燃料丁醇工段工艺设计之工艺计算

2 工艺设计

2.1 工艺流程的选择

提纯精馏 结晶离心 干燥 成品 图2.1 玉米秸秆生产丁醇工艺流程图

Figure 2.1 The diagram of butanol production process with corn stalks

湿料浆 真空吸滤 滤液 滤渣 玉米秸秆 电磁除铁 粉碎机 调浆罐 蒸煮 纤维素酶 菌种 酶水解 发酵工序 2.2 课题设计的参数

2.2.1 课题设计的参数 (1) 生产规模：2万吨/年正丁醇 (2) 生产的天数：320天?年 (3) 生产原料：玉米秸秆 (4) 原材料工艺参数

表2.1正丁醇质量标准（GB/T 6027-1998） Table 2.1 The standard of butanol quality

项目 外观 色度（铂-钴）≤ 密度（20℃）g/cm3 正丁醇含量 % ≥ 酸度(以乙酸计) % ≤ 硫酸显色试验（铂-钴）≤

水分 % ≤ 蒸发残渣 % ≤

5 0.809-0.811 99.50 0.003 20 0.10 0.003 优级品

一级品 10 0.809-0.811

99 0.005 40 0.10 0.005

合格品 15 0.808-0.81

98 0.01 ------ 0.2 0.01

试验方法 GB 3143 GB 4472 GB/T 6027 GB/T 6027 GB/T 6027 GB 6283 GB 6324.2

透明液体、无可见杂质

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2.3 设计的指导思想

2.3.1 课题设计的指导思想 (1) 根据设计任务书的要求而完成的 (2) 根据实习工厂的成熟经验 (3) 根据毕业设计的设计规范

(4) 根据市场需求来可以转换生产模式。

2.3.2 课题设计遵循原则 (1) 节能环保 (2) 保证产品的质量 (3) 工艺合理可行

(4) 在一段时间内技术处于领先地位

2.4 玉米秸秆的干燥和清选

2.4.1 工段的原料

本设计是利用玉米秸秆为原料发酵生产正丁醇，原料为玉米秸秆。 2.4.2 干燥基本原理

由于玉米秸秆的营养价值不高，利用圆筒筛、除尘器等设备筛分原料、去除杂质。再利用通过列管换热器加热的干空气，在顺逆流粮食干燥器中逆流干燥，以获得符合生产要求的玉米秸秆。

2.4.3 生产流程

从厂外采购的原料玉米秸秆，因不符合储存标准，因此不易储存，玉米秸秆进厂后，需要先进行质检（分别从水分，杂质，霉变三个指标进行质检）；水分多易霉变，而霉变会造成发酵产量减少甚至失败；杂质不处理会损害到设备，影响工序

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的正常生产。因此本工段的任务就是对原料玉米秸秆进行除杂，干燥，达到储存要求，便于储存。

2.4.4 清选工段目的

为了满足工厂生产和贮存的需要，玉米秸秆原料的筛选和储存很重要，必须对原料玉米秸秆进行烘干和干躁，保证连续稳定供应原料。

2.4.5 清选工段原理

利用高温快速连续流动的顺逆流烘干机，对玉米秸秆进行干燥处理。然后通过RFL－10链式窑炉燃烧烟煤产生的高温烟气，经过沉降室的净化，进入列管式换热器的管内，以三个回程的热交换，把列管加热，废烟气由引风机引出，再经过烟囱排向高空。通过加热的列管把热量传给管外的空气，洁净的热空气再被风机以不同的温度、不同部位送入高温快速连续流动的顺逆流烘干机进行烘干，从而达到高水分粮干燥降水的目的。

2.4.6 主要异常现象及事故处理

玉米秸秆作为农业生产的一种下脚料，季节性非常强，在玉米收获季节要及时收集储藏，否则需用时就较难找到。注意原料不能雨淋、发霉。

原料玉米秸秆发生霉变时：高温灭菌，加抗生素。磁力去铁器需经常清理，防止物料输送堵塞。由于石头和铁不一定能完全除净，便很容易把筛网层打坏，需要工人进行及时检修更换，避免造成不必要的损失。

2.5 粉碎工段

2.5.1 粉碎工段方法

物理方法预处理法包括机械粉碎法和液态热水法，高能辐射等方法。机械粉碎法主要是利用削片和粉碎等机械手段将物料处理成细小颗粒，削片的颗粒大小为10~30mm，粉碎的颗粒大小为0.2~2mm，从而提高物料的比表面积，减少纤维素的

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结晶区，使催化剂、酶、蒸汽轻易而快速地传输到纤维内部，使得酶在水解过程中将碳水化合物转化为低聚糖。由于机械粉碎法没有对酶可及性造成阻碍的木素及半纤维素从纤维中分离，所以水解速度及糖化率不高。相对于其他预处理技术相比，机械粉碎法能耗大，成本高。化学方法主要是指以酸、碱、有机溶剂作为物料的预处理剂，破坏纤维素的结晶结构，打破木素与纤维素的连接，同时，使半纤维素溶解。稀硫酸法预处理木质纤维原料，使半纤维素水解，同时破坏纤维素的结晶结构，使原料结构疏松，从而提高了纤维素的可发酵性[25]。

皮带运输器 地坑 皮带运输器 列管式换热器 暂储仓 沉降室 斗提机 斗提机 欧式窖炉 圆筒清筛机 皮带运输器 空气 图2.2粉碎工段生产工艺流程图 Figure 2.2 The flow chart of smash craft

储仓 斗提机 皮带运输器 干粮 地坑 粉碎工段 顺逆流塔式干燥塔 斗提机 风机 干粮 湿粮

2.5.2 预处理工序 (1) 目的

① 切断纤维素、半纤维素、木质素之间的氢键，破坏纤维素的晶体结构，去除半纤维素和木质素，以提高纤维素的转化率。 ② 增加了原料的流动性，有利于连续性生产。 (2) 工艺流程

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纤维素预处理通常的方法有三种物理法、化学法、复合法。本工序采用玉米

秸秆为原料，利用物理法进行预处理。

经过该工序后半纤维素、木质素随滤液分离，最终得到脱木质素的纤维素进入酶水解工序。

(3) 预处理工序的工艺参数

表2.2 预处理工艺参数

Table 2.2 The Process parameters of pretreatment

名称

纤维素

玉米秸秆进料组成

被水解的纤维素含量 饱和蒸汽温度 饱和蒸汽压力 原料加热温度 加热时间 蒸煮的密度 调浆罐加水比 玉米秸秆的比热 半纤维素 木质素 灰分

工艺参数 37.4% 21.1% 17.69% 10.24% 95% 250℃ 5.5MPa 190℃ 5—30min 0.95kg/m3 1：3

1.62ⅹ103J/kg.k (4) 主要设备

本次工序的主要设备有粉碎机、调浆罐、蒸煮罐、旋风分离器、洗尘塔、真空吸滤机、木质素萃取器、真空过滤机、离心机、压滤机等。 (5) 预处理方法的选择

表2.3不同预处理方法的对照表

Table 2.3 The table of different pretreatment control methods

预处理试剂 对照 10%氨水 3%NaOH

纤维素 30. 35 38. 05 69. 25

半纤维素 27. 95 31. 00 8. 65

木质素 19. 80 19. 30 12. 55

其他 21. 90 11. 65 9. 55

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4fr2.html