年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计毕业设计论文.docx
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年产10万吨的木薯酒精发酵工厂设计毕业设计论文
毕业设计
毕业设计题目年产10万吨95%酒精工厂糖化发酵车间工艺设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
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作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
Abstraction
Alcohol,achemicalsubstances,hasanincreasinglyapplicationinagreatdealoffieldssuchaspeople'sdailylifeandscientificresearch.Evermostlythealcoholissynthesisbychemicalmethod,butthefermentationhasbeenthemainmethodtoproduceitwiththedevelopmentofscience.Theabilityforproducingalcoholofthefermentationwillbecomethesignofanationaleconomicstrength.Thefermentationismainlytoutilizeanaerobicmicroorganismtofermentwhichsuckcandymaterialcarbohydrateinthematerialsuchasthemaizeareturnedintoethanol,turnintoalcohol.Thedesigncanhaveanannualoutputof100000tonsofalcoholusingmolassesfermentation.Thismethodhasabundantrawmaterialsources,andproductionprocesshasnoharmtotheenvironment.Theprocessoftechnology:
continuousfermentation,differentialpressure distillationprocess,lime absorptionmethod,theoptimizationofthedesign.
Keyword:
AlcoholFermentationDesignprocess
摘要
酒精,作为一种化学制品,在人们日常生活中以及科学研究方面等诸多领域都有很重要的应用。
过去酒精主要通过化学合成的方法来得到,但随着科学的发展,发酵成为生产酒精的主要方法。
发酵法生产酒精的能力将成为一个国家经济实力的标志。
发酵法主要是利用微生物无氧发酵,将含糖物质内的糖类转化为乙醇,生成酒精。
此法原料来源丰富,生产过程环保。
本设计为年产10万吨酒精工厂的设计,采用糖蜜原料发酵。
工艺流程:
连续发酵,差压式蒸馏工艺,生石灰吸水法,设计的优化。
关键词:
酒精发酵法设计流程
1.前言
1.1产品介绍
乙醇人们中的另一种叫法为酒精,酒精是一种液体且该液体为不导电的液体,酒精是无色且透明、容易挥发并且容易燃烧。
酒精有食用的酒的气味和刺激的辛辣味道,尝起来有一点微微甘甜味道,这使我们在日常的生活中要注意区分食用酒与工业用酒精的区别,以免将两者混淆危急安全。
酒精的相对分子质量为46.07,且其密度比水轻,这就为我们提供了一种简单的方式来将两种肉眼看起来极其相似的液体进行区分即当两者混合在一起时,在分界层上方的液体即酒精。
酒精的分子式较简单,其分子式是C2H5OH。
另一种简单区分酒精与水的方法是根据其另一物理性质:
分析纯级的无水乙醇是无色透明,而久置的酒精稍显微黄色,且酒精易挥发,具有特殊芳香和强烈刺激味的易燃液体。
这使我不用通过复杂的仪器或复杂的化学反应来鉴别是否为酒精。
以下为酒精这种液体的物理性质的具体数据:
酒精的相对与水的相对密度为0.7893,其在标准大气压下即一个大气压下其沸点为78.3℃,酒精在一般条件下为液体,其凝固点为-117.3℃,酒精自燃点为390~430℃这就置使酒精为一种易燃物质而且酒精蒸汽与空气混合可形成爆炸性混合物,爆炸极限为3.3%~19%(V),我们在存储酒精及取用酒精时都应严格按照规章制度来将危险系数降至最低。
1.2酒精的用途
酒精用途很多,下面就其中一两点作一个简单的介绍。
首先我将介绍以下其在生物方面的用途:
在我们做一些实验,我们时时刻刻都能看到其身影的出现,而根据酒精浓度的不同,酒精在实验中所起的作用,所办演的角色也有着巨大的区别,例如无水乙醇可以利用某些物质溶于有机溶剂而不溶于水来提取叶绿体中的色素,70%~75%的酒精可以通过杀死蛋白消灭细菌用于消毒,40%~50%的酒精可通过促进局部血液循环而预防褥疮,25%~50%的酒精通过易挥发来吸收热量而可用于物理退热;接下来简单的讲一下其在饮品方面的角色:
白酒在中国人民的日常生活中扮演着重要作用,当前在市面上有着很多的酒类品牌,而所谓万变不离其中,无论何种酒类,其根本起作用的还是酒精;其次酒精的另一重要角色就是化工原料了,其作为一种较为简单的化学物质,其为生活中的复杂化学物构成了其中重要的一环;最后也是最重要的作用就是作为一种能源了,其的能源作用深深的改变了世界,使世界的发展迈上了一个新的台阶。
1.3设计意义
在当今这样一个世界什么最重要?
首当其冲即是资源,而资源中不可或缺的就是能源了,当今的社会是个高度化的机器社会,在日常生活中你随处都可以看到机器的身影,你可以想像一下没有机器的存在,我们的生活将变成一个什么样子,这完全是无法想象的灾难世界,而我们的世界即将因没有能源的存在而成为一个完全没有机器的世界。
当前世界上的主要的能源是石油。
石油作为一种能源有着其可取的方面:
(1)石油的热能值高,这就为我们提供大量的能量;
(2)石油的副产品多,这些副产品能够满足人们对部分物质的需求。
同时石油对我们的社会也有着巨大的危害性:
(1)它是一种消耗品,用完也就完了,虽然你可以说它可以在生,但是石油的再生需要几个世纪的时间,这种再生完全是一种奢求嘛,这也就导致了酒精不能够作为一种可持续的能源来使用;
(2)石油在使用后将产生大量的二氧化碳温室气体和硫化氢等其他有害气体,这些气体对空气的污染相当严重;(3)大量开采石油将会造成大量的地下空穴,对地质条件将产生严重的影响。
以上即为石油作为一种长期能源的不可取性,而对与我国,这种能源的劣势更是充分体现了出来,这是由我国的国情决定的:
我国的石油年消费正在以13%的速度增长着,2004年我国的进口原油量已经超过了1亿吨,是世界上第二大的石油进口国。
这对于我国来说,在我国寻找石油的替代能源已经刻不容缓了。
而这时一种新能源——酒精以其其独特的优势进入到了人们的视线之中。
乙醇有着完全不同于石油的独特优点:
(1)乙醇能够充分燃烧,其产物为水不会污染环境;
(2)乙醇是一种再生能源 ,这也就预示着它作为一种能源的可持续性;(3)酒精燃烧时会放出大量热量。
酒精的生产是刻不容缓了,而设计一种有效的酒精生产方式也就显得相当之必要了。
1.4设计原则
1、本设计的工作的主要目的都是使工厂的生产能够实现现代化,以使做到资金花费尽可能小,收效尽可能迅速,此外要在在原有基础上对其规模进行扩大,使该工厂设计工作尽可能的符合可持续发展的战略要求。
2、该工厂的设计要尽量的与实际相结合,我们首先要做到因地制宜,通过使用当前我们能够掌握的比较熟练的技术,以此来能够确保该工厂的设计可以得到尽可能大的利益。
3、在该工厂设计中我们需要做到对于我们的工作人员做出合适的安排,使工作人员能够在最适合自己的岗位为工厂工作以发挥其最大的实力来为工厂的发展尽自己最大的一份力量。
4、另外在该工厂的设计中还要注意到环保这一重要问题,我们要尽可能的减少有毒有害物质的排放以减少对人与自然的危害,尽可能促进人与自然的和谐相处。
5、再者这一次的工厂设计也是对自己,对自己大学四年所学知识的一次重要的检验,也是对我们未来踏入社会之前的一次工作实习,这让我们能够更好的去适应未来的工作环境。
1.5酒精工业发展趋势
随着时代的发展,随着经济的发展,酒精在当今的工业中正在以飞快的速度高速发展着,并随着当今科技的进步,当今的工业酒精的生产已经逐渐的一步一步的从传统的生产的工艺方法中逐步的走了出来,开始逐步的走向了高科技发展的道路。
在当今的酒精生产工艺中,生产设备及菌种扮演着重要的角色,现在在酒精工厂中进行设计的部门乃一厂之根本,每一个工程技术人员每天都在日思夜想的如何研究并开发出新的生产工艺,如何来发明新的生产发酵设备,在现有的菌种中如何来选育出生产高效并且生产稳定的菌种。
在酒精的生产中,淀粉是其主要的原材料,然而由于现存的耕地面积在世界性的范围内都在逐渐的减少。
而且以淀粉这种原料作为生产的酒精的比例也在随着时代的进步而在不断的减少着,反而在工业中人们以糖蜜这种原材料作为为生产酒精的原料的比例却有着很大程度的提高,这完全是一个明显的人们无法忽视的信号。
而且具相关的报导称,工厂所用的各种的原料在整个世界的酒精的生产中的各种比例是45%,而通过裂解石油的废气——乙烯占了20%,淀粉质这一种酒精生产的原料占了16%,化学产物——纸浆液亚硫酸盐占了7%,还有大约占了12%的野生植物等等。
以上的这几个数据都很明显的表明:
在未来将以含有可发酵性的工业废气和废物将作为生产工业酒精的原料主要原材料。
而现在为了使工业酒精——乙醇的生产工艺得到进一步提高,来自各个国家的工程人员与技术人员都在为研究新型,更高端的的酒精的发酵与糖化等方法付出自己的一份努力,比如在现代的工业生产上应用的为了固定化细胞所使用的酒精发酵法以及为了得到耐高温的活性干酵母法等等这一些新的发酵工艺。
而再设备等这一方面也出现不少相关的高效的生产反应器,例如使用单罐的连续的搅拌反应器,通过使酒母得到回收利用的连续的搅拌反应器以及塔式的反应器,还有通过固定化细胞的反应器等等一些,这些菌种及设备上的科技与技术的进步都使得再新发现的原料的生产利用等方面都得到了很大的改良与进步。
以上所介绍到的种种的改良与进步,无论是酒精的生产工艺还是酒精的生产设备方面,它们在某些方面还存在一些不足而需要改良的地方,这些就不再作详述了。
但以上的这些介绍也基本上的反映了当前的酒精工业的形势同时也表明了在未来酒精工业该如何发展。
1.6酒精工业生产方法
当前世界上在工业中主要的生产酒精的方法,我们总结起来无非有着两种主要的形式:
(1)生产酒精主要利用酒精酒母的发酵;
(2)主要通过化学合成的方法对石油这一种原料进行制作从而生产酒精。
而考虑到我国的大致条件——我国农副产品资源丰富,所以,采用微生物的发酵这一种方法成为了我国生产工业酒精的主要方式。
而采用微生物发酵的这一种生产酒精方式在应用不同的材料作为发酵的原料时,我们所采用的酒精的生产工艺有着微微的不同,由于原材料的不同而应用的生产工艺主要可以分为:
(1)以淀粉质为原料的酒精生产工艺;
(2)使用糖蜜这种原料生产酒精的工艺;(3)通过将工厂所产生的废液以及纤维素来作为原料生产酒精的工艺等。
在工业中常被人们所使用含有淀粉质的原料有薯类以及谷物类,还有的就是某些野生植物,这些野生植物都含有高含量的淀粉。
1.7酒精国家标准
检验一个国家的酒精生产能力及酒精生产水平的标志即它所生产的酒精的质量标准,而且酒精质量标准也是表现着在酒精的生产的两个方面的核心——蒸馏以及管理水平,酒精的质量有着一个国家的标准,它不仅是整个酒精企业的重要的生命线,同时它也是在酒精企业的整个的生产活动中的最主要的以及最根本的规章制度,酒精质量它促使着酒精企业来不断的提高酒精质量,并最终使其成为了公司发展的永远的主题。
当前,发酵法是工业上生产酒精的主要的方式,而如上文提到的酒精是一个国家的经济实力的其中一个重要的标志,所以发酵的技术水平的能力将最终成为衡量一个国家的经济实力的重要依据,如大家所知道的能源在世界的整个发展中都扮演着极其重要的角色,甚至可以说世界能否发展就在于其能源问题。
在世界的整个发展历程中扮演着能源这一重要的角色也随着时代的变迁也不断变换着,每一次起能源作用的物质的更替都代表着世界的一大进步,尤其在1975年,巴西成功的从甘蔗,糖蜜等原料中生产出了酒精,这一进步给了各国一个重击,这使它们意识到能使自己国家的能源储备增加10%以上。
通过使用发酵法来生产乙醇其效率极高,这种方法远比比石油更具有有优势:
(1)生产乙醇的原料年年都能够种植,年年都能够收,其远投资巨大来开采石油;
(2)现在的的农业状况以及酒精的生产能力,发动机的功能的高速增强,在不久的将来,我相信一个可持续的能源资源展现在人们的面前。
2工艺流程示意图
该酒精的生产工艺应用了双酶法即α-淀粉酶和糖化酶来糖化,间歇发酵的发酵方式和三塔蒸馏的流程,如图
3100000t/a淀粉原料燃料酒精厂全厂(蒸煮糖化车间)总物料衡算
物料衡算是利用质量守恒定律来计算在生产过程的各个阶段的物料质量。
在生产过程中,在工艺流程确定后,我们即开始通过任务的要求来计算所需的原料的质量,以及其他所需的化工制品。
并在计算的过程中将化学反应所产生的副产品计算出来以留作它用。
物料衡算的过程也为我们后续设备的选型提供了依据,为我们在挑选设备指明了方向,使我们少走弯路,提高了我们的办事效率。
物料衡算分为以下几个部分的计算:
(1)酒精生产设计中原料消耗的计算,在本设计中,我们所使用的主要的原料为薯干,其它的所需的原料为一些化学制品,例如有α-淀粉酶及糖化酶等酶类,还有H2SO4和NH4SO4等化学物质;
(2)整个的生产的过程中所生成的一些中间产品,其中主要为一些繆类,例如蒸煮缪,酒母繆以及发酵繆等;(3)最后的即为在生产中产生的副产品及最终所要得到的的成品。
下面就三个部分作详细计算。
我们欲进行物料衡算,首先得知道本设计的相关要求及给的一些相关参数,以下即为该设计的工艺技术要求及基础数据:
(1)本设计的生产的酒精数量为每年生产10000吨普通三级酒精;
(2)被设计的生产酒精的主要方法为通过α-淀粉酶和糖化酶来进行糖化的双酶法以及使用间歇发酵和三塔蒸馏的方法;
(3)本酒精的生产设计的工作时间为每年是300天,这能够提供足够的时间进行工作与休整仪器
(4)在该生产设计中,工厂的每一工作日的酒精的产量为334吨,则工厂一年的酒精产量为100200吨,其中多余的200吨为次品酒精;
(5)本设计的生产的酒精的质量标准为普通的三级酒精即生产的该酒精中的乙醇的体积分数为95%;
(6)该酒精的生产通过淀粉的糖化发酵来生成,所以本设计选用了价格相对的低廉,淀粉含量相对的高的木薯,在木薯中,其淀粉含量为68%,水分含量为13%;
(7)在本设计中所选用的糖化淀粉的α-淀粉酶和糖化酶的活力分别为8u/g,100u/g,而其中酒母糖化繆的糖化酶的活力为200u/g,而H2SO4和NH4SO4等化学物质的用量标准为5.5kg/t(酒精)和8kg/t(酒精)。
3.1整个生产过程中全部的原料的消耗的计算每生产
本设计是通过在酶的作用下将木薯中的淀粉淀粉原料分解为葡萄糖,然后在发酵的菌种的作用下将葡萄糖发酵最终生成酒精,从而得到所需产物,以下即为由木薯生产酒精所经历的两个反应:
糖化阶段:
(C6H10O5)n+nH2O——nC6H12O6
16218180
发酵阶段:
C6H12O6——2C2H5OH+2CO2
1809288
首先由上述的数据得知三级酒精的乙醇的体积分数为0.95,则可得知其质量分数为97.98%,即1000kg三级酒精所对应的乙醇质量为979.8kg,在由以上化学式中乙醇与淀粉间的对应关系得到每生成1000kg三级酒精所对应的淀粉的理论量为:
979.8*(162/92)=1725.3(kg)
以上得到的为每生产1000kg三级酒精所理论所耗费的淀粉量,然而在整个的生产过程中有着各种各样的复杂的物理与化学反应,而且在整个的生产流程中,有着相当大的一部分需要着人类的判断,这些就必然致使实际的过程不可能完全与我们在纸上设计的一样,这就是使得产品的实际产率低于理论值。
我查表得知在生产的各个阶段的淀粉的损失值,如下表:
生产过程各阶段淀粉损失
生产过程
损失原因
淀粉损失率/(%)
备注
原料处理
粉尘损失
0.40
加酒精捕集器
蒸煮糖化
淀粉残留及糖分破坏
0.40
发酵
发酵残糖
1.30
发酵
巴斯德效应
4.00
发酵
酒气自然蒸发与被CO2带走
0.30
蒸馏
废糟带走等
1.60
脱水
脱水损失
1.0
总计损失
9.0
由上表得知,我们整个的发酵系统假定设有酒精扑集器,则我们可以得知淀粉的损失率在整个生产过程中为9.0%。
由此
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