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年产5000吨甘油生产工艺流程设计
海南大学 化学工程与工艺专业化工工艺课程设计 说明书题 学 姓 年目：年产 5000 吨甘油生产工艺流程设计 号： 名： 级： 2012 年 月 日指导教师： 完成日期：年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计目录1.总论?????????????????????????????6 1.1 概述 ????????????????????????????6 1.1.1 甘油的性质?????????????????????????6 1.1.2 产品用途??????????????????????????7 1.1.3 甘油在国民经济中的重要性??????????????????7 1.1.4 甘油的市场需求???????????????????????7 1.2 设计的目的和意义?????????????????????8 1.2.1 设计的目的?????????????????????????8 1.2.2 设计的意义?????????????????????????8 1.3 项目设计依据和原则????????????????????8 1.3.1 设计依据??????????????????????????8 1.3.2 设计原则??????????????????????????8 1.4 设计范围??????????????????????????9 1.5 甘油生产能力及产品质量标准????????????????9 1.5.1 生产能力??????????????????????????9 1.5.2 产品质量标准????????????????????????9 2.生产方案选择??????????????????????10 2.1 生产方法??????????????????????????10 2.1.1 以天然油脂为原料的生产???????????????????10 2.1.2 合成甘油的生产???????????????????????11 2.1.3 发酵甘油的生产???????????????????????14 2.2 生产方案确定?????????????????????? 3.生产工艺流程设计与说明???????????????? 17 3.1 生产工艺流程图??????????????????????? 17 3.2.生产工艺流程说明?????????????????????? 19 4.工艺计算??????????????????????????22 4.1 物料衡算??????????????????????????22 4.1.1 原辅物料的计算???????????????????????22 161年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计4.1.2 物料衡算汇总列表??????????????????????26 4.1.3 水、电、煤的用量计算????????????????????27 4.2 热量衡算??????????????????????????28 4.2.1 蒸汽喷射液化器工段?????????????????????28 4.2.2 连消工段??????????????????????????28 4.2.3 无菌空气制备工段??????????????????????30 4.2.4 蒸发浓缩工段????????????????????????34 4.2.5 减压蒸馏工段????????????????????????35 5.设备设计与选型??????????????????????36 5.1 主要设备的选型?????????????????????? 36 5.2 辅助设备的选型?????????????????????? 45 6.车间布置设计?????????????????????????? 47 6.1 厂房布置原则????????????????????????47 6.2 厂房的整体布置设计???????????????????? 48 6.3 车间设备布置设计??????????????????????48 7.设计评析与总结??????????????????????56 参考文献????????????????????????????582年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计1.总论1.1 概述1.1.1 甘油的性质 (1)性质 外观无色透明粘稠液体，无臭、无味、具有吸湿性、保润性、软化性，极显 吸收空气中的水分，水溶液呈中性，可与水、乙醇、甲醇任意比例混合。具有良 好的防冻性。 中文名称：丙三醇（甘油） 英文名称： glycerol 英文别名：Glycerine,1,2,3-Propanetriol, Trihydroxypropane. CAS No.： 56-81-5 分子式： C3H8O3 分子量： 92.09 主要成分： 丙三醇 外观与性状： 无色粘稠液体, 无气味, 有暖甜味, 能吸潮。 熔点(℃)：18.18 沸点(℃)： 290.9 密度≥ 1.260 相对密度(水=1)： 1.26331(20℃) ， 沸点≥ 120 ℃ 冰点在 -26 ℃以下 相对蒸气密度(空气=1)： 3.1 粘度（20℃)：1412mPa. (25℃):945mPa.s 饱和蒸气压(kPa)： 0.4(20℃) 闪点(℃)： 177 引燃温度(℃)： 3703年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计溶解性： 可混溶于乙醇，与水混溶，不溶于氯仿、醚、二硫化碳，苯，油 类。 可溶解某些无机物。 (2)危害 健康危害： 食用对人体无毒。 对眼睛、皮肤没刺激作用。 小鼠口服毒性 LD50=31,500mg/kg.静脉给药 LD50=7,560mg/kg. 燃爆危险： 本品可燃，具刺激性。 危险特性： 遇明火、高热可燃[1]。 1.1.2 产品用途 合成树脂工业：用于制造醇酸树脂、环氧树脂、甘油松香树脂、改性酚醛树 脂、失水苹果酸干树脂、聚醚树脂、聚氨酯树脂。 医药工业：用于制造甘油硼酸、胃沅酶等。食品工业用于做甜味剂等，也是 聚氨酯泡沫反应的引发剂、载色剂、润滑剂、烟草吸湿剂、啤酒阻酵剂、糖果防 结晶剂、乳脂防酸剂、冷冻食品保鲜剂。 国防工业：用于制造硝化甘油炸药。 纺织印染工业：用作纺织物的防绉防缩处理剂、扩散剂、渗透剂、润滑剂。 化工生产中：用于溶剂、吸收剂、防冻剂等。 此外，还用作在涂料、炸药、塑料、牙膏、化妆品、食品、烟草、化工、造 纸、电工材料等工业。 1.1.3 甘油在国民经济中的重要性 甘油是油化学产品的重要副产品，又是其它化学产品的重要原料，主要用途 有医药、化妆品、香烟、炸药及食品。随着我国国民经济的不断发展，作为国计 民生重要化工产品的甘油市场需求量不断增长，尤其是在涂料、化妆品工业和医 药工业的需求在逐年增加。因此，开发国内甘油的生产和应用，对我国石油化学 工业的发展意义重大。 1.1.4 甘油的市场需求 据英国著名油脂化工专家 Frank Gunstone 估计， 全球甘油市场容量 2000 年在 75 万吨，2005 年为 86 万吨，2010 年将达到 100 万吨。当时，他对生 物柴油产业的发展速度及影响估计不足。根据 Frost&Suliven 的调查，2004 年全球甘油产能已经达到约 130 万吨，消费量 97 万吨。随着中国工业的高4年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计速发展，市场对于甘油的需求也逐渐增加。但是在中国以前的甘油生产中， 主要靠天然法来生产甘油，但这种方法的甘油产量低，纯度低，因此远远不 能满足甘油的市场需求，中国每年都需进口数量可观的甘油以满足国内市场 需求。见表 1.1[2]表 1.1
年间中国甘油进口量（单位：吨）1.2 设计的目的和意义1.2.1 设计的目的 生产甘油以满足日益增长的市场需求同时获得很好的经济收益。 1.2.2 设计的意义 （1）满足各行各业产品需求。 （2）可以长远解决公司的生存问题，并且为当地提供更多的就业机会，促 进区域经济的发展。 （3）做到了真正意义上的绿色产业。 （4）有利于国家产业结构的调整，保持国民经济的可持续发展。1.3 项目设计依据和原则1.3.1 设计依据 海南大学 2012 年化工工艺课程设计课题 《年产 5000 吨甘油生产工艺流程设 计》任务书，见附件。 1.3.2 设计原则 （1）按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以确 定最佳方案； （2）尽可能采用节能工艺和高效设备，充分发挥规模效应，降低能耗、物 耗和生产成本，提高项目的经济效益和社会效益； （3）主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生同时考虑，以减少“三废” 排放，加强废渣治理，确保安全生产，消除并尽可能减小工厂生产对化境的不良5年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计影响和对工厂职工以及周边地区居民健康的危害。1.4 设计范围本设计的主要内容： （1）生产方案选择 （2）工艺流程设计与论证 （3）工艺原理与操作条件说明 （4）工艺计算――物料衡算与热量衡算 （5）生产主要设备设计计算与选型 （6）生产车间设备配置与布置设计 （7）编写项目设计说明书 （8）工程设计绘图 ①带控制点的工艺流程图 ②车间布置平面、立面图、工厂总体平面布置图（可略） 设计重点：工艺流程设计与论证、工艺原理说明和工艺计算1.5 甲醇生产能力及产品质量标准1.5.1 生产能力 年产 5000 吨甘油，年工作日为 300 天，全天候连续生产。 1.5.2 产品质量标准 本产品为精甘油，质量规格为一等品，执行国家《GB13206-91》标准，具 体指标见下表 2。表 1.2 指标名称 外观 气味 色泽，Hazen 甘油含量，% 密度（20） ，g/ml 氯化物含量（以 cl 计） ，% 硫酸化灰分，% 酸度或碱度，mmol/100g 皂化当量，mmol/100g ≤ ≥ ≥ ≥ ≥ ≤ ≤ ≤ ≤6中华人民共和国甘油国家标准《GB13206-91》 指标 优等品 一等品 透明无悬乳物 无异味 20 98.5 1. 0.01 0.064 0.64 30 98.0 1. 0.01 0.10 1.0 70 95.0 1. 0.30 3.0 二等品年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计砷含量， （以 As 计） ，mg/kg 重金属含量（以 Pb 计） ，mg/kg 还原性物质≤ ≤2 5 无沉淀或银镜2 5-2.生产方案选择2.1 生产方法甘油作为重要的有机化工原料，常用的制取方法有三种：一是从天然油脂皂 化生产肥皂的副产品获得，还有少部分是从油脂水解的副产品中获得，即油脂皂 化水解法；二是通丙烯氯化法、丙烯醛法、丙烯过乙酸氧化法合成甘油，即化学 合成法；三是利用粮食资源料转化发酵制取甘油，即发酵法。化学合成法生产的 称为合成甘油，以天然油脂为原料的方法和发酵法，所得甘油都称为天然甘油。 目前天然甘油和合成甘油的产量几乎各占 50%。 2.1.1 以天然油脂为原料的生产 （1）皂化甘油（油脂皂化） 油脂皂化是油脂与碱液在一定条件下反应生成肥皂及甘油的过程,其反应方 程式如下：RCOOCH 2 RCOOCH RCOOCH 2 CH2OH+ 3NaOH3RCOONa+CHOH CH2OH甘三酯苛性钠肥皂甘油皂化反应产物分成2 层：上层主要是含脂肪酸钠盐（肥皂）及少量甘油：下 层是废碱液，为含有盐类、氢氧化钠的甘油稀溶液，一般含甘油质量分数9％～ 16％，无机盐质量分数8％～20％。 （2）油化甘油（油脂水解） 油化甘油是指油脂与过量水在一定条件下反应生成脂肪酸和甘油的过程。 油 脂水解的主产品是硬脂酸、油酸等油化产品，甘油是副产品。其理论上总反应方 程式7年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计甘三酯水脂肪酸甘油由于油脂水解工艺多、操作条件差异大,所得的甜水浓度及杂质含量并不 相同,甘油在甜水中的浓度约为12% ~18%,其中较为现代的高温高压连续逆流水 解法因不使用催化剂,仅利用高压蒸汽促使油脂水解,所得的甜水质量好,可进一 步加工成高品质甘油。 （3）油脂醇解RCOOCH 2 RCOOCH2 +CH 2OH+3H 2O R'COOCH R'COOCH 油脂醇解是指油脂与过量低碳链醇(如甲醇)在一定条件下反应生成脂肪酸CHOH酯和甘油的过程,反应方程式如下:R&COOCH2 R&COOCH 2CH2OH甘三酯甲醇脂肪酸甲酯甘油在此反应过程中,每生产 1Kg 脂肪酸甲酯,约产生 0? 左右的甘油,迅速升 1Kg 温的生物柴油(即脂肪酸甲酯)投资热使得以其副产品为来源的甘油受到重视。RCOOCH 2 CH2OH无论是制皂废液，还是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高（质量分+ 数 10%左右） ，而且都含有各种杂质。所以，需要净化、浓缩的过程先得到粗甘 Catalyst RCOOCH + 3CH3OH NaOCH3 3RCOOCH CHOH油，然后将粗甘油进行蒸馏，脱色、脱臭的精制过程才能得到天然甘油。[3]RCOOCH2 CH2OH2.1.2 合成甘油的生产 从丙烯合成甘油的多种途径可归纳为 2 大类，即氯化和氧化。现在工业上 仍在使用丙烯氯化法及丙烯过乙酸氧化法。 （1）丙烯醛法8年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计首先， 丙烯气相氧化合成丙烯醛， 然后丙烯醛用异丙醇还原合成合成丙烯醇； 最后丙烯醇过氧化氢羟基化合成甘油。过氧化氢则用异丙醇氧化制得。CH2CHCH3 +O2CH2CHCHO+H2O该法生产的甘油产品质量较高，原料消耗低，但流程长。国内尚无此类生产 装置。 (2)丙烯过乙酸氧化法CH2CHCHO + OCH3 CHOH2CH2CHCH2OH+ CH3CCH3丙烯与过乙酸作用合成环氧丙烷，环氧丙烷发生异构化为烯丙醇，然后在过 乙酸氧化下生成环氧丙醇(即缩水甘油)，水解生成甘油。或者烯丙醇在双氧水氧 化下直接生成甘油。 过乙酸的生产不需要催化剂，乙醛与氧气气相氧化，在常压、150-160℃、 接触时间 24s 的条件下，乙醛转化率 11%，过乙酸选择性 83%。 上述后 2 步反应在特殊结构的反应精馏塔中连续进行。 原料烯丙醇和含有过 乙酸的乙酸乙酯溶液送人塔后，塔釜控制在 60-70 ℃，13-20KPa。塔顶蒸出乙CH2OH 酸乙酯溶剂和水，塔釜得到甘油水溶液。此法选择性和收率均较高，采用过乙酸为氧化剂，可不用催化剂，反应速度较快，简化了流程。生产每吨甘油消耗烯丙2 2 醇 1.001 t，过乙酸 1.184t，副产乙酸 0.974t。CHCHCH OH+ H2O2CHOH此法选择性和收率均较高，采用过醋酸为氧化剂，可不用催化剂，反应速度CH2OH快，流程简单，操作容易，收率大于 98%，废水、废气容易处理。日本达依赛尔 公司于 1970 年实现其工业化生产，但工业化生产时间较短,仅十余年历史，工艺 技术不够成熟。 （3）环氧氯丙烷法9年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计丙烯高温氯化成氯丙烯， 氯丙烯再氯化成二氯丙醇。 二氯丙醇与石灰乳反应， 得到环氯丙烃。经分离精制后送入水解器，用 10%苛性钠或者碳酸钠水溶液进行 水解，得到水解液中含有大量氯化钠和稀甘油水溶液，进入多效蒸发器，浓缩得 到 80%的甘油，最后经真空蒸馏、活性炭脱色、离子交换树脂处理，得到精制甘 油。CH2 CH CH3 CI2 CH2 CH CH2CI + HCICH2CI CH2 CH CH2CI + CI2 H2O CHOH + HCI CH2CICH2CI 2 CHOH + Ca OH CH2CI22 CH2 OCHCH2CI + CaCI2CH2OH 2 CH2 O CH CH2CI + NaOH + H2O CHOH + NaCI CH2OH该技术成熟，单耗低，产品纯度 99%，收率达 98%，但流程长，消耗氯与碱 较高，产生氯化钠、有机氯化物等，腐蚀严重，污水量大。现在法国已将此法改 为直接水解法，即不经过环氧氯丙烷步骤。丙烯氯化法生产的甘油占合成甘油产 量的 80%。[4] 将天然油脂水解法和环氧氯丙烷法原料消耗作一粗略的对比， 不难发现天然 油脂水解法的优势，天然油脂水解法用的原料是肥皂废液，没有规格要求，价格 便宜”习。就生产甘油总消耗的原料来看，天然油脂水解法也比环氧氯丙烷的要 少。而且，合成法制甘油的设备投资大，成本又较高。然而，随着人们生活习惯 的改变，肥皂的广阔市场逐渐被洗衣粉、洗涤剂等占领，肥皂的生产随之萎缩， 肥皂废液回收甘油产量也相应减少。所以，许多化学工作者又将发酵法生产甘油 作为努力的方向。10年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计2.1.3 发酵甘油的生产 发酵甘油的生产是利用淀粉类原料（谷物、玉米、红薯等）或糖蜜原料，经 生物发酵而产生。 我国研究发酵法始于 20 世纪 50 年代中期，从 60 年代兴起的耐高渗透酵母 菌种的研究和应用到 70 年代处于鼎盛时期，到 1994 年至 1995 年，开始进入工 业生产，特别是山东、江苏、甘肃等地的企业。 为了解决当时有的工厂因发酵周期长、产甘油率低而停产的情况，采用回用 酵母发酵生产甘油，以期缩短发酵周期，提高产甘油率、减低残糖含量。酿酒的 发酵醪液中，经分析含有质量分数约 1.8%-3.5%的甘油成分，当蒸馏出乙醇后， 所剩的酒糟巾即含行甘油。但所谓的从酒糟中生产甘油，并不是指这部分甘油， 而是在酒糟中还含有未完全转化为乙醇的淀粉及其中间产物(质量分 8%-10%)， 利用这部分淀粉经糖化、催化发酵处理，生成甘油的方法。以酒糟生产复合甘油 工艺原料易得、成本低，且绿色环保，以期代替甘油。 （1）亚硫酸盐法 发酵法甘油最早的生产工艺就是亚硫酸盐法。在第一次世界大战期间，由于 需要大量甘油制造炸药， 缺乏油脂的德国率先发明了向酿酒酵母发酵醪中添加亚 硫酸盐生产甘油的工艺，并在德国建厂，月产发酵甘油近千吨。但该工艺对环境 污染严重， 生产成本高， 因此战争结束就停产了。 后来人们尽管又作了不少改进， 但都没有达到工业生产的水平。 （2）碱性法 碱性法是在碱性条件下用酿酒酵母对蔗糖和葡萄糖等己糖进行厌氧发酵， 生 成甘油、 乙醇、 乙酸和CO2。 早在 20世纪初就有关于碱性法生产甘油的研究报告， 但由于甘油转化率和提取效率低等原因，此法没有得到大规模的应用，仅处于实 验室水平。 （3）耐高渗压酵母法 耐高渗压酵母法生产甘油的微生物学机理是：酵母菌受高糖或高盐（即高渗 透压）的不利环境胁迫而分泌甘油。此法与常规产品发酵过程相似，基本不造成 污染，甘油含量高、性能专一，较亚硫酸盐法有明显的优越性和先进性，因此自 20世纪 50年代中期出现以来受到了高度重视，成为了投资的热点。我国对耐高11年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计渗压酵母法生产甘油的研究水平居世界前列， 已在国际上首先建立了发酵法甘油 的工业化生产厂，生产工艺目前主要有两种。 好氧发酵法 耐高渗压酵母好氧发酵甘油生产工艺是目前普遍采用的甘油生产技术。 以该 技术为基础，全国建成和在建的1kt/a规 模 发 酵 甘 油 厂 超 过30家。 好氧发酵法生产甘油工艺的技术难题是产品提取困难。 由于酵母从高于 20% 的初糖浓度下开始发酵并产生甘油，当葡萄糖浓度降至2% 左右时，酵母将减慢 消耗葡萄糖，而将产品甘油作为第二碳源迅速消耗，继续发酵，使甘油发酵液中 甘油含量下降。好氧发酵法工艺在生产上为避免发酵后期消耗甘油，被迫在较高 的残糖浓度下终止发酵，转入后提取工序。过高浓度的残糖在蒸馏时焦化结垢， 将甘油包裹其中，导致甘油提取困难，产品质量差、收率低、成本高。人们相继 提出用树脂吸附、残糖氧化、溶剂抽提以及载体蒸馏等方法来改进提取工艺，但 受技术和成本的限制，实际效果都不甚理想，从而制约了该法的产业化。 二步发酵法 在发酵法的基础上， 根据微生物机理将甘油发酵划分为前期的好氧发酵和后 期厌氧发酵两个阶段。第一阶段：以淀粉为原材料，采用耐高渗透压酵母菌株， 在含糖 25%左右条件下先进行好氧发酵；第二阶段：当残糖降至约 2%时，停止供 氧，补充营养，使耐高渗压酵母菌开始后期的厌氧发酵，进一步消耗残糖，生成 酒精和少量的甘油，从而避免了将产物甘油作为碳源消耗，使发酵液中的甘油浓 度达 12%以上，而残糖浓度降低到 0.5%左右。研究表明，发酵液中甘油/残糖浓 度比越大，甘油提取效率越高。以往都是在好氧发酵后，将甘油从高浓度的残糖 中分离出来，因而提取效率难以提高。二步发酵法优化发酵工艺，大大提高了发 酵液中的甘油/残糖比，因此甘油的提取效率和产品质量明显提高。[5] 本工艺特点： 符合国家政策支持， 工艺先进， 技术成熟， 操作条件相对温和， 成本低，原料来源丰富、设备要求简单且绿色环保等。2.2 生产方案确定? 以天然油质为原料的油脂皂化水解法的缺点是高温高压，一次性投资太，设 备造价高，操作难度大，生产的甘油量少，纯度较低。12年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计?以丙烯为原料的丙烯醛法工艺特点：甘油产品质量较高，原料消耗低，但流 程长。国内尚无此类生产装置。?以丙烯为原料的过乙酸氧化法工艺特点：工艺简单，收率高。但工业化生产 时间较短,仅十余年历史，工艺技术不够成熟。?以丙烯为原料的丙烯氯化法工艺特点: ①工艺成熟、操作稳定。②有中间产 品氯丙烯(氯丙烯用于生产农药、树脂、粘合剂、涂料等) ,可平衡生产,增 强市场销售能力。③副产品多,原材料转化率低,消耗指标高。④设备腐蚀严 重,能耗高。⑤污水排放量大。?二步发酵法工艺特点：符合国家政策支持，工艺先进，技术成熟，操作条件 相对温和，成本低，原料来源丰富、设备要求简单且绿色环保等。见下表 1 和表 2[6]综合以上方法分析比较，根据本课题的设计指导思想，故选定生产方案为： “以淀粉为原料的二步发酵法” 。3.生产工艺流程设计及说明13年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计3.1“二步发酵法”生产工艺流程设计本课题选取用的“二步发酵法”生产方案，其工艺流程设计见图 1 所示：淀 调 液化酶 糖化酶 液 糖粉 浆 化 化 淀 粉 渣 一级种子 无菌空气 菌 种脱色过滤 配 连 料 消二级种子好氧发酵 玉米浆等 絮凝剂 厌氧发酵 絮 过 凝 滤 酵母泥副产 品蒸发浓缩 减压蒸馏 离 脱 交 色 乙醛、乙醇回收甘油成品图1淀粉二步发酵法工艺流程简图3.2 生产工艺流程说明（应包括原理说明！！ ！）14年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计生产工艺流程说明（参考 CAD 图纸Ⅰ：带控制点的工艺流程图） （1）调浆 淀粉加水调成 34%―40%淀粉乳（质量分数） （2）液化 加入淀粉干重 1.2?耐高温α -淀粉酶（液化酶） ，将淀粉乳由泵引入蒸汽喷 射液化器。淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始吸水膨胀，温度继续上升，颗 粒继续膨胀，可达到原体积的几倍到几十倍，晶体结构消失，体积胀大，互相接 触，变粘稠状液体，即为糊化。淀粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的速率比约 为 1:20000。淀粉酶作用于糊化后的淀粉，使淀粉糊的粘度急速降低，流动性增 高。适当控制液化（水解）的程度，为下步糖化创造适宜条件，因为淀粉液化程 度与糖化的水解效率密切相关。一般要求液化液 DE 值在 15―20%之间最为适宜。 过程 PH 控制：-淀粉酶不耐酸，在 pH 为 5.0―8.0 最稳定。温度控制：糊化开 始温度 59℃，糊分完成温度 70℃，液化温度 110℃。 （3）糖化 将液化后的溶液引入糖化锅，加入淀粉干重 1%的葡萄糖淀粉酶（糖化酶） ， 在不停的搅拌下进行糖化，糖化终点以测得葡萄糖值（DE）98%左右为标准。在 使用糖化酶过程中，或加少许脱支酶，可以减少糖化酶的用量，提高葡萄糖的最 高含量，缩短糖化时间。过程 PH 控制：最适 pH 为 4.0-4.5。温度控制：55℃― 60℃。[7] （4）脱色过滤 糖化结束后用板框压滤机进行过滤, 同时加入硅藻土作为助滤剂，来除去糖化液中的不溶性杂质。滤液加活性炭脱色。得葡萄糖清液和淀粉渣，所得淀粉 渣可用作饲料。活性炭添加量约为葡萄糖重的 0.5%，硅藻土加入量约为干物质 的 0.1%。 （5）配料 配置好料液。尿素 0.2%，葡萄糖浓度 25%左右，含磷总量约为 80 微克/毫升 的玉米浆 0.15%。 （6）连消 采用板式换热器对配料好的培养基进行连续灭菌。培养基（35-40℃）进入 板式换热器加热到 100℃，于维持管中（120℃）维持 5-7 分钟后再进入冷却管，15年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌）过的发酵罐内。 （7）无菌空气 采用两级冷却、加热除菌的方式制备。流程为：高空采风→ 粗滤器→ 空压 机→ 贮罐→冷却器→旋风分离器 滤器→ 无菌空气 （8）菌液培育 一级种子 于三角瓶摇瓶中进行培养。培养的目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基 组成以少含糖分，多含有机氮为主，培养条件从有利于长菌考虑。 二级种子 于种子罐中进行培养。为了获得发酵所需要的足够数量的菌体，在一级种子 培养的基础上进而扩大到种子罐的二级种子培养。 种子罐容积大小取决于发酵罐 大小和种量比例。 （9）发酵 好氧发酵 将连消后的培养基和经扩大培养的菌种引入经严格灭菌的发酵罐。 通入无菌 空气，进行好氧发酵。控制温度：30―40℃ pH：4.0-5.0。 厌氧发酵 当残糖降至约 2%时，停止供氧，补充营养，使耐高渗压酵母菌开始后期的厌 氧发酵。 当残糖浓度降低到 0.5%左右， 即可终止发酵。 整个发酵周期为 72 小时。 （10）絮凝 发酵结束后，发酵液中除含有粒径细小的酵母细胞和细胞碎片外，还含有蛋 白质和其他胶状物。这些杂质如不被分离，将会影响后续的甘油提取。用传统过 滤除菌法，效率低、劳动强度大，有时甚至出现过滤分离形成的粘胶状滤饼堵塞 滤布， 使过滤操作无法顺利进行。 用离心法除菌， 尽管能够取得预期的除菌效果， 但设备投资大、能耗高，导致工厂生产成本过高。絮凝技术具有促使固形颗粒结 合成团，容易沉降、过滤、离心、提高固液分离速度和液体澄清度等优点。本设 计采用壳聚糖作为发酵液的絮凝剂。壳聚糖是一种阳离子聚电解质,对固体悬浮 物有很好的凝聚作用,壳聚糖本身无毒性,所以可作为絮凝剂应用。絮凝条件：酸 → 冷却器→丝网分离器 →加热器→ 过16年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计性。絮凝剂浓度：200mg/L。[8] （11）过滤 对经絮凝预处理的发酵液进行过滤，得滤液和酵母泥副产品。酵母泥副产品 经干燥后可用作饲料。 （12）蒸发浓缩 对滤液进行蒸发浓缩处理。 一般采用减压浓缩， 真空度为 73.3kPa-79.98kPa， 蒸发温度为 65℃-70℃，一般浓缩至 45―50%左右。 （13）减压蒸馏 对甘油进行提取。将浓缩的甘油原液再经减压蒸馏处理便可得成品甘油。在 蒸馏过程中，首先根据沸点的不同，分别对乙醛、乙醇进行分馏处理并回收。收 率分别为被蒸馏液的 1%。由于甘油与水的亲和性能阻止乙醇和水进行共沸。因 此，可以从混合物中蒸馏出无水乙醇。蒸馏压力一般为 81.7kPa，温度为 130℃ -158℃，最高不得高于 170℃.在蒸馏过程中，要特别注意温度的控制。温度过 高不但影响成品的质量，更为重要的是造成分解和聚合甘油的产生，从而降低了 产率。经过此工序，可得含量&96%的甘油。 （14）离交 甘油的纯化。稀甘油溶液粗品经离子交换法可制得纯度较高的甘油。离子交换法 比蒸馏法精制甘油可节约大量能源、降低成本；较蒸馏法减少甘油损失 40%；较 蒸馏法制得的甘油质量高， 因为免除了高温对甘油易发生分解和聚合反应生成新 的杂质的影响。 离子交换法所使用的树脂为苯乙烯与二乙烯苯共聚物再引入磺酸 基团的强酸型（011×7 型）阳离子交换树脂和强碱型（201×7 型）阴离子交换 树脂。其使用方法与离子交换水处理方法相同。经离子交换树脂处理后的甘油可 除去 Ca2+、Mg2+、Pb+、Fe2+、SO42-、Cl-、SiO32+和部分有机色素等杂质。 （15）脱色 脱色是使甘油的灰分和色泽达到标准。于脱色缸内，将离交后甘油加热至 80 ―90℃左右，加入粉状活性炭（食用级） ，其用量约为甘油重的 0.5%，搅拌 1h ―2h，使活性炭尽可能吸附甘油中的杂质和色素。也可同时加入少量的硅藻土作 为助滤剂，过滤，除去活性炭，即得精制甘油，收率为甘油发酵液的 7%―10%。 用过的活性炭用清水洗涤，含甘油 2%以下，进行蒸发回收，洗涤后的活性炭经17年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计700℃―800℃的活化后再用。[9] （16）甘油成品 执行国家《GB13206-91》标准，质量规格为一等品的精甘油。 注：防杂菌污染措施 ①菌种培养过程中要对培养基灭菌采用 121℃/15min，留意排空气和维持压 力的时间，如果三角瓶培养液不新鲜，杂菌较多，灭菌时间要延长到 20min。 ②超净接种台、接种室、培养箱、摇床室等要定期用紫外灯或甲醛熏蒸进行 灭菌。接种时，要穿洁净工作服、带工作帽和口罩，严格按无菌操作规范程序进 行。 ③在整个发酵过程中，菌种培养是基础，摇瓶发酵液中只要有极少数杂菌， 也会导致种子罐培养菌种的失败。因此，在三角瓶取样镜检时，除小心仔细外， 要多取几个样品进行检验，做到万无一失。 ④发酵液料液采用薄板换热器进行连续灭菌。 ⑤空气系统和发酵系统的彻底灭菌是保证发酵成功的先决条件之一。发酵 前，采用对整系统进行一次性灭菌蒸汽 121℃/h。全面考虑阀门、死角和弯头等 部位，保证灭菌的效果。 ⑥接种时除了保证菌种绝对无杂菌污染外， 在接种口的外管道被取下棉纱套 后，一定要用酒精燃烧 10―15min，保证绝对无菌时才能接种。 ⑦甘油发酵过程中，发酵罐一般维持 0.3―0.5MPa 的正压，这样可以防止外 界杂菌对发酵系统的侵入。停电时，20―30min 后整个空气供应系统和发酵系统 的压力降到零，加之发酵罐温度（31℃）和空气压缩机系统温度较高，发酵罐系 统的轴封和阀门等有一定的空隙，停电时产生负压，外界空气侵入发酵系统，使 发酵失败。因此，本设计甘油厂采用双电源供电，并自备应急发电机，以保证发 酵的顺利进行。[10]本工艺流程特点： 原料简单，工艺流程短，物料循环使用，生产效率高。4.工艺计算4.1 物料衡算（采用倒推法）18年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计4.1.1 原辅物料的计算 根据设计任务，甘油的年生产能力为 5000 吨/年（质量分数为 98%甘油） ，折 算为 100%（质量分数，以下同）则甘油年生产能力为 4900 吨/年。 全年 365 天，除去大、中修理及放假等共 45 天。则 年工作日 = 365－45 =320 天 每昼夜生产能力为：
=15.3125 吨/天（100%甘油） 本发酵属于间歇生产过程，发酵周期为 3 天，加上前后处理时间 1 天，每个 生产过程周期平均为 4 天。即全年生产 320÷4=80 个周期。每个生产周期生产能 力为： 15..25 吨/周期（100%甘油） 每昼夜 24 小时连续生产，则每小时生产能力为： 15. ÷24=638kg/h（100%甘油） 以此作为物料衡算的基准。 (1)脱色过滤 经活性炭脱色过滤后， 用过的活性炭用清水洗涤， 含甘油 2%以下 （取 1.5%） 。 根据资料，活性炭加入量约为甘油重的 0.5%，助滤剂硅藻土加入量为甘油重的 1%。 成品精甘油（98%甘油）输出量=638÷0.98=651kg/h 精甘油（98%甘油）输入量=651÷0.985=660.9kg/h 过滤掉甘油量（98%甘油）=660.9-651=9.9kg/h （经蒸发可回收） 活性炭加入量：660.9×0.98×0.005=3.24kg/h 硅藻土加入量：660.9×0.98×0.001=0.65kg/h (2)离子交换柱 经过减压蒸馏后的 96%甘油经离子交换树脂柱精制成 98%的甘油。则， 精甘油（98%甘油）输出量：660.9kg/h 粗甘油（96%甘油）进入量：(660.9×0.98) ÷0.96=674.7kg/h 其中 Ca2+、Mg2+、Pb+、Fe2+、SO42-、Cl-、SiO32+和部分有机色素等杂质为： 输出量：674.7-660.9=13.8kg/h19年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计(3)减压蒸馏塔 经减压浓缩至 45―50%左右的甘油（取中间值 48%）经减压蒸馏至 96%的甘 油。蒸馏收率为 90%，则： 粗甘油（96%甘油）输出量：674.7kg/h 稀甘油（48%甘油）输入量： （674.7×0.96÷0.48）÷0.9=1499.3kg/h 由于分别对乙醛、乙醇进行分馏处理并回收，收率分别为被蒸馏液的 1%。 则： 乙醇输出量=%=15.0kg/h 乙醛输出量=%=15.0kg/h 蒸馏出甘油水=.0-15.0-674.7=794.6kg/h (4)减压浓缩塔 根据实际经验，甘油发酵液经絮凝过滤后，可得到 17.5%左右的甘油（取 17.5%） 。经减压浓缩至 48%甘油。 稀甘油（48%甘油）输出量：1499.3kg/h 过滤后甘油液（17.5%甘油）输入量：.48÷0.175=4112.4kg/h 浓缩出水的量为：9.3=2613.1kg /h (5)絮凝过滤 发酵液甘油含量为 12.8%，经絮凝后过滤，过滤后可得到 17.5%左右的甘油。 过滤损失甘油 1.5%。参考文献知，絮凝剂加入浓度为 200mg/L，约为发酵液的 0.02%。 过滤后甘油液（17.5%甘油）输出量：4112.4kg/h 发酵液（含 12.8%甘油）输入量：.175÷0.128÷0.985=5708kg/h 过滤损失掉甘油量（含 12.8%甘油） ：=85.6kg/h 过滤后酵母泥（含残余糖分、酵母和其他固形物等）输出量： -85.6=1510kg/h 絮凝剂加入量：2=1.2kg/h （6）发酵罐 根据生产经验，发酵用耐高渗压酵母菌（采用 ICM-15 酵母菌）接种量为物 料总量的 0.5%。葡萄糖起始发酵浓度为 25%，发酵完成后残糖浓度为 0.5%。糖20年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计到甘油转化率一般为 45%左右（取 45%） ，理论转化率 51%。 发酵液（含 12.8%甘油）输出量：5708kg/h 葡萄糖液（25%）输入量：÷0.45÷0.25=6494.4kg/h ICM-15 酵母菌接种量为：.005=32.5kg/h （7）配料罐 脱色过滤后的葡萄糖溶液（约为 38.2%）进入配料罐配制为浓度为 25%左右 的发酵料液。同时加入尿素 0.2%，含磷总量约为 80 微克/毫升的玉米浆 0.15%。 葡萄糖液（25%）输出量：6494.4kg/h 脱色过滤后的葡萄糖溶液（约为 38.2%）输入量： .25÷0.382=4250.3kg/h 尿素输入量：.2%=13kg/h 玉米浆输入量：.15%=9.8kg/h 配料水的输入量约为：0.3-13-9.8=2221.3kg/h （8）脱色过滤 糖化后中溶液中葡萄糖浓度 37.4%，DE 值为 98%。加入干物质 0.1%硅藻土作 为助滤剂，经过滤为 38.2%葡萄糖溶液。脱色用活性炭添加量约为葡萄糖重的 0.5%设过滤损失葡萄糖 0.15%。 过滤后葡萄糖溶液（38.2%）输出量为：4250.3kg/h 糖化后葡萄糖液（37.4%）输入量为： .382÷0.374÷0.985=4407.3kg/h 过滤损失葡萄糖液（37.4%）量为 .015=66.1kg/h 过滤掉淀粉渣等不溶性物质量为 0.3-66.1=90.9kg/h 由公式DE ? 还原糖含量 干物质含量 ? 100 %干物质含量=0.374÷0.98×100%=38.2% 硅藻土的加入量为：.382×0.001=1.7kg/h21年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计脱色用活性炭添加量约为葡萄糖重的 0.5% 即活性炭用量为：.374×0.005=8.3kg/h （9）淀粉转糖 根据生产经验，调降阶段淀粉加水调成 34%―40%淀粉乳（取 36%） ，加入淀 粉干重 1.2?耐高温α -淀粉酶（液化酶）和淀粉干重 1%的葡萄糖淀粉酶（糖化 酶） 经双酶法制成葡萄糖溶液 ， （37.4%） 淀粉转化糖实际收率为 105%―108% 。 （取 106%） ，理论收率为 111%。淀粉转化率可达 98%。 糖化后葡萄糖液（37.4%葡萄糖）输出量为：4407.3kg/h 淀粉乳（36%淀粉）的输入量为： .374÷1.06÷0.36÷0.98=4409.7kg/h 未转化的淀粉（36%淀粉）量为： .02=88.2kg/h 耐高温α -淀粉酶（液化酶）输入量=.kg/h 葡萄糖淀粉酶（糖化酶）输入量=.01=44.1kg/h （10）淀粉调浆 根据产品信息，工业淀粉水分含量为 13%―14%（取中间值 13.5%） ，于调浆 罐中调成 34%―40%淀粉乳（36%淀粉） 。 淀粉乳（36%淀粉）的输出量为：4409.7kg/h 工业淀粉（含水 13.5%）的输入量为： .36÷（1-0.135）=1835.3kg/h 调浆用水量为：5.3=2574.4kg/h （11）原料―产物 工业淀粉（含水 13.5%）的输入量为：1835.3kg/h 产品甘油（98%甘油）的输出量为：638÷0.98=651kg/h 原料：产物=1=2.82 即年生产 5000 吨甘油（98%甘油）用工业淀粉（含水 13.5%）14100 吨。 考虑到实际生产过程中，各处理步骤都会有一定的产品损失。为保证足够生 产量，实际生产中原料：产物取 3:1，即年生产 5000 吨甘油（98%甘油）用工业 淀粉（含水 13.5%）15000 吨。 4.1.2 物料衡算汇总列表22年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计淀粉发酵年产 5000 吨的甘油物料衡算见下表 （1）物料输入表表 4.1 年产 5000 吨的甘油物料输入表 物料名称 工业淀粉 调浆水 液化酶 糖化酶 配料水 尿素 玉米浆 ICM-15 酵母菌 絮凝剂 活性炭 硅藻土 物料量/吨 71.39 40.70 338.69 .84 75.26 249.60 9.22 88.63 18.05 周期物料量/吨 187.50 247.14 0.51 4.23 213.24 1.25 0.94 3.12 0.12 1.11 0.23（2）物料输出表表 4.2 年产 5000 吨的甘油物料输出表 物料名称 98%甘油 无水酒精 乙醛 淀粉渣 酵母泥 周期物料输出量/吨 62.5 1.44 1.44 8.73 144.96 物料输出量/吨
115.2 698.4 11596.84.1.3 水、电、煤的用量计算[11] （1）水的计算 根据查阅各种资料知，生产 1t 甘油过程中调浆、配料、设备容器清洗、锅 炉用水及卫生用水等约消耗水资源 192t。年产量 5000 吨甘油则需消耗水 192× 5000=96 万吨。 （2）电的计算23年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计根据查阅各种资料知，生产 1t 甘油过程中各种动力耗电、生活用电等方面 约耗电 2000 度。则年产量 5000 吨甘油则需消耗电 =1000 万度。 （3）煤的计算 甘油发酵过程中煤的使用主要是供热、锅炉蒸汽等方面。根据资料及经验， 生产 1t 甘油约耗煤 5.3t。则年产 5000 吨甘油需耗煤 5.3× 万吨4.2 热量衡算本工艺发酵温度为 30―40℃，经连消后进入发酵罐的料液约为 35℃。海南 省年平均气温 27℃，夏季最高温度 36℃，对发酵影响不是很大。本工艺设计热 量衡算主要在蒸汽喷射液化器工段、连消工段、无菌空气制备工段、蒸发浓缩工 段和减压蒸馏工段。 4.2.1 蒸汽喷射液化器工段[12] 淀粉浆比热容（c）按下式计算： c=c0X/100+c 水（100-X）/100 式中 c―淀粉浆比热容 c0―淀粉质比热容 X―淀粉浆干物质含量 c 水―水的比热容 浓度为 36%的淀粉浆的比热容为： c=1.55×36/100+4.186×（100-36）/100≈3.24 kJ/（kg?℃） 喷射蒸汽用量（D） ： D=Gc（t2-t1）/h1-h2 式中 G―淀粉浆量 年用量为：×320=33866.5t kJ/ （kg?℃） 20℃ 110℃ 2748.5 kJ/kg（0.4MPa，表压） 在 110℃时为 461 kJ/kg kJ/ 1.55kJ/ （kg?℃） （kg?℃） % 4.186 kJ/ （kg?℃）c―淀粉浆比热容 t1―淀粉浆初温 t2―液化温度 h1―加热蒸汽热焓 h2―加热蒸汽凝结水热焓浓度为 36%的淀粉浆液化段蒸汽年用量为： D=.24×（110-20）/（）=4317.15t24年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计4.2.2 连消工段 葡萄糖质比热容取 0.837kJ/（kg?℃） 浓度为 25%的葡萄糖浆的比热容为： c=0.837×25/100+4.186×（100-25）/100≈3.348kJ/（kg?℃） （1） 加热段 进料温度 35℃，出料温度 100℃ 在不考虑热量损失的情况下，每小时换热量： Q=mＣPΔ t=6494.4×（100-35）×3.348×10 =kJ 根据经验实际生产经验，总传热系数取 k=5000W/m2℃ 则根据公式 Q=kAΔ t 可得3换热面积 A1=（/3600）÷[5000×（100-35）]=1.2 m2 （2） 维持段 进料温度 100℃，物料温度 120℃ 进水蒸汽温度 147℃，出水蒸汽温度 120℃ 一次侧的允许压力降取 50KPa Q=mＣPΔ t=6494.4×（120-100）×3.348×103=kJ 换热面积 A2=（00）÷[5000×（120-100）]=1.21m2 由 m 水= Q/Δ h 水 Δ h 水=表示水蒸汽的焓变图2查水蒸汽熵焓图知，水蒸汽熵焓图25年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计进出水蒸汽温度（℃） 进 出 147 120水蒸汽的热焓(kJ/kg) 5.14压力（MPa，表压） 0.2 0.15每小时消耗水蒸汽量为：m 水=/（5.14）=23.881t 连消工段年消耗水蒸汽量：23.881×96×80=18.34 万吨 （3）冷却段 物料从 120℃降至温度 55℃耗冷量等于加热段的换热量 每小时耗冷量为：Q=kJ 换热面积 A3=A1=1.2 m2 换热冷却段：进料温度 55℃，出料温度 35℃ 进水温度 20℃，出水温度 31℃ Q=mＣPΔ t=6494.4×（120-100）×3.348×103=kJ 换热面积 A4=（00）÷[5000×（55-35）]=1.21m2 由 m 水= Q/（ＣPΔ t 水）=/[4.186×（31-20）]=9.444t 则连消工段年消耗水量：9.444×96×80=7.253 万吨 总换热面积 A=A1+A2+A3+A4=1.2+1.21+1.2+1.21=4.82 m2 4.2.3 无菌空气制备工段[13] 菌种培养部分通气速率为 0.9m3/min，通气量 1296m3/周期。 单个发酵罐通气速率为 27m3/min（计算过程在设备选型部分） （每小时）26年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计每小时的用气量为（0.9+27×5）×60=135.9m3 则每周期整个通气量为 27×5×60×50+ 万 m3 经压缩机出来的空气的湿度为 5%左右，压力为 0.35MPa（表压）左右，空气 传输过程中整个最大允许压力降取 50MPa。 （1）冷却器 1 进空气温度 120℃，出空气温度 45℃ 进水温度 30℃，出水温度 65℃ 相对湿度由 5%提高到 60%。 湿空气的比热容 cH 由 式中 cH=cg+cvH cH――湿空气的比热容，kJ/（kg 绝干空气?℃） ； cg――绝干空气的比热容，kJ/（kg 绝干空气?℃） ； cv――水气的比热容，kJ/（kg 水气?℃） 。 H――湿空气的湿度，kg 水气/kg 绝干空气 在 273K～393K 的温度范围内，绝干空气和水气的平均定压比热容分别为cg=1.01kJ/(kg 绝干空气?℃)和 cv=1.88kJ/（kg 水气?℃） ，则 cH=1.01+1.88H又 式中H ? 0 . 622?pspt ? ?psps――空气温度下水的饱和蒸气压，KPa 或 Pa。 pt ――湿空气的总压，kPa 或 Pa?――湿空气的相对湿度，%可见，湿空气的比热容只是湿度的函数。 湿空气的焓 I 式中 I=Ig+IvH I――湿空气的焓，kJ/kg 绝干空气； Ig――绝干空气的焓，kJ/kg 绝干空气； Iv――水气的焓，kJ/kg 水气。27年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计取 0℃时绝干空气和液态水的焓为基准，0℃时水的气化潜热为 r0=2490kJ/kg，则 Ig=cgt=1.01t Iv=r0H +cvtH I=cgt+r0H+cvtH=(cg+cvH)t+r0H 将 cg、cv 及 r0=2490kJ/kg 代入，有 I=（1.01+1.88H）t+2490H 可见，湿空气的焓随空气的温度 t、湿度 H 的增加而增大 湿空气总压为 300kPa 查阅水的饱和蒸汽压表知， 水的饱和蒸汽压 ps（120℃），198.48kPa 水的饱和蒸汽压 ps（45℃） ，9.5898 kPa 进气温度 120℃，相对湿度为 5%，则 H1=0.622×（0.05×198.48）/（300-0.05×198.48）=0.021kg 水气/kg 绝干空 气 I1=（1.01+1.88×0.021）×120+=178.2276kJ/kg 绝干空气 出气温度 45℃，相对湿度 60% H2=0.622×（0.6×9.5898）/（300-0.6×9.5898）=0.012kg 水气/kg 绝干空气 I2=（1.01+1.88×0.012）×45+=76.3452kJ/kg 绝干空气 空气密度 空气密度=1.293×(实际压力/标准物理大气压) ×(273/实际绝对温度) 绝对温度=摄氏温度+273 ρ =1.293×（300/101.325）×[273/(120+273)]=2.66kg/ m3 空气质量 m=2.66×135.9=361.5kg（每小时） 每小时换热量 Q=mΔ I=361.5×(178.2)=kJ 根据经验实际生产经验，总传热系数取 k=5000W/m2℃28年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计则根据公式 Q=kAΔ t可得换热面积 A=（/3600）÷[5000×（120-45）]= 0.027m2 由 m 水= Q/（ＣPΔ t 水）=/[4.186×（65-30）]=0.251t （每小时）年耗水：m=（40.63/135.9）×80×0.251=6.00 万吨 数据如下表：表 4.3 无菌空气制备工段冷却器 1 的热量衡算表 水的饱和蒸汽压 ps（120℃） 水的饱和蒸汽压 ps（45℃） 湿空气总压 pt 进湿空气的相对湿度 ? 出湿空气的相对湿度 ? 进湿空气湿度 H1 出湿空气湿度 H2 进湿空气的焓 I1 出湿空气的焓 I2 空气密度ρ 空气质量 m（每小时） 换热量 Q（每小时） 换热面积 A 耗水量 m 水（每小时） 年耗水量 m 198.48 kPa 9.5898 kPa 300kPa 5% 60% 0.021kg 水气/kg 绝干空气 0.012kg 水气/kg 绝干空气 178.2276kJ/kg 绝干空气 76.3452kJ/kg 绝干空气 2.66kg/ m 361.5kg
kJ 0.027m 0.251t 6.00 万吨2 3（2）冷去器 2 进空气温度 45℃，出空气温度 22℃ 进水温度 9℃，出水温度 20℃ 相对湿度由 60%提高到 100%29年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计表 4.4 无菌空气制备工段冷却器 2 的热量衡算表 水的饱和蒸汽压 ps（45℃） 水的饱和蒸汽压 ps（22℃） 湿空气总压 pt 进湿空气的相对湿度 ? 出湿空气的相对湿度 ? 进湿空气湿度 H1 出湿空气湿度 H2 进湿空气的焓 I1 出湿空气的焓 I2 空气密度ρ 空气质量 m（每小时） 换热量 Q（每小时） 换热面积 A 耗水量 m 水（每小时） 年耗水量 m 9.5898kPa 2.6447kPa 300kPa 60% 100% 0.012kg 水气/kg 绝干空气 0.0055kg 水气/kg 绝干空气 76.3452kJ/kg 绝干空气 36.14248kJ/kg 绝干空气 3.29kg/ m 447.1kg kJ 0.043m 0.39t 9.33 万吨2 3（3）加热器 相对湿度由:100%降低到 50% 进气温度为 22℃，出气温度 35℃表 4.5 无菌空气制备工段加热器的热量衡算表 水的饱和蒸汽压 ps（22℃） 水的饱和蒸汽压 ps（35℃） 湿空气总压 pt 进湿空气的相对湿度 ? 出湿空气的相对湿度 ? 进湿空气湿度 H1 出湿空气湿度 H2 进湿空气的焓 I1 出湿空气的焓 I2302.6447kPa 5.6267kPa 300kPa 100% 50% 0.0055kg 水气/kg 绝干空气 0.0059kg 水气/kg 绝干空气 36.14248kJ/kg 绝干空气 50.42922 kJ/kg 绝干空气年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计空气密度ρ 空气质量 m（每小时） 换热量 Q（每小时） 换热面积 A3.54kg/ m 481.1kg3kJ 0.029m2无菌空气制备工段年耗水量为 15.33 万吨。 4.2.4 蒸发浓缩工段 真空度取 75.5kPa。 蒸发前甘油液（17.5%甘油）的温度为 35℃，蒸发温度为 70℃，浓缩至甘油 浓度为 48%。 甘油的比热容 2.581kJ /mol?k，水的比热容 4.186kJ/( kg?℃) 甘油液（17.5%甘油）输入量 4112.4kg/h 甘油吸收的热量 Q1=2.581×.175×（70-35）=65011.4kJ/小时 水吸收的热量 Q2=4.186×.825×（70-35）= kJ/小时 水在 75.5kPa ，70℃下的汽化潜热为 2055.73 kJ/kg 浓缩出水的量为：2613.1kg 则水汽化吸收热量为 Q3=13.1= kJ/小时 总消耗热量为 Q=Q1+Q2+Q3=068.9+= kJ/小时 4.2.5 减压蒸馏工段[14] 蒸馏压力为 81.7kPa。 蒸馏前稀甘油（48%甘油）液温度为 70，蒸馏温度为 150℃，蒸馏至 96%的 甘油。 蒸馏前稀甘油（48%甘油）输入量：1499.3kg/h 甘油的比热容 2.581kJ /mol?℃，水的比热容 4.186kJ/( kg?℃) 乙醛的比热容 1.9kJ /mol?℃，乙醇的比热容 2.39kJ /mol?℃， 甘油吸收的热量 /h31年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计Q1=2.581×.48×（150-70）=kJ/小时 水吸收的热量 Q2=4.186×.5×（150-70）= kJ/小时 乙醛吸收的热量 Q3=1.9×.01×（150-70）=2278.9 kJ/小时 乙醇吸收的热量 Q4=2.39×.01×（150-70）=2866.7 kJ/小时 水在 81.7kPa，150℃下的汽化潜热为 2044.73 kJ/kg 乙醛的气化潜热为 574 kJ/kg，乙醇的气化潜热为,846kJ/kg 蒸馏出水 794.6kg/h，乙醇输出量 15.0kg/h，乙醛输出量 15.0kg/h 则水汽化吸收热量为 Q5=794.6×4742.5kJ/小时 乙醛汽化吸收热量为 Q6=15×574=8610 kJ/小时 乙醇汽化吸收热量为 Q7=15×846=12690 kJ/小时 总消耗热量为 Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7=++6.7++= kJ/小时5.设备设计与选型甘油生产过程中，用到各种仪器设备。主要生产设备有：空压机及空气净化 系统、制糖设备、发酵设备、净化及甘油提取设备，各种配套真空泵、压滤机、 各类储罐、锅炉、供水、菌种、分析检测设备等。5.1 主要设备选型（1）调浆设备 将淀粉加水调成 34%―40%淀粉乳（质量分数） 加入工业淀粉（含水 13.5%）1835.3kg/h 和水 2574.4kg/h 制成生产所需的 淀粉乳（36%淀粉）的输出量为 4409.7kg/h。一次调浆应满足一个发酵周期的生32年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计产量。则处理量为： ×4=423.4 吨/周期 淀粉的密度一般在 1.6×103kg/m3 左右，则 V=m/ρ =423400÷（1.6×103）=265 m3=265000L 取调浆罐的高径比约为 1 选型： 生产厂家：东台市压力容器制造厂 型号：TJ－F 系列 内胆尺寸（d×h）mm 容量：150 m3 进出口径 Φ100mm 台数：2 台TJ－F 系列调浆系统主要由连续供料系统、料浆混合及输送系统、物料、液 位、水温调节和控制系统等部分组成。控制部分有三种形式的配置： 1．手动控 制，除水温自动调节外，其余功能为手动控制； 2．PLC+智能仪表控制，可实现 手动、自动两种控制功能； 3．PLC+人机界面（触摸屏）控制，除手动、自动功 能外，还可实时监控料仓、混合仓的料位、液位，调浆阀、冲洗阀、排污阀的开 关状态，水温、流量的调节。使设备的全部工作状况和信息以中文菜单和模拟图 形的形式显示在屏幕上。 （2）蒸汽喷射液化器 对淀粉乳进行液化处理。 淀粉乳（36%淀粉）的输入量为：4409.7kg/h，即液化器的处理量。 4409.7÷（1.6×103）=2.8 m3/h 选型： 生产厂家：长沙水泽加热设备制造有限公司 型号：SZE-2 液化温度：110℃ 处理量：3 m3/h 蒸汽压力：0.4MPa材质：304、316L、哈氏合金 C-276 或 Ti 材SZE 型液化器综合了国内“以料带汽”和国外“以汽带料”两种蒸汽喷射液 化方式，进一步增加了料液和蒸汽的接触，强化了微湍流，使液化更加快捷、均 匀、彻底。主要特点有： ① 淀粉糖浆液化效果好，连续液化且液化更快捷、均匀、彻底； ② 适合以大米、玉米等粗原料喷射液化、无堵塞；33年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计③ 适合低压及过热蒸汽喷射液化,允许蒸汽压力 0.1―0.7MPa，且允许蒸汽 压力波动； ④ 采用耐磨材料，延长了产品的使用寿命； ⑤ 采用了整体式结构、无密封件，避免了对料液的污染，同时减小了阻力 损失； ⑥ 无振动、无噪声、改善了操作环境； ⑦ 蒸汽利用率几乎百分之百，节省了蒸汽 （3）糖化锅 糖化锅的作用是使淀粉在酶的作用下降解为可被酵母利用的糖类物质。 由液化器处理量 2.8 m3/h，得近似体积 2.8×24×4=270 m3=270000L 根据锅体直径与圆柱高之比约为 2s1 选型 生产厂家：中德仪器设备有限公司 材质:不锈钢 内胆尺寸（d×h） mm 容量：60000L 进出口径 Φ75mm 台数：5 台本设备采用国际标准的优质不锈钢材料制成，采用自动化等离子，激光线切 割和线氩气体保护焊接等制造技术，能够实现无菌化操作；采用高效弥勒板夹套 技术，应用科学的蒸汽湍流原理实现了最大限度的热传导，节能效果；采用进口 聚氨酯保温措施，使设备表面温度与室温基本一致。整体及管道而已美观大方、 无死角，操作方便，性能稳定，高温煮沸锅上还高有专用封盖，安全，自动化程 度高；主体设备水平度可调，无跑、冒、滴、漏雨，无蒸汽泄漏。 （4）板框压滤机 板框压滤机是悬浮液固、液两相分离的理想设备，具有轻巧、灵活、可靠等 特点，被广泛应用于化工、陶瓷、石油、医药、食品、冶炼等行业。本设计中三 处用到板框压滤机：糖化液脱色过滤、发酵液絮凝后过滤和精制后甘油的脱色过 滤。 糖化后葡萄糖液（37.4%）输入量为： 4407.3kg/h 发酵液（含 12.8%甘油）输入量： 5708kg/h34年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计精甘油（98%甘油）输入量：660.9kg/h 选型 生产厂家：杭州兴源过滤科技股份有限公司表 5.1 板框压滤机选型参数表 型号 Y40 Y90 过滤面积 2 (m ) 40 90 滤板付数 滤室容 滤饼厚 地基尺寸 3 (板框) 积(m ) 度(mm) (mm) 35/36 81/82 0.594 1.353 30 30
整机长度 (mm)
整机重量 台 (kg) 数
2本设备主要特点有： 增强聚丙烯滤板、滤框采用专利技术模压而成，强度高，重量轻，耐腐蚀， 耐酸碱，无毒无味； 采用机械压紧，最大压紧压力 14MPa，并用电接点压力表 自动保压； 最大过滤压力为 0.5MPa， 确保形成滤饼的最佳条件， 进行加压过滤； 操作简单，维修方便，并配有多种安全装置，确保操作人员安全。 （5）配料罐 配料后葡萄糖液（25%）输出量：6494.4kg/h 葡萄糖液（25%）的密度约为 1.4×10 kg/m 则， 6494.4÷（1.4×103）=4.64 m3/h=4640L/h V==445440L/周期 取配料罐高径比约为 1:1 选型 生产厂家：杭州圣亚机械阀业有限公司 容量：250 m3 内胆尺寸（d×h） mm 台数： 2 台 进出口径 Φ75mm3 3本配料罐分罐体、罐盖、搅拌桨、进料口、出料阀均有由进口不锈钢耐酸铜 1cr18Ni9Ti 制成，按 GB741-80 技术条件进行，罐体内外抛光，罐内有搅拌桨， 工作时起搅拌作用； 上盖有温度计， 显示罐内温度； 顶部有摆线针输行星减速器， 带动搅拌桨； 并可装拆与清洗， 并是一扇可开式罐盖供清洗用， 另加两个进料口， 可与管道连接，便于连接进各种配料，下面带有出料口，并装上旋塞阀大等搅拌 均匀后、旋转旋塞阀手柄 90°即可放料，放料完毕关闭，达到搅拌均匀目的。35年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计（6）板式换热器 采用板式换热器对配料好的培养基进行连续灭菌。 通过板式换热器的葡萄糖液（25%）流量约为 4.64 m3/h 由于葡萄糖浆（25%）的比热容为 3.348kJ/（kg?℃）则， 在不考虑热量损失的情况下，每小时换热量: Q1=mＣPΔ t=6494.4×（100-35）×3.348×103=kJ 所需功率 P= /kW 选型 生产厂家：四平市通泰换热设备有限公司 型号：BB100H 功率：400kW一次侧进出蒸汽温度（进水温度 147℃，出水温度 120℃） 二次侧进出水的温度（进水温度 20℃，出水温度 31℃） 本设备主要由不锈钢压制的传热片、密封胶垫、夹紧螺栓和压紧板整机框架 等零部件组成。具有换热效率高，物料流阻损失小，结构紧凑，温度控制灵敏， 操作弹性大，拆装方便，使用寿命长等特点。 （7）发酵罐 本设计中的主设备。一定条件下，葡萄糖液（25%）在耐高压酵母菌的作用 下发酵生产甘油。 发酵罐处理量约为：445440L/周期 本设计所用发酵罐为气升内环流发酵罐,取单罐体积为 100 m3，罐数为 5 个。 通用式发酵罐的高径比 H/D=1.7―2.5，一般 H/D 约为 2 左右。一般来说，H/D 的 值越大，空气在罐内停留的时间就越长，空气的利用率也就越高。可 H/D 也不能 太大，否则静压强增加，动力消耗也增加，同时造成二氧化碳在发酵液内溶解度 提高，引起效果不佳,取 H/D=2。 由 V=π r2H 和 D=2r 可得 100 m3=4π r3 r≈2.0m 导流筒径与罐径比 DE/D=0.6~0.8 取 0.6 计算， 则 DE=2.4m36年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计根据实际生产经验,气升式发酵罐发酵时通气量一般约为 0.3vvm。通气时间有氧 发酵阶段约为 50h。 单罐发酵液体积为 VL=4.64×4×24÷5=90m3 则单罐的通气速率为 VG=0.3×90 =27m3/min 取导流筒内发酵液的平均流速为 Vm=1.0m/s 发酵液的环流量：Vc =DEVmπ /4 Vc=60π ÷4×2.42×1.0=24.0=271.3 m3/min 由 tm=VL/ Vc 平均环流时间 tm=90÷271.3×60=20s 液气比 R= Vc/VG=271.3÷27=10.05 选型 生产厂家：浙江明辰机械科技有限公司 型号：AIF-L-100 容量：100 m3 材质：316L 不锈钢/304 不锈钢 进出口径 Φ 50mm 台数 5 台内胆尺寸（d×h）mmAIF 型气升式内环流发酵罐由发酵罐、气体压送机械、送风管、莲嘴喷头以 及悬挂在发酵罐内的同心管组成， 同心管上顶面与发酵液自然液面高度的距离为 200 毫米，同心管６下底面与莲嘴喷头４上顶面的距离为 60 毫米。本发酵罐由 导流筒与气体喷射器使发酵气液两相混合流在发酵罐内形成整体环流。导流筒、 气体喷射器、罐体几何结构可根据发酵液特性和微生物代谢特征设计，以满足微 生物生长和产物生成相关的传质、混合、传热等需求。它是一种典型的节能发酵 罐。替代传统的机械搅拌通风发酵罐用于部分产品发酵生产，往往能达到节约电 耗、减少维修费用、降低发酵车间噪音等效果。 （8）种子罐 经三角瓶培养的菌种（采用 ICM-15 酵母菌）进入种子罐进一步扩大培养。 发酵罐处理量约为：445440L/周期，ICM-15 酵母菌接种量为物料总量的 0.5%。 选型 生产厂家：无锡市锡山雪浪化工设备厂 公称容积：3m3 功率：7.5kw 换热面积：1300m237年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计内胆尺寸（d×h）mm转速 230r/min台数 1 台根据实际生产数据，菌种培养段无菌空气通气量一般为 0.5vvm 。培养液体积为 罐容积的 60%左右。 VL=3×0.6=1.8m3 则通气速率为 VG=0.5×1.8=0.9m3/min 种子罐中菌种一般培养 24 小时，则菌种培养段消耗无菌空气为 0.9×60×24=1296m3/周期 （9）采风塔 采用高≥10m（取 30m） ,直径为Φ =80mm 的高空管。建在工厂上风处，远离 烟囱, 流速 8m/s。 （10）粗过滤器 前置过滤器, 拦截空气中较大的灰尘以保护空气压缩机,同时减轻总过滤器 的负担.过滤介质采用无纺布（取布袋） 。实际流速为 0.1-5 m/s。 （11）空气压缩机 供给发酵用的无菌空气需要克服过滤介质的阻力，管道、弯头的阻力和发酵 液的液柱压力，同时，还要维持发酵罐正压，因此在生产中通过压缩机将空气压 力提高到 3.5―4.0 公斤（表压） ，出口空气温度约为 120℃。 一周期空压机的流量为：27×60×50×5=40.5 万 m3 空压机流量：÷60=70.3 m3/min 选型 生产厂家：上海北升实业发展有限公司 型号：北斯特―低压螺杆式 容积流量：20.8 m3/min 电机功率 75 Kw 压力：0.35MPa 台数 3 台本设备是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合， 从而将气体压缩并排出。 （12）空气贮罐 主要为消除压缩机空气的脉动，维持稳定空压。紧安在空压机之后，一般取 V 容＝0.1――0.2 Vc （取 0.15） Vc―空压机排气量38年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计则 取高径比为 3:1 选型 生产厂家V 容=0.15×70.3=10.55 m3上海申江压力容器有限公司产品 材质： 不锈钢 进出口径 Φ 50mm容量：10.55 m3内胆尺寸（d×h）1120mm ×3360mm本设备储气罐采用高品质材料作原料，利用先进的焊接技术作业，通过了 ISO9001 认证，能通过任何安全检查。 （13）一级冷却器: 采用列管式换热器，用 30℃左右的水，把从压缩机出来的 120℃的热空气冷 却到 40―50℃。 热空气中夹带的油、 水蒸汽经冷凝， 由器底的油水排出阀排除。换热量 Q（每小时） 换热面积 A
kJ 0.027m2功率 P= /kW 选型 生产厂家 石家庄市石换换热环保有限公司 列管式换热器 （14）二级冷却器： 采用列管式换热器，用 9℃的冷冻水把 40―50℃的空气冷却到 20―25℃。 冷却后的空气，其相对湿度提高到 100%，由于温度处于露点以下，其中的油、 水即凝结为油滴和水滴。 换热量 Q（每小时） 换热面积 A kJ 0.043m2 功率 P= /kW 选型 生产厂家 石家庄市石换换热环保有限公司 列管式换热器 功率 7.5 Kw 换热面积 0.05 m2 功率 10 Kw 换热面积 0.035 m2列管式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。 这 种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，39年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计能在高温、高压下使用，已广泛用于电力、石 化、冶金、机械、锅炉、交通、 轻纺等领域。 （15）旋风分离器 利用离心力进行气液和气固沉降分离的设备。结构简单，阻力小，分离效率 高。可去除空气中绝大多数的 10μ m 以上的液滴。 （16）丝网除沫器 用各种填料如焦炭、瓷环、金属丝网、塑料丝网等（选用金属丝网）同时采 用直接拦截， 惯性碰撞， 布朗扩散及凝聚等机理， 有效地去除空气中的水、 油雾、 尘埃，内部不锈钢丝网可清洗，使用寿命长。可除去 1μ m 以上的雾滴，去除率 为 98%。 （17）空气过滤器 采用深层纤维介质过滤器，立式圆筒形，内部充填过滤介质，空气由下向上 通过介质，从而达到除菌的目的。纤维介质选用棉花：未脱脂棉花， 纤维直径 为 16-20μ m， 其实密度为 1520Kg/m3，填充率为 8.5-10%。 （18）加热器 压缩空气湿度为 100% ，使之降至 50％左右。采用立式列管式热交换器。换热量 Q（每小时） 换热面积 A kJ 0.029m2功率 P=0=1.9kW 选型 生产厂家 石家庄市石换换热环保有限公司 立式列管式换热器 （19）浓缩蒸发塔 甘油液（17.5%甘油）输入量 4112.4kg/h 一周期处理量为 =kg 甘油液（17.5%）的密度约为 1.05×103kg/m3 则 V=/1.05×103=376 m3 取高径比约为 3:1 选型： 功率 2.5 Kw 换热面积 0.04 m240年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计生产厂家：黄骅市金泰玻璃钢有限公司 容量：200 m3 材质 不锈钢 数量 进出口径 Φ100mm 2个内胆尺寸（d×h） mm （20）减压蒸馏塔 甘油液（48%甘油）输入量 1499.3kg/h 一周期处理量为 =kg 甘油液（48%）的密度约为 1.13×103kg/m3 则V=/1.13×103=127 m3 取高径比约为 3:1 选型： 容量：140 m3 内胆尺寸（d×h） mm （21）脱色罐 精甘油（98%甘油）输入量 660.9kg/h 一周期处理量为 660.9×96=63446.4kg 甘油液（98%）的密度约为 1.26×103kg/m3 则 V=.26×103=50.4 m3 取高径比约为 1:1 选型： 容量：60 m3 内胆尺寸（d×h） mm （22）成品罐 成品精甘油（98%甘油）输入量 651kg/h 一周期处理量为 651×96=62496kg 甘油液（98%）的密度约为 1.26×103kg/m3 则 V=×103=49.6 m3 取成品罐的高径比约为 2:1 选型： 容量：60 m3 材质 不锈钢 材质 不锈钢 进出口径 Φ 100mm 材质 不锈钢 进出口径 Φ100mm41年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计内胆尺寸（d×h） mm进出口径 Φ 100mm5.2 辅助设备的选型甘油发酵过程的管道使用主要是在流体和气体的输送各个仪器设备间的连 接管路，泵的使用主要是各设备之间流体的输送用泵，以配料罐―发酵罐为例进 行管道和泵设计： （1）管道 根据经验和相关文献， 取 u =1.5m/sq =4.64 m3/hvρ =1.4×10 kg/m? 4 . 640 / 3600 0 . 785 ? 1 . 533? ? 2 .5 ? 1 0 ? 3 p a ? sd ?v 0 . 785 u? 33 . 08 mm根据娄爱娟、吴志泉、吴叙美编著的《化工设计》P229，选 Ф 35×2.5mm 的管。 实际流速 u = 阻力计算 Re = duρ / μ = 34×10-3×1.34××10-3 =25513.6? ? 0 . 3 mmq /0.785d2 =1.34m/sv(具有轻度腐蚀的无缝钢管) λ = 64/ Re=0.0025ε /d = 0.009根据课本《食品工程原理》P47 图 1-26，沿程阻力:hf1? ?l u d2? 0 . 0025 ?2 0 . 0342?1 . 34 22? 0 . 13 J / Kg2? ?局部阻力:hu2f标准截止阀 1／2 开:hf 2? 0 . 95 ?1 . 34 22? 0 . 85 J / Kg突缩:hf 3? 0 .5 ?1 . 34 222? 0 . 45 J / Kg突扩:hf 4? 1?1 . 34 2? 0 . 9 J / Kg?hf? h f 1 ? h f 2 ? h f 3 ? h f 4 ? 0 . 13 ? 0 . 85 ? 0 . 45 ? 0 . 9 ? 2 . 33 J / Kg42年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计（2）送料泵所进原料 25%葡萄糖溶液 管路大小 D φ 35×2.5mm 进料温度 35℃ 流量安全系数 1.5?液体密度 1400kg/m3进料量 Ws 6494.4kg/h压强差 50kPa进料高度 8m管道阻力 ? h f 2.33J/kg重力加速度 g 9.81m/s2根据柏努利方程式： W e? z2? z1 ? g ?p 2 ? p1??u 2 ? u122?2?hfu2 =Ws/ρ A =0÷(×0.0332) =1.51 m/s We =8×9.81＋＋1.512/2＋2.33 =117.67 J/kg Hmax =We/g =117.67÷9.81 =12 m 安全系数取 1.1，则泵的扬程 He =1.1×12 =13.2 m 泵的流量 Qe =1.5Qmax =1.5Ws/ ρ =1.5×00 =6.96 m3/h6.车间设计6.1 厂房布置原则厂房布置设计比较复杂，但也有一定规律可循的。归纳起来主要考虑建筑结 构、工艺生产操作、设备安装检修、劳动保护和安全防火等方面的要求。最主要 的布置原则如下： （1）建筑形式。厂房的建筑平面力求简单，这不仅有利于建筑面积和场地 面积的合理使用，而且有利于建筑施工的机械化。最简单的建筑平面长方形，应 最先采用。[15] （2）厂房的柱距、跨度、层高和柱网布置根据建筑模数规定如下。 ①厂房 柱距 4.0m、6.0m； 跨度 6.0m、7.5m、9.0m、12m、15m、18m、24m； 层高 4～6m， 最低不宜低于 3.2m， 有配管的厂房一般最低不宜低于 4m。 ②辅助建筑43年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计开间 3.3m～3.9m，最小不小于 3m； 进深 4.2m～6.0m； 走廊宽 1.5m、1.8m、2.1m、2.4m。 （3）门、窗、楼梯、走廊既要符合建筑上的有关规定又要满足工艺生产的 需要。厂房的大门应按人流和货流分开的原则设置。 （4）生活用室及辅助用室。生产车间除各个生产工序外，还要设置一定的 生活用室和辅助用室。这些用室可单独设立，亦可与厂房毗连，但不宜与厂房内 生产区域混同布置，应有明显的分界。生活用室和辅助用室一般包括如下部分： 生活用室：车间办公室、休息室、厕所等。 辅助用室：控制室、配电室、化验室、维修间等。 （5）设备布置。应顺工艺流程，避免物料的不合理往返。通常将计量设备 布置在高层， 主要设备 （如搅拌器） 布置在中层， 贮罐及重型设备布置在最底层。 （6）同类型设备尽可能布置在一起。如搅拌器、研磨机等宜成列布置，以 便各设备护卫备用，充分发挥设备潜力。同时，也便于管道安装、整齐美观[49]。 （7）设备之间、设备与建筑之间都要保持一定的距离。这些间距是生产操 作、安装检修所必须的。 （8）厂房要留有设备拆卸和维修所需要的面积和空间。 （9）安全设施。厂房内应设置消防设备和安全疏散设施。6.2 厂房的整体布置设计根据生产工艺流程p生产特点p生产规模和建筑结构等进行整体布置设计。 （1） 由于设备较少， 宜采用单层厂房， 根据空间需要， 厂房均选用单层结构。 （2） 由于操作车间流程简单， 操作人数不多， 因此在布置时可只安排控制室， 厕所等生产辅助设施和行政设施，至于配电室p机修室可以与其他车间共用，在 此不做考虑。 （3）根据车间设备情况，厂房采用 9×9、6×6 米的柱网，厂房宽度也采用 相应宽度。6.3 车间设备布置设计车间设备布置的设计，是在满足生产工艺要求的基础上，综合考虑设备安装 与检修、安全生产、操作及发展情况来进行的，本设计重点设计发酵车间和后处44年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计理车间。 发酵车间 发酵区呈线形排布，设置在室外，由于发酵罐体积较大，且密封性好，无需 建造厂房，东西方向 5 个发酵罐，每两个发酵罐间距离 3m，以确保工作人员操 作方便，发酵罐外围与厂区道路之间距离 3m。因此发酵区已使用部分长 38m，宽 10m，面积 380m2。 发酵后处理车间 见附 2：发酵后处理车间布置图。7.厂址选择及厂区总平面设计7.1 厂址选择7.1.1 厂址选择的原则和指导思想[16] (1)从实际出发，正确处理好城乡生产与生存、工业与农业、生产生活近期与 远期等多种关系。 (2)贯彻执行“整理发展中等城市”的方针。 (3)充分考虑环境保护和综合利用。 (4)节约用地，少占或不占良田。 (5)保持自然风景区，不在划定的风景区内建厂。 7.1.2 厂址选择及其依据 ⑴厂址 海南洋浦经济开发区。 ⑵选厂依据 洋浦经济开发区（东经 109°11’，北纬 19°43’）位于海南省西北部的洋 浦半岛上，北临琼州海峡，西对北部湾，正处于新加坡-香港-上海-大坂国际海 运主航线上，是连接中国与东南亚、中东的枢纽，距离海口市 130 公里，海口美 兰机场 145 公里，距离三亚凤凰机场 280 公里。年平均气温 24.7℃，降雨量约 为 1100 毫米，相对湿度介于 82％（夏季）与 26％（冬季）之间，气候温和、湿 润。洋浦属热带岛屿季风气候，常年主导风向为东风和东北风。此外，洋浦附近 环境优美，资源充沛，地势平坦，地质稳定，利于建厂及合理布局；附近居民居 住密集，劳动力资源十分充足。洋浦附近地势平坦，区内度地规划相对整齐。45年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计原料淀粉： 粮食作物是海南种植业中面积最大、 分布最广、 产值最高的作物。 本设计采用海南本地木薯淀粉为原料淀粉，既可以节约原材料成本，又具有广泛 的来源。 厂区地貌：地势平坦，地质稳定，利于建厂及合理布局。 交通运输：毗邻洋浦港且有疏港公路与海南西线高速公路连接，运输方便。 市场前景：甘油在医药、化妆品、香烟、炸药及食品等行业具有广泛用途， 市场需求较大；洋浦经济开发区距海口市区仅 130 公里，具有广阔的消费市场； 同时可通过便利的交通运输将产品运送到全省各地。 水源及排水： ，洋浦经济开发区年降雨量大，环境幽美，空气清新怡人，水 源丰富且非常干净，排水排污系统设施齐全。 动力条件：电厂、燃油码头及输电网并存，电力设施相对比较完备，燃料充 足。 劳动力条件： 洋浦经济开发区是海南省重要的经济增长极和中国对外开放的 重要窗口，居民居住密集，有充足劳动力。 （3）结论 海南洋浦经济开发区具有国家政策支持；原材料丰富，可节省生产成本；交 通运输方便，可节约运输成本；燃料充足，电力能源供应有保障等特点，是建厂 的理想地域。7.2 厂区总平面设计7.2.1 工厂概况 甘油厂厂区占地面积约 8000 平方米， 建筑物及构筑物面积约为 3200 平方米 左右，甘油厂主要生产质量分数为 98%的甘油，年产量 5000 吨，成品销售面向 海南本省和内地消费市场。 7.2.2 主要设计构思 厂区整体呈长方形，厂区内设有办公楼、主要有生产加工车间、动力车间、 给排水设备、污水处理设备、供热车间、配电房、员工生活区等。厂房周围均设 置有绿化带，将生活区与生产区之间用绿化带隔离开来，保证了各区域的相互独 立性。46年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计厂区分为五个部分。正中为主要生产区；厂前区设置办公楼；厂后区主要为 货物通道及绿化带；左侧区域主要设置配电房、锅炉房、煤场等辅助动力设施； 右侧厂区为员工生活区，设有员工宿舍、食堂等。 生产区整体以生产流程所需车间顺序大致呈环形形设计， 原料仓库和成品储 存仓库靠近货运大门并分置两侧，方便运输。 7.2.3 占地面积的确定 门卫室：50 m2 办公楼：200 m2 发酵区：38×10=380 m2 生活区：42×12=504 m2 生产车间：60×25=1500m2 水 池：8×10 =80 m2成品仓库：15×22 =330 m2 废水处理站：8×15 =120 m2 7.2.4 平面布置原则的指导思想 ① 节约用地，不占、少占良田，做好环保，满足工艺情况下作到经济合理。 ② 美化厂房排列，保证生产的连续性和安全性，使作业短捷、方便避免交叉。 ③ 厂区中心布置主要生产区，将辅助车间布置在其附近。 ④ 综合考虑建筑物朝向，充分利用天然光线，自然通风，注意建筑物间距。 ⑤ 动力车间、冷冻站，热能靠近负荷中心。 ⑥ 对外交通相适应，合理组织人流、物流。 ⑦建筑物的布置符合《建筑设计防火规定》和《工业企业卫生标准》 。8.设计评析与总结本次设计依据课题设计任务书，参考工业生产中成功的经验和科研最新成 果，遵循“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则，按 照新建厂房通用工程标准规定来完成。从设计整体来说符合“任务书”要求，引 用资料和相关公式准确，设计数据和设计结果可靠。本设计最成功之处，在于生 产方法的选择和工艺计算方面，技术指标、工艺参数和操作条件基本上参考“现47年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计代”公司的甘油生产实际流程。我个人认为本次课题完成比较理想，设计思路清 晰，能结合生产实际辅助设计，对同类工程设计有一定的指导意义。 编写过程中对稿件曾作过多次的修改与补充，由于时间和水平有限，设计中 的一些观点以及对对产区、 生产车间等的设计会有许多不足之处， 恳请老师指正。 经过几个月的资料查询、文献搜索、设计整理，还有在老师的指导和同学的 帮助下，我顺利完成了本次设计。 通过本次设计，可对大学四年所学的专业知识起到全面的巩固作用，使理论 与实践达到更好的结合， 进一步锻炼独立思考问题、 分析问题和解决问题的能力， 综合应用知识能力和独立获取知识能力得到较大的提高， 基本掌握甘油生产工艺 流程设计方法、步骤和原则和工艺计算、设备选型等技能，并对甘油生产过程的 设计有一个整体的把握，具备一定的工程设计能力。致谢在此，我要感谢海南大学理工学院所有教过我们的老师和 2008 级化学工程 与工艺班的全体同学，在我四年大学中对我无私的帮助、关怀和教诲，谢谢！ 本次设计能够顺利完成，要特别感谢张德拉老师，是她的严格要求和不断鼓 励促使我有提前完成毕业设计的信心；此外，还要感谢徐树英等老师在各方面给 我的关心和帮助，在你们孜孜不倦的教导下，我得以顺利完成本设计。 最后，祝福老师们工作顺意、身体健康，祝同学们都能找到理想的工作。参考文献[1]北京化工研究院. 基本有机原料[M].北京.燃料化学工业出版社.）.252 [2]殷福珊，郭春伟.中国的甘油工业和市场综述[J].中国洗涤用品工业.2008 年第一期 [3]章朝晖.猪油的化工利用[J].木薯精细化工，2001， （2）38-43 [4]范凯．甘油的生产应用及国内市场[J].现代化工，1996， （05） [5]李永.发酵法生产甘油工艺路线的探讨[J].《化工设计》.） [6]李永.发酵法生产甘油工艺路线的探讨[J].《化工设计》.） [7]唐仁寰.淀粉发酵法制取甘油[J].天然产物研究与开发.1993 年 12 月48年产 5000 吨甘油生产工艺初步设计[8]毕喜婧等.7 种絮凝剂对甘油发酵液的絮凝效果比较[J].食品与发酵工业.第 9 期第 28 卷 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