物質(zhì)（以O(shè)計(jì)）%≤≤≤易炭化物質(zhì)合 格（3）生產(chǎn)車(chē)間組織與 管理 本車(chē)間實(shí)行車(chē)間、工段、班組三級(jí)組織與管理（4）工作制度 酒精廠日工作時(shí)間為24小時(shí)，每日三班，每班8小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)。2 生產(chǎn)工藝流程選擇和論證2．1酒精生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)（見(jiàn)下圖）糖蜜酒精生產(chǎn)主要經(jīng)過(guò)稀糖液制備、酒母制備、稀糖液發(fā)酵和酒精蒸餾四個(gè)工序。 原種 擴(kuò) 硫酸 培營(yíng)養(yǎng)鹽 酒母 CO2原糖蜜 稀糖液 稀糖液發(fā)酵 酒精蒸餾 無(wú)水酒精 水 原糖蜜經(jīng)泵送至高位槽，再經(jīng)計(jì)量秤稱(chēng)重后輸入酸化罐。在酸化罐加入定量的水、硫酸、營(yíng)養(yǎng)鹽等輔料進(jìn)行處理，處理后用雙濃度法稀釋?zhuān)√且簼舛?4~18186。BX是用來(lái)培養(yǎng)酵母；濃糖液濃度32~40186。Bx是用來(lái)發(fā)酵。兩種溶液流進(jìn)主發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵得到成熟醪（酒精濃度10%以上） 成熟醪經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至72℃左右從醪塔頂加入，經(jīng)過(guò)醪塔粗餾后酒汽從塔頂出來(lái)，從排醛塔13層左右進(jìn)入，排醛塔底進(jìn)入精餾塔的脫醛酒，脫醛液進(jìn)入精餾塔，塔頂排出來(lái)的酒精汽（96%），再經(jīng)預(yù)熱器加熱到200~250℃后進(jìn)入分子篩塔進(jìn)行脫水，出分子篩得到產(chǎn)品無(wú)水酒精。2．2糖蜜發(fā)酵的依據(jù)和機(jī)理（1）糖蜜酒精生產(chǎn)特點(diǎn)① 糖蜜原料中的糖分以可發(fā)酵糖為主，發(fā)酵速度快，糖蜜中糖分以蔗糖為主，甘蔗糖蜜除蔗糖外還有大量轉(zhuǎn)化糖，只需稀釋?zhuān)瑹o(wú)需糖化即可被酵母利用，發(fā)酵速度快。不論是甘蔗糖蜜還是甜菜糖蜜中糖類(lèi)大多數(shù)為可發(fā)酵性糖，經(jīng)過(guò)稀釋同時(shí)添加部分營(yíng)養(yǎng)鹽，就可用酵母將它們發(fā)酵生成酒精，發(fā)酵周期短，一般只有36h。② 糖蜜含糖高、灰分多、黏度高 糖蜜含糖高、膠體多、灰分大、黏度高。糖蜜需加水稀釋降低糖度和黏度，加酸調(diào)整pH，并要選用耐高滲透壓的酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵。為了維持正常的酵母生長(zhǎng)和發(fā)酵速率，在酒母培養(yǎng)和酒精發(fā)酵時(shí)要適當(dāng)通風(fēng)。③生產(chǎn)工藝與設(shè)備簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化酒精發(fā)酵 與淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精比較，可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，只需加水稀釋?zhuān)铀崴峄幚砑纯捎糜诰颇概囵B(yǎng)和發(fā)酵，工藝流程與操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。④發(fā)酵生成酯、醛、頭級(jí)雜質(zhì)和雜醇油多 糖蜜酒精發(fā)酵生成的酯、醛、頭級(jí)雜質(zhì)和雜醇油較多。糖蜜酒精蒸餾一般需增加一個(gè)脫醛塔以排除乙醛，要加強(qiáng)雜醇油分離操作（提油）。成品酒精中易超標(biāo)的指標(biāo)主要是醛、氧化實(shí)驗(yàn)、硫酸試驗(yàn)和雜醇油等。（2）糖蜜酒精生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)糖蜜酒精發(fā)酵工藝相對(duì)低簡(jiǎn)單，成本低。糖蜜主要成分為可發(fā)酵糖，無(wú)需蒸煮、糖化過(guò)程，原料只要稀釋、酸化、接種、發(fā)酵和蒸餾過(guò)程。其主要優(yōu)點(diǎn)是：①來(lái)源豐富②生產(chǎn)工藝、設(shè)備較淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精相對(duì)簡(jiǎn)單 糖蜜酒精無(wú)須粉碎、蒸煮、制曲和糖化過(guò)程和相應(yīng)設(shè)備，能耗低，并且原料價(jià)格低，生產(chǎn)成本低。③生產(chǎn)易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化 糖蜜酒精廠基本上采用了雙流加連續(xù)發(fā)酵工藝。（3）糖蜜酒精生產(chǎn)缺點(diǎn)①濃度高、灰分大、膠體多②發(fā)酵生成酯、醛等頭級(jí)雜質(zhì)多、雜醇油多，蒸餾廢液難處理 （1）能在高滲透壓的糖液中具有較強(qiáng)的增殖能力，生產(chǎn)速度快。 （2）發(fā)酵能力強(qiáng)，發(fā)酵迅速而且完全、殘?zhí)巧伲凭a(chǎn)率高。 （3）耐酸能力強(qiáng)，在酸度較高的糖液中仍能增殖快。細(xì)菌耐酸性差，提高酵母的耐酸性，使之能在酸性環(huán)境下生產(chǎn)、繁殖，對(duì)提高酒精發(fā)酵的抗污染能力具有重要意義。 （4）耐高溫能力強(qiáng)。 （5）抵抗代謝產(chǎn)物反饋抑制作用能力強(qiáng)，能在高濃度酒精時(shí)繼續(xù)對(duì)糖進(jìn)一步發(fā)酵?？商岣呱a(chǎn)率和設(shè)備利用率。 （6）營(yíng)養(yǎng)要求低，抵抗重金屬的毒害作用強(qiáng)。 （7）發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的泡沫少。選育產(chǎn)泡沫少的菌種，可以進(jìn)一步提高發(fā)酵設(shè)備裝料系數(shù)和設(shè)備利用率。 （8）性能穩(wěn)定，不易變異。糖蜜酒精發(fā)酵過(guò)程中，酵母細(xì)胞中參與酒精發(fā)酵的酶有十多種。 主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)為水解酶，另一類(lèi)是糖酒精轉(zhuǎn)化酶。酵母活細(xì)胞中水解酶首先將糖蜜醪中的蔗糖水解生成一分子葡萄糖和一分子果糖，然后再由酵母活細(xì)胞中的酒化酶進(jìn)行發(fā)酵，酒化酶是參與酒精發(fā)酵的各種酶和輔酶的總稱(chēng)。這類(lèi)酶主要包括己糖激酶、氧化還原酶、烯醇化酶、脫羧酶和異構(gòu)酶、變位酶等。這類(lèi)酶都是胞內(nèi)酶。在這些酶的順序作用下，糖分被逐步轉(zhuǎn)化為酒精。所謂發(fā)酵，是指微生物細(xì)胞，在無(wú)氧條件下，進(jìn)行無(wú)氧呼吸，將吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)酶的作用，進(jìn)行一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，把復(fù)雜的有機(jī)物分解為比較簡(jiǎn)單的生化中間產(chǎn)物，同時(shí)放出一定能量的過(guò)程，就叫做發(fā)酵?；蛘吆?jiǎn)單地說(shuō)，就是在無(wú)氧條件下，微生物將復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的產(chǎn)物的過(guò)程，就叫做發(fā)酵。所謂酒精發(fā)酵，就是指發(fā)酵酵中的糖類(lèi)物質(zhì)，在無(wú)氧條件下，受酵母細(xì)胞中酒化酶的作用，產(chǎn)生酒精的全過(guò)程。酒精的發(fā)酵過(guò)程中，酵母菌的發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，進(jìn)行著無(wú)氧呼吸，發(fā)生著復(fù)雜的生化反應(yīng)。從整個(gè)發(fā)酵工藝來(lái)講，既有發(fā)酵醪中的淀粉、糊精繼續(xù)被糖化酶作用，水解生成糖類(lèi)物質(zhì)的反應(yīng)，同時(shí)又有發(fā)酵醪中的蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下，水解生成小分子的蛋白胨、肽和各種氨基酸的反應(yīng)，這些水解產(chǎn)物一部分被酵母細(xì)胞吸收合成菌體，另一部分則發(fā)酵生成了酒精和二氧化碳，還要產(chǎn)生副產(chǎn)物雜醇油、甘油等。糖蜜酒精發(fā)酵過(guò)程是不需氧的生物化學(xué)氧化過(guò)程，其生物氧化自成體系，反應(yīng)過(guò)程中生成還原態(tài)的NAD2H，用于乙醛的還原，而其自身被氧化恢復(fù)成氧化態(tài)的NAD。輔酶上的氧化還原過(guò)程，即酒精發(fā)酵氫的傳遞過(guò)程。所以酵母進(jìn)行糖蜜酒精發(fā)酵時(shí)宜在密閉的發(fā)酵罐中進(jìn)行。酵母進(jìn)行糖蜜酒精發(fā)酵時(shí)，在有氧的情況下，由于進(jìn)行了呼吸作用，而酒精產(chǎn)量大大降低，糖的消耗速度在單位時(shí)間內(nèi)也減慢。有氧情況下，為什么糖蜜酒精發(fā)酵的發(fā)酵率反而減低？從酒精發(fā)酵反應(yīng)式可總結(jié)如下：C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2C2H5OH+2ATP+2CO2↑在酒精發(fā)酵過(guò)程中，在無(wú)氧情況下，一分子葡萄糖經(jīng)酵母酒化酶系的催化作用最終生成二分子的乙醇，二分子ATP，二分子二氧化碳，同時(shí)在酒精發(fā)酵中進(jìn)行底物水平磷酸化，每發(fā)酵一分子葡萄糖產(chǎn)生3分子ATP，同時(shí)需要用去2分子ADP和2分子磷酸： 2ADP+2Pi→2ATP在有氧的情況下，進(jìn)行電子傳遞磷酸化，每消耗一分子葡萄糖，則產(chǎn)生38個(gè)ATP，因此也需要38個(gè)分子的ADP和Pi：38ADP+38 Pi→38ATP在酵母細(xì)胞內(nèi)，ADP和Pi量是有限的，由于發(fā)酵的高速度進(jìn)行，ADP和Pi已經(jīng)被充分利用了，當(dāng)有氧的情況下進(jìn)行了電子傳遞磷酸化，生成大量的ATP，因而消耗了大量的ADP和Pi，而用來(lái)進(jìn)行發(fā)酵的底物磷酸化就會(huì)感到不足，從而降低了發(fā)酵速度，因此在有氧的情況下，糖蜜酒精發(fā)酵的效應(yīng)反而降低。由此可見(jiàn)，糖蜜酒精發(fā)酵宜在密閉的發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行。 酵母進(jìn)入糖化醪后，糖分被酵母細(xì)胞吸收滲入細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過(guò)酵母細(xì)胞內(nèi)糖酒轉(zhuǎn)化酶系統(tǒng)的作用，最終生成酒精、CO2和能量，其中一部分能量被酵母細(xì)胞用作新陳代謝的能源，余下的部分能量和酒精及CO2一起，通過(guò)細(xì)胞膜排出細(xì)胞外。酵母菌就是以這種方式進(jìn)行糖的酒精發(fā)酵的。酵母酒精發(fā)酵的4個(gè)階段：①葡萄糖磷酸化和異構(gòu)化，然后裂解為能轉(zhuǎn)化的兩種磷酸丙糖（甘油醛3P和磷酸二羥丙酮）。②磷酸丙糖中的甘油醛3P的醛基經(jīng)NAD+氧化成羧基，伴隨著Pi的攝取，此反應(yīng)形成甘油酸1，32P，其能量足以轉(zhuǎn)移Pi到ADP上形成ATP。③Pi從甘油酸的3位轉(zhuǎn)移到2位，然后脫水形成磷酸烯醇式丙酮酸，它提供足夠能量以轉(zhuǎn)移Pi到ADP上。④丙酮酸脫羧形成乙醛，乙醛為氫受體，其羰基氧化甘油醛3P脫氫所生成的NADH（H+），從而再生NAD+，乙醛生成乙醇。酵母酒精發(fā)酵全過(guò)程的12步反應(yīng)：（1）發(fā)酵醪中的葡萄糖，被酵母吸收后，在ATP與己糖激酶的催化下，將葡萄糖變?yōu)?—磷酸葡萄糖。Mg2+作激活劑。（2）轉(zhuǎn)化為6—磷酸葡萄糖后，再經(jīng)酵母細(xì)胞中磷酸己糖異構(gòu)酶催化下，生成6磷酸果糖。（3）6—磷酸果糖在磷酸果糖激酶的催化下，降解成為1，6—二磷酸果糖。（4）1，6—二磷酸果糖在醛縮酶的作用下，生成磷酸二羥丙酮和3—磷酸甘油醛。（5）此時(shí)的磷酸二羥丙酮，在磷酸丙糖異構(gòu)酶催化下，又生成3—磷酸甘油醛。（6）3—磷酸甘油醛在3—磷酸甘油醛脫氫酶的催化下，生成1，3—二磷酸甘油酸。（7）1，3—二磷酸甘油酸在磷酸甘油激酶的催化下，生成3—磷酸甘油酸。（8）3—磷酸甘油酸在磷酸甘油酸變位酶催化下、生成2—磷酸甘油酸。（9）2—磷酸甘油酸在烯醇化酶催化下，生成2—磷酸烯醇式丙酮酸。（10）2—磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下、生成烯醇式丙醇酸，由于烯醇式丙酮酸很不穩(wěn)定，立即就會(huì)生成丙酮酸。（11）丙酮酸在丙酮酸脫氫酶催化下生成乙醛。（12）乙醛在乙醇脫氫酶的作用下就生成了酒精。一方面要注意調(diào)整酵母的外界環(huán)境條件，使外因適于酵母內(nèi)在規(guī)律要求，另一方面馴養(yǎng)和選育耐高滲透壓和耐高溫的優(yōu)良酵母菌種，以適于糖蜜酒精發(fā)酵。 調(diào)整酵母外界環(huán)境的滲透壓是提高糖蜜酒精發(fā)酵效率的關(guān)鍵，酵母細(xì)胞內(nèi)酶系催化效率的提高，依賴(lài)于酵母細(xì)胞質(zhì)膜的半滲透作用。所以，糖蜜酒精發(fā)酵要求發(fā)酵醪要有適當(dāng)?shù)臐B透壓，才有利于酵母半透性細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)醪液中C、N源、生長(zhǎng)素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，才能加速細(xì)胞內(nèi)酶系的催化反應(yīng)速度，從而使發(fā)酵率進(jìn)一步提高。為了保證酒母細(xì)胞質(zhì)膜半滲透作用的正常進(jìn)行，對(duì)于糖蜜原料，特別是低純度糖蜜原料，應(yīng)想辦法先除去搪蜜中的焦糖、黑色素、果膠等膠體物質(zhì)；只有適當(dāng)降低糖密濃度和粘度才能調(diào)整至適宜的滲透壓，才能保證酵母細(xì)胞質(zhì)膜半滲透作用的正常進(jìn)行和提高工作效率。 其它工藝條件也能直接影響發(fā)酵效率，如果調(diào)整適宜的發(fā)酵溫度，發(fā)酵效率也明顯提高。2．3糖蜜酒精的發(fā)酵方法