乙醇精馏设计

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3CH2，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4.319.0%（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℃）22.8，粘度（20℃）1.41·s，蒸气压（20℃）5.732，比热容（23℃）2.58(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℃、0.78-1.96条件下生成硫酸酯。第二步是将硫酸酯在水解塔中，于80-100℃、0.2-0.29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。OHCHCHOHHCHCH23,,22催化剂加压本法流程简单、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27℃加热到77℃，然后进入精馏塔Ⅰ；从精馏塔Ⅰ顶得到浓度为60%()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80℃，塔Ⅱ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：热交换器再沸器1冷凝器1谷物浆27℃水80%乙醇10%有机物10%精馏塔1精馏塔2液体77℃回流比R=3乙醇60%水40%蒸发器饱和蒸汽有机物和水再沸器2冷凝器2冷却器回流比R=3乙醇38℃釜液(水)99℃冷却水冷却水冷却水乙醇精制车间流程图冷凝水2atm饱和水蒸汽三、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（.）冷凝水流量（）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%6.22%100621.0621.03.761%100选选计KKK属于10％~25%则初选设备及格，故可选用：管子尺寸(碳钢):5.225公称面积：43.5m2换热管长度：4.5m壳管流通面积：s1=0.0198m2管子根数：126中心排管数：12管程数：2（双层管）公称直径：=0.45m管外径：md025.00管内径：mdi02.0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hkghkg/16.63524328/1050003天吨2.生产工艺流程示意图：热交换器再沸器1冷凝器1谷物浆27℃水80%乙醇10%有机物10%精馏塔1精馏塔2液体77℃回流比R=3乙醇60%水40%蒸发器饱和蒸汽有机物和水再沸器2冷凝器2冷却器回流比R=3乙醇38℃釜液(水)99℃冷却水冷却水冷却水乙醇精制车间流程图冷凝水2atm饱和水蒸汽3、各塔物料衡算精馏塔I的进料液的量为,1，进料时含10%乙醇的组成为xF,1，而精馏塔I回流液的量为,1，馏出液的量为,1，馏出液含60%乙醇的组成为xD,1，塔底流出液的量为,1；进入精馏塔的进料量为,2，而精馏塔回流液的量为,2，馏出液的量为,2，馏出液含95%乙醇的组成为xD,2，塔底流出液的量为,2己知：xF,1=0.10，xF,2=xD,1=0.60，xD,2=0.95，R=3：1，t1=27℃，t2=50℃，,2hkghdkg/16.635243281050003根据物料守衡，得精馏塔Ⅱ,2xF,2=,2xD,2,2=,2+,2,2=R×,2代入数据:,2×60%＝635.16×95%,2＝635.16kg,2,2＝3×635.16得:,2＝1005.67＝1.006,2＝370.51＝0.371,2＝1905.48＝1.905精馏塔Ⅰ:,1xF,1＝,1xD,1,1＝,2,1＝,1+,1xD,1＝xF,2,1＝R×,1代入数据得:,1＝6034.02＝6.034,1＝5028.35＝5.028,1＝3×1005.673017.01＝3.017（1）总进口谷物浆＝635.16×0.95×（0.1+0.1+0.8）/0.1＝6034.02＝6.034水＝6034.02×0.80＝4827.22乙醇＝6034.02×0.10＝603.40有机物＝6034.02×0.10＝603.40（2）精馏塔1中馏出液中乙醇流量不变，还是为603.40＝0.603；水的流量：603.40×0.40/0.60=402.27＝0.402鉴残液中水的流量：4827.22－402.27=4424.95＝4.425；有机物的流量不变还为：603.40＝0.603（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：635.16kg＝0.635，其中水流量为635.16×0.05=31.76＝0.032鉴残液只含有水，其流量为：402.27－31.76＝370.51kg＝0.370