試談醋酸乙烯合成的物料衡算(正式版)

1、第五章 醋酸乙烯合成的物料衡算5、1反應(yīng)器的物料衡算設(shè)計(jì)要求：年產(chǎn)11萬(wàn)噸聚乙烯醇，產(chǎn)品平均聚合度為1795,生成產(chǎn)時(shí)間為 每年330天。產(chǎn)品分子式為：CH2CHOHCH CHOCOCH由已知所給得，PVA的聚合度為1795,平均聚合度為1700,醇 解度為95%得解可得：m=85 n=1615平均分子量：產(chǎn)品產(chǎn)量所需單體量工藝條件假設(shè)（數(shù)據(jù)參考馬延貴.聚乙烯醇生產(chǎn)技術(shù).紡織 工業(yè)出版社.1988）:乙炔單程轉(zhuǎn)化率以乙炔計(jì)算的醋酸乙烯的選擇性醋酸轉(zhuǎn)化率以醋酸計(jì)算醋酸乙烯的選擇性乙醛收率巴豆醛收率貝卩：乙炔收率由方程式：乙炔進(jìn)料二根據(jù)反應(yīng)器入口各組分的組成可計(jì)算總進(jìn)料量52 74W總109.42

2、48.2%依次計(jì)算其他組分進(jìn)料數(shù)量如表 5-1表5-1反應(yīng)器的進(jìn)料表進(jìn)料組成數(shù)量（t/h組成（%Wt乙炔52.7448.20醋酸W2048.6944.50醋酸乙烯W302.462.25氮?dú)釽403.453.15乙醛W501.161.06巴豆醛W500.150.14二氧化碳W700.440.40水弘0.330.30丙酮W.00其它0合計(jì)109.42100出口組成計(jì)算由下列方程式計(jì)算c2h2+HACVAC26 6086x y23.552CH3COOH_(CH 3)2 CO CO2h2o12058441848.6935%-16.43 m npC2 H 2 + H 2OCH3CHO1844z52.74

3、0.3106%由上述三個(gè)方程求：x=7.12t/hy=16.43t/hz=0.065 m=0.29n=0.22 p=0.092所以出口流量如下：1、C2H2 :W11 =W10(X1H 52.74 (1 -15%)二 44.83t/h2、CH 3COOH : W21 =W20(1-X2)=48.69 (1 -35%) =31.65t/h3、VAC :W31 =W30 WVAC =23.552.46 =26.01t/h4、N2 :W41 =W40 = 3.45t/h5、ch3chc):W51 =W10 JW50= 52.74 0.3106%1.16=1.34t/h6、CH 2 二 CHCH 2C

4、HO : W61 =Wio 丫2 W60 = 52.74 0.0621% 0.15 =0.18t/h7、CO2：W71 =W70 n =0.44 0.22 =0.66t/h5、2分離器出口物料組成的衡算：由實(shí)驗(yàn)得分離器出口乙醛的汽相組成為|907%,液相組成為9.3%那么乙醛汽相數(shù)量為180 34 其它組分?jǐn)?shù)量為反應(yīng)器出口數(shù)汽液分離器出的汽相組分部分放空，。以保證 N2不積累，其余大 部分返回反應(yīng)器與反應(yīng)器進(jìn)口的精乙炔混合循環(huán)使用、> CH3CHO量。° HAC、H2O8、 H2O :W81 =W80p_z =0.33 0.092 _0.065 = 0.36t/h9、 其他：W

5、91 =0.65”h因此可得反應(yīng)器的出料表，見表5-2.表5-2反應(yīng)器的出料表進(jìn)料組成數(shù)量（t/h ）組成（% W）乙炔44.8340.97醋酸31.6528.93醋酸乙烯26.0123.77氮3.453.15乙醛1.341.22巴豆醛0.180.16二氧化碳0.660.60水0.360.33丙酮0.290.27其它0.650.60合計(jì)109.42 l100圖5-1分離器物料衡算圖由反應(yīng)器的出口物料通過(guò)汽液分離器的計(jì)算，得表5-3汽相組程與表5-4液相組成。表5-3汽相組成組分?jǐn)?shù)量t h組成（%Wtc2h244.8389.37N23.456.88CH 3CHO1.222.42CO20.661.

6、32合計(jì)50.16100表5-4液相組成組分?jǐn)?shù)量t h組成（%W）CH3 2CO0.290.49CH 3CHO0.120.23c4h6o0.180.30VAC26.0143.88HAC31.6553.4H2O0.360.6其他0.651.1合計(jì)59.2741005、3清洗工段物料衡算：汽液分離器出來(lái)的汽相組成清洗后，CH3CHO、C2H2被解析。所以可得解析塔出口汽相組成表 5-5。表5-5解析塔出口汽相組成組分?jǐn)?shù)量t h組成（%W）c2h244.8397.35CH 3CHO1.222.65合計(jì)46.05100汽液分離器出來(lái)的汽相組成清洗后，N2、CO2被吸收。所以可得吸收塔出口汽相組成表5-

7、6。表5-6吸收塔出口汽相組成組分?jǐn)?shù)量t h組成（%W）N23.4583.94CO20.6616.06合計(jì)4.111005、4乙炔凈化工段物料衡算:5、4、1循環(huán)氣物料平衡乙炔與醋酸為循環(huán)物料，由反應(yīng)器的出口物料組成，可以得到乙 炔與醋酸的物料組成，所以可到循環(huán)氣物料平衡表5-7。表5-7循環(huán)氣物料平衡表名稱循環(huán)（t/h）進(jìn)料（t/h）補(bǔ)充（t/h）乙炔44.8352.747.91醋酸31.6548.6917.045、4、2精乙炔物料組成的計(jì)算由出口參考資料聚乙烯醇生產(chǎn)技術(shù) 33頁(yè)可得，精乙炔的技術(shù)規(guī)表5-8精乙炔的技術(shù)規(guī)格序號(hào)項(xiàng)目單位指標(biāo)1純度%992磷化氫%0.00373硫化氫%0.003

8、94比活性度s<30汽液分離器汽相組分部分放空以保證氮?dú)獠焕鄯e， 其余部分返回反應(yīng)器進(jìn)口與精乙炔混合使用。設(shè)循環(huán)氣與放空氣質(zhì)量比為X,根據(jù)精乙炔技術(shù)規(guī)格要求表5-8， 計(jì)算精乙炔組成：精乙炔量=7.91/99%=7.99t/h由循環(huán)氣物料平衡表見表5-7與氣液分離器出口汽相組成表5-3，可得：（0.66-0.66x+3.45-3.45x）=7.99-7.91 x=0.9805二氧化碳的量為：0.66-0.660.9805=0.013氮?dú)獾牧繛椋?.45-3.450.9805=0.067由此得，精乙炔組成如表5-9 :表5-9所以精乙炔的組成見下表組分?jǐn)?shù)量t/h組成(W%乙炔7.9199.

9、00一氧化碳0.0130.16氮?dú)?.0670.84總計(jì)7.991005、4、3粗乙炔組成的計(jì)算由參考資料聚乙烯醇生產(chǎn)技術(shù)32頁(yè)可得粗乙炔的技術(shù)規(guī)格：表5-10粗乙炔的技術(shù)規(guī)格序號(hào)項(xiàng)目單位指標(biāo)合格勉強(qiáng)1乙炔含量%>982磷化氫%<0.05<0.103硫化氫%<0.10<0.154壓力（表壓）mm水柱>1505溫度<30由表5-10得，根據(jù)乙炔的質(zhì)量流率計(jì)算乙炔的摩爾流率:7 91 漢 10,F1304.23Kmolh26同理得：二氧化碳的摩爾流率:0.013 10344= 0.30K mol;h氮?dú)獾哪柫髀蕿椋?.067 勺03fF32.39 K m

10、oL h28所以粗乙炔的總摩爾流率為:R +F2+F31 -0.0005 - 0.001304.23+0.30+2.391 -0.0005 -0.001= 307.38 Kmol . h乙炔、二氧化碳、氮?dú)獾哪柦M成分別為：乙炔：304.23 100% =98.98%307.38二氧化碳： -0聖 100% =0.10%307.38氮?dú)猓?.39100% =0.78%307.38由粗乙炔的技術(shù)規(guī)格表5-10知：磷化氫的摩爾組成取為0.05%,硫化氫的摩爾組成為0.1%,由此 計(jì)算得到磷化氫的摩爾流率為： F4 二F總 0.05% =307.38 0.05% =0.15Kmol.'h硫化

11、氫的摩爾流率為：F5=F總 0.1% =307.38 0.10% =0.31Kmol. h由以上數(shù)據(jù)計(jì)算得到，粗乙炔各組分的質(zhì)量流率與組成，見表5-11 :表5-11粗乙炔組成見下表組成數(shù)量(t/h)組成(Wt%數(shù)(kmol/h)量組成(mol%乙炔7.9198.80304.2398.97二氧化0.0130.160.300.10碳氮?dú)?. 0670.842.390.78磷化氫0.00510.060.150.05硫化氫0.0110.140.310.10總計(jì)8.006100307.38100清凈劑次氯酸鈉用料的計(jì)算：次氯酸鈉是由氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成， 是一種強(qiáng)氧化劑，能分 解放出氧原子，將乙炔中

12、的雜質(zhì)磷化氫、硫化氫凈化。設(shè)除去磷化氫消耗的次氯酸鈉的量為Xt h，除去硫化氫消耗的次氯酸鈉的量為ytfh。PH3 4NaClO > H3PO4 4NaCl344 74.50.0051 xH2S 4NaCIO > H2SO4 4NaCI344 74.50.0111 y由此可得：X=0.045t. h , y =0.0961. h那么消耗次氯酸鈉的總量為：x 0.141t h 氫氧化鈉與氯氣用量的計(jì)算：設(shè)氫氧化鈉用量為：m t h，氯氣用量為n t h。2NaOH Cl2 > NaCl NaClO H 2O2 407174.5m n 0.141由此可得：m=0.15t h， n

13、=0.134 t h次氯酸鈉中有效氯的成分為 0.141 355、74.5二0.067t h （符合工業(yè) 生產(chǎn)的要求）5、5反應(yīng)器熱量衡算表5-12相關(guān)物質(zhì)物性參數(shù)表分子量M（ g/m）ol沸點(diǎn)toC）汽化潛熱vH(J/mol )液相熱溶L(J/mol)汽相熱溶(kcal/kg.oC )乙炔26-84.00.469醋酸60118.02.392 10751.384 100.35醋酸乙8672.53.157 1071.926 1050.291烯乙醛4420.852.483 1071.400 1050.412巴豆醛70102.23.446 1071.688 1050.40丙酮5856.292.956

14、 1071.388 105二氧化440.232碳氮?dú)?80.25水181004.08 1077.559 104 0.458循環(huán)油 1560.63備注：1KCal =4.18KJ丙酮汽相熱容 Cp = 0.1384 J Kmol導(dǎo)熱油的密度1.02g/h根據(jù)工藝條件的選擇反應(yīng)器入口氣體溫度140OC,反應(yīng)溫度（既出 口溫度）180 OC。1、反應(yīng)放出熱量 反應(yīng)熱92.86KJ 22.18Kcal molQ1 =(W31 -W30) 1000 22.18/86-(23.55 103 -2.46 103) 22.18 1000/86 = 5.4393 106 KCal /h(1)氣體從140oC升到

15、180oC吸熱為Q2 吸執(zhí)八、q1=cw t35=0.469 52.74 10(180 -140)= 9.8940 10 k吸q2二 cw=t(335= 0.35 48.69 10(180 -140)=6.8166 10 k醋 酸 乙 烯q3=cw=t= 0.291 2.46 103 (180 -140)=2.8634 104k氮?dú)馕黴4二 cw ' t(5)34= 0.25 3.45 10(180 -140)=3.45 10 k乙醛吸q5=cw't(6)q6=cw=t(7q7二 cw=t(8)q8二 cw t/h/h/h/h= 0.412 1.16 103 (180 -140

16、)=1.9117 104k豆醛/h= 0.4 0.15 103(180 -140)=2.4 103k/h執(zhí)八、執(zhí)八、執(zhí)八、執(zhí)八、執(zhí)八、執(zhí)八、= 0.232 0.44 103(180 -140)蒸八、= 0.485 0.33 103(180 -140)= 4.0832 103k/h= 6.0456 103k /h執(zhí)八、其它吸熱可以忽略8所以 Q2qi =1.7660 106kcal/h3、被載熱油帶走的熱量Q4a.假設(shè)反應(yīng)器有熱損失Q =1 105kcal/h (經(jīng)驗(yàn)取值)貝卩：Q=Qi-(Q2Q3)=5.439310(17.6581)105=3.5735106 KcaLhb假設(shè)反應(yīng)器無(wú)熱損失則

17、：Q4 二 Q1 -Q2 二 5.4393-1.7658 106 =3.6735 106kcal/h4、 反應(yīng)熱利用率二生 100% = 1.7658 106 100% =32.46%Q15.4393 "06反應(yīng)器熱量衡算：相關(guān)物質(zhì)的物性參數(shù)表其中丙酮 Cp =8.7582 104J/kmol.K5、導(dǎo)熱油用量 W油(Cp =0.63kcal/h, r油=1.02g / h. 4 = 10oC ) a.反應(yīng)器有熱損失Q4=W油 10 103 0.63 10 =3.5735 105156= J5=88.49t/h0.63 10W由 88.49 103油1.02 103 =86.753/

18、hb.反應(yīng)器內(nèi)無(wú)熱損失Q4二W 10103 0.63 10 =3.6735 106156W油56 3.6735 =90.96t/h 油 0.63 10V十9°.96 103 =89.18m3/h1.02 1035、6分離器熱量衡算一段冷卻：(控制溫度范圍：180 100oC , 一段出料溫度：100oC, 醋酸溫度50 90oC )反應(yīng)器出口混合汽的溫度經(jīng)汽液分離器一段冷卻后，溫度由180oc降到100oC ,在此過(guò)程中大部分重組分醋酸冷凝下來(lái)，同時(shí)水,巴豆醛也幾乎全部冷凝下來(lái)，余下的組分通往二段繼續(xù)冷卻。'36(1) C2H2 :Q1 =44.83 100.469 4.18

19、7 (180-100)= 7.04 10 kJ /h'35(2) N2：Q2 =3.45 100.25 4.187 (180 -100)=2.89 10 kJ /h'35(3) CH3CHO :Q3 =1.34 10 0.412 4.187 (180 -100)=1.85 10kJ/h'35(4) CO2:Q4 -0.66 100.232 4.187 (180 -100)=0.513 10 kJ /h(5)CHaCOCHa ：Q5'=W Cp :t=0.29 1(0 8.758 104 (100 80) = 0.350 105kJ/hM58 10'

20、9;35(6)VAC:Q =4.18 W Cp ：t =26.01 100.291 4.187 (180-100)=25.4 10 kJ/h3(7)H2。:q7 =0.361CX0.4584.187(180000：3l0 漢4.0&104 =8.711(f kJ/h18WW(8)HAC :Q8 =4.18 W Cp tvHL ：tp MM3331.65 漢 1034= 31.65 1 03 0.35 4.187 (180-118)2.392 1 046031.65 10321.384 10(118 -100)60= 16.81 106KJ.hWW(9)C4H6O:Q9 =4.18 W

21、Cp：tvHL ：tMM= 0.18 1 03 0.40 4.187 (180-102.22)0.18 1034 0.18 1032703.446 1041.668 102 (102.22-100)70-1.13 105 KJ h(10)其它：按醋酸處理：Q10 =1.2 4.18 W' CpvH L pMM3= 0.65 100.35 4.187 ( 180-118)3+ 0.65 106023.92 104 +30.65 10600.1384 102 ( 118-100)=4.11105kJ/h所以一段總冷量10Qy Q； =3.63 107kJ/hi=0二段冷卻（氣體溫度100-

22、50 °C）醋酸溫度（20-30 °C）由一段冷卻來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)二段冷卻后溫度由100°C降到50°C，在此過(guò)程中相對(duì)重的組分 VAC（即產(chǎn)品）幾乎全部冷凝下來(lái)，同時(shí)幾乎所有的丙酮也冷凝下來(lái)，余下的組分含有c2h2 , n2 , co2,ch3cho通往三段冷卻。(1C2H2：Qi" =4.18 W' Cp ：t =44.83 103 0.469 4.187 (100-50) = 4.40 106kJ/h(2) N2：Q2" =4.18 W' Cpt =3.45 103 0.25 4.18 (100-50) = 1.81 105kJ/h(3) CO2 :Q" =4.18 W' Cp 応=0.66 103 0.232 4.187 (100-50)=3.21 104kJ/hCH3CHO :Q4" =4.18 W' Cp .：t=1.34 1 03 0.412 4.187 (100 - 50)=1.16 1 05kJ /h(5)CH3COCH3：Q5 =4.18 W' Cp . ：t 加 L . ：t