一组╲t乙酸乙酯和乙酸丁酯精馏设计.doc

PAGE PAGE 2 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: 201 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 工艺设计背景 3 2 工艺设计方案 4 2.1 工艺说明 4 2.2 工艺流程图 4 3 工艺计算 5 3.1物料衡算 5 3.2 热量衡算 6 4 工艺设备设计 7 4.1 筛板精馏塔设计 7 4.1.1馏出液和釜残液的流量和组成 7 4.1.2理论塔板数及理论最佳进料位置 8 4.1.3实际塔板数的计算 10 4.1.4塔径的确定 10 4.1.5塔盘的设计 13 4.1.6塔板流动性校核及负荷性能图 13 4.1.6 塔高的设计计算 18 4.2 列管式换热器设计 18 4.2.1 换热器热量的衡算 18 4.2.2壳程内径设计 19 4.2.3 换热器总传热系数的校核 20 4.2.4 实际传热面积 21 4.2.5 换热器简图 21 4.3 离心泵选型 21 4.3.1 计算平均粘度 21 4.3.2 计算管径 22 4.3.3 计算管路压头损失 22 4.3.4扬程的计算 22 4.3.5最大允许安装高度 23 5设计总结 23 6参考文献 24 致谢 25 附录：物性图表 26 1 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）。 2 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 冷凝水 水蒸气 液体 蒸汽 塔顶产品 冷却水 蒸汽 塔底产品 进料 进料板 再沸器 离心泵 3 工艺计算 3.1物料衡算 原料组成： 30%A 70%B (质量分数) MA=88.11 MB=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+W ① D+W=F ② ③ ④ 由①②③④得：D=3.414kmol/h W=6.017kmol/h x=0.947 =0.0285 3.2 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 进料代入塔内热量QF = = 1.23×105kJ/h 塔顶产品带出热量QD = = 3.13×104