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正文內(nèi)容

年產(chǎn)2700噸無水酒精工廠的初步設(shè)計(編輯修改稿)

2025-08-12 11:40 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 :無水酒精(優(yōu)級純) 工廠廠址:??诮? 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(來自海南氣象臺資料): 溫度 極端高溫 39℃ 最低溫度 6℃ 平均溫度 ℃ 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(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)計任務(wù)書為基礎(chǔ),以最新科研成果和實際經(jīng)驗為依據(jù),通過文獻(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),降低工程造價等思想,從節(jié)約能源和降低原料消耗,創(chuàng)較高經(jīng)濟效益等角度出發(fā), 以“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟合理、安全環(huán)?!睘樵瓌t,同時注重“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)計方案綜合比較,取長補短,制定一個高產(chǎn)節(jié)能的設(shè)計方案,高效生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)酒精。 年產(chǎn) 2700 噸 無水 酒精工廠的初步設(shè)計 3 1. 4 設(shè)計范圍 ( 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)工藝計算 ( 4)車間生產(chǎn)設(shè)備的選型計算 (5)書寫設(shè)計說明書 ( 6)繪制工藝流程圖 帶控制點生產(chǎn)工藝流程圖;主要設(shè)備裝配圖 ;車間平面布置圖;全廠總貌平面布置圖等。 ( 7)設(shè)計重點:蒸餾工藝流程設(shè)計; 蒸餾塔、精餾塔 設(shè)計選型 ( 8)技術(shù)經(jīng)濟效益指標(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)無水酒精 2700 噸,日生產(chǎn) 噸 年工作日:全年生產(chǎn) 260 天(全天候);其余時間為副產(chǎn)品加工、設(shè)備維修檢修、員工技能培訓(xùn)等。 主產(chǎn)品:無水酒精 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《 GB/T 67820xx》優(yōu)級純。 副產(chǎn)品:雜醇油 ( 2)產(chǎn)品執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (見表 11) 表 11 產(chǎn)品酒精質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn) 《 GB/T67820xx》 檢 測 項 目 單 位 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 值 乙醇( CH3CH2OH) % ≥ 密度( 20℃ ) g/ml ~ 與水混合試驗 合 格 蒸發(fā)殘渣的質(zhì)量分?jǐn)?shù) % ≤ 水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) % ≤ 酸度(以 H+計) mmol/100g ≤ 堿度(以 OH計) mmol/100g ≤ 甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)( CH3OH) % ≤ 異丙醇 [( CH3) 2CHOH]的質(zhì)量分?jǐn)?shù) % ≤ 年產(chǎn) 2700 噸 無水 酒精工廠的初步設(shè)計 4 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 計) % ≤ 易 碳 化物質(zhì) 合 格 ( 3)生產(chǎn)車間組織與 管理 本車間實行車間、工段、班組三級組織與管理 ( 4)工作制度 酒精廠日工作時間為 24 小時,每日三班,每班 8 小時連續(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 工藝流程簡圖(見 圖 ) 糖蜜酒精生產(chǎn)主要經(jīng)過稀糖液制備、酒母制備、稀糖液發(fā)酵和酒精蒸餾四個工序。 原種 擴 硫酸 培 營養(yǎng)鹽 酒母 CO? 原糖蜜 稀糖液 稀糖液發(fā)酵 酒精蒸餾 無水酒精 水 圖 流程說明 原糖蜜經(jīng)泵送至高位槽,再經(jīng)計量秤稱重后輸入酸化罐。在酸化罐加入定量的水、 硫酸、營養(yǎng)鹽等輔料進(jìn)行處理,處理后用雙濃度法稀釋,稀糖液濃度 14~18186。BX 是用來培養(yǎng)酵母;濃糖液濃度 32~40186。Bx 是用來發(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)過醪塔粗餾后酒汽從塔 頂出來,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)品無水酒精。 年產(chǎn) 2700 噸 無水 酒精工廠的初步設(shè)計 5 2. 2 糖蜜發(fā)酵的依據(jù) 和機理 糖蜜酒精發(fā) 酵特點 ( 1)糖蜜酒精生產(chǎn)特點 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,無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大多數(shù)為可發(fā)酵性糖,經(jīng)過稀釋同時添加部分營養(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和發(fā)酵速率,在酒 母培養(yǎng)和酒精發(fā)酵時要適當(dāng)通風(fēng)。 ③ 生產(chǎn)工藝與設(shè)備簡單、易實現(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 ,加酸酸化處理 即可用于酒母培養(yǎng)和發(fā)酵,工藝流程與操作簡單,易實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。 ④ 發(fā)酵生成酯、醛、頭級雜質(zhì)和雜醇油多 糖蜜酒精發(fā)酵生成的酯、醛、頭級雜質(zhì)和雜醇油較多。糖蜜酒精蒸餾一般需增加一個脫醛塔以排除乙醛,要加強雜醇油分離操作(提油)。成品酒精中易超標(biāo)的指標(biāo)主要是醛、氧化實驗、硫酸試驗和雜醇油等。 ( 2)糖蜜酒精生產(chǎn) 優(yōu)點 糖蜜酒精發(fā)酵工藝相對低簡單,成本低。糖 蜜主要成分為可發(fā)酵糖,無需蒸煮、糖化過程,原料只要稀釋、酸化、接種、發(fā)酵和蒸餾過程。其主要優(yōu)點是: ①來源豐富 ②生產(chǎn)工藝、設(shè)備較淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精相對簡單 糖蜜酒精無須粉碎、蒸煮、制曲和糖化過程和相應(yīng)設(shè)備,能耗低,并且原料價格低,生產(chǎn)成本低。 ③生產(chǎn)易實現(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。 年產(chǎn) 2700 噸 無水 酒精工廠的初步設(shè)計 6 ( 3)糖蜜酒精生產(chǎn)缺點 ①濃度高、灰分大、膠體多 ②發(fā)酵生成酯、醛等頭級雜質(zhì)多、雜醇油多,蒸餾廢液難處理 糖蜜發(fā)酵對酵母菌種的要求 ( 1)能在高滲透壓的糖液中具有較強的增殖能力,生 產(chǎn)速度快。 ( 2)發(fā)酵能力強,發(fā)酵迅速而且完全、殘?zhí)巧伲凭a(chǎn)率高。 ( 3)耐酸能力強,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。 ( 5)抵抗代謝產(chǎn)物反饋抑制作用能力強,能在高濃度酒精時繼續(xù)對糖進(jìn)一步發(fā)酵??商岣呱a(chǎn)率和設(shè)備利用率。 ( 6) 營養(yǎng)要求低,抵抗重金屬的毒害作用強。 ( 7)發(fā)酵時產(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)酵中酵母的有效酶系 糖蜜酒精發(fā)酵過程中,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:一類為水解酶,另一類是糖 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。這類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。 糖蜜酒精發(fā)酵在密閉發(fā)酵 罐中進(jìn)行的理論依據(jù) 所謂發(fā)酵,是指微生物細(xì)胞,在無氧條件下,進(jìn)行無氧呼吸,將吸收的營養(yǎng)物質(zhì)通過細(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)雜的有機物分解為比較簡單的生化中間產(chǎn)物,同時放出一定能量的過程,就叫做發(fā)酵?;蛘吆唵蔚卣f,就是在無氧條件下,微生物將復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)變年產(chǎn) 2700 噸 無水 酒精工廠的初步設(shè)計 7 為簡單的產(chǎn)物的過程,就叫做發(fā)酵。 所謂酒精發(fā)酵,就是指發(fā)酵酵中的糖類物質(zhì),在無氧條件下,受酵母細(xì)胞中酒化酶的作用,產(chǎn)生酒精的全過程。 酒精的發(fā)酵過程中,酵母菌的發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵,進(jìn)行著無氧呼吸,發(fā)生著復(fù)雜的生化反應(yīng)。從整個發(fā)酵工藝來講, 既有發(fā)酵醪中的淀粉、糊精繼續(xù)被糖化酶作用,水解生成糖類物質(zhì)的反應(yīng),同時又有發(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)酵過程是不需氧的生物化學(xué)氧化過程,其生物氧化自成體系,反應(yīng)過程中生成還原態(tài)的 NADH? ,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程,即酒精發(fā)酵氫的傳遞過程。所以酵母進(jìn)行糖蜜酒精發(fā)酵時宜在密閉的發(fā)酵罐中進(jìn)行。 酵母進(jìn)行糖蜜酒精發(fā)酵時,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+2CO?↑ 在酒精發(fā)酵過程中,在無氧情況下,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 4 分子 ATP,同時需要用去 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 ATP,因此也需要 38 個分子的 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, 而用來進(jìn)行發(fā)酵的底物磷酸化就年產(chǎn) 2700 噸 無水 酒精工廠的初步設(shè)計 8 會感到不足,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,糖蜜酒精發(fā)酵宜在密閉的發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行。 糖蜜酒精發(fā)酵機理 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、 CO?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 CO?一起,通過細(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。 ③ Pi 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)?6— 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。 年產(chǎn) 2700 噸 無水 酒精工廠的初步設(shè)計 9 ( 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。 提高糖蜜酒精發(fā)酵效率的方法
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