乙酸乙酯乙酸丁酯精馏设计说明书

目录

1 工艺设计背景 (2)

2 工艺设计方案 (3)

工艺说明 (3)

工艺流程图 (4)

3 工艺计算 (6)

物料衡算 (6)

热量衡算 (7)

4 工艺设备设计 (8)

筛板精馏塔设计 (8)

4.1.1馏出液和釜残液的流量和组成 (8)

4.1.2理论塔板数及理论最佳进料位置 (8)

4.1.3实际塔板数的设计计算 (10)

4.1.4精馏段设计 (11)

4.1.5提馏段设计 (17)

4.1.6塔高的设计计算 (24)

4.1.7灵敏板的确定 (24)

列管式换热器设计 (25)

4.2.1换热器热量衡算 (25)

4.2.2壳程内径设计 (26)

4.2.3换热器总传热系数的校核 (26)

4.2.4实际传热面积 (27)

4.2.5换热器简图 (28)

离心泵选型 (28)

4.3.1平均黏度计算 (28)

4.3.2管径计算 (29)

4.3.3管路压头损失计算 (29)

4.3.4扬程计算 (30)

4.3.5最大允许安装高度计算 (30)

填料塔设备设计 (31)

4.4.1精馏段设计 (31)

4.4.2精馏段塔径流体力学验算 (31)

4.4.3提馏段设计 (32)

4.4.4提馏段塔径流体力学验算 (33)

4.4.5填料层高度的计算 (33)

主要设备明细 (34)

5 创新点 (34)

设计总结 (35)

参考文献 (36)

筛板精馏实验操作步骤 (37)

附录：物性图表 (38)

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

塔釜加热蒸汽压力（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）填料塔工艺设计。

2 工艺设计方案

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。

工艺流程图

E1

E2

E3 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

13

T1

P1V1

V2

V3

V4

S1

20.0 1.0 9.4C

ATM

KG-MOL/HR

S2

S3

S4

60.0

1.2

9.4

C

ATM

KG-MOL/HR

S5

S6

S7

S8

S9

40.0

1.0

3.5

C

ATM

KG-MOL/HR

S10

S11

S12

40.0

1.1

6.0

C

ATM

KG-MOL/HR

4

Stream Name S1 S4 S6 S7 S9 S11 S12 Description 原料液预热后料液馏出液釜液馏出液产品换热后釜液釜液产品Phase Liquid Liquid Liquid Liquid Liquid Liquid Liquid Total Stream Properties

Rate KG-MOL/HR

KG/HR

Temperature C

Pressure ATM

Molecular Weight

Acentric Factor

Watson K (UOPK)

Standard Liquid Density KG/LIT

Liquid Phase

Properties

Rate KG-MOL/HR

KG/HR

M3/HR

Std. Liquid Rate M3/HR

Molecular Weight

5