年产6000吨医用酒精精馏车间工艺设计

西南科技大学本科生毕业论文医用酒精精馏车间工艺设计The Technical Design on the Distillation Plant of MedicalAlcohol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大学制药工程专业20083438 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，冷凝器设备选型计算。

利用AutoCAD软件绘制了带控制点工艺流程图，精馏车间设备布置图，车间布置图，及主要设备图。

粗馏塔采用F-1型浮阀塔，塔板数为8个，塔径为1.2m，板间距为0.45m。

精馏塔采用F-1浮阀塔，塔板数为24个，塔径为1.2 m，板间距为0.45m。

两塔塔底采用直接蒸汽加热，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明、易挥发、易燃烧，不导电的液体。

有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。

学名是乙醇，分子式C2H6O，热值3×10^7 J/kg，比热容2.4×10^3 J/（kg·℃）密度0.8×10^3 kg/cm^3。

酒精既是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料，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。

液态法白酒的发展，大大地促进了我国酒精工业的发展，这是我国酒精工业发展的一大特色。

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。

根据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。

值得注意的是，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，而在家庭中则只会将其用于相机镜头的清洁。

75%的酒精用于消毒。

这是因为，过高浓度的酒精会在细菌表面形成一层保护膜，阻止其进入细菌体内，难以将细菌彻底杀死。

若酒精浓度过低，虽可进入细菌，但不能将其体内的蛋白质凝固，同样也不能将细菌彻底杀死。

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，水为难挥发组分，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。

在设计中必须做到技术先进、经济合理、成熟可靠；在保证产品质量条件下，力求工艺流程简化，生产管理方便；把各个生产过程按一定顺序、要求组合起来，编制成工艺流程图等来完成工艺流程设计。

因为工艺流程设计的质量直接决定车间的生产产品质量、生产能力、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，物料衡算是定量计算阶段。

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.工艺流程设计的原则产品质量符合要求；技术和设备先进、成熟、可靠；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，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4～6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层塔板气相取出)。

经冷却、乳化和分离得粗杂醇油，去杂醇库。

所有冷凝器入水口温度均为27℃图1 两塔气相过塔蒸馏流程图Fig.1 two distillation towers gas flow chart of the tower2． 物料衡算2.1 生产规模年生产能力：6000t ／y 年连续工作日:250d ／y 连续每小时产量：根据设计任务，医用酒精的年生产能力6000 t ／y全年365d ，除去机械维修、节假日等，实际连续工作日250d 每昼夜24h 连续生产，则每小时生产能力： 1000242501060003=⨯⨯=P kg/h蒸馏过程采用气相过塔两塔蒸馏流程，塔底采用直接蒸汽加热，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%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.杂醇酒分离器发酵缪2.2 各塔物料衡算图2 粗馏塔物料进出Fig.2 Figure out crude distillation column materials对整个粗馏塔进行全塔总物料衡算；00W L S F +=+wl WxLx x F +=00式中 F 0——发酵缪蒸汽量，kg/h ；0x ——发酵缪中酒精摩尔分率 S —— 加热蒸汽量，kg/h ；L —— 上升蒸汽量，kg/h ；l x ——上升蒸汽的摩尔分率 W 0—— 废液量，kg/h ； 0w x —— 废液中的摩尔分率 粗馏塔热量衡算：WLs F WILISI I F +=+0式中： F I —— 成熟缪的热焓，kJ/kg ；s I —— 加热蒸汽的热焓，kJ/kg ；W I —— 废液的热焓，kJ/kg ；L I —— 上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ；图2 精馏塔物料进出Fig.2 Figure 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：''0VP W P V Q V F ++++=++其中 P R Q V )1(+== 故： ''0VP W P V F +++=+pp wp fx V x P WxPx Fx'''+++=式中 F —— 粗酒精蒸汽量，kg/h ；V 0 —— 加热蒸汽量，kg/h ；V —— 塔顶上升的酒精蒸汽量，kg/h ； V ’ —— 酒精蒸汽渗漏损失量，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：''''0qI V I P WIPIVI QII V FIv p wpv qs f+++++=++式中 f I —— 粗酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ； s I —— 加热蒸汽的热焓，kJ/kg ； q I —— 回流液的热焓，kJ/kg ；vI —— 上升酒精蒸汽的热焓，kJ/kg ；p I —— 成品酒精的热焓，kJ/kg ；'p I —— 杂醇酒精的热焓，kJ/kg ；w I —— 废液的热焓，kJ/kg ； 'q —— 热损失，kJ/h.加热蒸汽：压力为0.3MPa （绝对），其热焓：Is=2723(kJ/kg)成熟缪：酒精含量：（摩尔分数）质量）%16.4%(100==x ，温度：80℃ 比热：c p C ,=4.17 4 kJ /kg. ℃，热焓：334175.480=⨯=F I kJ/kg成品酒精：P=1000 kg/h ，酒精含量：p x =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:35.33.78⨯=p I kJ/kg进料层气相酒精浓度： y 0=x f =49.18%(质量分数)=27.5%（摩尔分数）与之相平衡的液相浓度x 0=5.3%（摩尔分数），则最小回流比：7.23.55.275.2713.88min 000=--=--=x y y x R p取最适宜的回流比: 5.37.23.13.1min =⨯==R R 则上升酒精蒸汽量：45001000)5.31()1(=⨯+=+=P R V 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: 4500==V Q kg/h 262==p q I I kJ/kg废液：一般精馏塔塔底压力为0.12MPa （绝对），相对应温度为377.15K ，比热容为4.178 kJ/kg.K ，其热焓Iw=435 kJ/kg杂醇酒精：含量60%（质量分数，下同），其中杂醇油含量为45%，含酒精量55%，则杂醇酒精中酒精含量：%33%10055.06.0'=⨯⨯=p x , 杂醇酒精中带走的酒精占成品酒精的0.48%，则：p p Px x P 0048.0''=杂醇酒精蒸汽量：82.13100033950048.00048.0''=⨯⨯==P xx P pp kg/h杂醇酒精的温度354.15K ，比热为4.10 kJ/kg.K,其热焓33210.481'=⨯=P I kJ/kg精馏酒精蒸汽渗漏损耗和废液带走酒精损耗为40.22081.0475*******.0'=⨯⨯==wp Wxx V kg/h53.295.040.240.2'===px V kg/h热损失按每100kg 成品酒精24166 kJ 计算，则：241660100100024166=⨯ kJ/h将已知数据代入p p wp f x V x P WxPx Fx '''+++=则得：4.2213.881000)0048.01(5.27⨯+⨯+=F解得：28.3220=F kg/h 热焓：1975=fIkJ/kg根据工艺设计，粗馏塔的上升蒸汽量等于精馏塔的粗酒精蒸汽量， 即: 28.3220==F L kg/h==fL II kJ/kg根据精馏塔和粗馏塔的损耗各占一半，可知粗馏塔的损耗80.400=w x W kg/h 将已知数据代入w l Wx Lx x F +=0080.45.2728.322016.40+⨯=F解得：212890=F kg/h将已知数据代入00W L S F +=+和WL s F WI LI SI I F +=+0则⎩⎨⎧+⨯=+⨯+=+00435197528.322027233342128928.322021289W S W S 解方程组得: ⎩⎨⎧==98.2117526.31070W S kg/h粗塔废液酒精的含量：()()摩尔分数质量分数%009.0%023.0%10098.2117580.4==⨯=wo x将已知数据代入''''0q I V I P WIPIVI QII V FIv p wpv qs f+++++=++和''0V P W P V F +++=+则⎩⎨⎧++⨯+⨯+⨯=⨯++⨯+++=+24166043533282.132621*********.450226245002723118728.322053.282.13100028.322000W V W V 解方程组得：⎩⎨⎧==11.299518.7910W V kg/h废液中酒精含量：（摩尔分数）（质量分数）%031.0%08.010011.299540.2==⨯=w x3. 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1t 为27℃，出口温度2t 为50℃； 95%乙醇的无相变传热 50,1002.23.48175.41000)(⨯=⨯⨯=-=t t PCq cp kJ/h水的无相变传热)(12t t HC q h -=水的流量为10.2091232.41002.2)(512=⨯⨯=-=t t C qH h kg/h4. 设备设计计算4.1 精馏塔冷却器7设计计算 4.1.1 冷却面积计算95%乙醇给冷却器的最大传热量为51002.2⨯kJ/h,采用竖式列管冷却器,经查表,总传热系数K=2.09×103 kJ/（m 2·h· ℃）,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t 1=27℃,出口温度为t 2=50℃,平均温差Δtm 为：78.3℃ → 30℃27℃ → 50℃ 51.3 ℃ 20℃3.51273.781=-=∆t ℃ 2030502=-=∆t ℃)ln()(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆代入数据得：32.33=∆m t ℃ 冷却面积：mt K q S ∆=0.323.331009.21002.235=⨯⨯⨯=S m24.2 精馏塔设计计算 4.2.1 精馏塔塔板数计算乙醇-水的气-液平衡y-x 如下图4：图中曲线表示在一定外压下乙醇蒸汽的组成y 和与之相平衡的液相组成x 之间的关系（均为摩尔分数）。