年產(chǎn)2萬噸醋酸工藝設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)2萬噸醋酸工藝設(shè)計(jì)一 綜述醋酸是一種有機(jī)化合物，又叫乙酸（ethanoic acid）別名：醋酸(acetic acid)、冰醋酸(glacial acetic acid)。分子式：C2H4O2（常簡寫為HAc）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維素和木材

2、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、丁烷氧化法和羰基合成法

3、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，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，其次對整個工藝過程進(jìn)行初步的物料和能量衡算，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醋酸的物理性質(zhì) 醋酸的主要物性數(shù)據(jù)列于表1-1表1-1 純醋酸的物理性質(zhì)3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

4、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）11.8310.978.186.170（20）2.665（-10）1.3719-484.50-432.25-874.8159.8282.5434.784.754.795.7861.2 醋酸的化學(xué)性質(zhì)1.2.1 酸性 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)。 羧酸中，例如乙酸，的羧基氫原子能夠部分電離變?yōu)闅潆x子（質(zhì)子）而釋放

5、出來，導(dǎo)致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系數(shù)為4.8，pKa=4.75（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%的醋酸分子是解離的。Na 2CH3COOH + Na2CO32CH3COONa + CO2 + H2O 2CH3COOH + Cu(OH)2 (CH3COO)2Cu + 2H2O CH3COOH + C6H5ONa C6H5OH (苯酚）+ CH3COO1.2.2 乙酸的二聚體 乙酸的晶體結(jié)構(gòu)顯示，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120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(diǎn)降低測定

6、分子量法以及X光衍射證明了分子量較小的羧酸如甲酸、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以。其它的羧酸也有類似的二聚現(xiàn)象。二聚體形式存在。當(dāng)乙酸與水溶和的時候，二聚體間的氫鍵會很快的斷裂 1.2.3 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?yàn)榻殡姵?shù)為6.2，它不僅能溶解極性化合物，比如無機(jī)鹽和糖，也能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(yùn)用的化學(xué)品。 1.2.4 化學(xué)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?yàn)殇X在空氣中表明會

7、形成氧化鋁保護(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)。除了醋酸鉻（II），幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。 Mg(s) + 2 CH3COOH(aq) (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g) NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) 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，可以還原生成乙醇，通過親核取代機(jī)理生成乙酰氯，也可以雙分子脫水生成酸酐。同樣，乙酸也可以成酯或氨基化合物。440的高溫下，乙酸分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和水。 1.2.5

8、 鑒別 乙酸可以通過其氣味進(jìn)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。乙酸與三氧化砷反應(yīng)生成氧化二甲砷，通過產(chǎn)物的惡臭可以鑒別乙酸。1.3醋酸在國內(nèi)外的生產(chǎn)量用AO-Plus工藝改造后能力為100萬t/a，是世界上最大的醋酸裝置。BP-Amoco是西歐最大的生產(chǎn)商，其在英國Hull地區(qū)的生產(chǎn)裝置采用Cativa工藝改造后，生產(chǎn)能力達(dá)到74.5萬t/a。亞洲已成為世界最大的醋酸生產(chǎn)地，是近幾年新建醋酸裝置最多的地區(qū)，日本目前醋酸生產(chǎn)能力為110.6萬t/a；此外，美國Celanese公司在新加坡建設(shè)了50萬t/a醋酸裝置，BP在馬來西亞也建了

9、1套40萬t/a醋酸裝置，韓國三星/BP的醋酸裝置能力為35萬t/a，中國也已有4套羰基合成醋酸裝置。 2005年全球醋酸的消費(fèi)量約787.4萬t。醋酸乙烯為第一大用戶，占全球醋酸總消費(fèi)量的42.4%。對苯二甲酸、醋酸酯、醋酐分別占醋酸總消費(fèi)量的17.9%、16.5%、12.9%。預(yù)計(jì)今后5年醋酸乙烯的生產(chǎn)將以年均3%的速度增長；由于聚酯需求的快速增長，預(yù)計(jì)今后5年對苯二甲酸產(chǎn)量將年均增長8%；醋酸酯類的需求增長主要是醋酸乙酯和醋酸丁酯的發(fā)展所帶動的。作為溶劑，醋酸乙酯和醋酸丁酯替代有毒性的甲乙酮和甲苯(尤其是在發(fā)達(dá)國家)，使兩者需求量有一定的增長。由于水溶性和粉末涂料的發(fā)展，具有揮發(fā)性的涂料

10、生產(chǎn)萎縮，對醋酸酯類的需求有所下降。因此，總的來看，醋酸酯類對醋酸的需求增長率仍保持目前年均5%的水平;醋酐主要用于生產(chǎn)醋酸纖維素以制造香煙過濾嘴，由于今后香煙的需求增長不會很快，因而醋酐的需求增長將維持年均2%的水平。預(yù)計(jì)到2010年全球醋酸的需求量將達(dá)到947.7萬t。 我國的醋酸產(chǎn)量從1990年的35.95萬t，到1995年增至42.5萬t，2005年增長至137萬t，年均增10.62%然國內(nèi)醋酸生產(chǎn)能力不斷提高，產(chǎn)量不斷上升，但尚不能滿足國內(nèi)需求，進(jìn)口量呈逐年上升趨勢，由2000 10.36萬t增至2005年的25萬t。2006年16月我國累計(jì)進(jìn)口醋酸29.4萬t。我國進(jìn)口的醋酸主要來

11、自Celanese和BP兩大公司，合計(jì)占我國總進(jìn)口量的70%以上。Celanese向我國出口的醋酸主要來自新加坡和美國工廠，BP向我國出口的醋酸主要來自馬來西亞、韓國和英國工廠。預(yù)計(jì)今后幾年我國仍將會進(jìn)口醋酸及其下游產(chǎn)品。 2005年中國低壓甲醇法產(chǎn)能和產(chǎn)量均占醋酸總產(chǎn)能和總產(chǎn)量的60%以上。酒精法是國內(nèi)最早采用的醋酸生產(chǎn)工藝，目前國內(nèi)幾乎所有小型裝置都采用此法。該法經(jīng)過國內(nèi)企業(yè)幾十年的生產(chǎn)實(shí)踐和技術(shù)改造，在節(jié)能降耗、三廢治理等方面均有較大的改進(jìn)，但乙醇消耗量達(dá)900kg/t醋酸。由于糧食發(fā)酵生產(chǎn)的乙醇市場售價達(dá)5000元/t，因此用乙醇來生產(chǎn)醋酸的利潤空間較小。乙烯法工藝的乙烯消量為500k

12、g/t醋酸，較高的乙烯價格（9000多元/噸）也使得該法生產(chǎn)的醋酸成本在5000元/噸左右價格上徘徊。 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，甲醇和一氧化碳反應(yīng)生成乙酸，方程式如下 CH3OH + CO CH3COOH 這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) CH3OH + 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)生成乙酸酐。因?yàn)橐谎趸己图状季?/p>

13、常用的化工原料，所以甲基羰基化一直以來備受青睞。4早在1925年，英國塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已經(jīng)開發(fā)出第一個甲基羰基化制乙酸的試點(diǎn)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(xué)公司用鈷作催化劑，開發(fā)出第一個適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法。到了1968年，以銠為基礎(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，銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的方法（孟山都法）。590年代后期，BP化學(xué)成功的將Cativa

14、催化法商業(yè)化，此法是基于釕，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(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(所用催化劑為氯化鈀:PdCl2、氯化銅：CuCl2和乙酸錳：(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)上缺乏競爭性,不宜再用該技術(shù)新建

15、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)險性進(jìn)行充分論證的

16、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，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。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。乙醛可以通過氧化丁烷或輕石腦油制得，也可以通過乙烯水合后生成。當(dāng)丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種金屬離子包括鎂，鈷，鉻以及過氧根離子催化，會分解出乙酸?；瘜W(xué)方程式如下： 2 C4H10 + 5 O2 4 CH3COOH + 2 H2O 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 atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副

17、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 2 CH3CHO + O2 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)物為乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的沸點(diǎn)都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。 1.4合成路線本次采用的是乙醛氧化法，合成路線圖1-1：1.4 設(shè)備儀器1.6 設(shè)備儀器圖1-1 乙醛氧化法合成路線二 物料衡算和能量衡算2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 醋酸生產(chǎn)消耗定額見表2-1表2-1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

18、：2萬噸 選擇年開工時間：8000小時 則 每小時生產(chǎn)醋酸 根據(jù)消耗定額得每小時乙醛進(jìn)料量為： 所以，選擇每小時乙醛進(jìn)料量為2000kg2.2 氧化塔物料衡算 （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2000kg/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2-2表2-2 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 9

19、8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% 副反應(yīng) 1. 4% 0.25% 0.95% 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：2000×99. 5%=1990 主反應(yīng) 96% a. 乙醛用量：1990×0. 993×0. 96=1897.03kg b. 需用氧量(x) 44:16=1897.03:x x=689.83kg c. 生成醋酸量(y) 44:60=1897.03:y y=2586.86kg

20、副反應(yīng) 1. 4% a. 乙醛用量：1990×0. 993×0. 014=27.66kg b. 需用氧量(x) 132:96=27.66:x x=20.12kg c. 生成醋酸量(y) 132:120=27.66:y y=25.15kg d. 生成甲酸量(z) 132:46=27.66:z z=9.64kg e. 生成水量(w) 132:18=27.66:w w=3.77kg 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：1990×0. 993×0. 0025=4.94kg b.

21、 需用氧量(x) 132:32=4.94:x x=1.20kg c. 生成亞乙基二醋酸量(y) 132:146=4.94:y y=1.09kg d. 生成水量(z) 132:18=4.94:z z=0.674kg 副反應(yīng) 0. 95% a.乙醛用量：1990×0. 993×0. 0095=18.772kg b.需用氧量(x) 88:48=18.772:x x=10.24kg c.生成醋酸甲酯量(y) 88:74=18.772:y y=15.786kg d.生成二氧化碳量(z) 88:44=18.772:z z=9.386kg e.生成水量(w) 88:18=18.772:w

22、 w=3.84kg 副反應(yīng) 1. 4% a.乙醛用量：1990×0. 993×0. 014=27.664kg b.需用氧量(x) 88:160=27.664:x x=50.298kg c.生成水量(y) 88:72=27.664:y y=22.634kg d.生成二氧化碳量(z) 88:176=27.664:z z=55.328kg 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 2000×0. 995×0. 993=1976.07kg 未轉(zhuǎn)化的乙醛量 2000×0. 995×0. 007=13.93kg （

23、其中液相中乙醛含量13.93×0. 66=9.194 氣相中乙醛含量13. 93×0. 34=4.736kg) 反應(yīng)掉的氧氣總量 689.83+20.12+1.20+10.24+50.30=771.68 kg 則所需工業(yè)氧氣量 其中： 氧氣=800.24×0. 98=784.23kg 氮?dú)?800.24×0. 02=16.00kg 所以未反應(yīng)的氧氣=784.23-771.68=12.55 kg 反應(yīng)生成物重量 醋酸：2586.86+25.15=2612.01kg 二氧化碳：9.2+9.39+55.33=73.936kg 水：3.77+0.67+3.84+

24、22.63=30.92kg 甲酸：9.64kg 亞乙基二醋酸酯：5.464kg 醋酸甲酯：15.786kg（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 16.13×0. 1=1.62kg 水 16.13×0. 3=4.84kg 醋酸 16.13×0. 6=9.678kg（5）保安氮用量 設(shè)保安氮為xkg 塔頂干氣量計(jì)算： 氮?dú)猓?6.00+0. 97x 氧氣 ：12.55+0. 03x 二氧化碳：73.94kg 則 =45% x=57.914kg（其中氮?dú)猓?7.9

25、1×0. 97=56.18kg 氧氣：57.91×0. 03=1.74kg） 塔頂干氣量 氮?dú)? 16.00+0. 97x=72.18kg 氧氣: 12.550. 03x=14.29kg 二氧化碳: 73.94kg 整理以上數(shù)據(jù)，列出氧化塔物料平衡結(jié)果，見表2-3表2-3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乙醛醋酸錳96. 00. 801. 500. 680. 390. 380. 180. 0713118. 4

26、278. 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. 40kg2.2 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)出物料圖列衡算式： 2.3 精餾塔物料衡算 2.3.1 精餾塔1物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量2649.1

27、36kg/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： 2.3.2 精餾塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=2565.184kg/h （2）進(jìn)料醋酸含量98%，釜?dú)堃捍姿岷?0%，成品醋酸含量99. 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： 2.4 醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)

28、據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=83.952+51.418=135.37kg/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=101.528kg/h Y=33.842kg/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 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. 43

29、23. 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 三 設(shè)備的設(shè)計(jì)3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. 022

30、27. 02216. 82設(shè)備設(shè)計(jì)過程：3.1 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3.2 塔的有效高度計(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

31、 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 塔截面積 空塔氣速 3.4 塔板設(shè)計(jì) 從塔板的生產(chǎn)能力、板面利用率、結(jié)構(gòu)、造價等方面考慮進(jìn)行比較后，選擇篩板塔. （1）

32、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，?。?）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

33、 篩孔數(shù)目 其中 則 所以 開孔率 3.5 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）漏液 對篩板塔，取漏液量10%時的氣相動能因子為 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

34、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）液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限由 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

35、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)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.