物料管理_试谈醋酸乙烯合成的物料衡算

第五章 醋酸乙烯合成的物料衡算 5、1 反应器的物料衡算 设计要求： 年产11万吨聚乙烯醇，产品平均聚合度为1795，生成产时间为每年330天。 产品分子式为：CH2CHOHnCH2CHOCOCH3m 由已知所给得，PVA的聚合度为1795，平均聚合度为1700，醇解度为95%得： 解可得： m=85 n=1615 平均分子量： 产品产量 所需单体量 工艺条件假设（数据参考马延贵 .聚乙烯醇生产技术.纺织工业出版社.1988）： 乙炔单程转化率 以乙炔计算的醋酸乙烯的选择性 醋酸转化率 以醋酸计算醋酸乙烯的选择性 乙醛收率 巴豆醛收率 则：乙炔收率 由方程式 ： 乙炔进料= 根据反应器入口各组分的组成可计算总进料量 依次计算其他组分进料数量如表5-1 表5-1 反应器的进料表 进料组成 数量（t/h） 组成（%Wt） 乙炔 52.74 48.20 醋酸 48.69 44.50 醋酸乙烯 2.46 2.25 氮气 3.45 3.15 乙醛 1.16 1.06 巴豆醛 0.15 0.14 二氧化碳 0.44 0.40 水 0.33 0.30 丙酮 0 其它 0 合计 109.42 100 出口组成计算 由下列方程式计算 +HAC VAC 26 60 86 x y 23.55 2 120 58 44 18 48.6935%-16.43 m n p + 18 44 z 52.740.3106% 由上述三个方程求：x=7.12t/h y=16.43t/h z=0.065 m=0.29 n=0.22 p=0.092 所以出口流量如下: 1、： 2、： 3、： 4、： 5、: 6、: 7、: 8、: 9、其他: t/h 因此可得反应器的出料表，见表5-2. 表5-2 反应器的出料表 进料组成 数量（t/h） 组成（%，） 乙炔 44.83 40.97 醋酸 31.65 28.93 醋酸乙烯 26.01 23.77 氮 3.45 3.15 乙醛 1.34 1.22 巴豆醛 0.18 0.16 二氧化碳 0.66 0.60 水 0.36 0.33 丙酮 0.29 0.27 其它 0.65 0.60 合计 109.42 100 5、2 分离器出口物料组成的衡算： 由实验得分离器出口乙醛的汽相组成为90.7%，液相组成为9.3% 那么乙醛汽相数量为，液相数量为，其它组分数量为反应器出口数量。 汽液分离器出的汽相组分部分放空，以保证不积累，其余大部分返回反应器与反应器进口的精乙炔混合循环使用。 50OC CH3CHO C3H6O、VAC C4H6O、HAC、H2O 100OC 合成气 180OC 汽液分离器 图5-1 分离器物料衡算图 由反应器的出口物料通过汽液分离器的计算，得表5-3汽相组程与表5-4液相组成。 表5-3 汽相组成 组分 数量 组成 （%Wt） 44.83 89.37 3.45 6.88 1.22 2.42 0.66 1.32 合计 50.16 100 表5-4 液相组成 组分 数量 组成（%Wt） 0.29 0.49 0.12 0.23 0.18 0.30 VAC 26.01 43.88 HAC 31.65 53.4 0.36 0.6 其他 0.65 1.1 合计 59.274 100 5、3 清洗工段物料衡算： 汽液分离器出来的汽相组成清洗后，、被解析。所以可得解析塔出口汽相组成表5-5。 表5-5 解析塔出口汽相组成 组分 数量 组成 （%Wt） 44.83 97.35 1.22 2.65 合计 46.05 100 汽液分离器出来的汽相组成清洗后，、被吸收。所以可得吸收塔出口汽相组成表5-6。 表5-6 吸收塔出口汽相组成 组分 数量 组成 （%Wt） 3.45 83.94 0.66 16.06 合计 4.11 100 5、4 乙炔净化工段物料衡算： 5、4、1 循环气物料平衡 乙炔与醋酸为循环物料，由反应器的出口物料组成，可以得到乙炔与醋酸的物料组成，所以可到循环气物料平衡表5-7。 表5-7 循环气物料平衡表 名称 循环（） 进料（） 补充（） 乙炔 44.83 52.74 7.91 醋酸 31.65 48.69 17.04 5、4、2 精乙炔物料组成的计算 由出口参考资料聚乙烯醇生产技术 33页可得，精乙炔的技术规格： 表5-8 精乙炔的技术规格 序号 项目 单位 指标 1 纯度 % 99 2 磷化氢 % 0.0037 3 硫化氢 % 0.0039 4 比活性度 s 98 2 磷化氢 % 150 5 温度 30 由表5-10得，根据乙炔的质量流率计算乙炔的摩尔流率： 同理得： 二氧化碳的摩尔流率： 氮气的摩尔流率为： 所以粗乙炔的总摩尔流率为： 乙炔、二氧化碳、氮气的摩尔组成分别为： 乙炔： 二氧化碳： 氮气: 由粗乙炔的技术规格表5-10知： 磷化氢的摩尔组成取为0.05%，硫化氢的摩尔组成为0.1%，由此计算得到磷化氢的摩尔流率为： 硫化氢的摩尔流率为： 由以上数据计算得到，粗乙炔各组分的质量流率与组成，见表5-11： 表5-11 粗乙炔组成见下表 组成 数量(t/h) 组成（Wt%） 数量(kmol/h) 组成（mol%） 乙炔 7.91 98.80 304.23 98.97 二氧化碳 0.013 0.16 0.30 0.10 氮气 0067 0.84 2.39 0.78 磷化氢 0.0051 0.06 0.15 0.05 硫化氢 0.011 0.14 0.31 0.10 总计 8.006 100 307.38 100 清净剂次氯酸钠用料的计算： 次氯酸钠是由氯气和氢氧化钠反应生成，是一种强氧化剂，能分解放出氧原子，将乙炔中的杂质磷化氢、硫化氢净化。 设除去磷化氢消耗的次氯酸钠的量为x，除去硫化氢消耗的次氯酸钠的量为y。 34 74.5 0.0051 x 34 74.5 0.0111 y 由此可得： X=0.045， 那么消耗次氯酸钠的总量为： 氢氧化钠与氯气用量的计算： 设氢氧化钠用量为：m ，氯气用量为n 。 71 74.5 m n 0.141 由此可得：m=0.15，n=0.134 次氯酸钠中有效氯的成分为（符合工业生产的要求） 5、5 反应器热量衡算 表 5-12 相关物质物性参数表 分子量M （g/m）ol 沸点 （） 汽化潜热（J/mol） 液相热溶L （J/mol） 汽相热溶 （kcal/kg.） 乙炔 26 -84.0 0.469 醋酸 60 118.0 0.35 醋酸乙烯 86 72.5 0.291 乙醛 44 20.85 0.412 巴豆醛 70 102.2 0.40 丙酮 58 56.29 二氧化碳 44 0.232 氮气 28 0.25 水 18 100 0.458 循环油 156 0.63 备注： 丙酮汽相热容= 导热油的密度 根据工艺条件的选择反应器入口气体温度,反应温度（既出口温度）180。 1、反应放出热量 2 、气体从140升到180吸热为 (1) 乙炔吸热量 (2) 醋酸吸热量 (3醋酸乙烯吸热量 (4) 氮气吸热量 (5) 乙醛吸热量 (6) 巴豆醛吸热量 (7二氧化碳吸热量 (8) 水蒸气吸热量 其它吸热可以忽略 所以 3、被载热油带走的热量 a. 假设反应器有热损失（经验取值） 则: b假设反应器无热损失 则： 4、反应热利用率 反应器热量衡算: 相关物质的物性参数表 其中丙酮 5、导热油用量 （） a. 反应器有热损失 b反应器内无热损失 5、6 分离器热量衡算 一段冷却：（控制温度范围：180100，一段出料温度：100, 醋酸温度5090） 反应器出口混合汽的温度经汽液分离器一段冷却后，温度由180降到100，在此过程中大部分重组分醋酸冷凝下来，同时水，巴豆醛也几乎全部冷凝下来，余下的组分通往二段继续冷却。 所以 一段总冷量 二段冷却 （气体温度 100-50）醋酸温度（20-30） 由一段冷却来的气体经过二段冷却后温度由100降到50，在此过程中相对重的组分VAC（即产品）几乎全部冷凝下来，同时几乎所有的丙酮也冷凝下来，余下的组分含有，,通往三段冷却。 三段冷却：（气体温度500 ），盐水冷却 由二段冷却来的气体经过三段冷却后温度由50 降到0 ，根据经验在此过程中只有9.3%