【文章內容簡介】 長到 300 萬噸，躍居世界第三位。新中國成立后，隨著國民經濟的發(fā)展和白酒液態(tài)生產法的推廣，酒精工業(yè)進入了嶄新的發(fā)展階段。歷經 50 年的發(fā)展，初步形成了企業(yè) 生產、工程設計、科學研究、人才培養(yǎng)、設備制造、綜合利用、環(huán)境保護、標準制定、檢驗檢測、成品運輸、產品銷售等一個完整的酒精工業(yè)體系。 2021 年中國政府燃料酒精規(guī)劃的實施，標志著中國酒精產業(yè)上了一個大臺階。2021 年中國釀酒工業(yè)協(xié)會酒精分會開始創(chuàng)辦專業(yè)刊物《酒精》，體現中國酒精產業(yè)又開始了一個科研與生產相結合的新階段。 2021 年吉林大型燃料酒精企業(yè)的投產，說明中國酒精生產能力已接近世界先進水平。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， 酒精生產原料 “ 非糧化 ” 趨勢明顯。木薯、甘蔗、甜菜、纖維素等非糧原料在酒精生產中被廣泛應用，受油價持續(xù)影響，中國燃料乙醇行業(yè)迎來歷史性機遇，近年來發(fā)展迅猛。 隨著酒精生產技術的不斷改進，我國酒精生產的水平已達到新的高度，水、電、汽的消耗量已接近或達到了發(fā)達國家的水平。我國酒精產量已從解放初期的 1 萬噸左右到目前的 500 萬噸左右，生產量已有很大的提高。盡管我國酒精工業(yè)得到很快的發(fā)展，但在生產技術水平、工藝自動控制和勞動生產率等方面與先進國家相比還存在一定的差距。國內各廠家的生產技術水平也不一致。因此，還需繼續(xù)開發(fā) 和推廣新技術，加強 “ 三廢 ” 利用和工藝管理，努力實現生產連續(xù)化和自動化，進一步東北電力大學本科畢業(yè)設計說明書 （論文） 2 提高酒精工業(yè)的生產水平。 我國酒精工藝和裝備技術的發(fā)展 我國酒精生產主要是采用微生物發(fā)酵法和化學合成法。由于微生物發(fā)酵法生產工藝成熟，能耗低，對生產設備要求不高，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，經化學合成反應而生產酒精。 目前我國酒精工業(yè)發(fā)展迅速，各項生產指標已達到了國際先進水平。各地酒精廠積極挖潛，引進新的工藝技術，主動與大專院校和科研單位聯(lián)系， 開展工藝和設備的技術改造。有些中小型酒精廠為改善工人的勞動強度，提高生產效率，對車間各個工序都盡可能采用連續(xù)化生產。以淀粉質原料生產酒精的廠家，大多數采用了風選風送的原料粉碎新工藝，大大減少了車間的粉塵飛揚，改善了勞動條件。糖化劑生產技術已從固體曲生產發(fā)展到液體曲生產。蒸煮糖化采用了一級或多級真空冷卻工藝，減少了冷卻時間，保證了糖化工業(yè)的順利進行。近年來，一些工廠已采用雙酶法低溫液化和糖化的新工藝，該工藝利用 α—淀粉酶和糖化酶的專一性，反應生產的副產物少，有利于酵母菌進行酒精發(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備出現，這給酒精發(fā)酵工業(yè)帶來了新的活力。 解決酒精生產問題的對策 當今我國酒精行業(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）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，生物技術的進一步發(fā)展將最終解決這個問題。將糧食原料酒精生產與酒糟處理結合起來，使得酒精生產與飼料生產相結合，實現飼料糧先釀酒精，酒糟做飼料的戰(zhàn)略目標是部分解決酒精生產原料的有效途徑。 其二，降低生產成本可以從節(jié)能、菌種選育、提高酒 精發(fā)酵強度等方面入手。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引起重視的問題。在菌種選育方面，常規(guī)的誘變育種技術加上遺傳工程技術，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；纖維素酶高產菌株、耐高溫酵母和其他優(yōu)良東北電力大學本科畢業(yè)設計說明書 （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)酵強度酒精發(fā)酵新工藝也將會有突破性的進展，現在實驗室結果，發(fā)酵強度已超過 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) 生產上爭取達到 50 g/(Lh)是完全有可能的。 其三，酒糟處理的指導思想應該是將酒糟當作一個有用的原料來處理，要將生產燃料、飼料、肥料或其他生物制劑與酒糟的處理結合起來進行或在工藝中消除污染源，最終達到污染排放。 酒精工業(yè)的發(fā)展趨勢 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。廣大工程技術人員都在努力研究和開發(fā)新工藝、新設備，選育新的高產穩(wěn)產的菌種。據有關報導，全世界酒精生產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％。這些數據表明，將來酒精生產原料可能以含有可發(fā)酵性糖的工業(yè)廢棄物為主。 為進一步提高酒精生產水平，各國的工程技術人員都在研究新型的酒精發(fā)酵方法，如現已在工業(yè)生產上應用的固定化細胞酒精發(fā)酵法、耐高溫活性干酵母發(fā)酵法等的新的發(fā)酵工藝。在設備方面也有不少新型生物反應器出現，如單罐連續(xù)攪拌反應器、酵母回用連續(xù)攪拌反應器、塔式反應器、細胞固定化反應器 [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（含廢報紙和衛(wèi)生紙等），這些原料經適當處理后 可進行酒精生產。隨著乙醇傳感器和微機控制系統(tǒng)的應用，酒精工業(yè)生產水平將有新的突破。 開發(fā)燃料乙醇的意義 化工能源已經面臨著枯竭的挑戰(zhàn)，作為現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務之急。用燃料乙醇代替汽油用做汽車燃料在全世界范圍內掀起了高潮，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)產品。經過半個多世紀的沉淀之后，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)展的對象，究其原因是人們對乙醇極優(yōu)越的物理、東北電力大學本科畢業(yè)設計說明書 （論文） 4 化學特性有了更深入的認識和了解。乙醇已 不單是一種優(yōu)良燃料，它已經成為一種優(yōu)良的燃油品質改善劑被廣泛使用。目前，許多國家都把無水乙醇在出廠前進行變性處理，得到燃料乙醇，它的主要特性可以概括為四個方面： 第一，乙醇是燃油氧化處理的增氧劑，使汽油增加內氧燃燒充分，達到節(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，在新標準汽油中，乙醇還可以經濟有效地降低烯烴、芳烴含量，降低煉油廠的改造費用； 第四，乙醇是太陽能的一種表現形式，在整個自然界這個大系統(tǒng)中 ，乙醇的整個生產和消費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。 乙醇是基本的有機化工原料之一，自二十世紀七十年代美國、巴西等國家開始講乙醇用作汽車燃料以來，乙醇燃料的應用技術已趨成熟。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，用于點燃式燃機汽車的燃料。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，這種燃料可顯著降低汽車尾 氣中的有害物質，起到了凈化空氣的功效。生產乙醇的原料（淀粉質，糖蜜，纖維質）都是生物轉化的太陽能，是一種用之不竭的可再生能源。使用燃料乙醇可以達到節(jié)約石油、凈化空氣和轉化過剩的糧食等一舉多得之功效。為人類省會的可持續(xù)發(fā)展提供了一條簡單而有效的途徑。 乙醇汽油的發(fā)展可以帶動乙醇生產、儲存、流通、加工汽車零部件生產等相關產業(yè)的發(fā)展。例如：可利用乙醇生產基地和設備制造乙醇汽油；為使汽車適應乙醇汽油，一些汽車零部件廠家可是研究生產乙醇汽油專用的發(fā)動機、油箱等配件。推廣使用乙醇汽油被譽為是一項對國民經濟和社會發(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國之一，早在二十世紀三十年代，美國就已開展了燃料乙醇的研究及應用工作。七十年代的世界石油危機和 1990 年美國國會通過空氣清凈法（修正案）后，是美國燃料乙醇兩個主要發(fā)展時期。目前，美國新東北電力大學本科畢業(yè)設計說明書 （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：美國的 20 個州有 49 個公司建有 62 個工廠生產燃料乙醇，大部分生產工廠是在美國的中北部地區(qū)，西部有 7 個工廠。美國最重要的股利政策包 括部分免除汽油春聯(lián)邦發(fā)動機燃油特許權稅和乙醇用作車輛發(fā)動機燃料所得稅抵免兩種，兩種鼓勵政策名義上 都相對于每升乙醇補貼 美分。 美國使用玉米為原料的燃料乙醇生產工藝技術較為先進，即玉米加工、液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水、變性和副產品生產等工序。美國燃料乙醇的生產和使用，給國家經濟、農業(yè)生產、貿易、人民生活等多方面帶來了極大的益處。 巴西燃料乙醇的應用始于二十世紀初，到 1930 年乙醇 —汽油混合燃料的使用就達到一定的規(guī)模。二十世紀七十年代，為防止國內能源的消耗，盡快利用國內資源代替石油進口，保持經濟的發(fā) 展，巴西政府設立了 ProAlcool 計劃（用生物質原料制備乙醇代替汽油）和 ProOleo 計劃（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原料。在巴西，燃料乙醇主要以兩種方式應用： （ 1） 作為汽油的辛烷值增加劑，混合比例為 22％； （ 2） 作為純燃料使用（含水 4％）。 目前巴西年產乙醇 1000 萬噸左右， 97％用于燃料。巴西是世界上唯一不供應純汽油的國家，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。 現在，巴西年產乙醇約 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。 巴西實施燃料乙醇計劃有三大收益： 一是形成了獨立的經濟能源運行系統(tǒng)； 二是刺激了農業(yè)、乙醇相關行業(yè)大發(fā)展，收效 270 億美元，并增加就業(yè)人數 倍； 三是大氣和生態(tài)環(huán)境顯著改善， CO2含量降低 50％。 現在歐共體中，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稅，對于可再生資源為原料生產燃料的試驗性項目，成員國可采取免稅政策，包括燃料乙醇都有稅收優(yōu)惠。由于燃料乙醇生產較汽油成本高，稅收優(yōu)惠的原則是將乙醇汽油價格調到與汽油相當的水平。 東北電力大學本科畢業(yè)設計說明書 （論文） 6 第 2 章 設計概論 畢業(yè)設計的目的 樹立正確的設計思想，在技術上采用先進的生產經驗和成熟的科技成果，選擇先進可靠、安全適用的工藝流程和工藝條件及生產設備；技術經濟指標先進，生產損耗和能量消耗低，在經濟上具有合理；對環(huán)境污染程度低，在環(huán)境保護上具有可行性。對物料、水、 電、汽進行平衡計算，對主要生產設備進行選型與計算，同時進行重點設備的設計和重點車間平面布置設計以及全廠平面布置設計，并繪制圖紙。通過畢業(yè)設計熟悉酒精生產過程和解決一些工程技術問題，培養(yǎng)獨立查找、分析和使用技術資料，獨立編寫設計文件，熟練使用 CAD 軟件繪制工藝流程圖和設備裝配圖的能力。 畢業(yè)設計的題目 年產 14 萬噸燃料乙醇廠初步工藝設計，重點設備為發(fā)酵罐。 畢業(yè)設計的任務 （ 1）選擇并確定工廠廠址、生產工藝流程和工藝條件，確定技術經濟指標； （ 2）進行全廠物料平衡計算； （ 3）主要生產設備的選型和 計算； （ 4）水、電、汽消耗計算； （ 5）重點設備 —發(fā)酵罐的工藝、設計及討論； （ 6）重點車間平面布置設計和全廠平面布置設計； （ 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、重點設備裝配圖一張。 畢業(yè)設計的指導思想 （ 1）在技術上采用先進的生產經驗和成熟的科技成果，使其具有現實性和先進性； 東北電力大學本科畢業(yè)設計說明書 （論文） 7 （ 2）工藝流程、選用設備、工藝控制和工藝條件先進可靠、安全適用； （ 3）生產技術經濟指標先進，生產損耗和能量消耗低，在經濟上具有合理性； （ 4）對環(huán)境污染程度低，在環(huán)境保護上 具有可行性； （ 5）設計考慮到燃料乙醇廠今后的發(fā)展趨勢，在建筑和平面布置上及設備選取上，都留有適當的余地，同時又不至于造成現有設備、場地的太大浪費； （ 6）設計考慮到工人勞動條件的改善及勞動強度的降低，采用一些新工藝、新設備，同時又確保成品質量； （ 7）設計采用部分自動化儀表控制，使本廠在機械化、自動化水平與國外先進水平差距縮短了。 畢業(yè)設計的依據 依據東北電力大學化學工程學院生物工程專業(yè) 2021 年畢業(yè)設計任務書，同時結合工廠實習經驗，以及所學專業(yè)知識、當地的經濟條件、生產生活狀況等，進行畢業(yè)設計。 廠址選擇原則 廠址選擇一般包含地點和場地選擇這兩個概念。所謂地點選擇就是所建廠在某地區(qū)內的方位（即地理坐標）及其所處的自然環(huán)境狀況，進行勘測調查、對比分析。所謂場地選擇，就是對所建廠在