萃取精馏法分离醋酸-水模拟设计.docx

浙江科技学院本科毕业设计（2016届）题目萃取精储法精制醋酸工艺过程设计学院生化/轻工学院专业化学工程与工艺班级化工121学号5120420023学生姓名指导教师刘赫扬完成日期2016年5月21日签字日期：2016年5月21日签字日期：2016年5月21日浙江科技学院毕业设计（论文）、学位论文版权使用授权书本人吕轶学号5120420023声明所呈交的毕业设计（论文）、学位论文茎取精储法精制醋酸工艺过程设计,是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本毕业设计（论文）、学位论文作者愿意遵守浙江科技学院关于保留、使用学位论文的管理办法及规定，允许毕业设计（论文）、学位论文被查阅。本人授权浙江科技学院可以将毕业设计（论文）、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库在校园网内传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文）、学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）导师签名:论文作者签名:萃取精t留法精制醋酸工艺过程设计学生姓名：吕轶指导教师：刘赫扬（浙江科技学院生物与化学工程学院/轻工学院）摘要：本文在介绍醋酸-水体系分离方法的基础上，以NMP（N-甲基毗咯烷酮）作为萃取剂，对醋酸-水溶液萃取精储过程进行研究分析，利用软件ASPenP1.US进行萃取精储过程的模拟，得出的数据代入EXChangerDesignandRating对换热器进行设计选型。用SW6-2011对塔设备进行壁厚的设计，最后对其做经济分析。模拟计算时，物性方法选用NRT1.,规定醋酸溶液的进料浓度为60%、流率为55OkmoIh,精储塔选择RadfraC模块，主要研究了醋酸-水精储塔的理论塔板数、回流比、进料位置、萃取剂用量对精储过程的影响。得到了精储操作的较佳条件：回流比2.59、理论塔板数41、醋酸原料进料位置26、萃取剂进料位置5,萃取剂用量16Okmo1./h、平均塔径为2.47m、有效塔高20m。并对分离前的除杂精编塔和分离后的萃取剂回收塔也进行了较详细的设计。最后比较萃取精储和普通精储的投资和操作能耗。发现萃取精偏法分离醋酸和水的能耗和分离效果都优于普通精储法，是一种工业上最有发展前景的醋酸-水分离方法。关键词：萃取精储；NMP；醋酸；水；AspenP1.usTheDesignMethodofExtractiveDisti1.1.ationRefiningAceticAcidProcessStudent,sname:1.vYiAdvisor:1.iuHeyang(Schoo1.OfBio1.ogica1.andChemica1.Engineering/Schoo1.of1.ightIndustry,ZhejiangUniversityofScience&Techno1.ogy)Abstract:Thispaperintroducestheaceticacid/watersystemonthebasisofseparationmethods,NMPasextractant,Researchandana1.ysistheextractivedisti1.1.ationprocessofaceticacidaqueousso1.ution,usingtheextractivedisti1.1.ationprocesssimu1.ationsoftwareAspenP1.us,ThedatainExchangerDesignandRatingofheatExchangerDesignse1.ection.ThenuseSW6-2011oftowerequipmentforthedesignofwa1.1.thickness,Fina1.1.ymakeeconomicana1.ysisonit.Inthesimu1.ationca1.cu1.ation,thephysica1.propertymethodusingNRT1.,feedconcentrationof60%aceticacidso1.ution,f1.owrateof550kmo1.h,chooseRadfracrectificationco1.umn,main1.ystudiesthetheoryofaceticacid-waterco1.umnp1.atenumber,ref1.uxratioandfeedposition,theinf1.uenceoftheextractionagentdosageondisti1.1.ationprocess.Gotthebetterconditionsofdisti1.1.ationoperation,ref1.uxratioof2.59,thetheoretica1.p1.atenumber41,aceticacidrawmateria1.feedingposition26,feedingposition5extractionagent,extractionagent160kmo1.h,theaveragediameterof2.47m,24mhightowereffective1.y.Andaftertheseparationinthedisti1.1.ationandseparationoftheextractantrecyc1.ingtowera1.sohascarriedonthedetai1.eddesign.Fina1.1.ycomparingextractivedisti1.1.ationandgenera1.disti1.1.ationofinvestmentandoperatingenergyconsumption.Foundextractivedisti1.1.ationtoseparateaceticacidandwaterandseparationeffectisbetterthanthatofordinarydisti1.1.ationmethod,energyconsumptionisoneofthemostpromisingonindustria1.aceticacid/waterseparationmethod.Keywords：Extractivedisti1.1.ation；NMF；Aceticacid；Water；AspenP1.us目录中文摘要I英文摘要II目录III1 .总论11.1 醋酸介绍11.2 研究内容12 .化工工艺与系统22.1 醋酸-水分离方法比选22.2 本文拟选用的分离分案23 .工艺优化33.1 萃取剂的初步选择33.2 除杂精储塔的设定33.2.1 理论板的设定43.2.2 回流比和塔顶流率的设定43.2.3 进料位置的设定53.3 醋酸-水精储塔的设定53.3.1 理论板的设定53.3.2 回流比和塔顶流率的设定63.3.3 进料位置的设定73.4 萃取剂回收塔的设定73.4.1 理论板的设定73.4.2 回流比和塔顶流率的设定83.4.3 进料位置的设定83.5 萃取剂用量对能耗的影响93.6 进料温度对分离效果的影响94 .物料/能量平衡114.1 物料衡算114.1.1 物料衡算的原理和法则114.1.2 物料衡算过结果114.2 能量衡算134.2.1 能量衡算的原理和准则134.2.2 热量衡算结果145 .设备的选型/设计165.1 过程设备的基本要求165.2 精储塔的设定165.2.1 精微塔塔型的选择165.2.2 精微塔全塔效率的估算195.2.3 精微塔的塔径设定195.2.4 精微塔塔高的计算195.2.5 精储塔模拟结果与分析195.3 换热器的设计245.3.1 换热器类型简介245.3.2 换热流股信息255.3.3 选型示例255.3.4 换热器选型结果一览表375.4 塔体强度校核376 .车间布置516.1 概述516.2 平立面布置图517 .经济分析547.1 设备购置费547.1.1 塔设备547.1.2 换热器547.2 公用工程费557.2.1 原材料及辅助材料费557.3 财务分析558 .环境影响评价561 .1三废处理561.1.1 废气561.1.2 废水561.1.3 废渣569 .总结与展望57致谢58参考文献59附件：1工艺流程图2车间平立面布置图1总论1.1 醋酸介绍醋酸是一种重要的化工原料，纯醋酸是无色液体，有刺激性气味，常压下沸点为1179C,熔点16.6°C,易溶于水，醇类，醴类等。不溶于二硫化碳，有强腐蚀性，对皮肤有刺痛感，属二级有机酸性腐蚀物品。醋酸是氧化反应的良好溶剂，也是有机合成工业的重要原料，用于合成乙酎，乙酸乙酯，卤代醋酸等；还可用来生产醋酸盐，如醋酸锅，醋酸钻，醋酸锌等金属的盐，广泛用作催化剂、衣物染色以及皮革制造业中的助剂；也可以用来生产药物，如阿司匹林等；在食品行业中，醋酸可以用作酸化剂、增香剂和香料。在醋酸使用过程中，往往需要将醋酸进行提纯、精制后作为反应原料或溶剂，而醋酸生产中往往会混有一部分水。因此找到一种高效廉价的醋酸-水分离方法尤为关键山。1.2 研究内容比较各种萃取剂的分离效果和成本，选择一种最合适的萃取剂。然后用AspenP1.us模拟醋酸-水分离工艺过程，得到理论板数、回流比、进料位置、塔径、塔高等参数。将得到参数代入ExchangerDesignandRating对换热器进行设计选型。用软件SW6-2011对精微塔进行壁厚设计和强度校核。最后对该工艺进行经济分析。2化工工艺与系统2.1 醋酸-水分离方法比选普通精微法：技术成熟，工艺简单，但常压下醋酸和水的相对挥发度很小，接近与1。所以用普通精微法分离醋酸和水所需的理论塔板数和回流比较大，能耗较高，生产利润低，不适合工业大规模生产。共沸精微法：是在原有的醋酸-水体系中加入了夹带剂。提高了醋酸和水的相对挥发度，改善了待分离组分间的气液平衡关系。夹带剂能和水形成新的共沸物。在塔顶一起蒸出。在塔底则蒸出醋酸。常用的夹带剂有醋酸丙酯，醋酸乙酯,二氯乙烷，适合醋酸浓度较高时的精微。萃取精微法：是在原料液中加入高沸点的萃取剂，破坏了原有的共沸体系，且增大了原有组分间的相对挥发度，萃取剂不与任何组分形成共沸物。常用的萃取剂有N-甲基乙酰胺，二甲基苯胺，N-甲酰吗琳，N-甲基此咯烷酮等。在塔顶蒸出水，塔底得到醋酸和萃取剂，萃取剂可以通过精储进一步回收利用。由于萃取精储时萃取剂是在塔釜流出，不需气化冷凝。相比共沸精微法它所需的能耗较低，具有更好的发展前景。2.2 本文拟选用的分离分案醋酸-水体系的分离过程中，由于醋酸和水的相对挥发度接近于1,因此用普通精微分离时需要较大的回流比和理论塔板数，且能耗和设备造价也比较高。而共沸精储和萃取精储都是比较成熟的工艺，在工业上也得到广泛的应用。当醋酸浓度较高时，宜采用共沸精储，醋酸浓度较低时采用萃取精储。但共沸精微时，夹带剂和水都要从塔顶蒸发，而萃取精储只需蒸发水，因此萃取精储能耗相对较低。故本论文采用萃取精储法。3工艺优化3.1 萃取剂的初步选择在萃取精储中，加入萃取剂是为了增大醋酸和