1、年產(chǎn)2萬(wàn)噸醋酸工藝設(shè)計(jì)一 綜述醋酸是一種有機(jī)化合物，又叫乙酸（ethanoic acid）別名：醋酸(acetic acid)、冰醋酸(glacial acetic acid)。分子式：C2H4O2（常簡(jiǎn)寫(xiě)為HAc）或CH3COOH。是典型的脂肪酸。被公認(rèn)為食醋內(nèi)酸味及刺激性氣味的來(lái)源。純的無(wú)水乙酸（冰醋酸）是無(wú)色的吸濕性液體，凝固點(diǎn)為16.7 C (62 F) ，凝固后為無(wú)色晶體。盡管根據(jù)乙酸在水溶液中的離解能力它是一個(gè)弱酸，但是乙酸是具有腐蝕性的，其蒸汽對(duì)眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一種簡(jiǎn)單的羧酸，是一個(gè)重要的化學(xué)試劑。乙酸也被用來(lái)制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯

2、，以及很多合成纖維和織物。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢劑。食品工業(yè)方面，在食品添加劑列表E260中，乙酸是規(guī)定的一種酸度調(diào)節(jié)劑. 醋酸是一種用途廣泛的基本有機(jī)產(chǎn)品, 也是化工、醫(yī)藥、紡織、輕工、食品等行業(yè)不可缺少的重要原料。隨著醋酸衍生產(chǎn)品的不斷發(fā)展, 以醋酸為基礎(chǔ)的工業(yè)不僅直接關(guān)系到化學(xué)工業(yè)的發(fā)展, 而且與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)息息相關(guān), 醋酸生產(chǎn)與消費(fèi)正引起世界各國(guó)的普遍重視, 醋酸生產(chǎn)工藝及相關(guān)問(wèn)題的研究開(kāi)發(fā)正在日益加深和發(fā)展。從最初的糧食發(fā)酵, 木材干餾生產(chǎn)醋酸開(kāi)始, 合成醋酸的工藝路線主要有乙醛氧化法、乙炔電石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法和羰基合成法等。這些方法都各有它的優(yōu)

3、點(diǎn)和缺點(diǎn)，在選擇合成醋酸的路線時(shí)，應(yīng)與當(dāng)?shù)氐脑腺Y源情況密切聯(lián)系起來(lái)，因地制宜，按醋酸用量的大小，工業(yè)技術(shù)條件等作綜合的平衡. 本設(shè)計(jì)采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸. 首先確定乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝流程，其次對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行初步的物料和能量衡算，然后對(duì)其中的單元設(shè)備精餾塔進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)，最后對(duì)此進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析. 1.1醋酸的物理性質(zhì) 醋酸的主要物性數(shù)據(jù)列于表1-1表1-1 純醋酸的物理性質(zhì)3名 稱(chēng)數(shù) 值熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，比熱容CP，J/(gk)蒸汽液體溶解熱，J/g汽化熱，J/g黏度，mPa. s202540介電常數(shù)液體固體折射率nD20生成熱Ho，kJ/mol液體（25）氣體（25）燃燒熱Hc，k

4、J/mol液體標(biāo)準(zhǔn)熵So，J/(mol. k)液體（25）氣體（25）閃點(diǎn)(閉杯)離解常數(shù)02550臨界壓力Pc，Mpa16.66118. 0（101. 3kp）1.110(25)2.043(19. 4)19.5394.5（沸點(diǎn)時(shí)）11.8310.978.186.170（20）2.665（-10）1.3719-484.50-432.25-874.8159.8282.5434.784.754.795.7861.2 醋酸的化學(xué)性質(zhì)1.2.1 酸性 乙酸的酸性促使它還可以與碳酸鈉、氫氧化銅、苯酚鈉等物質(zhì)反應(yīng)。 羧酸中，例如乙酸，的羧基氫原子能夠部分電離變?yōu)闅潆x子（質(zhì)子）而釋放出來(lái)，導(dǎo)致羧酸的酸性。乙

5、酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系數(shù)為4.8，pKa=4.75（25），濃度為1mol/L的醋酸溶液（類(lèi)似于家用醋的濃度）的pH為2.4，也就是說(shuō)僅有0.4%的醋酸分子是解離的。Na 2CH3COOH + Na2CO32CH3COONa + CO2 + H2O 2CH3COOH + Cu(OH)2 (CH3COO)2Cu + 2H2O CH3COOH + C6H5ONa C6H5OH (苯酚）+ CH3COO1.2.2 乙酸的二聚體 乙酸的晶體結(jié)構(gòu)顯示，分子間通過(guò)氫鍵結(jié)合為二聚體（亦稱(chēng)二締結(jié)物），二聚體也存在于120的蒸汽狀態(tài)。二聚體有較高的穩(wěn)定性，現(xiàn)在已經(jīng)通過(guò)冰點(diǎn)降低測(cè)定分子量法以及X光衍射證明

6、了分子量較小的羧酸如甲酸、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以。其它的羧酸也有類(lèi)似的二聚現(xiàn)象。二聚體形式存在。當(dāng)乙酸與水溶和的時(shí)候，二聚體間的氫鍵會(huì)很快的斷裂 1.2.3 溶劑 液態(tài)乙酸是一個(gè)親水（極性）質(zhì)子化溶劑，與乙醇和水類(lèi)似。因?yàn)榻殡姵?shù)為6.2，它不僅能溶解極性化合物，比如無(wú)機(jī)鹽和糖，也能夠溶解非極性化合物，比如油類(lèi)或一些元素的分子，比如硫和碘。它也能與許多極性或非極性溶劑混合，比如水，氯仿，己烷。乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運(yùn)用的化學(xué)品。 1.2.4 化學(xué)反應(yīng) 對(duì)于許多金屬，乙酸是有腐蝕性的，例如鐵、鎂和鋅，反應(yīng)生成氫氣和金屬乙酸鹽。因?yàn)殇X在空氣中表明會(huì)形成氧化鋁保護(hù)層，所以鋁

7、制容器能用來(lái)運(yùn)輸乙酸。金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應(yīng)的堿性物質(zhì)反應(yīng),比如最著名的例子：小蘇打與醋的反應(yīng)。除了醋酸鉻（II），幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。 Mg(s) + 2 CH3COOH(aq) (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g) NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) 乙酸能發(fā)生普通羧酸的典型化學(xué)反應(yīng)，特別注意的是，可以還原生成乙醇，通過(guò)親核取代機(jī)理生成乙酰氯，也可以雙分子脫水生成酸酐。同樣，乙酸也可以成酯或氨基化合物。440的高溫下，乙酸分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和水。 1.2.5 鑒別 乙酸可以通過(guò)其氣

8、味進(jìn)行鑒別。若加入氯化鐵（III），生成產(chǎn)物為深紅色并且會(huì)在酸化后消失，通過(guò)此顏色反應(yīng)也能鑒別乙酸。乙酸與三氧化砷反應(yīng)生成氧化二甲砷，通過(guò)產(chǎn)物的惡臭可以鑒別乙酸。1.3醋酸在國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)量用AO-Plus工藝改造后能力為100萬(wàn)t/a，是世界上最大的醋酸裝置。BP-Amoco是西歐最大的生產(chǎn)商，其在英國(guó)Hull地區(qū)的生產(chǎn)裝置采用Cativa工藝改造后，生產(chǎn)能力達(dá)到74.5萬(wàn)t/a。亞洲已成為世界最大的醋酸生產(chǎn)地，是近幾年新建醋酸裝置最多的地區(qū)，日本目前醋酸生產(chǎn)能力為110.6萬(wàn)t/a；此外，美國(guó)Celanese公司在新加坡建設(shè)了50萬(wàn)t/a醋酸裝置，BP在馬來(lái)西亞也建了1套40萬(wàn)t/a醋酸裝置

9、，韓國(guó)三星/BP的醋酸裝置能力為35萬(wàn)t/a，中國(guó)也已有4套羰基合成醋酸裝置。 2005年全球醋酸的消費(fèi)量約787.4萬(wàn)t。醋酸乙烯為第一大用戶(hù)，占全球醋酸總消費(fèi)量的42.4%。對(duì)苯二甲酸、醋酸酯、醋酐分別占醋酸總消費(fèi)量的17.9%、16.5%、12.9%。預(yù)計(jì)今后5年醋酸乙烯的生產(chǎn)將以年均3%的速度增長(zhǎng)；由于聚酯需求的快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)今后5年對(duì)苯二甲酸產(chǎn)量將年均增長(zhǎng)8%；醋酸酯類(lèi)的需求增長(zhǎng)主要是醋酸乙酯和醋酸丁酯的發(fā)展所帶動(dòng)的。作為溶劑，醋酸乙酯和醋酸丁酯替代有毒性的甲乙酮和甲苯(尤其是在發(fā)達(dá)國(guó)家)，使兩者需求量有一定的增長(zhǎng)。由于水溶性和粉末涂料的發(fā)展，具有揮發(fā)性的涂料生產(chǎn)萎縮，對(duì)醋酸酯類(lèi)的需

10、求有所下降。因此，總的來(lái)看，醋酸酯類(lèi)對(duì)醋酸的需求增長(zhǎng)率仍保持目前年均5%的水平;醋酐主要用于生產(chǎn)醋酸纖維素以制造香煙過(guò)濾嘴，由于今后香煙的需求增長(zhǎng)不會(huì)很快，因而醋酐的需求增長(zhǎng)將維持年均2%的水平。預(yù)計(jì)到2010年全球醋酸的需求量將達(dá)到947.7萬(wàn)t。 我國(guó)的醋酸產(chǎn)量從1990年的35.95萬(wàn)t，到1995年增至42.5萬(wàn)t，2005年增長(zhǎng)至137萬(wàn)t，年均增10.62%然國(guó)內(nèi)醋酸生產(chǎn)能力不斷提高，產(chǎn)量不斷上升，但尚不能滿足國(guó)內(nèi)需求，進(jìn)口量呈逐年上升趨勢(shì)，由2000 10.36萬(wàn)t增至2005年的25萬(wàn)t。2006年16月我國(guó)累計(jì)進(jìn)口醋酸29.4萬(wàn)t。我國(guó)進(jìn)口的醋酸主要來(lái)自Celanese和BP

11、兩大公司，合計(jì)占我國(guó)總進(jìn)口量的70%以上。Celanese向我國(guó)出口的醋酸主要來(lái)自新加坡和美國(guó)工廠，BP向我國(guó)出口的醋酸主要來(lái)自馬來(lái)西亞、韓國(guó)和英國(guó)工廠。預(yù)計(jì)今后幾年我國(guó)仍將會(huì)進(jìn)口醋酸及其下游產(chǎn)品。 2005年中國(guó)低壓甲醇法產(chǎn)能和產(chǎn)量均占醋酸總產(chǎn)能和總產(chǎn)量的60%以上。酒精法是國(guó)內(nèi)最早采用的醋酸生產(chǎn)工藝，目前國(guó)內(nèi)幾乎所有小型裝置都采用此法。該法經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)企業(yè)幾十年的生產(chǎn)實(shí)踐和技術(shù)改造，在節(jié)能降耗、三廢治理等方面均有較大的改進(jìn)，但乙醇消耗量達(dá)900kg/t醋酸。由于糧食發(fā)酵生產(chǎn)的乙醇市場(chǎng)售價(jià)達(dá)5000元/t，因此用乙醇來(lái)生產(chǎn)醋酸的利潤(rùn)空間較小。乙烯法工藝的乙烯消量為500kg/t醋酸，較高的乙烯價(jià)

12、格（9000多元/噸）也使得該法生產(chǎn)的醋酸成本在5000元/噸左右價(jià)格上徘徊。 1.4 醋酸的生產(chǎn)方法評(píng)述1.4.1 甲醇羰基化 大部分乙酸是通過(guò)甲基羰基化合成的。此反應(yīng)中，甲醇和一氧化碳反應(yīng)生成乙酸，方程式如下 CH3OH + CO CH3COOH 這個(gè)過(guò)程是以碘代甲烷為中間體，分三個(gè)步驟完成，并且需要一個(gè)一般由多種金屬構(gòu)成的催化劑（第二部中） (1) CH3OH + HI CH3I + H2O (2) CH3I + CO CH3COI (3) CH3COI + H2O CH3COOH + HI 通過(guò)控制反應(yīng)條件，也可以通過(guò)同樣的反應(yīng)生成乙酸酐。因?yàn)橐谎趸己图状季浅Ｓ玫幕ぴ希约谆?/p>

13、羰基化一直以來(lái)備受青睞。4早在1925年，英國(guó)塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已經(jīng)開(kāi)發(fā)出第一個(gè)甲基羰基化制乙酸的試點(diǎn)裝置。然而，由于缺少能耐高壓（200atm或更高）和耐腐蝕的容器，此法一度受到抑制。直到1963年，德國(guó)巴斯夫化學(xué)公司用鈷作催化劑，開(kāi)發(fā)出第一個(gè)適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法。到了1968年，以銠為基礎(chǔ)的催化劑的(cisRh(CO)2I2)被發(fā)現(xiàn)，使得反映所需壓力減到一個(gè)較低的水平并且?guī)缀鯖](méi)有副產(chǎn)物。1970年，美國(guó)孟山都公司建造了首個(gè)使用此催化劑的設(shè)備，此后，銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的方法（孟山都法）。590年代后期，BP化學(xué)成功的將Cativa催化法商業(yè)化，此法是基于

14、釕，使用(Ir(CO)2I2)它比孟山都法更加綠色也有更高的效率，很大程度上排擠了孟山都法。1.4.2 乙醇氧化法 由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)制得。工藝陳舊,生產(chǎn)規(guī)模小,原料和動(dòng)力消耗高,應(yīng)嚴(yán)格控制,杜絕新建小規(guī)模生產(chǎn)裝置。1.4.3 乙烯氧化法 由乙烯在催化劑(所用催化劑為氯化鈀:PdCl2、氯化銅：CuCl2和乙酸錳：(CH3COO)2Mn）存在的條件下,與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成.此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化成乙醛，再通過(guò)乙醛氧化法制得。乙烯法醋酸雖然比乙炔法和酒精法先進(jìn),但與低壓甲醇羰基合成法相比,原料和動(dòng)力消耗高,技術(shù)經(jīng)濟(jì)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)性,不宜再用該技術(shù)新建裝置。原有裝置可借鑒乙烯

15、直接氧化法進(jìn)行改造。 1.4.4 丁烷氧化法 丁烷氧化法又稱(chēng)為直接氧化法，這是用丁烷為主要原料，通過(guò)空氣氧化而制得乙酸的一種方法，也是主要的乙酸合成方法。1.4.5 巴斯夫高壓法 巴斯夫高壓法盡管已工業(yè)化多年,與其它原料路線相比,具有一定的競(jìng)爭(zhēng)性;但與低壓法相比,相應(yīng)壓力高,原料消耗定額高,副反應(yīng)多,工藝復(fù)雜。6因此,不提倡發(fā)展高壓法。1.4.6 UOP/ 千代田工藝 UOP/ 千代田工藝技術(shù)先進(jìn),在某些方面比BP技術(shù)更有吸引力,但還沒(méi)有工業(yè)化生產(chǎn)裝置,引進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)大。7周修和.國(guó)外合成醋酸概括J.石油化工，1993，2(3):251263.如果在對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行充分論證的情況下,可積極引進(jìn)。1.

16、4.7 乙醛氧化法乙醛氧化法在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。8盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過(guò)氧化丁烷或輕石腦油制得，也可以通過(guò)乙烯水合后生成。當(dāng)丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種金屬離子包括鎂，鈷，鉻以及過(guò)氧根離子催化，會(huì)分解出乙酸?；瘜W(xué)方程式如下： 2 C4H10 + 5 O2 4 CH3COOH + 2 H2O 此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進(jìn)行，一般的反應(yīng)條件是150和55atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過(guò)分離乙酸和副產(chǎn)物

17、使得反應(yīng)的成本增加。 在類(lèi)似條件下，使用上述催化劑，乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸 2 CH3CHO + O2 2 CH3COOH 使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%以上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的沸點(diǎn)都比乙酸低，所以很容易通過(guò)蒸餾除去。 1.4合成路線本次采用的是乙醛氧化法，合成路線圖1-1：1.4 設(shè)備儀器1.6 設(shè)備儀器圖1-1 乙醛氧化法合成路線二 物料衡算和能量衡算2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 醋酸生產(chǎn)消耗定額見(jiàn)表2-1表2-1消耗定額10名稱(chēng)單耗（每噸醋酸）乙醛氧氣冷卻水醋酸錳770kg260m3250m32kg 醋酸年產(chǎn)量：2萬(wàn)噸 選擇年開(kāi)工時(shí)間：8000小

18、時(shí) 則 每小時(shí)生產(chǎn)醋酸 根據(jù)消耗定額得每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為： 所以，選擇每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為2000kg2.2 氧化塔物料衡算 （1）氧化塔物料衡算中的已知數(shù)據(jù) 每小時(shí)通入氧化塔的乙醛量為2000kg/h 氧化過(guò)程中乙醛總轉(zhuǎn)化率為99. 3% 氧化過(guò)程中氧的利用率為98. 4% 氧化塔塔頂補(bǔ)充的工業(yè)氮使其濃度達(dá)到45% 未轉(zhuǎn)化的乙醛在氣液相中的分配率（體積%） 氣相：34% 液相：66% 原料組成見(jiàn)表2-2表2-2 原料組成11原料乙醛%（質(zhì)量）工業(yè)氧%（質(zhì)量）工業(yè)氮%（質(zhì)量）催化劑溶液%（質(zhì)量）乙醛 99. 5醋酸 0. 1水 0. 3三聚乙醛0. 1氧氣 98氮?dú)?2氮?dú)?97氧氣 3醋酸 6

19、0醋酸錳 10水 30 催化劑中醋酸錳用量為氧化塔進(jìn)料乙醛重量的0. 08% 氧化過(guò)程中乙醛的分配率12 主反應(yīng) 96% 副反應(yīng) 1. 4% 0.25% 0.95% 4% （2）氧化塔物料衡算圖見(jiàn)圖3-1圖3-1 氧化塔物料衡算圖（3）反應(yīng)式衡算 純乙醛量：200099. 5%=1990 主反應(yīng) 96% a. 乙醛用量：19900. 9930. 96=1897.03kg b. 需用氧量(x) 44:16=1897.03:x x=689.83kg c. 生成醋酸量(y) 44:60=1897.03:y y=2586.86kg副反應(yīng) 1. 4% a. 乙醛用量：19900. 9930. 014=2

20、7.66kg b. 需用氧量(x) 132:96=27.66:x x=20.12kg c. 生成醋酸量(y) 132:120=27.66:y y=25.15kg d. 生成甲酸量(z) 132:46=27.66:z z=9.64kg e. 生成水量(w) 132:18=27.66:w w=3.77kg f. 生成二氧化碳量(v) 132:44=138. 32:v v=46. 11kg 副反應(yīng) 0. 25% a. 乙醛用量：19900. 9930. 0025=4.94kg b. 需用氧量(x) 132:32=4.94:x x=1.20kg c. 生成亞乙基二醋酸量(y) 132:146=4.94

21、:y y=1.09kg d. 生成水量(z) 132:18=4.94:z z=0.674kg 副反應(yīng) 0. 95% a.乙醛用量：19900. 9930. 0095=18.772kg b.需用氧量(x) 88:48=18.772:x x=10.24kg c.生成醋酸甲酯量(y) 88:74=18.772:y y=15.786kg d.生成二氧化碳量(z) 88:44=18.772:z z=9.386kg e.生成水量(w) 88:18=18.772:w w=3.84kg 副反應(yīng) 1. 4% a.乙醛用量：19900. 9930. 014=27.664kg b.需用氧量(x) 88:160=27

22、.664:x x=50.298kg c.生成水量(y) 88:72=27.664:y y=22.634kg d.生成二氧化碳量(z) 88:176=27.664:z z=55.328kg 根據(jù)反應(yīng)式衡算出來(lái)的反應(yīng)物總耗量及反應(yīng)生成物總量如下： 反應(yīng)掉的乙醛總量 20000. 9950. 993=1976.07kg 未轉(zhuǎn)化的乙醛量 20000. 9950. 007=13.93kg （其中液相中乙醛含量13.930. 66=9.194 氣相中乙醛含量13. 930. 34=4.736kg) 反應(yīng)掉的氧氣總量 689.83+20.12+1.20+10.24+50.30=771.68 kg 則所需工業(yè)

23、氧氣量 其中： 氧氣=800.240. 98=784.23kg 氮?dú)?800.240. 02=16.00kg 所以未反應(yīng)的氧氣=784.23-771.68=12.55 kg 反應(yīng)生成物重量 醋酸：2586.86+25.15=2612.01kg 二氧化碳：9.2+9.39+55.33=73.936kg 水：3.77+0.67+3.84+22.63=30.92kg 甲酸：9.64kg 亞乙基二醋酸酯：5.464kg 醋酸甲酯：15.786kg（4）催化劑用量 已知催化劑溶液中醋酸錳用量為氧化塔進(jìn)料乙醛重量的0.08%，催化劑中醋酸錳的含量為10%，設(shè)催化劑溶液用量為x 其中： 醋酸錳 16.130

24、. 1=1.62kg 水 16.130. 3=4.84kg 醋酸 16.130. 6=9.678kg（5）保安氮用量 設(shè)保安氮為xkg 塔頂干氣量計(jì)算： 氮?dú)猓?6.00+0. 97x 氧氣 ：12.55+0. 03x 二氧化碳：73.94kg 則 =45% x=57.914kg（其中氮?dú)猓?7.910. 97=56.18kg 氧氣：57.910. 03=1.74kg） 塔頂干氣量 氮?dú)? 16.00+0. 97x=72.18kg 氧氣: 12.550. 03x=14.29kg 二氧化碳: 73.94kg 整理以上數(shù)據(jù)，列出氧化塔物料平衡結(jié)果，見(jiàn)表2-3表2-3氧化塔物料衡算結(jié)果進(jìn) 料出 料含

25、量(%)質(zhì)量（kg）含量（%）質(zhì)量（kg）原料乙醛乙醛醋酸水三聚乙醛99. 50. 10. 30. 19950103010氧 化 液醋酸醋酸甲酯水亞乙基二醋酸甲酸乙醛三聚乙醛醋酸錳96. 00. 801. 500. 680. 390. 380. 180. 0713118. 4278. 93208. 8027. 3248. 2045. 9710. 008. 06工業(yè)氧氧氣氮?dú)?823921.1680. 02工業(yè)氮氮?dú)庋鯕?73280. 888. 69催化劑醋酸水醋酸錳60301048. 3924. 208. 06放空廢氣二氧化碳氮?dú)庋鯕庖胰?69. 68360. 9071. 4323. 68總計(jì)

26、14371. 40kg14371. 40kg2.2 蒸發(fā)器物料衡算已知數(shù)據(jù)： （進(jìn)料中醋酸錳含量） （完成液中醋酸錳含量） 蒸發(fā)器進(jìn)出物料圖見(jiàn)圖3-2圖3-2 蒸發(fā)器進(jìn)出物料圖列衡算式： 2.3 精餾塔物料衡算 2.3.1 精餾塔1物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量2649.136kg/h （2）醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 968，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 0154 （3）餾出液中醋酸含量3%，釜液中醋酸的回收率為98% （4）醋酸和水的摩爾質(zhì)量分別為60kg/kmol和18kg/kmol精餾塔1進(jìn)出物料圖見(jiàn)圖3-3圖3-3 精餾塔1進(jìn)出物料圖則：進(jìn)料組成 進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料流量列衡算式： =0. 97 =0.

27、 98得： 即： 2.3.2 精餾塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=2565.184kg/h （2）進(jìn)料醋酸含量98%，釜?dú)堃捍姿岷?0%，成品醋酸含量99. 8%精餾塔2進(jìn)出物料圖見(jiàn)圖3-4圖3-4 精餾塔2進(jìn)出物料圖列衡算式： 得： 2.4 醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=83.952+51.418=135.37kg/h （2）經(jīng)回收后得到粗醋酸含量65%以上（按65%計(jì)算） （3）從精餾塔出來(lái)的醋酸含量20%，副產(chǎn)物中含5%的醋酸醋酸回收塔進(jìn)出物料圖見(jiàn)圖3-5圖3-5 醋酸回收塔進(jìn)出物料圖列衡算式： F=X+Y F0. 2=0. 05X+0. 65Y得： X=101.

28、528kg/h Y=33.842kg/h整理以上數(shù)據(jù)，得總物料衡算結(jié)果，見(jiàn)表3-4表3-4總物料衡算結(jié)果進(jìn) 料出 料名 稱(chēng)質(zhì)量（kg）名 稱(chēng)質(zhì)量（kg）乙 醛乙醛醋酸水三聚乙醛9950103010放空廢氣二氧化碳氮?dú)庋鯕庖胰?69. 68360. 9071. 4323. 68工業(yè)氧氣氧氣氮?dú)?921. 1680. 02催化劑殘液成品醋酸粗醋酸其它副產(chǎn)物量116. 9212568.83169.21690.74工業(yè)氮?dú)獾獨(dú)庋鯕?80. 888. 69催化劑醋酸水醋酸錳48. 3924. 208. 06總 計(jì)14371. 40kg14371. 40kg 三 設(shè)備的設(shè)計(jì)3精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)已知數(shù)據(jù)：（1）

29、由前面物料衡算，得 （2）塔頂溫度13：100103 塔底溫度：118124（3）常壓精餾：P=101. 3kp（4）水和醋酸的安托尼常數(shù)見(jiàn)表5-1表5-1 水和醋酸的安托尼常數(shù)14常數(shù)ABC水醋酸7. 074066. 424521657. 461479. 02227. 02216. 82設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程：3.1 回流比和理論塔板數(shù)的計(jì)算（1）相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 假設(shè)泡點(diǎn)t=116. 5 對(duì)水： 對(duì)醋酸： 則 與十分接近，故假設(shè)t=116. 5(泡點(diǎn))正確 則相對(duì)揮發(fā)度 （2）回流比R的計(jì)算 設(shè)進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料 根據(jù)公式18 帶入已知數(shù)據(jù)，得 取 （3）理論塔板數(shù)的計(jì)算 利用簡(jiǎn)潔法計(jì)算理論塔板數(shù) 全回

30、流時(shí)理論板層數(shù)18 則 由附錄一吉利蘭圖 查得 精餾段理論板層數(shù) 橫坐標(biāo) 不變，則縱坐標(biāo)讀數(shù)也不變 既 所以加料板為從塔頂往下數(shù)第12層3.2 塔的有效高度計(jì)算（1）全塔效率 15 其中： 相對(duì)揮發(fā)度 塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 查得： 則 （2）塔的有效高度 其中： 塔內(nèi)所需理論板層數(shù) 塔板間距m (取) 則 取上層塔板與塔頂蓋之間的距離為1. 0m，取下層塔板和塔底之間的距離為2. 0m 所以精餾塔總高度為 4.3 塔徑的計(jì)算（1）氣液相密度 液相密度 氣相密度（以進(jìn)料狀態(tài)計(jì)算） 由 （2）氣液相流量 氣相流量 液相流量 （3）塔徑的確定 塔徑 u由得到，式中c由計(jì)算，其中 由附錄二史

31、密斯關(guān)聯(lián)圖查得，其橫坐標(biāo)為 取板間距，板上液層高度，則 查圖，得 則 所以 取安全系數(shù)為0. 65，則空塔氣速 所以塔徑 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，取 塔截面積 空塔氣速 3.4 塔板設(shè)計(jì) 從塔板的生產(chǎn)能力、板面利用率、結(jié)構(gòu)、造價(jià)等方面考慮進(jìn)行比較后，選擇篩板塔. （1）溢流裝置計(jì)算 根據(jù)塔徑及液體流量與溢流類(lèi)型的關(guān)系，可選用單溢流弓形降液管，采用凹型受 液盤(pán)，各項(xiàng)計(jì)算如下 堰長(zhǎng) 取 溢流堰高度 由 選用平直堰，堰上液層高度由計(jì)算，其中E由附錄三液流收縮系數(shù)圖可查，其橫坐標(biāo)為 查得 E=1. 00，則 故 其符合范圍 弓形降液管寬度和截面積 由，查附錄四弓形降液管參數(shù)圖，得 故 檢驗(yàn)液體在降液管中停留

32、時(shí)間即5s 故降液管設(shè)計(jì)合理 降液管底隙高度 取液體通過(guò)底隙時(shí)的流速 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理，選用凹型受液盤(pán)，深度（2）塔板布置 因D1. 5m，?。?）篩孔計(jì)算及其排列 本設(shè)計(jì)中所處理的物系有腐蝕性，可選用的不銹鋼塔板，篩孔直徑 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 篩孔數(shù)目 其中 則 所以 開(kāi)孔率 3.5 流體力學(xué)驗(yàn)算（1）塔板壓降 氣體通過(guò)一層塔板的壓降為 干板壓降 其中為氣體通過(guò)篩孔的速度 由 故 氣體通過(guò)充氣液層的壓降 則氣相動(dòng)能因子 查附錄六充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得 故 液體表面張力所產(chǎn)生的壓降 計(jì)算表明，液體表面張力所產(chǎn)生的壓降很小，可忽略不計(jì) 所以，塔板壓降 每層塔板的壓降 （2）液泛

33、為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從 醋酸水屬一般體系，取安全系數(shù) 則 而 其中， 由于板上不設(shè)進(jìn)口堰，則 所以 符合 故不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象（3）漏液 對(duì)篩板塔，取漏液量10%時(shí)的氣相動(dòng)能因子為 則 實(shí)際孔速 穩(wěn)定系數(shù) 符合 ，故不發(fā)生漏液現(xiàn)象（4）液沫夾帶 其中 則 故液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)4.6 塔板負(fù)荷性能圖（1）漏液線 前已求得 故 據(jù)此可作出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線1（2）液沫夾帶線 以為限，求關(guān)系如下: 故 所以 整理，得 列表計(jì)算如下：LS/(m3/s)0. 0050. 0100. 0200. 030VS/(m3/s)4. 9984. 9804. 8504. 790 由上表數(shù)

34、據(jù)即可作出液沫夾帶線2（3）液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由 得 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3（4）液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限由 得 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4（5）液泛線 令 由 聯(lián)系，得 忽略的關(guān)系式帶入上式，并整理，得 其中， （） 將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得 故 列表計(jì)算如下：LS/(m3/s)0. 0040. 0100. 0200. 030VS/(m3/s)4. 4504. 1703. 6003. 001 由以上數(shù)據(jù)即可作出液泛線5 根據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，見(jiàn)圖5-1圖5-1 篩板塔的

35、負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，既作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制，由圖查得 故操作彈性為 所設(shè)計(jì)的篩板塔的主要結(jié)果匯總見(jiàn)表5-2表5-2 篩板塔設(shè)計(jì)結(jié)果序號(hào)項(xiàng) 目數(shù)值序號(hào)項(xiàng) 目數(shù)值123456789101112精餾塔高度H/m塔徑D/m板間距HT/m溢流型式降液管型式堰長(zhǎng)lw/m堰高h(yuǎn)w/m板上液層高度hl/m堰上液層高度how/m降液管底隙高度ho/m篩孔直徑d0/m篩孔數(shù)目221. 800. 50單溢流弓形1. 440. 050. 070. 020. 0420. 0057135131415161718192021222324孔心距t/m安定區(qū)寬度WS/m邊緣區(qū)寬度WC/m鼓泡區(qū)面積Aa/m2開(kāi)孔率空塔氣速u(mài)/(m/s)篩孔氣速u(mài)0/(m/s)穩(wěn)定系數(shù)K每層塔板壓降Pp/pa汽相負(fù)荷上限VS，max/(m3/s)汽相負(fù)荷下限VS，max/(m3/s)操作彈性0. 0150. 10. 071. 39101. 42022. 032