乙酸乙酯和乙酸丁酯精馏设计

《化工原理课程设计》报告

7200吨/年乙酸乙酯和乙酸丁酯

精馏装置设计

设计小组：刘婷婷（组长）

李振建

汤健

时间:2010年12月7日

一、设计题目：7200吨/年乙酸乙酯和乙酸丁酯精馏装置设计

二、工艺条件

生产能力：7200顿/年（料液） 年工作日：300天,24小时

原料组成：30%乙酸乙酯，70%乙酸丁酯（质量百分比，下同） 操作压力：塔顶压强为常压

进料热状况：冷液进料，进料温度为60℃ 塔釜加热蒸汽压力：0.4MPa （表压） 回流比：6.8。

三、设计内容 1 流程示意图：

离心泵

2 工艺参数的确定

（1）、工艺过程的物料衡算：

原料液中乙酸乙酯的摩尔分数x F =30/88.11/（30/88.11+70/116.16）=0.3610 馏出液中乙酸乙酯的摩尔分数x D =95/88.11/（95/88.11+5/116.16）=0.9616 釜残液中乙酸乙酯的摩尔分数x W =3/88.11/（3/88.11+97/116.16）=0.0392 原料液流量F=〖7200×103/（300×24）〗/〖88.11×0.3610+116.16×（1-0.3610）〗=9.430kmol/h

由总物料衡算F=D+W; Fx F =Dx D +Wx W ,得：

D/F=（x F -x W ）/（x D -x W ）=0.3489 求得D=3.290kmol/h 釜残液流量W=F-D=6.140kmol/h

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

所以：馏出液流量为3.290kmol/h，乙酸乙酯的摩尔分数为0.9616，乙酸丁酯的摩尔分数为0.0384；

釜残液流量为6.140kmol/h，乙酸乙酯的摩尔分数为0.0392，乙酸丁酯

的摩尔分数为0.9608。

（2）、工艺过程的热量衡算

①塔顶冷凝器：Qc=V(I

VD -I

LD

)

塔顶馏出液几乎为乙酸乙酯，故其焓可近似按纯乙酸乙酯进行计算 Qc=Vr

A

=25.662×32.23×103=8.27×105kJ/h

冷却水的消耗量为Wc=Qc/〖Cpc（t

2-t

1

)〗=8.27×105/〖4.179×（30-20）〗

=1.98×104kJ/h

②塔底再沸器：Q

B =V'(I

VW

-I

LW

)

塔顶残釜液几乎为乙酸丁酯，故其焓可近似按纯乙酸丁酯进行计算 Q

B

=V'r'=48.011×36.79×103=1.77×106kJ/h 查水蒸汽汽化潜热图，在0.4MPa下，r=2113kJ/kg

加热蒸汽消耗量W

h =Q

B

/r=835.93kJ/h

（3）、理论塔板数：

A、根据平衡数据画出t-x-y图形：

B、利用平衡数据，在直角坐标系上绘平衡曲线及对角线，并确定点a（x

D ，x

D

)、

点e（x

F ，x

F

）、点c（x

W

，x

W

）

图（1）

C 、精馏段操作方程的确定： R/（R+1)=6.8/（6.8+1）=0.872 截距：b=x

D /（R+1)=0.9616/7.8=0.123

操作方程：y=0.872x+0.123, 在y 轴上定出点b(0，0.123)。

D 、提馏段方程的确定： 原料液的汽化热为：

Ym=0.3610×88.11×32.23+0.6390×116.16×36.79=3755.9(KJ/mol)

由图（1）查出进料组成x F =0.3610时，溶液泡点为99℃，平均温度=（99+60）/2=79.5℃

由附表查79.5℃下，乙酸乙酯和乙酸丁酯的比热容分别为197.5KJ/（kmol ·k ）、228.68KJ/（kmol ·k ）

Cp=197.5×0.3610+246.3×0.6390=228.68KJ/（kmol ·k ） 所以 q=（Cp △t+r m ）/r m =3.37 q/（q+1）=3.37/2.37=1.42

E 、连接ab 即为精馏段操作线。

过点e 作斜率为1.42的直线，如ef 线交ab 于d 点，连接cd ，即为提馏段操作线。

F 、图解法求理论板。

绘制阶梯，从a 点开始在精馏段操作线与平衡线之间绘直角梯段，当直角梯级跨过d 点后，改为在提馏段操作线与平衡线之间绘直角梯级直到跨过c 点。

a d

b e 图（2） c

从冷液进料方式，上图可得出，理论板数有5块（含再沸器），理论进料板位置位于第三块板处，精馏段有2块理论板，提馏段有2块理论板。

（4）、塔板效率与实际塔板数:

对于精馏段：定性温度t

精=（t

D

+t

F

）/2=（78+99）/2=88.5℃

查t-x-y图得 x

1=0.61 y

1

=0.88

查液体黏度表得μ

乙酸乙酯=0.238 μ

乙酸丁酯

=0.352

由y=αx/〖1+（α-1）〗得α

1

=4.69

μ

精=∑x

i

μ

i

=0.61×0.238+0.39×0.352=0.4574

E

T精=0.49（αμ）-0.245=0.4574 N

T精

=2/E

T精

=5

对于提馏段：定性温度T

提=（t

W

+t

F

）/2=110℃

查t-x-y图得 x

2=0.19 y

2

=0.50

查液体黏度表得μ

乙酸乙酯=0.205 μ

乙酸丁酯

=0.308

由y=αx/〖1+（α-1）〗得α

2

=4.26

μ

提=∑x

i

μ

i

=0.4659 E

T提

=0.49（αμ）-0.245=0.4659 N

T提

=2/E

T提

=5

所以：进料位置N=6 实际板数为10块（不含再沸器）。

3、主要设备的工艺尺寸计算

（1）、塔径：

由物料衡算F+V'+L=V+ L'，R=L/D，L'=L+qF得

L=RD=22.372kmol/h

L'=54.151kmol/h V=L+D=25.662kmol/h V'=L'-W=48.011kmol/h

精馏段塔径可按塔顶第一块板上物料的有关物理参量计算，提馏段的塔径可按塔釜中物料的有关物理参量计算。

Mm=0.9616×88.11+0.0384×116.16=89.187mol

定性温度t=（t

D +t

F

）/2=88.5℃

查密度图得：ρv=2.91kg/m3 ρl=814kg/m3 Vs=V×Mm/ρv=0.219m3/s

取H

T =0.4m，h

L

=0.06m

查史密斯关联图得：c

20

=0.069

查表得：σ=0.0145N/m

气体负荷因子c=c

20

×（0.0145/0.020）0.2=0.0647m/s

u

max

=c（（ρl-ρv）/ρv）0.5=1.08m/s

u=0.7u

max

=0.757m/s

所以，D=（4Vs/Πu）0.5=0.670m

经圆整后，塔径D取700mm。

（2）、塔高：

精馏塔的有效高度 Z=（Np-1）×H

T

=9×0.4m=3.6m

塔顶空间与第一块塔板间的距离取H=1m

塔底的空间：提馏段下流流量 L'=54.151kmol/h

塔底平均摩尔质量Mw=0.0392×88.11+0.9608×116.16=115.06 塔底平均密度ρw=770kg/m3

提馏段的质量流量：m

s

=L'，Mw=54.151×115.06=6230.6kg/h