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醋酸 水溶液连续精馏

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课程设计任务书课程名称: 化工原理课程设计设计题目：醋酸-水溶液连续精馏化学工程与食品科学学院系：院学生姓名：号：学专业班级：指导教师：年2012620月日目录一……………………………………摘要二………………………………设计条件三………………………设计方案的确定四……………………精馏塔的物料衡算五…………………………塔板数的确定六……………………………精馏塔的工艺条件及物性数据的计算七……………………………精馏塔的塔体工艺尺寸计算八……………………………塔板主要工艺尺寸计算九…………………塔板的流体力学验算十……………………塔板负荷性能曲线十一……………………………对设计过程的评述和相关问题的讨论一、摘要醋酸学名乙酸，分子式CHO，醋酸是一种重要的基本有机化工原242．料，主要用于制取醋酸乙烯单体（VCM）、醋酸纤维、醋酐、对苯二甲酸、氯乙酸、聚乙烯醇、醋酸酯及金属醋酸盐等。

此外，在染料、医药、农药及粘合剂、有机溶剂等方面有着广泛的用途，是近几年来发展较快的重要的有机化工产品之一。

因此醋酸的提纯对我们的生产生活有着比较重大的意义。

二、设计条件1、处理量：2.5万吨/年2、料液浓度：0.70（摩尔分数）3、产品浓度：0.99（摩尔分数）4、釜液中醋酸含量：0.05（摩尔分数）5、每年实际生产时间：7200小时/年6、操作条件：塔顶压强4kPa,塔底加热蒸汽压力0.5MPa,单板压降不大于0.7kPa，连续精馏，泡点进料,回流比为最小回流比的2倍。

7、塔板类型：筛板或浮阀塔板（F1型）三、设计方案的确定本设计任务为分离水—醋酸混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏分离。

设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。

操作回流比取最小回流比的2倍。

塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

四、精馏塔的物料衡算．1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔产率水的摩尔质量：Ｍ=18kg/kmol A醋酸的摩尔质量：Ｍ=60kg/kmol a X=0.70 若转化为质量分数则为X=0.886 FF X=0.99 若转化为质量分数则为X=0.997 DD X=0.05 若转化为质量分数则为X=0.149 WW2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M=0.3×18+0.7×60=47.4kg/kmol F M=0.01×18+0.99×60=59.58kg/kmol D M=0.95×18+0.05×60=20.1kg/kmol W3、物料衡算由于一年需处理2.5万吨,那么进料量应为：2.5x10÷77200=3272kg/h,而原料液的平均摩尔质量为47.4kg/kmol，那么F=3272÷47.4=73.25kmol/h总物料衡算：73.25=D+W醋酸物料衡算：73.25×0.7=0.99×D+0.05×W联立解得：D=50.65kmol/h W=22.60kmol/h五、塔板数的确定1、理论塔板层数N的求解T醋酸-水属于理想物系，可以采用图解法求理论板层数图x-y水物系的气液平衡数据，绘出-由手册查得醋酸①．②求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比。

自点（0.70,0.70）作垂线即为进料线（q线）该线与平衡线的交点坐标为：y=0.77 X=0.64qq又由书中公式可知y0.99-0.77x?R= ==0.63 Dq min0.99-0.64R xx1??min qD故最小回流比为：R=1.7min R=2R=2×1.7=3.4 min③求精馏塔的气、液相负荷L=RD=3.4×50.65=172.21 kmol/hV=(R+1)D=(3.4+1)×50.65=222.86 kmol/hL′= L+F=172.21+73.25=245.46 kmol/hV′= V=222.86 kmol/h④求操作线方程精馏段操作线方程为：R1y= x + x=0.773 x+0.227 x R+1R+1DDn+1nn提馏段操作线方程为：L'Wy′= x′—x=1.1014 x′—0.00507V'V'mmW m+1⑤逐板法求理论板数：对于精馏段由于y=x=0.99D1由相关手册查得相对挥发度为2.05ax而板上的气液平衡关系为y= 1+(a-1)x那么x=0.981．RxD 由精馏段操作线方程可以知道：y= x+ R+1R+112所以y=0.98 2同样的方法求得：x=0.96 2y=0.967 x=0.935 33y=0.947 x=0.897 44y=0.918 x=0.845 55y=0.878 x=0.778 66y=0.826 x=0.698 77由于x=0.698﹤x=0.70,因此精馏段所需理论板层数为6层，第7层F7为加料板 对于提馏段：其操作线方程为y ′= 1.1014 x ′－0.00507 m m+1由于x ′=x=0.698则y ′=1.1014×0.698－0.00507=0.7637 217由气液平衡关系式可知 x ′=0.612 2则y ′=0.669 同理可知：x ′=0.496 33y ′=0.541 x ′=0.365 44y ′=0.397 x ′=0.243 55y ′=0.263 x ′=0.148 66y ′=0.158 x ′=0.0839 77y ′=0.0873 x ′=0.0445 88由于x ′=0.0445﹤x=0.05 W8故提馏段所需理论板层数为7层 综上所述理论板层数为N)不包含再沸器=14 (T ．进料板位置为自塔顶往下的第7层即为N=7F 六、精馏塔的工艺条件及物性数据的计算1.操作压力的计算塔顶操作压力Pa=101.325+4=105.325kPa每层塔板压降△P=0.7 kPa进料板压力P=105.325+0.7×7=110.225 kPa F 塔底操作压力为101.325+500=601.325 kPa提馏段最后一块板的压力为P ′=110.225+0.7×7=115.125 kPa 精馏段平均压力P=(105.325+110.225)÷2=107.775 kPa n 提馏段平均压力为P=(110.225+115.125)÷2=112.675 kPa M全塔平均压力为P=（107.775+112.675）÷2=110.225 kPa 平2.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算：由于x=y=0.99，x=0.98 11D液相平均摩尔质量M=0.02×18+0.98×60=59.16 kg/kmol XD气相平均摩尔质量M=0.01×18+0.99×60=59.58kg/kmol YD进料板平均摩尔质量计算：由于x=0.698, y=0.826 77则M=0.302×18+0.698×60=47.316kg/kmol X7M=0.174×18+0.826×60=52.692 kg/kmolY7塔底平均摩尔质量计算：由于y′=0.0873 x′=0.0445 88则M=0.9555×18+0.0445×60=19.869 kg/kmol ′X8M=0.9127×18+0.0873×60=21.667 kg/kmol ′Y8那么精馏段平均摩尔质量M=(59.16+47.316)÷2=53.238 kg/kmol Xn M=(59.58+52.692)÷2=56.136 kg/kmol Yn那么提馏段平均摩尔质量M=(47.316+19.869)÷2=33.593 kg/kmol ′Xn M=(52.692 +21.667)÷2=39.18 kg/kmol ′Yn3.各部分温度计算由相关相图查询可知道塔顶温度T=117.3℃D进料温度T=110.5℃F塔底温度T=100.3℃W那么精馏段平均温度T=(117.3+110.5)÷2=113.9℃n提馏段平均温度T=(110.3+100.3)÷2=105.3℃m精馏塔平均温度为T=（113.9+105.3）÷2=109.6℃平4.各部分液相密度计算塔顶：由于塔顶温度T=117.3℃，1/ρ=∑αi/ρi D所以ρ=1÷（0.99÷941+0.01÷945）=941kg/m 3Dρ=1÷（0.70÷951+0.30÷952）=951.3 kg/m 3Fρ=1÷（0.05÷962+0.95÷958）=958.2 kg/m 3Wρ=（ρ+ρ+ρ）÷3 =950.2 kg/m 3WDF平七、精馏塔的塔体工艺尺寸计算塔径的计算1.PM P=110.225 kPa，PV=nRT可以得到ρ= ，其中对于气相，由RT 平v2=47.658 kg/kmol 56.136+39.18）÷=M（平Y T=109.6+273.15=382.75K R=8.314代入得ρ=1.651 kg/m3v而液相的平均密度ρ=950.2 kg/m3Lρρ?? )，校正查出的负荷系数由于uC=C=(0.2VL C20maxρ20V mN/m σ为操作物系的液体表面张力，C是操作物系的负荷系数=1.92m/s ，求得uC继而可求出u根据史密斯关联图可查得maxmax u，即求出u，乘以安全系数，便得适宜的空塔气速max1.92=1.152 m/s ×u=0.6u=0.6max依据流量公式可计算塔径，即V4 D=S u?D——塔径，m V——塔内气体流量，m/s u——空塔气速,m/s 3S由于精馏段和提馏段的V可能不一样，因此要分开计算S M V，可得由V=m S? 3600v精馏段的V=222.86×56.136÷3600÷1.651=2.10 m/s 3S提馏段的V′=222.86×39.18÷3600÷1.651=1.47 m/s 3S所以D=1.524m D′=1.275m按标准塔径圆整得D=1.6m D′=1.3m1.6m综上所述取塔径为2.精馏塔有效高度的计算N－1）H根据Z=（T T E T Z——塔的有效段高度，mN——塔内所需的理论板层数T E——总板效率T H——塔板间距，m T?）（根据奥康奈尔方法可知E=0.490.245－?T L——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度，对多组分系统，应取关?键组分间的相对挥发度。

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萃取精馏法分离醋酸_水的研究

萃取精馏法分离醋酸_水的研究

萃取精馏法分离醋酸_水的研究首先，我们来了解一下醋酸和水的性质。

醋酸（CH3COOH）和水（H2O）的沸点分别为118.1℃和100℃。

由于醋酸和水分子之间存在氢键的形成，所以它们的溶解度也比较高。

根据这些特性，我们可以使用乙酸乙酯（CH3COOCH2CH3）作为辅助溶剂来进行分离。

乙酸乙酯的沸点为77.1℃，与醋酸和水的沸点相差较大，因此适合用于分离。

实验步骤如下：1.准备实验器材和试剂：萃取精馏装置、醋酸、水、乙酸乙酯等。

2.将醋酸和水混合，并在磁力搅拌下充分溶解，得到一个醋酸浓度适中的混合液。

3.将混合液倒入萃取瓶中，加入适量的乙酸乙酯作为辅助溶剂。

4.装配好精馏装置，并进行加热。

由于醋酸和乙酸乙酯的沸点较低，所以可以通过加热沸腾的方式将它们分离出来。

5.开始加热，通过冷凝管冷却蒸汽进一步分离液体。

醋酸和乙酸乙酯的混合物沸点较低，它们蒸发出来的蒸汽会在冷凝管中冷却凝结为液体。

而水由于沸点较高，大部分会留在混合液中。

6.不断收集冷凝管中的液体，直到乙酸乙酯停止蒸发。

通过上述步骤，我们可以将醋酸和水进行有效分离。

在整个分离过程中，乙酸乙酯作为辅助溶剂起到了重要的作用。

由于乙酸乙酯与醋酸的亲合力较大，所以分离效果较好。

这种分离方法的优点是简单、高效，可以用于实验室的小规模分离。

但是需要注意的是，乙酸乙酯是挥发性较大的有机溶剂，对人体有一定的刺激性，应在通风良好的环境下进行操作，并注意防止火源等安全事故的发生。

在研究的过程中，我们还可以对分离后的纯醋酸和纯水进行进一步的化学和物理性质分析，以进一步了解这两种物质的特性和应用。

通过以上研究，我们可以进一步认识醋酸和水的相互作用以及利用萃取精馏法进行分离的原理和方法。

这有助于我们更好地理解化学反应和实践中的分离纯化过程，为实验和工业生产提供指导和参考。

醋酸_水体系复杂精馏过程模拟与优化

醋酸_水体系复杂精馏过程模拟与优化

醋酸-水体系复杂精馏过程模拟与优化万 辉1,管国锋1,柏正奉2,叶国祥1,姚虎卿1(1.南京工业大学化学化工学院,江苏南京 210009; 2.扬子石油化工股份有限公司化工厂,江苏南京 210048)摘要:醋酸的缔合效应使得醋酸-水体系的非理想性非常严重,文中考虑汽相的二聚缔合,液相用NRTL 方程修正其非理想性,计算出的常压下汽液平衡数据与文献值比较吻合,并把所推导的热力学模型用于多股进料精馏模拟计算,确定了精馏过程的最佳回流比以及精馏塔内温度、质量分数分布,并讨论进料温度、质量分数等因素变化对精馏过程的影响,获得了对醋酸-水体系精馏过程实际生产具有指导意义的优化操作参数。

关键词:醋酸;汽液平衡;精馏;模拟与优化中图分类号:TQ 013.1 文献标识码:A 文章编号:1005-9954(2004)05-0005-05Simulation and optimization of acetic acid -water systemcomplicated distillation processWA N Hui 1,GUAN Guo -feng 1,BAI Zheng -feng 2,YE Guo -xiang 1,YAO Hu -qing 1(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,Jiangsu Province,China; 2.Chemical Plant,YangziPetrochemical Co.,Ltd,Nanjing 210048,Jiangsu Province,China)Abstract:Because of the association effec t of the acetic acid,the non -ideal behavior of acetic acid -water system is very serious.The association of two acetic acid molecules in the vapor phase and NRTL equation in the liquid phase weve used to correc t the non -ideal behavior.The vapor -liquid equilibrium data of calculation under 101.325kPa were close to the data of document.Thermodynamics model of derivation was applied to the simulation and calculation of acetic acid -water system severa-l feeds distillation process,and the optimum reflux ratio of the distillation process and the distribution of temperature and mass fraction in the distillation tower were gained.The influence of changes of feeding temperature and mass fraction on the distillation process was discussed.Key words:acetic acid;vapor -liquid equilibrium;distillation;simulation and optimization 由于醋酸分子间强氢键引起汽相分子的缔合,使得醋酸-水体系的非理想性特别严重。

工业中醋酸与水的分离

工业中醋酸与水的分离

水 - 醋酸的分离水-醋酸的分离醋酸是一种重要的有机化工原料,广泛地应用于基本有机合成、医药、染料、香料、农药等行业。

长期以来,醋酸/水体系的分离问题一直受到人们的重视。

这不仅是因为醋酸在各类工业生产中应用的广泛性,同时也是因为研究醋酸/水的分离对于化工分离、化工环保等学科的发展具有重要作用。

醋酸/水虽然不形成恒沸物,但二者的相对挥发度不大。

目前生产中采用的普通精馏和共沸精馏工艺存在着能耗较高的问题,因此无论是研究者,还是工业界,都在寻求更好的分离方法。

国内外研究醋酸水溶液的分离方法很多,主要有精馏法、萃取法、酯化法、中和法、吸附法、膜分离法等,以及各种方法的联合。

1．醋酸/水分离方法概述1．1 精馏法1.1.1 普通精馏法醋酸与水不形成共沸物,可采取普通精馏法,塔底得到醋酸。

但由于二者沸点接近,相对挥发度不大,且属于高度非理想物系。

因此,要得到高纯的醋酸,采用普通精馏需要很多的塔板和很大的回流比(回流比高达20~30),这将耗费大量蒸汽,其经济效果差,故一般不采用。

该法主要用于含水量小的粗醋酸的提纯。

1.1.2 共沸精馏法[1]共沸精馏是指在两组分共沸液或挥发度相近的物系中加入挟带剂,由于它能与原料中的一个或几个组分形成新的两相恒沸液,增大相对挥发度,因此,原料液能用普通精馏法进行分离。

共沸精馏的操作过程是:挟带剂和原料液一起进入共沸精馏塔,在塔中水随挟带剂蒸出,经冷却后与挟带剂分层分离,挟带剂返回塔中,水与溶解的挟带剂分离后排放。

在塔釜即可得到醋酸产品。

由于共沸精馏是选择低沸点的挟带剂,共沸精馏时挟带剂随水从塔顶蒸出,因此其加入量应严格控制,以减少过程中的能耗。

采用共沸精馏法时,一般要求醋酸含量较高(质量分数w=80%),挟带剂组成稳定。

因共沸精馏挟带剂的存在,使得醋酸与水的相对挥发度增大,因此分离所需的塔板数和回流比降低,能耗也相应地较普通精馏低。

然而,目前常用的几种挟带剂还不甚理想,挟带剂的配比也较难控制。

醋酸精馏

醋酸精馏

醋酸精馏2.1分离对象从反应液中取出15%醋酸作为产品（并取出其中的丙酸），其余物质全部返回反应系统。

闪蒸蒸发器返回醋酸80%，精馏系统返回醋酸5%。

2.2 共沸物：关键的技术问题—碘化物的分离。

2.3 精馏过程中的化学反应2.3.1游离碘生成的研究。

碘化氢标准生成吉氏能ΔG298 = 26.4 kj/mol > 0，有自动分解的趋势。

2HI → H2 + I2经研究发现主要是氧化作用：4HI + O2→ 2H2O + 2I2红磷、次磷酸、一氧化碳（有催化剂时）都可以将游离碘还原成碘化氢。

2.3.2 碘化氢←→碘甲烷反应精馏过程中存在的化学反应对HI的分离造成麻烦，但又可以加以利用：CH3I + H2O ←→ CH3OH + HICH3I + CH3COOH ←→ CH3COOCH3 +HICH3OH + CH3COOH ←→ CH3COOCH3 + H2O“甲酯回流”试验。

2.3.3 金属离子与碘化氢的化学平衡：CH3COOK + HI ←→ CH3COOH + KI利用此反应可以除掉微量的碘化氢。

2.4歇精馏小实验2.5 相平衡数据查询和测定七个组分，为计算精馏塔需要21组二元系汽液平衡数据。

文献数据二元汽液平衡数据：醋酸甲酯-甲醇；醋酸甲酯-醋酸；甲醇-水；甲醇-乙醇；甲醇-醋酸；水-醋酸；水-丙酸；醋酸-丙酸；自测数据二元汽液平衡数据：水-醋酸；碘化氢-碘甲烷；碘化氢-水；碘化氢-醋酸；碘甲烷-醋酸甲酯；碘甲烷-甲醇；碘甲烷-水；碘甲烷-醋酸；醋酸甲酯-水。

三元汽液平衡数据：碘化氢-水-醋酸。

二元液液平衡数据：醋酸甲酯-水；碘甲烷-水。

三元液液平衡数据：碘甲烷-水-醋酸。

2.5.1 水－醋酸汽液平衡2.5.2 碘甲烷－醋酸汽液平衡2.5.3 碘甲烷－甲醇汽液平衡2.5.4 碘甲烷－醋酸甲酯汽液平衡2.5.5 醋酸甲酯－水汽液平衡2.5.6 碘化氢－水汽液平衡2.5.7 碘化氢－水－醋酸的三元汽液平衡。