萬噸醋酸生產(chǎn)工藝模擬與回收工段設(shè)計

v1.0可編輯可修改v1.0可編輯可修改年產(chǎn)5萬噸醋酸生產(chǎn)工藝模擬與回收工段設(shè)計摘要本設(shè)計過程中主要運用了PRO/II等模擬工具，查閱了化工原理課程設(shè)計、化學工藝手冊以及化工原理、分離工程、化工設(shè)計教材等資料，參考了中國石油吉林石化公司電石廠醋酸車間的裝置。在設(shè)計過程中，主要對年產(chǎn)5萬噸醋酸生產(chǎn)裝置中的回收工段用化工模擬軟件PRO/II運用進行了模擬，其中氧化塔物料衡算和熱量衡算及醋酸回收塔和稀酸回收塔及設(shè)備計算進行手算，并對附屬的換熱器進行選型。醋酸回收塔和稀酸回收塔的物料衡算和熱量衡算利用PRO/II模擬得出。同時設(shè)計出了回收工段的工藝流程，繪制了帶控制點的工藝流程圖、管道布置圖和設(shè)備布置圖。關(guān)鍵詞：醋酸；工藝設(shè)計；工藝流程；PRO/II；回收Annualoutputof50000tonsofaceticacidproductionprocesssimulationandrecyclingsectiondesignAbstractThisdesignprocessmainlyUSESthePRO/IIsimulationtool,refertotheprinciplesofchemicalengineeringcoursedesign,aswellastheprinciplesofchemicalengineering,separationengineering,chemicalprocessmanualchemicaldesignteachingmaterialsandotherinformation,refertotheChinapetroleumjilinpetrochemicalcompanyofaceticacidcalciumcarbidefactoryworkshop.Inthedesignprocess,themainrecyclingsectionofannualoutputof50000tonsofaceticacidproductiondeviceinchemicalprocesssimulationsoftwarePRO/IIusingsimulated,includingoxidationtowermaterialbalanceandheatbalanceandaceticacidrecoverytoweranddiluteacidrecoverytowerandequipmentcalculationbyhand,andtheselectionofattachedheatexchanger.AceticacidrecoverytoweranddiluteacidrecoverytowermaterialbalanceandheatbalanceofPRO/IIsimulation.Atthesametimetodesigntheprocessflowofrecoverysection,mappedthecontrolpointsofprocessflowdiagram,pipinglayoutandequipmentlayout.Keywords:Aceticacid;Processdesign;Theprocessflow;PRO/II.recycling目錄TOC\o前言 7 8 8 17 20 20 31 40 44初步設(shè)計 47液體分布器核算 48已知條件 53 56物料： 57管程數(shù)和傳熱管數(shù) 58平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 58傳熱管排列和分程方法 59殼體內(nèi)徑 60折流板 60接管 60熱量核算 61殼層對流傳熱系數(shù) 61管程對流傳熱系數(shù) 61傳熱系數(shù)K 62傳熱面積A 62換熱器內(nèi)流體的流動阻力 62管程流動阻力 62殼程阻力 63物料： 66管程數(shù)和傳熱管數(shù) 67平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 68傳熱管排列和分程方法 69殼體內(nèi)徑 69折流板 69接管 69熱量核算 70殼層對流傳熱系數(shù) 70管程對流傳熱系數(shù) 71傳熱系數(shù)K 71傳熱面積A 71換熱器內(nèi)流體的流動阻力 72管程流動阻力 72殼程阻力 72 74 75前言本設(shè)計是依據(jù)北京化工大學下達的任務(wù)書和模擬中國石油吉化電石廠醋酸裝置設(shè)計而成。在此，我要感謝指導教師楊祥民和同學們對我的大力支持。雖然經(jīng)過了三年的系統(tǒng)學習，但是只是初步掌握工藝設(shè)計的一般程序和方法，綜合運用能力有待進一步提高。在今后的工作實踐中仍然希望得到老師的指導和同學們的幫助，使自己分析、解決工程技術(shù)問題的能力得到提高。受時間，水平有限等因素影響，并且還是初次搞設(shè)計，因此，設(shè)計中的錯誤和存在的問題是在所難免的，敬請給予批評指正，使我在此基礎(chǔ)上得到更大的提高。本設(shè)計的指導思想主要包括：（1）生產(chǎn)過程采用自動控制，機械化操作。（2）采用乙醛氧化生產(chǎn)技術(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)過程安全。（3）對于易燃易爆場所，設(shè)計采用可靠的控制，報警消防設(shè)施。（4）廠房、車間、設(shè)備布置要嚴格按土建標準，以保證生產(chǎn)和正常進行及操作人員的安全。（5）設(shè)計中按規(guī)定達到環(huán)保的要求，對生產(chǎn)過程中的化學污水的排放要進行處理，以保證環(huán)保要求。醋酸是最重要的有機化工原料之一，主要用于合成醋酸乙烯、醋酸酯、醋酸鹽和氯代醋酸等產(chǎn)品，是合成纖維、膠粘劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料的重要原料，也是優(yōu)良的有機溶劑，在塑料、橡膠、印刷、印染等行業(yè)中也有十分之泛的用途。近年來，由于PTA及醋酸下游產(chǎn)品的發(fā)展，已促使醋酸成為少數(shù)產(chǎn)能和需求量迅速增長的少數(shù)幾個石化產(chǎn)品之一。目前，我國共有醋酸生產(chǎn)廠約50家，生產(chǎn)能力達到135萬噸，約占世界的15%，產(chǎn)量約占世界的%，達到97萬噸左右。其中醋酸乙烯、聚乙烯醇等約占醋酸總消費量的20%，對苯二甲酸約占18%，醋酸乙酯/醋酸丁酯，乙腈等占15%，染料占14%，醋酐占8%，醫(yī)藥占10%，其它占15%。中國醋酸工業(yè)的發(fā)展前景持樂觀態(tài)度。但是，目前裝置小而散和生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)不合理的狀況必須改變。目前世界上低壓甲醇羰基合成法已占總生產(chǎn)能力的70％以上，而我國醋酸的生產(chǎn)還是乙烯法、乙醇法、羰基化法“三分天下”，這已經(jīng)不能適應(yīng)國際競爭的需要。因此，加快發(fā)展低壓甲醇羰基合成法工藝是當務(wù)之急，首先，對現(xiàn)有的企業(yè)進行改擴建，使其生產(chǎn)能力至少達到20萬噸-30萬噸以上。同時在有條件的地區(qū)，再新建1-2套30-50萬噸的生產(chǎn)裝置，使我國低壓甲醇羰基合成工藝的比例至少提高到60%，這樣才能不斷提高我國醋酸在國內(nèi)外市場上的競爭能力，才也可能滿足國內(nèi)醋酸及其下游衍生物市場發(fā)展的需要。本設(shè)計主要基于吉化電石廠醋酸車間的生產(chǎn)基礎(chǔ)上，設(shè)計一套年產(chǎn)9萬噸的醋酸生產(chǎn)裝置。本設(shè)計的設(shè)備布置，既滿足了生產(chǎn)實際需要，又考慮了設(shè)備的安裝、檢修方便，節(jié)約空地。布置設(shè)備時，注意遠近相結(jié)合。既緊湊又要符合生產(chǎn)工藝和安裝要求，生產(chǎn)裝置界區(qū)根據(jù)工藝流程和安全的需要，盡可能縮短裝卸物料線。本著滿足工藝條件的原則，首先確定關(guān)鍵設(shè)備的位置，其他設(shè)備則盡可能在主要設(shè)備四周，以便于操作、檢修和配管。在廠房的四面，從一樓至二樓配有走梯。閥門、儀表等部件距地面較近，以利于手工操作和檢修。界區(qū)明確，工藝流程通暢，安全合理。本車間的年工作日是300天，即7200h，大修30天，其余為小修或其它原因。本車間采用連續(xù)生產(chǎn)操作，工作制度采用四班倒制，連續(xù)三班操作，每班定員6人其中有一班負責車間維修及衛(wèi)生等工作。車間平面為生產(chǎn)區(qū)，包括工段、控制室及辦公生活區(qū)。表1-1車間定員時間職務(wù)人數(shù)職務(wù)人數(shù)8點——16點班長1書記116點——24點操作工4安全員10點——8點儀表工2工段長1另一班休息分析工2采購員1包裝工4材料員1核算員1技術(shù)員21.嚴格遵守操作規(guī)程，特別是氧化塔的操作，在氧化過程中生成過氧醛酸，不僅在90—100oC時能突然分解爆炸，即便在低壓時，也會因過多的積累而引起爆炸，生產(chǎn)過程中應(yīng)經(jīng)常分析氧化液中醋酸錳的含量—%，當過氧醋酸含量過高時，應(yīng)立即采取措施。同時萬一儀表失靈，氣相溫度一旦超過液相溫度10oC以上或氣相溫度突然急劇上升，應(yīng)立即關(guān)閉氧氣。否則可能發(fā)生爆炸。2.氧化塔所用的檢測儀表需經(jīng)常檢查，防要爆膜耐壓不超過3kg/cm2（表壓），需要做爆破預(yù)檢，爆破膜需定期更換，一般使用不能超過半年。3.裝置同裝置周圍嚴禁吸煙，不準穿帶釘鞋，不準使用有色金屬打擊管道，避免設(shè)備產(chǎn)生火花造成爆炸。4.本裝置中除了生產(chǎn)需要的原料外，不準堆放其他易燃易爆物品。任何情況下必須保持安全通道的暢通。5.如果裝置中任何設(shè)備或管道發(fā)生泄露，應(yīng)立即報告執(zhí)班負責人，并采取相應(yīng)的措施解決。6.定期檢查安全閥，不得變動規(guī)定的使用壓力。7.乙醛管道避免同蒸汽管道一起鋪設(shè)，以防乙醛自燃而發(fā)生火災(zāi)。8.對較高設(shè)備應(yīng)考慮避雷措施，以免發(fā)生雷擊火災(zāi)，各設(shè)備管道及設(shè)備（室外）考慮接地防止靜電。本車間應(yīng)建于吉林市江北化工區(qū)，地處松花江畔，水源充足，水質(zhì)優(yōu)良。同時有鐵路與全國各地相連，交通便利。而且這里是全國最大的化工生產(chǎn)基地，原料充足，便利。附近有動力廠、電廠，所需動力、蒸汽供應(yīng)方便、經(jīng)濟合理，特別是化工區(qū)地處吉林市的東北部，而該地區(qū)的主導風向為西南、西北風，對市區(qū)居民的生活及附近的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均無影響。下游還有污水處理廠，能將工業(yè)、生活污水進行有效的處理。因此，該處建廠，地址最佳。吉林市地處東北腹地長白山脈，向松嫩平原過渡地帶的松花江畔，三面臨水、四周環(huán)山。氣候類型屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明。春季少雨干燥，夏季溫熱多雨，秋季涼爽多晴，冬季漫長而寒冷。交通便利。醋酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的三廢：廢水，廢渣，廢氣。廢渣主要是粘稠的高廢物。廢氣為氧化塔廢氣。副產(chǎn)品有醋酸甲酯和稀醋酸。三廢處理情況見下表：

表1-2三廢處理情況表名稱排除地點成分排除量處理方式廢渣蒸發(fā)器醋酸%200t/a用清水和蒸餾水清洗蒸發(fā)器各三次,回收稀醋酸后用大量水清洗然后排入污水處理廠高沸物%醋酸錳%廢氣氧化尾氣吸收塔氧氣%900m3/h經(jīng)旋風分離器，冷凝器水洗塔分離，冷凝分離洗滌后排入大氣二氧化碳%氮氣%有機物%廢水沖地水、檢修清洗水醋酸%9000t/次不定期排放目前世界上生產(chǎn)醋酸的工業(yè)化方法約有六種：亞丁烷法，輕油氧化法，甲醇法，乙烯法，酒精法，電石法。1）乙烯法：乙烯法制醋酸國內(nèi)有4套裝置，生產(chǎn)能力為萬噸/年，占醋酸的生產(chǎn)能力的60%，乙烯收率和轉(zhuǎn)化率高達95%，這是其最大的優(yōu)點。2）丁烷或輕油氧化法：該方法轉(zhuǎn)化率低，選者性差，生成的副產(chǎn)物較多。3）甲醇羰基化法。該方法采用了活性高、選擇性好的銠系催化劑，它一方面可以節(jié)約設(shè)備投資，另一方面促進原料利用率的提高，減少了用于回收副產(chǎn)物的設(shè)備投資，提高了它的工藝的經(jīng)濟性。另外，該法的反應(yīng)系統(tǒng)和精制系統(tǒng)呈一體，可以采用電子計算機控制系統(tǒng)巧妙的進行工藝控制，實現(xiàn)操作條件的最優(yōu)化。乙醛很容易被氧化，即使在常溫下，如果吸收空氣中的氧氣也能被氧化成醋酸。工業(yè)生產(chǎn)醋酸以醋酸錳為催化劑，方程式如下：該反應(yīng)的產(chǎn)物較為復(fù)雜，除了醋酸以外，還可生成一定量醇、醛、酮和二氧化碳等。工業(yè)上為了得到高純度的醋酸，應(yīng)選擇合適的工藝流程。原料規(guī)格見下表：表2-1原材料規(guī)格—覽表No名稱指標名稱指標%備注1乙醛乙醛含量≥吉Q/JH2012-87A裝置HG/T2034-912氧氣氧含量≥3醋酸錳醋酸錳≥硫酸根≤氯離子≤水不溶物≤硫離子≤公用工程規(guī)格見下表：表2-2公用工程規(guī)格—覽表No名稱指標名稱指標備注1工業(yè)水入口溫度15oC溫度為年平均值入口壓力≥mpa2蒸汽入口壓力≥mpa3電電壓220/380V4氮氣氧≤%5儀表壓縮空氣入口壓力≥mpa6消防水溫度15oC溫度為年平均值壓力≥mpa產(chǎn)品規(guī)格見下表：表2-3產(chǎn)品規(guī)格—覽表No指標名稱優(yōu)等品一等品合格品分析方法1外觀鉑鈷色號≤102030比色法2乙酸含量％≥中和法3水分含量％≤－－卡爾·費休法4甲酸含量％≤次溴酸鈉法5乙醛含量％≤無水亞硫酸氫鈉法6蒸發(fā)殘渣％≤重量法7鐵含量％≤比色法8高錳酸鉀氧化值分≥305－比色法※允許鋁制包裝桶所產(chǎn)生的混濁1.制醋酸乙炔醋酸乙炔是聚乙烯醇、纖維的主要原料；它可以作為膠乳、滌料、織物整理劑、膠粘劑的原料，生產(chǎn)醋酸乙烯是目前醋酸的最大用途之一。2.制醋酸纖維素生產(chǎn)醋酸酐，自加工成醋酸纖維是醋酸的第二大用途。醋酸和醋酸纖維素被廣泛的應(yīng)用于制造塑料、人造絲、噴漆、照相底片、透明紙、染料及醫(yī)藥等。3.制醋酸酯類溶劑醋酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯和戊酯被大量用于工業(yè)溶劑。多用于噴漆、增塑劑、制藥和香料等。4.制取氯醋酸和醋酸鹽一氯醋酸是制造除草劑2，4—D等的原料。醋酸鈉是制除草劑、織物、染料、照相底片的中和劑和媒染劑。5.作織物整理劑醋酸可以作為尼龍、丙烯纖維、織物的整理劑，是生產(chǎn)染料、滌料的重要中間體。6.用于制藥醋酸在醫(yī)藥工業(yè)方面可用制維生素B1煙酸、乙酰胺、阿司匹林、黃連素、甲基硫氧嘧啶、磺胺硫脲和磺胺甲基嘧啶等重要原料。7.制取乙?；衔锎姿峥梢陨梢阴Ｂ取⒁阴０?、二甲基乙酰胺和乙酰苯胺等。從脫低塔T0101塔頂脫除的低沸物氣體，進入醋酸回收塔T0301中。經(jīng)蒸餾，從塔底得到濃度≥85%的醋酸，經(jīng)液位控制，流量調(diào)節(jié)后，連續(xù)流入高沸物蒸發(fā)器內(nèi)，重新蒸餾。T0301塔底溫度TI0305由再沸器E0301遠距離自動調(diào)節(jié)閥FRC0302調(diào)節(jié)蒸汽流量控制在115—120℃。液位LIC0301控制在儀表刻度的40—60%。壓力控制在5－40KPa，由PI0303記錄。T0301塔頂溫度由TRC0301、FRC0301加水串級調(diào)節(jié)，溫度控制在95—102℃，壓力PI0301控制在0—15KPa。塔頂未凝之乙醛、醋酸甲酯、水及醋酸混合蒸汽，經(jīng)稀酸冷凝器E0305冷凝，液相流入稀酸回收塔T0302中，未凝之氣體連續(xù)進入稀酸回收塔T0302頂部。通過稀酸回收塔T0302的分餾，從塔底得到總酸濃度≤35%的稀醋酸、甲酸和水的混合物，經(jīng)流量調(diào)節(jié)LIC0302調(diào)節(jié)控制，進入包裝工序稀酸貯罐V0301內(nèi)。塔底溫度由TI0310指示由加熱蒸汽量FRC0304調(diào)節(jié)，控制在80－90℃。液位LIC0302控制在儀表刻度的50－60%，壓力PI0307控制在5－40KPa。稀酸回收塔T0302塔頂溫度由FRC0303、TRC0303加水串級調(diào)節(jié)控制在35－45℃，頂壓PI0305控制在0－15KPa。塔頂餾出之乙醛、醋酸甲酯等混合蒸汽進入醛酯冷凝器136，經(jīng)冷凝，液相連續(xù)進入醛酯回收塔T0303中。通過醛酯回收塔T0303的分餾，從塔底得到濃度≥80%的混合甲酯，經(jīng)液面控制，流量調(diào)節(jié)，進入包裝工序V0303儲罐內(nèi)。塔底溫度TI0314由加熱蒸汽FRC0306調(diào)節(jié)控制在45－55℃，壓力PI0311控制在0—10KPa。塔底液位LIC0303控制在儀表刻度的50－60％。醛酯回收塔T0303塔頂溫度由FRC0305、TRC0305加水串級調(diào)節(jié)控制在19－21℃，塔頂壓力為常壓。從塔頂餾出之乙醛含量≥85%的乙醛蒸汽，經(jīng)乙醛尾凝器E0304冷凝，冷凝液流入乙醛中間槽V0302中，經(jīng)分析合格后用氮氣壓到乙醛加料罐01中，未凝氣體經(jīng)回收乙醛放空緩沖罐放入大氣。醋酸的出廠價格為3600元/噸，（東北地區(qū)吉化出廠報價）醋酸的年銷售收入萬元我國化工行業(yè)的銷售收入流動資金率一般較國外較高，所以，取銷售收入流動資金率為20%，則：流動資金額=銷售收入資金率×年銷售收入取流動資金年利率為%，則：流動資金年利息（1）原材料費，取原料乙醛（≥%）的消耗定額為h；氧氣（≥%）的消耗定額為h；氮氣（≥99%）的消耗定額為h，已知原料乙醛單價為：4590元/t；氧氣單價為：元/m3；氮氣單價為：元/m3，則：原材料費為（2）燃料及動力費取工業(yè)水（）的消耗定額為75t/t；電（380V）的消耗定額為16kwh/t；蒸汽的消耗定額為（≥MPa）：2t/t。已知：工業(yè)水單價：元/t，電單價：元/度，蒸汽單價：1800元/t所以，燃料及動力費（3）直接工資，取生產(chǎn)工人工資為萬元/年則（4）其他直接支出費用按直接工資費用的12%計算，則：（5）制造費用則：制造成本=原材料費+燃料及動力費+直接工資+制造費用（1）管理費用取制造成本6%，即：（2）財務(wù)費用取流動資金利息2倍，即（3）銷售費銷售費=銷售收入×2%=18000×2%=360萬元總成本費用：總成本費=制造成本+期間費用期間費用=管理費+財務(wù)費用+銷售費=179++360=萬元則：總成本費用=+=萬元1、增值稅=銷項稅額-進項稅額增值稅額=銷項稅額-進項稅額=萬元2、城鄉(xiāng)維護建設(shè)稅城鄉(xiāng)維護建設(shè)稅=增值稅額×城建稅率=×7%=萬元3、教育費附加教育費附加=增值稅額×3%=×3%=萬元4、消費稅取銷售收入的17%為：18000×17%=3060萬元則：銷售稅金及附加稅=+++3060=萬元年利潤總額＝年銷售收入－年成本估算－年期間費用－年銷售稅金及附加稅＝18000－－－＝萬元乙醛和氧氣反應(yīng)生成醋酸各反應(yīng)方程式以及乙醛分配率如下：A%B%C%D%E%已知原料組成見表1-1。表1-1原料組成產(chǎn)物分類組成工業(yè)乙醛乙醛%丁烯酸%水%三聚乙醛%工業(yè)氧氣氧氣99%氮氣%工業(yè)氮氣氮氣99%氧氣%工業(yè)乙酸乙酸97%水%甲酸%醋酸錳%循環(huán)錳催化劑中醋酸錳含量占%，催化劑醋酸錳量占1000kg乙醛的%表1-2產(chǎn)物組成產(chǎn)物分類組成氧化塔尾氣（mol%）乙醛氮氣氧氣與二氧化碳%%33%成品組成（wt%）醋酸甲酸水乙醛%%%%表1-3物質(zhì)分子的量物質(zhì)名稱分子量物質(zhì)名稱分子量604474467086146132173氧化塔T0104進料及排料情況：圖1-1氧化塔物料衡算醋酸產(chǎn)量：5萬噸/年，一年按300天計，每天24小時，共7200小時1、每小時醋酸的產(chǎn)量：2、醋酸的純度為%，則每小時純醋酸的產(chǎn)量：3、醋酸精制過程中損失%，所以純醋酸的實際生產(chǎn)量：4、乙醛用量計算：以100工業(yè)乙醛進料為基準進行氧化塔的物料衡算：工業(yè)乙醛純度為%，則純乙醛的量為：%=乙醛的轉(zhuǎn)化率為%，則轉(zhuǎn)化的乙醛為：則未轉(zhuǎn)化的乙醛量：5、生成醋酸總量：主反應(yīng)%副反應(yīng)1%2%3%4%生成醋酸總量為則：得乙醛進料量：比例因子：6、已知乙醛純度%，乙醛轉(zhuǎn)化率%未反應(yīng)的乙醛：7、氧化塔：實際參加反應(yīng)的的量=生成的量生成的量生成的量生成的量生成的量生成的量生生成物總量(不包含)消耗總量已知氧氣純度99%，利用率99%,則消耗工業(yè)氧氣摩爾總量:未反應(yīng)的氧氣量：氧氣中夾帶的氮氣的量：工業(yè)氧氣量：8工業(yè)各物質(zhì)的量及組成見下表表1-4原料乙醛中各物質(zhì)的量的組成物質(zhì)名稱物質(zhì)的量的百分含量實際物質(zhì)的量乙醛%水%聚甲醛%丁烯酸%已知催化劑中醋酸錳含量占%，催化劑中醋酸錳量占1000kg乙醛的%，設(shè)的量為m,則，得循環(huán)錳量根據(jù)循環(huán)錳的組成分別求出各組分的量表1-5循環(huán)錳溶液量成分質(zhì)量數(shù)kg/h摩爾數(shù)kmol/h質(zhì)量分率%摩爾分率%醋酸97水甲酸丁烯酸亞乙基二醋酸酯醋酸錳三聚乙醛總計100100設(shè)計尾氣中二氧化碳摩爾分率為%，設(shè)尾氣總量，則：得：則尾氣中各物質(zhì)含量：表1-6尾氣各組分含量物質(zhì)摩爾分率%摩爾數(shù)kmol/h質(zhì)量數(shù)kg/h質(zhì)量分率%氮氣氧氣乙醛二氧化碳總計尾氣計算尾氣中總氮氣為h工業(yè)氮氣中純氮氣為中氮氣純度為99%，需工業(yè)氮氣氮氣帶入的氧氣量氧化液中各物質(zhì)的量=反應(yīng)生成的量+循環(huán)錳帶入的量醋酸質(zhì)量=反應(yīng)生成的量+催化劑帶入的量：水質(zhì)量=催化劑帶入量+工業(yè)乙醛帶入量+反應(yīng)生成的量：乙醛質(zhì)量(液相)=乙酸甲酯質(zhì)量=亞乙基二醋酸酯質(zhì)量=反應(yīng)生成的量+催化劑帶入的量：甲酸質(zhì)量=反應(yīng)生成的量+催化劑帶入的量：三聚乙醛質(zhì)量=催化劑帶入量+工業(yè)乙醛帶入量：丁烯酸質(zhì)量=催化劑帶入量+工業(yè)乙醛帶入量：醋酸錳質(zhì)量=各物質(zhì)的量見下表：表1-7氧化液組成物質(zhì)質(zhì)量(kg/h)質(zhì)量分率（%）摩爾數(shù)(kmol/h)摩爾分率（%）醋酸乙醛乙酸甲酯水亞乙基二醋酸酯甲酸三聚乙醛丁烯酸醋酸錳總計100100表1-8氧化塔物料衡算結(jié)果物質(zhì)名稱質(zhì)量數(shù)(kg/h)總計進塔工業(yè)氧氣工業(yè)氮氣工業(yè)乙醛循環(huán)錳出塔尾氣氧化液∑M進≈∑M出，所以物料守恒。醋酸回收塔通過PRO/II軟件的模擬計算則：醋酸==h水==h甲酸=46= kg/h乙醛==h甲乙基醋酸酯==h水==h甲酸==h乙醛==h甲乙基醋酸酯==h醋酸：=h水:=h甲酸：46=h乙醛：44=h甲乙基醋酸酯：146=h表1-9T0201物料平衡表稀酸回收塔的進料=醋酸回收塔塔頂出料水:=h甲酸：=h乙醛：=h甲乙基醋酸酯：=h乙醛：=h甲乙基醋酸酯：=h水:=h甲酸：=h甲乙基醋酸酯：=h表1-10T0201物料平衡表表2-1物性數(shù)據(jù)名稱狀態(tài)ΔcHθ(298K)kcal/kg分子Cp(kcal/kmol·k)Cp(kcal/kmol·k)a1000bCH3CHOl-280500CH3COOHl-208300HCOOHl-64500-CH3COOCH3l-427800(CH3CHO)3lCH3CH=CHCOOHl-477800CH3CH(0C0CH3)2l-698000Mn(CH3C00)2H2Og0-CO2g0O2g0N2g0圖2-1氧化塔熱量情況表2-2Q1氧氣帶入熱（20℃）Q6反應(yīng)熱（80℃）Q2進料氮氣帶入熱（20℃）Q7尾氣帶走熱（55℃）Q3進料乙醛帶入熱（20℃）Q8氧化液帶走熱（70℃）Q4循環(huán)錳帶入熱（40℃）Q9熱損失×（Q3+Q6）Q5回收乙醛帶入熱（25℃）Q10循環(huán)水帶走熱冷卻水進口溫度15℃，出口60℃以0℃為溫度基準(1)Q:O帶入熱(20℃)通入量h,Cp(O2)=kcal/kmol·k(2)Q2:N2帶入熱(20℃)N2通入量h,Cp(N2)=kmol·k(3)Q3:CH3CHO帶入熱(20℃)CH3CHO通入量h,Cp(CH3CHO)=kmol·k(4)Q4:循環(huán)錳帶入熱(40℃)各組分熱量=摩爾數(shù)×Cp表2-2循環(huán)錳帶入熱成分質(zhì)量數(shù)kg/h摩爾數(shù)kmol/hCp(kcal/kmol·k)熱量kcal/h醋酸水甲酸丁烯酸亞乙基二醋酸酯醋酸錳三聚乙醛總計(5)Q5:回收乙醛帶入熱，可以忽略不計，(6)Q6:反應(yīng)熱(80℃)

則：主、副反應(yīng)所放出總熱量(7)Q7:尾氣帶走熱(55℃)表2-4尾氣帶走熱量物質(zhì)質(zhì)量數(shù)kg/h摩爾數(shù)kmol/hCpkcal/kmol·K熱量kcal/h氮氣氧氣二氧化碳乙醛總計乙醛汽化潛熱為5944kcal/kg分子所以(8)Q8:氧化液帶走熱(70℃)氧化液中醋酸占絕大部分，其他組分帶走熱量可以忽略不計，則(9)Q:熱損失由熱量守恒即：++++.13=++得：循環(huán)水用量注：正負號只代表吸熱還是放熱，不代表大小。由Pro/Ⅱ模擬及計算響應(yīng)數(shù)據(jù)得：表2-5醋酸回收塔熱量衡算名稱熱量MkJ/h總計MkJ/h進塔S2塔釜熱負荷出塔S6S7塔頂熱負荷.，所以醋酸回收塔熱量守恒。由Pro/Ⅱ模擬及計算響應(yīng)數(shù)據(jù)得：

表2-6稀酸回收塔熱量衡算名稱熱量MkJ/h總計MkJ/h進塔S8塔釜熱負荷出塔S9S10塔頂熱負荷，所以醋酸回收塔熱量守恒。PRO／II是一個在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛的工藝模擬軟件，在WINDOWS95、98以及NT上運行。PRO／II功能強大，除了具備上述軟件具有的功能之外，它的模擬特征被世界上許多工藝工程師所熟知，結(jié)合PROVISION窗口界面，能夠很容易地建立和模擬包括精餾塔、壓縮機、反應(yīng)器、換熱器、混合器等工藝裝置在內(nèi)的工藝流程。容易操作，便于學習與應(yīng)用。應(yīng)用流程：1、建立一個新的流程：從File菜單中選擇new選項，從浮動PFD圖板中選取工藝裝置、物流線等，用于設(shè)計流程圖可以一步一步地在PFD上選取處理單元、物流線等，建立一個工藝流程圖。2、在圖中畫出物流線：浮動PFD圖板可以用鼠標點住面板頂部，移動到屏幕的任何位置。在浮動PFD圖板上單擊Stream按鈕，就能夠在流程圖上加上物流線。只要選擇了Stream，所有單元圖上可能的出口部分都將出現(xiàn)。出口部分為紅色顯示，被連接后變?yōu)榫G色。加物流線時裝置出口或外部引入物流連續(xù)上述操作，直到圖上的所有物流線都連上為止。再次單擊Stream或按ESC鍵取消S。3、定義組份表：在屏幕頂部的Input菜單中，單擊Componentselect選項這時可以輸入一個組份。單擊ADD或回車，將組份NITROGEN移入ListofSelectedComponent。4、定義一個熱力學方法：在工具條上單擊圖標，可以在普通熱力學方法、歸納相關(guān)系數(shù)、液體活性方法、特殊包、狀態(tài)法方程表中進行選擇。或者在屏幕頂部單擊Input，在菜單中選擇單擊Thermodynamicdata選項。PRO－II允許指定預(yù)定的熱力學計算方法系統(tǒng)。5、指定工藝裝置和物流數(shù)據(jù)：需要輸入每一個工藝裝置或物流所需數(shù)據(jù)時，可以對其雙擊，出現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入窗口后進行數(shù)據(jù)的輸入。另一種方法：在選定的單元或物流上單擊一次，使之變成高亮的綠色。在菜單棒中單擊Input，打開Input菜單。單擊DataInput選項，出現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入菜單。6、物流數(shù)據(jù)：在上述窗口單擊UOM按鈕，出現(xiàn)ConvertUnitofMeasure（改變計量單位）窗口，選擇氣體體積流量單位M3／S（每秒立方米），如圖1－14所示。在Basis數(shù)據(jù)域選擇氣體體積（），在第二個表中選擇M3（立方米）在第三個表中選擇SEC（秒）。當所有成份數(shù)據(jù)輸入完之后，單擊OK按鈕，返回StreamData（物流數(shù)據(jù)）窗口輸入入口物流的溫度和壓力在FirstSpecification（第一個參數(shù)）數(shù)據(jù)域單擊向下箭頭的按鈕，在出現(xiàn)的信息菜單中選擇Temperature（溫度）選項。7、運行模擬：一旦建立了流程圖，輸完全部所需數(shù)據(jù)，你就可以運行模擬流程。在PRO／II的主窗口上的工具條上單擊“運行”按鈕，程序就開始計算。另外，如果調(diào)出了RunPalette（運行圖板），可以在浮動RunPalette上單擊CHECKDATA按鈕，檢查流程圖中是否有錯誤。如果有錯誤或警告，浮動RunPalette上的Status按鈕將變紅或變黃。單擊Status按鈕，出現(xiàn)FlowsheetStatu窗口，這個窗口顯示由流程中數(shù)據(jù)產(chǎn)生的錯誤和警告。在流程圖上改正錯誤。如果無任何錯誤存在，Status的邊框為黑色?？梢岳^續(xù)運行：在浮動RunPalette上單擊RUN按鈕開始計算幾秒種后，可以看到結(jié)果。8、查看運行結(jié)果：隨著流程計算的完成，流程圖上的圖標的顏色也由綠變藍。在浮動RunPalette上單擊Message按鈕，出現(xiàn)Message（信息）窗口。這個窗口將顯示整個計算過程的每一個步聚。再次單擊Message按鈕，關(guān)閉Message（信息）窗口?？摧敵鰣蟾妫涸诠ぞ邨l上單擊按鈕，出現(xiàn)GenerateReportofSession1窗口。一旦PRO／II完成輸出報告的生成，物流和處理裝置的結(jié)果（在輸出報告中）自動出現(xiàn)在Programmer’sFileEditor（程序文件編輯器）窗口。表3-1模擬數(shù)據(jù)與工廠控制參數(shù)工廠控制參數(shù)模擬參數(shù)名稱單位控制范圍數(shù)據(jù)脫低沸物塔頂溫℃105-110底溫℃125-132頂壓kPa5-5020底壓kPa30-6050脫高沸物塔頂溫℃112-118底溫℃122-128頂壓kPa0-150底壓kPa15-4015醋酸回收塔頂溫℃95-102103底溫℃115-120頂壓KPa0-150底壓KPa5-4010塔底出料醋酸含量%≥84稀酸回收塔頂溫℃35-4542底溫℃80-90頂壓KPa0-150底壓KPa5-4010塔底出料醋酸含量%≤35醛酯回收塔頂溫℃19-21底溫℃45-55頂壓KPa00底壓KPa0-1010回收乙醛含量%≥85100回收混合甲酯%≥80從上表可以看出模擬數(shù)據(jù)與工廠控制參數(shù)基本復(fù)合，所以模擬基本是合理的。通過PRO/II軟件的模擬，該塔選取金屬塔波紋250Y型填料塔較合適。模擬得氣相體積流量液相體積流量氣相密度液相密度液相表面張力液相粘度經(jīng)查的250Y型填料塔的有關(guān)數(shù)據(jù)：將以上數(shù)據(jù)代入貝恩（Bain）-霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式中得：圓整后實際氣速安全系數(shù)，符合要求液體噴淋密度散裝填料，其最小密度對于直徑大于75mm的填料，可取最小潤濕則最小噴淋密度，符合要求，合理。利用等板高度法經(jīng)查的h選通過PRO/II軟件的模擬得塔板數(shù)所以塔高=填料層高度+附屬部件的高度+塔頂空間+塔底空間a.塔的上部空間高度塔的上部空間高度的作用：在塔填料層以上，有一足夠的空間高度，以使隨氣流攜帶的液滴能從氣相中分離出來，該高度一般取~.本塔取值2m。b.安裝液體分布器和再分布器(包括液體收集器)所需空間高度其高度值依據(jù)分布器的形式而定，一般取1~的空間高度。本塔取2mc.裙坐高度定為液面上方的氣液分離高度要求：滿足安裝塔底氣相接管所需空間高度和氣液分離所需空間高度。因此，塔高H=+2+2+=12m氣體通過填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算填料壓力降氣體通過填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算其中橫坐標為查得縱坐標為查圖得填料層壓力降采用孔盤式分布器通過PRO/II軟件的模擬數(shù)據(jù)見表4-1表4-1液體分布器計算已知條件1噴淋密度2淋降點數(shù)N3升氣管數(shù)此塔設(shè)計不設(shè)生氣通道選聚氯乙烯管則4升氣管高度噴淋降孔直徑初選孔徑5mm則初選升氣管高度H為500m5支撐裝置設(shè)計本設(shè)計采用波紋板網(wǎng)支撐板，板網(wǎng)支撐結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，自由截面大，但強度低。本設(shè)計塔填料層高度較低，故此支撐板使用。主要支撐裝置的數(shù)據(jù)見表4-2表4-2支撐裝置數(shù)據(jù)半外徑板高近似重量45020506設(shè)置升氣管和淋降孔、統(tǒng)計管、孔數(shù)管孔均按等邊三角形排列，中心為加料區(qū)不布孔，離塔壁500mm寬度內(nèi)不補孔，統(tǒng)計得升氣管數(shù)為18，淋降孔數(shù)為40。7加料管設(shè)計取進液管速度s,則管徑為：標準選硬聚氯乙烯管1噴淋密度2升氣管壓降3極限液位高度4彈性比值校核彈性比值分布器允許的彈性比值[T]>T滿足要求5分布質(zhì)量DQ根據(jù)作圖法求得分布質(zhì)量在75-90%之間，是中性液體分布器，滿足要求。吸收塔內(nèi)氣體動能因子為氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)。稀酸回收塔也選用規(guī)整填料，金屬板波紋250Y型填料。通過PRO/II軟件的模擬，該塔選取金屬塔波紋250Y型填料塔較合適。模擬得氣相體積流量液相體積流量氣相密度液相密度液相表面張力液相粘度經(jīng)查的250Y型填料塔的有關(guān)數(shù)據(jù)：將以上數(shù)據(jù)代入貝恩（Bain）-霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式中得：圓整后實際氣速安全系數(shù)，符合要求液體噴淋密度散裝填料，其最小密度對于直徑大于75mm的填料，可取最小潤濕則最小噴淋密度，符合要求，合理。利用等板高度法經(jīng)查的h選通過PRO/II軟件的模擬得塔板數(shù)所以塔高=填料層高度+附屬部件的高度+塔頂空間+塔底空間a.塔的上部空間高度塔的上部空間高度的作用：在塔填料層以上，有一足夠的空間高度，以使隨氣流攜帶的液滴能從氣相中分離出來，該高度一般取~.本塔取值。b.安裝液體分布器和再分布器(包括液體收集器)所需空間高度其高度值依據(jù)分布器的形式而定，一般取1~的空間高度。本塔取c.裙坐高度定為液面上方的氣液分離高度要求：滿足安裝塔底氣相接管所需空間高度和氣液分離所需空間高度。因此，塔高H=+++=9m氣體通過填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算填料壓力降氣體通過填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算其中橫坐標為查得縱坐標為查圖得填料層壓力降與醋酸回收塔一樣采用孔盤式分布器查尋模擬數(shù)據(jù)，計算液體分布器需要的已知條件見表4-3表4-3液體分布器計算已知條件Vmaxm3/sVminm3/sLmaxm3/sLminm3/sρVkg/m3ρLkg/m3一初步設(shè)計1選擇噴淋密度2計算淋降點數(shù)N填料塔截面積3升氣管數(shù)ng此塔設(shè)計不設(shè)生氣通道選φ50mm×5mm聚氯乙烯管η=35%則4升氣管高度hmax噴淋降孔直徑初選孔徑10mm初選升氣管高度H為900m5支撐裝置設(shè)計醛脂回收塔同樣采用波紋板網(wǎng)支撐板。主要支撐裝置的數(shù)據(jù)見表5-8表5-8支撐裝置數(shù)據(jù)半外徑板高近似重量20520206設(shè)置升氣管和淋降孔、統(tǒng)計管數(shù)、孔數(shù)管孔均按等邊三角形排列，中心為加料區(qū)不布孔，離塔壁500mm寬度內(nèi)不補孔，統(tǒng)計得升氣管數(shù)為3，淋降孔數(shù)為5。7加料管設(shè)計取進液管速度s,則管徑為：標準選φ180mm×5mm硬聚氯乙烯管二液體分布器核算1選擇噴淋密度2升氣管壓降3極限液位高度4彈性比值校核彈性比值分布器允許的彈性比值[T]>T滿足要求5分布質(zhì)量D根據(jù)作圖法求得分布質(zhì)量在75-90%之間，是中性液體分布器，滿足要求。吸收塔內(nèi)氣體動能因子為氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)。本設(shè)計需要采用130℃熱水將醋酸回收塔塔底物料從60℃加熱至120℃，循環(huán)水出口溫度為110℃。由于循環(huán)熱水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程,物料走殼程,選用的碳鋼管,管內(nèi)流速取s。通過PRO/II軟件的模擬，得出以下數(shù)據(jù)：熱流股：密度定壓比熱容導熱系數(shù)粘度物料：密度定壓比熱容導熱系數(shù)粘度管程傳熱系數(shù)帶入克恩公式：假設(shè)管壁的導熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K算的定性溫度可取流體進出口平均溫度殼程的定性溫度為管程的定性溫度為熱流量加熱水用量對數(shù)平均溫差取安全系數(shù)，則依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單程計算所需的傳熱管長度為按單程設(shè)計傳熱管過長,宜采用多管程結(jié)構(gòu).現(xiàn)取傳熱管長l=6m,則該換熱管程數(shù)為傳熱管總根數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)查圖5-1，求溫差修正系數(shù)F，由于該店難以從圖上讀出，需進一步進算E、R以代替E、R圖5-1殼側(cè)單程,管側(cè)2程的換熱器溫差修正系數(shù)圖從圖5-1讀得F=平均傳熱溫差傳熱管排列和分程方法采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列.取管心距,則橫過管束中心線的管數(shù)采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率則殼體內(nèi)徑為圓整可取采用弓形折流板；取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的,則切去的圓缺高度假定折流擋板間距是殼體內(nèi)徑的倍，則取折流板間距,B可取240mm。折流板數(shù)可取20塊。折流板圓缺面水平裝配.殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)油品流速為則接管內(nèi)徑為：圓整后d=100mm。管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速,則接管內(nèi)徑為：圓整后d=100mm。殼層對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板,可采用克恩公式量直徑,由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速黏度校正故管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速黏度校正故傳熱系數(shù)K算的傳熱面積A該再沸器的實際傳熱面積改再沸器的面積裕度為：傳熱面積裕度合適,該再沸器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。管程流動阻力由,取傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得,所以：管程流動阻力在允許范圍之內(nèi).殼程阻力流體流經(jīng)管束的阻力,流體流經(jīng)折流板缺口的阻力總阻力殼層流動阻力也比較適宜.

T122塔再沸器主要結(jié)構(gòu)和尺寸見表5-1表5-1T122塔再沸器主要結(jié)構(gòu)和尺寸名稱管程殼程物料名稱加熱水醋酸混合物料操作壓力MPa操作溫度℃130/11060/120流量kg/h流體密度kg/m3流速m/s傳熱量KW總傳熱系數(shù)W/m2·K阻力降MPa程數(shù)91推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格φ25×管數(shù)20管間距mm32排列方式管長2000mm折流板型式上下間距60mm正三角形殼體內(nèi)徑mm630切口高度25%本設(shè)計需要采用20℃熱水將醋酸回收塔塔底物料從110℃加熱至70℃，循環(huán)水出口溫度為80℃。由于循環(huán)熱水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程,物料走殼程,選用的碳鋼管,管內(nèi)流速取s。通過PRO/II軟件的模擬，得出以下數(shù)據(jù)：熱流股：密度定壓比熱容導熱系數(shù)粘度物料：密度定壓比熱容導熱系數(shù)粘度管程傳熱系數(shù)帶入克恩公式：假設(shè)管壁的導熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K算的定性溫度可取流體進出口平均溫度殼程的定性溫度為管程的定性溫度為熱流量加熱水用量對數(shù)平均溫差取安全系數(shù)，則依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單程計算所需的傳熱管長度為按單程設(shè)計傳熱管過長,宜采用多管程結(jié)構(gòu).現(xiàn)取傳熱管長l=4m,則該換熱管程數(shù)為傳熱管總根數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)查圖5-2，求溫差修正系數(shù)F，由于該店難以從圖上讀出，需進一步進算E、R以代替E、R圖5-2殼側(cè)單程,管側(cè)2程的換熱器溫差修正系數(shù)圖從圖5-2讀得F=平均傳熱溫差傳熱管排列和分程方法采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列.取管心距,則橫過管束中心線的管數(shù)采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率則殼體內(nèi)徑為圓整可取采用