年產(chǎn)5萬噸乙醇化工廠設(shè)計(jì)【含4張CAD圖紙】

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V 年產(chǎn)5萬噸乙醇化工廠設(shè)計(jì) 摘 要 乙醇在人們?nèi)粘Ｉ钜约翱茖W(xué)研究等諸多領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用。世界乙醇行業(yè)以及我國(guó)乙醇行業(yè)都呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)，產(chǎn)量逐年遞增。發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的能力將成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志。發(fā)酵法主要是利用微生物無氧發(fā)酵，將含糖物質(zhì)如，甘蔗，甘薯，玉米等物質(zhì)內(nèi)的糖類轉(zhuǎn)化為乙醇。此法原料來源豐富，生產(chǎn)過程環(huán)保，值得大力推廣。本設(shè)計(jì)對(duì)玉米乙醇生產(chǎn)的發(fā)酵車間和精餾車間進(jìn)行了計(jì)算和設(shè)備選型，力求理論和實(shí)踐相結(jié)合。 關(guān)鍵詞:玉米,乙醇,發(fā)酵法,發(fā)酵車間,蒸餾車間 The Chemical Plant Design of Yearly Produces 50,000 Tons Ethanol ABSTRACT Ethanol has very extensive application in a great deal of fields such as people's daily life and scientific research. The trades and ethanol trades of our country have fast development trends on earth in the world. The output is increased progressively year by year. The ability for producing ethanol of the fermented law will become the sign of a national economic strength. The fermented law is mainly to utilize microorganism to have no oxygen to ferment, it suck candy material like,sugarcane, sweet potato, carbohydrate in the material such as the maize are turned into ethanol. This law raw material sources are abundant , the environmental protection of the production process, is worth popularizing in a more cost-effective manner. Originally design the fermented workshop and distillation workshop produced to alcohol to calculate with the selecting type of the apparatus , strive to make the theory combine with practice. KEYWORDS：Corn，Ethanol，F(xiàn)ermented law，F(xiàn)ermented workshop，Distillation workshop 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒 論 1 1.1 乙醇的主要性質(zhì) 1 1.2 乙醇的主要用途 1 1.3 我國(guó)乙醇行業(yè)基本狀況發(fā)展趨勢(shì) 2 1.4 乙醇工業(yè)生產(chǎn)方法 2 1.4.1化學(xué)合成法 2 1.4.3發(fā)酵法 3 1.5 乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 4 1.6 項(xiàng)目建設(shè)的背景 4 1.7 項(xiàng)目實(shí)施的意義及必要性 6 1.8 生產(chǎn)原料的供應(yīng) 7 1.8.1主要原料的供應(yīng) 7 1.8.2 輔助材料的供應(yīng) 8 2 生產(chǎn)工藝與設(shè)備介紹 9 2.1 糖化、蒸煮工段 9 2.2 發(fā)酵工段 10 2.2.1酒母培養(yǎng)的工藝流程 10 2.2.2 發(fā)酵 11 2.3 蒸餾工段 11 3 乙醇生產(chǎn)物料衡算 13 3.1?全廠物料衡酸的內(nèi)容 13 3.2?工藝流程示意圖 13 3.3?工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 13 3.4 原料消耗的計(jì)算 14 3.5 蒸煮醪量的計(jì)算 15 3.6 糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算 16 3.7 發(fā)酵醪量的計(jì)算 17 3.8 50000噸/年淀粉原料乙醇廠總物料衡算 18 3.9 50000噸乙醇發(fā)酵車間水衡算 19 4 設(shè)備計(jì)算、選型與熱量衡算 21 4.1 發(fā)酵設(shè)備的計(jì)算與選型 21 4.1.1 發(fā)酵罐容積的確定： 21 4.1.2? 發(fā)酵罐能力的計(jì)算： 21 4.1.3 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定： 22 4.1.4??主要尺寸的計(jì)算 22 4.1.5??設(shè)備材料的選擇： 25 4.1.6??發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 25 4.1.7? 接管設(shè)計(jì) 26 4.1.8 支座選擇 26 4.2種子罐的計(jì)算與選型 27 4.2.1??種子罐容積和數(shù)量的確定： 27 4.2.2 冷卻面積計(jì)算（采用夾套冷卻） 27 4.2.3 壁厚計(jì)算: 28 4.2.4 種子罐結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)： 29 4.2.5 種子罐進(jìn)風(fēng)管（進(jìn)料管） 30 4.2.6 冷卻水管： 31 4.3 粗餾塔的計(jì)算與選型 32 4.3.1粗餾塔的物料和能量衡算 32 4.3.2 粗鎦塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算 33 4.4 精餾塔的計(jì)算與選型 36 4.4.1 精餾塔基本數(shù)據(jù)的確定 37 4.4.2 計(jì)算加熱蒸汽量G和廢液量W： 38 4.4.3 閥塔板間距的選擇與塔徑的估算： 39 4.4.4 層數(shù)的確定： 39 4.4.5 塔高的計(jì)算 40 4.4.6 塔板的計(jì)算 41 4.4.7 接管計(jì)算： 44 4.4.8 精餾塔其他尺寸確定 45 4.5 工藝設(shè)備一覽表 46 5 環(huán)境的保護(hù)和安全措施 49 5.1全廠平面圖設(shè)計(jì)原則 49 5.1.1 原料廠及堆場(chǎng) 49 5.1.2 生產(chǎn)區(qū) 49 5.1.3 廠前區(qū) 50 5.1.4 動(dòng)力區(qū) 50 5.1.5 輔助生產(chǎn)車間 50 5.1.6 倉(cāng)庫(kù)區(qū) 50 5.1.7 工廠綠化 50 5.2 車間布置原則 51 5.2.1 裝置（車間）的組成 51 5.2.2 車間布置方式 52 5.3工廠防護(hù) 52 5.4給排水 52 5.5供電 53 5.6供熱 54 5.7空壓站、冷凍站 54 5.8維修車間 54 5.9科研、化驗(yàn)樓 55 5.10節(jié)能 55 5.11 發(fā)生火災(zāi)的主要原因及其預(yù)防 55 5.11.1 發(fā)生火災(zāi)的原因 56 5.11.2 預(yù)防原則 56 5.12主要污染物 56 5.13污染物控制方案 57 6 設(shè)計(jì)結(jié)果 58 致 謝 59 參考文獻(xiàn) 60  59 年產(chǎn)5萬噸乙醇化工廠設(shè)計(jì) 1 緒 論 1.1 乙醇的主要性質(zhì) （a）乙醇是在常溫、常壓下是一種無色、透明、有香味、易揮發(fā)的液體，熔點(diǎn)-117.3℃，沸點(diǎn)78.5℃，凝固點(diǎn)為-114.1℃．密度0.7893g/cm3,能與水及大多數(shù)有機(jī)溶劑以任意比混溶。乙醇易燃,它的爆炸極限為3.5%～18%,閃點(diǎn)11℃,使用時(shí)須注意安全。工業(yè)酒精含乙醇約95％。含乙醇達(dá)99.5％以上的酒精稱無水乙醇。含乙醇95.6％,水4.4％的酒精是恒沸混合液,沸點(diǎn)為78.15℃，其中少量的水無法用蒸餾法除去。 （b）危險(xiǎn)特性：易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或引起燃燒。在火場(chǎng)中，受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。滅火方法：盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處。噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束。滅火劑：抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。 （c）儲(chǔ)藏：存于陰涼、通風(fēng)倉(cāng)間內(nèi)。遠(yuǎn)離火種、熱源。儲(chǔ)存溫度不宜超過30℃。防止陽光直射。保持容器密封。應(yīng)與氧化劑分開存放。 1.2 乙醇的主要用途 乙醇的用途按需求量多少可分為三方面：用量最大的燃料乙醇，科研用的乙醇化學(xué)試劑，化工醫(yī)藥用乙醇。 (a) 乙醇是一種新能源，其優(yōu)勢(shì)在于發(fā)酵乙醇屬于可再生能源，乙醇不僅是一種優(yōu)良燃料，它作為一種優(yōu)良燃油品質(zhì)改善劑被廣泛使用，其優(yōu)良特性主要有：乙醇是燃油的增氧劑，是汽油燃燒完全，大大節(jié)能和環(huán)保的；乙醇具有很好的抗爆性能；乙醇是優(yōu)于太陽能的一種生物轉(zhuǎn)化能源，是可再生資源。 (b) 乙醇在醫(yī)藥方面的用途很廣：可作為大專院校及科研院所等的實(shí)驗(yàn)室以餐飲業(yè)在燃料；可作為細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究使用的優(yōu)良的固定劑和脫水劑，可作為優(yōu)良的防凍降溫介質(zhì)。可作為燃料乙醛，乙酸，乙醚。 (c) 酒精工業(yè)的副產(chǎn)品 大型乙醇企業(yè)除主要生產(chǎn)乙醇外，還有如下副產(chǎn)物：優(yōu)質(zhì)顆粒飼料DDGS（全價(jià)干酒精糟）優(yōu)質(zhì)食用級(jí)CO2. CO2是發(fā)酵酒精相伴生產(chǎn)的數(shù)量最大的副產(chǎn)品。高純度食用級(jí)CO2除用做碳酸飲料外還有氣體保護(hù)焊接，藥物萃取，溫室生產(chǎn)等方面有較廣的用途；玉米油；玉米胚芽油是優(yōu)質(zhì)保健食品；玉米，小麥等為原料的大型究竟生產(chǎn)企業(yè)。還可以生產(chǎn)玉米淀粉，葡萄糖漿，果糖漿，玉米蛋白等，雜醇油是某些食用香料的主要原料。 1.3 我國(guó)乙醇行業(yè)基本狀況發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)的乙醇工業(yè)始于1900年黑龍江哈爾濱市，建國(guó)前全國(guó)的總產(chǎn)量已居世界第三位。我國(guó)乙醇總產(chǎn)量還不到一萬噸，新中國(guó)成立后歷經(jīng)50年的發(fā)展初步形成了企業(yè)生產(chǎn)，工廠設(shè)計(jì)，科學(xué)研究，人才培訓(xùn)，綜合利用，檢驗(yàn)檢測(cè)，產(chǎn)品銷售等一個(gè)完整的酒精工業(yè)體系，中國(guó)的乙醇產(chǎn)量已增長(zhǎng)到300萬噸，躍居世界第三。其中年產(chǎn)5萬噸以上企業(yè)10家。3萬噸的企業(yè)20家，萬噸以上的70家。 2000年我國(guó)政府燃料乙醇規(guī)劃的實(shí)施標(biāo)志著中國(guó)乙醇產(chǎn)業(yè)還要上一個(gè)臺(tái)階，2003年吉林（一期年產(chǎn)量30萬噸）大型燃料乙醇企業(yè)的投產(chǎn)，說明中國(guó)乙醇生產(chǎn)能力已接近世界先進(jìn)水平，但有專家指出：目前，中國(guó)玉米燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)需進(jìn)一步提高的工藝環(huán)節(jié)。包括干法脫胚制油，中溫雙酶法糖化，濃醪連續(xù)發(fā)酵，多塔差溫蒸餾，廢熱多效真空蒸發(fā)；CIP清洗系統(tǒng)等。隨著乙醇工業(yè)的不斷發(fā)展，乙醇工業(yè)已逐步從傳統(tǒng)工藝的模式中解放出來。廣大工程技術(shù)人員都在努力研究和開發(fā)新工業(yè)，新設(shè)備，選育新的高產(chǎn)穩(wěn)定的菌種。由于世界范圍內(nèi)耕地面積都在不斷減少。以淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇的比例也在減，以糖蜜為原料生產(chǎn)乙醇的比例卻有明顯提高。具有關(guān)報(bào)道，全世界酒精生產(chǎn)所用原料的各種比例為45%，石油裂解廢氣乙烯占0%淀粉質(zhì)原料占16%。亞硫酸鹽紙漿液占7%，野生植物約占12%。這些數(shù)據(jù)表明，將來的酒精生產(chǎn)原料可能以含有可發(fā)酵性工業(yè)廢氣物為主。 為了進(jìn)一步提高乙醇生產(chǎn)工藝，各國(guó)的工程技術(shù)人員都在研究新型的乙醇發(fā)酵方法，如現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的固定化細(xì)胞乙醇發(fā)酵法，耐高溫活性干酵母法等新的發(fā)酵工藝。在設(shè)備方面也有不少生產(chǎn)反應(yīng)器出現(xiàn)，如單罐連續(xù)攪拌反應(yīng)器，酒母回用連續(xù)攪拌反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器，細(xì)胞固定化反應(yīng)器等，再新原料利用方面都有很大改進(jìn)，以上所提到的乙醇生產(chǎn)工藝和設(shè)備，再某些方面還存在不足之處。但基本上反映了乙醇工業(yè)今后的發(fā)展方向。 1.4 乙醇工業(yè)生產(chǎn)方法 目前乙醇工業(yè)的生產(chǎn)方法，歸結(jié)起來主要有兩種類型：一種是利用乙醇酒母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。另一種是利用石油原料采用化學(xué)合成方法生產(chǎn)乙醇。 1.4.1化學(xué)合成法 化學(xué)合成法是指利用石油和或天然氣的裂解氣、工礦企業(yè)的廢氣以及電石等原 料，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成酒精的方法，有乙烯水合法和乙醛加氫法等方法。工業(yè)生產(chǎn)上最重要的方法是乙烯水合，它又分為間接水合法（又稱硫酸水合法）水合法兩種方法。 (1)乙烯水合法: (a) 直接水合法 乙烯和水在固相催化劑的存在下，經(jīng)氣相反應(yīng)直接合成酒精。工業(yè)上廣泛采用磷酸作為催化劑，其載體是合成的粗糙而多孔的硅酸鋁顆粒。其化學(xué)反應(yīng)式如下： CH2=CH2＋H2O 7.0—8.0Mp,280—300℃ 磷酸的硅藻土系催化劑 CH3CH2OH (b) 硫酸水合法 硫酸水合法是指將乙烯為96％—98％的硫酸進(jìn)行酯化反應(yīng)生成硫酸酯，然后再將硫酸酯加水分解成乙醇和稀硫酸。其化學(xué)式如下： 第一步 CH2=CH2＋H2SO4 2.1M p—2.5Mp，65—75℃ CH3CH2—O—SO2 或者 2CH2＋H2SO4 2.1M p—2.5Mp，65—75℃ (CH3CH2—O)2SO2 第二部 CH3CH2—O—SO2 0.2Mp,95—100℃ CH3CH2OH+ H2SO4 或者 (CH3CH2—O)2SO2 0.2Mp,95—100℃ 2CH3CH2OH+ H2SO4 (2)乙醛加氫法 （a）乙烯氧化法?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下： CH2=CH2+1/2O2 氯化鈀，氯化銅 CH3CHO CH3CHO+H2 160—200℃ 銅催化劑 CH3CH2OH （b）電石法。電石的主要成分是碳化鈣，碳化鈣與水作用生成乙炔，在硫酸汞催化劑作用下，乙炔與水生成乙醛，乙醛在銅催化劑作用下生成乙醇。反應(yīng)式如下： CaC2＋2H2O C2H2＋Ca(OH)2＋138kJ C2H2+ H2O H2SO4 硫酸汞 CH3CHO CH3CHO+H2 160—200℃ 銅催化劑 CH3CH2OH 1.4.3發(fā)酵法 發(fā)酵法是將葡萄糖在有能引起發(fā)酵的物質(zhì)存在的情況下，經(jīng)過蒸煮、糖化等各種不同的階段而轉(zhuǎn)化成乙醇，工業(yè)上事先將淀粉在淀粉糖化酶的作用下預(yù)先進(jìn)行糖化： m(C6H12O5)＋1/2mH2O 糖化酶 1/2m（C12H22O11) 在發(fā)酵過程中，雙糖經(jīng)水解的到葡萄糖： C12H22O11+ H2O 麥芽糖酶 2C6H12O6 然后葡萄糖酒化： C6H12O 酒化酶 2CH3CH2OH+2CO2 我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富，所以，主要采用微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法在采用不同發(fā)酵原料時(shí)生產(chǎn)酒精的工藝有所不同，主要分為淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)工藝，糖蜜原料酒精生產(chǎn)工藝，工廠廢液及纖維素原料酒精生產(chǎn)工藝等。常用淀粉質(zhì)原料有薯類，谷物類，和某些含淀粉較多野生植物。 1.5 乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 乙醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是檢驗(yàn)乙醇蒸餾和管理水平的核心，一個(gè)國(guó)家的乙醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是這個(gè)國(guó)家乙醇產(chǎn)業(yè)能力和水平的標(biāo)志，乙醇質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是整個(gè)乙醇企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的最主要的法規(guī)，乙醇質(zhì)量是酒精企業(yè)的生命線，不斷提高乙醇質(zhì)量是企業(yè)永恒主題。 表1—1 工業(yè)乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB394—93感官和理化指標(biāo)規(guī)定值簡(jiǎn)表 項(xiàng)目 單位 優(yōu)等 一等 合格 粗酒精 外觀 無色透明 淡黃色 氣味 無異臭 — 乙醇（20℃） %（體積）≥ 90.6 95.5 95.0 氧化時(shí)間 min ≥ 30 15 5 — 色度 號(hào) ≥ 10 — 硫酸試驗(yàn) — 10 80 — 甲醇 mg/L ≤ 800 1200 ? 2000 — 醛 5 30 — 雜醇油 10 80 400 — 酸 10 20 — 酯 30 40 — 不揮發(fā)油 20 25 — 1.6 項(xiàng)目建設(shè)的背景 世界經(jīng)濟(jì)一體化、我國(guó)成功加入WTO、國(guó)民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整、全球范圍內(nèi)石油價(jià)格的不斷攀升，為地處我國(guó)華中交通、能源、流通、文化中心，生物質(zhì)燃料原料豐富、區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯乙醇建設(shè)工程的建設(shè)和實(shí)施帶來了極好的發(fā)展機(jī)遇。 能源問題一直是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展所面臨的一大突出問題。在自然界，人們可利用的能源總體上可分為兩大類，即一次能源（如石油、煤炭、天然氣等）和再生能源（如太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等）。在這些能源中，人類目前消耗量最大的要屬一次能源。但一次能源的儲(chǔ)量是有限的，是不可再生的，并且已呈逐漸枯竭之勢(shì)。石油作為最主要的能源及化學(xué)品原料，在20世紀(jì)為人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)，但隨著石油可開采量的減少，能源問題已經(jīng)嚴(yán)重制約著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1973年至1974年的第一次石油危機(jī)觸發(fā)了第二次世界大戰(zhàn)之后最嚴(yán)重的全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)。這場(chǎng)危機(jī)導(dǎo)致美國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)總值下降了14%，所有工業(yè)化國(guó)家的生產(chǎn)率增長(zhǎng)都明顯放慢；1979年至1980年的第二次石油危機(jī)成為70年代末西方國(guó)家全面經(jīng)濟(jì)衰退的一個(gè)主要原因。根據(jù)聯(lián)合國(guó)能源組織的評(píng)估，地球上的石油儲(chǔ)量再有五十年左右將基本耗盡，為了解決這一問題，保持全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，從20世紀(jì)70年代中期開始，利用生物技術(shù)和可再生資源（生物資源）進(jìn)行燃料乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)，并以此作為石油的替代物已成為各國(guó)科學(xué)工作者研究的熱門課題。 統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)石油地質(zhì)資源約為940億噸，其中可開采資源僅為135億噸，目前探明的只有24%，人均石油資源占有量?jī)H為世界平均水平的1/16?！鞍宋濉币詠?，我國(guó)石油產(chǎn)量年增長(zhǎng)率為1.7%，而消費(fèi)量年增長(zhǎng)率卻高達(dá)4.99%，供求矛盾日益突出，1993年起我國(guó)已成為石油凈進(jìn)口國(guó)。據(jù)中石油的預(yù)測(cè)，今后幾年，我國(guó)的汽油消費(fèi)將繼續(xù)以不低于3.5%的速率遞增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年我國(guó)生產(chǎn)成品油（汽、煤、柴）17456萬噸。其中汽油5405萬噸，煤油989萬噸，柴油11062萬噸。“十五”期間我國(guó)成品油生產(chǎn)量增加了44.4%，年均增長(zhǎng)率為7.6%；汽油生產(chǎn)量增加30.7%，年均增長(zhǎng)率為5.5%； 2005年我國(guó)成品油消費(fèi)量約16816萬噸，同比增加757萬噸，當(dāng)年消費(fèi)汽油4815萬噸?！笆濉逼陂g我國(guó)成品油消費(fèi)量增加53.9%，年均增長(zhǎng)率為9.0%；汽油消費(fèi)量增加40.3%，年均增長(zhǎng)率為7.0%。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，未來國(guó)內(nèi)成品油需求將平穩(wěn)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2010年和2020年，我國(guó)對(duì)成品油的需求量，將分別達(dá)到2.2億噸和3.0億噸。“十一五”和“十二五”期間，其年均增長(zhǎng)率將分別為5.5%和6.4%隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源供給不足的問題已經(jīng)越來越明顯地凸現(xiàn)出來；開發(fā)燃料乙醇等石油替代燃料、研究和開發(fā)新型能源已成當(dāng)務(wù)之急。 環(huán)境污染是制約人類文明發(fā)展的另一大主要因素，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)走進(jìn)了尋常百姓家。隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣對(duì)大氣環(huán)境造成的污染在逐年增加。相關(guān)部門對(duì)我國(guó)388個(gè)城市空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，三分之二城市的空氣質(zhì)量超過國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中超過三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的有157個(gè)城市，占統(tǒng)計(jì)城市總數(shù)的40.5%；47個(gè)全國(guó)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市中，有三分之二的空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，其中18個(gè)城市空氣質(zhì)量超過三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。隨著城市能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、使用優(yōu)質(zhì)煤炭和工業(yè)污染源綜合治理工作的的深入開展，機(jī)動(dòng)車尾氣污染大氣環(huán)境問題已變得尤為突出。這主要表現(xiàn)在人口和交通高度集中的大城市。據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，到2005年底，我國(guó)民用汽車保有量已達(dá)3300萬輛，摩托車約4500萬輛，并且還以年10%的速度遞增，大量的汽車尾氣污染物排放給城市大氣環(huán)境質(zhì)量帶來了很大影響。國(guó)際上對(duì)汽車尾氣造成的大氣環(huán)境污染非常重視，各國(guó)在研究開發(fā)替代汽油的清潔能源方面作了很多工作，比如風(fēng)能、電能（水電、火電）的開發(fā)，提取海水中的氫等，但這些均具有很大的局限性。目前常用的方法是在車用汽油中添加氧化辛烷輔助劑（主要是MTBE——甲基叔丁基醚），以提高汽油的辛烷值，有效促進(jìn)燃燒，減少一氧化碳排放和汽油中苯的排放，降低汽油的揮發(fā)性，減輕地表臭氧污染。而這種添加劑的使用，在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家早已引起爭(zhēng)議。科學(xué)家們認(rèn)為，MTBE在減少空氣污染的同時(shí)，也對(duì)地下水及飲用水源造成了嚴(yán)重污染，而且其污染地下水所造成的危害程度要遠(yuǎn)大于其清潔空氣的作用。因此，為了防止飲用水遭受進(jìn)一步污染，2001年3月美國(guó)宣布全國(guó)禁止使用MTBE作為汽油添加劑。據(jù)悉，歐盟、巴西和墨西哥也都在考慮停止摻混在汽油中的MTBE的生產(chǎn)。用生物技術(shù)路線取代化學(xué)技術(shù)路線進(jìn)行生物燃料的生產(chǎn)，已成為世界上各大化學(xué)公司發(fā)展戰(zhàn)略的熱點(diǎn)。在我國(guó)，以生物化學(xué)制品、環(huán)保型燃料替代石油，也已被國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)確定為我國(guó)汽車燃料工業(yè)發(fā)展的方向。 我國(guó)的乙醇生產(chǎn)企業(yè)，主要分布在山東、吉林、黑龍江、河南、安徽、等省區(qū)。湖北燃料乙醇生產(chǎn)到目前為止仍為空白。本項(xiàng)目的實(shí)施，將為今后發(fā)展玉米乙醇產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)，成為我國(guó)華北地區(qū)新型再生環(huán)保能源的生產(chǎn)基地。本項(xiàng)目產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后其優(yōu)勢(shì)為： a)采用目前國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)乙醇，節(jié)能效果明顯。 b)與國(guó)內(nèi)已有的以甜蜜、小麥為原料生產(chǎn)的乙醇相比，該項(xiàng)目產(chǎn)品成本低，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 c)在華北大區(qū)，玉米的種植普遍，原料充足，利用丘嶺山地坡地，因地制宜，種植玉米可帶動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增加收入，脫貧致富。 本項(xiàng)目除主產(chǎn)品乙醇外，還回收液體CO2、生物能源--沼氣和有機(jī)肥料、飼料等副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品都是利用乙醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣，通過適當(dāng)?shù)墓に囘^程獲得，充分利用了資源，形成了環(huán)保型產(chǎn)業(yè)鏈，而且最終排污指標(biāo)均達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。所以本項(xiàng)目是一個(gè)社會(huì)效益、環(huán)境效益顯著、經(jīng)濟(jì)效益較好，市場(chǎng)前景廣闊的新型環(huán)保能源產(chǎn)業(yè)，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。 按照發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思路，玉米乙醇加工生態(tài)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈還可以進(jìn)一步拓寬，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)資源循環(huán)、高效利用，提高經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 1.7 項(xiàng)目實(shí)施的意義及必要性 我國(guó)推行乙醇汽油清潔燃料，可以綜合解決解決國(guó)家石油短缺、糧食過剩及環(huán)境惡化三大熱點(diǎn)問題，并且對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保、交通、財(cái)政諸方面起到極其的推動(dòng)作用。項(xiàng)目建設(shè)具有戰(zhàn)略性的意義，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面： a) 改善大氣環(huán)境。使用有作為燃料，可以明顯降低汽車廢氣的排放，有效改善大氣質(zhì)量，立足21世紀(jì)燃料乙醇發(fā)展的方向，瞄準(zhǔn)乙醇產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)，謀求真正與國(guó)際同行業(yè)先進(jìn)水平接軌，充分利用常德市及其周邊地區(qū)豐富的玉米原料資源，利用高科技生產(chǎn)具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的乙醇產(chǎn)品。 乙醇為可再生能源，使用車用乙醇汽油部分代替汽油，有利于大氣環(huán)境的改善、可有效解決農(nóng)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化增值問題、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)?！笆濉逼陂g我國(guó)已批準(zhǔn)在黑龍江、吉林、河南及安徽等省分別建設(shè)年產(chǎn)數(shù)十萬噸的燃料乙醇項(xiàng)目，作為國(guó)家新興能源試點(diǎn)示范重點(diǎn)工程，目前均取得了相當(dāng)滿意的結(jié)果。 改革開放以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和汽車、化工等工業(yè)的迅速增長(zhǎng)，我國(guó)對(duì)各種能源的需求也越來越大，但全國(guó)能源儲(chǔ)量十分有限，且利用程度較低，難以滿足日益增長(zhǎng)的能源需求。乙醇汽油的推廣使用，不僅能夠提高汽油的辛烷值，減輕汽車尾氣對(duì)大氣的污染，而且能夠有效緩解能源緊張、農(nóng)產(chǎn)品出路等諸多社會(huì)矛盾，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防戰(zhàn)備的意義非常重大。本項(xiàng)目的建設(shè)不僅具有提供替代能源的積極作用，而且還是一個(gè)綠色環(huán)保項(xiàng)目，它的附屬產(chǎn)品CO2可用于飲料、保鮮、消防、機(jī)械、鋼鐵、水泥等行業(yè)；沼氣可作為鍋爐的燃料，綜合效益十分顯著。 b)發(fā)展以玉米為原料的農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整的重要途徑，具有十分重要的意義?？梢源龠M(jìn)優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局和優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地的建設(shè)，延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，提高農(nóng)產(chǎn)品的綜合利用、轉(zhuǎn)化增值水平，有利于提高農(nóng)業(yè)綜合效益和增加農(nóng)民收入；通過發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)，以農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)為基本途徑，吸納農(nóng)村富余勞動(dòng)力就業(yè)，提高技術(shù)裝備能力和水平，有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。本項(xiàng)目通過建設(shè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效玉米原料基地，實(shí)施“公司＋科技＋農(nóng)戶”的訂單農(nóng)業(yè)模式，符合我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展要求和國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)產(chǎn)品加工轉(zhuǎn)化和增加農(nóng)民收入、保護(hù)農(nóng)民利益的戰(zhàn)略意義。 c)為生物質(zhì)能源利用開辟了一條新的途徑。人類要生存，就離不開能源，從鉆木取火到煤炭、石油時(shí)代，每一次能源革命都把人類社會(huì)向前推進(jìn)了一大步。直到現(xiàn)在，人類仍陶醉于征服大自然的喜悅中，但人類對(duì)大自然的超然索取，早已改變了原有的溫馨和潔凈。以我國(guó)為例，在一次性能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占75％，煤耗量約為15億噸。煤是全程污染的能源，除了人們看得見的煙塵污染外，還有二氧化硫和氮氧化物。肆意消耗以煤和石油為主的石化能源所引發(fā)的環(huán)境污染、溫室效應(yīng)、熱帶雨林消失、物種多樣性減少等一系列生態(tài)危機(jī)，正在日益嚴(yán)重地威脅著人類的自身生存和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，不論是解決能源問題，還是解決環(huán)境污染問題，都有必要積極開發(fā)可再生綠色能源。 d)有利于解決“三農(nóng)”問題。當(dāng)前農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展中還存在著許多矛盾和問題，突出的是農(nóng)民增收困難。全國(guó)農(nóng)民人均純收入連續(xù)多年增長(zhǎng)緩慢，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民收入增長(zhǎng)幅度低于全國(guó)平均水平，許多以種糧為主業(yè)的農(nóng)民收入持續(xù)徘徊甚至下降，城鄉(xiāng)居民收入差距仍在不斷擴(kuò)大。農(nóng)民收入長(zhǎng)期上不去，不僅影響農(nóng)民生活水平的提高，而且影響糧食生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品的供給；不僅制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且制約整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)；不僅關(guān)系農(nóng)村社會(huì)進(jìn)步，而且關(guān)系全面建設(shè)小康社會(huì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 1.8 生產(chǎn)原料的供應(yīng) 1.8.1主要原料的供應(yīng) 本設(shè)計(jì)主要原料為玉米，我國(guó)玉米生產(chǎn)有很大的發(fā)展，播種面積僅次于水稻和小麥，居世界第三，產(chǎn)量?jī)H次于稻谷而位居第二。目前各地都出現(xiàn)有較大面積的畝產(chǎn)500kg以上的產(chǎn)量，并總結(jié)出一整套玉米高產(chǎn)穩(wěn)定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，包括玉米雜種的推廣、合理密植、實(shí)行間套作和育苗移栽以增加復(fù)種指數(shù)、合理施肥及病蟲害防止等。從各方面來看，我國(guó)玉米增產(chǎn)的潛力很大。 我國(guó)玉米產(chǎn)區(qū)遼闊，分布范圍廣，全國(guó)30個(gè)省所有旱地，不論高山、平原、丘陵地區(qū)都有種植，但主要其中在華北、東北地區(qū)。因此，在本地建乙醇發(fā)酵工廠，玉米原料供應(yīng)充足，可在就近地區(qū)解決。 玉米胚芽中含有30%—40%的脂肪，玉米油中的不飽和脂肪酸含量達(dá)72%，是良好的食用油脂；玉米還含有較豐富的蛋白質(zhì)。因此，玉米不僅是乙醇生產(chǎn)的良好原料，還應(yīng)該在生產(chǎn)乙醇的同時(shí)，進(jìn)行提取玉米油、制蛋白質(zhì)飼料等終合利用的工作。玉米的化學(xué)成分如下表： 表1—2 玉米的組成(單位：%) 水分 蛋白質(zhì) 脂肪 碳水化合物 粗纖維 灰分 6—15 8.5 5—7 65—73 1.3 1.7 1.8.2 輔助材料的供應(yīng) 本項(xiàng)目生產(chǎn)所需輔助材料為α-淀粉酶、糖化酶、活性干酵母、硫酸以及硫酸銨等，其規(guī)格即用量見下表： 表1—3主要輔助材料規(guī)格及年用量 序號(hào) 名稱 規(guī)格 單位 年耗量 1 α-淀粉酶 20000u/ml 噸 548.6 2 糖化酶 100000u/ml 噸 1172.8 3 活性干酵母 噸 5 4 硫酸 GB534—1989 噸 250.5 5 硫酸銨 GB209—1993 噸 57.6 以上輔助材料均為常用商品，市場(chǎng)供貨充足，貨源可靠。 2 生產(chǎn)工藝與設(shè)備介紹 本設(shè)計(jì)采用發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇，發(fā)酵法是將葡萄糖在有能引起發(fā)酵的物質(zhì)存在的情況下，經(jīng)過蒸煮、糖化等各種不同的階段而轉(zhuǎn)化成乙醇，最后經(jīng)過蒸餾得到成品乙醇，其反應(yīng)過程如下： m(C6H12O5)＋1/2mH2O 糖化酶 1/2m（C12H22O11) 在發(fā)酵過程中，雙糖經(jīng)水解的到葡萄糖： C12H22O11+ H2O 麥芽糖酶 2C6H12O6 然后葡萄糖酒化： C6H12O 酒母 2CH3CH2OH+2CO2 2.1 糖化、蒸煮工段 圖2—1 蒸煮糖化工藝流程圖 原料經(jīng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)至地下貯箱，再經(jīng)斗士提升機(jī)將原料運(yùn)輸至料斗，通過錘式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉料經(jīng)絞龍輸送，同時(shí)加水1：3攪拌均勻，而后進(jìn)入粉漿罐，再進(jìn)入預(yù)煮罐，邊攪拌邊預(yù)熱，熱源為二次蒸汽，溫度為55℃，用往復(fù)泵送到蒸煮柱中，用蒸汽加熱到140—150℃，充滿后從頂部流出，以此進(jìn)入后熟器中，后熟時(shí)間 約90min,從后熟器出來物料進(jìn)入真空冷卻罐中，冷卻后的蒸煮醪（63℃）同糖化酶一齊送入糖化鍋中糖化50min后，再經(jīng)二級(jí)噴淋冷卻，將糖化醪冷卻到30℃，送入發(fā)酵工段進(jìn)行發(fā)酵。 2.2 發(fā)酵工段 2.2.1酒母培養(yǎng)的工藝流程 酒母培養(yǎng)工藝流程，各工廠不統(tǒng)一，但總的要求是培養(yǎng)出健壯，純粹無雜菌，發(fā)酵力強(qiáng)的酵母種子。因此，酒母培養(yǎng)一定要控制好培養(yǎng)條件，使每級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的工藝條件逐步適應(yīng)發(fā)酵的要求，盡可能采用同一類的糖蜜來制備稀糖液，以使酵母能適應(yīng)大生產(chǎn)的條件。酒母培養(yǎng)可分為兩個(gè)階段，即酵母純粹擴(kuò)大培養(yǎng)階段和酒母培養(yǎng)階段，酒母培養(yǎng)的工藝流程，各廠不一，通常有下列幾種： （1）酵母純粹擴(kuò)大培養(yǎng)工藝： （a）原菌種斜面培養(yǎng) 將活化酵母在無菌條件下接入新鮮斜面試管，于28——30℃ 培養(yǎng)3—5天，待斜面上長(zhǎng)出白色菌苔，即培養(yǎng)成熟。 (b) 液體試管培養(yǎng) 在無菌條件下，用接種針自斜面試管挑取一環(huán)酵母菌體，接入 裝有10mL米曲汁的液體試管，搖勻后，置28—30℃培養(yǎng)20小時(shí)，帶冒出大量CO2即 培養(yǎng)成熟。 (c) 三角瓶培養(yǎng) 培養(yǎng)基用1/3麥芽汁或米曲計(jì)與2/3玉米稀釋且添加營(yíng)養(yǎng)鹽的稀 糖液，稀糖液濃度為14—15Bx，酸度5—6°，糖分6.5—7.0％，塞好棉塞后用9.80665×10000帕斯卡蒸汽滅菌15分鐘，冷卻至25—30℃，無菌操作接種，搖勻后置25—30℃培養(yǎng)12—14小時(shí)便可移入卡氏罐。 三角瓶培養(yǎng)階段采用兩種混合培養(yǎng)基，一方面為了保證在純培養(yǎng)階段使酵母有較好的條件生長(zhǎng)繁殖，得到健壯飽滿的種子，另一方面使菌種能夠逐步適應(yīng)于大生產(chǎn)的條件。 (d) 卡氏罐培養(yǎng)：培養(yǎng)基全部用玉米稀釋添加營(yíng)養(yǎng)鹽的稀糖液，稀糖液濃度為14—15Bx，酸度5—6°，糖分6.5—7.0％，用9.80665×10000帕斯卡蒸汽滅菌15分鐘，冷卻至25—30℃，無菌操作接種，搖勻后置25—30℃培養(yǎng)12—14小時(shí)?？ㄊ瞎藿湍阜N子醪成熟指標(biāo)是：耗糖50％左右，酸度基本上不升高，酵母細(xì)胞數(shù)為1.5—2.0億／毫升左右，出芽率20％，即培養(yǎng)成熟。 (2)酒母擴(kuò)大培養(yǎng)工藝 酒母培養(yǎng)的擴(kuò)大級(jí)數(shù)，可根據(jù)各廠生產(chǎn)實(shí)際需要來決定。將酒母罐洗刷干凈，并對(duì)罐體、管道進(jìn)行殺菌后，將酒母糖化醪打入酒母罐中，并接入已經(jīng)培養(yǎng)好的卡式罐酒母，通無菌空氣或用機(jī)械攪拌，使酒母于醪液混合均勻，并能溶解部分氧氣，供酵母繁殖使用，然后控制醪溫在28—30℃進(jìn)行培養(yǎng)，待醪液糖分降低40—50％，液面冒出大量CO2時(shí)培養(yǎng)即成熟。即可送往發(fā)酵車間，供發(fā)酵使用。 2.2.2 發(fā)酵 發(fā)酵采用間歇式發(fā)酵，為了配合連續(xù)蒸煮、糖化車間的操作，該設(shè)計(jì)采用連續(xù)添加法。生產(chǎn)開始時(shí)，先將一定量的酒母打入發(fā)酵罐，然后根據(jù)生產(chǎn)，確定流加速度。一般從接種酵母后，應(yīng)于6—8小時(shí)內(nèi)將罐裝滿。 連續(xù)流加法大發(fā)酵總時(shí)間自加滿罐時(shí)算起，需70小時(shí)左右發(fā)酵即結(jié)束。 2.3 蒸餾工段 圖2—2 精餾工藝流程圖 發(fā)酵成熟醪中的雜質(zhì)分為揮發(fā)性雜質(zhì)和不揮發(fā)性雜質(zhì)。不揮發(fā)性雜質(zhì)容易和酒精分離，在粗餾塔的底部排出，稱之為酒糟；揮發(fā)性雜質(zhì)按化學(xué)性質(zhì)又可分為四大類：醇類、醛類、脂類和酸類。另外還有一些微量的含硫物質(zhì)和不飽和化合物等，隨酒精一起從粗餾塔的頂部排出，進(jìn)入精餾塔進(jìn)行下一步分離。 蒸餾系統(tǒng)采用氣相進(jìn)塔的兩塔流程。發(fā)酵成熟醪用泵自發(fā)酵罐進(jìn)入預(yù)熱器，與精餾塔頂來的乙醇蒸氣進(jìn)行熱交換，成熟醪被加熱至40℃左右，再經(jīng)酒糟預(yù)熱器加熱至70℃左右，從粗餾塔頂部進(jìn)入粗餾塔。粗餾塔頂部用蒸汽直接加熱，使塔底溫度為105—108℃，塔釜壓力為19.6—24.5Kpa,塔頂溫度為92—95℃，塔頂約50％（體積分?jǐn)?shù)）的乙醇蒸汽直接進(jìn)入精餾塔，被蒸盡的成熟醪自塔底自動(dòng)排出。 粗乙醇從蒸餾塔的中部進(jìn)料，塔釜溫度為102—104℃，塔釜壓力為13.7—15.7Kpa;進(jìn)入分凝器前塔頂乙醇蒸汽溫度為78—79℃，第二分凝器進(jìn)入第三分凝器的溫度為35—40℃。 雜醇油的提?。罕驹O(shè)計(jì)采用液相提取，即在進(jìn)料層之上2—4層塔板，溫度為85—92℃的區(qū)域中提取。 成品乙醇的提?。簽榱颂岣叱善芬掖嫉馁|(zhì)量，本設(shè)計(jì)采用從塔頂向下第3—6層塔板上提取。 為了提取雜質(zhì)中的甲醇，提高成品乙醇的質(zhì)量，由于95％（體積分?jǐn)?shù)）乙醇中，甲醇的揮發(fā)系數(shù)很大，在本設(shè)計(jì)采用適當(dāng)提高提高第二分凝器的溫度的方法來降低成品乙醇中甲醇的含量。 3 乙醇生產(chǎn)物料衡算 3.1?全廠物料衡酸的內(nèi)容 （a）原料消耗的計(jì)算 主要原料為甘薯干，其他原料有淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，硫酸等。 （b）中間產(chǎn)品 蒸煮醪，糖化醪，酒母醪，發(fā)酵醪等。 （c）成品，副產(chǎn)品以及廢氣，廢水，廢渣即酒精，雜醇油，二氧化碳和廢糟等。 3.2?工藝流程示意圖 生產(chǎn)工藝采用雙酶糖化，間歇發(fā)酵，如圖： 玉米 空氣 酵母子 粉碎車間 α-淀粉酶 空壓機(jī) 斜面培養(yǎng) 糊化車間 糖化酶 過濾器 三角瓶培養(yǎng) CO2 酒母罐 發(fā)酵車間 蒸餾車間 廢糟 乙醇 雜醇油 圖3—1 發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝流程示意圖 3.3?工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) （a）生產(chǎn)規(guī)模 50000噸/年乙醇。 （b）生產(chǎn)方法 雙酶糖化，間歇發(fā)酵。 （c）生產(chǎn)天數(shù) 每年300天。 （d）乙醇日產(chǎn)量 167噸。 （e）乙醇年產(chǎn)量 50100噸。 （f）產(chǎn)品質(zhì)量 乙醇含量95% （體積分?jǐn)?shù)）。 （g）玉米原料含淀粉65%,水分13%。 （h）α-淀粉酶用量為8u/g原料，糖化酶用量為150u/g原料，酒母糖化醪用糖化 酶量300u/g原料。 （i）硫酸氨用量 7kg/t（酒精）。 （j）硫酸用量（調(diào)PH用）5kg/t（酒精）。 3.4 原料消耗的計(jì)算 （a）??淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式： 糖化： （C6H10O5）n + nH2O——nC6H12O6 162 18 180 發(fā)酵： C6H12O6——2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 (b) 生產(chǎn)1000kg無水酒精的理論淀粉消耗量 有上式可求的理論上生產(chǎn)1000kg無水酒精所耗的淀粉量為： 1000×163÷92=1760.9（kg） （c）生產(chǎn)1000kg酒精的理論淀粉消耗量 酒精的乙醇含量在95%（體積分?jǐn)?shù)）以上，相當(dāng)于92.41%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），故生產(chǎn)1000kg酒精理論上須淀粉量為： 1760.9×92.41%=1627.2（kg）. (d) 生產(chǎn)1000kg酒精實(shí)際淀粉消耗量 實(shí)際上，整個(gè)生產(chǎn)過程經(jīng)歷原料處理、發(fā)酵及蒸餾等工序，要經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)品得率必然低于理論率。據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，各階段淀粉損失率如表所示： 表3—1生產(chǎn)過程各階段淀粉損失 生 產(chǎn) 過 程 損 失 原 因 淀 粉 損 失（%） 備 注 原料處理 粉塵損失 0.40 蒸煮 淀粉損失及糖分損失 0.50 發(fā)酵 發(fā)酵殘?zhí)? 1.50 發(fā)酵 巴斯德效應(yīng) 4.00 發(fā)酵 酒汽自然蒸發(fā)與被CO2帶走 1.30 有酒精撲集器為0.30% 蒸餾 廢糟帶走等 1.85 總計(jì)損失 9.55 假定發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)有酒精撲集器，則淀粉損失率為8.55%。故生產(chǎn)1000kg95%乙醇須淀粉量為： 1627.2 =1779.3（kg） 100%-8.55% 這個(gè)原料消耗水平相當(dāng)于淀粉出酒率為1000÷1779.3=56.2%，這達(dá)到了我國(guó)現(xiàn)階段玉米原料生產(chǎn)酒精的先進(jìn)出酒率水平。 （e） 生產(chǎn)1000kg酒精玉米原料消耗量 據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給出，玉米原料含淀粉65%，故1噸酒精耗玉米量為： 1779.3÷65%=2737.4（kg） 若應(yīng)用液體曲糖化工藝。并設(shè)每生產(chǎn)1000kg酒精需要的糖化劑所含淀粉量為G1，則淀粉原料需用量為： （1779.3-G1）÷65% （f）α-淀粉酶消耗量 應(yīng)用酶活力為2000u/g的 α–淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗量。 α-淀粉酶用量按8u/g原料計(jì)算。 用酶量為： 2737.4×1000×8 =10.95（kg） 2000 (g)糖化酶耗用量 若所用糖化酶的活力為20000u/g，使用量為150u/g原料，則糖化酶消耗量為： 2737.4×100×0150 =20.53（kg） 20000 此外，酒母糖化酶用量按300u/g（原料）計(jì)，且酒母用量為10%，則用酶量為： 2737.4×10%×70%×300 =2.88（kg） 20000 式中70%為酒母的糖化液占70%，其于為稀釋水和糖化劑。 （h） 硫酸氨耗用量 硫酸氨用于酒母培養(yǎng)基的補(bǔ)充氮源，其用量為酒母量的0.1%，設(shè)酒母醪量為G0，則硫酸氨耗量為： 0.1%G0 3.5 蒸煮醪量的計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為1：3粉漿量為： 2737.4×（1+3）=10949.6 蒸煮過程使用直接蒸汽加熱，在后熟器和汽液分離器減壓蒸發(fā)、冷卻降溫。在蒸煮過程中，蒸煮醪量將發(fā)生變化，故蒸煮醪的精確計(jì)算必須與熱量衡算同時(shí)進(jìn)行，因而十分復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可按下述方法近似計(jì)算。 假定用罐式連續(xù)蒸煮工藝，混合后粉漿溫度55℃，應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至88℃，然后進(jìn)入連續(xù)液化器液化，再經(jīng)115℃高溫滅酶后，再真空冷卻器中閃幾蒸發(fā)冷卻至63℃后入糖化罐。過程示意圖如下： 圖3—2 蒸煮糖化流程示意圖 C0 = 4.18（1-0.7B0）= 1.63[kJ/(kg.K)] 粉漿干物質(zhì)濃度為： B1 = 87/（4×100）= 21.8% 蒸煮醪比熱容為： C1 = B1×C0+（1.0-B1×CW） = 221.8%×1.63+（1.0-21.8%×4.18） = 3.62[kJ/(kg.K)] 式中 Cw——水的比熱容[kJ/(kg.K)] 為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定蒸煮醪的比熱容在整個(gè)蒸煮過程維持不便。 （a）經(jīng)噴射液化加熱后蒸煮醪量為： 10949.6 + 10949.6×3.62×（88-55） = 11582.2（kg） 2748.9-88×4.18 式中 2748.9——噴射液化器加熱蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K） （b）經(jīng)二液化維持罐出來的蒸煮醪量為： 11582.2 – 11582.2×3.62×（88-84） = 11508.9(kg) 2288.3 式中 2288.3——第二液化維持罐的溫度為84度下飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/K) (c)經(jīng)噴射混合加熱器后的蒸煮醪量為； 10414.0 + 10414.0×3.62（115-84） =12078.3(kg) 2748.9-115×4.18 式中 115——滅酶溫度（攝氏度） 2748.9——0.5Mpa飽和蒸汽的焓（kJ/K） （d）經(jīng)汽液分離器后的蒸煮醪量： 12078.3－=11869.9(kg) 式中 2245——104.3攝氏度下飽和蒸汽的汽化潛熱(kg) （e）經(jīng)真空冷卻后最終蒸煮醪量為： 11869.9 - =11186.6(kg) 式中 2351——真空冷卻溫度為63攝氏度下的飽和蒸汽的汽化潛熱(kJ/K) 3.6 糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算 設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10%（體積分?jǐn)?shù)），相當(dāng)于8.01%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。并設(shè)蒸煮效率為98%，而且發(fā)酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分別為成熟醪量的5%和1%則生產(chǎn)1000kg95%（體積分?jǐn)?shù)），假定蒸餾總損耗為0.25，其中粗餾和精餾各一半，在粗餾和精餾損耗中，設(shè)備的蒸汽滲漏和酒糟帶走的酒精各占一半。另外，提取雜醇油帶走的酒精有占成品酒精的酒精成品有關(guān)的計(jì)算如下： （a）需蒸餾 的成熟發(fā)酵醪量為： F1==12477(kg) （b）不計(jì)酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為： 12477÷106% = 11771(kg) （c）?相應(yīng)發(fā)酵過程放出CO2總量為： =902(kg) (d) 接種量按10%計(jì)，則酒母醪量為： 11771+902 ×10% = 1152.1(kg) （100+10）÷100 (e）糖化醪量 酒母醪的70%是糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為 ×1152.1×70%=12327(kg) 3.7 發(fā)酵醪量的計(jì)算 廢醪量的計(jì)算 廢醪量是進(jìn)入蒸餾塔的成熟發(fā)酵醪減去部分水和酒精成方及其揮發(fā)成分后的殘留液。此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加熱，所以還需加上入塔的加熱蒸汽冷凝水。醪塔的物料和熱量蘅算如圖所示： 醪 塔 V1 Q3=V1t F1 Q1=1FC1t D1 Q4= Q4’+ D1t4 Q1=1FC1t Wx+ D1 圖3—3的物料和熱量衡算 設(shè)進(jìn)塔的醪液（F1）的溫度t1=70度，排除廢醪的溫度t4=105度：成熟醪固形物濃度為B1=7.5%，塔頂上升酒器的乙醇濃度50%（體積分?jǐn)?shù)）即47.18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。則： （a） 醪塔上升蒸汽量為: V1=12477× 7.56 =1999（kg） 47.18% (b) 殘留液量為: Wx = 12477-1999 = 10478 (kg) (c)成熟醪比熱容為： c1 = 4.18×(1.019-0.95B1) =4018×(1.019-0.95×7.5%) =3.96[kJ/(kg.K)] (d)成熟醪帶入的熱量為： Q1 = F1×c1×t1 = 12477×3.96×70 =3460000(kg) (e)??蒸餾殘液固形物濃度為： B2 = =8.93% 此計(jì)算是間接加熱，