(整理)醋酸乙烯合成的物料衡算

精品文檔精品文檔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)計要求：年產(chǎn)11萬噸聚乙烯醇，產(chǎn)品平均聚合度為1795，生成產(chǎn)時間為每年330天。產(chǎn)品分子式為：-Ech—choh丁-ECH—CHOCOCHEF2n23m由多品種聚乙烯醇質(zhì)量指標(biāo)(Q/OWAL001-1999)可得,VA的聚合度為400?2800,本項(xiàng)目平均聚合度為1700，醇解度選取95%得：m+n=1700<解可得：m=85n=1615nX100%=95%、n+m平均分子量：=(CHO)+(CHO)+2pvc22n462m=44x1615+86x85+2=78372kg/kmol產(chǎn)品產(chǎn)量F=PVA產(chǎn)品產(chǎn)量F=PVA年產(chǎn)量10x104x103330x24x78372—330x24x78372一0.1611kmO"所需單體量-700x0.1611=273.87kmol/hVACPVCW=M?F=86x273.87=23552?82kg/h=23.55t/hVACPVCPVC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)》.紡織以乙炔計算的醋酸乙烯的選擇性工業(yè)出版社.1988)：以乙炔計算的醋酸乙烯的選擇性乙炔單程轉(zhuǎn)化率X=15%1S=90%1醋酸轉(zhuǎn)化率S=90%1醋酸轉(zhuǎn)化率S=96.12%2Y=0.0621%2X=35%2乙醛收率以醋酸計算醋酸乙烯的選擇性巴豆醛收率Y=0.3106%1'摩爾收率：Y=S?X=0.9x0.15=13.5%11則：乙炔收率］M86質(zhì)量收率：Y=Y—=13.5%x—=44.65%mM26Z由方程式：CH+HACTVAC22乙炔進(jìn)料二Wvac二23.55二52.74t/hY44.65%m根據(jù)反應(yīng)器入口各組分的組成可計算總進(jìn)料量52.74W==109.42總48.2%依次計算其他組分進(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W52.7448.20醋酸10W48.6944.50醋酸乙烯2UW2.462.25氮?dú)?0W3.453.15乙醛40W1.161.06巴豆醛50W0.150.14二氧化碳60W0.440.40水70W0.330.30丙酮80Won0其它900合計109.42100出口組成計算由下列方程式計算TOC\o"1-5"\h\zCh+HAC.VAC22266086xy23.552CHCOOH(CH)CO+CO+HO3322212058441848.69x35%-16.43mnpCH+HO?CHCHO22231844z52.74x0.3106%由上述三個方程求：x=7.12t/hy=16.43t/hz=0.065m=0.29n=0.22p=0.092所以出口流量如下:1、CH:W二W(1-X)二52.74x(1-15%)二44.83t/h22111012、CHCOOH:W二W(1-X)二48.69x(1-35%)二31.65t/hTOC\o"1-5"\h\z3212023、vac:W二W+W二23.55+2.46二26.01t/h3130VAC4、N:W二W二3.45t/h241405、CHCHO:W二W?Y+W二52.74x0.3106%+1.16二1.34t/h351101506、CH=CHCHCHO:W二W?Y+W二52.74x0.0621%+0.15二0.18t/h2261102607、co:W二W+n二0.44+0.22二0.66t/h271708、HO:W二W+p-z二0.33+0.092-0.065二0.36t/h281809、其他：W二0.65t/h91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

5、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90.7%，液相組成為9.3%那么乙醛汽相數(shù)量為1.34x90.7%二1.22，液相數(shù)量為1.34x9.3%二0.12，其它組分?jǐn)?shù)量為反應(yīng)器出口數(shù)量。汽液分離器出的汽相組分部分放空，以保證N不積累，其余大2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。?ch3cho180?ch3cho180OC汽液分離器合成氣50OC?CHO>VAC36100OC?CHQ、HAC、HO462圖5-1分離器物料衡算圖由反應(yīng)器的出口物料通過汽液分離器的計算，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(存h)組成(%Wt)TOC\o"1-5"\h\zCh44.8389.3722N3.456.882CHCHO1.222.423CO0.661.32合計50.16100表5-4液相組成組分?jǐn)?shù)量⑺h）組成（%Wt）(CH)CO30.290.4932CHCHO20.120.23CHOAf.0.180.30qoVAC26.0143.88HAC31.6553.4HO0.360.62其他0.651.1合計59.2741005、3清洗工段物料衡算：汽液分離器出來的汽相組成清洗后，CHCHO、CH被解析。所322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（必）組成（%Wt）TOC\o"1-5"\h\zCH44.8397.3522CHCHO1.222.653合計46.05100汽液分離器出來的汽相組成清洗后，N、CO被吸收。所以可得22吸收塔出口汽相組成表5-6。表5-6吸收塔出口汽相組成組分?jǐn)?shù)量（，h）組成（%Wt）TOC\o"1-5"\h\zN3.4583.942CO0.6616.062合計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（"h）補(bǔ)充（"h）乙炔44.8352.747.91醋酸31.6548.6917.045、4、2精乙炔物料組成的計算由出口參考資料聚乙烯醇生產(chǎn)技術(shù)33頁可得，精乙炔的技術(shù)規(guī)格：表5-8精乙炔的技術(shù)規(guī)格序號項(xiàng)目單位指標(biāo)1純度%992磷化氫%0.00373硫化氫%0.00394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）=7.99-7.91X=0.9805二氧化碳的量為：0.66-0.660.9805=0.013

氮?dú)獾牧繛椋?.45-3.45x0.9805=0.067由此得，精乙炔組成如表5-9：7.91x7.91x10326=304.23Kmol；h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7.9199.00二氧化碳0.0130.16氮?dú)?.0670.84總計7.991005、4、3粗乙炔組成的計算由參考資料聚乙烯醇生產(chǎn)技術(shù)32頁可得粗乙炔的技術(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°C<30由表5-10得，根據(jù)乙炔的質(zhì)量流率計算乙炔的摩爾流率：同理得：二氧化碳的摩爾流率F2=瀘=030KT氮?dú)獾哪柫髀蕿椋?.067x0.067x10328=2.39Kmol；h所以粗乙炔的總摩爾流率為：F總二（1一OOM。。］）二（T說聰二3°7-38Km°llh乙炔、二氧化碳、氮?dú)獾哪柦M成分別為：乙炔：304.23x1°°%=98.98%307.38二氧化碳：°.3°x1°°%=0.10%307.38氮?dú)猓?.39x1°°%=°.78%3°7.38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%，由此計算得到磷化氫的摩爾流率為：F二Fx°.°5%二3°7.38x°.°5%二°.15KmoV:h4丿總、硫化氫的摩爾流率為：F二Fx°.1%二3°7.38x°.1°%二°.31Kmol；h5丿總、由以上數(shù)據(jù)計算得到，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)量組成（kmol/h）（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8.006100307.38100清凈劑次氯酸鈉用料的計算：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xth，除去硫化氫消耗的次氯酸鈉的量為yth。PH+4NClOTHPO+4NCl3a34a

344x74.50.0051xHS+4NCIOTHSO+4NCl2a24a344x74.50.0111y由此可得：X=0.045th，y=0.0961；h那么消耗次氯酸鈉的總量為：x+y=0.141th氫氧化鈉與氯氣用量的計算：設(shè)氫氧化鈉用量為：mth，氯氣用量為n仙。2NOH+ClTNCl+NCIO+HOa2aa22x407174.5mn0.141由此可得：m=0.15t,'h，n=0.134t；h次氯酸鈉中有效氯的成分為0.141X35.5十74.5二0.067th(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)to(°C)汽化潛熱AHv(J/mol)液相熱溶L(J/mol)汽相熱溶(kcal/kg.oC)乙炔26-84.00.469醋酸60118.02.392x1071.384x1050.35醋酸乙8672.53.157x1071.926x1050.291烯乙醛4420.852.483x1071.400x1050.412巴豆醛70102.23.446x1071.688x1050.40丙酮5856.292.956x1071.388x105

二氧化440.232碳氮?dú)?80.25水181004.08x1077.559x1040.458循環(huán)油1560.63備注：1KCal二4.18KJ丙酮汽相熱容c=0.1384JKmol?Kp導(dǎo)熱油的密度p=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)180OC。1、反應(yīng)放出熱量［反應(yīng)熱92.86KJ(22.18Kcal)/mo廠Q二(W-W)x1000x22.18/863130

=(23.55x103-2.46x10s)x22.18x1000/86=5.4393x106KCal/hq=cwAt=0.485x0.33x103x(180一140)=6.0456x103kcal/h2、氣體從140oC升到180oC吸熱為Q2(1)乙炔吸q二cwAt二0.4692、氣體從140oC升到180oC吸熱為Q2(1)乙炔吸q二cwAt二0.469x52.74x103x(180—140)二9.8940x105k(2)醋酸吸q2二cwAt二0.35x48.69x103x(180—140)二6.8166x105k(3醋酸乙烯q3二cwAt二0.291x2.46x103x(180-140)二2.8634x104k(4)氮?dú)馕黴4二cwAt二0.25x3.45x103x(180—140)二3.45x104k(5)乙醛吸/hq5二cwAt二0.412x1.16x103x(180-140)二1.9117x104k(6)巴豆q6二cwAt二0.4x0.15x103x(180-140)二2.4x103k(7二氧化碳/hq7二cwAt二0.232x0.44x103x(180-140)二4.0832x103k(8)水蒸氣吸熱量cal熱量cal熱量cal熱量cal熱量cal熱量al熱量cal熱量/h/h/h/h/h吸c(diǎn)吸8其它吸熱可以忽略所以Qq二1.7660x106kcal/h2i3、被載熱油帶走的熱量Q4a.假設(shè)反應(yīng)器有熱損失Q=1x105kcal/h(經(jīng)驗(yàn)取值)3則:Q二Q-(Q+Q)二5.4393x106-(17.658+1)x105二3.5735x106KcaV：h4123'b假設(shè)反應(yīng)器無熱損失貝hQ'=Q-Q=(5.4393-1.7658)x106=3.6735x106kcal/h4124、反應(yīng)熱利用率n=￡x100%=1.7658x106x100%=32.46%Q5.4393x1061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C=8.7582x104J/kmol.K5、導(dǎo)熱油用量丿=1.02g/h,A=10oC)油p油ta.反應(yīng)器有熱損失Q=WxQ=Wx103油一156x103x0.63x10=3.5735x105156x3.5735W,=156x3.5735W,=—油0.63x10=88.49t/hW88.49x103V=-^=—油P1.02x103油=86.75m3/hb.反應(yīng)器內(nèi)無熱損失Q'=Q'=Wx103油一156x103x0.63x10=3.6735x106156x3.6735=90.96t/=90.96t/h油0.63x10=89.18m3/h=89.18m3/hV=-^=—油P1.02x103油5、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）精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔反應(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,在此過程中大部分重組分醋酸冷凝下來，同時水，巴豆醛也幾乎全部冷凝下來，余下的組分通往二段繼續(xù)冷卻。CH:Q=44.83x103x0.469x4.187x(180-100)二7.04x106kJ/h21N:Q'二3.45x103x0.25x4.187x(180-100)二2.89x105kJ/h22CHCHO:Q=1.34x103x0.412x4.187x(180-100)二1.85xl05kJ/h33CO:Q'二0.66x103x0.232x4.187x(180-100)二0.513x105kJ/h24W0.29x103CHCOCH:Q'=—xCxA=x8.758x104x(100-80)=0.350x105kJ/h335Mpt58x103VAC:Q'二4.18x—'xCxA二26.01x103x0.291x4.187x(180-100)二25.4x105kJ/h6pt0.36x103HO:Q'=0.36<1C3x0.458<4.187<(18(-100片x4.0&1O=8.7妝10>kJ/h2718—'—'HAC:Q'=4.18x—'xCxA+——xAH+——xLxA8ptMvMt=31.65x103x0.35x4.187x(180-118)+31.65x103x2.392x10460+x1-384x102x(118-100)=16.81x106KJh—'—'CHO:Q'=4.18x—'xCxA+一xAH+一xLxA469ptMvMt=0.18x103x0.40x4.187x(180-102.22)+0.18x1030.18x10370x3.446x104+0.18x10370x1.668x102x(102.22-100)=1.13x105KJh—'—'其它：按醋酸處理：Q'=1.2x4.18x—'xCxA+一xAH+一xLxA10ptMvMt=[0.65x103x0.35x4.187x(180T18)+°?65x103+°?65x10360x23.92x104+0.65x10360x0.1384x102x(118-100)]=4.11x105kJ/h所以一段總冷量Q二蘭Q'二3.63x107kJ/h1i二段冷卻（氣體溫度100-50oC）醋酸溫度（20-30oC）由一段冷卻來的氣體經(jīng)過二段冷卻后溫度由100oC降到50°C，

在此過程中相對重的組分VAC(即產(chǎn)品)幾乎全部冷凝下來，同時幾乎所有的丙酮也冷凝下來，余下的組分含有CH，N,CO,CHCHO通22223往三段冷卻。(1)CH:Q'二4.18xW'xCxA二44.83x103x0.469x4.187x(100—50)二4.40x106kJ/h221pt(2)N:Q”=4.18xW'xCxA=3.45x103x0.25x4.18x(100—50)=1.81x105kJ/h22pt(3)CO:Q=4.18xW'xCxA=0.66x103x0.232x4.187x(100—50)=3.21x104kJ/h23pt(4)CHCHO:Q''=4.18xW'xCxA=1.34x103x0.412x4.187x(100—50)=1.16