【正文】 T/K)。 （ 1） 篩 板塔 篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設備 ,它的主要優(yōu)點有 : ① 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單 ,易于加工 ,造價約為泡罩塔的 60%,為浮閥塔的 80%左右 . ② 處理能力大 ,比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15%. ③ 塔板效率高 ,比泡罩塔高 15%左右 . ④ 壓降較低 ,每板壓力比泡罩塔約低 30%左右 . 篩板塔的缺點是 : ① 塔板安裝的水平度要求較高 ,否則氣液接觸不勻 . ② 操作彈性較小 (約 2～ 3). ③ 小孔篩板容易堵塞 . （ 2） 浮閥塔 在泡罩塔的基礎上發(fā)展起來的 ,它主要的改進是取消了升氣管和泡罩 ,在塔板開孔上 有 浮動的浮閥 ,浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動 ,自行調(diào)節(jié) ,使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值 .這一改進使浮閥塔在操作彈性 ,塔板效率 ,壓降 ,生產(chǎn)能力以及設備造價等方面比泡罩 塔優(yōu)越 .但在處理粘稠度大的物料方面 ,又不及泡罩塔可靠 .浮閥塔廣泛用于精餾 ,吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中 .塔徑從200mm到 6400mm,使用效果均較好 .國外浮閥塔徑 ,大者可達 10m,塔高可達 80m,板數(shù)有的多達數(shù)百塊 . 浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用 ,是因為它具有下列特點 : ① 處理能力大 ,比同塔徑的泡罩塔可增加 20～ 40%,而接近于篩板塔 . ② 操作彈性大 ,一般約為 5～ 9,比篩板 ,泡罩 ,舌形塔板的操作彈性要大得多 . ③ 塔 板效率高 ,比泡罩塔高 15%左右 . ④ 壓強小 ,在常壓塔中每塊板的壓強降一般為 400～ 660N/m2. ⑤ 液面梯度小 . 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設計（重點酒精回收車間） 19 ⑥ 使用周期長 .粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作 . ⑦ 結(jié)構(gòu)簡單 ,安裝容易 ,制造費為泡罩塔板的 60～ 80%,為篩板塔的 120～ 130%. 根據(jù)工藝要求，本設計中選用浮閥塔。 精餾操作對塔設備的要求 精餾所進行的是氣 (汽 ),液兩相之間的傳質(zhì) ,而作為氣 (汽 ),液兩相傳質(zhì)所用的塔設備 ,首先必須要能使氣 (汽 ),液兩相得到充分的接觸 ,以達到較高的傳質(zhì)效率 .但是 ,為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要 ,塔設備還得具備下列各種基本要求 : (1) 氣 (汽 ),液處理量大 ,即生產(chǎn)能力大 時 ,仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶 ,攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象 . (2) 操作穩(wěn)定 ,彈性大 ,即當塔設備的氣 (汽 ),液負荷有較大范圍的變動時 ,仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性 . (3) 流體流動的阻力小 ,即流體流經(jīng)塔設備的壓力降小 ,這將大大節(jié)省動力消耗 ,從而降低操作費用 .對于減壓精餾操作 ,過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度 ,最終破壞物系的操作 . 陜西科技大學畢業(yè)設計說明書 18 (4) 結(jié)構(gòu)簡單 ,材料耗用量小 ,制造和安裝容易 . (5) 耐腐蝕和不易堵塞 ,方便操作 ,調(diào)節(jié)和檢修 . (6) 塔內(nèi)的滯留量要小 . 塔設備的類型 氣 液傳質(zhì)設備主要分為板式塔和填料塔兩大類 .精餾操作既可采用板式塔 ,也可采用填料塔 。 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設計（重點酒精回收車間） 17 圖 4－ 2 精餾塔中物料流動示意圖 精餾操 作分析可知，為實現(xiàn)精餾分離操作，除了具有足夠?qū)訑?shù)塔板的精餾塔以外，還必須從塔頂引人下降液流 (即回流液 )和從塔底產(chǎn)生上升蒸汽流，以建立汽液兩相體系。原料液于中部適宜位置處加入精餾塔，其液相部分也逐板向下流入加熱釜，汽相部分則上升經(jīng)各板至塔頂。頂部冷凝得到的餾出液部分作回流入塔，從塔頂引人后逐板下流，使各板上保持一定液層。 如下圖 4－ 2所示為一精餾塔。 圖 4－ 1， 多次 部分汽化和冷凝的 t x y 理論上多次部分氣化在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分，多次部分冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分，但因產(chǎn)生大量中間組分而使產(chǎn)品量極少，且設備龐大。 利用 txy相圖，可以對精餾原理作具體的分析說明。 車間布置 圖分平面布置圖和立面布置圖，繪圖比例為 1： 10，圖上標出了各主要設備的定位尺寸；圖上標有邊強輪廓線、樓梯、控制室的位置。 （ 4） 較合理的安排廠房的出口，通道和樓梯的位置。 （ 2） 按流程要求，為了減少動力消耗，提高了醛塔的位置，換熱器安裝位置稍高，也節(jié)省了動力消耗。 結(jié)合生產(chǎn)流程圖、車間立面圖、車間平面圖可以看出生產(chǎn)設備與 2生產(chǎn)流程的關系 ，表現(xiàn)出車間的面積與空間、生產(chǎn)管理與操作條件及各工段的聯(lián)系。車間為兩層樓結(jié)構(gòu)，長為 15 米，寬沉 淀 池 調(diào)pH值至中性 兼 氧 好 氧 沙 濾 達 標 回 用 沉 淀 沉 泥 漂 洗 水 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設計（重點酒精回收車間） 15 為 6米， 高為 15米，一層高為 8米，二層高為 7米。因此，下面主要介紹一下精餾車間的布置。根據(jù)實際情況，設計包括以下幾個車間：粉碎車間，糊化車間，分離車間，發(fā)酵車間，蒸餾車間，蒸發(fā)車間，酸解車間以及其它輔助車間。 在污水處理中，考慮到該污水中主要污染物為水解后的小分子有機物，易于降解，采用傳統(tǒng)的兼氧、好氧方法處理即可達到國家排放的標準。使酸解液中有機物含量也同樣大幅度降低。 水解物漂洗至中性時產(chǎn)生的廢水，每噸皂素為 400 噸。在這個工藝中，基本上沒有廢氣污染，同時廢渣也是較好的有機肥料，具有很好的利用價值。本圖采用 1： 1000 的比例。由嚴重毒害和煙塵的氣體，盡量布置在廠區(qū)的下風向； （ 7） 根據(jù)環(huán)保的要求，生產(chǎn)區(qū)設有廢渣處理站，廢水處理站等設施； （ 8） 考慮工廠今后的發(fā)展，在產(chǎn)區(qū)間 留有建筑余地； （ 9） 盡量做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間、行政樓和道路的安排 。原料、半成品和成品形成整個順序盡量保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉； （ 2） 鍋爐房、變電站等輔助車間盡量靠近 其主要部門， 以縮短其間距離，節(jié)省投資。為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，應合理的布置各個區(qū)，使生產(chǎn)發(fā)生聯(lián)系的車間、倉庫等就近布置， 盡量減少管路的交叉和返回，使生產(chǎn)上或與生產(chǎn)聯(lián)系緊密的分區(qū)布置達到衛(wèi)生防火的要求。 倉庫區(qū) 倉庫區(qū)包括原料倉庫和產(chǎn)品倉庫，他們都位于主干道旁以便于運輸，成品倉庫位于 酸解車間的附近，且靠近正門。 輔助車間 主要的車間有備件庫、機修車間、消防車間等。這樣可以減少管路的鋪設和運輸過程的損耗。職工食堂、醫(yī)務室位于主樓兩側(cè)，周圍設綠化帶。 廠前區(qū) 廠前區(qū)的建筑包括行政樓、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務室等。生產(chǎn)區(qū)的綠化能減弱生產(chǎn)中 散發(fā)出來的有毒氣體和噪音對人體的影響。擬建廠設計道路寬度為 9米，道路的交叉口為圓形。 合理的進行廠內(nèi)道路布置，對提高運輸效率，保證運輸安全等均有重要意義。生產(chǎn)性質(zhì)相同的車間 或輔助環(huán)節(jié)，做到盡量聯(lián)合布置，在大廠房中，這樣可以縮短距離，提高場地的利用率和辦事效率 。 輔助附屬車間及其它服務環(huán)節(jié)的位置位于其服務范圍的中心或靠近主要服務對象。為了獲得較好的自然采光以及廠房的防震效果，大部分采用工字形、 L形、 11 形廠房，外形簡單整齊。 廠房的方向、位置和間距應符合采光通風的要求。建筑物之間的 距離，在滿足防火要求的前提下盡量縮小，以減少建筑面積。生產(chǎn)區(qū)的布置在工廠的中心地帶，與大門直接相對，使工人上下班和運輸都比教方便。 應設計在工廠主干道旁并且靠近粉碎車間，以便減少運輸。 原料廠及堆場 本廠的主要原料是黃姜，黃姜受潮容易腐爛，所以要防止雨淋。 陜西科技大學畢業(yè)設計說明書 12 第 3 章 設計說明 全廠總平面布置 全廠總平面設計為本設計的一項重要任務，總平面設計合理與否，直接影響新建廠能否節(jié)約而有效的的順利進行，影響到新建廠后的生產(chǎn) 、管理、 成本、能耗等各個方面，同時還影響到全廠的美觀和今后的發(fā)展。由于這些雜質(zhì)具有揮發(fā)性，因此容易進入成品酒精中，影響酒精的質(zhì)量。按其化學性質(zhì)可將它們大致歸納為四大類：醇類、醛類、酯類和酸類。揮發(fā)性雜質(zhì)的種類和數(shù)量也與原料、加工方法有密切關系。 成熟醪中的揮發(fā)性雜質(zhì)，則隨酒精一起從醪塔的頂部排出，因此這些雜質(zhì)必須在精餾過程中使它們與酒精分離。例如：甘油、琥珀酸、乳酸、脂 肪酸、無機鹽類、酵母以及其它各種夾雜物，如不發(fā)酵性糖、植物體中的皮殼、纖維等。 酒精淀粉發(fā)酵醪也是一個復雜的多組分混合液，它含有水（ 82～ 90％， W） ,干物質(zhì)（ 3～ 7％， W），酒精及混在其中的揮發(fā)性雜 質(zhì)（ 6～ 10%,V）。在谷物原料的發(fā)酵成熟醪中，由于原料含蛋白質(zhì)較多，所以雜醇油的含量就高一些。 發(fā)酵成熟醪的化學組成與雜質(zhì)分類 發(fā)酵成熟醪的化學組成是隨原料的種類，加工方法，菌種性能而變化的。蒸餾是把發(fā)酵醪液中含有的酒精提純出來，通過粗餾和精餾，最后取得合乎規(guī)格的酒精，同時得到副產(chǎn)物雜醇油，還有大量的酒糟（也稱廢醪）排除。這些物質(zhì)一部分被酵母吸收合成菌體細胞，另一部分則被發(fā)酵，生成酒精和 CO2。曲霉菌是屬于好氣性的微生 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設計（重點酒精回收車間） 11 物，故在繁殖和生長過程中要給以充分得空氣，同時，淀粉酶的形成也取決于所供給的空氣量。 （ 3） 曲霉糖化 經(jīng)蒸煮糊化后的醪液，通過曲霉菌的淀粉酶進行糖化作用。 圖 23 淀粉 質(zhì) 原料 酒精 生產(chǎn)工藝流程 示意圖 （ 2） 蒸煮糊化 把磨碎后的粉末原料，先行拌水預熱，使原料升溫，為連續(xù)蒸煮作好預煮準備。幾乎大多數(shù)工廠都采用了錘式粉碎機，把原料磨成粉。因此，我 陜西科技大學畢業(yè)設計說明書 10 國個酒精廠對甘薯干的原料加水比，一般都采用 1∶ 3—1∶ ，有時還要稍稀些，這樣便于淀粉率的提高。由于形成焦糖的作用，一般在高濃度溶液中比低濃度溶液中容易進行，因而淀粉質(zhì)原料蒸鑄時，如原料內(nèi)含有較多的糖分，便容易形成黑色物質(zhì)和焦糖。焦糖是不能被發(fā)酵的，還會阻按礙酵母的發(fā)酵作用，影響發(fā)酵而降低酒精產(chǎn)量。在蒸煮時，不同的糖分其化學變化也不同。 （ 5）蒸煮過 程中原料因受高溫高壓，易產(chǎn)生焦糖。 ④ 酶法 用淀粉酶代替曲。 ② 阿米羅法 將根霉或毛霉等霉菌，在糊化醪冷卻至 30—40 度時，接種培養(yǎng)，在霉菌生長過程中轉(zhuǎn)化淀粉成發(fā)酵 性糖，再加酵母發(fā)酵。由于曲的生產(chǎn)方法不同，可分為麩曲糖化法、液曲糖化法、根酶糖化法（阿米羅法）、根酶酒母混合法、麥芽糖化法等。高溫處理除了使淀粉糊化，便于淀粉酶起糖化作用外，還可把附著的有害雜菌殺死。 （ 2）原料必須經(jīng)過蒸煮，在高溫高壓過程中，引起原料細胞的組織破裂，使存在于細胞中的淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖。 酒精生產(chǎn)工藝及說明 淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的特點 （ 1）原料系采用薯類、糧谷類及野生植物等，在投產(chǎn)前必須先經(jīng)過破碎處理。每噸皂素可生產(chǎn)8噸以上酒精（工業(yè)級乙醇）每噸價格 5000 元，總價值 40000元。 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設計（重點酒精回收車間） 9 （ 3）副產(chǎn)品種類和數(shù)量，提取一噸皂素所生產(chǎn)的副產(chǎn)品的總價值。 。本中試工藝廢水處理需投入費用的有兩個環(huán)節(jié)，費用分別為： ，每噸皂素糖液酒精廢醪液產(chǎn)生量為 200 噸，其中 100 噸冷凝水回用于黃姜粉碎配水和加熱，余 100 噸濃縮后與分離的纖 維和提取皂素的廢渣混合做有機肥。 ③ 噸皂素廢水排放量，本中試工藝廢水量為 400 噸 /噸皂素，經(jīng)處理達標后全部或 80%以上回用。同時我們又將其回用于酸解工序，按酸解濃度要求補充部分新酸即 可。 ② 噸皂素用酸量：本中試工藝生產(chǎn)每噸皂素用酸量少于 3 噸（濃硫酸）。經(jīng)處理后的污水可達到國家排放標準，由于水已達標，我 們 80%以上的水循環(huán)使用，用于水 解物漂洗， 循環(huán)水 不排或少量排出。漂洗廢水進入污水處理站處理，污水處理工藝采用 傳統(tǒng)的厭氧 －好氧處理工藝。污水中水溶有機物 COD 一般在 4千 mg/L 左右。次皂甙和皂甙混合物完全水解成皂甙元（皂素），經(jīng)漂洗至中性后烘干固體物質(zhì)，進行皂素提取。 ⑤ 酸解。熱廢醪液進入四效真空降膜蒸發(fā)器濃縮，二次蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后回用于漿料加熱稀釋，濃縮物與皂素提取廢渣和分離纖維三樣混合， 經(jīng) 發(fā)酵添加不同養(yǎng)分后成為有機肥使用。 ③ 糖液經(jīng)調(diào)節(jié)溫度和 pH值，用泵送至發(fā)酵罐，加入自行培養(yǎng)的酵 母，發(fā)酵 30～ 50 小時。 圖 2－ 2 皂素生產(chǎn)工藝流程 ② 固液分離：酶解后的物料通過真空抽濾，將液體與固體分離，固 形 物質(zhì)留在濾層上， 以黃姜 粉碎 復合酶解 固液分離 纖維皂甙分離 糖液生產(chǎn)酒精 纖 維 皂甙酸解 固液分離 廢 酸液回用 固體提取皂素 固物水洗 PH值中性 皂素成品 廢 醪液 濃縮 漂洗水處理 廢渣 有機肥原料 酒精成品 處理后 廢水 循環(huán)使用 冷凝水回用 固化水溶皂甙