发布时间 : 星期五 文章年产10000吨燃料乙醇工厂设计更新完毕开始阅读1a43b9ffb9f67c1cfad6195f312b3169a451ea91
4. 生产工艺的设计
4.1. 生产方案
本项目拟年生产10000燃料乙醇，同时生产副产品有工业CO2气体、酵母蛋白、饲料、有机肥原料等。
4.2. 工艺流程
以甜高粱秸秆为原料，经粉碎，榨汁，酸化，发酵，蒸馏，分子筛脱水得99.5%（V/V）的燃料乙醇，工艺流程如下：
甜高粱秸杆 除杂 粉碎 压榨 秸秆汁 酒糟 有机肥料 饲料 秸秆渣 酸化 粗馏 发酵醪 分离酵母 发酵 杀菌 酵母蛋白 酵母 CO2 工业CO2 精馏 分子筛脱水 燃料乙醇 图1 工艺流程图
设备流程图见附图二
1、将甜高粱秸杆除杂、粉碎后，用保鲜剂保存到仓库，生产时运输到原料处理车间进行压榨、分离、收汁，然后将糖汁贮存于原料罐，生产时再将糖汁输送至生产车间。
2、原料的酸化处理和营养盐添加
将原料贮罐中的糖汁泵入酸化箱内，加入0.2%的硫酸，调pH4.5进行酸化沉淀，然后用过滤机过滤将清液经高温瞬时灭菌后泵入发酵罐中，灭菌过程中加入0.2%硫酸铵、0.01%硫酸镁 、0.125%硫酸二氢钾。
3、原料的发酵
灭菌好的糖液与活化好的酒母液混合进行发酵，温度控制在28～32℃，发酵周期约48h，发酵过程中产生的二氧化碳气体收集后送入吸收塔，回收酒精。发酵完毕后，发酵液经酵母分离器分离出酵母，剩余醪液将进入蒸馏工段。
4、醪液蒸馏
成熟醪液经预热后进入粗馏塔，酒糟从塔底排出，塔顶产生的粗酒精蒸汽经冷凝后进入精馏塔，经进一步浓缩后，可提取96%（V/V）的酒精，同时收集分离出的杂醇油。
5、无水乙醇的制取
将96%（V/V）的酒精蒸气通过再沸器加热后进入分子筛脱水系统，经分子筛塔A(正压)脱水后，65%～80%的无水乙醇蒸汽在塔底排出，其余无水乙醇蒸汽在另一分子塔B（负压）中脱水再生，无水乙醇蒸气经冷凝器冷凝后进入储罐。
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4.3. 工艺特点
1、本工艺不需要传统淀粉质原料生产酒精的糖化、糊化过程，只通过榨汁机可得糖液直接清汁发酵，出酒率高，工艺相对简单，设备投入少。
2、发酵酵母是选用六环美的生物技术有限公司研发的甜高粱秸秆汁发酵专用复合酶活菌剂，这种酵母是一种各种酶独立培养、然后混合使用的一种复合酶活菌剂。经生产试验，比传统酵母能提高2%的出酒率，生产效率提高20%。
3、本工艺蒸馏阶段采用两塔流程液相进塔工艺，燃料乙醇不需除甲醇、醛、杂醇等杂质，需要蒸馏设备较简单。发酵醪进塔之前与粗馏塔顶部蒸汽换热，节省了预热热量，同时也提供了蒸汽冷凝能量。
4、脱水工段采用分子筛脱水技术[1]，通过切换两个分子筛塔压强进行脱水和再生过程。分子筛颗粒在高压下从含水乙醇中吸附水，在负压下再把分子筛中的水分除去。该设备能量利用率较高，因为在整个周期内，分子筛吸附时所释放的热量被有效地储存在塔内，作为脱水再生时所需的热量，节能效果较显著。
5. 工艺计算
5.1. 物料衡算
5.1.1. 全厂总物料衡算主要内容
1、原料消耗的计算，主要原料为甜高粱秸秆，其他辅料有浓硫酸、硫酸镁、磷酸氢钾、发酵酵母等。
2、中间产品计算，主要有秸秆汁、发酵醪量计算 。 3、成品、副产品及废气废水计算。
5.1.2. 工艺技术指标及基础数据
1、生产规模：年产10000吨燃料乙醇
2、生产方法：甜高粱秸秆汁清汁发酵 3、生产天数：300天/a
4、燃料乙醇日产量：33.3吨 5、燃料乙醇年产量：10000吨 6、副产品年产量：工业CO2气体5000吨，酵母蛋白1500吨，甜高粱秸秆渣80000吨，湿酒糟4200吨
7、杂醇油产量：为成品酒精0.5%
8、产品质量：国家燃料乙醇（乙醇体积分数99.5%） 9、甜高粱秸秆榨汁率70%，含糖量18%
10、甜高粱秸秆发酵专用的复合酶活菌剂用量为0.1%
11、每吨秸秆汁调pH用硫酸 2.5kg、硫酸铵 0.2%、硫酸镁0.01%、磷酸氢钾0.125%
5.1.3. 原料消耗计算
1、总反应式
榨汁阶段：甜高粱秸秆 秸秆汁（70%） 可发酵糖（18%） 发酵阶段：C6H12O6 2C2H5O + 2CO2 180 2×46 2×44 2、生产1000kg无水酒精理论葡萄糖消耗量： 1000×（180/92）=1956.5 kg
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生产1000kg燃料乙醇理论葡萄糖消耗量：1956.5×99.19%=1940.7 kg 92.19%——国标燃料乙醇乙醇质量分数
3、生产1000kg燃料乙醇实际秸秆汁消耗量：1940.7/（18%×94%）=11471.7 kg 18%——秸秆汁含糖量 94%——秸秆汁利用率
4、生产1000kg燃料乙醇实际秸秆消耗量 ：11471.7 /70%=16388.1 kg 70%——秸秆榨汁率 5、酒母消耗量：11471.7×0.1%=11.4717 kg 6、硫酸消耗量：11471.7×0.2%=22.943 kg 7、硫酸铵消耗量：11471.7×0.2%=22.943 kg 8、硫酸镁消耗量：11471.7×0.1%=11.4717 kg 9、磷酸氢钾消耗量：11471.7×0.125%=14.393 kg
5.1.4. 成品与发酵醪量的计算
设发酵结束后成熟发酵醪含酒精12%（V/V）,相当于9.05%（W/W），并设蒸馏效率为98%，发酵罐酒精捕集器洗水为发酵醪的2.5%，有关计算如下：
（1）需蒸馏的成熟发酵醪量为： 1000×99.21%/（98%×9.05%）=11465.8 kg
（2）不计酒精捕集器洗水，成熟发酵醪的量为： 11465.8/1.025%=11186.2 kg
（3）入蒸馏塔的成熟发酵醪的酒精浓度为： 1000×99.19/（98%×11465.8）=8.83% （4）相应放出 CO2的量： 【（1000×99.19%）/98%】×（44/46）=968.3 kg （5）酒母醪量： 【（11186.2+968.3）×1.01】×1.5%=182.25 kg （6）醛酒产量：
设醛酒量占成品酒精的20%，则生产1000kg成品酒精可得次级酒精为：1000×2%=20 kg （7）杂醇油量为：1000×0.3%=3 kg （8）废醪量计算：
1）醪塔上升蒸汽量：11465.2×7.56/47.18%=1837.2 kg 47.18%---塔顶上升酒气的乙醇质量浓度 2）残留液量：11465.2-1837.2=9628 kg 3) 成熟醪带入塔的热量：11465.2×3.98×70=3.2×106 KJ 3.98--成熟醪比热容【KJ/(kg.K)】，70℃ ---进塔醪液温度 4）蒸馏残留液固形物浓度：11465.2×7.5%/9628=8.34% 5）塔底残留液带出热量：10478×4.05×105=4.09×106 kg 4.05--蒸馏残留液比热容【KJ/(kg.K)】，105℃ ---排出废醪温度 6）上升蒸汽带出热量：1837.2×1965=3.61×106 kg 1965---50%酒精蒸汽焓,KJ/kg 塔底采用 0.05MPa（表压）蒸汽加热，焓为2689.8KJ/kg；又蒸馏过程热损失取总传递热的0.9% 故得消耗的蒸汽量为【3.61×106+4.09×106-3.2×106】【(2689.8-4.18×105) ×99.1%】=2017 kg
99.1%---实际蒸馏热量利用率
若采用直接蒸汽加热，则塔底排出废醪液为：2017+9628=11645 kg
5.1.5. 10000吨/年燃料乙醇工厂总物料衡算
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表1 总物料衡算一览表
名称 成品酒精 甜高粱秸秆 秸秆汁 发酵酵母 浓硫酸 硫酸镁 磷酸一氢钾 硫酸铵 酒母醪 蒸馏发酵醪 杂醇油 二氧化碳 酒糟
每吨产品产（耗）量kg
1000 16388.1 11471.7 11.471 22.943 1.1471 14.393 22.943 182.25 11465.8 3 677.81 11645
日产（耗）量t
33.33 546.30 382.39 0.383 0.765 0.0383 0.472 0.765 6.075 382.19 0.1 22.59 388.17
年产（耗）量t
10000 163881 114717 114.71 229.43 11.471 143.93 229.43 1822.5 114658 30.00 6778.1 116450
5.2. 热量衡算
5.2.1. 热量衡算
热量消耗主要在蒸馏阶段，成熟发酵醪在蒸馏之前预热所需的热量由粗馏塔顶蒸汽的热量提供。
粗馏过程中所需的能量由前面物料衡算得出 每产1000kg酒精消耗蒸汽量为2017kg 估算精馏、脱水和发酵工段灭菌蒸汽消耗量约为3000kg 由上得出总蒸汽量：2017+3000=5517kg
设锅炉的效率为75%，每吨煤产生7t蒸汽，得煤用量716.7kg
表2 10000吨/年燃料乙醇热量衡算表
名称 每吨产品用量（t） 日耗量（t） 年耗量（t）
蒸汽 煤炭
5.517 0.7167
183.9 23.89
55170 7167.1
5.2.2. 水平衡
1、酵母洗涤用水：每天产酵母泥约6.075吨， 洗涤三次，每次用水量为其2倍，设用水时间 1h则最大用水量为（6.075×6）/1=36.45 t/h。
2、锅炉用水：已计算得每天用蒸汽量183.9t,故锅炉用水量约183.9 t。
3、冷却用水：发酵用水 已计算得冷却用水为32.5 t/h，每天上三罐，共用2340 t。 蒸馏过程 总用冷却水估算10.7t,每天256.8 t。 4、发酵罐洗刷用水：平均每天冲洗发酵罐用水约8 t。
5、其他用水量：包括洗涮管道冲洗地面等，平均每天约20 t 。
冷却水循环利用，按90%计，废醪液过滤后再利用，按80%计，则回收用水约388.17×80%+（2340+256.8）×90%= 2647.656 t
总用水量上述之和：36.45+183.9+2340+256.8+8+20-2647.656=197.494 t。
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