年产30万吨工业酒精作业

年产30万吨酒精项目书 项目背景： 随着近年来，中国人民生活水平的提高，人民对食用酒精的需求也越来越高。根据中国酒业协会转载国家统计局数据来看，中国酒行业的发展趋势如下：   总产量 万千升 涨跌 % 饮料酒 万千升 涨跌 % 发酵酒精 万千升 涨跌 % 总收入 亿元 涨跌 % 上税 进出口额 亿美元 涨跌 % 2012 7202.25 +5.67 - - - - 7527.02 +20.65 - - - 2013 7511.88 +4.86 6600.33 +4.52 911.55 +7.40 8453.21 +9.42 858.39 44.66 -4.16 2014 7528.27 +0.87 6543.99 -0.08 984.28 +7.69 8778.05 +5.85 - 45.31 +1.46                         大米一直以来作为酿酒原料，可是近年来大米价格上涨以及国家政策的改变，导致以大米作为食用酒原料酿造食用酒精成本提高；其次木薯为原料制酒比大米制酒少收税10%，所以越来越多的酒厂选择用木薯为基本原料来生产食用酒精。而且纵观这几年的期货市场，稻谷的价格都比木薯贵。以郑州期货为例，早稻谷价格基本在2300/吨左右，晚稻在2700/吨左右，但是市场上生木薯价格仅仅为500元/吨左右。因此本项目设计也是以木薯为基本原料，期望建立成年产30万吨的酒精厂。 项目意义： 依据：鲜木薯价格按450-550元/吨计；产品（酒精）与原材料（鲜木薯）比以1：6.5计；酒精平均售价以3500元/吨计；增值税率按销售收入的17%计； 　 企业所得税率按利润的33%计（按国家西部开发优惠政策，所得税区外资金投 资5年全免，区内资金投资免三减二）。项目建成后，年销售收入约105000万元，年增值税约10000万元，年企业所得税约5000万元，年利润约6000万元。可以良好地提高当地税收，为当地直接提供500多人的就业，促进当地发展。 产品介绍： 乙醇俗称酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。相对分子质量46.07，分子式为 ,结构式为： 。其纯级的无水乙醇是无色透明，易挥发，具有特殊芳香和强烈刺激味的易燃液体。相对密度0.7893，沸点78.3℃，凝固点-117.3℃，闪点14℃，自燃点390～430℃，乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.3%～19%（V）。 从粮食、薯类、糖蜜三类原料来看食用酒精产成品的质量，粮食酒精最优，其次是薯类酒精，最差的是糖蜜酒精。 食用酒精使用粮食和酵母菌在发酵罐里经过发酵后，经过过滤、精馏来得到的产品，通常为乙醇的水溶液，或者说是水和乙醇的互溶体。 食用酒精的度数是不确定的，但通常纯度为95%。 产品市场预测： 从这三年的数据来看，国内酒精行业还是有一定前景的，虽然2014年饮料酒略有下降，但是发酵酒精上升空间还很大，依旧有1060万升以上的发酵酒精需求。 项目产品与工厂规模确认： 从投资能力、销售量、水源、能源供应、供电状况、技术状况等方面综合考察，决定设计建造一座年产30万吨的酒精食用厂，产品质量达到国家优质食用酒精，浓度为95.5%（V）。 工厂选址： 首先，木薯在我国的最大生产省份分别是广西和广东；其次，国家政策规定西部开发区拥有优惠政策，所得税区外资金投资5年全免，区内资金投资免三减二；再次，广西相对广东而言，经济较为落后，人均消费低，物价低。综合以上三个点考虑，可将此工厂建在广西境内。在广西境内，三大木薯生产地分别为：南宁、崇左和河池；而广东木薯产地分别为：珠三角、东翼、西翼和山区，主要在西翼和山区。由此来看，可将厂址选择在广西境内靠近广东的城市，而最适合建此厂的市区就是贺州市。 从地理位置来看，贺州市位于广西东北部，辖八步区、昭平县、钟山县和富川瑶族自治县，全市总人口210万人，总面积11855平方公里。并且贺州市有着非常有利于木薯生产的条件，一是贺州市处于亚热带季风气候区，气候温和，光热丰富，雨量充沛， 无霜期长，年均气温19.1-19.9℃，年降雨量1532.3-2006.7毫米，年日照时数1500小时左右，无霜期328天，丰富的热量和水分很适宜木薯的生长发育。二是贺州市位于南岭山系，地貌以低、中丘陵山地为主，属典型的华南低山丘陵区，全市适宜木薯种植的非耕地后备土地资源有100多万亩，种植木薯的土地资源充足，而且土壤多以红壤为主，PH值在5.0左右，含氮量为0.1-0.2%，有利于木薯的生长。三是贺州市是一个以农业为主的城市，农业人口约占全市人口的85%，达180万人，其中农村富余劳动力达33万人，有着充足的劳动力资源。四是贺州市拥有丰富的木薯种植经验和先进的种植技术。贺州市农村长期以来都有种植木薯的习惯，积累了丰富的种植经验，同时还引进了优良的木薯品种和先进技术，为木薯特色产业的发展提供了技术保障。因此贺州市是一个不错的建厂地。 厂址具体参数如下： ①地形：简单、整齐、矩形 面积：满足工厂总平面布置要求 ②地势：基本平坦，略有坡度  平原＞0.5%  山区＜5%  ③地质条件 a.避开危害地区：矿藏区、采空区、古井、古墓、坑穴 b.地基承载力＞120～180KN/m2 c.寒冷地区，注意冻土层 ④气象条件（风向、风景、雨量、温度） a.搜集十年以上气相资料 b.雨量和温度有最高、最低和平均数据 c.冰冻线对建筑基础和管线的影响 ⑤水文条件 a.了解蓄水量、水量供产量、水价、取水点、水层条件 b.靠近水资源丰富的水源地 ⑥环境卫生条件 a.周围环境较清洁、含尘含菌浓度低、无有害气体污染 b.在居民区的下风侧 拟建年产30万吨食用酒精厂： 布置方案：按功能区分为厂前办公区、生产装置区、生产辅助区、热能动力 区、净水处理区、污水处理区、原料仓储区、成品罐装区、铁路、发远区等。 （1）选择地点：位于广西贺州旺高工业区 （2）选择依据：交通便利、水质好、水源丰富 工作制度及劳动定员 工程建立完成后实行三班连续生产，年工作时间：8000小时。公司行政管理机构为日班工作，生产系统实行四班三班运转，每班工作时间8小时。 全厂预计定员345人，其中高级管理人员4人，高级技术人员15人，管人员和技术人员62人，生产人员254人。安保人员和服务人员采取社会化，装卸搬运工雇零时工，不占人员编制；消防员由当地武警消防不对驻派。 项目进度设想 本期工程建设工期为22个月，建设进度如下： 2015年4月中旬完成项目可行性研究报告； 2015年4月下旬完成项目申请报告，并呈报广西壮族自治区发改委；省发改委批准后，呈报国家发改委； 2015年6月底，完成项目环境影响评价报告，2015年8月获得国家环保总局批准； 2015年6月底，完成建设项目安全预评价报告，2015年8月获得广西省安全生产监督管理局批准； 2015年8月底，项目申请报告获得批准； 2015年6月—2015年8月，初步设计准备； 2015年8月—2015年10月，初步设计及批准； 2015年11月—2016年3月，施工图设计； 2015年4月—2015年6月，平整场地； 2016年1月—2017年1月，土建工程施工； 2015年11月—2016年11月，采购设备； 2016年5月—2017年2月，机械施工； 2017年3月，投料试产。 原料来源及规格： 木薯来源： 广西、广东、海南、越南和泰国。 木薯规格： 外观：（色泽、气味、口味）正常、无霉变、无杂物，没有其它杂质。 每一百克含 活性干酵母: 项 目 性 质 色泽 淡黄色 形状 颗粒或条状 气味 具有酵母特殊气味，无异味 杂质 无异物 无异物 ≥48% 酵母细胞率 ≥80% 保存率 ≥85% 水分 ≤5.0% 致病菌 不得检出 重金属 ≤20     水的质量标准： 在酒精厂里水的主要用途是：冷却用水，锅炉用水和各种洗涤用水。 硬度过高的水不能用于酒精生产，因为所有的酒精生产过程都是在弱酸性的条件下进行的（pH4.5～5.5）。 冷却用水硬度也不能过高，否则容易引起设备和管道表面结垢，影响冷却效果。锅炉用水应符合锅炉用水标准，硬度超标一定要进行软化处理。 水的类别 硬度值 碱性离子浓度（mmol/L） 较软水 0-40 0-1.44 软水 4.1-8.0 1.45-2.88 中硬水 8.1-12.0 2.89-4.32 较硬水 12.1-18.0 4.33-6.48 硬水 18.1-30.0 6.49-10.80 极硬 ≥31.0 ＞10.81       物料衡算 30万吨淀粉原料酒精厂全厂物料衡算 1.全厂物料衡酸的内容 （1）原料消耗的计算主要原料为甘薯干，其他原料有淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，硫酸等。 （2）中间产品蒸煮醪，糖化醪，酒母醪，发酵醪等。 （3）成品，副产品以及废气，废水，废渣即酒精，杂醇油，二氧化碳和废糟等。  2.    工艺流程示意图 生产工艺采用双酶糖化，间歇发酵，如图 3.工艺技术指标及基础数据 （1）生产规模30万吨/年酒精。  （2）生产方法双酶糖化，间歇发酵。 （3）生产天数每年300天。 （4）食用酒精日产量吨。 （5）食用酒精年产量30万吨。 （6）副产品年产量次级酒精占酒精总产量的2%。 （7）杂醇油量为成品酒精量的0.5%。 （8）产品质量普通三级酒精。（乙醇含量95% 体积分数）。 （9）甘薯干原料含淀粉76.9%,水分12.9%。 （10）α-淀粉酶用量为8u/g原料， 糖化酶用量为150u/g原料， 酒母糖化醪用糖化酶量300u/g原料。  （11）硫酸氨用量 7kg/t（酒精）。 （12）硫酸用量（调PH用）5kg/t（酒精）。 4.原料消耗的计算 （1）  淀粉原料生产酒精的总化学反应式： 糖化：（C6H10O5）n + nH2O——nC6H12O6 162       18        180   发酵：C6H12O6——2C2H5OH  +  2CO2    180           92           88  （2）生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量     有上式可求的理论上生产 1000kg无水酒精所耗的淀粉量为： 1000×163÷92=1760.9（kg） （3）生产1000kg三级酒精的理论淀粉消耗量    普通三级酒精的乙醇含量在95%（体积分数）以上，相当于92.41%（质量分数），故生产1000kg普通三级酒精理论上须淀粉量为： 1760.9×92.41%=1627.2（kg） （4）生产1000kg普通三级酒精实际淀粉消耗量  实际上，整个生产过程经历原料处理、发酵及蒸馏等工序，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，产品得率必然低于理论率。据实际经验，各阶段淀粉损失率如表所示。 生产过程各阶段淀粉损失 生产过程 损失原因 淀粉损失/% 备注 原料处理 粉尘损失 0.40   蒸煮 淀粉损失及糖分损失 0.50   发酵 发酵残糖 1.50   发酵 巴斯德效应 4.00   发酵 酒气自然蒸发与被CO2带走 1.30 有酒精扑集器为0.30% 蒸馏 废糟带走等 1.85     总计损失 9.55           假定发酵系统设有酒精扑集器，则淀粉损失率为8.55%。故生产1000kg普通三级酒精须淀粉量为：   =1779.3（kg） 这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为1000÷1779.3=56.2%，着达到了我国先阶段甘薯干原料生产酒精的先进出酒率水平。 （5）生产1000kg普通三级酒精甘薯干原料消耗量据基础数据给出，甘薯干原料含淀粉76.7%，故1吨酒精耗甘薯干量为： 1779.3÷76.7=2319.8（kg） 若应用液体曲糖化工艺。并设每生产1000kg酒精需要的糖化剂所含淀粉量为G1，则淀粉原料需用量为： （1779.3-G1）÷76.7%  （6）-淀粉酶消耗量应用酶活力为2000u/g的α–淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，减少蒸汽消耗量。 -淀粉酶用量按8u/g原料计算。  用酶量为： =9.28（kg）  (7)糖化酶耗用量 若所用糖化酶的活力为20000u/g，使用量为150u/g原料，则糖化酶消耗量为： =17.4（kg） 此外，酒母糖化酶用量按300u/g（原料）计，且酒母用量为10%，则用酶量为： =2.44（kg） 式中70%为酒母的糖化液占70%，其于为稀释水和糖化剂。  （8）硫酸氨耗用量 硫酸氨用于酒母培养基的补充氮源，其用量为酒母量的0.1%，设酒母醪量为G0，则硫酸氨耗量为：  0.1%G0  5.蒸煮醪量的计算 根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1：3.3粉浆量为： 2319.8×（1+3.3）=9975.14  蒸煮过程使用直接蒸汽加热，在后熟器和汽液分离器减压蒸发、冷却降温。在蒸煮过程中，蒸煮醪量将发生变化，故蒸煮醪的精确计算必须与热量衡算同时进行，因而十分复杂。为简化计算，可按下述方法近似计算。  假定用罐式连续蒸煮工艺，混合后粉浆温度55℃，应用喷射液化器使粉浆迅速升温至88℃，然后进入连续液化器液化，再经115℃高温灭酶后，再真空冷却器中闪几蒸发冷却至63℃后入糖化罐。其工艺流程图如图所示。 干物质含量B0=87.1%的薯干比热容为； C0 = 4.18（1-0.7B0）= 1.63[kJ/(kg.K)] 粉浆干物质浓度为： B1 = 87.1/（4.3*100）= 20.3% 蒸煮醪比热容为： C1 = B1×C0+（1.0-B1×CW） = 20.3%×1.63+（1.0-20.3%）×4.18 = 3.66[kJ/(kg.K)] 式中  Cw——水的比热容[kJ/(kg.K)] 为简化计算，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维持不便。 （1经喷射液化加热后蒸煮醪量为： 9975.14  +  9975.14×3.66×（88-55）    = 10481.1（kg） 2748.9-88×4.18 式中  2748.9——喷射液化器加热蒸汽（0.5Mpa）的焓（kJ/K） （2）经二液化维持罐出来的蒸煮醪量为： 10481.1 – 10481.1×3.66×（88-84）   =  10414.0(kg) 2288.3 式中  2288.3——第二液化维持罐的温度为84度下饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K) (3)经喷射混合加热器后的蒸煮醪量为； 10414.0 +  10414.0×3.66（115-84）   =10934.9(kg) 2748.9-115×4.18 式中  115——灭酶温度（摄氏度） 2748.9——0.5Mpa饱和蒸汽的焓（kJ/K） （4）经汽液分离器后的蒸煮醪量： 10934.9 -  10934.9×3.66（115-104.3）    = 10744.2(kg) 2245 式中  2245——104.3摄氏度下饱和蒸汽的汽化潜热(kg) （5）经真空冷却后最终蒸煮醪量为： 10744.2 - 10744.2×3.66（104.3-63）/2351  =10020.8(kg) 式中  2351——真空冷却温度为63摄氏度下的饱和蒸汽的汽化潜热(kJ/K) 6.      糖化醪与发酵醪量的计算 社发酵结束后成熟醪量含酒精10%（体积分数），相当于8.01%（质量分数）。并设蒸煮效率为98%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%则生产1000kg95%（体积分数）酒精成品有关的计算如下： （1）    的成熟发酵醪量为： F1  = 1000×92.41%    × （100+5+1） ÷100  =  124477(kg) 98%×8.01% （2）    不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为： 12477÷106% = 11771(kg) （3）    入蒸馏塔的城市醪乙醇浓度为： 1000×92.41%    =7.56%（质量分数） 98%×12477 （4）    相应发酵过程放出CO2总量为： 1000×92.41%    × 44    =902(kg) 98%            66 (5)接种量按10%计，则酒母醪量为： 11771+902        ×10% = 1152.1(kg) （100+10）÷100 （6）    化醪量  酒母醪的70%是糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，则糖化醪量为 11771+902      1152.1× 70% = 12327(kg) （100+10）÷100 7.成品与发酵醪量的计算 （1）醛酒产量  在醛塔取酒一般占成品酒的1.2%—3%，在保证主产品质量合格的前提下，醛酒量取得越少越好。设醛酒量占成品酒精的2%，则生产1000kg成品酒精可得次品酒精两为： 100×2% = 20 （kg）  （2）普通三级酒精酒精产量  每产生1000kg酒精，其普通三级酒精产量为： 1000-20 = 980 (kg)                                                                                  （3）杂醇油产量  杂醇油通常为酒精产量的0.3%—0.7%，取平均值0.5%，则淀粉原料生产1000kg酒精副产杂醇油量为： 1000×0.5% = 5 （kg） （4）废醪量的计算  废醪量是进入蒸馏塔的成熟发酵醪减去部分水和酒精成方及其挥发成分后的残留液。此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加热，所以还需加上入塔的加热蒸汽冷凝水。醪塔的物料和热量蘅算如图所示： 设进塔的醪液（F1）的温度t1=70度，排除废醪的温度t4=105度：成熟醪固形物浓度为B1=7.5%，塔顶上升酒器的乙醇浓度50%（体积分数）即47.18%（质量分数）。则： ①    醪塔上升蒸汽量为: V1=12477× 7.56  =1999（kg） 47.18% ②    残留液量为: Wx = 12477-1999 = 10478 (kg) ③    成熟醪比热容为： c1 = 4018×(1.019-0.95B1) =4018×(1.019-0.95*7.5%) =3.96[kJ/(kg.K)] ④    成熟醪带入的热量为： Q1 = F1×c1×t1 = 12477×3.96×70 =3460000(kg) ⑤    蒸馏残液固形物浓度为： B2 = F1×B1   = 12477×7.5%    =8.93% Wx        10478 此计算是间接加热，故没有蒸汽冷凝水的工艺。 ⑥    蒸馏残液的比热容为: C2+4018（1-0.378B2） = 4.03[Kj/(kg.K)] ⑦    塔底残留液带出热量为： Q4 = Wx×c2×t4 =10478×4.03×105 =4430000(kJ) 查附表得50%（体积分数）酒精蒸汽焓为I=1965kJ/kg,故有： ⑧    上升蒸汽带出热量为： Q3= V1×I = 199×1965 =3930000(kJ) 塔底采用0.05Mpa（表压）蒸汽加热，焓为2689.8kJ/kg;又蒸馏过程热损失Qn可取为传热总热量的1%。根据热量衡算，可得消耗的蒸汽量为： D1 = Q3+Q4+Qn-Q1 I-cwt4 = 3930000×443 (2689.8-418000)×99% =2199(kg) 若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪为： Wx + D1 =10478+2199 =12677(kg) 8. 30万吨/年淀粉原料酒精厂总物料衡算 前面对淀粉原料生产1000kg酒精（95%）进行了物料平衡计算，以下对30吨/年甘薯干原料酒精厂进行计算。 （1）    酒精成品 日产普通三级酒精为： 300000÷300=1000（t） 日产次级酒精为： 1000×（2÷98）=20.41（t）  日产酒精总量为： 1000+20.41=1020.41（t） 实际年产量为： 普通三级酒精量为： 1000×300=300000（t/a） 次级酒精量为： 20.41×300=6123（t/a） 酒精总产量为： 300000+6123=306123（t/a） （2）    主要原料甘薯干用量 日消耗量： 2319.8×1020.41=2367147.12（kg） 年消耗量： 118356.20×300=710144136（kg） 淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮粉浆量、糖化醪、酒母醪、蒸煮发酵醪等每日量和每年量均可算出，衡算结果见表。 数量 物料 生产1000kg95% 酒精物料量（kg） 每小时数量 (kg) 每天数量 (t) 每年数量 (t) 普通酒精 980 41666.67 1000 300000 次级酒精 20 292.5 7.02 2106 甘薯干 2319.8 32962 791.1 237329 α-淀粉酶 928 19.3 0.464 139.2 糖化酶 23.37 33.8 0.811 243.3 硫酸氨 1.15 1.66 0.04 120 硫酸 5.0 10.4 0.25 75 蒸煮粉浆 9975.14 20781.5 498.76 149627.1 成熟蒸煮醪 10020.8 20876.7 501.04 150312 糖化醪 12327 25681.25 616.35 184905 酒母醪 1152.1 2400.2 57.6 17281.5 蒸煮发酵醪 12477 25993.75 623.85 187155 杂醇油 5 10.4 0.25 75 二氧化碳 902 1879.17 45.1 13530 废渣 12677 26410.4 633.85 190155           (二)普通三级酒精发酵车间的物料衡算 1.酒精发酵工艺流程示意图 酒精发酵采用淀粉原料，双酶法糖化，间歇发酵。其工艺流程示意图如图一。 2.工艺技术指标及基础数据 （1）    主要技术指标如表所示 酒精发酵工艺技术指标 指 标 名 称 单 位 指 标 数 生产规模 t/a 300000 生产方法 间歇发酵 年生产天数 d/a 300 产品日产量 t/d 1000 产品质量 纯度95% 倒罐率 % 1 发酵周期 h 70 发酵初糖 kg/m3 150 淀粉转化率 % 98 糖酸转化率 % 50 酒精提取率 % 98       （2）主要原材料质量指标  淀粉原料的淀粉含量为76.7%，含水14%。 （3）种子培养基（g/L）  水解糖25，甘薯干粉16%~20%，NH4SO40.5%,尿素0.5%。H2SO41。0~1。2% （4）酵培养基（g/L）  水解糖150，甘薯干粉16%~20%，尿素0.3%，α-淀粉酶1.0%。接种量 3.酒精发酵车间的物料衡算 首先计算1000kg纯度为95%的酒精耗用的原材料及其他料量。 （1）    发酵液量 V1=1000÷（150×50%×98%×95%） = 14.3（m3） 式中  150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3） 50%——糖酸转化率 98%——淀粉转化率 98%——酒精提取率 （2）    发酵液配制需水解糖量 以纯糖算，      G1=V1×150=2148（kg） (3)二级中液量 V2=10%×14.32=1.432(m3) (4)二级种子培养液所需水解糖量 G2=25V2 =25×1.432=35.8（kg） 式中  25——二级种液含糖量（kg/m3） (5)生产1000kg普通三级酒精所需水解糖总量为： G=G1+G2 =2148+35.8=2183.8（kg） （6）耗用淀粉原料量 理论上，1000kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用淀粉原料量为： G淀粉=2183.8÷（76.7%×98%） =2617.39（kg） 式中  76.7%——淀粉原料含纯淀粉量 98%——淀粉糖化转化率 （7）尿素耗用量 二级种液耗尿素量为： 0.3V2=0.3×1.432=0.43（kg） 发酵培养基耗尿素为： 0.5V1=626.4（kg） 故共耗尿素量为： 7.16+0.45=7.59（kg） （8）二级种液耗用（NH4）2SO4量： 0.5×1.432=0.716（kg） （9）种子液耗 淀粉酶量为： 0.1×14.32=1.718（kg） （10）种子液H2SO4耗用量： 1.2×1.432=1.718（kg） 300000吨/年酒精厂发酵车间的物料衡算表 物料名称 每生产1吨酒精（95%） 的物料量 300000吨/年酒精生产的物料量 每日物料量 发酵液（m3） 14.3 4290000 14300 二级种液（m3） 1.43 429000 1430 发酵水解糖（kg） 2148 644400000 2148000 二级种液培养用糖（kg） 38.5 11550000 38500 水解糖总量（kg） 2183.8 655140000 2183800 淀粉）（kg） 2617.39 785217000 2617390 尿素（kg） 7.59 2277000 7590 硫酸氨（kg） 0.716 214800 716 α-淀粉酶（kg） 1.432 429600 1432 硫酸（kg） 1.718 515400 1718         (三)300000吨酒精发酵车间水衡算 采用间歇发酵过程，从糖化锅内分出糖化醪到酒母培养罐需要加入水进行稀释。 1.      酒母糖化醪稀释用水（补充60℃温水与用作酒母的糖化醪应满足发酵接种量10%的需要。）因此，补充水量为： m1 = 93%G1*10%-7%G1 = 4832.9*93%*10%-7%*4832.9 = 111.16(kg/h) 式中  93%——淀粉原料加入发酵锅的量 7%——淀粉原料加入种子液中的量 10%——接种量 4832.9——淀粉质原料耗用量（kg/h） 2.      酒母糖化醪杀菌后冷却水用量为： m2 = m糖化醪*3.66×(80-27 ) 4.18×(25-17) = 25681.2×53.66×53 4.18×18 = 66210(kg/h) 式中  25681.25——糖化醪用量（kg/h） 3.66——蒸煮醪比热容[kJ/(kg.K)] 4.18——水的比热容[kJ/(kg.K)] 80——杀菌温度℃ 27——冷却后温度℃ 17——冷却水进口温度℃ 25——冷却水出口温度℃ 3.      酒母培育冷却水用量： m3=Q3/[4.18×（25-17）] =     85900    4.18×8 =2568.78(kg/h) 式中      Q3——酒母培育反应热(kJ/h) 4.18——水的比热容[kJ/(kg.K)] 25——冷却水出口温度（℃） 17——冷却水进口温度（℃） 4.      发酵过程冷却用水： m4= Q2/[4.18×(27-20)] =        752000            4.18×7      =25700.6(kg/h) 式中  Q2——发酵生物反应热[kJ/(kg.K)] 4.18——水的比热容[kJ/(kg.K)] 27——冷却水出口温度（℃） 20——冷却水进口温度（℃） 5.      酒精捕集器用水： m5= 5%F÷(1+1%+5%) =5%×20876.7÷1.06 =984.75(kg/h) 式中  F——成熟醪量(kg/h) 5%——酒精捕集器回收酒精洗水占熟醪量的比例 6.      洗罐用水量： m6=1%F÷(1+1%+5%) =0.01×20876.7÷1.06 =196.95(kg/h) 式中  1%——洗罐用水占熟醪量的比例 设备计算与选型 （一）发酵设备的计算与选型 1.      生产能力、数量和容积的确定 （1）发酵罐容积的确定： 随着科技的发展，生产发酵罐的厂家越来越多，现有的发酵罐容积量系列如5，10，20，50，75，100，120，150，250，500m3等等。究竟选多大容积的好呢？一般来说单罐容积越大，经济性能越好，奉献就也越大，要求技术管理水平也越高。另一方面，属于技术改造适当扩建的项目，考虑原有的规模发酵罐的利用和新增发酵罐的统一管理，可取与原有发酵罐相同的容积；而新建的单位和车间，应尽量减少设备数量，在技术管理水平永许的范围内，尽量取较大容积的发酵罐。现取200m3 （2）    能力的计算： 现每天生产95%纯度的酒精1000吨。酒精发酵周期为70小时（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间）。则每天需糖液体积为V糖。 每天产纯度为95%的普通三级334吨，每吨酒精需糖液为： 12327/1080=11.4（m3） V糖=11.4×1000×95% =10830（m3） 发酵罐的填充系数为0.85~0.9，现取ψ=0.9；则每天需要发酵罐的总容积为V0（发酵周期为70小时）。 V0= V糖/ψ =10830/0.9 =12033.33（m3） （3）    发酵罐个数的确定： 计算发酵罐容积时有几个名称需明确。装液高度系数，指圆筒部分高度系数，封底则与冷却罐、辅助设备体积相抵消。 公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。并圆整为整数：上封头因无法装液，一般不计入容积。 罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。 现取单罐公称容积为1100m3厌氧发酵罐，则需发酵罐的个数为n1。 n1=   V0t    V总ψ×24 =   12033.33×70    =36（个） 1100×0.9×24    取公称容积1100m3发酵罐36个； 实际产量验算： 1100×0.9×36  ×    300  =321563.91（吨/年） 11.4                  70/24 富裕量为   321563.91-300000 = 7.19%，能满足产量要求。 300000 2.      主要尺寸的计算 现按公称容积1100m3的发酵罐计算。 H=1.5D      h上=0.12D      h下=0.09D V全=   3.14D2  （H+h上/3+h下/3） 4 1100= 3.14D2    （1.5D +0.12D/3 +0.09D/3） 40 D=9.6m H=14.4m      h上=1.152m      h下=0.864m V全= 0.785×9.62(14.4+1.152+0.864) = 1187.6m3 (4)总表面几计算： 罐体圆柱部分表面积：A1=πDH =3.14×9.6×14.4 =434.07 m3 罐顶表面积：        A上=πR( R2+h上2)1/2 =3.14×9.6/2×(4.82+0.8642) =73.5m2 罐底表面积：        A下=πR( R2+h下2)1/2 = 3.14 ×9.6/2×(4.82+1.1522) =74.4m2 罐体总表面积：      A总= A1+ A上+ A下 =434.07+73.5+74.4= 581.97 m2 3.    冷却面积和冷却装置主要结构尺寸： （1）    冷却面积的计算：                    A=   Q  K×Tm 式中  Q——发酵反应热(kg/h) K——总传热系数(kg/(m.h. Tm——冷却水的温差 其中      Q = Qa-（Qb+Qc） 式中  Qa——生物反应热kJ Qb———蒸发损失热kJ Qc———罐壁向环境散热kJ 其中                Qa = msq = 1155000×418.6×1% =4835000(kJ/h) 式中  m——每罐糖液质量(kg) s——糖度降低百分值% q——每千克麦芽糖放出热量（418.6kJ） Qb = 5% Qa = 0.05×4835000 = 241750(kJ/h) Qc = 10% Qa =0.1×4835000 =483500(kJ/h) 所以                Q = Qa-（Qb+Qc） =4835000-（241750+483500） =4109750(kJ/h) （2）    冷却水耗量： W =    Q    Cw（T2- T1） =   4109750  4.18（27-20） =140456(kg/h) 式中  Q——发酵生物反应热(kJ/h) Cw——水的比热容[kJ/(kg.℃) T2————冷却水出口温度（℃） T1——冷却水进口温度（℃） （3）    对数平均温差计算： Tm= （30-20）-（30-27） 2.3（30-20）/（30-27） =5.83（℃） （4）    传热总系数K值确定 选取蛇管为水煤气输送管，规格为53/60mm。则管的横截面积为： 0.    785×（0.05）2=0.0022（m2） 设管内同心装两列蛇管，并同时进冷却水，则水管内流速为； v =         W            3600×10×0.0022×1000 = 1.77m/s 设蛇管圈直径为4m，由水温表查得水温20℃时，常数A=6.45 K1 = 4.186A （ρv）0.8 (1+1.77D/R) D0.7 =4.186×6.45×（1.77×1000）0.8 （1+1.77×0.053/2） 0.    0530.7 =87585kJ/(m2.h.℃) 式中  ρv——为质量流速（） K2按经验取2700 kJ/(m2.h.℃) 所以，总传热系数为： 1 K = 1  + 1 + 0.0035 +   1  K1    K2    188      16750 =                1                  1/87585+1/2700+0.0035/188+1/16750 = 2178.6 kJ/(m2.h.℃) 式中  188——钢管的导热系数kJ/(m2.h.℃) 1/16750——管壁水污垢层的热阻(m2.h.℃)/kJ 0.0035——管子壁厚m 4.      冷却面积和主要尺寸： A =   Q  K×Tm =   4109750  2178.6×5.83 =323.6 （m2） 两列蛇管长度： L =  A  πDcp =     323.6    3.14×0.0565 = 1823.7m 式中  Dcp——蛇管平均直径0.0560 m 每圈蛇管长度： l = [(πDp)2+hp2]1/2 = [(3.14×6) 2+0.152]1/2 =18.84 m 式中  Dp——蛇管圈直径6 m hp——蛇管圈之间距离0.15 m 两列蛇管总圈数： Np = L/l = 1823.7/18.84 =96.8 （圈）            取97（圈） 两列蛇管总高度： H = （Np-1）hp = （97-1）×0.15 = 14.4 m 5.    设备材料的选择： 发酵设备的材质选择，优选考虑的是满足工艺要求，其次是经济性。本设备采用A3钢制作，以降低设备费用。 6.    发酵罐壁厚的计算 （1）    计算法确定发酵罐的壁厚S： S =    PD      +  C      （cm） 2[σ]ψ-ρ =     0.4×960      +0.18 2×127×0.8-0.4 =2.07（cm）    取S=2.1cm 式中  P——设计压力  取P=0.4MPa D——发酵罐内径  D=9.6 m [σ] ——A3钢许允应力  [σ]=127 MPa ψ——焊缝系数  0.5—1之间,取ψ=0.8 C——壁厚附加值  （cm） C=C1+C2+C3 其中  C1——钢板负偏差  0.13—1.3取C1=0.8mm C2——腐蚀余量  单面腐蚀取C2=1 mm C3——加工减薄量  冷加工取0 所以          C = 0.8+1=1.8=0.18（cm） (2)封头厚度 ： S =      PD          +  C      （cm） 2[σ]ψ-ρ =       0.4×960      + 0.28 2×127×0.8-0.4 = 2.17 cm          取S=2.2 cm 式中  P——设计压力  取P=0.4MPa D——发酵罐内径  D=9.6 m [σ] ——A3钢许允应力  [σ]=127 MPa ψ——焊缝系数  0.5—1之间,取ψ=0.8 C——壁厚附加值  （cm） C=0.8+1+1=2.8 mm=0.28 cm 7.      接管设计 （1）    接管长度h设计： 不保温接管长h=150 mm （2）    接管直径的确定： 接管实装醪 1100×0.9=990m3。设5小时排空。 则物料体积流量为： Q=  990  5×3600 = 0.055 m3/s 发酵醪流速取v=1m/s. 则排料管截面积为： F物= Q/V =0.055/1=0.055 m2 管径        d = （F物/0.785）1/2 =（0.055/0.0785）1/2 =0.837 m 取无缝钢管  133×4 进料管同排料管    取无缝钢管  133×4 8.    支座选择 对于75 m3上的发酵罐，由于设备总重要较大，应选用裙式支座，本设计选用裙式支座。 个数 36 全容积 （m3） 1100 装料系数 0.9 直径m 9.6 圆筒高m 14.4 上封头高m 0.864 下封头高m 1.152 材料 A3 筒厚cm 2.1 封头厚cm 2.2 接管直径cm 12 接管长度cm 15 支座m 裙式支座 冷却方式 蛇管冷却 蛇管直径mm 53 蛇管间距m 0.15 蛇管圈数 97 蛇管总高度m 14.4 蛇管圈直径m 6   （二）种子罐的计算与选型 1.      种子罐容积和数量的确定： V种=V液×10% =1100×0.9×10% =99 m3 式中  V液——为发酵罐中发酵液的量 10%——接种量 取公称容积为100 m3的通用式发酵 2.      种子罐个数的确定 种子罐与发酵罐对应上料，发酵罐平平均每天上3罐需种子罐3个，种子培养时间12~20小时，取12小时，辅助操作时间8~10小时生产周期约20~20小时。 3.      主要尺寸的确定 设  H/D=2/1 V全=π（D/2）2×2D+2×（π/24）×D3=100 算得            D=3.006    取D=3.1 m 则              H=2D=6.2 m 校核种子罐总容积 ： V总=2 V封+ V筒 =100.18 m3 比需要的种子罐容积大，满足设计要求。 4.      冷却面积计算（采用夹套冷却） （1）    种子罐产生的总热量： Q总 = 418.6×1100×0.9×1080×10%×70%/70 = 447567(kJ/h) 式中      418.6——每千克麦芽糖放出的热量kJ 230——发酵罐的总容积(m3) 0.85——装料系数 1080——发酵醪密度(kg/m3) 10%——接种量 70%——发酵醪中麦芽糖含量 70——发酵时间（t） （2）    夹套传热系数： 夹套传热系数在4.18×（150—250）之间                            取K=4.18×250 kJ/(m2.h.℃) （3）    平均温差： 种子培养温度30℃，水初温20℃，水终温25℃。 Tm=（30-20）+（30-25） 2 =6.5 ℃ （4）    需冷却面积： F=     Q总    K Tm =     447567    4.18×250×6.5 =65.9 m2 （5）    核算冷却面积： 静止液体浸没筒体高度： H0=  V封-V封  S罐 S夹=S筒+S封 =131.7 S夹>F    可满足工艺要求。 5.设备材料选择 6.壁厚计算: 对带夹套的容器,应按外压容器计算壁厚.考虑到冷却水压力与容器内的压力有不同的存在情况取水压容器外压. (1)   用计算法求夹套内的壁厚: S=D[(mlp)/(2.6ED)]0.4 +C =310×[(3×0.4×620)/(2.6×200000×310)]0.4+0.18 =2.27+0.18 =2.46cm 式中  D——公称直径。3.1m m——外压容器稳定系数。M=0.3 E——金属的强性模量。 E=200000MPa P——设计压力。 P=0.4 MPa C——壁厚附加值。 C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18 cm L——筒体长度。 L=620 cm （2）封头厚度： 对上封头，查表  δ封=22 cm 对下封头，查表  δ封=24cm （3）冷却外套壁厚： 由夹套直径与筒体直径关系：  3000≤3100内≤4000 D套=D内+200 =3100+200 =3300mm 查表确定外套壁厚：δ套=11 mm （4）外套封头壁厚： 查表， 取 δ套封=13 mm 7.设备结构的工艺设计： （1）档板： 根据全档板条件：  （B/D）×Z=0.5 式中  B——挡板宽度 B=0.1D=0.1×3100=310 mm D——罐径 D=3100 mm Z——挡板数 Z=0.5×（D/B） =0.5×（3100/310） =5      取Z=6块 （2）搅拌器： 种子罐采用六弯叶涡轮搅拌器，它有公认的尺寸标准： 直径 Di=0.3~0.35D.  取Di=0.3D=0.3×3100=930 mm 叶片宽度 h=0.2 Di=0.2×930=186 mm 盘径 φ=0.75 Di=0.75 ×930=697.5mm 弧长 r=0.35 Di=0.35×930=325.5 mm 叶弧长 l=0.25 Di=0.25×930=232.5 mm 搅拌器间距 ξ= Di=930 mm 底距 b=D/3=930/3=310 mm 搅拌器的转速：根据50L罐，470r/min ,使用p/v为基准放大，50L罐N1=470 r/min搅拌直径Di=112 mm N2= N1（D1/D2）2/3 =470 ×（112/930）2/3 =115 r/min 9.搅拌器轴功率计算： （1）计算Rem Rem= D2Nρ μ = 0.932×1.9 ×1080    0.00159 =1116000>10000 是为湍流。 式中  D——搅拌直径  D=930mm N——搅拌器转速  N=115/60=1.9r/s ρ——醪液密度  ρ=1080kg/m3 μ——粘度 0.00159N.s/m2 (2)计算不通气时搅拌功率： P0.=NpN3D5e =4.7×1.93*0.933×1080 =87.4kw 式中  Np——湍流是常数  4.7 N——搅拌器转速  N=115/60=1.9r/s D——搅拌直径  D=930 mm ρ——醪液密度  ρ=1080kg/m3 两挡搅拌  P0=2 P0.=2×87.4=174.8 kw （3）计算通风时轴功率Pg: Pg =0.00225×[（174.82×1.9×933）/11160000.08]0.39 =127.5 kw 式中  P0——不通风时搅拌轴功率 174.8kw N——搅拌器转速  N=115/60=1.9r/s D——搅拌直径  D=930cm Q——通风量 ml/min  通风比为0.11~0.18  取0.11 Q=79.1 ×0.11×1000000=8700000 ml/min （4）电机功率： P电=       Pg                × 1.01 η1 ×η2×η2      =       127.05      × 1.01 0.92×0.99×0.98 =143.8kw 采用三角带传动      式中  η1——0.92