11萬(wàn)噸年乙酸乙烯酯裝置工藝設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

11萬(wàn)噸/年乙酸乙烯酯裝置工藝設(shè)計(jì)目錄第1章總論 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài)□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格評(píng)定成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）：（簽名）年月日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任：（簽名）年月日

第1章總論1.1項(xiàng)目概況醋酸乙烯是一種重要的有機(jī)化工中間體，主要原料為工業(yè)冰醋酸和電石，是世界產(chǎn)量最大50種化工原料之一。廣泛應(yīng)用于纖維、粘接劑、涂料、乳化劑、紡織品上漿及整理劑、制鞋、薄膜、安全玻璃、水溶性膜、土壤改良劑等方面；還用于建筑、機(jī)械、汽車(chē)、造紙、包裝、紡織、印染、卷煙、家具、印刷等行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展盡管?chē)?guó)內(nèi)醋酸乙烯產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展雖然較快，但隨著對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開(kāi)拓以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，使醋酸乙烯的需求量逐年上升，市場(chǎng)供需矛盾仍然存在，每年仍有較大的進(jìn)口量。2004年全國(guó)產(chǎn)能已達(dá)97萬(wàn)噸，生產(chǎn)裝置約15套，每年仍需10萬(wàn)噸以上的進(jìn)口量，且仍不能滿足國(guó)內(nèi)的需要，國(guó)內(nèi)的需求量每年以5%的速度增長(zhǎng)，2010年消費(fèi)量達(dá)到142萬(wàn)噸，仍然存在一定的市場(chǎng)缺口。加之下游用途越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)需求量繼續(xù)擴(kuò)大。目前，世界醋酸乙烯生產(chǎn)能力為485萬(wàn)噸/年，2002年產(chǎn)量為408萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到2010年，世界醋酸乙烯需求量將達(dá)到650萬(wàn)噸。目前我國(guó)現(xiàn)有醋酸乙烯生產(chǎn)廠16家，生產(chǎn)能力為106萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量為96萬(wàn)噸。我國(guó)自1965年北京有機(jī)化工廠從日本引進(jìn)電石乙炔法生產(chǎn)醋酸乙烯技術(shù)以來(lái),依靠自己的力量先后建設(shè)了10套萬(wàn)噸級(jí)維綸廠。1972年上海石油化工二廠又引進(jìn)了乙烯法醋酸乙烯裝置,1977年四川維尼綸廠引進(jìn)天然氣乙炔法醋酸乙烯裝置,13套裝置原設(shè)計(jì)能力為376kt/a醋酸乙烯,全是為維綸纖維配套。近幾年,由于醋酸乙烯需求量大幅上升,各廠都將原有生產(chǎn)裝置進(jìn)行改擴(kuò)建擴(kuò)能,但醋酸乙烯在我國(guó)缺口仍然很大。國(guó)內(nèi)醋酸乙烯價(jià)格基本在左右,但各地區(qū)差異較大。我國(guó)有醋酸乙烯生產(chǎn)裝置16套,其中乙烯法僅有2套,年產(chǎn)22萬(wàn)噸,占總生產(chǎn)能力的25.161%;天然氣乙炔法一套,年產(chǎn)12萬(wàn)t,占13.197%;電石乙炔工藝12套,年產(chǎn)51.190萬(wàn)噸,占總生產(chǎn)能力的60.142%。由于我國(guó)醋酸乙烯裝置大部分建成于20世紀(jì)60年代和70年代,其技術(shù)水平僅相當(dāng)于國(guó)外20世紀(jì)70年代初水平,雖然近年努力改造,醋酸乙烯產(chǎn)量有所增長(zhǎng),但仍落后于世界先進(jìn)水平。其次我國(guó)醋酸乙烯裝置規(guī)模偏小,國(guó)外一般都在10萬(wàn)t/a以上,加拿大1985年己建成了36萬(wàn)t/a的裝置,差距很大。1.2設(shè)計(jì)依據(jù)（1）化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定。（2）國(guó)家經(jīng)濟(jì)、建筑、環(huán)保等相關(guān)政策。（3）本章內(nèi)容主要包括廠址概況，總平面布置，豎向設(shè)計(jì)，工廠運(yùn)輸?shù)龋O(shè)計(jì)依據(jù)如下：《化工企業(yè)總圖管理規(guī)定》原化工部文件《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50489-2009《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-87(2006)《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ22—87《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50187—93《壓縮機(jī)廠房建筑設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T2067389《化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范》HG/T20695—87《化工設(shè)備管道外防腐設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20679—90《化工工廠總圖運(yùn)輸施工設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》HG/T20561—941.3設(shè)計(jì)原則以節(jié)能減排為目標(biāo)，減少尾氣、污水等對(duì)環(huán)境的污染，并盡可能優(yōu)化流程，減少設(shè)備和管道的使用，減少投資。采用最合適的設(shè)備類型，提高產(chǎn)品的收率和純度，增大經(jīng)濟(jì)效益。1.3.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則（1）具有適宜的流體力學(xué)條件，流動(dòng)性能好，有利于熱量傳遞和質(zhì)量傳遞；（2）合理的結(jié)構(gòu)，能有效的加速反應(yīng)和水的脫除；（3）保證壓力和溫度符合操作條件；（4）操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，能適應(yīng)各種操作條件的變化。1.3.2塔設(shè)備設(shè)計(jì)原則（1）具有適宜的流體力學(xué)條件，達(dá)到氣液兩相的良好接觸；（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理能力大，壓降低；（3）強(qiáng)化質(zhì)量傳遞和能量傳遞。1.4建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案化工廠設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的活動(dòng)，它包括工藝設(shè)計(jì)和非工藝設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)是化工廠設(shè)計(jì)的核心，決定了整個(gè)化工設(shè)計(jì)的概貌。非工藝設(shè)計(jì)時(shí)以工藝設(shè)計(jì)為依據(jù)，按照各專業(yè)的要求進(jìn)行的設(shè)計(jì)，它包括總圖運(yùn)輸、公用工程、土建、儀表及其控制等。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：1.查閱文獻(xiàn)，完成設(shè)計(jì)課題的文獻(xiàn)綜述；2.對(duì)ASPENPLUS模擬作業(yè)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析說(shuō)明，有條件的話繼續(xù)優(yōu)化；3.對(duì)主要設(shè)備及全裝置的物料衡算和熱量衡算（包括熱負(fù)荷及傳熱劑用量的計(jì)算）結(jié)果進(jìn)行總結(jié)整理，列出物料平衡表、熱量平衡表等表格；4.繪制工藝原則流程圖、PFD；5.對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行工藝計(jì)算與選型，列出各類設(shè)備規(guī)格表及設(shè)備一覽表；6.確定自控方案，繪制工藝管道及儀表流程圖（PID）；7.進(jìn)行車(chē)間及設(shè)備布置設(shè)計(jì)，繪制車(chē)間平面布置圖及設(shè)備平、立面布置圖；8.進(jìn)行管道布置設(shè)計(jì)，繪制部分管道平、立面布置圖；9.設(shè)計(jì)總結(jié)，編寫(xiě)初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。1.5建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案1.5.1產(chǎn)品及其規(guī)格表1-1產(chǎn)品及規(guī)格表成分質(zhì)量分率%乙酸乙烯酯≥99.8年操作時(shí)間：333天（8000小時(shí)）/年；原料：二氧化碳，氧氣，乙酸，乙烯；主產(chǎn)品：乙酸乙烯酯。1.5.2建設(shè)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模：11萬(wàn)噸/年乙酸乙烯酯整套生產(chǎn)裝置，包括廠前區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和生產(chǎn)輔助區(qū)。公用工程：（1）熱劑用蒸汽：根據(jù)生產(chǎn)需要選用不同壓力級(jí)別的蒸汽。（2）冷劑用循環(huán)冷卻水：上水溫度可取25℃。1.5.3產(chǎn)品方案聚乙烯醇自20世紀(jì)60年代實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，都是由醋酸乙烯經(jīng)聚合成聚醋酸乙烯再醇解而制得的。本設(shè)計(jì)工藝是石油乙烯法。以石油裂解聯(lián)產(chǎn)的乙烯為原料，采用多管型固定床反應(yīng)器氣相氧化合成醋酸乙烯的拜耳乙烯法，是由德國(guó)拜耳公司開(kāi)發(fā)成功，日本可樂(lè)麗公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)的上海石化和北京有機(jī)化工廠采用了拜耳乙烯法合成醋酸乙烯原料路線。主要反應(yīng)方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OΔH=-146KJ/mol副反應(yīng)：C2H4+3O2→2CO2+2H2OΔH=-1340KJ/mol主要副產(chǎn)物使CO2，其它副產(chǎn)物很少。由于反應(yīng)放熱，少量的CO2存在，有利于反應(yīng)的排出，同時(shí)可抑制乙烯的氧化深度，故生成的CO2留在循環(huán)氣中不斷的循環(huán)。但不斷循環(huán)后CO2將逐步積累，使其含量過(guò)高。所以工藝上必須連續(xù)抽取部分循環(huán)氣，經(jīng)脫除CO2后再循環(huán)回反應(yīng)器使用，以防止CO2在循環(huán)氣中積累過(guò)高。1.6廠址選擇廠址條件選擇是項(xiàng)目建設(shè)條件分析的核心內(nèi)容，不僅關(guān)系到工業(yè)布局的落實(shí)、投資的地區(qū)分配、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生態(tài)平衡等具有全局性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性的重要問(wèn)題，還將直接或間接地決定著項(xiàng)目投產(chǎn)后的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)效益。廠址的選擇一般遵循以下原則：廠址的地區(qū)布局應(yīng)符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、國(guó)土開(kāi)發(fā)管理的相關(guān)規(guī)定；廠區(qū)的自然條件要符合建設(shè)要求；廠址選擇應(yīng)按照指向原理，根據(jù)材料、市場(chǎng)、能源、技術(shù)、勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素的限度區(qū)位來(lái)綜合分析確定；廠址選擇要考慮交通運(yùn)輸和通訊設(shè)施條件；便于利用現(xiàn)有生活福利社設(shè)施、衛(wèi)生醫(yī)療設(shè)施、文化教育和商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)等設(shè)施；要注意保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡。乙酸乙烯酯對(duì)眼睛、皮膚、粘膜和上呼吸道有刺激性。長(zhǎng)時(shí)間接觸有麻醉作用，微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿。乙酸乙烯酯易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。極易受熱、光或微量的過(guò)氧化物作用而聚合，含有抑制劑的商品與過(guò)氧化物接觸也能猛烈聚合。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。因此甲醇生產(chǎn)廠址遠(yuǎn)離居民區(qū)的郊區(qū)，并且選擇在下風(fēng)口和河流的下游，以防使居民中毒，危害居民的身體健康。交通運(yùn)輸要方便，這樣原料供應(yīng)便捷，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用。1.7能量利用及環(huán)境保護(hù)1.7.1節(jié)能措施（1）本項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)中充分選用了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)和工藝，同時(shí)采取相應(yīng)措施使能量得到了充分利用。此外，氣化、合成等化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都要放出大量的熱，從各個(gè)熱量等級(jí)分級(jí)利用余熱進(jìn)行原料預(yù)熱。重復(fù)利用冷凝水，減少熱損失成為節(jié)能的主要任務(wù)。按不同的保溫要求，選用保溫性能好的材料。（2）采用部分補(bǔ)充水軟化措施提高濃縮倍數(shù)。將通過(guò)離子交換樹(shù)脂去除硬度的軟化水，與新鮮水配比補(bǔ)入循環(huán)水系統(tǒng)，濃縮倍數(shù)提高，大大地降低了循環(huán)水補(bǔ)水量、排污量、藥劑消耗量，提高了水的重復(fù)利用率。（3）加快高效水穩(wěn)劑的研制及應(yīng)用。針對(duì)不同水質(zhì)、不同工藝運(yùn)行條件，采用耐高鈣硬度、高堿度、高含鹽量、高有機(jī)物的水穩(wěn)劑和高效殺菌劑，為降低循環(huán)冷卻水的消耗提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。（4）項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)選用低損耗節(jié)能型變壓器、電動(dòng)機(jī)，工藝選用Y型節(jié)能電動(dòng)機(jī)，主廠房照明采用高效長(zhǎng)壽命氣體放電燈，二次回路控制設(shè)備采用節(jié)能型元件，對(duì)負(fù)荷變動(dòng)大的風(fēng)機(jī)、水泵應(yīng)盡量采用變頻控制，將變電所布置靠近用電負(fù)荷的中心。（5）凡用熱、用冷設(shè)備及其管道，全部采用新型保溫材料，精心設(shè)計(jì)、施工。（6）加強(qiáng)生產(chǎn)管理，減少原材料和動(dòng)力消耗。1.7.2主要污染物本項(xiàng)目涉及到的主要污染源及主要污染物見(jiàn)表1-2：表1-2主要污染物匯總表序號(hào)污染源名稱組成溫度，℃壓力，kpa狀態(tài)備注1工藝廢水H2O~45~1.1液態(tài)處理后循環(huán)使用2催化劑催化劑反應(yīng)溫度--粉塵送回廠家再生3加熱爐排放煙氣CO2、N2等~60~1.2氣體送煙氣處理4生活污水H2O常溫常壓液體送城市污水管網(wǎng)5壓縮機(jī)、泵噪聲相應(yīng)的防護(hù)措施1.7.3環(huán)保措施廢氣（1）精餾塔頂含乙酸、二氧化碳等不凝氣體送總廠分離處置，其后續(xù)環(huán)保措施依托總廠設(shè)施，由于此塔為加壓工況，不存在其它廢氣逸散污染；（2）對(duì)非正常工況如檢修期間的吹掃廢氣最終均集中匯集至總廠廢氣凈化系統(tǒng)；（3）對(duì)于物料泄漏及火災(zāi)、爆炸等突發(fā)性事故下的廢氣污染應(yīng)急處理措施，則嚴(yán)格按照突發(fā)性污染應(yīng)急預(yù)案及時(shí)安全處置。正常生產(chǎn)期間，主要的排放氣來(lái)精餾塔塔頂放出的乙酸以及工廠管道的泄露。乙酸送至總廠處理，對(duì)于管道泄漏，治理措施在于預(yù)防為主，對(duì)設(shè)備定期的檢修?？傮w上來(lái)看，本廠的廢氣排放極少。廢水（1）本項(xiàng)目正常工況下不產(chǎn)生工藝廢水；（2）初期雨水：罐區(qū)和裝置區(qū)的初期雨水通過(guò)相應(yīng)區(qū)域的圍堰和收集閘門(mén)收集至裝置和罐區(qū)附近建設(shè)的收集池收集后泵送總廠廢水處理站處理；（3）檢修期間設(shè)施清洗廢水則同樣依托初期雨水收集池匯集；（4）本項(xiàng)目建設(shè)同時(shí)將建設(shè)應(yīng)急廢水池，具體池容及相關(guān)要求將根據(jù)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件及批復(fù)要求實(shí)施，突發(fā)性事故時(shí)的消防廢水則匯集至該池，最終通過(guò)泵送總廠污水處理設(shè)施達(dá)標(biāo)處理。廢渣本項(xiàng)目基本無(wú)釜?dú)埌l(fā)生，失效的廢催化劑則經(jīng)廠內(nèi)安全暫存設(shè)施暫存，暫存庫(kù)的建設(shè)嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)評(píng)及批復(fù)要求，暫存措施滿足《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18597-2001），轉(zhuǎn)移處置嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的法律法規(guī)及控制標(biāo)準(zhǔn)噪聲控制具體聲環(huán)境保護(hù)對(duì)策措施有：（1）設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)備選型方面要考慮選用低噪聲的設(shè)備。（2）噪聲較大的壓縮機(jī)，風(fēng)機(jī)等設(shè)備的進(jìn)出口配有消音器。（3）工藝裝置、壓力氣體的放空選用適用于該種氣體特性的放空消音器.（4）管道設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)閥的選型考慮防止振動(dòng)和噪聲，避免截面突變；管道與強(qiáng)烈振動(dòng)的設(shè)備連接處選用柔性接頭；對(duì)輻射強(qiáng)、有噪聲的管道，應(yīng)采取隔聲，消聲措施。詳見(jiàn)安全專篇中的噪音控制設(shè)計(jì)。車(chē)間綠化植物具有美化環(huán)境，吸收二氧化碳和有毒氣體，吸收和屏蔽噪音的作用；植物微妙而準(zhǔn)確地反映著我們周?chē)h(huán)境的特性和變化，供給人類許多有用的信息和物質(zhì)。搞好綠化是現(xiàn)代企業(yè)清潔生產(chǎn)的標(biāo)志。車(chē)間的綠化設(shè)計(jì)根據(jù)車(chē)間的總圖布置、生產(chǎn)特點(diǎn)、消防安全、環(huán)境特征，以及當(dāng)?shù)氐耐寥狼闆r、氣候條件、植物習(xí)性等因素綜合考慮，合理布置和選擇綠化植物。車(chē)間的平面布置應(yīng)預(yù)留有綠化地，綠化布置不應(yīng)妨礙工藝裝置、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施等散發(fā)的有害氣體的擴(kuò)散，保證道路的行車(chē)安全，保證生產(chǎn)操作、設(shè)備檢修、消防作業(yè)和物料輸送；充分利用通道，零星空地及預(yù)留地。廠區(qū)綠化植物的選擇根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)、污染狀況和環(huán)保要求，選擇相應(yīng)的抗污、凈化、減噪或滯塵力強(qiáng)的植物；根據(jù)防火、防爆和衛(wèi)生要求，選擇有利于安全生產(chǎn)和職業(yè)衛(wèi)生的植物；根據(jù)美化環(huán)境的要求，選擇觀賞性植物；選擇易成活、維護(hù)成本低的植物。綠化面積不低于12%并配置必要的綠化技術(shù)人員。1.8存在問(wèn)題及建議在醋酸氧化法生產(chǎn)乙酸乙烯酯的過(guò)程中，由于乙烯具有較高的活性在反應(yīng)過(guò)程中，應(yīng)該注意原料和其他管道中乙烯的濃度。另外在生成產(chǎn)品中，產(chǎn)品乙酸乙烯中具有雙鍵很容易聚合，所以在生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制溫度和壓力以防止乙酸乙烯酯聚合而堵塞管道，影響生產(chǎn)。，因此生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)催化劑的合理充分利用顯得十分重要，必須十分注意避免催化劑中毒，或者因?yàn)槠渌蛟斐纱呋瘎┑睦速M(fèi)，提高生產(chǎn)的高效性、經(jīng)濟(jì)性。參考文獻(xiàn)[1]錢(qián)伯章，上海期刊，醋酸乙烯的生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，2010,35(3)[2]顏藝倩廣州科技2010.2總第231期

第2章工藝流程設(shè)計(jì)2.1生產(chǎn)方案選擇2.1.1產(chǎn)品性質(zhì)及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)1.乙酸乙烯酯的性質(zhì)乙酸乙烯又稱乙酸乙烯酯，在常溫下是一種無(wú)色液體，分子量86.09g/mol，凝固點(diǎn)為-93℃，沸點(diǎn)是71.8℃，相對(duì)密度(水=1)為0.93，溶于苯，乙醇，四氯化碳。在427℃時(shí)自燃，爆炸極限為2.6-13.4％。\o"化學(xué)式"化學(xué)式為CH3COOCH=CH2（VAM），具有甜的醚味；微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿。乙酸乙烯酯易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。極易受熱、光或微量的過(guò)氧化物作用而聚合，含有抑制劑的商品與過(guò)氧化物接觸也能猛烈聚合。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。其單能共聚可生產(chǎn)多種用途粘合劑；還能與氯乙烯、丙烯晴、丁烯酸、丙烯酸、乙烯單能共聚接枝、嵌段等制成不同性能的高分子合成材料。2.產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本設(shè)計(jì)產(chǎn)品具體要求見(jiàn)表2-1。表2-1本廠乙酸乙烯酯控制指標(biāo)組分乙酸乙烯酯水摩爾分率/%>0.998<0.0012.1.2原料路線確定原則和依據(jù)選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時(shí)應(yīng)該著重考慮以下三項(xiàng)原則：(1)先進(jìn)性。先進(jìn)性的評(píng)價(jià)包括基建投資、生產(chǎn)成本、消耗定額以及勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，選擇的生產(chǎn)方法應(yīng)達(dá)到物料損耗較小、物料循環(huán)量較少并且易于回收利用、能量消耗較少和有利于環(huán)境保護(hù)等要求。(2)可靠性。應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持一切經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的原則，不允許把未來(lái)的生產(chǎn)工廠當(dāng)做試驗(yàn)工廠來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，還要考慮原料的可靠性。(3)合理性。在工藝流程設(shè)計(jì)中，應(yīng)從以下著重考慮：=1\*GB3①國(guó)內(nèi)人民的消費(fèi)水平以及各種化工產(chǎn)品的消費(fèi)趨勢(shì)。=2\*GB3②國(guó)內(nèi)化工生產(chǎn)所用的化工原料及設(shè)備制造所需要的各種材料的供應(yīng)情況。=3\*GB3③國(guó)內(nèi)化工機(jī)械設(shè)備、電氣儀表與自控設(shè)備的技術(shù)水平和制造能力。=4\*GB3④?chē)?guó)家環(huán)境保護(hù)、清潔生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中“三廢”排放情況。=5\*GB3⑤勞動(dòng)就業(yè)與化工生產(chǎn)自動(dòng)化水平的關(guān)系。=6\*GB3⑥資金籌措和外匯儲(chǔ)備情況。2.1.3工藝技術(shù)方案比較和選擇依據(jù)（1）石油乙烯法以石油裂解聯(lián)產(chǎn)的乙烯為原料，采用多管型固定床反應(yīng)器氣相氧化合成醋酸乙烯的拜耳乙烯法，是由德國(guó)拜耳公司開(kāi)發(fā)成功，日本可樂(lè)麗公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)的上海石化和北京有機(jī)化工廠采用了拜耳乙烯法合成醋酸乙烯原料路線。主要反應(yīng)方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2O副反應(yīng)：C2H4+3O2→2CO2+2H2O（2）天然氣乙炔法以天然氣為原料，部分氧化裂解制得乙炔，采用固定床反應(yīng)器氣相催化合成醋酸乙烯的天然氣乙炔法，是由法國(guó)羅納·普朗克公司開(kāi)發(fā)成功，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)四川川維引進(jìn)有生產(chǎn)裝置。反應(yīng)方程式HC≡CH+CH3COOH→H2C=CH-O-(CO)CH3ΔH=?118KJ/mol反應(yīng)條件：氣相170-250℃,在Zn(OAc)2催化劑作用下反應(yīng)，乙炔的轉(zhuǎn)化率為60-70％，乙炔的選擇性為93%，醋酸的得選擇性為99%。但因?yàn)樵摲磻?yīng)的生產(chǎn)成本太高和安全問(wèn)題，使該反應(yīng)現(xiàn)在很少使用。（3）電石乙炔法用水與電石發(fā)生乙炔，采用沸騰床反應(yīng)器氣相催化合成醋酸乙烯的電石乙炔法是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的一種生產(chǎn)方法。國(guó)內(nèi)有10家聚乙烯醇生產(chǎn)廠采用電石乙炔法原料路線。該反應(yīng)分為兩個(gè)部分：第一部分在120-140℃，F(xiàn)eCl3為催化劑下反應(yīng)；反應(yīng)方程式為：CH3CHO+(CH3CO)2O→CH3CH(OCOCH3)2第二步是分解反應(yīng)，在120℃，酸的催化下反應(yīng)：反應(yīng)方程式為：CH3CH(OCOCH3)2→H2C=CH-O-(CO)CH3+CH3COOH三種不同的原料路線都能生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的聚乙烯醇產(chǎn)品，原料路線對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)不構(gòu)成影響或影響甚微。目前世界上2/3的聚乙烯醇生產(chǎn)裝置采用石油乙烯法原料路線，占據(jù)聚乙烯醇生產(chǎn)技術(shù)的主導(dǎo)地位。歐美和日本則全部采用石油乙烯法原料路線。固定床反應(yīng)器與沸騰床反應(yīng)器相比：優(yōu)點(diǎn)是克分子比大、空速高、醋酸轉(zhuǎn)化率高、空時(shí)收率高、觸媒消耗低、反應(yīng)液質(zhì)量好，反應(yīng)氣中不帶碳粉，這對(duì)反應(yīng)液的分離有利。缺點(diǎn)是產(chǎn)量周期性波動(dòng)大、反應(yīng)器內(nèi)溫度不均勻、生產(chǎn)周期短、更換觸媒時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大。沸騰床反應(yīng)器的特點(diǎn)是技術(shù)成熟，操作安全穩(wěn)定。從以上對(duì)比可以看出：固定床反應(yīng)器比沸騰床反應(yīng)器具有一定的優(yōu)勢(shì)，但需掌握高效催化劑配制的關(guān)鍵技術(shù)，而目前這項(xiàng)技術(shù)國(guó)內(nèi)只有川維一家掌握，不具普遍性，因此本文以國(guó)內(nèi)聚乙烯醇生產(chǎn)企業(yè)普遍采用的沸騰床反應(yīng)器工藝技術(shù)進(jìn)行論述。由于以上理由，本裝置合成乙酸乙烯酯采用石油乙烯法原料路線，采用固定床列管式反應(yīng)器。2.1.4操作條件的確定1.反應(yīng)方程式主要反應(yīng)方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OΔH=-146KJ/mol副反應(yīng)：C2H4+3O2→2CO2+2H2OΔH=-1340KJ/mol主要副產(chǎn)物使CO2，其它副產(chǎn)物很少。由于反應(yīng)放熱，少量的CO2存在，有利于反應(yīng)的排出，同時(shí)可抑制乙烯的氧化深度，故生成的CO2留在循環(huán)氣中不斷的循環(huán)。但不斷循環(huán)后CO2將逐步積累，使其含量過(guò)高。所以工藝上必須連續(xù)抽取部分循環(huán)氣，經(jīng)脫除CO2后再循環(huán)回反應(yīng)器使用，以防止CO2在循環(huán)氣中積累過(guò)高。2.主要影響因素由圖2-1可以看出反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物生成的影響。溫度升高，反應(yīng)的速率增加，但反應(yīng)的選擇性下降，收率也會(huì)下降，權(quán)衡以上兩方面，控制反應(yīng)溫度為150℃圖2-1乙酸乙烯酯生產(chǎn)溫度對(duì)選擇性和時(shí)空收率的影響由圖2-2可以看出反應(yīng)壓力對(duì)產(chǎn)物生成的影響，有反應(yīng)方程式可以看出，壓力增加，反應(yīng)速率會(huì)增大，選擇性和收率都會(huì)增加，但是壓力過(guò)大，能耗大，對(duì)設(shè)備要求高，安全系數(shù)也會(huì)下降。一般來(lái)說(shuō)壓力一般去1.0MPa。圖2-2乙酸乙烯酯生產(chǎn)壓力對(duì)選擇性和時(shí)空收率的影響2.2工藝流程設(shè)計(jì)2.2.1反應(yīng)原理該工藝流程中的主要反應(yīng)如下：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OΔH=-146KJ/molC2H4+3O2→2CO2+2H2OΔH=-1340KJ/mol2.2.2裝置工藝原則流程圖裝置工藝原則流程圖見(jiàn)圖2-3。圖2-3裝置工藝原則流程示意圖2.2.3工藝流程簡(jiǎn)述模擬圖中兩個(gè)換熱器都采用33℃,900KPa.由于從反應(yīng)來(lái)的混合物流中含有大量的C2H4，O2，CO2，采用閃蒸塔的主要原因是分離其中氣體，再將它們分離出來(lái)，再返回反應(yīng)器來(lái)循環(huán)使用，這樣可以降低后面塔的負(fù)荷和增大處理量。這樣從脫氧罐部出來(lái)的物料進(jìn)入脫乙酸塔，在精餾過(guò)程中主要脫除混合物中的乙酸，然后從脫乙酸塔頂出料進(jìn)入脫水塔，在精餾過(guò)程中脫除混合物中的水，再由塔頂出料進(jìn)入乙酸乙烯酯精制塔，在此精餾過(guò)程中主要出去混合物中的乙烯和少量的二氧化碳，而最終在塔底得到純度為99.8%的乙酸乙烯酯參考文獻(xiàn)[1]錢(qián)伯章.上海期刊，醋酸乙烯的生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，2010,35(3)[2]顏藝倩.廣州科技2010.2總第231期[3]陳聲宗．化工設(shè)計(jì)(第二版)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社[4]顏藝倩.合成醋酸乙烯的工藝技術(shù)探討.學(xué)界.研究天地.

第3章物料衡算3.1物料衡算及全流程模擬概述化學(xué)工程的物料衡算是利用物理與化學(xué)的基本定律，對(duì)化工過(guò)程單元及化工過(guò)程單元系統(tǒng)的物料平衡的計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗與定額，確定各物流的流量、組成和狀態(tài)，確定每一設(shè)備內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量傳遞的速度。從而為確定操作方式、設(shè)備選型以及設(shè)備尺寸的確定、管路設(shè)施與公共工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本裝置以氧氣、二氧化碳、乙烯、乙酸為原料生產(chǎn)年產(chǎn)量11萬(wàn)噸的乙酸乙烯酯。通過(guò)對(duì)整個(gè)裝置和個(gè)單元設(shè)備的物料衡算，確定各物流的進(jìn)出流率，最終確定產(chǎn)品的產(chǎn)率和各物質(zhì)的利用率，綜合考慮各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，定量地評(píng)述所選工藝路線、生產(chǎn)方法及工藝流程在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上是否合理，為后續(xù)的計(jì)算提供依據(jù)。3.2主要設(shè)備的物料衡算3.2.1反應(yīng)器R0101的物料衡算反應(yīng)器的物料衡算如表3-1a、3-1b所示。圖3-1反應(yīng)器R0101的物流圖表3-1a反應(yīng)器R0101的物料衡算表組分分子量g/mol進(jìn)料kmol/hmol%kg/hm%C2H42814500.5216406780.3813C2H4O2606000.215836031.50.054CO2445500.197824205.40.2269O2321800.06475759.80.3378C4H6O2620000H2O180000總計(jì)24427801106674.71表3-1b反應(yīng)器R0101的物料衡算表組分分子量g/mol出料kmol/hmol%kg/hm%C2H4281222.10.456934285.30.32C2H4O260389.80.145725757.60.22CO244585.30.218823406.20.24O232220.0082703.20.01C4H6O262210.20.078618099.50.17H2O18245.50.09184422.90.04總計(jì)2442674.91106674.713.2.2脫氧罐V0201的物料衡算圖3-2脫氧罐（V0201）的物流圖表3-2a脫氧罐（V0201）的物料衡算表組分分子量g/mol進(jìn)料（7）kmol/hmol%kg/hm%C2H4281222.130.4634285.220.32O26021.970.01703.140.01C2H4O244389.760.1523406.160.22C4H6O232210.240.0818099.550.17H2O62245.510.094422.930.04CO218585.270.2225757.660.24總計(jì)2442674.881.00106674.661.00表3-2b脫氧罐（V0201）的物料衡算表組分分子量g/mol出料8kmol/hmol%kg/hm%C2H4281194.580.6533512.560.54續(xù)表3-2b組分分子量g/mol出料8kmol/hmol%kg/hm%O26021.940.01701.910.01C2H4O2442.770166.590C4H6O23228.860.022484.150.04H2O625.670102.170CO218570.350.3125100.830.4總計(jì)2441824.17162068.221總進(jìn)料kmol/h2674.88表3-2c脫氧罐（V0201）的物料衡算表組分分子量g/mol出料9kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.03772.660.02O2600.0401.230C2H4O244386.990.4523239.570.52C4H6O232181.380.2115615.40.35H2O62239.840.284320.750.1CO21814.920.02656.840.01總計(jì)244850.71144606.441總出料,kg/hr106674.663.2.3脫乙酸塔T0201的物料衡算圖3-3脫乙酸塔T0201的物流圖表3-3a脫乙酸塔T0201的物料衡算表組分分子量g/mol進(jìn)料（9）kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.0324772.660.0173O2320.0401.230C2H4O260386.990.454923239.590.521C4H6O262181.380.213215615.370.3501H2O18239.840.28194320.720.0969CO24414.920.0175656.830.0147總計(jì)244850.71144606.41表3-3b脫乙酸塔T0201的物料衡算表組分塔頂（11）塔底（10）kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%C2H427.540.0732772.660.0390000O20.040.00011.230.00010000C2H4O21.030.002761.670.0031385.960.813423177.920.9356C4H6O2181.380.482215615.370.78730000H2O151.280.40212725.260.137488.560.18661595.460.0644CO214.920.0397656.830.03310000總計(jì)376.19119833.021474.52124773.381總進(jìn)料kmol/h總出料,kg/hr850.714460脫水塔T0301的物料衡算圖3-4脫水塔T0301的物流圖表3-4a脫水塔T0301的物料衡算表組分分子量g/mol進(jìn)料（13）kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.07772.660.04O2320.040.001.230.00C2H4O2601.030.0061.680.00C4H6O262181.380.4815615.400.79H2O18151.280.402725.320.14CO24414.920.04656.840.03總計(jì)244376.191.0019833.111.00表3-4b脫水塔T0301的物料衡算表組分分子量g/mol塔頂（15）塔底（14）kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.12772.660.050.000.000.000.00O2320.040.001.230.000.000.000.000.00C2H4O2600.000.000.000.001.030.0161.680.02C4H6O262179.510.8115454.140.921.870.01161.250.05H2O180.180.003.210.00151.100.982722.110.92CO24414.920.07656.840.040.000.000.000.00總計(jì)244222.191.0016888.081.00154.001.002945.031.00總進(jìn)料kmol/h總出料,kg/hr376.19198乙酸乙烯酯精制塔T0401的物料衡算圖3-5乙酸乙烯酯精制塔物流圖表3-5a乙酸乙烯酯精制塔物料衡算表組分分子量g/mol進(jìn)料（16）kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.12772.660.05O2320.040.001.230.00C2H4O2600.000.000.000.00C4H6O262179.510.8115454.140.92H2O180.180.003.210.00CO24414.920.07656.840.04總計(jì)244222.191.0016888.081.00表3-5b乙酸乙烯酯精制塔物料衡算表組分分子量g/mol塔頂（18）塔底（17）kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.48772.660.290.000.000.000.00O2320.040.001.230.000.000.000.000.00C2H4O2600.000.000.000.000.000.000.000.00C4H6O26214.490.251247.840.47165.021.0014206.301.00H2O180.000.000.000.000.180.003.210.00CO24414.920.26656.840.250.000.000.000.00總計(jì)24457.001.002678.571.00165.191.0014209.511.00總進(jìn)料kmol/h總出料,kg/hr222.1916888.083.3全裝置的物料衡算圖3-6全裝置物流圖表3-6a全裝置物料衡算表進(jìn)料物流物流C2H4O2ACTICCO2小計(jì)各物質(zhì)質(zhì)量流率kg/hrC2H44067800040678O205759.8005759.8C2H4O20036031.5036031.5C4H6O200000H2O00000CO200024205.424205.4小計(jì)406785759.836031.524205.4106674.7各物質(zhì)摩爾流量kmol/hr小計(jì)C2H414500001450O2018000180C2H4O2006000600C4H6O200000H2O00000CO2000550550小計(jì)14501806005502780表3-6b全裝置物料衡算表出料物流物流57101314小計(jì)各物質(zhì)質(zhì)量流率kg/hrC2H433512.600772.7034285.3O2702001.20703.2C2H4O2166.623177.961.70023406.2續(xù)表3-6b出料物流物流57101314小計(jì)各物質(zhì)質(zhì)量流率kg/hrC4H6O22484.10161.51247.91420618099.5H2O102.21595.52722.103.24422.9CO225100.800656.8025757.6小計(jì)62068.324773.42945.22678.614209.2106674.7各物質(zhì)摩爾流量kmol/hr小計(jì)C2H41194.580027.5401222.13O221.94000.04021.98C2H4O22.77385.961.0300389.76C4H6O228.8601.8814.49165.01210.24H2O5.6788.56151.100.18245.51CO2570.350014.920585.27小計(jì)1824.17474.5215457165.192674.883.4操作條件匯總表3-7壓縮機(jī)操作條件表設(shè)備序號(hào)設(shè)備名稱壓力Kpa效率機(jī)械效率C0101原料氣壓縮進(jìn)料出料0.80.91001000表3-8換熱器操作條件表設(shè)備序號(hào)設(shè)備名稱溫度/℃壓力（絕壓）/KPa進(jìn)口出口E0101乙酸加熱器25108.21000108.21501000續(xù)表3-8設(shè)備序號(hào)設(shè)備名稱溫度/℃壓力（絕壓）/KPa進(jìn)口出口E0102原料氣加熱器237.31501000E0103產(chǎn)品冷卻器14510200E0201脫乙酸塔塔頂冷凝器84-10138E0202脫乙酸塔塔底再沸器111123118E0301脫水塔塔頂冷凝器-10-24400E0302脫水塔塔底再沸器125143628E0401乙酸乙烯酯精制塔頂冷凝器120-261500E0402乙酸乙烯酯精制塔底再沸器1641841600表3-9塔設(shè)備操作條件表項(xiàng)目壓力/Kpa溫度/℃塔板數(shù)進(jìn)料位置回流比反應(yīng)器R101150145脫氧罐C10120010脫乙酸塔T0201200102385.65脫水塔T03011000-9.320834乙酸乙烯酯精制塔T04011600-23.54010153.5全裝置工藝物料平衡圖設(shè)計(jì)及繪制（附錄4-7）3.6物料衡算結(jié)果及小結(jié)本章是物料平衡的計(jì)算，正確的物料衡算結(jié)果為正確的設(shè)備熱量衡算和設(shè)備工藝設(shè)計(jì)提供可靠的保證，在整個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中具有重要的意義。物料衡算主要是通過(guò)ASPENPLUS查出各個(gè)主要設(shè)備的溫度、壓力、汽化分率、質(zhì)量流率、摩爾流率、摩爾分率、質(zhì)量分率等數(shù)據(jù)，將之列在物料衡算表格中，并計(jì)算設(shè)備的進(jìn)出物料的總質(zhì)量流率，以此證明物料平衡。在全裝置物料衡算中，系統(tǒng)輸入量和系統(tǒng)輸出量有微小的誤差。經(jīng)分析，可能的原因有：（1）在模擬導(dǎo)出數(shù)據(jù)過(guò)程中，出現(xiàn)約分導(dǎo)致誤差。（2）Aspen進(jìn)行流程模擬時(shí)，由于版本的不同，可能會(huì)導(dǎo)致物流量發(fā)生微小的變化，產(chǎn)生誤差。(3)進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)與模擬實(shí)際進(jìn)料量不一樣，是由于模擬的過(guò)程中打回流，實(shí)際進(jìn)料和理論進(jìn)料不相等。參考文獻(xiàn)[1]姚玉英主編.化工原理(上冊(cè))[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999,4-5[2]陳聲宗.化工設(shè)計(jì)第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008[3]劉躍進(jìn).反應(yīng)器能量平衡的焓算法與熱量衡算法[J].化工設(shè)計(jì)通訊,1995,21(3):5-7

第4章熱量衡算4.1熱量衡算概述化學(xué)工程的物料衡算是利用物理與化學(xué)的基本定律，對(duì)化工過(guò)程單元及化工過(guò)程單元系統(tǒng)的熱量平衡的計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，可以找出反應(yīng)與分離設(shè)備所需的能量供應(yīng)，確定加熱劑和冷卻劑的用量。同時(shí)計(jì)算設(shè)備傳遞的熱量，為設(shè)備設(shè)計(jì)提供依據(jù)。其中一個(gè)主要依據(jù)是能量平衡方程：∑Qin=∑Qout+∑Q1(4-1)其中∑Qin——表示輸入設(shè)備熱量的總和∑Qout——表示輸出設(shè)備熱量的總和∑Q1——表示損失熱量的總對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)：Q+W=∑Hout-∑Hin(4-2)其中Q——設(shè)備的熱負(fù)荷W——輸入系統(tǒng)的機(jī)械能∑Hout——離開(kāi)設(shè)備的各物料焓之和∑Hin——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和在進(jìn)行全廠熱量衡算時(shí)，是以單元設(shè)備為基本單位，考慮由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放和單純的物理變化帶來(lái)的熱量變化。最終對(duì)全工藝段進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的熱量平衡計(jì)算，進(jìn)而用于指導(dǎo)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)工作。在進(jìn)行全裝置的熱量衡算中，主要通過(guò)定量計(jì)算完成下述基本任務(wù)：確定工藝單元中物料輸送機(jī)械（如泵）所需要的功率，以便于進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型；確定換熱單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率，計(jì)算換熱設(shè)備的尺寸，確定加熱劑和冷卻劑的消耗量，為后續(xù)設(shè)計(jì)中比如供汽、供冷、供水等專業(yè)提供設(shè)備條件；提高熱量?jī)?nèi)部集成度，充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗；最終計(jì)算出總需求能量和能量的費(fèi)用，并由此確定工藝過(guò)程在經(jīng)濟(jì)上的可行性。4.2主要設(shè)備的熱量衡算4.2.1反應(yīng)器R0101能量衡算反應(yīng)器的能量衡算如表4-1所示。圖4-1反應(yīng)器R0101物流示意圖表4-1反應(yīng)器R0101能量衡算表物流輸入（2）輸出（3）差值熱負(fù)荷質(zhì)量流率kg/hr1.07x1051.07x10500熱焓kJ/kg-3.58x103-4.15x103-5.71x102-5.71x102熱量kJ/hr-3.82x108-4.43x108-6.09x107-6.09x1074.2.2脫氧罐V0201能量衡算圖4-2脫氧罐物V0201流示意圖表4-2脫氧罐V0201能量衡算表格項(xiàng)目C101輸入物流輸出物流789溫度C10101010能量KJ/hr-10000-4.88x108-1.75x108-3.14x108合計(jì)KJ/hr凈負(fù)荷輸出-輸入-10000-100004.2.3脫乙酸塔T0201能量衡算圖4-3脫乙酸塔T0201物流示意圖圖4-3脫乙酸塔T0201能量衡算表項(xiàng)目質(zhì)量流率kg/hr物料溫度℃熱焓KJ/kg熱量kJ/hrQ%進(jìn)塔熱量進(jìn)料(9)QF14.46x10410-7.04x1033.14x10874.21再沸器QB11.80x105123.366.07x1021.09x10825.79小計(jì)2.24x105133.36-6.43x1034.23x108100出塔熱量冷凝器QC11.32x105-9.97-8.07x102-1.06x10825.47塔頂(11)QD11.98x104-9.97-5.70x103-1.13x10827.06塔底(10)QW12.48x104123.36-8.00x103-1.98x10847.47小計(jì)1.76x105123.36-1.45x104-4.18x108100熱量損失=（進(jìn)塔-出塔）/進(jìn)塔*100%=1.28%注：之所以會(huì)有1.28%的損失，可能是因?yàn)樵谟?jì)算過(guò)程的一些誤差，和在采集數(shù)據(jù)是由于有效數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的誤差。4.2.4脫水塔T0301能量衡算圖4-4脫水塔T0301物流示意圖表4-4脫水塔T0301能量衡算表項(xiàng)目質(zhì)量流率kg/hr物料溫度℃熱焓KJ/kg熱量kJ/hrQ%進(jìn)塔熱量進(jìn)料(13)QF11.98x104-9.315.70x1031.13x10824.47再沸器QB12.95x103143.491.88x1053.49x10875.53小計(jì)2.28x104134.191.84x1054.62x108100.00出塔熱量冷凝器QC15.74x105-24.66-6.05x102-3.48x10875.65塔頂(15)QD11.69x104-24.66-4.09x103-6.90x10715.03塔底(14)QW12.95x103143.49-1.45x104-4.28x1079.32小計(jì)5.94x105143.49-1.92x104-4.59x108100.00熱量損失=（進(jìn)塔-出塔）/進(jìn)塔*100%=0.65%注：之所以會(huì)有0.65%的損失，可能是因?yàn)樵谟?jì)算過(guò)程的一些誤差，和在采集數(shù)據(jù)是由于有效數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的誤差。4.2.5乙酸乙烯酯精制塔T0401能量衡算圖4-5乙酸乙烯酯精制塔T0401物流示意圖表4-5乙酸乙烯酯精制塔T0401能量衡算表項(xiàng)目質(zhì)量流率kg/hr物料溫度℃熱焓KJ/kg熱量kJ/hrQ%進(jìn)塔熱量進(jìn)料(17)QF11.69x104-23.484.09x1036.90x10769.80再沸器QB11.20x104184.132.49x1032.99x10730.20小計(jì)2.89x104160.651.02x1049.89x107100.00出塔熱量冷凝器QC14.02x104-25.97-6.58x102-2.64x10726.97塔頂(18)QD12.68x103-25.97-6.77x103-1.81x10718.49塔底(17)QW11.42x104184.13-3.76x103-5.35x10754.54小計(jì)5.71x104184.13-1.12x104-9.80x107100.00熱量損失=(進(jìn)塔-出塔）/進(jìn)塔*100%=0.91%注：之所以會(huì)有0.91%的損失，可能是因?yàn)樵谟?jì)算過(guò)程的一些誤差，和在采集數(shù)據(jù)是由于有效數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的誤差。4.2.6壓縮機(jī)C0101能量衡算圖4-6原料氣壓縮機(jī)C0101物流示意圖表4-6原料氣壓縮機(jī)C0101能量衡算表項(xiàng)目C0101輸入物流輸出物流23溫度C45.42237.26能量KJ/hr2.06x108-1.38x108-1.18x108合計(jì)KJ/hr凈負(fù)荷輸出-輸入2.06x1082.06x1084.3全裝置的能量衡算表4-7全裝置的能量衡算表設(shè)備能量KJ/hr設(shè)備能量KJ/hr輸入物流能量KJ/hr輸出物流能量KJ/hrE01015.13x106T02012.71x106ETHENE7.61x1075-1.75x108E0102-1.01x107T03011.09x106OXYGEN-6.71x1077-1.98x108E0103-4.54x107T04016.46x106CO2-2.15x10810-4.28x107續(xù)表4-7設(shè)備能量KJ/hr設(shè)備能量KJ/hr輸入物流能量KJ/hr輸出物流能量KJ/hrR0101-4.65x107ACETIC-2.74x10813-1.01x10714-5.25x107小計(jì)-6.59x107-4.12x108-4.78x108合計(jì)凈負(fù)荷輸出-輸入-6.59x107-6.59x1074.4熱量合理利用方案及換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為了充分利用該工藝過(guò)程的能量，降低公用工程消耗，需進(jìn)行用能的綜合分析。工藝流程中有多處需要加熱、冷卻以及涉及到相變過(guò)程，其中包括原料的預(yù)熱、壓縮后氣體的冷卻、產(chǎn)品的冷卻、精餾塔塔頂回流及塔底再沸所需的換熱等等，我們借助AspenEnergyAnalyzer軟件設(shè)計(jì)，并優(yōu)化了換熱網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝，最大限度的降低成本。采用夾點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)時(shí)，除了通過(guò)物流的信息計(jì)算相關(guān)的物理參數(shù)從而滿足換熱匹配要求外，還需求得最小換熱單元數(shù)，最小換熱面積和最小公用工程；同時(shí)換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)還需要考慮到設(shè)備布置。因此在具體設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)候，可以從兩方面出發(fā)：一是物流信息的確定，求出整個(gè)系統(tǒng)的所有涉及到加熱冷凝的物流信息；二是考慮到具體物流的熱集成能力以及其他性質(zhì)情況（包括位置等因素），在滿足換熱匹配的要求上進(jìn)行換熱設(shè)計(jì)。4.5各換熱器熱負(fù)荷及介質(zhì)用量匯總表4-8各換熱器熱負(fù)荷表?yè)Q熱器熱負(fù)荷/(KJ/hr)項(xiàng)目熱負(fù)荷/(KJ/hr)E0101-1.01x107T0201冷凝器-1.06x108E01025.13x106再沸器1.09x108E01035.13x106T0301冷凝器-3.48x108再沸器3.49x108T0401冷凝器-2.34x107再沸器2.99x107備注：各換熱器的換熱介質(zhì)及其用量請(qǐng)見(jiàn)本書(shū)第六章。4.6全裝置熱量平衡圖設(shè)計(jì)及繪制（附圖1-2）4.7熱量衡算匯總及小結(jié)由于AspenPlus的應(yīng)用，使得熱量衡算變得簡(jiǎn)單易行，省去了大量繁重的計(jì)算，本次列表主要列了一些主要的設(shè)備的熱量衡算和整體熱量衡算。換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化使能量能得到最大的利用，節(jié)省資金，同時(shí)也保護(hù)了環(huán)境。參考文獻(xiàn)[1]顏藝倩.合成醋酸乙烯的工藝技術(shù)探討.學(xué)界.研究天地.[2]曾禮箐，乙烯法合成乙酸乙烯酯固定床列管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)[3]陳聲宗，化工設(shè)計(jì)第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008

第5章設(shè)備選型5.1設(shè)備工藝設(shè)計(jì)概述一般情況下,化工設(shè)備從總體上考慮可以大體分為兩類,一類通常是被稱標(biāo)準(zhǔn)設(shè)或定型設(shè)備,這些都是成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備,可以到經(jīng)銷商那里購(gòu)買(mǎi)；另外一類則被稱為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或非定型設(shè)備，很多這些都是化工過(guò)程中必需要專門(mén)設(shè)計(jì)的特殊設(shè)備,不僅生產(chǎn)較少,而且設(shè)計(jì)業(yè)較復(fù)雜。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備一般情況下都會(huì)有關(guān)于產(chǎn)品的目錄或樣本手冊(cè)，以及各種規(guī)格牌號(hào)，還有不同生產(chǎn)廠家。工藝設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)工藝要求，計(jì)算并選擇某種規(guī)格型號(hào)的設(shè)備，以便訂貨。非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備也是化工生產(chǎn)中大量存在的設(shè)備，它甚至是化工生產(chǎn)的一種特色。非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備工藝設(shè)計(jì)師根據(jù)工藝條件，通過(guò)工藝計(jì)算，提出類型、材料、尺寸和其他一些要求。再由化工設(shè)備專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，由有關(guān)工廠制造。在設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量采用已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的圖紙。選型和工藝設(shè)計(jì)的原則如下：（1）合理性即設(shè)備必須滿足工藝要求，設(shè)備與工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、工藝操作條件、工藝控制水平相適應(yīng)，又能充分發(fā)揮設(shè)備的能力。（2）先進(jìn)性要求設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性、自控水平、生產(chǎn)能力、轉(zhuǎn)化率、收率、效率要盡可能達(dá)到先進(jìn)水平。（3）安全性要求安全可靠、操作穩(wěn)定、彈性好、無(wú)事故隱患。對(duì)工藝和建筑、地基、廠房等無(wú)苛刻要求；工人在操作時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度小，盡量避免高溫高壓高空作業(yè)，盡量不用有毒有害的設(shè)備、附件、附料。（4）經(jīng)濟(jì)性設(shè)備投資節(jié)省，設(shè)備易于加工、維修、更新，沒(méi)有特殊的維護(hù)要求，運(yùn)行費(fèi)用少。引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，亦應(yīng)反復(fù)對(duì)比報(bào)價(jià)，考察設(shè)備性能，并易于被國(guó)內(nèi)消化吸收改進(jìn)利用，避免盲目性。（5）系統(tǒng)性化工生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)完整的系統(tǒng)，我們?cè)诳紤]化工設(shè)備的設(shè)計(jì)的時(shí)候一定不能僅僅關(guān)注其中某些單一設(shè)備，這樣可以避免因個(gè)別設(shè)備妨礙整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化；注重經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還應(yīng)銅盤(pán)考慮，保留適當(dāng)裕量，以免在日后擴(kuò)產(chǎn)和工藝調(diào)整時(shí)成為系統(tǒng)“瓶頸”。總之，要綜合考慮合理性、先進(jìn)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、和系統(tǒng)性的原則，審慎研究，認(rèn)真設(shè)計(jì)。5.2反應(yīng)器的設(shè)計(jì)5.2.1概述本反應(yīng)熱效應(yīng)較大，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率受熱力學(xué)平衡限制，但對(duì)于預(yù)反應(yīng)器而言，轉(zhuǎn)化率已達(dá)工藝要求，則考慮到結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、操作控制穩(wěn)定性等因素，選擇固定床列管反應(yīng)器，流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層。反應(yīng)器選擇RPlug反應(yīng)器，即平推流反應(yīng)器。對(duì)于RPlug模塊來(lái)說(shuō)必須提供反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)信息，RPlug可以嚴(yán)格模擬活塞流反應(yīng)器，反應(yīng)器周?chē)睦湮锪魇强蛇x的用RPlug，也可以模擬具有并流和逆流冷卻劑物流的反應(yīng)器，RPlug只模擬基于速度的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。由文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[1]反應(yīng)器設(shè)計(jì)為4900個(gè)導(dǎo)管，長(zhǎng)度為4m，直徑37mm，反應(yīng)器的溫度145℃，入口處設(shè)置壓力為9bar，反應(yīng)后壓力降為0.93bar。反應(yīng)器中反應(yīng)如下，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-1.主要反應(yīng)方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2O副反應(yīng)：C2H4+3O2→2CO2+2H2O表5-1在Pd/Au/SiO2催化劑作用下，合成VAM動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)表反應(yīng)能量指數(shù)動(dòng)力學(xué)常數(shù)C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OC2H4O2E(KJ/mol)A0.360.2150002.73C2H4+3O2→2CO2+2H2O-0.310.82210007.73在此工段結(jié)束后產(chǎn)物的分布情況如表5-2計(jì)算得到在此情況下，乙烯轉(zhuǎn)化為乙酸乙烯酯的選擇性為92.2%。表5-2進(jìn)出反應(yīng)器物料表組分進(jìn)料（kmol/hr）出料(kmol/hr)選擇性C2H414501222.13O218021.98C2H4O2600389.76C4H6O20210.2492.2%H2O0245.51CO2550585.275.2.2主體設(shè)備的設(shè)計(jì)由于aspen選型中使用平推流反應(yīng)器，在實(shí)際工業(yè)實(shí)施使用固定床列管式反應(yīng)器，這樣與原先模擬得到的數(shù)據(jù)最接近。提取AspenPlus數(shù)據(jù)得進(jìn)入反應(yīng)器的體積流量為V=16315m3/h，由aspen讀取停留時(shí)間:t=0.00229hr則空速為：sv=1/t=436.68h-1(1)反應(yīng)器體積Vcat=V/sv=16315/436.68=37.4m3（2）反應(yīng)器內(nèi)徑的確定計(jì)算公式：D——管束內(nèi)徑，mm——管間距，mmb——對(duì)角線排列的數(shù)目L——最外層管子的中心到殼體壁邊緣的距離,mm，由前面敘述可知:a=32mm,b=150,d=25mm最外層管子的中心到殼體壁邊緣的距離，取L=2*d=50mm內(nèi)徑的計(jì)算公式：D=a*(b-1)+2*L=4868mm,往上圓整為5000mm反應(yīng)器厚度的設(shè)計(jì)：反應(yīng)器圓筒的計(jì)算壁厚公式：δ=QUOTE其中壓力PC=1MPa，焊接接頭系數(shù)QUOTE（單面焊的對(duì)接接頭，局部無(wú)損檢測(cè)），查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附錄《鋼板、鋼管、鍛件和螺栓的許用用力》可知：在150QUOTE，QUOTE=163MPa，由以上公式計(jì)算鋼板的厚度：δ==19.24mm厚度的附加量C=C1+C2,由GB6654-1996《壓力容器用鋼板》和GB3531-1996《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》，的負(fù)偏差C1=0.25mm；對(duì)于不銹鋼當(dāng)介質(zhì)腐蝕性極微時(shí)，可取C2=0。所以：QUOTE+C1+C2=19.24+0.25+0=19.49mm查鋼板的常用厚度（GB/T709-2001），將19.49mm，圓整后獲得鋼板的常用厚度為20mm。選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭高為690mm，取其形狀系數(shù)K=1,則D0/2hi=2.外徑D0為5000mm，則其圓邊高度hi=D0/（2*2）=5000/4=1250mm。壁厚δ為反應(yīng)器的厚度20mm，則這邊高度為ho=150mm。橢圓封頭外徑5000mm，壁厚20mm，圓邊高度1250mm，直邊高度50mm。其他設(shè)計(jì)：反應(yīng)列管：Φ32x3.5反應(yīng)器內(nèi)徑：5000mm壁厚：20mm（3）反應(yīng)器管束數(shù)的確定根據(jù)計(jì)算公式：——反應(yīng)器的體積，m3/h——催化劑填料高度，md——管壁厚度，m計(jì)算得到反應(yīng)器管數(shù)n=5030，與aspen有反應(yīng)器管束為4900相差不大，可以認(rèn)為計(jì)算是正確的。（4）反應(yīng)器高度的選擇計(jì)算公式：代入相關(guān)數(shù)據(jù)有h=6.902m元整得到反應(yīng)器高度為7.0m綜上：反應(yīng)器的高為7.0m，反應(yīng)器的直徑為5.0m表5-3反應(yīng)器設(shè)計(jì)規(guī)格一覽表：項(xiàng)目?jī)?nèi)容項(xiàng)目?jī)?nèi)容高度/mm7000內(nèi)徑/mm5000厚度/mm20列管/mmΦ32x3.5設(shè)計(jì)壓力/MPa1鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6654類型固定床列管反應(yīng)器鋼號(hào)16MmR列管數(shù)5030數(shù)量15.3精餾塔的設(shè)計(jì)5.3.1概述本項(xiàng)目主要涉及塔設(shè)備有3個(gè)，包括反應(yīng)精餾塔、脫水塔、乙酸乙烯酯精制塔，完成了對(duì)全廠塔設(shè)備的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、基本參數(shù)設(shè)計(jì)，并選取其中最有代表性的反應(yīng)精餾塔T0401給出了詳細(xì)的計(jì)算和選型說(shuō)明。其它塔設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)本章結(jié)尾處表格。5.3.3乙酸乙烯酯精制塔的設(shè)計(jì)本塔主要是精制中混合溶液中的乙酸乙烯酯，本塔T0401選用板式塔。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開(kāi)孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)越。所以本塔選用，浮閥塔。5.3.4主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)T-0101主要工藝尺寸設(shè)計(jì)過(guò)程及項(xiàng)目如下：（1）塔經(jīng)D根據(jù)AspenPlus塔板設(shè)計(jì)結(jié)果及Cup-tower校核結(jié)果，塔經(jīng)D為2200mm。圖5-1T0401塔設(shè)計(jì)結(jié)果（2）塔間距HT塔徑為2200mm時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及Cup-tower校核結(jié)果，選定塔間距為600mm。（3）塔板開(kāi)孔率根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及Cup-tower校核結(jié)果，開(kāi)孔率選用11%。（4）溢流裝置設(shè)計(jì)溢流堰選用平口堰，降液管選用斜式降液管。輸入信息如圖5-2、5-3、5-4所示。圖5-2浮閥結(jié)構(gòu)類型輸入信息圖5-3氣液相流體輸入信息圖5-4塔板信息輸入信息檢驗(yàn)工藝條件，輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行軟件校核，得到塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)和塔板的工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)，并生成塔板負(fù)荷性能圖，最終獲得數(shù)據(jù)結(jié)果，見(jiàn)表5-1，圖5-5，圖5-6，圖5-7。圖5-5塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖5-6塔板的工藝參數(shù)圖5-7塔的操作負(fù)荷曲線從塔板的負(fù)荷性能圖和操作點(diǎn)可以看出，塔盤(pán)的設(shè)計(jì)是比較合理的。操作點(diǎn)、操作上限點(diǎn)、操作下限點(diǎn)均處于液相上限線、液相下線線、漏液線和液泛線之間比較合適的位置，塔設(shè)備的操作彈性較大。表5-4乙酸乙烯酯精制塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)塔板編號(hào)(實(shí)際)T0401塔板層數(shù)1塔內(nèi)徑，m2.2板間距，mm600液流程數(shù)1Ａd/Ａt,%9.99開(kāi)孔率,%13.堰長(zhǎng)，mm1598堰高，mm50底隙/側(cè)隙，mm50降液管寬，mm344受液盤(pán)寬，mm394受液盤(pán)深，mm50堰型平堰塔板形式圓形浮閥表5-5乙酸乙烯酯精制塔校核結(jié)果表塔板編號(hào)T0401溢流強(qiáng)度，m3/h42.94停留時(shí)間，s11.95降液管液泛，%18.00閥孔動(dòng)能因子，(m/s)(kg/m3)5.54單位塔板壓降，Pa326.87降液管內(nèi)線速度,m/s0.05降液管底隙速度,m/s0.24表5-6脫乙酸塔工藝參數(shù)一覽表塔板編號(hào)T0401氣相工況100%120%80%液相工況100%120%80%結(jié)構(gòu)參數(shù)負(fù)荷性能圖塔徑[mm]2200板間距[mm]600降液管面積[%]9.99塔板開(kāi)孔率[%]13出口堰長(zhǎng)[mm]1598.1出口堰高[mm]50降液板底隙[mm]50溢流程數(shù)1氣液負(fù)荷氣相負(fù)荷[m3/h]1732.0992078.5181662.815氣相密度[kg/m3]32.3732.3732.37液相負(fù)荷[m3/h]68.62282.34654.897液相密度[kg/m3]778.03778.03778.03塔板水力學(xué)計(jì)算結(jié)果續(xù)表5-6液流強(qiáng)度[m3/m*h]42.9451.5334.35空塔氣速[m/s]閥孔動(dòng)能因子[m/s(kg/m3)^0.5]5.546.654.43塔板壓降[pa]326.87350.33301.09霧沫夾帶[%]00.020漏液率[%]操作/下限孔速1.111.330.89降液管停留時(shí)間[s]11.959.9614.94降液管清液高度[mm]86.497.8175.07降液管液泛率[%]1820.3815.64降液管底隙流速[m/s]0.240.2塔高的計(jì)算（1）塔頂空間高度HD:取HD=1.4m（2）塔底空間高度HB：一般取塔底產(chǎn)品停留時(shí)間為QUOTE=12min，由以上計(jì)算可知塔徑D=2.2m，塔底液相負(fù)荷LS=21.31m3/h則塔底空間高度HB:HB=+2=+2=3.12m（3）進(jìn)料空間高度HF:因?yàn)槭且合噙M(jìn)料，一般取HF=1.0m（4）塔的總高H；H=HD+HB+HF+QUOTE=1.4+3.4+1.0+0.6*38=28.6m5.3.5塔附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)（1）筒體由Cup-tower設(shè)計(jì)校核結(jié)果，得到精餾塔的塔徑D=2.2m，操作壓力P=1.5MPa=15kg/cm3。查《化工原理課程設(shè)計(jì)》表3-1，精餾塔塔體選用鋼Q235F,筒體壁厚18mm。（2）封頭的設(shè)計(jì)本精餾塔選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查《化工原理課程設(shè)計(jì)》表3-2，由于本塔的公稱直徑Dg=2200mm，則由表格可以查的曲邊高度h1=550mm，直邊高度h2=40mm，封頭厚度S=18mm。（3）人孔和手孔的選擇由于本塔的直徑大于800mm，故采用人孔。每隔7塊塔板設(shè)一個(gè)人孔，另外塔頂和塔底各設(shè)一個(gè)人孔，總共5個(gè)人孔。人孔采用圓形人孔Dg450，即480X6mm.表5-7人孔具體安裝位置見(jiàn)下表：表5-7人孔位置表人孔編號(hào)1234567人孔位置塔頂7-8塔板14-15塔板21-22塔板28-29塔板35-36塔板塔底（4）裙座塔的高徑比H/D=6<30，所以圓筒形裙座。塔徑大于2000mm，需要開(kāi)6個(gè)排氣孔和2個(gè)Dg450的人孔，裙座的高度取3m。5.3.6乙酸乙烯酯精制精餾塔接管的設(shè)計(jì)(1)塔頂蒸汽出口管徑dv(5-1)參考《化工原理課程設(shè)計(jì)》表3-5蒸氣導(dǎo)管中的常用蒸汽速度，取蒸汽流速為35m/s，塔頂蒸汽量為1732m3/h，考慮到生產(chǎn)中操作回流比的變動(dòng)，Vs取值較大些，為470m3/h，由公式(5-1)得dv=QUOTE4*17323.14*35*36004*17323.14*35*3600=0.132m查表3-8取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列，接管參數(shù)如下：公稱直徑Dg=150mm,接管外徑厚度δ=159×6接管伸出長(zhǎng)度200mm，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑(D)300mm，補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑（d）163mm。(2)回流管管徑dR回流液用泵輸送，取回流流速u(mài)R=2m/s，考慮操作回流比的波動(dòng)，取回流液流量LS=68.6m3/h，由公式(5-1)得dR=QUOTE4*68.63.14*2*36004*68.63.14*2*3600=0.110m查表3-8取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列，接管參數(shù)如下：公稱直徑Dg=125mm，接管外徑厚度δ=133×6，接管伸出長(zhǎng)度H=200mm，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑(D)250mm，補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑（d）137mm。(3)進(jìn)料管管徑dF液相進(jìn)料um為18.02m3/h，用泵輸送料液，取進(jìn)料速度為2m/s.由公式(5-4)得dF=QUOTE4*18.023.14*2*36004*18.023.14*2*3600=0.0565m查表3-8取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列，接管參數(shù)如下：公稱直徑Dg=65mm，接管外徑厚度δ=73×6，接管伸出長(zhǎng)度H=150mm，無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈。(4)塔底出料管徑dw取塔底出料管流速u(mài)w=1.0m/s，塔底出料的體積流量Lw=21.31m3/h，由公式(5-1)得dW=QUOTE4*21.313.14*2*36004*21.313.14*2*3600=0.0614m查表3-8取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列，接管參數(shù)如下：公稱直徑Dg=65mm，接管外徑厚度δ=73×6，接管伸出長(zhǎng)度H=150mm，補(bǔ)強(qiáng)圈：外徑D=160mm，內(nèi)徑d=80mm。(5)塔底至重沸器連接管管徑dL取接管內(nèi)流速u(mài)w=1.2m/s，連接管的液相流量Lw=315m3/h。由公式(5-1)得dL=QUOTE4*3153.14*2*36004*3153.14*2*3600=0.236m查表3-8取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列，接管參數(shù)如下：公稱直徑Dg=300mm,接管外徑厚度δ=325×10，接管伸出長(zhǎng)度H=200mm，補(bǔ)強(qiáng)圈：外徑D=550mm，內(nèi)徑d=329mm，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度與被補(bǔ)強(qiáng)的封頭等厚。(6)重沸器返塔聯(lián)接管管徑db罐式重沸器返塔是蒸汽部分，其流量為提餾段蒸汽負(fù)荷，即Lb=3429m3/h，取管內(nèi)氣相流速為45m/s。由公式(5-1)得db=QUOTE4*34293.14*35*36004*34293.14*35*3600=0.164m查表3-8取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列，接管參數(shù)如下：公稱直徑Dg=200mm，接管外徑厚度δ=219×8，接管伸出長(zhǎng)度H=200mm，補(bǔ)強(qiáng)圈：外徑D=400mm，內(nèi)徑d=223mm，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度與被補(bǔ)強(qiáng)的封頭等厚。綜合以上結(jié)果，列出各接管匯總表，如下：表5-8乙酸乙烯酯精制塔接管設(shè)計(jì)一覽表公稱/Dg/mm外徑×厚度接管伸出長(zhǎng)H/mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D/mm補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d/mmdv150159×6200300163dR125136×6200250137dF6573×615016080dw6573×615016080dL300325×10200550329db200219×8200400223由以上計(jì)算方法計(jì)算其他兩個(gè)塔設(shè)備，得到如下塔設(shè)備一覽表：表5-9其他兩塔設(shè)備一覽表序號(hào)流程編號(hào)名稱塔類型操作溫度QUOTE塔頂壓力（絕壓）/kPa回流比氣體負(fù)荷/(m3/h)塔頂塔底1T0201脫乙酸塔精餾塔-101231385.65575552T0301脫水塔精餾塔-2414340034952423T0401乙酸乙烯酯精制塔精餾塔-261841500151732序號(hào)流程編號(hào)名稱液體負(fù)荷/(kg/h)空塔線速/m/s塔徑/mm塔板數(shù)塔高/m計(jì)算實(shí)際1T0201脫乙酸塔43.74.02213122002318.42T0301脫水塔122.713.16145216002014.83T0401乙酸乙烯酯精制塔6813.6204922004028.65.4脫水塔（T0301）計(jì)算和校核5.4.1精餾塔設(shè)計(jì)類型：規(guī)整填料塔（設(shè)計(jì)需要）類型：規(guī)整填料塔。填料類型：M250Y填料。5.4.2脫水塔塔的校核通過(guò)cuptower對(duì)該塔進(jìn)行了校核，主要結(jié)果如下：表5-10T0301校核表工藝設(shè)計(jì)條件頂部底部氣相條件1質(zhì)量流量kg/h6912.706021113.53002密度kg/m30.63963.01163體積流量m3/h10808.12007010.66504粘度cP0.01260.0117液相條件5質(zhì)量流量kg/h4114.931027563.06006密度kg/m3918.2874899.53977體積流量m3/h4.481130.64138粘度cP0.28210.26709表面張力mN/m57.235717.5618工藝計(jì)算結(jié)果1液泛分率%38.172.12氣體動(dòng)能因子Pa0.51.612.263液體噴淋密度m3/m2.h3.0020.504單位填料層壓降mbar/m0.631.855空塔氣速m/s2.00821.30276泛點(diǎn)氣速m/s5.27691.80697氣體負(fù)荷因子m/s0.0530.07558流動(dòng)參數(shù)/0.01570.07559填料層總壓降mbar2.61床層特性1填料名稱/M250Y6塔徑m1.382材質(zhì)/不銹鋼7填料層高度m2.103比表面積m2/m3250.00008持液量%2.904空隙率%98.80009每米理論級(jí)數(shù)/2.505傾斜角°45.000010經(jīng)濟(jì)F范圍Pa^0.50.3-2.5圖5-8填料塔的操作曲線5.4.3精餾塔塔高的計(jì)算結(jié)果表明，該塔通過(guò)核算。液體分布器槽式孔流型液體分布器。除沫器選用旋流板式除沫器。塔徑：1.452m。（由AspenPlus模擬得到）由AspenPlus模擬得到該塔的理論塔板數(shù)為20，進(jìn)料位置為第8塊塔板。已知填料M250Y一米相當(dāng)于2.5塊理論塔板，所以可以得到該塔的填料層高度為8m。填料塔高度H：，，由aspen可得塔底液相流量為24.8m3/h,取停留時(shí)間為10min。5.5換熱器的計(jì)算及選型5.5.1概述由aspen對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，