乙醇精馏设计Word文件下载.docx
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乙醇又称酒精,分子式为3CH2,相对分子质量。
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(体积)。
无水乙醇相对密度(20/4℃),熔点-117.3℃,沸点78.32℃,折射率,闪点(闭杯)14℃。
工业乙醇(含乙醇95%)折射率,表面张力(20℃),粘度(20℃)·
s,蒸气压(20℃),比热容(23℃)(g·
℃),闪点12.8℃,相对密度,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℃、条件下生成硫酸酯。
第二步是将硫酸酯在水解塔中,于80-100℃、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:
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:
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
精馏塔1
总谷物浆
100
总液量
有机物
水
乙醇
10
80
乙醇
60
40
精馏塔2
产品
95
5
五、能量衡算结果
热量传递Q(.)
冷凝水流量()
冷凝器1
冷凝器2
六、设备选型
由计算说明书中的计算结果得到属于10%~25%
则初选设备及格,故可选用:
管子尺寸(碳钢):
公称面积:
43.5m2
换热管长度:
壳管流通面积:
s1=
管子根数:
126
中心排管数:
12
管程数:
2(双层管)
公称直径:
=
管外径:
管内径:
管子排列方法:
正三角形排列
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,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=,xF,2=xD,1=,xD,2=,R=3:
1,t1=27℃,t2=50℃,
2
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%=×
95%
2=635.16kg,2
2=3×
635.16
得:
2==
2=370.51=
2=1905.48=
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==
1=5028.35=
1=3×
3017.01=
(1)总进口谷物浆=×
×
(++)/==
水=×
=
乙醇=×
有机物=×
(2)精馏塔1中馏出液中乙醇流量不变,还是为=;
水的流量:
==
鉴残液中水的流量:
-==;
有机物的流量不变还为:
=
(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=,其中
水流量为×
==
鉴残液只含有水,其流量为:
-=370.51kg=
二.能量衡算
原料液:
;
=
()
沸点
(℃)
汽化热
60%乙醇
95%乙醇
78
一号釜液
二号釜液
1.冷凝器1
(1)乙醇有相变传热
Q1=4×
q1×
γ80℃
==
(2)水的无相变传热
2.冷凝器2
Q2=4×
q2×
γ78℃
==
三.设备选型(冷凝器2的选型计算)
1.水的定性温度
=(27℃+50℃)=38.5℃
38.5℃的水的物理参数:
ρ==·
℃λ=×
10-2W·
1·
1
μ=×
10-5·
s
2.按热面积设定
△T1=78℃-27℃=51℃,△T2=78℃-50℃=28℃
∵△T2/△T1=<2
∴(51℃+28℃)=℃
取=·
2·
1
根据选SΔ
3.传热系数
从<
<
管板式热交换器系列标准>
>
中查得与S选相近的取
得到的参数有:
公称直径:
中心管数:
12,管长:
管子总数:
126,管程数:
2,
管子排列方法:
正三角形排列.
∴管内水流通的面积为:
∵且,水被加热
∴管内的对流传热膜系数为:
而95%乙醇的参数如下:
,,
γ=×
1000
∴管外的对流传热膜系数为:
设=℃
污垢参数:
自来水,查得
有机化合物气体,查得
管壁导热系数λ=
管壁厚度b=
因此=K计
而
所以
计算得△t计=℃
∴=符合要求
所计的
∴K选亦乎合要求
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