年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計

1、年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計第一章概述醋酸是一種有機化合物，又叫乙酸(ethanoicacid)別名：醋酸(aceticacid)、冰醋酸(glacialaceticacid)。分子式：C2H4。2(常簡寫為HAc)或CH3COOH。是典型的脂肪酸。被公認為食醋內(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，凝固點為16.7C(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弱酸，但是乙酸是具有腐蝕性的，具蒸汽對眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一種簡單的竣酸，是一個重要的化學試劑。乙酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯

2、，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)系到化學工業(yè)的發(fā)展，而且與國民經(jīng)濟的各個行業(yè)息息相關(guān)，醋酸生產(chǎn)與消費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，木材干儲生產(chǎn)醋酸開始，合成醋酸的工藝路線主要有乙醛氧化法、乙烘電石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法和染基合成法等。這些方法都各有它的優(yōu)點和缺點，在選擇

3、合成醋酸的路線時，應(yīng)與當?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，其次對整個工藝過程進行物料和能量衡算，然后對其中的單元設(shè)備一一精儲塔進行設(shè)備設(shè)計，最后對此進行經(jīng)濟效益分析.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。1十九世紀后期，人們發(fā)現(xiàn)從木材干儲制木炭的副產(chǎn)儲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)，濃縮提純費用甚高，因此，隨著20世紀有機化學工業(yè)的發(fā)展，誕生了化學合成醋酸

4、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年德國以電石乙烘進行水合反應(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)展了爛直接氧化生產(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，乙烯一乙醛一醋酸路線迅速發(fā)展為主要的醋酸生產(chǎn)方法.70年代石油價格上升，以廉價易得、原料資源不受限制的甲醇為原料的城基化路線開始與乙烯

5、路線競爭。甲醇跋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Monsant必司的甲醇低壓染基化制醋酸工廠投產(chǎn)成功，證明經(jīng)濟上有壓倒優(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,一套甲醇低壓好基化裝置的生產(chǎn)能力總計2000kt/a以上，除個別廠外，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、乙醇一乙醛氧化法及電石乙快一乙醛氧化路線開始，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，引進了每套年產(chǎn)約7萬噸大型裝置.輕油氧化制醋酸，天然氣制甲醇，低壓好基化制醋酸的工藝路線正積極研究?？梢钥隙?/p>

6、這些將會使我國的醋酸生產(chǎn)出現(xiàn)一個飛躍。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，C沸點，C比熱容CP,J/(gk)蒸汽液體溶解熱，J/g汽化熱，J/g黏度，mPa.s20c25c40c介電常數(shù)液體16.66118.0(101.3kp)1.110(25C)2.043(19.4)19.5394.5(沸點時)11.8310.978.186.170(20)固體折射率nD20生成熱Ho,kJ/mol液體（25C）氣體（25C）燃燒熱Hc,kJ/mol液體標準:WSo,J/（mol.k）液體（25C）氣體（25C）閃點（閉杯）C離解常數(shù)0c25C50C臨界壓力Pc,Mpa2.665

7、(-10C)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)1.3 醋酸的化學性質(zhì)1.3.1 酸性竣酸中，例如乙酸，的竣基氫原子能夠部分電離變?yōu)闅潆x子（質(zhì)子）而釋放出來，導致竣酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系數(shù)為4.8,pKa=4.75（25C）,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%的醋酸分子是解離的。乙酸的酸性促使它還可以與碳酸鈉、氫氧化銅、苯酚鈉等物質(zhì)反應(yīng)。2CH3COOH+Na2CO3-2CH3COONa+CO2+H2O2CH3COOH+Cu(

8、OH)2f(CH3COO)2Cu+2H2OCH3COOH+C6H5ONa-C6H50H(苯酚)+CFCOONa1.3.2 乙酸的二聚體，虛線表示氫鍵乙酸的晶體結(jié)構(gòu)顯，分子間通過氫鍵結(jié)合為二聚體(亦稱二締結(jié)物)，二聚體也存在于120c的蒸汽狀態(tài)。二聚體有較高的穩(wěn)定性，現(xiàn)在已經(jīng)通過冰點降低測定分子量法以及X光衍射證明了分子量較小的竣酸如甲酸、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以二聚體形式存在。當乙酸與水溶和的時候，二聚體間的氫鍵會很快的斷裂。其它的竣酸也有類似的二聚現(xiàn)象。1.3.3 溶劑液態(tài)乙酸是一個親水(極性)質(zhì)子化溶劑，與乙醇和水類似。因為介電常數(shù)為6.2,它不僅能溶解極性化合物，比如無機鹽和糖，也能

9、夠溶解非極性化合物，比如油類或一些元素的分子，比如硫和碘。它也能與許多極性或非極性溶劑混合，比如水，氯仿，己烷。乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運用的化學品。1.3.4 化學反應(yīng)對于許多金屬，乙酸是有腐蝕性的，例如鐵、鎂和鋅，反應(yīng)生成氫氣和金屬乙酸鹽。因為鋁在空氣中表明會形成氧化鋁保護層，所以鋁制容器能用來運輸乙酸。金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應(yīng)的堿性物質(zhì)反應(yīng)，比如最著名的例子：小蘇打與醋的反應(yīng)。除了醋酸銘(II),幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。Mg(s)+2CH3COOH(aq)(CHCOO)2Mg(aq)+H2(g)NaHCO3(s)+CH3COOH(aq)-CH3COONa(aq)

10、+CO2(g)+H2O(l)乙酸能發(fā)生普通竣酸的典型化學反應(yīng)，特別注意的是，可以還原生成乙醇，通過親核取代機理生成乙酰氯，也可以雙分子脫水生成酸酊。同樣，乙酸也可以成酯或氨基化合物。440c的高溫下，乙酸分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和水。1.3.5 鑒另I乙酸可以通過其氣味進行鑒別。若加入氯化鐵(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。乙酸與三氧化種反應(yīng)生成氧化二甲種，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 甲醇族基化大部分乙酸是通過甲基染基化合成的。此反應(yīng)中，甲醇和一氧化碳反應(yīng)生成乙酸，方程式如下CH30H+CO-CH3COOH這

11、個過程是以碘代甲烷為中間體，分三個步驟完成，并且需要一個一般由多種金屬構(gòu)成的催化劑(第二部中)(1) CH30H+HI-CH3I+H2O(2) CH3I+CO-CH3COI(3) CH3COI+H2O-CH3COOH+HI通過控制反應(yīng)條件，也可以通過同樣的反應(yīng)生成乙酸酊。因為一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料，所以甲基染基化一直以來備受青睞。4早在1925年，英國塞拉尼斯公司的HenryDrefyus已經(jīng)開發(fā)出第一個甲基染基化制乙酸的試點裝置。然而，由于缺少能耐高壓(200atm或更高)和耐腐蝕的容器，此法一度受到抑制。直到1963年，德國巴斯夫化學公司用鉆作催化劑，開發(fā)出第一個適合工業(yè)生產(chǎn)的辦

12、法。到了1968年，以銘為基礎(chǔ)的催化劑的(cis-Rh(CO)2I2-)被發(fā)現(xiàn)，使得反映所需壓力減到一個較低的水平并且?guī)缀鯖]有副產(chǎn)物。1970年，美國孟山都公司建造了首個使用此催化劑的設(shè)備，此后，銘催化甲基染基化制乙酸逐漸成為支配性的方法(孟山都法)。90年代后期，B枇學成功的將Cativa催化法商業(yè)化，此法是基于釘，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 乙醇氧化法由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)制得。工藝陳舊，生產(chǎn)規(guī)模小，原料和動力消耗高，應(yīng)嚴格控制，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

13、化劑為氯化鉗：PdCl2、氯化銅：CuCl2和乙酸鈕：(CH3COO”Mn)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烘法和酒精法先進，但與低壓甲醇談基合成法相比，原料和動力消耗高，技術(shù)經(jīng)濟上缺乏競爭性，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，這是用丁烷為主要原料，通過空氣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

14、反應(yīng)多，工藝復(fù)雜。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，在某些方面比BRJ術(shù)更有吸引力，但還沒有工業(yè)化生產(chǎn)裝置，引進的風險大。7周修和.國外合成醋酸概括J.石油化工，1993,2(3):251263.如果在對其風險性進行充分論證的情況下，可積極引進。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，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。網(wǎng)盡管不能與甲基染基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過氧化丁烷或輕石腦油制得，也可以通過乙烯水合后生成。當丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種金屬離子包括鎂，鉆，銘以及過氧根離子催化，會分解出乙酸?；?/p>

15、學方程式如下：2C4H10+5O2-4CH3COOH+2H2O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行，一般的反應(yīng)條件是150c和55atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因為部分副產(chǎn)物也有經(jīng)濟價值，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，乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸2CH3CHO+O2-2CH3COOH使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%Z上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因為副產(chǎn)物的沸點都比乙酸低，所以很容易通過蒸儲除去。第二章工藝流程設(shè)計綜合文獻分析，結(jié)合本地區(qū)特點，本設(shè)計采用乙醛

16、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放熱反應(yīng)，總反應(yīng)式為：CH3CHO（液）+1O2TCH3COOH（液）AH凰8K=294kJ/mol2乙醛氧化時先生成過氧醋酸，再與乙醛合成amP分解即為醋酸：CH3CHOO2=CH3COOOHCH3COOOHCH3CHO>AMP>2CH3COOH333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)冷凝回收乙醛后放空，反應(yīng)液首先經(jīng)蒸發(fā)器除掉醋酸鈕催化劑，醋酸蒸汽則先經(jīng)精儲

17、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)精儲塔2脫除高沸點副產(chǎn)物后得成品醋酸，要求純度99%其余的則進入醋酸回收塔回收粗醋酸.工藝流程圖如圖2-1:尾氣副產(chǎn)物催化劑殘液圖2-1工藝流程圖第三章物料衡算3.1 設(shè)計依據(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770kg氧氣3260m3冷卻水3250m3醋酸鎰2kg醋酸年產(chǎn)量：10萬噸選擇年開工時間：8000小時5則每小時生產(chǎn)醋酸1=12500kg/h8000根據(jù)消耗定額得每小時乙醛進料量為：-=12500x=9625kg770x所以，選擇每小時乙醛進料量為10000kg3.2 氧化塔物料衡算

18、(1)氧化塔物料衡算中的已知數(shù)據(jù)每小時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%氧化塔塔頂補充的工業(yè)氮使其濃度達到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氧氣98氮氣97醋酸60醋酸01氮氣2氧氣3醋酸鎰10水03水30三聚乙醛0.1催化劑中醋酸銳用量為氧化塔進料乙醛重量的0.08%氧化過程中乙醛的分配率121.王反應(yīng)CH3CHO-O2，CH3cOOH96%2副反應(yīng)3CH3CHO3O2>

19、HCOOH2CH3COOHCO2H2O1.4%3CH3cHOO2，CH3cHOCOCH2H2O0.25%32CH3CHO-O2>CH3COOCH3CO2H2O0.95%22CH3CHO5O2>4CO24H2O1.4%（2）氧化塔物料衡算圖見圖3-1尾氣圖3-1氧化塔物料衡算圖(3)反應(yīng)式衡算純乙醛量：10000>99.5%=99501 主反應(yīng)CH3CHO+1O2tCH3COOH96%3232a.乙醛用量：9950>0.993(X96=9485.14kgb.需用氧量(x)44:16=9485.14:xx=3449.14kgc.生成醋酸量(y)44:60=9485.14:y

20、y=12934.28kg4% 副反應(yīng)3CH3cHO+3O2THCOOH+2CH3cOOH+CO2+H2O1.32322a.乙醛用量：9950>0.993(X014=138.32kgb.需用氧量(x)132:96=138.32:xx=100.60kgc.生成醋酸量(y)132:120=138.32:yy=125.75kgd.生成甲酸量(z)132:46=138.32:zz=48.20kge.生成水量(w)132:18=138.32:ww=18.86kgf.生成二氧化碳量(v)132:44=138.32:vv=46.11kg副反應(yīng)3CH3CHO+O2tCH3cH(OCOCH+H2O0.25%

21、a.乙醛用量：9950>0.9930.0025=24.70kgb.需用氧量(x)132:32=24.70:xx=5.99kgc.生成亞乙基二醋酸量(y)132:146=24.70:yy=27.32kgd.生成水量(z)132:18=24.70:zz=3.37kg3副反應(yīng)2CH3CHO+3O2tCH3COOCH3+CO2+H2O0.95%2a.乙醛用量：9950X0.9930.0095=93.86kgb.需用氧量(x)88:48=93.86:xx=51.20kgc.生成醋酸甲酯量(y)88:74=93.86:yy=78.93kgd.生成二氧化碳量(z)88:44=93.86:zz=46.9

22、3kge.生成水量(w)88:18=93.86:ww=19.20kg副反應(yīng)2CH3CHO+5O2t4CO2+4H2O1.4%a.乙醛用量：9950X0.9930.014=138.32kgb.需用氧量(x)88:160=138.32:xx=251.49kgc.生成水量(y)88:72=138.32:yy=113.17kgd.生成二氧化碳量(z)88:176=138.32:zz=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>0.9950；993=9880.35kg 未轉(zhuǎn)化的乙醛量10000X0.9950；007=69.65kg(其中液相中

23、乙醛含量69.65>0.66=45.97氣相中乙醛含量69.65。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3858.42=4001.18kg0.980.984其中：氧氣=40014.80.98=3921.16kg氮氣=4001.180.02=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:18.86+3.37+19.20+1

24、13.17=154.60kg甲酸：48.20kg亞乙基二酉t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鈕用量為氧化塔進料乙醛重量的0.08%,催化劑中醋酸鈕的含量為10%,設(shè)催化劑溶液用量為x0.000810000x=0.1x=x=80.65kg其中：醋酸鈕80.650.1=8.06kg水80.650.3=24.20kg醋酸80.650.6=48.39kg(5)保安氮用量設(shè)保安氮為xkg塔頂干氣量計算：氮氣：80.02+0.97x氧氣：62.74+0.03x二氧化碳：369.68kg80,020.97x貝U=45%x=289.57kg80.0262.74x

25、369.68（其中氮氣：289.57%97=280.88kg氧氣：289.570.03=8.69kg）塔頂干氣量氮氣: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)果進料出料含量（%）質(zhì)量（kg）含量（%）質(zhì)量（kg）原料乙醛乙醛99.59950醋酸96.013118.42醋酸水三聚乙醛0.10.30.1103010氧化液醋酸甲酯水亞乙基二醋酸0.801.500.6878.93208.8027.32工業(yè)氧氧氣983921.16甲酸0.3948.20氮氣280.

26、02乙醛三聚乙醛醋酸鎰0.380.180.0745.9710.008.06工業(yè)氮氮氣氧氣973280.888.69催醋酸6048.39二氧化碳369.68化劑水3024.20放空氮氣360.90醋酸鎰108.06廢氣氧氣71.43乙醛23.68總計14371.40kg14371.40kg3.2蒸發(fā)器物料衡算已知數(shù)據(jù)：F=13362.6kg/h蒸發(fā)器進出物料圖見圖3-2xo=0.07%(進料中醋酸鈕含量)X1=8.0%(完成液中醋酸鈕含量)v圖3-2蒸發(fā)器進出物料圖=L=116.92kg/h=W=13245.68kg/h列衡算式：FX0=LXiW=F1-迎IXl/3.3 精儲塔物料衡算3.3.1

27、 精微塔1物料衡算已知數(shù)據(jù)：(1)進料流量13245.68kg/h(2)醋酸質(zhì)量分數(shù)0.968,水的質(zhì)量分數(shù)0.0154(3)儲出液中醋酸含量3%,釜液中醋酸的回收率為98%(4)醋酸和水的摩爾質(zhì)量分另I為60kg/kmol和18kg/kmol精儲塔1進出物料圖見圖3-3則：進料組成精E饋塔I圖3-3精儲塔1進出物料圖0.0154/180.0154/180.968/60=0.0504進料平均摩爾質(zhì)量Mm=0.0504181-0.050460進料流量F=13245.68=228.85kmol/h57.88列衡算式：F=DWFXfDXdWXw57.88kg/kmolDXdFX7=0.97W(1-X

28、w)F(1-Xf)=0.98/日D=15.54kmol/hW=213.31kmol/h即：D=419.76kg/hXd=0.72_3XW=1.5910W=12798.6kg/h3.3.2精儲塔n物料衡算已知數(shù)據(jù)：(1)進料流量F=12825.92kg/h(2)進料醋酸含量98%,釜殘液醋酸含量10%,成品醋酸含量99.8%精儲塔2進出物料圖見圖3-4成呂醋酸V精惚塔n高沸物L圖3-4精儲塔2進出物料圖列衡算式：F=WLF0.98=W0.998L0.1得：W=12568.83kg/hL257.09kg/h3.4 醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：(1)進料流量F=419.76+257.09=676.8

29、5kg/h(2)經(jīng)回收后得到粗醋酸含量65%以上(按65%計算)(3)從精儲塔出來的醋酸含量20%,副產(chǎn)物中含5%的醋酸醋酸回收塔進出物料圖見圖3-5副產(chǎn)物X粗醋酸Y圖3-5醋酸回收塔進出物料圖列衡算式：F=X+YF>0.2=0.05X+0.65Y行：X=507.64kg/hY=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)果進料出料名稱質(zhì)量（kg）名稱質(zhì)量（kg）乙醛9950二氧化碳369.68乙醛醋酸10放空氮氣360.90水30廢氣氧氣71.43三聚乙醛10乙醛23.68工業(yè)氧氣氧氣3921.16氮氣80.02催化劑殘液116.92工業(yè)氮氣氮氣2

30、80.88成品醋酸12568.83氧氣8.69粗醋酸169.21醋酸48.39其它副產(chǎn)物量690.74催化劑水24.20醋酸鎰8.06總計14371.40kg14371.40kg第四章精微塔的設(shè)計4精儲塔設(shè)備設(shè)計已知數(shù)據(jù)：(1)由前面物料衡算，得_F=228.85kmo/lhXf=0.0504M=57.88kg/kmolD=15.54kmo/hXd=0.72一一一-一一一3W=213.31kmo/hXw=1.5910(2)塔頂溫度13:100103c塔底溫度：118124c(3)常壓精儲：P=101.3kp(4)水和醋酸的安托尼常數(shù)見表5-11gP0=A-Ct表5-1水和醋酸的安托尼常數(shù)14常

31、數(shù)ABC水7.074061657.46227.02醋酸6.424521479.02216.82設(shè)備設(shè)計過程:4.1 回流比和理論塔板數(shù)的計算(1)相對揮發(fā)度的計算假設(shè)泡點t=116.5C對水：對醋酸:則1gpA=7.074061gpB=6.424521657.46227.0211651479.02216.82116.5=2.249=1.9873pA=177.46kppB=97.12kp0xP-PBx-00Pa一Pb101.3-97.12177.46-97.12=0.0509與x=0.0504十分接近，故假設(shè)t=116.5c(泡點)正確則相對揮發(fā)度;="7竺=1.8397.12(2)回

32、流比R的計算設(shè)進料為泡點進料根據(jù)公式18Rm,=血-ixD,-1XF1-XF帶入已知數(shù)據(jù)，得Rmin-16.56取R=1.50Rmin=1.516.56=25(3)理論塔板數(shù)的計算利用簡潔法計算理論塔板數(shù)全回流時理論板層數(shù)18R-Rmin25-16.56251=0.32由附錄一吉利蘭圖查得NNnN2N-14.23=0.38二N二24精儲段理論板層數(shù)Nminlg-IM一Xd八Xfj工,二_1=7.04ig二橫坐標RRmin=0.3不變,則縱坐標讀數(shù)也不變R1既38=N1=12.14所以加料板為從塔頂往下數(shù)第12層4.2 塔的有效高度計算(1)全塔效率ET=0.49(o(NL產(chǎn)M5其中：口一相對揮

33、發(fā)度入一塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度mpas查得：L=0.64mpas0.245貝ET=0.491.830.64=0.61(2)塔的有效高度Z=NT-1HT1<ET/其中：NT塔內(nèi)所需理論板層數(shù)HT塔板間距m(取Ht=0.5m)_24貝UZ=-10.5=19.17m0.610m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.所以精儲塔總高度為H=Z+1.0+2.0=22m4.3塔徑的計算(1)氣液相密度液相密度Pl=939.1kg/m3氣相密度(以進料狀態(tài)計算)由PV=nRTPM=：；VRT=：v型RT101.37.888.314389.5=1.81kg/m3(

34、2)氣液相流量氣相流量VsVMR1DM液相流量LS3600%3600：v2615.5457.883,=3.60m/s36001.81LMRDM36003600：l2515.5457.883,二0.0067m/s3600939.1(3)塔徑的確定塔徑D=J4Vs0.2u由Umax=c：v得到，式中c由c=c20120；計算，其中二-L=18.4mN/mc20由附錄二史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，其橫坐標為二JLsJ=0.0067939.10042Vs：V3.601.81取板間距Ht=0.50m,板上液層高度hL=0.07m,則Ht-hL=0.43m查圖，得C2o=0.10m/s0.20.2e1841則c=c

35、20I=0.10M=0.098<20J<20J939.1-1.81所以Umax=0.0982.23m/s1.81取安全系數(shù)為0.65,則空塔氣速u=0.65Umax=1.45m/s所以塔徑D-4Vs-43.60=1.78m,二u.3.141.45按標準塔徑圓整后，取D=1.80m塔截面積AT=-D=2.54m4空塔氣速u=360=1.42m/s2.544.4塔板設(shè)計從塔板的生產(chǎn)能力、板面利用率、結(jié)構(gòu)、造價等方面考慮進行比較后，選擇篩板塔.(1)溢流裝置計算根據(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，各項計算如下堰長lw取lw=0.80D=0.80x1

36、.80=1.44m溢流堰高度hw由hw=兀h°w2選用平直堰，土!上液層高度how由川=284£，匕¥計算，其中E由附錄三液流1000lw收縮系數(shù)圖可查，其橫坐標為22%下(0.0067M3600、=8.70山)11.44)查得E=1.00,貝Uhow2-1.008.70-0.02m1000故hw”-how-0.07-0.02-0.05m其符合范圍0.1-how-hw-0.05-how弓形降液管寬度Wd和截面積Af由也=0.80,查附錄四弓形降液管參數(shù)圖，得&=0.15，%=0.20DAtD故Af=0.15At=0.152.54=0.381m2Wd=0.2

37、0D=0.201.80=0.36m檢驗液體在降液管中停留時間即6=3600AH=3600>0.381父0.50=20.43>5sLh0.00673600故降液管設(shè)計合理降液管底隙高度h°.、一、-'取減體通過底隙時的流速u0=0.11m/s,Lh0.00673600八八h0=r=0.042m3600lwU036001.440.11hw-h0=0.05-0.042-0.008m0.006m故降液管底隙高度設(shè)計合理，選用凹型受液盤，深度hw=50mm(2)塔板布置因D>1.5m,取Ws=0.1m,Wc=0.07m(3)篩孔計算及其排列本設(shè)計中所處理的物系有腐蝕性

38、，可選用6=2.5mm的不銹鋼塔板，篩孔直徑d0=2、=5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t=3do=15mm篩孔數(shù)目1.55Aan-t-2其中Aa2A22jr.JLx-x+sin一180r,D1.80x=WdWs=一0.360.1=0.44m22D1.80r=-Wc=-0.07=0.83m22.22n黑0.83210.44Aa=20.44黑、'0.83-0.44+sin1800.832=1.39m2所以1.1551.393匚人n=2=7135個0.0152開孔率0o0.907曳iccc/0.005=0.907!=10%4.5流體力學驗算(1)塔板壓降氣體通過一層塔板的壓降為hp=h

39、ch,h.干板壓降hc=0.051曳C0L其中U0為氣體通過篩孔的速度U0一X2-d0n3.604二0.00527135=22.03m/s4由也=包=2,查附錄五干篩孔流量系數(shù)圖，得流量系數(shù)c0=0.75、2.5故hc=0.05/絲031衛(wèi)1=0.0781(液柱)0.78939氣體通過充氣液層的壓降hL=Ph,Ua二TI-AT-Af3.60=1.66m/s2.54-0.381貝U氣相動能因子Fo=Uav可=1.667父1，181=2.20kg/sm,查附錄六充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得一：=0.56故hL=Phl=0.56M0.07=0.038m(液柱)液體表面張力所產(chǎn)生的壓降hc418.410，4.T

40、=0.001厘（減柱）Igd。939.19.810.005計算表明，液體表面張力所產(chǎn)生的壓降很小，可忽略不計所以，塔板壓降hp=%+hL=0.078+0.039=0.117m(液柱)每層塔板的壓降，Pp=hp：Lg=0.117939.19.81=1077.87pa(2)液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從HdE%Ht+hw)醋酸一水屬一般體系，取安全系數(shù)邛=0.5則Hthw)=0.50.500.05V-0.275m而Hd=hphlhd其中，hp=0.117m由于板上不設(shè)進口堰，則hd=0.153(U02=0.1530.112=0.0018m(液柱)所以Hd=0.117+0.008+

41、0.07=0.19m(液柱)符合Hd<%Ht+hw)故不會發(fā)生液泛現(xiàn)象(3)漏液對篩板塔，取漏液量10%時的氣相動能因子為F0=10U0min10c,-7.43m/s:：v1.81F0實際孔速u0=22.03m/s穩(wěn)定系數(shù)_UoU0mn22.037.43=2.47符合1,二K(4)液沫夾帶<3,故不發(fā)生漏液現(xiàn)象ev5.7109二L/02Ua；1H丁-hfJ其中ua=1.667n/shf=2.5h|=2.50.07=0.175mev5.710*18.410311.667;0.500.175)=0.058kg液/kg氣(0.1kg液/kg氣)故液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)4.6塔板負荷性能圖

42、(1)漏液線前已求得U0min=7.43m/s223故Vsmin=d0nu0min=0.00571357.431.040m/s44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ev=0.1kg液/kg氣為限，求VsLs關(guān)系如下:ev二5.710上la2UaHt_hf,二二Vs2.159%-Af2.50-0.381hf=2.5hL=2.5hwh°whw-0.05mhow224E31000lw2"1J36004100011.54!2-0.50LS3hf=2.50.05+0.05Ls3=0.125+0.125Ls32Ht-hf=0.375-0.125Ls3所以ev5.7

43、10”18.41022.1590.375-0.125LS3S=0.1列表計算如下: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)液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度2how=0.006m作為最小液體負荷標準-2.84l360R、3how=-E.=0.0061000LSmin2"0.006x1000至2.8436001.443,0.0012m/s據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線(4)液相負荷上限線以日=5s作為液體在降液管中停留時間的下限AH-二=5LSLS,AfH

44、Tmaxt?些3:0.0381m3/s5據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線(5)液泛線Hd：Hthw=hwhowHd=hphLhd;hp=hc%h0;7=飛山聯(lián)系，得Ht+伊-P-1how=:1howhchdhc忽略八口,將how與Ls；hd與Ls；hc與Vs的關(guān)系式帶入上式，并整理，得22.''.2aVs=b-cLs-dLS3二.2、=d°n)40.051其中，a=2AoCo21.81'1=0.00891<939.1)將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得0.0510.1531.440.0422=41.832=2.84M10，父1.00M(1+0.56竺00T=

45、0.8161.442220.00891Vs=0.197-41.83Ls-0.816Ls3列表計算如下:Ls/(m二20.005271350.75b=0.50.500.5-0.56-10.05=0.197/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，可作出篩板塔的負荷性能圖，見圖5-16rLs/m3/s0.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.040圖5-1篩板塔的負荷性能圖在負荷性能圖上，作出操作點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33.Vs,max=4.20m/s,Vs,min=1.04m/s故操作彈性為VSmx=420=4.038VS,m