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1、第 1 页化工原理化工原理课课程程设计说设计说明明书书题题 目：目： 酒精生酒精生产过产过程中的精程中的精馏馏塔塔设计设计所在学院：所在学院： 专业专业班班级级： ： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指指导导教教师师： ： 2009 年 月第 2 页目目 录录前言前言.3课程设计任务书课程设计任务书.4酒精精馏过程的生产方法及特点酒精精馏过程的生产方法及特点.6设计方案的确定设计方案的确定.10精馏总体结构的选择和材料的选择精馏总体结构的选择和材料的选择.12精馏过程的有关计算精馏过程的有关计算.15结束语结束语.36参考文献参考文献.37第 3 页一、前言前言课程设计是化工原理课程的一个总结
2、性教学环节，是培养学生综合运 用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整 个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确 定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出 论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所 以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中 搜集资料的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑
3、经济上的合理性，并注意 到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导 下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力第 4 页二、化工原理课程设计任务书二、化工原理课程设计任务书设计题目：酒精生产过程精馏塔的设计：酒精生产过程精馏塔的设计一、设计条件一、设计条件 1、生产能力： 吨日二级酒精 其中：0601 班 116 号 20 吨/天；0601 班 1732 号 116 号 30 吨/ 天； 0602 班 116 号 40 吨/天；0602 班 1732 号 40 吨/天 2、原料：乙醇含量 2
4、6（W）的粗馏冷凝液，以乙醇水二元系为主； 3、采取直接蒸汽加热： 4、采取泡点进料： 5、馏出液中乙醇含量95(V)，并符合二级酒精标准： 6、釜残液中乙醇含量不大于 02(W)： 7、四级酒精(含乙醇为 95(V)其它无要求)的产出率为二级酒精的 2； 8、塔顶温度 78，塔底温度 100-104； 9、塔板效率 0.3-0.4 或更低； 10、精馏段塔板数计算值 22 层，工厂 32 层， 提馏段塔板数计算值 10 层，工厂 16 层； 11、二级酒精从塔第三、四、五层提取； 12、二、四级酒精的冷却温度为 25， 冷却水温度：进口 20，出口 35-40 13、回流比大致范围 3.5-
5、4.5（通过最少回流比计算） 14、其他参数(除给出外)可自选。二、设计说明书的内容二、设计说明书的内容 1、目录； 2、设计题目及原始数据(任务书)； 3、简述酒精精馏过程的生产方法及特点， 4、论述精馏总体结构(塔型、主要结构)的选择和材料选择； 5、精馏过程有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、 塔径塔板设计、进出管径等); 6、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等); 7、主体设备设计计算及说明； 8、主要零件的强度计算（选做）； 9、附属设备的计算与选择（泵、换热器）； 10、参考文献； 11、 后计及其它三、设计图要求三、设计图要求 1、用 594841 图纸绘
6、制装置图一张：一主视图，一俯视图，一剖面图，两 个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题 栏。 2、用 420594 图纸绘制设备流程图一张；第 5 页3、用坐标纸绘制乙醇水溶液的 y-x 图一张，并用图解法求理论塔板数。 四、参考书四、参考书 1、天津大学，化工原理，天津，天津科学技术出版社，1990 年。 2、华南理工大学，化工过程及设备设计，广州，华南理工大学出版 社，1986 年。 3、魏崇关，郑晓梅，化工工程制图，北京，化学工业出版社，1992 年。 4、刁玉玮，王立业 编，化工设备机械基础，大连，大连理工大学出 版社，1989 年。 5、章克昌，吴佩琮，酒精工
7、业手册，北京，轻工业出版社，1995 年。6、化工设备结构图册编写组，化工设备结构图册，上海，上海 科学技术出版社，1978 年。 7、柴诚敬，刘国维，李阿娜，化工原理课程设计，天津，天津科学 技术出版社，1994 年。第 6 页三、酒精精馏过程的生产方法及特点三、酒精精馏过程的生产方法及特点酒精的化学名称叫乙醇。工业上通常叫的无水酒精，含乙醇在 99以上，专供 科研和作分析试剂用。酒精的大生产中以含乙醇 95(容量)以上的医药酒精和 (容量)的工业酒精为主。酒精的分子式是 C2H5OH，分子量常取 46.07。1、酒精有哪些用途?第一、酒精可以为工业生产提供能源，如作为汽车的燃料或与汽油组成
8、混合燃 料。第二、酒精是一种很好的有机溶 剂，许多有机制剂的生产中都要使用，如 利用酒精脱水成为乙烯，用以生产合成橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯等。第三、酒 精具有杀菌作用，被医疗卫生部门广泛用作消毒剂、防腐剂。第四、制造农药。 第五、食品饮料工业中，用来生产汽酒、果酒、白酒等。总之，酒精在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有 广泛的用途。2、酒精生产的方法有哪几种?在工业生产上，用发酵法或合成法来制取酒精，在我国有 95以上的工厂，是 采用发酵法生产酒精。(一)发酵法所谓发酵法，就是利用微生物-酵母菌在无氧条件下将糖转化为酒精的生产方 法。发酵法又分为固体发酵法、半固体发酵法和液
9、体发酵法三种。目前，固体 发酵法和半固体发酵法在我国主要是用于生产白酒。一般产量较小，生产工艺 较古老，劳动强度大。而在现代大生产中，都采用液体发酵法生产酒精，它与 固体发酵法相比，具有生产成本低、生产周期短、连续化、设备能自动化，大 大减轻劳动强度等优点。不论是固体、半固体、液体发酵法，都是利用淀粉作 原料，经过微生物发酵转化为糖。再由糖转化为酒精。在转化过程中发生一系 列极其复杂的生化反应。 在转化时原料中的可溶性淀粉。在糖化酶的作用下，将可溶性淀粉转化为可发 酵的糖，再在酒化酶作用下，将糖水解成酒精并放出二氧化碳。 根据淀粉水解方程式，可以推算出 100kg100的淀粉，可产 95(容量
10、)的酒精 61.49kg，能产 100的酒精 56.78Kg。(二)化学合成法随着近代有机工业的发展。可利用石油裂解所得的乙烯来合成酒精。化学合成 法生产酒精的方式有间接水合法和直接水合法两种。1间接水合法(又称硫酸水合法) 硫酸与乙烯经加成作用生成硫酸氢乙酯：第 7 页2直接水合法 乙烯与水蒸气在有磷酸催化剂存在下，经高温、高压作用、可 直接发生加成反应生成酒精。从反应条件可以看出，化学合成法生产酒精，所用生产设备要求具有较高的耐 酸、耐压性能，生产条件和成本均较高。所以我国一般不用此方法生产酒精， 基本上都是用淀粉质原料或糖质原料进行发酵来生产酒精。主要设备流程图见：主要设备流程图见：第
11、8 页酒精生产工艺流程图酒精生产工艺流程图：淀粉（红薯干、玉米）冲碎细碎润湿加压蒸馏糖化成葡萄糖发酵生成酒精（7%-8%）醪液粗馏（提馏段）酒槽、水、乙醇精馏二级酒精四级酒精杂油醇废水低沸点酮醛热水糖化酶酵母菌第 9 页酒精的生产工艺流程图酒精蒸馏和精馏流程及特点酒精蒸馏和精馏流程及特点1、粗洒精和酒精一水蒸气、粗洒精和酒精一水蒸气酒精工业早期，连续蒸馏、精馏工艺尚未出现时，国外的酒精蒸馏和精馏是 分别进行的。蒸馏的产品叫粗酒精，粗酒精再经精馏处理才到合格的成品酒精。 随着连续蒸馏精馏工艺的出现和完善，除个别国家外，粗酒精已不再作为一个 产品。在连续蒸馏、精馏过程中，蒸馏塔引出的酒精一水蒸气(
12、或其冷凝液)直接进 入排醛塔或精馏塔。粗酒精和酒精一水蒸气的酒精浓度不同，前者 88(V)， 后者为 4055(V)。我国酒精厂都采用连续蒸馏、精馏工艺。2、酒精连续蒸馏，精馏工艺流程、酒精连续蒸馏，精馏工艺流程两塔流程分气相进塔和液相进塔两种形式。（1）气相进塔的两塔流程成熟醪经预热器 3 与精馏塔的酒精蒸气进行热交换，加热至 40以上， 并进入醪塔 1 顶部，醪塔底用直接蒸汽加热。酒精含量为 50(v)的酒精一水蒸 气从醪塔顶部引出进入精馏塔 2 的中部。酒糟由醪塔底部排出。精塔也用直接 蒸汽加热。酒精蒸汽从塔顶顺次经过醪液预热器 3 和冷凝器 4、5、6。预热器 3 和冷凝器 4、5 中
13、的冷凝液全部回入塔顶作为回流。冷凝器 6 中的冷凝液作为 醛酯馏分(工业酒精)取出，不凝结气体排入大气。成品酒精从塔顶部第 4，6 块塔板上液相取出，经冷却器 12,，检酒器 13 进 入酒库，废水从精塔底部排出杂醇油从进抖层也上第 24 块塔板液相取出，经冷却器，乳化器和分离器 分离得到粗杂醇油，再经盐析罐后进入贮器，淡酒回入精塔下部相应塔板中第 10 页（2）液相进塔的两塔流程 这种流程大多用于糖蜜酒精厂该流程的特点是蒸馏塔塔赝的酒精一水蒸气经第 1，2、3 个冷凝器，酒精 一水冷凝液液相进人精馏塔，而后在第 4 个冷凝器中的冷凝液作为醛酯馏分排 出， 多一次排除头级杂质的机会，精馏所得的
14、酒精质量较高。其余部分与气 相进塔流程相同。四、方案的确定四、方案的确定操作压力操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据 所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如， 采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将 导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态 的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气 压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能 力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时 的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。冷却剂与出口温度冷却剂与出口温度第 11 页冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐 水或深井水作冷却剂。如果能用常温水（20）作冷却剂，是最经济的。水的 入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些，冷 却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度 的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过 50，否则溶于水中的无机盐将析 出，生成水垢
