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第五届“欧倍尔-隆腾杯”大学生化工过程实验技能竞赛——废水中回收仲丁醇、环己烷的工艺设计1.物系分析和分离方法2.工艺选择3.总工艺流程4.精馏塔及附属设备5.工艺计算结果6.总结1.物系分析和分离方法仲丁醇，环己烷，水共沸组成沸点℃水仲丁醇环己烷水100.02100.00%0.00%0.00%仲丁醇99.780.00%100.00%0.00%环己烷80.780.00%0.00%100.00%水—仲丁醇86.7360.05%39.95%0.00%水—环己烷69.4130.00%0.00%70.00%仲丁醇—环己烷76.840.00%22.50%77.50%三相共沸68.2128.19%11.40%60.41%待分离物系为：仲丁醇为10wt%，环己烷为8wt%，水为82wt%三组分为极性非电解质的非理想物系，且为复杂的共沸体系。对于此体系可选则NRTL的物性分析的方法1.物系分析和分离方法基本分离方法：1.物系分析和分离方法1.简单精馏可以分离出达标的水和三组分的混合物2.仲丁醇与水部分互溶，环己烷与水分层。基本分离方法难以达到对此物系的分离要求！特殊分离方法：模仿工业乙醇脱水的过程混合物中成分环己烷可直接作为共沸剂，对混合物进行共沸精馏，达到分离提纯的目的。1.物系分析和分离方法1.物系分析和分离方法2.工艺选择3.总工艺流程4.精馏塔及附属设备5.工艺计算结果6.总结2.工艺选择2.工艺选择T1预处理塔，除去大部分的水。T2共沸精馏塔，塔底为合格的仲丁醇。水与环己烷冷凝分层,水回流至T1。上层油相进一步蒸馏，下层水相回流至T1。产品环己烷分流，一部分回流至二塔作共沸剂。（1）本工艺流程所用设备少，仅使用了两个蒸馏塔将复杂的共沸体系成功分离，节省了设备费和操作费，生产成本显著降低，具有更大的市场竞争力。（2）环己烷作为共沸剂可重复利用，节省资源。（3）共沸剂利为混合物本身组分（环己烷），无外加组分，能源费用与净化成本显著降低。设计方案的特点1.物系分析和分离方法2.工艺选择3.总工艺流程4.精馏塔及附属设备5.工艺计算结果6.总结3.总工艺流程3.总工艺流程其中水的分离路线水的分离路线仲丁醇的分离路环己烷的分路线6.设计中的优化T1分析3.总工艺流程塔底产品为水在预处理塔中，选择非均相共沸精馏的方式，初步离去部分水，塔顶产品经冷凝器，到达分相器，进行分相分离油水分离，水相回流至一塔，油相进入二塔，进一步精馏3.总工艺流程在共沸精馏塔T2中，进料为环己烷、仲丁醇与少量水，经过再次精馏后，塔底产品为仲丁醇，塔顶为环己烷与水的共沸物，经冷凝后，到达第二个分相器。分离环己烷和水，水相回流至T1T1T2T3T4B1H1FEED29D1H2O-1H2O-2B2B3DIPEW2W2-1IPAW3W3-1H2O-3EG-RH2MEG-1EG-2EG-3SEG-T2EG-T3COLDW-1COLDW-2F-1环己烷的循环利用:3.总工艺流程在T2中，形成水-环己烷的共沸物（bp：69.41℃）为轻组分，再次将水带入到分相器中进行分相，从而避免引入其他的萃取剂。部分环己烷回流到T2，作为水的共沸剂。1.物系分析和分离方法2.工艺选择3.总工艺流程4.精馏塔及附属设备5.工艺计算结果6.总结4.精馏塔及附属设备精馏塔的优化:我们绘制出了T2的塔板数和仲丁醇产品质量分数之间的关系图。我们发现在塔板数达到29块时，曲线趋于平稳，而且此时产品的质量已经达到要求，所以考虑选用29块塔板。4.精馏塔及附属设备4.精馏塔的设计和优化我们发现在回流比达到8.0时，曲线趋于平稳，而且此时产品的质量已经达到要求，所以考虑选择8.0的回流比较为适宜。我们绘制出T2塔回流比的大小与仲丁醇产品质量分数关系图。精馏塔的优化:我们绘制了T2进料位置与仲丁醇产品质量分数关系图由图可见进料位置在36块塔板往上影响并不明显，所以依然采用16块板进料4.精馏塔及附属设备精馏塔的优化:1.物料衡算2.最小回流比3.理论板数4.进料位置5.全塔效率计算6.塔高塔径7.溢流装置8.塔板布置4.精馏塔的设计和优化精馏塔的设计：精馏塔的设计以T2为例4.精馏塔及附属设备物料衡算：4.精馏塔的设计和优化塔底分出达到纯度98wt%的仲丁醇，塔顶为水与环己烷的混合物。塔底W=1009kg/hX仲丁醇=98.40%塔顶D=4307.09kg/hX水=6.94%X环己烷=92.21%进料F=2116.09kg/hC6回流=3200kg/h以塔T2为例：4.精馏塔及附属设备精馏塔T2(筛板式)各项参数：精馏塔T2具体参数回流比8.0理论板数29进料位置16全塔效率0.798塔高19.7m塔径1.89m溢流堰堰长1.134m堰高0.1m降液管宽度0.09m降液管面积0.02545m2降液管底隙宽度0.02m塔板开孔面积0.2361m2塔板开孔个数1793个塔板开孔率10%4.精馏塔及附属设备塔T1塔T2塔板数1529回流比28进料位置816塔高10.2m19.7m塔径0.7m1.8m开孔率10%10%类似于塔T2的计算，我们得出各精馏塔的重要参数：4.精馏塔及附属设备4.精馏塔及附属设备换热器的计算和选型:以T2冷凝器为例4.精馏塔及附属设备换热器的计算和选型:换热器（冷凝器）的详细数据部件名称数值单位壳内径889mm封头内径889mm外管极限876.3mm管数994管内径19.05mm管心间距23.81mm拉杆数量8拉杆直径12.7mm密封条2管长3657.6mm公称压力0.1Mpa以T2冷凝器为例1.物系分析和分离方法2.工艺对比及选择3.总工艺流程4.精馏塔及附属设备5.工艺计算结果6.总结5.工艺计算结果符合物料衡算分离所得的水满足条件分离所得的环己烷纯度达到99wt%以上，完全达到分离要求。分离所得的仲丁醇纯度达到98.4wt%，完全达到分离要求。5.工艺计算结果物料结果:1.物系分析和分离方法2.工艺对比及选择3.总工艺流程4.精馏塔及附属设备5.工艺计算结果6.经济评估6.总结6.总结带控制点的工艺流程图:6.总结我们在本次设计中着重于对工艺流程的选择和流程中的优化：1.在设计初期，对整个工艺中所需设备的数量进行了调试选择，对比作出最优方案。2.在精馏塔的设计中对塔的各项参数做了各种优化。3.只使用两个精馏塔，降低了安装及操作费用，节约能源消耗。4.在整个工艺流程中，使用环己烷作为共沸剂，避免了体系中引入其他物质，降低生产成本。感谢各位老师的指导，虽然用心在学习，但是难免会有不足，所以不完美的我们依然在路上