【正文】 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：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。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。通過(guò)查閱文獻(xiàn)、調(diào)查研究，提高綜合分析能力。年產(chǎn)4000噸酒精工廠項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案1 總論1．1設(shè)計(jì)的目的和意義 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，鞏固、深化基本理論、基本知識(shí)和基本技能，提高分析問(wèn)題和解決技術(shù)問(wèn)題的能力。通過(guò)完成本次設(shè)計(jì)，基本掌握酒精生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)、基本工藝計(jì)算、主要設(shè)備選型等。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)。目前不少國(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)。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。（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4000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。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)車間組織與 管理 本車間實(shí)行車間、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)。 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)量秤稱重后輸入酸化罐。BX是用來(lái)培養(yǎng)酵母；濃糖液濃度32~40186。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。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(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。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。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，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(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。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）。（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。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）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 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。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。這類酶都是胞內(nèi)酶。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。所謂酒精發(fā)酵，就是指發(fā)酵酵中的糖類物質(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。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。2H，用于乙醛的還原，而其自身被氧化恢復(fù)成氧化態(tài)的NAD。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。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。 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）。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。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。（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。（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。（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。（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。（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。（12）乙醛在乙醇脫氫酶的作用下就生成了酒精。 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，依賴于酵母細(xì)胞質(zhì)膜的半滲透作用。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。2．3糖蜜酒精的發(fā)酵方法糖蜜酒精發(fā)酵方法很多，基本上可分為間歇法與連續(xù)法兩大類。①開(kāi)放式間歇發(fā)酵法 此法的特點(diǎn)是醪液在敞開(kāi)的發(fā)酵槽內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，操作是間歇進(jìn)行，發(fā)酵槽一般用水泥制成，也可用鋼板制成，發(fā)酵槽內(nèi)裝有冷卻管和蒸汽管，使用時(shí)先用石灰乳、熱水充分洗滌及消毒。濃度為20％的稀糖液送入發(fā)酵槽，同時(shí)接入20％的酒母，接種溫度隨季節(jié)而改變，夏季27℃，冬季為32℃，酒母添加后不久就進(jìn)行前發(fā)酵，再約經(jīng)10小時(shí)開(kāi)始主發(fā)酵，溫度逐漸上升，這時(shí)要注意降溫，發(fā)酵時(shí)間約需30—40小時(shí)，成熟醪含酒精6—7％(容量)。缺點(diǎn)是直接與空氣接觸不利于嫌氣性發(fā)酵，容易感染雜菌，同時(shí)也容易導(dǎo)致酒精揮發(fā)損失及CO2無(wú)法回收，設(shè)備利用率低。酒母罐預(yù)先以100℃空消1小時(shí)，送入12—15％的稀糖液后，再加熱到100℃，滅菌30分鐘，—，然后冷卻到30℃時(shí)接入種母，培養(yǎng)濃度降至6—8％時(shí)即為成熟酒母。③分割式發(fā)酵法 此法是利用發(fā)酵正常的主發(fā)酵醪，把它抽出一部分(1／3或1／2)送人第二發(fā)酵罐，作為第二發(fā)酵罐的酒母，兩個(gè)發(fā)酵罐各用稀糖液添加滿，第一個(gè)罐讓它發(fā)酵完畢，然后蒸餾，而第二個(gè)發(fā)酵罐在進(jìn)入主發(fā)酵期時(shí)，又分割出1／3或1／2的發(fā)酵醪送入第三個(gè)發(fā)酵罐，作為第三個(gè)發(fā)酵罐的酒母，再分別添加滿稀搪液，如此依次進(jìn)行下去，分割主發(fā)酵醪進(jìn)行發(fā)酵。為了減少雜菌感染的機(jī)會(huì)，每天更換新種兩次，或在重復(fù)分割時(shí)，或添加適量的氟化鈉或五氯代苯酚鈉等化學(xué)防腐劑。稀糖液濃度以全糖分為標(biāo)準(zhǔn)，冬季為12—13％，夏季為11—12％，酒母稀糖液的濃度一般比發(fā)酵所用的低2—3％，發(fā)酵時(shí)間只需要30—36小時(shí)，成熟醪含酒精夏季6—％(容量)，—7％(容量)。 分段添加發(fā)酵法是在發(fā)酵罐中加入10—20％的成熟酒母，并且分三次或更多次加入基本稀糖液。為了使酵母很好地增殖，在第一次及第二次添加時(shí)，通空氣一小時(shí)，而第三次添加時(shí)則通氣1520分鐘，如果沒(méi)有通風(fēng)設(shè)備，添加速度應(yīng)盡量慢。發(fā)酵時(shí)間約36—45小時(shí)。 連續(xù)流加發(fā)酵法是先將占發(fā)酵醪總?cè)萘考s30%的成熟酒母醪一次放入發(fā)酵罐中，然后加入相同數(shù)量的濃度為14％的稀糖液，通入空氣，使其與酒母混勻，促使酒母很快增殖，約經(jīng)過(guò)兩小時(shí)，發(fā)酵度降低7—％，這時(shí)就連續(xù)地加入濃度32—35％的基本稀糖液，連續(xù)流加基本糖液的速度，主要是維持加入過(guò)程中發(fā)酵醪的濃度在10％左右。間歇式發(fā)酵是始終在一個(gè)容器內(nèi)進(jìn)行，酵母始終處在一個(gè)變動(dòng)的環(huán)境中，即酵母的繁殖與生命活動(dòng)是在糖分不斷下降，酒精含量逐步增加的變化過(guò)程中進(jìn)行的。我國(guó)南方利用甘蔗糖蜜與北方利用甜菜糖蜜生產(chǎn)酒精的工廠，大都采用連續(xù)發(fā)酵法。通常采用9—10個(gè)罐串聯(lián)起來(lái)，它們的位置可以在高度相同的一個(gè)平面上或者高度不同的兩個(gè)平面上，呈梯級(jí)式。多級(jí)連續(xù)發(fā)酵法的特點(diǎn)是：把前兩個(gè)發(fā)酵罐作為主體罐，在酒母與基本稀糖液連續(xù)流加的條件下，酵母處在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，保持旺盛的生命活動(dòng)能力，發(fā)酵一開(kāi)始便達(dá)到主發(fā)酵期，發(fā)酵時(shí)間可以大大縮短。換句話說(shuō)，如果交換速度過(guò)大，在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富的情況下，雖然酵母的生長(zhǎng)速度加大，但不利于酵母的積累，往往酵母來(lái)不及繁殖就有可能被流掉，酵母積累便在后面幾個(gè)罐內(nèi)進(jìn)行，并且速度緩慢。酵母在主罐中積累過(guò)程也取決于它的初始含量，在連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中控制主發(fā)酵罐的酵母數(shù)量甚為重要，需要掌握好發(fā)酵醪的流加速度，使其交換速度與酵母的生長(zhǎng)速度達(dá)到相對(duì)平衡。多級(jí)連續(xù)發(fā)酵節(jié)約了非生產(chǎn)時(shí)間，所以設(shè)備利用率相應(yīng)提高。②循環(huán)(往復(fù))多級(jí)連續(xù)發(fā)酵法此法的特點(diǎn)是發(fā)酵設(shè)備與多級(jí)連續(xù)發(fā)酵法相同，但管道布置與換種操作則不同，共同點(diǎn)是發(fā)酵設(shè)備同樣由9至10個(gè)發(fā)酵罐一組串聯(lián)起來(lái)，酒母與基本稀糖液的流加，由2發(fā)酵罐，依次經(jīng)過(guò)所有的發(fā)酵罐完成連續(xù)發(fā)酵的全過(guò)程，成熟醪從最終發(fā)酵罐排出，送去蒸餾。該法的優(yōu)點(diǎn)是不需用泵轉(zhuǎn)換，可簡(jiǎn)化操作，節(jié)省電力消耗。我國(guó)一些糖蜜酒精廠，在一組發(fā)酵罐串聯(lián)起來(lái)的發(fā)酵系統(tǒng)中第一個(gè)罐采用通氣攪拌或間歇通氣攪拌措施，保持足夠和較多量酵母的情況下，通過(guò)連續(xù)流加基本稀糖液，使酵母迅速處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)階段，保持其旺盛的生命力，和提高酵母的比生長(zhǎng)速度，是獲得高發(fā)酵率的關(guān)鍵。所以，設(shè)計(jì)糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵方案時(shí)，宜采用雙流和多流系統(tǒng)，即糖液同時(shí)流入前2—3個(gè)發(fā)酵罐，以便保持酵母一定的比生長(zhǎng)速度。④回收酵母多級(jí)連續(xù)發(fā)酵法此法的特點(diǎn)是將發(fā)酵醪的酵母，用高速離心機(jī)回收再用。由于代謝產(chǎn)物的反饋抑制作用，發(fā)酵過(guò)程中隨著酒精濃度迅速增高，抑制了酵母的增殖，使酵母迅速衰亡。回收酵母多級(jí)連續(xù)發(fā)酵是在四個(gè)一組串聯(lián)的發(fā)酵罐中進(jìn)行，連續(xù)發(fā)酵用糖液濃度為30—34％，來(lái)自活化罐的成熟酒母及發(fā)酵濃糖液送入第一個(gè)發(fā)酵罐的底部，發(fā)酵醪向上升起，沿導(dǎo)管流入第二發(fā)酵罐的底部，依次流入第三個(gè)發(fā)酵罐。由于發(fā)酵作用產(chǎn)生代謝產(chǎn)物酒精和二氧化碳，醪液比重沿罐高度而逐漸