乙醇精馏设计.doc

乙醇精馏车间工艺设计目 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CH3CH2OH，相对分子质量46.07。为无色透明、易燃易挥发的液体，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（20/4），熔点-117.3，沸点78.32，折射率1.3614，闪点（闭杯）14。工业乙醇（含乙醇95%）折射率1.3651，表面张力（20）22.8mN/m，粘度（20）1.41mPas，蒸气压（20）5.732kPa，比热容（23）2.58J/(g），闪点12.8，相对密度0.816，沸点78.15，凝固点-114，自燃点793。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。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，60-80、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80-100、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，由乙烯和水在磷酸催化剂存在下高温加压水合制得。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60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610，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27加热到77，然后进入精馏塔；从精馏塔顶得到浓度为60%(wt%)的乙醇溶液；塔底液不含乙醇，釜液温度99，经换热器3用来加热进料；浓度为60%的乙醇溶液在加热气化 (泡点80) 后进入精馏塔，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(塔为80，塔为78)。塔顶冷凝器和热交换器2的冷却水进口温度为27，出口水温为50。（2）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）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属于1025%则初选设备及格，故可选用：管子尺寸(碳钢): 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： 管内径： 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： q产量 2. 生产工艺流程示意图：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, 1，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, 1，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 F, 2 = x D, 1= 0.60，x D, 2= 0.95，R = 3：1，t1 = 27，t2 = 5 0，qD, 2 根据物料守衡，得精馏塔 qF, 2 x F, 2 = qD, 2 x D, 2qF, 2 = qD, 2 + qW, 2 qL, 2 = RqD, 2代入数据: qF, 260%635.1695%qF, 2 635.16 kg/h +qW, 2qL, 2 3635.16 kg/h得: qF, 2 1005.67 kg/h1.006 t/hqW, 2 370.51 kg/h0.371 t/h qL, 2 1905.48 kg/h1.905 t/h精馏塔: qF, 1 x F, 1qD, 1 x D, 1 qD, 1qF, 2 qF, 1qD, 1 + qW, 1 x D, 1x F, 2 qL, 1RqD, 1代入数据得: qF, 1 6034.02 kg/h6.034 t/h qW, 15028.35 kg/h5.028 t/h qL, 131005.67=3017.01 kg/h3.017 t/h（1）总进口谷物浆635.16 kg/h0.95（0.1+0.1+0.8）/0.16034.02 kg/h6.034 t/h水 6034.02 kg/h0.804827.22 kg/h乙 醇6034.02 kg/h0.10603.40 kg/h有机物6034.02 kg/h0.10603.40 kg/h（2）精馏塔1中馏出液中乙醇流量不变，还是为603.40 kg/h0.603 t/h；水的流量：603.400.40/0.60=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。 馏出液，即为产品量：635.16 kg/h0.635 t/h，其中水流量为635.16 kg/h0.05=31.76 kg/h0.032 t/h 鉴残液只含有水，其流量为：402.2731.76370.51 kg/h0.370 t/h二.能量衡算原料液：Cp=0.96 ； Cp,c4.174 Cpl()Cpg()沸点()汽化热(kcal/kg)60%乙醇0.850.5680375.095%乙醇0.720.4878361.1一号釜液1.000.50100538.9二号釜液1.000.50100538.91.冷凝器1(1)乙醇有相变传热Q14q n,D1801754.39kJ/s(2)水的无相变传热2.冷凝器2(1)乙醇有相变传热Q2=4q n,D278=1066.97kJ/s (2)水的无相变传热三.设备选型(冷凝器2的选型计算)1 水的定性温度tm =（27+50）=38.538.5的水的物理参数：=992.7kg/m3 Cp =4.174 kJ/kg =63.1410-2Wm-1K-1 =67.7710-5Pas Pr=4.482 按热面积设定T1=78-27=51, T2=78-50=28T2/T1=0.552(51+28)=39.5取= 640.0Wm-2K-1根据Q=K选Stm3 传热系数从中查得与S选 相近的取S=43.5m2得到的参数有:公称直径:0.45m , 中心管数:12, 管长:4.5m , 管子总数:126 , 管程数:2