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

年產(chǎn)7000噸醋酸酐吸收工序工藝設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì)制藥工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目:年產(chǎn)7000噸醋酸酐吸收工序工藝設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)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(jì)算以及選型;4、管道及儀表流程圖PID圖,1張;5、設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)中主要參考資料(包括參考書、資料、標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)等)1、中國(guó)石化集團(tuán)上海工程編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下冊(cè))(第三版).化學(xué)工業(yè)出版社,2003.2、時(shí)鈞,汪家鼎,余國(guó)琮,陳敏恒編.化學(xué)工程手冊(cè)(第二版).化學(xué)工業(yè)出版社,1996.3、馬沛生編著.石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)(第一版).化學(xué)工業(yè)出版社,1993.4、黃路,王保國(guó)編.化工設(shè)計(jì)(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,20086、化工部化工工藝配管設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定(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(hào) 教學(xué)內(nèi)容 時(shí)間分配1 講解工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容,下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書 第1日2 確定設(shè)計(jì)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(jì)算 第4~8日5 繪制工藝圖紙 第9~12日6 編制設(shè)計(jì)說明書 第13日七 設(shè)計(jì)考核及評(píng)定成績(jī) 第14日合計(jì)14日六、本設(shè)計(jì)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(jì)算;4、撰寫設(shè)計(jì)說明書;5、繪制圖紙(執(zhí)行HG20519-92標(biāo)準(zhǔn))。七、設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)材料中?；瘜W(xué)化工學(xué)院指導(dǎo)教師:系(室)主任:學(xué)院院長(zhǎng):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 163.2第一吸收塔的熱量衡算.194設(shè)備的工藝計(jì)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(jì)圖 311緒論醋酸酐,又名乙酸酐,無色透明的液體,有強(qiáng)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Ｒ音糜谥圃炖w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,是聚合反響的引發(fā)劑和漂白劑。不過,吸入乙酸酐后對(duì)呼吸道有刺激作用,引起咳嗽、胸痛、呼吸困難。蒸氣對(duì)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(shí)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(dòng)清水沖洗至少15分鐘并及時(shí)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(jì)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(jì)算基準(zhǔn):單位時(shí)間生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量為計(jì)算基準(zhǔn);全年時(shí)間:365×248760小時(shí);檢修時(shí)間:31.7×24760小時(shí);生產(chǎn)時(shí)間:8760-7608000小時(shí);每小時(shí)產(chǎn)量:7000000/8000875.000kg/h。計(jì)算精度:質(zhì)量(kg)取小數(shù)點(diǎn)后三位;組成(質(zhì)量,%)取到小數(shù)點(diǎn)后四位。5.2精餾工序物料衡算⑴計(jì)算依據(jù):①年產(chǎn)成品醋酸酐7000噸;②成品醋酐一級(jí)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(jì),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(jì)入計(jì)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(jì)算:①總物料衡算:WinWt2+Wp2+Wb1+Wb2②組分物料衡算:a對(duì)醋酸衡算:Win×15%Wt2×99%+Wp2×2%b對(duì)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(jì)算結(jié)果見表5-1。表5-1精餾工段總物料平衡序號(hào) 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 粗醋酐 15 156.110 85 884.625 1040.735合計(jì) 1040.735出料 1 餾出液 99 138.610 1 1.400 140.0102 采出液 2 17.500 98 857.500 875.0003 蒸餾塔釜液 0 0 100 21.4375 21.43754 精餾塔釜液 0 0 100 4.2875 4.2875合計(jì) 1040.736⑷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(duì)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(jì)算結(jié)果見表5-2。表5-2粗酐物料平衡序號(hào) 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 粗醋酐 15 156.1105 85 884.625 1040.736合計(jì) 1040.736出料 1 蒸出液 15.3155 138.6105 84.6845 863.1875 1019.2982 蒸餾塔釜液 0 17.5 100 21.4375 21.4375合計(jì) 1040.736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(hào) 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 蒸出液 15.3155 156.1105 84.6845 74.09894 1019.298合計(jì) 1019.298出料 1 餾出液 99 138.6105 1 0.875 140.01052 采出液 2 17.5 98 85.75 8753 精餾塔釜液 0 0 100 87.5 4.2875合計(jì) 1019.2985.3吸收工序物料衡算⑴計(jì)算依據(jù):吸收用醋酸為一級(jí)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%;裂化反響乙烯酮選擇性為90%,這是由于副反響生成廢氣所致。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)化為醋酐吸收反響方程式:主反響:CH3COOH+CH2COCH3CO2O6042102副反響: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(jí)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(duì)醋酸衡算:a.廢氣夾帶醋酸量的計(jì)算:條件:第二吸收塔塔頂真空度0.08MPa;塔頂溫度20℃從兩個(gè)方面考慮:一是低溫時(shí)蒸氣壓低,醋酸損失小;二是乙烯酮吸收反響為放熱反響,低溫有利20℃時(shí),查《石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)》盧煥章等編著P6370.001510MPa存在以下關(guān)系:在裂化管內(nèi)每小時(shí)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-×X=(Wg/MHAc)/V廢/22.4P0.1013-0.080.0213MPa:V廢WF×4/47.88:代入上式后整理得:Wg=0.01610WFkg/hb.對(duì)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(duì)醋酐物料衡算:Wt2×1%+WF×102/42Wb1×85%+Win×0.01×102/18聯(lián)解上兩式得:WF=376.005kg/h;Win530.937kg/h;Wg=6.054kg/h廢氣量:V廢=WF×4/47.88=31.4125m339.608kg/h廢氣平均分子量28.244物料平衡計(jì)算結(jié)果見表5-4。表5-4吸收總物料衡算序號(hào) 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 冰醋酸 99 525.6274 水:1 4.640475 530.26752 乙烯酮 376.00593 醋酐精餾塔餾出液 99 138.6105 1 1.4 140.01054 廢氣(裂化) 39.60775合計(jì) 1085.892出料 1 粗醋酐 15 156.1105 85 884.625 1040.7362 廢氣(裂化) 39.607753 夾帶酸 6.054125合計(jì) 1086.397⑷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%WFWRWb1-90%WF702.3301kg/hb.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)反響掉WR×αAc2OWb1×85%-0.9×WF×102/42αAc2O8.9394%αHAc91.0606%圖5-5第一吸收塔物料平衡物料平衡計(jì)算結(jié)果見表5-5。表5-5第一吸收塔物料衡算序號(hào) 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 吸收液 702.33012 乙烯酮 376.00593 廢氣(裂化) 39.60775合計(jì) 1117.944出料 1 粗醋酐 15 156.1105 85 884.625 1040.7362 廢氣(裂化) 39.607753 乙烯酮 37.6005合計(jì) 1117.944c.第一吸收塔循環(huán)吸收液的組成計(jì)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《石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)》P636,P678得:ρHAc1044kg/m3,ρAc2O1075kg/m3ρmix1/αHAC/ρHAc+αAc2O/ρAc2O1046.698kg/m3循環(huán)吸收液的計(jì)算:吸收液流率為:35m3/h則:塔頂循環(huán)液質(zhì)量流率W頂35×ρmix36634.430kg/h塔底循環(huán)液質(zhì)量流率W低W頂-WR3計(jì)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(jì)算:吸收液流率為:35m3/h,溫度為25℃查《石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)》P636得ρHAc1044kg/m3,ρAc2O1075kg/m3αHAc=0.914,αAc2O=0.086ρmix1/αHAC/ρHAc+αAc2O/ρAc2O1/0.914/1044+0.086/10751046.596kg/m3質(zhì)量流率:Wρmix×物料平衡計(jì)算結(jié)果見表5-6。5.4裂化工序的物料衡算⑴計(jì)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(jì)算中未考慮)主反響:CH3COOHCH2CO+H2O副反響:2CH3COOHCH32CO+H2O+CO22CH2COC2H4+2COCH2COH2O+2CCH3CO2OCH2CO+CH4表5-6第二吸收塔物料衡算序號(hào) 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 1.4 140.01052 乙烯酮 37.60053 廢氣(裂化) 39.607754 冰醋酸 99 525.6274 水:1 5.3095 530.9369合計(jì) 748.1556出2 廢氣(裂化) 39.607753 夾帶酸 6.054125合計(jì) 747.992⑵物料平衡圖圖7裂化工段物料平衡⑶物料平衡計(jì)算①總物料衡算:W1=WF+WP+W2+Wc②對(duì)乙烯酮作物料衡算:W1×95%×0.80×42/60×0.9=WFW1785.309kg/h③對(duì)醋酸作衡算:W2=W1×0.95×1-80%+W1×5%+W1×0.95×18/60×0.80其中各項(xiàng)意義如下:W1×0.95×20%-------------未反響醋酸W1×5%W1×0.95×18/60-------反響中生成水W2=367.5245kg/h;其中αHAcW1×95%×0.20/W240.5983%④結(jié)碳量的計(jì)算:Wc=W1-WF-WP-W2=2.171kg/h物料平衡計(jì)算結(jié)果見表5-7。表5-7裂化工段總物料衡算序號(hào) 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)進(jìn)料 1 裂化用醋酸 95 746.0434 5 39.26563 785.309合計(jì) 785.3108出料 1 乙烯酮 375.9982 稀醋酸溶液 40.5983 149.2085 59.4017 218.316 367.52453 結(jié)碳量 2.1708754 廢氣量 39.6078合計(jì) 785.30116熱量衡算6.1第二吸收塔熱量衡算6.1.1計(jì)算依據(jù)⑴熱量平衡圖:熱焓零點(diǎn),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(jì)熱平衡式為:Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q6+Q8+Q9=Q7+Q2⑶各點(diǎn)溫度:t1=30℃;t2=25℃;t8=25℃;t9=20℃;t5=30℃⑷熱熔數(shù)據(jù):醋酸平均比熱:CpHAC=133.9357kJ/kmol?℃2.3223kJ/kg?℃醋酐平均比熱:197.6588kJ/kmol?℃1.9378kJ/kg?℃⑸吸收液循環(huán)量:35m3/h⑹反響熱CH3COOH+CH2CO2CH3CO2O+62.76kJ/mol冰醋酸帶入水與酐反響放熱量很小,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(tái)數(shù)/21臺(tái)6.1.2熱量計(jì)算⑴進(jìn)料氣帶入熱量Q1:t30℃;w37.60kg/h+39.6078kg/h77.20kg/h廢氣帶入熱量:250.8035kcal/kmol=1272.2751kJ/kmolQ0.469×874.541+0.139×1066.165+0.227×1049.836+0.165×1272.275)乙烯酮帶入熱量:176.4631kcal/kmol736.8159kJ/kmol⑵精餾塔餾出液帶入熱量Q8:t8=25℃;W8140.011kg/h99%醋酸,1%醋酐CpHAc2.3223kJ/kg?℃CpAc2O197.6588/1021.9378kJ/kg?℃CkJ/kg?℃Q140.011kJ/h⑶醋酸帶入熱量Q9:Wg530.936kg/hkJ/kg?℃kJ/kg?℃Cpmix0.99×2.322+0.01×4.1782.340kJ/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反響放出熱量Q3:WF37.60kg/h,△HR62.76kJ/mol帶出熱量的計(jì)算:⑹塔底循環(huán)液帶出熱量Q6:設(shè)t625.5℃,W635931.983kg/hCpHAc2.322kJ/kg?℃CpAc2O1.938kJ/kg?℃Cpmix2.322×0.910606+1.938×0.0893942.288kJ/kg?℃Q635931.983×2.288×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)設(shè)t4=25.5℃CpHAc2.322kJ/kg?℃CpAc2O1.938kJ/kg?℃Cpmix2.322×0.91078+1.938×℃Q4702.330×2.288×t4待求⑻廢氣及夾帶酸帶出熱量:t5=30℃W5廢氣39.593kg/h+夾帶酸6.055kg/h廢氣帶出熱量:Q1411.5925kJ/h夾帶酸帶出熱量:457.3328kcal/kmol1914.7608kJ/kmol6.1.3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×t6t4=t6=25.60℃得:Q441139.51kJ/h;Q62104883.49kJ/h⑵Q6+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(hào) 名稱 熱量(kJ/h)帶入熱量 1 進(jìn)料氣帶入熱量,Q1 2071.32252 精餾塔餾出液帶入熱量,Q8 8117.10873 冰醋酸帶入熱量,Q9 24847.8464 吸收反響放熱,Q3 49169.85合計(jì) 84206.127帶出熱量 1 去塔吸收液帶出熱量,Q4 41139.512 廢氣及夾帶酸的熱量,Q5 1604.82253 換熱器移出的熱量,Q7 41452.755合計(jì) 84197.0886.1.5換熱器冷卻水用量的計(jì)算進(jìn):20℃→出:25℃,△t5℃6.2第一吸收塔熱量衡算6.2.1計(jì)算依據(jù)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各點(diǎn)溫度:t1=-5℃;t2=25℃;t8=25.84℃;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(jì)算帶入熱量的計(jì)算:1進(jìn)料氣帶入熱量:t1=-5℃;W45.266kg/h;;乙烯酮帶入熱量:QCH2CO-2270.989×376.06/42-20334.06kJ/h3吸收反響放熱量:Q3m△H376.06/42×875×62.76×90%505674.2kJ/h3吸收劑帶入熱量:Q841394.55kJ/h4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?℃Cpmix2.322×0.16667+1.938×℃Q2mCp△t36634.430×2.002×251833553.222kJ/h帶出熱量的計(jì)算:5廢氣及未反響乙烯酮帶出熱量:Q52569.082kJ/h6塔底循環(huán)吸收液帶出熱量W635831.767kg/hkg/h初設(shè)t6=25.5℃CpHAc2.322kJ/kg?℃CpAc2O1.938kJ/kg?℃Cpmix2.322×0.15+1.938×0.851.9956kJ/kg?℃Q635831.767×1.9956×t6待求7粗醋酐帶走熱量:W41189.412kg/hQ41189.412×1.9956×t4待求6.2.3總熱量衡算a.×1.9956×t4+2569.082+35831.767×1.9956×t6t4=t6=30.5℃得:Q467062.84kJ/h;Q62020309.0kJ/h熱量平衡表6-3表6-3第一吸收塔熱量衡算表序號(hào) 名稱 熱量(kJ/h)帶入熱量 1 進(jìn)料氣帶入熱量,Q1 -20565.72 塔吸收液帶入熱量,Q8 41394.553 吸收反響放熱,Q3 505674.2合計(jì) 526503.0帶出熱量 1 粗醋酐帶出熱量,Q4 67062.842 塔頂氣體帶出熱量,Q5 2247.9473 換熱器移出的熱量,Q7 457344.6合計(jì) 526655.47設(shè)備工藝計(jì)算及選型7.1第一吸收塔T0201⑴設(shè)計(jì)依據(jù)①操作條件確實(shí)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)全塔操作壓力:P(23.998+24.931)/224.465kPa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) 比外表(m2/m-3) 空隙率ε(m3/m3) 個(gè)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(jì)手冊(cè)》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(chǎng)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(jì)算:查“石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)〞P636,平均溫度下的純物質(zhì)黏度如下:a純物質(zhì)黏度:醋酸1.061×10-3Pa?S;醋酐0.803×10-3Pa?S液相組成:醋酸:(質(zhì)量)16.4%(摩爾)0.2501醋酐:(質(zhì)量)83.6%(摩爾)0.7499?μm∑χi?μi0.2501×lg1.061×10-3+0.7499×lg0.803×10-3μm0.8609×10-3Pa?Sb液相密度計(jì)算:查“石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)〞P636-679,得到平均溫度下的純物質(zhì)密度如下: ρHAc1038.756kg/m3ρAc2O1069.756kg/m3ρmix1/0.164/1038.756+0.836/1069.7561064.5658kg/m3c氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)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(duì)分子質(zhì)量為:=429.72+45.266/11.972539.6731kg/kmold氣相密度計(jì)算:P均24.465kPa,T均303.78KρGm/vPM/RT24.465×39.6731/8.315/303.780.3843kg/m3⑥氣體流量的計(jì)算Vn進(jìn)RT/P11.9725×8.315×303.78/24.4651236.1212m3/h⑵氣速確實(shí)定:泛點(diǎn)速度的計(jì)算:查“《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版(上)〞P2-145,用下式計(jì)算返點(diǎn)速度:?〔W/g?(a/ε3)?(rG/rL)?μ〕0.022-1.75(L/G)1/4(rG/rL)1/8L/G36634.430/474.98777.1272rG/rL0.3843/1064.56583.6099×10-4a/ε3400μL0.8609×10-3Pa?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修正操作氣速:u1236.1212/3600×0.785×0.621.2150m/s⑸壓力降的計(jì)算:查“《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版(上)〞P2-145,用下式計(jì)算:(L/G)?(rG/rL)1/277.1272×3.6099×10-41/21.4654液相密度校正系數(shù)rW/rL1000/1064.56580.9394(W2/g)?φ??(rG/rL)?μ1.2152/9.81×450×0.9394×3.6099×10-4×0.8609×10-30.20.005598查“《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)依據(jù):①查《化工設(shè)計(jì)》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(jì)算:①循環(huán)液進(jìn)冷卻器前的溫度計(jì)算混合的兩種溶液分別為:35864.063kg/h(85%酐,15%酸);t32.29℃Q1=2113787.705kJ/h802.663kg/h(8.922%酐,91.078%酸);t25.76℃Q2=47308.058kJ/h混合后溶液:設(shè)混和后溫度t27℃則CpHAc2.2385kJ/kg?℃CpAc2O1.9456kJ/kg?℃Cpmix2.2385×0.164+1.9456×0.8362.0100kJ/kg?℃Q336637.65×1.948×tQ1+Q2Q3t(2236249.196+400040.226)/(36637.65×2.0100)30.91℃②傳熱溫差計(jì)算20℃→25℃25℃←30.89℃△t15℃△t21.9792℃△tm△t2-△t1/?△t2/△t15.43℃⑶傳熱面積的計(jì)算QK?A?△tmAQ/(K?△tm)462186.112/(426.768×5.43)199.4459m2⑷換熱器的選定:F199.4459m2,一臺(tái)吸收塔選用兩臺(tái)換熱器,每臺(tái)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根本參數(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(zhǎng)ιmm800 2 450 102.4 0.0.0779 0.630007.3第一吸收塔吸收液輸送泵P2001⑴計(jì)算依據(jù):①吸收液流量Q35m3/h②Z2-Z115m③管邊上有9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭,1個(gè)球心閥(標(biāo)準(zhǔn)),1個(gè)孔板流量計(jì),總管長(zhǎng)19m④阻力系數(shù)查“《化學(xué)工程手冊(cè)》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(zhǎng)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(jì)dA/dB20.6 1.8 ⑤φ110×5(不銹鋼)中間有兩個(gè)換熱器⑵設(shè)備工藝計(jì)算:①流動(dòng)型態(tài)確定物性:tm(25+30.89)/227.945℃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?lgμi0.2525×lg1.085×10-3+0.7475×lg0.8188×10-3μm0.8791×10-3Pa?S流速:uQ/A35/(3600×0.12×π/4)1.2385m/s流動(dòng)形態(tài):Reduρ/μ0.1×1.2385×1066.307/0.8791×10-3150224.2315流體流動(dòng)處于湍流區(qū)域阻力系數(shù)的計(jì)算:查“《化工原理》〞夏青、陳常貴編,P53,采用顧毓珍等公式:λ=0.0056+0.5/Re0.320.01663③所需泵揚(yáng)程計(jì)算:列柏努力方程:P1/ρg+Z1+H=P2/ρg+Z2+∑hf0分項(xiàng)計(jì)算:aP1-P2/ρg800×102/(1068.0588×9.81)7.648mbZ2-Z115mc∑hf0計(jì)算:(u2/2g0.0782m)進(jìn)口阻力:0.5×u2/2g0.0391m;出口阻力:1×u2/2g0.0782m標(biāo)準(zhǔn)彎頭阻力損失:9×0.75×u2/2g0.5277m孔板