年產5噸香菇多糖的工藝設計XXX〔陜西理工學院化學學院化學工程與工藝061班〕指導老師：XXX摘要：設計了以香菇為原料，年產5噸香菇多糖的工藝設計，其重點為乙醇回收的精餾塔設計計算及輔助設備的計算選型。本設計包含設計說明書和圖紙兩局部。說明書主要包括香菇多糖的提取工藝、工藝流程；建廠可行性分析；全廠總平面布置說明；精餾車間的工藝計算設計及說明；非工藝局部設計包括供排水工程、供氣供電系統、采暖、通風、照明、平安、衛生、防腐、三廢處理及環境保護等說明。說明書的主要局部為精餾塔的工藝計算及其輔助設備的計算選型。在這一局部中用到了物料衡算、熱量衡算及其大量的相關的經驗公式。關鍵詞：香菇香菇多糖精餾塔設計塔設備校核附屬設備選型TechnologicalDesignofProducing5tonsofLentinanperyearYANGKai〔Grade06,Class1,Majorchemicalengineeringandtechnology,ShaanxiUniversityofTechnology,Schoolofchemicalandenvironmentalsciences,Hanzhong723000,Shaanxi〕Tutor:LIZhi-zhouABSTRACT：Technologicaldesignofoutputting5tonsofLentinanperyear,whichuseentinusedodesasmaterial.Thekeypartsofthedesignarethetechnologiccalculationofrectifierinrectificationworkshopandtheselectionoftypeofitsassistantequipment.Thedesignincludestwoparts:instructionandblueprint.TheinstructionmainlyincludesthemethodoftheextractofLentinanvialandtheprocessflow;theanalysisoffeasibilityofbuildingoftheplant;theinstructionofplanearrangementofthewholeplant;theinstructionofdesignofrectificationworkshop;designofnon-technologyparts：theprojectofwatersupply,heating,draught,lighting,safety,sanitation,antisepsis,thedisposalofpollution,environmentalprotection.Themainpartsoftheinstructionaretechnologiccalculationoftherectifierinrectificationworkshopandtheselectionoftypeofitsassistantequipment,andintheseparts,materialbalanceandheatbalancecalculationandlotsofexperientialformulasareusedasreferences.KEYWORDS：Lentinusedodes,Lentinanvial,designofrectificationrectifier,Therectifierequipmentsschoolpit，designoftypeofitsassistantequipment目錄摘要I關鍵詞IABSTRACTII1概述11.1香菇多糖的開展現狀11.1.1香菇多糖作用及研究現狀11.1.2香菇多糖開展現狀11.2香菇多糖的開發現狀及開展趨勢21.2.1香菇多糖的開發現狀21.2.2香菇多糖開展趨勢21.3目前國內外利用香菇多糖的現狀31.4設計任務和內容31.4.1設計題目31.4.2設計原始數據31.5建廠可行性分析41.5.1香菇多糖應用價值41.5.2原材料、動力供給、交通運輸條件及技術的采用41.5.3環境保護51.5.4企業組織管理勞動定員和人員編制51.5.5資金籌措方式52設計工藝說明62.1全廠產品及工藝流程62.1.1全廠主要產品及結構62.1.2香菇多糖的生產工藝62.1.3本設計工藝62.2全廠副產品73設計說明83.1全廠總平面布置83.1.1原料廠及堆場83.1.2生產區83.1.3廠前區83.1.4動力區83.1.5輔助車間83.1.6倉庫區93.2三廢的處理及回收93.3車間布置說明94工藝計算及設備選型114.1設備工藝計算及選型114.1.1提取罐的計算及選型114.1.2蒸發器的計算及選擇114.1.3醇析罐設計計算134.1.4脫蛋白罐設計計算144.1.5枯燥器的計算及選擇144.1.6儲罐的選擇154.2主要設備工藝計算及選型164.2.1精餾過程原理和條件164.2.2精餾操作對塔設備的要求174.2.3塔設備的類型174.3精餾塔工藝設計計算184.3.1精餾塔的物料衡算184.3.2理論塔板數的計算204.3.3塔內各主要物性參數確實定244.3.4塔的初步計算274.3.5塔板流體力學計算314.3.6塔板負荷性能圖334.4精餾塔輔助設備選型374.4.1冷凝器熱負荷及選型374.4.2再沸器384.4.3除沫器394.4.4接管直徑計算394.4.5板式塔的塔高404.5精餾塔機械強度設計及校核404.5.1材料的選擇404.5.2按計算壓力計算筒體和封頭的厚度404.5.3塔的質量載荷計算404.5.4塔的自陣周期計算424.5.5地震載荷計算424.5.6風載荷計算434.5.7各種才和引起的軸向應力454.5.8筒體和裙座危險截面的強度與穩定性校核464.5.9筒體和裙座水壓試驗應力校核474.5.10根底環設計及地腳螺栓選擇494.6全廠附屬設備選型504.6.1換熱器的選擇504.6.2過濾機的選擇524.6.3泵的選擇535總結555.1本設計的主要結果555.2設計結果評價55符號說明57參考文獻58致謝59附錄一工藝流程圖60附錄二精餾塔裝配圖、61附錄三全廠布置平面圖62附錄四設備布置立面圖631概述香菇多糖，外文名稱為Lentinan或Lentinanvial，它是從擔子菌綱傘科香菇Lentinusendodes(Berk)Sing香菇子實體中提取、別離、純化所獲得的均一組分的多糖，采用凝膠過濾法和激光拉曼散射法測得其相對分子質量為2×104～8×104。香菇多糖為白色粉末狀固體，對光與熱穩定。有吸濕性，在水中最大溶解度為3mg/mL，也能溶于0.5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，溶解度可達50～100mg/mL，難溶于甲醇、乙醇和丙酮等有機溶劑。香菇是一種食用和藥用真菌，自古以來就被當作健脾益氣、調和陰陽、補虛扶正、行氣活血的上品。其主要有效成份香菇多糖，經二十多年的研究和應用，證實其具有顯著提高免疫力、抗癌、抗病毒、降血脂、防止動脈血管硬化、抗衰老等多種功能。此外，香菇多糖還具有誘發干擾素和保肝等作用。因此，近年來在國內外形成了一股開發香菇多糖的熱潮。1.1香菇多糖的開展現狀香菇多糖作用及研究現狀真菌多糖作為藥物研究始于50年代,在60年代以后成為免疫促進劑而引起人們興趣。香菇多糖就是研究得較透徹的多糖之一,香菇是側耳科的擔子菌,世界名貴食用兼藥用菌之一,它含有多種有效藥用組分,尤其是它含有抗病毒、抗腫瘤、調節免疫功能和刺激干擾素形成等功能的香菇多糖(lentinan簡稱LNT)和能增強人體免疫力的水溶性木質素這2種藥用生理活性物質,而引起人們廣泛的重視[1]。香菇多糖以β~1，3葡聚糖為主，含有少量的木糖和甘露糖，具有抗病毒、抗腫瘤、調節免疫和刺激干擾素形成等功能，對腫瘤、癌癥、肝炎、心臟病和神經衰弱等有一定的療效。近年來的研究說明香菇多糖具有抗病毒、抗腫瘤、調節免疫和刺激干擾素形成等功能，對腫瘤、癌癥、肝炎、心臟病和神經衰弱等有一定的療效。有關此方面的研究很多，如：王一心等[2]在香菇多糖的藥理研究中，查閱國內外30多篇相關文獻資料加以概述，綜述了香菇多糖藥理作用方面的研究狀況，結果說明：香菇多糖具有免疫調節、抗腫瘤、杭病毒等多種藥理作用。蔡小玲等[3]用口蘑、冬蟲夏草、香菇等11種食用菌的粗多糖進行抗腫瘤藥物試驗。結果說明，11種粗多糖能使帶有S-180腹水瘤的昆明小鼠生命延長率提高到6.60%~31.74%。其中以口蘑多糖效果最正確，可達31.74%。口蘑，冬蟲夏草和香菇3種多糖對荷瘤小鼠生命的延長有顯著成效。張福明等[4]研究發現，香菇多糖對流感病毒具有一定的抑制作用，對病毒感染細胞的保護率可達95.6%;香菇多糖的抗病毒作用機制在于提高感染細胞免疫力，增強細胞膜的穩定性，抑制細胞病變，促進細胞修復功能。金道山等[5]采用壽命短、繁殖能力強的家蠅作為衰老的實驗動物模型觀察了香菇多糖對其壽命以及腦內SOD活性和脂褐素含量的影響。結果顯示，20日齡時香菇多糖組蠅腦內SOD活性比對照組增加43.4%，脂褐素含量下降4.9%，實驗組平均壽命比對照組延長19.4%，揭示了香菇多糖可能具有抗衰老作用。總之，香菇多糖具有廣泛的藥理和保健作用，而且研究結果說明香菇多糖其療效好，毒副作用小，有這廣闊的應用前景。這些研究對香菇多糖工業化設計奠定了良好的根底。香菇多糖開展現狀香菇多糖提取的傳統方法有：水提醇沉法、稀堿浸提法、稀酸浸提法、和酶法等，近幾年隨著對香菇的研究不斷深入，又出現一些比擬新穎的提取方法，如超濾法、微波輔助浸提法及超聲波法等[6]。在諸多提取工藝中，水提醇沉法為最經典的提取香菇多糖的方法，它以工藝簡單，易于推廣等有點為人們所接受。劉樹興等[7]用水提醇沉法提取香菇多糖，正交實驗確定了最正確提取工藝為：溫度：85℃，時間：5h，加水量：15倍水量，除蛋白的最優工藝條件：樣液：氯仿-正丁醇(體積比)=3，氯仿：正丁醇(體積比)=5。王衛國等[8]基于原來的提取方法工藝復雜，收率低，本錢高，普通腫瘤病人無法接受，通過對香菇多糖提取純化條件進行正交實驗設計優化研究，結果說明，香菇多糖提取最正確條件為：pH7.0，96℃浸提4h，料水比為1：20，醇析濃度為70%，蛋白質去除時樣品與氯仿-正丁醇為1：1，氯仿：正丁醇為1：0.25，萃取時間為30min效果最好。屈永年等酶法在中藥的提取過程中，也具有較好的提取效果。在香菇多糖提取中也又較好效果，謝紅旗等[10]采用中性蛋白酶酶解法提取香菇中多糖，即在水提香菇多糖前，先用中性蛋白酶處理香菇粗粉，通過實驗確定最正確的酶解工藝條件：酶解溫度50℃，酶解pH4.8，酶解時間60min，酶與香菇粗粉配比為1.5∶100。與傳統工藝相比，提取率提高了40%以上，多糖中雜質蛋白質的含量降低了50%。馬長清等[11]分別用纖維素酶水解法和單純熱水水解法對香菇柄和香菇蓋中的多糖進行提取，說明纖維素酶水解法比熱水提取法得到的香菇多糖提取率高，香菇柄加酶的提取液中多糖的含量比不加酶的增加54%，香菇蓋增加44%，提取香菇柄中多糖的最正確條件是：水解溫度45隨著香菇的不斷廣泛應用，又出現了一些新的提取方法，使人們對香菇的研究也邁出了一大步，諸多新的提取方法被各研究者所研究，都取得可喜的成果，如：XXX[12]研究了以香菇為原料，利用超濾膜別離裝置進行香菇多糖的提取別離，并建立了香菇多糖提取液超濾過程修正凝膠極化模型，這種工藝香菇多糖的提取率可達6.10%，多糖粗品含量在90%以上。研究說明，膜別離技術在香菇多糖的提取中具有很大的優越性。黃桂萍等[13]用微波技術從香姑中提取香菇多糖。并通過改變輻射功率、輻射時間及提取次數等條件對多糖提出取率的影響進行了研究，得出最正確的提取條件(料液比lg：20ml，微波輻射功率50%，輻射時間3.5h，提出取次數2次)。該方法與傳統提取方法相比時間短、節省能源、產品提取率高等優點。念保義等[14]研究了香菇多糖的超聲提取、超濾別離及工藝路線的改良。結果說明：超聲提取能提高香菇多槍的提取率、縮短提取時間、減小料液比和降低提取液的粘度，而提取液粘度的降低有利于超濾別離降低濃差極化的影響，提高處理量。其主要指標是水浸提2h，料液比為l：15(體積比)，超聲功率為80W，處理時間為13min，多糖的提取率達6.62%。充分說明超聲波不僅強化整個提取過程，而且強化超濾別離過程，減少負荷、降低生產本錢。綜上所述，香菇多糖提取工藝中，涵蓋了各種新的提取方法，其中水提醇沉法研究的比擬成熟，也比擬經典，在目前國內的小型規模化生產中已經得到應用。有些新的提取方法都處于理論階段，對于工業化生產中的應用還有待于科學研究者進一步研究，這也是研究多糖工藝生產亟待解決的一個問題，對于本工藝設計，那么采用了比擬經典的水提醇沉法提取多糖。1.2香菇多糖的開發現狀及開展趨勢香菇多糖的開發現狀近幾年，隨著我國香菇多糖行業的開展，香菇多糖生產核心技術應用與研發成為業內企業關注的重點。技術的優劣直接決定企業香菇多糖產品的市場競爭力。目前所采用的提純香菇多糖先進方法多為實驗室研究方法，不利于工業化生產，而且在香菇多糖舊生產中工藝周比擬期長，提取多糖含量低，實際生產中規模化程度并不高，這就制約著該產品的開展。香菇多糖開展趨勢由于香菇多糖是一種免疫促進劑，具有抗病毒、抗腫瘤、調節免疫和刺激干擾素形成等功能，對腫瘤、癌癥、肝炎、心臟病和神經衰弱等有一定的療效。這對于如今生活在節奏生活中人們帶來了諸多好處，健康的生活是現在社會的一種必然方式，所以研究香菇多糖的產品、開展多糖生產工藝技術具有很廣闊的開展前景，香菇多糖制劑與飲品將成為香菇多糖的主導產品，也將成為以后多糖產品的開展趨勢。主要表現在一下幾點：1．香菇屬于擔子菌綱傘菌科，是提取香菇多糖的原料，它香氣沁脾，滋味鮮美、營養豐富、保健效果顯著，享有植物頂峰和健康食品的美稱。我國香菇產量高，占全球總產量的80%左右。據了解，目前全球香菇總產量為10萬t左右，其中我國約占8萬t、日本1.65t、韓國0.17萬t、美國和加拿大等國占0.20萬t。香菇生產是一種可持續開展的產業，在我國制備香菇多糖具有得天獨厚的優勢。2．采取醇析提取法、酶解提取法等方法制取香菇多糖，生產過程中不參加、也不產生有害物質，產品質量符合綠色食品〔飲品〕的要求，也符合1994年10月25日美國國會正式通過的《食用品補充法令》對食物補充品成分的要求，我國的香菇多糖已被美國FDA〔食品及藥物管理局〕批準可作為保健食品進入美國市場。3．酶解提取法是一種先進的生化方法，具有高效、平安、節能、得率高、污染少等特點，已被應用于多種植物有效成分的提取，是近年來開展較快的綠色新工藝，但是酶容易失活，對溫度等因素要求苛刻，在應用于工業化生產中還有待于進一步研究。4．生產中所用的水、乙醇等都能回收利用；提取香菇多糖后的殘渣，將其磨成粉是非常好的食用纖維素。因此，本生產工藝無“三廢”排放，可實現清潔生產。5．香菇多糖具有抗病毒、抗腫瘤、調節免疫和刺激干擾素形成等功能，對腫瘤、癌癥、肝炎、心臟病和神經衰弱等有一定的療效，香菇多糖是膳藥兩用物質，是一種有益于人類的環境友好產品。1.3目前國內外利用香菇多糖的現狀目前我國香菇出口競爭對手首推韓國，盡管韓國香菇產量低，但是質量好、商品量大，在國際市場上極富競爭力。近年來，韓國以65％的高關稅阻止我國香菇進入其市場，“入世”后韓國將不再采取排他條件，其稅率必然大大降低乃至取消，有利于我國香菇的出口。日本雖然產量大于韓國，可是受我國香菇沖擊較大，日本已從生產大國、出口大國變為產量逐年遞減的進口大國。“入世”后，其目前20％的多種進口稅也將調低，對我國更為有利。然而，面對“入世”我國香菇產業也面臨挑戰。所以我們要利用香菇深加工這方面優勢去和國際競爭。在國際上“崇尚天然”的熱潮中，有“山珍”美譽的香菇極有開展前途。香菇等食用菌營養豐富，味道鮮美，是低鹽、低糖、低脂肪、高蛋白質的首選食品。深加工的方法很多，如用食用菌生產系列調味品、系列保健食品和系列中藥，以滿足國內外市場的需求，進一步提高香菇出口的競爭力，穩固我國在世界上的香菇“盟主”地位。所以，開展香菇多糖的生產技術，是提高我國香菇產業競爭力的一個有效手段。1.4設計任務和內容設計題目年產5噸香菇多糖的工藝設計設計原始數據〔1〕廠址及氣象資料①廠區位置：陜南地區某地②地勢：廠區地勢平整③氣溫：最高溫度38最低溫度-2平均溫度18〔2〕原料：香菇〔3〕產品：香菇多糖〔4〕產量：5噸/年〔5〕工作制度：三班制年工作日300天〔6〕乙醇回收車間有關數據①發酵液酒精濃度：70％〔v〕②精餾塔操作壓強：0.02MPa③精餾塔進料溫度：30℃④精餾塔塔頂溫度：78.5℃⑤精餾塔塔釜溫度：99.6℃⑥精餾塔進料濃度：32％〔V〕⑦精餾塔塔釜產品濃度：<0.01%1.5建廠可行性分析香菇多糖應用價值.1香菇簡介香菇〔Lentinusedodes〕又稱冬菇、花菇、厚菇、椎茸、香信、香蕈、冬菰、香菰。隸屬于擔子菌綱、傘菌目、口蘑科、香菇屬。香菇是我國傳統的著名食用菌，在世界上最早人工馴化栽培。香菇營養豐富，味道鮮美，具有很高的保健及藥用價值，被視為“菇中之王”，是重要的食用菌和藥用菌。我國香菇出口貿易量近10年逐漸上升，年遞增率約為2%，目前中國的香菇年產量為8萬噸，在全球10萬噸中占有80%以上，居世界第一位，出口3.6萬噸，也居世界之首，其次是日本，韓國居第三位。分布在我國浙江、福建、臺灣、安徽、湖南、湖北、江西、四川、廣東、廣西、海南、貴州、云南、陜西、甘肅等地區。〔1〕香菇的營養價值香菇含有的10余種氨基酸，其中有異亮氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、纈氨酸等7種人體必需的氨基酸及維生素B1、B2、PP及礦物鹽和粗纖維等。〔2〕香菇的保健價值=1\*GB3①香菇中含不飽和脂肪酸甚高。除了含有還含有麥角甾醇〔ergosterol〕外，還有菌甾醇(fungisterol)，尤其所含大量麥角甾醇可轉變為維生素D，有增強人體抗疾病和預防感冒的成效；=2\*GB3②經常食用香菇對預防人體缺乏維生素D而引起的血磷、血鈣代謝障礙導致的佝僂病有益〔特別是嬰兒〕，可預防人體各種粘膜及皮膚炎癥；=3\*GB3③香菇中還有腺嘌呤〔eriadenine〕和膽堿，可預防肝硬化和血管硬化；=4\*GB3④香菇中又含酪酸氧化酶，有降低血壓的成效；=5\*GB3⑤香菇中還別離出降血清膽固醇的成分〔C6H11O4N5，C9H11O3N5〕。.2香菇多糖的作用多糖是近年來研究最為活潑的高分子化合物，真菌多糖由于具有多種生物活性，其研究進展那么尤為迅速。目前，從各類生物材料中提取的具有生物活性的多糖已成為天然藥物的一個新來源。香菇多糖為白色粉末狀固體，對光與熱穩定。有吸濕性，香菇多糖中的純多糖含多個極性基團(主要是羥基和其他極性取代基)，水溶性一般較好，特別是在熱水中溶解度較大，一般在水中最大溶解度為3mg/mL，也能溶于0.5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，溶解度可達50～100mg/mL，難溶于甲醇、乙醇和丙酮等有機溶劑。香菇多糖具有抗病毒、抗腫瘤、調節免疫和刺激干擾素形成等功能，對腫瘤、癌癥、肝炎、心臟病和神經衰弱等有一定的療效。.3香菇多糖的需求現狀由于香菇多糖國際國內兩個市場一路看好，香菇產業系列開發潛力大，建立標準化的現代化加工生產企業具有重要的現實意義。香菇多糖產品主要應用于保健品、臨床醫學等方面，隨著人們對健康的重視，香菇多糖的各種營養品將受到人們的歡送。這主要因為香菇多糖在保健和營養品方面的諸多優勢，所以研究香菇多糖的產品、開展多糖生產工藝技術將帶來巨大的社會和經濟效益，有很好的開展前景。原材料、動力供給、交通運輸條件及技術的采用在陜西南部和四川、甘肅省等地區，香菇有著大面積的種植，香菇資源是非常豐富的，只要有需求，香菇的種植將會不斷的擴大，將會促進一方經濟的開展。本廠采用本地電網供電，可以防止為建設動力設備而增加的額外投資，而且西南部水電資源豐富，可以確保生產的連續性。擬建成的廠區位于漢中經濟開發區，交通十分方便，因此能大大減少產品本錢，提高產品競爭力。廠區建在地下水位－15米本設計采用水提醇沉法提取香菇多糖，并把醇沉使用的乙醇經過回收處理，可到達重復利用以較少本錢投入，經初試，結果合理，環境污染小，資源得到了合理的利用，經濟上也是可行的。總之，本設計無論從原材料、動力供給，還是從交通運輸等方面考慮，擬建廠址所在地都比擬適宜。再者，從廠址所在地的經濟開展、自然條件的利用都符合我國的國情和西部大開發這一主題。環境保護擬建工廠在整個生產工藝中，主要采用比擬成熟的水提醇沉提取法進行提取多糖，然而，生產中所用的水、乙醇等都能回收利用；對于所用的乙醇采用精餾對其提取，并再次用于香菇多糖的提取中。提取香菇多糖后的殘渣，可以對這些殘渣進行重復利用，以獲得更好的經濟利益。因此，本生產工藝無“三廢”排放，可實現清潔生產。即可到達國家的節能減排，環保等標準。企業組織管理勞動定員和人員編制擬建廠有廠部領導及其下屬的科室和車間組成，技術人員主要從離校畢業生和相關企業的有工作經驗人員中招聘，勞開工人從本地區招收。普通工人的技能由本廠技工帶著培訓。企業內部按照有利于開展生產，有利于充分利用人力資源、術、裝備、資金，有利于宏觀調控微觀搞活，有利于調動各個方面的積極性，有利于提高經濟效益的原那么，在劃小核算單位的根底上下放權利，實行分級分權管理。企業實行廠長負責制，各部門負責人直接受廠長負責，并實行三級管理，廠、科、車間及人員編制以組織好生產為原那么。由于香菇生產屬是間歇生產過程，故檢修可以根據市場的需求確定。在正常情況下，香菇多糖生產車間每天實行四班制，每班八小時，機械設備大修每二年一次，機械設備保養每一年一次。人員編制如下表1.1所示：表1.1香菇多糖生產人員編制工種班制男女總人數提取崗位444醇析崗位444過濾崗位444枯燥崗位444乙醇回收崗位444司爐崗位444技術員1112平安員111輔助人員133車間主任122總計191332資金籌措方式采用局部國家貸款，局部自籌資金和局部銀行貸款分期歸還方式，而且籌集資金可以采用職工入股的方式，使職工真正成為企業的主人，充分調動職工的積極性。2設計工藝說明2.1全廠產品及工藝流程全廠主要產品及結構本廠的主要生產的產品是香菇多糖，副產品香菇醋，酒精回收利用作為全廠生產環節的一個重要過程。香菇多糖為白色粉末狀固體，對光與熱穩定。有吸濕性，香菇多糖中的純多糖含多個極性基團(主要是羥基和其他極性取代基)，水溶性一般較好，特別是在熱水中溶解度較大，一般在水中最大溶解度為3mg/mL，也能溶于0.5mol/L的氫氧化鈉水溶液中，溶解度可達50～100mg/mL，難溶于甲醇、乙醇和丙酮等有機溶劑。香菇多糖的分子式：(C42H70O35)n，香菇多糖的化學結構模型如以下圖2.1所示：圖2.1香菇多糖化學結構模型香菇多糖的化學結構式如以下圖2.2所示：圖2.2香菇多糖的結構式香菇多糖的生產工藝香菇多糖提取的傳統方法有：水提醇沉法、稀堿浸提法、稀酸浸提法、和酶法等，近幾年隨著對香菇的研究不斷深入，又出現一些比擬新穎的提取方法，如超濾法、微波輔助浸提法及超聲波法等[3]。本設計工藝香菇多糖生產工藝流程簡圖如以下圖2.3所示：工藝過程簡述如下：香菇原料經過枯燥粉碎參加提取罐在料水比為1:20，pH7.0左右，90℃浸提4h進行多糖的初步提取，提取后經過過濾設備進入儲料罐存儲并對料液降溫，其中過濾的殘渣可以經過發酵制備香菇醋。儲料罐的料液經過蒸發器進入醇析罐，在醇析濃度為70%下進行醇析，醇析后經過過濾的多糖在經過蛋白脫除罐在樣品與氯仿-正丁醇為1:1條件下萃取30min脫蛋白，在醇析后過濾的濾液經過精餾塔精餾回收乙醇。最后將脫蛋白后的多糖液體送入噴霧枯燥塔進行噴霧枯燥，最終得到多糖產品。圖2.3香菇多糖生產工藝流程簡圖2.2全廠副產品全廠生產過程中將產生大量的香菇廢渣，這些廢渣可以經過香菇發酵、酒精發酵和醋酸發酵等多步，將原料中的有關物質轉化成食用菌保健醋中的有效成分，從而生產出香菇醋，這種醋富含氨基酸及真菌多糖，有一定的保健功能。這也是本場的一種副屬產品，其根本工藝過程如以下圖所示：圖2.4香菇醋生產工藝流程簡圖參照邵偉[15]等研究的香菇醋制備工藝研究，可采用發酵條件為：香菇發酵溫度為28℃，轉速150r/min，培養2天；酒精發酵溫度為30℃，發酵液中可溶性固形物含量為8%左右，接種量為0.25%(干酵母)左右，發酵時間為4d；醋酸發酵溫度為30~33℃，接種量為10%~15%，發酵時間為25~28d。用該方法生產周期較短，發酵過程中不添加任何化學物質，口感純粹，風味獨特，既可用于烹調，經調配降低其酸度并添加甜味物質后又可制成飲料，是老少皆宜的保健飲品[15]。此方法制備出的香菇醋兼具營養及保健的功能，而且香醇味美，符合當前人們回歸自然的飲食需要，可成為一種新型的保健醋。3設計說明3.1全廠總平面布置全廠總平面設計為本設計的一項重要任務，總平面設計合理與否，直接影響新建廠能否節約而有效的的順利進行，影響到新建廠后的生產、管理、本錢、能耗等各個方面，同時還影響到全廠的美觀和今后的開展。總平面設計的根本原那么為；建筑物之間相互配置應符合生產程序的要求，并能保證合理生產作業線；原材料、半成品、成品的生產作業線應銜接協調，流程疏通，防止交叉和往返；廠內一切運輸系統布置應適合貨物運轉的特征，盡可能使貨運路線和人員路線不交叉；適當劃分廠區，建筑物之間的距離盡量縮小，但必須符合防火和衛生技術條件的要求；在保證平安生產的前提下力求縮小廠房戰地面積，廠房布置盡量緊湊，根據生產的特點和設計擬建的工廠為中小型企業的情況，將工廠劃分為幾個區域，并按照區域進行布置，以保證各區域之間位置的協調配合，并符合衛生防疫和環境美化。原料廠及堆場本廠的主要原料是香菇，香菇受潮容易腐爛發霉，所以要防止雨淋。同時應保證良好的通風條件。應設計在工廠主干道旁并且靠近粉碎車間，以便減少運輸。生產區生產區是工廠的主要組成局部，占地面積很多。生產區的布置在工廠的中心地帶，與大門直接相對，使工人上下班和運輸都比教方便。建筑物的相對位應符合生產流程的要求，同一生產系統多生產線路盡可能成鏈狀列。建筑物之間的距離，在滿足防火要求的前提下盡量縮小，以減少建筑面積。提高建筑系數和場地利用系數。廠房的方向、位置和間距應符合采光通風的要求。從方向來說，按生產流程方向自東向西；就位置而言，苛重和震動大的車間，如鍋爐房等，力求設置在地址較好的地段上。為了獲得較好的自然采光以及廠房的防震效果，大局部采用工字形、L形、11形廠房，外形簡單整齊。為了獲得良好的通風條件，廠房與主導風向仍成45度角。輔助附屬車間及其它效勞環節的位置位于其效勞范圍的中心或靠近主要效勞對象。如原料場靠近車間，廢渣回收靠近運輸路線。生產性質相同的車間或輔助環節，做到盡量聯合布置，在大廠房中，這樣可以縮短距離，提高場地的利用率和辦事效率。而各種不易受氣候影響的設備如塔等，均采用露天布置，這樣可以節省投資。合理的進行廠內道路布置，對提高運輸效率，保證運輸平安等均有重要意義。道路的寬度主要取決車輛通行量、行使車輛的型號和工廠的規模。擬建廠設計道路寬度為9米，道路的交叉口為圓形。工廠綠化可分為生產區綠化、廠前區的綠化、生產區與生活區之間隔離地帶的綠化。生產區的綠化能減弱生產中散發出來的有毒氣體和噪音對人體的影響。同時能凈化空氣，吸收生產過程中散發出來的煙塵，有助于改善廠區的氣候，而且能減少夏季陽光的輻射，在冬季能防風，有利于保溫。廠前區廠前區的建筑包括行政樓、研發樓、職工食堂、醫務室等。其中行政樓位于主干道前，靠近工廠邊緣。研發樓、醫務室位于主樓后邊，周圍設綠化帶。動力區動力區包括配電室、鍋爐房等，他們盡量靠近其效勞的車間。這樣可以減少管路的鋪設和運輸過程的損耗。配電室位于工廠的東南側，靠近外部輸電線。輔助車間主要的車間有備件庫、機修車間、消防車間等。他們盡量靠近生產區，以便在生產車間發生故障或以外事故時能及時進行修理和搶救。倉庫區倉庫區包括原料倉庫和產品倉庫，他們都位于主干道旁以便于運輸，成品倉庫靠近噴霧枯燥的附近。以上各個區域以倉庫區、廠前區、原料場構成生產區。為保證生產的連續性，應合理的布置各個區，使生產發生聯系的車間、倉庫等就近布置，盡量減少管路的交叉和返回，使生產上或與生產聯系緊密的分區布置到達衛生防火的要求。綜上所述，平面布置有以下特點：廠房建筑物的布置與生產工藝流程相適應。原料、半成品和成品形成整個順序盡量保證流水作業，防止逆行和交叉；鍋爐房、變電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短其間距離，節省投資。由廠前去到生產區的主要干道，應防止與主要運輸道路交叉；盡量使大多數廠房向陽、背風、避煙塵瓦斯等，盡可能使各車間采用自然光和自然通風等；按防火標準的要求，保證建筑物之間的距離，符合規定；根據衛生規模的要求，將生產區布置在生產區的下風向。由嚴重毒害和煙塵的氣體，盡量布置在廠區的下風向；根據環保的要求，生產區設有廢渣處理站，廢水處理站等設施；考慮工廠今后的開展，在產區間留有建筑余地；盡量做到以生產區為軸線，再考慮輔助車間、行政樓和道路的安排。3.2三廢的處理及回收在香菇多糖的生產過程中會用到氯仿-正丁醇，所以會對水有一定程度的污染，為了解決這個問題，采取對氯仿-正丁醇的回收利用。在這個工藝中，根本上沒有廢氣污染，同時廢渣可以發酵生產香菇醋，具有很好的利用價值和經濟價值。擬建工廠在整個生產工藝中，采用比擬成熟的水提醇沉提取法進行提取多糖，然而，生產中所用的水、乙醇等都能回收利用；對于所用的乙醇采用精餾對其提取，并再次用于香菇多糖的提取中。提取香菇多糖后的殘渣，可以對這些殘渣進行發酵生產香菇醋，以獲得更好的經濟利益。因此，本生產工藝無“三廢”排放，可實現清潔生產。3.3車間布置說明本廠采用水提醇沉法制取香菇多糖，并將所用的乙醇進行回收再利用處理。根據實際情況，設計包括以下幾個過程：粉碎過程，提取過程，別離過程，發酵過程，精餾過程以及其它輔助過程等。本設計任務重點是酒精精餾過程。因此，下面主要介紹一下精餾塔布置情況。由于精餾過程的主要設備是精餾塔，精餾塔屬于露天式。車間為兩層樓結構，長為20m，寬為6m，高為14.1m，一層高為7m，二層高為結合生產流程圖、車間立面圖、車間平面圖可以看出生產設備與生產流程的關系，表現出車間的面積與空間、生產管理與操作條件及各工段的聯系。本車間還具有以下特點：輔料車間與使用設備靠近。按流程要求，為了減少動力消耗，提高了醛塔的位置，換熱器安裝位置稍高，也節省了動力消耗。互相聯系的設備，在保證正常運行必須的間距的條件下，彼此可以適當靠近。較合理的安排廠房的出口，通道和樓梯的位置。各設備統一安排，排列整齊，有足夠的操作空間，符合工藝流程的要求。車間布置圖，分平面布置圖和立面布置圖，圖上標出了各主要設備的定位尺寸；圖上標有輪廓線、樓梯等位置。4工藝計算及設備選型4.1設備工藝計算及選型提取罐的計算及選型物料衡算：設工作300天，那么可知每日產量約為16.67kg/天，按提取率為7%計算，每次投料約為100kg。提取過程的溫度為90℃，料液比為1:20m水=20×100=2000kg因為提取中主要含有水，那么溶液密度可按水密度來計算；那么V=m水/1000=2m取V實際=1.5V，那么V實際=3熱量衡算：由于為間歇式操作，里面保持90℃Q=CmΔT在提取時，里面主要是大量的水，所以比熱容近似可按水的計算，C=4.2kJ/mol·K；故，Q=CmΔT=4.2×(2000+100)×(90-25)=573300kJ總傳熱系數由經驗可知：K=2000W/m·℃所以可的加熱面積為：所以提取罐的體積為3m3，設計選用三個提取罐，查文獻[16]表4.1提取罐主要參數表公稱體積實際體積加熱面積加料口直徑外形尺寸2m3m4.400mm1300×3850攪拌速率排出口直徑質量配套電機60r/min800mm2050kg4kw蒸發器的計算及選擇蒸發設備在結構上必須有利于過程的進行，因此，選用和設計蒸發器設備時應考慮以下幾點：盡量保證較大的傳熱系數要適合溶液的一些特性，如黏度、起泡性、熱敏性、溶解度隨溫度變化的特性及腐蝕性；能完善地別離液沫盡量減少溫差損失能排出溶液在蒸發過程中析出的結晶體能方便地清洗傳熱面綜上所述，選取了單效蒸發過程，計算如下：=1\*GB3①水分蒸發量在蒸發器中，從溶液中蒸發出的水分可由一般物料衡算方程解出，即Fx0=〔F-W〕x所以F—溶液加料量，kg/hW—水分蒸發量，kg/hx0，x—料液與完成液的質量分數，%其中x0=0.35%，x=1%，F=200kg/h那么：=2\*GB3②蒸汽消耗量在蒸發器中所消耗的熱量主要是供給發生二次蒸發所需的潛熱，除此之外，還要供給溶液加熱至沸點及損失于外界熱量，所以蒸發量由以上三者之和決定，可以通過熱量衡算求得；DI+FCt0=Wi+(FC-WC)t1+DC?+q′D(I-C?)=W(i-Ct1)+FC(t1-t0)+q′由上式可以計算計算熱蒸汽的消耗量：D=[W(i-Ct1)+FC(t1-t0)+q’]/(I-C?)假設加熱蒸汽和二次蒸汽都在冷凝溫度時排出，那么(I-C?)與(i-Ct1)分別為加熱蒸汽和二次蒸汽的蒸發潛熱。所以上式可簡化為：D=[Wr+FC(t1-t0)+q′]/R式中：C—溶液的比熱容，kJ/mol·kD—加熱蒸汽的消耗量，kJ/hI—加熱蒸汽的熱含量，kJ/moli—二次蒸汽的熱含量，kJ/molR—加熱蒸汽的蒸發潛熱，kJ/molr—二次蒸發的蒸發潛熱，kJ/mol?—冷凝水的溫度，Kt0，t—溶液最初溫度與最終溫度〔沸點〕，Kq′—損失于外界的熱由于多糖含量為0.35%<20%，那么溶液比熱容C近似為：C=C2(1-B)那么，C=4.2×(1-0.35%)=4.18kJ/kg·K。料液溫度為30℃，出口為100℃，蒸發器蒸發的壓力：101.3KPa，極熱蒸汽是143.3KPa下的飽和溫度，在此溫度下，可知r=2257kJ/kg故，因為Q=DR=157.8×2230=97758W所以傳熱面積：A=Q/KTK=1704W/m2·K那么傳熱面積A=97758/1704×70=1.6m=3\*GB3③蒸發器的主要尺寸加熱室主要尺寸：選用Ф15mm×3mm，長為1m的不銹鋼管作為加熱管，那么管數為：;為了平安，取n=34×1.1=38根。加熱管按正三角形排列，那么管束中心線上的管子數約為：nC=1.1n1/2=1.1×381/2=7根取管心距S為50mm，取管束中心線上最外層的中心至殼體內部的距離b′為1.5d0，那么極熱室直徑為：di=S(nc-1)+2b′=50×(7-1)+2×(1.5×15)=345mm圓整后去di=400mm循環管尺寸計算：根據經驗，循環管的截面積取80%的加熱管總面積，即循環管總面積為：所以循環管直徑為：圓整后取d=70mm別離室尺寸計算：取別離室高度為1m。假設蒸發時的真空度為-0.08MPa，相當于絕對壓強的20KPa，二次蒸汽的密度ρ為0.131kg/m3，那么二次蒸汽的體積流量為：取允許蒸發體積強度為VS,y=1m3/m3·s，取DZ=800mm所設計的外循環蒸發器主要尺寸如下表4.2：表4.2外循環蒸發器主要尺寸表加熱管加熱室別離室循環管規格長度/m根數直徑/mm長度/m直徑/mm高度/m直徑/mmФ15mm×3mm138400約1800170醇析罐設計計算醇析過程主要是將水提后的多糖溶液進一步進行醇析提取，已得到純度較高的多糖。醇析過程主要在常溫下進行操作，因為乙醇容易揮發，溫度過高會使乙醇大量揮發而產生浪費，并且高溫操作也會帶來危險。〔1〕醇析罐體積計算物料衡算：由于整個過程為間歇操作，按照任務量可知每次進料為2000kg，含糖量為0.35%，經過蒸發器蒸發濃縮后濃度達0.1%，可計算出每次投入醇析罐的量為：2000×0.35%=1%m那么，m=7/0.01kg=700kg由于參加的糖溶液中99%為水，那么溶液密度近似可按水密度計算，那么：V水=700/1000m3=按照物料衡算可計算得到參加95%乙醇的體積，計算如下：〔V水+V〕70%=95%VV≈2m所以，每次參加95%乙醇的量為2m3因為可按體積加和性來計算，所以可近似認醇析時的體積為2.7m取裝填系數為：0.85那么，V實=2.7/0.85=3.1m3，查文獻[16]可取醇析罐H/D所以，，H=1.1D=1.1×1.5=1.65〔2〕醇析罐材料選擇設計選用三個提取罐，取其壁厚為20mm，材料為20R〔GB6654〕；許用溫度為>-20℃厚度20mm<34mm；壓力位1.01MPa。脫蛋白罐設計計算脫蛋白過程主要是為了使多糖里含有的蛋白類物質脫除掉，因為蛋白存在將對多糖的保健及醫療效果有較大影響。在脫蛋白過程中按照1:1的物料與氯仿-正丁醇的比例混合脫除，脫除溫度在常溫下進行。〔1〕脫蛋白罐體積計算參加的過濾后的多糖經過與水1:10溶解后參加到脫蛋白罐，那么參加體積可得：m=7×10kg=70kgV1=m/ρ=70/1000=0.07m所以V=2V1=2×0.07=0.14取裝填系數為：0.82那么，V實=0.14/0.82=0.17m3，查文獻[18],可取醇析罐H/D所以，，圓整后取D=450mm，H=1.1D=1.1×450mm=495mm〔2〕脫蛋白罐材料選擇設計選用三個提取罐，取其壁厚為10mm，材料為20R〔GB6654〕許用溫度為>-20℃厚度10mm<34mm壓力位1.01MPa。枯燥器的計算及選擇設計處理的多糖液體含水量為85.7%〔濕基〕，環境溫度t0=20℃，相對濕度為80%，加熱蒸汽的壓力為0.8MPa，進風溫度t1=160℃，排風溫度t2=80℃〔1〕水分蒸發量〔2)多糖產量〔3〕進風量根據t0=20℃x0=0.0118kg水蒸氣/kg干空氣I0=49.24kJ/kg干空氣當t1=160℃，t2=80℃時，在I1=I2=192.59kJ/kg干空氣x=0.0425kg水蒸氣/kg干空氣所以，kg干空氣/h根據計算求得空氣在20℃時比容γ0=0.87m所以進風量為：V0=Lν0=244.3×0.87=212.54m3〔4〕排風量根據計算，80℃時，尾氣排出時的含濕空氣比容γ2=1.09m所以排風量為：V2=Lν2=244.3×1.09=266.3m3〔5〕總熱耗理論熱耗：Qt=I(I2-I0)=212.54×(192.59-49.24)=30467.6kJ/h因為在運行中有設備的熱量損耗，這里設定熱量損耗為8%，那么〔6〕空氣加熱管面積查飽和水蒸汽性質表得，當表壓為0.8Mpa時，飽和蒸汽溫度為T=174.5℃，飽和蒸汽的比熱焓為：I=2778kJ/kg，冷凝水比熱焓i=734.1kJ/kg對數平均溫度為：那么，極熱面積〔7〕蒸汽消耗量所以，可選擇噴霧枯燥器型號為：PD-2型，其主要技術參數如下表4.3：表4.3噴霧枯燥器主要參數表型號水分蒸發量/kg所需功率/kwPD-21435儲罐的選擇=1\*GB3①儲罐〔Ⅰ〕的用途是用來暫存原料，主要起到緩沖作用然后送入下一步處理。設計按一天提取的任務量來計算，那么所需要的體積為：V=3×3=9m3填充系數：0.85罐實際容積：V實=10m查文獻[16],可選儲罐型號為：HG5-1574-85計算容積為10m3，儲罐內徑為2000mm，罐壁高度為：3185mm，拱頂高度為：260mm，總高：3445mm，拱頂厚度：5.5mm所用材料為：20R〔GB66547〕儲罐的液位計選擇：鋼與玻璃燒結液位計〔HG21606—1993〕其適用范圍：鋼與玻璃燒結液位計用于觀察化工、石化、醫藥等。使用溫度：0~18設計壓力：-0.1~2.5MPa其儲罐主要參數見下表4.4〔a〕表4.4〔a〕提取后原料儲罐主要參數表公稱容積/m3公稱直徑/mm拱頂高度/mm拱頂厚度/mm總高度/mm管壁高度/mm10200085.534453185=2\*GB3②儲罐〔Ⅱ〕的用途是存儲乙醇本儲罐標準系列的設計壓力為常壓，設計溫度為0℃≤t≤200℃，公稱容積Vg為0.1~所以根據乙醇儲罐的大小可選擇儲罐型號為：HG5-1573-85-19，其主要參數如下表4.4：表4.4〔b〕乙醇儲罐主要參表公稱容積/m3全容積/m3公稱直徑/mm厚度/mm高度/mm允許腐蝕裕度/mm儲罐質量/kg66.282000820002.511604.2主要設備工藝計算及選型精餾過程原理和條件精餾是多級別離過程，即屢次而且同時運用局部氣化和局部冷凝的方法，使混合液得到較完全別離，以分別獲得接近純組分的操作。利用t-x-y相圖，可以對精餾原理作具體的分析說明。如圖4.1將組成為xF，溫度為tF的混合液加熱到t1，使其局部氣化，并將氣相與液相分開，可得到氣相組成為y1，液相組成為x1產品。圖4.1屢次局部汽化和冷凝的t-x-y理論上屢次局部氣化在液相中可獲得高純度的難揮發組分，屢次局部冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發組分，但因產生大量中間組分而使產品量極少，且設備龐大。工業生產中的精餾過程是在精餾塔中將局部氣化過程和局部冷凝過程有機結合而實現操作的。如以下圖4.2所示為一精餾塔。下面由加熱釜(再沸器)供熱，使釜中殘液局部汽化后蒸汽逐板上升，塔中各板上液體處于沸騰狀態。頂部冷凝得到的餾出液局部作回流入塔，從塔頂引人后逐板下流，使各板上保持一定液層。上升蒸汽和下降液體呈逆流流動，在每塊板上相互接觸進行傳熱和傳質。原料液于中部適宜位置處參加精餾塔，其液相局部也逐板向下流入加熱釜，汽相局部那么上升經各板至塔頂。由于塔底部幾乎是純難揮發組分，因此塔底部溫度最高，而頂部回流液幾乎是純易揮發組分，因此塔頂部溫度最低，整個塔內的溫度由下向上逐漸降低。圖4.2精餾塔中物料流動示意圖精餾操作分析可知，為實現精餾別離操作，除了具有足夠層數塔板的精餾塔以外，還必須從塔頂引人下降液流(即回流液)和從塔底產生上升蒸汽流，以建立汽液兩相體系。因此，塔底上升蒸汽流和塔頂液體回流是精餾過程連續進行的必要條件。精餾操作對塔設備的要求精餾所進行的是氣(汽)，液兩相之間的傳質，而作為氣(汽)，液兩相傳質所用的塔設備，首先必須要能使氣(汽)，液兩相得到充分的接觸，以到達較高的傳質效率。但是，為了滿足工業生產和需要，塔設備還得具備以下各種根本要求：(1)氣(汽)，液處理量大，即生產能力大時，仍不致發生大量的霧沫夾帶，攔液或液泛等破壞操作的現象。(2)操作穩定，彈性大，即當塔設備的氣(汽)，液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作并應保證長期連續操作所必須具有的可靠性。(3)流體流動的阻力小，即流體流經塔設備的壓力降小，這將大大節省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。(4)結構簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調節和檢修。(6)塔內的滯留量要小。塔設備的類型氣—液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣-液傳質設備，其種類繁多，根據塔板上氣-液接觸元件的不同，可分為泡罩塔，浮閥塔，篩板塔，穿流多孔板塔，舌形塔，浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。

工業上最早使用的是泡罩塔(1813年)，篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油，化學工業生產的迅速開展，相繼出現了大批新型塔板，如S型板，浮閥塔板，多降液管篩板，舌形塔板，穿流式波紋塔板，浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔，篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。〔1〕篩板塔

篩板塔也是傳質過程常用的塔設備，它的主要優點有：=1\*GB3①結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60%，為浮閥塔的80%左右。=2\*GB3②處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15%。=3\*GB3③塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。=4\*GB3④壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30%左右。篩板塔的缺點是：=1\*GB3①塔板安裝的水平度要求較高，否那么氣液接觸不勻。=2\*GB3②操作彈性較小(約2～3)。=3\*GB3③小孔篩板容易堵塞。〔2〕浮閥塔在泡罩塔的根底上開展起來的，它主要的改良是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上有浮動的浮閥，浮閥可根據氣體流量上下浮動，自行調節，使氣縫速度穩定在某一數值。這一改良使浮閥塔在操作彈性，塔板效率，壓降，生產能力以及設備造價等方面比泡罩塔優越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾，吸收以及脫吸等傳質過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數有的多達數百塊。

浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有以下特點：=1\*GB3①處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40%，而接近于篩板塔。=2\*GB3②操作彈性大，一般約為5～9，比篩板，泡罩，舌形塔板的操作彈性要大得多。=3\*GB3③塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。=4\*GB3④壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為400～660N/m2。=5\*GB3⑤液面梯度小。

=6\*GB3⑥使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現象的系統也能正常操作。=7\*GB3⑦結構簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60～80%，為篩板塔的120～130%。根據工藝要求，本設計中選用浮閥塔。4.3精餾塔工藝設計計算精餾塔的物料衡算根據任務可知，年產酒精是1800噸，按每年150天計算，那么平均產量為；產物濃度〔酒精〕95％〔v〕，而換算為質量濃度為93.9％；進料體積濃度為70％，換算為質量濃度為67.2％；查文獻[19]可知：乙醇含量70％時，密度；乙醇含量95％時，密度。所以釜液出料濃度控制在0.01％以內，所以全塔物料衡算：F=D+WFxF=DxD+WxW又因為所以解得F=22.95kmol/hW=11.05kmol/h工藝中采用冷液進料，又因為L=RD其中取R=2.5由《T-X-Y》圖可知，當xF=0.445時，乙醇—水溶液的泡點為80.05℃，在品均溫度為〔80.05+30〕乙醇的比熱容2.994kJ/kg﹒K乙醇的汽化潛熱864kJ/kg水的比熱容4.18kJ/kg﹒K水的汽化潛熱2258kJ/kg換算成摩爾單位：乙醇的摩爾比熱容CmA=137.73kJ/kmol﹒K乙醇的摩爾汽化潛熱rA=38916kJ/kmol水的摩爾熱熔CmB=75.26kJ/kmol﹒K水的摩爾汽化潛熱rB=40644kJ/kmol比擬水與乙醇的摩爾汽化潛熱可知，系統滿足衡摩爾流假設，那么：加料液的品均摩爾熱容：加料液的平均汽化潛熱：所以可得：理論塔板數的計算〔1〕作t-x-y圖查文獻[17]可知乙醇－水溶液氣液平衡數據，作t-x-y圖圖4.3常壓下乙醇－水溶液的t-x-y圖圖4.4常壓下乙醇－水溶液的x-y圖〔2〕由平衡數據作得x-y圖，求得最小回流比因為乙醇－水溶液的x-y曲線是非正常曲線，所以只能用圖解法求得最小回流比，方法是過xD點作與x-y相切的直線，直線交于y軸〔0，0.27〕，求得直線的斜率k，由此可以得到k＝0.66；所以＝1.9，那么由經驗數據取得R=2.5∈〔1.1～2.0〕Rmin，那么R=2.5。那么精餾段操作線方程為：提餾段液相流量：L′=L+qF=29.75+1.13×22.95=55.68kmol/h提餾段汽相流量：V′=L′-W=55.68-11.05=44.63kmol/h那么提餾段操作線方程為：〔3〕逐板計算法計算理論板數由相平衡方程可知，根據乙醇—水體系的相平衡數據可計算出相對揮發度，結果如下：當x＞0.7，y＞0.755時，a=1.29;當x∈(0.6，0.7)，y∈(0.698，0.755)時，a=1.43;當x∈(0.5，0.6)，y∈(0.657，0.698)時，a=1.72;當x∈(0.3，0.5)，y∈(0.575，0.657)時，a=2.44;當x＜0.3，y＜0.575時，a=4.5;因為q=1.13，那么由可得：塔頂，按逐板計算方法可算：精餾段：從第一塊板下降的液相組成：從第二塊板上升的汽相組成：從第二塊板下降的液相組成：從第三塊板上升的汽相組成：從第三塊板下降的液相組成：從第四塊板上升的汽相組成：從第四塊板下降的液相組成：從第五塊板上升的汽相組成：從第五塊板下降的液相組成：同理可知：，；，；，；，；，；，；，；因為，那么從第十二塊板加料，此處為進料板。提餾段：從第十三塊板上升的汽相組成：從第十三塊板下降的液相組成：同理可知：，；，；，；，；，；，；，；所以求得理論板數為20塊，加料板載第十二塊。〔4〕塔板效率的計算查文獻[17]可知：塔頂：xD=0.858時，tD=78.2℃塔釜：xW=0.00004時，tW=99.6℃所以塔頂和塔釜的算數平均溫度為，由此查文獻[17]知，在88.9℃時，。根據公式可得：所以，由奧康奈爾關聯式：可得塔板效率為：〔5〕實際板數及加料位置確實定，取整數加料板位置，取整數所以在第21快板加料〔由上向下數〕塔內各主要物性參數確實定〔1〕確定進料溫度、塔頂回流溫度、塔釜溫度及壓力=1\*GB3①進料溫度、塔頂回流溫度和塔釜溫度，可以從t-x-y圖查得，并根據工業實踐數據確定進料溫度：tF=81塔頂回流溫度：tD=78.2塔釜溫度：tW=99.6=2\*GB3②平均操作溫度精餾段提餾段=3\*GB3③塔內壓力塔頂：P1=101.3KPa進料：PF=101.3+21×0.7=116KPa塔釜：PW=116+15×0.7=126.5KPa精餾段平均壓力：P=(101.3+116)/2=105.65KPa提餾段平均壓力：P=(116+126.5)/2=121.3KPa〔2〕摩爾質量計算=1\*GB3①對于塔頂y=xD=0.858查t-x-y圖x1=0.84=2\*GB3②對于加料板xF=0.454查t-x-y圖y=0.64=3\*GB3③對于塔釜xw=0.00004查t-x-y圖y=0.00051=4\*GB3④精餾段氣液平均摩爾質量=5\*GB3⑤提餾段氣液平均摩爾質量塔內各處摩爾質量見下表4.5表4.5塔內各處物料摩爾質量塔頂進料塔釜MV(g/mol)42.0235.9218.02ML(g/mol)41.5230.4618精餾段平均密度MV(g/mol)38.97精餾段平均密度ML(g/mol)35.99提餾段平均密度MV(g/mol))26.97提餾段平均密度ML(g/mol)24.23〔3〕平均密度計算=1\*GB3①計算汽相的密度故精餾段氣體的密度提餾段氣體的密度=2\*GB3②計算液相平均密度由公式可計算出液相密度。塔頂：tD=78.2℃時，，(A為易揮發組分，B所以：進料板：，；塔釜：，所以精餾段液相平均密度為：提餾段液相平均密度為：所得數據匯于下表4.6：表4.6塔內各處物料密度塔頂進料塔釜ρA(kg/m3)742.1744.6726.4ρB(kg/m3)971.2973.3956.3wA0.9390.6720.00012ρL(kg/m3)753.1806.78753.1精餾段平均密度ρL(kg/m3)753.1精餾段平均密度ρV(kg/m3)779.94提餾段平均密度ρL(kg/m3)879.59提餾段平均密度ρV(kg/m3)1.08〔4〕求液體的外表張力查文獻[19]可得得25℃時，不同濃度酒精外表張力如下表4.725℃乙醇摩爾分數0.8580.4540.00004外表張力mN/m23.128.564在不同溫度時對酒精的外表張力進行換算，采用如下方法：查得乙醇Tic=243℃，水Tic=所以，計算數據匯于下表4.8：表4.8塔內各處外表張力塔頂進料塔釜組成0.8580.4450.00004溫度℃78.28199.6臨界Tmc261.6315.8374.2外表張力mN/m17.0222.0547.97故精餾段平均外表張力提餾段平均外表張力〔5〕參數匯總，見表4.9：表4.9塔內主要參數匯總精餾段提餾段氣相密度〔kg/m3〕1.441.08液相密度〔kg/m3〕779.94879.59氣相分子量(g/mol)38.9726.97液相分子量(g/mol)35.9924.23外表張力(mN/m)19.5435.01塔的初步計算〔1〕精餾塔的氣液負荷計算精餾段：體餾段：〔2〕塔徑的計算查文獻[17]，根據浮閥塔板間距參數，初設塔板間距HT=0.3m，取板上液層高度hl=0.06m，那么:=1\*GB3①精餾段塔徑確實定所以查圖4.5可知：C20=0.052圖4.5smith圖，取那么：估算塔徑=2\*GB3②提餾段塔徑確實定所以,查smith圖得C20=0.053，取那么：估算塔徑為了便于制造，圓整取D=800mm；查閱文獻[17]，根據板間距與塔徑關系，可知塔徑D與板間距適宜，且有效塔高H0=NHT=36×0.3=10那么塔截面積空塔氣速(3)溢流裝置選用單溢流弓形降液管，不設進口堰，各項計算如下：=1\*GB3①堰長Lw，取Lw=0.6D=480mm=2\*GB3②出口堰高hw查閱文獻[17]，知hw=hl-how；采用平直堰、堰上液層高度how按照文獻[17]中公式計算，即；其中：lh——液體體積流量m3/hlw——堰長m對于精餾段：可近似取E=1，因Lw=0.48m，lh=0.00038×3600m3取清液高度hL=0故hw=hl-how=(0.05-0.0057)m=0.0443m對于提餾段：Lw=0.48m，lh=取清液高度hL=0.h′w=hl-how=(0.05-0.00595)m=0.04405m〔4〕弓形降液管寬度Wd和面積Af因為lw/D=0.6查圖4.6可知：故，依據查閱文獻[17]公式計算得液體在降液管中的停留時間：所以，對精餾段：提餾段：故降液管設計合理，并可用。〔5〕降液管底隙高度h0降液管底隙高度依據下式計算：根據經驗取u′0=0.35m/s，那么：精餾段：提餾段：故降液管底隙高度設計合理。圖4.6弓形降液管參數圖〔6〕塔板布置=1\*GB3①塔板的分塊因為塔徑D=800mm，故塔板采用分塊式，根據下表可知，塔板分為3塊。表4.10塔板分塊數塔徑/mm800~12001400~16001800~20002200~2400塔板分塊數3456=2\*GB3②安定區和邊緣區寬度的選擇入口安定區W′s可取為50~100mm，出口安定區寬度Ws一般等于W′s，但是根據大量的工業實踐，目前多主張設出口安定區。邊緣區寬度為Wc，與塔徑有關，一般可取25~50mm。故可取W′s=0.06m，Wc=0.03m。〔7〕浮閥塔計算及浮閥數目與排列采用F1型種閥，重量約為33g，孔徑為39mm；那么浮閥數目可按下式計算：氣體通過閥孔的速度：;取臨界浮閥動能因數為F0=10，那么精餾段：，取N=32個；提餾段：，取N=26個。按t=90mm以等邊三角形交叉排列作圖，排列閥數為37個，如以下圖4.7所示圖4.7塔板結構圖以N=37重新核算孔速及閥孔動能因數，那么精餾段：塔板開孔率f=0.63/7.8=8.1%；提餾段：塔板開孔率f=0.63/7.5=8.5%，一般塔板開孔率在4%~12%之間，所以設計的開孔率在此范圍內，設計合理。塔板流體力學計算(1)氣體通過浮閥塔板的的壓強降可查閱文獻[17]可知計算塔板壓強降公式為：=1\*GB3①干板阻力在設計中可按下式計算：閥片全開前：閥片全開后：那么閥片全開前：精餾段：提餾段：閥片全開后：=2\*GB3②板上充氣液層阻力取板上液層充氣系數，那么=3\*GB3③液體外表張力造成的阻力此阻力很小，可以忽略不計所以，與氣體流經一層浮閥塔板的壓強降所相當的液柱高度為精餾段：hp=hc+hl=(0.037+0.025)m=0.062m提餾段：hp=hc+hl=0.057m(2)液泛現象為了防止液泛現象的發生，要求控制降液管中清液層的高度，可用下式計算，即=1\*GB3①與氣體通過塔板的壓強降所相當的液柱高度前面已經計算出精餾段：hp=0.062m；提餾段：hp=0.057m。=2\*GB3②液體通過降液管的壓頭損失因不設進口堰，故精餾段：提餾段：=3\*GB3③板上液層高度前已選定板上液層高度hL=0.05m所以，精餾段：Hd=(0.062+0.05+1.21×10-4)m=0.112m提餾段：Hd=(0.057+0.05+1.12×10-4)m=0.1取Ф=0.4，又已選定HT=0.3對精餾段：hw=0.0443m，Hd<0.138對提餾段：hw=0.04405mHd<0.138可見，符合防止液泛現象發生的要求。(3)霧沫夾帶按文獻[17]公式計算泛點率，公式如下：泛點率＝及泛點率＝板上液體流經長度板上液流面積乙醇－水系統可取物性參數K=1，查圖4.5得泛點負荷系數CF=0.052,故精餾段：泛點率＝及泛點率＝提餾段：泛點率＝及泛點率＝結論：對于直徑0.9m以下的塔，為了防止過量的霧沫夾帶，應控制泛點率不超過70％，計算出的的泛點率都在70％以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足要求，設計合理。塔板負荷性能圖〔1〕霧沫夾帶線可依據下式計算，即泛點率＝按泛點率為70%進行計算如下：對于一定物系及一定塔板結構，式中ρV,ρL,Ab,K,CF及ZL均為值，eV=0.1的泛點率上限值一亦可確定，將各數值帶入上式，便得出VS—LS的關系式，據此可作出負荷性能圖中的霧沫夾帶線按泛點率70％計算如下：精餾段：整理得：提餾段：整理得：〔2〕氣相負荷下限線對于F1重型閥，依據計算，，，那么故，精餾段：提餾段：(3)液相負荷下限線精餾段：取E=1，how=0.0057m，那么整理得：LS=0.00038m3/提餾段：取E=1，how=0.00595整理得：LS′=0.0004(4)液泛線液泛線方程為：所以可根據精餾段和提留段分別進行計算，計算結果如下：其中=1\*GB3①精餾段：所以可知精餾段液泛方程為：=2\*GB3②提餾段：同精餾段一樣，計算得出：a′=0.01713;b′=0.0715;c′=1152.89;d′=1.632所以可知提餾段液泛方程為：(5)液相負荷上限線液體的最大流量應保證在降液管中停留時間不低于3～5s，依據下式知液體在降液管中停留時間求出上限液LS值〔常數〕，在VS—LS圖上液相負荷上限線為與氣體流量無關的豎直線以?=5s作為液體在管中停留的時間下限，那么根據以上所計算出的數據可分別作出塔板負荷性能圖，精餾段負荷性能圖如以下圖4.8〔a〕所示：圖4.8〔a〕塔板負荷性能圖由塔板負荷性能圖上可以看出：任務規定的氣、液負荷下的操作點處于適合操作區內適中位置塔板的氣相負荷上限由液泛線控制，操作下限由液漏線控制按照規定的液氣比，由附圖查出塔板的氣相負荷上限D/m，氣相負荷下限(VS)min=0.00038m操作彈性＝0.00166/0.00038=4.36精餾段負荷性能圖如以下圖4.8〔b〕所示：圖4.8〔b〕塔板負荷性能圖由塔板負荷性能圖上可以看出：任務規定的氣、液負荷下的操作點處于適合操作區內適中位置塔板的氣相負荷上限由液泛線控制，操作下限由液漏線控制按照規定的液氣比，由附圖查出塔板的氣相負荷上限D/m，氣相負荷下限(VS)min=0.0004m操作彈性＝0.00166/0.0004=4.15將計算結果匯總列于下表4.11中：(m3/s)表4.11計算結果匯總表工程數值及說明備注塔徑D/m0.8板間距HT/m0.3塔板形式單溢流弓形降液管整體式塔板堰長LW/m0.48堰高hW/m0.05板上液層高度hl/m0.06降液管底隙高度ho/m0.03浮閥數N/個37正三角形叉排閥孔氣速uo/(m/s)精餾段7.8提餾段7.2閥孔動能因數Fo精餾段9.4提餾段7.5孔心距t/m0.09液體在降液管中所停留時間θ/s精餾段21.8提餾段20.5泛點率/%精餾段68.1提餾段56.0操作彈性精餾段4.36提餾段4.154.4精餾塔輔助設備選型冷凝器熱負荷及選型全凝器降塔頂的蒸汽冷凝為液體，其中局部回流，局部作為產品。全凝器選用列管式固定管板換熱器。對全凝器作熱量衡算，以1h為基準并忽略損失，那么：因，帶入上式并整理得；又冷卻介質為20℃的自來水，蒸汽走殼程，自來水走管程，逆流流動。由經驗數據可取出口溫度t2=70查數據得93.9％的混合液氣化熱：r=39.3kJ/mol當t1=20℃時，水的比熱容當t2=70℃時，水的比熱容故平均比熱容所以熱負荷冷卻水用量由T1=T2=78.2℃，t1=20℃t2=70平均溫度差由文獻[25]查得：冷卻水〔管內〕冷凝有機蒸汽〔管間〕時，總傳熱系數K=580~1160W/(m2·K)根據實際取K=900W/(m2·K)由得為了保證平安生產，計算結果乘上平安系數C=1.2，得換熱面積S實際=C·S=1.2×19=22.8m那么查閱文獻[18]選取的冷凝器主要尺寸如下表4.12：表4.12冷凝器尺寸表公稱直徑/mm管程數/n管子根數換熱管長度/mm面積/m2325288450023.1再沸