年產(chǎn)7000噸醋酸酐吸收工序工藝設(shè)計-課程設(shè)計（可編輯）

年產(chǎn)7000噸醋酸酐吸收工序工藝設(shè)計—課程設(shè)計制藥工程課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目:年產(chǎn)7000噸醋酸酐吸收工序工藝設(shè)計二、設(shè)計主要內(nèi)容:1、物料衡算;2、熱量衡算;3、典型設(shè)備的工藝計算以及選型;4、管道及儀表流程圖PID圖,1張;5、設(shè)計說明書。三、生產(chǎn)條件(包括年操作日、生產(chǎn)方式及其它限制性條件)1、連續(xù)生產(chǎn),四個班組三班倒;2、年操作日為333日,8000h;3、醋酐精制采用連續(xù)精餾,選用浮閥塔。四、設(shè)計中主要參考資料(包括參考書、資料、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等)1、中國石化集團(tuán)上海工程編.化工工藝設(shè)計手冊(上、下冊)(第三版).化學(xué)工業(yè)出版社,2003.2、時鈞,汪家鼎,余國琮,陳敏恒編.化學(xué)工程手冊(第二版).化學(xué)工業(yè)出版社,1996.3、馬沛生編著.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(第一版).化學(xué)工業(yè)出版社,1993.4、黃路,王保國編.化工設(shè)計(第一版).化學(xué)工業(yè)出版社,2001.5、王志祥.制藥工程學(xué).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008(HG20519-92).化工部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心,1993.五、進(jìn)度安排序號 教學(xué)內(nèi)容 時間分配1 講解工藝設(shè)計內(nèi)容,下達(dá)設(shè)計任務(wù)書 第1日2 確定設(shè)計方案 第2日3 查閱文獻(xiàn),收集有關(guān)數(shù)據(jù) 第3日4 工藝計算 第4~8日5 繪制工藝圖紙 第9~12日6 編制設(shè)計說明書 第13日七 設(shè)計考核及評定成績 第14日合計14日六、本設(shè)計必須完成的任務(wù):1、查閱文獻(xiàn)和搜集資料;2、工藝流程說明及論述;3、工藝計算;4、撰寫設(shè)計說明書;5、繪制圖紙(執(zhí)行HG20519-92標(biāo)準(zhǔn))。七、設(shè)計時間:4月26日到5月4日八、備注:本任務(wù)書一式三份,學(xué)院、教師、學(xué)生各執(zhí)一份;學(xué)生須將此任務(wù)書裝訂在課程設(shè)計材料中。化學(xué)化工學(xué)院指導(dǎo)教師:系(室)主任:學(xué)院院長:目錄1緒論 62物料衡算 62.1總則 72.2物料衡算 72.2.1精餾工序物料衡算 62.2.2吸收工序物料衡算 92.3附圖1 123熱量衡算 153.第二吸收塔的熱量衡算 164設(shè)備的工藝計算及選型 214.1第一吸收塔 214.2第一吸收塔冷卻 234.3第一吸收塔吸收液輸送泵 25參考文獻(xiàn) 29致謝 30設(shè)計圖 311緒論醋酸酐,又名乙酸酐,無色透明的液體,有強烈乙酸氣味。易溶于有機(jī)溶劑,有機(jī)合成中常用來乙?；噭┗蚴畡?。乙酐用于制造纖維素乙酸酯,乙酸塑料,不燃性電影膠片;在醫(yī)藥工業(yè)中用于制造合霉素,痢特靈,地巴唑,咖啡因和阿絲匹林,磺胺藥物等;在染料工業(yè)中主要用于生產(chǎn)分散深藍(lán)HCL,分散大紅S-SWEL,分散黃棕S-2REL等;在香料工業(yè)中用于生產(chǎn)香豆素,乙酸龍腦酯,葵子麝香,乙酸柏木酯,乙酸松香酯,乙酸苯乙酯,乙酸香葉酯等;由乙酐制造的過氧化乙酰,是聚合反應(yīng)的引發(fā)劑和漂白劑。不過,吸入乙酸酐后對呼吸道有刺激作用,引起咳嗽、胸痛、呼吸困難。蒸氣對眼有刺激性。眼和皮膚直接接觸液體可致灼傷?？诜苽谇缓拖?出現(xiàn)腹痛、惡心、嘔吐和休克等。慢性影響:受該品蒸氣慢性作用的工人,可有結(jié)膜炎、畏光、上呼吸道刺激等。同時它還可引起水體污染,灼傷人的皮膚。所以,一旦皮膚接觸了乙酸酐,需要用大量流動清水沖洗至少15分鐘并及時就醫(yī)。物料衡算5.1總則生產(chǎn)能力:年產(chǎn)7000噸醋酸酐;計算范圍:裂化工序、吸收工序和精餾工序(不含回收工序);生產(chǎn)方式:連續(xù)操作計算基準(zhǔn):單位時間生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量為計算基準(zhǔn);全年時間:365××24760小時;生產(chǎn)時間:8760-7608000小時;每小時產(chǎn)量:7000000/8000875.000kg/h。計算精度:質(zhì)量(kg)取小數(shù)點后三位;組成(質(zhì)量,%)取到小數(shù)點后四位。5.2精餾工序物料衡算⑴計算依據(jù):①年產(chǎn)成品醋酸酐7000噸;②成品醋酐一級品:含醋酸酐98%,醋酸2%;③精制過程中酐損失3%(以成品純醋酐計,其中第一塔損失2.5%,第二塔損失0.5%);④粗醋酐組成含酐85%,酸15%;⑤精餾塔塔頂出料組成醋酸99%,醋酐1%;⑥殘液回收中,醋酐未計入計算中。⑵物料平衡圖見圖5-1:圖5-1精餾工段總物料平衡⑶物料平衡計算:①總物料衡算:WinWt2+Wp2+Wb1+Wb2②組分物料衡算:a對醋酸衡算:Win×15%Wt2×99%+Wp2×2%b對醋酐衡算:Win×85%Wt2×1%+Wp2×98%+Wb1+Wb2c釜液衡算:Wb1+Wb2=3%×Wp2×98%Wb1=2.5%×Wp2×98%;Wb2=0.5%×Wp2×98%解上述方程a、b、c最后得到結(jié)果如下:Win1040.7354kg/h;Wt2=140.0104kg/h;;Wp2=875.000kg/h;Wb1=21.4375kg/h;Wb24.2875kg/h。物料平衡計算結(jié)果見表5-1。表5-1精餾工段總物料平衡序號 名稱 酸含量(質(zhì)量,%) 醋酸量(kg/h) 酐含量(質(zhì)量,%) 醋酐量(kg/h) 總量(kg/h)出4 精餾塔釜液 0 0 100 ⑷分塔物料衡算:粗酐蒸餾塔物料平衡見圖5-2:a.全塔物料衡算:WinWb1+Wt1b.對醋酸衡算:Win×15%Wt1×αHAc 圖5-2粗酐蒸餾塔物料平衡解上述兩式得:Wt1=1019.298kg/h;αHAc=15.3155%.物料平衡計算結(jié)果見表5-2。表5-2粗酐物料平衡序號 名稱 酸含量(質(zhì)量,%) 醋酸量(kg/h) 酐含量(質(zhì)量,%) 醋酐量(kg/h) 總量(kg/h)出醋酐蒸餾塔物料平衡見圖5-3:圖5-3醋酐精餾塔物料平衡全塔物料衡算:Wt1=Wt2+Wp2+Wb2表5-3醋酐物料平衡序號 名稱 酸含量(質(zhì)量,%) 醋酸量(kg/h) 酐含量(質(zhì)量,%) 醋酐量(kg/h) 總量(kg/h)出2 采出液 2 17.5 98 85.75 875合計 1⑴計算依據(jù):吸收用醋酸為一級品,含醋酸99%,水1%;第一吸收塔吸收乙烯酮90%,第二吸收塔吸收10%;裂化反應(yīng)乙烯酮選擇性為90%,這是由于副反應(yīng)生成廢氣所致。每蒸發(fā)100kg原料醋酸,就有4m3標(biāo)準(zhǔn)廢氣產(chǎn)生,其組成為:CO213.9%C2H422.7%CO46.9%CH416.5%;裂化中醋酸轉(zhuǎn)化率為80%;裂化中用醋酸濃度為95%醋酸,5%水;吸收過程中乙烯酮全部轉(zhuǎn)化為醋酐吸收反應(yīng)方程式:主反應(yīng):CH3COOH+CH2COCH3CO2O6042102副反應(yīng):CH3CO2O+2H2O2CH3COOH第一吸收塔及第二吸收塔循環(huán)液體積均為35m3/h;⑨精制過程中酐損失3%;⑩粗酐組成含酐85%,酸15%;成品醋酐一級品:含酐98%,酸2%。⑵物料平衡圖見圖5-4:圖5-4吸收工段總物料平衡⑶總物料衡算①總物料衡算式:(Wt2、Wb1見精餾工序物料衡算)WF+Win+Wt2=Wb1+Wg②對醋酸衡算:a.廢氣夾帶醋酸量的計算:已知條件:第二吸收塔塔頂真空度0.08MPa;塔頂溫度20℃從兩個方面考慮:一是低溫時蒸氣壓低,醋酸損失小;二是乙烯酮吸收反應(yīng)為放熱反應(yīng),低溫有利20℃時,查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》盧煥章等編著P6370.001510MPa存在下列關(guān)系:在裂化管內(nèi)每小時廢氣產(chǎn)生量V廢WF×4/47.88m3設(shè)第二吸收塔吸收循環(huán)液入塔濃度為:含醋酸:91.4%(質(zhì)%);含醋酐:8.6%(質(zhì)%)含醋酸:94.755%(摩爾%);含醋酐:5.245%(摩爾%)X0.94755:根據(jù)公式:×X/P-×P0.1013-0.080.0213MPa:V廢WF×4/47.88:代入上式后整理得:Wg=0.01610WFkg/hb.對醋酸列物料衡算式:Wt2×99%+Win×99%Wb1×15%+WF×60/42+0.01610WF-Win×0.01×120/18c.對醋酐物料衡算:Wt2×1%+WF×102/42Wb1×85%+Win×0.01×102/18聯(lián)解上兩式得:廢氣量:V廢=WF×物料平衡計算結(jié)果見表5-4。表5-4吸收總物料衡算序號 名稱 酸含量(質(zhì)量,%) 醋酸量(kg/h) 酐含量(質(zhì)量,%) 醋酐量(kg/h) 總量(kg/h)進(jìn)出⑷分塔物料衡算:第一吸收塔物料平衡見圖5-5:a.全塔物料衡算:WF+WRWb1+Wo;Wo10%WFb.醋酐衡算:假設(shè)第一吸收塔內(nèi)沒有水存在,即隨冰醋酸帶入的水全部在第二吸收塔內(nèi)反應(yīng)掉WR×αAc2OWb1××WF×102/42αAc2O8.9394%αHAc91.0606%圖5-5第一吸收塔物料平衡物料平衡計算結(jié)果見表5-5。表5-5第一吸收塔物料衡算序號 名稱 酸含量(質(zhì)量,%) 醋酸量(kg/h) 酐含量(質(zhì)量,%) 醋酐量(kg/h) 總量(kg/h)進(jìn)出c.第一吸收塔循環(huán)吸收液的組成計算:設(shè)第一吸收塔塔頂循環(huán)吸收液濃度為:83.600%含醋酐,16.400%含醋酸吸收液溫度t25℃,查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》P636,P678得:ρHAc1044kg/m3,ρAc2O1075kg/m3循環(huán)吸收液的計算:吸收液流率為:35m3/h則:塔頂循環(huán)液質(zhì)量流率W頂35×ρ塔底循環(huán)液質(zhì)量流率W低W頂-WR3計算塔頂循環(huán)吸收液組成:含醋酐百分比:WR×8.922%+W低×85%/W頂83.52%含醋酸百分比:WR×91.078%+W低×15%/W頂16.48%第二吸收塔物料平衡見圖5-6:圖5-6第二吸收塔物料平衡a.全塔物料衡算:Wo+Wt2+Win=WR+Wgb.循環(huán)吸收液的計算:吸收液流率為:35m3/h,溫度為25℃查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》P636得ρHAc1044kg/m3,ρAc2O1075kg/m3質(zhì)量流率:Wρmix×物料平衡計算結(jié)果見表5-6。⑴計算依據(jù):物料流率見吸收工段物料衡算;每噸成品醋酐消耗1.7kg磷酸三乙酯催化劑,0.6kg純氨。(在計算中未考慮)主反應(yīng):CH3COOHCH2CO+H2O副反應(yīng):2CH3COOHCH32CO+H2O+CO22CH2COC2H4+2COCH2COH2O+2CCH3CO2OCH2CO+CH4表5-6第二吸收塔物料衡算序號 名稱 酸含量(質(zhì)量,%) 醋酸量(kg/h) 酐含量(質(zhì)量,%) 醋酐量(kg/h) 總量(kg/h)進(jìn)料 1 精餾塔餾出液 99 138.6105 1 1.4 140.0105出⑵物料平衡圖圖7裂化工段物料平衡⑶物料平衡計算①總物料衡算:W1=WF+WP+W2+Wc②對乙烯酮作物料衡算:W1×9③對醋酸作衡算:W2=W1××1-80%+W1×5%+W1××18/60×0.80其中各項意義如下:W1××20%-------------未反應(yīng)醋酸W1×5%W1××18/60-------反應(yīng)中生成水W2=367.5245kg/h;其中αHAcW1×95%×④結(jié)碳量的計算:Wc=W1-WF物料平衡計算結(jié)果見表5-7。表5-7裂化工段總物料衡算序號 名稱 酸含量(質(zhì)量,%) 醋酸量(kg/h) 水含量(質(zhì)量,%) 水量(kg/h) 總量(kg/h)出4 廢氣量 39.60786熱量衡算6.1第二吸收塔熱量衡算⑴熱量平衡圖:熱焓零點,設(shè)為0℃圖6-1第二吸收塔熱量平衡⑵由于吸收塔內(nèi)溫度與環(huán)境溫度相差很小,設(shè)備熱損失不計熱平衡式為:Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q6+Q8+Q9=Q7+Q2⑶各點溫度:t1=30℃;t2=25℃;t8=25℃;t9=20℃;t5=30℃⑷熱熔數(shù)據(jù):℃℃醋酐平均比熱:197.6588kJ/kmol?℃1.9378kJ/kg?℃⑸吸收液循環(huán)量:35m3/h⑹冰醋酸帶入水與酐反應(yīng)放熱量很小,可以忽略。⑺物料平衡表⑻吸收工序設(shè)備套數(shù)裂解爐臺數(shù)/21臺6.1.2熱量計算⑴進(jìn)料氣帶入熱量Q1:t30℃ol=1272.2751kJ/kmolQ0.469×874.541+0.139×1066.165+0.227×1049.836+0.165×1272.275)⑵精餾塔餾出液帶入熱量Q8:t8=25℃;W8140.011kg/h99%醋酸,1%醋酐CpHAc2.3223kJ/kg?℃℃CkJ/kg?℃⑶kJ/kg?℃kJ/kg?℃××4.1782.340kJ/kg?℃⑷塔頂循環(huán)吸收液帶入熱量Q2:t2=25℃;W236634.26kg/h91.4%酸,8.6%酐kJ/kg?℃kJ/kg?℃kJ/kg?℃Q⑸反應(yīng)放出熱量Q3:WF37.60kg/h,△帶出熱量的計算:⑹℃CpHAc2.322kJ/kg?℃CpAc2O1.938kJ/kg?℃.288kJ/kg?℃××t6待求⑺去第一吸收塔液帶出熱量Q:W4702.330kg/h(組成:91.078%酸,8.922%酐)℃CpHAc2.322kJ/kg?℃CpAc2O1.938kJ/kg?℃××℃××t4待求⑻廢氣及夾帶酸帶出熱量:t5=30℃55kg/h6.1.3總熱量衡算:⑴Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6即2071.3225+2096395.70+49169.85=702.330×2.288×t4+1604.8225+35931.983×2.288×t6℃⑵Q6+Q8+Q9=Q7+Q2即2104883.49+8117.1087+24847.846-2096395.7041452.755kJ/h6.1.4熱量平衡表表6-1第二吸收塔熱量衡算表序號 名稱 熱量(kJ/h)帶入4 帶出6.1.5換熱器冷卻水用量的計算進(jìn):20℃→出:25℃,△t5℃6.2第一吸收塔熱量衡算⑴熱量平衡圖如圖6-2所示⑵熱平衡式Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q6+Q8=Q7+Q2⑶已知各點溫度:t1=-5℃;t2=25℃℃;t5=30℃⑷塔頂循環(huán)吸收液流量:35m3/h圖6-2第一吸收塔熱量平衡6.2.2熱量計算帶入熱量的計算:1進(jìn)料氣帶入熱量:t1=-5℃;;乙烯酮帶入熱量:3吸收反應(yīng)放熱量:Q3m△×875××3吸收劑帶入熱量:4塔頂循環(huán)吸收液帶入熱量:t2=25℃;W236634.430kg/h(83.333%酐,16.667%酸)CpHAc2.322kJ/kg?℃CpAc2O1.938kJ/kg?℃××℃Q2mCp△××帶出熱量的計算:℃CpHAc2.322kJ/kg?℃CpAc2O1.938kJ/kg?℃××0.851.9956kJ/kg?℃××t6待求××t4待求a.××××t6℃得:Q467062.84kJ/h;Q62020熱量平衡表6-3表6-3第一吸收塔熱量衡算表序號 名稱 熱量(kJ/h)帶入帶出3 換熱器移出的熱量,Q7 7設(shè)備工藝計算及選型7.1第一吸收塔T0201⑴設(shè)計依據(jù)①操作條件的確定:塔內(nèi)平均操作溫度:(T頂+T釜)/230.63℃303.78K塔內(nèi)平均操作壓力:塔頂23.998kPa(絕壓)塔底24.931kPa(絕壓)表7-1填料主要性能參數(shù)公稱尺寸d(mm) 外徑×高×厚d×h×σ(mm) 比表面(m2/m-3) 空隙率ε(m3/m3) 個數(shù)N(m-3) 堆積密度rp(kg/m3) 干填料因子a/ε(m-1) 濕填料因子φ(m-1)25 25×25×2.5 190 0.78 49000 575 400 450②填料塔填料的選擇(拉西環(huán),亂堆)選擇25×25×2.5的拉西環(huán)(亂堆)填料,查“《化工工藝設(shè)計手冊》第三版(上)”P2-140,得到的填料主要性能參數(shù)見表7-1。③根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)取填料層高度:H4000mm④流量:液相取進(jìn)口速率:L36634.430kg/h(35m3/h)氣相取進(jìn)口速率:G429.721+45.266474.987kg/h⑤物性數(shù)據(jù)液相黏度的計算:查“石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊”P636,平均溫度下的純物質(zhì)黏度如下:××10-3Pa?S醋酐:(質(zhì)量)83.6%(摩爾)0.7499?μm∑χi?μ×××lg0.803×10-3μm0.8609×10-3Pa?Sb液相密度計算:查“石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊”P636-679,得到平均溫度下的純物質(zhì)密度如下: ρHAc1038.756kg/m3ρAc2O1069.756kg/m31064.5658kg/m3c氣相平均相對分子質(zhì)量的計算:氣相進(jìn)料組成:乙烯酮429.72kg/h10.2315kmol/h廢氣45.266kg/h1.7410kmol/h進(jìn)料摩爾數(shù):乙烯酮摩爾數(shù)+廢氣摩爾數(shù)10.2315+1.741011.9725kmol/h平均相對分子質(zhì)量為:d氣相密度計算:P均24.465kPa,T均303.78K⑥氣體流量的計算××⑵氣速的確定:泛點速度的計算:查“《化工工藝設(shè)計手冊》第三版(上)”P2-145,用下式計算返點速度:?〔W/g?(a/ε3)?(rG/rL)?μ×10-4a/ε3400μ09×10-3Pa?S代入上述數(shù)據(jù):解得:WF1.8648m/s⑶操作氣速:u1.8648×0.751.3986m/s⑷塔徑確定:DT0.5592m圓整,取塔徑DT600mm××⑸壓力降的計算:查“《化工工藝設(shè)計手冊》第三版(上)”P2-145,用下式計算:(L/G)?(rG/rL)1/277.1272××10-41/21.4654液相密度校正系數(shù)rW/rL1000/1064.56580.9394(W2/g)?φ??(rG/rL)?μ×450×××10-4××查“《化工工藝設(shè)計手冊》第三版(上)”P2-147圖填料層壓降的通用關(guān)聯(lián)圖得:△P’20(毫米水柱/米填料)填料壓力降=20×480mmH2O0.785kPa7.2第一吸收塔冷卻器E2001⑴設(shè)計依據(jù):①查《化工設(shè)計》黃璐編P230,傳熱系數(shù)K426.768kJ/(m2?h?℃)②采用列管式換熱器③設(shè)備材質(zhì):⑵傳熱溫差計算:①循環(huán)液進(jìn)冷卻器前的溫度計算混合的兩種溶液分別為:℃℃混合后溶液:設(shè)混和后溫度t27℃則CpHAc2.2385kJ/kg?℃CpAc2O1.9456kJ/kg?℃××0.8362.0100kJ/kg?℃Q336637.65×1.948×tQ1+Q2Q3×℃②傳熱溫差計算20℃→25℃25℃←℃△t15℃△℃△tm△t2-△t1/?△t2/△℃⑶傳熱面積的計算QK?A?△tmAQ/(K?△×5.43)199.4459m2⑷換熱器的選定:F199.4459m2,一臺吸收塔選用兩臺換熱器,每臺換熱器換熱面積F99.7230m2換熱器選型:表3-2列管式固定管板熱交換器基本參數(shù)(換熱面積按管外徑)公稱直徑mm 管程數(shù)N 管數(shù)n 換熱面積(m2) 管邊流通截面積不銹鋼管φ25×2 公稱壓力PgMPa管長ιmm3000⑴計算依據(jù):①吸收液流量Q35m3/h②Z2-Z115m③管邊上有9個標(biāo)準(zhǔn)彎頭,1個球心閥(標(biāo)準(zhǔn)),1個孔板流量計,總管長19m④阻力系數(shù)查“《化學(xué)工程手冊》第二版上、下卷”P3-25,把局部阻力系數(shù)列于表3-3。表7-3阻力系數(shù)阻力系數(shù)ξ 當(dāng)量長度/管徑ιc/d標(biāo)準(zhǔn)彎頭(90°) 0.75 35標(biāo)準(zhǔn)閥(全開) 6.0 300孔板流量計dA/dB20.6 1.8 ⑤φ110×5(不銹鋼)中間有兩個換熱器⑵設(shè)備工藝計算:①流動型態(tài)確定℃ρHAc1040.466αHAc0.164χHAc0.2525ρAc2O1071.466αAc2O0.836χAc2O0.7475ρm1/(0.164/1040.466+0.8365/1071.466)1066.307kg/m3μHAc1.085×10-3Pa?SμAc2O0.8188×10-3Pa?Slgμm∑χi?lgμ××××10-3μm0.8791×10-3Pa?S流速:uQ/A35/(3600××π流動形態(tài):Reduρ/μ××流體流動處于湍流區(qū)域阻力系數(shù)的計算:查“《化工原理》”夏青、陳常貴編,P53,采用顧毓珍等公式:λ③所需泵揚程計算:列柏努力方程:P1/ρg+Z1+H=P2/ρg+Z2+∑hf0分項計算:bZ2-Z115mc∑hf0計算:(u2/2g0.0782m)×391m;出口阻力:1×標(biāo)準(zhǔn)彎頭阻力損失:9×××球心閥阻力損失:(標(biāo)準(zhǔn))6×××列管固定管板換熱器阻力損失:單根管計算:Q35m3/h,A0.2594,