年产2万吨木薯燃料酒精生产工艺的初步设计_──发酵成熟醪的粗馏与精馏工艺初步设计(编辑修改稿)

年产2万吨木薯燃料酒精生产工艺的初步设计_──发酵成熟醪的粗馏与精馏工艺初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

F2 + D2 + H′= P′+ Pe + H + D3 + W’x 则 : W’x = F2 + H′P′Pe H =+ = (kg/h) 热量平衡 : 错误 !未指定书签。 PPe22F2F22 Ct)P39。 P(R39。 IDtCF  HH tCH = 2W2X2HPP2 Cwt)WD(HiCtP39。 i)P39。 Pe)(1R( nQ 式中 R—精 馏塔回流比 ，由上讨论知 R=3 I2—精馏塔加热蒸汽热含量， 绝对压力， I2=2652(kJ/h) tH—回流稀酒精进塔温度 tH=80℃ CH—为杂醇油分离器稀酒精比热，稀酒精浓度为： 039。 00() 7 5 . 2 ( 5 2 . 1 9 . 7 7 5 ) 1 3 . 1 8 %39。 2 5 2 . 8 4 6HH xHmx H    ， 查得起比热为 CH =（ kgk）， ﹪ —为杂醇油酒精的重量百分浓度，与液相浓度 55﹪（ v）相平衡。 tP—出塔酒精的饱和温度 (℃ ) CP—出塔酒精的比热，应为 [kJ/（ ） ] i2—塔顶上升蒸汽热含量 ,i2= (kJ/kg) iH—杂醇油酒精蒸汽热含量 ,应为 iH=1496(kJ/kg) tw2—精馏塔塔底温度，取 100℃ Cw — 取 （ kgk） Qn2—精馏塔热损失 ,Qn3=2%D2I2 CF2—进塔酒精的比热，取 CF3=(kJ/kg) tF2—进料温度，取 90℃ W’x上面算得 计算可得： D2=(kg/h) 塔底排出的废水： G=D2+W， x = +=（ kg/h） 计算蒸馏工段的蒸馏效率： % 3 3 2 27 . 1 4 % 2 5 89 3 . 8 4 %P   计算精馏塔热量衡算： Q7= F2CF2tF2= 90= 106 kJ/h Q8= D2I2= 2652= 107 kJ/h Q9= 39。 H CHtH= 80= 105 kJ/h Q10= R(Pe+ P`)Cptp=3 = 106 kJ/h Q11= P′CPtP= = 105 kJ/h Q12= HiH= 1496= kJ/h Q13=(Wx+D2) tW 2Cw= 100 = 106 kJ/h 14 Q14=(R+1)(Pe+ P`) i2=4 = 107 kJ/h Q15= Qn2= 105 kJ/h 计算结果汇总表如下： 表 11 年产 2 万吨酒精厂蒸馏工段醪塔物料热量汇总表 表 12 年产 2 万吨酒精工厂蒸馏工段精馏塔物料热量衡算汇总表 进入系统 离开系统 物料符号 质量（ kg/h） 热量（ kJ/h） 物料符号 质量（ kg/h） 热量（ kJ/h） 脱醛液 F2 106 96%酒精 P′ 105 加热蒸汽 D2 107 次级酒精 Pe —— 稀酒精 39。 H 105 杂醇油酒精蒸汽 H 进入系统 离开系统 物料符号 质量（ kg/h） 热量（ kJ/h） 物料符号 质量（ kg/h） 热量（ kJ/h） 成熟醪液 F 106 蒸汽残液 W 107 加热蒸汽 D 107 上升蒸汽 V 107 加热蒸汽 D 106 热损失 Q —— 106 累计 输入 累计 输出 15 回流液 —— —— 106 蒸馏废水 Wx+D2 28 106 上升蒸汽 107 热损失 Qn2 105 累计 输入 64 107 累计 输出 064 107 4 无水燃料酒精生产设备的选型 主要设备 —— 粗馏塔与精馏塔的设计与选择 塔型、塔板选择原则及选型 工业生产上对于塔设备具有一定的要求，概括起来有下列几个方面。 （ 1）生产能力要大，即单位塔截面上单位时间内的物料处理量要大。 （ 2）分离效率要高，即达到规定分离要求的塔高要低。 （ 3）操作稳定，弹性要大，即允许气体和（或）液体负荷在一定的范围内变化，塔仍能正常操作并保持较高的分离效率。 （ 4）对气体的阻力要小，这对于减压蒸馏尤为重要。 （ 5）结构简单，易于加工制造，维修方便， 耐腐蚀， 操作清洗方便 等。 （ 6）设备的制造和安装费用要低 （ 7）设计方法成熟，符合生产企业提出的专业要求以及本国、本地区、本单位的具体情况 ,如水、电、汽等 应该特别指出 ,当用于醪液蒸馏时 ,塔板应具有较好的抗污性能和自净能力。 但不论采用何种塔型 ,物料均应加以沉砂除杂处理 ,切忌将严重沉淀、酸败、胶粘 (生料发酵更有可能产生此种现象 )以及杂质垃圾很多的物料加入醪塔中 ,否则管路、泵、预热器和塔器的严重堵塞将是不可避免的 ,同时还会严重影响产品的质量和生产的正常进行。 醪塔选型分析： （ 1） 普通泡罩板式醪塔抗污性能较差，但改进 设计有可能得到改善。 （ 2） 浮阀板塔不适宜用于蒸馏具有固形悬浮物的污秽物系，不能作醪塔使用，因其极其易堵。 （ 3） 斜孔板、筛板塔（包括导向筛板塔）抗污性能差，加工粗糙，更易钩挂纤维类杂物而致堵塔。 （ 4） S 型塔因存在“死区”（无效区 —— 据文献介绍占塔截面的 8%~20%）和“滞缓区”，有效截面利用率稍低，抗污性能较差。 同时物料长期积累其间，有可能会影响成品质量。 （ 5） 新型 SD 型醪塔的抗污性能好，自净能力强，基本上克服了堵塔现象，完全适用于酒精的蒸馏。 它不仅适用于中、小型酒精厂，而且因其塔板刚性强，物料呈单流向运动，水里坡度小，对大 型塔更为适宜，更能显示使其结构的优越性。 具 SD 型塔板的醪塔在国内可能已有数百家工厂使用。 据反映比普通泡罩塔要好、相比之下其抗污性能有一定的改善。 16 木薯的成熟发酵醪液里果胶含量较多，粘度大 筛板的 筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。 浮阀塔板 处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降， SD 型塔板仍存在一些技术问题，现只限于在一些年产几千吨的小型酒精厂应用，不符合本次生产任务的要求，故本次设计采用 泡罩塔板 . 泡罩塔板其结构如下图所示，它主 要由升气管及泡罩构成。 泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。 泡罩有 、 、 三种尺寸，可根据塔径的大小选择。 泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。 泡罩在塔板上为正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。 升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。 上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面 . 在泡罩塔板上 由于有升气管，即使在很低的气速下操作，也不至于产生严重的漏液现象，当气液负荷有较大波动时，仍能保持稳定操作，塔板效率不变，即操作弹性较大；塔板不易堵塞，适用于处理各种物料。 精馏塔选型分析： 浮阀型塔板是在泡罩塔和筛板塔的基础上开发的一种新型塔板，它取消了泡罩塔上的升气管与泡罩，改在板上开孔，孔的上方安置可以上下浮动的阀片。 但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价 相对较高 ，推广受到一定限制。 但基于其优点考虑，认为浮阀塔是很优的选择，所以此次的燃料酒精工艺选用 浮阀塔。 浮阀塔盘是在塔盘板上开许多圆孔，每一个孔上装一个带三条腿可上下浮动的阀。 浮阀有圆形的和长方形的。 浮阀 型塔板的优点是结构比较简单，操作弹性大，板效率高。 浮阀一般按正三角形排列亦可按等腰三角形排列，浮阀 型塔板的开孔率为 5%~15%。 浮阀是保证气液接触的元件，浮阀的形式主要有 F1 型、 V4 型、 A 型和十字架型等，最常用的是 F1型，如下图示。 F1 型浮阀有轻重两种，轻阀厚 、重 25g，阀轻惯性小，振动频率高，关阀时滞后严重，在低气速下有严重漏液，宜用在处理量大并要求压降小（如减压蒸馏）的场 合。 重阀厚 2mm、重 33g，关闭迅速，需较高气速才能吹开，故可以减少漏液、增加效率，但压降稍大些，一般采用重阀。 17 操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平地吹入塔盘上的液层；液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，再横流过塔盘与气相接触传质后，经溢流堰入降液管，流入下一层塔盘。 浮阀塔盘上气液接触状况如下图所示。 综上所述，盘式浮阀塔盘具有如下特点。 （ 1）处理量较大，比泡罩塔提高 20～ 40%，这是因为气流水平喷出，减少了雾沫夹带，以及浮阀塔盘可以具有较大的开孔率的缘故。 （ 2）操作弹性比泡罩塔要大。 （ 3）分 离效率较高，比泡罩塔高 15%左右。 因为塔盘上没有复杂的障碍物，所以液面落差小，塔盘上的气流比较均匀。 （ 4）压降较低，因为气体通道比泡罩塔简单得多，因此可用于减压蒸馏。 （ 5）塔盘的结构较简单，易于制造。 （ 6）浮阀塔不宜用于易结垢、结焦的介质系统，因垢和焦会妨碍浮阀起落的灵活性。 图 1 F1 型浮阀 1— 浮阀； 2— 门件； 3— 阀孔； 4— 起始定距片 图 2 浮阀塔盘气液接触状况 5— 阀腿； 6— 最小开度； 7— 最大开度 粗馏塔部分设备参数的计算 醪塔酒精质量分数为 ﹪ ，出醪塔酒精质量分数为 30﹪ ,塔底残液中乙醇含量不高于 %。 确定塔板层数： 查表知， fx =%（质量分数） =%（摩尔分数）潜热： r=2097kJ/kg wx =%（质量分数） =%（摩尔分数） 进料液状态参数  ： )5590()( 1  r TTcr18 LDlg K1])LD(Kxxo[1lg`n 线斜率 ： 操作线斜率： 溢流量： L=  F= =（ kg/h） 作图，先做平衡线 yx，在从（ %， %）引斜率为 的操作线，与  线交于 b点，后从 b 点出发在平衡线与操作线之间引阶梯至 x=x0=%为止，所得阶梯数为 ox =%至 wx =%一段，用公式计算，酒精挥发系数 K=13 = 取 6 理论板数： 4+6=10(板 ) 实际板数： （板） 以上板效率取 50% 塔板间距的选择，根据经验，本塔也取板间距为 400mm 塔径的计算： 取泡沸深度 Z=，则蒸气速度为： (m/s) 塔径： （ m） 综上所述，本设计用的是泡罩型粗馏塔。 塔板实际板数为 20 板，塔间距为 400mm，塔径。 其他参数，根据实际经验取：气升管为 125mm,泡罩尺寸：内径 =，齿缝数29 个，齿缝高度 ，泡罩 高 ，泡沸深度。 精馏塔部分设备参数的计算  2 0 9 1 2 2 3 DW)( 12 mFVLV  9 2 6 3 0  ZHTv  v V19 虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料 热能利用 以釜残液 对预热原 料液， 则将原 料加热 至泡点 所需的热 量 fQ 可记为：21()f f pf f fQ W c t t 其中 8 4 .5 3 4 5 6 4 .7 62fmtC 186。 在 进 出 预 热 器 的 平 均 温 度 以 及  186。 的 情 况 下 可 以 查 得 比 热 /pfc kJ kg C186。 ，所以， 3 620 00 0 10 75 ( 84 .5 3 64 .75 ) 56 10 /30 0 22fQ k J h     釜残液放出的热量 12()w w pw w wQ W c t t 若将釜残液温度降至 2 55wtC 186。 那么平均温度 9 9 .3 8 5 5 7 7 .22wm  186。 其比热为 /pwc kJ kg C186。 ，因此， 63 6 4 . 8 5 4 . 1 9 1 ( 9 9 . 3 8 5 5 ) 1 . 2 2 8 1 0 /wQ k J h      可知， wf ，。