乙醇精馏设计

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1、目录设计说明书一、设计项目背景2二、生产工艺流程4三、生产规模5四、物料衡算结果5五、能量衡算结果5六、设备选型6计算说明书一、物料衡算71、每小时生产能力的计算72、生产工艺流程示意图73、各塔物料衡算7二、能量衡算9三、设备选型（冷凝器2的选型计算）101、水的定性温度102、按热面积设定113、传热系数11设计说明书设计项目：乙醇精馏车间产品名称： 工业乙醇产品规格： 纯度 95%一、设计项目背景：1. 乙醇的理化性质乙醇又称酒精，分子式为CHCHOH，相对分子质量46.07。为无色透明、易32 燃易挥发的液体，有酒的气味和刺激性辛辣味，溶于水、甲醇、乙醚和氯仿，能 溶解许多有机化合物和

2、若干无机化合物，具有吸湿性，能与水形成共沸混合物， 蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 4.3%-19.0%（体积）。无水乙醇相对密度0.7893 （20/4C）,熔点-117.3C，沸点78.321，折射率 1.3614，闪点（闭杯）14C。工业乙醇（含乙醇95%）折射率1.3651，表面张力（20C） 22.8mN/m，粘 度（20C） 1.41mPas,蒸气压（20C） 5.732kPa,比热容（23C） 2.58J/（gC）, 闪点12.8C，相对密度0.816，沸点78.15C，凝固点-114C，自燃点793C。2. 乙醇的用途乙醇有相当广泛的用途，是重要的有机溶剂，广泛用于用于溶

3、结树脂，制造 涂料。医疗上常用 75%（体积分数）的酒精做消毒剂，它可以渗入细菌体内，在 一定浓度下能使蛋白质凝固变性而杀灭细菌。因不能杀灭芽孢和病毒，故不能直 接用于手术器械的消毒，50%稀醇可用于预防褥瘊，25%30%稀醇可擦浴，用 于高热病人，使体温下降。除用作燃料，制造饮料和香精外，乙醇也是一种重要的有机化工原料，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、合成橡胶、洗涤剂、农药等产品的许多中间体，其制品多达300种以 上，但目前乙醇作为化工产品中间体的用途正在逐步下降，许多产品例如乙醛、 乙酸、乙基乙醇已不再采用乙醇作原料而用其他原料代替。

4、经过专门精制的乙醇 也可用于制造饮料。与甲醇类似，乙醇可作能源使用，有的国家已开始单独用乙 醇作汽车燃料或掺到汽油(10%以上)中使用以节约汽油3. 乙醇的制备方法(1)水合法以乙烯和水为原料，通过加成反应制取。水合法分为间接水合法和直接水合 法两种。间接水合法也称硫酸酯法，反应分两步进行。先把95-98%的硫酸和 50-60% 的乙烯按2： 1 (重量比)在塔式反应器吸收反应，60-80C、0.78-1.96MPa条件 下生成硫酸酯。第二步是将硫酸酯在水解塔中，于80-100C、0.2-0.29MPa压力 下水解而得乙醇，同时生成副产物乙醚。直接水合法即乙烯直接与水反应生成乙醇，反应一步完成

5、，由乙烯和水在磷 酸催化剂存在下高温加压水合制得。CH = CH + H - OH a,加压,催化剂 CHCHOH2 2 3 2 本法流程简单、腐蚀性小，不需特殊钢材，副产乙醚量少，但要求乙烯纯度高， 耗电量大。无论用发酵法或乙烯水合法，制得的乙醇通常都是乙醇和水的共沸物，即浓 度为 95%的工业乙醇。为获得无水乙醇，可用下列方法进一步脱水：(1) 用生石灰处理工业乙醇，使水转变成氢氧化钙，然后蒸出乙醇，再用金属 钠干燥，这是最老的方法。(2) 共沸精馏脱水是目前工业上常用的方法。( 3)用离子交换剂或分子筛脱水，然后再精馏。(2)发酵法发酵法制乙醇是在酿酒的基础上发展起来的，在相当长的历史时

6、期内，曾是 生产乙醇的唯一工业方法。发酵法的原料可以是含淀粉的农产品，如谷类、薯类 或野生植物果实等；也可用制糖厂的废糖蜜；或者用含纤维素的木屑、植物茎秆 等。这些物质经水洗、粉碎后，进行加压蒸煮，使淀粉糊化，再加入适量的水，冷却至60C左右加入淀粉酶，使淀粉依次水解为麦芽糖和葡萄糖。然后加入酶 母菌进行发酵制得乙醇。发酵液中乙醇的质量分数约为6%10%，并含有其它 一些有机杂质，经精馏可得95的工业乙醇。二、生产工艺流程：（1）流程说明：原料经换热器3由27C加热到77C，然后进入精馏塔I；从精馏塔I顶 得到浓度为60%（wt%）的乙醇溶液；塔底液不含乙醇，釜液温度99C，经换热器 3 用来

7、加热进料；浓度为 60%的乙醇溶液在加热气化 （泡点 80C） 后进入精馏塔 II,进一步分离为95%的工业乙醇和水。塔底加热介质均为饱和水蒸汽。两个塔 均以3： 1的回流比操作，回流液温均为泡点（塔I为80C，塔II为78C）。塔顶 冷凝器和热交换器2的冷却水进口温度为27C，出口水温为50C。2）流程图：乙醇精制车间流程图三、生产规模：年生产能力：5000 吨/年。年连续生产工作日：328 天/年。连续生产每小时产量：635.16 千克/小时四、物料衡算结果进口组成出口组成物料名称组成 （%）流量 （千克/小时）馏出液鉴残液物料名称组成（%）流量 （千克/小时）物料名称流量 （千克/小时）

8、精 馏 塔1总谷物浆1006034.02总液量1001005.67有机物 水5028.35乙醇 有机物 水101080603.40603.404827.22乙醇 水6040603.40402.27精 馏 塔2总液量1001005.67产品100635.16水370.51乙醇 水6040603.40402.27乙醇 水955603.4031.76五、能量衡算结果热量传递Q (kcol/h.)冷凝水流量（kg/s）冷凝器11754.3918.27冷凝器21066.9711.11六、设备选型由计算说明书中的计算结果得到761 3621 0计选 X100% 二X100% 二 22.6% 属于 10%2

9、5%K621.0选则初选设备及格，故可选用：管子尺寸（碳钢）: 25 x 2.5公称面积：s=43.5m2换热管长度：L=4.5m壳管流通面积：s1=0.0198m2管子根数：n=126中心排管数：12管程数：Np=2 （双层管）公称直径：DN =0.45m管外径：d = 0.025m0管内径：di = 0.02m管子排列方法:正三角形排列计算说明书一：物料衡算1、每小时生产能力的计算。1）、根据设计任务，乙醇的年生产能力为 5000吨/年2）、全年365 日，除去机械维修等，实际连续工作日为 328 天3）、每昼夜24 小时连续生产，则每小时生产能力为：=635.16kg / h_ 5000

10、 x 103kg / 吨产328天 x 24h2. 生产工艺流程示意图：乙醇精制车间流程图3、各塔物料衡算精馏塔I的进料液的量为qF, 1,进料时含10%乙醇的组成为X F,而精馏塔 I回流液的量为qL, 1，馏出液的量为qD, 1，馏出液含60%乙醇的组成为X D,塔 底流出液的量为qw, 1；进入精馏塔II的进料量为qF, 2,而精馏塔II回流液的量 为qL, 2,馏出液的量为qD, 2,馏出液含95%乙醇的组成为X D, 2，塔底流出液的 量为qW, 2己知：X F 1 = 0.10 X F2= X D 1= 0.60 X D2= 0.95 R = 3 1, g = 27C, = 5 9

11、,D, 25000 x103kg328 d x 24 h=635.16kg /h根据物料守衡,得精馏塔IIq X = q XF, 2 F, 2D, 2 D, 2qF, 2= qD, 2+ qW, 2F, 2D, 2W, 2q = RxqL, 2X D, 2代入数据：qF, 2x60%=635.16x95%F, 2qF, 2=635.16 kg/h +qW, 2qL, 2 =3x635.16 kg/h得：qF 2 =1005.67 kg/h=1.006 t/hF, 2qW, 2=370.51 kg/h=0.371 t/hqL, 2=1905.48 kg/h=1.905t/h精馏塔I :qF, 1

12、X F, 1=qD,1X D,qD,1=qF,2F, 1 F, 1= D,1 D,1D,1= F,2qF, 1=qD, 1+ qW, 1XD, 1=X F, 2F, 1= D, 1+W, 1D, 1=F, 2q=RxqL, 1=x D, 1代入数据得：qF, 1=6034.02 kg/h=6.034 t/h qW, 1=5028.35 kg/h=5.028 t/hqL 1 = 3X 1005.67=3017.01 kg/h = 3.017 t/h(1) 总进口谷物浆= 635.16 kg/hX0.95X(O.1+O.1+O.8) /0.1 = 6034.02 kg/h =6.034 t/h水

13、=6034.02 kg/hX0.80=4827.22 kg/h乙 醇=6034.02 kg/hX0.10=603.40 kg/h有机物=6034.02 kg/hX0.10=603.40 kg/h(2) 精馏塔1 中馏出液中乙醇流量不变，还是为603.40 kg/h=0.603 t/h； 水的流量：603.40X0.40/0.60=402.27 kg/h =0.402 t/h鉴残液中水的流量：4827.22402.27= 4424.95 kg/h =4.425 t/h； 有机物的流量不变还为：603.40 kg/h=0.603 t/h( 3 )精馏塔2中进口组成也就是精馏塔1的馏出液组分组成。馏

14、出液，即为产品量：635.16 kg/h=0.635 t/h，其中水流量为635.16 kg/hX0.05=31.76 kg/h=0.032 t/h 鉴残液只含有水，其流量为：402.2731.76=370.51 kg/h=0.370 t/h二.能量衡算原料液：Cp=0.96 kcal / kg - C ； Cp,c=4.174 kcal / kg - CCPi(kcal / kg - C )Cprg(kcal / kg - C)沸点(C)汽化热(kcal/kg)60%乙醇0.850.5680375.095%乙醇0.720.4878361.1号釜液1.000.50100538.9二号釜液1.000.50100538.91.冷凝器1(1)乙醇有相变传热Qi = 4Xq n,D1X Y80c=4*1005.67kg/h*375.0kcal/kg*4.1868kJ/kcal _1754 39J/S3600s/h(2)水的无相变传热Q = W C (t -1