山东省第二届隆腾杯化工过程实验技能大赛作品.doc

有机废料回收正丁醇
设计说明书
设计成员:刘大双黄尊先栾洪亭
目录
一、设计题目……………………………………………1
二、工艺流程设计………………………………2
分离背景………………………………………………2
工艺流程选择…………………………………………3
三、工艺流程模拟……………………………… 5
操作压力选择…………………………………………5
理论板数选择………………………………………5
精馏塔进料量选择…………………………………6
进料位置选择…………………………………………7
小结………………………………………… 7
四、物料衡算及能量衡算………………………… 8
物料衡算…………………………………………8
能量衡算………………………………………… 11
五、换热方案的选择……………………………………15
综述………………………………………………… 15
换热网络设计…………………………………… 15
六、控制方案……………………………………………… 18
塔设备控制方案…………………………………… 18
换热器控制方案……………………………… 21
泵设备控制方案……………………………… 21
其它控制方案……………………………………22
七、工艺设备设计计算………………………………23
塔的设计……………………………………… 23
换热器的设计…………………………………… 30
泵的设计…………………………………………… 38
八、岗位操作法……………………………………………39
九、设计总结………………………………………………45
产品规格…………………………………………45
设计创新点设计…………………………………45
自动控制系统………………………………………46
总结………………………………………………47
十、参考资料……………………………………………47
设计题目
现某厂的生产过程中产生一股高浓度有机废料20吨,主要组分为正丁醇与水,其中正丁醇含量为5wt%,水为95wt%。现有一套精馏塔,试设计合理的分离步骤、确定相关的工艺参数并对塔进行简单改造,实现由该有机废料回收制取高纯度正丁醇的方法。已知:(1)(表压强)的蒸汽。(2)冷公用工程为循环水(20℃→30℃)。(3)精馏塔为填料塔,填料为CY700,塔径为600mm。要求:
%。(2)正丁醇回收率大于95%。(3)利用现有的一套精馏塔,不增加新精馏塔,可根据需要对该精馏塔进行适宜改造。(4)产品均需要冷却到40℃。(5)操作成本尽可能要小。(6)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。
工艺流程设计:
一、分离背景
正丁醇主要用于制造邻苯二甲酸、脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯类增塑剂,也是有机合成中制丁醛、丁酸、丁***和乳酸丁酯等的原料。生产中性染料的工艺过程中产生大量含正丁醇等有机溶剂的废水,正丁醇的回收具有非常重要的意义。进行正丁醇的回收,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。
正丁醇与水在低温下部分互溶,20℃%(质量分数)的正丁醇,%的水,蒸馏时形成共沸物(℃,%),因此给正丁醇-水体系的分离带来困难[1]。本设计选用水为自夹带剂的共沸精馏法,采用ASPEN PLUS模拟软件,对回收正丁醇过程进行了工艺设计与模拟,并对该装置进行优化节能。
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PFD图。
第一阶段富水相回流。第二