【醋酸乙烯生產(chǎn)工藝及設(shè)備裝置布局設(shè)計(jì)12000字（論文）】

醋酸乙烯生產(chǎn)工藝及設(shè)備裝置布局設(shè)計(jì)目錄1.概述 -1-1.1.設(shè)計(jì)依據(jù) -1-1.2醋酸乙烯 -1-1.2.1醋酸乙烯性質(zhì) -1-1.2.2醋酸乙烯的用途 -1-1.3醋酸乙烯的技術(shù)來源 -2-1.3.1醋酸乙烯的合成來源 -2-1.4醋酸乙烯得合成 -4-1.5醋酸乙烯生產(chǎn)工藝流程 -4-2.廠址選擇 -4-2.1選擇的原則 -4-2.1.1.對(duì)區(qū)域地理上的要求 -4-2.1.2對(duì)廠址面積的要求 -4-2.1.3對(duì)地形的要求 -5-2.1.4.對(duì)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的要求 -5-2.2廠房選址：廣東省揭陽大南海石化工業(yè)區(qū)附近 -5-2.2.1建廠地方的自然條件 -5-3.物料衡算及熱量衡算 -7-3.1計(jì)算依據(jù) -7-3.2反應(yīng)工段的物料衡算 -7-3.2.1各工序的物料衡算 -9-3.3熱量衡算 -11-3.3.1反應(yīng)工段的熱量衡算 -12-3.3.2精制工段的熱量衡算 -14-3.3.3水的用量 -16-4.精餾工段 -16-4.1理論塔板數(shù)計(jì)算 -16-4.2實(shí)際塔板數(shù)的求取 -18-4.2.1全塔效率 -18-4.3操作壓強(qiáng)的計(jì)算 -19-4.4操作溫度的計(jì)算 -19-4.5平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 -19-4.6平均密度的計(jì)算 -20-4.6.1氣體 -20-4.6.2液相 -20-4.7液體粘度的計(jì)算 -20-4.8塔體工藝尺寸計(jì)算 -21-4.8.1塔徑的計(jì)算 -21-4.8.2塔高的計(jì)算 -23-4.9塔板主要工藝尺寸計(jì)算 -23-4.9.1溢流裝置的計(jì)算 -23-4.9.2塔板布置的計(jì)算 -25-4.10浮閥的排列 -26-4.11、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 -26-4.11.1塔板壓降 -26-4.11.2液沫夾帶 -27-4.11.3液泛 -28-4.12塔板負(fù)荷性能圖 -29-4.12.1漏液線 -29-4.12.2霧沫夾帶線 -29-4.12.3液相負(fù)荷下限線 -29-4.12.4液相負(fù)荷上限線 -30-4.12.5液泛線 -30-4.12.6操作彈性 -31-5.其他設(shè)備的計(jì)算 -32-5.1主要管道管件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 -32-5.1.1乙烯的進(jìn)料管 -32-5.1.2醋酸的進(jìn)料管 -32-5.1.3氧氣的進(jìn)料管 -33-6.安全生產(chǎn)及三廢處理 -33-6.1安全生產(chǎn) -33-6.2三廢處理 -33-總結(jié) -34-參考文獻(xiàn) -35-1.概述1.1.設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn)四萬噸醋酸乙烯生產(chǎn)裝置，設(shè)計(jì)該工藝先使反應(yīng)物進(jìn)入混合器，再通過加熱器加熱進(jìn)入反應(yīng)器中，冷卻后，初步分離，由輸送泵將物體輸送至板式精餾塔中，分離提純得到產(chǎn)物。產(chǎn)品要求：醋酸乙烯≥99%1.2醋酸乙烯1.2.1醋酸乙烯性質(zhì)物理性質(zhì)：醋酸乙烯，亦稱醋酸乙烯酯，簡稱Vac，是一種有機(jī)化合物，化學(xué)分子式C4H6O2，分子量為86.09，沸點(diǎn)為90~92?C，醋酸乙烯是一種無色液體，微溶于水；能溶于醇、丙酮、苯、氯仿；具有甜的醚味。醋酸乙烯的危險(xiǎn)特征：醋酸乙烯為易燃液體，其蒸氣和空氣混合后能形成爆炸性混合物，而且與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，極易受到光、熱或微量的過氧化物的影響而聚合，即使在含有抑制劑的物品與過氧化物接觸也能快速聚合。由于其蒸氣比空氣重，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。醋酸乙烯的毒性：對(duì)人的眼睛、皮膚、粘膜和上呼吸道由刺激性，長期接觸有麻醉作用。1.2.2醋酸乙烯的用途醋酸乙烯主要用于生產(chǎn)聚醋酸乙烯、共聚樹脂、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液或聚乙烯醇、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物、聚丙烯腈共聚單體以及縮醛樹脂等衍生物，在涂料、漿料、粘合劑、維綸、薄膜、皮革加工、合成纖維、土壤改良等方面具有廣泛的，因此國內(nèi)的開發(fā)前景還十分廣闊。1.3醋酸乙烯的技術(shù)來源1.3.1醋酸乙烯的合成來源醋酸乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法主要分為乙炔法和乙烯法。國外采用較多的是乙烯氣相法，它的工藝流程是將氧氣、乙烯和乙酸，在金屬催化劑，并且在壓強(qiáng)為0.78MBa條件下，在列管式固定床反應(yīng)器生成醋酸乙烯。乙炔氣相法則是由乙炔和醋酸，通過活性炭為載體的醋酸鋅催化劑，在常壓、溫度為170-230℃下，反應(yīng)生成醋酸乙烯酯，經(jīng)過粗分離、精餾得到。其工業(yè)化到如今已有60多年歷史，催化劑、工藝流程和主要設(shè)備都很成熟。以乙烯為原料的兩種工藝流程，即Bayer氣相法和USI氣相法，他們不同的地方在于于催化劑的不同。Bayer法催化劑活性較高，且空時(shí)收率約為USI法的兩倍，但其的操作條件較為苛刻，且催化劑壽命不及USI法長，雖然如此，但總體而已均有1年以上。USI法催化劑活性雖然沒有Bayer法的高，空時(shí)收率低，但操作條件比較方便，催化劑壽命較長。可以看出Bayer法的優(yōu)勢(shì)多于USI法。因此，世界各國以乙烯法生產(chǎn)醋酸乙烯多于用Bayer法的。目前，國外的BP、Celanese等公司均在傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)出更為先進(jìn)的技術(shù)如BPLeap技術(shù)和CelaeseVaantage技術(shù)。（1）乙炔法合成醋酸乙烯乙炔法原料是醋酸和乙炔。其合成醋酸乙烯反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生許多的副產(chǎn)物。主要反應(yīng)方程式C?H?+CH?COOH→CH?COOCHCH?。合成工段是乙炔和醋酸在流化床反應(yīng)器中通過催化合成醋酸乙烯，分離則是將合成氣中的醋酸和醋酸乙烯等液化，與氮?dú)?、乙炔、二氧化碳等氣體分離。（2）乙烯法制醋酸乙烯乙烯法因?yàn)槠涔に嚱?jīng)濟(jì)性好而占主導(dǎo)地位。乙烯法是醋酸、乙烯和氧氣在氣相中反應(yīng)生成醋酸乙烯，通常用Pd—Au，Pd—Pt，Pd—cd負(fù)載型催化劑，載體主要為SiO?和Al?O?。乙烯法包括固定床和流化床兩種工藝。固定床工藝：固定床工藝使用的催化劑，其活性組分主要集中于載體的外殼。一般的制備步驟包括：用Pd和Au溶液浸漬載體，用堿沉淀Pd和Au，還原劑還原Pd和Au，水洗、干燥，最后用堿金屬溶液浸漬、干燥。該工藝的乙烯單程轉(zhuǎn)化率為8%～10%，醋酸單程轉(zhuǎn)化率為8%～20%。流化床氣相工藝：用乙烯、醋酸、和氧氣制備醋酸乙烯的流化床工藝包括：將乙烯、醋酸(汽化)加入到流化床反應(yīng)器中、氧氣通過另外的管道進(jìn)入反應(yīng)器，乙烯、氧氣和醋酸在反應(yīng)器內(nèi)混合，同時(shí)在催化劑作用下生成醋酸乙烯。流化床使用的催化劑的活性組分基本和固定床相同，但主要集中于外殼和內(nèi)層之間，即所謂的蛋白型催化劑。流化床工藝克服了固定床中催化劑累積失活、受熱不均、氧含量限制等缺點(diǎn)。與乙烯法相比，天然氣乙炔法裝置投資大，技術(shù)難度大；以電石乙炔為原料的路線，技術(shù)簡單，在一樣的規(guī)模下建造，投資比起石油乙烯法、天然氣乙炔法要少很多。但電石工業(yè)耗能高、污染環(huán)境，而且電石乙炔的價(jià)格高于石油乙烯，因而生產(chǎn)的成本比較高。但是，隨著石油價(jià)格不斷上漲，在電石和天然氣豐富，且水、電價(jià)格低的地區(qū)，電石乙炔法醋酸乙烯產(chǎn)品開始有一定的市場。1.4醋酸乙烯得合成主反應(yīng)：C2H4+1/2O2+CH3COOH=CH3COOCHCH2+H2O副反應(yīng)：C2H4+3O2=2CO2+2H2OC2H4+1/2O2=CH3CHO1.5醋酸乙烯生產(chǎn)工藝流程2.廠址選擇2.1選擇的原則2.1.1.對(duì)區(qū)域地理上的要求（1）要盡量靠近原材料、燃料地區(qū);（2）要遠(yuǎn)離高壓輸電線路，不靠近地區(qū)地下管線;（3）對(duì)于產(chǎn)生廢水，應(yīng)位于地區(qū)下游;2.1.2對(duì)廠址面積的要求對(duì)廠址面積應(yīng)滿足生產(chǎn)區(qū)、三廢處理場及其他設(shè)施的用地要求和環(huán)境條件，并考慮留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展用地。2.1.3對(duì)地形的要求（1）能滿足生產(chǎn)工藝流程和運(yùn)輸布置的要求.（2）不受自然災(zāi)害影響.（3）廠址外形簡單，地形坡度不要太大.（4）利用山坡地形建設(shè)，生產(chǎn)工藝過程通過靠重力自流而降低生產(chǎn)費(fèi)用;2.1.4.對(duì)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的要求（1）巖土的地基承載力應(yīng)盡量滿足工程要求。（2）盡量避免因工程地質(zhì)、水文地質(zhì)問題造成基礎(chǔ)工程復(fù)雜化;（3）避免在工程地質(zhì)惡劣地區(qū)以及滑坡、泥石流等直接危害地區(qū)選廠。2.2廠房選址：廣東省揭陽大南海石化工業(yè)區(qū)附近2.2.1建廠地方的自然條件揭陽大南海石化工業(yè)區(qū)規(guī)劃總面積133.4平方公里，位于廣東省東南方南海突出部，珠三角與海峽西岸的中心位置，距離國際航線5海里，距離揭陽市區(qū)及揭陽機(jī)場走高速大約40分鐘車程；工業(yè)區(qū)所在區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，日照充足，雨量充沛，終年無雪少霜，年平均氣溫21.4度，平均降水量1723毫米。建廠地方交通運(yùn)輸條件高速公路：深汕高速直達(dá)工業(yè)區(qū)；揭惠高速從揭陽市區(qū)及揭陽國際機(jī)場40分鐘即可到達(dá)工業(yè)區(qū)。地方路網(wǎng)：雙向八車道石化大道貫穿全區(qū)，省道337、338線穿境而過。建廠地區(qū)基本設(shè)施建設(shè)及原料來源工業(yè)區(qū)的電力資源豐富，周邊有2×60+2×100萬千瓦機(jī)組的電廠，總裝機(jī)容量20萬千瓦的石碑山、仙庵風(fēng)電場。此外工業(yè)區(qū)周邊擁有惠來一中等國家一級(jí)重點(diǎn)中學(xué)，正在開工建設(shè)揭陽第一所本科院?！獜V工揭陽理工學(xué)院。而酒店餐飲方面，工業(yè)區(qū)周邊擁有惠來賓館、富林大酒店以及在建的金賢酒店等星級(jí)酒店。并且在工業(yè)區(qū)周邊擁有金海灣高爾夫球場、八國風(fēng)情度假村、海濱度假村、黃光山風(fēng)景區(qū)、客鳥尾石筍風(fēng)景區(qū)、黃大仙龍藏洞、海角甘泉等一批自然景觀及休閑服務(wù)場所。工業(yè)區(qū)周邊擁有惠來縣人民醫(yī)院（二甲）、慈云中醫(yī)院（二甲）以及工業(yè)區(qū)配套建設(shè)中的南海綜合醫(yī)院（三甲）等醫(yī)療衛(wèi)生單位。大南海工業(yè)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施完善。人才、旅游、娛樂、酒店、醫(yī)療等各方面應(yīng)有盡有，而在這個(gè)地方預(yù)計(jì)在2022年6月30日正式完成，石化煉化一體化項(xiàng)目120萬噸/年乙烯裝置，這有利于醋酸乙烯原材料的來源，大大減少了運(yùn)輸?shù)某杀荆掖竽虾ＪI(yè)區(qū)的溫度適宜，減少了化工生產(chǎn)過程中所需要的熱量，從而能更加節(jié)省能源的損耗。各方面良好的條件都為化工廠的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。醋酸乙烯的市場前景隨著現(xiàn)代化水平的提高，人們對(duì)醋酸乙烯的下游建筑和涂料產(chǎn)業(yè)的需求逐漸提高，呈穩(wěn)步增長的趨勢(shì)。而且近幾年，隨著中國的光伏及電纜等行業(yè)快速的發(fā)展，帶動(dòng)了乙烯-醋酸乙烯共聚物光伏膜料、高端電纜料需求逐年上升。2019年，EVA在發(fā)泡料領(lǐng)域消費(fèi)占33.2%，太陽能電池膠膜領(lǐng)域消費(fèi)占30%，電纜料領(lǐng)域消費(fèi)占17.3%，熱熔領(lǐng)域消費(fèi)占17.3%，涂覆料、農(nóng)膜消費(fèi)占為7%和1%，其他消費(fèi)領(lǐng)域占4%。而作為VAC的下游產(chǎn)業(yè)EVA是乙烯和醋酸乙烯組成的無規(guī)共聚物，醋酸乙烯作為EVA分子鏈中的柔性鏈段，質(zhì)量含量在26%~40%之間，乙烯作為結(jié)晶鏈段，整體表現(xiàn)出一定的柔軟度和高彈性。而且純EVA發(fā)泡的回彈性比一般在40~45%，遠(yuǎn)比PVC、橡膠等材料回彈性好，更重要的是具有材質(zhì)輕、加工易的特點(diǎn)，這使得EVA的下游產(chǎn)業(yè)鏈又多出一條分支。3.物料衡算及熱量衡算3.1計(jì)算依據(jù)操作周期：8000小時(shí)/年塔頂產(chǎn)品含醋酸乙烯≥99.9%塔底產(chǎn)品含醋酸乙烯≤0.1%3.2反應(yīng)工段的物料衡算主反應(yīng)：C2H4+1/2O2+CH3COOH=CH3COOCHCH2+H2O副反應(yīng)：C2H4+3O2=2CO2+2H2OC2H4+1/2O2=CH3CHO反應(yīng)文獻(xiàn)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)主反應(yīng)以乙烯為主的收率為96.6%，因副反應(yīng)生成CO2和乙醛的比重較大，其他副反應(yīng)的比重較小，忽略不計(jì)。所以乙烯生成CO2和乙醛的比為5：1[4]。所以乙烯生成CO2的占2.8%和生成乙醛占0.6%。本反應(yīng)的進(jìn)料摩爾比為n(乙烯)：n(醋酸乙烯)：n（氧氣）=83：12：5[5]。因此年產(chǎn)4萬噸醋酸乙烯，生產(chǎn)量為6250kg/h。以乙烯為主，投入量乙烯為m=因此按96.6%反應(yīng)，質(zhì)量應(yīng)為2106.5kg/h，即75.23kmol/h。乙烯總投入量：42.88÷0.05×0.83=711.81kmol/?不參與反應(yīng)的為636.58kmol/h。副反應(yīng)乙烯生產(chǎn)CO2的量為58.98kg/h，乙烯生成乙醛的量為12.64kg/h。醋酸的投料量：m=n=72.67kmol/?醋酸的總投入量42.88÷0.05×0.12=102.91kmol/?不參與反應(yīng)的為102.91-72.67=30.24kmol/h氧氣的投料量為：m=n=42.88kmol/?生成物水的生成量：m=乙醛的生成量：m=CO2的生成量：m=反應(yīng)的質(zhì)量：2106.5+4360.46+1372.23=7839.2kg/h生成的質(zhì)量：6250+1383.97+19.86+185.37=7839.2kg/h總物料平衡表原料kmol/h摩爾分率（%）產(chǎn)物kmol/h摩爾分率（%）醋酸102.9112醋酸（未反應(yīng)）30.243.68乙烯711.8183乙烯（未反應(yīng)）636.5877.53氧氣42.885CO24.210.51乙醛0.450.05水76.899.36醋酸乙烯72.678.85Σ857.6100Σ821.0499.983.2.1各工序的物料衡算3.2.1.1反應(yīng)工段的物料衡算（1）反應(yīng)器的物料衡算原料kmol/h摩爾分率（%）產(chǎn)物kmol/h摩爾分率（%）醋酸102.9112醋酸（未反應(yīng)）30.243.68乙烯711.8183乙烯（未反應(yīng)）636.5877.53氧氣42.885CO24.210.51乙醛0.450.05水76.899.36醋酸乙烯72.678.85Σ857.6100Σ821.0499.98（2）氣液分離器進(jìn)料kmol/h氣體kmol/h液體kmol/h醋酸30.24醋酸0醋酸30.24乙烯636.58乙烯636.58乙烯0CO24.21CO242.88CO20乙醛0.45乙醛0乙醛0.45水76.89水0水76.89醋酸乙烯72.67醋酸乙烯0醋酸乙烯72.67Σ821.04Σ679.46Σ180.253.2.1.2精制工段的物料衡算餾出產(chǎn)品含醋酸乙烯≥99.9%餾出產(chǎn)品含醋酸乙烯≤0.1%（1）低沸精餾塔用AspenPlus流程模擬得以下數(shù)據(jù)組分F（kmol）D（kmol）xD,iW（kmol）xW,i醋酸乙烯72.6772.600.70230.070.0009水76.890.080.000876.810.9991乙醛0.450.450.004400醋酸30.2430.240.292500Σ180.25103.37176.881（2）高沸精餾塔用AspenPlus流程模擬得以下數(shù)據(jù)組分F（kmol）D（kmol）xD,iW（kmol）xW,i醋酸乙烯72.6072.530.99230.070.0023水0.080.080.001100乙醛0.450.450.006200醋酸30.240.030.000430.210.9977Σ103.3773.09130.2813.3熱量衡算熱量衡算式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5Q1：物料帶入熱Q2:過程熱效應(yīng)Q3：加熱或冷卻時(shí)帶入的熱量Q4：物料離開時(shí)的熱量Q5：設(shè)備向環(huán)境消耗的熱量假設(shè)熱量損失為5%，Q5=0.05Q33.3.1反應(yīng)工段的熱量衡算3.3.1.1加熱工序（1）示意圖醋酸乙烯、氧氣、乙烯進(jìn)料時(shí)為25?C，加熱至120?C組分cp進(jìn)cp出m(kg)醋酸1.34911.30786174.6乙烯1.53091.871519930.68氧氣0.91710.93791372.16取列管式換熱器，壓強(qiáng)為270.25kPa，即水蒸氣溫度為130?C進(jìn)料溫度為25?C，物料進(jìn)料時(shí)熱量：Q×汽化過程無化學(xué)反應(yīng)：Q加熱所吸收的熱量：Q×Q3Q水蒸氣的用量為1297kg/h??T?F=根據(jù)換熱面積和熱衡算，選用兩臺(tái)規(guī)格型號(hào)BESX（Y）500-4.0-65-6/19-4Rea（b）換熱面積為134.4m3.3.1.2反應(yīng)器的熱量衡算進(jìn)料溫度為120?C，出口溫度為142?C物料入口/KJ物料出口/KJ醋酸3.16106醋酸1.02106乙烯1.47107乙烯1.44107氧氣2.54105氧氣0醋酸乙烯0醋酸乙烯3.80106水0水1.09106乙醛0乙醛12577二氧化碳0二氧化碳6.9105水蒸氣3.05106損失152556Σ2.12107Σ2.121073.3.1.3氣液分離器的熱量衡算假設(shè)設(shè)備沒有熱量損失組分進(jìn)料(KJ)出口1（KJ）出口2（KJ）醋酸1.0210601.02106乙烯1.441071.441070CO26.91056.91050乙醛12577012577水1.0910601.09106醋酸乙烯3.8010603.80106Σ210125771509000059225773.3.2精制工段的熱量衡算3.3.2.1冷卻器的熱量衡算進(jìn)料溫度為142?C，出口溫度為44.63?C物料入口/KJ物料出口/KJ醋酸1.02106醋酸7.66105醋酸乙烯3.80106醋酸乙烯3.73106水1.09106水1.85106乙醛12577乙醛8044水蒸氣4.54105損失2.27104Σ6.38106Σ6.38106冷卻水選擇進(jìn)料溫度25?C，出口溫度25?C???F=選擇最小的換熱面積6.4m2，型號(hào)為AESX(Y)325-2.5-5-3/25-4Rea（b）。3.3.2.2低沸塔的熱量衡算用Aspen模擬得低沸塔焓計(jì)算值表進(jìn)料出料1出料2溫度/?C44.6381.4597.18壓強(qiáng)/kPa104.425101.325110.325ΣH/kW17097.0710893.225989.59熱負(fù)荷：2227.74kW低沸塔能量衡算表QQQ6956929961549454607781053.3.2.3高沸塔的熱量衡算用Aspen模擬得高沸塔焓計(jì)算值表進(jìn)料出料1出料2溫度/?C93.8972.71117.88壓強(qiáng)/kPa105.825101.325110.325ΣH/kW10148.846932.473941.4熱負(fù)荷：2026.01kW高沸塔能量衡算表QQQ6490534936535821391459363.3.3水的用量換熱器E0101用水量為1297kg/h，換熱器E0102用水量為337kg/h總的用水量為1634kg/h。4.精餾工段4.1理論塔板數(shù)計(jì)算VAC的摩爾質(zhì)量MA=86.09kg/kmolHAC的摩爾質(zhì)量MB=60.05kg/kmolxxx總物料衡算F=D+W塔頂易揮發(fā)組分衡算Fx72.060.6307=0.9985D+0.0007W(1)72.06=D+W(2)(1)(2)聯(lián)立得D=45.5kmol/h；W=26.56kmol/h理論塔板數(shù)查數(shù)據(jù)得q=0.8，在x?y曲線查得yRR取最小回流比的1.5倍得R=1.5求精餾塔氣、液相負(fù)荷L=RD=0.6525×45.5=29.68kmol/?V=(R+1)D=(0.6525+1)×45.5=75.19kmol/?LV求操作線方程精餾段操作線方程y=提餾段操作線方程y=1.44通過逐板計(jì)算法得到圖，精餾段塔板數(shù)為9塊，提餾段9為塊，進(jìn)料段為第10塊塔板。4.2實(shí)際塔板數(shù)的求取用AspenPlus可以得到tF=83.27?C,tW=117.95?C，tD=72.73?C，4.2.1全塔效率塔的平均溫度tm平均溫度下的氣液組成xm=0.34用Aspen求得醋酸與醋酸乙烯的粘度分別為μA=0.48mPa?sμB=0.0098mPa?s平均粘度為μm=0.00980.34+0.48（1-0.34）=0.3201mPa?s相對(duì)揮發(fā)度進(jìn)料揮發(fā)度α進(jìn)料塔頂揮發(fā)度α塔頂塔底揮發(fā)度αα塔板效率為E4.3操作壓強(qiáng)的計(jì)算塔頂壓強(qiáng)：P=101.325kPa取每層塔板壓降：ΔP=0.5kPa進(jìn)料板壓強(qiáng)：P精餾段的平均壓強(qiáng)：Pm塔底壓強(qiáng)：提餾段的平均壓強(qiáng)：P4.4操作溫度的計(jì)算通過AspenPlus可以得到當(dāng)y=xD時(shí)，塔頂?shù)臏囟萾D=72.71℃當(dāng)y=xF時(shí)，進(jìn)料段的溫度tF=93.89℃當(dāng)y=xW時(shí)，塔底的溫度tW=117.88℃精餾段的平均溫度為tm提餾段的平均溫度為t全塔的平均溫度為t4.5平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算塔頂：由y1=xD=0.9985,由圖得x1=0.9925MM進(jìn)料板：由理論板得yF=0.6309,由圖得xF=0.2903MM塔底：由理論板得yn=0.0007,由圖得xn=0.0002MM平均摩爾質(zhì)量精餾段:MM提餾段:MM4.6平均密度的計(jì)算4.6.1氣體由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，得精餾段ρV提餾段ρ4.6.2液相精餾段平均液相密度ρ提餾段液相平均密度ρ4.7液體粘度的計(jì)算μ塔頂：x=0.9925，tD=72.71℃，根據(jù)內(nèi)插法可求得的：μμ則塔頂液體粘度為：μ進(jìn)料板：x=0.2903，tF=80.66℃，根據(jù)內(nèi)插法可求得μμ則進(jìn)料板液體粘度為：μ塔底：xi=0.0002,tW=117.88℃，根據(jù)內(nèi)插法可求得：μμ則塔底液體粘度為：μ精餾段的液體平均粘度：μ提餾段的液體平均粘度：μ全塔液相的平均粘度為：μ塔底與塔頂平均溫度T=此溫度下的相對(duì)揮發(fā)度為：α=根據(jù)奧康奈爾關(guān)聯(lián)法：E4.8塔體工藝尺寸計(jì)算4.8.1塔徑的計(jì)算4.8.1.1精餾段VLs1由umax=CρL?ρVρV，C由公式L初選板間距HT=0.42m，取板上液層高度hL=0.07mHT-hL=0.42-0.07=0.35m由史密斯關(guān)系圖得C20=0.07C=u取安全系數(shù)為1.4，則空塔氣速為uD按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑為1m塔截面積A實(shí)際空塔氣速u=4.8.1.2提餾段Vs2Ls2LHT-hL=0.42-0.07=0.35m查圖得C20=0.073C=uuD按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為1m塔截面積：A實(shí)際空塔氣速:u=4.8.2塔高的計(jì)算4.8.2.1精餾塔的有效高度精餾段Z精餾=（N精餾提餾段Z提餾=（N提餾在進(jìn)料板上方的開一人孔，提餾段開一人孔，其高度為0.6m，則有效高度為：Z有效=Z精餾+Z提餾+4.8.2.2全塔實(shí)際高度取進(jìn)料板板件距0.8m，人孔處的板件距0.7m，塔底空間高度2.0m，塔頂空間高度0.7m，封頭高度0.6m，裙座高度2.5m，則全塔高:H=(19?1?2?1)×0.42+0.8+0.7×2+0.7+2.0+0.6+2.5

4.9塔板主要工藝尺寸計(jì)算根據(jù)塔徑和液體流量，選用單溢流弓形降液管，凹形受液盤，塔板采用單流和分塊式組裝。4.9.1溢流裝置的計(jì)算4.9.1.1堰長l4.9.1.2堰高由?L查圖得E=1.02,選用平直堰，堰上液層高度由弗蘭西斯公式求得精餾段：?故hw=0.05-0.0071=0.0429m提餾段：L查圖得E=1.03,選用平直堰，堰上液層高度由弗蘭西斯公式求得?故h上下段hw=0.04m4.9.1.3降液管面積當(dāng)lwWdDA塔的相對(duì)操作面積為（4.9.1.4液體在降液管里停留的時(shí)間精餾段：θ提餾段：θ故降液管設(shè)計(jì)合理4.9.1.5降液管底隙高度h0?精餾段和提餾段降液管下端與塔板間出口處的液體流速分別?。簎'1=0.精餾段：

?提餾段：

?上下段h0均取0.015m4.9.2塔板布置的計(jì)算4.9.2.1浮閥采用F1型浮閥，重量為33g(重閥)，孔徑為39mm，閥片直徑48mm,閥片厚度2mm，最大開度8.5mm，靜止開度2.5mm。精餾段：u提餾段：u上下兩段相應(yīng)的閥孔動(dòng)能因子為：FF02均屬正常范圍4.9.2.2開孔率 φ=uu0×100%式中：精餾段φ提餾段φ為了塔板加工方便，上下兩分段開孔率均采用φ=12%閥孔速度和相應(yīng)的動(dòng)能因子為：u01'=5.83m/su02'=6.67m/s4.9.2.3閥孔總面積A4.9.2.4浮閥總數(shù)N4.9.2.5塔板上布置浮閥的有效操作面積已知Wd=0.16m，取破沫區(qū)寬度Wx=r=有效操作面積A=2×=0.4083m2有效操作面積率ε=44.10浮閥的排列浮閥采用等腰三角形交叉排列。設(shè)垂直于液流方向的閥孔中心距為t，與此相應(yīng)每排浮閥中心線之間的距離，則t=A取t=0.07m。4.11、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.11.1塔板壓降?4.11.1.1干板阻力hc精餾段u0c1u01<提餾段uu02>4.11.1.2氣體通過液層的阻力h1取充氣系數(shù)ε0=0.5液體表面張力阻力hσ氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計(jì)算：hh氣體通過每層塔板的壓降為ΔΔ上下兩段單板壓降均符合設(shè)計(jì)任務(wù)要求。4.11.2液沫夾帶泛點(diǎn)率=泛點(diǎn)率=板上液體流經(jīng)長度Z板上液流面積Ab醋酸和醋酸乙烯是正常系統(tǒng)，因此物性系數(shù)K=1.0，查圖的泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF1=0.124.11.2.1精餾段泛點(diǎn)==48.9%泛點(diǎn)=精餾段兩泛點(diǎn)率都在80%以下，霧沫夾帶量能滿足eV4.11.2.2提餾段泛點(diǎn)==46.6%泛點(diǎn)精餾段兩泛點(diǎn)率都在80%以下，霧沫夾帶量能滿足eV4.11.3液泛為了防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度Hd≤φ(4.11.3.1與氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨染s段h提餾段h4.11.3.2液體通過降液管的壓頭損失精餾段h提餾段h4.11.3.3板上液層高度精餾段和提餾段皆為hL=0.05m因此，取φ=0.7，降液管中清液層高度如下：精餾段Hφ(提餾段Hφ(可見，精餾段和提餾段均符合防止液泛的要求。4.12塔板負(fù)荷性能圖4.12.1漏液線精餾段:Vs1,min提餾段:V4.12.2霧沫夾帶線泛點(diǎn)率=V按泛點(diǎn)率為70%計(jì)算精餾段：V 整理得：V提餾段：V 整理得：V在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)Ls，計(jì)算出Vs的值列于表1中表1霧沫夾帶線計(jì)算結(jié)果液沫夾帶線（精餾）液沫夾帶線（提餾）Ls，m3/s0.00030.000370.00030.00037Vs，m3/s0.877840.87641.01441.0131由上表可作出霧沫夾帶線2。4.12.3液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度how=0.006m作為最小液相負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。h取E=1，則L據(jù)此可作出與氣相負(fù)荷無關(guān)得垂直液相負(fù)荷下限3。4.12.4液相負(fù)荷上限線以θ=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限。θ=故L據(jù)此可作出與氣相負(fù)荷無關(guān)得垂直液相負(fù)荷下限4。4.12.5液泛線φ(HT+hWφ(精餾段0.7×(0.42+0.04)=5.34×(1+0.5)×[0.04+整理得：V提餾段0.7×(0.42+0.04)=5.34×(1+0.5)×[0.04+整理得：V在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs，計(jì)算結(jié)果列于表2中表2液泛線計(jì)算結(jié)果液泛線（精餾）液泛線（提餾）Ls，m3/s0.00030.000320.000340.00370.00030.000320.000340.00037Vs，m3/s1.62481.62401.62321.62191.77841.77751.77661.7752根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)，與坐標(biāo)原點(diǎn)相連，即作出操作線。4.12.6操作彈性操作條件下精餾段D提餾段D在精餾段負(fù)荷性能圖，即圖3中，精餾段氣相負(fù)荷上限（Vs)max=在提餾段負(fù)荷性能圖，即圖4中，提餾段氣相負(fù)荷上限（Vs)max圖3精餾段塔板負(fù)荷性能圖圖4提餾段塔板負(fù)荷性能圖5.其他設(shè)備的計(jì)算5.1主要管道管件的設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1.1乙烯的進(jìn)料管管道采用SUS304：100mm13mm流量：0.38m3/s流速：15m/s5.1.2醋酸的進(jìn)料管醋酸進(jìn)料管道采用SUS304：325mm10mm流量：0.93m3/s流速：3m/s5.1.3氧氣的進(jìn)料管管道采用SUS304：159mm9mm氣體流量：1.04m3/s氣體流速：15m/s6.安全生產(chǎn)及三廢處理 6.1安全生產(chǎn)對(duì)于車間的員工，進(jìn)入時(shí)需要進(jìn)行培訓(xùn)，教會(huì)每一個(gè)員工，怎么在危險(xiǎn)中逃生，并把傷害程度降低。如遇火災(zāi)地震等大型事故，應(yīng)及時(shí)向報(bào)案，并向上級(jí)申報(bào)處理。乙烯為危險(xiǎn)氣體，易燃易爆有毒氣體，因此在工業(yè)的管道設(shè)置上應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行安裝，不得偷工減料。每天應(yīng)該安排專門人員對(duì)車間進(jìn)行檢查，防止車間中的管道破損造成物質(zhì)泄露，或者零件腐蝕導(dǎo)致該工段無法正常進(jìn)行，遇到此類問題及時(shí)上報(bào)。原料的放置應(yīng)該遠(yuǎn)離火源，在廠區(qū)安放避雷裝置，防止因雷電引起的火源。6.2三廢處理本設(shè)計(jì)的中，三廢主要為產(chǎn)生大量的廢氣，乙烯占達(dá)94%，其他雜質(zhì)占4%，主要是CO2、氮?dú)?、甲烷、乙烷、CO等，采用的方式是對(duì)設(shè)置乙烯回收塔，并對(duì)現(xiàn)行裝置直接排至火炬焚燒的精制裝置中進(jìn)行回收處理[6]。處理完成可以將剩余無毒的氣體排放至空氣中，這樣大大減少了乙烯的成本?？偨Y(jié)目前在我國乙炔法制作醋酸乙烯的工廠還有相對(duì)一部分保留，但是隨著全球開始推行環(huán)保，而我國對(duì)此需要承擔(dān)著重大的責(zé)任，因此對(duì)國內(nèi)的各大工廠進(jìn)行嚴(yán)格處理，對(duì)于污染較為嚴(yán)重的工廠直接關(guān)閉，相比乙炔法而言，乙烯法相對(duì)節(jié)能環(huán)保，符合我國現(xiàn)在推行的共造和諧家園的策略，但由于乙烯法制備醋酸乙烯的工廠相對(duì)較少，要逐步取代乙炔法生產(chǎn)的工廠還需一段較長的時(shí)間。而科學(xué)家正在研究的新的方法相對(duì)來說難度較大，需要的時(shí)間過長，因此乙炔法從目前來看比較符合我國生產(chǎn)醋酸乙烯的需要。2020年是新冠病毒爆發(fā)的時(shí)期，全球大部分地區(qū)開始停產(chǎn)，而我國在此期間因?yàn)楸姿岷碗娛男枨筮^大，導(dǎo)致價(jià)格上漲，從而帶動(dòng)了醋酸乙