年產(chǎn)10萬噸燃料乙醇裝置液化崗位物、熱、水平衡計算及螺旋板面積、阻力計算

1、精品好資料學習推薦10萬噸/年燃料乙醇裝置液化崗位物料、熱量、用水平衡及熱工計算(加水比例1：2.4)已知條件：1、原料商品木薯，淀粉含量68 %，含水14 %，即:干基淀粉含量79.07%，干物質含量86%。2、年產(chǎn)99%（v/v）燃料乙醇10萬噸，年作業(yè)時間300天，即：每天產(chǎn)99%（v/v）酒精333.33噸，每小時產(chǎn)99%（v/v）酒精13.89噸。99%（v/v）98.37(w/w)，密度：0.7943g/ml。3、冷凍水溫度15，循環(huán)水溫度30（夏天），一次水溫度30。4、淀粉的理論出酒率酒精的理論得率可以根據(jù)酒精發(fā)酵的反應式計算得到： 162 18 246 244根據(jù)上述反應式，

2、可算出每100公斤淀粉理論上應產(chǎn)無水酒精的數(shù)量為：因為燃料乙醇含雜質及水分較高，現(xiàn)以99%（V）的燃料乙醇作為計算淀粉出酒率的基準。這樣，100淀粉理論上可產(chǎn)99%（V）的燃料乙醇量為：式中0.9837是換算系數(shù)，意思是每時每10099%（V）酒精中有98.37純酒精即與99%（V）相應的重量百分比，98.37%（W）。57.7399%(V)燃料乙醇的出酒率是按公式計算得到的100純淀粉的出酒率，稱為淀粉的理論出酒率。第1章料、熱、水平衡計算：一、粉碎崗位計算生產(chǎn)13.89噸/h99%（v/v）燃料酒精需淀粉量：13.8957.73%=24.06噸/h。但在實際生產(chǎn)過程中會發(fā)生各種淀粉損失：1

3、、粉碎過程粉塵損失占淀粉總量的0.5%。2、蒸煮過程損失，若采用低溫蒸煮可以不計。（隨著蒸煮壓力高低和時間長短，這種損失可以達0.54%。）大約以0.5%計。3、酵母生產(chǎn)繁殖消耗淀粉占淀粉總量的2.5%。4、發(fā)酵過程中生成甘油、酯、醛、酸消耗淀粉占淀粉總量的3.5%。5、二氧化碳帶走酒精損失占淀粉總量的0.5%。6、發(fā)酵成熟醪液殘總糖占淀粉總量的4.0%。7、蒸餾損失淀粉占淀粉總量的1.0%?？倱p失率：0.5+0.5+2.5%+3.5+0.5+4.0+1.0+=12.5%即：生產(chǎn)過程淀粉損失占淀粉總量12.5%則實際生產(chǎn)13.89噸/h99%（v/v）燃料酒精需淀粉量：24.06（1-12.5

4、%）=27.50噸/h需投入木薯量：27.5068%=40.44噸/h，即投入干物質：40.4486%=34.78噸/h木薯淀粉實際出酒率：13.8927.50=50.51%粉碎崗位數(shù)據(jù)表投入原料量噸/h干物質量噸/h木薯含水率%木薯含水量噸木薯淀粉含量%木薯淀粉總量噸/h淀粉出酒率%40.4434.78145.666827.550.51一、 調(diào)漿罐計算有專家專門做過濃醪發(fā)酵研究，發(fā)酵工藝不用大調(diào)整下，糖化醪的含葡萄糖濃度在1822%（即加水比為1：31：2.4）時發(fā)酵周期和原料利用率最高，超過22%由于底物抑制作用，發(fā)酵時間延長、原料利用率明顯下降，需要調(diào)整工藝，故取加水比為1：2.4，成熟

5、醪酒份約在13.5%（v）。以商品木薯含水14%，經(jīng)粉碎后，在調(diào)漿罐進行調(diào)漿，加水比例為1比2.4，則料漿量為：40.44（12.4）= 137.5噸/t 加水量為： 40.442.497.1噸/t干物質含量為：B=34.78137.5=25.3%查錘度_密度對照表得溫度更正后密度約為1090 kg/m3，則料漿流量約為：137.51.09=126.1m/h干物質含量B=86%的木薯比熱為:Cs=4.18(1-0.7B)=4.18(1-0.70.86)=1.66kJ/(kgK)根據(jù)液化醪比熱經(jīng)驗公式：C0=CsB/100+Ce(100-B)/100料漿的比熱：C0=1.6625.3%+4.18

6、(100-25.3)%=3.55kJ/式中：Cs為木薯原料干物質比熱 Ce為水的比熱，取4.18 kJ/木薯的比熱：Cm=CsB/100+Ce(100-B)/100=1.6686%+4.18(100-86)%=2.01kJ/式中：Cs為木薯原料干物質比熱 Ce為水的比熱，取4.18 kJ/設：木薯溫度為25，拌料熱水溫度為45，則 拌料后料漿溫度： GmCm(t1-to)=W水Ce(T水-t1)原料與水1:3混合后料漿溫度為 t1(2.4454.18+12.0125)/(12.01+2.44.18)42式中：Cm為木薯的比熱為2.01kJ/ Gm為木薯的質量調(diào)漿罐物料數(shù)據(jù)表投入原料量噸/h干物

7、質量噸/h加水量噸/h料漿干物質濃 %42料漿量噸/h42料漿量m/h料漿比熱kJ/40.4434.7897.125.3137.5126.13.55三、初液化罐工藝計算設：42的料漿經(jīng)過液化醪換熱器加溫后出來約57，再經(jīng)過料漿噴射器后溫度約65；初液化罐的工藝操作條件為：8590，暫設料漿經(jīng)過初液化罐溫度為88；停留罐的工藝操作條件為：98102，暫設停留罐初液化醪溫度為100，經(jīng)過閃蒸器后初液化醪溫度降為92，92的蒸汽汽化熱=2278kJ/kg。設：加熱蒸汽壓力0.5Mpa(表壓)，蒸汽汽化熱=2760kJ/kg。 1、料漿經(jīng)過料漿噴射器后的料漿量后料漿量=料漿量料漿量粉漿比熱溫差汽化熱=

8、 137.5137.53.55（6557）2278.2噸/h初液化醪經(jīng)過閃蒸器后水汽蒸發(fā)量：164.09161.761.7噸/ h經(jīng)過閃蒸器后干物質濃度：34.78.225%經(jīng)蒸煮后醪液比熱：C=1.6625%+4.18x(1-25%)3.55kJ/2、初液化罐經(jīng)過蒸汽加熱后初液化醪量為：初液化醪量=后料漿量后料漿量后粉漿比熱溫差蒸汽熱焓加熱后溫度熱焓=.2.23.55（8865）（2760884.18）=143.95噸/h需加熱蒸汽量：143.95.24.75噸/h經(jīng)過蒸汽加熱后干物質濃度：34.78143.9524.2%經(jīng)蒸煮后醪液比熱：C=1.6624.2%+4.18(1-24.2%)3

9、.57kJ/初液化罐物料數(shù)據(jù)表初液化醪量噸/h干物質量噸/h加熱后溫度加熱蒸汽消耗量噸/h前液化干物質濃度%前液化醪比熱kJ/143.9534.78884.7524.23.57四、停留罐工藝計算88初液化醪經(jīng)過噴射加熱器加熱到100進入停留罐液化約20分鐘，液醪經(jīng)閃蒸出來92進入末液化罐。加熱蒸汽壓力0.5Mpa(表壓)，蒸汽熱焓I=2760kJ/kg。經(jīng)過噴射加熱后液化醪量為：液化醪量=初液化醪量初液化醪量初液化醪比熱溫差蒸汽熱焓加熱后溫度143.95143.953.57（10088）（27601004.18）146.58噸/h需加熱蒸汽量：146.58143.952.63噸/h液化崗位總蒸

10、汽量：4.752.637.38噸/h經(jīng)過蒸煮后干物質濃度：34.78146.5823.7%經(jīng)蒸煮后醪液比熱： C=1.6623.7%+4.18(1-23.7%)3.58kJ/停留罐物料數(shù)據(jù)表液化醪量噸/h干物質量噸/h加熱后溫度蒸汽消耗量噸/h液化醪干物質濃度%前液化醪比熱kJ/液化總蒸汽量 噸/h146.5834.781002.6323.73.587.38五、末液化罐工藝計算液化醪經(jīng)閃蒸器出來后溫度降至92進入末液化罐，92的蒸汽汽化熱=2278kJ/kg。液化醪經(jīng)過料閃蒸器后進入末液化罐的醪量末液化液量=液化醪量-液化醪量液化醪比熱溫差汽化熱=146.58-146.583.58(10092

11、)2278144.74噸/h初液化醪經(jīng)過閃蒸器后水汽蒸發(fā)量：146.58144.741.84噸/ h同前面計算的蒸發(fā)量相差不大，前面的工藝計算結果不作調(diào)整。經(jīng)過閃蒸器后干物質濃度：34.78144.7424.0% 查錘度_密度對照表得溫度更正后密度約為1080 kg/m3，則 料漿流量約為：144.741.08=134.0 m/h末液化醪液比熱：C=1.6624%+4.18(1-24%)3.57kJ/末液化罐物料數(shù)據(jù)表末液化醪量 噸/h末液化醪流量 m/h 干物質量 噸/h末液化溫度 醪液蒸發(fā)量 噸/h干物質濃度 %末液化醪比熱 kJ/144.74134.034.78921.84243.57第

12、2章 熱工計算（計算出螺旋板換熱面積和冷卻水用量）現(xiàn)年產(chǎn)10萬噸燃料乙醇項目已初步選定:液化醪換熱器1臺、液化醪冷卻器1臺，冷卻面積都150m2/臺、材質都是304、板寬1.5m、通道寬道24mm的可拆式螺旋板換熱器，下面通過熱工計算來驗證是否滿足生產(chǎn)要求。計算中用到的符號和參數(shù)說明F 螺旋板換熱器面積 m2B 螺旋板板寬 1.5mb 螺旋板截面通道寬度 0.024mC漿 料漿比熱 3.55kJ/C液液化醪比熱 3.57kJ/C水 水比熱（40） 4.17kJ/de 通道當量直徑 mmK 螺旋板總傳熱系數(shù) KW/m2. L 螺旋板板長 m Q 熱負荷 KJ/h t 溫度 u 流體流速 m/s

13、V 流體流量 m3/h W 流體質量流量 Kg/h 流體密度 kg/m3水 水的密度（37） 993.3kg/m3漿 料漿的密度 1090kg/m3液 液化醪的密度 1080kg/m3 流體的導熱系數(shù) W/(m.)水 水的導熱系數(shù)（37） 0.63 W/(m.)3 304鋼板的導熱系數(shù) 17 W/(m.)網(wǎng)上找不到計算所需的物料導熱系數(shù)，根據(jù)酒精工業(yè)手冊算出料漿、液化醪的導熱系數(shù)：物 物料的導熱系數(shù) 0.5W/( m.) 流體的傳熱系數(shù) W/(m2.) 流體的粘度 Pa.s水 水的粘度（37） 6.98104 Pa.s根據(jù)酒精工業(yè)手冊、網(wǎng)上找到酒精生產(chǎn)液化-糖化過程中醪液黏度的變化規(guī)律及根據(jù)生

14、產(chǎn)上螺旋板實際使用情況，估算出料漿、液化醪的粘度：漿 料漿的粘度 0.05 Pa.s液 末液化醪的粘度 0.03 Pa.s 螺旋板板厚 3mmt漿、t液、t水、t糖 分別代表料漿側、液化醪側、水側、側溫差，tm 對數(shù)平均溫度 一、E301液化醪換熱器熱工計算1、料漿的熱負荷計算Q漿=W漿 C漿t漿 = 137.51033.55( 57-42)=7.32106KJ/h=2.03106W2、液化醪經(jīng)過螺旋板換熱后出口溫度t液2計算已知換熱過程無相變，料漿側和液化醪側熱交換量相等，即Q漿 =Q液7.32106144.741033.57 Q液 W液 .C液 t液= =14t液2=92-14=783、t

15、m的計算 料漿溫度變化： 4257 液化醪溫度變化： 789236+352tm = =35.54、螺旋板總傳熱系數(shù)K的計算4.1、污垢熱阻的選取污垢熱阻根據(jù)經(jīng)驗值選擇，液化醪一側=料漿一側取R液=R漿=1.7210-4/W=-4.2、板壁熱阻的計算R板=/3=0.00317=1.7610-4/W4.3、螺旋板計算用到的外形尺寸計算螺旋板板長計算：F=2LB L=150(21.5)=50m螺旋板外直徑D計算：根據(jù)多年的工程設計經(jīng)驗，外徑D求取采用如下經(jīng)驗公式： =1882mm取公稱直徑DN為1800mm式中：L為螺旋板板長，為板厚，d為中心卷輥直徑，b為通道寬度定位柱的選擇與計算：為正三角形安放

16、，數(shù)量100個/m2，1024當量直徑de的計算：實際螺旋板通道寬B實計算：B實 =（1500-1012）10-3 =1.38 m式中：24為通道寬，10定位柱直徑，12為定位柱數(shù)4.4、液化醪一側傳熱系數(shù)的計算液化醪的流速u液的計算：液化醪的雷諾數(shù)Re液的計算：根據(jù)經(jīng)驗，螺旋板有彎曲的螺旋通道和定位柱，較小的雷諾數(shù)流體在通道就可以達到湍流（一般大于500）。因為Re500，且L/de60查相關資料，對應這種工況的螺旋板換熱器傳熱系數(shù)計算公式為：4.5、料漿一側給熱系數(shù)的計算料漿的流速u漿的計算：料漿的雷諾數(shù)Re漿的計算：因為Re500，且L/de60查相關資料，對應這種工況的螺旋板換熱器傳熱

17、系數(shù)計算公式為：4.6、總傳熱系數(shù)K的計算代入數(shù)據(jù)求得K = 261 W/(m2.)5、液化醪換熱器面積的計算根據(jù)公式Q=FKtM求得換熱器面積FF=Q/(KtM)= 2.03106/(26135.5)=219 m2從計算可以看出的E301液化醪換熱器所需的面積遠大于150 m2，不能滿足生產(chǎn)工藝要求。二、E302液化醪冷卻器熱工計算1、液化醪的熱負荷計算液化醪經(jīng)過E301冷卻后出來的溫度78，還要經(jīng)過E302繼續(xù)用水冷卻至糖化最適溫度60。Q液 =W液C液t液 = 1341033.57 ( 78-60)=8.61106 KJ/h=2.39106W2、冷卻水用量W水計算設：30冷卻水經(jīng)過E30

18、2螺旋板冷卻器后出口溫度為45。已知換熱過程無相變，水側和液化醪側熱交換量相等，即Q水 = Q液Q水 W水 .C水8.61106154.17W水 = = = 137.6103 Kg/hV水 = W水/水 =137.6103993.3 =.6 m3/h3、tm的計算 水溫度變化： 3045 液化醪溫度變化： 60 7830 + 332tm = =31.54、E302螺旋板總傳熱系數(shù)K的計算4.1、污垢熱阻的選取污垢熱阻根據(jù)經(jīng)驗值選擇，液化醪一側=料漿一側取R液=1.7210-4/WR水=3.4510-4/W=-4.2、板壁熱阻的計算R板=/3=0.00317=1.7610-4/W4.3、冷卻水一

19、側傳熱系數(shù)的計算冷卻水的流速u水的計算：料漿的雷諾數(shù)Re漿的計算：因為Re10000，且L/de60查相關資料，對應這種工況的螺旋板換熱器傳熱系數(shù)計算公式為：4.4、總傳熱系數(shù)K的計算求得K = 433W/(m2.)5、液化醪換熱器的計算根據(jù)公式Q=FKtM求得換熱器面積FF=Q/(KtM)= 2.39106(43331.5)=175 m2從計算可以看出的E302液化醪換熱器所需的面積大于150 m2，不能滿足生產(chǎn)工藝要求。從上面計算可以看出所選的E301、E302各一臺150 m2螺旋板換熱器是不能滿足生產(chǎn)工藝要求，現(xiàn)假設E301選2臺200 m2，E302選2臺150 m2/臺，材質都是3

20、04、板寬1.5m、通道寬道24mm的可拆式螺旋板換熱器，下面通過熱工計算來繼續(xù)驗證是否滿足生產(chǎn)要求。三、2臺200 m2 E301液化醪換熱器熱工計算1、料漿的熱負荷計算Q漿 =W漿 C漿t漿 = 137.521033.55 ( 57-42)=3.66106 KJ/h=1.02106 W2、液化醪經(jīng)過螺旋板換熱后出口溫度t液2 計算已知換熱過程無相變，料漿側和液化醪側熱交換量相等，即Q漿 = Q液3.66106144.7410323.57 Q液 W液 .C液 t液= =14t液2= 92-14= 783、tm的計算 料漿溫度變化： 4257 液化醪溫度變化： 78 9236+352tm =

21、=35.5 4、螺旋板總傳熱系數(shù)K的計算4.1、污垢熱阻的選取污垢熱阻根據(jù)經(jīng)驗值選擇，液化醪一側=料漿一側取R液=R漿=1.7210-4/W=-4.2、板壁熱阻的計算R板=/3=0.00317=1.7610-4/W4.3、螺旋板計算用到的外形尺寸計算螺旋板板長計算：F=2LB L=20021.5=66.7m螺旋板外直徑D計算：根據(jù)多年的工程設計經(jīng)驗，外徑D求取采用如下經(jīng)驗公式： =2163mm取公稱直徑DN為2200mm式中：L為螺旋板板長，為板厚，d為中心卷輥直徑，b為通道寬度定位柱的選擇與計算：為正三角形安放，數(shù)量100個/m2，1024當量直徑de的計算：實際螺旋板通道寬B實計算：B實

22、=（1500-1012）10-3 =1.38 m式中：24為通道寬，10定位柱直徑，12為定位柱數(shù)4.4、液化醪一側傳熱系數(shù)的計算液化醪的流速u液的計算：液化醪的雷諾數(shù)Re液的計算：根據(jù)經(jīng)驗，螺旋板有彎曲的螺旋通道和定位柱，較小的雷諾數(shù)流體在通道就可以達到湍流（一般大于500）。因為Re500，且L/de60查相關資料，對應這種工況的螺旋板換熱器傳熱系數(shù)計算公式為：4.5、料漿一側給熱系數(shù)的計算料漿的流速u漿的計算：料漿的雷諾數(shù)Re漿的計算：因為Re500，且L/de60查相關資料，對應這種工況的螺旋板換熱器傳熱系數(shù)計算公式為：4.6、總傳熱系數(shù)K的計算代入數(shù)據(jù)求得K = 153 W/(m2.

23、)5、液化醪換熱器面積的計算根據(jù)公式Q=FKtM求得換熱器面積FF=Q/(KtM)= 1.02106/(15335.5)=187.8m2從計算可以看出的E301液化醪換熱器所需的面積小于200 m2，能滿足生產(chǎn)工藝要求。四、2臺150 m2E302液化醪冷卻器熱工計算1、液化醪的熱負荷計算液化醪經(jīng)過E301冷卻后出來的溫度78，還要經(jīng)過E302繼續(xù)用水冷卻至糖化最適溫度60。Q液 =W液 C液t液 = 144.7410323.57 ( 78-60)=4.65106 KJ/h=1.29106 W2、冷卻水用量W水計算設：30冷卻水經(jīng)過E302螺旋板冷卻器后出口溫度為40 。已知換熱過程無相變，水

24、側和液化醪側熱交換量相等，即Q水 = Q液4.65106 104.17Q水 W水 .C水W水 = = =111.5103 Kg/hV水 = W水/水 =111.5103994 =112.2m3/h3、tm的計算 水溫度變化： 3040 液化醪溫度變化： 60 7830+382tm = =344、冷卻水的物理參數(shù) 循環(huán)水定性溫度：（30+40）/2 = 34粘度：循 7.2710-4 Pas比熱：C循 = 4.17 kJ/密度：循 = 994 Kg/m3導熱系數(shù)：循 = 0.627W/(mK)普朗特數(shù):Pr=4.874、E302螺旋板總傳熱系數(shù)K的計算4.1、污垢熱阻的選取污垢熱阻根據(jù)經(jīng)驗值選擇

25、，液化醪一側=料漿一側取R液= 1.7210-4/WR水=3.4510-4/W=-4.2、板壁熱阻的計算R板=/3=0.00317=1.7610-4/W4.3、冷卻水一側傳熱系數(shù)的計算冷卻水的流速u水的計算：冷卻水的雷諾數(shù)Re水的計算：因為Re10000，且L/de60查相關資料，對應這種工況的螺旋板換熱器傳熱系數(shù)計算公式為：4.4、總傳熱系數(shù)K的計算求得K = 279W/(m2.)5、液化醪換熱器面積的計算根據(jù)公式Q=FKtM求得換熱器面積FF=Q/(KtM)= 1.29106(27934)=136 m2從計算可以看出的E302液化醪換熱器所需的面積小于150 m2，能滿足生產(chǎn)工藝要求。液化

26、崗位冷卻水數(shù)據(jù)表液化醪量 噸/h液化醪流量m/h 干物質量噸/h30水用量m3/h液化醪比熱 kJ/144.74134.034.78224.43.57第三章 螺旋板換熱器阻力計算 通用型螺旋板換熱器阻力計算經(jīng)驗公式：壓力降=（流動形態(tài)阻力+支承結構流動阻力）質量流速阻力，即式中：de當量直徑；L流道長度(m）；0.365、2.5 常數(shù)，實驗而得；n流道定位點數(shù)(個/m2);u流體流速(m/s);流體密度(Kg/m3)。一、1臺150m2E301阻力計算 1、液化醪一側阻力計算0.04721.1210800.25deu液液液Re液 = = =228根據(jù)螺旋板阻力計算，并數(shù)據(jù)代入：0.365228

27、0.25500.0472P液 = ( + 0.015350100+4)10801.1222.5 =（99.6+80.4）3387 = 0.61（MPa）2、料漿一側阻力計算0.04721.0610900.25deu漿漿漿Re漿 = = =218根據(jù)螺旋板阻力計算，并數(shù)據(jù)代入：0.3652180.25500.0472P液 = ( + 0.015350100+4)10901.0622.5 =（100.6+80.4）3062 = 0.55（MPa）二、1臺150m2 E302阻力計算 1、液化醪一側阻力計算0.04721.1210800.25deu液液液Re液 = = =228根據(jù)螺旋板阻力計算，并

28、數(shù)據(jù)代入：0.3652280.25500.0472P液 = ( + 0.015350100+4)10801.1222.5 =（99.6+80.4）3387 = 0.61（MPa）2、冷卻水一側阻力計算已知Re水 = （7.79 104）0.25 = 16.7 根據(jù)螺旋板阻力計算，并數(shù)據(jù)代入：0.36516.7500.0472P液 = ( + 0.015350100+4)10901.1622.5 =（23.2+80.4）3667 = 0.38（MPa）因液化醪側是兩個螺旋板串連冷卻，所以，總阻力為1.22（MPa）三、2臺200m2 E301阻力計算 1、液化醪一側阻力計算0.04720.561

29、0800.25deu液液液Re液 = = = 114根據(jù)螺旋板阻力計算，并數(shù)據(jù)代入：0.3651140.2566.70.0472P液 =( +0.015366.7100+4)10800.5622.5 =（158+106）847 = 0.22（MPa）2、料漿一側阻力計算0.04720.5310900.25deu漿漿漿Re漿 = = =109根據(jù)螺旋板阻力計算，并數(shù)據(jù)代入：0.3651090.2566.70.0472P漿=( + 0.015366.7100+4)10900.5322.5 =（160+106）765 = 0.203（MPa）四、2臺150m2 E302阻力計算 1、液化醪一側阻力計算0.04720.5610800.25deu液液液Re液 = = =114根據(jù)螺旋板阻力計算，并數(shù)據(jù)代入：0.3651140.25500.0472P液 = ( + 0.015350100+4)10800.5622.5 =（118+80.5）847 = 0.17（MPa