异丙醇-水萃取精馏分离.doc

1.一种生物基生产bdo的脱轻塔装置，包括再沸器，其特征在于:所述再沸器的顶部开设有出料口，底部开设有进料口，且所述再沸器的上方侧壁设置有蒸汽入口，所述蒸汽入口连接有蒸汽管道，所述蒸汽管道上安装有蒸汽流量调节阀，所述再沸器的下方侧壁设置有凝结水出口，所述凝结水出口连接有凝结水管道，所述凝结水管道上安装有凝结水外排阀，所述蒸汽管道与所述凝结水管道之间利用平衡管道连接，且所述平衡管道上串联安装有蒸汽管道罐，所述蒸汽管道罐设置有液位控制器，所述液位控制器利用控制导线连接所述凝结水外排阀。【专利摘要】一种生物基生产bdo的脱轻塔装置，包括再沸器，所述再沸器的顶部开设有出料口，底部开设有进料口，且所述再沸器的上方侧壁设置有蒸汽入口，所述蒸汽入口连接有蒸汽管道，所述蒸汽管道上安装有蒸汽流量调节阀，所述再沸器的下方侧壁设置有凝结水出口，所述凝结水出口连接有凝结水管道，所述凝结水管道上安装有凝结水外排阀，所述蒸汽管道与所述凝结水管道之间利用平衡管道连接，且所述平衡管道上串联安装有蒸汽管道罐，所述蒸汽管道罐设置有液位控制器，所述液位控制器利用控制导线连接所述凝结水外排阀。[0017]一种生物基生产bdo的脱轻塔装置，包括再沸器，所述再沸器的顶部开设有出料口，底部开设有进料口，且所述再沸器的上方侧壁设置有蒸汽入口，所述蒸汽入口连接有蒸汽管道，所述蒸汽管道上安装有蒸汽流量调节阀，所述再沸器的下方侧壁设置有凝结水出口，所述凝结水出口连接有凝结水管道，所述凝结水管道上安装有凝结水外排阀，所述蒸汽管道与所述凝结水管道之间利用平衡管道连接，且所述平衡管道上串联安装有蒸汽管道罐，所述蒸汽管道罐设置有液位控制器，所述液位控制器利用控制导线连接所述凝结水外排阀。

在工业精馏设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，以进行气液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相，HYPERLINK "" \t "_blank"液相中的易挥发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和气相的部分冷凝。蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。工业中的蒸馏多为多组分精馏，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。本设计选取异丙醇-水萃体系，异丙醇是一种重要的有机化工原料和有机溶剂，主要用在制药、化妆品、塑料、香料、涂料及电子工业上。异丙醇一般通过丙烯水合法得到，再用蒸馏法蒸出异丙醇，但常压下异丙醇与水在80.3℃时形成共沸物，共沸物中异丙醇质量分数为87.4％。因此，采用普通蒸馏方法难以得到高纯度的异丙醇。传统的异丙醇一水共沸物分离采用共沸精馏法，通常用苯做为共沸剂，此种工艺的能耗较大，且共沸剂在生产操作中存在人身危害和环境污染问题。近几年文献中对异丙醇一水分离新工艺进行了较多研究，萃取精馏是其中一种重要手段相对传统的共沸精馏而言，由于萃取精馏所采用溶 剂沸点较高，不易挥发，溶剂从塔釜排放，因而具有 能耗低、污染少、溶剂易于回收等优点，但萃取精馏 存在溶剂用量大、回收成本高的不足。

2.工艺流程确定及说明2.1 塔板类型精馏塔的塔板类型有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板.浮阀塔的优点：1.生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比筛板塔高 20%～30。 综合考虑，本设计选用浮阀塔。2.2 加料方式本精馏塔加料选择泵直接加料，结构简单，安装方便，而且可以引入自动控制系统来实现流量及流速的调节。2.3 进料状况本精馏塔选择共沸组成进料.2.4 塔顶冷凝方式本精馏塔选择全凝器，用水冷凝。2.5 回流方式本设计采用强制回流。2.6 加热方式加热方式可分为：直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有一定的稀释作用，从而使理论板数增加，设备费用上升，所以本设计采用间接蒸汽加热。

汽包 各冷却回路的冷却水在水梁中吸热后，部分水汽化，汽水混合物通过上升管进入汽包，在汽包内汽水分离，蒸汽送入蒸汽管网或通过放散管排入大气。各冷却回路的冷却水在水梁中吸热后，部分水汽化，汽水混合物通过上升管进入汽包，在汽包内汽水分离，蒸汽送入蒸汽管网或通过放散管排入大气。12．(2016·龙岩模拟)下列实验中，所采取的实验方法(或操作)与对应的原理都正确的是()选项 实验 方法(或操作) 原理 a 分离溶于水中的溴 裂解汽油萃取 碘在裂解汽油中的溶解度较大 b 分离乙酸乙酯和乙醇 分液 乙酸乙酯和乙醇的密度不同 c 从蛋清中提取蛋白质 加入硫酸铜溶液 浓盐溶液使蛋白质溶解度降低 d 尿液中尿糖的检验 加入新制cu(oh)2、加热 葡萄糖具有还原性 解析：选d裂解汽油中含有不饱和键，与溴发生反应，不能用作萃取剂，a项错误。

3.1 模型建立 RadFrac是一个严格模型，可用于模拟所有类型的多级气、液分离操作，如普通精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取、萃取蒸馏和共沸蒸馏等。适用体系包括气、液两相传质体系，气、液、液三相传质体系，窄沸程和宽沸程传质体系等。对气、液两相存在强非理想物系和理想物系都有良好的模拟效果，模拟数据具有可指导性。 使用Aspen Plus模拟软件进行模拟计算时，要尤其注意热力学模型的选择，其正确与否直接影响计算的物理性能的准确程度，并影响计算结果的精确度。由于本计算体系中的异丙醇、N-甲酰吗啉等均是极性化合物，故选用UNIFAC活度系数模型。3.2 工艺流程流程：原料从8号流股加入，经换热器B3预热后流入萃取精馏塔B1，萃取剂从1号流股进入萃取精馏塔B1，在塔内萃取精馏后，异丙醇从塔顶经2号流股采出，N-甲酰吗啉和水从塔釜经3号流股流入精馏塔B2进行分离，水从塔顶经4号流股采出，N-甲酰吗啉从塔釜经5号流股流入换热器B3对原料进行预热，之后从6号流股流出，进入换热器B4换热降温至79℃后流入1号流股，对萃取剂进行循环利用。 3.3 模拟计算 原料进料为异丙醇一水共沸体系，流量1250kg/h，组成为87．4％(质量分数)的异丙醇和12．6％(质量分数)的水，萃取剂为N-甲酰吗啉，两股进料的温度均为80℃，操作压力为常压。

准确称取丹参25.00 g,选用不同萃取压力、萃取温度、原料粒度(目数)、95%的乙醇做夹带剂,按表4方法进行试验。enzo等研究了温度在40℃～80℃，压力在1．8x105～2．88x105pa，操作参数对β胡萝卜素与番茄红素分离的影响，日本一专利报道了超临界流体萃取精制番茄红素。12．(2016·龙岩模拟)下列实验中，所采取的实验方法(或操作)与对应的原理都正确的是()选项 实验 方法(或操作) 原理 a 分离溶于水中的溴 裂解汽油萃取 碘在裂解汽油中的溶解度较大 b 分离乙酸乙酯和乙醇 分液 乙酸乙酯和乙醇的密度不同 c 从蛋清中提取蛋白质 加入硫酸铜溶液 浓盐溶液使蛋白质溶解度降低 d 尿液中尿糖的检验 加入新制cu(oh)2、加热 葡萄糖具有还原性 解析：选d裂解汽油中含有不饱和键，与溴发生反应，不能用作萃取剂，a项错误。

进入Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1| Input| Vary 页面，定义操纵变量。3.4.1 原料进料位置的影响 在相同条件下，原料进料位置的不同将对分离效果产生影响，不同的精馏效果导致塔底和塔顶组成产生改变，进而影响再沸器和冷凝器的热负荷，因此，存在最佳进料位置。改变原料异丙醇一水共沸体系的进料位置，考察原料进料位置对分离效果和热负荷的影响，模拟结果如图1、2。图1 原料进料位置对分离效果的影响图2 原料进料位置对热负荷的影响由图1、2可见，进料位置在12-16块板时分离效果较好，而再沸器和冷凝器的热负荷(冷凝器的热负荷取绝对值)较低。进料在第13块板时达到最佳效果。因此，选择原料最佳进料板为第13块板。3.4.2 萃取剂进料位置的影响 萃取剂的进料位置也影响精馏分离效果和热负荷。改变萃取剂的进料位置，模拟不同位置进萃取剂对分离效果和热负荷的影响，结果见图3、4。图3 萃取剂进料位置对分离效果的影响图4萃取剂进料位置对热负荷的影响由图3、4可以看出，萃取剂在第一块塔板进料时，虽然再沸器和冷凝器的热负荷(冷凝器的热负荷取绝对值)最低，但塔顶中异丙醇的质量分数只有0.7，分离效果太差，因此，不予考虑。

除第1块塔板外，萃取剂进料在第3,4块塔板时，塔顶中异丙醇的质量分数最高，再沸器和冷凝器的热负荷最低，因此，选择第3块塔板为萃取剂进料板。 3.4.3塔板数与溶剂量对分离效果的影响在达到分离目标时采用25或26块板已影响不大，故采用25块板适宜，溶剂量只要大于5000kg即可，取5200kg是适合的.综上所述，以N-甲酰吗啉做萃取剂分离异丙醇一水共沸体系是可行的。对于处理流量1250kg·h 的异丙醇一水共沸溶液，精馏塔具有25块塔板时，原料进料位置在第13块塔板，萃取液进料位置在第3块塔板，摩尔回流比为3，萃取剂与原料的进料比为4：1，塔顶异丙醇质量分数可达O.999，萃取精馏塔的分离效果和热负荷达到最优。4. 塔板的工艺设计4.1 精馏塔的全塔物料和能量衡算由Aspen Plus模拟结果得整个流程进出与出口的物料数值：Mass Flow kg/hrH2OC3H8O-01C5H9N-011520000520081250157.51092.5021093.51.0091092.4610.034156.5156.4610.0390752000.02905199.9711+8-2-4-70000182471+8-2-4-7Enthalpy Gcal/hr-3.862-1.965-1.339-0.586-3.8650 由此可以看出整个系统物料和能量守恒。

进口堰及受液盘 进口堰可以保证降液管的液封，并使塔板上液体分布均匀，但占用塔面，易使沉淀物淤积，故多数不采用。 经验值： 或 25~30mm，小塔 40mm，大塔 150mm，最大 1 进口堰及受液盘 进口堰可以保证降液管的液封，并使塔板上液体分布均匀，但占用塔面，易使沉淀物淤积，故多数不采用。因气液混合物从帽罩内喷出的流向是水平方向或斜向下，而非普通塔板或填料塔的向上或斜向上方向，液滴的垂直向上的速度分量很小，这就能保证气流中的雾沫夹带很少，可以在板间距不很大的情况下，操作气速很高，加之此塔板气液接触后分离充分，液体中基本不夹带气泡，降液管内不会形成泡沫层，可减少降液管所占面积，提高有效开孔区面积，从而比浮阀、泡罩、筛板有更高的开孔率，更加增加了此塔的处理能力。

4.5.1 浮阀数目浮阀数目气体通过阀孔时的速度取动能因数F=10，那么，因此4.5.2 排列为保证塔板的强度，需留有一定的边缘区和安定区，在边缘区内不设置浮阀。取边缘区宽度0.05m，安定区宽度0.09m.单溢流塔板鼓泡面积为：由于采用分块式塔板，故采用等腰三角形叉排。若同一横排的阀孔中心距，那么相邻两排间的阀孔中心距为：m按照，t′=80mm 以等腰三角形叉排方式作图，排得N=734.5.3 校核气体通过阀孔时的实际速度：实际动能因数： (在9-12之间)开孔率：开孔率在10%-14%之间，满足要求。5. 塔板的流体力学计算5.1气体通过浮阀塔板的压力降由Aspen Plus模拟结果得每次板压降：Pressure dropbar0.009231090.011701070.011698840.011695340.011689910.011681650.011669490.011652290.011629280.011600610.011568630.0116370.011577880.011502510.011422080.011356130.011315840.011296490.011288570.011285590.011284650.01129030.01153328由此计算得平均压降为0.01142bar5.2 液泛Downcomer backupmeter0.110192930.119365020.119312190.119228960.119099440.118901550.118607180.118185320.117610.116877930.116124520.119136420.117709710.115786080.113581950.111674370.110519970.109996610.109792710.109717920.109691640.109706920.11093991由此计算得符合防止淹塔的要求。