8.2万吨年醋酸反应精馏工序工艺设计毕业论文.doc

北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 I 8 28 2 万吨年醋酸反应精馏工序工艺设计毕业论文万吨年醋酸反应精馏工序工艺设计毕业论文 目 录 第 1 章 设计说明书 1 第 1 1 节 设计依据 2 第 1 2 节 产品的主要用途 2 第 1 3 节 设计地区大自然条件 2 第 1 4 节 原料和辅助原料及产品技术规格 3 第 1 5 节 车间的三废处理 4 第 2 章 工艺论证及工艺论述 5 第 2 1 节 生产方法的论述 5 第 2 2 节 生产原理的论述 5 2 2 1 本设计生产醋酸的方法 5 2 2 2 生产原理 5 第 2 3 节 工艺流程论证 6 2 3 1 氧化部分 6 2 3 2 蒸馏部分 6 第 2 4 节 工艺流程叙述 6 2 4 1 氧化部分 6 2 4 2 蒸馏部分 6 第 3 章 工艺设备的选择 8 第 3 1 节 氧化塔的选择 8 第 3 2 节 乙醛储罐的选择 8 第 3 3 节 蒸发器的选择 8 第 3 4 节 脱低沸塔的选择 8 第 3 5 节 脱高沸塔的选择 9 第 4 章 工艺条件及控制项目 10 第 4 1 节 确定生产条件 10 4 1 1 催化剂的浓度 10 4 1 2 氧化塔的反应温度 10 4 1 3 氧化塔塔顶压力的控制 10 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 II 4 1 4 蒸发器温度 10 4 1 5 脱低沸塔及脱高沸塔的温度压力 10 第 4 2 节 工艺条件一览表 11 第 4 3 节 生产控制一览表 12 第 5 章 物料衡算 14 第 5 1 节 氧化部分物料衡算 14 第 5 2 节 蒸发器物料衡算 17 第 5 3 节 脱高沸塔物料衡算 18 第 5 4 节 脱低沸塔物料衡算 19 第 6 章 热量衡算 20 第 6 1 节 氧化部分热量衡算 20 第 6 2 节 蒸发器热量衡算 22 第 6 3 节 脱低沸物塔热量衡算 25 第 6 4 节 脱高塔热量衡算 28 第 7 章 设备计算 31 第 7 1 节 循环泵的计算与选型 31 第 7 2 节 脱低沸物塔的设备计算 32 第 7 3 节 脱高沸塔设备计算 45 第 7 4 节 脱低 脱高塔的接管计算 47 主要符号说明 51 设备一览表 52 参考文献 53 致 谢 54 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 1 前前 言言 本设计是依据北京化工大学下达的任务书和模拟中国石油吉林石化公司电石厂 醋酸装置设计而成 在此 我要感谢指导教师和同学们对我的大力支持 虽然经过了近三年的系统 学习 但是只是初步掌握工艺设计的一般程序和方法 综合运用能力有待进一步提 高 在今后的工作实践中仍然希望得到老师的指导和同学们的帮助 使自己分析 解决工程技术问题的能力得到提高 受时间 水平有限等因素影响 并且还是初次搞设计 因此 设计中的错误和 存在的问题是在所难免的 敬请给予批评指正 使我在此基础上得到更大的提高 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 2 第第 1 1 章章 设计说明书设计说明书 第第 1 11 1 节节 设计依据设计依据 本设计是根据吉化公司电石厂醋酸生产车间的多年生产经验 经下厂实习和调 研 并全面查阅有关醋酸生产工艺方面的文献 资料 尤其是乙醛氧化法生产醋酸 的文献 分析对比各种工艺路线 流程的优 缺点 结合我们所学的基础理论知识 在指导老师的帮助下经过初步计算 核算后 根据所给的任务书 生产条件设计的 第第 1 21 2 节节 产品的主要用途产品的主要用途 1 制醋酸乙炔 醋酸乙炔是乙烯醇 维尼纶纤维的主要原料 2 制醋酸纤维素 醋酸和醋酸纤维素均广泛用于制造塑料 人造丝 喷漆 照相 底片 及染料医药等 3 制醋酸酯类溶剂 醋酸酯大量用作工业溶剂 喷漆 增塑剂 药物 香料等 4 制氯醋酸和醋酸盐 氯醋酸是制除草剂的原料 5 织物的整理剂 醋酸可做尼龙 丙烯纤维织物的整理剂 6 用于制药工业 可作生产维生素 抗生素 荷尔蒙的原料 7 制取乙酰化合物 第第 1 31 3 节节 设计地区大自然条件设计地区大自然条件 平均气压 745 66mmHg 最高温度 36 6 最低温度 38 平均相对温度 71 最深冻土深度 74cm 最大降雪量 420mm 平均风速 2 7m s 松花江水温 15 最高水温 25 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 3 第第 1 41 4 节节 原料和辅助原料及产品技术规格原料和辅助原料及产品技术规格 表表 1 11 1 序号名称指标名称指标备注 1 乙醛 AA 丁烯酸 AA3 水 99 5 0 04 0 1 0 36 质量百分比 2 工业氧气 O2 N2 99 1 同上 3 工业氮气 N2 O2 99 1 同上 4 循环锰醋酸锰 95 同上 5 工业水 温度 压力 15 6 105Pa 6 电电压 380 220V 7 蒸汽压力 8 105Pa 8 冷却水盐水温度 15 原料 和 辅助 原料 9 消防水 温度 压力 15 0 6MPa 产 品成品醋酸 乙酸 甲酸 水 丁烯酸 97 0 27 1 02 0 15 同上 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 4 第第 1 51 5 节节 车间的三废处理车间的三废处理 表表 1 21 2 排放量控制指标序 号 名称排出地点成分 时排量吨产品实际设计 处理方法及排放走 向 1 废渣 二级品蒸 发器 醋酸 80 15 高沸物 19 76 醋酸锰 0 09 16 345 kg 3 51kg 16 35k g 4 762k g 蒸发器排污是间断 的 2 废气 尾气吸收 塔 氧气 1 33 二氧化碳 41 05 氮气 55 77 AA1 25 其它 0 6 445 95 kg 69 33kg 495 63 4 kg h 520m3 h 经气液分离冷凝冷 却水洗等措施后放 入大气 3 废水 冲地水检 修水洗水 稀酸 0 5 不定期排放 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 5 第第 2 2 章章 工艺论证及工艺论述工艺论证及工艺论述 第第 2 12 1 节节 生产方法的论述生产方法的论述 目前世界上生产醋酸的工业化方法约有六种 亚丁烷法 轻油氧化法 甲醇法 乙烯法 酒精法 电石法 1 乙烯法 乙烯法制醋酸国内有 4 套装置 生产能力为 24 5 万吨 年 占醋酸 的生产能力的 60 乙烯收率和转化率高达 95 这是其最大的优点 2 丁烷或轻油氧化法 该方法转化率低 选者性差 生成的副产物较多 3 甲醇羰基化法 该方法采用了活性高 选择性好的铑系催化剂 它一方面可 以节约设备投资 另一方面促进原料利用率的提高 减少了用于回收副产物的设备 投资 提高了它的工艺的经济性 另外 该法的反应系统和精制系统呈一体 可以 采用电子计算机控制系统巧妙的进行工艺控制 实现操作条件的最优化 目前 我 国正在引进甲醇羰基合成法 上海引进一套十万吨 年醋酸装置 贵州有机化工厂引 进一套六万吨 年醋酸生产装置 第第 2 22 2 节节 生产原理的论述生产原理的论述 2 2 1 本设计生产醋酸的方法本设计生产醋酸的方法 本设计采用乙醛氧化法制醋酸 2 2 2 生产原理生产原理 乙醛和氧气反应生成醋酸其主要反应方程式 94 7 COOHCHOCHOCH 323 2 1 0 25 OHOCOCHCHCHOCHOCH 223323 3 0 45 223323 2 3 2COOHCOOCHCHOCHOCH 3 6 OHCOOCHOCH 2223 4452 1 0 22323 233COOHCOOHCHHCOOHOCHOCH 全部 CHCOOHCHCHOCHCHOCHCH 323 2 1 反应机理 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 6 采用的催化剂醋酸锰 在诱导期反应 当产生足量的三价锰之后 溶液有了大量 的自由基 因此发生自由基的增长和转移 迅速而大量地生成过氧醋酸 过氧醋酸 再与乙醛作用 生成醋酸并放出热量 催化剂醋酸锰通过再生循环使用 第第 2 32 3 节节 工艺流程论证工艺流程论证 2 3 1 氧化部分氧化部分 从动力学因素和工程因素角度考虑 本设计采用内冷自然循环氧化塔 于此塔各 节间均用筛板隔开 有效到限制了液相返混 虽然各节内返混严重 但整塔却近似 于多级全混釜串联 总体的返混程度不大 有利氧化反应进行 提高转化率 2 3 2 蒸馏部分蒸馏部分 蒸馏过程采用高 低 高的分离方式 这样可以保证一级品醋酸的质量 避免高 沸物在塔底积聚 从能源上讲 脱低塔底可以免设一个再沸器 可以节省能量 从 质量上讲 蒸发器相当于一层塔板 有利于反应进行 第第 2 42 4 节节 工艺流程叙述工艺流程叙述 2 4 1 氧化部分氧化部分 由乙醛车间来的乙醛 先进入乙醛贮罐 再用氮气压入氧化塔 104 的底部 该 量用自动调节控制 氧气来自 102 厂 送入氧气缓冲罐调节比例后分五段进氧化塔 104 其量各自有调节阀及仪表显示 由 102 厂空分车间来的氮气 减压后送入氮气 缓冲罐 自动调节后以 50 80 立方米 小时的流量送入 104 顶部 催化剂醋酸锰调节 定量后加入 104 底部 使锰含量在 0 08 0 12 两小时后关闭 开始锰循环工艺 氧化塔 104 塔内氧化成粗醋酸 控制适宜温度 由远距离调节阀调节冷却水流量控 制 氧化塔 104 顶部排出的废气 经过旋风分离器分离后 液体回到 104 塔底 气 体进入冷凝器 107 冷凝液回流 104 底 未冷凝的液体进入洗涤管 总酸大于 95 的 粗醋酸流入中间贮罐 127 以备精制 104 塔的液面由串级调节自动控制在溢流口上方 200 800m 处 氧化反应出现异常时 手动电磁阀解除压力 2 4 2 蒸馏部分蒸馏部分 粗醋酸流到蒸发器 116 中 调节后控制液面对蒸发器加热 调节温度将醋酸汽 化醋酸蒸汽 低沸物 部分高沸物进入脱低沸塔 117 中部 底部的醋酸锰及高沸物 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 7 适时清洗 残渣压入二级品蒸发器 135 内 回收二级品醋酸 脱低沸物从第 34 块板 进料 精馏有冷水控制温度 塔顶馏出物有乙醛 醋酸甲酯 甲酸 水等低沸物和 醋酸 送至稀酸浓缩塔 经过脱低沸物之后的醋酸蒸汽自动控制流量 在脱低沸物 塔 117 最下板出料进入脱高沸塔中下部 117 塔底温度由再沸器 118 调节蒸汽量 并 控制温度为 128 135 进入脱高沸塔 119 的醋酸 分馏后 控制温度在 118 120 塔顶的成品醋酸蒸汽进入冷凝器 128 中 冷凝后得到一级品醋酸 未被冷凝的部分 酸气体和不凝气体 分离后不凝气放入大气 酸气自然冷凝分离冷凝液部分回流 部分流到贮罐 塔底温度由再沸器 120 自动调节 控制温度在 155 130 为保证一 级品醋酸的质量 以 80 150kg h 的流量抽出釜液送入二级品蒸发器内或者排放到事 故放料槽 110 内 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 8 第第 3 3 章章 工艺设备的选择工艺设备的选择 第第 3 13 1 节节 氧化塔的选择氧化塔的选择 从动力学因素和工程因素角度考虑 本设计采用内冷自然循环氧化塔 因为这 样可以及时控制反应过程的温度 防止乙醛挥发 在无催化剂的条件下 生成 PAA 并积聚引起爆炸 由于此塔各节间均用筛板隔开 有效到限制了液相返混 虽然各 节内返混严重 但整塔却近似以多级全混釜串联 总返混程度不大 有利氧化反应 进行 提高转化率 第第 3 23 2 节节 乙醛储罐的选择乙醛储罐的选择 因为设备体积大 采用球形贮罐 它占地面积小 操作方便 乙醛沸点低 夏 季采用喷淋装置 可以降温 用 16MnR 钢 第第 3 33 3 节节 蒸发器的选择蒸发器的选择 由于粗醋酸中有甲酸 醋酸甲酯 锰等 采用耐腐蚀 耐高温材料 用 OOCr17Ni13MO2Ti 为有利于蒸发和排渣 采用卧式 圆筒形 封头可以打开 便于检 修和冲刷 加热管在圆筒的下半部 上部留有空间 蒸发器液面高于蛇管 器壁上 装有视镜 便于观察蒸发器内情况 粗醋酸由蒸发器上部加入 气体由顶部进精馏 塔 底部设有排渣管 第第 3 43 4 节节 脱低沸塔的选择脱低沸塔的选择 采用浮阀塔 醋酸在这里精制 应使气液相充分接触 使低沸点组分与醋酸分 离 特点 1 为增大接触面积 蒸发量 生产能力 在有降液管的塔板上开孔 每 孔装浮阀 2 操作弹性大 阀片右可以自己升降 以适应气量的变化 维持正常操 作所允许的负荷 波动范围比其他塔大 3 塔板效率高 上升气体以水平方向吹 入液层 气液接触时间较长 雾沫夹带少 4 气体压降及液面落差小 气液物流流 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 9 过浮阀塔时所遇阻力小 5 结构简单 安装方便 浮阀塔的造价为同等生产能力的 泡罩塔的 60 80 筛板塔的 120 130 浮阀塔采用不锈钢制造 即 O0Cr17Ni13MO2tTi 可耐腐蚀 本塔为冷凝 凝液直接回流到塔内 损失小 效率高 第第 3 53 5 节节 脱高沸塔的选择脱高沸塔的选择 与脱低塔相似 浮阀塔塔顶设有冷凝器 材质为 O0Cr17Ni13MO2CU 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 10 第第 4 4 章章 工艺条件及控制项目工艺条件及控制项目 第第 4 14 1 节节 确定生产条件确定生产条件 4 1 1 催化剂的浓度催化剂的浓度 控制催化剂浓度在 0 08 0 25 因为是液相反应 加入催化剂可以提高氧化反 应的选择性 加快反应速度 分解速度 抑制过氧化物的生成 浓度过低 则醋酸 产量降低 转化率降低 浓度过高 则积聚在塔底 不分解 易爆炸 4 1 2 氧化塔的反应温度氧化塔的反应温度 提高温度 可以增加反应速度 但温度过高 产物积聚 会引起爆炸 温度过 低 反应不稳定 也会引起爆炸 所以选择 1 3 节 75 85 4 5 节 70 80 4 1 3 氧化塔塔顶压力的控制氧化塔塔顶压力的控制 增大压力对反应有利 要选择一个适当的压力 顶压 0 6 1 0kg cm2 底压 2 4 2 8kg m2 4 1 4 蒸发器温度蒸发器温度 一般加热蒸汽要高于高沸物最高温度的 5 7 所以蒸发器温度在 130 135 4 1 5 脱低沸塔及脱高沸塔的温度压力脱低沸塔及脱高沸塔的温度压力 脱低塔顶温低于 118 压力 0 1 0 3kg cm2 表压 温度在 104 108 塔 底压力 0 4 0 6kg cm2 表压 温度 128 130 脱高塔顶压 常压 温度 118 120 底压 0 4 0 6kg cm2 表压 温度 128 132 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 11 第第 4 24 2 节节 工艺条件一览表工艺条件一览表 表表 4 14 1 序 号 位号名称工艺条件单位范围仪表备注 1101 乙醛加料罐压力 105Pa4 0 4 5 P101 102 2102 氮气缓冲罐压力 105Pa4 0 4 5P103 3103 氧化缓冲罐压力 105Pa3 5 4 0P104 塔顶压力 105Pa0 6 1 0P105 塔底压力 105Pa2 5 3 5 反应温度 1 3 节 4 5 节 70 85 65 75 T103 105 T106 107 低于第 5 节 T108 塔顶液相 温度 进料配比 O2 AA m2 kg1 3 0 3 5G103 G104 保安气 流量 m3 h100 160G105 4104 氧 化 塔 醋酸锰 Wt 0 08 0 16 7113 触媒循环泵出口压力 105Pa4 0 4 5P107 液面稍高加 热管 H201 202 温度 125 130T101 8116 氧化液蒸发器 压力 105Pa0 3 0 5P201 202 顶温 104 108T204 顶压 105Pa0 1 0 3P204 底温 128 135T203 9117 脱低沸物塔 底压 105Pa0 4 0 6P203 1 顶温 118 120T205 顶压 105Pa0P206 10119 脱高沸物塔 底温 125 130T203 4 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 12 底压 105Pa0 4 0 6P205 第第 4 34 3 节节 生产控制一览表生产控制一览表 表表 4 24 2 序 号 样品名 称 取样地点分析项目控制指标分析方法分析次数分析人备注 1 浓乙醛 101 AA H2O AA3 99 5 0 3 0 1 色 谱1 次 班 分析工 2 氮气 102O2 N2 1 99 4 0 4 5 2 次 班 3 氧气 103O2 N2 99 1 氯化铵铜 溶液 同上 4 醋酸锰原料库醋酸锰 95 化学法进厂分析检验科 5 氧 化 液 氧化塔 104 出料 管 HAC HF AA H2O 甲醇 丙酮 醋酸乙酯 锰 过氧醋酸 95 0 5 0 2 0 5 2 5 0 15 0 03 0 45 0 08 0 16 0 5 色谱 化学法4 次 班 分析工 6 尾气尾气吸 收塔 CO2 AA O2 50 0 5 0 3 0 化学法同上 7 脱低沸 塔出料 117 塔顶 出料管 乙酸 甲 酸 同上 8 脱低沸 塔底出 料 117 塔底 出料管 乙酸同上 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 13 9 高沸塔 顶出料 119 出料 管 HAC HF 水 甲酯 化学法分析工 10 一级品 醋酸 128 出料 管 HAC HF 外观 氧化值 99 0 15 30 5 分钟 化学与色 谱法 同上 11 成品醋 酸 201 贮槽 HAC HF 外观 氧化值 铁 AA 残渣 重金属 99 0 15 30 5 分钟 0 0002 0 05 0 02 0 0002 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 14 第第 5 5 章章 物料衡算物料衡算 第第 5 15 1 节节 氧化部分物料衡算氧化部分物料衡算 各反应方程式如下 A 94 7 COOHCHOCHOCH 323 2 1 B 0 25 OHOCOCHCHCHOCHOCH 223323 3 C 0 45 223323 2 3 2COOHCOOCHCHOCHOCH D 3 6 OHCOOCHOCH 2223 4452 E 1 0 22323 233COOHCOOHCHHCOOHOCHOCH F 全部 CHCOOHCHCHOCHCHOCHCH 323 2 1 已知原料组成 表表 5 1 乙醛丁烯酸水三聚乙醛 工业乙醛 99 5 0 04 0 36 0 1 氧气氮气 工业氧气 99 1 0 氮气氧气 工业氮气 99 1 0 乙酸水甲酸醋酸锰 97 1 02 0 27 1 19 丁烯酸三聚乙醛亚乙基二醋酸乙酯 循环锰 0 15 0 2 0 17 产物组成 表表 5 2 乙醛氮气氧气与二氧化碳氧化塔尾气 mol 0 45 66 55 33 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 15 醋酸甲酸水乙醛成品组成 wt 99 9 0 01 0 08 0 01 以 1000Kg 进料乙醛作物料衡算为基准 1 由乙醛转化率在各反应中的分配率计算得 实际反应量 N 2491 22 5 9805 44 5 991000 计算示例 A 94 7 COOHCHOCHOCH 323 2 1 耗 CHOCH3hkg129 92805 44 7 942491 22 耗 2 O h kg 118 337325 0 7 942491 22 产 COOHCH3 h kg 247 126505 60 7 942491 22 各反应物料计算如下 表表 5 3 代号 名称 AB C D E F总 计 乙醛 928 1292 454 410335 2839 801980 073 氧气 337 1180 59332 40364 0777 12 0 0914 411 403 反 应 物 丁烯醛0 4 0 4 乙酸 1265 2478 9071274 154 二氧化 碳 2 202770 4853 246672 688 甲酸 3 4123 412 水 0 33370 9011 28 83530 07 亚酯 2 7072 707 反 应 产 物 丁烯酸0 4914 0 4914 乙酸甲 酯 3 7043 704 折合工业氧气进料 h kg 3156 42299 0 984 0 403 411 未反应的氧气 411 403 6 6895 984 0 403 411 h kg 工业氧气中含氮气 4 223201 0 3156 422 h kg 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 16 设工业氮气进料为 X h kg 32 01 0 6895 6 01 44 688 72 6655 0 33 0 28 99 0 2232 4 XX 解之得 X 103 711 尾气量 h kmol D7367 5 6655 0 28 2232 4 711 10399 0 1 折合成质量分率 尾气量 5 7367 M均 5 7367 33 35 191 319 h kg hkgr521 302 19 1 36 01000 循环量 氧化液 D 422 3156 103 711 1000 302 521 191 319 1637 2286 h kg 由于实际设计生产能力为 6 4 万吨 所以存在倍数方程 m 72002845 1 6 30 1 999 0 100004 6 解之得 m 7 17136 以 6 4 万吨 年的生产能力对氧化塔列物料衡算表 表表 5 4 物质名称分子量Kg hWt Kmol hmol 乙醛44 05 7358 493 99 5 167 0486 99 065 水18 02 26 6237 0 36 1 4775 0 8763 丁烯醛70 09 2 9582 0 04 0 04221 0 02503 工 业 乙 醛 三聚乙醛132 15 7 39547 0 1 0 05596 0 03319 氧气32 3076 305 99 96 1345 98 86料 氧氮气28 01 31 0738 1 1 10938 1 14 氮气28 01 785 4095 99 28 0403 99 12料 氮氧气32 7 93343 1 0 24792 0 88 乙酸60 05 2170 166 97 36 139395 63 水18 02 22 8203 1 02 1 266393 351 醋酸锰173 03 26 6237 1 19 0 15390 407 丁烯酸86 09 3 3559 0 15 0 03900 103 三聚乙醛132 15 4 4746 0 2 0 033860 09 甲酸46 03 6 0407 0 27 0 13120 347 循 环 锰 亚酯146 14 23 7403 0 17 0 026030 069 尾乙醛44 05 8 68560 600 19720 45 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 17 氧气32 0 56 27443 906381 75860 04 氮气28 01 816 774956 6977129 160166 55 气 组 成 二氧化碳44 0 558 84338 79312 70100 29 乙酸60 05 11545 3395 55192 261990 7008 醋酸锰173 03 26 62370 22040 15390 07259 三聚乙醛132 15 11 87000 09820 08980 04237 亚酯146 14 23 74030 1960 16240 076636 水18 02 270 94082 24215 03567 093120 甲酸46 03 31 1590 257890 67690 319344 丁烯酸86 09 6 9890 057850 08120 038301 乙醛44 05 138 48431 14623 14381 483106 氧 化 液 乙酸甲酯74 08 27 2870 2260 36830 173768 第第 5 25 2 节节 蒸发器物料衡算蒸发器物料衡算 氧化液 去脱低沸塔 循环锰 低沸塔底排 250kg h 图 1 1 1 物料衡算 氧化液 低排 去脱低塔 循环锰 即去脱低塔质量流量 12081 519 250 2237 285 10095 256kg h 去脱低塔物流中各物流的质量流量列表 表表 1 5 G i乙醛醋酸水乙酸甲酯甲酸亚酯丁烯酸三聚乙醛 Kg h 142 419620 229247 1227 28726 1219 9373 9337 3955 其中 高沸物量 亚酯 丁烯酸 三聚乙醛 0 0117 250 34 191kg h 蒸发器 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 18 尾气 进料 成品 底排 高底排 由蒸发器去脱低沸物塔总质量流量为 10095 135 kg h 第第 5 35 3 节节 脱高沸塔物料衡算脱高沸塔物料衡算 208 333kg h 图 1 2 脱高沸物塔成品组成 wt 醋酸 99 9 甲酸 0 01 水 0 08 乙醛 0 01 脱高沸物塔底排的组成 wt 高沸物 醋酸 99 8 甲酸 0 1 水 0 15 实际高沸物流量为 2 7316 0 4913 1 0 7 3955 31 230 kg h 脱高沸物底排中醋酸量 208 333 99 8 31 230 176 686 kg h 本设计能力为 6 6 万吨 年 则成品流量为 kg h67 91667200106 6 7 则去脱高沸塔的物流流量 脱高塔底排流量 成品流量 208 333 9166 67 9374 997kg h 物流中各组分流量列表如下 表表 5 6 G i醋酸甲酸水高沸物乙醛 Kg h9334 1861 12507 54231 23030 9167 脱低塔 脱高塔 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 19 第第 5 45 4 节节 脱低沸塔物料衡算脱低沸塔物料衡算 脱低塔底排组成 醋酸 98 03 甲酸 0 4 高沸物 1 17 各组分流量 醋酸 245 075kg h 甲酸 1 0kg h 高沸物 2 925kg h 尾气流量 脱低塔进料 去脱高塔量 底排 10095 256 9374 997 250 470 2598kg h 脱低塔物料衡算表 表表 5 7 组分 项目 乙酸甲酸乙醛乙酸甲酯水高沸物 进 料 蒸发液 9620 229 25 1182 142 4095 27 287247 1234 191 底排245 07511 02 925 尾气 40 96822 9932141 492827 287239 578 出 料 去脱高9334 1861 12500 9167 7 5417 31 230 进料总 10096 3547 出料总 10096 3187 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 20 第第 6 6 章章 热量衡算热量衡算 第第 6 16 1 节节 氧化部分热量衡算氧化部分热量衡算 Q7 Q1 氧气带入热 20 Q2 进料氮气带入热 20 Q2 Q8 Q3 进料乙醛带入热 20 Q1 Q10 Q4 循环锰带入热 40 Q5 回收乙醛带入热 25 Q6 反应热 Q9 Q7 尾气带入热 55 Q3 Q4 Q8 氧化液带走热 70 Q5 Q9 热损失 0 01 Q3 Q6 图 2 1 冷却水进口温度 15 出口 60 Q10 循环水带走热 根据计算公式 Q F A B T C T2 dT 0 1 T T 1 氧气 Q1 602118 17kJ h 氮气 Q2 16181 801kJ h 乙醛 Q3 81091 482kJ h 2 循环锰 Q4 611878 430kJ h 3 回收乙醛温度 25 无热量损失 Q5 0 0 4 反应热 计算公式 298 298 0 ICIICIIR ba 其中 ai 反应物的化学计量数 bi 生成物的化学计量数 计算结果如下表 表表 6 1 反应物及反应产物反应热衡算表 反应物及反应产物反应热衡算表 代号 项目 ABCDEF HR kj mol 291 42 198 59 369 7 1165 79 497 98 150 624 反应热 kj h 41616627 9 74867 8 2286658 6328785 6 750952 3 7662 99 Q6 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 21 反应热 Q6 51065554 96kj h 5 尾气带走热量 塔顶尾气温度 T 273 15 55 328 15K v iPiii ndTC T T n 1 2 molKJ KCHOCHv 69 26 298 3 计算公式 或dTCnQ T T Pi i i 0 1 1 7 v T T Pi i i dTCnQ 0 1 1 7 表表 6 2 尾气带走热量衡算表 尾气带走热量衡算表 名称CO2CH3CHOO2N2 Kmol h 12 69810 19721 761529 1601 KJ h 15176 184929 411924 038 25558 376 总计47588 005 6 氧化液带走热 计算公式 8 3 CHCOOHCHCHiPi WCQ 溶解 hkj CHCOOHCHCH 12 9121 3 溶解 结果如下表 表表 6 3 氧化液带走热量衡算表 氧化液带走热量衡算表 名称乙醛乙酸甲 酯 水甲酸醋酸醋酸锰高沸物 Kmol h 192 262 0 368 15 036 0 677 3 233 0 154 0 3074 KJ h39 125 1258 028 610608 824 239 4 总计490379 6 Q8 490379 6KJ h 7 热损失 Q9 Q3 Q6 0 01 509844 6348KJ h 8 冷却水用量 循环水带走热量 Q10 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 50803719 15 kJ h h kg C Q W P 89 269650 21451868 4 15 50803719 10 水 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 22 取安全系数 A 1 1 则冷却水实际用量 h kg WAW08 296615 2489 269650 211 1 第第 6 26 2 节节 蒸发器热量衡算蒸发器热量衡算 1 安托因公式 饱和蒸汽压 TC B APS ln 表表 6 4 溶液饱和蒸汽压常数数值表 溶液饱和蒸汽压常数数值表 名称ABC H2O18 33816 4 46 1 CH3CHO16 22465 2 37 1 CH3COOH16 83405 2 56 3 HCOOH16 93599 6 26 1 CH3COOCH316 12601 9 56 2 2 汽化热 HV Kal Kmol 表表 6 5 各温度下物料汽化热数值表 各温度下物料汽化热数值表 附图 蒸发器热量平衡图附图 蒸发器热量平衡图 Q1 Q4 Q1 氧化液进料带入热量 70 Q2 脱低沸塔底排带入热量 1070mmHg Q6 Q3 Q3 加热蒸气带入热量 以 6Kg cm2 Q Q2 Q4 去脱低沸塔带走热量 1020mmHg Q5 循环锰带走热量 125 Q6 热损失 Q1 Q2 0 01 HV 90100110120130140 醋酸594058425742563955325421 甲酸534052465150505049474840 乙醛530150914865462143524054 醋酸甲酯666264846298610258955675 三聚乙醛952693669202903288578677 水 KJ Kg 2283 22257 12230 22202 62174 22144 8 蒸发器 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 23 1 氧化液带入热量 Q1 416893 23kj h 2 脱低塔底排带入热量 Q2 1 蒸发器出料蒸汽露点计算 对出料清晰分割 I CH3CHO H2O CH3COOCH3 II HCOOH III CH3COOH 高沸物 表表 6 6 原料醋酸摩尔含量表 原料醋酸摩尔含量表 把物系看作理想气液情况 上机计算 求得出料蒸汽露点 T d 399 52K 2 脱低塔底排泡点计算 表表 6 7 脱低塔底排物料摩尔含量表脱低塔底排物料摩尔含量表 123名 称 H2OHCOOHCH3COOH高沸物 kmol0 055490 021724 08120 025 mol 0 013270 005190 9815 脱低塔底排泡点温度 Tb 402 22K 表表 6 8 泡点计算值表泡点计算值表 组 分X I PS I K I I3 1 0 0244 1970 3631 841461 86652 2 0 00809 1665 961 5571 57816 3 0 986835 1055 6350 9865751 0 3 脱低沸塔底排带入热量 P CWQ2 表表 6 96 9 脱低沸塔底排带入热量计算表脱低沸塔底排带入热量计算表 组分CH3COOHHCOOHH2O高沸物总计 Kj h50897 8984225 498435 678585 253252144 328 IIIIII名 称CH3CHOH2OCH3COOCH3CH3COOH高沸物HCOOH kmol3 2329 13 71370 3683160 20360 28150 5457 mol 0 09710 90 00306 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 24 4 由蒸发器去脱低塔物料带走热量 Q4 Q4 1 Q4 2 P CWQ 1 4 表表 6 10 组分乙醛水乙酸甲酯甲酸乙酸亚酯丁烯酸三聚乙醛 Kj h 31571 7104867 95426 8856 5526 219461103873918 8470 1354 1739 Q4 1 2099648 7kj h Td 399 52K 时 HV值如下表 kcal kmol 1cal 4 18j 表表 6 11 组分乙醛水 kj kg 乙酸甲酯甲酸乙酸高沸物 kcal kj4449 92184 535970 354984 55570 958920 7 Q4 2 W HV将各数据代入得结果如下表 表表 6 12 组分乙醛水乙酸甲酯甲酸乙酸高沸物 Kj h60134 1520573 4999192 441811370 423730593 608878 11 Q4 2 4340742 208kj h Q4 Q4 1 Q4 2 6440391 0kj h 5 循环锰带走热量 iPi CWQ5 h kj Q COOHCH 432688 91 25125 9958 1 2170 166 3 表表 6 13 热量计算结果表 热量计算结果表 组分醋酸锰水甲酸乙酸高沸物 Kj h6126 179543 961307 57432688 91729 66 Q5 450396 27 kj h 6 热损失 h kj QQQ4690 37501 0 216 7 加热蒸汽带入热量 Q3 Q4 Q5 Q6 Q1 Q2 6426440 07 Kj h 8 加热蒸汽用量 h kg H Q m V 3070 442093 6426440 07 3 取安全系数为 1 1 则 h kg mm 3377 491 1 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 25 第第 6 36 3 节节 脱低沸物塔热量衡算脱低沸物塔热量衡算 Q3 Q1 脱低塔进料带入热量 Q5 Q2 脱低塔底排带出热量 Q1 Q7 Q3 脱低塔塔顶尾气带出热量 Q4 Q4 侧线采出带出热量 Q5 塔顶冷却水带出热量 Q6 Q6 加热蒸汽带入热量 Q7 热损失 Q2 图 2 3 加热蒸汽 塔顶压力 910mmHg 2 6 cm kg 塔底压力 1070mmHg 侧线压力 1065mmHg 1 脱低塔塔顶尾气露点温度 Td 表表 6 14 IIIIII H2OCH3CHOCH3COOCH3HCOOHCH3COOH kmol 13 29513 21210 36830 49950 6822318 06 Mol 0 93460 02770 03781 把系统看作理想物系 编程求露点温度 Td 382 19K 表表 6 15 组分X I K I I0 69761 143091 8049 II0 025781 068671 6874 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 26 III0 277170 146781 0 2 求脱低塔侧线采出的露点温度 表表 6 16 组分IIIIII H2OCH3CHOHCOOHCH3COOHG W F kmol 0 41850 02081 0 0244 155 4402 0 2571 156 1611 Mol 0 00281340 00015650 9971 求得侧线露点温度 Td 402 45K 表表 6 17 组分X I K I I0 0029791 8629511 8672 II 0 0001777 1 5734581 5771 III0 996450 9977131 0 3 计算进出热量 1 脱低塔进料带入热量 Q1 6476647 8405 2 脱低塔底排带走热量 Q2 52144 328 3 塔顶尾气带出热量 VIIPII HWCWQ 3 表表 6 18 H2OCH3CHOCH3COOCH3HCOOHCH3COOH CPI4 18682 186 1 95942 1671 9958 HV2233 354880 926316 045159 315751 7 Kg h 239 578141 492827 28722 993240 968 Kmol h 13 29513 21210 36830 49950 68223 h kj Q COOHCH 4 23300 1868 4 7 575168223 0 15 29819 382 9958 1 968 40 3 表表 6 19 组分H2OCH3CHOCH3COOCH3HCOOHCH3COOH Kj h 214111 991634 414233 814977 723300 4 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 27 Q3 352761 076kj h 4 脱低塔侧线采出带出热量 VIIPII HWCWQ 4 表表 6 20 H2OG W FHCOOHCH3COOH CPI4 18681 92282 1671 9958 HV2176 218869 434954 315539 6 Kg h 7 541731 231 1259334 186 Kmol h 0 41850 257120 0244155 4402 h kj Q COOHCH 75542322 93 18 4 6 55394402 155 15 29845 402 9958 1 186 9334 3 表表 6 21 组分H2OG W FHCOOHCH3COOH Kj h 7100 41015795 701760 4115542322 937 Q4 5565979 458 h kj 5 塔顶冷却水带出热量 35 5 1QRQ m 1 求最小回流比计算公式 q Z R x i Fii m i mDii 1 1 其中 q 0 0 初值 1 7 N 3 编程上机计算得 1 768858 Rm 18 21943 R R 1 2 Rm 213947 Q5 11613219 08 h kj 6 热损失 Q7 Q1 0 01 64766 48 h kj 7 加热蒸汽带入热量 Q6 Q2 Q3 Q4 Q5 Q7 Q1 11172222 58 h kj 加热蒸汽用量 h kg H Q m89899 5337 2093 811172222 5 6 相变 取安全系数为 1 1 M 1 1 5337 89899 5871 6889kg h 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 28 8 冷却水用量 h kg C Q W961639 3271 1560 1868 4 811613219 0 5 h kg WW167803 25991 1 第第 6 46 4 节节 脱高塔热量衡算脱高塔热量衡算 Q5 Q1 脱高塔进料带入热量 Q5 Q2 脱高塔底排带出热量 Q1 Q3 脱高塔塔顶出料带出热量 Q4 Q4 热损失 Q5 冷却水带走热量 Q6 Q6 加热蒸汽带入热量 Q2 塔顶分凝器进口 T 15 出口 T 60 图 2 4 加热蒸汽 6kg cm2 塔顶压力 820mmHg 塔底压力 1100mmHg a 求脱高塔塔顶出料露点 表表 6 22 组分IIIIII H2OHCOOHCH3COOH Kmol h 0 406960 019915152 4979152 92 Mol 0 00270 0001300 99721 0 上机编程计算得 Td 393 3716k 表表 6 23 组分X I K I 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 29 I0 00304071 8360651 8398466 II0 000160561 6188561 62219025 III0 9962050 99794461 0 b 求脱高塔底排泡点温度 表表 6 24 Tb 404 1692K 表表 6 25 脱高塔热量计算 1 侧线采出带出热量 Q1 5590227 762 h kj 2 脱高塔底排带出热量 Pii CWQ2 h kj Q COOHCH 1941 37167 15 2981692 404 9958 1 686 176 3 表表 6 26 组分H2OG W FHCOOHCH3COOH Kj h 66 12276608 123144 081837385 5426 Q2 44103 87025 h kj 3 脱高塔成品出料带出热量 ViiPii WCWQ 3 CPIH2OCH3CHOHCOOHCH3COOH 4 18682 1862 1671 9958 IIIIII名 称H2OHCOOHCH3COOH高沸物 总 计 kmol 0 011560 0045263 19944 3 21553 mol 0 003320 0012770 9954 1 0 组分Y I K I I0 00681472050 5291 87056 II0 002241817230 0931 57186 III0 9914841096 2091 0 北京化工大学继续教育学院毕业设计 论文 30 HV 2132 194782 204854 105635 362 Kg h 7 33330 916670 916679157 5 Kmol h 0 40700 02080 0199152 4979 515 485306818 4 362 5635 4979 15215 29837 3939958 1 5 9157 3 COOHCH Q 表表 6 276 27 Q3 4860121 1132 h kj 4 脱高塔热量损失 h kg QQ255902 277601 0 14 5 脱高塔冷却水带走热量 m RQQ 5 1 35 由伍德公式编程计算得 Rm很小 则取 Rm 1 0 Q5 7290181 67kj h 6 加热蒸汽带入热量 Q6 Q2 Q3 Q4 Q5 Q1 6660081 169 h kj 7 冷却水用量 h kg C Q W 35349 6235 1560 1868