山东省第二届隆腾杯化工过程实验技能大赛作品.doc

有机废水回利用
设计说明书
设计成员:李杰边月强张瀚
设计题目
现某厂的生产过程中产生一股2t/h常温常压的高浓度有机废水,主要成分为醋酸乙酯、乙醇和水,其中醋酸乙酯含量为5 wt%,乙醇为10wt%,水为85 wt%。试设计合理的精馏分离步骤、确定相关的工艺参数,实现该有机废水的净化及回收其中的有用组分。
已知:
(1)(表压强)的蒸汽。
(2)冷公用工程为循环水(20-30℃)。
(3)精馏塔为板式塔。
要求:
(1)连续操作。
(2)水中乙醇的含量小于100ppm,乙酸乙酯含量小于100ppm。
(3)另外要求醋酸乙酯浓度≥95 wt%。
(4)操作成本尽可能要小。
(5)阐述工艺选择的依据,给出详细的模拟计算结果,绘制带控制点的工艺流程图,绘制主要设备的设计条件图,编写岗位操作法。
第一章工艺流程设计:
一、分离背景
纯净的乙酸乙酯是无色透明有芳香气味的液体,是一种用途广泛的精细化工产品,具有优异的溶解性、快干性,用途广泛,是一种非常重要的有机化工原料和极好的工业溶剂,被广泛用于醋酸纤维、乙基纤维、***化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树酯、合成橡胶、涂料及油漆等的生产过程中。其主要用途有:作为工业溶剂,用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中;作为粘合剂,用于印刷油墨、人造珍珠的生产;作为提取剂,用于医药、有机酸等产品的生产;作为香料原料,用于菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。进行乙酸乙酯的回收,不仅可以节约资金消耗,且减少其对环境和生物造成的污染,具有重要的经济和环保意义。
乙醇具有燃烧完全、效率高、用途广等特点的可再生能源。乙醇在医药、食物、燃料、饮料、化工等领域有着重要的影响。
图1:水与正丁醇相图
物相
沸点K
摩尔组成
水
正丁醇
水
355
100%
0%
正丁醇
372
0
100%
共沸物
364
%
%
相图分析表
二、工艺流程选择
根据ASPEN :(如图1)以及汽液平衡图(如图2)容易看出正丁醇与水在93摄氏度时形成共沸物,因此采用常规精馏无法分离到纯度较高的正丁醇。在这里我们使用双塔共沸精馏设计。原料经预热器预热E101加热后经过泵P101输送到塔T101中部进料,在塔内共沸后,塔顶共沸物经过冷凝器E103冷凝后进入分离器D101分层后,富水相回流,富油相经过泵P201打入塔顶(塔T201),在塔内共沸精馏,共沸物从塔顶送出经过冷凝器E202冷凝进入分离器D201分层,富醇相回流入塔T201,富水相采出。塔T201塔底采出正丁醇。全流程图参照附录:全流程P
FD图。
第一阶段富水相回流。第二阶段富油相回流。
第二章工艺流程模拟
本部分以第一工段T101为例进行模拟优化。
一、操作压力选择
用ASPEN PLUS 分别模拟了塔的操作压力与塔底再沸器热负荷的灵敏的分析。由灵敏度分析结果得到如下图表:
,热负荷先下降后增加,。。
二、理论板数选择
(1)为得到适宜的理论板数用ASPENPLUS 进行灵敏度分析,分析塔底再沸器热负荷REBDTUY和理论板数NSTAGE的关系。
(2)由于本设计题目中已经规定塔径为600mm,因此我们同时对理论板数NSTAGE与塔径PR-DIMA的关系进行灵敏度分析。分别得到如下,

理论板数从10增加到20再沸器热负荷先降低后升高。在塔理论板数为13时热负荷最低。
灵敏度分析塔理论板数与塔径的关系得到如下图:当理论板数从10增加到20时,塔颈先增加到13时开始趋于平缓后。
综合考虑,选择理论板数13进行模拟计算。
三、精馏塔进料量的选择
用ASPEN PLUS灵敏度分析进料量F与塔径的关系得到下图
随着进料量从3178Kg/H增加到4100Kg/H。。由于本设计中已经规定塔径为600mm。。
四、进料位置的选择
用ASPENPLUS。模拟了进料位置与塔底再沸器热负荷的关系,有图中可以看出进料位置在第八块板时热负荷开始升高。
综合考虑选择第八块板为进料板。
五、小结:
由以上模拟分析最终确定操作压力P= ,进料量F=8000LB/H,进料位置为第8块板,理论板数NSTAGE=13,选择UNIQUAC物性方法进行模拟计算。
第三章物料衡算及能量衡算
一、物料衡算
物料衡算是根据质量守恒定律,利用