年产12万吨酒精1

目录目录 (1)第一节概述 (3)1.1 精馏操作对塔设备的要求 (3)1.2板式塔类型 (3)1.2.1筛板塔 (4)1.2.2浮阀塔 (4)1.3精馏塔的设计步骤 (5)第二节设计方案的确定 (5)2.1 工艺流程和工艺操作要点 (5)2.1.1工艺流程 (5)2.1.2各工艺过程的操作要点 (5)2.2操作条件的确定 (6)2.2.1操作压力 (7)2.2.2进料状态 (7)2.2.3加热方式 (7)2.2.4冷却剂与出口温度 (8)2.2.5热能的利用 (8)2.3确定设计方案的原则 (8)第三节板式精馏塔的工艺计算 (9)3.1精馏塔的物料衡算 (10)3.2塔板数的确定 (10)3.3精馏塔的工艺条件极有关物性数据的计算 (11)3.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)3.5塔板主要工艺尺寸的计算 (15)第四节板式塔结构 (17) (17)4.1塔顶空间HD4.2人孔数目 (17) (17)4.3塔底空间HB4.4塔高的计算 (17)第五节精馏装置的附属设备 (18)5.1塔顶回流冷凝器 (18)5.2再沸器 (19)5.3离心泵的选择 (20)第六节总结 (21)参考文献 (22)致谢 (23)第一节概述1.1 精馏操作对塔设备的要求精馏操作所进行的是气液两相之间的传质，而作为气液两相传质的塔设备，首先必须要能使气液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。

没有这一条则失去了其存在的基础。

但是，为了满足工业生产的要求，塔设备还得具备各种基本要求。

1.气液处理量大。

即生产能力大时，仍不致发生大量雾沫夹杂、拦液或液泛等破坏操作现象。

2.操作稳定，弹性大。

即当塔设备的气液负荷有较大范围的变动时，仍能再较高的传质效率下进行稳定的操作，并应保证长期连续操作必须具有的可靠性。

3.流体流动的阻力小。

即流体流经塔设备的压力减小，这将大大减省动力消耗，从而降低操作费用。

对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏系统的操作。

4.结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。

5.耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

6.塔内的滞留量要小。

1.2板式塔类型板式塔为逐级接触型气液传质设备，在板式塔中塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

板式塔种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。

板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔（1813年）、筛板塔（1832年），其后，特别是在20世纪50年代以后，随着石油、化学工业生产的发展，相继出现了大批新型塔板，如S形板、浮阀塔、多降液管筛板、蛇形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板以及角钢塔板等。

目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，前两者使用尤为广泛。

1.2.1筛板塔筛板塔也是最早出现板式塔。

与泡罩塔相比，其生产能力要大20%~40%，塔内效率高10%~15%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装维修都比较容易。

近年发展了大孔筛板（孔径达20~25mm）、导向筛板等多种筛板塔。

与泡罩塔操作相似，液体从上一层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，经溢流管流入下一层塔盘。

依靠溢流堰保持塔盘上的液层高度。

蒸汽自下而上穿过筛孔时，分散成气泡，在穿过板上液层时，进行气液间的传热和传质。

筛板塔作为传质过程的常用塔设备，它的主要优点如下：1.结构简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60%，为浮阀塔的80%左右。

2.处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10%~15%。

3.塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。

4.、压降较低，每块板压力降比泡罩塔约低30%左右。

筛板塔的缺点如下：1.塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不均匀。

2.操作弹性较小（约2~3）。

3.小孔筛板容易堵塞。

1.2.2浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进时取消了升气管和泡罩，早塔板开孔上没有浮动的浮阀，浮阀可根据气流流量的上下浮动，自动调节，使气缝速度稳定在某一数值。

这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面都比泡罩塔优越。

但其在处理粘度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。

浮阀塔广泛用于精馏、吸收及解吸等传质过程中。

浮阀塔直径从200~6400mm，使用效果均较好。

国外浮阀塔径大者可达10m,塔高可达80m，板数有的可达数百块。

浮阀塔的具体优点如下：1.处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20%~40%，接近于筛板塔。

2.操作弹性大，一般约为5~9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大的多。

3.塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。

4.压降小，在常压塔中每块板的压降一般约400~666Pa.5.使用周期长，黏度稍大以及有一般聚合现象的体系也能正常操作。

6.结构简单，安装容易，其制造费用约为泡罩塔的60%~80%，但为筛板的120%~130%。

1.3精馏塔的设计步骤板式塔的设计如下：1.根据设计的任务和工艺要求，确定设计方案;2.根据设计的任务和工艺要求,确定塔板的类型；3.确定塔径、塔高等工艺尺寸；4.进行塔板的设计，包括溢流装置的设计、塔板的布置、升气道的设计及排列；5.进行流体力学验算；6.绘制塔板的负荷性能图；7.根据负荷性能图，对设计进行分析，若设计不够理想，可对某些参数进行调整，重复上述设计过程，一直到满意为止。

第二节设计方案的确定2.1 工艺流程和工艺操作要点2.1.1工艺流程木薯原料——粉碎——拌料——蒸煮——糖化——发酵——蒸馏——酒精2.1.2各工艺过程的操作要点(1)粉碎:由于木薯干中淀粉含量高、纤维素少，因而易被粉碎，为了最大限度地保留木薯中的营养成分，应先使用粗碎机把带皮木薯干磨成小块，再使用细碎机将其磨成粉末，本试验使用直径1．5mm筛孔，效果较好。

(2)拌料:为了使原料蒸煮环节顺利进行，可先把木薯粉添加到约4倍质量的50℃的温水中，边添加边搅拌，以使木薯粉均匀分散，之后再加入少量淀粉酶，从而最大限度地利用木薯中可发酵成分。

搅拌约30min后，将该混合液注入加热器中。

(3)蒸煮:采用蒸汽给木薯粉混合液加热，温度控制在121℃左右，气压1．4个大气压，蒸煮时间为30～60min。

木薯粉在高温高压作用下，细胞膜和植物组织破裂，使其变成可溶性淀粉，同时蒸煮过程有杀菌作用，从而保证在发酵过程中原料不受杂菌的污染。

(4) 糖化:蒸煮结束后，停止加热，打开冷却系统使醪液迅速冷却，当温度降至60℃左右时加入糖化酶，之后继续降温，直到30℃左右，保持该温度30min，以使醪液完全糖化。

急速降温的目的在于：使淀粉颗粒的细胞完全破裂，再通过糖化酶作用变成可发酵性糖，进而为酵母所利用。

(5) 高浓度酒精发酵技术:该项技术是指提高单位体积内发酵醪液中淀粉的含量，在适量的酿酒酵母菌作用下，在一定时间内获得尽可能多的酒精。

较之传统的发酵工艺，高浓度酒精发酵的单位设备的生产率提高了，而能耗却降低了。

在人们进行新菌种、新设备、新工艺等方面的开创性研究的基础上，高浓度酒精发酵技术着眼于现有设备及工艺的高效利用，采用完全间歇发酵方式，通过在发酵醪液中添加酵母菌厌氧生长增值所必需的物质，提供增强酵母菌对细胞抵抗不良环境因素的物质，从而优化发酵醪液的组成，最终实现高浓度酒精发酵。

国内关于浓醪发酵工艺的研究，最具代表性的是湖北安琪集团，他们在实验室中利用其活性干酵母发酵淀粉质原料，实验结果已经达到：料水比1：1.8～2；发酵醪液中淀粉含量23％～25％(w／v)；产酒率16％(v／v)左右。

(6)蒸馏：从粗产物中分离出精制乙醇是在间歇式蒸馏塔中进行的。

将发酵醪液装日蒸馏釜内，用间接蒸汽和直接蒸汽加热，热沸后保持料液沸腾状态，使包括乙醇在内的挥发性成分汽化。

蒸汽从塔顶逸出，进入分凝器冷凝成液体。

蒸馏初期，冷凝液全部从塔顶流回塔中(生产上叫闷塔)，它的主要目的是提浓乙醇。

分凝器流出的回流液温度不应低于50-56摄氏度，以免破坏蒸馏塔的操作。

冷凝器在塔中闷1.5-3小时后即开始蒸出乙醇。

开始蒸出的是比乙醇沸点低的头级杂质，接着是成品乙醇，最后是沸点高于乙醇的尾级杂质，这些均应分别接收在不同的容器中。

待乙醇馏分蒸完时，即可停止加热。

料液冷却后，打开釜底的残液出料阀，放出残液，用清水清洗塔、釜、分凝器及冷觏器等设备，然后重新装料，进行下一步蒸馏2.2操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构形式和某些操作指标。

例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。

下面结合课程设计的需要，对某些问题做些阐述。

2.2.1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，兼顾技术上的可能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的组分和热敏性的物料，但压力降低将导致塔径的增加，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，适当的提高操作压力可以提高塔的处理能力。

优势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，或可用较低品味的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。

2.2.2进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔德热负荷都有密切的联系。

在实际的生产中进料的状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。

此外，在泡点进料时，精馏段和提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。

2.2.3加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。

有时也可采用直接蒸汽加热。

若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄的相对挥发度较大（如酒精和水的混合液），便可采用直接蒸汽加热。

直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热：在釜内只需安装鼓气管，不须安置庞大的传热面。

这样，可节省一些操作费用和设备费用。

然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。

但对有些物系（如酒精与水的二元混合液），当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。

值得提及的是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。