乙酸乙酯乙酸丁酯精馏设计说明书1.docx
- 文档编号:794037
- 上传时间:2022-10-13
- 格式:DOCX
- 页数:46
- 大小:955.13KB
乙酸乙酯乙酸丁酯精馏设计说明书1.docx
《乙酸乙酯乙酸丁酯精馏设计说明书1.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《乙酸乙酯乙酸丁酯精馏设计说明书1.docx(46页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
乙酸乙酯乙酸丁酯精馏设计说明书1
1工艺设计背景
乙酸乙酯和乙酸丁酯是工业上重要的溶剂。
乙酸丁酯是优良的有机溶剂,广泛用于硝化纤维清漆中,在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂,也用于香料工业。
工业中的乙酸丁酯是由醋酸和正丁醇在催化剂存在下酯化而得,根据催化剂不同,可分为硫酸催化法、HZSM-5催化剂催化法、杂多酸催化法、固体氯化物催化法等。
其中硫酸催化法工艺比较成熟,但副反应较多。
本设计针对硫酸催化法生产乙酸丁酯时产生的一股物流(含乙酸乙酯30%、乙酸丁酯70%),设计常压精馏塔对此二元物系进行分离。
要求塔顶馏出液中乙酸乙酯的回收率为95%,釜残液中乙酸丁酯的回收率为97%。
该工艺物流的处理量为7200吨/年。
产品均需要冷却到40℃。
塔釜采用外置再沸器,冷公用工程为循环水(20℃→30℃),热公用工程为饱和水蒸汽,环境温度为20℃。
已知物性图表见附录。
操作条件见下表:
表1设计操作条件
操作压力
常压
进料热状况
冷液进料,进料温度为60℃
回流比
6.8
塔釜加热蒸汽压力
0.4MPa(表压)
塔板类型
筛板
工作日
每年300天,每天24小时连续运行
本设计主要包括:
筛板精馏塔工艺设计、精馏塔辅助设备设计(含列管式换热器、离心泵)填料塔工艺设计。
2工艺设计方案
2.1工艺说明
从乙酸乙酯—乙酸丁酯的核心生产装置——精馏装置着手,进行分析。
工艺如图所示。
原料经离心泵送入换热器,经釜液余热预热后进入精馏塔,精馏塔釜设置再沸器,最后乙酸乙酯从塔顶蒸出,经塔顶换热器冷凝后,冷凝液部分泡点回流,另一部分进入换热器,进一步冷却为乙酸乙酯产品采出。
塔釜得到的釜液,首先进入预热换热器,将原料液预热到指定温度(60℃),然后进入二级换热器冷却为乙酸丁酯产品。
2.2工艺流程图
StreamName
S1
S4
S6
S7
S9
S11
S12
Description
原料液
预热后料液
馏出液
釜液
馏出液产品
换热后釜液
釜液产品
Phase
Liquid
Liquid
Liquid
Liquid
Liquid
Liquid
Liquid
TotalStreamProperties
Rate
KG-MOL/HR
9.431
9.431
3.456
5.974
3.456
5.974
5.974
KG/HR
1000.000
1000.000
306.000
694.000
306.000
694.000
694.000
Temperature
C
20.000
60.000
78.633
123.767
40.000
76.029
40.000
Pressure
ATM
1.000
1.200
1.000
1.100
1.000
1.100
1.100
MolecularWeight
106.034
106.034
88.529
116.161
88.529
116.161
116.161
AcentricFactor
0.4016
0.4016
0.3660
0.4222
0.3660
0.4222
0.4222
WatsonK(UOPK)
9.916
9.916
9.469
10.113
9.469
10.113
10.113
StandardLiquidDensity
KG/LIT
0.891
0.891
0.905
0.885
0.905
0.885
0.885
LiquidPhaseProperties
Rate
KG-MOL/HR
9.431
9.431
3.456
5.974
3.456
5.974
5.974
KG/HR
1000.000
1000.000
306.000
694.000
306.000
694.000
694.000
M3/HR
1.128
1.184
0.369
0.907
0.349
0.841
0.806
Std.LiquidRate
M3/HR
1.122
1.122
0.338
0.784
0.338
0.784
0.784
MolecularWeight
106.034
106.034
88.529
116.161
88.529
116.161
116.161
3工艺计算
3.1物料衡算
原料组成:
乙酸乙酯:
30%乙酸丁酯:
70%
流量:
F=7200吨/年
塔顶流出液:
回收率:
%
塔釜流出液:
回收率:
%
乙酸乙酯(以下用A代表):
摩尔质量MA=88.11kg/kmol
摩尔百分数xA=(0.3/88.11)/(0.3/88.11+0.7/116.16)=0.361
乙酸丁酯(以下用B代表):
摩尔质量MB=116.16kg/kmol
摩尔百分数xB=1-xA=0.639
原料液平均摩尔质量:
M平均=88.11×0.361+116.16×0.639=106.03kg/kmol
F=(7200×103)/(300×24)=1000kg/h
全塔物料衡算:
F=D+W
D/F=(xF-xW)/(xD-xW)
ŋA=D×xD/F×xF=0.95
ŋB=W×(1-xW)/F×(xF)=0.97
由
计算得
馏出液摩尔流量D=3.415kmol/h
馏出液摩尔分数xD=0.947
釜液液摩尔流量W=6.016kmol/h
釜液液摩尔流量xW=0.0283
3.2热量衡算
精馏是大量耗能的单元操作,能量消耗是操作费用的主要损失。
通过热量衡算,确定再沸器的热负荷和塔底的冷凝负荷,进而可算出加热蒸汽消耗量和冷公用工程循环水用量。
总热量衡算QF+QB=QC+QD+QW+QL
进料代入塔内热量QF=
=1.23×105kJ/h
塔顶产品带出热量QD=
=3.13×104kJ/h
塔釜产品带出热量QW=
=6.56×104kJ/h
冷凝器热负荷QC=
=1.65×105kJ/h
蒸馏釜热负荷QB=
=1.38×105kJ/h
热损失QL=1.38×104kJ/h
本工艺利用釜液加热原料液,充分利用热能,具体表现为:
节约冷公用工程循环水12.05吨/日,节约加热水蒸气4.82吨/日。
达到较好的节能效果,证明工艺过程比较合理。
4工艺设备设计
4.1筛板精馏塔设计
4.1.1馏出液和釜残液的流量和组成
冷物料进料量:
F=(7200×103)/(300×24)=1000kg/h
全塔物料衡算:
F=D+W
D/F=(xF-xW)/(xD-xW)
ŋA=D×xD/F×xF=0.95
ŋB=W×(1-xW)/F×(xF)=0.97
由
计算得
D=3.415kmol/hxD=0.947
W=6.016kmol/hxW=0.0283
4.1.2理论塔板数及理论最佳进料位置
图1乙酸乙酯和乙酸丁酯二元混合物的t-x(y)关系图
由图t-x(y)查得,进料液泡点温度tb=99.68℃
塔顶温度:
78.96℃塔底温度:
122.11℃
进料温度tF=60℃
平均温度tm=(tb+tF)/2=79.84℃
进料热状态参数:
进料平均摩尔热容:
CpL=xF×CpA+(1-xF)×CpB=229.31kJ/(kmol·K)
进料平均摩尔汽化潜热:
r=xF×rA+(1-xF)×rB=35.14kJ/mol
故求得热状态参数:
q=1.26
进料热状态参数q线方程:
精馏段操作线方程:
提馏段操作线方程:
精馏段气相摩尔流量:
V=(R+1)D=26.637kmol/h
精馏段液相摩尔流量:
L=RD=23.222kmol/h
提馏段气相摩尔流量:
V′=V―(1―q)F=29.083kmol/h
提馏段液相摩尔流量:
L′=L+qF=35.105kmol/h
利用作图法确定理论板数:
图2理论板数的确定
由图可知,精馏段理论板数为2,提馏段理论板数为3,第三块板为最佳进料理论板。
4.1.3实际塔板数的设计计算
定性温度计算
由t—x(y)图查得
塔顶温度tD=78.96℃塔底温度tW=122.11℃
定性温度tm=(tD+tW)=100.54℃
平均黏度μL计算
由图5查得μA=0.21cpμB=0.31cp
μL=xF·μA+(1-xF)μB=0.27cp
平均相对挥发度计算
塔底相对挥发度αW=yw/(1-yw)×(1-xw)/xw=4.03
塔顶相对挥发度αD=xD/(1-xD)×(1-x1)/x1=4.03
平均相对挥发度α=(xD+xw)1/2
由O′connell公式得全塔效率:
ET=0.49k(α·μL)-0.245=0.42
精馏段实际塔板数:
NT=2/ET=4.76块≈5块
提馏段实际塔板数:
NT=3/ET=7.14块≈8块
实际最佳进料板位置为第六块塔板
实际塔板数N=13块(包括再沸器,塔顶设全凝器)。
4.1.4精馏段设计
筛板塔精馏段负荷性能图:
操作点为
操作弹性
满足工业生产中对操作弹性的要求,操作点位置基本合理。
详细设计过程如下:
(1)塔径的确定
由t—x—y图可知:
塔顶流出液的平均摩尔质量:
=106.03kg/kmol
进料板上的组成:
,
进料板的平均摩尔质量
=105.52kg/kmol
精馏段液相的平均摩尔质量为
(
+
)/2=105.78kg/kmol
塔顶气相的平均摩尔质量为
kg/kmol
进料板气相的平均摩尔质量为
=95.6kg/kmol
精馏段气相的平均摩尔质量
kg/kmol
精馏段气相的平均密度
kg/m3
所以,精馏段的液相的平均密度为
kg/m3
气液两相体积流量:
则,两相流动体积参数:
取塔板间距HT=400mm=0.4m。
由筛板塔泛点关联图[1]可得:
,当定性温度t=(
)/2,液相表面张力:
mN/m
故,气体负荷因子:
=
液泛气速:
取本物系的泛点率为0.8
取堰长
由图10-40,知溢流管面积与塔板总面积之比:
即,塔板总面积:
因而,精馏段塔径:
m
根据塔设备系列化规格,圆整到D=0.6m=600mm
则,塔板实际面积:
m2
降液管实际面积:
m2
气体实际流速:
m/s
因此,实际泛点率为
(2)塔盘设计
降液管的面积
降液管的宽度:
由图3-35[3]可得,
=0.15D=0.09
取
选取安定区
边缘区
有效传质面积:
=0.156m
筛孔的设计:
选孔径为
,孔间距
孔隙率
溢流堰长度
m
堰上清液层高度
m
选择平顶溢流堰
采用垂直弓形降液管,普通平底受液盘取其间距
m。
(3)塔板流动
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 乙酸乙酯 乙酸 精馏 设计 说明书