【正文】 頂部，然后沿塔向下運動，邊進入，邊脫水，脫水后60%~85%無水乙醇蒸氣在底部排出。分子篩塔B處于負(fù)壓狀態(tài)，以利脫水。當(dāng)分子篩塔由吸水轉(zhuǎn)為再生時，頂部進口的壓力緩慢下降；兩個分子篩塔切換后，作為具有脫水功能的分子篩塔“壓力上升”到分子篩吸水時的壓力，另外一個分子篩塔在負(fù)壓條件下壓力降低至分子篩自身的脫水壓力，這樣分子篩自身不斷地重復(fù)吸水和再生的循環(huán)。 乙醇脫水工藝流程的論證 乙醇分子篩脫水技術(shù)在燃料乙醇工業(yè)上已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用，至今已成為燃料乙醇生產(chǎn)的首選脫水技術(shù)。 乙醇脫水工藝最新研究進展?jié)B透蒸發(fā)或稱滲透汽化（Pervaporation，簡稱PV）該技術(shù)的優(yōu)點是能夠以低的能耗實現(xiàn)蒸餾、萃取、吸附等傳統(tǒng)的方法難于完成的分離任務(wù)。所以，滲透蒸發(fā)技術(shù)在石油化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景及市場，國際學(xué)術(shù)界的專家們稱之為二十一世紀(jì)最有前途的高技術(shù)之一。為使過程保持高的滲透通量，通常采用較高的料液溫度和較低的膜后側(cè)壓力。Lurgi公司以及膜專家Sander和Soukup在其先后的研究中得到的工業(yè)數(shù)據(jù)顯示，從94%的乙醇/%的無水乙醇時，與傳統(tǒng)的恒沸精餾法比較，滲透汽化的操作費用要節(jié)省60%。生物質(zhì)吸附法常華等[9]發(fā)現(xiàn)乙醇和水的混合氣相在稻谷粉和玉米粉上吸附時，乙醇吸附量遠小于工業(yè)上允許的乙醇損失量(0．5％)，研究表明，在操作中存在一個最佳氣速，使吸附性能最佳。張琳葉等[11]研究發(fā)現(xiàn)木薯吸附劑具有良好的吸附性能，可用于吸附法制無水乙醇。同時，Vareli等[14]發(fā)現(xiàn)吸附后的生物質(zhì)解吸再生也較容易，最終不能再使用的吸附劑，還可以作為飼料或釀酒的原料，對環(huán)境不會造成污染。一方面，生物質(zhì)既是發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的原料，又是吸附劑；另一方面，用作吸附劑再生失效后可直接作發(fā)酵原料，能夠節(jié)省大量的能耗，從傳統(tǒng)的6MJ／kg～9MJ／kg，降低為4MJ／kg，是一種符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的“清潔工藝”。3 生產(chǎn)工藝操作條件 設(shè)計任務(wù)（1）原料液（成熟發(fā)酵醪年產(chǎn)：12477Kg/t）%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 發(fā)酵醪液組成: 含水約85%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、甲醇約2%（體積）、%%（體積）（2）精餾塔中產(chǎn)品乙醇含量不低于94%（3）%（4）%的無水乙醇產(chǎn)品 設(shè)計工藝方案的計算 粗餾塔的物料衡算與熱量衡算﹪，出醪塔酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30﹪.醪液預(yù)熱至55℃，進入醪塔蒸餾，℃，取上升蒸汽濃度為30﹪（v），﹪（w）。查表知熱焓量I=2644KJ/kg。 XD—塔頂上升蒸汽中酒精濃度[﹪（W）]，XD = ﹪。熱量衡算式： 式中：CF——成熟發(fā)酵醪液比熱[KJ/（kgh）CW —塔底釜殘液比熱[KJ/（kgk）Ce —上升蒸汽比熱[KJ/（kgk）tF — 成熟發(fā)酵醪進塔溫度[℃] ，tF =55℃tW —塔底釜殘液溫度[℃]， tW=85℃F —成熟發(fā)酵醪液進塔流量[kg/h]，F(xiàn)=（kg/h）取熱損失Q=1﹪DI 聯(lián)立方程式解得：V=（kg/h），W=（kg/h），D=（kg/h）一般醪塔采用直接蒸汽加熱，塔底醪排出量為：G=W+D=+=（kg/h）粗餾塔熱量衡算：Q1=FCFtF=55=106 KJ/hQ2=DI=2644=107 KJ/hQ3= WCWtW=85=107 KJ/hQ4 =Vi=2045=107 KJ/hQ5 =DtWCe=85=106 KJ/hQ6 =Q=106 KJ/h 精餾塔的物料衡算與熱量衡算V冷凝器餾出液流量 D泡點回流VVL 粗酒精 F精餾塔熱損失 QV39。一次加熱蒸汽 V 蒸餾殘液 W 圖31 精餾塔的物料和熱量平衡圖本工段設(shè)計從醪塔進入精餾塔的酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，出精餾塔產(chǎn)品酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95﹪（由于考慮到操作上的失誤等造成的損失，計算時按酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%）粗酒精液相進入精餾塔,設(shè)塔頂溫度105℃，塔底130℃，進汽溫度取130℃，出塔濃度為96﹪（v），﹪（w）。據(jù)經(jīng)驗值，此少量酒精約為精餾塔餾出塔酒精的2%左右，則其量為：Pe=P，2%=2%=（kg/h）酒精被加熱蒸汽汽化逐板增濃,在塔板液相濃度55﹪(v)出汽相抽取部分冷凝去雜醇油分離器,這部分冷凝液稱雜醇油酒精,數(shù)量為塔頂餾出塔酒精的2﹪左右。總成本為投資費用和操作費用之和。 當(dāng)R適當(dāng)提高時，投資費用很快下降為有限大小，總成本下降。為此，回流比存在一優(yōu)化的問題。k），﹪—為雜醇油酒精的重量百分濃度，與液相濃度55﹪（v）相平衡。k） Qn2—精餾塔熱損失,Qn3=2%D2I2 CF2—進塔酒精的比熱，取CF3=(kJ/kg) tF2—進料溫度，取90℃ W’計算可得：D2=(kg/h)塔底排出的廢水： G=D2+W，x = +=（kg/h）計算蒸餾工段的蒸餾效率： 計算精餾塔熱量衡算：Q7= F2CF2tF2=90=106 kJ/hQ8= D2I2=2652=107 kJ/hQ9=CHtH=80=105 kJ/hQ10= R(Pe+ P`)Cptp=3=106 kJ/hQ11= P′CPtP==105 kJ/hQ12= HiH=1496= kJ/hQ13=(Wx+D2) tW 2Cw=100=106 kJ/hQ14=(R+1)(Pe+ P`) i2=4=107 kJ/hQ15= Qn2=105 kJ/h計算結(jié)果匯總表如下：表11 年產(chǎn)2萬噸酒精廠蒸餾工段醪塔物料熱量匯總表進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)物料符號質(zhì)量（kg/h）熱量（kJ/h）物料符號質(zhì)量（kg/h）熱量（kJ/h）成熟醪液F106蒸汽殘液W107加熱蒸汽D107上升蒸汽V107加熱蒸汽D106熱損失Q——106累計輸入累計輸出表12 年產(chǎn)2萬噸酒精工廠蒸餾工段精餾塔物料熱量衡算匯總表進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)物料符號質(zhì)量（kg/h）熱量（kJ/h）物料符號質(zhì)量（kg/h）熱量（kJ/h）脫醛液F210696%酒精P′105加熱蒸汽D2107次級酒精Pe——稀酒精105雜醇油酒精蒸汽H 回流液————106蒸餾廢水Wx+D2106上升蒸汽107熱損失Qn2105累計輸入107累計輸出1074 無水燃料酒精生產(chǎn)設(shè)備的選型 主要設(shè)備——粗餾塔與精餾塔的設(shè)計與選擇 塔型、塔板選擇原則及選型工業(yè)生產(chǎn)上對于塔設(shè)備具有一定的要求，概括起來有下列幾個方面。（2）分離效率要高，即達到規(guī)定分離要求的塔高要低。（4）對氣體的阻力要小，這對于減壓蒸餾尤為重要。（6）設(shè)備的制造和安裝費用要低（7）設(shè)計方法成熟，符合生產(chǎn)企業(yè)提出的專業(yè)要求以及本國、本地區(qū)、本單位的具體情況,如水、電、汽等應(yīng)該特別指出,當(dāng)用于醪液蒸餾時,塔板應(yīng)具有較好的抗污性能和自凈能力。醪塔選型分析：（1） 普通泡罩板式醪塔抗污性能較差，但改進設(shè)計有可能得到改善。（3） 斜孔板、篩板塔（包括導(dǎo)向篩板塔）抗污性能差，加工粗糙，更易鉤掛纖維類雜物而致堵塔。同時物料長期積累其間，有可能會影響成品質(zhì)量。它不僅適用于中、小型酒精廠，而且因其塔板剛性強，物料呈單流向運動，水里坡度小，對大型塔更為適宜，更能顯示使其結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。據(jù)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。浮閥塔板處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降，SD型塔板仍存在一些技術(shù)問題，現(xiàn)只限于在一些年產(chǎn)幾千噸的小型酒精廠應(yīng)用，不符合本次生產(chǎn)任務(wù)的要求，故本次設(shè)計采用泡罩塔板.泡罩塔板其結(jié)構(gòu)如下圖所示，它主要由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩有f80、f100、f150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑的大小選擇。泡罩在塔板上為正三角形排列。升氣管的頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。 精餾塔選型分析：浮閥型塔板是在泡罩塔和篩板塔的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型塔板，它取消了泡罩塔上的升氣管與泡罩，改在板上開孔，孔的上方安置可以上下浮動的閥片。但基于其優(yōu)點考慮，認(rèn)為浮閥塔是很優(yōu)的選擇，所以此次的燃料酒精工藝選用浮閥塔。浮閥有圓形的和長方形的。浮閥一般按正三角形排列亦可按等腰三角形排列，浮閥型塔板的開孔率為5%~15%。 F1型浮閥有輕重兩種，、重25g，閥輕慣性小，振動頻率高，關(guān)閥時滯后嚴(yán)重，在低氣速下有嚴(yán)重漏液，宜用在處理量大并要求壓降小（如減壓蒸餾）的場合。操作時氣流自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平地吹入塔盤上的液層；液體由上層塔盤經(jīng)降液管流入下層塔盤，再橫流過塔盤與氣相接觸傳質(zhì)后，經(jīng)溢流堰入降液管，流入下一層塔盤。綜上所述，盤式浮閥塔盤具有如下特點。（2）操作彈性比泡罩塔要大。因為塔盤上沒有復(fù)雜的障礙物，所以液面落差小，塔盤上的氣流比較均勻。（5）塔盤的結(jié)構(gòu)較簡單，易于制造。 粗餾塔部分設(shè)備參數(shù)的計算﹪，出醪塔酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30﹪,%。塔板實際板數(shù)為20板，塔間距為400mm。 精餾塔部分設(shè)備參數(shù)的計算雖然進料方式有多種，但是飽和液體進料時進料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進料時精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計中采取飽和液體進料 熱能利用以釜殘液對預(yù)熱原料液，則將原料加熱至泡點所需的熱量可記為：其中在進出預(yù)熱器的平均溫度以及的情況下可以查得比熱，所以， 釜殘液放出的熱量若將釜殘液溫度降至那么平均溫度其比熱為，因此，可知，于是理論上可以用釜殘液加熱原料液至泡點 表1 乙醇~水溶液體系的平衡數(shù)據(jù)液相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))汽相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))液相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))汽相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))L = RD = 21= kmol/hV = ( R +1 ) D = 21 = L′