聚乙烯醇精馏项目设计方案

安徽建筑大学毕业生毕业设计 1 1 聚乙烯醇精馏项目设计方案 第一章 聚乙烯醇的综述 言 聚乙烯醇（简称 是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物 ，别名为 聚乙烯醇（简称 由德国化学家 924年合成的， 1926年实现了小规模生产，工业化生产源于上世纪 50年代，我国上世纪 60年代中期，从日本进口引进生产技术生产。聚乙烯醇的结构式为 H)n，其中 乙烯醇的 物理性质 受化学结构、醇解度、 聚合度 的影响。它是近三十年来发展起来的高分子化合物，由于合成技术的不断提高和价格的不断下降，其用途日益广泛，发展速度很快。其性能介于橡胶和塑料之间，按用途可分为纤维和非纤维两大用途。 乙烯醇的性质及用途 乙烯醇的性质 聚乙烯醇 (，简称 分子式一 H (O H ) 一 ，为白色片状 、絮状或粉末状固体 ，无味无毒 、无污染 ，可在 80 90 水中溶解 ，是一种由醋酸乙烯经醇解聚合而成的水溶性高分年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 2 2 子聚合物 ，分纤维用和非纤维用两种。其水溶液有很好的黏接性和成膜性，能耐油类、润滑剂和烃类等大多数有机溶剂，具有长链多元醇酯化、醚化、缩醛化等化学性质。 能由其聚合度、黏度和醇解度决定 ，随着聚合度的提高 ，液的黏度 、黏着性 、成膜性 、刚性都相应增大 ，但水溶性、浆膜的柔软性变差，溶液的流动性、浸润性能也相应降低。 88 (摩尔分数 )左右，具有良好的水溶性，但醇解度过高或过低，水溶性反 而降低 【 1。 乙烯醇的应用 由于 膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保 护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性，因此除了作纤维原料外，还被大量用于生产涂料、粘合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂、薄膜等产品，应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。 聚乙烯醇树脂系列产品系白色固体，外型分絮状、颗粒状、粉状三种；无毒无味、无污染，可在 80 90水中溶解。主要用于纺织行业经纱浆料、织物整理剂、维尼 纶纤维原料； 建筑装潢行业 107胶、内外墙涂料、粘合剂；化工行业用作聚合乳化剂、分散剂及聚乙烯醇缩甲醛、缩乙醛、缩丁醛树脂；造纸行业用作纸品粘合剂；农业方面用于土壤改良剂、农药粘附增效剂和聚乙烯醇薄膜；还可用于日用化妆品及高频淬火剂等方面。 乙烯醇市场前景 外市场前景 目前，全球共有 20多个国家和地区生产聚乙烯醇，装置的总生产能力已达 1100a， 93万吨年约为 93万吨年。世界上聚乙烯醇生产能力和产量最大的国家依次是中国、日本、美国和朝鲜，其生产能力占世界聚乙烯醇总生产能力的 85 90 4。 在消费结构上，各国的重点有所不同 年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 4 4 图 1国 西欧 日本 中国聚乙烯醇的消费结构 目前日本的聚乙烯醇出口量最大，北美和西欧则是最大的进口地区。目前世界涂料和粘合剂消耗聚乙烯醇的量占聚乙烯醇总消费量的 60一70，是世界聚乙烯醇最主要的消费市场。根据预测，今后几年世界涂料市场的规模将逐年增长，由此可见，世界聚乙烯醇的消费形势仍十分乐观 5。 2009- 4 年 ，世界聚乙烯醇的消费量将 以年均约 3 95的速度增长，到 2014 年总消费量将达到约 127 9 万吨。 内市场前景 我国目前有电石乙烯，天然乙烯，石油乙烯三种原料路线的大约 13套聚乙烯醇生产装置，生产过程采用高碱两种碱法醇解工艺，总产量约为 32万吨，居世界首位。近年来，通过对原有的设备进行了改造和扩建，国内聚乙烯醇总生产能力已达 440 a，生产工艺也由单一的高碱皂化法发展为高、低碱皂化法并举，产品由单纯的维纶化纤原料发展为广泛应用于涂料、纺织浆料、胶粘剂、建材等 20多个行业的基础原料。 目前，国内外聚乙烯醇资源量充足，市场供应压力较大。国际方面，日本正在通过合并重组的 方式提高 生产能力。东南亚近年产品直接覆盖中国内地市场；而国内多家聚乙烯醇生产装置已经正在进行扩大生产能 安徽建筑大学毕业生毕业设计 5 5 力，结果将会比原来的产能增加 1 3左右，这样在需求未能放大的情况下，国内市场将面临较大的供应压力。欧美市场是我国聚乙烯醇的重要出口地区，由于世界经济回升缓慢，其市场需求增长不力，导致我国聚乙烯醇出口增长难度加大。另外从近几两年的进出口情况看，进口呈现不断增长的趋势。加入 口增长还将加快。 近年来随着我国展 对聚乙烯醇的需求量不断增加。 2004 年我 国聚乙烯 醇的 表观消费量为 吨 ， 2007 年达到 吨 ，同比增长约 2009 年表观消费量 吨，同比增长约 2004- 2009 年表观 消费量的年均增长率约为 图 1国近年来聚乙烯醇的表观消费量 有关人士认为，聚乙烯醇在经历了几年的低谷蓄势以后，将可能步人新一轮的旺盛期 6。以下几方面的有利条件将为市场提供有利的支持： (1)宏观经济预期良好，支持市场稳步上升。 (2)相关行业的发展和下游市场的兴旺 ，保证聚乙烯醇需求稳定增长。 (3)不断开发的新产品，拓展了聚乙烯醇的应用空间。 (4)生产和设备的复杂性，决定了供应规模的稳定性，但是我们也要看到，一些不利因素的存在也对现有的聚乙烯醇带来负面影响：聚乙烯醇资源量的进一步增加；国际反倾销浪潮的连带影响；产品成本上 升以及动力、能源紧张对市场带来的影响。聚乙烯醇市场虽然存在一定的不利因素，但聚乙烯醇市场的底部在反复的夯打之后已经十分坚实，在明年经济快速增长的促进下，必然会走出一番靓丽行情。 乙烯醇的生产工艺 产方法 按原料分有：乙烯法 和乙炔法两类，其中乙炔法又分为电石乙炔法和天然气乙炔法。 20世纪 60代以前，世界各国主要采用电石乙炔法，到 50年代后期才陆续采用天然气乙炔法。 70年代以后，由于石油化工迅速发展，生产聚乙烯醇的原料路线从电石乙炔路线转向石油乙烯路线。目前，国际上生产聚乙烯醇的路线以乙烯法为主导，其数量占总产能的 72。美国已经完成了乙炔法向乙烯法路线的转变，日本乙烯法也占 70以上 7。 图 1国聚乙烯醇生产方法比例图 安徽建筑大学毕业生毕业设计 7 7 烯直接合成法 石油裂解乙烯直接合成 法，由日本可乐丽公司 (原仓敷人造丝公司 )首次开发成功并用于工业化生产。目前，国际上生产聚乙烯醇的工艺路线以乙烯法占主导地位，其数量约占总生产能力的 72。美国已完成了乙炔法向乙烯法的转变，日本的乙烯法也占 70以上，而中国的生产企业只有两家为乙烯法。其工艺流程包括：乙烯的获取及醋酸乙烯 (成、精馏、聚合、聚醋酸乙烯 (解、醋酸和甲醇回收五个工序。石油乙烯法的工艺特点：生产规模较乙炔法大，产品质量好，设备易于维护、管理和清洗、热利用率高，能量节约明显，生产成本较乙炔法低 30以上。 石乙炔合成法 电石乙炔合成法，最早实现工业化生产，其工艺特点是操作比较简单、产率高、副产物易于分离，因而国内至今仍有 1O 家工厂沿用此法生产，且大部分应用高碱法生产聚乙烯醇。但由于乙炔高碱法工艺路线产品能耗高、质量差、成本高，生产过程产生的杂质污染环境亦较为严重，缺乏市场竞争力，属逐渐淘汰工艺。国外先进国家早于 20世纪 7 然气乙炔合成法 天然气乙炔为原料的 ，不但技术成熟，而且生产的乙炔有利于综合利用， 0 70，但天然气乙炔法投资和技术难度都较大。在天然气、煤和电力丰富的地区，天然气乙炔法仍具有生命力。欧洲及朝鲜等国家以天然气乙炔为主，我国也有套生产装置采用该方法 8。 三种路线各有优缺点其生产工艺及特点比较见表 9: 表 1原料路线 石油乙烯 天然气乙炔 电石乙炔 反应方式 固定床气相法 固定床气相法 沸腾床气相法 温度 / 150 200 170 210 170 210 压力 /压 常压 空速 /(L 2040 2100 250 280 110 150 原料配比 （摩尔比） 乙烯：醋酸：氢 =9:4:15 乙炔：醋酸 =1：（ 7 1） 乙炔：醋酸 =1：（ 3 1） 年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 8 8 续表： 催化剂组成 钯 /金 2/活性炭 2/活性炭 催化剂寿命 5 6 个月 3个月 5 6个月 单程转化率 /% 15 20 60 70 30 35 空时效率/r/( ) 6 8 点 副产物少，设备腐蚀性小，催化剂活性高，产品质量好 热能利用好，催化剂廉价易得，副反应少 技术成熟，投资少，催化剂易得 缺点 催化剂贵重 乙炔成本高 电石污染严重 炔法生产原理 【 10】 （ 1）乙炔发生 22222 C a ( O H )a C 一定粒径的电石加入乙炔发生器后，与水进行反应得到粗乙炔气体。 （ 2）醋酸乙烯 (合成 22322 C O O C H C O （ 3） 醋酸乙 烯 (聚合 【 11】 以偶氮二异丁腈 (引发剂，甲醇为溶剂， 聚合生成聚醋酸乙烯( C H 3C H 2 C H 3n65A I B 反应： C H O C 安徽建筑大学毕业生毕业设计 9 9 C H O （ 4） 聚醋酸乙烯的醇解 【 12】 醇解过程主要发生以下 3 个反应 a) 酯交换反应 (碱起到催化剂作用 ) C H 2 C H 3n+ H 3 N a O H + 33 C O O C 2 C 皂化反应 (化 ) C H 2 C H 3n+ n N a O H C H 2 C n+ n C H 3 C O O N 副反应 (醋酸甲酯皂化 ) C O O N a O O C 333 上述三个 反应中 ,反应 a 是主要反应 ,绝大多数的 过反应生成 应 b 和反应 c 是副反应 ,其中反应 b 属于水解反应 ,只在体系有水的情况下发生 ,而且随着体系含水量的增加而加快。反应 c 因反应生成的醋酸甲酯和碱液浓度较低 ,反应速度较慢 ,但随体系含水率升高 ,反应加快。 （ 5）醋酸、甲醇回收 O 子 树 脂C O O 423423 O O N H 以电石为原料在乙炔发生器中与水反应生成乙炔；乙炔再与醋酸合成反应，生成的反应液经过精馏得到醋酸 ( 引发剂的作用下聚合生成聚醋酸乙烯 ( 是乙炔法生产聚乙烯醇的原理。 年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 10 10 电石水乙炔醋酸催化剂粗醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯A I B a O 乙烯醇的工艺流程图 【 13】 结 国聚乙烯醇的生产基本上能够满足国内实际需求。生产工艺技术正在向低碱醇解方向发展但是，目前我国生产的聚乙烯醇品种仍然比较 单一大多数为普通粘度和醇解度的常规产品，主要用于建筑胶粘剂、低档纺织浆料等领域，中、低聚合度和高聚合度的产品极少，低醇解度 (小于 80 (摩尔比 )及嵌段品种等高精细化和特种产品很少，主要依靠进口来解决。 维等厂正在进行或者计划进行新一轮的聚乙烯醇扩产工程我国聚乙烯醇的生产能力将大大增加届时的生产能力将出现过剩各个企业应在考虑提高聚乙烯醇产能力的同时重点考虑如何自身增加聚乙烯醇分流消化能力在做大做强聚乙烯醇产业链上多下功夫 国聚乙烯醇生产原料主要采用电石乙炔虽然具有许多 优点符合我国目前的资源利用情况，原油价格走高也是必然的趋势，电石乙炔路线在一定时期内仍将保持一定的成本优势。但从长远、可持续发展的角度看，还是应该在恰当的时机适当发展天然气乙炔路线和乙烯路线逐步实现多种生产工艺共存。 安徽建筑大学毕业生毕业设计 11 11 国聚乙烯醇及其下游产品的出口已有进一步扩大的趋势在扩大聚乙烯醇的生产规模和开发生产高精细化、特种产品聚乙烯醇品种的项目势在必行 了积极开拓新的应用领域外还应该充分利用我国聚乙烯醇产品价格相对比较便宜的优势，通过技术进步，进一步 提高产品质量，降低生产成本，积极扩大出口，以规避市场风险，保证聚乙烯醇行业健康稳步发展 年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 12 12 第二章 设计方案的确定 本次设计所针对的聚乙烯醇精馏塔系统的设计，他所对应的是粗醋酸乙烯酯精制流程。而精馏工序中四塔所精馏的醋酸乙烯酯是能够达到聚合原料的纯度要求，所以本设计应确定对四塔设备的设计。 确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点： (1)满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。要考虑必需装置的仪表 (如温度计、压强计，流量计等 )及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而 帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。 （ 2） 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。 降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等， 均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方 。 （ 3） 保证安全生产 例如 醋酸乙烯酯 属易燃物料， 不能让其蒸汽弥漫车间， 也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置 。 以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一 安徽建筑大学毕业生毕业设计 13 13 个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。 设计原则 总的原则是尽可能多地采用先进的技术， 使生产达 到技术先进、 经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，精馏所进行的是气 (汽 )、液两相之间的传质，而作为气 (汽 )、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气 (汽 )、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： (1) 气 (汽 )、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 (2) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气 (汽 )、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的 操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 (3) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消 耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 (4) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 (5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 (6) 塔内的滞留量要小。 实际上， 任何塔设备都难以满足上述所有要求， 况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特 的优点， 设计时应根据物系性质和具体要求， 抓住主要矛盾，进行选型。 置流程的确定 精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器等装备，热量自塔底输入， 物料在塔中多次部分被汽化和冷凝进行精馏操作，由冷凝器中冷却介质将热量带走。 工业生产中多应用连续蒸馏，具有生产能力大，产品质量稳定等优点，塔顶冷凝年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 14 14 装置采用全凝器以便准确的控制回流比。在设计过程中还应考虑余热的利用。 型选择 本次设计是通过对筛板塔和浮阀塔的计算和生产能力，塔板效率，操作效率， 操作弹性，压力降 ，以及操作和造价等多方面的比较 ，根据实际选型选择四塔采用筛板塔。 作压力的选择 精馏操作有常压，加压和减压。本设计采用常压操作，原因有以下几点： (1) 甲醇和醋酸乙烯在常压下呈液态，不必采用加压装置。 (2) 能用水将馏出物冷却，在常压下实现醋酸乙烯和聚醋酸乙烯的分离。 (3) 醋酸乙烯和聚醋酸乙烯不属于热敏性物料，混合液沸点不高，不必采用减压蒸馏。 属设备 的选择 本设计选择用冷却水冷却，采用 冷 凝器。塔釜一般采用间接蒸汽加热，但对塔底产物 基本是水，且在低浓度时的相对挥发度较大的体系，也可采用直接蒸汽加热 ，设置再沸器。 流比的选择与塔板数 实际回流比总是介于最小回流比和全回流两种极限之间。 为了是塔设备合操作费用实现最优化组合，本设计 四塔 R 10。 艺流程 图 见附录。 安徽建筑大学毕业生毕业设计 15 15 第三章 醋酸乙烯酯精馏四塔 (的工艺设计 馏工序的物料衡算及操作条件的确定 基准：年产 30000 吨聚乙烯醇。 精馏送出醋酸乙烯量： 已知皖维采用低碱法生产的聚乙烯醇平均纯度为 94%，按照年生产时 间 8000小时计算， 醇解工序收率为 精馏工序的收率 聚合转化率为 50%， 则 30000 1000 8000 44=精馏送出醋酸乙烯量 86 精馏送出醋酸乙烯量 =6924kg/h 年产 30000 吨聚乙烯醇的聚合转化率为 50% 根据三塔加料中醋酸乙烯 精馏送出醋酸乙烯量（假定收率 聚合转化率为 50% 三塔加料中醋酸乙烯的量 =6924 50%=h 物料平衡表 根据 进料百分比得： 表 3塔进料 序号 名称 公斤 /时 组成（重量 %） 1 2 3 4 5 6 7 8 醋酸乙烯（ 醋酸甲酯（ 水（ 乙醛（ 丙酮（ 甲醇（ 硫叉二苯胺（ 醋酸（ 塔馏出液中水的重量与进料水量不变 年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 16 16 馏出液组分量 ： h 表 3塔馏出液 序号 名称 公斤 /时 组成（重量 %） 1 2 3 4 5 6 醋酸乙烯（ 醋酸甲酯（ 水（ 乙醛（ 丙酮（ 甲醇（ 塔的进料为三塔的馏出液，则四塔进料可知 表 3塔进料 序号 名称 公斤 /时 组成（ 重量 %） g/h 摩尔 % 1 2 3 4 5 6 7 合计 醋酸乙烯（ 醋酸甲酯（ 水（ 乙醛（ 丙酮（ 甲醇（ 硫叉二苯胺（ 00 86 74 18 44 58 32 00 四塔馏出液中丙酮量与进料丙酮量不变，则 馏出液量 h 馏出液组分 表 3塔馏出液 序号 名称 公斤 /时 组成（重量 %） g/h 摩尔 % 1 2 3 4 5 6 合计 醋酸乙烯（ 醋酸甲酯（ 水（ 乙醛（ 丙酮（ 甲醇（ 00 86 74 18 44 58 32 00 安徽建筑大学毕业生毕业设计 17 17 釜出液组分 表 3塔釜出液 序号 名称 公斤 /时 组成（重量 %） g/h 摩尔 % 1 2 3 4 合计 醋酸乙烯（ 醋酸甲酯（ 水（ 硫叉二 苯胺（ 00 86 74 18 00 表 3气 序号 名称 公斤 /时 组成（重量 %） g/h 摩尔 % 1 乙醛（ 00 44 00 性数据查找计算及汇总 （ 1） 数均分子量计算（按摩尔百分比） 进料平均分子 量 = 2O%+867418445832出平均分子量=2O%+867418445832液平均分子量=2O%=8648产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 18 18 （ 2） 汽化潜热 质量百分比） 查得如下表： 表 3名称 醇 水 醋酸甲酯 乙醛 丁烯醛 汽 化 潜 热 kJ/ 253 00 进料平均汽化潜热 = 醇 甲醇 %+ 水 %+酸甲酯 醋酸甲酯 %+醛 乙醛 % =2253=出平均汽化潜热 = 2O%+=2253=液平均汽化潜热 = 2O% =2253= 3） 比 热（按质量百分比） 查表得： 表 3名称 醇 水 醋酸甲酯 乙醛 丙酮 比热 c（ kJ/ ） 安徽建筑大学毕业生毕业设计 19 19 进料平均比热 = += 馏出平均比热 = +=+=kJ/ 釜液平均比热 = 2O% = = （ 4）液相重度 （按质量百分比） 查表得： 表 3名称 醇 水 醋酸甲酯 乙醛 丙酮 密度 （ kg/ 930 792 1000 932 783 784 进料平均密度 = +=9309321000783792784=产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 20 20 馏出平均温度 = +=9309321000783792+784=液平均密度 = 2O% =9309321000= 3作条件 序号 项目 单位 条件 1 塔顶温度 50 2 塔中温度 60 3 塔底温度 70 4 加料温度 30 5 回流比 R 10 6 馏出液中含醋酸乙 烯 %（重） 10 7 釜液中含醋酸甲酯 %（重） 3 8 塔顶压力 馏出液温度 5 安徽建筑大学毕业生毕业设计 21 21 （ 5） 汽相重度 D 按如下公式计算，其中 数均分子质量。 p 为塔顶压力， t 分别为进料温度、馏出温度、塔 底温度。 8 . 3 1 4 2 7 3 . 1 5M n pD t 则进料汽相重度 21 2k g / D 釜液汽相重度 23 k g / D 物性数据见下表： 表 3性数据汇总表 名称 单位 进料 馏出 釜液 精馏段平均 提馏段平均 平均分 子量 g/热 kJ/ 化潜热 kJ/相重度 kg/相重度 kg/产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 22 22 表面张力 度 馏塔汽液负荷计算 因为塔中分子汽化潜热不等，所以不能用恒分子流的方法计算气液负荷。本方法计算用热平衡与物料平衡联立的方法计算气液负荷 一、通过全塔热平衡计算再沸器的热负荷 3全塔热平衡等式 料热 料比热进料量加料温度 =30=93982kJ/h 回流热 出比热馏出量回流比馏出温度 /2 1 8 7 安徽建筑大学毕业生毕业设计 23 23 馏出热 h/ 8 451 4 馏出温度馏出量馏出比热 塔顶热 出比热馏出量（回流比 +1） +馏出汽化潜热馏出量（回流比+1） /1 1 3 9 1 8 8)101(1 4 01(5 7 11 4 4 釜液热 液比热釜液量釜液排 出温度 w /1 8 3 9 8 0 7 假设全塔热损失为 Q M+ Q - +1 - 0 . 0 3p W F Q 2951774 kJ/h 二、由第二块板以下热量衡算和物料衡算，求提馏段上升汽量 下降液体量用 表汽化潜热 热量平衡：(3Qm m 年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 24 24 物料平衡： (3C W TC m )( (3(3(30 将式 (3(3(3(3代入式 (3得 m=0 得： (3 7 3 5 72 2 12 9 5 1 7 7 4 (3 7 0 0 7 35 7 3 .出液总量 00 64 33 三、 求精馏段气液负荷 进料热状况参数 安徽建筑大学毕业生毕业设计 25 25 1 4 1 3 6 ）（进料汽化潜热 进料汽化潜热加料温度）（塔中温度进料比热进料板以上第一块板的气相负荷 3600 )1(1 8 0 0 )11 4 6 2 87 0 0 0 )1( 31 其中， F 进料流量 ; / 釜液汽重密度 ; 3/精馏段顶板气相负荷 生内回流量 50(塔顶汽化潜热馏出液温度）馏出液比热（塔顶温度回流比馏出量 9 0 0 2 1 8)110(1 4 43 6 0 0 1 32 ）馏出量（ P 馏出液汽重密度 精馏段平均气相负荷 21 进料板上一块板的液相负荷 36001 0 0 2 0 0 3331 精馏段顶板液相负荷 产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 26 26 09 2 33 6 0 0 2 1 8101 4 43 6 0 0 342 回流比馏出量 精馏段平均液相负荷 LS 104 5 7 34321 馏四塔塔板数的确定 14 1精 馏段物料衡算 相邻两层板间汽液两流组成间 (相遇两流 )的关系，可通过对塔顶至精馏段任意两层板间截面所作的物料衡算导出。 对图 10得 1 易挥发组分的物料衡算方程为 11 或 1 式中 离开 1离开 n+1 板气相中轻组分的摩尔分率； 离开 h； 1离开 n+1 板汽相摩尔流率， h。 2 恒摩尔流假定 (1)恒摩尔汽化 假定在精馏塔的精馏段内，由每层板上升的汽相摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。即 精馏段 121 提馏段 121 式中 V 精馏段每板的汽相摩尔流率， h； 安徽建筑大学毕业生毕业设计 27 27 V 提馏段每板的汽相摩尔流率， h。 应当指出 ,精馏段和提馏段汽相摩尔流率不一定相等。 (2)恒摩尔溢流 假定在精馏塔的精馏段内，由每层板下降的液相摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。即 121 121 式中 L 精馏段内液体的摩尔流量， h； L 提馏段内液体的摩尔流量， h。 同样，精馏段和提馏段的液相摩尔流率不一定相等。 3精馏段操作线方程 在恒摩尔流假定下，式 1 可以写成 1 而 并令 ，则可得 进料中轻组分的组成，摩尔分率或质量分率； 塔顶产品中轻组分的组成，摩尔分率或质量分率： 塔底产品中轻组分的组成，摩尔分率或质量分率。 已知精馏塔 的条件 64%， q =R =10相对挥发度年产 30000 吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计 28 28 相平衡方程( 精馏段操作线方程 11 0 5 x 塔釜汽相回流比 R 得： ()1( F xx 1 1 3 ()1( qR 4）理论板数计算 精馏段： 11 操作线相平衡 22 作线相平衡 33 作线相平衡 44 作线相平衡 55 作线相平衡 故六板为加料板相平衡 安徽建筑大学毕业生毕业设计 29 29 76 平衡操作线 87 平衡操作线 98 平衡操作线 0109 平衡操作线 故理论塔板数为 1