乙醇精馏设计

目录设计说明书TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、设计项目背景 2\o"CurrentDocument"二、生产工艺流程 4三、生产规模 5四、物料衡算结果 5五、能量衡算结果 5\o"CurrentDocument"六、设备选型 6计算说明书\o"CurrentDocument"一、物料衡算 7\o"CurrentDocument"1、每小时生产能力的计算 7\o"CurrentDocument"2、生产工艺流程示意图 73、各塔物料衡算 7\o"CurrentDocument"二、能量衡算 9三、设备选型（冷凝器2的选型计算） 101、水的定性温度 102、按热面积设定 113.传热系数 11设计说明书设计项目：乙醇精馏车间产品名称：工业乙醇产品规格：纯度95%一、设计项目背景：.乙醇的理化性质乙醇又称酒精，分子式为3CH2，相对分子质量46.07。为无色透明、易燃易挥发的液体，有酒的气味和刺激性辛辣味，溶于水、甲醇、乙醚和氯仿，能溶解许多有机化合物和若干无机化合物，具有吸湿性，能与水形成共沸混合物，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限4.319.0%（体积）。无水乙醇相对密度0.7893（20/4℃），熔点-117.3℃，沸点78.32℃，折射率1.3614，闪点（闭杯）14℃。工业乙醇（含乙醇95%）折射率1.3651，表面张力（20℃）22.8，粘度（20℃）1.41s，蒸气压（20℃）5.732,比热容（23℃）2.58（g.℃），闪点12.8℃，相对密度0.816，沸点78.15℃，凝固点-114℃，自燃点793℃。.乙醇的用途乙醇有相当广泛的用途，是重要的有机溶剂，广泛用于用于溶结树脂，制造涂料。医疗上常用75%（体积分数）的酒精做消毒剂，它可以渗入细菌体内，在一定浓度下能使蛋白质凝固变性而杀灭细菌。因不能杀灭芽孢和病毒，故不能直接用于手术器械的消毒，50%稀醇可用于预防褥瘊，25%〜30%稀醇可擦浴，用于高热病人，使体温下降。除用作燃料，制造饮料和香精外，乙醇也是一种重要的有机化工原料，如用于制造乙醛、乙二烯、乙胺、乙酸乙酯、乙酸、氯乙烷等等，并衍生出染料、涂料、香料、合成橡胶、洗涤剂、农药等产品的许多中间体，其制品多达300种以上，但目前乙醇作为化工产品中间体的用途正在逐步下降，许多产品例如乙醛、乙酸、乙基乙醇已不再采用乙醇作原料而用其他原料代替。经过专门精制的乙醇也可用于制造饮料。与甲醇类似，乙醇可作能源使用，有的国家已开始单独用乙醇作汽车燃料或掺到汽油（10%以上）中使用以节约汽油.乙醇的制备方法（1）水合法以乙烯和水为原料，通过加成反应制取。水合法分为间接水合法和直接水合法两种。间接水合法也称硫酸酯法，反应分两步进行。先把95-98%的硫酸和50-60%的乙烯按2：1（重量比）在塔式反应器吸收反应，60-80℃、0.78-1.96条件下生成硫酸酯。第二步是将硫酸酯在水解塔中，于80-100℃、0.2-0.29压力下水解而得乙醇，同时生成副产物乙醚。直接水合法即乙烯直接与水反应生成乙醇，反应一步完成，由乙烯和水在磷酸催化剂存在下高温加压水合制得。CH=CH+H-OHa,加压,催化剂>CHCHOH2 2 32本法流程简单、腐蚀性小，不需特殊钢材，副产乙醚量少，但要求乙烯纯度高，耗电量大。无论用发酵法或乙烯水合法，制得的乙醇通常都是乙醇和水的共沸物， 即浓度为95%的工业乙醇。为获得无水乙醇，可用下列方法进一步脱水：（1）用生石灰处理工业乙醇，使水转变成氢氧化钙，然后蒸出乙醇，再用金属钠干燥，这是最老的方法。（2）共沸精馏脱水是目前工业上常用的方法。（3）用离子交换剂或分子筛脱水，然后再精馏。（2）发酵法发酵法制乙醇是在酿酒的基础上发展起来的，在相当长的历史时期内，曾是生产乙醇的唯一工业方法。发酵法的原料可以是含淀粉的农产品，如谷类、薯类或野生植物果实等；也可用制糖厂的废糖蜜；或者用含纤维素的木屑、植物茎秆等。这些物质经水洗、粉碎后，进行加压蒸煮，使淀粉糊化，再加入适量的水，冷却至60℃左右加入淀粉酶，使淀粉依次水解为麦芽糖和葡萄糖。然后加入酶母菌进行发酵制得乙醇。发酵液中乙醇的质量分数约为6%〜10%,并含有其它一些有机杂质，经精馏可得95％的工业乙醇。二、生产工艺流程：（1）流程说明：原料经换热器3由27℃加热到77℃,然后进入精馏塔I；从精馏塔I顶得到浓度为60%（）的乙醇溶液；塔底液不含乙醇，釜液温度99℃，经换热器3用来加热进料；浓度为60%的乙醇溶液在加热气化（泡点80℃）后进入精馏塔II,进一步分离为95%的工业乙醇和水。塔底加热介质均为饱和水蒸汽。两个塔均以3：1的回流比操作，回流液温均为泡点（塔I为80℃,塔I为78℃）。塔顶冷凝器和热交换器2的冷却水进口温度为27℃,出口水温为50℃。流程图：乙醇精制车间流程图

三、生产规模：年生产能力：5000吨/年。年连续生产工作日：328天/年。连续生产每小时产量：635.16千克/小时四、物料衡算结果进口组成出口组成物料名称组成（%）流量（千克/小时）馏出液鉴残液物料名称组成（%）流量（千克/小时）物料名称流量（千克/小时）精馏塔1总谷物浆1006034.02总液量1001005.67有机物水5028.35乙醇有机物水101080603.40603.404827.22乙醇水6040603.40402.27精馏塔2总液量1001005.67产品100635.16水370.51乙醇水6040603.40402.27乙醇水955603.4031.76五、能量衡算结果热量传递Q（.）冷凝水流量（）冷凝器11754.3918.27冷凝器21066.9711.11换热管长度：换热管长度：壳管流通面积：管子根数：中心排管数：管程数：公称直径：管外径：管内径：管子排列方法:六、设备选型由计算说明书中的计算结果得到K—K 7613—6210——选x100%= 0x100%=22.6%属于10%〜25%K 621.0选则初选设备及格，故可选用：管子尺寸（碳钢）：①25x2.5公称面积： 43.5m24.5ms1=0.0198m2126122（双层管）=0.45md=0.025m0di=0.02m正三角形排列计算说明书一：物料衡算每小时生产能力的计算。（1）、根据设计任务，乙醇的年生产能力为5000吨/年（2）、全年365日，除去机械维修等，实际连续工作日为328天。（3）、每昼夜24小时连续生产，则每小时生产能力为：=635.16kg/h_5000义103kg/吨产量328=635.16kg/h生产工艺流程示意图：乙醇精制车间流程图3、各塔物料衡算精馏塔I的进料液的量为,1,进料时含乙醇的组成为xF,1,而精馏塔回流液的量为,1，馏出液的量为,1，馏出液含乙醇的组成为XD,1,塔底流出液的量为,1；进入精馏塔的进料量为,2，而精馏塔回流液的量为,2，馏出液的量为2，馏出液含乙醇的组成为XD,2,塔底流出液的量为2己知：2，馏出液含乙醇的组成为XD,2,塔底流出液的量为2己知：XF1F,1，xF,2=xD,1 ，xD,2 ，R℃，℃，5000义103kg，2 328d义24h二635.16kg/h根据物料守衡，得精馏塔II,2x精馏塔II,2xF,2=,2+,2=R,2,2xD,2X,2代入数据:X60%=635.16X95%,2代入数据:X60%=635.16X95%,2=635.16kg,2=3X635.16得：,2=1005.67=1.006=370.51=0.371,2,2精馏塔I：=1905.48=1.905,1F,1=,2精馏塔I：=1905.48=1.905,1F,1=,1xD,1,1=,1+,1,1=RX,1代入数据： ,1=6034.021=5028.35,1,1=,2xD,1=xF,2=6.034=5.0281=3X1005.673017.01=3.017,1(1)总进口谷物浆=635.16X0.95X(0.1+0.1+0.8)/0.1=6034.02=6.034水=6034.02X0.80=4827.22乙醇=6034.02X0.10=603.40

有机物=6034.02义0.10=603.40(2)精馏塔1中馏出液中乙醇流量不变，还是为603.40=0.603；水的流量：603.40义0.40/0.60=402.27=0.402鉴残液中水的流量：4827.22－402.27=4424.95=4.425；有机物的流量不变还为：603.40=0.603(3)精馏塔2中进口组成也就是精馏塔1的馏出液组分组成。馏出液，即为产品量：635.16kg=0.635，其中水流量为635.16X0.05=31.76=0.032鉴残液只含有水，其流量为：402.27－31.76=370.51kg=0.370.能量衡算原料液：0.96kcal/kg・。C； =4.174kcal/kg•℃(kcal/kg•。C)(kcal/kg•。C)沸点(℃)汽化热()60%乙醇0.850.5680375.095%乙醇0.720.4878361.1一号釜液1.000.50100538.9二号釜液1.000.50100538.91.冷凝器1(1)乙醇有相变传热Q1=4Xq1XY℃4*1005.67kg/h*375.0kcal/kg*4.1868kJ/kcal3600s/h -1754.393600s/h••,••,△T2/"=0.55<2(2)水的无相变传热Q=WC(t-1)1c,1p,c2 1Wh,1C(t-t)p,c2 11754.39kJ/s4.174kJ/kg-℃x23℃二18.27kg/s2.冷凝器2(1)乙醇有相变传热Q2=4Xq2XY78℃=1066.974*635.16kg/h*361.1kcal/kg*4.1868kJ/kcal=1066.973600s/h(2)水的无相变传热Q=WC (tW

h,2c,2 p,c 2Q2-t)11066.97kJ/sC(t-1)4.174kJ/kg•℃x23℃p,c2 1=11.109kg/s三.设备选型(冷凝器2的选型计算)水的定性温度=1(27℃+50℃)=38.5℃238.5℃的水的物理参数：P=992.73 =4.174•℃入=63.14X10-2W・i・i口=67.77X10-5•s4.48．按热面积设定11.109kg/sq=W/p= =0.01119m3/sv h,2 992.7kg/m3△T1=78℃-27℃=51℃,△T2=78℃-50℃=28℃

・•・AT Ti+.丫2=-・•・AT Ti+.丫2=-(51℃+28℃)=39.5℃m22取K1、”640.0W^2^i选根据选SA103J/kJx1066.97kJ/sS=Q/k-At=二42.2m2选2选m 640W/m2,℃x39.5℃传热系数从＜＜管板式热交换器系列标准》中查得与S选相近的取43.5m2得到的参数有:公称直径:0.45m,中心管数:12,管长:4.5m,管子总数:126,管程数:2,管子尺寸（碳钢）：①25x2.5,管子排列方法：正三角形排列.・•・管内水流通的面积为：兀d2126 3.14x(25x10—3—2.5x2x10-3)2126s'= x m2= x m2=0.0198m24 2 4 2q0.01119m3/su=_v= 7r 0.0198m2=0.565m/scdupRe=日0.02mx0.565m/sx992.7kg/m367.77x10—5Pa.s=16552.324•/Nu=0.023Re0.8xPrn且Nu=a.di入i，水被加热0.4・•・管内的对流传热膜系数为：为 63.14x10-2w-m-2k-1 /a=0.023Re0.8xPr0.4x*=0.023x16552.3240.8x4.480.4x二一wm =3137.623w/m2-。Ci d 0.02mi而95%乙醇的参数如下:X=0.17w/m-K,p=766kg/m3,日=0.00047Pa-s,n=1.1、nC9.81,y=361.1X4.1868X1000・•・管外的对流传热膜系数为

a=0.725(妙认3,)1/40 n2/3dpAtCO1/4=0.725I(9.81N/kgx(766kg/m)2x(0.17W/m.K)3x361.1x4.1868x10007/kg1/4=0.725I(1.1a126)2/3x0.025mx0.00047PasxAt=3703.775At-1/4设At=19.80ca=3703.775x(19.8℃)-1/4=1755.813W.