醋酸工藝設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計(jì)第一章 概述醋酸是一種有機(jī)化合物，又叫乙酸（ethanoic acid）別名：(acetic acid)、(glacial acetic acid)。：C2H4O2（常簡寫為）或CH3COOH。是典型的脂肪酸。被公認(rèn)為食醋內(nèi)酸味及刺激性氣味的來源。純的無水乙酸（冰醋酸）是無色的吸濕性液體，凝固點(diǎn)為16.7 °C (62 °F) ，凝固后為無色晶體。盡管根據(jù)乙酸在水溶液中的離解能力它是一個(gè)弱酸，但是乙酸是具有腐蝕性的，其蒸汽對眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一種簡單的羧酸，是一個(gè)重要的化學(xué)試劑。乙酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖

2、維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纖維和織物。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢劑。食品工業(yè)方面，在食品添加劑列表E260中，乙酸是規(guī)定的一種酸度調(diào)節(jié)劑. 醋酸是一種用途廣泛的基本有機(jī)產(chǎn)品, 也是化工、醫(yī)藥、紡織、輕工、食品等行業(yè)不可缺少的重要原料。隨著醋酸衍生產(chǎn)品的不斷發(fā)展, 以醋酸為基礎(chǔ)的工業(yè)不僅直接關(guān)系到化學(xué)工業(yè)的發(fā)展, 而且與國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)息息相關(guān), 醋酸生產(chǎn)與消費(fèi)正引起世界各國的普遍重視, 醋酸生產(chǎn)工藝及相關(guān)問題的研究開發(fā)正在日益加深和發(fā)展。從最初的糧食發(fā)酵, 木材干餾生產(chǎn)醋酸開始, 合成醋酸的工藝路線主要有乙醛氧化法、乙炔電石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法和

3、羰基合成法等。這些方法都各有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在選擇合成醋酸的路線時(shí)，應(yīng)與當(dāng)?shù)氐脑腺Y源情況密切聯(lián)系起來，因地制宜，按醋酸用量的大小，工業(yè)技術(shù)條件等作綜合的平衡. 本設(shè)計(jì)采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸. 首先確定乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝流程，其次對整個(gè)工藝過程進(jìn)行物料和能量衡算，然后對其中的單元設(shè)備精餾塔進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)，最后對此進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析. 1.1 醋酸生產(chǎn)的歷史沿革早在公元前三千年，人類已經(jīng)能夠用酒經(jīng)過各種醋酸菌氧化發(fā)酵制醋。1 十九世紀(jì)后期，人們發(fā)現(xiàn)從木材干餾制木炭的副產(chǎn)餾出液中可以回收醋酸，成為醋酸的另一重要來源. 但這兩種方法原料來源有限，都需要脫除大量水分和許多雜質(zhì)，濃縮提純費(fèi)用甚高，

4、因此，隨著20世紀(jì)有機(jī)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，誕生了化學(xué)合成醋酸的工業(yè). 乙醛易氧化生成醋酸，收率甚高，成為最早的合成醋酸的有效方法. 1911年，德國建成了第一套乙醛氧化合成醋酸的工業(yè)裝置并迅速推廣到其它國家.2早期的乙醛來自糧食、糖蜜發(fā)酵生成的乙醇的氧化，1928年德國以電石乙炔進(jìn)行水合反應(yīng)生成乙醛，是改用礦物原料生成醋酸的開始. 二次大戰(zhàn)后石油化工興起發(fā)展了烴直接氧化生產(chǎn)醋酸的新路線，但氧化產(chǎn)物組分復(fù)雜，分離費(fèi)用昂貴. 因此19571959年德國Wacher-chemie和Hoechst兩公司聯(lián)合開發(fā)了乙烯直接氧化制乙醛法后，乙烯乙醛醋酸路線迅速發(fā)展為主要的醋酸生產(chǎn)方法. 70年代石油價(jià)格上升，

5、以廉價(jià)易得、原料資源不受限制的甲醇為原料的羰基化路線開始與乙烯路線競爭。 甲醇羰基化制醋酸雖開始研究于20年代，60年代已有BASF公司的高壓法工業(yè)裝置，但直到1971年美國Monsanto公司的甲醇低壓羰基化制醋酸工廠投產(chǎn)成功，證明經(jīng)濟(jì)上有壓倒優(yōu)勢，現(xiàn)已取代乙烯路線而占領(lǐng)先地位。 1989年世界醋酸總生產(chǎn)能力為480kt，一套甲醇低壓羰基化裝置的生產(chǎn)能力總計(jì)2000kt/a以上，除個(gè)別廠外，都已建成投產(chǎn)。中國工業(yè)生產(chǎn)合成醋酸同樣從發(fā)酵法、乙醇乙醛氧化法及電石乙炔乙醛氧化路線開始，60年代末全國已形成60kt/a的生產(chǎn)能力. 70年代開始發(fā)展乙烯路線，引進(jìn)了每套年產(chǎn)約7萬噸大型裝置. 輕油氧化

6、制醋酸，天然氣制甲醇，低壓羰基化制醋酸的工藝路線正積極研究。 可以肯定這些將會使我國的醋酸生產(chǎn)出現(xiàn)一個(gè)飛躍。 1.2 醋酸的物理性質(zhì) 醋酸的主要物性數(shù)據(jù)列于表1-1名 稱數(shù) 值熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，比熱容CP，J/(gk)蒸汽液體溶解熱，J/g汽化熱，J/g黏度，mPa. s202540介電常數(shù)液體固體折射率nD20生成熱Ho，kJ/mol液體（25）氣體（25）燃燒熱Hc，kJ/mol液體標(biāo)準(zhǔn)熵So，J/(mol. k)液體（25）氣體（25）閃點(diǎn)(閉杯)離解常數(shù)02550臨界壓力Pc，Mpa16.66118. 0（101. 3kp）1.110(25)2.043(19. 4)19.5394.5（沸點(diǎn)時(shí)

7、）11.8310.978.186.170（20）2.665（-10）1.3719-484.50-432.25-874.8159.8282.5434.784.754.795.786表1-1 純醋酸的物理性質(zhì)31.3 醋酸的化學(xué)性質(zhì)1.3.1 酸性 中，例如乙酸，的羧基能夠部分電離變?yōu)闅洌ǎ┒尫懦鰜?，?dǎo)致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，為4.8，pKa=4.75（25），濃度為1mol/L的醋酸溶液（類似于家用醋的濃度）的pH為2.4，也就是說僅有0.4%的醋酸是解離的。 乙酸的酸性促使它還可以與、等物質(zhì)反應(yīng)。 2CH3COOH + Na2CO32CH3COONa + CO2 + H2O

8、2CH3COOH + Cu(OH)2 (CH3COO)2Cu + 2H2O CH3COOH + C6H5ONa C6H5OH (）+ CH3COONa 1.3.2 乙酸的二聚體,虛線表示氫鍵 乙酸的顯，分子間通過結(jié)合為（亦稱二締結(jié)物），二聚體也存在于120的狀態(tài)。二聚體有較高的穩(wěn)定性，現(xiàn)在已經(jīng)通過冰點(diǎn)降低測定分子量法以及X光衍射證明了分子量較小的羧酸如、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以二聚體形式存在。當(dāng)乙酸與水溶和的時(shí)候，二聚體間的氫鍵會很快的斷裂。其它的羧酸也有類似的二聚現(xiàn)象。 1.3.3 溶劑 液態(tài)乙酸是一個(gè)（），與和類似。因?yàn)闉?.2，它不僅能溶解極性化合物，比如和，也能夠溶解非極性化合物，

9、比如類或一些的，比如和。它也能與許多極性或非極性溶劑混合，比如水，。乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運(yùn)用的化學(xué)品。 1.3.4 化學(xué)反應(yīng) 對于許多，乙酸是有性的，例如、和，反應(yīng)生成氣和金屬乙酸鹽。因?yàn)樵谥斜砻鲿纬杀Ｗo(hù)層，所以鋁制容器能用來運(yùn)輸乙酸。金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應(yīng)的性物質(zhì)反應(yīng),比如最著名的例子：與的反應(yīng)。除了醋酸（II），幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。 () + 2 CH3COOH() (CH3COO)2Mg(aq) + () (s) + CH3COOH(aq) (aq) + (g) + () 乙酸能發(fā)生普通羧酸的典型化學(xué)反應(yīng)，特別注意的是，可以還原生成，通過機(jī)理生成乙酰

10、氯，也可以雙分子脫水生成。同樣，乙酸也可以成或氨基化合物。440的高溫下，乙酸分解生成和或和。 1.3.5 鑒別 乙酸可以通過其氣味進(jìn)行鑒別。若加入（III），生成產(chǎn)物為深紅色并且會在酸化后消失，通過此顏色反應(yīng)也能鑒別乙酸。乙酸與反應(yīng)生成，通過產(chǎn)物的惡臭可以鑒別乙酸。1.4 醋酸的生產(chǎn)方法評述1.4.1 甲醇羰基化 大部分乙酸是通過甲基羰基化合成的。此反應(yīng)中，和反應(yīng)生成乙酸，方程式如下 + CH3COOH 這個(gè)過程是以碘代甲烷為中間體，分三個(gè)步驟完成，并且需要一個(gè)一般由多種金屬構(gòu)成的催化劑（第二部中） (1) CH3OH + + H2O (2) CH3I + CH3COI (3) CH3COI

11、 + H2O CH3COOH + HI 通過控制反應(yīng)條件，也可以通過同樣的反應(yīng)生成。因?yàn)橐谎趸己图状季浅Ｓ玫幕ぴ希约谆驶恢币詠韨涫芮嗖A。4早在1925年，英國塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已經(jīng)開發(fā)出第一個(gè)甲基羰基化制乙酸的試點(diǎn)裝置。然而，由于缺少能耐高壓（200或更高）和耐腐蝕的容器，此法一度受到抑制。直到1963年，德國化學(xué)公司用作催化劑，開發(fā)出第一個(gè)適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法。到了1968年，以為基礎(chǔ)的催化劑的(cisRh(CO)2I2)被發(fā)現(xiàn)，使得反映所需壓力減到一個(gè)較低的水平并且?guī)缀鯖]有副產(chǎn)物。1970年，美國公司建造了首個(gè)使用此催化劑的設(shè)備，此后，銠催化甲基羰基化

12、制乙酸逐漸成為支配性的方法（孟山都法）。590年代后期，成功的將催化法商業(yè)化，此法是基于，使用(Ir(CO)2I2)它比孟山都法更加綠色也有更高的效率，很大程度上排擠了孟山都法。1.4.2 乙醇氧化法 由在有的條件下和發(fā)生制得。工藝陳舊,生產(chǎn)規(guī)模小,原料和動力消耗高,應(yīng)嚴(yán)格控制,杜絕新建小規(guī)模生產(chǎn)裝置。1.4.3 乙烯氧化法 由乙烯在催化劑(所用催化劑為:PdCl2、：CuCl2和：(CH3COO)2Mn）存在的條件下,與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成.此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化成乙醛，再通過乙醛氧化法制得。乙烯法醋酸雖然比乙炔法和酒精法先進(jìn),但與低壓甲醇羰基合成法相比,原料和動力消耗高,技術(shù)經(jīng)濟(jì)上缺乏競爭

13、性,不宜再用該技術(shù)新建裝置。原有裝置可借鑒乙烯直接氧化法進(jìn)行改造。 1.4.4 丁烷氧化法 丁烷氧化法又稱為直接氧化法，這是用為主要原料，通過氧化而制得乙酸的一種方法，也是主要的乙酸合成方法。1.4.5 巴斯夫高壓法 巴斯夫高壓法盡管已工業(yè)化多年,與其它原料路線相比,具有一定的競爭性;但與低壓法相比,相應(yīng)壓力高,原料消耗定額高,副反應(yīng)多,工藝復(fù)雜。6因此,不提倡發(fā)展高壓法。1.4.6 UOP/ 千代田工藝 UOP/ 千代田工藝技術(shù)先進(jìn),在某些方面比BP技術(shù)更有吸引力,但還沒有工業(yè)化生產(chǎn)裝置,引進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)大。7周修和.國外合成醋酸概括J.石油化工，1993，2(3):251263.如果在對其風(fēng)險(xiǎn)性

14、進(jìn)行充分論證的情況下,可積極引進(jìn)。1.4.7 乙醛氧化法乙醛氧化法在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由制得。8盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過氧化或輕制得，也可以通過水合后生成。當(dāng)丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種包括，以及過氧根離子催化，會分解出乙酸。化學(xué)方程式如下： 2 + 5 4 CH3COOH + 2 此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進(jìn)行，一般的反應(yīng)條件是150和55。副產(chǎn)物包括，和。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)的成本增加。 在類似條件下，使用上述催化劑，乙

15、醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸 2 + 2 CH3COOH 使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%以上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為，和。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的都比乙酸低，所以很容易通過除去。 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 綜合文獻(xiàn)分析，結(jié)合本地區(qū)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝。 乙醛液相催化自氧化合成醋酸是一強(qiáng)放熱反應(yīng)，總反應(yīng)式為： 乙醛氧化時(shí)先生成過氧醋酸，再與乙醛合成AMP 9分解即為醋酸： 乙醛和催化劑溶液自反應(yīng)塔中上部加入，為了使乙醛不被大量惰性氣體帶走，工業(yè)上一般采用氧作催化劑，且氧分段鼓泡通入反應(yīng)液中，與乙醛進(jìn)行液相氧化反應(yīng)，氧化過程釋放的大量反應(yīng)熱通過外循環(huán)冷卻而移出，出反應(yīng)器的反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝回

16、收乙醛后放空，反應(yīng)液首先經(jīng)蒸發(fā)器除掉醋酸錳催化劑，醋酸蒸汽則先經(jīng)精餾塔1蒸出未反應(yīng)的乙醛、甲酸、醋酸甲酯、水、三聚乙醛等輕組分，然后經(jīng)精餾塔2脫除高沸點(diǎn)副產(chǎn)物后得成品醋酸，要求純度99%，其余的則進(jìn)入醋酸回收塔回收粗醋酸. 工藝流程圖如圖2-1：圖2-1 工藝流程圖第三章 物料衡算3.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 醋酸生產(chǎn)消耗定額見表3-1表3-1消耗定額10名稱單耗（每噸醋酸）乙醛氧氣冷卻水醋酸錳770kg260m3250m32kg 醋酸年產(chǎn)量：10萬噸 選擇年開工時(shí)間：8000小時(shí) 則 每小時(shí)生產(chǎn)醋酸 根據(jù)消耗定額得每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為： 所以，選擇每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為10000kg3.2 氧化塔物料衡算 （

17、1）氧化塔物料衡算中的已知數(shù)據(jù) 每小時(shí)通入氧化塔的乙醛量為10000kg/h 氧化過程中乙醛總轉(zhuǎn)化率為99. 3% 氧化過程中氧的利用率為98. 4% 氧化塔塔頂補(bǔ)充的工業(yè)氮使其濃度達(dá)到45% 未轉(zhuǎn)化的乙醛在氣液相中的分配率（體積%） 氣相：34% 液相：66% 原料組成見表3-2表3-2 原料組成11原料乙醛%（質(zhì)量）工業(yè)氧%（質(zhì)量）工業(yè)氮%（質(zhì)量）催化劑溶液%（質(zhì)量）乙醛 99. 5醋酸 0. 1水 0. 3三聚乙醛0. 1氧氣 98氮?dú)?2氮?dú)?97氧氣 3醋酸 60醋酸錳 10水 30 催化劑中醋酸錳用量為氧化塔進(jìn)料乙醛重量的0. 08% 氧化過程中乙醛的分配率12 主反應(yīng) 96% 副

18、反應(yīng) 1. 4% 0. 25% 0. 95% 1. 4%（2）氧化塔物料衡算圖見圖3-1圖3-1 氧化塔物料衡算圖（3）反應(yīng)式衡算 純乙醛量：10000×99. 5%=9950 主反應(yīng) 96% a. 乙醛用量：9950×0. 993×0. 96=9485. 14kg b. 需用氧量(x) 44:16=9485. 14:x x=3449. 14kg c. 生成醋酸量(y) 44:60=9485. 14:y y=12934. 28kg 副反應(yīng) 1. 4% a. 乙醛用量：9950×0. 993×0. 014=138. 32kg b. 需用氧量(x)

19、 132:96=138. 32:x x=100. 60kg c. 生成醋酸量(y) 132:120=138. 32:y y=125. 75kg d. 生成甲酸量(z) 132:46=138. 32:z z=48. 20kg e. 生成水量(w) 132:18=138. 32:w w=18. 86kg f. 生成二氧化碳量(v) 132:44=138. 32:v v=46. 11kg 副反應(yīng) 0. 25% a. 乙醛用量：9950×0. 993×0. 0025=24. 70kg b. 需用氧量(x) 132:32=24. 70:x x=5. 99kg c. 生成亞乙基二醋酸量

20、(y) 132:146=24. 70:y y=27. 32kg d. 生成水量(z) 132:18=24. 70:z z=3. 37kg 副反應(yīng) 0. 95% a.乙醛用量：9950×0. 993×0. 0095=93. 86kg b.需用氧量(x) 88:48=93. 86:x x=51. 20kg c.生成醋酸甲酯量(y) 88:74=93. 86:y y=78. 93kg d.生成二氧化碳量(z) 88:44=93. 86:z z=46. 93kg e.生成水量(w) 88:18=93. 86:w w=19. 20kg 副反應(yīng) 1. 4% a.乙醛用量：9950

21、15;0. 993×0. 014=138. 32kg b.需用氧量(x) 88:160=138. 32:x x=251. 49kg c.生成水量(y) 88:72=138. 32:y y=113. 17kg d.生成二氧化碳量(z) 88:176=138. 32:z z=276. 64kg 根據(jù)反應(yīng)式衡算出來的反應(yīng)物總耗量及反應(yīng)生成物總量如下： 反應(yīng)掉的乙醛總量 10000×0. 995×0. 993=9880. 35kg 未轉(zhuǎn)化的乙醛量 10000×0. 995×0. 007=69. 65kg （其中液相中乙醛含量69. 65×0.

22、 66=45. 97 氣相中乙醛含量69. 65×0. 34=23. 68kg) 反應(yīng)掉的氧氣總量 3449. 14+100. 60+5. 99+51. 20+251. 49=3858. 42kg 則所需工業(yè)氧氣量 其中： 氧氣=40014. 8×0. 98=3921. 16kg 氮?dú)?4001. 18×0. 02=80. 02kg 所以未反應(yīng)的氧氣=3921. 16-3858. 42=62. 74kg 反應(yīng)生成物重量 醋酸：12934. 28+125. 75=13060. 03kg 二氧化碳：46. 11+46. 93+276. 64=369. 68kg 水：1

23、8. 86+3. 37+19. 20+113. 17=154. 60kg 甲酸：48. 20kg 亞乙基二醋酸酯：27. 32kg 醋酸甲酯：78. 93kg（4）催化劑用量 已知催化劑溶液中醋酸錳用量為氧化塔進(jìn)料乙醛重量的0.08%，催化劑中醋酸錳的含量為10%，設(shè)催化劑溶液用量為x 其中： 醋酸錳 80. 65×0. 1=8. 06kg 水 80. 65×0. 3=24. 20kg 醋酸 80. 65×0. 6=48. 39kg（5）保安氮用量 設(shè)保安氮為xkg 塔頂干氣量計(jì)算： 氮?dú)猓?0. 02+0. 97x 氧氣 ：62. 74+0. 03x 二氧化碳：

24、369. 68kg 則 =45% x=289. 57kg（其中氮?dú)猓?89. 57×0. 97=280. 88kg 氧氣：289. 57×0. 03=8. 69kg） 塔頂干氣量 氮?dú)? 80. 02+0. 97x=360. 90kg 氧氣: 62. 74+0. 03x=71. 43kg 二氧化碳: 369. 68kg 整理以上數(shù)據(jù)，列出氧化塔物料平衡結(jié)果，見表3-3表3-3氧化塔物料衡算結(jié)果進(jìn) 料出 料含量(%)質(zhì)量（kg）含量（%）質(zhì)量（kg）原料乙醛乙醛醋酸水三聚乙醛99. 50. 10. 30. 19950103010氧 化 液醋酸醋酸甲酯水亞乙基二醋酸甲酸乙醛三聚

25、乙醛醋酸錳96. 00. 801. 500. 680. 390. 380. 180. 0713118. 4278. 93208. 8027. 3248. 2045. 9710. 008. 06工業(yè)氧氧氣氮?dú)?823921. 1680. 02工業(yè)氮氮?dú)庋鯕?73280. 888. 69催化劑醋酸水醋酸錳60301048. 3924. 208. 06放空廢氣二氧化碳氮?dú)庋鯕庖胰?69. 68360. 9071. 4323. 68總計(jì)14371. 40kg14371. 40kg3.2 蒸發(fā)器物料衡算已知數(shù)據(jù)： （進(jìn)料中醋酸錳含量） （完成液中醋酸錳含量） 蒸發(fā)器進(jìn)出物料圖見圖3-2圖3-2 蒸發(fā)器進(jìn)

26、出物料圖列衡算式： 3.3 精餾塔物料衡算 3.3.1 精餾塔1物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量13245. 68kg/h （2）醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 968，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 0154 （3）餾出液中醋酸含量3%，釜液中醋酸的回收率為98% （4）醋酸和水的摩爾質(zhì)量分別為60kg/kmol和18kg/kmol精餾塔1進(jìn)出物料圖見圖3-3圖3-3 精餾塔1進(jìn)出物料圖則：進(jìn)料組成 進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料流量列衡算式： =0. 97 =0. 98得： 即： 3.3.2 精餾塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=12825.92kg/h （2）進(jìn)料醋酸含量98%，釜?dú)堃捍姿岷?0%，成品醋酸含量99.

27、8%精餾塔2進(jìn)出物料圖見圖3-4圖3-4 精餾塔2進(jìn)出物料圖列衡算式： 得： 3.4 醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=419.76+257.09=676.85kg/h （2）經(jīng)回收后得到粗醋酸含量65%以上（按65%計(jì)算） （3）從精餾塔出來的醋酸含量20%，副產(chǎn)物中含5%的醋酸醋酸回收塔進(jìn)出物料圖見圖3-5圖3-5 醋酸回收塔進(jìn)出物料圖列衡算式： F=X+Y F×0. 2=0. 05X+0. 65Y得： X=507.64kg/h Y=169.21kg/h整理以上數(shù)據(jù)，得總物料衡算結(jié)果，見表3-4表3-4總物料衡算結(jié)果進(jìn) 料出 料名 稱質(zhì)量（kg）名 稱質(zhì)量（kg）乙

28、醛乙醛醋酸水三聚乙醛9950103010放空廢氣二氧化碳氮?dú)庋鯕庖胰?69. 68360. 9071. 4323. 68工業(yè)氧氣氧氣氮?dú)?921. 1680. 02催化劑殘液成品醋酸粗醋酸其它副產(chǎn)物量116. 9212568.83169.21690.74工業(yè)氮?dú)獾獨(dú)庋鯕?80. 888. 69催化劑醋酸水醋酸錳48. 3924. 208. 06總 計(jì)14371. 40kg14371. 40kg 第四章 精餾塔的設(shè)計(jì)4 精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)已知數(shù)據(jù)：（1）由前面物料衡算，得 （2）塔頂溫度13：100103 塔底溫度：118124（3）常壓精餾：P=101. 3kp（4）水和醋酸的安托尼常數(shù)見表5-1

29、表5-1 水和醋酸的安托尼常數(shù)14常數(shù)ABC水醋酸7. 074066. 424521657. 461479. 02227. 02216. 82設(shè)備設(shè)計(jì)過程：4.1 回流比和理論塔板數(shù)的計(jì)算（1）相對揮發(fā)度的計(jì)算 假設(shè)泡點(diǎn)t=116. 5 對水： 對醋酸： 則 與十分接近，故假設(shè)t=116. 5(泡點(diǎn))正確 則相對揮發(fā)度 （2）回流比R的計(jì)算 設(shè)進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料 根據(jù)公式18 帶入已知數(shù)據(jù)，得 取 （3）理論塔板數(shù)的計(jì)算 利用簡潔法計(jì)算理論塔板數(shù) 全回流時(shí)理論板層數(shù)18 則 由附錄一吉利蘭圖 查得 精餾段理論板層數(shù) 橫坐標(biāo) 不變，則縱坐標(biāo)讀數(shù)也不變 既 所以加料板為從塔頂往下數(shù)第12層4.2 塔的

30、有效高度計(jì)算（1）全塔效率 15 其中： 相對揮發(fā)度 塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 查得： 則 （2）塔的有效高度 其中： 塔內(nèi)所需理論板層數(shù) 塔板間距m (取) 則 取上層塔板與塔頂蓋之間的距離為1. 0m，取下層塔板和塔底之間的距離為2. 0m 所以精餾塔總高度為 4.3 塔徑的計(jì)算（1）氣液相密度 液相密度 氣相密度（以進(jìn)料狀態(tài)計(jì)算） 由 （2）氣液相流量 氣相流量 液相流量 （3）塔徑的確定 塔徑 u由得到，式中c由計(jì)算，其中 由附錄二史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，其橫坐標(biāo)為 取板間距，板上液層高度，則 查圖，得 則 所以 取安全系數(shù)為0. 65，則空塔氣速 所以塔徑 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，取 塔截

31、面積 空塔氣速 4.4 塔板設(shè)計(jì) 從塔板的生產(chǎn)能力、板面利用率、結(jié)構(gòu)、造價(jià)等方面考慮進(jìn)行比較后，選擇篩板塔. （1）溢流裝置計(jì)算 根據(jù)塔徑及液體流量與溢流類型的關(guān)系，可選用單溢流弓形降液管，采用凹型受 液盤，各項(xiàng)計(jì)算如下 堰長 取 溢流堰高度 由 選用平直堰，堰上液層高度由計(jì)算，其中E由附錄三液流收縮系數(shù)圖可查，其橫坐標(biāo)為 查得 E=1. 00，則 故 其符合范圍 弓形降液管寬度和截面積 由，查附錄四弓形降液管參數(shù)圖，得 故 檢驗(yàn)液體在降液管中停留時(shí)間即5s 故降液管設(shè)計(jì)合理 降液管底隙高度 取液體通過底隙時(shí)的流速 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理，選用凹型受液盤，深度（2）塔板布置 因D1. 5m，

32、?。?）篩孔計(jì)算及其排列 本設(shè)計(jì)中所處理的物系有腐蝕性，可選用的不銹鋼塔板，篩孔直徑 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 篩孔數(shù)目 其中 則 所以 開孔率 4.5 流體力學(xué)驗(yàn)算（1）塔板壓降 氣體通過一層塔板的壓降為 干板壓降 其中為氣體通過篩孔的速度 由 故 氣體通過充氣液層的壓降 則氣相動能因子 查附錄六充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得 故 液體表面張力所產(chǎn)生的壓降 計(jì)算表明，液體表面張力所產(chǎn)生的壓降很小，可忽略不計(jì) 所以，塔板壓降 每層塔板的壓降 （2）液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從 醋酸水屬一般體系，取安全系數(shù) 則 而 其中， 由于板上不設(shè)進(jìn)口堰，則 所以 符合 故不會發(fā)生液泛現(xiàn)象（3）

33、漏液 對篩板塔，取漏液量10%時(shí)的氣相動能因子為 則 實(shí)際孔速 穩(wěn)定系數(shù) 符合 ，故不發(fā)生漏液現(xiàn)象（4）液沫夾帶 其中 則 故液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)4.6 塔板負(fù)荷性能圖（1）漏液線 前已求得 故 據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的水平漏液線1（2）液沫夾帶線 以為限，求關(guān)系如下: 故 所以 整理，得 列表計(jì)算如下：LS/(m3/s)0. 0050. 0100. 0200. 030VS/(m3/s)4. 9984. 9804. 8504. 790 由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2（3）液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由 得 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3（4）

34、液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限由 得 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4（5）液泛線 令 由 聯(lián)系，得 忽略的關(guān)系式帶入上式，并整理，得 其中， （） 將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得 故 列表計(jì)算如下：LS/(m3/s)0. 0040. 0100. 0200. 030VS/(m3/s)4. 4504. 1703. 6003. 001 由以上數(shù)據(jù)即可作出液泛線5 根據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，見圖5-1圖5-1 篩板塔的負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，既作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制，由圖查得 故操作彈性為 所設(shè)

35、計(jì)的篩板塔的主要結(jié)果匯總見表5-2表5-2 篩板塔設(shè)計(jì)結(jié)果序號項(xiàng) 目數(shù)值序號項(xiàng) 目數(shù)值123456789101112精餾塔高度H/m塔徑D/m板間距HT/m溢流型式降液管型式堰長lw/m堰高h(yuǎn)w/m板上液層高度hl/m堰上液層高度how/m降液管底隙高度ho/m篩孔直徑d0/m篩孔數(shù)目221. 800. 50單溢流弓形1. 440. 050. 070. 020. 0420. 0057135131415161718192021222324孔心距t/m安定區(qū)寬度WS/m邊緣區(qū)寬度WC/m鼓泡區(qū)面積Aa/m2開孔率空塔氣速u/(m/s)篩孔氣速u0/(m/s)穩(wěn)定系數(shù)K每層塔板壓降Pp/pa汽相負(fù)荷上限VS，max/(m3/s)汽相負(fù)荷下限VS，max/(m3/s)操作彈性0. 0150. 10. 071. 39101. 42022. 032. 471077. 874.