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隔离壁精馏塔萃取精馏的研究

作　者: 夏珊珊
导　师: 裘兆蓉；叶青
学　校: 江苏工业学院
专　业: 化学工艺
关键词: 隔离壁塔萃取精馏乙醇叔丁醇 Aspenplus
分类号: TQ028.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

萃取精馏在石油化学工业中应用广泛。但目前世界化学工业所采用的萃取精馏工艺基本上都是两塔精馏,即一个萃取精馏塔和一个溶剂回收塔,操作繁琐,能耗和设备投资都很大,在能源危机日趋严重的形势下,这种弊端大大限制了萃取精馏的应用,降低了化学工业的利润。因此如何寻找一种新型的既节能又易于操作的萃取精馏工艺是化学工业急需解决的问题。本文所研究的用隔离壁精馏塔萃取精馏的工艺是目前化工分离过程的前沿技术。它将萃取精馏塔和溶剂回收塔合并在一个塔内进行,节省了一个塔和一个再沸器及相关辅助设备,有巨大的节能优势。此新技术一旦研究成功必能转化为巨大的生产力,极大地促进化学工业的发展。综述了国内外隔离壁精馏塔的研究成果,设计了隔离壁精馏塔萃取精馏的小试装置。在直径40mm,高3m的不锈钢塔正中加装一垂直隔板,塔内安装的为玻璃弹簧填料。在塔的不同位置设多个测温点。为实验研究和模型考核提供依据。塔左侧主要完成萃取任务,塔的右侧完成溶剂分离任务,右侧塔顶密封防止左侧的轻组分进入右侧。萃取剂经加热后从塔的上部进料,原料加热至泡点后从塔的中部进料。萃取剂和原料的进料速度分别由两台蠕动泵控制。用乙二醇作萃取剂,回流比由TC-2控制。选择乙醇-水及叔丁醇-水体系进行工艺条件影响实验,得出最佳工艺条件。在溶剂比为1.8,回流比为3:1,乙醇水溶液进料速度为1.6ml/min,塔顶出料速度为0.75ml/min时(D/F=0.47),原料的进料位置在距塔顶1.5m处,原料的进料状态为泡点进料时,塔顶乙醇的质量分数达到99.1%;塔釜乙二醇的质量分数达到96.4%,可作萃取剂循环利用。在溶剂比为1.5,回流比为2:1,叔丁醇水溶液进料速度为1.7ml/min,泡点进料,原料的进料位置在距塔顶1.5m处,出料速度为0.36ml/min,即D/F为0.21时塔顶叔丁醇的质量分数达到99.2%;塔釜乙二醇的质量分数达到97.7%,可直接作为萃取剂循环利用。采用Aspenplus过程软件对DWC萃取精馏小试的最佳操作条件进行模拟,以验证实验结果的正确性。并将模拟结果与传统的两塔萃取精馏进行对比,得出DWC萃取精馏在能耗上的优势。在相同的工艺条件下,模拟流程(乙醇-水体系)的塔顶组成与实验结果的相对误差为0.9%,塔釜组成与实验结果的相对误差为2.8%,叔丁醇-水体系的模拟流程的塔顶组成与实验结果的相对误差为0.8%,塔釜组成与实验结果的相对误差为2.0%。模拟结果与实验结果基本相符,说明实验的小试装置设计是合理的,实验的操作条件是可行的。在相操作条件基本相同的条件下,DWC萃取精馏比两塔萃取精馏节省一个塔,可降低能耗15.7%以上。选择叔丁醇-水体系,在最佳的工艺条件下对DWC萃取精馏制无水叔丁醇的工艺进行初步设计,并与传统的两塔流程进行对比以体现DWC的节能及节省投资的优势。DWC萃取精馏比两塔萃取精馏可节能14.3%,节省投资42%。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1. 前言  11-13
2. 文献综述  13-31
  2.1 DWC 简介  13-17
    2.1.1 隔离壁精馏塔的结构  13-14
    2.1.2 隔离壁精馏塔的关键技术  14-15
      2.1.2.1 隔离壁  14-15
      2.1.2.2 经过隔离壁两边的汽液相流量分配  15
    2.1.3 隔离壁精馏塔的优势  15-17
      2.1.3.1 节能  15-16
      2.1.3.2 节省设备投资  16
      2.1.3.3 可用于热敏性物料的分离  16
      2.1.3.4 中间产品的纯度较高  16
      2.1.3.5 可用于分离四组分和五组分混合物  16-17
  2.2 隔离壁精馏塔国内外研究现状  17-19
    2.2.1 国外研究现状  17-18
    2.2.2 国内研究现状  18-19
  2.3 隔离壁精馏塔在萃取精馏中的应用  19-24
    2.3.1 萃取精馏简介  19-20
    2.3.2 国外用隔离壁精馏塔萃取精馏的研究现状  20-24
    2.3.3 国内用隔离壁精馏塔萃取精馏研究现状  24
  2.4 用隔离壁精馏塔萃取精馏的计算方法  24-25
  2.5 隔离壁精馏塔萃取精馏拟应用领域  25-28
    2.5.1 用隔离壁精馏塔萃取精馏制无水乙醇  25-27
    2.5.2 用隔离壁精馏塔萃取精馏制无水叔丁醇  27-28
  2.6 ASPEN PLUE 系统模拟软件简介  28-31
    2.6.1 基本流程的模拟  28-29
      2.6.1.1 定义流程  28-29
      2.6.1.2 计算全局信息的规定  29
      2.6.1.3 规定组分  29
      2.6.1.4 选择物性方法  29
      2.6.1.5 规定物流  29
      2.6.1.6 单元操作模型的参数设置  29
      2.6.1.7 运行模拟程序，生成报告  29
    2.6.2 灵敏度分析  29
    2.6.3 设计规定  29-30
    2.6.4 优化  30
    2.6.5 物性  30
    2.6.6 用户模型  30
    2.6.7 ASPEN 的运用  30-31
3. 乙醇－水体系实验研究  31-40
  3.1 实验装置及仪器设备  31-32
    3.1.1 实验装置  31-32
    3.1.2 回流比控制器  32
    3.1.3 实验所用仪器  32
  3.2 实验所用试剂  32-33
  3.3 分析方法  33
  3.4 实验步骤  33
  3.5 实验装置的改进  33-35
    3.5.1 第一次改进  33-34
    3.5.2 第二次改进  34-35
  3.6 实验结果与讨论  35-38
    3.6.1 回流比的影响  35-36
    3.6.2 溶剂比的影响  36
    3.6.3 进料速度的影响  36-37
    3.6.4 塔顶出料速度的影响  37-38
    3.6.5 原料进料位置的影响  38
    3.6.6 原料进料状态的影响  38
  3.7 小结  38-40
4. 叔丁醇－水体系实验研究  40-45
  4.1 实验装置及仪器设备  40-41
    4.1.1 实验装置  40
    4.1.2 实验所用仪器  40-41
  4.2 实验所用试剂  41
  4.3 分析方法  41
  4.4 实验步骤  41
  4.5 实验结果与讨论  41-44
    4.5.1 回流比的影响  41-42
    4.5.2 溶剂比的影响  42-43
    4.5.3 进料速度的影响  43
    4.5.4 塔顶出料速度的影响  43-44
  4.6 小结  44-45
5. 流程模拟与比较  45-53
  5.1 乙醇-水体系的模拟  45-47
    5.1.1 DWC 萃取精馏系统流程  45-46
    5.1.2 两塔流程模拟  46
    5.1.3 模拟结果  46-47
      5.1.3.1 物料平衡  46-47
      5.1.3.2 DWC 工艺操作参数  47
      5.1.3.3 两塔流程设备工艺参数  47
  5.2 叔丁醇-水体系的模拟  47-50
    5.2.1 模拟流程图  47-48
    5.2.2 模拟结果  48-50
  5.3 模拟结果与实验结果对比  50-52
    5.3.1 乙醇-水体系模拟结果与实验结果对比  50
    5.3.2 乙醇-水体系DWC 萃取精馏模拟结果与两塔萃取精馏模拟结果对比  50-51
    5.3.3 叔丁醇-水体系模拟结果与实验结果对比  51
    5.3.4 叔丁醇-水体系DWC 萃取精馏模拟结果与两塔萃取精馏模拟结果对比  51-52
  5.4 小结  52-53
    5.4.1 乙醇-水体系  52
    5.4.2 叔丁醇-水体系  52-53
6. 初步设计  53-61
  6.1 设计原则  53-55
    6.1.1 设计依据及指导思想  53
    6.1.2 生产规模，生产方法、流程、特点及技术先进可参性和经济合理性  53-54
    6.1.3 主要技术资料和技术方案的决定  54
    6.1.4 主要设备的选型与选材原则  54
    6.1.5 车间组成  54
    6.1.6 生产制度  54-55
  6.2 成品、原料、辅助原料及中间产品主要技术规格  55
  6.3 物料衡算  55
  6.4 能量衡算  55-56
  6.5 自控部分  56-57
  6.6 车间（装置）定员表  57
  6.7 生产控制分析  57
  6.8 管道材料控制  57-58
    6.8.1 管道材料控制说明  57
    6.8.2 管道材料控制  57-58
  6.9 项目投资估算  58-60
  6.10 与二塔流程的比较  60-61
7. 结论  61-62
8.研究展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
附录一  67-68
攻读学位期间的研究成果  68

隔离壁精馏塔萃取精馏的研究

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