复合精馏分离乙酸乙酯与乙醇项_目初步设计开题报告.doc

滨 州 学 院毕业设计（论文）开题报告 题 目 复合精馏分离乙酸乙酯与乙醇项目初步设计系 （院） 化学工程系 年级 2012 专 业 化学工程与工艺 班级 二班 学生姓名 杨海波 学号 1214100210 指导教师 郑晓东 职称 讲师 滨州学院教务处二一六年四月开题报告填表说明1.开题报告是毕业设计（论文）过程规范管理的重要环节，是培养学生严谨务实工作作风的重要手段，是学生进行毕业设计（论文）的工作方案，是学生进行毕业设计（论文）工作的依据。2.学生选定毕业设计（论文）题目后，与指导教师进行充分讨论协商，对题意进行较为深入的了解，基本确定工作过程思路，并根据课题要求查阅、收集文献资料，进行毕业实习（社会调查、现场考察、实验室试验等），在此基础上进行开题报告。3.课题的目的意义，应说明对某一学科发展的意义以及某些理论研究所带来的经济、社会效益等。4.文献综述是开题报告的重要组成部分，是在广泛查阅国内外有关文献资料后，对与本人所承担课题研究有关方面已取得的成就及尚存的问题进行简要综述，并提出自己对一些问题的看法。5.研究的内容，要具体写出在哪些方面开展研究，要突出重点，实事求是，所规定的内容经过努力在规定的时间内可以完成。6.在开始工作前，学生应在指导教师帮助下确定并熟悉研究方法。7.在研究过程中如要做社会调查、实验或在计算机上进行工作，应详细说明使用的仪器设备、耗材及使用的时间及数量。8.课题分阶段进度计划，应按研究内容分阶段落实具体时间、地点、工作内容和阶段成果等，以便于有计划地开展工作。9.开题报告应在指导教师指导下进行填写，指导教师不能包办代替。10.开题报告要按学生所在系规定的方式进行报告，经系主任批准后方可进行下一步的研究（或设计）工作。一、课题的目的意义：乙酸乙酯是工业上的重要溶剂，广泛用作人造香精，乙基纤维素，硝化纤维素，赛珞璐，清漆，涂料，人造革，油毡，人造纤维，印刷油墨等的溶剂，也可用作人造珍珠的粘结剂，药物和有机酸的萃取剂及水果香料的原料。尤其是近年来医药体系改革和房地产的迅速发展，使乙酸乙酯在制药和涂料应用上占据了很大的比例。精馏过程是一个分离过程，人们经常利用精馏塔来分离不同沸点的液相混合物。乙酸乙酯与乙醇能够形成最低共沸物，用传统的分离方法很难将其分离，因此本课题将尝试探索使用复合精馏来分离乙酸乙酯和乙醇的混合物。 二、文献综述（分析国内外研究现状、提出问题，找到研究课题的切入点，附主要参考文献，约2000字）：1.乙酸乙酯和乙醇的物性介绍（1）乙酸乙酯乙酸乙酯又名醋酸乙酯，无色澄清液体，有强烈的醚似的气味，清灵、微带果香的酒香，易扩散，不持久。微溶于水，溶于醇、酮、醚、氯仿等多数有机溶剂。熔点-83.6 ，折光率（20):1.3708-1.3730，沸点77.2，相对密度(水=1)： 0.894-0.898 ，相对蒸气密度(空气=1)： 3.04，饱和蒸气压(kpa)： 13.33(27) ，临界温度250.1 （2）乙醇乙醇又名酒精，是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激。有酒的气味和刺激的辛辣滋味， 微甘。乙醇液体密度是0.789g/cm(20) ，乙醇气体密度为1.59kg/m，沸点是78.3，熔点是-114.1，易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，能与水以任意比互溶。能与氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶，相对密度(d15.56)0.816。2.乙酸乙酯生产工艺介绍 目前世界上工业乙酸乙酯主要制备方法有乙酸酯化法、乙醛缩合法、乙烯加成法和乙醇脱氢法等。 （1）乙酸酯化法 乙酸酯化法是传统的乙酸乙酯生产方法，在催化剂存在下，由乙酸和乙醇发生酯化反应而得。 ch3ch2oh+ch3coohch3cooch2ch3+h2o （2）乙醛缩合法 在催化剂乙醇铝的存在下，两个分子的乙醛自动氧化和缩合，重排形成一分子的乙酸乙酯。2ch3choch3cooch2ch3（3）乙醇脱氢法 采用铜基催化剂使乙醇脱氢生成粗乙酸乙酯，经高低压蒸馏除去共沸物，得到纯度为99.8%以上乙酸乙酯。 2c2h5ohch3cooch2ch3+h2 （4）乙烯加成法 在以附载在二氧化硅等载体上的杂多酸金属盐或杂多酸为催化剂的存在下，乙烯气相水合后与气化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。 ch2ch2+ch3coohch3cooch2ch3 传统的乙酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰，而大规模生产装置主要是乙醛缩合法和乙醇脱氢法，在乙醛原料较丰富的地区万吨级以上的乙醛缩合法装置得到了广泛的应用。乙醇脱氢法是近年开发的新工艺，在乙醇丰富且低成本的地区得到了推广。最新的乙酸乙酯生产方法是乙烯加成法，1998年在印度尼西亚迈拉库地区采用日本昭和电工专利技术建成了50 kt/a生产装置。 3.国内乙酸乙酯与乙醇分离的方法 （1）复合溶剂间歇萃取精馏法萃取法是通过加入溶剂改变组分间的互溶度从而达到提纯乙酸乙酯的目的，但该方法设备占地面积大，溶剂用量大，需要的动力搅拌和级间物流输送设备台数多，设备费用及操作费用高。因此有关优化萃取精馏操作方式分离共沸物已有较为系统深入的研究，此方法就是在萃取剂的选择上，使用单一溶剂和复合溶剂对乙酸乙酯乙醇物系进行间歇萃取精馏实验的对比。考察溶剂种类、溶剂比、回流比等因素对分离效果的影响。并且比较使用单一溶剂和复合溶剂时，间歇萃取精馏实验所需的操作时间。结果表明，采用复合溶剂的效果比较好，复合溶剂的溶剂比和加入速率也有一定要求。测得在回流比为3.3时，塔顶产品的乙酸乙酯的质量分数为99.52%，且操作时间短，单位质量产品能耗较使用单一溶剂时大大降低。 （2）减压间歇萃取精馏法萃取精馏是一种特殊的精馏方法，特别适合于处理近沸点和共沸点物系的分离。选用n,n-二甲基甲酰胺（dmf）作为催化剂，通过减压间歇萃取精馏，对乙酸乙酯和乙醇二元共沸物系的分离进行实验研究。考察操作参数中操作压强、回流比（体积比）、溶剂比（体积比）对分离过程的影响。结果表明：减小压强、提高回流比和溶剂比都能不同程度地增强分离效果，实验得出减压操作情况下的间歇萃取精馏较有利的分离条件为操作压力为10kpa，回流比为3，溶剂比1，产品中乙酸乙酯的质量分数为97%。（3） 膜分离法 利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜分离的效能，取决于膜本身的属性。因此分离物系对膜的材料要求非常严格，在基于膜工作多年并不断尝试新材料的基础上，马晓华教授采用壳聚糖聚乙烯醇/聚丙烯腈复合膜分离乙酸乙酯和乙醇取得了很好的效果。本文选择用aspen plus模拟减压精馏和萃取精馏相结合的方法分离乙酸乙酯和乙醇的混合物。相比于变压精馏而言，萃取精馏有设备投资小、分离产品的纯度高、操作简单、能耗小等优点。但萃取精馏生产规模小，无法满足我国日益增长的乙酸乙酯产品的需求。而变压精馏的高能耗、设备费用高等一系列的问题导致不单纯的用变压精馏来分离乙酸乙酯和乙醇物系。根据共沸物性数据查得在压力为10.292kp时，乙醇和乙酸乙酯能够形成最低共沸为乙醇15.95%，乙酸乙酯84.05%的共沸组成。因此将减压精馏与萃取精馏结合的精馏方式将会得到纯度满足要求的物系。4.aspen plus的介绍以及模拟设计内容aspen plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院(mit)组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为过程工程的先进系统(advanced system for process engineering，简称aspen)，并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了aspentech公司，并称之为aspen plus。利用aspen plus模拟了分离流程图，并根据分离任务进行初步模拟。结果不如预想，因此在尝试改进方法和工艺，以及进料等的参数条件。最终将结果模拟到合理的区间并做出优化。 参考文献：1 冉隆林,蒋毅,刘美光,姚杰,王公应.分离乙酸乙酷的恒沸剂及恒沸蒸馏流程p.cn:1156718a,20012 顾正桂等.乙酸乙醋的复合萃取精馏分离方法p.cn:1526692a,20043 章思规主编.精细有机化学品技术手册(下册)m.科学出版社,1992:9599604 程能林.溶剂手册.北京:化学工业出版社,1994.95 贾绍义，柴诚敬，化工传质与分离过程，北京：化学工业出版社，2001,206211 6 刘兵兵,曹义鸣,李雄岩等.聚乙烯醇/壳聚糖共混膜渗透汽化性能研究.膜科学与技术,2007,27(4):37417 王方娴，方利国，杜嘉伟，等内部热集成精馏塔的模拟及其节能特性研究j广东化工，2013，40(12)：8-10 8 allen l. alexander . 共沸数据手册. american chemical society .washington, d. c. 1962 9 屈一新.过程数值模拟及软件m.北京:化学工业出版社,2006.10 唐聪明,李新利.醋酸一h20精馏中萃取剂的计算机辅助筛选j应用化学2006,23(9):1066一1068三、课题研究的内容、方法和预期目标：通过对我国乙酸乙酯与乙醇分离工艺的了解，结合实际的设计条件，选择合适的工艺流程,并用aspen plus软件对各设备进行物料衡算和热量衡算，并进行优化设计。按照精馏塔的设计原则，选择合理的塔器及附件。根据设计任务书，运用自己所学知识，完成该精馏塔的工艺设计。查阅相关资料，确定该设备的结构参数，完成精馏塔的机械设