【導(dǎo)讀】對(duì)前人及其他人員對(duì)本文的啟發(fā)和貢獻(xiàn)已在論文中作出了明確。的聲明，并表示了謝意。論文中除了特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人和其它機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或者撰寫過的研究成果?？棥h(huán)保和農(nóng)業(yè)。近年來，白色熱塑污染產(chǎn)品困擾世界各國(guó)，由于乳酸的下游產(chǎn)。乳酸是目前國(guó)內(nèi)比較短缺的化工原料，而我國(guó)乳酸生產(chǎn)規(guī)模都很小，滿足不了社會(huì)需求。目前乳酸的生產(chǎn)方法主要有發(fā)酵法、乳腈法、丙酸法和丙烯腈法四種。閱大量文獻(xiàn)并結(jié)合國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文選擇了乳腈法制備乳酸。了乳酸生產(chǎn)的整個(gè)工藝流程，畫出了工藝流程圖。結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，還設(shè)計(jì)了公共工程，最后進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)。數(shù)據(jù)及流程對(duì)乳腈法生產(chǎn)乳酸的工業(yè)生產(chǎn)具有一定的參考作用。

　　

【正文】 R2 的物料從 o90C 降到 o70C 放出的熱量。 10 kJ h?? 4Q 4Q 為酯化罐中的熱損失 10 kJ h?? 6. 酯化罐中需要加入的熱量 Q 1 2 3 4Q Q Q Q Q? ? ? ? = 10 kJ h? + 10 kJ h? + 10 kJ h?? + 10 kJ h?? = h 乳酸生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 作者： **** 第 18 頁 共 57 頁 第 3 章 第二蒸餾塔的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案的確定 工藝要求 原料：乙醇 乳酸溶液，原料液溫度 o70C ， 原料組成如 表 31。 表 31 原料組成 組分 名稱 流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) kmol/h kg/h % % 乙醇 56 2580 50 乳酸 56 6615 50 總計(jì) 112 9195 100 100 設(shè)計(jì)要求：塔底乙醇的含量不大于 (摩爾分?jǐn)?shù) ) 塔底難揮發(fā)組分的回收率為 操作 條件 ：常壓 ：泡點(diǎn)進(jìn)料 ：自定待測(cè) ： 20oC ：≤ 操作壓力 蒸餾操作 確定操作 壓力 通常可在常壓、加壓和減壓下 根據(jù) 技術(shù)上的可行性、處理物料的性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)上的合理性 來考慮 [2325]。一般物料則采用常壓操作，因 乙醇和乳酸 對(duì)壓力無特殊要求，則采用常壓操作。其中塔頂壓力為 10 Pa? ，塔底壓力 5[1 . 0 1 3 2 5 1 0 ( 2 6 5 ~ 7 0 0 ) ]N P a?? 。 進(jìn)料狀態(tài) 進(jìn)料狀態(tài)與 塔徑、 塔板數(shù)、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種， 該設(shè)計(jì) 將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)才送入塔中， 因?yàn)?此時(shí)塔的操作 不致受季節(jié)氣溫的影響，比較容易控制 。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料 時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便 [2526]。 乳酸生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 作者： **** 第 19 頁 共 57 頁 加熱方式 因?yàn)?塔釜中液體不能由 蒸汽 直接加 熱， 所以 采取間接加熱。又考慮到立式再沸器對(duì)液體加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)， 故 選擇再沸器立式加熱 。 精餾塔的物料衡算 原料液及 塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 乙醇的摩爾質(zhì)量 4 6 . 0 7 / 4 6 . 0 7 /AM g m o l k g k m o l?? 乳酸的摩爾質(zhì)量 1 1 8 . 1 3 / 1 1 8 . 1 3 /BM g m o l k g k m o l?? 由條件知 ? , ? 物料衡算 原料處理量 112F kmol h? 總物料衡算 F D W?? 易揮發(fā)組分物料衡算 F D WF D Wx x x?? ? ?? ? 0 01 9 9 .1 2 51 WFWxFx ????塔 底 易 揮 發(fā) 組 分 回 收 率 聯(lián)立解得 ： /D kmol h? kmol h? , ? 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 0 . 5 0 4 6 . 0 7 ( 1 0 . 5 0 ) 1 1 8 . 1 3 8 2 . 1 0 / 8 2 . 1 0 /FM g m o l k g k m o l? ? ? ? ? ? ? 0 . 9 9 1 3 4 6 . 0 7 ( 1 0 . 9 9 1 3 ) 1 1 8 . 1 3 4 6 . 7 0 / 4 6 . 7 0 /DM g m o l k g k m o l? ? ? ? ? ? ? 0 . 0 0 3 0 5 4 6 . 0 7 ( 1 0 . 0 0 3 0 5 ) 1 1 8 . 1 3 1 1 7 . 9 1 / 1 1 7 . 9 1/WM g m o l k g k m o l? ? ? ? ? ? ? 乳酸生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 作者： **** 第 20 頁 共 57 頁 精餾塔的塔板計(jì)算 理論板數(shù) TN 的求取 1. 相對(duì)揮發(fā)度的求取 乙醇的沸點(diǎn)為 ，乳酸沸點(diǎn)為 o122C ，查 手冊(cè) [2728]得： 乙醇的安托因方程為 ： 0 25 51 .0 95lg 8. 04 49 441 5. 70 2AP t?? ? 乳酸的安托因方程為 ： 0 03 t?? ? 其中 0AP ， 0BP 的單位為 mmHg ， t 的單位為 oC 。 ① 當(dāng)溫度為 時(shí) 0 25 51 .0 95l g 8. 04 49 4 2. 88 0841 5. 70 2AP t? ? ?? 0 21 34 .4 55l g 7. 18 03 2. 46 5937 4. 44BP t? ? ?? 解得 0 7 6 0 1 0 1 .3 3AP m m H g kP a??， 0 28 8 38 .4 0BP m m H g kP a?? ② 當(dāng)溫度為 o122C 時(shí) 0 g 494 t? ? ?? 0 g 03 t? ? ?? 得 0 1 9 9 8 2 6 6 . 4 0AP m m H g kP a??， 0 7 6 0 1 0 1 .3 3BP m m H g kP a??有 1 1 0 1 .3 3 3 8 .4 0 2 .6 3 8 8? ?? 2 2 6 6 .4 0 1 0 1 .3 3 2 .6 2 9 0? ?? 12 2 . 6 3 8 8 2 . 6 2 9 0 2 . 6 3 4? ? ?? ? ? ? 2. 最小回流比的求取 由于是飽和液體進(jìn)料，有 q=1， q 線為一垂直線，故 ?? ， 根據(jù)相平衡方程有 ： 2 .6 3 4 0 .5 0 0 .7 2 51 ( 1 ) 1 ( 2 .6 3 4 1 ) 0 .5 0qqqxy x?? ?? ? ?? ? ? ? ? 乳酸生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 作者： **** 第 21 頁 共 57 頁 最小回流比為：m in 0 .9 9 1 3 0 .7 2 5 1 .1 8 40 .7 2 5 0 .5 0DqqqxyR yx? ?? ? ??? 取 回流比為最小回流比的 倍， 即 ： m i n2 . 2 5 2 . 2 5 1 . 1 8 4 2 . 6 3 4RR? ? ? ? 3. 精餾塔的氣、液相負(fù)荷 2 . 6 3 4 5 6 . 3 2 1 4 8 . 3 5 /L R D k m o l h? ? ? ? ( 1 ) ( 2 .6 3 4 1 ) 5 6 .3 2 2 0 4 .6 7 /V R D k m o l h? ? ? ? ? ? 39。 1 4 8 . 3 5 1 1 1 2 2 6 0 . 3 5 /L L q F k m o l h? ? ? ? ? ? 39。 2 0 4 .6 7 /V V km ol h?? 4. 操作線方程 精餾段操作線方程 ： 1 2. 63 4 0. 99 13 0. 72 5 0. 27 31 1 2. 63 4 1 2. 63 4 1Dn n n nxRy x x xRR? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 提餾段操作線方程： 39。 39。 39。 39。1 39。39。 2 6 0 . 3 5 5 5 . 6 8 0 . 0 0 3 0 5 1 . 2 7 2 0 . 0 0 0 82 0 4 . 6 7 2 0 4 . 6 7m m w m mLWy x x x xVV? ? ? ? ? ? ? ? 兩操作線交點(diǎn)橫坐標(biāo)為 ： ( 1 ) ( 1 ) ( 2 . 6 3 4 1 ) 0 . 5 0 0 . 5 02 . 6 3 4 1FDf R x q xx Rq? ? ? ??? ? ??? 5. 理論板計(jì)算過程如下采用逐板計(jì)算法 ， 公式如下 [2830]： 精餾段： ? ? 2 .6 3 41 1 1 1 .6 3 4xxy xx???? ? ? ?， 1 0. 72 5 0. 27 311 Dn n nxRy x xRR? ? ? ? ??? 提餾段： ? ? 2 .6 3 41 1 1 1 .6 3 4xxy xx???? ? ? ?， 39。 39。39。1 39。39。 1 . 2 7 2 0 . 0 0 0 8m m w mLWy x x xVV? ? ? ? ? 計(jì)算過程如下： 1122330 . 9 9 1 3 0 . 9 7 7 40 . 9 8 1 6 0 . 9 5 2 90 . 9 6 3 9 0 . 9 1 0 2===Dy x xyx?????????????????? ?????????????? ??????相 平 衡 方 程精 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程精 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程乳酸生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 作者： **** 第 22 頁 共 57 頁 44556677f0 .9 3 2 9 0 .8 4 0 70 .8 8 2 5 0 .7 4 0 40 .8 0 9 8 0 .6 1 7 80 .7 2 0 9 0 .4 9 5 10 .5 0====yxyxyxyxx????????? ??????? ?????????? ??????? ?????????? ??????? ?????????? ??????? ???精 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程精 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程精 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程精 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操889910 1011 110 .6 2 9 0 0 .3 9 1 60 .4 9 7 3 0 .2 7 3 00 .3 4 6 5 0 .1 6 7 60 .2 1 2 4 0 .0 9 2 9====yxyxyxyx????????? ??????? ?????????? ??????? ?????????? ??????? ?????????? ??????? ???? ?作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程12 1213 1314 1415 150 .1 1 7 4 0 .0 4 8 10 .0 6 0 4 0 .0 2 3 80 .0 2 9 5 0 .0 1 1 40 .0 1 3 7 0 .0 0 5 2====yxyxyxyx????? ??????? ?????????? ??????? ?????????? ??????? ?????????? ??????? ???????? ?相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程 相 平 衡 方 程提 餾 段 操 作 線 方 程16 160 .0 0 5 8 0 .0 0 2 20 .0 0 3 0 5=wyxx? ??????? ???相 平 衡 方 程 總理論板數(shù)為 16（包括再沸器），精餾段理論板數(shù)為 7，第 8 塊板為進(jìn)料板，提餾段理論板數(shù)為 8（包括再沸器） 。 實(shí)際 板數(shù)的求取 取塔板效率 ?TN ,則有： 7 / 0. 54 12 .9 6 13N ? ? ?精 ， 8 / 0 .5 4 1 4 .8 1 1 5N ? ? ?提 精餾塔 平衡數(shù)據(jù) 計(jì)算 乙醇 乳酸不同溫度下的平衡數(shù)據(jù) 在總壓 P= 下，取 至 o122C 共 46 組數(shù)據(jù)根據(jù)安托因方程： 乳酸生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 作者： **** 第 23 頁 共 57 頁 乙醇： 0 25 51 .0 95l g 8. 04 49 441 5. 70 2AP t?? ?， 乳酸： 0 03 t?? ? 0AP 的單位為 mmHg ， t 的單位為 oC ， 由以上公式計(jì)算出各溫度下的 0AP 及 0BP 。 再由公式 0000 yBAABP P PxxP P P???? 和 計(jì)算出不同溫度下的氣液組成 [2830]。