产万吨酒精蒸馏车间设计

2． 物料衡算

2.1 生产规模

年生产能力：100000t ／y 年连续工作日:280d ／y 连续每小时产量：

根据设计任务，医用酒精的年生产能力100000t ／y

全年365d ，除去机械维修、节假日等，实际连续工作日280d 每昼夜24h 连续生产，则每小时生产能力：

1490024

280100000

=⨯=

P kg/h

蒸馏过程采用气相过塔两塔蒸馏流程，塔底采用直接蒸汽加热，压力为0.12MPa ，温度为104℃。设蒸汽总损耗0.25%，其中精馏和粗馏各占一半，在粗馏和精馏损耗中，设备的蒸汽渗漏损耗和废酒糟带走的酒精各占一半，两外提取杂醇油带走的酒精又占成品酒精总量0.48%

2.2 各塔物料衡算

图2 粗馏塔物料进出

Fig.2 Figure out crude distillation column materials

对整个粗馏塔进行全塔总物料衡算；

0W L S F +=+ w

l Wx Lx x F +=00

式中 F 0——发酵缪蒸汽量，kg/h ；0x ——发酵缪中酒精摩尔分率 S —— 加热蒸汽量，kg/h ；

L —— 上升蒸汽量，kg/h ；l x ——上升蒸汽的摩尔分率 W 0—— 废液量，kg/h ； 0w x —— 废液中的摩尔分率 粗馏塔热量衡算：

W

L s F WI LI SI I F +=+0

式中： F I —— 成熟缪的热焓，kJ/kg ；

s I —— 加热蒸汽的热焓，kJ/kg ； W I —— 废液的热焓，kJ/kg ；

L I —— 上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ；

图2 精馏塔物料进出 Fig.2 Figure out distillation column materials

现在以每小时成品酒精的产量为基准，对整个精馏塔进行总物料衡算如下：

'

'0V P W P V Q V F ++++=++

其中 P R Q V )1(+== 故：

'

'0V P W P V F +++=+

p

p w p f x V x P Wx Px Fx '''+++=

式中 F —— 粗酒精蒸汽量，kg/h ； V 0—— 加热蒸汽量，kg/h ；

V —— 塔顶上升的酒精蒸汽量，kg/h ； V’—— 酒精蒸汽渗漏损失量，kg/h ； Q —— 回流入塔的冷凝酒精量，kg/h ； P’—— 杂醇酒精蒸汽量，kg/h ； P —— 成品酒精量，kg/h ； W —— 废液量，kg/h ； R —— 回流比。 精馏塔热量衡算：

'

''

'0q I V I P WI PI VI QI I V FI v p w p v q s f +++++=++

式中 f I —— 粗酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ；

s I —— 加热蒸汽的热焓，kJ/kg ； q I —— 回流液的热焓，kJ/kg ；

v

I —— 上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ；

p I —— 成品酒精的热焓，kJ/kg ；

'

p

I —— 杂醇酒精的热焓，kJ/kg ； w I —— 废液的热焓，kJ/kg ；

'q —— 热损失，kJ/h.

加热蒸汽：压力为0.3MPa （绝对），其热焓：Is=2723(kJ/kg)

成熟缪：酒精含量：（摩尔分数）（质量分数）体积分数）77.3%

1.9%(120===x ，温度：80℃

比热：c p C ,=4.17 4 kJ /kg. ℃，热焓：334175.480=⨯=F I kJ/kg

成品酒精：P=14900kg/h ，酒精含量：p x =95%(气相中酒精质量分数)=88.13%（气相中

酒精分子摩尔分数），温度：78.3℃=351.45K ，比热：3.35kJ/kg.℃

热焓:35.33.78⨯=p I kJ/kg

进料层气相酒精浓度： y 0=x f =49.18%(质量分数)=27.5%（摩尔分数）与之相平衡的液相浓度x 0=5.3%（摩尔分数），

则最小回流比：7.23

.55.275

.2713.88min 0

00=--=

--=

x y y x R p

取最适宜的回流比:5.37.23.13.1min =⨯==R R

则上升酒精蒸汽量：6705014900)5.31()1(=⨯+=+=P R V kg/h 酒精浓度与成品酒精相同，温度为351.45K ，其热焓为Iv=1187kJ/kg 回流冷凝酒精量:67050==V Q kg/h

262==p q I I kJ/kg

废液：一般精馏塔塔底压力为0.12MPa （绝对），相对应温度为377.15K ，比热容为4.178 kJ/kg.K ，其热焓Iw=435 kJ/kg

杂醇酒精：含量60%（质量分数，下同），其中杂醇油含量为45%，含酒精量55%，则杂醇酒精中酒精含量：%33%10055.06.0'

=⨯⨯=p x , 杂醇酒精中带走的酒精占成品酒精的0.48%，则：p p Px x P 0048.0'

'=

杂醇酒精蒸汽量：2101490033

95

0048.00048

.0''

=⨯⨯

==P x x P p

p kg/h 杂醇酒精的温度354.15K ，比热为4.10 kJ/kg.K,其热焓33210.481'

=⨯=P I kJ/kg 精馏酒精蒸汽渗漏损耗和废液带走酒精损耗为

40.22

081

.0475*******.0'=⨯

⨯==w p Wx x V kg/h 53.295

.040

.240.2'===

p x V kg/h 热损失按每100kg 成品酒精24166 kJ 计算，则：3600000100

14900

24166=⨯kJ/h 将已知数据代入p p w p f x V x P Wx Px Fx '

'

'+++= 则得：

{4.2213.8814900)0048.01(5.27⨯+⨯⨯+=F

解得：47980=F kg/h 热焓：1975=f I kJ/kg