一组╲t乙酸乙酯和乙酸丁酯精馏设计

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1、7200吨/年乙酸乙酯-乙酸丁酯精馏塔装置设计设计人：一组（组长：李成敏．李斌）系别：化学工程与材料科学学院专业：化学工程与工艺班级：2008级本科二班指导教师:鞠彩霞完成时间:2011-06-0930目录1工艺设计背景32工艺设计方案42.1工艺说明42.2工艺流程图43工艺计算53.1物料衡算53.2热量衡算64工艺设备设计74.1筛板精馏塔设计74.1.1馏出液和釜残液的流量和组成74.1.2理论塔板数及理论最佳进料位置84.1.3实际塔板数的计算104.1.4塔径的确定104.1.5塔盘的设计134.1.6塔板流动性校核及负荷性能图134.1.6塔高的设计计算184.2列管式换热

2、器设计184.2.1换热器热量的衡算184.2.2壳程内径设计194.2.3换热器总传热系数的校核204.2.4实际传热面积214.2.5换热器简图214.3离心泵选型214.3.1计算平均粘度214.3.2计算管径224.3.3计算管路压头损失224.3.4扬程的计算224.3.5最大允许安装高度235设计总结236参考文献24致谢25附录：物性图表26301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

3、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

4、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）。302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。冷凝水水蒸气液体蒸汽塔顶产品

5、冷却水蒸汽塔底产品进料进料板再沸器2.2工艺流程图离心泵303工艺计算3.1物料衡算原料组成：30%A70%B(质量分数)MA=88.11MB=116.16年处理量F=7200吨／年进料组成===1－x=0.639平均冷物料尽量全塔物料衡算：F=D+W①D+W=F②③④由①②③④得：D=3.414kmol/hW=6.017kmol/hx=0.947=0.0285303.2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

6、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。304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原料组成：30%A70%BMA=88.11MB=116.16年处理量F=7200吨／年进料组成===1－

7、=0.639平均冷物料尽量全塔物料衡算：F=D+W①D+W=F②③④由①②③④得：D=3.414kmol/hW=6.017kmol/h=0.947=0.0285304.1.2理论塔板数及理论最佳进料位置跟据平衡数据表2画出t-x-y图形：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﹚知进料液泡点温度=99.20℃进料温度为t0=℃﹙1﹚q方程的确定查表1知=32.23kJ/mol=36.79kJ/mol;原料液