年产10万吨酒精蒸馏车间设计.doc

2 物料衡算2.1 生产规模年生产能力：100000ty年连续工作日:280dy连续每小时产量：根据设计任务，医用酒精的年生产能力100000ty全年365d，除去机械维修、节假日等，实际连续工作日280d每昼夜24h连续生产，则每小时生产能力： kg/h蒸馏过程采用气相过塔两塔蒸馏流程，塔底采用直接蒸汽加热，压力为0.12MPa，温度为104。设蒸汽总损耗0.25%，其中精馏和粗馏各占一半，在粗馏和精馏损耗中，设备的蒸汽渗漏损耗和废酒糟带走的酒精各占一半，两外提取杂醇油带走的酒精又占成品酒精总量0.48%2.2 各塔物料衡算 图2 粗馏塔物料进出 Fig.2 Figure out crude distillation column materials对整个粗馏塔进行全塔总物料衡算；式中 F0发酵缪蒸汽量，kg/h；发酵缪中酒精摩尔分率 S 加热蒸汽量，kg/h； L 上升蒸汽量，kg/h；上升蒸汽的摩尔分率 W0 废液量，kg/h； 废液中的摩尔分率粗馏塔热量衡算：式中： 成熟缪的热焓，kJ/kg； 加热蒸汽的热焓，kJ/kg； 废液的热焓，kJ/kg； 上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg； 图2 精馏塔物料进出 Fig.2 Figure out distillation column materials现在以每小时成品酒精的产量为基准，对整个精馏塔进行总物料衡算如下： 其中 故： 式中 F 粗酒精蒸汽量，kg/h； V0 加热蒸汽量，kg/h； V 塔顶上升的酒精蒸汽量，kg/h； V 酒精蒸汽渗漏损失量，kg/h； Q 回流入塔的冷凝酒精量，kg/h； P 杂醇酒精蒸汽量，kg/h； P 成品酒精量，kg/h； W 废液量，kg/h； R 回流比。精馏塔热量衡算： 式中 粗酒精蒸汽的热焓，kJ/kg； 加热蒸汽的热焓，kJ/kg； 回流液的热焓，kJ/kg； 上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg； 成品酒精的热焓，kJ/kg； 杂醇酒精的热焓，kJ/kg； 废液的热焓，kJ/kg； 热损失，kJ/h.加热蒸汽：压力为0.3MPa（绝对），其热焓：Is=2723(kJ/kg)成熟缪：酒精含量：，温度：80比热：=4.174 kJ /kg. ，热焓： kJ/kg成品酒精：P=14900 kg/h，酒精含量：=95%(气相中酒精质量分数)=88.13%（气相中酒精分子摩尔分数），温度：78.3=351.45K，比热：3.35kJ/kg. 热焓: kJ/kg进料层气相酒精浓度： y0=xf=49.18%(质量分数)=27.5%（摩尔分数）与之相平衡的液相浓度x0=5.3%（摩尔分数），则最小回流比：取最适宜的回流比: 则上升酒精蒸汽量： kg/h酒精浓度与成品酒精相同，温度为351.45K，其热焓为Iv=1187kJ/kg回流冷凝酒精量: kg/h kJ/kg废液：一般精馏塔塔底压力为0.12MPa（绝对），相对应温度为377.15K，比热容为4.178 kJ/kg.K，其热焓Iw=435 kJ/kg杂醇酒精：含量60%（质量分数，下同），其中杂醇油含量为45%，含酒精量55%，则杂醇酒精中酒精含量：, 杂醇酒精中带走的酒精占成品酒精的0.48%，则：杂醇酒精蒸汽量： kg/h杂醇酒精的温度354.15K，比热为4.10 kJ/kg.K,其热焓 kJ/kg精馏酒精蒸汽渗漏损耗和废液带走酒精损耗为 kg/h kg/h热损失按每100kg成品酒精24166 kJ计算，则： kJ/h将已知数据代入则得：解得： kg/h热焓： kJ/kg根据工艺设计，粗馏塔的上升蒸汽量等于精馏塔的粗酒精蒸汽量，即: kg/h kJ/kg根据精馏塔和粗馏塔的损耗各占一半，可知粗馏塔的损耗 kg/h将已知数据代入解得：kg/h将已知数据代入和则解方程组得: kg/h粗塔废液酒精的含量：1.3710-5将已知数据代入和则解方程组得：kg/h废液中酒精含量：3. 热量衡算3.1 精馏塔冷却器7的热量衡算冷却器的95%乙醇入口的温度t为78.3，出口温度t0 30；冷却器的水入口温度为27，出口温度为50；95%乙醇的无相变传热 kJ/h水的无相变传热水的流量为kg/h4. 设备设计计算4.1 精馏塔冷却器7设计计算4.1.1 冷却面积计算95%乙醇给冷却器的最大传热量为kJ/h,采用竖式列管冷却器,经查表,总传热系数K=2.09103 kJ/（m2h ）,95%乙醇进口温度为78.3，出口温度为30，冷却水的进口温度为t1=27,出口温度为t2=50,平均温差tm为：78.3 3027 5051.3 20 代入数据得： 冷却面积：m24.2 精馏塔设计计算4.2.1 精馏塔塔板数计算乙醇-水的气-液平衡y-x如下图4：图中曲线表示在一定外压下乙醇蒸汽的组成y和与之相平衡的液相组成x之间的关系（均为摩尔分数）。 图中平衡曲线与对角线相交于M点，此点为恒沸点。在此点，y=x,即蒸汽中的酒精含量和与之相平衡的液相中的酒精含量相等（y=x=0.894） 图4 乙醇水的气液平衡y-x图Fig.4 Ethanol water vaporliquid equilibrium y-x diagram精馏段操作方程是基于该段物料衡算得出的：式中由n+1层上升蒸汽中的酒精的摩尔分率； 由n层下降的回流液中的酒精的摩尔分率； 成品酒精的摩尔分率； R回流比。酒精蒸馏为分离水为重组分的物料。可将加热蒸汽直接通入精馏塔塔釜加热，采用直接蒸汽加热，对精馏段方程不影响，提馏段的操作线与间接蒸汽加热精馏过程略有差异。提馏段的操作方程：式中 V0 加热蒸汽量； W 废液量； 废液中酒精的摩尔浓度； 其他同上q线方程或进料方程，加料热状态一定时，q线方程式为一直线）： 饱和蒸汽进料时， q=0，q线方程为回流比R=3.5，故精馏段操作方程：当时，代入上式得，即在对角线上以a（88.13,88.13）点表示。精馏段操作线在y轴上的截距为17.626%根据物料衡算结果，提馏段操作方程为：提馏段操作线在y轴上的截距为0.007根据平衡线，精馏段操作线和提馏段操作线，采用图解法求出塔板数。用图解法求出理论塔板数数为12个实际板数（个）4.2.2 塔板设计计算4.2.2.1 塔板类型：选用F1型重浮阀塔浮阀板兼有泡罩板和筛板的优点，而且操作弹性大，操作灵活，板间压降小，液面落差小，浮阀的运动具有去污作用，不易积垢堵塞，操作周期长，结构简单，容易安装，操作费用少，其制作费用仅为泡罩板的60%80%；又由于F1型浮阀塔结构简单，制造方便，节省材料，性能良好；另轻阀压降虽小但操作稳定性差，低气速是易漏液。综上所述，故选用F1型重浮阀塔4.2.2.2 浮阀塔板间距的选择与塔径的估算 精馏塔塔顶压力一般为0.105MPa（绝对），其酒精度为95%（质量分数）=88.13%（摩尔分数），该酒精密度为1.51kg/ m3则该酒精蒸汽的体积流量为： m3/s精馏段液相流量：kg/h，酒精浓度88.13%（摩尔分数），温度为351.45K,其密度为793 kg/m3。则液相体积流量为： m3/s动能因素：从图5中差的负荷系数，酒精表面张力N/cm2代入式得：最大允许空塔速度 m/s取空塔速度为 m/s塔径：m即取塔径 m根据浮阀塔板间距参考值，选用板间距 mm=0.45m精馏塔塔高m ， 动能参数图5 史密斯关联图Fig.5 under different kinetic parameters of the separation space and the relationship between load factor4.3 粗馏塔设计计算4.3.1 粗馏塔塔板数计算 xWyq0xDxF 图6 粗馏塔塔板数图解法 Fig.6 Crude distillation plate number graphical solution粗馏塔同精馏塔一样采用直接蒸汽加热，故根据物料衡算结果，其操作方程为：其在y轴上的截距为