1、34課程名稱 化工過程與工藝設計 設計題目 乙二醇萃取精餾制無水乙醇的工藝過程設計 學生姓名 專業 化學工程與工藝 班級學號 設計日期 年 月 日 2016 年 7 月 8 日設計條件及任務：設計條件：進料量F=10000 kg/h進料乙醇質量組成：xf=0.8進料溫度25，壓力120kPa塔頂冷凝水溫度t33，出水溫度43；間接蒸汽加熱，蒸汽溫度自定。設計任務：1) 分離后乙醇質量濃度xD99.95%，回收率99.95；2) 分離后水質量濃度xD99.95%，回收率99.95%。 指導教師 年 月 日 目錄第一章 前言1第二章 分離方法對比與選擇12.1 概述12.1.1.乙醇-水的分離技術

2、12.1.2萃取精餾技術42.2萃取精餾的熱集成52.3aspen plus在萃取精餾中的應用62.4本文的內容及意義62.5 加熱介質的選擇62.6 冷卻劑的選擇7第三章 原料與產品的性質73.1原料進料組成見表3-173.2產品乙醇的性質7第四章 工藝設計與計算84.1方法選擇84.2.物料衡算84.3.工藝流程簡述94.4操作條件匯總104.5過程模擬步驟101.萃取塔102溶劑回收塔13第五章 工業安全與衛生175.1 原料及產品的安全175.2 工業安全175.2.1 廠址選擇175.2.2 廠區總平面布置185.2.3 化工裝置安全衛生設計原則185.3 勞動安全185.3.1 防

3、火、防爆185.3.2 化學危險品包裝195.4 工業衛生195.4.1 防塵防毒195.4.2 生產生活用室205.5 應急處理205.6三廢排放及治理方案205.6.1廢氣的排放及治理205.6.2廢水的排放及治理215.6.3廢渣的排放及治理215.7 車間定員21第六章 設備設計和選型說明216.1 主要設備一覽表216.2 原料、動力消耗及排出物226.3 物料衡算226.4熱量衡算246.5 設備計算和選型246.5.1 萃取塔精餾塔256.5.2 溶劑回收塔266.5.3管道選型276.5.4泵的選型276.5.5儲罐型號表28第七章 附 錄297.1設計體會297.2 參考文獻

4、33致謝33第一章 前言酒精工業在國民經濟中占有重要地位，是許多化工產品的基本原料。無水乙醇作為重要的有機溶劑，廣泛用于國防、電子、油漆、醫藥、化妝品等各個行業，占乙醇總消耗量的50%以上。隨著對綠色能源不斷研究，有的國家開始在無水乙醇中添加改性劑形成變性燃料乙醇，再將變性燃料乙醇以一定的比例與汽油調和，形成車用乙醇汽油作為綠色燃料。常壓下乙醇水體系為共沸物系，普通精餾無法使其達到99.95%的純度，目前世界上生產無水乙醇方法主要包括： 分子篩分離法、膜分離法、吸附法、加鹽萃取精餾法等。其中加鹽萃取精餾制取無水乙醇具有溶劑用量小, 能耗低, 對產品和環境無污染, 對設備要求不苛刻, 操作簡便,

5、 適于大規模生產等優點備受關注。對于萃取精餾萃取劑選擇很重要，本設計采用工業上常用的乙二醇為萃取劑，乙二醇作為萃取劑具有以下優點：1.乙二醇與塔頂分離物乙醇可形成正偏差非理想溶液，且正偏差較大，加入乙二醇可以顯著改變體系的相對揮發度；2.乙二醇能與水、酒精等極性溶劑互溶，可避免液體在塔內產生分層現象；3乙二醇沸點為197.85，高于水及乙醇沸點，可避免形成共沸物；4.乙二醇穩定性較好，毒性較低，來源廣泛。本文主要工作采用化工流程模擬軟件aspen plus對萃取過程進行流程模擬計算，探究使無水乙醇最終純度達到99.95%所需的溶劑比、回流比等操作條件，模擬采用NRTL模型并進行工藝設計。并對儲

6、罐，管道，塔，泵進行選型核算。第二章 分離方法對比與選擇2.1 概述2.1.1.乙醇-水的分離技術無水乙醇作為一種很重要的化工原料，在化工、醫藥、軍事、化妝品等眾多領域有著廣泛的應用，但在常壓下乙醇容易與水形成共沸物,其共沸點為78.1,共沸組成為95.6%乙醇+4.4%水(質量分數),因此利用傳統的分離方法(例如蒸餾、精餾等方法)不能得到高純度的乙醇產品。為了得到高純度的乙醇產品,研究者做了很多的研究,其中有些技術成果已經在工業上得到應用。目前,用于分離乙醇水溶液的方法主要有以下幾種類型：1.共沸精餾法共沸物的形成是因為實際的液體混合物體系與理想體系之間的偏差,他對于用精餾方法來分離液體混合

7、物的條件有極大的影響。用于共沸精餾分離乙醇水體系的共沸劑有環己烷、苯等有機溶劑。共沸劑與乙醇水體系可以形成三元非均相共沸物,其共沸點都比乙醇水共沸體系低10以上,從而可以有效的分離乙醇水體系。共沸精餾(Azeotropic Distillation)的方法是在原來的共沸體系中加入第三組分,即共沸劑,其原理是:共沸劑可以與原體系中某一組分或幾個組分形成共沸物,從而改變了原溶液中各組分的相對揮發度,達到分離目的。共沸精餾在化工、煉油等工業中有著廣泛的應用,是分離共沸點或近沸點液體混合物的一種有效的方法圖2-1是乙醇水體系共沸精餾流程示意圖。如圖1-1所示,使用苯作為共沸劑分離乙醇水體系,在乙醇精餾

8、塔塔底可以得到高純度的乙醇產品。乙醇、水、苯會形成三元非均相共沸物,經冷凝后進入分層器分離為油相和水相,油相返回乙醇精餾塔,水相進入水精餾塔,塔底得到水(可以用直接蒸汽加熱),塔頂得到少量的乙醇,經冷凝后回到分層器中。從圖中可以看出,共沸劑需要全部從第一個共沸精餾塔塔頂蒸出,這樣就增加了塔的熱負荷,增加了能耗,甚至有時會造成較大的污染問題圖2-1采用共沸精餾分離乙醇-水，苯為共沸劑2.反應精餾反應精餾法(Reactive Distillation),顧名思義綜合了化學反應和精餾分離兩個方面,其用于乙醇水體系分離的相關研究也很多找到一種可以與水反應的物質,采用反應精餾的方法分離乙醇水混合物,從而

9、得到高純度乙醇產品。乙醇水體系反應精餾流程示意圖如圖2-2所示,只有一個精餾塔,主要包括反應精餾塔、冷凝器、再沸器等部分,其中反應精餾塔從上到下分為精餾段、反應段、提餾段三部分。反應精餾具有處理能力大、分離效果好,產品質量高等優點,但是反應精餾也存在一定的缺點:反應精餾過程的進行需要反應物有較高的濃度,但是要維持這一高濃度比較困難,并且催化劑容易失活、再生難度大且使用壽命短,因此如果要實現大規模的工業化應用,還需要進一步的改進研究。圖2-2 乙醇水體系反應精餾流程示意圖A-反應劑 B-原料（乙醇和水） C-精餾段 D-反應段 E-提餾段3.膜分離法膜分離(Membrane Separation

10、)技術是近些年來發展起來的一種分離技術,可分為滲透汽化和蒸汽滲透兩類其中滲透汽化方法較先提出,滲透汽化法較常用于從有機溶液中除掉水分,耗能較低、分離效率高、設備體積較小等特點,一直都是膜分離技術方面的研究熱點。滲透汽化的原理是利用液體混合物中不同組分在膜上的溶解擴散性能不同來達到分離目的,具體分離過程可以描述為:待分離液體混合物在膜層的一側,另一側通過抽真空的方法達到一定的負壓狀態,使待分離的組分可以以蒸汽的狀態通過膜層進入到另一側,再通過一個冷凝器冷凝、收集。從這一過程可以看出,形成一個負壓狀態對操作要求高。但是在分離難分離的近沸及共沸混合物方面,可以采用這種方法。蒸汽滲透法分離跟滲透汽化法

11、分離相比較,分離過程相似,所不同的是前者在物質通過膜層的過程中沒有相變化,完全是氣體的分離過程,因此,在這個過程中能量損耗少,且使用壽命要更長。這兩種膜分離方法都可以用來高效分離乙醇水體系,并且還具有分離效果好、無二次污染等優點,但是他們操作難度大、膜穩定性差、處理量小、成本高,如果要實現大規模的工業化應用,還需要進一步的改進研究。4.分子篩吸附分離法分子篩(Molecular Sieve)也可以用于分離方面,他是一種分離介質,其內部特定的孔道尺寸決定了分離結果針對本論文中要分離的乙醇水體系,水分子的直徑為0.28納米,乙醇分子的直徑為0.44納米,那么選擇一種內部孔道直徑為0.28納米0.4

12、4納米之間的分子篩,就可以達到分離乙醇水的目的。例如選擇孔道直徑平均值為0.3納米的分子篩,水分子就可以進入到孔道內部而被吸附,而乙醇分子因為其分子直徑大而不能進入,從分子篩外側流走而沒有被吸附。分子篩吸附分離法具有操作簡單、產品純度高、無污染等優勢,但是分子篩的再生具有能耗大、成本高等缺點,因此在工業上的大規模應用還是需要進一步的改進研究。5.萃取精餾法萃取精餾(Extractive Distillation)法分離乙醇水體系,其原理與共沸精餾相似,也需要在原來共沸體系中加入第三組分,稱為萃取劑,萃取劑的加入改變原來體系中各組分間的相對揮發度,打破共沸現象,從而得到高純度的乙醇產品。但是與共

13、沸精餾不同的是他只是改變原來體系的相對揮發度,而不會形成共沸物,萃取劑與水的作用力增強,從而使乙醇作為輕組分從萃取精餾塔塔頂蒸餾出去,而萃取劑與水從萃取精餾塔塔頂進入溶劑回收塔,塔頂和塔底分別得到水和萃取劑,回收后的萃取劑可以引入萃取精餾塔進行循環利用。萃取精餾的方法操作簡卑,處理量大,但是能耗較高,在工業上的應用廣泛,是一種高效分離乙醇水的分離方法萃取精餾的流程圖如圖2-3所示圖2-3萃取精餾法分離乙醇-水2.1.2萃取精餾技術1.萃取精餾技術及其分類萃取精餾的分離原理是在原來二元體系中加入第三組分(成為萃取劑),從而改變了原來二元組分之間的相對揮發度,使得一個組分容易揮發,形成汽相,而另一

14、個組分則難以揮發仍然留在液相中,這樣就達到了分離的目的。萃取精餾適用于分離近沸點混合物或是共沸點混合物,這是因為他們具有相近的揮發度,(相對揮發度約為1),利用傳統的精餾分離方法(蒸餾、精餾)不能將其分離。在化工生產過程中,經常有連續操作和間歇式操作兩種操作方式,同樣在萃取精餾分離過程中,按照操作方式的不同可分為間歇萃取精餾和連續萃取精餾兩種分離方式,下面分別做出介紹。（1）連續萃取精餾連續萃取精餾過程操作連續，處理量大,應用較為廣泛,他主要包括料液、萃取劑的加入、萃取劑的回收、循環利用整個過程是連續的。針對二元分離物系,連續萃取精餾過程一般為雙塔流程,流程圖如圖2-3所示。主要包括萃取精餾塔

15、和溶劑回收塔,其中,萃取精餾塔完成輕組分的提純、收集,塔頂選擇全冷凝,部分回流的操作,塔底是再沸器,提供整個塔的熱動力。溶劑回收塔完成溶劑“再生”過程,將萃取精餾塔塔底得到的重組分及萃取劑物流進行分離,得到高純度的萃取劑,引入萃取精餾塔實現了循環利用,同時在一定程度上也保證了操作上的連續性。溶劑回收塔視所要回收的溶劑來決定選擇相應的塔設備,一般情況下選擇一個精餾塔(萃取劑沸點不太高)。對于沸點高的萃取劑，溶劑回收塔可以選擇閃蒸罐。因為該液體具有“不揮發”的特性,利用閃蒸罐的一次蒸餾作用就可以分離重組分和離子液體的混合物:閃蒸罐底部得到高純度的高沸點液體,閃蒸罐頂部得到重組分。此外,也可以在萃取

16、精餾塔前面加入一個預精餾塔設備，這是因為對于非共沸組成的物系(具有共沸點的體系),需要先經過一個精餾塔來完成對上述物系的預分離,從而減輕后面的萃取精餾塔的負荷,減少能耗,減少污染。（2）間歇萃取精餾間歇萃取精餾具有間歇精餾(操作簡單,容易達到穩定工作狀態)和萃取精餾(分離效果好)的雙重優點。但是其操作復雜,流程和操作方法與連續萃取精餾差別大。間歇萃取精餾的一般操作步驟:1)不加萃取劑進行全回流操作;2)加萃取劑進行全回流操作;3)加萃取劑進行有限回流比操作;4)有限回流操作,停止向萃取精餾塔加萃取劑。由于研究時間短,其研究結論還有待中試放大來檢驗其可行性,以保證工業應用的順利進行。2.2萃取精

17、餾的熱集成萃取精餾過程能耗大,主要是萃取精餾塔的塔底再沸器的熱負荷很大,同時,我們觀察整個萃取精餾過程可以發現,對于有溶劑回收的連續萃取精餾過程,萃取劑需要冷凝后回到萃取精餾塔進行循環使用,因此,考慮到可以將這兩股物流相結合,綜合利用熱量和冷量,從而提出了熱集成的概念。熱集成萃取精餾過程是一個優化問題,達到節能減排的目的,減小費用。這里需要指出的是,熱集成是在保證原來工藝過程要求的前提下進行的,也就是說,熱集成只是對流程中的能量利用進行整合,但是仍然可以滿足產品純度要求。姚平經等提出了幾種不同的熱集成精餾方法,研究結果表明:采用熱集成精餾方法之后,可以有效的降低分離過程中的能耗,但是他的缺點在

18、于均改變了工藝設備,增加了成本。李紅文等對此進行了改進,在進行熱集成的過程中,充分利用已有的設備,避免增加額外設備投入。并且進行了相應的模擬計算,這樣在工藝改進的過程中更加具有針對性和目的性,得到最大的經濟效益。2.3aspen plus在萃取精餾中的應用Aspen Plus為用戶提供了從單個單元操作到整個工藝流程的模擬,是世界上應用最為廣泛的化工大型通用流程模擬軟件。Aspen Plus在精餾模擬中的廣泛應用,極大地推動了石油化工的發展,為實際生產提供了指導。2.4本文的內容及意義本論文工作的主要內容使用AspenPlus軟件對本論文中提出的萃取精餾過程進行概念設計,通過計算結果分析能耗情況

19、,溶劑比,回流比,乙醇產品純度等工藝要求是否可以滿足。乙醇產品是一種新的清潔液體燃料能源,但是其提純存在困難,對于這種共沸物系或近沸點物系,萃取精餾是一種行之有效的分離技術。當前,萃取精餾分離技術還存在溶劑比大,能耗高,環境污染嚴重等問題,利用aspen熱網絡集成技術是節能減排的重要途徑。2.5 加熱介質的選擇化工生產中的熱源供熱作為公用工程在化工生產中普遍應用，化工設計中必須正確選用熱源和充分利用熱源。作為化工熱源可分為直接熱源和間接熱源前者包括煙道氣及電加熱。間接熱源包括高溫載熱體及水蒸氣，飽和水蒸汽是化工生產中應用最廣的加熱劑。其優點是使用方便、加熱均勻、速度快及易控制，而且飽和水蒸汽冷

20、凝時的傳熱膜系數很高，可以通過改變蒸汽的壓力準確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達1001000，適用于高溫加熱。缺點是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數很低，加熱溫度控制困難、加熱不均勻和帶有明火及煙塵。本設計選用8-10 bar（溫度為180）的低壓蒸汽作為加熱介質，水蒸汽易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應降低，塔結構也不復雜。有時還可利用工藝過程中獲得的較高溫度的產品作為熱源去加熱其它需要加熱的物料，比如在本設計中溶劑回收塔底的溫度比較高，則被用作加熱進料的熱源。這樣不但能夠降低整個設計中的成本，而且也達到了熱量循環再利用的要求。2.6 冷卻劑的選擇化工生產中的物料溫度若需

21、維持在周圍環境（比如大氣、水等）溫度以下，則需要由冷凍系統提供低溫冷卻介質（稱載冷體），常用的冷卻劑是水和空氣，應因地制宜加以選用。受當地氣溫限制，冷卻水一般為1035.如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質，如冷凍鹽水、氟利昂等。本設計中采用是33的冷卻水。第三章 原料與產品的性質3.1原料進料組成見表3-1表3-1 原料進料組成組分英文名總質量流量Kg/hr分子式質量組成乙醇ETHANOL80002000C2H6O0.8水WATERH2O0.23.2產品乙醇的性質無水乙醇為無色澄清液體，有灼燒味，易流動，極易從空氣中吸收水分，能與水和氯仿、乙醚等多種有機溶劑以任意比例互溶。而且能與水形成共沸

22、混合物(含水4.43%)，共沸點78.15，相對密度0.789，熔點-114.1，沸點78.5，折光率(n20D)1.361，乙醇-水混合物的溫度組成見圖2-1。閉杯時閃點（在規定結構的容器中加熱揮發出可燃氣體與液面附近的空氣混合，達到一定濃度時可被火星點燃時的溫度）13，易燃。無水乙醇蒸汽與空氣能形成爆炸性混合物，爆炸極限3.5%18.0%（體積）。圖3-1乙醇-水混合物溫度組成圖第四章 工藝設計與計算4.1方法選擇對于含有離子液體的研究體系,研究者們多釆用NRTL模型,UNIQUAC方程,Wilson方程,electrolyte-NRTL模型,但是在這些模型方程中,NRTL模型的擬合結果更

23、加準確可靠。4.2.物料衡算1 物料衡算的目的及意義物料衡算是以質量守恒定律為基礎對物料平衡進行計算。物料平衡是指在單位時間內進入系統(體系)的全部物料質量必定等于離開該系統的全部物料質量再加上損失掉的和積累起來的物料質量。物料衡算目的在于決定生產一定量產品所需的原料和輔助材料的用量或由原料量確定產品量；為確定設備大小、臺數提供必要數據；為熱量衡算提供必要數據。工藝設計中，物料衡算是在工藝流程確定后進行的。目的是根據原料與產品之間的定量轉化關系，計算原料的消耗量，各種中間產品、產品和副產品的產量，生產過程中各階段的消耗量以及組成，進而為熱量衡算、其他工藝計算及設備計算打基礎。應用物料衡算原理，

24、借助Aspen Plus 流程模擬軟件，對于各個單元進行了模擬優化，確定了最后的優化方案后，得出了塔的進出物料參數值。2 物料衡算原理全塔物料衡算（通過全塔物料衡算，可以求出精餾產品的流量、組成之間的關系）。連續精餾塔做全塔物料衡算，并以單位時間為基準，即總物料 F = D+W 易揮發組分 FxF = DxD +WxW 式中： F原料液流量，kmol/h；D塔頂產品（餾出液）流量，kmol/h；W塔底產品（釜殘液）流量，kmol/h；xF 原料液中易揮發組分的摩爾分數；xD 餾出液中易揮發組分的摩爾分數；xW 釜殘液中易揮發組分的摩爾分數。塔頂易揮發組分回收率=DxD/FxF*100% 塔底難

25、揮發組分回收率W(1-xW )/F(1-xF)*100%4.3.工藝流程簡述圖4-1 乙二醇萃取乙醇-水工藝流程圖本設計的Aspen Plus工藝流程如上圖所示，以乙二醇為萃取劑，采用兩塔精餾流程進行模擬，混合物首先進入換熱器加熱到泡點，然后此混合物進入萃取精餾塔，在塔頂得到無水乙醇產品，塔底的水與萃取劑乙二醇一同進入溶劑回收塔，在溶塔底流出的乙二醇再循環使用進入混合器，和補加的萃取劑一起再進入萃取精餾塔。最后通過此流程模擬優化結果確定塔、換熱器及貯罐的工藝設計參數。4.4操作條件匯總表4-1 塔操作條件匯總表參數萃取塔（CQT）回收塔（HST）進料溫度/98126.6進料壓力/bar1.01

26、331.013塔頂溫度/78.2964.93塔頂壓力/bar1.01330.25塔釜溫度/126.64156.94塔釜壓力/bar1.01330.27摩爾回流比20.85理論板數248進料板數204萃取劑進料溫度/82萃取劑進料壓力/bar1.013萃取劑進料板44.5過程模擬步驟1.萃取塔1.模擬條件：原料進料流率為10000kg/hr，水與乙醇按2:8（質量比）進料，萃取劑進料量為8000kg/hr，操作壓力為1atm，塔頂采出8000kg/hr，全塔板數28，摩爾回流比為2，原料進料板位置為20，萃取劑進料板位置為3，模擬結果如下：圖4-2 萃取塔模擬計算結果1. 工藝參數優化1. 理論

27、板數其他參數不變，對萃取精餾塔采用靈敏度分析塔板數對塔頂乙醇濃度的影響，如圖所示圖4-3 理論板數對塔頂乙醇濃度的影響從圖4-2可知當塔板數在1-23之間乙醇濃度不斷上升，當達到24塊板時乙醇濃度已達到99.9164%，當理論半數大于24時，乙醇濃度增加不顯著，因此萃取精餾塔理論板數選24。2. 原料進料位置設置原料進料位置時應盡可能使原料組成與塔板上脫除萃取劑后兩組分盡可能相近。否則進料位置的不合理選取會直接影響分離效果，使分離效果變差。理論塔板數改為24，其他不變，原料進料位置對塔頂乙醇濃度影響見下圖圖4-4原料進料位置對塔頂乙醇濃度的影響從圖中可以看出當進料位置在1-19之間時，乙醇濃度

28、一直在增加，當進料板為20時達到最大值99.9164%，之后開始下降，所以原料進料板位置選20塊板合理。3.萃取劑進料板位置萃取劑的進料板位置對塔頂乙醇濃度的影響如圖所示圖4-5 萃取劑進料位置對塔頂乙醇濃度的影響從圖中可知當萃取劑進料位置在1-3之間乙醇濃度不斷上升，當達到4塊板時乙醇濃度已達到99.9457%，當大于4時，乙醇濃度增加不顯著，因此萃取劑進料板數選4。4.回流比一般來說， 回流比越大， 分離效果越顯著。但是在萃取精餾塔中， 為增大被分離組分的相對揮發度， 就應該使各個塔板的液相均保持足夠的萃取劑濃度。若回流比過大， 不但不能提高乙醇的分離提純， 反而會降低塔內萃取劑的濃度而使

29、分離變得困難， 因此， 必須選擇最佳的回流比。得到回流比對塔頂乙醇濃度影響，如圖所示，選擇最佳回流比1.2圖4-6 回流比對塔頂乙醇濃度的影響5.萃取劑的量對萃取劑進料量進行靈敏度分析圖4-7 萃取劑的量對塔頂乙醇濃度的影響可以看到，萃取劑進料在1-8000kg/hr時，隨萃取劑量增大，乙醇濃度增大99.97%，當超過8000時變化較小，因此選擇萃取劑加入量8000kg/hr合理。2溶劑回收塔溶劑回收塔主要是對萃取劑乙二醇進行回收，并循環利用。對于萃取劑回收塔先采用DSTWU模塊對其進行簡便計算，可得參數如圖，并以此作為詳細核算依據。圖4-8 采用簡便塔計算結果進行詳細核算塔后與萃取塔同樣步驟

30、對理論板數，進料板位置，回流比，塔頂采出量與進料比值進行靈敏度分析，得到理論板數為8塊，進料位置為第四塊板，回流比為0.6，D:F=0.403圖4-9 塔板數對水純度的影響 圖4-10進料板位置對水純度的影響圖4-11 回流比對水純度的影響 圖4-12 D:F對水純度的影響此時結果為圖4-13 萃取回收塔調節結果有結果知回收塔水不能達到99.95%，主要原因含義含乙醇過多，要減少第二個塔乙醇含量，此時只有通過對第一個塔優化來調整第二塔出口水純度，因為乙醇出口濃度比較大，通過提高乙醇濃度來增大采出量比較困難，通過增大塔頂流出液的量來增大乙醇采出量比較合適，當塔頂采出量為8003時，結果知乙醇采出

31、濃度下降而水的純度升高，此時乙醇和水濃度均在0.9995以上，這時加入循環物流，由于萃取劑循環過程中含有少量乙醇和水，使得，乙醇和水的濃度再次下降，這時加入計算器通過選擇YEC3作為撕裂物流，分別對下面參數進行靈敏度分析得YEC3進料量為10200kg/hr，萃取塔回流比為2，塔頂采出量8003kg/hr，回收塔回流比0.85，D:F=0.40268，塔板數與進料位置不變，得結果如圖。可以看出，乙醇和水的純度均已達到要求。圖4-14 加循環之后計算結果4.3換熱器的核算1.塔頂冷凝器與再沸器1.1在塔上添加虛擬物流，并與H-T換熱器連接，設定冷凝水初值并進行設計規定使塔頂冷卻水出口溫度為43，

32、得到結果如圖圖4-15 虛擬物流的位置圖4-16 CQT冷凝器簡便計算結果可以得到換熱面積為166.512 m21.2進行詳細核算查標準JBT 4715-92 固定管板式換熱器型式與基本參數，選擇19×2mm光滑直管，管心距25mm，殼程直徑1m，單管程，管子數1267，呈三角形排布，長3m，塔板剪切率30%，計算蒸汽管嘴進口直徑：，出口管嘴直徑，冷卻水進出口管嘴直徑，導入edr得到詳細核算結果采用同樣方法，對其進行計算見附錄第五章 工業安全與衛生工業廢物如未達到規定的排放標準而排放到環境中，就對環境產生了污染，污染物在環境中發生物理的和化學的變化后就又產生了新的物質。好多都是對人的

33、健康有危害的。這些物質通過不同的途徑（呼吸道、消化道、皮膚）進入人的體內，有的直接產生危害，有的還有蓄積作用，會更加嚴重的危害人的健康。工業“三廢”排放對環境的影響常是地區工業布局和廠址選擇需考慮的重要因素。如工業企業一般避免布置在城鎮居民區的上風向和水源上游；一些污染較大的工業如冶金、化工、造紙要遠離城市中心；大工業企業與生活區間要有適當的隔離帶以減少環境污染的影響等。大力采用無污染或少污染的新工藝、新技術、新產品，開展“三廢”綜合治理，是防治工業“三廢”污染，搞好環境保護的重要途徑之一。不同物質會有不同影響，三廢治理不是一兩句話能說清楚地廢氣、廢水、廢渣種類各有不同。以固體廢棄物來說就分為

34、危險廢物和一般廢物，危廢處理方法一般是焚燒或者是深度填埋等，填埋場的要求很高，建一個大型的填埋場要幾個億投資。5.1 原料及產品的安全乙醇易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸發生化學反應或引起燃燒。在火場中，受熱的容器有爆炸的危險。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。乙二醇屬低毒類，急性毒性：LD508.015.3g/kg(小鼠經口)；5.913.4g/kg(大鼠經口)；1.4ml/kg(人經口，致死)，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。5.2 工業安全5.2.1

35、廠址選擇化工企業的廠址選擇應全面考慮建設地區的自燃環境和社會環境，認真收集擬建地區的地形測量、工程地質、水文、氣象、區域規劃等基礎資料，進行多方案論證、比較，選定技術可靠、經濟合理、交通方便、符合環境和安全衛生要求的建設方案。選擇廠址應充分考慮地震、軟地基、濕陷性黃土、膨脹土等地質因素以及颶風、雷暴、沙暴等氣象危害，采取可靠技術方案，避開斷層、滑波、泥石流、地下溶洞等比較發育的地區。廠址應不受洪水、潮水和內澇的威脅。凡可能受江、河、湖、海或山洪威脅的化工企業場地高程設計，應符合國家防洪標準的有關規定，并采取有效的防洪、排澇措施。廠址應避開新舊礦產采掘區、水壩（或大堤）潰決后可能淹設地區、地方病

36、嚴重流行區、國家及省市級文物保護區，并與航空站、氣象站、體育中心、文化中心保持有關標準或規范所規定的安全距離。5.2.2 廠區總平面布置化工企業廠區總平面應根據廠內各生產系統及安全、衛生要求進行功能明確合理分區的布置，分區內部和相互之間保持一定的通道和間距。廠區內火災危險較高，散發煙塵、水霧和噪音的生產部分應布置在全年最小風頻率的上風方位，廠前、機、電、儀修和總變配電等部分應位于全年最小風頻率的下風向，廠前區宜面向城鎮和工廠居住區一側。污水處理場、大型物料堆場、倉庫區應分別集中布置在廠區邊緣地帶。5.2.3 化工裝置安全衛生設計原則工藝安全衛生設計必須符合人機工程的原則，以便最大限度地降低操作

37、者的勞動強度以及精神緊張狀態。應盡量采用沒有危害或危害較小的新工藝、新技術、新設備。淘汰毒塵嚴重又難以治理的落后的工藝設備，使生產過程本身為本質安全型。對具有危險和有害因素的生產過程應合理地采用機械化、自動化和計算機技術，實現遙控或隔離操作。具有危險和有害因素的生產過程，應設計可靠的監測儀器、儀表，并設計必要的自動報警和自動聯鎖系統。對事故后果嚴重的化工生產裝置，應按冗余原則設計備用裝置和備用系統，并保證在出現故障時能自動轉換到備用裝置或備用系統。生產過程排放的有毒、有害廢氣、廢（液）和廢渣應符合國家標準和有關規定。5.3 勞動安全5.3.1 防火、防爆具有火災、爆炸危險的化工生產過程中的防火

38、、防爆設計應符合石油化工企業設計防火規范（BG50160）和建筑設計防火規范GBJ16等規范，火災和爆炸危險場所的電氣裝置的設計應符合爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范（GB50058）。具有易燃易爆的工藝生產裝置、設備、管道，在滿足生產要求的條件下，宜按生產特點，集中聯合布置，采用露天、敞開或半敞開式的建（構）筑物。化工生產裝置內的設備、管道、建筑（構）筑物之間防火距離應符合GB50160和GBJ16中規定。明火設備應集中布置在裝置的邊緣，應遠離可燃氣體和易燃、易爆物質的生產設備及儲槽，并應布置在這類設備的上風向。有可燃氣體和粉塵泄露的封閉作業場所必須設計良好的通風系統，保證作業場所中的危險

39、物質的濃度不超過有關規定，并設計必要的檢測和自動報警裝置。5.3.2 化學危險品包裝根據化學物品特性和運輸方式正確選擇容器和包裝材料以及包裝襯墊，使之適應儲運過程中的腐蝕、碰撞、擠壓以及運輸環境的變化。化學物品包裝應標記物品名稱、牌號、生產及儲存日期。具有危險或有害化學物品，必須附有合格證、明顯標志和符合規定的包裝。易燃和可燃液體、壓縮可燃和助燃氣體、有毒、有害液體的灌裝，應根據物料性質、危害程度，采用敞開或半敞開式建筑物。灌裝設施設計應符合有關防火、防爆、防毒要求。有毒、有害液體的裝卸應采用密閉操作技術，并加強作業場所通風，配置局部通風和凈化系統以及殘液回收系統。5.4 工業衛生5.4.1

40、防塵防毒對塵毒危害嚴重的生產裝置內的設備和管道，在滿足生產工藝要求的條件下，集中布置在半封閉或全封閉建（構）筑物內，并設計合理的通風系統。建（構）筑物的通風換氣條件，應保證作業環境空氣中的毒塵等有害物質的濃度不超過國家標準和有關規定，并應采取密閉、負壓等綜合措施。在生產過程中，對可能逸出含塵毒氣體的生產過程，應盡量采用自動化操作，并設計可靠排風和凈化回收裝置，保證作業環境和排放的有害物質濃度符合國家標準和有關規定。對于毒性危害嚴重的生產過程和設備，必須設計可靠的事故處理裝置及應急防護措施。在有毒性危害的作業環境中，應設計必要的淋洗器、洗眼器等衛生防護設施，其服務半徑小于15m。并根據作業特點和

41、防護要求，配置事故柜、急救箱和個人防護用品。毒塵危害嚴重的廠房和倉庫建（構）筑物的墻壁、頂棚和地面均應光滑，便于清掃，必要時設計防水、防腐等特殊保護層及專門清洗設施。5.4.2 生產生活用室化工企業應按生產特點及實際需要，設置更衣室、廁所、浴室等生活衛生用室。更衣室宜設在職工上下班通道附近。車間衛生特征1級的更衣室，應是工作服、便服分室存放，其它級別的可同室分開存放。5.5 應急處理迅速撤離泄漏污染區人員至上風處，并進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。盡可能切斷泄漏源。用工業覆蓋層或吸附/ 吸收劑蓋住泄漏點附近的下水道等地方，防止氣體進入。合理

42、通風，加速擴散。噴霧狀水稀釋。構筑圍堤或挖坑收容產生的大量廢水。如有可能，將漏出氣用排風機送至空曠地方或裝設適當噴頭燒掉。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗后再用。5.6三廢排放及治理方案5.6.1廢氣的排放及治理化工企業無組織排放的廢氣所含的污染物種類很多,從存在狀態可分為:氣溶膠狀態污染物和氣體狀態污染物。氣溶膠是指沉降速度可以忽略的固體粒子、液體粒子或兩種兼而有之的在氣體介質中的懸浮體,如粉塵、黑煙、酸霧等。氣體狀態污染物主要有氣體中所含的硫化物、氮化物、碳氧化合物、碳氫化合物、鹵素化合物等。廢氣無組織排入大氣中,將會污染環境,造成危害。治理廢氣的方法：(1)產生無組織廢氣的工序:在離心、烘

43、干、反應釜等廢氣排放較頻繁的設備上方設置集風裝置,將廢氣進行收集,經冷凝、液體吸收、吸附、燃燒催化轉化等化學或物理方法處理后,由排氣筒排放,濃度較低時可直接經排氣筒排放。(2)被液體物料污染的地面:采用石灰、黃沙等,將污染物徹底清除,必要時將地面切塊修補。(3)車間內物料的轉移:在裝料和卸料時采用管道輸送,氣相管和液相管分別與料桶相連,輸液時形成閉路循環(4)設備、管道裝置:加強檢查頻次,及時更換零部件。5.6.2廢水的排放及治理廢液處理的主要原則是減少廢水排放，提高廢水的回收率；加強預處理，提高污水處理裝置運行可靠性，經濟性；加強生產管理，進行綜合防治。5.6.3廢渣的排放及治理工業的發展，

44、必然帶來固體廢物量的增加，采用堆存的方法，也可能造成二次污染，因此廢物的重新利用具有重要的意義。對于廢渣的處理首先應考慮廢渣的再資源化，其主要途徑是：開展綜合利用，回收或循環利用廢物，或通過改革生產工藝提高資源利用率以減少排放量。5.7 車間定員內部操作工12人，每4人一組，實行三班倒制，分別注意觀察記錄萃取精餾塔和溶劑回收塔的實測數據，外部操作工同內部操作工人數相同，每3人一組，四班兩倒。第六章 設備設計和選型說明6.1 主要設備一覽表表6-1主要設備一覽表序號位號名稱形式臺數主要結構參數1T0101萃取精餾塔篩板塔1D=2m，H=26m2T0102溶劑回收塔篩板塔1D=1.8m，H=15m

45、3H0102CQT塔頂冷凝器管殼式1S=219.3 m2，L=3m4H0103CQT塔底再沸器管殼式1S=446.2m2，L=6m5H0104HST塔頂冷凝器管殼式1S=174.7m2，L=3m6H0105HST塔底再沸器管殼式 1S=900.5m2，L=6m7V0101CQT回流罐臥式1停留時間1h，V=40.07m38V0102HST回流罐臥式1停留時間1h，V=4.13m39P0101CQT進料泵立式1IS65-50-16010P0102CQT回流泵立式1IX180-65-160B11P0103HST進料泵立式1IS65-50-12512P0104HST回流泵立式1ISL40-32-10

46、013P0105乙二醇循環泵立式1IX150-32-160B6.2 原料、動力消耗及排出物表6-2 原料、動力消耗及排出物名稱溫度/壓力主要組分質量分數總處理量原料25/120Kpa80%（ETHANOL）10000kg/hr冷卻水33/101.325Kpa100%（H2O）699078kg/hr飽和水蒸氣170.9/1000kpa（CQT）170.4/800kpa（HST）100%（H2O）100%（H2O）4065.9 kg/hr4425 kg/hr塔頂餾出物77.7/99kpa（CQT）99.9585%（ETHANOL）173.824 kg/hr64.7/25kpa（HST）99.980

47、6%（H2O）110.849 kg/hr6.3 物料衡算表6-3 CQT物料衡算表原料組分乙醇水合計進料質量流率kg/hr8000200010000質量分數%8020100摩爾流率kmol/hr173.652111017284.669摩爾分數%6139100塔頂餾出液質量流率kg/hr7999.653.198368003質量分數%99.95850.0396100摩爾流率kmol/hr173.6450.1775173.825摩爾分數%99.89650.1021100塔釜餾出液質量流率kg/hr0.350831998.8512199質量分數%2.87588E-316.3853100摩爾流率kmol

48、/hr0.007615110.953275.293摩爾分數%2.766E-340.3036100分子量46.06918表 6-4 HST物料衡算表原料組分乙醇水乙二醇合計進料質量流率kg/hr0.350831998.8510199.912199質量分數%2.87588E-316.385383.6119100摩爾流率kmol/hr0.007615110.953164.332275.293摩爾分數%2.766E-340.303659.6937100塔頂餾出液質量流率kg/hr0.350831996.80.4912141997.64質量分數%0.00175699.98060.0125100摩爾流率k

49、mol/hr0.007615110.8390.007914110.855摩爾分數%6.8696E-30.999867.139E-3100塔釜餾出液質量流率kg/hr6.99E-82.0444510199.410201.4質量分數%6.8553E-100.0299.98100摩爾流率kmol/hr1.518E-90.113484164.324164.438摩爾分數%9.2315E-100.06999.931100分子量46.0691862.0696.4熱量衡算表6-5 熱量衡算表萃取塔CQT項目名稱質量流率kg/hr能量KJ/hr進塔進料10000-6.647E7再沸器熱負荷1.02295E7合

50、計-5.62405E7出塔冷凝器熱負荷2.0435E7塔頂出料8003-4.701E7塔底出料12199-1.0364E8損失7.39745E7小計-5.62405回收塔HST項目名稱質量流率kg/hr能量KJ/hr進塔進料12199-1.0364E8再沸器輸入1.02528E7合計-9.33872E7出塔冷凝器8.34671E6塔頂出料1997.64-3.1038E7塔底出料10201.4-7.0694E7損失3.71448E7小計-5.62405E76.5 設備計算和選型精餾塔要有簡捷計算和嚴格計算，寫出詳細模擬計算過程，討論萃取精餾塔和溶劑回收塔的回流比、進料位置、操作壓力、萃取劑與原料

51、的配比等對分離過程的影響。計算過程中需進行靈敏度分析。計算得到萃取精餾塔和溶劑回收塔的塔高、塔徑以及塔頂冷凝器、塔釜再沸器等，并進行校核計算等。6.5.1 萃取塔精餾塔1）塔板核算圖6-1塔板簡單核算結果圖6-2 塔板核算結果表6-6 塔徑與塔板間距經驗關系塔徑D/m0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.4>2.4塔 板 間距HT/m0.2-0.30.3-0.350.35-0.450.45-0.60.5-0.80.62）塔高計算（1）實際塔板數Np，根據生產經驗公式估計塔板總效率ET，取ET=0.7，實際塔板數Np=NT/ET,則Np=（24-2）/0.7=

52、32 塊塔板（2）塔頂空間取塔板間距HT=0.45 m，HD=1.6HT=0.72 m，加人孔0.8 m，總共1.25 m。（3）塔底空間塔底儲液高度以停留時間15 min計，HL=1 m，取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1 m，HW=1+1=2 m。（4）整體塔高每八塊板開一人孔，人孔高度為0.8 m，共32塊板，開五個人孔。裙座高4 m，則H=Z+HW+HD=31*0.45+1.52+2+4+6*0.8=25.8 m,圓整為26 m。6.5.2 溶劑回收塔1）塔板核算踏板間距取0.45m，篩板塔，塔徑圓整1.8m圖6-3 塔板簡單核算結果圖6-4 塔核算結果2）塔高計算（1）實際塔板數N

53、p，根據生產經驗公式估計塔板總效率ET，取ET=0.7，實際塔板數Np=NT/ET,則Np=（8-2）/0.7=9 塊塔板（2）塔頂空間取塔板間距HT=0.45 m，HD=1.6HT=0.72 m，加人孔0.8 m，總共1.25 m。（3）塔底空間塔底儲液高度以停留時間20 min計，HL=1.2 m，取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1 m，HW=1+1.2=2.2 m。（4）整體塔高每八塊板開一人孔，人孔高度為0.8 m，共9塊板，開3個人孔。裙座高5 m，則H=Z+HW+HD=8*0.45+1.52+2.2+5+3*0.8=14.72 m,圓整為15 m。對泵、貯罐、管道等進行選型。6.5.3管道選型表6