大学生化工设计技能大赛

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1、第四届山东省“欧倍尔-隆腾杯“大学生化工过程实验技能大赛目录任务书一均相物系的分离二含有异丙醇体系废水的分离三分离方法的确定四塔的模拟设计1变量的确定2普通精馏塔的参数分析3萃取精馏塔1的参数分析4萃取精馏塔2的参数分析5萃取剂回收塔的参数分析五最佳方案汇总表六操作规程1开车前的准备2开车操作3停车操作4岗位正常操作要点七附图1带控制点的工艺流程图2主要设备条件图第四届山东省“欧倍尔-隆腾杯“大学生化工过程实验技能大赛异丙醇-异丙醚-水体系的分离某企业的生产过程中产生一股1t/h常温常压的高浓度有机废水，主要成分为异丙醇、异丙醚和水，其中异丙醚

2、含量为7wt%，异丙醇为13wt%，水为80wt%。试设计合理的精馏分离步骤、确定相关的工艺参数，实现该有机废水的净化及回收该废水中的异丙醚、异丙醇。设计条件：（1）现有热公用工程为0.5MPa（表压强）的蒸汽。（2）冷公用工程为循环水（30℃）。（3）精馏塔为板式塔。要求：（1）连续操作。（2）水中异丙醚含量小于100ppm，异丙醇含量小于20ppm（3）另外要求异丙醚浓度≥95wt%，异丙醇浓度≥99wt%。（4）操作成本尽可能小。（5）阐述工艺选择的依据，给出详细的模拟计算结果，绘制带控制点的工艺流程图，绘制主要设备的设计条件图，编写岗位

3、操作法。第四届山东省“欧倍尔-隆腾杯“大学生化工过程实验技能大赛一、均相物系分离的方法目前已经存在的均相物系分离方法：液液萃取、膜分离、超临界萃取分离、共沸精馏、盐效应精馏、萃取精馏等。二、含有异丙醇废水体系的分离方法异丙醇是有机化工原料，性能优良的有机溶剂。在生产中产生含有低浓度的异丙醇、异丙醚的有机废水，这些有机废水中有机物含量相对于其它的废水来说比较多，而水含量相对于其他的有机废溶剂来说又比较高，如果直接排放，这不仅造成能源浪费，而且也会污染环境，因此从废水中回收利用异丙醇、异丙醚不仅保护环境，也是节约成本、创造经济效益的有效途径。对于有

4、机废水的处理方法已经有高级氧化法，电化学催化降解法，超声空化降解法，生物法降解法等。三、分离方法的确定用膜处理废水时，污染后的清洗和再生方法有待进一步发展；此外，随着膜过程的进行，膜通量将会下降，长时间运行将使通量下降到经济不能允许的程度；而且膜产品的价格较高，膜分离设备的一次性投资较大，因此用膜处理废水尚存在一些问题。盐溶液可以作为一种很好的萃取剂，它可以很大程度上增大萃取剂对溶质的选择性系数，比传统的方法节约能源。但是由于需要经过多次错流萃取，因此工艺复杂，操作繁琐，而且盐溶液对设备具有一定的腐蚀性，而且回收盐耗能较大。超临界流体具有较好的

5、渗透性和较强的溶解能力以及很高的传质速率和很快达到萃取平衡的能力。超临界流体是指温度和压力处于临界温度和临界压力以上的流体。但是超临界萃取对设备要求较高、处理成本高、设备生产能力低、对有些成分提取率低，另外还存在能源的回收、堵塞、腐蚀等技术问题。工业采取以上方法时能耗大或者存在自身问题。第四届山东省“欧倍尔-隆腾杯“大学生化工过程实验技能大赛异丙醚、异丙醇的沸点较低，可以采用精馏的方法净化废水。由于异丙醚、异丙醇、水会完全互溶，但在精馏时往往会遇到异丙醇-水、异丙醚-水、异丙醚-异丙醇、异丙醇-异丙醚-水等共沸问题，形成二元、三元共沸物(见表1

6、图1异丙醇异丙醚水共沸三元相图)。组成之间采用以上普通的精馏方法分离能耗很大甚至难以分离，因此选择特殊精馏的方法，可以解决此类问题。图1异丙醚-异丙醇-水三元相图表1异丙醇、异丙醚、水二元、三元共沸混合物共沸混合物共沸点（℃）异丙醚(%)异丙醇(%)水(%)IPA-H2O80.3——95.54.40DIPE-IPA66.283.716.3——IPA-DIPE-H2O61.89145DIPE-H2O62.295.5——4.5根据萃取剂的选择原则，选择萃取精馏来分离含有异丙醇的有机废水。采用萃取剂分离异丙醇-异丙醚-水的方法很多，例如：苯作夹带剂时

7、，可以达到分离要求，但是苯是剧毒有机物，不符合绿色化工要求。第四届山东省“欧倍尔-隆腾杯“大学生化工过程实验技能大赛如果采用复合萃取的方法虽然可以达到分离要求，但会存在杂质污染萃取剂的问题，对后续萃取剂的回收造成一定的困难。本着投资费用和操作费用最低的原则，首先将原料送入普通精馏塔进行精馏，塔顶得到含水量尽可能少的有机物，塔底的釜残液中异丙醚和异丙醇的含量均可以达到分离要求，杂质都留在了釜残液中，这样不仅可以节省能源，而且还可以除去大部分的杂质，有利于后续萃取剂的分离，将釜残液送入污水处理厂。然后将塔顶得到的有机物送入萃取精馏塔，从萃取精馏塔塔

8、顶可以得到含量为98wt%以上的异丙醚，将萃取精馏塔塔底得到的组分送入异丙醇萃取塔进行分离，塔顶馏出液中异丙醇的浓度为99wt%，塔底釜残液为含有少量