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：

P

100000

14900kg/h

28024

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.2Figure out crude distillation column materials

对整个粗馏塔进行全塔总物料衡算；

F 0S L

W0

F x 00L

x l

W

x w

式中F

0——发酵缪蒸汽量，kg/h；x

——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；x——上升蒸汽的摩尔分率

l

W

0——废液量，kg/h；x

w0

——废液中的摩尔分率

粗馏塔热量衡算：

F I 0F SI

s

LI

L

W

I W

式中：I——成熟缪的热焓，kJ/kg；

F

I——加热蒸汽的热焓，kJ/kg；

s

I——废液的热焓，kJ/kg；

W

I——上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg；

L

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

F 80 4.175 334 kJ/kg

℃

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：

F

V

Q V

P W P ' V

'

其中

V Q (R 1)P

故：

F V P W P ' V

'

Fx

f

Px

p

W x

w

P 'x ' V 'x

p

p

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：

FI

f

V I 0 s

QI

q

V I v

PI p W I w P 'I ' V 'I

p v

q '

式中

I —— 粗酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ；

f

I —— 加热蒸汽的热焓，kJ/kg ；

s

I —— 回流液的热焓，kJ/kg ；

q

I

v —— 上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ；

I —— 成品酒精的热焓，kJ/kg ；

p

I ' —— 杂醇酒精的热焓，kJ/kg ；

p

I —— 废液的热焓，kJ/kg ； w

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：x 0

温度：80℃

12%( 体积分数） 9.1%（质量分数） 3.77（摩尔分数），

比热： C

p,c

=4.17 4 kJ /kg. ，热焓： I

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

p

其

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

热焓:I

p

78.3 3.35 k J/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： R min

x

p

y

0 y 0

x

88.13 27.5

27.5 5.3

2.7

取最适宜的回流比:R

1.3R min 1.3

2.7

3.5

则上升酒精蒸汽量：V

(R 1)P

(1 3.5) 14900

67050 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:Q

V 67050 kg/h

I

q

I

p

262 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： x '

p

0.6 0.55 100% 33% , 杂醇酒精中带走的酒精占成品酒精

的 0.48% ，则： P 'x '

p

0.0048Px

p

杂醇酒精蒸汽量： P '

0.0048

x

p x

' p

P 0.0048

95

14900 210 kg/h

33

杂醇酒精的温度 354.15K ，比热为 4.10 kJ/kg.K,热焓 I '

P

精馏酒精蒸汽渗漏损耗和废液带走酒精损耗为

81 4.10 332 kJ/kg

V 'x

p

W x

w

0.00125 47571

0.081 2.40 kg/h

2

V '

2.40

2.40 x 0.95

p

2.53 kg/h

热损失按每 100kg 成品酒精 24166 kJ 计算，则： 24166 14900 100

3600000 kJ/h

将已知数据代入 Fx

f

Px

p

W x

w

P 'x ' V 'x

p

p

则得：

27.5F (1 0.0048) 14900 88.13 2 2.4

解得： F

47980 kg/h

热焓： I f 1975 kJ/kg