【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 長到 300 萬噸，躍居世界第三位。新中國成立后，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和白酒液態(tài)生產(chǎn)法的推廣，酒精工業(yè)進(jìn)入了嶄新的發(fā)展階段。歷經(jīng) 50 年的發(fā)展，初步形成了企業(yè) 生產(chǎn)、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、設(shè)備制造、綜合利用、環(huán)境保護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)制定、檢驗(yàn)檢測(cè)、成品運(yùn)輸、產(chǎn)品銷售等一個(gè)完整的酒精工業(yè)體系。 2021 年中國政府燃料酒精規(guī)劃的實(shí)施，標(biāo)志著中國酒精產(chǎn)業(yè)上了一個(gè)大臺(tái)階。2021 年中國釀酒工業(yè)協(xié)會(huì)酒精分會(huì)開始創(chuàng)辦專業(yè)刊物《酒精》，體現(xiàn)中國酒精產(chǎn)業(yè)又開始了一個(gè)科研與生產(chǎn)相結(jié)合的新階段。 2021 年吉林大型燃料酒精企業(yè)的投產(chǎn)，說明中國酒精生產(chǎn)能力已接近世界先進(jìn)水平。中國酒精制造業(yè)的主要原料原來以玉米等糧食原料為主， 2021 年以來為保證國家糧食安全，政府開始限制糧食酒精的盲目發(fā)展， 酒精生產(chǎn)原料 “ 非糧化 ” 趨勢(shì)明顯。木薯、甘蔗、甜菜、纖維素等非糧原料在酒精生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，受油價(jià)持續(xù)影響，中國燃料乙醇行業(yè)迎來歷史性機(jī)遇，近年來發(fā)展迅猛。 隨著酒精生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，我國酒精生產(chǎn)的水平已達(dá)到新的高度，水、電、汽的消耗量已接近或達(dá)到了發(fā)達(dá)國家的水平。我國酒精產(chǎn)量已從解放初期的 1 萬噸左右到目前的 500 萬噸左右，生產(chǎn)量已有很大的提高。盡管我國酒精工業(yè)得到很快的發(fā)展，但在生產(chǎn)技術(shù)水平、工藝自動(dòng)控制和勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面與先進(jìn)國家相比還存在一定的差距。國內(nèi)各廠家的生產(chǎn)技術(shù)水平也不一致。因此，還需繼續(xù)開發(fā) 和推廣新技術(shù)，加強(qiáng) “ 三廢 ” 利用和工藝管理，努力實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動(dòng)化，進(jìn)一步東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 2 提高酒精工業(yè)的生產(chǎn)水平。 我國酒精工藝和裝備技術(shù)的發(fā)展 我國酒精生產(chǎn)主要是采用微生物發(fā)酵法和化學(xué)合成法。由于微生物發(fā)酵法生產(chǎn)工藝成熟，能耗低，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求不高，且能就地取材，充分利用本地資源，因此，該法被廣泛采用?；瘜W(xué)合成法主要是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣如乙烯等為原料，經(jīng)化學(xué)合成反應(yīng)而生產(chǎn)酒精。 目前我國酒精工業(yè)發(fā)展迅速，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)已達(dá)到了國際先進(jìn)水平。各地酒精廠積極挖潛，引進(jìn)新的工藝技術(shù)，主動(dòng)與大專院校和科研單位聯(lián)系， 開展工藝和設(shè)備的技術(shù)改造。有些中小型酒精廠為改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，對(duì)車間各個(gè)工序都盡可能采用連續(xù)化生產(chǎn)。以淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的廠家，大多數(shù)采用了風(fēng)選風(fēng)送的原料粉碎新工藝，大大減少了車間的粉塵飛揚(yáng)，改善了勞動(dòng)條件。糖化劑生產(chǎn)技術(shù)已從固體曲生產(chǎn)發(fā)展到液體曲生產(chǎn)。蒸煮糖化采用了一級(jí)或多級(jí)真空冷卻工藝，減少了冷卻時(shí)間，保證了糖化工業(yè)的順利進(jìn)行。近年來，一些工廠已采用雙酶法低溫液化和糖化的新工藝，該工藝?yán)?α—淀粉酶和糖化酶的專一性，反應(yīng)生產(chǎn)的副產(chǎn)物少，有利于酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵。從酒精發(fā)酵的情況來看，目前 已有許多新工藝和新設(shè)備出現(xiàn)，這給酒精發(fā)酵工業(yè)帶來了新的活力。 解決酒精生產(chǎn)問題的對(duì)策 當(dāng)今我國酒精行業(yè)面臨的最大課題是原料、成本和污染等三個(gè)問題。 其一，發(fā)酵酒精原料的根本出路在于利用纖維原料（包括纖維素和半纖維素在內(nèi)）來代替糧食原料。這一工藝在美國已基本解決，但成本還較高，生物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將最終解決這個(gè)問題。將糧食原料酒精生產(chǎn)與酒糟處理結(jié)合起來，使得酒精生產(chǎn)與飼料生產(chǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)飼料糧先釀酒精，酒糟做飼料的戰(zhàn)略目標(biāo)是部分解決酒精生產(chǎn)原料的有效途徑。 其二，降低生產(chǎn)成本可以從節(jié)能、菌種選育、提高酒 精發(fā)酵強(qiáng)度等方面入手。在節(jié)能方面，研究無蒸煮工藝和酒精節(jié)能回收技術(shù)將能量消耗降低 50％或更多是完全可能的，原料粉碎消耗電能也很大，如何降低粉碎電耗也是應(yīng)引起重視的問題。在菌種選育方面，常規(guī)的誘變育種技術(shù)加上遺傳工程技術(shù)，將有可能獲得能直接發(fā)酵生淀粉、纖維素、半纖維素的菌株；纖維素酶高產(chǎn)菌株、耐高溫酵母和其他優(yōu)良東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 3 的酒精發(fā)酵微生物、抗雜菌酒精發(fā)酵菌也將有得到的可能。高發(fā)酵強(qiáng)度酒精發(fā)酵新工藝也將會(huì)有突破性的進(jìn)展，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，發(fā)酵強(qiáng)度已超過 100g/(Lh) ，也就是說比間歇發(fā)酵提高了 50 倍以上，為此，在工業(yè) 生產(chǎn)上爭(zhēng)取達(dá)到 50 g/(Lh)是完全有可能的。 其三，酒糟處理的指導(dǎo)思想應(yīng)該是將酒糟當(dāng)作一個(gè)有用的原料來處理，要將生產(chǎn)燃料、飼料、肥料或其他生物制劑與酒糟的處理結(jié)合起來進(jìn)行或在工藝中消除污染源，最終達(dá)到污染排放。 酒精工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著酒精工業(yè)的不斷發(fā)展，酒精工業(yè)已逐步從傳統(tǒng)工藝的模式中解放出來。廣大工程技術(shù)人員都在努力研究和開發(fā)新工藝、新設(shè)備，選育新的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的菌種。據(jù)有關(guān)報(bào)導(dǎo)，全世界酒精生產(chǎn)所用原料的各種比例為：廢糖蜜占 45％，石油裂解廢氣乙烯占 20％，淀粉質(zhì)原料占 16％，亞硫酸鹽紙漿廢液占 7％，野生植物及其它約占 12％。這些數(shù)據(jù)表明，將來酒精生產(chǎn)原料可能以含有可發(fā)酵性糖的工業(yè)廢棄物為主。 為進(jìn)一步提高酒精生產(chǎn)水平，各國的工程技術(shù)人員都在研究新型的酒精發(fā)酵方法，如現(xiàn)已在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的固定化細(xì)胞酒精發(fā)酵法、耐高溫活性干酵母發(fā)酵法等的新的發(fā)酵工藝。在設(shè)備方面也有不少新型生物反應(yīng)器出現(xiàn)，如單罐連續(xù)攪拌反應(yīng)器、酵母回用連續(xù)攪拌反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、細(xì)胞固定化反應(yīng)器 [1]等。在新原料利用方面，目前主要有亞硫酸鹽紙漿廢液、纖維素和半纖維素、乳清、城市廢纖維垃圾（含廢報(bào)紙和衛(wèi)生紙等），這些原料經(jīng)適當(dāng)處理后 可進(jìn)行酒精生產(chǎn)。隨著乙醇傳感器和微機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，酒精工業(yè)生產(chǎn)水平將有新的突破。 開發(fā)燃料乙醇的意義 化工能源已經(jīng)面臨著枯竭的挑戰(zhàn)，作為現(xiàn)代液體能源支柱的石油在不久的將來也必將消耗殆盡，因此開發(fā)各種替代液體能源已成為當(dāng)務(wù)之急。用燃料乙醇代替汽油用做汽車燃料在全世界范圍內(nèi)掀起了高潮，研究和開發(fā)燃料乙醇具有重要的戰(zhàn)略意義。 乙醇這一傳統(tǒng)產(chǎn)品。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的沉淀之后，自九十年代以來，之所以又重新成為許多國家大力研究和發(fā)展的對(duì)象，究其原因是人們對(duì)乙醇極優(yōu)越的物理、東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 4 化學(xué)特性有了更深入的認(rèn)識(shí)和了解。乙醇已 不單是一種優(yōu)良燃料，它已經(jīng)成為一種優(yōu)良的燃油品質(zhì)改善劑被廣泛使用。目前，許多國家都把無水乙醇在出廠前進(jìn)行變性處理，得到燃料乙醇，它的主要特性可以概括為四個(gè)方面： 第一，乙醇是燃油氧化處理的增氧劑，使汽油增加內(nèi)氧燃燒充分，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的； 第二，乙醇具有極好的抗爆性能，調(diào)和辛烷值一般都在 120 左右，作為汽油的高辛烷值組分，它可有效的提高汽油的抗爆性（辛烷值）； 第三，在新標(biāo)準(zhǔn)汽油中，乙醇還可以經(jīng)濟(jì)有效地降低烯烴、芳烴含量，降低煉油廠的改造費(fèi)用； 第四，乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式，在整個(gè)自然界這個(gè)大系統(tǒng)中 ，乙醇的整個(gè)生產(chǎn)和消費(fèi)過程可形成無污染和潔凈的閉路循環(huán)過程，永恒再生永不枯竭。 乙醇是基本的有機(jī)化工原料之一，自二十世紀(jì)七十年代美國、巴西等國家開始講乙醇用作汽車燃料以來，乙醇燃料的應(yīng)用技術(shù)已趨成熟。車用乙醇汽油是指在不添加含氧化合物的液體烴類中加入一定量的變性燃料乙醇和為改善使用性能的添加劑，用于點(diǎn)燃式燃機(jī)汽車的燃料。它是汽油中加入一定比例的變性燃料乙醇形成的一種新型混合燃料，目前一些國家作為汽車燃料來用。在這種燃料中，乙醇代替了四乙鉛基和 MTBE，既做增氧劑，又是一種能源。同時(shí)，這種燃料可顯著降低汽車尾 氣中的有害物質(zhì)，起到了凈化空氣的功效。生產(chǎn)乙醇的原料（淀粉質(zhì)，糖蜜，纖維質(zhì)）都是生物轉(zhuǎn)化的太陽能，是一種用之不竭的可再生能源。使用燃料乙醇可以達(dá)到節(jié)約石油、凈化空氣和轉(zhuǎn)化過剩的糧食等一舉多得之功效。為人類省會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條簡(jiǎn)單而有效的途徑。 乙醇汽油的發(fā)展可以帶動(dòng)乙醇生產(chǎn)、儲(chǔ)存、流通、加工汽車零部件生產(chǎn)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如：可利用乙醇生產(chǎn)基地和設(shè)備制造乙醇汽油；為使汽車適應(yīng)乙醇汽油，一些汽車零部件廠家可是研究生產(chǎn)乙醇汽油專用的發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱等配件。推廣使用乙醇汽油被譽(yù)為是一項(xiàng)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著 重要戰(zhàn)略意義的利國利民之舉。 燃料乙醇在國外發(fā)展的情況 美國是世界上燃料乙醇的主要生產(chǎn)國之一，早在二十世紀(jì)三十年代，美國就已開展了燃料乙醇的研究及應(yīng)用工作。七十年代的世界石油危機(jī)和 1990 年美國國會(huì)通過空氣清凈法（修正案）后，是美國燃料乙醇兩個(gè)主要發(fā)展時(shí)期。目前，美國新東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 5 配方汽油的消耗量約占全美汽油總消耗量的三分之，其中 約有 8％的新配方汽油使用無水乙醇添加劑。 2021 年統(tǒng)計(jì)：美國的 20 個(gè)州有 49 個(gè)公司建有 62 個(gè)工廠生產(chǎn)燃料乙醇，大部分生產(chǎn)工廠是在美國的中北部地區(qū)，西部有 7 個(gè)工廠。美國最重要的股利政策包 括部分免除汽油春聯(lián)邦發(fā)動(dòng)機(jī)燃油特許權(quán)稅和乙醇用作車輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃料所得稅抵免兩種，兩種鼓勵(lì)政策名義上 都相對(duì)于每升乙醇補(bǔ)貼 美分。 美國使用玉米為原料的燃料乙醇生產(chǎn)工藝技術(shù)較為先進(jìn)，即玉米加工、液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水、變性和副產(chǎn)品生產(chǎn)等工序。美國燃料乙醇的生產(chǎn)和使用，給國家經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、貿(mào)易、人民生活等多方面帶來了極大的益處。 巴西燃料乙醇的應(yīng)用始于二十世紀(jì)初，到 1930 年乙醇 —汽油混合燃料的使用就達(dá)到一定的規(guī)模。二十世紀(jì)七十年代，為防止國內(nèi)能源的消耗，盡快利用國內(nèi)資源代替石油進(jìn)口，保持經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展，巴西政府設(shè)立了 ProAlcool 計(jì)劃（用生物質(zhì)原料制備乙醇代替汽油）和 ProOleo 計(jì)劃（用植物油代替柴油）。出于多種原因，甘蔗幾乎成為巴西燃料乙醇的唯一生產(chǎn)原料。在巴西，燃料乙醇主要以兩種方式應(yīng)用： （ 1） 作為汽油的辛烷值增加劑，混合比例為 22％； （ 2） 作為純?nèi)剂鲜褂茫ê?4％）。 目前巴西年產(chǎn)乙醇 1000 萬噸左右， 97％用于燃料。巴西是世界上唯一不供應(yīng)純汽油的國家，它的主要燃料為四種：純乙醇（含水乙醇）、乙醇汽油（ 22％乙醇+78％汽油）、 MEG 燃料（ 60％乙醇 +33％甲醇 +7％汽油）和柴油。 現(xiàn)在，巴西年產(chǎn)乙醇約 130 億 L，約 300 萬輛汽車使用純乙醇燃料， 1200 萬輛汽車使用 22％乙醇混合燃料。 巴西實(shí)施燃料乙醇計(jì)劃有三大收益： 一是形成了獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)能源運(yùn)行系統(tǒng)； 二是刺激了農(nóng)業(yè)、乙醇相關(guān)行業(yè)大發(fā)展，收效 270 億美元，并增加就業(yè)人數(shù) 倍； 三是大氣和生態(tài)環(huán)境顯著改善， CO2含量降低 50％。 現(xiàn)在歐共體中，法國、西班牙和瑞典已生成和使用乙醇 —汽油混合燃料。其他成員國如荷蘭、英國、德國、奧地利等國家的農(nóng)業(yè)部也已向政府提出規(guī)劃，要求發(fā)展燃料乙醇工業(yè)。目前，其乙醇 —汽油混合燃料的使用量大約在 億 L以上。 1992年歐共體通過法律，統(tǒng)一各種礦物油的消費(fèi)稅，對(duì)于可再生資源為原料生產(chǎn)燃料的試驗(yàn)性項(xiàng)目，成員國可采取免稅政策，包括燃料乙醇都有稅收優(yōu)惠。由于燃料乙醇生產(chǎn)較汽油成本高，稅收優(yōu)惠的原則是將乙醇汽油價(jià)格調(diào)到與汽油相當(dāng)?shù)乃健? 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 6 第 2 章 設(shè)計(jì)概論 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 樹立正確的設(shè)計(jì)思想，在技術(shù)上采用先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和成熟的科技成果，選擇先進(jìn)可靠、安全適用的工藝流程和工藝條件及生產(chǎn)設(shè)備；技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，生產(chǎn)損耗和能量消耗低，在經(jīng)濟(jì)上具有合理；對(duì)環(huán)境污染程度低，在環(huán)境保護(hù)上具有可行性。對(duì)物料、水、 電、汽進(jìn)行平衡計(jì)算，對(duì)主要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行選型與計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和重點(diǎn)車間平面布置設(shè)計(jì)以及全廠平面布置設(shè)計(jì)，并繪制圖紙。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)熟悉酒精生產(chǎn)過程和解決一些工程技術(shù)問題，培養(yǎng)獨(dú)立查找、分析和使用技術(shù)資料，獨(dú)立編寫設(shè)計(jì)文件，熟練使用 CAD 軟件繪制工藝流程圖和設(shè)備裝配圖的能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目 年產(chǎn) 14 萬噸燃料乙醇廠初步工藝設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)備為發(fā)酵罐。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù) （ 1）選擇并確定工廠廠址、生產(chǎn)工藝流程和工藝條件，確定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)； （ 2）進(jìn)行全廠物料平衡計(jì)算； （ 3）主要生產(chǎn)設(shè)備的選型和 計(jì)算； （ 4）水、電、汽消耗計(jì)算； （ 5）重點(diǎn)設(shè)備 —發(fā)酵罐的工藝、設(shè)計(jì)及討論； （ 6）重點(diǎn)車間平面布置設(shè)計(jì)和全廠平面布置設(shè)計(jì)； （ 7）繪制圖紙，包括液糖化發(fā)酵工藝流程圖一張、蒸餾工藝流程圖一張、全廠平面布置圖一張、重點(diǎn)設(shè)備裝配圖一張。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 （ 1）在技術(shù)上采用先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和成熟的科技成果，使其具有現(xiàn)實(shí)性和先進(jìn)性； 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 7 （ 2）工藝流程、選用設(shè)備、工藝控制和工藝條件先進(jìn)可靠、安全適用； （ 3）生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，生產(chǎn)損耗和能量消耗低，在經(jīng)濟(jì)上具有合理性； （ 4）對(duì)環(huán)境污染程度低，在環(huán)境保護(hù)上 具有可行性； （ 5）設(shè)計(jì)考慮到燃料乙醇廠今后的發(fā)展趨勢(shì)，在建筑和平面布置上及設(shè)備選取上，都留有適當(dāng)?shù)挠嗟?，同時(shí)又不至于造成現(xiàn)有設(shè)備、場(chǎng)地的太大浪費(fèi)； （ 6）設(shè)計(jì)考慮到工人勞動(dòng)條件的改善及勞動(dòng)強(qiáng)度的降低，采用一些新工藝、新設(shè)備，同時(shí)又確保成品質(zhì)量； （ 7）設(shè)計(jì)采用部分自動(dòng)化儀表控制，使本廠在機(jī)械化、自動(dòng)化水平與國外先進(jìn)水平差距縮短了。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的依據(jù) 依據(jù)東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院生物工程專業(yè) 2021 年畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，同時(shí)結(jié)合工廠實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，以及所學(xué)專業(yè)知識(shí)、當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)生活狀況等，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。 廠址選擇原則 廠址選擇一般包含地點(diǎn)和場(chǎng)地選擇這兩個(gè)概念。所謂地點(diǎn)選擇就是所建廠在某地區(qū)內(nèi)的方位（即地理坐標(biāo)）及其所處的自然環(huán)境狀況，進(jìn)行勘測(cè)調(diào)查、對(duì)比分析。所謂場(chǎng)地選擇，就是對(duì)所建廠在