酒精生产车间设计
经典诗句-
年产
15
万吨酒精工厂车间设计
题
目：
年产
15
万吨酒精工厂车间设计
专题题目
（
若无专题则不填
）
：
本课题来源及研究现状：课题研究目标、内容、方法和手段：
研究目标：
设计年产
15
万吨酒精工厂车间。本设计在前人的基础上，主
要参考《酒精工艺手册》和《生物工程工厂设计概论》上面的工艺设计，根据工
艺特点
、环保要求、产量要求、提高产率、降低成本等需要，对比以前的工艺设
计，对已有的工
艺进行选择，并适当加以创新和改造，结合最近几年的新工艺、
新技术、
新设备，
寻求更高效合理的生产途径及更环保的生产方法的，
< br>设计一整
套较为优化的生产工艺，
使酒精的生产在某些方
面达到一个突破，
使整个流程更
加完善，达到降低成本、提高产
率的良好效果。
内容：
本文设计一个
酒精工厂，以糖蜜为原料，采用单浓度糖蜜连续发酵
(
工艺简单
容易操作）
、差压式蒸馏工艺（保证产品质量及提高热能利用率）
、生
石灰吸水法，通过物料衡算、设备选型计算、水电汽耗的计算等合理优化设计
生产工艺过程，利用
MFl00l
为高产酿
酒酵母发酵生产酒精。
本设计从全厂工艺
流程、物料衡算、热量
衡算、水衡算、设备选型、工艺布置、车间设计这几个方
面对发酵车间进行设计。
方法和手段：
采用单浓度糖蜜连续发酵
(
工艺简单容易操作）
、差压式蒸
馏工艺（保证产品质量及提高热能利用率）
、生石灰吸水法，通过物料衡
算、设
备选型计算、
水电汽耗的计算等合理优化设计生产工艺过
程，
利用酵母菌发酵生
产酒精。
1.2
目前酒精生产存在的主要问题
1.<
/p>
酒精生产的原料主要还是粮食（玉米）
，存在着与民争粮争地的问
题。
2.
生产过程中能耗过大
,
尤其是蒸煮和蒸馏过程中能耗特别高。
<
/p>
3.
酒精的生产还受到土地资源和水资源的限制。
4.
三废处理的成本高，处理一吨废水的成本就高达
1000
元。
5.
酒精发酵的强度问题，应提高。
6.
硫酸钙是污垢中的主要成分。
粗馏塔中积垢所含有的硫酸钙均为二水硫酸
钙。
形成污垢主
要成分的硫酸钙来自糖蜜原料带入的钙和稀释加入的硫酸，
形成
污垢中有机组分的物质则非常复杂，
包括糖蜜带入的色素、
胶体
、
非发酵性糖分、
有机酸、
蔗糖糖汁中
来自甘蔗细胞的可溶性的有机物
(
含氮物、
腐植质、
木素等
)
，
发酵引入的酵母细胞及其代谢产物。
7.
现行酒精生产工艺中大多采用加酸酸化法。
由于硫酸用量大，
对设备造成腐蚀，
增加废液的硫酸根含量，加大了环保处理难度；同时
pH
值低还会对酵母生长繁
殖不利。目前国
家对在酒精生产中采用硫酸实行了限制。
1.5
酒精新技术的应用与发展
1.
无蒸煮无糖化一步发酵法，
节省了蒸煮工段的蒸汽消耗，
使酒精生产过程
的能耗大大降低。
2.
多塔式差压蒸馏，
充分利用热能，
大大降低了热能损失，
节能效果很明显。
而且提高了酒
精产品的质量。
3.
生产操作采用微
机控制，
自动化程度高，
大大降低了劳动强度，
节省了人
力，提高了生产过程的安全。稳定了生产，提高了产品质量，生产操作
也简单。
4.
在酒精蒸馏和
DDGS
生产过程中能源多次利用
,
冷却水循环使用。
5.
选择甘蔗糖蜜酒精生产中蒸馏前多个工艺位点，采用重力分离法
(
稀释糖液静
置、发酵醪底排污、机械离心
)
< br>与添加化学助剂重力分离法，对甘蔗糖蜜洒精生
产物料进行除垢处理。
6.
无酸发酵技术的
核心是采用新型高效酒精发酵专用杀菌剂一克菌灵代替硫
酸，杀灭甘蔗糖蜜酒精发酵过程
中产生的杂菌。克菌灵具有广谱高效杀菌作用，
对酒精发酵中出现的各种杂菌有特效。<
/p>
它通过对细菌
(
包括球菌和杆菌
)
的细胞合
成的抑制或干扰，
< br>最终达到杀菌目的。
由于酵母和细菌的细胞壁结构以及细胞壁
形成机理是不同的。
酵母是真核微生物，
其细胞壁主要由葡
聚糖组成，
一般的杂
菌都是原核生物，
不管是革兰氏阳性菌还是革兰氏阴性菌，
细胞壁主要成分都是
肽
聚糖。
使用克菌灵能使原核生物的羧肽酶、
转肽酶失活，
抑制杂菌细胞壁的扩
增，
能同时抑制革兰氏阳
性菌和革兰氏阴性菌的生长分裂，
而对酵母却没有副作
用。因此
，通过添加一定量的克菌灵，就可以完全替代硫酸，实现酒精生产的无
酸化。
目前以糖蜜为原料生产一吨酒精，所消耗的硫酸量在
30
～
50
公斤左右，因各个
厂家的生产工艺条件不同有所差异。
目前
硫酸的价格也因不同地域有所差异，
基
本在
600
～
1000
元
/
吨，
取平均值
800
元
/
吨计算，
生产
一吨酒精所消耗的硫酸成
本为：
40x800/1000=32
元。
使用无酸发酵技术，
以克菌灵完全替代浓硫酸抑制杂菌，
生产
一吨酒精需要
克菌灵
120
克，克菌灵
的价格为
180
元
/
< br>公斤，则使用克菌灵的成本为：
l20x
l80/1000=21.6
元。
<
/p>
可见使用克菌灵进行无酸发酵生产时，可节约成本：
32
—
21.6=lO.4
元
/
吨酒精
由于不使用硫酸，发酵液
的
pH
值比较高，对酵母细胞的抑制作用减弱，发酵液
中
pH
值比较适合酵母生长繁殖
(
大部分酵母最适
pH
值为<
/p>
4.0
～
5.5)
，酵母生长
旺盛，发酵力强，整个发酵过程可以提高出酒率
0
.5
～
1
％，取平均出酒率提高
0.75
％计算，年产
5
万吨酒精厂，每年多产酒精：
50000x0.75
％
=375
吨，折合
人民币
< br>244
万元
(
酒精售价按
6500
元
/
吨计<
/p>
)
。两项合计，直接经济效益为
(5
万
×
10.4)+244
< br>万元
=296
万元。
1.1
产品介绍
酒精的化学名称是乙醇
，分子式是
C
2
H
5
OH
，
是一种无色透明、易挥发、易燃
烧、不导电、具有特殊芳香和辛辣味的液体。
相对分子质量
46.07
，相对密度为
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
）
。
< br>
乙醇的发酵生产经历了三代：第一代是以小麦、玉米、甜菜、甘蔗和木薯等
粮食作物为原料，发酵生产出乙醇；第二代以非粮食作物秸秆、枯草、甘蔗渣、
糖蜜、
稻壳、
木屑等废弃物为原料发酵生产乙醇；<
/p>
第三代以藻类为原料发酵生产
乙醇
[3]
。
我国目前的甘蔗糖蜜酒精发酵水平
较低，
发酵
成熟醪液的酒精含量通常只有
10
％
(V
／
V)
左右，最高不超高
11
％
，而且对环境的污染也很严重，
生产每容积
酒
精会产生
12
～
14
< br>倍容积，含
COD 8
～
12<
/p>
×
10
4
mg/
L
，
BOD5 4
～
< br>6
×
10
4
mg/L
的
蒸馏废液口
。
目前我国对甘蔗糖蜜酒精发酵产生的废液还没有较为理想的处理办
法。<
/p>
提高甘蔗糖蜜酒精生产发酵醪液的酒精浓度，
不仅可以提高设备的
生产效率
和劳动生产率，
而且降低能耗和减少废液排放，
对显著提高酒精生产的经济效益，
具有重要意义。
提高甘蔗糖蜜酒精生产发酵醪液酒精浓度的关键是获得高性能
的生产菌株。
广西科学院提供，命名为
MFl00l
，为高产酿酒酵母。发酵
49
．
5h
的成熟醪酒精
班产浓度最高达到
14
．
1
％
< br>(V
／
V)
，日产平均浓度最高
达到
13
．
8
％
(V
／
V)
，发
酵效率按糖蜜可发酵糖含量计算最高达到理论值的
98
．
89
％，
平均为
97
．
72
％
，
每生产
1t
酒精
(95
％，
m
／
< br>V)
的发酵废液排放量最低为
7
，
57t
，平均为
8
< br>．
17t
，
各项工艺指标均显著
优于国内目前的发酵水平。
1.2
设计意义
据《全球可再生燃料联盟》
统计预测：
2010
年全球乙醇产量为
858
亿升，
2011
年将达到
887
亿升。而中国
2010
年乙醇产量为
82.6
亿升，
2011
年预计达
90
亿升。两相比较
，我国的乙醇生产量有待提高。目前，我国酒精消费主要为：
化工占
40%
，轻工占
40%
，医药占<
/p>
10%
，其它占
10%
< br>。
酒精作为一种新能源，有着
两个独特的优势：
属于可再生能源、燃烧时无污染。
我国是石油净进口国，海关
数据显示，
2010
年全国累计进口原油
2.39
亿吨，而每吨原油价格九千多元。两
个
数相乘，
得到的是一个多么恐怖的数据啊。
酒精在很多方面上都
可以替代石油，
只要生产出足够的酒精，就可以大大降低石油进口量。但事与愿违，中国
的酒
精产量不高，供不应求，每年都要进口几百万吨酒精。
<
/p>
在这样一个酒精供不应求，
并且需求量逐年上升的时代，
建一个生产酒精的
工厂，不仅顺应时代的潮流，具有广阔的市场前景，而
且能够满足国家内需，减
少资金的外流。
1.3
厂址选择
广东的湛江，
盛产甘蔗，
用甘蔗制糖的工厂很多，
制糖的副产品——糖蜜，
非常多。所以将厂址选在湛江市，离甘蔗制糖厂集中的地方不远，临靠河流或
者港口的城
郊建厂
，
这样不仅方便糖蜜原料和生产用水的输入，
还便于产品酒精
的输出。预计征用
3
万平方米左右的土地建设该年产
8
万吨酒精工厂
[1]
。
1.5
酒精生产工艺流程
本设计选用糖蜜为原料进行酒精生
产，糖蜜中含有多种可发酵性糖，非常适
于用来发酵生产酒精。
由于糖蜜原料中糖的浓度较高，
焦糖，
氨基酸等胶体物质
较多，灰分含量高等原因，糖蜜需要进行稀释及调酸等预处理才能进行发酵
[5]
。
糖蜜用于酒精生产的全
过程为：
稀糖液的制备及处理，
酵母的制备，
< br>发酵和
提纯
。流程图如下：
1.5.1
糖蜜原料及其贮存
（
1
）糖蜜原料
甘蔗糖蜜是制糖生产的副产品，含有丰富的可发酵糖，是生产酒精的好原
料。主要产于广东、广西、云南、福建、台湾等主要甘蔗产区。甘蔗糖蜜的产
量
为原料甘蔗的
2.5%
～
3%
。糖蜜中含有
30%
～
36%
的蔗糖与
20%
的转化糖，
50%
左右的可发酵糖，
5%
～
12%
的胶体物质以及
1
0%
～
12%
的灰分，酸度
10
左右，含
氮量仅
0.
5
％，含磷量为
0.2
％左右。
（
2
）糖蜜的贮存
为了保证酒精生产正常并且连续地进行，
酒精车间及工厂仓库都必需贮存一
定量的糖蜜。为了防止糖蜜被污染保持糖蜜的纯净
，对糖蜜的贮存有如下要求：
①
<
/p>
为防止尘沙，污水，杂菌的污染，保持糖蜜的纯净，要求
采用密闭
容器
。
②
为保证生产正常进行，常备有
20-30d
生产用糖蜜的贮存量
。
③
贮存罐的位置应兼顾运输和生产两方面，以有利于使用方便。
④
稀糖蜜和受到污染的糖蜜不宜过久
贮存，以免造成糖分的过多损
失。
1.5.2
稀糖液的制备及处理
糖蜜原料制作稀糖液及处理的流程为：
糖蜜
稀释
酸化
添加营养盐
灭菌
澄清
稀糖掖
（
1
）
糖蜜稀释的目的及方法
[1
。
5]
目的是为了
降低糖液
中糖的浓度和无机盐的浓度，使其适合于酵母的生
长，繁殖和发酵。
糖蜜酒精生产工艺可以分为单浓度流程和双浓度流程两钟。
本工艺采用
的是单浓度流程，也就是酒母培养和发酵采用同一浓度稀糖液的酒精生产流
程。
糖液浓度一般控制在
22-25<
/p>
o
Bx
。稀释方法分为间歇稀释法和连续
稀释法
两种。
本工艺采用的是间歇稀释法
，也就是将糖蜜泵入高位计量槽，计量后
进入稀释罐，同时加入灭菌剂及稀释水等，开
动搅拌，充分搅匀即得需要的
浓度的稀释液。