产万吨酒精蒸馏车间设计Word格式.docx

产万吨酒精蒸馏车间设计Word格式.docx

《产万吨酒精蒸馏车间设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《产万吨酒精蒸馏车间设计Word格式.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

——上升蒸汽的摩尔分率

W 

0—— 

废液量，kg/h；

xw0 

—— 

废液中的摩尔分率

粗馏塔热量衡算：

I

0F

SI

s

LI

L

WI

式中：

I 

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

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：

FV

Q 

V 

P 

'

V

其中VQ（R1）P

故：

Fx

f

Px

p

x'

式中F 

粗酒精蒸汽量，kg/h；

塔顶上升的酒精蒸汽量，kg/h；

V’—— 

酒精蒸汽渗漏损失量，kg/h；

回流入塔的冷凝酒精量，kg/h；

P’—— 

杂醇酒精蒸汽量，kg/h；

成品酒精量，kg/h；

R 

回流比。

精馏塔热量衡算：

FI

0 

QI

q

VI

v

PI

I'

p 

q 

式中I 

粗酒精蒸汽的热焓，kJ/kg；

回流液的热焓，kJ/kg；

v 

成品酒精的热焓，kJ/kg；

杂醇酒精的热焓，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℃

12%（ 

体积分数） 

9.1%（质量分数） 

3.77（摩尔分数），

比热：

C

p,c

=4.17 

4 

kJ 

/kg. 

，热焓：

成品酒精：

P=14900kg/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:

78.3 

3.35 

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：

minxp

y

88.13 

27.5

27.5 

5.3

2.7

取最适宜的回流比:

R1.3R

min 

1.3 

2.7 

3.5

则上升酒精蒸汽量：

V（R1）P（1 

3.5） 

1490067050 

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:

QV67050 

262 

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 

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：

0.6 

0.55 

100% 

33% 

杂醇酒精中带走的酒精占成品酒精

的 

0.48% 

，则：

0.0048Px

杂醇酒精蒸汽量：

P

0.0048

0.0048 

95 

14900 

210 

33

其

杂醇酒精的温度 

354.15K，比热为 

4.10 

kJ/kg.K,热焓 

精馏酒精蒸汽渗漏损耗和废液带走酒精损耗为

81 

332 

0.00125 

47571 

0.081 

2.40 

2

2.40

0.95

2.53 

热损失按每 

100kg 

成品酒精 

24166 

kJ计算，则：

24166

14900

100

3600000 

kJ/h

将已知数据代入 

则得：

27.5F 

（1 

0.0048） 

2 

2.4

解得：

F47980 

热焓：

f 

1975 

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:

LF47980 

kg/hI

根据精馏塔和粗馏塔的损耗各占一半，可知粗馏塔的损耗W 

0w0

4.80 

4.16F

3220.28 

4.80

349988 

和 

则

S47980 

334 

2723S

47980 

435W

解方程组得:

S

47744

W349572

粗塔废液酒精的含量：

wo

349572

1.37×

10-5

和

解方程组得：

kg/h

V14900 

W2102.53

11872723V67800 

26267800 

1187 

262210 

332435W3600000

V12030

W44647

废液中酒精含量：

44674

100 

0.0054%（质量分数） 

0.002%（摩尔分数）

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 

t 

27℃，出口温度 

50℃；

12

乙醇的无相变传热

qPC

（t 

） 

4.175 

48.3 

3.004 

106 

水的无相变传热

qHC 

（t

h2

水的流量为 

H

）

1

C 

h 

106

4.2 

23

3.11 

10 

4. 

设备设计计算

4.1 

设计计算

4.1.1 

冷却面积计算

乙醇给冷却器的最大传热量为 

2.02 

105 

kJ/h,采用竖式列管冷却器,经查表,总传热

系数 

K=2.09×

103 

kJ/（m 

h·

℃）,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 

=27℃,出口温度为 

=50℃,平均温差 

Δtm为：

78.3℃→30℃

27℃→50℃

51.3℃20℃

t

m

27 

51.3 

℃ 

（ 

1 

ln（ 

50 

30 

20 

℃

代入数据得：

33.32 

冷却面积：

Sq

K 

6

S43.1 

m 

2.09 

10333.23

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 

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

y-x

Fig.4Ethanol— 

water 

vapor—liquid 

equilibrium 

diagram

精馏段操作方程是基于该段物料衡算得出的：

n 

n

——由 

n+1 

层上升蒸汽中的酒精的摩尔分率；

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；

——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。

VV

提馏段的操作方程：

式中V 

加热蒸汽量；

W 

废液量；

——废液中酒精的摩尔浓度；

其他同上

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 

yx

回流比 

R=3.5，故精馏段操作方程：

y0.8x 

0.2x

当 

xx 

时，代入上式得 

yx 

，即在对角线上以 

a（88.13,88.13 

点表示。

pp

精馏段操作线在 

轴上的截距为 

17.626%

根据物料衡算结果，提馏段操作方程为：

y3.7x 

0.007

提馏段操作线在 

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 

N

12

0.5

24 

（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

液

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， 

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 

—80% 

；

又由于 

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

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 

（质量分数）=88.13%（摩

尔分数），该酒精密度为

3

1.51kg/ 

则该酒精蒸汽的体积流量为：

h

67800

3600 

1.51

12.47 

3/s

精馏段液相流量：

LRP3.5 

1490052895 

kg/h，酒精浓度 

88.13%（摩尔分数），

温度为 

351.45K,其密度为 

793 

kg/m 

。

则液相体积流量为：

52895

793

0.019 

动能因素：

12.49 

0.034

从图 

5 

中差的负荷系数 

c20

0.052

，酒精表面张力 

N/cm 

代入式得：

cc

20

0.2

22.27

0.0531

最大允许空塔速度 

max

c

l 

0.0531 

1.22 

m/s

max 

0.8 

0.732 

取空塔速度为 

v0.6v

塔径：

d4V 

h4 

12.494.66 

v3.14 

0.732

即取塔径 

d4.66 

根据浮阀塔板间距参考值，选用板间距 

T 

450 

mm 

=0.45 

精馏塔塔高ZN1H

0.45 

10.35 

，

动能参数

史密斯关联图

Fig.5 

under 

different 

kinetic 

parameters 

of 

the 

separation 

space 

and 

relationship 

betwee

load 

factor

4.3粗馏塔设计计算

4.3.1粗馏塔塔板数计算

yq

xW 

xF 

xD

6粗馏塔塔板数图解法

Fig.6Crude 

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：

y6.8x 

0.00061

其在 

0.061%

饱和蒸汽进料，q=0，q 

粗馏塔求解塔板数稍有不同，按图 

6 

所示求解塔板数，由下图 

可知，理论塔板数为 

4

则实际塔板数 

8 

4.3.2塔板设计计算

4.3.2.1 

塔板选型：

同上精馏塔的选型。

4.3.2.2 

浮阀塔板间距的选择与塔径的估算

原料液流量较大，塔径选为为 

d

5.4 

根据浮阀塔板间距参考值，塔板间距为 

600 

=0.6 

塔高：

Z

1H

T

42