年产多少吨聚乙烯醇毕业设计模板 hou - 最终

1、安徽建筑大学毕 业 设 计 专 业 高分子材料与工程 班 级 一班 学生姓名 纪荣军 学 号 11206910103 课 题 年产30000吨聚乙烯醇精馏五塔系统的设计 指导教师 覃忠琼 高祖安 2015年 6 月 10 日 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：乙炔发生、醋酸乙烯酯制备、精制、聚合，聚醋酸乙烯酯的醇解。乙炔法制造的醋酸乙

2、烯酯含有较多杂质，不利于醋酸乙烯酯的聚合，必须通过精馏工序将其提纯精制。本次设计针对醋酸乙烯酯精制，根据实际生产需求，设计精馏工段五塔计算精馏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、精馏工序，精馏塔I年产30000吨聚乙烯醇精馏五塔系统的设计 AbstractAt present, the polyvinyl alcohol profession is being in produces can expand suddenly, the technology renewal time, from this, appears r

3、egarding the polyvinyl alcohol production correlation equipment research and the design especially importantly.This design, investigated the domestic and foreign polyvinyl alcohol market condition and the profession development direction fully, the study polyvinyl alcohol manufacture craft, to the p

4、olyvinyl alcohol profession which studies has had known deeply.Through the consult related material, the system study polyvinyl alcohol technical process, it has included: The acetylene has, the vinyl acetate preparation, the purification, the polymerization, the polyvinyl acetate alcoholysis.The ac

5、etylene law manufacture vinyl acetate includes many impurities, does not favor the vinyl acetate the polymerization, must through the selective evaporation working procedure its depuration purification.This design in view of vinyl acetate purification, according to actual production demand, design v

6、inyl acetate selective evaporation construction section two towers and three towers, computation rectifying tower equipment correlation parameter and to appurtenance computation shaping, plan flow chart, equipment structure drawing.Key words: Polyvinyl alcohol;Polyvinyl acetate; Polyvinyl acetate es

7、ter;Distillation process;Distillation columns目录摘 要IAbstractII第一章 聚乙烯醇的综述11.1引言11.2 聚乙烯醇的国内外现状11.2.1 世界聚乙烯醇的研究现状及消费结构11.2.2我国聚乙烯醇研究现状及消费结构31.3 聚乙烯醇的简介41.3.1 聚乙烯醇(PVA)的定义41.3.2 聚乙烯醇的性质51.3.3 聚乙烯醇树脂的命名51.4 聚乙烯醇生产原理及工艺流程51.4.1乙炔法生产原理.61.4.2 聚乙烯醇的工艺流程说明.7 1.5 精馏精制系统的介绍.9 1.6 聚乙烯醇的应用111.7小结11第二章 设计方案的确定13

8、2.1 塔设计原则142.2 装置流程的确定142.3 板型选择15I2.4 操作压力的选择152.5 附属设备的选择152.6 回流比的选择与塔板数152.7 工艺流程图15第三章 精馏五塔(T-205)的工艺设计163.1 精馏工序的物料衡算及操作条件的确定163.2 气液负荷计算203.3 精馏塔理论塔板数的计算233.4 精馏塔的工艺设计243.4.1塔径的初步设计243.4.2 溢流堰及降液管的设计253.4.3 弓形降液管的宽度和横截面283.4.4 降液管底隙高度293.4.5 筛孔的设计293.4.6 筛板塔的流体力学的计算313.4.7 塔板负荷性能图353.5 塔附件的工艺

9、设计及选型393.5.1工艺接管393.5.2法兰403.5.3筒体和封头413.5.4除沫器413.5.5吊柱423.5.6裙座423.5.7人孔433.6塔总体高度设计计算43III3.7 附属设备的初步计算443.7.1冷凝器(NQ-202)的选型443.7.2再沸器(ZF-202)的设计453.8本章符号说明表46第四章 设计总结49附录50参考文献51致 谢53V年产30000吨聚乙烯醇精馏五塔系统的设计 第一章 聚乙烯醇的综述1.1引言聚乙烯醇（Poly Vinyl Alcoho，简称 PVA）外观为白色粉末，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡胶之间【1】，它

10、的用途可分为纤维和非纤维两大用途2-3。由于PVA具有独特的强力粘结性【4】、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂型、保护胶体性、气相阻绝性、耐磨性以及经特殊处理的具有的耐水性，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、木料加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。PVA 还可作 PVA 橡胶、感光材料、临时保护膜、高频淬火剂、阴极射线管、石油钻井凝固剂、光学抛光剂、防潮剂、防雾剂、水泥灰浆和土壤的改良剂，及室内空气净化除臭剂，甚至还可用于液晶显示等，具有十分广阔的应用前景【4】。通过对世界各国尤其是中国

11、聚乙烯醇市场的研究，发现聚乙烯醇的市场竞争日益增大，前景广阔，具有非常高的研究价值。我们将通过对聚乙烯醇生产过程的研究，进一步了解精馏工段的具体流程，查阅文献，然后计算出塔的各项数据，进而制图。1.2 聚乙烯醇的国内外现状1.2.1 世界聚乙烯醇的研究现状及消费结构5 2008年世界聚乙烯醇产能已经接近150万吨/年，中国产能为66.6万吨/年，占世界总产能的45%，是世界上聚乙烯醇产能最大的国家，预计到2012年，世界总产能将超过180万吨/年，而消费量在125万吨，产能过剩将不可避免。中国聚乙烯醇也将面临过剩，到2012年，产能将超过85万吨/年，消费量在65万吨，拓展产业链，提高高端产品

12、比例成为企业发展重要抓手。 1. 生产现状图表1.1 2010年世界聚乙烯醇产能分布情况 2. 世界主要地区聚乙烯醇消费结构图表1.2 世界主要地区聚乙烯醇消费结构 1.2.2我国聚乙烯醇研究现状及消费结构1.聚乙烯醇行业市场发展趋势图表1.3 2009-2013年我国聚乙烯醇行业市场规模增长趋势 2.聚乙烯醇产能情况 图表1.4 2006-2011年我国聚乙烯醇产业产能3.中国聚乙烯醇的消费结构图表1.5 中国聚乙烯醇的消费结构 其他的组分有聚乙烯醇薄膜及医药、化妆品行业的功能材料等。今后几年，世界涂料需求将以年均32 的速度增长，亚洲和其他新兴市场年均增长为55 ，而我国对涂料的需求量将以

13、年均120的速度增长。国内大量基础设施建设将为粘合剂市场提供良好的发展机遇，纺织行业扭亏转强，为聚乙烯醇打开了浆料市场空间，而电子、造纸、医药、精细化工行业的稳步发展，进一步推动了聚乙烯醇需求的上升。随着我国经济的发展，高支高密高档纺织品内需与出口增加，高档造纸业、石油开采业发展速度加快，汽车工业更是蓬勃发展，汽车、建筑用安全玻璃需求快速上升，这些行业对聚乙烯醇新产品的开发提供了广阔的发展空间。1.3 聚乙烯醇的简介1.3.1 聚乙烯醇(PVA)的定义聚乙烯醇树脂是以乙烯法生产的醋酸乙烯为原料，经溶液聚合、无水低碱醇解得。工艺具有物耗低、能耗低、污染小的特点，是一种环保型产品，聚乙烯醇主要有完

14、全醇解型和部分醇解型两大类。中文名称：聚乙烯醇英文名称2：polyvinyl alcohol, 简称PVACAS No.:9002-89-5分子式：C2H4On1.3.2 聚乙烯醇的性质6 聚乙烯醇的化学性质在于它的仲醇基的存在，它在一定程度上类似纤维素，它能进行多元醇典形的化学反应，能够酯化和醚化，能与碱金属、醛反应。也能与二硫化碳和氢氧化钠反应生成黄原酸盐。具有长链多元醇酯化、醚化、缩醛化等化学性质。其水溶液有很好的粘接性和成膜性；能耐油类、润滑剂和烃类等大多数有机溶剂；溶于水，为了完全溶解一般需加热到6575。不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、

15、乙二醇等,微溶于二甲基亚砜。120l50可溶于甘油.但冷至室温时成为胶冻。 1.3.3 聚乙烯醇树脂的命名聚乙烯醇树脂根据其平均聚合度、 醇解度、 主要用途和醇解工艺进行分类命名。平均聚合度，两位阿拉伯数字醇解度，两位阿拉伯数字醇解工艺，英文字母主要用途，英文字母 （）如：某种聚乙烯醇树脂(PVA1)，平均聚合度为1700(17),醇解度为99.8%(mol/mol)(99),纤维用（F）,高碱醇解制备的（H）,其名称为：PVA1 17-99F(H)。1.4 聚乙烯醇生产原理及工艺流程聚乙烯醇是由醋酸乙烯(VAc)经聚合醇解而制成，通常有两种原料路线，一种是以乙烯为原料，制醋酸乙烯，再制得聚乙

16、烯醇；另外一种是以乙炔(分为电石乙炔和天然气乙炔)为原料制备醋酸乙烯，再制得聚乙烯醇。目前，国外主要采用乙烯原料生产聚乙烯醇，而我国则大部分采用乙炔法生产聚乙烯醇,其中有些公司已经致力于生物质酒精路线（采用木薯）研究，但目前处于摸索中。当前，聚乙烯醇生产技术的进展主要表现在聚合工艺、醇解技术、改性技术以及新产品开发等几个方面。1.4.1乙炔法生产原理71) 电石制乙炔 (1-1)2) 醋酸乙烯(VAc)的合成 (1-2)3) 醋酸乙烯(VAc)的聚合8 以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，甲醇为溶剂，VAc 经聚合生成聚醋酸乙烯(PVAc) (1-3)副反应： (1-4) (1-5)4) 聚醋

17、酸乙烯的醇解9 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) (1-6)b) 皂化反应(PVAc 皂化) (1-7)c) 副反应(醋酸甲酯皂化) (1-8) 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 PVA。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 (1-9) (1-10)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(V

18、Ac)，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PVA。这是乙炔法生产聚乙烯醇的原理。1.4.2 聚乙烯醇的工艺流程说明聚乙烯醇的生产工艺包括：乙炔发生、醋酸乙烯制备、醋酸乙烯精制、醋酸乙烯聚合、 聚醋酸乙烯醇解和醇解废液回收。图1.1 聚乙烯醇的工艺流程图1. 醋酸乙烯酯的精制工艺流程实际制备的是粗醋酸乙烯酯(VAc)【10】，聚醋酸乙烯酯(PVAc)的合成对VAc的纯度要求很高，所以醋酸乙烯酯需要精制，以下是介绍醋酸乙烯酯的精馏过程。精馏一塔的进料液是气体分离塔的第一循环液，该塔将乙醛等轻组分从塔顶分离出去，塔顶蒸汽经过冷凝后部分送往八塔和萃取七塔，

19、不凝气体送往合成工段的水洗塔。塔顶馏出液送往精馏二塔。二塔的目的是将醋酸与醋酸乙烯分开，塔釜液送往精馏五塔。塔顶所得的馏出液达到VAc的合成指标，就可以直接去合成，若没达到要求将送往三塔继续精制。三塔原料的来源还有聚合工段的未聚合的VAc，该塔作用是脱轻组分，将乙醛与醋酸甲酯蒸出冷凝加入四塔，并中采出VAc送往聚合工段。釜液可送往一、二、三、四塔做阻聚剂使用。四塔的作用是将馏出液中的VAc回收回来，该塔顶蒸出醋酸甲酯及乙醛等冷凝送往回收，釜液送往三塔。五塔采用用水共沸的方法使水和巴豆醛形成共沸物从塔顶蒸出，塔底加入工艺水制备醋酸后回收。精馏六塔进料是五塔的馏出液，同样采取共沸精馏分离巴豆醛及醋

20、酸水溶液，巴豆醛回收，醋酸进行提浓。用一般精馏的方法很难将醋酸乙烯与乙醛分开，所以七塔采用萃取的方法将它们分离，由于低温时醋酸乙烯在水中的溶解度小，内通-7的冷冻盐水进行冷却可以提高水对乙醛对的选择性。八塔主要处理一塔的馏出液、七塔萃余液及九塔的中采液。它的作用是尽可能的将加料中的乙醛从塔顶蒸出，蒸汽冷凝后部分回流，部分送往萃取塔，釜液送往三塔进料。九塔是萃取塔的萃取液，合成工段水洗塔的排出水合并加入，塔底吹入蒸汽精馏，在九塔的中部侧线采出VAc送往聚合工段的分层器，塔底废液送至下水道。2. 聚合工段的工艺流程 1)聚合工艺【11】流程的介绍 首先把一定量的甲醇加入引发剂配置槽中，开动搅拌器，

21、再把称量好的偶氮二异丁腈徐徐投入，继续搅拌，待完全溶解后，引发剂溶液用双柱塞计量泵连续加入预热器中。同时，溶剂甲醇和单体醋酸乙烯分别用泵连续加入预热器，开车时，夹套内通水蒸汽，把三种物料加热到60，然后流入第一聚合釜。正常运转中，夹套内蒸汽停止。物料在第一聚合釜中进行引发初聚合，聚合率约20% 第二聚合釜使醋酸乙烯的聚合率达到50%左右。聚合热也靠甲醇和醋酸乙烯的蒸发带出，蒸汽在尾气冷凝器中用地下水冷凝，凝液再回流至第二聚合釜中。2)精馏工艺流程的介绍第一精馏塔也叫脱单体塔，该塔的作用是把未聚合的醋酸乙烯单体从塔顶脱出， 该塔顶部还加入工艺水，其与醋酸乙烯形成共沸物，冷凝冷却后，水和醋酸乙烯能

22、够分层，相互溶解度小很容易把水和醋酸乙烯分开。第二精馏塔塔顶蒸出的醋酸乙烯和水，在冷凝器内冷凝冷却后，进入卧式分层器，上层为醋酸乙烯，除去杂质后用于聚合。下层为水，含醋酸乙烯23%，用泵全部打回流，做为萃取水的一部分，送往回收工段第三精馏塔，与回收工段的甲醇水溶液合并进行精馏。二塔的目的是将醋酸与醋酸乙烯分开，塔釜液送往精馏五塔，五塔采用用水共沸的方法使水和巴豆醛形成共沸物从塔顶蒸出，塔底加入工艺水制备醋酸后回收。3. 聚醋酸乙烯酯的醇解工艺流程聚醋酸乙烯酯的醇解有酸法水解和碱法水解【12】，本论文主要介绍低碱法制备聚乙烯醇的工艺流程。聚醋酸乙烯酯甲醇溶液由齿轮泵输送，与氢氧化钠甲醇溶液同时加

23、入混合机中，混合均匀后进入皮带醇解机，第一粉粹机中将醇解后物料切成长方体，再由第二粉粹机切成粒状，经挤压机挤压后干燥得到PVA成品。 1.5 精馏精制系统介绍 通过各个精馏塔和设备的精馏作用，把聚合的产物进行精制，精馏出目标产物聚乙烯醇，剩下的非目标产物可以回收，循环使用，达到更大的经济效益。附图是其整个精馏精制工序流程图 电石 醋酸合成反应器 乙炔发生器 精乙炔 水 醋酸乙烯 反应液 精馏塔 甲醇 聚醋酸乙烯 脱单体塔 聚合釜 引发剂 挤压机 粉碎机 醇解机 混合器 碱液 精馏塔 母液 干燥机聚乙烯醇 醋酸 甲醇1.6 聚乙烯醇的应用 1. 在建筑业中的应用 高强度PVA 纤维在建材中的应用

24、已日益广泛，已被用于建筑物中混凝土的加强，如水泥板，下水道，而且在内墙涂料、及胶黏剂上，PVA 也开始得到越来越广泛的应用 2. 涂料、胶黏剂、催化剂13 PVA与水玻璃、膨润土、石灰、丙烯酸丁酯等混合可作为内外墙涂料。 3. 应用于造纸14 PVA作为一种传统的表面施胶剂,由于含有极性羟基,能与纸浆纤维形成氢键,可提高纸张强度。造纸PVA 水溶纤维在造纸中具有应用极为方便、利用率高、增强效果好、对环境无污染等特点。国内在电池隔膜纸 8、空气过滤纸、汽车用纸板、扬声器专用纸、包装纸板、液体过滤纸板、水溶纸、果袋纸、培草纸、地膜纸上的应用也取得了较大的进展 4. 用作纤维15 水溶性PVA维纶纤

25、维是一种很有价值的功能性差别化纤维,不仅有理想的水溶温度、强度和伸度,还具有良好的耐酸、耐碱、耐干热等化学性能,溶于水后无味、无毒,水溶液呈无色透明状,较短时间内能自然分解,对环境无污染,是合成纤维中少数可生物降解的绿色环保材料之一。5. 生物应用由改性PVA与变性淀粉共混构成的互穿网络结构高分子塑料合金，可生物降解，对环境无污染，有利于环保和实现绿色消费，因此制得的产品属于环境友好产品，具有良好的应用前景。总体而言，PVA 的易水溶性和环保性是其最大的优势。在越来越注重环保的今天，其用途将会得到进一步的扩展1.7 小结1.聚乙烯醇新的聚合工艺、醇解工艺以及改性技术的不断发展，不仅降低了生产成

26、本，提高了产品的质量，也为不同品种聚乙烯醇的大规模生产提供了有利条件，但目前这些工艺大都还停留是在试验研究阶段，仍需要进行不断的工作。2.经过多年的发展，我国聚乙烯醇的生产能力和产量有了很大的发展，基本上能够满足国内实际生产的需求，产品也实现了多样化，生产工艺技术正在逐渐向低碱醇解方向发展，但是，与国外先进国家相比，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。国内具有自主知识产权的高聚合度和低聚合度、低醇解度的产品较少，仍主要依靠进口来解决，因应该积极开发这些高附加值的新产品，以满足国内实际需求。3.目前，我国聚乙烯醇生产

27、主要采用电石乙炔法，该方法虽然技术成熟，投资少，催化剂易得，比较符合我国的国情，因此在一定时期内仍具有一定的成本优势。但该方法污染较为严重，发展前景不是十分乐观。因此从长远可持续发展的角度，应该适当发展天然气乙炔法和乙烯法，以逐步实现多种生产工艺共存的局面，提高产品质量，降低成本，增强市场竞争力。4.近几年，伴随着PVA行业竞争的白热化，各大厂家均将提高产能作为降低生产成本的主要手段，PVA行业面临更大规模的扩建和新建，由此拉动了上游设备制造企业的市场需求，相关设备的设计、制造和研发显得更加主要。 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，而精馏工序中五塔所精馏的醋酸乙

28、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五塔设备的设计。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

29、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

30、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，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，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

31、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

32、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

33、余热的利用。 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，根据实际选型选择二塔采用筛板塔，三塔使用浮阀塔。2.4 操作压力的选择 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。 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。塔釜一般采用间接蒸汽加热，但对塔底产物基本是

34、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。 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，一般经验值 R=（1.12.0）Rmin ，本设计五塔 R6，2.7 工艺流程图 见附录。第三章 聚乙烯醇精馏五塔的工艺设计3.1 精馏工序的物料衡算及操作条件的确定一、五塔物料平衡计算方法基准：年产30000吨聚乙烯醇。1、精馏送出醋酸乙烯量：已知,皖维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，收率为99.5%，聚合转化率为50%，则30000100080000.944

35、4=精馏送出醋酸乙烯量8699.5%精馏送出醋酸乙烯量=6924kg/h。2、一塔加料即反应液中各组成的含量：已知反应液的组成为：表3.1 反应液的组成序号名 称组成（重量%）备 注12345678醋酸乙烯醋酸乙醛水巴豆醛乙炔醋酐二醋酸亚乙酯41.556.681.100.150.060.450.040.02溶解态则根据一塔加料中醋酸乙烯99.8%=精馏送出醋酸乙烯量：(假定收率99.8%),可计算出相应的组成如表表3.2 反应液的组成名称组成（重量%）Wt(kg/h)醋酸乙烯41.5692499.8%=6937.8醋酸56.68692441.5%56.58%=9458.7乙醛1.1069244

36、1.5%1.10%=183.9水0.15692441.5%0.15%=25.2巴豆醛0.06692441.5%0.06%=10.02乙炔0.45692441.5%0.45%=75.3醋酐0.04692441.5%0.04%=6.6二醋酸亚乙酯0.02692441.5%0.02%=3.33、假定醋酐、二醋酸亚乙酯和水反应产生的醋酸和由ZF-208釜排出系统的醋酸及系统醋酸消耗相当，可认为五塔中采送出的醋酸为一塔进料中的醋酸含量。（不考虑乙醛氧化产生的醋酸或假定乙醛经TQ209提纯后作为一个产品外售）则：五塔中采送出的醋酸=9458.7kg/h。已知原皖维公司某生产线侧线采出精醋酸的组成和本设计如

37、下表。(比例系数：3152.94137.9=0.762)表3.3 侧线采出精醋酸序号名称kg/h (本设计)组成（wt%）123456水巴豆醛醋酸醋酐二醋酸亚乙酯合计22.4743.449458.74.4739532.080.240.4699.220.050.03100 表3.4 进料序号名称kg/h (本设计)组成（wt%）1234567醋酸乙烯水巴豆醛醋酸醋酐二醋酸亚乙酯合计 19.44 7.73 57.15 10306.8 28059 38.88 10528.590.190.750.5497.930.270.32100注：塔内加水51公斤/小时.表3.5 馏出液序号名称kg/h (本设计

38、)组成（wt%）12345醋酸乙烯水巴豆醛醋酸合计19.44203.5413.5744.6981.061.9720.61.3770.6100表3.6 排出釜残液序号名称kg/h (本设计)组成（重量%）12345水醋酸醋酐二醋酸亚乙酯合计1.5176.1910.5335.91224.130.6678.644.716100二、操作条件和物料平衡表3.7 操作条件序 号项目单位条件123456789塔顶温度塔中温度塔底温度加料温度塔顶压力进料板塔压塔底压力回流比R馏出液温度公斤/厘米2（表压）公斤/厘米2（表压）10811812680常压0.10.2645 表3.8 物性数据汇总表名称单位进料馏出

39、侧采釜液精馏段平均提馏段平均平均分子量比热汽化潜热汽相重度液相重度表面张力粘度千卡/公斤千卡/公斤公斤/米3公斤/米3达因/厘米59.220.473100.172.25104740.720.581188.181.3102759.780.47398.422.19104066.660.47598.862.44105049.970.527144.181.775103718.30.459.50.47399.32.22104417.50.35 3.2 气液负荷计算 因为该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。本计算用热量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

40、再沸器的热负荷Qs图1 全塔热平衡QF =0.47310528.5980=398401.8千卡/小时QR =0.581981.06645=153898.88千卡/小时Qp=0.581981.06(6+1)+188.18981.06(6+1)=1300558.87千卡/时Qm=（0.4739532.08126）+(98.429532.08)=1506240.22千卡/小时QW=0.4757224.13126=13414.08千卡/小时假设全塔热损失为QE=0.03QS全塔热平衡：QS + QF + QR = Qp+ QE + QW QS0.03QS= Qp+ QW(QF + QR)=226791

41、3.4千卡/小时（二）由第2块板以下的热量平衡和物料平衡，求提馏段上升汽量和下降液体量用C代表比热 千卡/公斤Hi代表汽化潜热 千卡/公斤热量平衡 （1）物料平衡 （2） （3） （4）（5）（6）图2 热量平衡（千卡/小时） 图3 物料平衡（公斤/小时）将式（3）（4）（5）（6）代入式（1），得：消去两边同类项，得：（7）将有关数据代入式（7），得：/小时/秒将有关数据代入式（2），得：=13306.93+9532.08+224.13=23066.14公斤/小时/秒（3） 求精馏段气液负荷进料板以上第一块板的气相负荷=1.436米3/秒精馏段气液负荷1、由于回流液温度低产生的内回流量=11

42、44.96公斤/小时2、/秒精馏段平均气相负荷/秒进料板上一块板的液相负荷/秒精馏段顶板液相负荷/秒精馏段平均液相负荷Ls米3/秒3.3理论塔板数的计算理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。理论塔板数的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法16。由于本设计是多组分的精馏，根据它的绘制x-y平衡图。（1） 计算塔的各组分如下 相对挥发度为1.65(2) 进料状态参数的q的计算 得q线方程式为： (3) 操作线方程的确定已知：操作回流比R=6 精馏段操作线方程： 提馏段操作线方程： 两操作线横坐标 在图上作操作线，由点xD(0.051,0.113)

43、起在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段与提馏段操作线的交点，直到交点小于0.0018为止。由此得出理论板数块（包括再沸器），加料板为第4块理论板，根据实际经验值塔板工作效率在0.250.3之间，则实际塔板数为精馏段：取=0.28，则实际塔板数提馏段：取=0.27，则实际塔板数加料板的位置在第11块塔板。3.4 精馏塔的工艺设计3.4.1塔径的初步设计精馏段由，安全系数=0.60.8，式中C可由史密斯关联图查出：图2.3 史密斯关联图横坐标数值：取板间距：,，则查图可知：，则圆整：横截面积：，空塔气速：提馏段横坐标数值：查图可知：,则圆整：横截面积:,空塔气速：3.4.2 溢流堰及降液管的设计本设

44、计选择单溢流的弓形降液管17。堰长取本设计采用平直堰，堰上液高度按下列公式计算 式中 - 液体体积流量 - 液流收缩系数 - 堰上液流高度 -堰长 液流收缩系数可关联为如下两参数的函数： 液流收缩系数的数值可根据下图查取。图2.4 液流收缩系数计算图(1) 精馏段： ，查图得，则 前假设， 取内、外堰高要求 (2) 提馏段： ，查图得，则 前假设， 取内、外堰高要求 3.4.3 弓形降液管的宽度和横截面由在弓形降液管的参数图中查得，则图2.5 弓形降液管的参数验算降液管内停留时间：（1）精馏段：（20 提馏段：停留时间，故降液管可使用。3.4.4 降液管底隙高度(1) 精馏段 取降液管底隙高度

45、， 则 液流通过间隙时的速度 (2) 提馏段取降液管底隙高度，则 液流通过间隙时的速度 3.4.5筛孔的设计本此设计的物系有腐蚀性，可选用不锈钢板，取筛孔直径筛孔直径采用正三角形排列15，取孔中心距取稳定区宽取边缘安装区宽1 开孔区面积 2 总开孔面积 而对于正三角形排列，开孔率与孔间距之间的关系用下式表示： ，则 即3 每层板上筛孔数N 4 筛孔气速 1.精馏段：2. 提馏段：3.4.6筛板塔的流体力学的计算1 塔板压降 (1)干板压降 由图2.6 干筛孔的流量系数查图得精馏段： 提馏段： (2)湿板压降 式中 塔板上液层充气系数，可由图查出，其横坐标图2.7 充气系数关联图 精馏段：，查图

46、得，则 提馏段：,查图得 (3)克服液体表面张力的阻力 克服液体表面张力的阻力可近似为 精馏段： 提馏段： (4)气体通过每层塔板液柱高度可按下式计算： 精馏段： 精馏段总压降液柱 提馏段： 提馏段总压降液柱2 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，由于本设计的塔径与液流量均不大，故可忽略液面落差的影响.3 雾沫夹带雾沫夹带的计算18采用Hunt关联式：对于单流型塔板：(1)精馏段： (2)提馏段： 二者的，故本设计中在允许范围内。4 漏液点气速 对于筛板塔，漏液点气速可由下式来计算： (1)精馏段： 实际孔速 稳定系数 (2)提馏段： 实际孔速 稳定系数 故本设计中漏液点气速符合要求。 5 液泛

47、 为防止塔内发生液泛19，降液管内液层高应服从下式的关系，即 其中液体流过降液管的局部阻力由计算，很小，可忽略。 (1)精馏段：液柱，则 取，则 (2)提馏段：液柱，则 取，则 故本设计不会产生液泛。3.4.7塔板负荷性能图 1 过量雾沫夹带线 以为限，求关系如下： (1)精馏段： 整理得线方程为： 在操作范围内，任取几个值依上式计算得2.1262.1121.883(2)提馏段： 整理得线方程为： 在操作范围内，任取几个值依上式计算得2.4561.7451.6042 严重漏夜线由 ， (1)精馏段：线方程如下 在操作范围内，任取几个值依上式计算得0.3280.3350.351(2)提馏段：线方程如下操作范围内，任取几个值依上式计算得0.3610.3950.4153 液相负荷下限线对于平直堰，液相下限为准，则作为最小液体负荷标准，得：得和的方程式如下： (1)精馏段： (2)提馏段： 4 液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限，由式，得直线方程： 5 液泛线 令 忽略，将与,与，与的关系代入，整理得： 式中： 得到的直线方程如下： (1)精馏段：，则 (2)提馏段：，则 根据以上各线方程，作出筛板塔的负荷性能图 (1)精馏段： 在负荷性