萃取精馏法分离醋酸水模拟设计Word文件下载.doc
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论文作者签名：
导师签名：
签字日期：
2016年5月21日签字日期：
2016年5月21日
萃取精馏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-甲基吡咯烷酮）作为萃取剂，对醋酸-水溶液萃取精馏过程进行研究分析，利用软件AspenPlus进行萃取精馏过程的模拟，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NRTL，规定醋酸溶液的进料浓度为60%、流率为550kmol/h，精馏塔选择Radfrac模块，主要研究了醋酸-水精馏塔的理论塔板数、回流比、进料位置、萃取剂用量对精馏过程的影响。
得到了精馏操作的较佳条件：
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160kmol/h、平均塔径为2.47m、有效塔高20m。
并对分离前的除杂精馏塔和分离后的萃取剂回收塔也进行了较详细的设计。
最后比较萃取精馏和普通精馏的投资和操作能耗。
发现萃取精馏法分离醋酸和水的能耗和分离效果都优于普通精馏法，是一种工业上最有发展前景的醋酸-水分离方法。
关键词：
萃取精馏；
NMP；
醋酸；
水；
AspenPlus
I
TheDesignMethodofExtractiveDistillationRefiningAceticAcidProcess
Student’sname:
LvYi Advisor:
LiuHeyang
（SchoolofBiologicalandChemicalEngineering/School
of
Light
Industry,ZhejiangUniversityofScience&
Technology）
Abstract:
Thispaperintroducestheaceticacid/watersystemonthebasisofseparationmethods,NMPasextractant,Researchandanalysistheextractivedistillationprocessofaceticacidaqueoussolution,usingtheextractivedistillationprocesssimulationsoftwareAspenPlus,ThedatainExchangerDesignandRatingofheatExchangerDesignselection.ThenuseSW6-2011oftowerequipmentforthedesignofwallthickness,Finallymakeeconomicanalysisonit.
Inthesimulationcalculation,thephysicalpropertymethodusingNRTL,feedconcentrationof60%aceticacidsolution,flowrateof550kmol/h,chooseRadfracrectificationcolumn,mainlystudiesthetheoryofaceticacid-watercolumnplatenumber,refluxratioandfeedposition,theinfluenceoftheextractionagentdosageondistillationprocess.Gotthebetterconditionsofdistillationoperation,refluxratioof2.59,thetheoreticalplatenumber41,aceticacidrawmaterialfeedingposition26,feedingposition5extractionagent,extractionagent160kmol/h,theaveragediameterof2.47m,24mhightowereffectively.Andaftertheseparationinthedistillationandseparationoftheextractantrecyclingtoweralsohascarriedonthedetaileddesign.Finallycomparingextractivedistillationandgeneraldistillationofinvestmentandoperatingenergyconsumption.Foundextractivedistillationtoseparateaceticacidandwaterandseparationeffectisbetterthanthatofordinarydistillationmethod,energyconsumptionisoneofthemostpromisingonindustrialaceticacid/waterseparationmethod.
Keywords：
Extractivedistillation；
NMF；
Aceticacid；
Water；
II
目录
中文摘要 I
英文摘要 II
目录 III
1．总论 1
1.1醋酸介绍 1
1.2研究内容 1
2．化工工艺与系统 2
2.1醋酸-水分离方法比选 2
2.2本文拟选用的分离分案 2
3．工艺优化 3
3.1萃取剂的初步选择 3
3.2除杂精馏塔的设定 3
3.2.1理论板的设定 4
3.2.2回流比和塔顶流率的设定 4
3.2.3进料位置的设定 5
3.3醋酸-水精馏塔的设定 5
3.3.1理论板的设定 5
3.3.2回流比和塔顶流率的设定 6
3.3.3进料位置的设定 7
3.4萃取剂回收塔的设定 7
3.4.1理论板的设定 7
3.4.2回流比和塔顶流率的设定 8
3.4.3进料位置的设定 8
3.5萃取剂用量对能耗的影响 9
3.6进料温度对分离效果的影响 9
4．物料/能量平衡 11
4.1物料衡算 11
4.1.1物料衡算的原理和法则 11
4.1.2物料衡算过结果 11
4.2能量衡算 13
4.2.1能量衡算的原理和准则 13
4.2.2热量衡算结果 14
5．设备的选型/设计 16
5.1过程设备的基本要求 16
5.2精馏塔的设定 16
5.2.1精馏塔塔型的选择 16
5.2.2精馏塔全塔效率的估算 19
5.2.3精馏塔的塔径设定 19
5.2.4精馏塔塔高的计算 19
5.2.5精馏塔模拟结果与分析 19
5.3换热器的设计 24
5.3.1换热器类型简介 24
5.3.2换热流股信息 25
5.3.3选型示例 25
5.3.4换热器选型结果一览表 37
5.4塔体强度校核 37
6．车间布置 51
6.1概述 51
6.2平立面布置图 51
7．经济分析 54
7.1设备购置费 54
7.1.1塔设备 54
7.1.2换热器 54
7.2公用工程费 55
7.2.1原材料及辅助材料费 55
7.3财务分析 55
8．环境影响评价 56
8.1三废处理 56
8.1.1废气 56
8.1.2废水 56
8.1.3废渣 56
9．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
V
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117.9℃，熔点16.6℃，易溶于水，醇类，醚类等。
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，用于合成乙酐，乙酸乙酯，卤代醋酸等；
还可用来生产醋酸盐，如醋酸锰，醋酸钴，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[1]。
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AspenPlus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对精馏塔进行壁厚设计和强度校核。
最后对该工艺进行经济分析。
60
2化工工艺与系统
2.1醋酸-水分离方法比选
普通精馏法：
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。
所以用普通精馏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[2]。
共沸精馏法：
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
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