25万ta醋酐生产工艺设计

25万t/a醋酐生产工艺设计I摘要该设计为年产25万吨醋酐工艺设计，该设计结合国内外文献阐述了醋酐工业的发展状况及发展趋势，介绍了设计依据生产方案、生产规模、制造醋酐的原材料以及醋酐的原料路线、聚合方法、工艺流程及工艺设备。该设计采用的是醋酸甲酯羰基化法，并对设计工艺进行了物料衡算、热量衡算和设备选型的计算。设计的最后说明了醋酐生产过程中的成本核算、安全注意事项。绘制了带控制点的醋酐生产工艺流程图、车间布置图。关键字：醋酐；醋酸甲酯羰基化法；工艺设计

AbstractThedesigntaskanannualoutputof250,000tonsofaceticanhydride.Thedesigndocumentincludesthedeterminationoftheproductionprocessandrelatedproductionconditionsinitiallycheckedandconfirmed,thedetailedcalculationofthematerialsandheatofeachdevice,theselectionofequipmentandthecompletedesigndrawings.ItalsoreferstotheManualofChemicalEngineeringProcessDesign,Attheendofthedesign,thecostaccountingandsafetyprecautionsintheproductionofaceticanhydrideareexplained.ThecatalystsystemisZieg1er-natta,thesiteselection,economicanalysis,materialbalance,heatbalanceandequipmentselectionaredescribedindetail,andcorrespondingsuggestionsforplantconstructionandwastetreatment.Keywords：aceticanhydride；carbonylationofmethylacetate；processplanning

目录TOC\o"1-3"\h\u前言 1第一章绪论 2第1.1节研究背景及意义 2第1.2节厂址的选择 2第1.3节车间的布置 3第二章工艺设计 9第2.1节工艺原理 9第2.2节醋酐的介绍 92.2.1醋酐的简述 92.2.2醋酐的性质 10第2.3节醋酐的生产方法 102.3.1乙烯酮法 102.3.2醋酸甲酯羰基化法 112.3.3乙醛氧化法技术 112.3.4产品的合成工艺路线 12第2.4节三废处理 12第2.5节安全生产 122.5.1防火防爆 132.5.2防毒 132.5.3安全防护 14第3章工艺流程设计 16第4章物料衡算 18第4.1节物料衡算基础 18第4.2节各工段物料衡算 184.2.1反应器的物料衡算 184.2.2气液分离器的物料衡算 194.2.3精馏工段的物料衡算 19第5章热量衡算 20第5.1节热量衡算基础 20第5.2节各设备热量衡算 215.2.1反应器的热量衡算 215.2.2气液分离器的热量衡算 215.2.3加热器热量衡算 225.2.4精馏塔热量衡算 22第6章设备工艺计算及选型 24第6.1节选型原则 24第6.2节关键设备选择 24第6.3节精馏塔设计计算 256.3.1冷凝器 27第6.4节再沸器 27第6.5节精馏塔附件的选型计算 276.5.1原料贮罐 27第6.6节设备一览表 28第7章经济技术分析 29结论 32参考文献 35致谢 36PAGE\*Arabic18前言醋酐是一种具有吸湿性的酸味无色透明液体，溶于水中时会变成乙酸，最主要的作用是水杨酸乙酰化得到了上世纪最重要的药物之一的阿司匹林；由醋酐制造出的过氧化乙酰醋酐是一种主要的乙酰化试剂，醋酐可以用来制造乙酸塑料凳等；在医药方面磺胺药物也是可以由醋酐制作而成；由醋酐制造出的过氧化乙酰，可以用做聚合反应中的漂白剂和引发剂。而本设计的生产工艺是采用的羰基化法

羰基化法技术的发明与投入使用使碳化工产业的发展更上了一个台阶，醛类化合物可以由一氧化碳加到原料中，使得产品多了一个羰基。醛类化合物的化学性质属于非常活泼的类型，加氧进行氧化反应后可以形成酸或者氨、加氢经过还原反应后得到醇等等。醋酐的应用范围在当今飞速发展的生产下不断的扩大。曾经制造氯乙酸时就曾大量的赤磷、硫磺的排放，造成了严重的环境污染，而且这项工艺所需能量较高，最终产物质量一般较差，并且杂质非常多。但是在醋酐被用作氯乙酸的催化剂之后，催化的效率得到了大大的提高，同时污染效果也大大的降低，同时得到的最终产物的质量明显的提高，原料的损失也变小了。]所以发展技术先进的羰基合成工艺具有广阔的前景。本设计全程参考了《化工工艺设计手册》、《化工设计概论》、《化工原理课程设计》保证了设计的规范性，详尽地阐述了整个醋酐生产工艺设计的设计思路及计算流程。

第1章绪论1.1研究背景及意义本设计依据《化工工艺设计施工图内容和深度的统一规定》和燕京理工学院毕业设计任务书等相关化工工艺的手册进行参考，完成此次毕业设计任务。醋酐是一种用途广泛的有机化工原料，它在化工原料中的地位十分重要。而羰基合成过程中最先进的便是醋酐的生产过程，在发达国家广泛应用于生产醋酐。醋酸甲酯羰基化法使得石油原料不再成为唯一，醋酸甲酯羰基化法也成为了当今的主流技术，该技术在国外得到了普及。但是在我国，该技术并不成熟，原因是遭到了外国部分国家的技术封锁，使得羰基化法在我国的发展受到了一定的阻碍。通过毕业设计可以使我进一步了解该法的具体流程以及操作，使我的专业知识得到增进与拓展，同时培养了创新和钻研的精神。通过这次毕业设计对国内外的醋酐发展，醋酐生产的条件以及能力都有了了解，并且深入了解了这一化学品的发展走势。该毕业设计主要依据：（1）燕京理工学院毕业设计相关标准。（2）相关国家化学生产部门的相关规定及相关行业生产标准。（3）乙丙橡胶车间生产工艺操作（4）参考相关书籍：=1\*GB3①《化工工艺手册》。[13]=2\*GB3②《聚合物反应工程》。[14]=3\*GB3③《化工制图》第四版=4\*GB3④《化工原理》第二版。该设计的指导思想主要包括：（1）采用溶液聚合法，保证生产安全及产品质量。（2）遵守国家相关环境保护及劳动安全等法律法规，发展环境友好型生产。（3）生产线自动化程度高，降低人工操作风险。（4）危险品储存及生产完善相关消防报警系统（5）为保证在生产中设备的正常运行及人员安全，厂区的相关建设、建筑的建造需按照专业建筑建设标准建造。1.2厂址的选择经过实地考察将厂址选在四川省内江市郊工业区，理由如下：该地近年有大量从成都重庆搬迁而来的化工厂，便于原料的获取。该地处于四线城市，消费水平及收入水平普遍较低，人工费比起一二线城市周围便宜百分之四十以上，即使算上交通运输费成本也会便宜很多。该地处于长江支流处，有充足的水源，且处于四川盆地中，铁路公路俱全，便于各种方式运输。该市正在扶持工厂的建设，在此处建厂成本将大大降低。附近鲜有人居住，对居民的影响很小。该市为国家级卫生城市，在该处建厂对环境的危害会有人员严格检查，使生产能严谨的进行。综上所述，厂址选在该地区是合理的。1.3车间的布置在满足生产工艺及安全的条件下，首先确定反应装置的安放位置，其余设备要整齐有序的围绕反应装置安装，便于装置的安装、操作及安全检修工作的进行，厂房建造多层平台，平台四周每层需要配置安全通道，便于危险逃生。车间内必须配置符合规定数量、规格的消防防火防爆装置及人员发生危险便于抢救的急救设施。厂房内需要有明显的禁止标识，划分人员通道及设备区。反应装置管道、仪表、阀门等操作单元尽可能贴近地面，便于操作人员手工操作及设备仪表的检修，保证工艺生产的顺利进行。车间布置设计是为了合理安排车间建筑物及其他设施，因此车间的布置设计应当严格按照设备的要求来进行。1.车间布置原则如下：（1）设备布置应遵循工艺流程，自上而下，力争做到紧凑，缩短输送管道，从经济角度出发，达到节省材料成本和运行成本的目的。（2）设备按照生产物的情况选取露天或者封闭布置，控制室与配电室应能控制整个车间，因此尽量布置在中心区域。（3）有毒、腐蚀、易燃易爆的应严格按照规范要求来布置位置，并设立警示牌与围堰。（4）人员流动和后勤的方向应错开，安全通道一定要建立。（5）遵守有关劳动保护，消防安全，建筑安全等规范性标准。2.管廊的布置为了便于安装及装置的美观整齐，通常在中央设置管道走廊，其主要功能是集中支撑工艺管道，公用工程管道、仪器管线和用于进出设备的电缆管线。3.生活行政部门生活行政部门主要包括行政办公室，起居室，卫生间，更衣室等。主要行政部门涵盖以下领域：①办公室面积根据车间干部实际人数设计，每人占地4.5〜5m2。②更衣室的面积是根据登记总人数，按每人0.8〜1m2计算。③厕所面积为1.2×0.9m，具体数量根据车间分布和人员配备来安排。车间总体布局应首先满足直径及简单便捷的生产线，使货流、人流的交通线路尽可能的简捷、径直，最大程度地避免迂回、交叉及重叠，保证最小的物料输送距离。车间布局应满足操作便捷、经济合理、安全达标、布局美观的要求。具体布局详见图纸。

第2章工艺设计2.1工艺原理醋酸甲酯羰基化法作为最优秀的工艺自然是本设计选取的对象，具体情况为一氧化碳与醋酸甲酯在175摄氏度，3.3兆帕的高压，加入了碘化钾来作催化的条件下在反应器中进。在反应器经过羰基化反应之后得到新料，从反应器流出的高温高压的液体经过冷凝器冷凝至常温后输送到气液分离器。底液输送到加热器中，经加热进入精馏塔中。反应液经精馏塔精馏后将醋酐产品分离出来并且回收的料能够再次投入到使用当中。该工艺技术为最先进科学的技术，高效且环保。反应式：2.2醋酐的介绍2.2.1醋酐的简述前文已提到醋酐近几十年用途广泛，发展迅速，已经投入到各行各业的生产与成品的使用，例如生活、医学、化学中作为乙酰化试剂投入使用，香料工业、染料工业等等。醋酐的结构如下：

2.2.2醋酐的性质物理性质：无色、透明、液体，有刺鼻辛辣的嗅味。化学性质：醋酐能溶于乙酸，容易燃烧，注意运输时候应当用铝制材料来包装或者运输。储存应储存在干燥且通风较好的阴凉处。不要与其他一切药物混合存放。操作应当使用不产生火花的设备等。2.3醋酐的生产方法2.3.1乙烯酮法该方法是将醋酸在磷酸三乙酯的催化、高温（750℃）高压（15KPa）的条件下制得醋酐。该法在我国相对成熟安全但是并不先进，主要体现在能耗大，不良反应多，操作流程复杂等缺点，故本设计不考虑此方法。2.3.2乙醛氧化法该方法是乙醛在60℃，101KPa的条件下加入了氧气之后发生氧化反应得到过氧醋酸。之后加入醋酸乙酯为溶剂，催化剂则是采用的醋酸钴，促进剂采用醋酸铜。得到乙醛和过氧醋酸，通过过滤、精馏的操作得到醋酸和醋酐。该方法流程十分简单并且最早。一开始主要是用于醋酸和醋酐的联产。但是缺点也同样明显：操作复杂，腐蚀太重。因此该方法已经遭到淘汰，故本设计不采用此方法。2.3.3醋酸甲酯羰基化法醋酸甲酯羰基化法是目前生产醋酐最先进的工艺。该方法于20世纪70年代由国外发明，80年代投入生产。经过多年的研究实验与改进，现在该方法已经非常成熟，具体表现在工艺流程短，产品纯度高、质量好，污染低，并且原料十分基础，在工业区完全能做到自给自足，大大降低了成本。该方法具体流程为：醋酸与甲醇在55-60℃，常压，浓硫酸作催化剂的条件下生成醋酸甲酯，再与一氧化碳在190℃，2-6.5Mpa，碘甲烷和铑作催化剂的条件下生成醋酐。2.3.4产品的合成工艺路线原料液首先加入醋酐原料液储罐，然后液体通过进料输送泵经预热器输送至低沸物介离塔中部，使用冷凝器对塔顶进行冷凝，塔底使用再沸器供应塔内加热蒸汽；低沸物分离塔内原料液中低沸点化合物甲醇和暗段甲面的表汽经冷凝器至回流罐，一部分冷凝液回流至塔内，一部分采出低沸点化合物甲醇和醋酸甲酯的混合物至放入低沸点废液储罐；从低沸物分离塔底部采出的富含醋酸和醋酐的混合物经换热器进入醋酐精制塔，塔顶采用冷凝器进行冷凝，塔底采用再沸器提供塔内加热蒸汽从醋奇精制塔顶的蒸汽经经冷凝器至回流罐,一部分冷凝液国流全塔内,另一部分采出纯度大于99.0%的醋酸全醋酸产品罐,其塔底部采出纯度大于99.0%的酯杆至醋酐产品罐。2.4三废处理通过车间布置应尽可能地减少原料输送带来的能量、物料损耗，而对化工厂而言在环境保护方面最重要的一环就是针对废气、废水、废渣这三废的处理工作。本设计中废气的主要来源为吸收工序及废热锅炉，其主要构成为N2、CO、CH4、C2H4、CO2，将废气通入燃烧炉进行充分燃烧后，在将气体排入大气。此过程需加强工作人员安全培训及专业知识培训，减少不正常燃烧，降低事故发生率及保重废气排放标准；水封罐及换热器下水则是主要产生废水的设备，处理方式为去酸性后排入污水处理厂进行处理；废渣的主要来源为残渣受槽及残液受槽，处理方式为进入沉淀池进行沉淀后排入污水处理厂进行处理。2.5安全生产在工业生产的整个过程中，都涉及安全问题。安全工程也是一个系统工程。不管是哪种生产行业，从科学研究开始，经过小规模测试，中间测试和扩展测试，再经过设计，施工和压力测试，无时无刻不涉及到安全问题。并且只有综合考虑才能实现整体安全。从生产的角度来看，工业安全有两个方面。一是以防火防爆为主要安全措施。另一方面是防止因暴露于人体的污染源而造成的健康危害。火灾和爆炸是化学工业的最大威胁。然而，由于过去在化学工业中的经验和教训以及在安全方面做出的不懈努力，生产中的安全系数正在不断提高。有毒物质对人体健康有害，但其中大多数是慢性的。急性健康危害很容易引起人们的注意，但是慢性健康危害人们经常注意不到，这也是需要注意的。2.5.1防火防爆本设计生产车间有易燃易爆的原料及设备，所以应在防火防爆方面注意以下事项：车间内严谨吸烟和明火，且不得将火种或者易燃物带进车间。严格按照规定用火，严谨在生活区内用火。易燃易爆物品严格按照规定地点排放。严谨在车间敲打、摩擦、撞击易产生火花的金属物质。安全通道与消防专用道时刻保持畅通。不得破坏防爆设备。2.5.2防毒生产中使用的反应产物有些对人体的健康有严重的危害。故在生产中应做好以下防护措施：不得直接接触原料及产物。工作人员上岗前确保穿戴好工作服、工作帽、口罩、手套、工作鞋等防护装备。误吸入有毒气体或即将进入有毒气体区域时需佩戴防毒面具和防护装备。个人也应做好个人的卫生与保健：①进食前洗手并漱口。

②穿戴适当的防护设备，下班后需洗澡。工作服不应与非工作服混合放置。

③增加保健食品、增加营养、增强体力、增强抗毒能力。

④请定期检查身体状况。

⑤需要准备一些紧急解毒药品。2.5.3安全防护由于在每个过程中都会将可燃气体排放到空气中，因此应在屋顶上安装防雷装置，并在可燃气体排气管中安装阻火器，以防止雷击和泵入设备。增强岗位操作的责任感。生产实践证明，不正确的操作，不适当的检查或不正确的操作都会导致重大事故。如果意外发生火灾，首要任务是保持冷静，搜寻火源和与火有关的物质的性质，按照失火的性质采用不同的灭火工具。如果力所不能及则第一时间报告。

第3章工艺流程设计3.1工作任务及职责范围总目标：预年工作天数330天生产醋酐25万吨。负责人：1、安排生产每阶段由专人负责，未按规章生产，按照公司规定处罚2、制定并执行公司生产制度、奖惩制度及具体细节。3、保证工厂正常运转，及防止事故发生。4、在保证生产进度的同时，建立明确的进步、前进方向，紧跟时代潮流。5、关心职工的基本生活，定期开展各类活动的宣讲。6、合理安排生产经费，经费着重于员工安全教育及新产品开发。7、保护员工权益，维护员工生命财产安全，组织定期体检，关心员工健康。8、每年需组织灾害预防演习及事故发生后逃生和处理事故演习。9、日常生产中要严格执行生产状况的各类登记，定期组织技术人员进行安全评估。安全部门：（1）生产所用原料储存需遵守国家化学品安全储存的规定分别储存，生产原料放置地点与生产厂房应适当分离，保证原料储存地点环境安全通风，设置安全警示牌及禁火标志。（2）在生产过程中，要自觉遵守国家关于生产安全的法律法规，根据相关规定对其制定详细的生产计划及规范，作为实际生产中的生产安全依据，在生产过程中进行生产安全规章进行普及，厂区工作人员需全员参与，每时每刻贯彻落实制度，将安全生产加入到公司奖惩考核当中，保证生产健康持续发展。（3）在生产中，做好设备运行状况登记、仪表记录及轮班日志，发现生产中的不安全现象时要及时通知有关部门进行设备检修，保证生产安全。（4）定期进行设备维护维修检查，设立设备维护日志。质检部门：1、严格执行公司制定的生产操作步骤、准则、规定，规范的进行安全生产，保证公司完成生产目标。2、依照检验规范标准进行检验工作，要确保检测报告的针对性、准确性，产品的质量问题要有效率的进行上报，避免公司损失。3、除公司已经教过的培训之外，部门内要定期组织员工开展专业的生产讲座，提升员工的工作水平。3.2工艺流程简图图3.1工艺流程简图3.3工艺流程前文提到是目前制备醋酐最先进的工艺是醋酸甲酯羰基化法。具体的反应方程式如下：；；。主要副反应：第4章物料衡算4.1物料衡算基础醋酐年产量：25万吨年工作天数：330天醋酐每小时产量为该设计中涉及的各物质的分子量如下表所示。表4.1各物质分子量物质分子量单位醋酸甲酯74g/molCO28g/mol醋酐102g/mol甲醇32g/mol水18g/mol醋酸60g/mol碘甲烷142g/mol4.2各工段的物料衡算4.2.1反应器物料衡算醋酸甲酯的转化率：75%，选择性：99%。根据如图4.1所示的反应器的物料衡算简图，进行反应器设备的物料衡算。图4.1反应器物料衡算简图则纯醋酸甲酯每小时的消耗量为：粗品醋酸甲酯的纯度取99.5%，则粗品醋酸甲酯的消耗量为：粗品醋酸甲酯中的杂质（水）的量为：反应后剩余醋酸甲酯的量为：由反应方程式，可得出CO每小时的消耗量为：设CO有2%的余量，则每小时向羧基反应器中加入的CO的量为：剩余CO的量为：对于该羧基化反应，碘甲烷催化剂的加入量为0.02kg碘甲烷/kg醋酸甲酯，故需加入碘甲烷：反应中碘甲烷的损耗率为2%，即反应损耗碘甲烷：碘甲烷的剩余量为：在反应器中发生副反应。在该反应中，醋酸甲酯的消耗量为：消耗水的量为：生成甲醇的量为：生成醋酸的量为：反应完成后，反应器中剩余的水的量为：综上计算，得出反应器的物料衡算表如表4.2所示。表4.2反应器的物料衡算表入口质量kg/h含量出口质量kg/h含量CO8841.9221.86%CO176.840.44%醋酸甲酯30842.5276.24%醋酐31565.6678.05%碘甲烷616.851.52%碘甲烷604.511.49%水154.990.38%醋酸甲酯7710.6319.06%水98.720.24%甲醇100.030.25%醋酸187.560.46%总计40456.281总计40443.9514.2.2气液分离器的物料衡算气液分离器的操作条件是20℃、5atm，入口物料的总量为40456.28kg/h。根据如图2-2所示的气液分离器的物料衡算简图，进行气液分离器的物料衡算。图4.2气液分离器物料衡算简图气相（主要为CO）出料量为176.84kg/h。则液相出口总量为表4.3气液分离器的物料衡算表入口质量kg/h含量出口质量kg/hCO176.840.44%气相（CO）176.84醋酐31565.6678.05%液相40267.11碘甲烷604.511.49%醋酸甲酯7710.6319.06%水98.720.24%甲醇100.030.25%醋酸187.560.46%总计40443.951总计40456.284.2.3精馏工段的物料衡算液相产品在70℃、101.325kPa下，在精馏塔中进行精馏分离。精馏工段的物料衡算简图如图4.3所示，可进行精馏工段的物料衡算。图4.3精馏工段物料衡算简图进料的各物质组成如下表所示。塔顶馏出组分主要是碘甲烷和醋酸甲酯。纯度为99.9％的醋酐产品主要从塔釜馏出。水、甲醇、醋酸含量很小，可忽略不计。表4.4精馏塔进料组分表组分物质流量kg/h质量分数ω摩尔分数xA醋酐31565.656570.79150.74049B碘甲烷604.51347830.0151580.010186C醋酸甲酯7710.6311010.1933420.249323其中，由各物质的沸点表可以看出，在精馏塔的进料中，醋酸甲酯和碘甲烷为轻组分，从塔顶馏出；醋酐是重组分，从塔底馏出。表4.5各物质沸点表物质沸点(CH3CO)2O139℃CH3I42.5℃CH3COOCH356.9℃精馏塔存在物料平衡其中，进料总量，，解得，塔顶馏出量塔釜馏出量进而可求得塔顶各物质组成为：表4.6塔顶各物质组成组分物质流量kg/h质量分数ω摩尔分数xA醋酐8.2918474740.0010.000752B碘甲烷604.51347830.0729050.039378C醋酸甲酯7679.0421480.9260950.95987总计8291.8511塔釜各物质组成为：组分物质流量kg/h质量分数ω摩尔分数xA醋酐31557.364720.9990.998622B碘甲烷000C醋酸甲酯31.588953670.0010.001378总计31588.9511第5章热量衡算5.1热量衡算基础本设计中所涉及的各物质的比热容如表5.1所示。表5.1物质的比热容物质比热容（kJ/kg·℃)CO0.754甲醇2.48醋酸1.99醋酐1.207水4.379醋酸甲酯2.1碘甲烷12.55.2各设备热量衡算5.2.1反应器的热量衡算反应器的温度为448.15K、压力为3.5MPa，计算基准选取273.15K。由公式，可得物料进入反应器带入的热量为：反应器出口物料带出的热量为：该反应的放热量为故总的反应放热量为：则反应器损失的热量为：由以上计算，可得反应器的热量衡算表如表5.2所示。表5.2反应器的热量衡算表带入热量kJ/h（+）带出热量kJ/h（-）物料13969450.43物料11031201.29放热11326531.56热损8388282.425.2.2气液分离器的热量衡算物料进入气液分离器带入的热量为：气液分离器的操作条件为：温度293.15K、压力506635kPa。气相物料（主要为CO）带出的热量为：液相物料带出的热量为：则气液分离器中物料带出的总热量为：为使热量降至Q2，可以用水作为冷却剂换热，水的温度由20℃升为80℃。Q3为降低的热量，即：水的比热容取4.379kJ/(kg·℃)，则需水量为：热损失为2%，则实际用水量：由以上计算，可得气液分离器的热量衡算表如表5.3所示。表5.3气液分离器的热量衡算表带入热量kJ/h（+）带出热量kJ/h（-）物料11031201.29气相CO2666.72液相1258042.00冷却热量9770492.575.2.3加热器热量衡算5.2.4精馏塔热量衡算进料温度为70℃。选取0℃为计算基准。精馏塔存在热量平衡：（1）进料带入热量各组分的定性温度选取（2）塔顶出料带出热量则定性温度：求得：（3）塔底馏出液带出热量则定性温度当求得：（4）塔顶冷凝器带出热量当时，（5）冷却水的用量塔顶冷凝器内通入20℃的冷却水，升温至40℃。定性温度取平均温度30℃，在该温度下冷却水的比热容则冷却水用量为：（6）塔釜蒸汽带入热量由精馏塔的热平衡得出，塔釜热量损失取10%，则塔釜蒸汽提供热量为：选用180℃、的水蒸气，该温度下水蒸气的汽化热为2049.4kJ/kg则加热蒸汽的用量为：综上计算，得出精馏塔的热量衡算并如表5.4所示。表5.4精馏塔的热量衡算表带入热量kJ/h（+）带出热量kJ/h（-）进料4329394.39塔顶物料1421934.47塔釜蒸汽20159028.75塔底物料9429823.89塔顶冷凝器11620761.91第6章设备工艺计算及选型6.1各设备的选型6.1.1反应器体积反应器的温度为448.15K、压力为3.5MPa由化学反应动力学方程得：其中，，C0为碘甲烷催化剂的初始浓度。反应进料时，碘甲烷催化剂的初始浓度为：则反应器的容器可由式计算。其中碘甲烷催化剂的进料摩尔流量F为：则催化剂在反应器中的装填系数一般选取50%~60%，该设计取50%。则反应器的体积为：元整后，反应器的定型容积取2立方米。6.1.2反应器的直径和高度（通常，反应器的长径比取6~12时，反应器中的反应气流可以保持稳定。该设计中，反应器长径比取8，即则：解得反应器的直径为：元整后，反应器的直径D为0.4米，所以反应器的高度取3.2m。6.1.3反应器筒体壁厚反应器的设计压力P一般取：该设计中，取液体静压PL为：即则计算压力P计QUOTEp计为：由于反应器的工作温度是448.15K，故反应器选用15CrMo不锈钢材料。焊接接头系数取φ=1.0（双面焊对接接头，100%无损探伤）。查《化工设备设计手册》可知15CrMo不锈钢材料在该温度下的许用应力。反应器的计算厚度：取不锈钢钢板的腐蚀裕量，负偏差则反应器的设计厚度为圆整后，反应器的壁厚为10mm。6.1.4反应器封头反应器的封头选用标准椭圆型封头（JB1154-73），材料选用15CrMo不锈钢材料，内径与筒体相同。封头的相关结构参数有：公称直径DN400，曲面高度，直边高度，内表面积，容积对于标准椭圆型封头，其计算厚度按下式计算：经计算得，封头壁厚为10mm。6.1.5附件（1）筒体法兰依据筒体直径和反应器内部的操作压力及温度，查相关压力容器数据表，采用带衬环乙型对焊法兰（如图6.1所示），法兰材料为15CrMo不锈钢。查垫片标准及乙型平焊法兰的相关资料，法兰标记为：法兰C-RF1700-0.3JB/T4702-2000。图6.1 乙型平焊法兰结构示意图通过查阅标准《压力容器用缠绕垫片》（JB/T4702-2000），采用聚四氟乙烯填充袋材料的垫片，标记为：垫片1700-0.3JB/T4702-2000。（2）螺栓根径和螺栓个数依据《钢制压力容器》，选择1530CrMoA作为螺栓法兰材料，其直径为，螺栓设置24个。（3）人孔依据标准HG/T215182005，选用带颈对焊法兰人孔。选取聚四氟乙烯填充袋材料作垫片材料。人孔的公称直径DN500、公称压力6.3MPa。6.2精馏塔设计计算6.2.1理论板数1）精馏段理论板数采用逐板计算法计算精馏段的理论板式。最小回流比可由下式计算：由物料衡算，碘甲烷与醋酸甲酯体系的相对挥发度α为2.0。则通常，最适宜回流比为因此，该设计的适宜回流比为7.5。则解得重复上述公式计算，逐步得出各块板上的浓度，如表6.1所示。表6.1精馏段理论塔板数计算表x10.922836486y10.959869956x20.864358995y20.927245233x30.772668358y30.871757376x40.645177752y40.78432589x50.494263658y50.661548121x60.345844468y60.513944183x70.223706303y70.365620905由于，可知第7层理论板为进料板，故精馏段所需的理论板数为6。(2)提馏段理论板数采用简捷法计算提馏段的理论板数。查《化工原理》上吉利兰关系图，如图6.2所示。图6.2吉利兰关系图式中，，在该设计中，可求得：则因此由，可解得，圆整为20。故精馏塔共20块板，其中精馏段6块，进料板为第7块，提馏段14块。设塔板间距为，总板效率取全塔高，圆整为12.3米。6.2.2精馏塔塔径液相密度气相密度液相流量气相流量查图6.3史密斯关联图，得C20=0.35得HT=0.40mhL=0.06mHT-hL=0.34m图6.3史密斯关联图塔径：圆整取1400mm。6.2.3冷凝器塔顶冷凝器内通入20℃的冷却水，升温至40℃。温度推动力：取总传热系数，则传热面积：6.3再沸器由热量衡算，得再沸器热负荷：选用180℃饱和水蒸气加热。平均温差取传热系数则需换热面积6.4精馏塔附件的选型计算6.4.1原料贮罐原料中间罐通过的流量为：F=39880.80kg/h原料液在原料储罐的充装系数Φ为0.9，停留时间30min，则原料储罐的容积V为：取V=24m3，由HG5-1578，选用公称容积25的立式储罐，储罐实际容积为25.71m3，筒体直径2400mm，长度4800mm。6.4.2塔顶产品罐塔顶产品在塔顶产品罐的充装系数Φ为0.9，停留时间2h，则塔顶产品罐的容积V为：取V=20m3，由HG5-1578，选用公称容积20的立式储罐，储罐实际容积为20.28m3，筒体直径2400mm，长度3600mm。6.4.3塔底产品罐塔底产品在塔底产品罐的充装系数Φ为0.9，停留时间30min，则塔底产品罐的容积V为：取V=20m3，由HG5-1578，选用公称容积20的立式储罐，储罐实际容积为20.28m3，筒体直径2400mm，长度3600mm。6.4.4回流罐塔顶采出量D=8291.85kg/h=104.96kmol/h，密度为921.56kg/m3。则回流罐内通过的物料为取冷凝液在回流罐的充装系数Φ为0.9，停留时间10min，则回流罐的容积V为：取V=6.0m3，由HG5-1578，选用公称容积6的立式储罐，储罐实际容积为6.03m3，筒体直径1400mm，长度3400mm。6.5设备一览表第7章经济技术分析经济技术与我们的生活、与本次设计均是密切相关。在一定的条件下，采用何种生产技术在成本和利润上比较合理，能取得更好的经济效果。经济技术分析需要考虑市场供需、地皮价格、人员工资、设备及产品成本等众多因素。经济技术是指生产技术中的经济问题。从生产建设、技术经济研究、实验研究、调查研究、规划设计、建设生产、生产经营等角度进行，对规划建设项目的技术经济论证与评价等。在何种条件下，采用哪种生产技术在经济上更合理，可以取得更好的经济效益。经济和技术分析需要考虑许多因素，例如市场供求、土地价格、人员工资、设备和产品成本等。①年出售金额醋酐售出价格：9300元/吨年售出金额：9300×250000=232500万元②成本计算成本原料：7200×17587+1200×50421+360×3517=18839.77万元水电等消耗：188397720×10%=1883.9772万元总工资支出估算：40×3200×12=153.6万元成本总计：188397720+18839772+1536000=20877.3492万元③增值税=产值×17%=17%×2325000000=39525万元④净利润=2325000000-208773492-395250000=1720976508元

结论该设计主要任务为25万t/a醋酐生产工艺设计说明书的书写、绘制仪表流程图（PID图）及车间图。通过对工艺的分析、成品的检验最终确定了生产醋酐的方式是醋酸甲酯羰基化法。通过物料衡算，确定了加料段的总质量为40456.28kg/h；回收段出料量为4.443.95kg/h。通过热量衡算确定了塔的带入带出的热量并确定了设备。通过计算确定了原料贮罐的容积为25.71m3，筒体直径2400mm，长度4800mm。塔顶产品罐的容积为20.28立方米，筒体直径2400mm，长度3600mm。塔底产品罐的容积为20.28m3，筒体直径2400mm，长度3600mm。回流罐的容积为6.03m3，筒体直径1400mm，长度3400mm。醋酐作为十分重要的化工原料，因其性能的独特在众多领域中得到了广泛的运用，近年来生产醋酐的装置规模及生产自动化也在不断的扩大完善，产品的质量也在不断提高，但醋酐生产过程中造成的能源消耗及环境污染却是我们现在首要要解决的问题，在新世纪中国飞速发展，人民达到全面小康的健康经济情况下。当今社会对化工生产工艺有了低能耗、便操作、效益高、低污染等更高的要求，而醋酸甲酯羰基化法作为生产醋酐的一个先进的生产工艺，是十分符合现代社会需求的一个醋酐生产工艺。本设计通过前期大量的文献查询的设计过程中也选择了羰基化法作为生产工艺从而进行各工段装置的计算设计，这也是顺应当今发展清洁、高效的化工趋势。羰基化制醋酐技术因为其工艺比较先进，而且产品生产成本低，经济效益高，极大地推动了我国醋酐工业的发展。而醋酐在生产使用的部分原料上有一定的毒性，这是需要在生产过程中注意的。同时本设计特别注重了节能环保，不仅仅是在工艺选择上，在每个工段都进行了物料回收，以保证原料的高效运用。我国在羰基化合成的研究相对一些发达国家还是较为落后的，相信通过未来的研究发展羰基化法能越发完善和普及，所以也希望通过本设计能让羰基进入更多人的视线中，为我国醋酐工业的研究增添一份力量。参考文献［1］郑孝英1a，华超2，谭向东1b，贾黎春1b，张润虎1a.羰基合成醋酐反应条件的实验研究［D］（1昆明冶金高等专科学校a.化工学院，b.环境工程