乙醛缩合法制乙酸乙酯专业课程设计

5.25.2列管式反应器 40南京工业大学化学化工学院《化工设计》专业课程设计设计题目 乙醛缩合法制乙酸乙酯 设计人员 杨福、胡曦、王义超、常伟指导教师姓名 任晓乾 课程设计时间2012年5月12日-2012年6月1日课程设计成绩设计说明书、计算书及设计图纸质量， 70%独立工作能力、综合能力及设计过程表现， 30%设计最终成绩（五级分制）指导教师签字 目录TOC\o"1-5"\h\z一、设计任务 ..6二、概述乙酸乙酯性质及用途 7乙酸乙酯发展状况 8.乙酸乙酯的生产方案及流程酯化法 9乙醇脱氢歧化法 11乙醛缩合法 11乙烯、乙酸直接加成法 13经济指标对比 13讨论分析 19确定工艺方案及流程 22厂区布置说明总述 23.工艺计算物料衡算 27乙醛缩合法生产乙酸乙酯步骤 28物性数据表 28计算结果列表汇总 ..31.设备选型催化剂反应器选型 387.87.8配电装置及防雷接地设计 7412.312.3施工噪声影响分析 .845.35.3乙醛储罐 417.67.6配电线路 .74乙酸乙酯储罐 41精储塔I的设计 42精储塔II的设计 43精储塔田的设计 44精储塔设计计算示例 45沉降器 ..61回流罐 .62管口表 62\o"CurrentDocument"动设备选型 63\o"CurrentDocument"换热器选型 ..65.控制系统设计\o"CurrentDocument"DCS控制系统 68先进控制系统APC 70紧急停车系统ESD 71.供电系统设计范围 72电力负荷性质 ..72高压供电及变电所系统设计 72功率因数补偿 ..73厂区高压配电及车间变电所安全设计 73八.通信系统TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"行政管理电话系统 76\o"CurrentDocument"生产调度程控电话系统 76\o"CurrentDocument"火灾报警系统 76有线电视 77\o"CurrentDocument"扩音呼叫/对讲系统 77综合布线系统 ..77全场电信网络 .78九.供热站，冷公用工程系统冷公用工程系统 78\o"CurrentDocument"供热系统供热 79\o"CurrentDocument"公用物料及能量消耗 81十.清洁生产概述本项目清洁生产分析 ..88十一.环境影响因子识别\o"CurrentDocument"环境影响要素识别，筛选 ..83\o"CurrentDocument"环境影响因子识别，筛选 .83十二.施工期的环境影响评价施工期环境空气影响分析 ..83施工期水环境影响分析 ..8412.412.4施工固体废物影响分析 ..8517.417.4环境影响经济损益分析 90十三.环境影响预测与评价TOC\o"1-5"\h\z环境空气影响预测与评价 ..85水环境影响预测与评价 ...85噪声影响预测与评价 .85十四.环境风险评价环境风险评价的内容 85\o"CurrentDocument"风险识别 ..85评价等级及评价范围 .86潜在的风险因素识别 .86事故发生对环境的影响 87环境风险防范措施 ..87十五总量控制总量控制因子 ..88\o"CurrentDocument"总量控制建议 88十六环境保护措施及其技术，经济论证16.1三废及噪声治理措施 89十七.环境影响经济损益分析\o"CurrentDocument"概述 90环境保护费用 .90环境保护效益 .90\o"CurrentDocument"小结 ..91十八.环境管理与监测制度分析\o"CurrentDocument"环境管理 .91环境监测计划 ..91十九.产业政策符合性及项目选址合理性分析.产业政策符合性分析 .91环境容量 91\o"CurrentDocument"建设项目的环境可行性 ..92二十.总结论92附录92.93生产毒性及防护 文献参考.93乙酸乙酯车间工艺设计一、设计任务设计任务：一万吨乙酸乙酯车间产品名称：乙酸乙酯产品规格：纯度 99.5%年生产能力：折算为 99.5%乙酸乙酯 9950吨/年产品用途：作为制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮、其他有机化合物、合成香料、合成药物等的原料；用于乙醇脱水、醋酸浓缩、萃取有机酸；作为溶剂广泛应用于各种工业中；食品工业中作为芳香剂等。由于本设计为假定设计，因此有关设计任务书中的其他项目如：进行设计的依据、厂区或厂址、主要技术经济指标、原料的供应、技术规格以及燃料种类、水电汽的主要来源，与其他工业企业的关系、建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略。1.1项目概况本项目为年产 1万吨的乙酸乙酯的生产项目，利用山东沂水县的经济开发区（依为总厂）的乙醛产品，生产乙酸乙酯。考虑产品的市场需求、原料来源情况以及所用工艺技术的情况，本公司的设计生产规模为年产1万吨的乙酸乙酯。本项目的总投资为7522.9万元人民币，考虑到项目的建设进度以及建设各环节各时间的安排等因素，我们项目的建设周期为1年。1.3厂区和生产概况本项目的厂址选择在山东沂水县的经济开发区，占地约为 35000m2靠近公路，临近河流。厂区分储罐区、生产区、辅助区和行政区四大块，该经济开发区内有完善的水、电、气的来源，依附于总厂（乙醛生产厂）的空压站、氮氧站和冷却站，有充足的冷却水源，其他的维修、检验、消防系统等都相应辅助设施都配套完善。本项目采用的工艺为欧洲、日本广泛采用的乙醛缩合法的先进工艺，反应器采用釜式与管式反应器相串联，精馏段设 3塔有效产出高纯度的产品。得到高纯度的乙酸乙酯产品，同时每年还可得到定量的乙缩醛产品。同时，本项目采用的工艺对于废物进行了有效合理的处理，产出的废物很少，对环境危害小，并且建立了以高压消防水系统和泡沫系统为主体的完善的消防系统，采取了一系列措施保证工人的劳动安全和工业卫生。二、概述1．乙酸乙酯性质及用途乙酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醚，英文名称EthylAcetate或AceticEtherVinegarnaphtha.乙酸乙酯是 无色、具有水果香味的易燃液体。熔点-83.6℃，沸点77.1℃，相对密度0.9003，折射率1.3723，闪点（开杯） 4℃，蒸气压（ 20℃） 9.4kPa，汽化热366.5J/g，比热容1.92J/（g・C）。爆炸极限2.13%-11.4%（体积）。与醴、醇、卤代给芳姓:等多种有机溶剂混溶，微溶于水，25c时，10ml水中可溶该品1ml,温度升高则溶解度降低，乙酸乙酯与水和乙醇皆能形成二元共沸混合物。与水生成的共沸混合物的沸点为70.4℃，含水6.1%（重量） ；与乙醇形成的共沸混合物的沸点为71.8℃；还与 7.8%水和 9.0%乙醇形成三元共沸混合物，其沸点为70.2℃，具挥发性。水分能使其缓慢分解而呈酸性反应 。质量标准：GB/T3728-2007项 目指标优等品、堂口寺口口合格品乙酸乙酯的质量分数/%>99.799.599.0乙醇的质量分数/%0.100.200.50水的质量分数/%0.050.10酸的质量分数（以CHCOOC卜计）/% <0.0040.005色度/Hazen单位（珀-钻色号） <10密度(p20)/(g/cm3)0 .897~0.902蒸发残渣的质量分数/%0.0010.005气 味 a符合特征气味，无异味，无残留气味2.乙酸乙酯发展状况（1）国内发展状况为了改进硫酸法的缺点，国内陆续开展了新型催化剂的研究，如酸性阳离子交换树脂、全氟磺酸树脂、HZSM-5等各种分子筛、花酸、ZrO2-SO42-等各种超强酸，但均未用于工业生产。国内还开展了乙醇一步法制取乙酸乙酯的新工艺研究，其中有清华大学开发的乙醇脱氢歧化酯化法，化学工业部西南化工研究院开发的乙醇脱氢法和中国科学院长春应用化学研究所的乙醇氧化酯化法。中国科学研究院长春应用化学研究所对乙醇氧化酯化反应催化剂进行了研究，认为采用Sb2Q-MoQ复合催化剂可提高活性和选择性。化学工业部西南化工研究院等联合开发的乙醇脱氢一步合成乙酸乙酯的新工艺，已通过单管试验连续运行 1000小时，取得了满意的结果<现正在进行工业开发工作。近来关于磷改性HZSM-钟石分子筛上乙酸和乙醇酯化反应的研究表明，用HZSM-酸磷改性HZSM-5作为乙酸和乙醇酯化反应的催化剂，乙醇转化率变化不大，但酯化反应选择性明显提高。使用H3PM@Q0?19KO代替乙醇-乙酸酯化反应中的硫酸催化剂，可获得的产率为91.48%,但是关于催化剂的剂量、反应时间和乙醇／乙酸的质量比对产品产量的研究还在进行之中。（2）国外发展状况由于使用硫酸作为酯化反应的催化剂存在硫酸腐蚀性强、副反应多等缺点，近年各国均在致力于固体酸酯化催化剂的研究和开发，但这些催化剂由于价格较贵、活性下降快等原因，至今工业应用不多。据报道，美DavyVekee公司和UCC公司联合开发的乙醇脱氢制乙酸乙酯新工艺已工业化。据报道，国外开发了一种使用Pd/silicoturgstic双效催化剂使用乙烯和氧气一步生成乙酸乙酯的新工艺。低于 180℃和在 25％的乙烯转化率的条件下，乙酸乙酯的选择性为46％。催化剂中的Pd为氧化中心 silicoturgstic酸提供酸性中心。随着科技的不断进步，更多的乙酸乙酯的生产方法不断被开发，我国应不断吸收借鉴国外的先进技术，从根本上改变我国乙酸乙酯的生产状况。三.乙酸乙酯的生产方案及流程1、酯化法酯化工艺是在硫酸催化剂存在下 ,醋酸与乙醇发生酯化脱水反应生成乙酸乙酯的工艺其工艺流程见图1图1酯化法醋酸乙酯生产工艺流程醋酸、过量乙醇与少量的硫酸混合后经预热进入酯化反应塔。酯化反应塔塔顶的反应混合物一部分回流，一部分在80c左右进入分离塔。进入分离塔的反应混合物中一般含有约70%勺乙醇、20%勺酯和10%勺水（醋酸完全消耗掉）。塔顶蒸出含有83叱酸乙酯、9%S醇和8%K分的塔顶三元包沸物，送入比例混合器，与等体积的水混合，混合后在倾析器倾析，分成含少量乙醇和酯的较重的水层，返回分离塔的下部，经分离塔分离，酯重新以三元包沸物的形式分出，而蓄集的含水乙醇则送回醋化反应塔的下部，经气化后再参与酯化反应。含约93%勺乙酸乙酯、5%＜和2%S醇的倾析器上层混合物进入干燥塔,将乙酸乙酯分离出来,所得产品质量见质量指标表工业品级乙酸乙酯的质量指标表项目指标乙酸乙酯含量，%二99.5乙醇含量，%三0.20水分，%三0.05酸度（以醋酸计），%三0.005色度（珀-钻）<10传统的酯化法乙酸乙酯生产工艺技术成熟，在世界范围内，尤其是美国和西欧被广泛采用。由于酯化反应可逆，转化率通常只有约67%,为增加*$化率，一般采用一种反应物过量的办,既可采取间歇式法,通常是乙醇过量 ,并在反应过程中不断分离出生成的水。根据生产需要生产,,既可采取间歇式来开发的固体酸酯化催化剂虽然解决了腐蚀问题,但由于价格太高,催化活性下降快等缺点,在工业上仍无法大规模应用。2.乙醇脱氢歧化法该法不用乙酸，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化剂主要是 Pd/C和架Ni，Cu-Co-Zn-Al混合氧化物及Mo-Sb二元氧化物等催化剂，这些体系对乙醇的氧化有一定的活性，但其催化性还有待进一步改进。95*醇从储槽出来，经泵加压至 0.3〜0.4MPa,进入原料预热器，与反应产物热交换被加热至130C,部分气化，再进入乙醇汽化器，用水蒸气或导热油加热至 160c〜170C,达到完全气化，然后进入原料过热器，与反应产物换热，被加热至 230℃，再进入脱硫加热器，用导热油加热到反应温度240〜270C,然后进入脱氢反应器，脱氢反应为吸热反应，要用导热油加热以维持恒温反应。从脱氢反应器出来的物料进入原料过热器，被冷却至180℃，再进入加氢反应器将酮和醛加氢为醇，以便后续分离。然后进入原料预热器，被冷却至 60℃，再进入产物冷凝器，被水冷却至 30℃，从冷凝器出来的液体，进入反应产物储罐，然后进入分离工段，氢气则从上部进入水洗器，以回收氢气中带走的易挥发物料，然后放空或到氧气用户。该工艺的特点是产品收率高，对设备腐蚀性小，产品成本较酯化法低，不产含酸废水，有利于大规模生产，若副产的氢气能有效合理的利用，该工艺是比较经济的方法。3、乙醛缩合法由乙醛生产乙酸乙酯包括催化剂制备、反应、分离和精馏 4大部分 ,工艺流程见图3。在氯化铝和少量的氯化锌存在下将铝粉加入盛有乙醇和乙酸乙酯混合物的溶液中溶解得到乙氧基铝溶液。催化剂制备装置与主体装置分开，制备反应过程产生的含氢废气经冷回收冷凝物后排放，制备得到的催化剂溶液搅拌均匀后备用。乙醛和催化剂溶液连续进入反应塔控制反应物的比例，使进料在混合时就有约98%的乙醛转化为目的产物，1.5%的乙醛在此后的搅拌条件下转化。通过间接盐水冷却维持反应温度在0C,反应混合物在反应塔内的停留时间约1h后进入分离装置。S3乙型缩告魏酷■二曜工芝流程分离装置中粗乙酸乙酯从塔顶蒸出，塔底残渣用水处理得到乙醇和氢氧化铝，将乙醇与蒸出组分一起送入精储塔，在此回收未反应的乙醛并将其返回反应塔，乙醇和乙酸乙酯包沸物用于制备乙氧基铝催化剂溶液。如有必要，乙酸乙酯还可进一步进行干燥。乙醛缩合制乙酸乙酯工艺由俄罗斯化学家 Tischenko于20世纪初开发成功,因而该工艺又称为Tischenko工艺。反应在醇化物（乙氧基铝）的存在下进行。由乙醛生产乙酸乙酯的第一步实际上先由乙烯制取乙醛，由乙烯生产乙醛通常在氯化钳存在下于液相中进行 （即Wacker工艺）。根据保持催化剂活性方法的不同，又有两种工艺可选择，一种为一步法工艺，即乙烯和氧气一起进入反应器进行反应；另一种是两步法工艺，即乙烯氧化为乙醛在一个反应器内进行，而催化剂的空气再生在另一反应器内进行 ，两种工艺在经济上并无大的差异。乙醛缩合制乙酸乙酯工艺受原料来源的限制 ，一般应建在乙烯-乙醛联合装置内。日本

主要采取此工艺路线，装置能力已达200kt/a.4、乙烯、乙酸直接加成法在酸性催化剂存在下，竣酸与烯姓发生酯化反应可生成相应的醋类。罗纳・普朗克公司在80年代进行了开发，但由于工程放大问题未解决，一直未实现工业化。日本昭和电工公司开发的乙烯与醋酸一步反应制取乙酸乙酯工艺终于在 90年代实现了工业化。乙惴偏环瓜谕血图4乙惴偏环瓜谕血图4乙煜一步法工艺流程反应原料中乙烯：醋酸：水：氮体积组成为80:6.7:3:10.3。反应系统由3个串联反应塔组成，反应塔中装填磷鸨钥酸催化剂（担载于球状二氧化硅上）。反应塔设置了中间冷却，反应温度维持在140-180C,反应塔压力控制在0.44-1MPa。反应在担载于金属载体上的杂多酸或杂多酸盐催化下于气相或液相中进行。在水蒸气存在条件下，乙烯将发生水合反应生成乙醇，然后生成的乙醇又继续与醋酸发生酯化反应生成乙酸乙酯产物。而且，逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反应也可能发生。该工艺醋酸的单程转化率为66%以乙烯计，乙酸乙酯的选择性约为94%.2。52。对于80kt/a级的工业乙酸乙酯生产装置，分析其各项经济技术指标，对比如表

表2乙酸乙酯各工艺路线技术经济指标对照工艺路线乙醛缩合法乙烯加成法酯化法原料单耗-1/t-t乙烯-0.355-乙醛1.02--乙酸-0.7180.692乙醇--0.533其他0.0050.010.005公用工程单耗1r -1电/KW・h-t26.014176.36715.432-- - -1冷却水/t-t150.198166.88766.755-f- -1纯水t•t008.344 -1蒸汽(0.8MPa)/t-t0.444.2- -1蒸汽(0.4MPa)/t-t1.100.， -1冷冻/MJ•t1161.000综合能耗-1/MJ-t68921561614652由表2可看出，在三种方法中，乙醛法生产乙酸乙酯的蒸汽消耗明显低于另两种方法，综合总能源消耗乙醛法要远低于乙烯法和乙酯法。20世纪9020世纪90年代不同工艺制备乙酸乙酯单位成本对比计算见表4。由于乙醛法生产乙酸乙酯在国外，特别是日本，已处于成熟阶段，而我国在中间试验的基础上刚实现万吨级工业化，所以技术指标和国外先进水平还有差距05.1投资和成本对比5.11投资对比对于同为国际上80kt/a的工业乙酸乙酯生产装置，在同样投资环境下，分析其工程投资情况，对比如表3。表3不同工艺制备乙酸乙酯总投资对比 万美元工艺路线乙醛缩合法乙烯加成法酯化法总投资283052503780生产设施142030001910—辅助设施85012001110其他工程5701050760在同规模的乙酸乙酯三种生产方法中，乙醛法的投资最低，而乙烯法的投资相对最高。乙醛法的总投资额为酯化法的75%仅为乙烯法的54%5.12成本对比表表4不同工艺制备乙酸乙酯单位成本对比11项目单价/元.t-1乙醛缩合法乙烯加成法酯化法单耗/t-t-1单位成本/元•t-1单耗/t•t-1单位成本/元,t-1单耗/t•t-1单位成本/元,t-11原料4295.454631.995392.42—乙烯4212000.3531486.840。—1乙醛41101.024191.8600001 乙酸4159000.71772985.150.6922878.261乙醇47170.00523.59000.5332514.16—其他80.00160.0001公用工程253.69572.58459.26L蒸汽1001.5150.004.0400.004.2420.001电0.6026.0115.61176.37105.8215.439.261 冷冻盐水1.002828.0000001冷却水0.40150.260.08166.8966.767530.00—可艾成本合4549.135204.575851.68计直接成本合计132.80265.60174.30分配成本合计116.20224.10149.40注：①单价不含税；②公用工程价格参考上海地区平均价格计入；③原料中乙醇、乙酸和乙醛价格用2007-2009年9月国内市场平均价；④原料中的乙烯价格用2007-2009年9月平均进口到岸价加手续费计入；⑤电一栏中：单价的单位为“kW・h•t-1”，单位成本的单位为“元•（kW-h）-1”。由上表看出，无论是原料成本、公用工程成本和总成本乙醛法生产乙酸乙酯都最低，而酯化法最高；乙烯法总投资最大，且其他费用也偏高，其折旧和固定成本最高。三种方法对比，乙醛法的单位成本为酯化法的78%为乙烯法的82%。5.13经济效益估算由于三种生产乙酸乙酯方法的生产成本、生产装置投资有明显不同，所以其生产装置投资的经济效益也有明显差异，在当前国内原料价格体系下，乙醛法生产无疑具有明显优势，见表5。

表5不同工艺制备乙酸乙酯经济效益对比元/t项目乙醛缩合法乙烯加成法酯化法备注单位生产成本5047.136167.376499.08单位销售费用25.2461.6764.99单位总成本5072.376229.046564.07不含税其中单位折旧249.00473.10323.70单位销售价格5669.235669.235669.23不含税单位销售利润596.86-559.81-894.84单位所得税196.96税率33%单位税后利润399.90年总利润/万元3199.19总投资/万元12000.00投资利润率，%26.66静态投资回收期/a3.48注：①装置生产能力80kt/a,年产量按100%^荷计算②乙酸乙酯的销售价格按2007-2009年10月国内市场挂牌平均价。③由于乙烯法和乙酸酯化法均按市场价计算原料成本，故计算为亏损，实际生产中一般采用初始原料，成本相应降低。而乙醛法如用初始原料乙烯计算成本，则其成本更低利润更高。讨论和分析工业生产乙酸乙酯的各种方法中，乙醛法、乙烯法和酯化法均为成熟的工艺路线，而酯化法由于其不可避免的缺点终将被淘汰。乙醛法、乙烯法和酯化法生产乙酸乙酯都能得到高质量的乙酸乙酯产品，但酯化法生产产品质量达到优级品的难度相对较大。（3）乙烯法由于其工艺的特点，在同规模装置中其总投资最高。乙醛法总投资最低，故在20世纪70年代起，乙醛法生产乙酸乙酯在全世界得到大的发展。（4）按目前国内市场价格分析，乙醛法生产乙酸乙酯的生产成本最低，依次为乙烯法和酯化法，酯化法的生产成本高很多。所以乙醛法和乙烯法比酯化法更有市场竞争力。5）由于乙醛法生产乙酸乙酯的总投资最低，装置建设的难度小，建设周期短。6）在乙烯、乙醛、乙酸作为原料的情况下，建设乙酸乙酯装置，使用乙醛法工艺路线应该是投资少、成本低、质量能得到保证的一个好的选择，但乙醛原料供应要保证。6、确定工艺方案及流程从产量分析，生产任务要求是 10000吨，产量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有利于大规模生产，而且该法对设备要求很高，设备造价高，因此不采用该工艺。从经济上考虑，乙醇脱氢歧化法对催化剂要求高，采用该工艺不经济。最后从技术成熟方面考虑，虽然乙醇脱氢歧化法在国外生产技术已经比较成熟，且可以进行大规模的生产，但在国内实施尚有困难，用乙醛作为原料，转化率和收率都很高，资源利用充分，经济性高，乙醛作原料，反应副产物较少，后提纯处理设备简单，污染小，对设备要求低；选择的苏州工业园区内，依托

的乙醛生产厂，能够提供足够的乙醛原料，做到了原料来源的就近性，资源能够合理利用;工业园区内乙醛生产厂拥有制冷设备，对于乙醛生产乙酸乙酯过程中需要的冰盐水能够有效的提供，可以减少设备方面的投资，同时使其制冷设备能够做到充分利用。另外，厂址选择在有生产乙醛厂家的工业园区，综合考虑采用乙醛缩合法。表1.3-1主要技术经济指标项目名称单位数量备注一生产规模万t/a1乙酸乙酯、乙缩醛二产品方案1乙酸乙酯万t/a1纯度99.99%2乙缩醛万t/a0.03纯度99.89%三年操作日天300四主要原材料，燃料用量1乙醛kg/h1406乙醛99.9%水0.01%五公用动力消耗量1供水（露羊水）万t/a30平均用水量t/h802供电设备容量kW55年耗电量kWH20075

3供气平均用气量t/H2.74冷冻平均用冷负荷KW2250八三废排放量1废水M3/H2废气g/h3843废渣kg/h11.2售于经销商七运输量T/a1运入量万t/a1.13管道运输2运出量万t/a1槽车运输八全厂定员人601其中：生产工人人482管理人员人12九总占地面积万m23.53十全厂建筑面积M213487.08一全厂综合能耗总量（包括二次能源）十二单位产品综合能耗十三工程项目总投资万元1235.2

1固定资产投资万元23672流动资金万元1658.5十四年销售收入万元6576十五成本和费用1年均总成本费用万元41322年均经营成本万元4024十六年均利润总额万元1383十七年均销售税金万元994.5十八财务评价指标%77.111投资利润率%34.122投资利税率%3资本净利润率%21.854投资回收期年35全员劳动生产率万元/人3.3836全投资财务内部收益率（税前和税后）%77.11税前内部收益率7全投资财务净现值（税前和税后；需注明i,值）万元7465.28税前，i=20年十九清偿能力指标人民币借款偿还期（含建设期）年52.1厂区布置说明总述本厂设计位于沂水县经济开发区。本厂设计布置为长方形，长 226ml宽156ml北面、西面和南面均为土地，东边为省道，西边不远处有沂河。厂区分为行政区、辅助区、生产区和储罐区四个部分。其中储罐区又分为原料储罐区和产品储罐区两个部分，二者独立布置，且有各自独立的消防车问。生产区布置结构紧凑，充分利用空间，有效减少不同车间之间的连接管道长度。原料储罐区域和产物储罐区域分别放置于生产车间两侧，同样也是为了减少不通车间之间的连接管道长度。原料储罐区出来的原料通过低温保障车问， 可以直接通到合成车间I。由于低温保障车间直接位于原料储罐区和生产区域之间，所以可以减少有保温要求的管道长度。设备检修室布置于精微车间旁边，靠近精储车间和三个合成车间，以方便检修设备。止匕外，生产区域附近有完备的消防准备设施：包括三个消防车间和一个 150m2的消防水池。整个设计厂区的绿化面积5475.26m2,绿化率达到15.53%。可以调节局部微小气候、美化洁净环境、减小噪音，同时还有隔离作用。最后，这些绿化用地将来还可以在必要时用以做进一步的发展只用。厂区布置分项说明行政区处于安全考虑，行政区靠近厂区入口且位于上风口。在发生储罐泄漏事故或者是生产区域事故时能够保证安全。行政区主要就是半框形的大楼，其中包括食堂、研发中心、行政办公等几个部分。其中食堂位于一楼西边的位置。行政中心位于二楼东边和中间位置，研发中心位于三楼。此外，行政楼正面有很好的绿化布置，包括花坛喷水池和草坪。能够为工作人员提供一个良好的工作环境，行政区域如下图所示：辅助区辅助区域包括倒班宿舍、控制中心、公共工程站和电气工程站。在前面图中均有标注。倒班宿舍位于控制中心的北面，远离生产区域。一方面，倒班宿舍位于全年最高频率风向的上风口，较为安全；另一方面，倒班宿舍远离生产区域和储罐区，能够让倒班休息的工人充分休息。最后，倒班宿舍和行政中心、公用工程站以马路和较宽的绿化带隔开，也能够起到减少噪音的作用。控制中心位于厂区北面中心位置，和生产区域只隔了一个主干道，而且和主要生产区域用绿化带隔开。公用工程站包括氮气站和压缩空气站。其中氮气站主要是用以提供开停车及检修时吹扫管路所用的氮气。空气站的压缩空气则是用于设备检修时吹扫管路和设备只用。压缩空气位于全年最多频率风向的上风口用以采集空气。公用工程站和生产区域隔开较远。电气工程站位于厂区的西北方向，紧挨在公共工程旁。而且位于全年最多频率风向的上风口。与储罐区距离较远。电气工程站在厂区西门的旁边，方便电气设备的检修。生产区精馏车间精馏车间半露天布置，精馏车间的泵一并布置在车间内，不单独另设泵房，以减少输送的距离。合成车间与精馏车间的距离满足相关的设计规范。精馏车间内的设备包括浮阀精馏塔、填料精馏塔、全凝器、冷凝器、回流罐和再沸器。合成车间合成车间包括三个部分：合成车间I（生产车间）、合成车间II（产物预处理车间）、合成车间III（催化剂生产车间）。合成车间泵全部布置在车间内部，不单独另设泵房，节约了管线。设备检修室维修站位于生产区域的东南方向。有供交通运输的直接通道，方便到工艺装置。维修站外有加工制作的露天场所。设备检修室的具体位置和与其他生产车间和精馏车间的相对位置储罐区储罐区分为原料储罐区和产物储罐区两个部分。两个部分的储罐区均位于下方口。原料储罐区和生产区域距离大于 50m,产物储罐区和生产区域的距离大于 40m两部分储罐区域军原理生活区和行政服务区。原料储罐区有一个体积为670m3的球罐，这是7天的储存量。连带上低温保障的设备，有8m的外径。产物储罐区有三个球罐，容积为1340m3,这是14天的储存量。每个储罐外径为6m各个储罐之间的间距为》0.6D,符合化工企业设计防火规范。此外，标准规定，容积》5000m3的液体储罐周围设0.3m高的隔堤进行隔离，减少储罐发生少量泄露事故时的污染范围。由于本例中的容积不大，所以没有另设单独的防护墙。最后，储罐组内设置集水设施，并设置可控制开闭的排水设施。原料储罐区和产品储罐区的北面均设有物料操作平台，供产品供应装卸用，距离罐区 15m操作平台上设置有称重区域，当货运卡车经过时在上面称重，以计量运输量。厂区布置的说明表格1）区域系数表2.3-1区域系数表

序指标名称单位数量1卜区占地面积平方米352562建筑占地面积平方米13487.083彖化面积平方米5475.264制墙长度米7465建筑系数%38.256厂区利用系数%64.507|录化系数%15.532）各区域面积表2.3-2各项区域面积“称占地面积（平方米），亍政服务中心1632到班宿舍300］空制中心500入共工程站600电气工程站600“料操作平台287.44，料储罐区493.72消防车间i100

低温保质车间300合成车间I238合成车间II194.4合成车间III132精微车间160消防车间150设备检修室300产物操作平台437.44产物储罐区1037.44消防车间II100消防水池150原料区花坛800四.工艺计算物料衡算设计任务(1)设计项目：乙醛在催化剂情况下进行缩合生产乙酸乙酯 (假定99.5%的乙醛转化为乙酸乙酯)(2)产品名称：乙酸乙酯(3)产品规格：纯度99.5%(质量分数)(4)年生产能力：折算为100%L酸乙酯9950吨/年乙醛缩合法制备乙酸乙酯步骤(1)首先在釜中加入5000L乙酸乙酯、160Kg铝粉、50Kg氯化铝、20Kg氯化铁进行混合，加热回流；随后将2000L乙酸乙酯与1000L乙醇的混合物慢慢加入，反应产生的氢气经盐-水回流冷却器从顶部导出，反应过程中对设备进行冷却并用调节乙醇混合物加入速度来调控反应温度，反应终点以无氢气排出为标志，这时再继续反应1h或更多一点时间即可完成反应，冷却后备用，这个乙醇铝混合物催化剂中含大约 2%勺铝。(2)按每100ml乙醛配9.1g比例的催化剂进入管式反应器进行缩合反应，反应期间通过间接盐水冷却维持反应温度为0C,反应停留时间为2h,结束后进入分离装置.(3)达到平衡状态的混合液通入水洗塔，然后从右侧进料口向塔中加入适量水，搅拌均匀，乙酸乙酯油层由泵抽入精储塔I,塔底残渣另外处理得到氢氧化铝，氢氧化铁等产物。(4)由分离塔I顶部出来的储出液通入精储塔R进行蒸储，由精储塔R底部出来的釜液组成有少量的乙酸乙酯与乙醇。精储塔R塔顶蒸出的乙醛作为管式反应器的第二进料。由塔R底部出来的乙醇-乙酸乙酯二组分回收处理后作为制造催化剂的原料。(5)精储塔I底部出来的釜液进入精储塔田进一步处理。 精储塔田底部残液主要为重组分，由环保环节处理。精储塔田顶部产品为成品乙酸乙酯。物性数据(据化学化工物型数据手册)20c物质密度g/cm3沸点C相对分子质量g/mol乙酸乙酯0.9027788.1乙醛0.783420.844.05乙缩醛0.83102.7118.17乙醇0.7894578.446.07铝2.702246727氢氧化铝78.00

铁7.9275056氢氧化铁106.87水110018.016氯化铁2.90319161.94氯化铝2.45178133.34(1)每小时生产能力的计算根据设计任务，乙酸乙酯的年生产能力为 9950吨/年(折算为100叱酸乙酯，下同)全年按300天计，每天24小时连续工作，年工时7200h。每小时的生产能力为：9950X1000+7200=1382kg/h以上作为物料衡算基准。(2)生产工艺流程图♦化剂制备部分反应部分♦化剂制备部分反应部分令，部分乙醛缩合制醋酸乙酯工艺流程(3)催化剂制取部分物料衡算AL+3GHO+AL（C2H5O）3+H催化剂反应前物料各组分乙酸乙酯铝粉氯化铝氯化铁乙醇140.685kg/h3.565kg/h1.114kg/h0.446kg/h17.59kg/h1596.879mol132.038mol8.355mol2.752mol381.81moln乙醇：n铝=2.89<3所以铝粉过量,乙醇全部反应产生氢气 384.86g催化剂生成后物料各组分乙酸乙酯铝粉氯化铝氯化铁三乙醇铝氢气140.685kg/h128.736g/h1.114kg/h0.446kg/h20.6381kg/h384.86g/h1596.879mol4.768mol8.355mol2.752mol127.27mol190.905mol（4）反应器的物料衡算乙醛缩合生产乙酸乙酯反应如下：2CHCH8CHCOOCHH（主反应）3CHCHO+0-GHmQ+Q（副反应）原料规格：乙醛浓度为99.9%（质量分数）催化剂加入量：乙醛=9.1g:100ml加入：产品中100叱醛量：88.10/x=88.10/1382一x=1382kg/h反应要求:反应转化率选择性乙酸乙酯沉降损耗第一精储塔乙酸乙酯回收率第二精帽塔乙酸乙酯回收率乙醛99.5%99.5%0.01%99.9%99.5%乙醛量为:m=1406kg/h其中：100叱醛量=1406X99.9%=1404.594kg/h水量=1406-1404.594=1.406kg/h加入催化剂量=163.015Kg/h支出：①乙酸乙酯生成量二(1404.594/88.10)乂0.995乂0.99.5乂88.10=1390.583kg/h②未反应乙醛量=1404.594X0.005=7.023kg/h乙缩醛量=1404.594X0.995X(1-0.995)=6.2486kg/h④水=0.4533kg/h⑤催化剂量=163.015Kg/h进出酯化器的物料衡算表如下（以下由 ASPEN（拟得结果）：表一：进出反应器的物料衡算表加入支出在舁厅P物料名称纯度％数量kg/h在舁厅P物料名称纯度％数量kg/h1乙醛99.914061乙酸乙酯1001390.6其中CHCHO1001404.62乙醛1007.0H2O1001.43催化剂-163

2催化剂-1634水1000.455乙缩醛1006.36氧气1001.7合计1569合计1569由反应器出来的反应液进入分离塔，在反应器中反应趋于完全，因此进入分离塔的物料衡算表为：表2:进出分离塔的物料衡算表进料出料在舁厅P物料名称数量kg/h在舁厅P物料名称数量kg/h1乙酸乙酯1390.61乙酸乙酯1531.32乙醛7.02乙醛7.03催化剂1633乙缩醛6.34乙缩醛6.34氢氧化铝11.05水（原料自带）0.455氢氧化铁0.36水（洗涤加入）107乙醇（泵抽走）15.9(D破坏催化剂所需水7.78乙醇（底部排出）1.79水（泵抽走）110水（底部排出）1.711氯化氢1.2合计1577.3合计1577.3

表3进出塔I的物料衡算表加入支出（塔顶）在舁厅P物料名称数量kg/h在舁厅P物料名称数量kg/h1乙酸乙酯1531.31乙酸乙酯0.15312乙醛7.02乙醛7.03乙缩醛6.33乙缩醛04水14水15乙醇15.95乙醇15.9合计1561.4合计24支出（塔底）1乙酸乙酯1531.12乙醛0.00073乙缩醛6.34水05乙醇0.0159合计1537.4总计1561.4

表4进出塔R的物料衡算表加入支出（塔顶）在舁厅P物料名称数量kg/h在舁厅P物料名称数量kg/h1乙酸乙酯0.15311乙酸乙酯02乙醛7.02乙醛7.023乙缩醛03乙缩醛04水14水05乙醇15.95乙醇0合计24合计7.02支出（塔底）1乙酸乙酯0.15312乙醛0.00233乙缩醛04水15乙醇15.9合计17总计24表5进出塔田的物料衡算表

加入支出（塔顶）在舁厅P物料名称数量kg/h在舁厅P物料名称数量kg/h1乙酸乙酯1531.11乙酸乙酯15302乙醛0.00072乙醛0.00073乙缩醛6.33乙缩醛0.01024水04水05乙醇0.01595乙醇0.0159合计1537.4合计1530支出（塔底）1乙酸乙酯1.1412乙醛03乙缩醛04水05乙醇0合计1.141总计1537.4反应器进出物料表

项目支入支出TemperatureC0.00.0Pressureatm1.001.00VaporFrac0.0000.002MoleFlowmol/hr31962.11416073.335MassFlowkg/hr1406.0001406.000VolumeFlowcum/hr1.7532.115EnthalpyMMBtu/hr-5.907-7.308MoleFlowmol/hrC2H4O31884.069159.395C4H8O20.00015783.013C6H14O20.00052.883H2O78.04525.162O20.00052.883Substream:MIXEDMoleFlowmol/hr精福塔I进料塔I塔顶出料（塔n进料）塔I塔底出料（塔出进料）塔n塔顶出料塔n塔底出料塔山塔顶出料塔山塔底出料C2H4O159.4051159.40514.95673E-7157.58131.8238164.95673E-73.0144E-24C4H8O217379.771.73797717378.043.7675E-101.73797717365.0912.95001

C6H14O252.883851.39740E-352.882453.5957E-191.39740E-3.086603352.79585C2H6O344.4721344.1277.34447212.6886E-11344.1277.34447212.6497E-11H2O55.2919555.291932.07088E-54.33215150.959782.07088E-51.3334E-14TotalFlowmol/hr17991.83560.564117431.26161.9135398.650617365.5265.74586TotalFlowkg/hr1561.40624.025321537.3807.02000017.005321530.0007.380178TotalFlowcum/hr1.685293.03229391.8269779.67089E-3.02492821.8180709.12345E-3TemperatureC10.0000054.2838177.2549155.23881107.799477.2019096.32314Pressureatm1.0000001.0000001.0000003.0000003.0000001.0000001.000000VaporFrac0.00.00.00.00.00.00.0LiquidFrac1.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.000000SolidFrac0.00.00.00.00.00.00.0EnthalpyJ/kmol-4.7561E+8-2.5424E+8-4.7051E+8-1.9143E+8-2.6780E+8-4.7049E+8-4.7402E+8EnthalpyJ/kg-5.4803E+6-5.9321E+6-5.3348E+6-4.4152E+6-6.2780E+6-5.3401E+6-4.2227E+6EnthalpyWatt-2.3769E+6-39588.88-2.2782E+6-8609.688-29655.47-2.2695E+6-8656.822

EntropyJ/kmol-K-4.9443E+5-2.7791E+5-4.6422E+5-1.8716E+5-2.8803E+5-4.6350E+5-6.9085E+5EntropyJ/kg-K-5697.241-6484.325-5263.452-4316.852-6752.108-5260.717-6154.350Densitykmol/cum10.6757917.358179.54104316.7423615.991959.5516247.206251Densitykg/cum926.4892743.9569841.4887725.8899682.1717841.5519808.9242AverageMW86.7841542.8591988.1967143.3564942.6572188.10564112.2531LiqVol60Fcum/hr1.751156.03016011.7209968.94723E-3.02121281.7121248.87216E-3五.设备选型催化剂反应釜设计催化剂反应釜类型因为催化剂配制比较危险，三乙醇铝为易燃易爆化学品，同时伴随有氢气产生，故反应釜类型选用间歇反应釜，搪玻璃开式叶轮式搅拌器。催化剂反应釜材料的选择配催化剂时有用到乙醇，因乙醇的腐蚀性很强，对油脂、油漆、橡胶件都会有腐蚀，对金属也有腐蚀性，故反应器材料表面镀搪玻璃的。反应过程首先在釜中加入112L乙酸乙酯、3.6Kg铝粉、1.12Kg氯化铝、0.446Kg氯化铁进行混合，加热回流；随后将44.6L乙酸乙酯与22.3L乙醇的混合物慢慢加入，反应产生的氢气经盐-水回流冷却器从顶部导出，反应过程中对设备进行冷却并用调节乙醇混合物加入速度来调控反应温度，反应终点以无氢气排出为标志，这时再继续反应0.5h或更多一点时间即可完成反应，冷却后备用，这个乙醇铝混合物催化剂中含大约2%勺铝。催化剂两个反应釜并联轮流配制。反应量较少，反应时间经估算t=55min,辅助时间10=5min体积主要有液体构成，忽略反应后体积变化有Q=112+44.6+22.3=178.9L/h3Vr=Q0(tt0)=178.91=178.9L=0.1789m液体为不起泡图沸腾液体故装填系数 f=0.7,由于为搅拌釜反应器故液体装 2/3适宜V=(Vr/f)/(2/3)=(0.1789/0.7)/(2/3)=0.3834m3故总体积选0.4m3催化剂反应釜参数汇总间歇反应釜台数2材料20R(内表面镀搪玻璃)反应釜反应体积30.4m公称直径800m夹套传热回积22.4m设计压力容器内0.25MPa夹套内0.6MPa操作条件(温度、压力)0C1atm搅拌轴公称直径65mm电动机功率1.5kw电动机型号Y90L-4

耳式支座AN3X4电机转速额定转速1400r/min传动装置型号CWS100-250冷却介质冷冻盐水列管式反应器管式反应器材料乙醛有腐蚀性，故普通钢材不能使用，因此使用 0CU8Ni9管式反应器参数管式反应器台数1管式反应器材料0Cr18Ni9反应管公称直径5cm反应器总体积31.65m反应管根数200根单根反应管长度4.2m反应管型式U形管型式（双程）管式反应器壳体公称直径600mm1m长传热面219.40m封头标准椭圆形封头（曲边高150mm直边高25mm）反应器总长/m4.55乙醛储罐乙醛储罐形式的选择搪玻璃卧式储存容器乙醛储罐材料的选择当乙醛与空气中氧气接触时容易氧化为乙酸，对钢材属于强腐蚀性，故保险起见容器内表面镀搪玻璃，主体为20R储罐体积计算乙醛的储备量定为24h处理量，m=1406Kg/h,p=783.4Kg/m3V二（1406/783.4）X24=44故根据《化工工艺设计手册》选取容积为 50m3的储罐乙醛储罐各参数汇总储罐型号W50000HG/T2375-2004数量1储罐材料20R（内镀搪玻璃）公称直径3.4m实际容积355m公称容积一350m设计条件（温度、压力）25c1atm乙酸乙酯储罐乙醛储罐形式的选择搪玻璃卧式储存容器乙酸乙酯储罐选材5.6.35.6.3精储塔塔高计算乙酸乙酯中含有少量乙醇，虽然量较少，但考虑安全性，故选择搪玻璃卧式储罐乙酸乙酯储罐体积计算乙酸乙酯存货量定为36h,m=1529.9739Kg/h,p=902Kg/m3V二（1529.9739/902）X36=62故根据《化工工艺设计手册》选用体积为 63m的容器乙酸乙酯储罐各参数汇总储罐型号W63000HG/T2375-2004数量1储罐材料20R（内镀搪玻璃）公称直径3.6实际容积369m公称体积363m操作条件（温度、压力）25c1atm精储塔I的设计精储塔材料选择因乙醇的腐蚀性很强，对油脂、油漆、橡胶件都会有腐蚀，对金属也有腐蚀性，故塔体材料选用Q235（内镀0Cr18Ni9）o裙座采用铸铁，增强稳定性。精储塔塔径计算取塔板间距Ht=0.4m,开人孔的塔板间距HT=0.8m,裙座高度H=5m板上液层高度hi=60mm=0.06m塔板间距与塔径的关系塔径/D,m0.3--0.50.5〜0.80.8--1.61.6人-2.42.4--4.0板间距/H,mm200--300250〜350300--450350人-600400三-600故塔径取R=1.2mH=25Ht4HtH=200.430.850.325=15.7m人孔方式人孔孔径R=0.4m每七块塔板开一个人孔共三个人孔精储塔n的设计参数汇总表US筛板塔精储塔材料Q235（内镀0Cr18Ni9）塔板数24进料塔板15全塔设计温度（C）50全塔设计压力（atm）3塔图（m15.4塔径（mrm①1200*1200封头形状标准椭圆形封头保温层（mrm50精储塔R的设计精储塔材料选择因乙醇的腐蚀性很强，对油脂、油漆、橡胶件都会有腐蚀，对金属也有腐蚀性，故塔体材料选用Q235（内镀0Cr18Ni9）o裙座采用铸铁，增强稳定性。精储塔塔径计算取塔板间距Ht=0.4m,开人孔的塔板间距HT=0.8m,裙座高度H=5m板上液层高度hi=60mm=0.06m

塔板间距与塔径的关系塔径/D,m0.3--0.50.5〜0.80.8--1.61.6人-2.42.4--4.0板间距/HT,mm200--300250〜350300--450350人〜600400--600故塔径取R=1.2m精储塔塔高计算H-25Ht4HtH=250.440.850,325-18.525m人孔方式人孔孔径R=0.4m每七块塔板开一个人孔共四个人孔精储塔n的设计参数汇总表筛板塔精储塔材料Q235（内镀0Cr18Ni9）塔板数30进料塔板12全塔设计温度（C）87全塔设计压力（atm）1塔图（m18.2塔径（mrm①1200*1200封头形状标准椭圆形封头保温层（mrm505.5精储塔田的设计精储塔材料选择因乙醇的腐蚀性很强，对油脂、油漆、橡胶件都会有腐蚀，对金属也有腐蚀性，故塔体材料选用Q235（内镀0CU8Ni9）,塔盘材料为不锈钢（0CU8Ni9）。裙座对材料无特殊要求故考虑经济因素采用铸铁也可增强塔整体稳定性。精储塔塔径计算取塔板间距Ht=0.4m,开人孔的塔板间距HT=0.8m,裙座高度H=5m板上液层高度hi=60mm=0.06m塔板间距与塔径的关系塔径/D,m0.3〜0.50.5〜0.80.8〜1.61.6〜2.42.4--4.0板间距/HT,mm200〜300250〜350300〜450350〜600400--600故塔径取R=1.2m以塔田为计算示例：溢流装置的确定选用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。单溢流又称直径流,液体自液盘横向流过塔板至溢流堰，流体流径较大，塔板效率高，塔板结构简单，加工方便，直径小于2.2m的塔中广泛使用。工业中应用最广的降液管是弓形降液管。⑶溢流堰长1W精储段：根据塔径=1.2m溢流堰长1W精=0.7D=0.71.2=0.84m提储段：根据塔径=1.2m溢流堰长lw精=0.7D=0.71.2=0.84m2）出口堰高液流收缩系数精微段:V=(R1)D=(21)17.365kmol/h=52.095kmol/hL=RD=217.365=34.73kmol/hVsV父MvmVsV父Mvm精3600:vm精52.095 88.113600 3.19LMl精3600—精34.73 88.113600 902=0.000942提储段:L'：=LqF=34.7317.4311=52.161kmol/hV'=V-(1-q)F=52.095kmol/hVs=V”Mv提V'=V-(1-q)F=52.095kmol/hVs=V”Mv提3600：v提52.095 88.113600 3.19=•0.40m3/sLsLML提3600:l提52.16188.113600902=1.41510J3m3/sa）精储段：2h_2.84EL3hOW- E1000Jw）m3/hLh--塔内液体流量，m3/hLh=3600LSLh3600 9.4210”一——= 2^ =5.24TOC\o"1-5"\h\zlw精 0.84由图查得，一 ， 284 360094210 -近似取E=1.022,贝UhOW=284"^4 )3=0.01577m1000 0.84hw=hL—h0w=0.055-0.01577=0.03923mb）提流段:

TOC\o"1-5"\h\z.. 3Lh 36001.41510一251 25 17.877Iw© 0.84由图查得32近似取E=1.035,则how=——=<1.035x(―—- 『=0.036m1000 0.84hw=hL-how=0.055-0.036=0.019m3)弓形降液管宽度Wd和面积Af■w=0.7查图知DAf——=0.09At=0.15精储段：Af=0.091.13097=0.1018mW=0.15Xl.2=0.18m验算液体在降液管内停留时间Af——=0.09At=0.15精储段：Af=0.091.13097=0.1018mW=0.15Xl.2=0.18m验算液体在降液管内停留时间弓形障液管的•教LJMZ0SQ4D3OCQ-a-Bl-dl»DQoooo二、『噌餐、注口.40.50.60.7O.&0.9AfHTLS0.10180.40.000942=43.23s5s提镭段:_ _ 一2Af=0.0901.131=0.1018mWd=0.151.2=0.18mAfHtLS0.10180.350.001415=25.18s5s停留时间9>5S故降液管尺寸可用4）降液管底隙高度

降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离，以 ho表示。降液管底隙高度应低于出口堰高度hw,（hw-ho）不应低于6mmt能保证降液管底端有良好的液封.工程上ho一股取20-25mm本次设计中取22mmhw-ho=39-22=17mm>6mm故降液管底隙高度设计合理。安定区与边缘区的确定1）入口安定区塔板上液流的上游部位有狭长的不开孔区，叫入口安定区，其宽度为Ws。此区域不开孔是为了防止因这部位液层较厚而造成倾向性液封， 同时也防止气泡窜入降液管。一般取WS=（50~100）mm精微段取WS=70mm提镭段取WS=70mm2）出口安定区在塔板上液流的下游靠近溢流堰部位也有狭长的不开孔区，叫出口安定区，其宽度与入口安定区相同，亦为W4。这部分不开孔是为了减小因流进降液管的液体中含气泡太多而增加液相在降液管内排气的困难。精储段取 WS=70mm提镭段取WS=70mm3）边缘固定区在塔板边缘有宽度为W的区域不开孔，这部分用于塔板固定。一般WC=（25~50）mm精微段取WC=40mm,l镭段取WC=40mm=塔板分块数（提储）=3D精=口提==塔板分块数（提储）=3所以查表得：塔板分块数（精储）工艺要求：孔径de=0.028m精储段取阀孔动能因子 F二二10孔速u0C=j0 =J0 =5.6m/s^ JPv精 V3.19浮阀孔数Vs0.4一d0浮阀孔数Vs0.4一d0U0,c4二 2—0.028 5.64=116.002=117（个）取无效区宽度 Wc=0.04m安定区宽度WS=0.07m弓形降液管宽度 Wd=0.18m开孔区面积 Aa=2x,R2-x2—R2sinJ-=0.7294m2_ 180R其中R=D-Wc=0.562x=D-(WdWs)=0.35m2e=0.5D-377(n-3)-18(n-1)-400-2mlD.2000mm,m=20mm.D2000,m=30mmD<2000mm,e=362mm浮阀排列方式采用等腰三角形叉排图如下：图726篇孔与阀孔的排列方式图726篇孔与阀孔的排列方式tQ*排“b1乂棒经过精确绘图，得知，当t'=65mmhJ■，阀孔数N实际=117个按N=118重新核算孔速及阀孔动能因数：孔速Uo=Vs/(ttX1/4Xd2XN)=5.55m/sF0=uoX(pv,m)0.5=11.13阀孔动能因数变化不大，仍在9〜12范围内。do开孔率中=N(际(一1)2=117父0.0010563=12.46%/D

（•••5%<%<14%,符合要求）故：t=75mm,t'=65mm,阀孔数N实际=117个.••则每层板上的开孔面积A=AaX小=0.7294X12.46%=0.09089m2提留段：TOC\o"1-5"\h\z取阀孔动能因子 F0=10F孔速u0C=^°—=1° =5.6m/s0.4=116.002球117（个）浮阀数4二，2 .一0.4=116.002球117（个）浮阀数4二，2 .一d0U0,C2 -—0.028 5.64取无效区宽度 WC=0.04m安定区宽度 WS-0.07m弓形降液管宽度 Wd=0.18m开孔区面积Aa=2xR-x2开孔区面积Aa=2xR-x2—180R2sinJ-=0.7294m2

R其中R=D-_WC20.56=0.35m由图可得实际浮阀孔数=0.35m由图可得实际浮阀孔数N（际=117个U0,C实际Vs0.4U0,C实际Vs0.4,・二2 二， ,2—d°N实际-（0.0287父1174 4=5.55m/sF0实际=U0,C实际*V提=1卜13阀孔动能因数变化不大，仍在9〜12范围内•••开孔率中’=n（际（d0）2=117^0.01056=12.46%/D

(•••5%<%<14%,符合要求)塔盘流体力学验算a.塔板压降校核干板压强降a）精储段：浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为 U0.c2一5.34MuoX2一5.34MuoXn精

hC二 2MgMPl精=0.027m液柱5.345.312=0.027m液柱29.81902液层阻力h1(hh1(hwhow)£取0.45h1=0.450.055=0.02475m液柱液体表面张力数值很小，设计时可以忽略不计h=hc+h1+|1门=0.027+0.02475=0.05175m液柱pci气体通过每层塔板的压降△P为△P=hpMPL,精Mg=0.05175M902M9.81=457Pa<640Pab)提储段：U0,c=(73.1/pv,m)(1/1.825)=5.31m/s2 、 2h。=0.027m液柱5.34Mu。:Pv提_5.34^5.31h。=0.027m液柱2g ，提 - 29.81902液层阻力h1=.(hwhow)£取0.45h1=0.45黑0.055=0.02475m液柱液体表面张力数值很小，设计时可以忽略不计1%=h+h1+hb=0.027+0.02475=0.05175m液柱pc气体通过每层塔板的压降△P为△P=hp父PL,精父9=0.05175M902M9.81=457Pa<640Pa

5.5.3.3 降液管停留时间液体在降液管内停留时间a)精储段：3600Af3600AfHT6= Lh36000.10180.436000.000942=43.22s5sb)提储段:3600AfH3600AfHt0二 Lh36000.10180.436000.001415=28.77s5s故降液管设计合理b.液泛的校核为了防止塔内发生液泛，降液管高度应大于管内泡沫层高度。即：巾(Hr+hvW)l-d=hw+how+hd+hp+Ahd=0.2(LJ(lWho))2甲醇-水属于一般物系，山取0.4对于浮阀塔0贝UH=hw+h0w+hd+hp+z\=0.055+0.2(0.000942/(0.84 X0.022))2+0.06045=0.1272m山(Hr+hvw)=0.4(0.4+0.04694)=0.1788m因0.1272m<0.1788m,故本设计中不会出现液泛5.5.3.4 雾沫夹带综合考虑生产能力和塔板效率，一般应使雾沫夹带量eV限制在10蛆下，校核方法常为:控制泛点百分率F1的数值。所谓泛点率指设计负荷与泛点负荷之比的百分数。其经验值为大塔F1<80%-82%a）精储段:CF泛点负荷因素由HT=0.4mPV，精=3.19kg/m3查表得Cf=0.115K=1.0Zl=D-2Wd=1.2-20.18-0.84mA=Ar-2Af=1.131-20.1018=0.9074泛点率Vsxj 巴二 +1.36MLsMZl\lPL,精一Pv,精

1二 KCfAb3.191.4751::: 1.360.0009420.84\902-3.1910.1150.9074=61.01%:二80%b）提储段:CF泛点负荷因素由Ht=0.35mPV,提=3.19kg/m3查表得C'f=1.05K=1.0Zl=D-2Wd=1.2-20.18=0.84mAb=AT-2A,f=1.131-2x0.1018=0.9074V's泛点率F'1二 J——V^ +1.36XL's^Zl[Pl,提一Pv,提KC'fA'b3.191.6223。 +1.36乂0.001415M0.84\902-3.1911.050.9074=66.08%:二80%故本设计中的雾沫夹带量在允许范围之内二.对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过 80%计算出的泛点率在80犯下,故可知雾沫夹带量能够满足ev<0.1kg液/kg（干气）的要求。e.漏液验算a）精储段：对于浮阀塔，阀孔动能 因数Fo=5F0 =U0,min V,精=5TOC\o"1-5"\h\z5 5u0,min= = =2.8m/s" 3.19Vsmin=u°min—d2n=2.8—0.0282117=0.2m3/s4 40.2m3/s<Vs'=1.6223m3/s,可见不会产生过量漏液。b）提储段：对于浮阀塔，阀孔动能 因数Fo=5,二F0=U0,min父J，V，提=5TOC\o"1-5"\h\z5 5U0,min= = =2.8m/SJPv,提 43.192 2 3.Vsmin=u0min d0n=2.8 0.028 117=0.2m/s40.2m3/s<Vs'=1.6223m3/s,可见不会产生过量漏液。①液相下限线因堰上液层厚度how'为最小值时，对应的液相流量为最小。设how,小'=0.006ma）精储段:以m=2.84xl0-3^2-3mLv=0.84LS2’0.006>1000以m=2.84xl0-3^2-3mLv=0.84LS2’0.006>1000；3lw<2.84父1 33600=0.00071652b）提储段:mLv=0.84LS2’0.006父1000；3lw<2.84父1 33600=0.00071652②液相上限线②液相上限线当停留时间取最小时，Ls'为最大，求出上限液体流量Ls'值（常数），在V——Ls图上，液相负荷上限线为与气体流量VS无关的竖直线。以日二5s作为液体在降液管中停留时间的下限，因Af=0.1018m2,HT=0.4「8=AH/Lsa）精储段：则Ls,大=0.1018X0.4/5=0.008144m31sb）提储段：WJLs,大'=0.1018X0.35/5=0.007126m3/s③漏液线a）精储段：对于浮阀塔，阀孔动能 因数F0=5F0=u0,min \：V,精=55 …，u0,min= = =2.8m/sU0,min53.19.：v精 3.19U0,min53.19据此可作出与液体流量无关的水平漏液线④雾沫夹带线K=1.0a）精储段：CF泛点负荷因素由HT=0.4mPV,精=3.19kg/m3查表得Cf=0.115K=1.0ZL=D-2Wd=1.2-20.18=0.84mA=A-2Af=1.131-20.1018=0.9074Vs泛点率FiPl,精一*v,精1.36LsZLKCfVs泛点率FiPl,精一*v,精1.36LsZLKCf Ab根据经验值，因该塔径1.2m控制其泛点率为80%代入上式K物性系数查表得K=1,Cf泛点负荷因素，查表得G=0.115代入计算式，整理可得：0.4086VS11.9903LS=0.8b）提储段:CF泛点负荷因素由Ht=0.35mPV,提=3.19kg/m3查表得Cf=1.05K=1.0泛点率F11.36LsZLKCF Ab根据经验值，因该塔径1.2m控制其泛点率为80%代入上式•.ll=D-2W=1.2-20.18=0.84Ab=AT-2A,f=1.131-2x0.1018=0.9074K物性系数查表得K=1,Cf泛点负荷因素，查表得G=0.105代入计算式，整理可得：0.3639VS12.9792LS=0.8由上式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个 Ls值，依式算出相应的VS值列于下表中。LS 0.0001 0.0005 0.001 0.002 0.003 0.005 0.0055 0.006VS 2.27303 2.2612 2.24638 2.2168 2.18714 2.1279 2.1131 2.0983由上式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个 Ls'值，依式算出相应的Vs'值列于下表中LS' 0.0001 0.0005 0.001 0.002 0.003 0.005 0.0055 0.006VS' 2.59484 2.58057 2.56274 2.52707 2.49141 2.42007 2.4022 2.3844⑤液泛线为了防止塔内发生液泛，降液管高度应大于管内泡沫层高度。hp=hchsh；「Hd=hphLhdHt hw =hphL hd=hc hi h二7hd由上式确定液泛线。忽略式中与项，将以下五式代入上式,5.34hwhowhow2.84ELhow2.84ELh1000hd=0.153二1lwho:0.153Uohd=0.153二1lwho:0.153Uo得至上HthwV-5.34PvU。20.153LS[lwho2.1」■)hw2.84「E100033600LY

—k1wJ因物系一定，塔板结构尺寸一定,则为、即、儿、％、内、Pl、耳及小等均为定值，而"因物系一定，塔板结构尺寸一定,与匕又有如下关系，即：U。= S—二2—d0N4式中阀孔数N与孔径4亦为定值。因此，可将上式简化成匕与L的如下关系式:2… ^2aVS=b-cLs-dLS3其中：a=1.91 105 (—――r)Plnb=HT(——P-1)h0.153(lwh。)d=2.84m10-3mE父(1+B)父C36001wP=0.5 4