年产10万吨纤维质原料酒精发酵工艺设计毕业设计Word格式文档下载.docx
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通过对物料进行工艺计算,确定每个设备的的工艺尺寸。
进行各种衡算。
完成图纸四张(2号图纸):
重点设备图、全厂工艺流程图、车间平面布置和全厂平面布置图。
毕业设计(论文)进度计划安排
阶段
应完成的主要工作
起止教学周
1
查阅相关文献,论文总体设计,填写工作进度计划表,撰写开题报告
4-5
2
确定设计大致思路
6
3
进行工艺比较,方法的论证,物料衡算
7-8
4
热量衡算的计算,空气、水量的计算,设备的选型
9-10
5
工艺图和设备图的作图
11-14
整理试验数据,撰写论文,上交指导老师
15
7
论文答辩
16
8
主要参考文献
[1]吴思方.发酵工厂工艺设计概况[M].北京:
中国轻工业出版社,1998.10
[2]陈宁.氨基酸工艺学[M].北京:
中国轻工业出版社,2007,1
[3]陈洪章.纤维素生物技术[M].北京,化学工业出版社,2005
[4]吴德荣.化工工艺设计手册第四版(上下册)[M].化学工业出版社,2009
[5]谢林,吕西军.玉米酒精生产新技术[M].北京,中国轻工业出版社,2000
[6]贾树彪等.新编酒精工艺学[M].北京,化学工业出版社,2004
指导教师(签名):
审批人(签名):
毕业设计(论文)指导教师评议书
(1)
序号
评分指标
具体要求
分数范围
得分
学习态度
努力学习,勤于思考,遵守纪律,作风严谨务实。
0—4分
调研论证
能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研,能较好地理解课题任务并提出实施方案,有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。
0—8分
综合能力
能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题,工作中有创新精神,成果有新意或有实用价值。
0—10分
设计(论文)质量
论证、分析、设计、计算、建模、实验正确合理,工作量饱满。
外文翻译
摘要及外文资料翻译准确,文字流畅,符合规定内容及字数要求。
说明书
(论文)
撰写质量
说明书文字通顺、结构严谨、逻辑性强、格式规范、符合规定字数要求,绘图清楚、工整、规范。
合计
0—40分
评语:
指导教师:
年月日
本毕业设计(论文)需要特殊说明的有关问题
毕业设计(论文)评阅教师评议书
(2)
0—5分
0—6分
0—2分
0—3分
0—20分
评阅人:
毕业设计(论文)答辩小组评议书(3)
自述
思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理。
0—7分
水平
工作中有创新精神,成果有新意或有实用价值。
0—8分
答辩
能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据。
资料
资料齐全,符合学院毕业设计(论文)规范化要求。
0—5分
评委1
评委2
评委3
评委4
评委5
评委6
评委7
总分
平均成绩
答辩纪要:
答辩小组秘书(签字):
年月日
答辩小组组长(签字):
答辩委员会意见
指导教师评议
评阅人评议
答辩小组评议
汇总成绩
秘书(签字)
唐山学院系毕业设计(论文)答辩委员会于年月日审查了专业学生的毕业设计(论文)(其中设计说明书(论文)共页,设计图纸张)。
根据其设计(论文)的完成情况以及指导教师、评阅教师、答辩小组的意见,系毕业设计(论文)答辩委员会认真审议,决议如下:
成绩评定为:
主任(签字):
年月日
年产10万吨纤维质原料酒精发酵
工艺设计
摘要
纤维质酒精发酵技术,它利用地球上广泛存在的纤维质生物原料生产清洁的乙醇燃料,是一种高端的清洁能源技术。
本次设计的主要任务是设计以玉米秸秆为原料发酵酒精的工艺流程。
本次设计采用的主要工艺为:
纤维素酶水解、单浓度连续发酵、双塔蒸馏工艺。
通过物料衡算、热量衡算、水电汽耗的计算、设备的选型及计算等进行工艺设计优化,并使其具有合理性与可行性。
关键词:
酒精纤维质酒精发酵
WithanAnnualOutputof100,000TonsFuelEthylAlcoholFactoryDesign
Abstract
Cellulosealcoholfermentationtechnology,whichutilizesthewidespreadproductionoffibersofbiologicalrawmaterialsonthecleanerproductionofalcoholfuel,isahighendandcleanenergytechnology.Themaintaskofthedesignisdesignedalcoholicfermentationprocessflowusingthemaizestrawastherawmaterials.ofthedesignprocess:
cellulasehydrolysis,single-densityandcontinuousfermentation,Twin-Towerdistillationprocessofthedifferentialpressuretype,waterabsorptionofzeolitemolecularsieves.Throughthecalculationofthematerialsbalanceandthethermalbalance,theconsumptionofwater,powerandsteam,theequipmentselectionandcalculation,madeaoptimizedprocessdesign,withthereasonabilityandfeasibility.
Keywords:
Alcohol;
Fibers;
Fermentationofalcohol
1引言
1.1酒精发展现状
1.1.1酒精的概述
乙醇俗称酒精,是一种可再生,并且清洁、无污染的能源。
乙醇作为重要化工原料,以可再生的农产品为生产原料,不但可制造乙烯,代替石油生产石油化工产品,支撑“后石油时代”的石化工业,而且可以代替石油产品用作燃料,并同时呈现出比石油产品更安全、清洁、高效、可持续的四大特征。
乙醇的用途可以分为燃料酒精、工业酒精和食用酒精三大类,目前世界上酒精的主要用途是用于燃料。
乙醇是燃料酒精中最主要的能源物质之一,它以玉米、薯类、小麦、糖蜜或植物等为原料,经发酵、蒸馏而制成,将乙醇进一步脱水再经过不同形式的变性处理后成为变性燃料乙醇。
燃料乙醇也就是用粮食或植物生产的可加入汽油中的品质改善剂。
它不是一般的酒精,而是它的深加工产品。
在这种燃料中,乙醇既是一种能源,又是一种良好的汽油增氧剂和高辛烷值调和组分,用以代替四乙基铅和MTBE。
目前,世界上使乙醇汽油时间最长,成效最大的国家,属巴西和美国。
1.1.2酒精发酵工艺
酒精发酵工艺可根据其原料的不同分为:
淀粉质酒精发酵、糖类酒精发酵、纤维质酒精发酵、其他原料发酵四种。
从整个流程来讲,酒精发酵流程大致可分为四部分:
原料预处理、原料水解制单糖、单糖发酵酒精、发酵产物蒸馏。
生产燃料乙醇的原料来源较广,但目前已产业化的用于生产燃料乙醇的原料基本上属于粮食作物、淀粉基作物及糖料作物。
但是这些原料基本上都存在“与民争粮,与粮争地”的问题,长期发展,将危及粮食安全。
纤维质原料中富含纤维素和半纤维素,可降解成可发酵的葡萄糖和木糖等,而且在地球上储量极其丰富,有望成为生产燃料乙醇的新一代原料。
而与化石燃料和粮食乙醇相比较,也只有纤维质燃料乙醇才能够达到大量减少温室气体排放的目的。
因此,近年来全球发达国家都将利用农作物秸秆纤维质转化成燃料乙醇的研究作为研发重点,开发第二代燃料乙醇——纤维质乙醇。
1.2纤维质概述
纤维质在自然界中是最为丰富的生物质资源,其能量来自于太阳,植物通过光合作用固定后贮存于植物细胞壁,其主要有机成分有纤维素、半纤维素、木质素三部分。
细胞壁中的半纤维素与木质素利用共价键联结成网络结构,纤维素则镶嵌在其中[1]。
1.2.1纤维素的结构与性质
纤维素是一种天然高分子化合物,是葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而形成的葡聚糖,是植物细胞壁的主要成分。
纤维素由含碳、和氧三种元素组成,化学式为(C6H10O5)n,相对分子质量可达几十万,甚至几百万[1]。
纤维素性质稳定,不溶于水,无还原性,在常温下不发生水解,在高温下水解也很慢。
只有在催化剂(如纤维素酶)存在下,纤维素的水解反应才能显著地进行。
纤维素经催化剂催化水解可生成葡萄糖,该反应可表示为:
(C6H10O5)n+nH2O=nC6H12O6,水解得到的葡萄糖在酵母的催化作用下可发酵生成酒精,经过蒸馏工艺可得到酒精产品,由于其原料来源广泛求价格低廉,因此,有很好的经济效益。
1.2.2半纤维素的结构与性质
半纤维素是一种复杂的多糖分子,以通过β-1,4-糖苷键的连接方式,还可以由不同的单糖基以不同的连接方式连接成结构互不相同的多种结构的各种聚糖,既可能形成是均一聚糖也可能形成非均一聚糖。
半纤维素相对于纤维素更易于水解,有些半纤维素的成分甚至在冷水中的溶解度很大。
半纤维素可溶于碱溶液中,也能被稀酸在100℃以下水解,同时还能被相应的各种半纤维素酶分解[2]。
半纤维素中木聚糖的水解过程可表示为:
(C5H8O4)n+nH2O=nC5H10O5,半纤维素水解得到的木糖也可在催化剂的催化作用下发酵生成酒精,但是,催化条件与葡萄糖有很大的不同,且其催化工艺目前发展还不是很成熟,因此,不能同时进行发酵。
但可以被利用发酵沼气,也可形成一定的经济效益。
1.2.3木质素的结构与性质
木质素是一类复杂的无定形高聚物,由苯丙烷单元通过醚键和C-C键连接形成的,其主要单体为香豆醇(coumarylalcohol)、松柏醇(coniferylalcohol)和芥子醇(sinapylalcohol)[3]。
木质素和半纤维素作为细胞间质在细胞壁的微细纤维之间能起到很好的填充作用,同时加固木化组织的细胞壁,也存在于细胞间质,把相邻的细胞黏结在一起,有阻止微生物攻击和增加茎杆抗压强度的作用。
木质素并非聚糖,不能被水解为单糖,其分子式为(C6H10O2)n。
另外木质素在纤维素周围形成保护层,影响纤维素水解。
1.3纤维质酒精发酵现状
迄今为止,我国学术界和产业界在纤维素乙醇发酵技术开发和工业化进程上已经做出了很多努力,在具体的技术细节和工艺选择上呈现多样性特点。
总体上,我国纤维素发酵乙醇工艺技术研发方面,其研究工作已经完成实验室研究阶段,正在步入中试和产业化培训阶段。
目前,国内已开展的纤维素发酵乙醇项目大多数处于中试或示范阶段,与国外的发展阶段基本一致。
同时与国外相比,我国在纤维素发酵乙醇技术研发的工艺选择上相对集中,已取得中试和示范规模的项目选用生物转化技术路线,即预处理-酶催化水解-发酵工艺。
对其他工艺,如气化微生物发酵、集成生物过程(CBP)、热化学转化等关注度不高。
在我国,河南天冠酒精化工集团有限公司作为“十五”期间国家发改委确定的全国4家燃料乙醇定点生产企业之一,目前已掌握着秸秆生产乙醇的关键技术。
中试结果显示,6吨左右秸秆可产出1吨乙醇,技术理论转化率超过18%。
据测算,全国每年仅农作物秸秆有7亿吨,其中2亿吨被作为农村燃料消耗。
若将其余5亿吨用来生产乙醇,可产7000万吨乙醇。
再加上木材、制糖、造纸工业下脚料和城市废纤维垃圾,总计可得乙醇8500万吨,比全国汽油消耗总量还要多。
纤维乙醇技术一举三得,首先,纤维原料可再生,用它生产燃料乙醇可缓解能源危机;
其次,企业可接受的价格,每吨秸秆可直接为农民增加200元收入,按平均每户4人5亩地计算,一年可净增收1500元;
同时,木质素热值和等量的煤相当,粗木质素可以加工成“煤球”,纯度稍高的可做成活性炭,每吨市场价在五千元左右,而经精制的高纯度木质素则可作为添加剂用于改善聚氨酯产品的综合性能,每吨售价也在6000-10000元,生产酒精后产生的废糟液发酵处理,生产沼气,供居民生活使用。
生产沼气后,剩余的糟液残渣又能加工成动物饲料或制成“绿色”沼渣肥,用于农业建设。
1.4本课题的目的和意义
纤维类物质是地球上最为丰富的碳水化合物之一,自然界中最丰富的可再生资源,秸秆造乙醇的大规模工业化生产,把大量的农业纤维原料及工业纤维废料中的纤维素经济、有效地水解成葡萄糖,并进一步用于酒精、有机酸和抗生素等的生产使乙醇生产摆脱了单纯依赖粮食的瓶颈制约,乙醇产业从此真正实现了可持续发展,展示了生物能源开发的广阔前景。
纤维乙醇技术利用可再生的纤维原料生产燃料乙醇可缓解能源危机,有利于改善目前资源日益紧张,环境日趋恶劣的状况,具有重要的经济和社会意义;
从可持续发展的角度出发,它最大的突破在于不与人畜争粮,保证粮食安全,利用廉价的纤维素废弃物代替粮食生产酒精,其社会效益和经济效益都很明显。
另外带动周围农业经济为农民增加收入,对于促进新农村建设具有很强的现实意义。
同时,本项目建设将生产废物变废为宝,增加经济效益的同时注重社会效益和环保效益,并为我国纤维质原料制取酒精的研发提供更大的平台。
纤维质是自然界中最大量的可再生资源,利用纤维质原料制取燃料酒精是当前各国新资源战略的重点,世界各国纷纷投入巨资竞相研发。
利用最广泛、最廉价的植物纤维原料制造最大量、最便宜的洁净流体燃料,将是解决燃料乙醇原料和确保国家粮食、能源安全的最佳途径,也是国家能源替代战略的长久之计。
2设计概论
2.1毕业设计的题目
年产10万吨纤维质原料酒精发酵工艺设计。
2.2毕业设计的目的
树立正确的设计思想,严格按照各种建筑规范,在技术上采用先进的生产技术和成熟的科技成果,选择成熟先进、安全可靠的生产工艺及生产设备;
各项技术经济指标先进,生产损耗和能耗低,经济上使用合理合理,环境污染程度低,在环境保护上具有可行性。
对生产过程的物料、水、电、汽进行平衡计算,及相关主要生产设备进行选型与计算,同时对重点设备进行设计,对重点车间平面以及全厂进行平面布置设计,并绘制图纸。
通过毕业设计熟悉纤维质原料酒精生产过程和一些工程技术问题的解决方式,培养独立查找、分析和使用技术资料的能力,能独立编写设计文件,并熟练使用CAD软件绘制工艺流程图和设备布置图。
2.3毕业设计的任务
(1)确定纤维质酒精工厂建立的意义。
(2)厂址的选择、建设规模和布置方案。
(3)对设计题目进行总体构思,包括工艺流程的选择、工艺批次及工艺参数的选取等。
(4)利用设计题目的规格进行全厂的物料衡算:
所有的原辅料、半成品和成品,并对其每批次产量、每天产量、月产量、年产量进行计算。
(5)在物料衡算基础上,进行全厂的设备设计、计算选型,对全厂的所有标准设备进行生产能力的计算,列出全厂设备一览表。
(6)对全厂水、电、汽进行计算,列出衡算表。
(7)重点设备和工艺的设计及讨论。
(8)重点车间和全厂平面布置设计。
(9)绘制图纸。
2.4设计的指导思想
设计以新兴的纤维质酒精生产工艺为蓝本,综合收集的资料及查阅的大量相关资料,力求在技术上采用先进的生产经验和成熟的科技技术,使其具有先进性和可实施性;
工艺流程、设备型号、工艺控制及工艺条件成熟先进、安全可靠;
生产经济技术指标先进,生产损耗和能耗低,经济上使用合理合理,环境污染程度低,在环境保护上有可行性。
(1)设计时,为确保工艺操作稳定、安全、产品质量好,部分工艺采用了传统式生产,同时进行一定程度上的革新改造,引进了国外较先进的技术和设备。
(2)设计时,尽量降低操作费用及酒精的单耗量,使其具有投产快,效益高的特点。
(3)设计时,为保证酒精厂今后的发展(如增加品种、扩大产量等),在厂区平面布置上及设备选用上,都留有适当的余地,同时又不会对造成现有设备、场地造成太大的浪费。
(4)在设计工艺时,为使工人劳动条件有所改善及降低劳动强度,采用一些新工艺、新设备,采用部分自动化仪表控制,增加整体工艺的机械化、自动化水平,同时又确保酒精质量。
(5)设计时,为保证酒精厂的环境,对污水处理、CO2回收等综合利用,在改善环境污染的同时还增加工厂的收入。
2.5设计的依据
依据国家及地方政府的政策和经济计划,综合国内、国际的市场情况,对当地的原料、水源、地质、能源供应及交通运输状况的调查与研究,查阅大量相关资料,根据设计题目的要求,将理论设计知识与实践相结合,对纤维酒精工厂进行一个完整的设计。
2.6生产方案的确定和产品方案
从投资规模、销售数量、水源、能源、供电、技术等方面综合考察,决定设计建造一座年产10万吨的纤维质酒精厂,产品质量达到国家酒精标准,浓度为99.5%(V)。
2.7厂址选择的总原则[4]
2.7.1厂址选择的重要性
厂址选择是工业基本建设中的一个重要环节,是一项政策性、技术性很强、牵涉面很广、影响面很深的工作。
从宏观上说,它是实现国家长远规划、工业布局规划、决定生产力布局的一个具体步骤和基本环节。
从微观上讲,厂址选择又是具体的工业企业建设和设计的前提。
厂址选择是否得当,关系到工厂企业的投人和建成后的运营成本,对工厂企业的经济效益影响极大。
因此,厂址选择是百年大计的问题。
对于从事发酵工厂设计的技术人员来说,绝不可轻视处置,而应深思熟虑和严谨从事。
2.7.2厂址选择的基本任务
厂址选择的基本任务是根据国家(或地方、区域)的经济发展规划、工业布局规划和拟建工程项目的具体情况和要求,经过考察和比选,合理地选定工业企业或工程项目的建设地区(即大区位),确定工业企业或工程项目的具体地点(即小区位)和工业企业或工程项目的具体坐落位置(即具体位置)。
厂址选择工作在阶段上讲属于编制项目申请报告或可行性究的一个组成部分,项目申请报告或可行性报告一经批准,便成为编制工程设计的依据。
2.7.3厂址选择的一般原则
厂址选择一般包含地点和场地的选择两部分。
地点就是根据所建纤维酒精厂在某地区的地理方位及其所处的自然状况,进行勘查对比分析。
场地选择,就是对所建工厂的面积大小,场地外形和潜藏的技术经济性,进行调查,通过综合比较,从中择优确定厂址。
综合而论,厂址的选择原则可归纳为如下几项:
1)厂址的位置要符合城市及工业区规划(供汽、供电、给排水、交通运输、职工文化活动、商业网点……)和纤维酒精工厂对环境的特殊要求。
2)厂址的地区在经济条件上条件:
靠近原料、燃料基地和交通线,在原料、能源、水源和运输等方面均具有良好的供应条件。
3)酒精发酵企业应优先选用洁净度较高的生产企业厂址,应选择在大气含尘量低、含菌浓度低、无有害气体、自然环境条件良好的区域。
4)场地有效利用率较高,厂区的大小、形状和其他条件应满足工艺流程合理布置的需要,并应有远景发展规划的最终总体布局。
5)厂址应具有满足建设工程需要的工程地质条件和水文地质条件。
6)厂址的选择能确保不受水淹的地段;
厂址的自然地形应有利于厂房和管线的布置,内外交通联系和场地的排水。
7)厂址附近应有可靠的污水处理设施,有利于三废的处理,保证环境卫生。
2.8工厂总平面布置
2.8.1工厂总平面布置的一般原则
从工程角度来看,化工厂的总平面布置应该注意以下要求。
1)工厂总平面布置应满足生产和运输要求:
厂区布置应符合生产工艺流程的合理要求,同时使总平面布置实现生产过程中的各种物料和人员的输送距离为最小,最终实现生产的能耗为最小,实现运输及管网的短捷,厂容整齐。
2)工厂总平面布置应满足安全和卫生要求:
厂区布置应充分考虑防火、防爆、卫生等方面,根据当地气候条件对生产区和生活区进行合理布置,设计防火防爆安全设施,符合安全规范、标准和有关规定;
同时考虑厂区合理的绿化,改善工厂环境,在生产的同时保证财产和人员的安全、改善劳动条件。
3)工厂总平面布置应考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设的问题:
化工厂的布局应有较大的弹性,即要求考虑远期近期的关系,坚持“远近结合,以近为主,近期集中,远期外围,由近及远,自内向外”的布置原则,以达到近期紧凑,远期合理的目的。
保证在工厂发展变化、厂区扩大后,现有的生产、运输布局和安全布局方面仍能保持合理的布置。
4)工广总平面布置应考虑各种自然条件和周围环境的影响:
重视风向和风向频率对总平面布置的影响,注意工程地质条件的影响,工厂总平面布置应满足城市规划、工业区域规划的有关要求,做到局部服从全体,注意与城市规划的协调。
5)工厂总平面布置必须贯彻节约用地原则,同时,工厂总平面布置还应应为施工安装创造有利条件。
具体厂区布置参考本论文
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