异丙醇-水萃取精馏分离课程设计

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1、概述. 4 1 工艺流程确定及说明 . 4 1.1 模型建立 . 5 1.1.1 工艺流程 5 1.1.2 模拟计算 6 1.2 灵敏度分析与参数优化 7 1.2.1 原料进料位置的影响 7 1.2.2 萃取剂进料位置的影响 8 1.2.3 萃取剂用量对分离效果及热负荷的影响 .10 1.3 优化操作参数的模拟结果 10 1.3.1 精馏塔的全塔物料与能量衡算 12 2 塔装置的设计计算 .13 2.1.1 塔径计算.13 2.1.2 溢流装置的确定 13 2.1.3 溢流堰长 W l13 2.1.4 溢流堰高度 w h13 2.1.5 弓形降液管宽度 d W和弓形截面积 f A 14 2.1

2、.6 降液管底隙高度 0 h .14 2.2 塔板布置及浮阀数目与排列 .15 2.2.1 浮阀数目 15 2.2.2 排列 .15 3. 塔板的流体力学计算.17 3.1.塔板的流体力学验算 .17 3.1.1 气体通过浮阀塔板的压力降.17 3.1.2 液泛 .18 3.2 塔的负荷性能图 .18 3.2.1 雾沫夹带线 18 3.2.2 漏液线 19 3.2.3 液相负荷下限线 19 3.2.4 液相负荷上限线 19 3.2.5 液泛线 19 3.3 操作性能负荷图 .21 4 塔附件设计 22 辅助设备的计算及选型 4.1 贮罐 22 4.2 换热器 23 4.2.1 原料预热器 .2

3、3 4.2.2 循环物料冷凝器 24 冷凝器及再沸器选型汇总 .26 4.3 精馏塔 26 4.5 筒体与封头 29 4.5.1 筒体29 4.5.2 水压试验校核29 4.5.3 封头29 4.6 裙座 .30 4.7 地脚螺栓 30 5 公用工程 30 6 自我评价 31 课程设计任务书 一、 设计题目 异丙醇-水萃取精馏分离 二、 设计任务 1、 原料名称：异丙醇-水共沸体系 2、 原料组成：含异丙醇 87.4%(质量百分比) 3、 产品要求：塔顶产品中异丙醇含量 99.5%，水能够达标排放 4、 生产能力：年产量 1 万吨/年 5、 溶剂采用：NMF（N-甲酰吗啉） 6、 设备形式：浮

4、阀塔 7、 生产能力：300 天/年，每年 24h 运行 8、 进料状况：80共沸组成进料 9、 操作压力：常压 10、 加热蒸汽压力： 11、 冷却水温度：进口 30，出口 40 三、 设计内容 1、 设计方案的选定及流程说明 2、 四、 设计要求 1、 工艺设计说明一份 2、 工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用 AoutCAD 绘制） 五、 设计完成时间 2013 年 6 月 24 日-2013 年 7 月 13 日 概述概述 蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是一种属于传质分离的单元操作。广泛 应用于炼油、化工、轻工等领域。蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的 差异，即各组分在

5、相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现 分离目的。在工业精馏设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触， 以进行气液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相， 液相中的易挥 发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和气相的部分冷凝。 本设计选取异丙醇-水萃体系，异丙醇是一种重要的有机化工原料和有机溶 剂，主要用在制药、化妆品、塑料、香料、涂料及电子工业上。异丙醇一般通过 丙烯水合法得到，再用蒸馏法蒸出异丙醇，但常压下异丙醇与水在80.3时形成 共沸物，共沸物中异丙醇质量分数为87.4。因此，采用普通蒸馏方法难以得到 高纯度的异丙醇。传统的异丙醇一水共沸物分离

6、采用共沸精馏法，通常用苯做为 共沸剂，此种工艺的能耗较大，且共沸剂在生产操作中存在人身危害和环境污染 问题。近几年文献中对异丙醇一水分离新工艺进行了较多研究，萃取精馏是其中 一种重要手段相对传统的共沸精馏而言，由于萃取精馏所采用溶 剂沸点较高， 不易挥发，溶剂从塔釜排放，因而具有 能耗低、污染少、溶剂易于回收等优点， 但萃取精馏 存在溶剂用量大、回收成本高的不足。用Aspen Plus化工流程模拟 软件，根据萃取精馏分离共沸物的适宜溶剂的要求和文献报道，选择NMF作为萃 取剂，对异丙醇一水共沸体系的萃取精馏过程进行模拟，并系统讨论了各操作参 数对分离效果的影响，得到最优工艺参数。 结果表明，以NMF做萃取剂分离异丙醇一水共沸体系是可行的。对于处理流量 1250kgh 的异丙醇一水共沸溶液，精馏塔具有20块塔板时，原料进料位置在第 10块塔板，萃取液进料位置在第3块塔板，质量回流比为2，萃取剂与原料的进料 比为3：1，塔顶异丙醇质量分数可达99，萃取精馏塔的分离效果和热负荷达到 最优。模拟和优化的结果对工业化设计和生产具备指导意义。 关键词：萃取精馏；异丙醇；NMF；