发布时间 : 星期一 文章年产10000吨车用无水酒精项目设计说明书论文更新完毕开始阅读e2318cc4690203d8ce2f0066f5335a8103d26672
化工设计-年产10000吨车用无水酒精项目
78.15℃,此时汽、液两相中的酒精含量相等,都是97.2%(v/v),所以采用普通的精馏方法无法生产出超过97.2%(v/v)的酒精,因此为了提高酒精浓度,去除多余的水分,则需要采用特殊的脱水方法才能完成。
本工艺采用的是吸附法脱水,常用的吸附剂有石灰、活性炭、离子交换树脂、分子筛、硅胶等。目前国际上公认分子筛脱水法节能效果好,以分子筛脱水法生产无水酒精最常用。分子筛是一类具有骨架结构的硅铝酸盐晶体。晶体内的阳离子和水分子在骨架中有很大的移动自由度,可进行阳离子交换和可逆地脱水。 分子筛的化学组成可用以下的实验式表示:
M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O
式中:
M———金属离子(Na, K, Li, Ca, Mg) ； n———金属的价数；
x———SiO2的分子数,也是SiO2/Al2O3的克分子比； y———水分子数。
各种分子筛的区别,首先是化学组成的不同。例如:各种分子筛的硅铝比分别为:
沸石A 1.5～2； 丝光沸石 9～11。 沸石X 2.1～3.0； 沸石Y 3.1～6.0。
分子筛晶体结构不同,造成分子筛的性质不同。
硅铝酸盐晶体基元是立体的四面体,再由基元形成复杂的笼型结构, 图1、图2 分别是A 型分子筛中的β笼的排列和X、Y型，分子筛的骨架结构如下图。
图1 A型分子筛中的β笼的排列 图2 X、Y型分子筛的骨架结构
分子筛对高温状态下的气相水分子的吸附能力较强, 将浓度95%的酒精蒸汽过热至一定温度进入分子筛吸附塔,酒气中的水分子流经分子筛填料层过程中,因分子筛的微孔对水分子有很强的亲和力,就将水分子吸附在微孔内,酒精蒸汽中的水绝大部分被吸附除去,实现酒气脱水,从脱水装置排出的酒精气体再进行冷凝、冷却后得到浓度为99.5%～99.9%的无水酒精。
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第三章 物料衡算及能量衡算
第一节 物料稀算
年产量为10000000kg 每年检修37天
则每小时的生产能力为10000000/（24*（365-37））=1270kg/h PV=nRT所以流量：V=1270*8.31*473.15/(46*101)=1075m3/h 每小时需95%酒精99.9*1270/95=1335kg 1．吸附
PV=nRT=mRT/M
原料液的平均分子质量M=M水*5%+M乙醇*95%=45.16
∴流量：V=1335*8.31*473.15/(45.16*101.3)=1147m3/h 被吸附的水量为1335*5%-1270*0.1%=65kg/h
塔设为Ф1000mm×2000mm的塔，装3000kgMS4A，1/16英寸，粒状（分子筛）4A分子筛的吸附热为1200千卡/公斤水 分子筛的有效吸附容量为70% 则吸附热引起的升温可由下式算出：
Q=（CGV+CSW）T=（0.480*1147+0.2*2100）*T1=65*1200 解之得T1=80oC
上式中V是流量 m3/h；W是吸附剂量 kg；
CG是95%酒精气体比热 千卡/米3 oC; CS是吸附剂比热 估算穿透时间：
∵T1=80C则此温度下的饱和水蒸气压P1=47.379kPa 原料气的绝对湿度H=5*18/95*46=0.02
H=18po/45.16*(P-po)则水蒸气分压po=4.78kPa ∴吸附层相对湿度φ=po/p1=4.78/47.379=10%
查《吸附的基础与设计》P153图有：吸附量qo=0.14kg水/kg吸附剂 ∵吸附带长度Za=u*Nof/Kfav 取Kfav=4.0/s NOF=4.6
表观流量u=V/s=1147/(3.14*0.52*3600*10-6)=40.5cm/s ∴Za=u*Nof/Kfav=40.5*4.6/4.0=46.6cm
f(c)=qo(1-Za/2Z)=qo(1-46.6/2*200)=0.884qo 其中Z为塔高 cm ∴穿透吸附容量f(c)=0.884*0.14=0.124 则穿透时间TB=2100*0.124/65=4.0小时
2．解析
dσ=dw*MA*p/MD(P-p)------------《吸附的基础与设计》P169
∴σ/w=MAp/MD(P-p)-----σ解吸的吸附剂量，公斤； w解吸剂量，公斤 ；MD吸附剂分子筛分子量； MA解析剂空气分子量； P总压,kPa；p吸附组分分压，kPa 4A分子筛的分子式为Na2O.AL2O3.2.0SiO2.4.5H2O 则MD=373 ∴σ=2100*28*14/373(101.3-47.379)=25.3kg 取解析时间为1h则热空气qm=25.3kg/h
Qv=25.3*8.31*473.15/(29*101.3)=33.85m3/h
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第二节 能量衡算
无水酒精产量 1270kg/h
每小时需要工业酒精量99.9*1270/95=1335kg
V=1335*8.31*473.15/(45.16*101.3)=1147m3/h（分子筛效率按100%算） 热空气qv=25.3kg/h ——(由物料衡算)
基础物性资料 物流 状态 温度 ℃ 比热 比热 汽化热液体 蒸汽kJ/(kg℃) KJ/kg kJ/(kg℃) 工业酒液体或78.8 3.012 2.008(0.480cal/kg℃) 1511.8 精 者气体 无水酒精 水 空气 液体或者气体 液体 气体 78.4 25 2.950 4.184 2.004 1.4 1472.6 2256.1 吸附系统 1. 换热器
原料（工业酒精） 25℃→78.8℃
产品（无水酒精）220℃→ T？（220℃由分子筛算得） 基准温度 25 ℃ 输入：
原料 1335*3.012*（25-25）=0（kJ）
产品 1270*2.004*（220-25）= 496290.6（kJ） 输出：
原料 1335*3.012*（78.8-25）=216330.9（kJ） 产品 1270*2.004*（T-25） 输入=输出 所以 T=135℃
2. 冷凝器
冷凝水量W1（kg/h）；基准温度25℃ 冷凝水 25℃→65℃ 产品 135℃→50℃ 输入：
冷却水 W1*4.184*（25-25）=0
产品 1270*2.004*（135-78.4）+1270*1472.6+1270*2.950*（78.4-25）
=2214316.6kJ
输出 ：
冷却水 W1*4.184*（65-25）
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产品 1270*2.950*（50-25）=93662.5 kJ 所以 W1=12671.2 kg/h
3. 蒸发器
蒸发器把饱和液体变成饱和气体 供给能量Q1 基准温度78.8℃ 输入：
加热能量Q1
原料 1335*3.012*（78.8-78.8）=0 输出：
原料 1335*3.012*（78.8-78.8）+1406*1511.8=2018253kJ 所以 Q1=2018253kJ
4. 过热器
把原料气升到140℃ 基准温度 78.8℃ 输入：
原料 1335*2.008*（78.8-78.8）=0 加热能量Q2 输出：
原料 1335*2.008*（140-78.8）=164057.6kJ 所以Q2=164057.6kJ
5. 分子筛（吸附粗略）
残留在分子筛上的水由物料守恒可得为1335*5%-1270*0.1%=65kg/h 4A分子筛的吸附热为1200千卡/公斤水，分子筛的有效吸附容量为70%，则吸附热引起的升温可由下式算出：Q=（CGV+CSW）△T=（0.480*1147+0.2*2100）* △T=65*1200 解之得△T=80℃，所以出分子筛的酒精气体温度为220℃
上式中V是流量 m3/h；W是吸附剂量 kg；CG是气体比热 千卡/千克℃; CS
是吸附剂比热——《吸附的基础与设计》
基准温度140℃ 输入：
原料 1335*2.008*（140-140）=0 吸附热 Q3 输出：
产品 1270*2.004*（220-140）=203606.4kJ 水分 65*4.184*（220-140）=21756.8 所以 Q3=225363.2kJ
脱附系统 1. 分子筛
220℃空气通过分子筛，带走水分和被吸附的的酒精 基准温度：220℃
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