【正文】 ....................................................................... 31 熱量衡算及輔助設(shè)備選型 ........................................................................................... 35 冷凝器熱負(fù)荷及選型 ......................................................................................... 35 除沫器 ............................................................................................................... 36 接管 ................................................................................................................... 36 板式塔的塔高 .................................................................................................... 37 第 5章 上報資料 ................................................... 38 車間消耗水、電、汽及技術(shù)經(jīng)濟 指標(biāo) ......................................................................... 38 上報有關(guān)部門的資料 .................................................................................................. 38 總論與評價 ................................................................................................................................ 39 致 謝 ......................................................................................................................................... 40 參考文獻 ................................................................................................................................... 41 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 1 第 1 章 概 述 黃姜又名為盾葉薯蕷（ Dioscorea zingiberensis ），為我國特有種，其根莖中含有～ %的薯蕷皂甙（ dioscin）及其水解產(chǎn)物薯蕷皂甙元 (disogenin)，薯蕷皂甙元俗稱薯蕷皂素，該化合物具有溶血、降血脂、抗炎、消炎等作用，它是合成甾體激素類 (steroid hormone)藥物和 甾體避孕藥的重要醫(yī)藥化工原料，甾體激素藥物應(yīng)用廣泛，常用于治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、心腦血管疾病等；甾體避孕藥對我國計劃生育的基本國策的執(zhí)行有著重要作用。因此，從黃姜中提以薯蕷皂素具有很大的藥物價值和市場潛力。 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容 設(shè)計題目 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點 酒精回收車間） 設(shè)計原始數(shù)據(jù) （ 1）廠址及氣象資料 ① 廠區(qū)位置： 西北地區(qū)某地 ② 地勢： 廠區(qū)地勢平整 ③ 氣溫： 最高溫度 38℃ 最低溫度 6℃ 平均溫度 15℃ ④ 全年主導(dǎo)風(fēng)向： 西北風(fēng)向 ⑤ 地下水位； 20 米 ⑥ 運輸條件： 廠區(qū)東距某主要公路 1公里 ⑦ 電力條件： 本地區(qū)電網(wǎng)高壓線從廠區(qū)東通過 （ 2）原料 ： 糖液發(fā)酵 （ 3）產(chǎn)品： 95％（體積）工業(yè)酒精 （ 4）產(chǎn)量： 100 噸 /年 （ 5）工作制度： 三班制 年工作日 300 天 （ 6）回收車間有關(guān)數(shù)據(jù) ① 發(fā)酵液酒精濃度： 6 ％（ v） 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 2 ② 精餾塔 操作壓強 ： ③ 精餾塔 進料溫度 ： 85℃ ④ 精餾塔 塔頂溫度： ℃ ⑤ 精餾塔 塔釜 溫度： 105℃ ⑥ 精餾塔進料濃度： 32％（ V） ⑦ 精餾塔 塔釜產(chǎn)品濃度 ： % 建廠可行性分析 需求和擬建規(guī)模 （ 1） 黃姜簡介 黃姜為草質(zhì)藤蔓狀，長 3～ 5米，粗 2～ 5 毫米，在分枝或葉柄的基部有時具短刺，盾形，葉面常有不規(guī)則塊狀的黃白色，無限花序。基部生長根狀莖于土中，栽培黃姜的主要目的就是獲取根狀莖。世界上薯蕷皂素含量較高的植物資源不多，主要分布在我國和墨西哥，所以我國和墨西哥是薯蕷皂素生產(chǎn)大國。在我國，含薯蕷皂素的植物有十七種，但含量較高、具有工業(yè)開發(fā)價值的主要是黃姜、穿地龍。因此，黃姜成為我國生產(chǎn)皂素最主要的藥源植物。另外，甾體激素類藥物在調(diào)節(jié)人體機能，防病抗衰老、調(diào)節(jié)腦神經(jīng)、減肥、補鈣保健等方面以及日用化學(xué)工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。生產(chǎn)甾體激素類藥物必須以皂素或甾醇作基礎(chǔ)原料。植物皂素主要有三大類，即薯蕷皂素、劍麻皂素、番麻皂素，其中薯蕷皂素是生產(chǎn)甾體激素藥物最理想的基礎(chǔ)原料，世界上三分之二以上的甾體激素藥物是以薯蕷皂素作基礎(chǔ)原料生產(chǎn)的，所以薯蕷皂素在甾體激素藥物生產(chǎn)中具有十分重要的地位。隨著甾體激素藥物 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 3 的開發(fā)應(yīng)用，國內(nèi)外市場對皂素的需求也不斷增長，近幾年來，國際市場皂素的需求量每年以6—7%的速度遞增。八十年代末，皂素價格 25 萬元 /噸，九十年代后期，皂素噸價格 40—45 萬元， 2020年底皂素價格高達 53 萬元 /噸 。 隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，黃姜種植與加工業(yè)得到了迅猛發(fā)展 ，并已成為部分地區(qū)推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)民脫貧致富的主導(dǎo)項目。 由于皂素國際國內(nèi)兩個市場一路看好，黃姜產(chǎn)業(yè)系列開發(fā)潛力大， 建立規(guī)范化的現(xiàn)代化加工生產(chǎn)企業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。 我國從 50 年代末開始了 對黃姜的研究，并取得了一些進展：掌握了黃姜的生物學(xué)特性和有效成份的含量；對黃姜種質(zhì)進行了摸底：位于我國武當(dāng)山至秦嶺南麓一帶的黃姜皂甙含量最高；但是，對黃姜還缺乏系統(tǒng)深入的研究，主要表現(xiàn)在提高黃姜皂素含量的配套技術(shù)研究還處于起步階段。 我國對黃姜資源開發(fā)利用始于 50 年代，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，我國甾體激素制藥產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，大中型激素制藥廠達 100 多家，已利用薯蕷皂甙配基合成了 100 多種藥物，年產(chǎn)值超過 60 億元，占醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值的 4% ，成為我國醫(yī)藥工業(yè)體系中的重要組成部分。 ③ 皂素加工企業(yè)方興未艾。近年由于皂素價格一路飚升，皂素項目近年有猛增的趨勢，全國現(xiàn)有皂素生產(chǎn)企業(yè) 150 多家，年生產(chǎn)能力近 1500 噸。 原材料 、動力供應(yīng)、交通運輸條件 新技術(shù)的采用等主要建設(shè)條件 在陜西南部和靠近湖北省地區(qū) ，黃姜有著大面積的種植，黃姜資源是非常豐富的，只要有需求，黃姜的種植將會不斷的擴大，將會促進一方經(jīng)濟的發(fā)展。擬建成的廠區(qū)位于咸陽經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，交通十分方便，因此能大大減少產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力。 本設(shè)計采用酶解法制取皂素，并把分離出的淀粉轉(zhuǎn)化為糖再制得酒精的工藝，經(jīng)初試，結(jié)果合理，環(huán)境污染小，資源得到了合理的利用，經(jīng)濟上 也是可行的。再者，從廠址所在地的經(jīng)濟發(fā)展、自然條件的利用都符合我國的國情和西部大開發(fā)這一主題。 企業(yè)組織 管理 勞動定員和人員編制 擬建廠有廠部領(lǐng)導(dǎo)及其下屬的科室和車間組成，技術(shù)人員主要從離校畢業(yè)生和相關(guān) 企業(yè)的有工作經(jīng)驗人員中招聘，勞動工人從本地區(qū)招收。企業(yè)內(nèi)部按照有利于發(fā)展生產(chǎn)，有利于充分利用人力資源、術(shù) 、裝備、 資金，有利于宏觀調(diào)控微觀搞活，有利于調(diào)動各個方面的積極性，有利于提高經(jīng)濟效益的原則，在劃小核算單位的基礎(chǔ)上下放權(quán)利，實行分級分權(quán) 管理。 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 5 第 2 章 工藝說明 全廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程及企業(yè)組成 全廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 本廠的主要產(chǎn)品是皂素，副產(chǎn)品是酒精和有機肥料。薯蕷皂素為白色針狀晶體，其結(jié)構(gòu)如圖 2－ 1。 （ 1） 傳統(tǒng) 工藝 ① 直接酸水解法 傳統(tǒng)的提取薯蕷皂甙元的方法為直接酸水解法．即先用硫酸或鹽酸水解黃姜根莖，水解物用水洗滌至中性．然后干燥至 含水 3～ 5%，再用溶劑汽油提取。 ② 預(yù)發(fā)酵法 一般認(rèn)為預(yù)發(fā)酵法可以提高薯蕷皂甙元的收率。王元蘭報道用蒸餾水浸泡藥材干粉，置于 39℃的恒溫箱中發(fā)酵。但自然發(fā)酵法影響因素較多，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。此法改善了水解條件，縮短了生產(chǎn)周期，皂素收率比直接酸水解法提高 35％以上，同時可分離出纖維素和淀粉，開展綜合利用。另有報道在發(fā)酵過程中加入果膠酶、苦杏仁酶和植物生長激素 苯氧乙酸、吲哚 3乙酸均可提高產(chǎn)率。 ③ 分離法加工薯蕷 植物 本工藝技術(shù)是將薯蕷根莖帶水磨碎，在水中篩分，將各有用成分分開后，分別采用適宜的方法加工利用。分出的糖液可以用來生產(chǎn)酵母粉。 ④ CO2 超臨界萃取薯蕷皂甙元的工藝研究 葛發(fā)歡等報道用 CO2 超臨界萃取法從黃山藥中提取薯蕷皂甙元的研究，實驗確定了萃取薯蕷皂甙元的最佳條件：即萃取壓力為 29MPa，溫度 55℃；分離Ⅰ壓力為 10 MPa，溫度 60℃，分離Ⅱ壓力為 ，溫度 45H；分離柱壓力為 18 MPa，溫度為 70℃； CO2 流量為 12kg/kg CO2 超臨界從黃山藥中萃取薯蕷皂甙元和傳統(tǒng)方法比較，收率提高 倍，生產(chǎn)周期大大縮短，避免了使用汽油引起易燃 易爆的危險。 （ 2） 綜合利用研究 ① 用于生產(chǎn)葡萄糖 盾葉暮蕷經(jīng)發(fā)酵、中和、過濾后，濾餅干燥后用于提取薯蕷皂素，濾液加入活性炭脫色過濾后，以 2倍柱體積 ② 用于生產(chǎn)檸橡酸 黃利群等經(jīng)誘變，篩選得到一株新菌株 HA608，用于盾葉薯蕷水解液發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。盾葉薯蕷水解糖液培養(yǎng)基為：糖液 50m1，產(chǎn)酸促進劑 2g， ，發(fā)酵溫度 34℃，搖床轉(zhuǎn)速 265r／ min。 ③ 用于醋酸潑尼松霉菌發(fā)酵 黃姜粉用水浸泡后的上清液濃縮可以提取盾葉冠心寧。過濾，分出糖液和糖渣。糖液脫色精制得純凈葡萄糖液。接種黑根霉孢子液％，在 28℃旋轉(zhuǎn)式搖床培養(yǎng) 24h，菌絲量達 1／ 2以上， ，菌絲形態(tài)正常，不染菌，投沃氏物濃度 1％。結(jié)果說明，黃姜中所含淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 7 糖后，可以用于醋酸潑尼松霉菌發(fā)酵。酸水解提取皂素的濾液可以發(fā)酵制酒。加 熱和酶解可使其中果膠、半纖維素、部分纖維素、脂類物質(zhì)等成分酶解液化，使淀粉酶解成葡萄糖。 如此處理 ，分離后的固 形 僅余纖維、木質(zhì)素、皂甙等少量固體物質(zhì)， 為 黃姜總重的 20%左右。測定可發(fā)酵糖小于 1％、 酒精 度達到 35％，無雜菌感染，泵入蒸餾工段，經(jīng)粗餾、醛塔、精塔分離，得到合格酒精。 ④ 固液分離后的固形物質(zhì)進入振動篩，對 表皮等 纖維進行分離， 使 粗纖維物質(zhì)與 含有皂甙的 細(xì)纖維分離，進一步減少進入酸解工段的固 形 物質(zhì)，此時的固 形 物已減少為黃姜固 形 物總量的 10%。篩分后的細(xì)料按照固液比 1： 4的比例加入回收 的廢酸液，添加少量新硫酸， 控制料 液酸度為 ％，加熱加壓至 ，經(jīng) 1小時，抽濾分離固液，液體為廢酸液回用于酸解。由于通過幾道工序已經(jīng)將黃姜中 90％的固體物質(zhì)分離，需要酸解的固體物總量 大大減少。 ⑥ 漂洗水處理。污水先入預(yù)處理池，經(jīng)調(diào)整 pH值后初步沉淀 ，進入兼氧池，處理 7～ 8天后進入好氧池，曝氣后 進入沙濾。 （ 2） 有關(guān)指標(biāo)： ① 皂素收率：以黃姜水溶皂甙和醇溶皂甙測定總含量為 100%，本工藝收率達到 %，本工藝中采用了細(xì)胞破壁和水溶皂甙固化技術(shù)，有效成分全部從細(xì)胞中分離，皂甙更容易充分萃取。經(jīng)測定為COD7000mg/L 左右。一般 5m3酸解釜補充 60kg濃硫酸，每釜裝料相當(dāng)于 （干物質(zhì)約 260k