【正文】 了兩者的優(yōu)點。 15 第四章 塔設備及附件設計 物料衡算 理論糖蜜消耗量 [9] 糖蜜原料生產酒精的總化學反應式為： C12H22O11＋ H2O→ 2C6H12O6→ 4C2H5OH＋ 4CO2 蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 176 生產 3萬噸（ 3?107kg） 無水酒精的理論蔗糖消耗量： 3?107（ 342247。 ??? ? BP 176。 19 板效率計算可用奧康奈爾公式 )( ?? LET ?? [10] 其中： ? —— 塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度； ? L—— 塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 smPa? 中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得 tF、 tD、 tW tF ： 8 9 . 08 9 . 0 8 6 . 70 . 0 7 2 0 . 0 9 7 0 . 0 8 9 1 0 . 0 7 2Ft ?? ??? tF = ℃ tD ： 7 8 . 1 57 8 . 1 5 7 8 . 4 10 . 8 9 4 0 . 7 4 7 0 . 8 8 1 4 0 . 8 9 4Dt ?? ??? tD = ℃ tW ： 1001 0 0 9 5 .50 0 .0 1 9 0 .0 0 0 7 8 0Wt ?? ??? tW = ℃ 精餾段平均溫度： 1 8 7 . 4 1 7 8 . 1 7 8 2 . 7 922FDttt ? ?? ? ? ℃ 提餾段平均溫度： 2 ??? ℃ ：可以由平均溫度計算 1 8 2 .7 9t ?精 餾 段 :由 ℃ 11 18 4 . 1 8 2 . 7 8 2 . 7 9 8 2 . 7: , 0 . 2 2 9 40 . 1 6 6 0 . 2 3 4 x 0 . 2 3 4xx?? ??可 得 液 相 組 成 11 18 4 . 1 8 2 . 7 8 2 . 7 9 8 2 . 7: , 0 . 5 4 2 20 . 5 0 9 0 . 5 4 5 0 . 5 4 5yy y????氣 相 組 成 2 9 3 .6 1tC??提 餾 段 ： 由 2 29 5 . 5 8 9 . 0 9 3 . 6 1 8 9 . 0: 2 0 . 0 3 4 40 . 0 1 9 0 . 0 7 2 0 . 0 7 2xx x?? ??可 得 液 相 組 成 ， 22 29 5 . 5 8 9 . 0 9 3 . 6 1 8 9 . 0: 0 . 2 3 3 70 . 1 7 0 0 . 3 8 9 0 . 3 8 9yy y????氣 相 組 成 ， 3. 相對揮發(fā)度 精餾段揮發(fā)度：由 ? ， ? 得 ? ， ? 20 0 . 5 4 2 2 0 . 7 7 0 6 3 . 9 80 . 4 5 7 8 0 . 2 2 9 4ABBAyxyx? ?? ? ??所 以 ： （ 44） 提餾段揮發(fā)度：由 39。39。ww39。D ? 所以 9 6 5 3 4 39。39。?? 26 精餾段： 液體回流摩爾流率 L=RD=?= kmol/h 汽相摩爾流率 V=(R+1)D=(+1)?= 已知： kmol/ 1L ? ， kmol/ 1V ? kmo l/ ?? ， kmo l/ ?? 則有質量流量： L1 =ML1L=?= kg/h V1 =MV1V=?= kg/h 體積流量： LS1= s/ 5 13 6 0 0 3 7 3 1ρ3 6 0 0L 33L11 ????? Lh1=LS1?3600= h/m3 VS1=V1/(3600ρ V1)=(3600?)= s/m3 Vh1=3600VS1=15840 h/m3 提餾段：因本設計 為飽和液體進料，所以 1q? ,L =L+qF=+1?= ,V =V+(q1)F= 已知： k m o l/ m o l/ 2V2L ?? ， kmo l/ ?? ， kmo l/ ?? 則有質量流量： L2=ML2 39。AV39。39。 ?? , ?? 的粘度 ℃ ? ， 查表得： 39。39。1 0 0 9 0 1 0 0 9 3 . 6 11 5 . 2 1 6 . 2 1 5 . 2 ???? 乙 醇乙 醇 表 面 張 力 ：， 39。 T39。 ? 39。 6 5 70 7 4 0 ??? ? BP 176。 = 1? 07（ kg） 精餾塔全塔物料衡算 、塔底產品中乙醇的摩爾分數(shù) F：原料液流量（ kmol/s） xF 原料組成（摩爾分數(shù)，下同） D：塔頂產品流量（ kmol/s） xD：塔頂組成 W：塔底殘液流量（ kmol/s） xW：塔底組成 原料中組成 ??? 18/6046/30 46/30xF 塔頂組成： 18/546/95 46/95xD ?? = 塔底組成： ??? 18/W MF=46?+()?18= 16 MD=46?+()?18= Mw=46?+()?18= 以 300 天 /a 計有： D’ =30000000kg/a=3?107kg/7200h=（ 95%C2H5OH） ： D= D’ / MD= F=D+W WxDxFx WDF ?? 即 =+ 經計算得： F= W= FD== 塔板數(shù)的確定 理論板數(shù) N 的求取 1. 乙醇與水的平均相對揮發(fā)度的計算 已知乙醇的沸點為 ℃，水的沸點為 100℃。 5．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 塔型的合理選擇是做好塔設備設計的首要環(huán)節(jié)，選擇時應考慮物料的性質、操作的條件、塔設備的性能以及塔設備的制造、安裝、運轉和維修等方面的因素。 實際生產中，在精餾塔中精餾時，部分氣化和部分冷凝是同時進行的。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中被加熱到 100度 重新回到精餾塔。 用于乙醇生產的酵母，直接利用蔗糖進行乙醇發(fā)酵的效率不高，蔗糖必須水解成單糖糖類利用，這樣有助于發(fā)酵效率的提高。使用耐高溫 ? 蔗糖酶，采用 80℃的處理溫度，使用普通 ? 蔗糖酶，采用 70℃的處理溫度。 12 原料輸送 原料輸送常用方法是機械輸送、氣流輸送。篩選多選用振動篩除去原料中的較大雜質及泥沙。 本設計采用 單濃度糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵 方法，原料選用為蔗糖，此原料來源范 圍較廣、原料在全國各地普遍存在而且價格較為便宜。 3. 連續(xù)發(fā)酵 糖蜜連續(xù)發(fā)酵乙醇的工藝已比較成熟，也是目前最合理的發(fā)酵工藝，已報道的連續(xù)發(fā)酵工藝的方案很多，歸納起來有兩種基本流程，即：單濃度流加連續(xù)發(fā)酵法和雙濃度流加連續(xù)發(fā)酵法。該法先將發(fā)酵醪總量 20%30%的成熟酒母醪送入發(fā)酵罐。第2 罐進入主發(fā)酵階段后，再分割 1/31/2 至第 3 罐，再用稀糖液加滿兩罐，如此繼續(xù)下去。 蜜糖乙醇發(fā)酵的方法很多，也可以非為間歇發(fā)酵 、半連續(xù)發(fā)酵和聯(lián)系發(fā)酵。這是糖化醪和酒母醪開始流入最后一個發(fā)酵罐， 當這只罐充滿時，原來的最后第 2 罐已經發(fā)酵結束，并已防空清洗殺菌完畢，發(fā)酵醪由溢流管流入，發(fā)酵的第 2 各循環(huán)沿反方向開始進行。從首罐至末罐，可發(fā)酵物濃度逐罐遞減，乙醇濃度逐罐增加。該法可以節(jié)省大量酒母，發(fā)酵時間縮短，但每次新發(fā)酵周期開始時要制備新的酒母。更具糖化醪流加方式的不同，半連續(xù)發(fā)酵又分為以下兩種方法。流加過慢，會延長滿灌時間，還可能造成發(fā)酵物質的損失。此法操作時，糖化醪分幾批加入發(fā)酵罐。 淀粉質原料的發(fā)酵工藝 乙醇的發(fā)酵工藝分為間歇發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵三種。 2CO + H2→ C2H5OH + H2O 3CO + H2→ C2H5OH + CO2 由反應式可知。 間接水合法生產乙醇的出現(xiàn)早于直接水合法。 3. 基本有機化工原料： 乙醇可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗滌劑等產品的原料 。 現(xiàn)今，我國已經具備較完整的 乙醇 產品質量標準體系，并正在對食用 乙醇 國家標準（ GB1304389）組織進行修訂，以使其進一步和國際先進水平接軌。在發(fā)酵方面，出現(xiàn)了應用耐高溫酵母、釀酒用活性干酵母（或鮮酵母）及固定化酵母的新工藝。 目前中國石油供應緊張問題日趨嚴重： 2020 年，中國原油消費量 億 t，居世界第二，國內生產原油 1． 81 億 t，凈進口原油 億 t，凈進口輕柴油、航煤、燃料油等石油產品 l746 萬 t。 表 乙醇的質量指標表 項 目 特 級 優(yōu) 級 普 通 級 色度 /號 ≤ 10 10 10 乙醇 /％（體積分數(shù)） ≥ 硫酸試驗 /號 ≤ 5 10 60 氧化時間 /min ≥ 40 30 20 醛 /mg/L ≤ 1 3 30 甲醇 /mg/L ≤ 2 50 150 正丙醇 /mg/L ≤ 2 35 100 異丁醇＋異戊醇 /mg/L ≤ 1 2 30 酸（以乙酸計） /mg/L ≤ 7 10 20 酯（以乙酸乙酯計） /mg/L ≤ 10 18 25 不揮發(fā)物 /mg/L ≤ 10 20 25 重金屬（以 Pb 計） /mg/L ≤ 1 1 1 氰化物（以 HCN 計） /mg/L ≤ 5 5 5 乙醇生產的意義及發(fā)展 乙醇生產的意義 [1] 乙醇是可再生能源 ,若采用小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質發(fā)酵生產乙醇 ,其燃燒所排放的二氧化碳和作為原料的生物源生長所消耗的二氧化碳 , 在數(shù)量上基本持平 ,這對減少大氣污染及抑制溫室效應意義重大。 乙醇的物理指標： 熔點 (℃ )： 沸點 (℃ )： 相對密度 (水 =1)： 相對蒸氣密度 (空氣 =1)： 飽和蒸氣壓 (kPa)： (19℃ ) 燃燒熱 (kJ/mol)： 蒸發(fā)熱 (kJ/L)： 臨界溫度 (℃ )： 臨界壓力 (MPa)： 辛醇 /水分配系數(shù)的對數(shù)值： 閃點 (℃ )： 12 引燃溫度 (℃ )： 363 溶解性： 與水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多數(shù)有機溶劑。 （ 5）生產方法多種多樣，技術路線較為成熟，能大規(guī)模進行工業(yè)生產。原因有以下幾點 [2]： （ 1）來源廣，可再生。精餾過程中主要設備是精餾塔，本設計的精餾塔選用的是浮閥塔，通過設計計算得到酒精精餾塔的塔體高度為 ，塔徑為2m，經過精餾后酒精的含量達到 95%，達到了設計預期目標。其種類眾多，燃 料酒精是其中一種，主要用于車用汽油。它是應用最為廣泛的工業(yè)產品之一，其種類眾多，被用于生產和生活的方方面面 [1]。而燃料酒精產生的是二氧化碳和水，對環(huán)境無污染。 2 第一章 概 述 乙醇的性質及質量標準 物理性質 乙醇是無色透明的液體，比水輕，具有特殊的芳香氣和刺激味，吸濕性很強，可與水以任何比例混合并產生熱量。 質量標準 乙醇 作為一種原料性的產品，其產品質量必須達到一定的標準。目前，獲得國家批準生產的企業(yè)有 4家：河南天冠燃料乙醇有限公司、吉林燃料乙醇股份有限責任公司、安徽豐原生物化工有限公司、黑龍江華潤酒精有限公司，已形成燃料乙醇生產能力 122 萬 t。 乙醇生產發(fā)展 （ 1）生產技術的現(xiàn)代化 新中國成立前，我國 乙醇 工業(yè)的規(guī)模很小，生產工藝均為間歇式，以麥芽作淀粉糖化劑，原料不經粉碎，淀粉利用率只有 60%左右。 5 1954 年，哈爾濱、濟南、天津等 乙醇 廠應軍工的需要按原蘇聯(lián)的 乙醇 標準（ roct592151）試制成功 精餾酒精 ，并按此生產。針對沼氣發(fā)酵后消化液的進一步處理，好氧法取得一定成效；近來南陽 乙醇 總廠開發(fā)出一套實用而有效的治理措施，采用物理化學法去除懸浮揚（制得部分干酒糟和肥料），利用生物法去除可溶性有機物（獲得沼氣），從而使薯類 乙醇 糟液的治理實現(xiàn)了經濟上有利的達標排放。所得稀乙醇溶液需經過精餾提純以除去部分水和副產物。 此法是將乙醛在 160～ 200℃，銅催化劑的存在下加氫制得乙醇，其他化學反應式如下： CH3CHO + H2 CH3CH2OH 乙烯氧化發(fā)生產乙醛又分為氧氣法和空氣法。 發(fā)酵法 發(fā)酵法采用各種含糖（雙糖）、淀粉（多糖）、纖維素（多縮己糖