年产4000t酒精厂设计

年产40000吨酒精工厂设计——蒸煮糖化车间 工段 蒸煮 蒸馏 设备 加热器 醪塔 排醛塔 精馏塔 累计 符号 D D1 D2 D3 数量（kg/h) 6441.1 10908.3 1149.3 9305.5 27804.2 3.7 蒸馏车间水用量的衡算 3.7.1 排醛塔分凝器冷却水

在蒸馏工段排醛塔和精馏塔需要大量冷却水，为了节约深井水，可用其他车间温度较低的冷却废水，现排醛塔分凝器选用发酵和酒母罐的冷却废水，其温度为25℃.经排醛塔分凝器后使废水温度较高以利于进一步利用（如供配料或锅炉用水），冷却水以逆流串联的方式通过各分凝器，设终温达70℃，则耗水量为：

W’4=RAi/(t2-t1)C水=126.6×156.2×1166÷(70-25)÷4.18=122581.4kg/h

3.7.2 醛酒冷却用水

取17℃的深井水，终温为35℃，而醛酒温度从78.3℃降低到20℃，消耗水量为：

W”4=A(T1-T2)CA/(t2-t1)C水

=156.2×（78.3-20）×2.89÷（35-17）÷4.18=349.8kg/h

3.7.3 精馏塔分凝器用水

精馏塔顶先由醪液预热器将醪液预热，然后再用发酵酒母冷却废水冷却，冷却水消耗量为：

W’5=[R(P’＋Pe)＋P’]i3-F1CF(tF2-tF1)/(t2-t1)C水

=[[3×(5052.1＋153.1)＋5052.1]×1166-59129.5×3.96×(70-27)]÷(70-25)÷4.18=74587.8kg/h 3.7.4 精馏塔成品冷却器用水

应用深井水将成品冷却到20℃，耗水量为：

W”5=P’CP (T1-T2) /(t2-t1)C水

=5052.1×2.89×（78.3-20）÷（35-17）÷4.18=11313.3kg/h

杂醇油分离稀释用水120kg/h，应用17℃的冷水，故整个蒸馏工段消耗17℃深井水量为：

349.8＋11313.3＋120=11783.1kg/h

需25℃左右冷却水，最终升温到70℃的热水量为：

122581.4＋74587.8=197169.2kg/h

蒸馏车间水用量衡算结果见表3-6.

表3-6 40000t/a淀粉质原料酒精厂蒸馏车间水用量衡算表 项目 醛酒冷却用水 冷水消耗 精馏塔成品冷却器用水 杂醇油分离稀释用水 热水消耗 累计 排醛塔分凝器冷却水 精馏塔分凝器用水 20

每小时消耗量/kg 349.8 11313.3 120 122581.4 74587.8 208952.3 年消耗量/t 2686.5 86886.1 921.6 941425.2 572834.3 1604753.7 年产40000吨酒精工厂设计——蒸煮糖化车间

第4章 设备设计及选型

4.1 糖化罐

糖化罐的有效容积：

V=Gt/60ρ=26.5m3

按装料系数75%计：

26.5÷75%=35.3 m3

糖化罐全容积取40 m3，径高比1:1.2，由此计算糖化罐各部分尺寸：

D=(10÷(π×(0.3+0.1/12)))^(1/3)=3.46m H=1.2D=1.2×3.46=4.15m h=0.1D=0.1×3.46=0.35m

桨叶成45°角度的双桨搅拌器搅拌功率计算式中的A值：

A=5.15

桨叶的直径：

d=0.5D=0.5×3.46=1.73 m

搅拌器每秒的转数：

n=100÷60=1.67 r/s

液体的粘度：

μ=23.8÷1000=0.0238 kg/(s·m)

N=0.01Ad4.56n2.78ρ0.78μ0.28÷g=0.01×5.15×1.734.56 ×1.672.78 ×10980.78×0.02380.28÷9.81=27.3kW 考虑安全系数与传动效率选用30kW电动机. 搅拌器桨叶宽度：

h=0.1d=0.1×1.73×1000=173mm

搅拌器桨叶面积：

F=（d/2）×sinβ×h=（1.73÷2）×sin45°×0.35=0.11m2

桨叶到糖化罐底部距离：

ha=0.75d=0.75×1.73=0.975m

轴径为：

10×（N/n）=10×(27.3÷(1.67×60))1/4=7.22cm

罐内表面积：

S=π×D×H=π×3.46×4.15=45.1m2

换热器的计算：采用竖式蛇管冷却，同时兼起搅拌，挡板作用，冷却水降温. 加入糖化剂后糖化醪液比热容：C’g=3.64[kJ/ (kg·K)]

冷却水终温，糖化过程糖化醪温度可升至t1=90℃，要求糖化醪温度保持在t2=60℃，冷却水用量为糖化醪液的3倍，冷却水初温T1=20℃，由此计算：

T2=T1+G1×C’g×（t1-t2）/(3×G1×4.18)

=20+ 58110.7×3.64×（90-60）/(3×58110.7×4.18)=28℃ △tm=（（t1－T2）－（t2－T1））÷ln（（t1－T2）/（t2－T1）） =（（90－28）－（60－20））÷ln（（90－28）/（60－20））=27.3℃

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年产40000吨酒精工厂设计——蒸煮糖化车间

冷却水总传热：

Q= G1×C’g×（t1-t2）=58110.7×3.64×（90-60）=6345692.2[ kJ/ (kg·h)]

冷却面积，取K=2000kJ/(K·h·m2).

S=Q/(△tm·K)=6345692.2÷（（27.3+273）×2000）=10.6m2

取6组竖式蛇管换热器，每组换热器面积为：

10.6÷6=1.8m2

以管壁中心面积为传热面积，查换热器取125×φ4的无缝钢管： 取其平均直径为：

125-4=121mm

所需管长为：

10.6÷（3.14×0.121）=28m

蛇管长度：

85×（8-1）=595mm

蛇管的螺旋间距：

85×6=510mm

支架宽：

595+510=1105mm

糖化罐壁厚：

δ=1×H×1000÷(230×8.75×0.8－1)+3=1×4.15×1000÷(230×8.75×0.8－1)+3=5.2mm 壁厚取7mm. 进料管计算：

40m3糖化罐，填料系数为75%，30min进料则其流量为：

Q=40×0.75÷（30×60）=0.017m3/s

取流速：V=1.0 m/s 则管径：

d=(1.272×Q /V)1/2=(1.272×0.017 /1.0)1/2=0.147m

查《材料与零部件》P132，取150×4.5mm的无缝钢管，内孔截面积为176.72cm2. 排料管计算：

40m3糖化罐，填料系数为75%，20min排料则其流量为：

Q=40×0.75÷（20×60）=0.025m3/s

取流速：V=1.2 m/s 则管径：

d=(1.272×Q /V)1/2=(1.272×0.025 /1.2)1/2=0.163m

查《材料与零部件》P132，取175×6mm的无缝钢管,内孔截面积为260.16cm2.

4.2 调浆桶

调浆桶两只，装料系数ψ1=0.85，每只的容积为：

V调=（n+1）Gt/（60ρψ1）=（2.5+1）×13906.7×30/（60×1098×0.85）=26.1m3 取径高比为1:1，锥底夹角α为120°计算器轮廓尺寸，调浆罐直径为：

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年产40000吨酒精工厂设计——蒸煮糖化车间

D=2（V调/（π（2+1/（3tan60°））））1/3 = 2（26.1/（π（2+1/（3tan60°））））1/3 = 3.12m 取直径D=3200mm，高H=3200mm.锥底夹角α为120°，调浆桶两只，全容积为：

V调=(π/4)D2H+πD3/(24tan60°)= (π/4) ×3.22×3.2+π×3.23/(24tan60°)=26.47m3

全容积取30m3，每只调浆桶容积为15m3. 调浆罐为常压容器，壁厚可由下式确定：

S=2D/1000=2×3.2/1000=6.4mm，取7mm.

4.3 加热器

根据物料和热量衡算的结果，在加热器每小时消耗蒸汽D=6361kg/h，被加热粉浆量为：

G（n+1）= 13906.7×（2.5+1）= 48673.5kg

各自的体积流量为：

W汽 = Dv=6361×0.2189=1392.4 m3/h W醪 = G（n+1）=48673.5×（2.5+1）=44.3 m3/h

式中v——8kgf/cm2（表压）蒸汽的比容（m3/kg），其余符号均同前.

现选用三套管加热器，加热器的计算主要得到通过蒸汽小孔的数量和套管尺寸.先取内管为φ76×4mm的热轧无缝钢管，现设醪以v=0.1m/s的速度通过加热器，则中套管内径为：

d2=( W醪/(3600×v×π/4)+d12)1/2 = (44.3/ (3600×0.1×π/4)+0.0762)1/2=0.4m

选用φ400×9mm热轧无缝钢管.外管相应选用φ450×9mm无缝钢管.加热器蒸汽孔通常孔径取d孔为4mm，蒸汽通过小孔流速在v=25m/s左右，从而蒸汽孔总数，并进行合理分配.

n’= W汽/(3600×v×π/4×d孔2)= 1392.4/(3600×25×π/4×0.0042)=1232（个）

为安全起见增加10%即：1232×（1+10%）=1355，按里层26圈每圈26孔，外层26圈每圈26孔，则有蒸汽孔：

n=26×26+27×26=1378（个）

内外层各圈交错排列.

设粉浆在加热器内停留时间t’=15s，则加热器的有效长度为：

L= W醪t’/(3600×π/4×(d22－d12))= 44.3×15/(3600×π/4×(0.42－0.0762))=1.52m

其蒸汽孔每圈间隔为：

l=L/(26+1)=0.0565(m)，取57mm.

4.4 蒸煮柱

选用柱式蒸煮，取三支柱串联，每只柱有效容积为：

V蒸=（G（n+1）+D）T1/（180ρ）=（13906.7×（2.5+1）+6361）×20/（180×1098）=5.6 （m3） 取径高比1:20先估计柱内径：

D=( V蒸/(5π))1/3=( 6.3/(5×π))1/3=0.708(m)

选用φ750×16mm的热轧无缝钢管，每只柱长16m，并根据标准选用封头，先采用夹角为120°锥形封头，容积为：

v’=πD3/（24tan60°）=πD3/（24tan60°）=0.028（m3）

三只蒸煮柱的总容积为：

V蒸=3×（πD2H/4+2v’）=3×（π×（0.75-2×0.016）2×16/4+2×0.028）=23.5（m3）

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