【正文】 加熱效率高，但蒸汽質(zhì)量要純凈，以免影響酒精質(zhì)量。粗餾塔和精餾塔的加熱方式是用一次蒸汽直接加熱。兩塔差壓蒸餾雖然說是可以充分利用固定冷熱源之間的過剩溫差，從而降低了有效能量的損失，使得總能量逐漸降低，充分利用了各級品位的能量，提高了蒸餾系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。 他的缺點有難以分離更多的雜質(zhì)，酒精質(zhì)量差，塔設(shè)備廠房偏高，不經(jīng)濟，酒糟 含水量大，處理困難，如將原液作為飼料，運輸不便。液相過塔（間接式）方案與直接式相比，多了一套醪塔冷凝系統(tǒng)，一次性投資相應(yīng)增加，蒸汽及冷卻水耗量比直接式要大，從能源角度講，不經(jīng)濟。一些比酒精更易揮發(fā)的雜質(zhì)，如甲醇，乙醛等，則從冷凝器直接排 出。 如此不斷地進行著部分冷凝，部分蒸發(fā)的過程，從而使酒精濃度得到提高。精餾塔也采用直接蒸氣加熱的方式，其產(chǎn)生的廢熱水可以循環(huán)以加熱發(fā)酵醪液。 發(fā)酵成熟醪經(jīng)預(yù)熱器（熱交換器）與精餾塔的酒精蒸氣進行交換，加熱至 55 度左右后直接進入粗餾塔的頂部。 2 生產(chǎn)工藝流程選擇和論證 燃料酒精生產(chǎn)流程（附圖 1） 發(fā)酵成熟醪液粗餾與精餾工藝流程 發(fā)酵成熟醪液粗餾與精餾的工藝流程選擇 兩塔氣相過塔蒸餾是成熟發(fā)酵醪經(jīng)預(yù)熱器與精餾塔的酒精蒸汽進行熱交換（充分利用了熱能，節(jié)省了預(yù)熱發(fā)酵醪的加熱蒸汽和冷卻精餾塔的酒精蒸汽的冷卻水），進入粗餾塔頂部進行蒸餾，從塔底排除的酒糟可以用來喂養(yǎng)畜牲，粗酒精直接以氣相進入精餾塔，不經(jīng)過冷卻，節(jié)省了冷卻水。 三、設(shè)計盡量貼近實際，并且努力使其經(jīng)濟效益最大化，在各種設(shè)備選型中， 合理考慮性價比和地區(qū)特性，不盲目追求新設(shè)備，新生產(chǎn)線。 設(shè)計指導(dǎo)思想和原則 一、設(shè)計按照設(shè)計任務(wù)書進行，盡量符合任務(wù)書的要求，各種計劃進程在任務(wù)書的可控范圍內(nèi)。而且以木薯生產(chǎn)酒精，每畝土地可得到的酒精量是玉米、稻米的兩倍。一般可分為甜味木薯和苦味木薯，前者 無毒但產(chǎn)量低，不適合作為大規(guī)模生產(chǎn)的原料；后者產(chǎn)量高，但因含有劇毒物質(zhì)氫氰酸 %～ %而得名有毒木薯，不過作為酒精生產(chǎn)原料，蒸煮時大部分氫氰酸蒸發(fā)出去，并不影響發(fā)酵及成品質(zhì)量。 木薯是多年生植物，盛產(chǎn)于我國南方，主要是碳水化合物，其他成分，如蛋白質(zhì)、脂肪、果膠質(zhì)等含量都比較少，因此被譽為 “ 淀粉之王 ” 。發(fā)展燃料乙醇的重點在于推進“非糧”原料的應(yīng)用，以推進第二代生物燃料乙醇的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 為避免燃料乙醇與人“爭糧”問題的進一步發(fā)展，我國科技工作者努力尋求各種非糧材料以替代玉米、小麥等。因此，開發(fā)和使用生物質(zhì)能源符合保護環(huán)境，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的要求。從資源、技術(shù)和經(jīng)濟性分析，我國發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)時機基本成熟，需要加快發(fā)展步伐。 關(guān)鍵詞：燃料酒精 木薯 兩塔氣相過塔蒸餾 粗餾 精餾 5 設(shè)計的目的及意義 在學(xué)習(xí)掌握所學(xué)的生物工藝學(xué)、生物工程設(shè)備、化工原理等課程的基本理論和基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，通過本次課程設(shè)計，培養(yǎng)我們綜合運用這些知識分析和解決實際問題的能力以及協(xié)作攻關(guān)的能力，訓(xùn)練我們使用文獻資料和進行技術(shù)設(shè)計、運算的能力，提高文字和語言表達能力，為其它專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文（設(shè)計）打下基礎(chǔ)。本設(shè)計是以木薯發(fā)酵成熟醪為原料，經(jīng)粗餾、精餾，脫水等處理，從而得到成品的燃料乙醇。 生物 物燃料乙醇作為可再生資源的重要組成部分在能源替代，改善環(huán)境，促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 海 南 大 學(xué) 《生物工藝學(xué)課程設(shè)計》 說 明 書 題 目： 年產(chǎn) 2萬噸木薯燃料酒精生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計 ──發(fā)酵成熟醪的粗餾與精餾工藝初步設(shè)計 學(xué) 院： 材料與化工學(xué)院 專 業(yè)： 生物工程 班 級 ： 20xx 級生物工程 2 班 學(xué) 號： 20xx0404B067 姓 名： 徐 仁 強 指導(dǎo)教師： 劉平懷老師 時 間 : 20xx 年 6月 目錄 摘要 ??????????????????????????????（ 3） 1 緒論 ????????????????????????????（ 4） 設(shè)計的目的和意義 ?????????????????????（ 4） 設(shè)計 指導(dǎo)思想和原則 ??????????????????????（ 5） 設(shè)計依據(jù) ?????????????????????????（ 5） 設(shè)計課題 ??????????????????????（ 5） 設(shè)計條件 ??????????????????????（ 5） 2 生產(chǎn)工藝流程選擇和論證 ????????????????????（ 6） 酒精生產(chǎn)工藝流程 ?????????????????????（ 6） 發(fā)酵成熟醪粗餾與精餾工藝流程 ???????????????（ 6） 發(fā)酵成熟醪粗餾與精餾工藝流程 的選擇 ??????????（ 6） 發(fā)酵成熟醪粗餾與精餾工藝流程的論證 ??????????（ 6） 發(fā)酵成熟醪液粗餾與精餾工藝優(yōu)化最新研究進展 ????? ??（ 7） 乙醇脫水工藝流程 ??????????????????????（ 7） 乙醇脫水工藝流程的選擇??????????????????（ 8） 乙醇脫水工藝流程的論證??????????????????（ 8） 乙醇脫水工藝最新研究進展?????????????????（ 8） 3 生產(chǎn)工藝操作參數(shù)設(shè)計 ?????????????????????（ 9） 設(shè)計任務(wù)??????????????????????????（ 9） 設(shè)計工藝方案的計算?????????????????????（ 10） 粗餾塔的物料衡算與熱量衡算????????????????（ 11） 精餾塔的物料衡算與熱量衡算???????????????（ 12） 4 無水燃料酒精生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計與選型 ???????????????（ 15） 主要生產(chǎn)設(shè)備 —— 粗餾與精餾塔的設(shè)計 與選擇 ?????????（ 15） 塔型，塔板選定的原則及選擇 ??????????????（ 16） 粗餾塔設(shè)備部分參數(shù)的確定 ???????????????（ 17） 精餾塔設(shè)備部分參數(shù)的確定 ??????????????（ 19） 乙醇蒸餾輔助設(shè)備 ?????????????????????（ 19） 蒸餾輔助設(shè)備 ?????????????????????（ 20） 輔助設(shè)備的參數(shù)計算???????????????????（ 35） 5 蒸餾廢醪后處理工藝 ??????????????????????（ 36） 6 設(shè)計結(jié)果評論 ????????????????????????（ 37） 7 總結(jié)感想 ??????????????????????????（ 38） 8 附圖 ????????????????????????????（ 38） 9 參考文獻 ??????????????????????????（ 39）4 摘要 70 年代開始，能源危機成為了各個國家急需解決的問題。由于石油的不可再生性和一些政治因素的影響，許多國家紛紛開始研 究石油替代能源，利用廉價的糖源生產(chǎn)燃料酒精是解決世界能源危機的最有效途徑。 本課程設(shè)計題為年產(chǎn) 2 萬噸木薯燃料酒精生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計 ── 發(fā)酵成熟醪的粗餾與精餾工藝初步設(shè)計。基于工廠設(shè)計中節(jié)能和減少投資成本等因素，以兩塔氣相過塔蒸餾的為主要精餾設(shè)備，采用合理的工藝流程，選擇實用的設(shè)備，既達到了工業(yè)上對燃料酒精的要求，又降 低了很多不必要的設(shè)備投資和操作的復(fù)雜性。 隨著國際燃油價 格的不斷攀升，能源的短缺及燃料酒精的推廣使用，燃料酒精行業(yè)獲得了大好的發(fā)展時機。且生物質(zhì)能源能有效降低污染，與普通汽油相比，使用車用乙醇汽油后，一氧化碳的排放可降低 7%，碳氫化合物可降低 48%。目前，發(fā)展生物質(zhì)能源替代石油，已確定為我國的一項重要戰(zhàn)略決策。所以 第二代生產(chǎn)燃料乙醇的基礎(chǔ)原料是非糧材料，包括薯類物質(zhì)、稻草和其他植物纖維材料等。 我國木薯資源總量巨大，而現(xiàn)在其利用率極低，相當數(shù)量的都爛在地窖里。鮮木薯淀粉含量高達 25%～ 30%，木薯干的淀粉含量高達 70%～ 78%，是世界公認的一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ木凭a(chǎn)再生資源。同時，利用木薯作為生產(chǎn)燃料酒精的原材料還有極大地成本優(yōu)勢，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示 1 噸木薯酒精原料成本為 2600 元 /噸左右， 1 噸蔗糖酒精原料成本為 3500 元 /噸左右，而 1 噸玉米酒精需成本達到了 4000 多元 /噸。 為更進一步推進“非糧”原料生產(chǎn)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；同時也為更好的 促進對我國木薯價值的開發(fā)利用，增加農(nóng)民收入，推進農(nóng)業(yè)的進步，將木薯作為我國生產(chǎn)燃料酒精的主要非糧原材料，不失為一項明智的選擇。 二、工廠充分考慮現(xiàn)今的一些技術(shù)，設(shè)備，以及設(shè)計先進理念，以 “ 工藝先進、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟合理、安全環(huán)保 ” 為原則，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)合格燃料乙醇。 設(shè)計依據(jù) 設(shè)計課題 年產(chǎn) 2 萬噸木薯燃料酒精生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計 ── 發(fā)酵成熟醪的粗餾與精餾工藝初步設(shè)計 （《海南大學(xué)生物工程課程內(nèi)容任務(wù)書》） 設(shè)計條件 生產(chǎn)能力：年產(chǎn) 2 萬噸 %酒精含量燃料乙醇 6 原料：木薯（海南產(chǎn)）發(fā)酵而來的成熟發(fā)酵醪液 生產(chǎn)方法 : 二塔式蒸餾、分子篩脫水技術(shù) 生產(chǎn)時間：全年生產(chǎn) 300 天（ 24 小時），連續(xù)操作 工廠廠址：?？诮紖^(qū) 廠址地域與自然條件： 當?shù)貧夂驐l件（來自海南氣象臺資料）： 溫度 高溫 39℃ 最低溫度 6C 平均溫度 濕度 最高濕度 92% 平均濕度 85% 水溫 河水（ 1 米） 最高 30C 最低 10C 自來（飲用）水 最高 30C 最低 10C 深井水 平均 18C 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) 產(chǎn)品：根據(jù) GB18350— 20xx 要求，生產(chǎn)含酒精含量 95%的成品。精餾過程中，酒精蒸汽回流一部分依靠冷凝器與冷卻水進行交換，一部分利用預(yù)熱器與成熟發(fā)酵醪進行熱交換。醪塔底用直接蒸氣加熱，酒精含量為 30%（體積分數(shù)）左右的酒精— 水蒸氣從醪塔頂部引進精餾塔的中部，酒精糟由醪底排出。酒精蒸氣從塔頂順次經(jīng)過成熟醪的預(yù)熱器和冷凝器，預(yù)熱器和冷凝器的冷凝液全部回入精餾塔作為回流。注入精餾塔頂?shù)幕亓饕菏怯删斦舭l(fā)排出的氣體，經(jīng)過各冷凝器逐級冷卻回流到精塔頂?shù)摹? 發(fā)酵成熟醪液粗餾與精餾工藝流程的論證 液相過塔流程是 成熟醪經(jīng)預(yù)熱器之后進入 粗 餾塔，在塔內(nèi)被加熱，酒精蒸發(fā)，在冷凝器冷凝成液體后，或直接流入 精餾塔 或回流到粗餾塔再由粗餾塔頂層塔板液相取料至精餾塔。單塔系酒精蒸餾組，即 用一個塔從7 發(fā)酵成熟醪中分離獲得酒精成品，它適用于對成品質(zhì)量與濃度要求不高的工廠。而三塔及多塔系是為了獲得高純度酒精或食用級酒精，而我們制備的燃料酒精乙醇濃度為 %,不需要花高投資和大量能耗來生產(chǎn)。但是從實際情況考慮，年產(chǎn) 2 萬噸燃料乙醇的小規(guī)模生產(chǎn)，采用該套設(shè)備，一次性投資太大，管道太復(fù)雜，維修清潔等都不經(jīng)濟。即把從鍋爐來的一次蒸汽通 入餾塔塔釜，通入管道要設(shè)計好多股拋器以使蒸汽分布均勻。 發(fā)酵成熟醪液粗餾與精餾工藝優(yōu)化最新研究進展 燃料乙醇的精餾脫水工段能耗占整個燃料乙醇生產(chǎn)過程的 50％～ 80％．隨著燃料乙醇計劃的實施，如何高效節(jié)能地制備燃料乙醇成為一個迫切需要解決的問題．國內(nèi)外專家學(xué)者做了大量的調(diào)查、分析，找出了系統(tǒng)用能中存在的問題，指出了節(jié)能的方向和途徑．將工業(yè)乙醇生產(chǎn)的一級精餾系統(tǒng)和燃料乙醇生產(chǎn)的加鹽萃取精餾系統(tǒng)合并作為一個整體考慮其用能問題．采用有效能分析法找出系 統(tǒng)能耗高的問題所在，為進一步制定節(jié)能措施提供依據(jù) [7]． 許天開等將該塔的進料段以上的“精餾段” (或稱濃縮段 ) 移植于去掉頂蓋的醪塔頂之上 , 通過耦合段 ( 過渡段 ) 而成為復(fù)合塔 。如此結(jié)構(gòu)可有機地互補 , 相輔相成 , 達到高效節(jié)能 [8]。氣相在填料中的液相膜表面進行對流傳熱、傳質(zhì)，不存在塔板