乙酸乙酯的生產(chǎn)工廠概念設(shè)計(jì)0001

1、乙酸乙酯的生產(chǎn)工廠概念設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)2二、概述21 .乙酸乙酯性質(zhì)及用途22 .乙酸乙酯進(jìn)展?fàn)顩r2三.乙酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程41、酯化法 42.乙醇脫氫歧化法 53、乙醛縮合法54、乙烯、乙酸直截了當(dāng)加成法65、確定工藝方案及流程74 .工藝運(yùn)算 74.1 .物料衡算74.2 初步物料衡算95 .設(shè)備設(shè)計(jì)145.1 精儲塔II的設(shè)計(jì)145.2 最小回流比的估算 165.3 逐板運(yùn)算195.4 逐板運(yùn)算的結(jié)果及討論196 .熱量衡算2022（對塔H ） 246.1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集206.2 熱量運(yùn)算，水汽消耗，熱交換面積6.3 校正熱量運(yùn)算、水汽消耗、熱交換面積表10校正后的熱量運(yùn)算匯總表

2、32乙酸乙酯車間工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1 .設(shè)計(jì)任務(wù)：乙酸乙酯車間2 .產(chǎn)品名稱：乙酸乙酯3 .產(chǎn)品規(guī)格：純度99%4 .年生產(chǎn)能力：折算為100%乙酸乙酯1880噸/年5 .產(chǎn)品用途：作為制造乙酰胺、乙酰乙酸酯、甲基庚烯酮、其他有機(jī)化 合物、合成香料、合成藥物等的原料；用于乙醇脫水、乙酸濃縮、萃取有 機(jī)酸；作為溶劑廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)中；食品工業(yè)中作為芳香劑等。由于本設(shè)計(jì)為假定設(shè)計(jì)，因此有關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的其他項(xiàng)目如： 進(jìn)行設(shè)計(jì)的依據(jù)、廠區(qū)或廠址、要緊技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、原料的供應(yīng)、技術(shù)規(guī) 格以及燃料種類、水電汽的要緊來源，與其他工業(yè)企業(yè)的關(guān)系、建廠期限、 設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)進(jìn)度及設(shè)計(jì)時(shí)期的規(guī)定等均從略。二

3、、概述1 .乙酸乙酯性質(zhì)及用途乙酸乙酯又名乙酸乙酯，乙酸醍，英文名稱 Ethyl Acetate或Aceti c Ether Vinegar naphtha乙酸乙酯是具有水果及果酒芳香的無色透亮液體， 其沸點(diǎn)為77C,熔點(diǎn)為-83.6C,密度為0.901g/cm3,溶于乙醇、氯仿、乙醍 和苯等有機(jī)溶劑。乙酸乙酯的重要用途是工業(yè)溶劑，它是許多樹脂的高效溶劑，廣泛應(yīng) 用于油墨、人造革、膠粘劑的生產(chǎn)中，也是清漆的組份。它還用于乙基纖 維素、人造革、油氈、著色紙、人造珍寶的粘合劑、醫(yī)用藥品、有機(jī)酸的 提取劑以及菠蘿、香蕉、草莓等水果香料和威士忌、奶油等香料。止匕外， 還用于木材紙漿加工等產(chǎn)業(yè)部門。關(guān)于

4、用專門多天然有機(jī)物的加工，例如 樟腦、脂肪、抗生素、某些樹脂等，常使用乙酸乙酯和乙醍配制成共萃取 劑，它還可用作紡織工業(yè)和金屬清洗劑。2 .乙酸乙酯進(jìn)展?fàn)顩r(1)國內(nèi)進(jìn)展?fàn)顩r為了改進(jìn)硫酸法的缺點(diǎn)，國內(nèi)連續(xù)開展了新型催化劑的研究，如酸性 陽離子交換樹脂、全氟磺酸樹脂、HZSM-5等各種分子篩、鋸酸、ZrO2-S O42 等各種超強(qiáng)酸，但均未用于工業(yè)生產(chǎn)。國內(nèi)還開展了乙醇一步法制取乙酸乙酯的新工藝研究，其中有清華大 學(xué)開發(fā)的乙醇脫氫歧化酯化法，化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院開發(fā)的乙醇脫 氫法和中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的乙醇氧化酯化法。中國科學(xué)研究院長春應(yīng)用化學(xué)研究所對乙醇氧化酯化反應(yīng)催化劑進(jìn)行 了研

5、究，認(rèn)為采納Sb2O4-MoO3復(fù)合催化劑可提升活性和選擇性?；瘜W(xué)工 業(yè)部西南化工研究院等聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫一步合成乙酸乙酯的新工藝， 已通過單管試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)，取得了中意的結(jié)果?，F(xiàn)正在進(jìn)行工業(yè) 開發(fā)工作。近來關(guān)于磷改性HZSM-5沸石分子篩上乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的研究表 明，用HZSM-5及磷改性HZSM-5作為乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的催化劑，乙 醇轉(zhuǎn)化率變化不大，但酯化反應(yīng)選擇性明顯提升。使用H3PMo12O40? 19H2O代替乙醇-乙酸酯化反應(yīng)中的硫酸催化劑， 可獲得的產(chǎn)率為91.48%,然而關(guān)于催化劑的劑量、反應(yīng)時(shí)刻和乙醇/乙酸的 質(zhì)量比對產(chǎn)品產(chǎn)量的研究還在進(jìn)行之中。(2)國外進(jìn)

6、展?fàn)顩r由于使用硫酸作為酯化反應(yīng)的催化劑存在硫酸腐蝕性強(qiáng)、副反應(yīng)多等 缺點(diǎn)，近年各國均在致力于固體酸酯化催化劑的研究和開發(fā)，但這些催化 劑由于價(jià)格較貴、活性下降快等緣故，至今工業(yè)應(yīng)用不多。據(jù)報(bào)道，美 Da vy Vekee公司和UCC公司聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫制乙酸乙酯新工藝已工業(yè) 化。據(jù)報(bào)道，國外開發(fā)了一種使用 Pd/silicoturgstic雙效催化劑使用乙烯和 氧氣一步生成乙酸乙酯的新工藝。低于 180c和在25%的乙烯轉(zhuǎn)化率的條 件下，乙酸乙酯的選擇性為 46%。催化劑中的Pd為氧化中心silicoturgstic 酸提供酸性中心。隨著科技的持續(xù)進(jìn)步，更多的乙酸乙酯的生產(chǎn)方法持續(xù)被開發(fā)，我

7、國 應(yīng)持續(xù)吸取借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，從全然上改變我國乙酸乙酯的生產(chǎn)狀況。酯化法醋酸乙酯生產(chǎn)工藝流程乙酸、過量乙醇與少量的硫酸混合后經(jīng)預(yù)熱進(jìn)入酯化反應(yīng)塔。酯化反應(yīng)塔塔頂?shù)姆磻?yīng)混合物一部分回流，一部分在80c左右進(jìn)入分離塔。進(jìn)入分離塔的反應(yīng)混合物中一樣含有約 70%的乙醇、20%的酯和10%的水（乙 酸完全消耗掉）。塔頂蒸出含有83%乙酸乙酯、9%乙醇和8%水分的塔頂三 元恒沸物，送人比例混合器，與等體積的水混合，混合后在傾析器傾析，分成含 少量乙醇和酯的較重的水層，返回分離塔的下部，經(jīng)分離塔分離，酯重新以三 元恒沸物的形式分出，而蓄集的含水乙醇則送回醋化反應(yīng)塔的下部，經(jīng)氣化 后再參與酯化反應(yīng)。含約

8、93%的乙酸乙酯、5%水和2%乙醇的傾析器上層 混合物進(jìn)人干燥塔，將乙酸乙酯分離出來，所得產(chǎn)品質(zhì)量見表1表一工業(yè)品級乙酸乙酯的質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)乙酸乙酯含量，%二 99.5乙醇含量，%三 0.20水分，%三 0.05酸度（以乙酸計(jì)），%三 0.005色度（鋁-鉆）<10傳統(tǒng)的酯化法乙酸乙酯生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟，在世界范疇內(nèi)，專門是美國 和西歐被廣泛采納。由于酯化反應(yīng)可逆，轉(zhuǎn)化率通常只有約67%,為增加轉(zhuǎn)化 率，一樣采納一種反應(yīng)物過量的方法，通常是乙醇過量，并在反應(yīng)過程中持續(xù) 分離出生成的水。按照生產(chǎn)需要，既可采取間歇式生產(chǎn)，也可采取連續(xù)式生 產(chǎn)。該法也存在腐蝕嚴(yán)峻、副反應(yīng)多、副產(chǎn)物處理困難等缺

9、點(diǎn)。近年來開 發(fā)的固體酸酯化催化劑盡管解決了腐蝕咨詢題，但由于價(jià)格太高，催化活性 下降快等缺點(diǎn)，在工業(yè)上仍無法大規(guī)模應(yīng)用。2.乙醇脫氫歧化法該法不用乙酸，直截了當(dāng)用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化劑 要緊是Pd/C和架Ni, Cu-Co-Zn-Al混合氧化物及Mo-Sb二元氧化物等催化 劑，這些體系對乙醇的氧化有一定的活性，但其催化性還有待進(jìn)一步改進(jìn)。95%乙醇從儲梢出來，經(jīng)泵加壓至 0.30.4MPa,進(jìn)入原料預(yù)熱器，與 反應(yīng)產(chǎn)物熱交換被加熱至130C,部分氣化，再進(jìn)入乙醇汽化器，用水蒸氣 或?qū)嵊图訜嶂?60c170C,達(dá)到完全氣化，然后進(jìn)入原料過熱器，與 反應(yīng)產(chǎn)物換熱，被加熱至230 C

10、 ,再進(jìn)入脫硫加熱器，用導(dǎo)熱油加熱到反應(yīng) 溫度240270C,然后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器，脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，要用導(dǎo)熱 油加熱以堅(jiān)持恒溫反應(yīng)。從脫氫反應(yīng)器出來的物料進(jìn)入原料過熱器，被冷 卻至180C,再進(jìn)入加氫反應(yīng)器將酮和醛加氫為醇，以便后續(xù)分離。然后進(jìn) 入原料預(yù)熱器，被冷卻至60C,再進(jìn)入產(chǎn)物冷凝器，被水冷卻至 30C,從 冷凝器出來的液體，進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物儲罐，然后進(jìn)入分離工段，氫氣則從上 部進(jìn)入水洗器，以回收氫氣中帶走的易揮發(fā)物料，然后放空或到氧氣用戶。該工藝的特點(diǎn)是產(chǎn)品收率高，對設(shè)備腐蝕性小，產(chǎn)品成本較酯化 法低，不產(chǎn)含酸廢水，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，若副產(chǎn)的氫氣能有效合理的利 用，該工藝是比較經(jīng)濟(jì)的方

11、法。3、乙醛縮合法由乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯包括催化劑制備、反應(yīng)、分離和精微 4大部 分,工藝流程見圖3。在氯化鋁和少量的氯化鋅存在下將鋁粉加人盛有乙醇 和乙酸乙酯混合物的溶液中溶解得到乙氧基鋁溶液。催化劑制備裝置與主 體裝置分開，制備反應(yīng)過程產(chǎn)生的含氫廢氣經(jīng)冷回收冷凝物后排放，制備得到的催化劑溶液攪拌平均后備用。乙醛和催化劑溶液連續(xù)進(jìn)人反應(yīng)塔，操縱反應(yīng)物的比例，使進(jìn)料在混合時(shí)就有約98%的乙醛轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物，1.5%的 乙醛在此后的攪拌條件下轉(zhuǎn)化。通過間接鹽水冷卻堅(jiān)持反應(yīng)溫度在0 C ,反應(yīng)混合物在反應(yīng)塔內(nèi)的停留時(shí)刻約 1h后進(jìn)人分離裝置。3 乙醛縮合制醋酸乙酯工藝流程分離裝 置中粗乙酸 乙酯從塔頂

12、 蒸出，塔底殘 渣用水處理 得到乙醇和 氫氧化鋁，將乙醇與蒸出組分一起送人精儲塔，在此回收未反應(yīng)的乙醛并將其返回反應(yīng) 塔,乙醇和乙酸乙酯恒沸物用于制備乙氧基鋁催化劑溶液。如有必要，乙酸乙 酯還可進(jìn)一步進(jìn)行干燥乙醛縮合制乙酸乙酯工藝由俄羅斯化學(xué)家Tischenko于20世紀(jì)初開發(fā)成功，因而該工藝又稱為Tischenko工藝。反應(yīng)在醇化物（乙氧基鋁）的存在 下進(jìn)行。由乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯的第一步實(shí)際上先由乙烯制取乙醛，由乙烯生產(chǎn)乙醛通常在氯化鉗存在下于液相中進(jìn)行（即Wacker工藝）。按照保持催化劑活性方法的不同，又有兩種工藝可選擇，一種為一步法工藝，即乙烯和氧氣 一起進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；另一種是兩步

13、法工藝，即乙烯氧化為乙醛在一個 反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行,而催化劑的空氣再生在另一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，兩種工藝在經(jīng)濟(jì) 上并無大的差異。乙醛縮合制乙酸乙酯工藝受原料來源的限制，一樣應(yīng)建在乙慚儲坤IL斕見乙烯-乙醛聯(lián)合裝置內(nèi)。日本要緊采取此工藝路線，裝置能力已達(dá)200kt/a.L類。羅納乙焯一決，一置甲與蛆t業(yè)化。日本乙酸乙酯工藝終于在辱酸與烯管發(fā)生露（t反應(yīng)可生腳目應(yīng)的喘 小 h> 匕一 期j一一, & j:但由手工程戒太隆詢題未解分m工公司開發(fā)砰型乙酸一旦應(yīng)制取重詵眠期分 廢水蹌 lh圖4 乙烯一步法H藝流程反應(yīng)原料中乙烯：乙酸：水：氮體積組成為 80: 6.7: 3: 10.3。反應(yīng) 系統(tǒng)由3個

14、串聯(lián)反應(yīng)塔組成，反應(yīng)塔中裝填磷鴇鑰酸催化劑（擔(dān)載于球狀二 氧化硅上）。反應(yīng)塔設(shè)置了中間冷卻，反應(yīng)溫度堅(jiān)持在140-180 C，反應(yīng)塔 壓力操縱在0.44-1MPa。反應(yīng)在擔(dān)載于金屬載體上的雜多酸或雜多酸鹽催化下于氣相或液 相中進(jìn)行。在水蒸氣存在條件下，乙烯將發(fā)生水合反應(yīng)生成乙醇，然后生成的 乙醇又連續(xù)與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸乙酯產(chǎn)物。而且，逆向的乙酸乙酯 水解生成乙醇或乙酸的反應(yīng)也可能發(fā)生。該工藝乙酸的單程轉(zhuǎn)化率為66%,以乙烯計(jì)，乙酸乙酯的選擇性約為94%.5、確定工藝方案及流程從產(chǎn)量分析，生產(chǎn)任務(wù)要求是1840噸，產(chǎn)量不是太大，乙烯、乙酸直 截了當(dāng)合成法有利于大規(guī)模生產(chǎn)，而且該法對設(shè)備要

15、求專門高，設(shè)備造價(jià) 高，因此不采納該工藝。從經(jīng)濟(jì)上考慮，乙醇脫氫歧化法對催化劑要求高， 采納該工藝不經(jīng)濟(jì)。最后從技術(shù)成熟方面考慮，盡管乙醇脫氫歧化法在國 外生產(chǎn)技術(shù)差不多比較成熟，且能夠進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，但在國內(nèi)實(shí)施尚 有困難，另外，該法總生產(chǎn)能力比酯化法要低，綜合考慮采納酯化法。在國內(nèi)，乙酸乙酯的生產(chǎn)大都采納酯化法，生產(chǎn)乙酸乙酯的廠家要緊 有上海試劑一廠，蘇州溶劑廠，北京化工三廠，天津有機(jī)化工一廠，吉化 公司，徐州溶劑廠，杭州長征化工廠，貴州有機(jī)化工溶劑分廠，沈陽市溶 劑廠，大連釀酒廠，沈陽石油化工二廠，哈爾濱化工四廠、六廠、七廠等。工藝運(yùn)算4.1 .物料衡算4.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目：乙

16、酸和乙醇在催化劑濃硫酸存在下生產(chǎn)乙酸乙酯（假定70% 的乙酸轉(zhuǎn)化為乙酸乙酯）產(chǎn)品名稱：乙酸乙酯產(chǎn)品規(guī)格：純度99%年生產(chǎn)能力：折算為100%乙酸乙酯1880噸/年4.1.2 酯化法要緊生產(chǎn)步驟(1)等分子的冰乙酸和95%乙醇混合和少量的濃硫酸接觸，進(jìn)行 酯化反應(yīng)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，并加熱至沸點(diǎn)。(2)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)的混合液通入精儲塔I ,由于持續(xù)移去難揮發(fā) 的水分，在塔中反應(yīng)趨于完全；由塔I頂部出來的流出液組成為：乙酸乙酯20%(重量百分率，下同)水10%乙醇70%(3)由塔I頂部出來的儲出液通入精儲塔II進(jìn)行蒸儲，由塔II頂 部出來的三組分恒沸液組成為：乙酸乙酯83%水8%乙醇9%由塔n底部出來的殘

17、液組成為乙醇和水，重新送入塔I作為第二進(jìn)料。由塔II頂部出來的儲出液和塔田頂部出來的儲出液匯合并加等量的 水，三者混合后流入沉降梢進(jìn)行分層。上層富有乙酸乙酯，其組成為：乙酸乙酯94%水4%乙醇2%下層要緊是水，其組成為：乙酸乙酯8%水88%乙醇4%下層(即水層)重新回入塔II作為第二進(jìn)料。(5)上層(即酯層)送入精儲塔田進(jìn)行蒸儲，由塔田底部流出的即為 成品的乙酸乙酯，這是由于乙酸乙酯和三組分恒沸液和雙組份恒沸液比較 起來，其揮發(fā)度最小，由塔田頂部出來的為三組分恒沸液，其組成如下：三組分恒沸液組成：乙酸乙酯83%水8%乙醇9%雙組分恒沸液組成：乙酸乙酯94%水6%(6)塔田頂部出來的儲出液包括三

18、組成恒沸液送回沉降器中4.2 初步物料衡算(1)每小時(shí)生產(chǎn)能力的運(yùn)算按照設(shè)計(jì)任務(wù)，乙酸乙酯的年生產(chǎn)能力規(guī)定為180噸/年娥算為100%乙酸乙酯，下屆即全年按一3券大計(jì);一每太24力耐連續(xù)工作貝隆晝夜的生 1QOKACOH 86 I » ； p oq1 -.a- -. -j1 - -h h，EfaiI iEr Hl產(chǎn)能力為的32府之徽乙瞰鷹模采納連續(xù)操作室比較合理 每小嘰巴力什的;小時(shí)生產(chǎn)能力為 221kg7酸乙策，黝此的規(guī)_ I °匚 tn880t 獎 1000+328+24=23I9kg/h以上作為物料衡算基準(zhǔn)為了使軟坤臂!簡單化為100%,在可珀齷中無物料缺I失，髓*

19、LX+T+126上亞向 衡算通宿定位山酸乙)的孤窗：B沸液，這在事實(shí)上是不可能的，故將在最終衡算中予以修正。延聯(lián)組分同11 ” M«t2(2)生產(chǎn)工藝流程圖圖I生產(chǎn)I.2流程示意瀏酯化器物料衡算乙酸和乙醇酯化反應(yīng)如下：CH3COOH+C2H5OH - C2H3COOCH5+H2O60468818X原料規(guī)格： 對密度為1.84)y乙酸濃度為221 z100%;乙醇純度為95%;濃硫酸純度為93% (相加入：100%乙酸量:60/x=88/2393x=60 x 239/88=163kg/h100%乙醇量：46/y=88/239f y=46 乂 239/88=124.9kg/h 95% 乙

20、醇需要量：y/95%=124.9/95%=131kg/h其中 C2H50H=124.9kg/h; H2O=131-124.9=6.1kg/h濃硫酸量=6.7kg;其中 H2SO4=6.3kg; H2O=0.4kg/h 支出：轉(zhuǎn)化率為66%乙酸乙酯生成量=163X 0.66X 88 + 60=157.8kg/h乙酸剩余量=163X 0.34=55.4kg/h乙醇剩余量=124.9X 0.34=42.5kg/h反應(yīng)生成水量：18/z=88/146.2 f z=18X 157.8 + 88= 32.3kg/h 總水分=32.3+6.1=38.4kg/h濃硫酸量=6.7kg/h進(jìn)出酯化器的物料衡算表如

21、下：表一：進(jìn)出酯化器的物料衡算表加入支出序號物料名稱純度數(shù)量kg/h序號物料名稱純度數(shù)量kg/h1乙酸1001631乙酸乙酯100157.82乙醇951312水10038.4其中C2H50H100124.93乙醇10042.5H2O1006.14乙酸10055.43濃硫酸936.75濃硫酸1006.7合計(jì)300.7合計(jì)300.8由酯化器出來的混合液進(jìn)入精儲塔I ,在塔I中反應(yīng)趨于完全，因此 進(jìn)入塔I的混合液在塔中最后生成：乙酸乙酯=239kg/h水=18 X 239+88+6.1=55kg/h濃硫酸=6.7kg/h塔I、塔n、沉降器和塔田質(zhì)檢均有相互關(guān)系，它們的物料衡算匯總 運(yùn)算如下：在生產(chǎn)工

22、藝流程示意圖上注上有關(guān)數(shù)據(jù)，并劃出三個運(yùn)算系統(tǒng)， 逐個列出衡算式，然后進(jìn)行進(jìn)行聯(lián)立求解。設(shè) 尸塔1底部殘液量（kg/h,不包括濃硫酸6.7kg/h在內(nèi)）丫二塔1頂部儲出液（kg/h）R=塔II底部殘液量（kg/h）其中Rw=R中H2O的量（kg/h）, RA=R中乙醇的量（kg/h）2=塔11頂部殘液量（kg/h）乂二塔m頂部儲出液總?cè)M分恒沸液量（kg/h）丫二塔m頂部微出液總雙組分恒沸液量（kg/h）w=沉降器下層（即水層）量（kg/h）系統(tǒng)1的物料衡算：294+w=u+zu+z w=294系統(tǒng)1的乙酸乙酯物料衡算：0.812X 272.6+ 0.08w=0.83z0.83z- 0.08w

23、=239系統(tǒng)1的乙醇物料衡算：他0.09z=0.04w系統(tǒng)2的物料總衡算：2 （x + y+z） =w + x+y+239x+y + 2z w=239系統(tǒng)2的乙酸乙酯衡算：0.83x+ 0.94y+ 0.83z=0.94X （x + y + 221.4）+ 0.08w0.83z- 0.11x- 0.08w=225解上述五元一次聯(lián)立方程式。得： x=129.8kg/hy=200.2kg/hz=368kg/hw=827kg/hu=753kg/h因?yàn)関中含有20%乙酸乙酯，而乙酸乙酯量=-239 kg/h,故:v=239 + 20%=1195 kg/h系統(tǒng)3的物料總衡算：R+294=u+v因止匕 R

24、=v+u-294=1195+753-294=1654 kg/h系統(tǒng)3中的水衡算Rw + 0.188X 294=u+0.1vRw=753+ 0.1 x 1195 0.188X 294=817kg/h系統(tǒng)3的乙醇衡算：RA=0.7v=0.7X 1195=836.5kg/h將運(yùn)算結(jié)果整理在各物料衡算表中，并匯總畫出初步物料衡算圖 表2進(jìn)出塔I的物料衡算表加入支出序號物料名稱純度數(shù)量kg/h序號物料名稱純度數(shù)量kg/h1來自酯化器的混合液300.71塔頂儲出液1195乙酸乙酯157.8乙酸乙酯20239水38.4水10119.5乙醇42.5乙醇70836.5乙酸55.42塔底殘液759.7濃硫酸6.7

25、水7532來自塔n的塔底殘液1654濃硫酸6.7水817乙醇836.5合計(jì)1954.7合計(jì)1954.7表3進(jìn)出塔II的物料衡算表序號物料名稱純度數(shù)量kg/h序號物料名稱純度數(shù)量kg/h1來自塔I頂部儲出液11951塔頂儲出液368乙酸乙酯20239乙酸乙酯83305.44水10119.5水829.44乙醇70836.5乙醇933.122來自沉降器下層液8272塔底殘液1654乙酸乙酯866.16水817.5水88727.76乙醇836.5乙醇4333.08合計(jì)2022合計(jì)2022加入支出表4沉降器的物料衡算表序號物料名稱純度數(shù)量kg/h序號物料名稱純度數(shù)量kg/h1塔n頂部儲出液3681沉降器

26、上層569乙酸乙酯83305.44乙酸乙酯94534.86水829.44水422.76乙醇933.12乙醇211.382塔山頂部儲出液3302沉降器下層827三組分恒沸液129.8乙酸乙酯866.16A乙酸乙酯83107.7水88727.76B水810.4乙醇433.08C乙醇911.7雙組分恒沸液200.2A乙酸乙酯94188.2B水6123添加水698合計(jì)1396支出加入表5進(jìn)出塔田的物料衡算表序號物料名稱純度數(shù)量kg/h序號物料名稱純度數(shù)量kg/h1來自沉降器上層5691頂部儲出液330乙酸乙酯94534.86三組分恒沸液129.8水422.76A乙酸乙酯83107.7乙醇211.38B

27、水810.4C乙醇911.7雙組分恒沸液200.2A乙酸乙酯94188.2B水6122塔底成品乙酸乙酯239合計(jì)569合計(jì)569加入支出5 .設(shè)備設(shè)計(jì)5.1 精儲塔II的設(shè)計(jì)塔II中包含有3個組分(乙醇、乙酸乙酯和水)均為非理想液體，則 需要利用實(shí)驗(yàn)獲得氣-液相圖進(jìn)行逐板運(yùn)算用。(1)運(yùn)算塔板數(shù)按照初步物料衡算的數(shù)據(jù)，必須作相應(yīng)的修正，方可作為精儲塔的設(shè) 計(jì)用。在初步物料衡算中，塔II頂部逸出者為純?nèi)M分恒沸液，如此就需 要無窮個塔板數(shù)來完成。實(shí)際上含有水和乙醇各 5摩爾百分?jǐn)?shù)，連同乙酸 乙酯組成2個組成分不為水46%和乙酸乙酯54%與乙醇24對口乙酸乙酯7 6%的雙組分恒沸液。因此塔H頂部儲

28、出液組成如下：kg/h mol% mol%乙酸乙酯 E 305.44 59.56+ 5X54/46+ 5X76/24=81.26 61.70水W 29.44 28.09 + 5=33.09 25.13乙醇 A 33.1212.35+ 5=17.3513.17131.7100在初步物料衡算中，塔II底部出料不含乙酸乙酯，這也屬不可能， 實(shí)際上含有1mol%乙酸乙酯，而其它二組分的 mol%含量降低至99%.因此塔H底部儲出液組成如下:mol%=1.071.46X99% =70.7528.5428.54 99% =28.25kg/hmol%乙酸乙酯E 一 +1水W 81771.46乙醇 A 836

29、.5100進(jìn)料組成不變，因此進(jìn)出塔II的物料衡算如下：xE=0.6170216.4kg/h儲出液：xW=0.251318.0kg/hxA=0.131724.15kg/hxE=0.0499266.02kg/h混合進(jìn)料：xW=0.6782738.77kg/hxA=0.2719758.01kg/hxE=0.010049.67kg/h殘液： xW=0.7075721.0kg/hxA=0.2825733.69kg/h因此進(jìn)出酯化器的物料衡算如下:表6進(jìn)出塔II的物料衡算表序號物料名稱組成數(shù)量kg/h序號物料名稱組成數(shù)量kg/h1混合進(jìn)料1762.801塔頂儲出液258.55乙酸乙酯4.99266.02乙

30、酸乙酯61.7216.4水67.82738.77水25.1318.0乙醇27.19758.01乙醇13.1724.152塔底殘液1504.36乙酸乙酯1.049.67水70.75721.0乙醇28.25733.69合計(jì)1762.8合計(jì)1762.9加入支出取100mol進(jìn)料液，其中E的摩爾數(shù)為5.00;設(shè)D為儲出液摩爾數(shù)，則 殘液摩爾數(shù)為(100-D)0.617D + 0.01 X (100 D)=5;D=6.59殘液摩爾數(shù)為：100 D=100 6.59=93.41儲出液中E的摩爾數(shù)為：0.617X6.59=4.07殘液中E的摩爾數(shù)為：5-4.07=0.93儲出液中 W的摩爾數(shù)為：0.2513

31、X 6.59=1.66殘液中 W的摩爾數(shù)為：67.82-1.66=66.16儲出液中A的摩爾數(shù)為：0.1317X 6.59=0.87殘液中A的摩爾數(shù)為：27.19- 0.87=26.325.2 最小回流比的估算由于上述系統(tǒng)和理想液體比較出入專門大，今采納Colburn方法估算最小回流比。第一求出平均相對揮發(fā)度(*av)儲出液中：xE/(xE + xW)=61.7/(61.7+ 25.13)=0.71; xA=13.17由平穩(wěn)圖上找出:yE/(yE + yW)=0.69;yE/yW=0.69/0.31%t= (yE/yW) (xW/xE)=(0.69/0.31)x (0.2513/0.617)=

32、0.91 殘液中：xE/(xE+xW)=1.0/(1.0+70.75)=0.0139 ; xA=28.25 由平穩(wěn)圖上找出:yE/(yE + yW)=0.20;yE/yW=0.2/0.8%s= (yE/yW) (xW/xE)=(0.2/0.8) x (0.7075/0.01)=17.69 %av=(%t % s)1/2=(0.91X 17.69)1/2=4.01 rf=xEf/xWf=5/67.82=0.0737xlk=rf/(1 + rf)=0.0737/1.0737=0.0686 xhk=xlk/rf=0.0686/0.0737=0.931(Ln/D)=1/( % 1) (xDlk/xlk

33、 xDhk/xhk)=1/(4.01 1)X(0.617/0.0686 0.2513/0.931)=2.90D=6.59mol/100mol 進(jìn)料Ln=2.90 x D=2.90 乂 6.59=19.11mol/100mol 進(jìn)料 Lm=Ln+qF; W=FD 關(guān)于進(jìn)料正在沸點(diǎn)的液體，q=1F=100molLm=19.11 + 100=119.11mol/100mol 進(jìn)料W=100- 6.59=93.41mol/100mol 進(jìn)料Lm/W=119.11+93.41 = 1.275 上提濃度輕關(guān)鍵組分的摩爾分?jǐn)?shù) xn=xD/( % 1) (Ln/D + 民 xDhk/xhk)=0.617+ (

34、4.01 1)X (2.90+4.01 X 0.2513+ 0.931) =0.0515rn=xn/xhk=0.0515 + 0.931=0.0533 下提濃度重關(guān)鍵組分的摩爾分?jǐn)?shù)% lk=( % t % s)1.5=(0.91 17.69)1.5=6.557 xm= % lk xW/( % lk % ) (Lm/W十 % xWlk/xlk)=6.557X 0.7075+ (6.557-4.01)X1.275+ 4.01 X0.01 + 0.0686= 1.211rm=xlk/xm=0.0686/1.211=0.0566rm/rn=0.0566/0.0553=1.024里=1/(1 0)X(1

35、 0)=1因此,rm/rn>乎，算得的回流比太大試以(Ln/D)=2.5;貝U Ln=6.59X 2.5=16.48mol/100mol 進(jìn)料；Lm=116.48 mol/100mol 進(jìn)料(Lm/W)=116.48 + 93.41 = 1.247xn=xD/( % 1) (Ln/D + 民 xDhk/xhk)=0.617+ 3.01 X (2.5 + 4.01X0.2513+ 0.931)=0.0572rn=xn/xhk=0.0572 + 0.931=0.0614xm= % lk xW/( % lk % ) (Lm/W十 % xWlk/xlk)=6.557X 0.7075+ (6.55

36、7-4.01)X1.247+ 4.01 X0.01 + 0.0686= 1.234rm=xlk/x=0.0686 + 1.234=0.0556rm/rn=0.0556 +0.0614=0.91因此，rm/rn<W，算得的回流比太小。試以(Ln/D)=2.7;貝U Ln=6.59X 2.7=17.79mol/100mol 進(jìn)料；Lm=117.79 mol/100mol 進(jìn)料(Lm/W)=117.79 + 93.41 = 1.261xn=xD/( % 1) (Ln/D + 民 xDhk/xhk)=0.617+ 3.01 X (2.7 + 4.01X0.2513+ 0.931)=0.0542r

37、n=xn/xhk=0.0542 + 0.931=0.0582xm= % lk xW/( % lk % ) (Lm/W十 % xWlk/xlk)=6.557X 0.7075+ (6.557 4.01) X 1.261 + 4.01 X 0.01 + 0.0686= 1.222rm=xlk/x=0.0686 + 1.222=0.0561rm/rn=0.0561 +0.0582=0.965rm/rn與乎的數(shù)值相近因此此方法算得的最小回流比為2.7.5.3 逐板運(yùn)算氣液相平穩(wěn)數(shù)據(jù)能夠表示成下列三種圖表：(1)yE/(yE + yA)對 xE/(xE + xA)描畫，xW 視作參量(2)yE/(yE +

38、 yW)對 xE/(xE + xW)描畫，xA 視作參量 (3)yW/(yW + yA)對 xW/(xW + xA)描畫，xE 視作參量。由于在任何情形下，液相的摩爾分?jǐn)?shù)(x)均為參數(shù)，平穩(wěn)圖只能用來由液相組成來求取氣相組成。因此逐板運(yùn)算時(shí)，從塔底由下往上算。從x的三個已知數(shù)(塔底的xE,xW和xA)動身，可求得二比值；或(1) 和(2);或(2)和(3);或(3)和(1),怎么講選擇哪一對，應(yīng)以從圖上讀出數(shù)值為準(zhǔn)。如果采納(2)和(3),則按照xE/(xE + xW)和xA值讀出yE/(yE + yW);按 照 xW/(xW + xA)和 xE 值讀出 yW/(yW + yA)值。設(shè) yE/

39、(yE+yW)=Mi?)W/(yW-+ yA)=N ;故yE=M)(1M)二腿相察yA=(1 -N)/N/(1 -N)/N+ 河 t'M).yW=1，/ 求出yW.凡qE和yA即可代入式子求得。下一塔板比的液箱組成能夠應(yīng)用操作線方程泰彳黑+ 15.4逐板運(yùn)算的結(jié)果及討論按照法算得的最小回流比為2.7:1,上述逐極k登中，.所采輛的最宜回流比電：1 茗1和 5：1-如采納10:1,則最宜回流比約為最小©賴比的七:7倍按照送算的結(jié)果, 拒垮莖菜自密】的查料來自沉降器狗蜘|作圖如下:網(wǎng)說比為10:1時(shí)塔板液相細(xì)分圖圖中講明由第7塊塔板(由塔底數(shù)起)上加入來自塔I的進(jìn)料，由第 12塊

40、板上加入來自沉降器的進(jìn)料。運(yùn)算到底19塊塔板時(shí)，所得儲出液即可 近似達(dá)到所要求結(jié)果。(2)如最宜回流比采納2:1,亦即小于最小回流比，算得的結(jié)果表明： 由12塊塔板加入來自沉降器的加料的進(jìn)料后，乙醇的組成變?yōu)樨?fù)值，這講 明采納這種回流蒸儲不可行。如最宜回流比采納5:1,運(yùn)算的結(jié)果講明由第5塊塔板加入來自塔I的 進(jìn)料，由第10塊板上加入來自沉降器的進(jìn)料，共需要 22塊塔板。由于蒸儲液為非理想溶液，從上述分析結(jié)果能夠看出：最宜回流比由5: 1加倍至10:1時(shí)，理論板僅由22塊降至19塊。這講明設(shè)備投資節(jié)約不了 多少，然而操作費(fèi)用卻加了。因此采納 L/D=5:1，假設(shè)塔板效率為50%,則 實(shí)際塔板數(shù)

41、為40.6 .熱量衡算6.1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集(1)溫度：塔頂溫度：約為 62%molCH3CH2OH , 25%molH2O, 13%CH3CH2 OH三組分恒沸液的沸點(diǎn)，71 C塔底溫度：約為 71%molH2O, 29%molCH3CH2OH 的沸點(diǎn)，79 c來自塔I的進(jìn)料溫度為84c來自沉降器的進(jìn)料溫度：約為 97%molH2O, 3%molCH3CH2OH的沸 點(diǎn)，95 C冷卻水溫度為20 C (以廣西年平均氣溫為參考)。飽和水蒸氣：p =1.35kg/m3, t=108C(2)比熱和汽化潛熱表7比熱容和汽化潛熱CH3COOC2H5H2OCH3CH20H溫度C比熱容汽化潛熱比熱容汽化潛

42、熱比熱容汽化潛熱kj/kg . Ckj/kgkj/kg . Ckj/kgkj/kg . Ckj/kg201.9274.1832.40271.9474.1782.46371.9784.1742.55712.145371.144.18823292.91852.66792.004364.674.19423103.02838.94842.169360.544.2122983.082830.14952.224351.164.21422713.236810.10傳熱系數(shù)K kJ/(m2 有機(jī)蒸汽一水液體一液體蒸汽一沸騰液體蒸汽一水蒸氣一有機(jī)液體2000505585830501000表8傳熱系數(shù)組成:儲出液

43、組成:kg/hkmol/hxE=0.622663.02xW=0.29225.6 1.42xA=0.08819.8 0.434.87L/D=5,L=5D,V=L +D=6D;來自塔頂?shù)恼魵饨M成:kg/hxE=0.62266X6=1596xW=0.29225.6X6=153.6xA=0.08819.8X6=118.8塔底殘液組成:kg/hkmol/hxE=0.01048.5 0.55xW=0.7075713.239.62xA=0.2825729.215.8356.00來自塔I的進(jìn)料組成:kg/hkmol/hxE=0.1232663.02xW=0.235104.25.79xA=0.642729.21

44、5.8324.64來自沉降器組成:kg/hkmol/hxE=0.01848.50.55xW=0.968634.635.26xA=0.01419.80.4336.24總加料量=24.64+36.24=60.88kmol/hV'=L' -W=L +FW=5D + F W=5X4.87+60.88 56=29.23kmol/來自塔底的蒸氣組成:kg/hyW=0.411yE=0.0650.065X 29.23X88=167.200.411 X29.23X 18=216.24yA=0.5240.524X29.23X46=704.566.2 熱量運(yùn)算，水汽消耗，熱交換面積(1)塔頂蒸氣冷凝

45、(由71c氣相冷凝至71c液相)q =EW 入= 1596X 371.14+153.6 X 2329+ 118.8X 852.66=1051369.8kJ/h(71 20) (71 60)設(shè)冷卻水出口溫度為61cA mJ7i '20 33.” 取 K=2000kJ/7m260 h - C)S=q/(K - tm)= 1051369.8+ (2000X 33.2)=15.83m2冷卻水用量：W=q/(C At)= 1051369.8+ 4.18 X (60 20) =6288.1kg/h儲出液由71c冷卻至37cq =EW - C- A t=266 X (1.978+ 2.145)/2+

46、 25.6X 4.18+19.8X (2.91 + 3.02)/2 X (71-37)=24278.5kJ/h設(shè)冷卻水出口溫度為27 c(71 27) (37 20)tm 77 28.4C 取 K=505kJn(3720h . C )S=q/(K - tm)=24278.5+ (505X28.4) =1.69m2冷卻水用量：W=q/(C At)=24278.5+ 4.18 X (27 20)=829.8kg/h塔底：在79 c時(shí)液相變?yōu)闅庀鄎 =E W 入= 167.2X 364.67+ 216.24X 2310+ 704.56X 838.94= 1151571kJ/hAtm=108-79=2

47、9C取 K=5858kJ/(m2 h C)S=q/(K - tm)= 1151571+(5858X 29)=6.78m2在 108 C,入 H2O=2235kJ/kg蒸氣消耗量：W=q/(入H2O + C At)= 1151571 + 2235 + 4.22X (108 79) =488.5kg/h 來自沉降器的進(jìn)料加熱，由27 c至95 Cq =EW C t=48,5 X (1.947+ 2.224)/2+ 634.6X 4.192+ 19.8X (2.46+ 3.236)/2 x 68= 191609.1kJ/hAtm=108-95=13C取 K=3050kJ/(m2 - h - C) S

48、=q/(K - tm)= 191609.1+(3054X 13)=4.83m2蒸氣消耗量：W=q/（入H2O + C At）= 191609.1 + 2325+4.214X (108-95)=80.5kg/h將以上運(yùn)算結(jié)果匯總?cè)缦卤?表9熱量運(yùn)算和傳熱面積匯總表熱交換器加熱蒸汽量kg/h傳熱面積m215.831.69488.56.7880.54.83冷卻水量項(xiàng)目熱量kJ/ hkg/h塔頂蒸氣冷凝至沸點(diǎn) 71c +1051369.86288.1儲出液冷卻至37 C +24278.5829.8蒸儲釜-1151571來自沉降器的進(jìn)料由27 C-191609.1加熱至95 C6.3 校正熱量運(yùn)算、水汽

49、消耗、熱交換面積（對塔n ）取基準(zhǔn)溫度t0=20CI ,塔頂（圖a）（H的單位為kJ/h）流體Kg/h tt-t0Cav 入HsH入HE 1596 71 512.036371.14165722592339W 153.64,1852329 32784 357734A 118.82,65852.66 16056 10129621461210513691265981流體H=H(1) H 入(1)=HS(1)=214612流體H=(5/6) XH(2)=214612X (5/6)=178843流體H=(1/6) XH(2)=214612X (1/6)=35769流體Kg/hE 2663717t 10 Cav1.9528827HsW 25.64.1791819A 19.82.4883511481流體和流體t=15C,H=0流體Kg/htt-t0CavHW 6288.161414.1821078170流體Kg/htt t0CavHW 829.82774.1824280n .來自沉降器的進(jìn)料（圖b）流體Kg/htt t0CavHsE 48.5 27 71.937658