產(chǎn)萬(wàn)噸酒精蒸餾車間設(shè)計(jì)

1、2物料衡算2.1生產(chǎn)規(guī)模年生產(chǎn)能力：100000ty年連續(xù)工作日:280dy連續(xù)每小時(shí)產(chǎn)量：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，醫(yī)用酒精的年生產(chǎn)能力100000ty全年365d，除去機(jī)械維修、節(jié)假日等，實(shí)際連續(xù)工作日280d每晝夜24h連續(xù)生產(chǎn)，則每小時(shí)生產(chǎn)能力：P10000014900kg/h28024蒸餾過(guò)程采用氣相過(guò)塔兩塔蒸餾流程，塔底采用直接蒸汽加熱，壓力為0.12MPa，溫度為104。設(shè)蒸汽總損耗0.25%，其中精餾和粗餾各占一半，在粗餾和精餾損耗中，設(shè)備的蒸汽滲漏損耗和廢酒糟帶走的酒精各占一半，兩外提取雜醇油帶走的酒精又占成品酒精總量0.48%2.2各塔物料衡算圖2粗餾塔物料進(jìn)出Fig.2Figureo

2、utcrudedistillationcolumnmaterials對(duì)整個(gè)粗餾塔進(jìn)行全塔總物料衡算；F0SLW0Fx00LxlWxw式中F0發(fā)酵繆蒸汽量，kg/h；x0發(fā)酵繆中酒精摩爾分率S加熱蒸汽量，kg/h；L上升蒸汽量，kg/h；x上升蒸汽的摩爾分率lW0廢液量，kg/h；xw0廢液中的摩爾分率粗餾塔熱量衡算：FI0FSIsLILWIW式中：I成熟繆的熱焓，kJ/kg；FI加熱蒸汽的熱焓，kJ/kg；sI廢液的熱焓，kJ/kg；WI上升酒精蒸汽的熱焓，kJ/kg；L圖2精餾塔物料進(jìn)出Fig.2Figureoutdistillationcolumnmaterials現(xiàn)在以每小時(shí)成品酒精的產(chǎn)

3、量為基準(zhǔn)，對(duì)整個(gè)精餾塔進(jìn)行總物料衡算如下：FV0QVPWPV其中VQ(R1)P故：FVPWPV0FxfPxpWxwPxVxpp式中F粗酒精蒸汽量，kg/h；V0加熱蒸汽量，kg/h；V塔頂上升的酒精蒸汽量，kg/h；V酒精蒸汽滲漏損失量，kg/h；Q回流入塔的冷凝酒精量，kg/h；P雜醇酒精蒸汽量，kg/h；P成品酒精量，kg/h；W廢液量，kg/h；R回流比。精餾塔熱量衡算：FIfVI0sQIqVIvPIpWIwPIVIpvq式中I粗酒精蒸汽的熱焓，kJ/kg；fI加熱蒸汽的熱焓，kJ/kg；sI回流液的熱焓，kJ/kg；qIv上升酒精蒸汽的熱焓，kJ/kg；I成品酒精的熱焓，kJ/kg；p

4、I雜醇酒精的熱焓，kJ/kg；pI廢液的熱焓，kJ/kg；wq熱損失，kJ/h.加熱蒸汽：壓力為0.3MPa（絕對(duì)），其熱焓：Is=2723(kJ/kg)成熟繆：酒精含量：x0溫度：8012%(體積分?jǐn)?shù)）9.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）3.77（摩爾分?jǐn)?shù)），F(xiàn)804.175334kJ/kg比熱：Cp,c=4.174kJ/kg.，熱焓：I成品酒精：P=14900kg/h，酒精含量：x=95%(氣相中酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù))=88.13%（氣相中p酒精分子摩爾分?jǐn)?shù)），溫度：78.3=351.45K，比熱：3.35kJ/kg.熱焓:Ip78.33.35kJ/kg進(jìn)料層氣相酒精濃度：y0=xf=49.18%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))=2

5、7.5%（摩爾分?jǐn)?shù)）與之相平衡的液相濃度x0=5.3%（摩爾分?jǐn)?shù)），則最小回流比：Rminxpy0y0 x088.1327.527.55.32.7取最適宜的回流比:R1.3Rmin1.32.73.5則上升酒精蒸汽量：V(R1)P(13.5)1490067050kg/h酒精濃度與成品酒精相同，溫度為351.45K，其熱焓為Iv=1187kJ/kg回流冷凝酒精量:QV67050kg/hIqIp262kJ/kg廢液：一般精餾塔塔底壓力為0.12MPa（絕對(duì)），相對(duì)應(yīng)溫度為377.15K，比熱容為4.178kJ/kg.K，其熱焓Iw=435kJ/kg雜醇酒精：含量60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其中雜醇油含

6、量為45%，含酒精量55%，則雜醇酒精中酒精含量：xp0.60.55100%33%,雜醇酒精中帶走的酒精占成品酒精的0.48%，則：Pxp0.0048Pxp雜醇酒精蒸汽量：P0.0048xpxpP0.00489514900210kg/h33其雜醇酒精的溫度354.15K，比熱為4.10kJ/kg.K,熱焓IP精餾酒精蒸汽滲漏損耗和廢液帶走酒精損耗為814.10332kJ/kgVxpWxw0.00125475710.0812.40kg/h2V2.402.40 x0.95p2.53kg/h熱損失按每100kg成品酒精24166kJ計(jì)算，則：24166149001003600000kJ/h將已知數(shù)據(jù)

7、代入FxfPxpWxwPxVxpp則得：27.5F(10.0048)1490088.1322.4解得：F47980kg/h熱焓：If1975kJ/kg根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，粗餾塔的上升蒸汽量等于精餾塔的粗酒精蒸汽量，即:LF47980kg/hILIf1975kJ/kg根據(jù)精餾塔和粗餾塔的損耗各占一半，可知粗餾塔的損耗Wx0w04.80kg/h將已知數(shù)據(jù)代入Fx00LxlWxw4.16F03220.2827.54.80解得：F0349988kg/h將已知數(shù)據(jù)代入F0SLW和FI00FSIsLILWIW則349988S47980W3499883342723S0479801975435W0解方程組得:S47

8、744W3495720粗塔廢液酒精的含量：kg/hxwo4.80349572100%1.3710-5將已知數(shù)據(jù)代入FIfVI0sQIqVIvPIpWIwPIVIpvq和FV0PWPV解方程組得：kg/h則47980V14900W2102.5304798011872723V6780026267800118714900262210332435W36000000V120300W44647廢液中酒精含量：xw2.40446741000.0054%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）0.002%（摩爾分?jǐn)?shù)）3.熱量衡算3.1精餾塔冷卻器7的熱量衡算冷卻器的95%乙醇入口的溫度t為78.3，出口溫度t030；冷卻器的水入口溫度t

9、為27，出口溫度t為50；1295%乙醇的無(wú)相變傳熱qPCp,c(tt)149004.17548.33.004106kJ/h0水的無(wú)相變傳熱qHC(th2水的流量為Ht)1qC(th23.004106t)4.22313.11104kg/h4.設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算4.1精餾塔冷卻器7設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1冷卻面積計(jì)算95%乙醇給冷卻器的最大傳熱量為2.02105kJ/h,采用豎式列管冷卻器,經(jīng)查表,總傳熱12系數(shù)K=2.09103kJ/（m2h）,95%乙醇進(jìn)口溫度為78.3，出口溫度為30，冷卻水的進(jìn)口溫度為t=27,出口溫度為t=50,平均溫差tm為：78.330275051.320tt1tm78.32

10、751.3t2(tt)12ln(1)t2503020代入數(shù)據(jù)得：tm33.32冷卻面積：SqKtm3.004106S43.1m22.0910333.234.2精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1精餾塔塔板數(shù)計(jì)算乙醇-水的氣-液平衡y-x如下圖4：圖中曲線表示在一定外壓下乙醇蒸汽的組成y和與之相平衡的液相組成x之間的關(guān)系（均為摩爾分?jǐn)?shù)）。圖中平衡曲線與對(duì)角線相交于M點(diǎn)，此點(diǎn)為恒沸點(diǎn)。在此點(diǎn)，y=x,即蒸汽中的酒精含量和與之相平衡的液相中的酒精含量相等（y=x=0.894）圖4乙醇水的氣液平衡y-x圖y-xFig.4Ethanolwatervaporliquidequilibriumdiagram精餾段操作方

11、程是基于該段物料衡算得出的：xR1R1yn1式中yRxpnn1由n+1層上升蒸汽中的酒精的摩爾分率；x由n層下降的回流液中的酒精的摩爾分率；nx成品酒精的摩爾分率；pR回流比。酒精蒸餾為分離水為重組分的物料?？蓪⒓訜嵴羝苯油ㄈ刖s塔塔釜加熱，采用直接蒸汽加熱，對(duì)精餾段方程不影響，提餾段的操作線與間接蒸汽加熱精餾過(guò)程略有差異。VV提餾段的操作方程：yn1WWxn00 xw式中V0加熱蒸汽量；W廢液量；x廢液中酒精的摩爾濃度；w其他同上q線方程或進(jìn)料方程，加料熱狀態(tài)一定時(shí)，q線方程式為一直線）：飽和蒸汽進(jìn)料時(shí)，q=0，q線方程為yxf回流比R=3.5，故精餾段操作方程：y0.8x0.2xp）當(dāng)x

12、x時(shí)，代入上式得yx，即在對(duì)角線上以a（88.13,88.13點(diǎn)表示。pp精餾段操作線在y軸上的截距為17.626%根據(jù)物料衡算結(jié)果，提餾段操作方程為：y3.7x0.007提餾段操作線在y軸上的截距為0.007根據(jù)平衡線，精餾段操作線和提餾段操作線，采用圖解法求出塔板數(shù)。用圖解法求出理論塔板數(shù)數(shù)為12個(gè)實(shí)際板數(shù)N120.524（個(gè)）4.2.2塔板設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.2.1塔板類型：選用F1型重浮閥塔液浮閥板兼有泡罩板和篩板的優(yōu)點(diǎn)，而且操作彈性大，操作靈活，板間壓降小，面落差小，浮閥的運(yùn)動(dòng)具有去污作用，不易積垢堵塞，操作周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易安裝，操作費(fèi)用少，其制作費(fèi)用僅為泡罩板的60%80%；又由

13、于F1型浮閥塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好；另輕閥壓降雖小但操作穩(wěn)定性差，低氣速是易漏液。綜上所述，故選用F1型重浮閥塔4.2.2.2浮閥塔板間距的選擇與塔徑的估算精餾塔塔頂壓力一般為0.105MPa（絕對(duì)），其酒精度為95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）=88.13%（摩爾分?jǐn)?shù)），該酒精密度為3v1.51kg/m則該酒精蒸汽的體積流量為：Vh6780036001.5112.47m3/s精餾段液相流量：LRP3.51490052895kg/h，酒精濃度88.13%（摩爾分?jǐn)?shù)），3溫度為351.45K,其密度為793kg/m。則液相體積流量為：Lh5289536007930.019m3/s動(dòng)能因素：VL

14、hhl0.50.01979312.491.510.50.034從圖5中差的負(fù)荷系數(shù)c200.052，酒精表面張力2.2104N/cm2代入式得：cc20200.20.05222.27200.20.0531最大允許空塔速度vmaxclvv7931.510.05311.22m/s1.51max0.81.220.732m/s取空塔速度為v0.6v塔徑：d4Vh412.494.66mv3.140.732即取塔徑d4.66m根據(jù)浮閥塔板間距參考值，選用板間距HT450mm=0.45m精餾塔塔高ZN1HT2410.4510.35m，動(dòng)能參數(shù)VLhhl0.5圖5史密斯關(guān)聯(lián)圖Fig.5underdifferentkineticparametersoftheseparationspaceandtherelationshipbetweeloadfactor4.3粗餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1粗餾塔塔板數(shù)計(jì)算yq0 xWxFxD圖6粗餾塔塔板數(shù)圖解法Fig.6Crudedistillationplatenumbergraphicalsolution粗餾塔同精餾塔一樣采用直接蒸汽加熱，故根據(jù)物料衡算結(jié)