(精校版)醋酸乙酯的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、（完整word版）醋酸乙酯的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)編輯整理:尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對 文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（完整word版）醋酸乙酯的生 產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時(shí)也真誠的希望收到您的建議和反饋，這 將是我們進(jìn)步的源泉,前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改,如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時(shí)查閱,最后祝您生活愉快業(yè)績進(jìn)步,以 下為 （完整word版）醋酸乙酯的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容。題目:醋酸乙酯車間工藝設(shè)計(jì)學(xué)院班級(jí)：_指導(dǎo)老師：組員:目錄、設(shè)計(jì)任務(wù).5二、概述.51 醋

2、酸乙酯性質(zhì)及用途.52.乙酸乙酯發(fā)展?fàn)顩r.6三. 醋酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程.71、酉旨化法.73、乙醛縮合法.94、乙烯、乙酸直接加成法.105、確定工藝方案及流程.11四. 工藝計(jì)算.124.1e物料衡算.12402初步物料衡算.14五. 設(shè)備設(shè)計(jì).215.1精tg塔II的設(shè)計(jì).215. 2最小回流比的估算.235o 3逐板計(jì)算.265. 4逐板計(jì)算的結(jié)果及討論.27六. 熱量衡算.286o 1熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集.286.2熱計(jì)算，水汽消耗，熱交換面積.306o 3校正熱量計(jì)算、水汽消耗、熱交換面積（對塔II）.33表10校正后的熱量計(jì)算匯總表.錯(cuò)誤!未定義書簽。醋酸乙酯車間工藝設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)任務(wù)1

3、設(shè)計(jì)任務(wù)：醋酸乙酯車間2o產(chǎn)品名稱:醋酸乙酯3.產(chǎn)品規(guī)格:純度99%4o年生產(chǎn)能力：折算為100%醋酸乙酯1500噸/年5o產(chǎn)品用途：作為制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、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、醋酸濃縮、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、主要技術(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 汽的主要來源，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)階 段的規(guī)定等均從略。1. 醋酸乙酯性質(zhì)及用途醋酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醛

4、，英文名稱Ethyl Acetate或Acetic Ether Vinegarnaphtha.醋酸乙酯是具有水果及果酒芳香的無色透明液體， 其沸點(diǎn)為77C,熔點(diǎn)為一83。6C,密度為0。901g/cm3,溶于乙醇、氯仿、乙醸和苯等有機(jī)溶劑。醋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、人造珍珠的粘合劑、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。此外，還用于木材紙漿加工等產(chǎn)業(yè)部門。對于用 很多天然有機(jī)概述物的加工，例如樟腦、脂肪、抗生素、某些樹脂等，常使

5、用醋酸乙酯 和乙醸配制成共萃取劑，它還可用作紡織工業(yè)和金屬清洗劑。2. 乙酸乙酯發(fā)展?fàn)顩r(1)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r為了改進(jìn)硫酸法的缺點(diǎn)，國內(nèi)陸續(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、錠酸、Zr02-S042-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醋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)行了研究， 認(rèn)為采用Sb204-Mo03復(fù)合催化劑可提高活性和選擇性。化學(xué)工

6、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醋酸乙酯的新工藝，已通過單管試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行1000小 時(shí)，取得了滿意的結(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HZSM5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)選擇性明顯提高。使用H3PMO1204O* 19H20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%,但是關(guān)于催化劑的劑量、反應(yīng)時(shí)間和乙醇/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)國外發(fā)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)，

7、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、活性下降快等原因，至今工業(yè)應(yīng)用不多據(jù)報(bào)道，美Davy Vekee公司和UCC公司聯(lián) 合開發(fā)的乙醇脫氫制醋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/si I icoturgstic雙效催化劑使用乙烯和氧氣 一步生成醋酸乙酯的新工藝。低于180C和在25%的乙烯轉(zhuǎn)化率的條件下，醋酸乙酯 的選擇性為46%.催化劑中的Pd為氧化中心si I icoturgstic酸提供酸性中心。隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的醋酸乙酯的生產(chǎn)方法不斷被開發(fā)，我國應(yīng)不斷吸收 借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，從根本上改變我國醋酸乙酯的生產(chǎn)狀況.三.醋酸乙

8、酯的生產(chǎn)方案及流程1v酯化法酯化工藝是在硫酸催化劑存在下，醋酸與乙醇發(fā)生酯化脫水反應(yīng)生成醋酸乙 酯的工藝，其工藝流程見圖1圖1酯化法醋酸乙酯生產(chǎn)工藝流程醋酸、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 的反應(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 合物中一般含有約70%的乙醇、20%的酯和10%的水（醋酸完全消耗掉）。塔頂蒸出 含有83%醋酸乙酯、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)型乙型分離塔分離，酯重新以三元恒沸物的形式分出，而蓄集的

9、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93%的醋酸乙酯、5%水和2%乙醇的傾析器上層混合物進(jìn)人干燥塔，將醋酸乙酯分離出來，所得產(chǎn)品質(zhì)量見表1表一工業(yè)品級(jí)醋酸乙酯的質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)醋酸乙酯含量，N99。5乙醇含量，W0. 20水分,%W0. 05酸度（以醋酸計(jì)），W0。005色度（鉗一鉆）10傳統(tǒng)的酯化法醋酸乙酯生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟，在世界范圍內(nèi)，尤其是美國和西歐 被廣泛采用。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，一般采 用一種反應(yīng)物過量的辦法，通常是乙醇過量，并在反應(yīng)過程中不斷分離出生成的水。根據(jù)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

10、腐蝕嚴(yán)重、 副反應(yīng)多、副產(chǎn)物處理困難等缺點(diǎn)。近年來開發(fā)的固體酸酯化催化劑雖然解決了腐 蝕問題，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，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化劑主要是Pd/C和架Ni,CuCo-ZnAl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(chǔ)槽出來，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

11、，被加熱至230C,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)熱油加熱以維持恒溫反應(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60“C,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(chǔ)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

12、經(jīng)濟(jì) 的方法。3、乙醛縮合法由乙醛生產(chǎn)醋酸乙酯包括催化劑制備、反應(yīng)、分離和精f留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醋酸乙酯混合物的 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均勻后備用。乙 醛和催化劑溶液連續(xù)進(jìn)人反應(yīng)塔，控制反應(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,仁5%的乙醛在此后的攪拌條件下轉(zhuǎn)化。通過間接鹽水冷 卻維持反應(yīng)溫度在0 C，反應(yīng)混合物在反應(yīng)塔內(nèi)的停留時(shí)間約1h后進(jìn)人分離裝圖3乙醛縮合制醋酸乙酯工藝流程分離裝置中粗醋酸乙酯從塔頂蒸

13、出，塔底殘?jiān)盟幚淼玫揭掖己蜌溲趸X，將乙 醇與蒸出組分一起送人精f留塔，在此回收未反應(yīng)的乙醛并將其返回反應(yīng)塔，乙醇和 醋酸乙酯恒沸物用于制備乙氧基鋁催化劑溶液如有必要，醋酸乙酯還可進(jìn)一步進(jìn) 行干燥。乙醛縮合制醋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)醋酸乙酯的第一步實(shí)際上先由乙烯制取乙醛，由乙烯生產(chǎn)乙醛通常在氯化耙 存在下于液相中進(jìn)行（即Wacker工藝）根據(jù)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)人反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；另一 種是兩步法

14、工藝，即乙烯氧化為乙醛在一個(gè)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。乙醛縮合制醋酸乙酯工藝受 原料來源的限制，一般應(yīng)建在乙烯一乙醛聯(lián)合裝置內(nèi)。日本主要采取此工藝路線， 裝置能力已達(dá)200kt/ao4、乙烯、乙酸直接加成法在酸性催化劑存在下，竣酸與烯炷發(fā)生酯化反應(yīng)可生成相應(yīng)的醋類。羅納普 朗克公司在80年代進(jìn)行了開發(fā)，但由于工程放大問題未解決，一直未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 日本cw廠佟a分mm部分昭和電工公司開發(fā)的乙烯與醋酸一步反應(yīng)制取醋酸乙酯工藝終于在90年代實(shí) 現(xiàn)了工業(yè)化.圖4乙烯一步法工藝流程反應(yīng)原料中乙烯：醋酸:水：氮體積組成為80：6o 7：3:10.

15、 3.反應(yīng)系統(tǒng)由3個(gè)串聯(lián)反應(yīng)塔組成，反應(yīng)塔中裝填磷鵠鑰酸催化劑（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)溫度維持在140-180 C ,反應(yīng)塔壓力控制在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，然后生成的乙醇又繼續(xù)與醋酸 發(fā)生酯化反應(yīng)生成醋酸乙酯產(chǎn)物。而且，逆向的醋酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反 應(yīng)也可能發(fā)生。該工藝醋酸的單程轉(zhuǎn)化率為66%,以乙烯計(jì)，醋酸乙酯的選擇性約 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1500噸，產(chǎn)量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有 利于大規(guī)模生產(chǎn)

16、，而且該法對設(shè)備要求很高，設(shè)備造價(jià)高，因此不采用該工藝從經(jīng) 濟(jì)上考慮，乙醇脫氫歧化法對催化劑要求高，采用該工藝不經(jīng)濟(jì)。最后從技術(shù)成熟 方面考慮，雖然乙醇脫氫歧化法在國外生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟,且可以進(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，綜合考慮采用 酯化法。在國內(nèi)，醋酸乙酯的生產(chǎn)大都采用酯化法，生產(chǎn)醋酸乙酯的廠家主要有上海試劑 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。四.工藝計(jì)算4 1.物料衡算4o 1.1設(shè)計(jì)

17、任務(wù)（1）設(shè)計(jì)項(xiàng)目：醋酸和乙醇在催化劑濃硫酸存在下生產(chǎn)醋酸乙酯（假定70%的醋酸轉(zhuǎn)化為醋酸乙酯）（2）產(chǎn)品名稱：醋酸乙酯（3）產(chǎn)品規(guī)格：純度99%（4）年生產(chǎn)能力：折算為100%醋酸乙酯1500噸/年4.1O2酯化法主要生產(chǎn)步驟（1）等分子的冰醋酸和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 衡狀態(tài)，并加熱至沸點(diǎn)。（2）達(dá)到平衡狀態(tài)的混合液通入精f留塔I ,由于不斷移去難揮發(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：醋酸乙酯20%（重量百分率，下同）水10%乙醇70%（3）由塔I頂部出來的f留出液通入精f留塔II進(jìn)行蒸f留，由塔II頂部出來的三組分恒沸液組成為:醋酸

18、乙酯83%水8%乙醇9%由塔II底部出來的殘液組成為乙醇和水，重新送入塔1作為第二進(jìn)料。（4）由塔II頂部出來的f留出液和塔川頂部出來的f留出液匯合并加等量的水者混合后流入沉降槽進(jìn)行分層。上層富有醋酸乙酯， 其組成為：醋酸乙酯94%水4%乙醇2%下層主要是水，其組成為：醋酸乙酯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f留塔III進(jìn)行蒸f留，由塔III底部流出的即為成品的醋酸 乙酯， 這是由于醋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III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：醋酸乙酯83%水8%乙醇9%雙

19、組分恒沸液組成：醋酸乙酯94%水6%（6）塔III頂部出來的f留出液包括三組成恒沸液送回沉降器中。4o 2初步物料衡算（1）每小時(shí)生產(chǎn)能力的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，醋酸乙酯的年生產(chǎn)能力為1500噸/年（折算為100%醋酸乙酯，下 同）全年按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)工作。每小時(shí)的生產(chǎn)能力為：1500X1000 4- 300 4- 24=208o33kg/h以上作為物料衡算基準(zhǔn)。為了使物料衡算簡單化，在初步物料衡算中假定成品醋酸乙酯的純度為100%,在 生產(chǎn)過程中無物料損失，塔頂f留出液等均屬雙組份或三組分恒沸液，這在事實(shí)上是不 可能的，故將在最終衡算中予以修正。（2）生產(chǎn)工藝流程圖水X“Y Z圖1

20、牛產(chǎn)丄藝流程示點(diǎn)圖X丫i E 83 E 94% W A%2828 S S 5 5 1818 1 10000 1 1B 8% W88%l_A_41C126100%AcOH 8695%EtOH 69r|泌仝鳥(3) 酯化器物料衡算醋酸和乙醇酯化反應(yīng)如下：CH3COOH+C2H5OHT C2H3COOCH5+H2O60468818Xy2080 33 z原料規(guī)格：醋酸濃度為20%;乙醇純度為95%；濃硫酸純度為93%(相對密度為1.84)加入：100%醋酸量：60/x二88/208. 33Tx二60X208。33/88二142。04kg/h100%乙醇量：46/y二88/208. 33Ty二46X20

21、8。33/88=108. 90kg/h295%乙醇需要量：y/95%二108。90/95%=114. 63kg/h其中C2H5OH=108. 90kg/h; H20=5. 73kg/h3濃硫酸量=8. 0kg；其中H2S04=7.44kg；H2O二0.56kg/h支出：轉(zhuǎn)化率為70%1醋酸乙酯生成量二142. 04X0。7X88 = 60二145。83kg/h2醋酸剩余量=142O04X0. 3=420 61 kg/h3乙醇剩余量=108. 90X0o 3=32. 67kg/h4反應(yīng)生成水量：18/z=88/145o 83 T z=18 X145. 834-88= 29. 83kg/h總水分二

22、29. 83+5o 73=35. 56kg/h5濃硫酸量二8。Okg/h進(jìn)出酯化器的物料衡算表如下：表一:進(jìn)出酯化器的物料衡算表加入序號(hào)物料名稱純度數(shù)量序號(hào)物料名純度數(shù)量kg/h稱kg/h1醋酸100142o 041醋酸乙100145o 83酯2乙醇95114o632水10035.56其中C2H5OH100108o 903乙醇10032.67H2O1005o 734醋酸10042.613濃硫酸938o 05濃硫酸1008.0合計(jì)264. 67合計(jì)264o 67由酯化器出來的混合液進(jìn)入精f留塔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：醋酸乙酯二208. 33kg/h水=18

23、X208. 334-88+5 o 73二48。34kg/h濃硫酸二8。Okg/h(4)塔I、塔II、沉降器和塔III質(zhì)檢均有相互關(guān)系，它們的物料衡算匯總計(jì)算 如下：在生產(chǎn)工藝流程示意圖上注上相關(guān)數(shù)據(jù)，并劃出三個(gè)計(jì)算系統(tǒng)，逐個(gè)列出衡 算式，然后進(jìn)行進(jìn)行聯(lián)立求解。設(shè)u二塔I底部殘液量(kg/h,不包括濃硫酸8. Okg/h在內(nèi))v二塔I頂部f留岀液(kg/h)支岀R二塔II底部殘液量(kg/h)其中Rw=R中H20的量(kg/h), RA=R中乙醇的量(kg/h)z二塔II頂部殘液量(kg/h)x二塔川頂部f留出液總?cè)M分恒沸液量(kg/h)y二塔川頂部f留出液總雙組分恒沸液量(kg/h) w二沉

24、降器下層(即水層)量(kg/h)系統(tǒng)1的物料衡算：256o 67+w二u+zu + z-w二256. 67系統(tǒng)1的醋酸乙酯物料衡算：Oo 812X256. 67+0o 08w=0. 83z0.83z-0.08w二208。33系統(tǒng)1的乙醇物料衡算：0. 09z=0o 04w系統(tǒng)2的物料總衡算：2 (x + y+z)二w+x + y+208. 33x + y + 2z-w二208。33系統(tǒng)2的醋酸乙酯衡算：0. 83x+0o 94y + 0o 83z二0。94X (x + y + 208. 33) +0. 08wOo 83z-0.11x-0o 08w=195o 83由式解方程得：x=113o 66

25、kg/hy=174. 79kg/hz=320. 51kg/hw=721.14kg/hu二657. 30kg/h因?yàn)関中含有20%醋酸乙酯，而醋酸乙酯二208.33kg/h,故：v=208.334-20%=1041o 65kg/h系統(tǒng)3的物料總衡算：R+256. 67=v + uR二v + u 256. 67=041.65 + 657。30256。67=1442. 28kg/h系統(tǒng)3的出0衡算：Rw+0o 188X256.67=u + 0o1vRw二657. 30+0。1 X1041o 65-0.188X256。67=713. 21kg/h系統(tǒng)3的乙醇衡算：RA=0. 7V=0O7X1041.6

26、5=729O16kg/h將計(jì)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的物料衡算表序號(hào)物料名稱數(shù)量kg/h序號(hào)物料名稱純度度kg/h來自酯化器的混塔頂f留岀1041.61合液264O671液5醋酸乙酯145O83醋酸乙酯20208. 33水35 0 56水10104. 165乙醇32.67乙醇70729. 155乙酸42.612塔底殘液665. 30濃硫酸80 0水657. 30來自塔II的塔底2殘液1442O28濃硫酸80 0加入支出純數(shù)量713. 21表3乙醇729. 16進(jìn)合計(jì)1706. 95出塔II的物料衡算表合計(jì)1706o 95加入支岀表4沉降器的物料衡算表數(shù)

27、量數(shù)量序號(hào)物料名稱純度序號(hào)物料名稱純度加入kg/h支岀kg/h1762. 791762.79合計(jì)合計(jì)醋酸乙酯83266o 02醋酸乙酯94466. 97表進(jìn)岀塔III的物料衡算表25o 64水419.87乙醇29O94支出沉降器下7熱量4物舉名稱純度kg/h醋酸乙酯857O69頂部錨出液288o 45水88634o 60三組分恒沸液113. 66乙醇428. 85醋酸乙酯8394. 34水89O09乙醇910. 23雙組分恒沸液174. 79和1AC 乙醇928. 85加入288. 45塔III頂部f留岀液純數(shù)量物料名稱度kg/h三組分恒沸液113. 66來自沉降器上層496. 78醋酸乙酯8

28、394o 34醋酸乙酯94466. 97水89o 09水419. 87乙醇910. 23乙醇29o 94雙組分恒沸液174o 79醋酸乙酯94164. 30水610o 49號(hào)2 2序1ABC A3添加水608. 96合計(jì)1217. 92合計(jì)1217o 92A醋酸乙酯94164o 30五B水610.49o2塔底成品208. 33合計(jì)496o 78合計(jì)496. 78備設(shè)計(jì)5.1精tg塔II的設(shè)計(jì)塔II中包含有3個(gè)組分(乙醇、醋酸乙酯和水)均為非理想液體，則需要利用實(shí) 驗(yàn)獲得氣一液相圖進(jìn)行逐板計(jì)算用。(1)計(jì)算塔板數(shù)根據(jù)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f留塔的設(shè)計(jì)用。1在初步物料衡算

29、中，塔II頂部逸出者為純?nèi)M分恒沸液，這樣就需要無窮個(gè)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)，連同醋酸乙酯組成2個(gè)組成分 別為水46%和醋酸乙酯54%與乙醇24%和醋酸乙酯76%的雙組分恒沸液。于是塔II頂部f留出液組成如下：kg/hmo I %mo I %醋酸乙酯E 266o 02 59o 56+5 X54/46+5 X 76/24=81.2661o70水W 25o 6428.09+5=33.0925. 13乙醇A28.8512o35 + 5二17。3513. 17131o 71002在初步物料衡算中，塔II底部出料不含醋酸乙酯，這也屬不可能，實(shí)際上含有1mol%醋酸乙酯，而其它二

30、組分的mol %含量降低至99%O于是塔II底部f留出液組成如下：kg/hmol%mo I %水W 713. 2171.4671 o 46X99%二70. 75乙醇A 729o 1628.5428.54X99%二28。25進(jìn)料組成不變，于是進(jìn)出塔II的物料衡算如下：100 xE二0。6170f留出液：xW=0. 2513xA=0o 1317216O4kg/h18.Okg/h24o 15kg/hxE=0. 0499266. 02kg/h混合進(jìn)料：xW二0。6782738o 77kg/hxA=0. 2719758.01kg/hxE=0o 010049.67kg/h殘液：xW二0。7075721.

31、Okg/hxA=0. 2825733. 69kg/h于是進(jìn)出酯化器的物料衡算如下：表6進(jìn)出塔II的物料衡算表醋酸乙酯4. 99266o 02醋酸乙酯61.7216.4組數(shù)量數(shù)量序號(hào)物料名稱序號(hào)物料名稱組成成kg/hkg/h1762. 8塔頂f留岀1混合進(jìn)料1258o 550液加入支岀醋酸乙酯E+1=1.0取水67o82738o 77水25o 1318o 0100乙醇27O19758o 01乙醇13.1724 o 15mo I1504. 3進(jìn)2塔底殘液6料醋酸乙酯1o 049 o 67液，水70. 75721 o 0其乙醇28. 25733. 69中E合計(jì)1762o 8合計(jì)1762.9的摩爾數(shù)為

32、5。00；設(shè)D為鐳出液摩爾數(shù)，則殘液摩爾數(shù)為(100-D)0o 617D+0o 01 X (100-D)=5; D二6。59殘液摩爾數(shù)為:100-D=100-6.59=93o 41f留出液中E的摩爾數(shù)為：0。617X6o 59=4. 07殘液中E的摩爾數(shù)為:54。07=0o 93f留出液中W的摩爾數(shù)為：0。2513X6. 59=1 o 66殘液中W的摩爾數(shù)為:67。82-1.66=66.16f留出液中A的摩爾數(shù)為：0o 1317X6.59=0.87殘液中A的摩爾數(shù)為：27。19一0。87=26. 325 2量小回流比的估算由于上述系統(tǒng)和理想液體比較出入很大，今采用Colburn方法估算最小回流

33、比。首先求出平均相對揮發(fā)度(ajf留出液中：XE/ (XE+XW) =61.7/ (61 o 7+25o 13)=0.71;xA=13. 17由平衡圖上找岀：YE/(yg+yw)=0o69；YE/YIFO. 69/0. 31at= (yE/yw)(xw/xE)二(0。69/0。31) X (0.2513/0。61刀二0。91殘液中：XE/ (XE+XW)=1O0/(1.04-70. 75)二0。0139；xA=28. 25由平衡圖上找出:YE/ (VE+YW) =0O20; yE/yw=O. 2/0o8as= (yE/yw)(XW/XE)二(0。2/0. 8) X (0. 7075/0o01)

34、 =17. 69aa= ( at- as)1/2= (0.91 X17o69) J。01rfXEf/Xwf=5/67o 820o 0737xlk=rf/(1+rf) =0o 0737/1o0737=0o0686xhk=Xik/rf=0. 0686/0o 0737=0o931(Ln/D)=1 / (a-1)(xOik/xlk-xI)hk/xhk)=1/ (4o 01-1) X (0.617/0o0686-0. 2513/0o931) =2.90D=6. 59mol/100mol進(jìn)料Ln=2. 90XD=2. 90X6. 59=19e11mol/100mol進(jìn)料Lm=L+qF；W二F-D對于進(jìn)料正

35、在沸點(diǎn)的液體，qhF=100molLm=19. 11+100=119o 11mol/100mol進(jìn)料W=100 - 6. 59=93. 41 mo I /1 OOmo I進(jìn)料Lm/W=119. 1193o 41=1. 275上提濃度輕關(guān)鍵組分的摩爾分?jǐn)?shù)Xn=xD/ ( a 1) - (Ln/D+ axwk/xhk)=0o 617-=- (4. 01-1) X (2o 90+4.01 X0o2513-?0. 931)=0.0515r=xn/Xhk=0. 05154-0. 931=0. 0533下提濃度重關(guān)鍵組分的摩爾分?jǐn)?shù)aik= (at-a8)15=(0o 91-17o 69)15=6O557X

36、m二a ik * Xw/ ( a ik a )(Lm/Wa Xwik/Xik)=6o 557XOo 7075三(6. 5574。01) X1o275+4。01 X0o014-0.0686=1o 211r.=Xik/xm=0. 0686/1.211=0. 0566rm/r=O. 0566/0.0553=1.024屮=/(1-0) X (1-0) =1因此，心/心屮，算得的回流比太大試以(Ln/D) =2o 5；則L=6o 59X2O5=16. 48mol/100mol進(jìn)料；L=116o48moI/1 OOmoI進(jìn)料(Lm/W) =116. 484-93.41=1.247Xn=xD/ ( a 1)

37、 (Ln/D+ a Xohk/xQ=0.6174- 3o 01 X (2o 5+4. 01X0. 25134-0. 931)=0o 0572rn=xn/xhk=0. 0572 4-0o 931=0. 0614xm=a ik xw/(a ik a ) - (Lm/W+ axwik/x(k)=6O557XOo 7075三(6。557-4.01) X1.247+4O01 X0o014-0.0686=1.234rffl=xlk/x=0o 06864-1.234=0. 0556rm/r=O. 05564-0o 0614=0.91因此屮，算得的回流比太小。試以(L/D) =2o 7；則-二6. 59X2。

38、7=17. 79mo 1/100moI進(jìn)料;Lm=117o79moI/1 OOmoI進(jìn)料(L/W)二門7。79293。41=1 o 261xn=xD/ ( a 1) (Ln/D+ a xDhk/xhk)=0.6174- 3. 01 X (2o 7+4o 01 X0. 25134-0. 931) =0o0542rn=xn/xhk=O. 05424-0. 931二0。0582xm=a ik * Xw/ ( a ik a ) * (Lm/Wa XwXik)=6o 557XOo 70754- (6. 5574。01) X1.261+4. 01 X0o01 20. 0686 =1.222rm=X|k/x

39、=0. 06864-1.222=0. 0561rm/r=O. 0561 20. 0582=0. 965rm/rn與屮的數(shù)值相近所以此方法算得的最小回流比為2。7.5. 3逐板計(jì)算氣液相平衡數(shù)據(jù)可以表示成下列三種圖表：(1)yE/ (yE+yA)對xE/ (xE+xA)描繪，xw視作參量.(2) yE/(yE+yw)對XE/ (XE+XW)描繪,XA視作參量。(3) yw/(yw+yA)對xw/(xw+xA)描繪,XE視作參量。由于在任何情況下，液相的摩爾分?jǐn)?shù)(x)均為參數(shù)，平衡圖只能用來由液相組 成來求取氣相組成因此逐板計(jì)算時(shí),從塔底由下往上算。從x的三個(gè)已知數(shù)(塔底的xE,xW和xA)出發(fā)，

40、可求得二比值；或(1)和(2);或(2)和(3);或(3)和(1),究竟選擇哪一對，應(yīng)以從圖上讀出數(shù)值為準(zhǔn).如果采用和(3),則根據(jù)XE/ (XE+XJ和XA值讀出YE/ S + yw)；根據(jù)Xw/(Xw+ xA)和XE值讀出yw/(yw+yA)值。設(shè)YE/ (yE+yw) =M, yw/ (yw+yA) =N;故yE二M/ (1-M)yA= (1-N) /NAyw=1/ E(1-N)/N+M/ (1-M)+1求出*后，yE和*即可代入式子求得.下一塔板上的液相組成可以應(yīng)用操作線方程求得。5o 4逐板計(jì)算的結(jié)果及討論根據(jù)Col burn方法算得的最小回流比為2 7:1,上述逐板計(jì)算中，所采用的

41、最宜回流比為10：K 2：1和5:仁(1)如采用10：1,則最宜回流比約為最小回流比的3。7倍根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，作 圖如下：回流比為10:1時(shí)塔板打液相紐分圖圖中說明由第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f留岀液即可近似達(dá)到所要求結(jié) 果.(2)如最宜回流比采用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，這說明采用這種回流蒸f留不可行。如最宜回流比采用5：1,計(jì)算的結(jié)果說明由第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

42、于蒸f留液為非理想溶液,從上述分析結(jié)果可以看出：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.這說明設(shè)備投資節(jié)省不了多少，然而操作費(fèi) 用卻加了.因此采用L/D=5:1,假設(shè)塔板效率為50%,則實(shí)際塔板數(shù)為40o六.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%molCH3CH20H, 25%molH20, 13%CH3CH20H三組分恒沸液的沸點(diǎn),71 C塔底溫度：約為71%molH20, 29%molCH3CH20H的沸點(diǎn)，79C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%molH20, 3%molCH3CH20H的沸點(diǎn),95C冷卻水溫度為20C

43、(以廣西年平均氣溫為參考)。飽和水蒸氣：P=1o 35kg/m3, t=108C(2)比熱和汽化潛熱表7比熱容和汽化潛熱CH3COOC2H5H20CH3CH2OH溫度C比熱容汽化潛熱比熱容汽化潛熱比熱容汽化潛熱kj/kgCkj/kgkj/kgCkj/kgk j/kg *Ckj/kg201o9274O1832O40271o9474o 1782O46371o 9784o 1742o 55表8傳熱系數(shù)712o 145371. 144o 18823292.91852 o66792.004364. 674O19423103o 02838.94842. 169360o 544o 2122983. 0828

44、30o 14952o 224351. 164o 21422713o 236810o 10kJ/ (m2 h C)傳熱系數(shù)K有機(jī)蒸汽一水液體一液體2000505蒸汽一沸騰液5858蒸汽一水3050烝氣一有機(jī)液1000組成:f留出液組成：kg/hkmol/hXE=O. 622663.02XFO. 29225 o 61o 42xA=0o 08819.80o 434o 87L/D二5,L二5D，來自塔頂?shù)恼魵饨M成：XE0 o 62XFO. 292 XA二0. 088塔底殘液組成：V二L + D二6D；kg/h266X6=159625.6X6=153.619.8X6=118.8kg/hkmoI/h48o

45、 5 0o 55V =L,-W二L+F-W二5D+F-W二5X4。kg/h0. 065X29. 23X88=167o 200o411 X29o 23X18=216. 240o 524X29. 23X46=704o566. 2熱計(jì)算，水汽消耗，熱交換面積(1)塔頂蒸氣冷凝(由7TC氣相冷凝至71C液相)q =2W入=1596X371. 14+153. 6 X2329 + 118. 8X852O66Xw=O. 7075XA=0O2825來自塔I的進(jìn)料組成：xE=0. 123XFO. 235XA=O. 642來自沉降器組成：xE=0o 018XFOO968XA=0O014總加料量=24. 64+36

46、o 24=60o713o 239 o 62729.215o 8356o 00kg/hkmoI/h2663. 02104.25o 79729 o 215o 8324o 64kg/hkmoI/h48 o 50.55634 o 635. 2619o80o 4336o 2488kmoI/h87+60o 88-56=29o 23kmoI/h來自塔底的蒸氣組成：yE=0. 065*二0。411yA=0. 524=1051369. 8kJ/h設(shè)冷卻水出口溫度為6TCAt(71-20)-(71-60)=,71-20In-71-60= 33.2C取K=2000kJ/(卅hC)S=q/ (K心=1051369o

47、84- (2000X33.2)=15o 83m2冷卻水用量：W二q/ (CAt)=1051369. 84- 4. 18X (6020)=6288. 1kg/h(2) f留出液由71七冷卻至37七q =2WCAt=266X (1o978+2. 145) /2 + 25。6X4O18 + 19.8X (2.91+3O02)/2 X(71-37)=24278o 5kJ/h設(shè)冷卻水出口溫度為27CAr(71 - 27) (37 20)(71 27In-37-20=2=2& &4 4 C C取K=505kJ/ (m2 h C)S=q/ (K tm)=24278o 5一(505X28.4)

48、=1.69m2冷卻水用量：W二q/(CAt)二24278. 5三4。18X (2720)二829。8kg/h(3)塔底：在79C時(shí)液相變?yōu)闅庀鄎 =2WX=167o 2X364. 67+216. 24X2310 + 704o56X838. 94=1151571kJ/htm=108-79=29C取K=5858kJ/(m2hC)S=q/ (Ktm)=1151571 4- (5858X29)=6. 78m2在108C, X H2o=2235k J/kg蒸氣消耗量:W二q/(入H20+C At)=1151571 4- 2235+4. 22 X (108-79)=488o 5kg/h(4)來自沉降器的進(jìn)

49、料加熱，由27C至95Cq =2WCAt= 48O5X (1.947+2.224)/2+634.6X4. 192 + 19O8X (2.46+3。236)/2 X68=191609. 1kJ/htm=108-95=13C取K=3050kJ/ (n?hC)S=q/ (K=191609. 1-? (3054X13)=4o 83m2蒸氣消耗量:W二q/（入H2o+C At）=191609o 12 2325+4。214X (108-95)=80. 5kg/h將以上計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?熱量計(jì)算和傳熱面積匯總表冷卻水量加熱蒸汽量熱交換器項(xiàng)目熱量kJ/hkg/hkg/h傳熱面積m塔頂蒸氣冷凝至沸點(diǎn)+10

50、513696288. 115o8371 Co 8f留出液冷卻至37C+24278o 5829.81o 696o 78115157180o 527C加熱至95C1取基準(zhǔn)溫度to=2OCI o塔頂（圖a） （H的單位為kJ/h）流體Kg/htt toCavHsHxHE159671512.036371. 14165722592339488.5來自沉降器的進(jìn)料由-191609.4o 836o 3校正熱計(jì)算、水汽消耗.熱交扌面積（對塔II ）W153.64o 185232932784357734A118.82o 65852o6616056101296流體H二H-HX(D=Hs(1)=214612X(D=

51、Hs(1)=214612流體H= (5/6)XH=214612X (5/6)=178843流體H= (1/6)XH二214612X (1/6)=35769流體Kg/htt toCavHsE26637171o 9528827W25.64. 1791819A19o 82. 48835流體Kg/htt ttotoCavHW6288o 161414. 1821078170流體Kg/htt toCavHW829.82774. 1824280II。來自沉降器的進(jìn)料（圖b）流體E 48o 52771.93765821461210513691265981Kg/ht t to CavHsHW 634.64o 1

52、418391流體和流體t=15CrH二019386流體錯(cuò)誤！209912流體錯(cuò)誤！Kg/htt t totoCavHW 80.595754. 21425442lllo來自塔I的進(jìn)料（圖b）流體錯(cuò)誤！Kg/htt t totoCavHsHE 26684642o 04834865W 104o 24O19727989A 729.92.741128042190896IV o蒸f留釜A 19.82o 43337w634.64. 199199851A19o 82.8184185211587流體O, 12Kg/htt toCavXHsHxHw80 o 5108884o 234223529994179918E

53、 48o 595752.0767551Kg/htt toCavHsH1336998流體錯(cuò)誤!Kg/htt toCavHsHE215. 779591.96625020W929.44. 189229702A1433o，82. 71229250483972流體 O, %Kg/htt toCavHsHE48 o 579591.9665626W713. 24. 189176268A729 o 22O71116592298486流體錯(cuò)誤！H=H(15)-H(16)=483972-298486= 185486流體錯(cuò)誤！Kg/htt一toCavHsE167.279591o 966364o 6719394 60

54、973W216. 24o 189231053434 499422A704. 62.71338。94112658591117流體o5H185486Hx1151512ajc來自塔i的進(jìn)料料流圖圖d蒸餡釜的進(jìn)抖料流圖HW488.5108884. 234223518201110917981273809流體Kg/htttoCavHW488.579594. 189120733Kg/hHs塔II的塔頂料流圖圖b來自沉降器的進(jìn)料荊漩圖&移走熱量（kJ/11481107817024280錯(cuò)誤！25442錯(cuò)誤！298486錯(cuò)誤！1207731558592全塔的加入熱量和移走熱量相差較大，下面進(jìn)行熱量校正：到18。28萬噸，同比增長41。27%。近兩年，我國乙酸乙酯的進(jìn)口量逐年減少,2006年進(jìn)口量為0。96萬噸，2008年下降到0。門 萬噸，同比下降約85。52%。2009年上半年進(jìn)口量為0。03萬噸，同比減少約57. 14%.與此相反，我國醋酸乙酯 的出口量卻在逐年增加.2006年出口量超過10.0萬噸，達(dá)到10。94萬噸,2008年 盡管受到全球金融危機(jī)的