乙醇精餾設計

目錄設計說明書TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設計項目背景 2\o"CurrentDocument"二、生產(chǎn)工藝流程 4三、生產(chǎn)規(guī)模 5四、物料衡算結果 5五、能量衡算結果 5\o"CurrentDocument"六、設備選型 6計算說明書\o"CurrentDocument"一、物料衡算 7\o"CurrentDocument"1、每小時生產(chǎn)能力的計算 7\o"CurrentDocument"2、生產(chǎn)工藝流程示意圖 73、各塔物料衡算 7\o"CurrentDocument"二、能量衡算 9三、設備選型（冷凝器2的選型計算） 101、水的定性溫度 102、按熱面積設定 113.傳熱系數(shù) 11設計說明書設計項目：乙醇精餾車間產(chǎn)品名稱：工業(yè)乙醇產(chǎn)品規(guī)格：純度95%一、設計項目背景：.乙醇的理化性質(zhì)乙醇又稱酒精，分子式為3CH2，相對分子質(zhì)量46.07。為無色透明、易燃易揮發(fā)的液體，有酒的氣味和刺激性辛辣味，溶于水、甲醇、乙醚和氯仿，能溶解許多有機化合物和若干無機化合物，具有吸濕性，能與水形成共沸混合物，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限4.319.0%（體積）。無水乙醇相對密度0.7893（20/4℃），熔點-117.3℃，沸點78.32℃，折射率1.3614，閃點（閉杯）14℃。工業(yè)乙醇（含乙醇95%）折射率1.3651，表面張力（20℃）22.8，粘度（20℃）1.41s，蒸氣壓（20℃）5.732,比熱容（23℃）2.58（g.℃），閃點12.8℃，相對密度0.816，沸點78.15℃，凝固點-114℃，自燃點793℃。.乙醇的用途乙醇有相當廣泛的用途，是重要的有機溶劑，廣泛用于用于溶結樹脂，制造涂料。醫(yī)療上常用75%（體積分數(shù)）的酒精做消毒劑，它可以滲入細菌體內(nèi)，在一定濃度下能使蛋白質(zhì)凝固變性而殺滅細菌。因不能殺滅芽孢和病毒，故不能直接用于手術器械的消毒，50%稀醇可用于預防褥瘊，25%?30%稀醇可擦浴，用于高熱病人，使體溫下降。除用作燃料，制造飲料和香精外，乙醇也是一種重要的有機化工原料，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、合成橡膠、洗滌劑、農(nóng)藥等產(chǎn)品的許多中間體，其制品多達300種以上，但目前乙醇作為化工產(chǎn)品中間體的用途正在逐步下降，許多產(chǎn)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。經(jīng)過專門精制的乙醇也可用于制造飲料。與甲醇類似，乙醇可作能源使用，有的國家已開始單獨用乙醇作汽車燃料或摻到汽油（10%以上）中使用以節(jié)約汽油.乙醇的制備方法（1）水合法以乙烯和水為原料，通過加成反應制取。水合法分為間接水合法和直接水合法兩種。間接水合法也稱硫酸酯法，反應分兩步進行。先把95-98%的硫酸和50-60%的乙烯按2：1（重量比）在塔式反應器吸收反應，60-80℃、0.78-1.96條件下生成硫酸酯。第二步是將硫酸酯在水解塔中，于80-100℃、0.2-0.29壓力下水解而得乙醇，同時生成副產(chǎn)物乙醚。直接水合法即乙烯直接與水反應生成乙醇，反應一步完成，由乙烯和水在磷酸催化劑存在下高溫加壓水合制得。CH=CH+H-OHa,加壓,催化劑>CHCHOH2 2 32本法流程簡單、腐蝕性小，不需特殊鋼材，副產(chǎn)乙醚量少，但要求乙烯純度高，耗電量大。無論用發(fā)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， 即濃度為95%的工業(yè)乙醇。為獲得無水乙醇，可用下列方法進一步脫水：（1）用生石灰處理工業(yè)乙醇，使水轉(zhuǎn)變成氫氧化鈣，然后蒸出乙醇，再用金屬鈉干燥，這是最老的方法。（2）共沸精餾脫水是目前工業(yè)上常用的方法。（3）用離子交換劑或分子篩脫水，然后再精餾。（2）發(fā)酵法發(fā)酵法制乙醇是在釀酒的基礎上發(fā)展起來的，在相當長的歷史時期內(nèi)，曾是生產(chǎn)乙醇的唯一工業(yè)方法。發(fā)酵法的原料可以是含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品，如谷類、薯類或野生植物果實等；也可用制糖廠的廢糖蜜；或者用含纖維素的木屑、植物莖稈等。這些物質(zhì)經(jīng)水洗、粉碎后，進行加壓蒸煮，使淀粉糊化，再加入適量的水，冷卻至60℃左右加入淀粉酶，使淀粉依次水解為麥芽糖和葡萄糖。然后加入酶母菌進行發(fā)酵制得乙醇。發(fā)酵液中乙醇的質(zhì)量分數(shù)約為6%?10%,并含有其它一些有機雜質(zhì)，經(jīng)精餾可得95％的工業(yè)乙醇。二、生產(chǎn)工藝流程：（1）流程說明：原料經(jīng)換熱器3由27℃加熱到77℃,然后進入精餾塔I；從精餾塔I頂?shù)玫綕舛葹?0%（）的乙醇溶液；塔底液不含乙醇，釜液溫度99℃，經(jīng)換熱器3用來加熱進料；濃度為60%的乙醇溶液在加熱氣化（泡點80℃）后進入精餾塔II,進一步分離為95%的工業(yè)乙醇和水。塔底加熱介質(zhì)均為飽和水蒸汽。兩個塔均以3：1的回流比操作，回流液溫均為泡點（塔I為80℃,塔I為78℃）。塔頂冷凝器和熱交換器2的冷卻水進口溫度為27℃,出口水溫為50℃。流程圖：乙醇精制車間流程圖

三、生產(chǎn)規(guī)模：年生產(chǎn)能力：5000噸/年。年連續(xù)生產(chǎn)工作日：328天/年。連續(xù)生產(chǎn)每小時產(chǎn)量：635.16千克/小時四、物料衡算結果進口組成出口組成物料名稱組成（%）流量（千克/小時）餾出液鑒殘液物料名稱組成（%）流量（千克/小時）物料名稱流量（千克/小時）精餾塔1總谷物漿1006034.02總液量1001005.67有機物水5028.35乙醇有機物水101080603.40603.404827.22乙醇水6040603.40402.27精餾塔2總液量1001005.67產(chǎn)品100635.16水370.51乙醇水6040603.40402.27乙醇水955603.4031.76五、能量衡算結果熱量傳遞Q（.）冷凝水流量（）冷凝器11754.3918.27冷凝器21066.9711.11換熱管長度：換熱管長度：殼管流通面積：管子根數(shù)：中心排管數(shù)：管程數(shù)：公稱直徑：管外徑：管內(nèi)徑：管子排列方法:六、設備選型由計算說明書中的計算結果得到K—K 7613—6210——選x100%= 0x100%=22.6%屬于10%?25%K 621.0選則初選設備及格，故可選用：管子尺寸（碳鋼）：①25x2.5公稱面積： 43.5m24.5ms1=0.0198m2126122（雙層管）=0.45md=0.025m0di=0.02m正三角形排列計算說明書一：物料衡算每小時生產(chǎn)能力的計算。（1）、根據(jù)設計任務，乙醇的年生產(chǎn)能力為5000噸/年（2）、全年365日，除去機械維修等，實際連續(xù)工作日為328天。（3）、每晝夜24小時連續(xù)生產(chǎn)，則每小時生產(chǎn)能力為：=635.16kg/h_5000義103kg/噸產(chǎn)量328=635.16kg/h生產(chǎn)工藝流程示意圖：乙醇精制車間流程圖3、各塔物料衡算精餾塔I的進料液的量為,1,進料時含乙醇的組成為xF,1,而精餾塔回流液的量為,1，餾出液的量為,1，餾出液含乙醇的組成為XD,1,塔底流出液的量為,1；進入精餾塔的進料量為,2，而精餾塔回流液的量為,2，餾出液的量為2，餾出液含乙醇的組成為XD,2,塔底流出液的量為2己知：2，餾出液含乙醇的組成為XD,2,塔底流出液的量為2己知：XF1F,1，xF,2=xD,1 ，xD,2 ，R℃，℃，5000義103kg，2 328d義24h二635.16kg/h根據(jù)物料守衡，得精餾塔II,2x精餾塔II,2xF,2=,2+,2=R,2,2xD,2X,2代入數(shù)據(jù):X60%=635.16X95%,2代入數(shù)據(jù):X60%=635.16X95%,2=635.16kg,2=3X635.16得：,2=1005.67=1.006=370.51=0.371,2,2精餾塔I：=1905.48=1.905,1F,1=,2精餾塔I：=1905.48=1.905,1F,1=,1xD,1,1=,1+,1,1=RX,1代入數(shù)據(jù)： ,1=6034.021=5028.35,1,1=,2xD,1=xF,2=6.034=5.0281=3X1005.673017.01=3.017,1(1)總進口谷物漿=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

有機物=6034.02義0.10=603.40(2)精餾塔1中餾出液中乙醇流量不變，還是為603.40=0.603；水的流量：603.40義0.40/0.60=402.27=0.402鑒殘液中水的流量：4827.22－402.27=4424.95=4.425；有機物的流量不變還為：603.40=0.603(3)精餾塔2中進口組成也就是精餾塔1的餾出液組分組成。餾出液，即為產(chǎn)品量：635.16kg=0.635，其中水流量為635.16X0.05=31.76=0.032鑒殘液只含有水，其流量為：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)沸點(℃)汽化熱()60%乙醇0.850.5680375.095%乙醇0.720.4878361.1一號釜液1.000.50100538.9二號釜液1.000.50100538.91.冷凝器1(1)乙醇有相變傳熱Q1=4Xq1XY℃4*1005.67kg/h*375.0kcal/kg*4.1868kJ/kcal3600s/h -1754.393600s/h??,??,△T2/"=0.55<2(2)水的無相變傳熱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)乙醇有相變傳熱Q2=4Xq2XY78℃=1066.974*635.16kg/h*361.1kcal/kg*4.1868kJ/kcal=1066.973600s/h(2)水的無相變傳熱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.設備選型(冷凝器2的選型計算)水的定性溫度=1(27℃+50℃)=38.5℃238.5℃的水的物理參數(shù)：P=992.73 =4.174?℃入=63.14X10-2W?i?i口=67.77X10-5?s4.48．按熱面積設定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選根據(jù)選SA103J/kJx1066.97kJ/sS=Q/k-At=二42.2m2選2選m 640W/m2,℃x39.5℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)從＜＜管板式熱交換器系列標準》中查得與S選相近的取43.5m2得到的參數(shù)有:公稱直徑:0.45m,中心管數(shù):12,管長:4.5m,管子總數(shù):126,管程數(shù):2,管子尺寸（碳鋼）：①25x2.5,管子排列方法：正三角形排列.???管內(nèi)水流通的面積為：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，水被加熱0.4???管內(nèi)的對流傳熱膜系數(shù)為：為 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%乙醇的參數(shù)如下:X=0.17w/m-K,p=766kg/m3,日=0.00047Pa-s,n=1.1、nC9.81,y=361.1X4.1868X1000???管外的對流傳熱膜系數(shù)為

a=0.725(妙認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設At=19.80ca=3703.775x(19.8℃)-1/4=1755.813W.