14ta醋酸乙烯装置工艺设计

t/a醋酸乙烯装置工艺设计摘要此项目经过大量文献查阅后，采用乙烯气相法经过列管式换热器制作醋酸乙烯酯的方法，对比于电石乙炔法、避免了反应器机械强度不高、催化剂活性下降太快、生产能力低、催化剂寿命短的缺点，秉承着环境友好的理念，副产物二氧化碳可以最大程度吸收并再次利用，实现了对资源的充分利用。本项目运用Aspenplus模拟软件对工序中的合成、吸收、精馏部分进行模拟操作，使用AspenEDR软件对工艺中的换热器热交换部分进行深度优化处理，使用cup-tower软件对精馏塔进行水力学校核。通过对工艺的深度分析，完成对本次工艺设计的可行性设计。关键词：乙烯气相法；醋酸乙烯；催化剂AbstractTheprojectafteralargenumberofliteraturereview,theethylenegasphasemethodisadoptedthroughtheshellandtubeheatexchangerproductionprocessofvinylacetate,calciumcarbideacetylenemethodcomparedtotraditionalprocess,avoidthereactorisnothighmechanicalstrength,catalystactivityfallsofast,theshortcomingsoflowproductioncapacity,shortcatalystlife,upholdtheconceptofenvironmentalfriendly,by-productscarbondioxidecanabsorbanduseagain,tothegreatestextentachievedtomakefulluseofresources.Inthisproject,Aspenplussimulationsoftwarewasusedtosimulatethesynthesis,absorptionandrectificationpartsoftheprocess.AspenEDRsoftwarewasusedtoconductin-depthoptimizationoftheheatexchangepartoftheheatexchangerintheprocess,andcup-towersoftwarewasusedtoconducthydraulicscheckontherectificationtower.Throughthein-depthanalysisoftheprocess,tocompletethefeasibilityoftheprocessdesign.Keywords:Ethylenegasphase;ethyleneacetate;catalyst

目录第1章厂址选择 11.1编制依据、指导思想及原则 11.1.1编制纲要 11.1.2编制提纲 11.2厂址选择 11.2.1设计规范 21.2.2厂址图片 31.2.3设计地区自然环境条件 31.2.4总平面布置图 41.2.5车间介绍 4第2章工艺设计和流程模拟 62.1原料与产品简介 62.2合成工艺介绍 62.3反应动力学方程 72.4三废及其处理 7第3章物料衡算 83.1流程草图简介 83.2物料衡算 83.2.1工艺流程 83.2.2进料组成 93.3建模 103.4物料衡算表 17第4章能量衡算 184.1换热器能量衡算 184.2换热网络优化 194.2.1夹点技术简介 194.2.2换热网络优化 20第5章反应器设计 225.1反应器设计计算 225.1.1反应器选择 225.2主副反应式 225.3反应器建模 235.4反应器设计计算 235.5换热面积核算 245.6保温层设计 255.7人孔 26第6章塔设计 27第7章泵选型 35第8章换热器设计 36结论 40附录 41参考文献 42致谢 43 厂址选择1.1编制依据、指导思想及原则1.1.1编制纲要（1）坚决跟随国家政策，积极创新，推进中国经济发展，严格控制好工程质量;（2）尊重环境，长远发展，绿色生产，智能制造，高端创新，提高我国制造业竞争力；（3）科学规划，布局合理，避免资源浪费，整合资源，与信息技术融合，打造出一个先进的工业信息技术中心；（4）遵循一次设计，分期开发的原则，避免厂区的铺张浪费，既要保证厂区有足够的发展资源，又要节约土地资源，避免项目攀比造成的资源浪费行为。（5）积极吸取国内外先进经验，充分考虑市场需求，保证生产经营符合实际需求。1.1.2编制提纲表1.1编制原则《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三五规划纲要》《化工工厂初步设计文件内容深度规定》HG/T20688-2018《化工建设项目可行性研究报告和深度的规定》2012年版《建设项目经济评价方法与参数》第三版《产业结构调整指导目录》2011年本1.2厂址选择化工厂的厂址选定于黑龙江省大庆市庆化路旁。选择厂址时一定要综合考虑主要、次要原料来源、运输储存条件、结合资源情况，当地政策扶持等，对自然资源的合理利用和环境保护都有深远的影响，化工厂厂址选择应远离交通要道，铁路，码头等，避开城市高压电路，不压城市地下管线，项目产生废气，要处于城市下风向，厂区用地面积要尽量满足日常生产需求，预留发展用地，避免大量浪费耕地面积。厂区中要流出废料废渣放置地，我们最终将厂址定在位于黑龙江省大庆市庆化路旁。1.2.1设计规范表1.2设计规范《化工企业总图运输设计规范》GB504892009《化工企业建设节约用地若干规定》GB501872012《建筑设计防火规范》GB500162014《石油化工企业设计防火规范》GB501602008《工业企业总平面设计规范》GB501872012《化工装置设备布置设计工程规定》HG054620091.2.2厂址图片图1.1厂区地址图1.2.3设计地区自然环境条件大庆市位于中国东北部地区，辖区面积大约22000平方公里，属于黑龙江省的地级市，以平原为主，海拔平均145米，全年平均气温变化较大，低温天数远多于高温天数，大庆市历史最低气温零下39.2℃，历史最高温度39.8℃，全市五个辖区四个县，地底石油和天然气储量丰富，适合石油化工企业驻扎，大庆市处于北温带季风气候区，温度变化大，升降剧烈，全年气候无常。1.2.4总平面布置图图1.2厂区布置图在设计厂区平面布置图时，考虑到原料及产品在生产储运过程中含有大量乙烯、氧气、乙醛等易燃易爆的危险化学品，为工作人员安全，储藏区域和人员聚集分开在厂区对角线位置，消防水站在距离罐区和车间最近位置，厂区内主路包裹所有厂区，一旦发生火灾，专业消防人员可以从各个位置第一时间达到起火位置展开扑救工作。车间的摆放位置结合当地风向情况，避免有害有毒气体聚集制使人员伤亡，最大程度降低隐性危险存在可能性。根据设计规范，优化产业空间布局，节能降耗，安全生产，要求许可时，应联合集中布置，集中控制，建筑物宜合并布置，管廊位置合理易维护，减少管道交叉，降低厂区建筑成本，街区需要合理划分，厂区通道应留有足够运输以及未来发展空间，电网建设合理，控制削减化石能源消耗量。1.2.5车间介绍厂区布置为长350m宽306m的矩形，其中包括了生产车间，公用工程中心，水池、管廊、仓储区、装卸区、管理区等，厂区中横贯东西为主要交通干道，是货流主要道路，南北为员工主要道理，厂区道路管理遵循人车分流原则。此工业厂房在甲类生产类别之中，所有建筑物的耐火等级应该达到三级以上。安全出口位置应该布置合理，每层紧急出口应不少于两个，门宽应符合设计规范宽度，针对高层厂房区域布置紧急消防电梯。因为厂房内原料和产物或存有蒸汽有爆炸危险，厂房建筑成敞开或半敞开式进行通风。有必要时安装新风系统进行强制通风。本项目的罐区包括两个醋酸原料罐，两个乙烯原料罐，两个醋酸乙烯产品管。防火距离按照建筑设计防火规范的相关设计标准布置。本厂的消防站依赖于总厂，在厂区辅助生产区设置了消防分站。主要采用水消防，泡沫最为辅助消防，有存在需求。所有车间内必须配备有火灾探测器，连接火灾自动报警系统，24小时监控厂区安全，安装自动喷淋灭火系统。在储罐区，建立一整套完整有效的消防系统，必须设置室外消火栓灭火装置，还要配备固定式的泡沫消防设施和移动的空气泡沫装置，备有发电装置，广播装置，照明装置等。

第2章工艺设计和流程模拟2.1原料与产品简介本项目产品由乙烯、醋酸和氧气三部分组成表2.1原料使用量成分流率乙烯4100kg/h醋酸50000kg/h氧气12500kg/h2.2合成工艺介绍本项目采用气相氧化和成法最终合成醋酸乙烯酯，原料气（醋酸+乙烯）经过醋酸蒸发塔和使用换热器和压缩机升温升压后氧气通过混合器充分混合后进入载有钯、金贵重金属催化剂和醋酸钾助催化剂[4]的气相列管式固定床反应器在条件180℃、0.78Mpa下反应，及时移走热量把未反应的乙烯分离经压缩机生压后重新使用进入醋酸蒸发塔循环使用，符合绿色发展的目标。反应后混合物流经使用汽水分离器分离后，气体通入醋酸水洗塔、二氧化碳吸收塔和精馏塔等一系列吸收精制工艺后产出醋酸乙烯酯成品。主反应：C2H4+12O2+CH3COOH=CH3COOCHCH2+H2副反应：C2H4+3O2=2CO2+2H2OCH3COOH+2O2=2CO2+2H2O2C2H4+2CH3COOH+3O2=2CH3COOCH3+2H2O+2CO22C2H4+2CH3COOH+3O2=2CH3CHCHO+4H2O+2CO2C2H4+CH3COOH=CH3COOC2H3C2H4+12O2=CH3CHO2C2H4+4CH3COOH+O2=2(CH3COO)2C2H4+2H2O[5]2.3反应动力学方程CTV-Ⅲ型:2.4三废及其处理表2.2废气信息属性排放气名称气体组成排放量Nm3/h排放点处理方式名称含量mol%废气T203塔排空气体CO21.7611.51T203塔达到排放标准后排空N298.24塔顶不凝汽精馏塔塔顶不凝汽精馏塔进入火炬系统表2.3废固信息排放废渣名称废弃物名称排放量（吨/年）排放点排放去向处理方法Pd5Bi2PbFe/CaCO3催化剂Bi2O3等1.6R0101反应器供应商回收回收生产包装物低毒或腐蚀性20.00生产使用送资质单位处理降解生活垃圾生活垃圾15.00生活区送至垃圾处理站降解第3章物料衡算3.1流程草图简介本项目有三个阶段，即气相合成阶段、CO2吸收阶段和精馏阶段。图3.1流程草图3.2物料衡算本项目的物料衡算由aspenplus模拟得出，aspen作为现在通用的大型化工模拟软件，拥有很强大的模拟计算能力，aspen在1982年推向市场，强大的模拟运算能力和完整的数据库迅速征服石油化工行业，成为了化工界内标准模拟软件。AspenTech公司经过20多年研究努力，aspenplus形成及稳态模拟、化工研究、数据衡算、过程确认和经济分析于一身，具有十分强大的物性数据和集成能力的工业软件[9]。3.2.1工艺流程14万吨/年醋酸乙烯生产装置工艺流程如图所示（反应部分）[10]：图3.2合成工段工艺流程图3.2.2进料组成此进料表格是所有模拟的基础，后续的流程都基于此进料组成，进料流量为176525kg/h。表3.1原料成分表名称分子式质量百分率乙烯C2H40.5428氧气O20.0771醋酸CH3COOH0.29653.3建模图3.3输入组分图除了主要成分外，还有水、二氧化碳等其他副产物生成，把反应中涉及到所有成分全部输入如表：物性方法选择如下图3.4输入条件图模型选择：表3.2装置模块表装置模块备注压缩机Compr压缩气体提高压力换热器Heater升高或降低温度混合器Mixer混合不同物料分离器FSplit分离不同物料反应器RPlup制备醋酸乙烯蒸发塔RadFrac醋酸和乙烯升温水洗塔RadFrac乙烯循环重新反应精馏塔Distl提纯进料对转化率输入图3.5输入条件图表3.3进料表类型压力温度进料量相态进料800Kpag175℃176525kg/h气相进料在反应器内反应后混合物流进入换热器，反应器放置两个，目的是使主副反应分开计算，模拟更加方便，反应器一为主反应器参数设定如下：图3.6反应器参数图反应器二主要为副反应，参数如下：图3.7副反应器模块图反应后经过换热器，换热器设定温度为135℃，压降设置50kpa。图3.8换热器设定表再经汽水分离器，压降设置为50kpa，图3.9汽水分离器设定表再经过换热器温度设为40摄氏度，压降50kpa图3.10换热器设定表进入醋酸水洗塔，水洗塔共有10块塔板，塔上方使用醋酸喷淋，上方主要排出乙烯循环使用，下方排出产品去精馏塔。图3.11水洗塔设定表图3.12水洗塔进料流股设定表醋酸水洗塔上方气体进入分离器，气体主要为乙烯，去循环使用，分流分率为0.7。其他混合气体进入吸收塔，吸收CO2等其他气体。使用水在第一块塔板进入，醋酸和水在第12块塔板进入，混合物流在地25块塔板上方进入，吸收塔共有25块塔板，在第23和25块塔板之间建立中段回流。图3.13醋酸水洗塔条件图吸收塔上方气体加入EDA混合后进入CO2吸收塔图3.14吸收塔条件图吸收塔下方混合物进入解析塔，解析出EDA循环使用。醋酸水洗塔的下方产物进入精馏塔精馏提纯产物。精馏塔选用严格精馏模块，需要确定好回流比和流出物进料比以及塔板数。第一精馏塔设置如下：图3.15第一精馏塔条件图塔底流出物进入第二精馏塔，设置好第二精馏塔图3.16第二精馏塔条件图塔顶流出物进入第三精馏塔图3.17第三精馏塔条件图塔顶轻组分就是醋酸乙烯产品

3.4物料衡算表温度C压力bar蒸汽分率摩尔流量kmol/hr质量流量kg/hr体积流量cum/hrR101进175.680015047.742176525.119954.76725176525.121301.74T101进40.8300515000832.6045000047.5241进120115013826.2451141259713.064出136.888001.7471000.117出128.785014657.102164025.115019.51T102进40548.6750.7084767.32176525.113193进276000416.3022500023.365出41.8348.67513378.235104464.419126.28出38.4368.67501805.38697060.69103.914T201进150.2150011020.32131552.372180.311进4015000375.12618265.2118进2515000827.59514909.3615出27.714001894.38327191.11490.346出79.3143001328.65837535.8443.569出79.3143001061.9123000034.822出60.3143001061.9123000033.887T202进142.5161160002839.963800000.014329进27.7359414000.999964758.422920349.190.522135出158.5551130012897.82387232.870.0219出102.27913200907.341327582.030.384339T203进86.090454000.0543962839.963800000.014329出84.3016115012897.82387232.870.0219出142.33421800907.341327582.030.384339第4章能量衡算4.1换热器能量衡算全面完成国家节能减排目标。进一步提高化工企业的节能、节水和减排的标准。根据国家发改的要求和属地管理规则，化工行业加强跟踪，评价和指导，为政府节能减排提供技术支持和咨询。利用技术促进化工节能减排。本文简要介绍了换热器网络的动态特性。夹点技术是一种方法最简单、使用最方便的换热网络优化方法。接下来稍稍介绍一下夹点技术的原理，在换热流股导出的数据中，运用夹点技术对冷热流股热量相互交换。使用aspen对设备进行能量衡算之后，使用aspenEDR对换热网络进行优化。以换热器E102进行热量衡算得到换热器的热量衡算表表4.1流量焓值计算表进出口inout温度C106.283631766581120压力bar13.0132512.51325蒸汽分率11摩尔流量kmol/hr3801.802691388163801.80269138816质量流量kg/hr112722.397375121112722.397375121体积流量cum/hr9216.518118911279931.27460057445焓Gcal/hr12.849837280834913.4804068942642表4.1热负荷表WQHeatDutyGcal/hr00.630569613表4.1.3热量平衡表WGcal/hrQGcal/hrHinGcal/hrHoutGcal/hrRelativeerror00.63056961312.849837313.4804069-0.04677674934.2换热网络优化4.2.1夹点技术简介在实际的化工工艺操作过程中会出现多股冷热流体，目的是使需要升温冷物流吸收热量，需要降温物流移走热量，两种流股相互作用，回收热量，使能量利用最大，该方法需要考虑到投资建设经费、冷热物流温度控制等问题。冷热流股的热量交换数值与冷却水和加热蒸汽量的关系可用温-焓（T-H）图。表示多条冷热物流在温焓图（T-H）中分别集成为一条冷物流曲线和一条热物流曲线，两条曲线在H坐标轴投影，重叠部位即为可以回收的能量范围，热复合曲线在H坐标轴投影重合以外部分即为需要消耗冷却水移走热量，冷物流在H坐标轴投影重叠以外部分为需要蒸汽加热耗量，当冷热物流曲线在横坐标轴方向相互靠近时热回收量增大，冷热工程消耗量减小。冷热物流曲线纵向最接近位置传热温差最小，热回收量最大[11]。冷热物流曲线运动纵坐标最近的点称为夹点[12]。总组合曲线——在温焓图(T-H)横坐标为零的点叫做夹点。4.2.2换热网络优化使用AspenPlus流程模拟完成无错误后，，通过AspenEnergyAnalyzer读取数据，对物流信息删减后，选择公用工程的类型及温度。由导入数据得出温焓图（T-H）图4.2冷热流股折线图图4.3优化前换热网络得出总组合曲线图，得出夹点温度优化出最佳换热网络图4.4总复合曲线图图4.5优化后换热网络图第5章反应器设计5.1反应器设计计算5.1.1反应器选择此项目使用气相列管式固定床反应器，具有装置简单，催化剂磨损消耗小便于控制的优点，在反应过程中不断加入醋酸钾助催化剂，可以有效地避免过度反应和反应不足，保证了反应收率。避免了流化床返混严重的缺点，造成反应物转化率地下，为了使催化剂处于悬浮状态，对催化剂粒径要求极高。并且催化剂在反应器中连续碰撞，造成了催化剂的损失严重，对于反应影响严重，并且对于下游分离工艺也造成一定影响。5.2主副反应式主反应:CH2=CH2+1/2O2+CH3COOHCH3COOCH=CH2+H2O副反应：CH2=CH2+3O2 2CO2+2H2OCH3COOH+2O22CO2+2H2OCH2=CH2+1/2O2CH3CHO2C2H4+2CH3COOH+3O22CH3COOCH+2H2O+2CO22C2H4+4CH3COOH+O22(CH3COO)2C2H4+2H2O2C2H4+2CH3COOH+3O22CH2=CHCHO+4H2O+2CO2C2H4+CH3COOHCH3COOC2H55.3反应器建模图5.1反应器动力学输入图图5.2反应器动力学输入图5.4反应器设计计算本反应采用国产CVT-Ⅲ型催化剂，空速最佳选择2000h-1，利用下面算式计算反应器有效反应体积：进入反应器气体体积流量:64193.71m3/h体积的空速：2000h-1确定反应器有效体积（留有操作裕量）33m3催化剂装填质量：查阅化工原理，由R0101反应的特点及催化剂颗粒大小，最终选定列管的管径规格为38×2.6mm的无缝钢管列管长度为8m装填剂200mm,保护剂200mm。单根管的体积为Va=πd反应管数N=V装填Va列管采用正三角形排列，实际列管数取:n=5001根反应器示意图见图：图5.3反应器示意图空床操作气速uo=0.81478658m/s壳体内经=管心距*（对角线管数-1）+（2-3）*反应管直径=48*（78-1）+（2-3）*38=3658mm,热电耦插入200mm，反应器直径圆整为4.1m.5.5换热面积核算Aspen模拟得出反应器热负荷为29574.67KW，根据罗森诺公式计算出管外给热系数q:q=24326.2919w/m2k总传热系数1/K=1/ai+b/λ+1/aoai管外给热系数ao是床层给热系数b为壁厚λ为导热系数K=578.883963w/m2k需要的传热面积为;实际换热面积：A实=n×π×d×L=5001×3.14×0.036×8=4654.4107m2A实际换热面积＞A需要换热面积，此反应器的换热能力可以达到传热水平。面积余量为0.570641两端采用标准椭圆封头即可满足使用需求，在文件JB/T4737—2002《钢制压力容器用封头》查找EHA标准椭圆封头，其公称直径在此处即为内径，选择，得到对应尺寸为：曲面高度，直边高度，壁厚与筒体一致，。筒体顶部空间：根据《压力容器手册》，筒体底部空间：根据《压力容器手册》，因此，得到反应器总高度H:H=2×（h1+h2）+L+Ha+Hb=2×（600＋50）＋8000+1000+1000=11300mm以气体进口管为例，气体流速在3~6m/s之间，这里取3m/s。=73mm由GB/T17395-2008选取合适无缝钢管，外径=73mm，厚度=2.6mm。由Aspen模拟得到进口物流的一系列物性参数：粘度μ=0.1cp，气体的质量流速G=7.12kg/（m2.s）。根据厄根方程计算反应器的床层压降：计算修正雷诺数Rem计算床层压降压降=1.75*（1-0.38）/0.383*8.742*0.00525=21852.6137Pa床层压降=21.8526137*7.6=161.709342kpa5.6保温层设计本项目设计的R101反应器中反应为大量放热过程，且反应器内温度需要稳定维持在180℃，所以反应器内。因此反应器内部需要具有极好的保温效果才能对反应器内温度进行精确控制。所以内部部件使用硅酸铝纤维进行包裹处理，硅酸铝纤维具比热容低、热导率低、热稳定性好、韧性好的特点。[14][15]保温层厚度20mm。5.7人孔本项目催化剂装填在反应器内列管之中，所以为了使工作能快速稳定的进行和对内部检查维修方便，需要在反应器壳体上设置人孔，根据标准HG/T21514-2005《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》，人孔接缝处选择使用垂直吊盖板式平焊法兰人孔，人孔的开通直径选择为直径DN=450mm。第6章塔设计打开AspenPlus软件，我选择的使V9.0版本，对塔T102塔添加TraySizing进行水力学设计计算，点击运行得到水力学参数表，由AspenPlus模拟运行后打开Profiles，在Profiles中找到Hydraulics，可以在Hydraulics找到水力学数据表。从水力学数据表中找到气液相负荷最大的塔板，使用此块塔板进行设计计算。下表为T102的进出流股数据表6.1流股数据表进进出出相态混合液相气相液相温度C402741.78349857974838.415893072219压力kPag548.675600348.675368.675摩尔流量kmol/hr4767.31753303586416.3019861268193378.23406980511805.38544935758质量流量kg/hr176525.06293741125000104464.42231305497060.6406247508AspenPlusV9.0的水力学计算出的表格，选择使用第1块塔板为依据计算T102塔数据。根据GB150-2011，压力容器操作压力指压力容器顶部气相压力。塔顶装有安全阀，考虑到安全阀开启动作的滞后，塔不能及时泄压，设计压力应为1,05—1.1倍的塔的工作压力。所以本塔的设计压力为0.5Mpa。Aspen模拟出的塔板数和进料位置图6.1塔条件图图6.2流股位置图得到塔尺寸信息图6.3塔尺寸图塔的材质904L超级奥氏体不锈钢成分中含有14.0-18.0%的铬、24.0-26.0%的镍和4.5%的钼。904L不锈钢具有超强抗腐蚀能力能有效地防止乙酸腐蚀[16]，对H2SO4类非氧化性算表达出很好的耐腐蚀性，在中性含氯离子溶液中表达出很好的耐点蚀性。在非氧化性酸如硫酸、乙酸酸、甲酸、磷酸中具有很好的耐蚀性，在常温常压下不与任何有机酸发生反应，几乎不受到腐蚀[17]。在中国境内牌号为：00Cr17Ni14Mo3。空塔气速计算如下确定一个合适的空塔气速是计算空塔直径的关键。雾沫夹带决定了气速的上限，漏液线决定了气速下限，在雾沫夹带线和漏液线之间就是我们最需要的空塔气速，空塔气速最常使用最大气速来决定，为了避免雾沫夹带和液泛情况在塔内发生，安全系数取0.7，即：u=0.7umax图6.4史密斯关联曲线在史密斯关联图中可以得到信息，确定我么们需要的负荷因子C20=0.06970，σL=23.29mN/m，将其代入校正公式，即;C=将负荷因子C代入最大空塔气速计算公式，得：umax=CρL−ρV最大气速为0.7166m/s代入公式，仔细计算得到我们需要的结果：u=umax0.7=0.5016m/s精馏塔的直径可由精馏塔内上升蒸气的体积流量和空塔通过精馏塔截面的气流速度得到，将前面计算数据代入公式，得：D=水力学核算图6.5浮阀图查找文件《塔的工艺计算》得知，我们设计的塔直径大于0.9m，安全因子要选择0.82，体系因子需要选成0.9，充气系数需要选成0.4塔径D（mm）塔板间距HT（mm）600-700300350450800~1000350*4505006001200~1400350*450500600800*1600~3000450*5006008003300~4200600800表6.2版间距选取图塔板间距通过试错法在上表中找出，通过使用cup-tower软件进行初步模拟计算后估算塔径约为3.7米左右，结合以上数据选取塔板间距为600mm比较合适，开孔率一般为8%左右即可满足使用需要。根据以上数据和经验，我们可以推断出以下数据大概范围：图6.6校核图表6.3校核表阀孔动能因子7～8m/s，不宜大于10m/s雾沫夹带率10%以下，越小越好溢流强度15m3/m.h左右降液管液泛率50%以下稳定系数1．5～2.0此过程需要多次进行试验，耐心试错最后得出以下数据图6.7最终校核图表6.4设计条件液相气相1质量流量kg/h26604.137质量流量kg/h106055.492密度kg/m3996.178密度kg/m35.463体积流量m3/h29.389体积流量m3/h21356.634粘度cp0.6810粘度cp0.015表面张力dyn/cm23.2911安全因子/0.826体系因子/0.9012充气因子/0.401塔径m3.706孔数615.002板间距m0.60007开孔密度#/m264.603塔截面积m210.75218溢流程数/14开孔区面积m29.52029堰的形式/平堰5开孔率/1000.00%表6.5校核表两侧1降液管面积比/2.26%2堰径比/0.46283降液管顶部宽度m0.21004弯折距离m5降液管底部宽度m0.21006受液盘深度m0.05007受液盘宽度m0.26008堰高m0.05009降液管底隙m0.050010降液管顶部面积m20.242611降液管底部面积m20.242612顶部堰长m1.712313底部堰长m表6.6表水力学计算结果液流强度[m3/m*h]15.617.169.36空塔气速[m/s]0.50.550.3阀孔动能因子[m/s(kg/m3)^0.5]11.7212.97.03塔板压降[pa]653.79669.4575.88雾沫夹带[%]7.78.195.55漏液率[%]操作/下限孔速2.452.721.4降液管停留时间[s]19.6217.8432.7降液管清液高度[mm]135.85138.85122.01降液管液泛率[%]52.2553.446.93塔板编号1#—19#溢流强度，m3/mh15.60停留时间，s19.62降液管液泛，%52.25阀孔动能因子，(m/s)(kg/m3)0.511.72单位塔板压降，Pa653.79表6.7校核结果表6.8最终塔设计一览位号T102名称醋酸水洗塔类型板式塔塔内直径/mm3700塔板数16塔板条形浮阀塔板设计温度/℃108设计压力/Mpa0.5塔体高度/mm18200封头型式标准椭圆封头材质00Cr17Ni14Mo3第7章泵选型表7.1P101进出口数据物料参数入口出口质量流量kg/hr5000050000体积流量m3/h47.4752738247.612799温度℃4040蒸汽分率00焓Gcal/hr-90.54028-90.51129由管路特性计算管路所需扬程为m，扬程安全系数取1.1，则计算所需扬程为H=He×1.1=127.6m。流量安全系数取1.1，设计流量为Q=Qe×1.1=52.25m3/h。查询产品参数表，选型出IH80-50-250型化工不锈钢水泵，表7.2IH80-50-250型泵主要参数额定参数：额定流量(m3/h)50额定扬程(m)80额定功率(KW)30轴功率(kW)32汽蚀余量(m)3.5叶轮直径/mm250转速r/min2900叶轮转向顺时针进口口径/mm80出口口径/mm50

第8章换热器设计换热器的计算以换热器E102数据为例。由aspen模拟数据可以得知换热器管内物流进出口温度，然后自己选择换热器换热介质出入口温度，查找化工原理附录处两种换热物流的导热性系数，两种物流的压力，确定好换热器内换热管长短、粗细，进行模拟。具体参数输入如下图所示：图8.1输入主要参数界面图8.2换热器条件图图8.3换热器的设计模型图8.4换热器3D模型图8.5换热器结构参数结论在完成毕业设计这段时间以来，通过不断地钻研这四年学过的所有知识理论和对已有相关文献资料的汇总研究，让我重新定义了对《化工原理》这本书的认识，不再像平时课堂一样熟悉理论计算，更多地是能够将理论与现在实际问题相结合，是多个学科的综合运用。同时，掌握了Aspen和CAD软件的基本使用方法，让我真正意识到先进的计算机软件对化工领域中各方面的帮助。其中，Aspen软件简洁的界面，丰富的数据库以及模拟计算，极大地帮助了我逐一击败毕业设计中遇到的各种困难。Aspen软件利用自身的高效、准确、全面等优点，贯穿了我整个毕业设计，从设计到实施，一步一步，无形中加快了我的毕业设计的完成速度。在完成毕业设计的过程中，最享受地便是自己能够将每一个思路变成文字，变成真正属于我自己的无价珍宝，让我能够真正意义上做到学以致用。本设计结合以“绿色生产、资源合理利用、持续稳定可发展”的设计原则进行了项目设计。利用位置优势，可以在周围工业厂区内购买乙烯等原料节省大量原料运输费用。通过AspenPlus软件对工艺流程设计计算，达到结构简洁实用，建设合理的目的。利用AspenEnergyAnalyzer软件结合模拟数据，对换热网络重新设计，减少公用工程的浪费。设备选型根据模拟结果，保证准确性，使用CUP-Tower对精馏塔设备进行最后水力学强度校核。使用Excel对反应器进行了计算，另外还完成了PID、厂区布置图和关键设备装配图图纸的绘制。综上所述，本项目创新性强、经济节能、安全环保，达到了以乙烯、醋酸和氧气为原料生产醋酸乙烯[18]的目标。附录表1反应器设备一览表设备位号名称类型数量直径/mm长度/mm型式封头型式设计温度\℃材料R-101VAc反应器列管式固定床反应器1410015000立式标准椭圆封头185Q345R表2换热器设备一览表设备位号性质台数连接方式型号材料E-101加热器1单台BES1300-1.1/0.9-1127-9/19-1ⅠQ345RE-102冷却器1单台AES1200-1.1/1.25-504-6/19-2ⅠQ345RE-103冷却器1单台AES800-0.6/0.19-158-4.5/19-1ⅠQ345RE-104再沸器1单台BES900-0.8/1-174-3/19-1ⅠQ345RE-201冷却器1单台BES1000-0.4/1-219-3/19-1ⅠQ345RE-101加热器1单台BES1300-1.1/0.9-1127-9/19-1ⅠQ345RE-102冷却器1单台AES1200-1.1/1.25-504-6/19-2ⅠQ345RE-103冷却器1单台AES800-0.6/0.19-158-4.5/19-1ⅠQ345RE-104再沸器1单台BES900-0.8/1-174-3/19-1ⅠQ345RE-201冷却器1单台BES1000-0.4/1-219-3/19-1ⅠQ345R表3泵选型一览表序号位号泵型号设计流量(m3/h)设计扬程H(m)输送介质工作方式功率(kW)1P-101IH50-32-164.88541.16醋酸液体2台串联5.52P-102IH65-40-2008.3625.4有机混合液2台串联4.43P-103GDF-32-206.0522.3有机混合液2台并联1.54P-104GDF-32-204.23321.52有机混合液单台0.75表4塔设备一览表位号名称类型塔内直径塔板数塔板设计温度/℃设计压力/bar塔高mm封头材料T