聚乙烯醇精餾一塔設(shè)計(jì)

1、聚乙烯醇精餾一塔設(shè)計(jì)摘 要 目前，聚乙烯醇行業(yè)正處于產(chǎn)能急劇擴(kuò)張，技術(shù)更新?lián)Q代的時(shí)期，由此，對(duì)于聚乙烯醇生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的研究及設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本次設(shè)計(jì)，充分調(diào)查了國內(nèi)外聚乙烯醇市場狀況和行業(yè)發(fā)展方向，學(xué)習(xí)聚乙烯醇制造工藝，對(duì)所研究的聚乙烯醇行業(yè)有了較深認(rèn)識(shí)。通過查閱相關(guān)的資料，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了聚乙烯醇的工藝流程，其包括：乙炔發(fā)生、醋酸乙烯酯制備、精制、聚合，聚醋酸乙烯酯的醇解。乙炔法制造的醋酸乙烯酯含有較多雜質(zhì)，不利于醋酸乙烯酯的聚合，必須通過精餾工序?qū)⑵涮峒兙?。本次設(shè)計(jì)針對(duì)醋酸乙烯酯精制，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)醋酸乙烯酯精餾工段二塔及三塔，計(jì)算精餾塔設(shè)備相關(guān)參數(shù)并對(duì)附屬設(shè)備計(jì)算選型，繪制工藝流

2、程圖、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。關(guān)鍵詞：聚乙烯醇、醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯酯、精餾工序，精餾塔AbstractAt present, the polyvinyl alcohol profession is being in produces can expand suddenly, the technology renewal time, from this, appears regarding the polyvinyl alcohol production correlation equipment research and the design especially importantly.This d

3、esign, investigated the domestic and foreign polyvinyl alcohol market condition and the profession development direction fully, the study polyvinyl alcohol manufacture craft, to the polyvinyl alcohol profession which studies has had known deeply.Through the consult related material, the system study

4、 polyvinyl alcohol technical process, it has included: The acetylene has, the vinyl acetate preparation, the purification, the polymerization, the polyvinyl acetate alcoholysis.The acetylene law manufacture vinyl acetate includes many impurities, does not favor the vinyl acetate the polymerization,

5、must through the selective evaporation working procedure its depuration purification.This design in view of vinyl acetate purification, according to actual production demand, design vinyl acetate selective evaporation construction section two towers and three towers, computation rectifying tower equ

6、ipment correlation parameter and to appurtenance computation shaping, plan flow chart, equipment structure drawing.Key words: Polyvinyl alcohol;Polyvinyl acetate; Polyvinyl acetate ester;Distillation process;Distillation columns79 年產(chǎn)10000噸聚乙烯醇精餾塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄摘 要IAbstractII第一章 聚乙烯醇的綜述11.1引言11.2 聚乙烯醇的國內(nèi)外現(xiàn)狀1

7、1.2.1 世界聚乙烯醇的研究現(xiàn)狀及消費(fèi)結(jié)構(gòu)11.2.2我國聚乙烯醇研究現(xiàn)狀及消費(fèi)結(jié)構(gòu)21.3 聚乙烯醇的簡介41.3.1 聚乙烯醇(PVA)的定義41.3.2 聚乙烯醇的性質(zhì)41.3.3 聚乙烯醇樹脂的命名51.4 聚乙烯醇生產(chǎn)原理及工藝流程51.4.1乙炔法生產(chǎn)原理51.4.2 聚乙烯醇的工藝流程說明71.5 聚乙烯醇的應(yīng)用91.6 小結(jié)9第二章 設(shè)計(jì)方案的確定112.1 塔設(shè)計(jì)原則122.2 裝置流程的確定122.3 板型選擇132.4 操作壓力的選擇132.5 附屬設(shè)備的選擇132.6 回流比的選擇與塔板數(shù)132.7 工藝流程圖13第三章 醋酸乙烯酯精餾二塔(T-202)的工藝設(shè)計(jì)14

8、3.1 精餾工序的物料衡算及操作條件的確定143.2 氣液負(fù)荷計(jì)算183.3 精餾塔理論塔板數(shù)的計(jì)算213.4 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)243.4.1塔徑的初步設(shè)計(jì)243.4.2 溢流堰及降液管的設(shè)計(jì)253.4.3 弓形降液管的寬度和橫截面263.4.4 降液管底隙高度273.4.5 篩孔的設(shè)計(jì)273.4.6 篩板塔的流體力學(xué)的計(jì)算283.4.7 塔板負(fù)荷性能圖323.5 塔附件的工藝設(shè)計(jì)及選型373.5.1工藝接管373.5.2法蘭383.5.3筒體和封頭383.5.4除沫器393.5.5吊柱393.5.6裙座403.5.7人孔403.6塔總體高度設(shè)計(jì)計(jì)算413.7 附屬設(shè)備的初步計(jì)算413.7.1

9、冷凝器(NQ-202)的選型413.7.2再沸器(ZF-202)的設(shè)計(jì)423.8本章符號(hào)說明表43第四章 醋酸乙烯酯精餾三塔(T-203)的工藝設(shè)計(jì)464.1 三塔精餾工序的物料衡算464.2 氣液負(fù)荷計(jì)算474.3 理論塔板數(shù)的計(jì)算514.4 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)524.4.1 塔徑的初步設(shè)計(jì)524.4.2溢流堰及降液管的設(shè)計(jì)534.4.3弓形降液管的寬度和橫截面554.4.4降液管底隙高度554.4.5 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列554.4.6 漏液點(diǎn)氣速574.4.7塔板流體力學(xué)計(jì)算574.4.8 塔板的負(fù)荷性能圖604.5 塔附件的工藝設(shè)計(jì)及選型654.5.1工藝接管654.5.2法蘭674

10、.5.3 筒體和封頭674.5.4 除沫器684.5.5吊柱684.5.6裙座684.5.7人孔694.6塔總體高度設(shè)計(jì)計(jì)算694.7附屬設(shè)備的初步計(jì)算704.7.1 冷凝器(NQ-203)的選型704.7.2再沸器(ZF-203)的設(shè)計(jì)714.8 本章符號(hào)說明表73第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)75附錄76參考文獻(xiàn)77致 謝79年產(chǎn)10000噸聚乙烯醇精餾塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一章 聚乙烯醇的綜述1.1引言聚乙烯醇（Poly Vinyl Alcoho，簡稱 PVA）外觀為白色粉末，是一種用途相當(dāng)廣泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡膠之間【1】，它的用途可分為纖維和非纖維兩大用途2-3。由于PVA具有獨(dú)特的強(qiáng)

11、力粘結(jié)性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑型、保護(hù)膠體性、氣相阻絕性、耐磨性以及經(jīng)特殊處理的具有的耐水性，因此除了作纖維原料外，還被大量用于生產(chǎn)涂料、粘合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產(chǎn)品，應(yīng)用范圍遍及紡織、食品、醫(yī)藥、建筑、木料加工、造紙、印刷、農(nóng)業(yè)、鋼鐵、高分子化工等行業(yè)。PVA 還可作 PVA 橡膠、感光材料、臨時(shí)保護(hù)膜、高頻淬火劑、陰極射線管、石油鉆井凝固劑、光學(xué)拋光劑、防潮劑、防霧劑、水泥灰漿和土壤的改良劑，及室內(nèi)空氣凈化除臭劑，甚至還可用于液晶顯示等，具有十分廣闊的應(yīng)用前景【4】。1.2 聚乙烯醇的國內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1 世界聚乙烯醇的研究現(xiàn)狀及消費(fèi)結(jié)構(gòu)5 2008年世界聚

12、乙烯醇產(chǎn)能已經(jīng)接近150萬噸/年，中國產(chǎn)能為66.6萬噸/年，占世界總產(chǎn)能的45%，是世界上聚乙烯醇產(chǎn)能最大的國家，預(yù)計(jì)到2012年，世界總產(chǎn)能將超過180萬噸/年，而消費(fèi)量在125萬噸，產(chǎn)能過剩將不可避免。中國聚乙烯醇也將面臨過剩，到2012年，產(chǎn)能將超過85萬噸/年，消費(fèi)量在65萬噸，拓展產(chǎn)業(yè)鏈，提高高端產(chǎn)品比例成為企業(yè)發(fā)展重要抓手。 1. 生產(chǎn)現(xiàn)狀圖表1.1 2010年世界聚乙烯醇產(chǎn)能分布情況 2. 世界主要地區(qū)聚乙烯醇消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖表1.2 世界主要地區(qū)聚乙烯醇消費(fèi)結(jié)構(gòu)PVA還用做薄膜及醫(yī)療上的應(yīng)用。1.2.2我國聚乙烯醇研究現(xiàn)狀及消費(fèi)結(jié)構(gòu) 1.聚乙烯醇行業(yè)市場發(fā)展趨勢圖表1.3 2009

13、-2013年我國聚乙烯醇行業(yè)市場規(guī)模增長趨勢2. 聚乙烯醇產(chǎn)能情況圖表1.4 2006-2011年1-11月我國聚乙烯醇產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能3.中國聚乙烯醇的消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖表1.5 中國聚乙烯醇的消費(fèi)結(jié)構(gòu)其他的組分有聚乙烯醇薄膜及醫(yī)藥、化妝品行業(yè)的功能材料等。1.3 聚乙烯醇的簡介1.3.1 聚乙烯醇(PVA)的定義聚乙烯醇樹脂是以乙烯法生產(chǎn)的醋酸乙烯為原料，經(jīng)溶液聚合、無水低堿醇解得。工藝具有物耗低、能耗低、污染小的特點(diǎn)，是一種環(huán)保型產(chǎn)品，聚乙烯醇主要有完全醇解型和部分醇解型兩大類。中文名稱：聚乙烯醇英文名稱2：polyvinyl alcohol, 簡稱PVACAS No.:9002-89-5分子式：C2H

14、4On1.3.2 聚乙烯醇的性質(zhì)6 聚乙烯醇的化學(xué)性質(zhì)在于它的仲醇基的存在，它在一定程度上類似纖維素，它能進(jìn)行多元醇典形的化學(xué)反應(yīng)，能夠酯化和醚化，能與堿金屬、醛反應(yīng)。也能與二硫化碳和氫氧化鈉反應(yīng)生成黃原酸鹽。具有長鏈多元醇酯化、醚化、縮醛化等化學(xué)性質(zhì)。其水溶液有很好的粘接性和成膜性；能耐油類、潤滑劑和烴類等大多數(shù)有機(jī)溶劑；溶于水，為了完全溶解一般需加熱到6575。不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等,微溶于二甲基亞砜。120l50可溶于甘油.但冷至室溫時(shí)成為膠凍。 1.3.3 聚乙烯醇樹脂的命名聚乙烯醇樹脂根據(jù)其平均聚合度、 醇解度、 主要用

15、途和醇解工藝進(jìn)行分類命名。平均聚合度，兩位阿拉伯?dāng)?shù)字醇解度，兩位阿拉伯?dāng)?shù)字醇解工藝，英文字母主要用途，英文字母 （）如：某種聚乙烯醇樹脂(PVAL)，平均聚合度為1700(17),醇解度為99.8%(mol/mol)(99),纖維用（F）,高堿醇解制備的（H）,其名稱為：PVAL 17-99F(H)。沒有PVAL這個(gè)名稱，L代表低堿醇解制備工藝 此處應(yīng)為 PVA17-99F（H）1.4 聚乙烯醇生產(chǎn)原理及工藝流程聚乙烯醇是由醋酸乙烯(VAc)經(jīng)聚合醇解而制成，通常有兩種原料路線，一種是以乙烯為原料，制醋酸乙烯，再制得聚乙烯醇；另外一種是以乙炔(分為電石乙炔和天然氣乙炔)為原料制備醋酸乙烯，再制

16、得聚乙烯醇。目前，國外主要采用乙烯原料生產(chǎn)聚乙烯醇，而我國則大部分采用乙炔法生產(chǎn)聚乙烯醇,其中有些公司已經(jīng)致力于生物質(zhì)酒精路線（采用木薯）研究，但目前處于摸索中。當(dāng)前，聚乙烯醇生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展主要表現(xiàn)在聚合工藝、醇解技術(shù)、改性技術(shù)以及新產(chǎn)品開發(fā)等幾個(gè)方面。1.4.1乙炔法生產(chǎn)原理71) 電石制乙炔 (1-1)2) 醋酸乙烯(VAc)的合成 (1-2)3) 醋酸乙烯(VAc)的聚合8 以偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑，甲醇為溶劑，VAc 經(jīng)聚合生成聚醋酸乙烯(PVAc) (1-3)副反應(yīng)： (1-4) (1-5)4) 聚醋酸乙烯的醇解9 醇解過程主要發(fā)生以下3 個(gè)反應(yīng) a) 酯交換反應(yīng)(堿起到催

17、化劑作用) (1-6)b) 皂化反應(yīng)(PVAc 皂化) (1-7)c) 副反應(yīng)(醋酸甲酯皂化) (1-8) 上述三個(gè)反應(yīng)中,反應(yīng) a 是主要反應(yīng),絕大多數(shù)的 PVAc 通過反應(yīng)生成 PVA。反應(yīng)b和反應(yīng)c是副反應(yīng),其中反應(yīng)b屬于水解反應(yīng),只在體系有水的情況下發(fā)生,而且隨著體系含水量的增加而加快。反應(yīng)c因反應(yīng)生成的醋酸甲酯和堿液濃度較低,反應(yīng)速度較慢,但隨體系含水率升高,反應(yīng)加快。5) 醋酸、甲醇回收 (1-9) (1-10)以電石為原料在乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)生成乙炔；乙炔再與醋酸合成反應(yīng)，生成的反應(yīng)液經(jīng)過精餾得到醋酸(VAc)，VAc在引發(fā)劑的作用下聚合生成聚醋酸乙烯(PVAc)；PVAc再醇

18、解得到最終產(chǎn)品PVA。這是乙炔法生產(chǎn)聚乙烯醇的原理。1.4.2 聚乙烯醇的工藝流程說明10-11聚乙烯醇的生產(chǎn)工藝包括：乙炔發(fā)生、醋酸乙烯制備、醋酸乙烯精制、醋酸乙烯聚合、 聚醋酸乙烯醇解和醇解廢液回收。圖1-1 聚乙烯醇的工藝流程圖1.醋酸乙烯酯的精制工藝流程實(shí)際制備的是粗醋酸乙烯酯(VAc)，聚醋酸乙烯酯(PVAc)的合成對(duì)VAc的純度要求很高，所以醋酸乙烯酯需要精制，以下是介紹醋酸乙烯酯的精餾過程。精餾一塔的進(jìn)料液是氣體分離塔的第一循環(huán)液，該塔將乙醛等輕組分從塔頂分離出去，塔頂蒸汽經(jīng)過冷凝后部分送往八塔和萃取七塔，不凝氣體送往合成工段的水洗塔。塔頂餾出液送往精餾二塔。二塔的目的是將醋酸與

19、醋酸乙烯分開，塔釜液送往精餾五塔。塔頂所得的餾出液達(dá)到VAc的合成指標(biāo)，就可以直接去合成，若沒達(dá)到要求將送往三塔繼續(xù)精制。三塔原料的來源還有聚合工段的未聚合的VAc，該塔作用是脫輕組分，將乙醛與醋酸甲酯蒸出冷凝加入四塔，并中采出VAc送往聚合工段。釜液可送往一、二、三、四塔做阻聚劑使用。四塔的作用是將餾出液中的VAc回收回來，該塔頂蒸出醋酸甲酯及乙醛等冷凝送往回收，釜液送往三塔。五塔采用用水共沸的方法使水和巴豆醛形成共沸物從塔頂蒸出，塔底加入工藝水制備醋酸后回收。精餾六塔進(jìn)料是五塔的餾出液，同樣采取共沸精餾分離巴豆醛及醋酸水溶液，巴豆醛回收，醋酸進(jìn)行提濃。用一般精餾的方法很難將醋酸乙烯與乙醛分

20、開，所以七塔采用萃取的方法將它們分離，由于低溫時(shí)醋酸乙烯在水中的溶解度小，內(nèi)通-7的冷凍鹽水進(jìn)行冷卻可以提高水對(duì)乙醛對(duì)的選擇性。八塔主要處理一塔的餾出液、七塔萃余液及九塔的中采液。它的作用是盡可能的將加料中的乙醛從塔頂蒸出，蒸汽冷凝后部分回流，部分送往萃取塔，釜液送往三塔進(jìn)料。九塔是萃取塔的萃取液，合成工段水洗塔的排出水合并加入，塔底吹入蒸汽精餾，在九塔的中部側(cè)線采出VAc送往聚合工段的分層器，塔底廢液送至下水道。2.聚合工段的工藝流程 1)聚合工藝流程的介紹 首先把一定量的甲醇加入引發(fā)劑配置槽中，開動(dòng)攪拌器，再把稱量好的偶氮二異丁腈徐徐投入，繼續(xù)攪拌，待完全溶解后，引發(fā)劑溶液用雙柱塞計(jì)量泵連

21、續(xù)加入預(yù)熱器中。同時(shí)，溶劑甲醇和單體醋酸乙烯分別用泵連續(xù)加入預(yù)熱器，開車時(shí)，夾套內(nèi)通水蒸汽，把三種物料加熱到60，然后流入第一聚合釜。正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，夾套內(nèi)蒸汽停止。物料在第一聚合釜中進(jìn)行引發(fā)初聚合，聚合率約20% 第二聚合釜使醋酸乙烯的聚合率達(dá)到50%左右。聚合熱也靠甲醇和醋酸乙烯的蒸發(fā)帶出，蒸汽在尾氣冷凝器中用地下水冷凝，凝液再回流至第二聚合釜中。2)精餾工藝流程的介紹第一精餾塔也叫脫單體塔，該塔的作用是把未聚合的醋酸乙烯單體從塔頂脫出， 該塔頂部還加入工藝水，其與醋酸乙烯形成共沸物，冷凝冷卻后，水和醋酸乙烯能夠分層，相互溶解度小很容易把水和醋酸乙烯分開。第二精餾塔塔頂蒸出的醋酸乙烯和水，在冷

22、凝器內(nèi)冷凝冷卻后，進(jìn)入臥式分層器，上層為醋酸乙烯，除去雜質(zhì)后用于聚合。下層為水，含醋酸乙烯23%，用泵全部打回流，做為萃取水的一部分，送往回收工段第三精餾塔，與回收工段的甲醇水溶液合并進(jìn)行精餾。3.聚醋酸乙烯酯的醇解工藝流程聚醋酸乙烯酯的醇解有酸法水解和堿法水解，本論文主要介紹低堿法制備聚乙烯醇的工藝流程。聚醋酸乙烯酯甲醇溶液由齒輪泵輸送，與氫氧化鈉甲醇溶液同時(shí)加入混合機(jī)中，混合均勻后進(jìn)入皮帶醇解機(jī)，第一粉粹機(jī)中將醇解后物料切成長方體，再由第二粉粹機(jī)切成粒狀，經(jīng)擠壓機(jī)擠壓后干燥得到PVA成品。工藝的敘述順序仍然有些交叉和混亂 建議把藍(lán)字部分合并寫 具體格式為工藝名稱+工藝方程式+工藝流程簡述比

23、如： （1）乙炔發(fā)生 方程式 一定粒徑的電石加入乙炔發(fā)生器后，與水進(jìn)行反應(yīng)得到粗乙炔氣體。（2）合成 方程式等等等等最后給一個(gè)整體的流程見圖即可 1.5 精餾精制系統(tǒng)介紹根據(jù)任務(wù)書，本次論文主要設(shè)計(jì)為精餾工序二三塔的具體結(jié)構(gòu)以及附屬設(shè)備，要介紹二三塔在流程中的作用 主要目的是用這段文字將之前的敘述與之后的設(shè)計(jì)連接起來 1.6 聚乙烯醇的應(yīng)用 1. 薄膜12 PVA薄膜材料根據(jù)性能主要有水溶性薄膜、阻隔性薄膜、可生物降解薄膜。 2. 涂料、膠黏劑、催化劑13 PVA與水玻璃、膨潤土、石灰、丙烯酸丁酯等混合可作為內(nèi)外墻涂料。 3. 應(yīng)用于造紙14 PVA作為一種傳統(tǒng)的表面施膠劑,由于含有極性羥基,

24、能與紙漿纖維形成氫鍵,可提高紙張強(qiáng)度。 4. 用作纖維15 水溶性PVA維綸纖維是一種很有價(jià)值的功能性差別化纖維,不僅有理想的水溶溫度、強(qiáng)度和伸度,還具有良好的耐酸、耐堿、耐干熱等化學(xué)性能,溶于水后無味、無毒,水溶液呈無色透明狀,較短時(shí)間內(nèi)能自然分解,對(duì)環(huán)境無污染,是合成纖維中少數(shù)可生物降解的綠色環(huán)保材料之一。5. 生物應(yīng)用PVA是一種無毒性,具有生物可降解性和良好生物相容性的高分子材料,可作為醫(yī)藥、化妝品行業(yè)中的功能材料。1.7 小結(jié)1.聚乙烯醇新的聚合工藝、醇解工藝以及改性技術(shù)的不斷發(fā)展，不僅降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，也為不同品種聚乙烯醇的大規(guī)模生產(chǎn)提供了有利條件，但目前這些工藝大

25、都還停留是在試驗(yàn)研究階段，仍需要進(jìn)行不斷的工作。2.經(jīng)過多年的發(fā)展，我國聚乙烯醇的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量有了很大的發(fā)展，基本上能夠滿足國內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)的需求，產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了多樣化，生產(chǎn)工藝技術(shù)正在逐漸向低堿醇解方向發(fā)展，但是，與國外先進(jìn)國家相比，目前我國生產(chǎn)的聚乙烯醇品種仍然比較單一，大多數(shù)為普通粘度和醇解度的常規(guī)產(chǎn)品，主要用于建筑膠粘劑、低檔紡織漿料等領(lǐng)域。國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高聚合度和低聚合度、低醇解度的產(chǎn)品較少，仍主要依靠進(jìn)口來解決，因應(yīng)該積極開發(fā)這些高附加值的新產(chǎn)品，以滿足國內(nèi)實(shí)際需求。3.目前，我國聚乙烯醇生產(chǎn)主要采用電石乙炔法，該方法雖然技術(shù)成熟，投資少，催化劑易得，比較符合我國的國情，因此在

26、一定時(shí)期內(nèi)仍具有一定的成本優(yōu)勢。但該方法污染較為嚴(yán)重，發(fā)展前景不是十分樂觀。因此從長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展的角度，應(yīng)該適當(dāng)發(fā)展天然氣乙炔法和乙烯法，以逐步實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)工藝共存的局面，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，增強(qiáng)市場競爭力。4.近幾年，伴隨著PVA行業(yè)競爭的白熱化，各大廠家均將提高產(chǎn)能作為降低生產(chǎn)成本的主要手段，PVA行業(yè)面臨更大規(guī)模的擴(kuò)建和新建，由此拉動(dòng)了上游設(shè)備制造企業(yè)的市場需求，相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和研發(fā)顯得更加主要。第2章 設(shè)計(jì)方案的確定本次設(shè)計(jì)所針對(duì)的聚乙烯醇精餾塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，他所對(duì)應(yīng)的是粗醋酸乙烯酯精制流程。而精餾工序中二塔及三塔所精餾的醋酸乙烯酯是能夠達(dá)到聚合原料的純度要求，所以本設(shè)計(jì)應(yīng)確定

27、對(duì)二塔和三塔設(shè)備的設(shè)計(jì)。確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)： (1) 滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。要考慮必需裝置的儀表(如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等)及其

28、裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。 (2) 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。 降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且，

29、應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方。 (3)保證安全生產(chǎn) 例如醋酸乙烯酯屬易燃物料， 不能讓其蒸汽彌漫車間， 也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。 以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。 2.1 塔設(shè)計(jì)原則 總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)， 使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、 經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首

30、先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： (1) 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 (2) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 (3) 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 (4) 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制

31、造和安裝容易。 (5) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 (6) 塔內(nèi)的滯留量要小。 實(shí)際上， 任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求， 況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求， 抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。 2.2 裝置流程的確定 精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器等裝備，熱量自塔底輸入，物料在塔中多次部分被汽化和冷凝進(jìn)行精餾操作，由冷凝器中冷卻介質(zhì)將熱量帶走。工業(yè)生產(chǎn)中多應(yīng)用連續(xù)蒸餾，具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，塔頂冷凝裝置采用全凝器以便準(zhǔn)確的控制回流比。在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮余熱的利用。 2.3 板型選擇 本次設(shè)計(jì)

32、是通過對(duì)篩板塔和浮閥塔的計(jì)算和生產(chǎn)能力，塔板效率，操作效率，操作彈性，壓力降，以及操作和造價(jià)等多方面的比較，根據(jù)實(shí)際選型選擇二塔采用篩板塔，三塔使用浮閥塔。2.4 操作壓力的選擇 精餾操作有常壓，加壓和減壓。本設(shè)計(jì)采用常壓操作，原因有以下幾點(diǎn)： (1) 甲醇和醋酸乙烯在常壓下呈液態(tài)，不必采用加壓裝置。 (2) 能用水將餾出物冷卻，在常壓下實(shí)現(xiàn)醋酸乙烯和聚醋酸乙烯的分離。 (3) 醋酸乙烯和聚醋酸乙烯不屬于熱敏性物料，混合液沸點(diǎn)不高，不必采用減壓蒸餾。 2.5 附屬設(shè)備的選擇 本設(shè)計(jì)選擇用冷卻水冷卻，采用冷凝器。塔釜一般采用間接蒸汽加熱，但對(duì)塔底產(chǎn)物基本是水，且在低濃度時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度較大的體系，

33、也可采用直接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。 2.6 回流比的選擇與塔板數(shù) 實(shí)際回流比總是介于最小回流比和全回流兩種極限之間。 為了是塔設(shè)備合操作費(fèi)用實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化組合，一般經(jīng)驗(yàn)值 R=（1.12.0）Rmin ，本設(shè)計(jì)二塔 R1.5，三塔R = 4。2.7 工藝流程圖 見附錄。第三章 醋酸乙烯酯精餾二塔(T-202)的工藝設(shè)計(jì) 3.1 精餾工序的物料衡算及操作條件的確定基準(zhǔn)：年產(chǎn)10000噸聚乙烯醇1一塔加料的醋酸乙烯量：已知：皖維采用低堿法生產(chǎn)的聚乙烯醇平均純度為95%，按照年生產(chǎn)時(shí)間8000h計(jì)算，醇解工序收率為99.5%，精餾工序的收率99.8%，則100001000800095%44.053=一塔

34、加料的醋酸乙烯量86.08999.5%99.8%一塔加料的醋酸乙烯量=2336.965kg/h2. 一塔的操作條件及物料平衡一塔的操作條件表3-1 一塔的工藝條件項(xiàng)目塔頂溫度中溫釜溫回流比流出液溫度加料溫度單位條件65931042.0525控制指標(biāo)一塔餾出：HAc0.02%一塔釜出：Ald0.01%(原有指標(biāo)Ald0.1%)物料平衡表表3-2 進(jìn)料序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量%）1234醋酸乙烯（VAc）醋酸（HAc）乙醛（Aed）丁烯醛（Cr-Aed）2336.9654182.952119.14616.17834.762.151.770.24續(xù)表5678乙炔（C2H2）水（H2O）重組份合計(jì)2

35、8.27413.64633.6806730.8410.420.200.50100序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（%）123456VAcHAcAedC2H2H2O合計(jì)493.4570.24692.2327.03013.646606.61181.350.0415.201.162.25100表3-3 餾出液表3-4 排出釜液序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（%）123456VAcHAcAedCr-Aed重組份合計(jì)1843.5084182.7065.67016.17833.6806081.74230.3168.770.0930.270.55100表3-5 一塔尾氣序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（%）123AedC2H2合計(jì)21.24

36、421.24442.4885050100以上是根據(jù)年產(chǎn)量推出的一塔的物料平衡量，一塔的主要目的是脫除比醋酸乙烯沸點(diǎn)低的輕組分，即乙炔和乙醛。塔頂冷凝液采出送往八塔和七塔，釜液送往二塔。3.二塔的操作條件及物料平衡二塔的操作條件表3-6 二塔的工藝條件項(xiàng)目塔頂溫度中溫釜溫回流比餾出液溫度加料溫度單位操作條件721001251.530104控制指標(biāo)二塔餾出 ：HAC0.02%，比活度12分30秒；二塔釜出：VAC0.3%。物料平衡表二塔進(jìn)料的來源是一塔的釜液，它主要是將醋酸乙烯與醋酸進(jìn)行分離。塔頂?shù)镁姿嵋蚁?，塔底為粗醋酸。?-7 進(jìn)料序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（%）123456VAcHAcAedCr

37、-Aed重組份合計(jì)1843.5084182.7065.67016.17833.6806081.74230.3168.770.0930.270.55100表3-8 餾出液序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（%）12345VAcHAcAedCr-Aed合計(jì)1831.6770.3780.7560.1131832.92499.950.020.040.006100表3-9 排出釜液序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（%）12345VAcHAcCr-Aed重組份合計(jì)8.5054182.32816.06533.6804240.5780.2098.630.380.79100表3-10 二塔尾氣序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（%）123VAcAed

38、合計(jì)3.3264.9148.24040.3659.64100 二塔的物性數(shù)匯總據(jù)表工作記錄中有二塔的詳細(xì)計(jì)算過程，計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦拢罕?-11 二塔的物性數(shù)據(jù)匯總表名稱單位進(jìn)料餾出釜液精餾段平均提餾段平均平均分子量68.1286.0860.1777.1064.15比熱kJ/kg.1.9732.011.9591991.966汽化潛熱kJ/kg388.144380.862391.543384.50389.844汽相重度kg/m32.423.032.202.732.31液相重度kg/m310491003105010261050表面張力mN/m19.0223.9416.9121.4817.97VAc摩

39、爾分?jǐn)?shù)%23.4399.890.143.2 氣液負(fù)荷計(jì)算因?yàn)樵撍蟹肿悠療岵坏?，所以不能用恒分子流的方法?jì)算氣液負(fù)荷。本計(jì)算用熱量平衡與物料平衡聯(lián)立的方法計(jì)算氣液負(fù)荷。一、通過全塔熱平衡計(jì)算再沸器的熱負(fù)荷Qs10QR/GQPQRQE=0.03QSQSQFQW圖2-1 全塔熱平衡QF=6081.7421.973104=1247925kJ/hQp=1832.924(1.5+1)380.862+1832.924(1+1.5)2.0172=2408380kJ/hQR=1832.9241.52.0130=165788kJ/hQW=4240.5781.959125=1038412kJ/h假設(shè)全塔熱損失為

40、：QE=0.03QS全塔熱平衡：QS + QF + QR = Qp+ QE + QW二、由第二塊板以下熱量衡算和物料衡算，求提餾段上升汽量和下降液體量 用C代表比熱代表汽化潛熱熱量平衡 (2-1)物料平衡 (2-2) (2-3) (2-4) (2-5)將(2-3) (2-4) (2-5)代入式(2-1)，得：消去兩邊同類項(xiàng)，得： (2-6)將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(2-6)，得：將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(2-2)，得：三、求精餾塔段氣液負(fù)荷進(jìn)料板以上第一塊板的氣相負(fù)荷 精餾段頂板氣相負(fù)荷1、 由于回流液溫度低產(chǎn)生的內(nèi)回流量2、精餾段平均氣相負(fù)荷 進(jìn)料板上一塊的液相負(fù)荷精餾段頂板液相負(fù)荷 精餾段平均液相負(fù)荷 3.

41、3 精餾塔理論塔板數(shù)的計(jì)算16理論板：指離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均勻。理論塔板數(shù)的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法，圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。由于精餾二塔是分離VAc和HAc，根據(jù)它的繪制x-y平衡圖。1、 氣液平衡關(guān)系及平衡數(shù)據(jù)表3-12 醋酸乙烯73、醋酸118二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)16沸點(diǎn)液相中醋酸乙烯X（%）氣相中醋酸乙烯Y（%）7375809010011011511810088.161.932.516.14.01.20.010096.486.865.441.113.14.30.0繪制圖如下：圖3-4 VAc - HAc溶液的圖藍(lán)色三角形的點(diǎn)是物料進(jìn)入塔時(shí)的狀

42、態(tài)，從圖中可以看出其進(jìn)料狀態(tài)是氣液混合物進(jìn)料，則q（進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)）值為0q1， 已知：操作回流比R=1.5 精餾段操作線方程： (2-7) 提餾段操作線方程： (2-8)在圖上作操作線，由點(diǎn)xD(0.9989,0.9989)起在平衡線與操作線間畫階梯，過精餾段與提餾段操作線的交點(diǎn)，直到交點(diǎn)小于0.0014為止。圖如下：圖3-5 理論塔板數(shù)圖解法由此得出理論板數(shù)塊（包括再沸器），加料板為第11塊理論板，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)值塔板工作效率在0.250.3之間，則精餾段：取=0.28，則實(shí)際塔板數(shù)提餾段：取=0.27，則實(shí)際塔板數(shù)加料板的位置在第34塊塔板。3.4 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)17-183.4.1塔徑的

43、初步設(shè)計(jì)1.精餾段由，安全系數(shù)=0.60.8，式中C可由化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)19史密斯關(guān)聯(lián)圖查出：橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：,，則查圖可知：，則圓整：橫截面積：，空塔氣速：2. 提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：,，則查圖可知：，,則圓整：橫截面積:,空塔氣速：3.4.2 溢流堰及降液管的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選擇單溢流的弓形降液管。 堰長 取 本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度按下列公式計(jì)算 式中 - 液體體積流量 - 液流收縮系數(shù) - 堰上液流高度 -堰長液流收縮系數(shù)可關(guān)聯(lián)為如下兩參數(shù)的函數(shù)： 液流收縮系數(shù)的數(shù)值可根據(jù)液流收縮系數(shù)計(jì)算圖19查取。(1) 精餾段： ，查圖得，則 前假設(shè)，取內(nèi)、外堰高要求 (2) 提餾段：

44、 ，查圖得，則 前假設(shè)， 取內(nèi)、外堰高 要求 3.4.3 弓形降液管的寬度和橫截面由在弓形降液管的參數(shù)圖中查得，則,驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：(1) 精餾段：(2) 提餾段：停留時(shí)間，故降液管可使用。3.4.4 降液管底隙高度 1.精餾段 取降液管底隙高度， 則 液流通過間隙時(shí)的速度 2.提餾段取降液管底隙高度，則 液流通過間隙時(shí)的速度 3.4.5 篩孔的設(shè)計(jì)本此設(shè)計(jì)的物系有腐蝕性，可選用不銹鋼板，取篩孔直徑篩孔直徑采用正三角形排列，取孔中心距取穩(wěn)定區(qū)寬取邊緣安裝區(qū)寬1.開孔區(qū)面積 ， 2.總開孔面積 而對(duì)于正三角形排列，開孔率與孔間距之間的關(guān)系用下式表示：，則 即3.每層板上篩孔數(shù)N 4.篩孔氣

45、速 (1)精餾段： (2)提餾段：3.4.6 篩板塔的流體力學(xué)的計(jì)算 1.塔板壓降 (1)干板壓降 由查干篩孔的流量系數(shù)圖得精餾段： 提餾段： (2)濕板壓降 式中 塔板上液層充氣系數(shù)，可由充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖19查出，其橫坐標(biāo) 精餾段：，查圖得，則 提餾段：,查圖得 (3)克服液體表面張力的阻力 克服液體表面張力的阻力可近似為 精餾段： 提餾段： (4)氣體通過每層塔板液柱高度可按下式計(jì)算： 精餾段： 精餾段總壓降液柱 提餾段： 提餾段總壓降液柱 2 液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，由于本設(shè)計(jì)的塔徑與液流量均不大，故可忽略液面落差的影響. 3霧沫夾帶霧沫夾帶的計(jì)算采用Hunt關(guān)聯(lián)式19：對(duì)于單流

46、型塔板：，1)精餾段： 2)提餾段： 二者的，故本設(shè)計(jì)中在允許范圍內(nèi)。 4 漏液點(diǎn)氣速 對(duì)于篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由下式來計(jì)算： (1)精餾段： 實(shí)際孔速 穩(wěn)定系數(shù) (2)提餾段： 實(shí)際孔速 穩(wěn)定系數(shù) 故本設(shè)計(jì)中漏液點(diǎn)氣速符合要求。 5液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式的關(guān)系，即 其中液體流過降液管的局部阻力由計(jì)算，很小，可忽略。 (1)精餾段：液柱，則 取，則 (2)提餾段：液柱，則 取，則 故本設(shè)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生液泛。3.4.7 塔板負(fù)荷性能圖20 1.過量霧沫夾帶線 以為限，求關(guān)系如下： (1)精餾段： 整理得線方程為： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值依上式計(jì)算得2.0852.0651

47、.890 (2)提餾段： 整理得線方程為： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值依上式計(jì)算得2.0322.嚴(yán)重漏夜線由 ， (1)精餾段：線方程如下：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值依上式計(jì)算得0.3230.3260.345 (2)提餾段：線方程如下在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值依上式計(jì)算得0.3600.390 3.液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，液相下限為準(zhǔn)，則作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，得：得和的方程式如下： (1)精餾段： (2)提餾段： 4.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，由式，得直線方程： 5.液泛線 令 忽略，將與,與，與的關(guān)系代入，整理得： 式中： ， ， 得到的直線方程如下： (1)精餾段：，則

48、在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值依上式計(jì)算得1.4901.4711.288 (2)提餾段：，則 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值依上式計(jì)算得1.8311.5211.233 根據(jù)以上各線方程，作出篩板塔的負(fù)荷性能圖 1)精餾段： 圖3-6 精餾段負(fù)荷性能圖 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛線控制，下限為漏液線控制，由圖可得：， 故操作彈性為 2)提餾段：圖3-7 提餾段負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)，連接，即作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛線控制，下限為漏液線控制，由圖可得：， 故操作彈性為 3.5 塔附件的工藝設(shè)計(jì)及選型21板式塔的塔附件主要包括各種接管、裙座、除沫器、人孔及吊柱等。3.5.1工藝接管 (1)塔頂蒸汽接管 本設(shè)計(jì)塔頂蒸汽速度取塔頂蒸汽流量： 則查表，本設(shè)計(jì)采用熱軋無縫鋼管(2) 進(jìn)料管