本题附图所示为发酵法制备工业酒精的初馏流程。乙醇发酵液经换热器加热至78℃进入初馏塔,分离后所获的塔顶馏分去精馏塔做进一步处理,塔底馏分送入废水处理工段。
[解析] 本题应首先通过物料衡算计算初馏塔冷凝器处理的塔顶馏分量,然后通过热量衡算计算冷凝器的热负荷,从而确定冷却水的用量。
初馏塔的物料衡算:
F=D+B
FxF=DxD+BxB
式中:F为发酵液量,1000kg/h;xF为发酵液中乙醇含量,10%(质量百分数);D为塔顶馏出液量,kg/h;xD为塔顶馏出液中乙醇含量,60%(质量百分数);B为塔底馏出液量,kg/h;xB为塔底馏出液中乙醇含量,0。
于是:
1000=D+B
1000×10%=D×60%
解得:D=166.67kg/h,B=833.33kg/h。
由回流比为3:1得塔顶馏出蒸气量
QV=(3+1)×166.67=666.68kg/h
塔顶为全凝器,蒸气冷凝所需换热量为
Q'=QV×1569.9=666.68×1569.9=1.0466×106kJ/h
冷凝器的热负荷
Q=(1-0.03)Q'=1.0152×106kJ/h
冷却水用量
