年产30000吨聚乙烯醇精馏四塔系统的设计

1、安徽建筑工业学院本科生毕业设计毕业设计高分子材料与工程班级09高分子(1)班学生姓名朱朋明学号09206020128 课 题 年产30000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计指导教师覃忠琼向学毅2013 年 6 月 10 a年产30000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计摘要目前，聚乙烯醇行业正处于产能急剧扩张，技术更新换代的时期，由此，对于聚 乙烯醇生产相关设备的研究及设计显得尤为重要。本次设计，充分调查了国内外聚乙 烯醇市场状况和行业发展方向，学习聚乙烯醇制造工艺，对所研究的聚乙烯醇行业有 了较深认识。通过查阅相关的资料，系统的学习了聚乙烯醇的工艺流程，其包括：乙烘发生、 醋酸乙烯酯制备、精制、聚合，

2、聚醋酸乙烯酯的醇解。乙块法制造的醋酸乙烯酯含有 较多杂质，不利于醋酸乙烯酯的聚合，必须通过精镉工序将其提纯精制。本次设计针 对醋酸乙烯酯精制，根据实际生产需求，设计醋酸乙烯酯精馆工段四塔，计算精镉塔 设备相关参数并对附属设备计算选型，绘制工艺流程图、设备结构图。关键词：聚乙烯醇、醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯酯、精馆工序，精係塔AbstractAt present, the polyvinyl alcohol profession is bemg m produces can expand suddenly, the teclmology renewal time, fiom this, appear

3、s regarding the polyvinyl alcohol production conelation equipment research and the design especially mipoftantly.This design, investigated the domestic and foreign polyvinyl alcohol maiket condition and the profession development diiection hilly, the study polyvinyl alcohol manufacture craft, to the

4、 polwinvl alcohol profession which studies has had known deeply.Tluough the consult related material, the system study polyvinyl alcohol tecluucal process, it has included: The acetylene has, the vinyl acetate piepaiation, the puiification, the polymeiization, the polyvinyl acetate alcoholysis.The a

5、cetylene law manufacture vinyl acetate mcludes many unpuiities, does not favor the vinyl acetate the polymeiization, must tluougli the selective evapoiation workmg procedure its depuiation punfication.Tlus design in view of vinvl acetate punfication, accoidmg to actual production demand, design viny

6、l acetate selective evaporation constmction section four towers , computation rectifying tower equipment conelation paiameter and to appurtenance computation shaping, plan flow chart, equipment stnicture drawing.Key words: Polyv-inyl alcohol;Polyrmvl acetate; Polyvinyl acetate ester;Distillationproc

7、ess;Distillation colunms年产30000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计目录摘要Abstract目录I第一章 聚乙烯醇的综述01.1前言01.2聚乙烯醇的性质及用途01.3聚乙烯醇市场前景01.4聚乙烯醇的生产工艺81.4.1生产方法81.4.2乙怏法生产原理10第二章设计方案的确定15第三章醋酸乙烯酯精憎四塔(T-204) 19的工艺设计193.1精慵工序的物料衡算及操作条件的确定.193.1. 2物性数据查找计算及汇总213. 2精馆塔汽液负荷计算263.3精馆四塔塔板数的确定303. 4.1塔径的初步设计333. 4.2溢流堰及降液管的设计353.4.3弓形降液管的宽度

8、和横截面383.4.4降液管底隙高度393.4.5筛孔的设计403.4.6筛板塔的流体力学的计算413.5塔附件的工艺设计及选型463.5.1工艺接管463.5.2 法兰483.5.3筒体和封头483.5.4除沫器493.5.5 吊柱493.5.6 裙座503.5.7 人孑L503.6塔总体高度设计计算513. 7附属设备的初步计算513.7.1冷凝器(NQ-204)的选型513.7.2再沸器(ZF-204)的设计52第五章设计总结58参考文献59附录61II安徽建筑大学毕业生毕业设计第一章聚乙烯醇的综述1.1前言聚乙烯醇(简称PVA)是目前己发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物， 别名为PVA

9、, Poval o聚乙烯醇(简称PVA)是由徳国化学家W. 0. Herrmann和 W. Wachnel博士于1924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 的结构式为一CH：CH(0H)h,其中n表示聚合度。聚乙烯醇的物理性质受化学结 构、醇解度、聚合度的影响。它是近三十年來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。1.2聚乙烯醇的性质及用途1.2.1聚乙烯醇的性质聚乙烯醇(polyv

10、inyl alcohol),简称 PVA ,分子式一 CH C H (0 H ) ，为白色片状、絮状或粉末状固体，无味无毒、无污染，可 在8090 C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 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、润滑剂和桂类等大多数有机溶剂，具有长链多元醇酯化、醸化、 缩醛化等化学性质。PVA性能由其聚合度、黏度和醇解度决定，随着聚合度的提高， PVA溶液的黏度、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。PVA的醇解度在 88% (摩尔分数)左右，具有良好的水溶性，但醇解

11、度过高或过低，水溶性安徽建筑人学毕业生毕业设计1.2.2聚乙烯醇的应用由于PVA具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、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80-90C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

12、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。13聚乙烯醇市场前景1.3.1国外市场前景目前，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 己达UOOkt/a, 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%。在消费结构上，各国的重点有所不同#安徽建筑人学毕业生毕业设计5图1-1美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，

13、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% 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。2009- -20 14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。1.3.2国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

14、达440 kta,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PVA的生产能力。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力，结果将会比原來的产能增加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

15、进出口情况看，进口呈现不断 增长的趋势。加入WT0效应在进口方面进一步显现，进口增长还将加快。近年來随着我国展.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46.17万吨,2007年达到51.15万吨,同比增长约2.90%。 2009年表观消费量47.89万吨,同比增长约4.45%, 2004- 2009年表观消费图1-2中国近年來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。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

16、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來负面影响：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；产品成本上安徽建筑人学毕业生毕业没计升以及动力、能源紧张对市场带來的影响。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己经十分坚实，在明 年经济快速增长的促进下，必然会走出一番靓丽行情。1.4.1生产方法按原料分有：乙烯法和乙烘法两类，其中乙烘法乂分为电石乙烘法和天 然气乙烘法。20世纪60代以前，世界各国主要釆用电石乙烘法，到50年

17、代 后期才陆续釆用天然气乙块法。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烘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%。美国己经 完成了乙烘法向乙烯法路线的转变，日本乙烯法也占70%以上。图1-3中国聚乙烯醇生产方法比例图1. 41.1乙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%。美国己完成了乙烘法向乙烯法的转变， 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

18、。其工艺流 程包括：乙烯的获取及醋酸乙烯(VAc)合成、精係、聚合、聚醋酸乙烯(PVAc)醇 解、醋酸和甲醇回收五个工序。石油乙烯法的工艺特点：生产规模较乙烘法大， 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 本较乙怏法低30%以上。1. 4.1. 2电石乙烘合成法电石乙烘合成法，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10家工厂沿用此法生产，且大部分应 用高碱法生产聚乙烯醇。但由于乙烘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2

19、0世纪70年代己全部用低碱法生产工艺。1.4.1.3天然气乙烘合成法天然气乙怏为原料的Borden法，不但技术成熟，而且生产的乙烘有利于综 合利用，VAc的生产成本较电石乙块法低50%70%,但天然气乙烘法投资和技 术难度都较大。在天然气、煤和电力丰富的地区，天然气乙烘法仍具有生命力。 欧洲及朝鲜等国家以天然气乙烘为主，我国也有套生产装置釆用该方法。三种路线各有优缺点其生产工艺及特点比较见表：表1-4聚乙烯醇生产工艺及特点比较原料路线石油乙烯天然气乙烘电石乙块反应方式固定床气相法固定床气相法沸腾床气相法温度/c150200170210170210压力/Mpa0. 490. 98常压常压#年产3

20、0000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计空速/(L -h_1)20402100250280110150原料配比乙烯：醋酸：氢=9:4:15乙烘：醋酸二1：(71)乙烘:醋酸二1：(31)(摩尔比)续表：催化剂组成锂/金Zn (Ac) 2/活性炭Zn (Ac) 2/活性炭催化剂寿命56个月3个月56个月单程转化率/%15 2060 7030 35空时效率682. 22. 51.0 1.3/r/ (m醋酸乙烯(VAc)的合成c2h2 + CH3COOHCH2COOCHCH2 醋酸乙烯(VAc)的聚合3 以偶氮二异丁BS(AIBN)为引发剂，甲醇为溶剂，VAc经聚合生成聚醋酸乙烯 (PVAc) C)优点

21、副产物少，设备腐蚀性热能利用好，催化剂廉技术成熟，投资少，催小，催化剂活性高，产价易得，副反应少化剂易得品质量好缺点催化剂贵重乙烘成本高电石污染严重1.4.2乙烘法生产原理w(1) 乙烘发生CaC2 + 2H：O t C2H2 + Ca(OH) 2一定粒径的电石加入乙烘发生器后，与水进行反应得到粗乙烘气体。主反应:AIBNn h2c=ch 討o-cch3o一一ch6副反应：VAc + CHQHTCHjCOOCH j+CHsEOVAc + H2tCH（OOH +014。（4）聚醋酸乙烯的醇解12醇解过程主要发生以下3个反应+ nCH3COOCH3a）酯交换反应（碱起到催化剂作用） -CH2-CH

22、- + 11CH3OH 空孚 o-c-&h3II $0b）皂化反应（PVAc皂化）+ nCH3CXDONa-4-CH2-CH-|- + nNaOH O-C-&H3c）副反应（醋酸甲酯皂化）CH3COOCH j+NaOH TCH3OH + CH3COON3上述三个反应中，反应a是主要反应，绝大多数的PVAc通过反应生成 PVAo反应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CHOOH 阴离于树脂 CH3COOH + CH3OH2

23、CH 3COONa +H2SO4 CH3C（X）H + Na 2SO4以电石为原料.在乙怏发生器中与水反应生成乙快；乙烘再与醋酸合成反应, 生成的反应液经过精係得到醋酸（VAc）, VAc在引发剂的作用下聚合生成聚醋酸 乙烯（PVAc）: PVAc再醇解得到最终产品PVAo这是乙烘法生产聚乙烯醇的原理。NaOH甲醇溶液醇解聚乙烯醇图1-5聚乙烯醇的工艺流程图（1. 5小结1. 经过多年的发展，我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

24、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。2. 随着川维、皖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3. 目前，我国聚乙烯醇生产原料主要采用电石乙焕.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，电石乙块路线在一 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

25、当的时机.适当发展天然气乙烘路线和乙烯路线.逐步实现多种生产工艺共 存。4. 目前，我国聚乙烯醇及其下游产品的出口己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5. 建议产业界提前筹谋应对可能发生的产能过剩。除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第二章设计方案的确定本次设计所针对的聚乙烯醇精馅塔系统的设计，他所对应的是粗醋酸乙烯酯 精制流程。而精馆工序中四塔所精係的醋酸乙烯酯是能够达到聚

26、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來的流程和设备，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

27、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，以便釆取相应措施。（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。如前所述在蒸镉过程中如 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。乂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，釆用 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

28、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。乂如，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 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。2.1塔设计原则总的原则是尽可能多地釆用先进的技术，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，精饰所进行的是气(汽)、液两 相之间的传质，而作

29、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。对于减压精镉操作，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

30、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。2.2装置流程的确定精馅装置包括精饰塔，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饰操作，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餾，具有生产能力大，产品质量稳定等优点，塔顶冷凝装置釆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

31、用。2.3板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。2.4操作压力的选择精饰操作有常压，加压和减压。本设计釆用常压操作，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) 能用水将饰出物冷却，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，不必釆用 减压蒸饰。2.5附属设备的选择本设计选择用冷却水冷却，采用冷凝器。塔釜一般釆用间接蒸汽加热，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

32、，也可采用直接蒸汽加热, 设置再沸器。2.6回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=10o2.7工艺流程图见附录。第三章 醋酸乙烯酯精馅四塔（T204）的工艺设计3.1精馅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。精镉送出醋酸乙烯量：己知皖维釆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99.5%,精镉工序的收率99.8%,聚合转化率为50%,则 30000X 10004-8000X0.944-44=精係送出醋酸乙烯量一86X99.5%精係送出醋酸乙烯

33、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X99.8%=精饰送出醋酸乙烯量（假定收率99.8%） X聚合转化率为50%三塔加料中醋酸乙烯的量=69244-99.84-50%=13875.752kg/h物料平衡表根据进料百分比得：表3-1三塔进料序号名称公斤/时组成（重量）1醋酸乙烯（VAC）13875.75297.62醋酸甲酯（MeOAC）213. 2541. 53水（HO）71.0850.54乙醛（Aed）42. 6510. 35丙酮（Me2CO）14.2170. 16甲醇（M亡OH）4 2650. 037硫叉二苯胺（TDA）1.4220. 18醋

34、酸（HAC）0. 0640. 00045年产30000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计三塔馆出液中水的重量与进料水量不变馆出液组分量:71.0854-4.53%=1569.205kg/h表32三塔馆出液序号名称公斤/时组成（重量）1醋酸乙烯（VAC）1254. 10979. 922醋酸甲酯（MeOAC ）177. 32011. 33水(HzO)71.0854. 534乙醛(Aed)46. 6052.975丙酮（Me2CO）15. 5350. 996甲醇（MeOH）4. 5510. 29四塔的进料为三塔的馆出液，则四塔进料可知表3-3四塔进料序号名称公斤/时组成（重 量）g/molkinol/h摩尔

35、1醋酸乙烯（VAC）1254. 10982. 638614.58373. 292醋酸甲酯（MeOAC）177. 32011.7742. 39612. 043水(H2O )26. 1231. 72181.4517. 2924乙醛(Aed)46. 6052. 79441.0595. 3225丙酮（M亡2CO）15. 5351. 0580. 2681. 3476甲醇（MeOH）4. 5510.3320. 1420. 7147硫叉二苯胺（TDA）3. 920合计1528. 16310019. 899100四塔餾出液中丙酮量与进料丙酮量不变，则饰出液量 15. 535*7.26%=213.981kg/h

36、饰出液组分表34四塔馆出液序号名称公斤/时组成（重量）g/molkinol/h摩尔1醋酸乙烯（VAC）10. 6995.0860. 1243. 8982醋酸甲酯（MeOAC）136. 94764.0741.85150. 8103水(H2O)6. 1842. 89180. 3449. 4434乙醛(Aed)40. 22818.8440.91425. 0895丙酮（Me2CO）15. 5357. 26580. 2687. 3576甲醇（MeOH）4. 5512. 18320. 1423. 898合计214.1441003 643100釜出液组分表35四塔釜岀液序号名称公斤/时组成（重量）g/mol

37、kinol/h摩尔1醋酸乙烯（VAC）1243. 4193. 548614. 45889. 7402醋酸甲酯（MeOAC）40. 3732.97740. 5453. 3833水（H9）19. 9391. 5181. 1086. 8774硫叉二苯胺（TDA）3. 920合计1307. 64210016. Ill100表3-6尾气序号名称公斤/时组成（重量）g/molkinol/h摩尔1乙醛（Aed）6. 377100440. 1451003.1. 2物性数据査找计算及汇总（1）数均分子量计算（按摩尔百分比）进料平均分子量=Mac x VAc% 十 MhieOAC x MeO AC% 十 MH2O

38、 XH? O% 十 MAcd x Aed % 十 Mie2co x Me2 C 0%十MwohxMeOH%=86x73.29%+74xl2.04%+18x7.292%+44x5.322%+58xl.347%+32x0.314%=76.475饰出平均分子量=Mvac x VAc %+MmcOac x MeOAC %+Mh2 o x H2 0%+MAcd x Aed %+MmC2co x Me2 C 0%+MwoHxMeOH%=86x3.898% 十74x50.810% 十 18x9.443%+44x25.089% 十58x7.357%+32x3.898%=59.206釜液平均分子量=MvacxV

39、AC% 十 MwoAcxMeOAC% 十 Mh2oxH2O%=86x89.704十74x3.383十 18x6.877=81.223（2）汽化潜热比（按质量白分比）查得如下表：表3-7组分汽化潜热表名称VAcHAc甲醇水醋酸甲酯乙醛丁烯醛汽化潜热（kJ/kg）Hi 379.76394.671129.52253410.8584.77400进料平均汽化潜热二H1xACxVAc%+Hi I|Wx甲醇十日存水十11询创懦x醋酸甲酯十日乙林乙醛=37976x8263%+11295x03%+2253xl.72%+4108xll7%+58477x297%=421.367kJ/kg饰出平均汽化潜热=HivAC

40、 x X Ac%+HiMeOAC x MeO AC%+HiH2O x H? O%+H lAed x Aed%+HiMeOHx MeOH%=379.76x5.0% 十 410.8x64.0% 十2253x2.89% 十584.77x18.8% 十 1129.5x2.18%=481.572kJ/kg釜液平均汽化潜热=HivAC x VAC%+HiMcOAC x MeOAC%+HiH2O x H? 0%=379.76x93.54% 十 410.8x2.97% 十2253x1.5%=401.223kJ/kg（3）比热（按质量百分比）查表得：表3-8组分比热表名称VAc HAc 甲醇 水 醋酸甲乙醛 丙

41、酮酯比热c 2.01(kJ/kg-C)1.9762.54.182.11.402. 20进料平均比热=CcxVAc%+CMeOAcxMeOAC%+CH2O X H2O%+CAedXAed%+CMeOH xMeOH%+CMe2CoxMe2CO%=2.01x82.63%+2.1xll.7% 十4.18x1.72% 十 1.40x2.97% 十 2.5x0.3% 十 2.20x1.0%=2.05kJ/kg-C饰出平均比热=CcxVAc%+CMeOAcxMeOAC%+CH2O X H2O%+CAed x Aed%+CweOH xMeOH%+CMc2coxMe2CO%=2.01x5.0% 十 2.1x64

42、.0% 十 4.18x2.89% 十 1.40x18.8% 十 2.5x2.18% +2.20x7.26%=2.04 kJ/kg- C釜液平均比热=CivACxVAC%+C!MeOACxMeOAC%-|-CiH2OxH2O%=2.01x93.54%+2.1x2.97% 十 4.18x1.5%=2. OlkJ/kg- C(4) 液相重度p (按质量百分比)查表得：表3-9组分密度表名称4c甲醇水醋酸甲酯乙醛丙酮密度 p (kg/nf)9307921000932783784进料平均密度=PvacXAc% 十 pMeOAcxMeOAC% 十 pH?O X H2O%+pAcd x Aed %+pMeO

43、H x MeOH%+pMc2Co x Me2CO%=930x82.63%+932x 11.7%+1000x 1.72% 十783x2.97% 十792x0.3%+784x 1.0%=92& 17kg/m3馅出平均温度=pacXAc% 十 pkOACxMeOAC% 十 pH?O X H2O%十 p Acd x Aed %+pMeOH x Me OH%+pMc2Co x Me2 CO%=930x5.0% 十932x64.0% 十 1000x2.89% 十783x18.8% 十792x2.18% +784x7.26%=893.27kg/m3釜液平均密度=PivAC X VAC %+piMeOAC x

44、 MeOAC %+piH2Ox H2O%=930x93.54% 十932x2.97% 十 1000x1.5%=931.1 lkg/m3序号项目单位条件1塔顶温度C502塔中温度C603塔底温度C704加料温度C305回流比R106係出液中含醋酸乙烯% （重）W107釜液中含醋酸甲酯% （重）W38塔顶压力kpa101.32529 係出液温度C（5）汽相重度D表3-10操作条件按如下公式计算，其中顾为数均分子质量。p为塔顶压力，t分别为进料温 度、係出温度、塔底温度。 _ Mn x p_ 8.314x(r + 273.15)则进料汽相重度)1 =76.475x101.3258314x(30 +

45、273.15)=3.074kg/nr饰出汽相重度59,206x101.3258314x(5 + 273.15)=2.594kg/nr釜液汽相重度81.223x101.325=2 82&314x(70+273.15)物性数据见下表:名称单位进料镉出釜液精憾段平均提饰段平均平均分子量g/mol76.47559.20681.22367.84178.849比热kJ/kg- C2.052.042.012.052.03汽化潜热kJ/kg421.367481.572401.223451.470411.295表3-11物性数据汇总表年产30000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计汽相重度kg/m33.0742.59

46、42.8832.8342.979液相重度kg/n?92&17893.27931.11910.72929.64表面张力dyn/cm20.5219.86粘度cp0.460.123. 2精馅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Q图3-1全塔热平衡全塔热平衡等式Qs + Qf + Qd 二 Qp + Qx + Qv + Qe进料热Qf二进料比热x进料量X加料温度二2. 05 X 1528. 163 X 30二93982kJ/h回流热QdM出比热X係出量X回流比X镉出温度Qd

47、 =2.04 x 214.144 x 5x10 = 21870 kJ/?饰出热 eA.=出比热 X镭出量X镉出iaffi = 2.04 X 214.144 X 5 = 2184.269lg/h塔顶热QpMffi出比热X係出量X (回流比+1)+懈出汽化潜热XI出量X (回流比+1)Qp = 214.144x481.572x(1 +10) + 2.04x214.144x(1 +10) = 1139188 kJ/h釜液热Q尸釜液比热X釜液量X釜液排出温度Q = 1307.642 x 2.01 x 70 = 183985 kJ/ hgo假设全塔热损失为Qe = 0.03ft.(0, + Qw +Q

48、J (G +2d)Qs =1-0.03Qs2951774 kJ/h二、由第二块板以下热量衡算和物料衡算，求提係段上升汽量匕和下降液体量4用C代表比热kJ/kg C0代表汽化潜热kJ/kg2Qv Ql图3物料平衡图2热量平衡热量平衡：Q+a=G+a(3-1)物料平衡：L=V +m + W(3-2)Ql= CLT = C(V + m + W)T = CVT + CmT + CWT (3-3)Qv =VHi+CVT(3-4)Qw = CWT(3-5)Qm=mHi + CmT = 0(3-6)将式(3-3) (3-4) (3-5) (3-6)代入式(3-1),得VT + CmT + CWT + QS=

49、 VHt +CVT + CWT + mH, + CmTm二 0得：Qs = vHy =(3-7)Hi/. v297774 = 7357kj/h(3-7)H； 401.223安徽建筑衣学毕业生毕业设计7357=顽歸7。9”W釜出液总 =卩 + 加 + w = 7357 + 0 +1307.624 = 8664.6247/?量8664.624 “如“讪讥3600x910.72三、求精镉段气液负荷进料热状况参数进料比热X（塔中温度-加料温度）+进料汽化潜热进料汽化潜热2.05x(60 30) + 421.367421.367= 1.1462进料板以上第一块板的气相负荷VS1F(5_l)3600“=

50、vs-i +其中，F 进料流量；kg/h 一釜液汽重密度Mg/F精镉段顶板气相负荷Vs：1. 由于回流液温度低，产生内回流量出量X回流比xi出液比热(塔顶温度-懈出液温度) =塔顶汽化潜热_ 214.144x10x2.04x(50 5)481.572=40&214化/力镭出量(/? + 】)+ 214.144x(10 + 1) + 408.214 门口=0.296 m3600 *3600 x2.594年产30000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计儿餾出液汽重密度精镉段平均气相负荷0.688 + 0.2962=0.492m3/5一离开n板液相中轻组分的摩尔分率;进料板上一块板的液相负荷5+3600*

51、8F3600“=2.643 xlO3-1.146x1528,1633600 x931.11=2.121 x10_3/w3/5精镉段顶板液相负荷5= 7.929xl0f/sL =懈出量 x回流比+ = 214.144x10 + 408.21452 -3600 和 一 3600 x 893.27精镉段平均液相负荷Ls=1.4570 xl03m3/5_ Lsl + Lsi _ 2 121 X KT + 7.929 x 105-2- 233精馅四塔塔板数的确定网1. 精饰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，可通过对塔顶至精饰段任 意两层板间截面所作的物料衡算导出。对图10-21中的

52、虚线图作总物料衡算，可得臨严厶+ D易挥发组分的物料衡算方程为KhX,+i = L“x” + DxdLDv.=:一乞 +儿式中年产30000吨聚乙烯醇精馆四塔系统的设计儿+】离开n+1板气相中轻组分的摩尔分率；L离开n板液相摩尔流率，kmol/h;匕七离开n+1板汽相摩尔流率，kmol/ho2 .恒摩尔流假定(1) 恒摩尔汽化假定在精馆塔的精馆段内，由每层板上升的汽相摩尔流率 都相等，在提馅段也是如此。即精U vv片”提憾段=匕=K=K+1 = /式中 v 一精係段每板的汽相摩尔流率，kmol / h；v*V 一一提馅段每板的汽相摩尔流率，kmol / ho应当指出，精懾段和提馆段汽相摩尔流率不一定相等。(2) 恒摩尔溢流 假定在精係塔的