东营职业学院-孙林杰、王焕芹、杨慧

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1、第二届山东省“隆腾杯”大学生化工过程实验技能竞赛参赛组成员：东营职业学院杨慧王焕芹孙林杰设计题目要求：②正丁醇的纯度大于98.5wt%③产品均冷却到40℃正丁醇与水的分离一股高浓度有机废料20吨，其中正丁醇的含量为5wt%，水的含量为95wt%，对现有的一套精馏塔进行改造，实现由该有机废料回收制取高纯度正丁醇。①正丁醇回收率大于95wt%设计方案隔壁塔共沸精馏水自夹带水自夹带IIIIIIIV设计内容思路确定初步方案设计计算利用Aspen模拟附属设备的选择一.确定初步方案双塔共沸精馏方案1隔壁塔共沸馏方案21.1双塔共沸精馏图2Aspen模拟结果图1双

2、塔共沸精馏热负荷热负荷冷负荷冷负荷冷负荷=326315kJ/h热负荷=799116kJ/h1.2Aspen模拟能耗1.3隔壁塔精馏隔壁塔(DWC)，是一种单壳塔，可将三组分、甚至四组分的混合物分离成纯净的产品。隔壁精馏塔是节能技术研究的一个热点。查阅资料图3隔壁精馏塔生产正丁醇流程4123确定进料量全塔物料衡算塔板数的求取确定填料层高度二.设计计算5选择其他共沸剂计算2.1确定进料量F=1500kg01隔壁塔塔径F=1500kg/h初馏段塔径为D=344.8mm脱水段塔径为D=183.8mm02隔壁塔塔径F=2000kg/h初馏段塔径为D=398.2

3、mm脱水段塔径为D=212.3mm03隔壁塔塔径F=1800kg/h初馏段塔径为D=377.7mm脱水段塔径为D=201.4mm2.2全塔物料衡算D=1.223kmol/hW=94.915kmol/h2.2气液平衡相图利用Aspen模拟出了正丁醇和水的在常压下的汽液平衡数据，并绘制出了t-x-y图和x-y图。根据芬斯克公式则求出最少理论塔板数为6块。求得精馏段最少理论塔板数为3块。全塔效率实际塔板数进料位置为第9块塔板2.3塔板数的求取2.4确定填料高度由于精馏塔为填料塔，填料为CY700，每米CY700型填料相当理论板数为8块则填料层的设计高度2.

4、5选择其他共沸剂计算进料量F=1800kg/h环己烷用量F共=18647kg/h填料层设计高度Z＇=1.125m使用环己烷作为共沸剂，没有减少设备的投资费用，反而增加了成本，所以我们选择水自夹带的方式提纯回收正丁醇。三.利用Aspen模拟4123设计流程图流程模拟模拟结果对比工艺流程图和设备图5岗位操作法3.1设计流程图3.2流程模拟查文献可知，用NRTL方程关联本工作所研究体系中二元相平衡效果最佳。因此，热力学方法选择NRTL方程。3.2流程模拟结果显示:产品中正丁醇的纯度达到99.45%回收率达到99.97%由此得出，结果达到了题目中给定的要求。

5、热负荷670603kJ/h冷负荷208054kJ/h3.2流程模拟3.3结果对比通过结果分析得出，在相同处理能力下，相比双塔，在冷负荷上节能36.24%，在热负荷上节能16.08%，因此，我们采用隔壁塔共沸精馏分离正丁醇和水的有机溶液。项目冷负荷/kJ/h热负荷/kJ/h双塔共沸精馏隔壁塔共沸精馏节省能量326315.73208054.72118261.01799116.29670603.87128512.423.4带控制点工艺流程图3.4设备条件图3.5岗位操作法第一部分岗位任务和范围第二部分岗位职责第三部分岗位的工艺指标第四部分生产原理第五部分工

6、艺流程第六部分正常生产调节第七部分开车前的准备第八部分正常开车停车步骤及紧急停车第九部分常见事故及处理方法第十部分岗位安全注意事项四.附属设备的选择12离心泵的选择换热器的选择扬程总阻力泵型号ISG20-110(NPSH)r=2.3m。4.1离心泵的选择4.2换热器的选择以塔顶冷凝器为例壳程直径/mm273壳程数1管子尺寸DN15管程数2管长/mm3000管子数目56折流板数20换热面积/m29.7壳程流体热流体管程流体冷流体蒸汽接管选择DN40的无缝钢管；液体接管选择DN20的无缝钢管。五方案创新点一、节能隔壁共沸精馏塔比常规的共沸精馏装置节能，并

7、且利用塔顶蒸汽冷凝放热给原料预热，减少了能量的消耗。二、节约成本1、隔壁塔一个精馏塔就能完成分离任务，与常规的双塔流程相比，节省了一个精馏塔以及附属设备，从而节省了设备费用。2、隔壁共沸精馏提纯正丁醇流程中，采用水自夹带，相比萃取精馏和共沸精馏，节省了使用共沸剂的费用。三、环保隔壁共沸精馏流程中，采用水自夹带的方式，相比萃取精馏和共沸精馏，减少了共沸剂、萃取剂带来的环境危害。四、高效隔壁塔能有效避免两塔流程中中间组分的返混现象,降低进料板上的混合效应,从而大大提高了热力学效率。谢谢报告完毕请各位老师批评指正