分离工程大作业乙腈与水变压精馏模拟过程
aspen 精馏模拟详细过程及探讨疑问
精馏塔设计初步介绍1.设计计算◆输入参数：●利用DSTWU模型，进行设计计算●此时输入参数为：塔板数（或回流比以及最小回流比的倍数）、冷凝器与再沸器的工作压强、轻组分与重组分的回收率（可以从产品组成估计）、冷凝器的形式◆输出参数（得到用于详细计算的数据）：●实际回流比●实际塔板数（实际回流比和实际塔板数可以从Reflux Ratio Profile 中做图得到）●加料板位置（当加料浓度和此时塔板上液体浓度相当时的塔板）●蒸馏液（馏分）的流量●其他注：以上数据全部是估计得初值，需要按一定的要求进行优化（包括灵敏度以及设计规定的运用），优化主要在RadFrac模型中进行。
2.详细计算◆输入参数：●输入参数主要来自DSTWU中理论计算的数据◆输出参数：●输出的主要是设计板式塔所需要的水力学数据，尺寸数据等其他数据（主要是通过灵敏度分析以及设计规定来实现）3.疑问●在简捷计算中：回收率有时是估计值，它对得到详细计算所需的数据可靠性的影响是不是很大？●在简捷计算中：有多少个变量，又有多少个约束条件？●在简捷计算中：为什么回流比和塔板数有一定的关系？简捷计算（对塔）1．输入数据：●Reflux ratio ：-1.5（估计值，一般实际回流比是最小回流比的1.2—2倍）●冷凝器与再沸器的压强：1.013 ，1.123 （压降为0.11bar）●冷凝器的形式：全冷凝（题目要求）、●轻重组分的回收率（塔顶馏出液）：0.997 ，0.002 （如果没有给出，可以根据产品组成估计）●分析时，注意Calculation Option 中的设置，来确定最佳回流比以及加料板位置2．输出数据：●Reflux Ratio Profile中得到最佳的回流比与塔板数为：塔板数在45—50中选择，回流比在：0.547 —0.542●选定塔板数为：48，回流比为：０．５４４●把所选的塔板数回代计算，得到下列用于RadFrac模型计算的数据（见下图）：●●从图中可得：实际回流比为：0.545（摩尔比）；实际塔板数为：48；加料板位置：33；Distillate to feed fraction ：0.578（自己认为是摩尔比，有疑问？？）；馏出液的流量：１１６７３．５ｋｇ／ｈ疑问：进料的流量是怎么确定的，肯定是大于11574kg/h，通过设计规定得到甲醇产量为：11574kg/h（分离要求），求出流量为：16584.0378kg/h。
乙腈生产工艺流程图
乙腈生产工艺流程图乙腈（C2H3N）是一种重要的有机合成原料，广泛应用于化工、制药、农药等领域。
以下是一种常用的乙腈生产工艺流程图。
首先，乙烯和氨气作为原料进入加氢反应器。
乙烯是从石油裂解气提取得到的，氨气则是通过空分设备分离制备的。
在加氢反应器中，乙烯和氨气在催化剂的存在下进行反应。
催化剂常用的是钼酸铵物质，它能够促进乙烯和氨气的加氢反应。
乙烯和氨气在高温高压的条件下反应生成乙腈。
反应生成的乙腈通过冷凝器进行冷却，转化为液体状态。
冷凝器常用的冷却剂是水或低温制冷剂。
接下来，液态的乙腈通过分离塔进行精馏。
分离塔是一种能够根据组分的沸点差异来进行分离的设备。
乙腈具有较低的沸点，因此可以通过分离塔将其单独从其他组分中提取出来。
在分离塔中，乙腈蒸发上升，通过管道进入冷凝器进行冷却。
在冷凝器中，乙腈从气态转化为液态，并进一步通过收集器进行收集。
除去乙腈之外，分离塔中还会有其他组分存在，例如未反应的乙烯、氨气以及副产物等。
这些组分根据沸点差异的大小，也会依次上升在分离塔中进行分离。
最后，通过塔底的副产品出口，从分离塔中收集并处理副产物。
副产物的处理方式根据具体情况而定，可以进行回流利用或者进行后续处理，以达到资源的合理利用和环境的保护。
通过以上的工艺流程，乙腈的生产工艺得以实现。
这种工艺具有较高的产量和较低的成本，适用于大规模乙腈生产。
当然，根据具体的生产设备和工艺条件，乙腈生产流程还可以进一步进行优化和改进，以提高产量和质量，降低能耗和污染物排放。
乙腈作为一种重要的有机合成原料，对于工业生产和科研领域的发展起到了重要的推动作用。
通过优化和改进乙腈生产工艺，可以进一步提高其生产效率和经济性，为相关产业的发展做出更大的贡献。
分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备图
分离乙醇水精馏塔设计含工艺流程图和塔设备图集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]分离乙醇-水的精馏塔设计设计人员：所在班级：化学工程与工艺成绩：指导老师：日期：化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件（1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；（2）产品的乙醇含量不得低于90％；（3）塔顶易挥发组分回收率为99％；（4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；（5）每年按330天计，每天24小时连续运行。
（6）操作条件a）塔顶压强 4kPa （表压）b）进料热状态自选c）回流比自选d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）e）单板压降 kPa。
三、设备形式：筛板塔或浮阀塔四、设计内容：1、设计说明书的内容1）精馏塔的物料衡算；2）塔板数的确定；3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5）塔板主要工艺尺寸的计算；6）塔板的流体力学验算；7）塔板负荷性能图；8）精馏塔接管尺寸计算；9）对设计过程的评述和有关问题的讨论；2、设计图纸要求；1）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）；2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）；五、设计基础数据：1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据；2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。
一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。
塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤。
三、设备形式：筛板塔四、设计内容：1）精馏塔的物料衡算：原料乙醇的组成 xF＝＝原料乙醇组成塔顶易挥发组分回收率90％平均摩尔质量 MF =由于生产能力50000吨／年，.则 qn，F所以，qn，D2）塔板数的确定：甲醇—水属非理想体系，但可采用逐板计算求理论板数,本设计中理论塔板数的计算采用图解法。
分离工程 第3章 精馏1
31
⑴清晰分割的物料衡算
按工艺要求选好一对关键组分，建立全塔物料衡
算式
FDW
FizWiW xDiD x
轻组分在塔釜不出现，重组分在馏出物中不出现
已知分离要求： xLKW, xHKD nLK DF zi (FD )xLK WDHxKD
43
所有组分 只有LNK为 只有HNK为 LNK和HNK都 为分配组分 非分配组分 非分配组分 为非分配组分
多组分精馏塔内的恒浓区
44
ixiF 1q i
Rm
ixiD i
1
讨论：
①上式推导假定为恒摩尔流率，依据
恒浓区的概念， i为常数
②θ是方程的根，有c个，只取
HH 1LH
③适宜回流比由操作费和设备费确定
通常，把由设计者指定分离要求的这2个组分称为 关键组分。 相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK）， 相对不易挥发的组分称为重关键组分（HK）。
18
⑵名词解释
①关键组分 在设计或操作控制中,有一定分离要求,且在塔 顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分 轻关键组分（LK):指在塔釜液中该组分的浓 度有严格限制，并在进料液中比该组分轻的 组分及该组分的绝大部分应从塔顶采出 重关键组分(HK): 塔顶 重 塔釜
二、多级分离过程的简捷法（群法）计算
Short-cut Method of Multicomponent distillation
5
§3-1 多组分精馏
Multicomponent distillation
6
§3-1 多组分精馏
Multicomponent distillation
变压精馏分离丙烯腈-水工艺设计
第 52 卷第 11 期
陈鑫，等：变压精馏分离丙烯腈-水工艺设计
1625
塔板总数为 7，进料位置为 5，回流位置为 3，此时
的回流比为 1.265。
（a）NLPC 与热负荷的关系
（b）NHPC 与 TAC 的关系
图 5 HPC 塔优化 NHPC 与热负荷的关系 和 NHPC 与 TAC 的关系
根据序贯迭代算法，以最小 TAC 为目标，对流 程进行优化。在进行模拟之前，首先给定 HPC 的塔 板数为 15，进料位置为 5，回流比为 0.879。同时， 理论塔板数（NLPC、NHPC）被设定为最外层的循环 变量，回流比（RR1、RR2）为次内层迭代变量，进 料位置（NF1、NF2、NRE）为最内层迭代变量。这个 设置如图 4 所示。
图 3 丙烯腈-水体系的变压精馏工艺流程图
年总费用（TAC）由 DOUGLAS[11]提出的概念， 是衡量化工过程工艺经济型的关键指标，并且在化 工模拟优化过程中作为评价工艺经济性的标准得到 了广泛的应用。本文计算年总费用的公式来源于 WANG[12]和 CUI[13]等的研究成果。年总费用包含了 2 个方面，分别是能源费用和设备投资费用，计算
and environmentally friendly extractive distillation/pervaporation
process on the separation of ternary azeotropes with different
compositions[J]. Journal of Cleaner Production, 2022, 346: 131179. ［6］WANG C, ZHUANG Y, QIN Y, et al. Design and eco-efficiency
Aspen Plus分离苯-乙腈体系流程的优化
图2-2溶剂进料位置对塔顶组成的影响
由图2-2可知，当萃取剂进口N1位于第5块板时，塔顶产品的组成XD达到最大值99.95%；随着N1的增大，X无明显变化，直至N1为13时；当N1≥13时，X呈明显的下降趋势。由此可知，萃取剂的最佳进口位置为第5块板。
0.0286
24
0.8292
0.1424
0.0284
25
0.7798
0.1919
0.0283
26
0.7126
0.2589
0.0285
27
0.6241
0.3465
0.0294
28
0.5177
0.4520
0.0303
29
0.4096
0.5653
0.0250
30
0.2667
0.7053
0.0279
31
0.1480
0.0015
0.0301
9
0.9678
0.0020
0.0301
10
0.9671
0.0028
0.0301
11
0.9662
0.0038
0.0301
12
0.9649
0.0050
0.0301
13
0.9633
0.0067
0.0300
14
0.9612
0.0088
0.0300
15
0.9585
0.0116
0.0299
Keyword:Benzene-acetonitrilesystemExtractive distillation Extractant DMSOAspen Plus
高纯乙腈的应用及其提纯与精制工艺
收稿日期:2009-11-20作者简介:白聪丽(1983 ),女,河北保定,东华大学在读硕士,研究方向为高纯乙腈精制工艺研究;通讯联系人:罗艳(1973 ),女,东华大学副教授,从事精细化学品制备方面的研究,Em ai:l l uoyan @dhu .edu .cn 。
专论与综述高纯乙腈的应用及其提纯与精制工艺白聪丽,张 奔,罗 艳(东华大学化学化工与生物工程学院应用化学系,上海 201620)摘要:介绍现阶段高纯乙腈的应用;以及粗乙腈提纯精制高纯乙腈时,其主要杂质氢氰酸、丙烯腈、醛酮、噁唑、烯丙醇和水的去除方法和相关原理;概述新型高纯乙腈精制工艺的研究现状并将其与传统精制工艺对比,展望我国乙腈精制工艺的开发方向。
关键词:高纯乙腈;提纯;精制中图分类号:TQ226.61 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2010)03-0022-06Application of H igh -purity Acetonitrile and Its Purification and Refining P rocessesBA I Cong -li ,ZHA NG B en ,LUO Yan(Applied Che m istry Depart m en,t C ollege o f Che m istry ,Che m ica lEng ineeri n gand B iotechno logy ,Donghua University ,Shangha i 201620,Ch i n a)Abst ract :Introduced t h e current applicati o n of h i g h -purity acetonitrile .And d i s cussed the re m ova lm ethods as we ll as the related princ i p les o f the m a i n i m purities i n crude aceton itrile ,such as hydrocyanic acid ,acry lon itrile ,aldehydes and ketones ,ox azole ,ally l a lcohol and w ater .The genera l overv ie w o f the advanced h i g h-pur ity re fi n ed aceton itril e pr ocesses and their con trastw ith t h e trad itional refini n g process w ere summ arized .Further m ore ,the deve l o pm ent trend of re fi n ed acetonitrile process w as prospected .K ey w ords :h i g h-purity aceton itril e ;purificati o n ;refined 乙腈(C H 3C N )是一种应用相当广泛的有机化工原料,除在石油化学工业中用作从烯烃和链烷烃中提取丁二烯和异戊二烯的萃取剂外,还被广泛地用作有机合成、医药、农药、表面活性剂、染料等精细化学品的合成原料,以及薄层色谱、纸色谱、光谱、极谱和高效液相色谱(H PLC )的流动相溶剂,最近又开始被用作DNA 合成/提纯溶剂、有机EL 材料合成用溶剂、电子部件的清洗溶剂等,这些应用场合对乙腈的纯度有着很高的要求[1-4]。
乙腈合成工艺及其精制方法研究进展
乙腈合成工艺及其精制方法研究进展摘要：本文简述了乙腈的物化性质、主要用途和合成工艺。
乙腈的合成工艺分为直接合成法和副产物合成法，通过对比两种合成工艺的技术特点，得到乙醇氨化脱氢法、醋酸氨化脱水法是现阶段前景最好的直接合成方法；丙烯氨氧化法副产物是乙腈，目前是工业生产乙腈的主要来源，针对其杂质成分复杂的特点，分别介绍了氢氰酸、丙腈、水、醛、酮、丙烯腈和噁唑等微量杂质的去除方式。
最后介绍了我国主要采用的乙腈精制工艺精制乙腈的流程，并展望了我国乙腈工业的发展未来。
关键词：乙腈；合成工艺；精制1.乙腈的性质和主要用途1.1乙腈的物理性质乙腈（acetonitrile，CH3CN），又名甲基氰、氰甲烷，挥发性强，有醚类的特殊气味，常压下沸点81.6°C，极性大，可以与水和大多数的有机溶剂混溶，有一定的毒性。
由于其化学性质稳定，常用作溶剂。
1.2乙腈的化学性质乙腈的化学性质稳定，不易发生氧化或还原反应，但其氰基上的三键易发生加成、水解反应。
1.3乙腈的用途乙腈是一种用途广泛的化工产品，尤其是高纯度乙腈（纯度不低于99.9%），因此乙腈也常被用作精细化工产品的合成原料和重要的医药、农药合成中间体[1]。
高纯乙腈在近紫外波长范围内仅有弱吸收，紫外截止波长短，背景吸收小，常用作高效液相色谱（HPLC）的流动相。
2.乙腈的合成方法乙腈的合成工艺分为直接合成法和副产物合成法。
2.1直接合成法乙腈的直接合成法包括乙醇氨化脱氢法、醋酸氨化脱水法、乙醇氨化氧化法、甲醇氨化法、一氧化碳氨化氢化法、乙醛氨化法等十多种合成方法[2]。
但大多数方法都不成熟，并且一些方法本身就存在缺陷。
乙醇氨化脱氢法、醋酸氨化脱水法是最具有工业潜力的乙腈直接合成方法。
2.2副产物合成法副产物合成法主要是丙烯氨氧化法。
丙烯氨氧化法在生产丙烯腈的同时，副产品是乙腈，目前是国内工业生产乙腈的主要来源[3]。
合成丙烯腈废水经脱毒处理后，在温度100~125℃、2个标准大气压的分离塔中，获得乙腈。
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(1)流程的确定
建立如图所示的流程图。
流程的描述：原料在合适的位置进入低压塔TOWER1，塔顶出共沸组成，塔底为水出口；塔顶共沸组成经泵加压后进入高压塔TOWER2，塔底为合格的已经产品，塔顶为高压下共沸物，循环回一塔TOWER1。
(2)物性方法的选择
根据文献介绍，用ASPEN物性数据库中的NRTL模型计算得出的乙腈-水共沸物的汽液平衡数据和实际值基本一致，故选用NRTL模型为本次模拟的物性方法。
(3)模拟参数
进料组成为60%的乙腈和40%的水(质量分数),假定流量为100kg/h。
分离出的产品：%乙腈（质量分数）。
(4)两塔的压强的确定
根据变压精馏的原理可得，不同压力下的共沸组成差别越大，循环的物流量就越少，循环量越少，那么能耗就会相应地降低；但是高压或者是真空下操作又会影响我们塔的投资费用。
经过文献调研，吸取他人的工程经验最终选择和。
作为塔的操作压力。
(5)流程的模拟
根据变压精馏的原理可得：当压力确定时，流程中每一股物流的量大致是确定的。
可以根据公式（书上的公式）计算出。
也就是说，塔的塔顶采出率和塔底采出率都是定值，也只有在这个定值下，流程才能够物料守恒而收敛。
同时由于，如果两塔同时给定塔顶采出率或者塔底采出率时，很难收敛。
故选择TOWER1给定塔顶采出率，TOWER2给定塔底采出率。
所以，先计算出大概的初值，然后再在附近调试，是流程能够顺利收敛。
最终初次收敛时的参数如下图所示：
TOWER1的初始参数如下图所示：
TOWER2初始参数如下图所示:
(6)流程的优化（这个想一想）
根据变压精馏的原理
(1)分离要求对回流比无明显要求，,，都能满足分离要求。
（可能
没到那个限度吧思考ing）
(2)鉴于此，将回流比分别定为和；在此回流比下对塔板数进行灵
敏度分析，观察塔板数和进料位置对产品纯度的影响。
低压塔的灵敏度分析：
S-1:进料位置为3；最终选择8块板。
S-2：塔板数为8；最终选择3.
高压塔的灵敏度分析：
S-1:进料位置为3；最终选择10块板。
S-2：塔板数为10；最终选择3.
最终优化结果为：
TOWER1
TOWER2。