2022年产吨医用酒精精馏车间工艺设计方案.docx
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1、医用酒精精馏车间工艺设计The Technical Design on the Distillation Plant ofMedical Alcohol专业:制药工程姓名:陈少真指导老师:王朝阳教授实习单位:生命科学与工程学院医用酒精精馏车间工艺设计西南科技高校制药工程专业20213438陈少真指导老师:王朝阳【摘要】 对年产量 6000 吨的医用酒精精馏车间的工艺设计;选用番薯经糖化再由酵母发酵,发酵形成的发酵缪经预热器与精馏塔出来的酒精蒸汽热交换进入粗馏塔,再经精馏塔精制,通过气相过塔的两塔蒸馏制得95% 医用酒精;并进行物料衡算,热量衡算,冷凝器设备选型运算;利用AutoCAD软件绘制了
2、带掌握点工艺流程图,精馏车间设备布置图,车间布置图,及主要设备图;粗馏塔采纳 F-1 型浮阀塔,塔板数为8 个,塔径为 1.2m ,板间距为 0.45m ;精馏塔采纳F-1 浮阀塔,塔板数为 24 个,塔径为 1.2 m ,板间距为 0.45m ;两塔塔底采纳直接蒸汽加热,精馏塔塔顶排出的酒精蒸汽 95% (质量分数),直接送入冷凝器进一步回流提纯;【关键词】 医用酒精;精馏;工艺设计1. 总论1.1 医用酒精的简介酒精是一种无色透亮、易挥发、易燃烧,不导电的液体;有酒的气味和刺激的辛辣味道,微甘;学名是乙醇,分子式C2H6O ,热值3107 J/kg ,比热容2.4 103 J/ ( kg)
3、密度0.8 103 kg/cm3 ;酒精既是食品、化工、医药、染料、国防等工业非常重要的基础原料,又是可再生的清洁能源;我国发酵法酒精的年产量(商品酒精)在200 万吨左右;另有酿酒厂自产自用的酒精约100 万吨;液态法白酒的进展,大大地促进了我国酒精工业的进展,这是我国酒精工业进展的一大特色;现在,我国是世界上发酵法酒精产量占第三位的酒精生产大国,也是食用酒精产量最大的国家;其生产方法,有以植物系物质为原料的发酵法和以石油系物质为原料的化学合成法;现世界上的酒精生产仍以发酵法为主,我国的发酵法酒精产量占 95%以上;依据 GB394-81 ,酒精按杂质的含量分为优级、一至四级四个级别,医用酒
4、精属于一级酒精,甲醇含量 0.12% ;医用酒精的成份主要是乙醇;日常生活中,常见一些人用医用酒精来擦洗伤口,以达到灭菌消毒的目的;医用酒精是用淀粉类植物经糖化再发酵经蒸馏制成,相当于制酒的过程,但蒸馏温度比酒低,蒸馏次数比酒多,酒精度高,制成品出量高,含酒精以外的醚、醛成分比酒多,不能饮用,但可接触人体医用;值得留意的是,在药店买到的酒精有75%和 95%两种浓度,这两种浓度的酒精用途是不一样:95%的酒精常用于擦拭紫外线灯;这种酒精在医院常用,而在家庭中就只会将其用于相机镜头的清洁;75%的酒精用于消毒;这是由于,过高浓度的酒精会在细菌表面形成一层爱护膜,阻挡其进入细菌体内,难以将细菌完全
5、杀死;如酒精浓度过低,虽可进入细菌,但不能将其体内的蛋白质凝固,同样也不能将细菌完全杀死;1.2 酒精精馏原理将液相多次部分汽化,移走气相,终得纯B ;将气相多次部分冷凝,移走液相,终得纯A ;精馏的主要过程就是多次部分汽化和多次部分冷凝;A 易挥发组分; B 难挥发组分;而在酒精精馏中酒精为易挥发组分,水犯难挥发组分,1.3 工艺设计1 . 工艺流程设计的重要性(1) 生产工艺流程设计是工艺设计的基础,所涉及面很广,是淀粉酶工厂设计的核心和重要部分;在设计中必需做到技术先进、经济合理、成熟牢靠;在保证产品质量条件下,力求工艺流程简化,生产治理便利;把各个生产过程按肯定次序、要求组合起来,编制
6、成工艺流程图等来完成工艺流程设 计;由于工艺流程设计的质量直接打算车间的生产产品质量、生产才能、操作条件、安全生产、三废治理、经济效益等一系列根本性问题;(2) 工艺流程设计图是物料衡算、设备选型的基础;从其它角度来说,工艺流程设计是定性分析工作阶段,物料衡算是定量运算阶段;一般来说,先定性后定量,所以,工艺流程设计是物料衡算的前提和基础;2. 工艺流程设计的原就产品质量符合要求;技术和设备先进、成熟、牢靠;环保达到要求;安全生产;机械化和自动化程度高;3. 工艺设计流程设计(一)气相过塔的两塔蒸馏流程来自发酵车间的发酵成熟醪酒精含量10%(质量分数)经预热器3 与精馏塔的酒精蒸气进行热交换,
7、加热至 80后进入粗馏塔的顶部;酒精糟(不含乙醇)由粗馏塔底部排出;酒精含量为 49.18% 质量分数 左右的酒精水蒸气从粗馏塔顶部引进精馏塔;酒精蒸气从塔顶依次经过成熟醪预热器3 和冷凝 4、5、6;预热器 3 和冷凝器 4、5 中的冷凝液全部回入精馏塔作为回流,回流液温度均为95%酒精 - 水混合液的泡点 78;粗馏塔和精馏塔均用直接蒸汽加热;冷凝器 6 中的冷凝液作为醛酯馏分工业酒精占成品酒精2%取出,废气排放至大气;成品酒精在塔顶回流管以下46 层塔板上液相取出,经冷却器后进入医用酒精库;废水从精馏塔2 的底部排出;杂醇油从进料层往上2 4 层塔板液相取出 也可从进料层往下2 4 层塔
8、板气相取出 ;经冷却、乳化和分别得粗杂醇油,去杂醇库;全部冷凝器入水口温度均为27发酵缪工业酒精医用酒精杂1. 粗馏塔2. 精馏塔3. 预热器4. 分凝器5. 分凝器6. 全凝器7. 冷却器8. 换热器(冷却)9. 杂醇酒分别器蒸汽醇图 1两塔气相过塔蒸馏流程图Fig.1two distillation towers gas flow chart of the tower2 物料衡算2.1生产规模年生产才能: 6000t y年连续工作日 :250d y连续每小时产量:依据设计任务,医用酒精的年生产才能6000 t y全年 365d,除去机械修理、节假日等,实际连续工作日每昼夜 24h 连续生产
9、,就每小时生产才能:250dP6000250103241000 kg/h蒸馏过程采纳气相过塔两塔蒸馏流程,塔底采纳直接蒸汽加热,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;F0SLW0F0 x0Lx lWx w式中 F0发酵缪蒸汽量,kg/h; x0 发酵缪中酒精摩尔
10、分率S 加热蒸汽量, kg/h;L 上升蒸汽量, kg/h ; xl 上升蒸汽的摩尔分率W0 废液量, kg/h;xw 0 废液中的摩尔分率粗馏塔热量衡算:F0 I FSIsLI LWI W式中:I F 成熟缪的热焓, kJ/kg;I s 加热蒸汽的热焓,kJ/kg;I W 废液的热焓, kJ/kg ;I L 上升酒精蒸汽的热焓, kJ/kg ;图 2精馏塔物料进出Fig.2Figure 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:FV0QVPWPV其中V故:FQ RV0P1 PWPV Fx fPxpWx
11、wP xV xpp式中 F粗酒精蒸汽量, kg/h ; V0加热蒸汽量,kg/h;V 塔顶上升的酒精蒸汽量,kg/h; V 酒精蒸汽渗漏缺失量,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 fV0 I sQI qVI vPI pWI wP I pV I vq式中I f 粗酒精蒸汽的热焓, kJ/kg;I s 加热蒸汽的热焓,kJ/kg ;I q 回流液的热焓, kJ/kg ;I v 上升酒精蒸汽的热焓,kJ/kg ;I p 成品酒精的热焓, kJ/kg ;I p 杂醇酒精的
12、热焓, kJ/kg ;I w 废液的热焓, kJ/kg ;q 热缺失, kJ/h.加热蒸汽:压力为0.3MPa(肯定),其热焓: Is=2723kJ/kg成熟缪:酒精含量:x010%质量)4.16%(摩尔分数) ,温度: 80比热:Cp,c =4.174 kJ /kg. ,热焓: I F804.175334 kJ/kg成品酒精: P=1000 kg/h,酒精含量:xp =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: I p78.33.35kJ/kg进料层气相酒精浓度:y0=xf=49.18% 质
13、量分数=27.5% (摩尔分数)与之相平稳的液相浓度x0=5.3% (摩尔分数),就最小回流比:R minxpy0y0x088.1327.527.55.32.7取最相宜的回流比: R1.3Rmin1.32.73.5就上升酒精蒸汽量: VR1P13.510004500 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 : QV4500 kg/hI qI p262kJ/kg废液:一般精馏塔塔底压力为0.12MPa (肯定),相对应温度为377.15K ,比热容为4.178kJ/kg.K ,其热焓 Iw=435 kJ/kgx杂醇酒精:含量60%
14、(质量分数,下同),其中杂醇油含量为45%,含酒精量55%,就杂醇酒精中酒精含量:0.60.55100%33% , 杂醇酒精中带走的酒精占成品酒精的0.48% ,就:ppP x0.0048Pxp杂醇酒精蒸汽量: Pxpx0.0048Pp0.00489510003313.82 kg/hIP杂醇酒精的温度 354.15K ,比热为 4.10 kJ/kg.K, 其热焓精馏酒精蒸汽渗漏损耗和废液带走酒精损耗为814.10332 kJ/kgpV xWxw0.00125475710.08122.40kg/hV 2.40xp2.400.952.53kg/h热缺失按每 100kg 成品酒精 24166 kJ
15、运算,就:241661000100241660 kJ/h将已知数据代入Fx fPxpWx wP xpV xp就得:27.5F10.0048100088.1322.4解得: F3220.28 kg/h热焓: I f1975kJ/kg依据工艺设计,粗馏塔的上升蒸汽量等于精馏塔的粗酒精蒸汽量,即: LF3220.28kg/hI LI f1975 kJ/kg依据精馏塔和粗馏塔的损耗各占一半,可知粗馏塔的损耗W0 xw 04.80kg/h将已知数据代入F0 x0Lx lWx w4.16F03220.2827.54.80解得: F021289 kg/h将已知数据代入 F0SLW0 和 F0I FSIsLI
16、 LWI W就2128921289S 3343220.282723SW0 3220.281975435W0S解方程组得 :W03107.2621175.98kg/h粗塔废液酒精的含量:xwo4.8021175.98100%0.023%质量分数0.009%摩尔分数将已知数据代入FI fV0 I sQI qVI vPI pWI wP I pV I vq 和FV0PWPV 就3220.28V01000W13.822.533220.2811872723V045002624502.531187100026213.82332435W241660V0解方程组得:791.18kg/hW2995.11废液中酒精
17、含量: xw2.402995.111000.08%(质量分数)0.031%(摩尔分数)3. 热量衡算3.1 精馏塔冷却器 7 的热量衡算冷却器的 95%乙醇入口的温度 t 为 78.3,出口温度 t0 30;冷却器的水入口温度t1 为 27,出口温度t 2 为 50;95%乙醇的无相变传热qPCp ,c tt010004.17548.32.02105kJ/h水的无相变传热qHCh t 2t1水的流量为 HqCh t2t1 2.024.2105232091.10 kg/h4. 设备设计运算4.1 精馏塔冷却器 7 设计运算4.1.1 冷却面积运算95% 乙醇给冷却器的最大传热量为2.0210 5
18、kJ/h, 采纳竖式列管冷却器, 经查表 , 总传热系数K=2.09 103 kJ/( m2h) ,95% 乙醇进口温度为78.3,出口温度为30,冷却水的进口温度为 t1=27 ,出口温度为 t2=50 ,平均温差 tm为:78.3 3027 5051.3 20t178.32751.3 t 2503020tt1mlnt2t1 t2代入数据得:tm33.32 冷却面积: SqKtmS2.021053.0 m22.0910333.234.2 精馏塔设计运算4.2.1 精馏塔塔板数运算乙醇-水的气 -液平稳 y-x 如下图 4:图中曲线表示在肯定外压下乙醇蒸汽的组成y 和与之相平稳的液相组成x 之
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