产万吨酒精蒸馏车间设计.docx

1、产万吨酒精蒸馏车间设计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：P 100000 14900kg/h28024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

2、进出Fig.2 Figureoutcrudedistillationcolumnmaterials对整个粗馏塔进行全塔总物料衡算；F0SLW0Fx0 0LxlWxw式中F0发酵缪蒸汽量，kg/h；x0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；x上升蒸汽的摩尔分率lW0废液量，kg/h； xw0废液中的摩尔分率粗馏塔热量衡算：FI0 FSIsLILWIW式中：I成熟缪的热焓，kJ/kg；FI加热蒸汽的热焓，kJ/kg；sI废液的热焓，kJ/kg；WI上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg；L图2 精馏塔物料进出Fig.2 Figureoutdistillationcolumnm

3、aterials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：F V0QVPWPV其中 V Q (R 1)P故：FVPWPV0FxfPxpWxwPxVxpp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：FIfVI0sQIqVIvPIpWIwPIVIpvq式中 I粗酒精蒸汽的热焓，kJ/kg；fI加热蒸汽的热焓，kJ/kg；sI回流液的热焓，kJ/kg；qIv上升酒精蒸

4、汽的热焓，kJ/kg；I成品酒精的热焓，kJ/kg；pI杂醇酒精的热焓，kJ/kg；pI废液的热焓，kJ/kg；wq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：x0温度：8012%(体积分数）9.1%（质量分数）3.77（摩尔分数），比热：Cp,c=4.174kJ/kg.，热焓：I成品酒精：P=14900kg/h，酒精含量：x=95%(气相中酒精质量分数)=88.13%（气相中p酒精分子摩尔分数），温度：78.3=351.45K，比热：3.35kJ/kg.热焓:Ip78.33.35kJ/kg进料层气相酒精浓度：y0=xf=49.

5、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：Rmin xpy0y0x088.1327.527.55.32.7取最适宜的回流比:R 1.3Rmin1.32.73.5则上升酒精蒸汽量：V (R 1)P (13.5)14900 67050kg/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:Q V 67050kg/hIqIp262kJ/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4.178kJ/kg.K，其热焓Iw=435kJ/kg杂醇酒精：含量6

6、0%（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：xp0.60.55100%33%,杂醇酒精中带走的酒精占成品酒精的0.48%，则：Pxp0.0048Pxp杂醇酒精蒸汽量：P0.0048xpxpP0.00489514900210kg/h33其杂醇酒精的温度354.15K，比热为4.10kJ/kg.K,热焓IP精馏酒精蒸汽渗漏损耗和废液带走酒精损耗为814.10332kJ/kgVxpWxw0.00125475710.0812.40kg/h2V2.402.40x0.95p2.53kg/h热损失按每100kg成品酒精24166kJ计算，则：241661490010

7、03600000kJ/h将已知数据代入FxfPxpWxwPxVxpp则得：27.5F(10.0048)1490088.1322.4解得：F 47980kg/h热焓：If1975kJ/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:L F 47980kg/h ILIf1975kJ/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Wx0 w04.80kg/h将已知数据代入Fx0 0LxlWxw4.16F03220.2827.54.80解得：F0349988kg/h将已知数据代入F0SLW和FI00FSIsLILWIW则349988S 47980W3499883342723S

8、0479801975435W0解方程组得:S47744W 3495720粗塔废液酒精的含量：kg/hxwo4.80349572100%1.3710-5将已知数据代入FIfVI0sQIqVIvPIpWIwPIVIpvq和F V0PWPV解方程组得： kg/h则47980V 14900W 210 2.530479801187 2723V 67800262 67800118714900262 210332 435W 36000000V 120300W 44647废液中酒精含量：xw2.40446741000.0054%（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

9、器的95%乙醇入口的温度t为78.3，出口温度t030；冷却器的水入口温度t为27，出口温度t为50；1 295%乙醇的无相变传热q PCp,c(tt)149004.17548.33.004106kJ/h0水的无相变传热q HC(th 2水的流量为Ht)1qC(th23.004106t)4.22313.11104kg/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2.02105kJ/h,采用竖式列管冷却器,经查表,总传热1 2系数K=2.09103kJ/（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t=27,出

10、口温度为t=50,平均温差tm为：78.3 3027 5051.320t1tm78.32751.3t2(tt)12ln(1)t2503020代入数据得：tm33.32冷却面积：S qKtm3.004106S 43.1m22.09103 33.234.2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y-xFig.

11、4 Ethanolwatervaporliquidequilibriumdiagram精馏段操作方程是基于该段物料衡算得出的：yn1式中yRxpnn1由n+1层上升蒸汽中的酒精的摩尔分率；x由n层下降的回流液中的酒精的摩尔分率；nx成品酒精的摩尔分率；pR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。V V提馏段的操作方程：yn1WWxn00xw式中 V0加热蒸汽量； W废液量；x废液中酒精的摩尔浓度；w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

12、料时，q=0，q线方程为y xf回流比R=3.5，故精馏段操作方程：y 0.8x0.2xp）当x x时，代入上式得y x，即在对角线上以a（88.13,88.13点表示。p p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：y 3.7x0.007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N120.524（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

13、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3v1.51kg/m则该酒精蒸汽的体积流量为：Vh6780036001.5112.47m3/s精馏段液相流量：L RP 3.514900 52895kg/h，酒精浓度88.13%（摩尔分数），3温度为3

14、51.45K,其密度为793kg/m。则液相体积流量为：Lh5289536007930.019m3/s动能因素：VLhhl0.50.01979312.491.510.50.034从图5中差的负荷系数c200.052，酒精表面张力2.2104N/cm2代入式得：c c20200.20.05222.27200.20.0531最大允许空塔速度vmaxclvv7931.510.05311.22m/s1.51max 0.81.22 0.732m/s取空塔速度为v 0.6v塔径： d 4Vh 412.49 4.66mv 3.140.732即取塔径d 4.66m根据浮阀塔板间距参考值，选用板间距HT450m

15、m=0.45m精馏塔塔高 Z N 1 HT2410.4510.35m，动能参数VLhhl0.5图5史密斯关联图Fig.5underdifferentkineticparametersoftheseparationspaceandtherelationshipbetweeloadfactor4.3 粗馏塔设计计算4.3.1 粗馏塔塔板数计算yq0xWxFxD图6 粗馏塔塔板数图解法Fig.6Crudedistillationplatenumbergraphicalsolution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：y 6.8x0.00061其在y轴上的截距为0.061%饱和蒸汽进料，q=0，q线方程为y x0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7可知，理论塔板数为4个则实际塔板数N040.58（个）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d05.4m根据浮阀塔板间距参考值，塔板间距为HT600mm=0.6m塔高：Z0N01HT810.642m，