乙醛氧化制備乙酸分離工段設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 概述11.1.1 乙酸的工業(yè)現(xiàn)狀11.2 工藝技術(shù)的比較與選擇21.3 原料及產(chǎn)品規(guī)格21.4 三廢處理21.4.1 廢氣處理21.4.2 廢水處理21.5 確定方案31.5.1 設(shè)計(jì)依據(jù)31.5.2 設(shè)計(jì)方法31.5.3 設(shè)計(jì)流程31.6 操作條件的確定41.6.1 塔板類(lèi)型的選取41.6.2 進(jìn)料狀態(tài)41.6.3 加熱方式的選擇42 精餾塔的工藝計(jì)算52.1 物性數(shù)據(jù)52.1.1 粗醋酸中各組分的物理性質(zhì)52.1.2醋酸水溶液氣-液平衡關(guān)系表52.1.3水和醋酸的安托尼常數(shù) 52.2 物料平衡6

2、2.3氧化塔物料衡算62.4 蒸發(fā)器物料衡算92.5精餾塔T101物料衡算102.5.1原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量102.5.2物料衡算102.5.3塔頂，進(jìn)料和塔釜溫度的計(jì)算102.5.4平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算112.5.5最小回流比的計(jì)算和適宜回流比的確定及112.5.6最小理論塔板數(shù)確定122.5.7全塔理論塔板數(shù)122.5.8實(shí)際塔板數(shù)和進(jìn)料位置122.6精餾塔T102的物料衡算132.7 醋酸回收塔物料衡算 133 精餾塔主要尺寸計(jì)算153.1精餾塔T101設(shè)備計(jì)算153.1.1操作壓強(qiáng)153.1.2操作溫度153.1.3平均分子量153.1.4平均密度（參考化工原理上冊(cè)附錄

3、圖7）163.1.5表面張力的計(jì)算（參考化工原理上冊(cè)附錄圖7）183.2精餾塔T101主要尺寸計(jì)算183.2.1流量的計(jì)算183.2.2塔徑的計(jì)算193.2.3塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)203.2.4塔板流體力學(xué)驗(yàn)算233.2.5塔板負(fù)荷性能圖273.2.5塔的高度計(jì)算334 熱量衡算364.1.數(shù)據(jù)364.2冷凝器的熱負(fù)荷364.3冷卻水消耗量384.4加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算385 主要設(shè)備設(shè)計(jì)和選型405.1接管的設(shè)計(jì)405.1.1進(jìn)料管405.1.2回流管405.1.3釜液出口管405.1.4塔頂蒸汽管415.1.5加熱蒸汽管415.2冷凝器的選型426.結(jié)論43參考文獻(xiàn)44附 錄45附錄145

4、（1）英文字母：45（2）希臘字母：45（3）下標(biāo)：46（4）上標(biāo)：46附錄246謝 辭47471 緒論1.1 概述乙酸又稱(chēng)醋酸，分子量為60.05。，是無(wú)色透明帶有刺激性氣味的液體，是重要的有機(jī)酸之一 。乙酸是相當(dāng)弱的一種鹽基酸，與多種金屬能生成鹽類(lèi)；乙酸的水溶液一般有很強(qiáng)的腐蝕性，純的乙酸電導(dǎo)率很低，但加入少量的硫酸后，通電流時(shí)乙酸就分解為一氧化碳，二氧化碳和氧；乙酸分子結(jié)構(gòu)中的羧基和烷基，能與鹵素，氨，醇等發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)成了乙酸在化學(xué)工業(yè)中的廣泛用途。乙酸可以用來(lái)制取乙酸乙烯，乙酸纖維素，乙酸酯類(lèi)溶劑，氯乙酸和乙酸鹽類(lèi)等等。還可以作為織物整理劑，用于制藥工業(yè)。我國(guó)醋酸產(chǎn)量不足說(shuō)明我

5、國(guó)醋酸需求增長(zhǎng)速度較快，也說(shuō)明國(guó)內(nèi)醋酸工業(yè)整體水平較差，受到國(guó)外規(guī)?；b置產(chǎn)品的沖擊日趨嚴(yán)重。我國(guó)不僅大量進(jìn)口醋酸，而且醋酸下游產(chǎn)品呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，為醋酸產(chǎn)品的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)前景。未來(lái)10年間，我國(guó)醋酸需求的平均增長(zhǎng)率達(dá)5.7%，2006年我國(guó)需求量達(dá)到1450kt，2010年需求量達(dá)到1880kt。這對(duì)我國(guó)醋酸的研究有著重大意義。目前國(guó)內(nèi)外乙酸的生產(chǎn)工藝都比較成熟，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)乙酸生產(chǎn)的分離工段進(jìn)行研究。精餾塔設(shè)備作為汽一液和液一液之間進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工、精細(xì)化工、化肥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)的物系分離，涉及蒸(精)餾、吸收、解吸、汽提、萃取等化工單

6、元操作。是化工、煉油生產(chǎn)裝置中最重要的設(shè)備之一，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置和企業(yè)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、消耗額定以及三廢和環(huán)保等各方面都有重大影響。當(dāng)前工業(yè)上的大型蒸餾設(shè)備仍以板式塔為主，因?yàn)榘迨剿Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于放大而且在設(shè)計(jì)與操作方面已具備了比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。但板式塔與高效規(guī)整填料相比也有自身的缺點(diǎn):其通量較小、壓降較大、效率也較低，所以進(jìn)入90年代以來(lái)，人們又開(kāi)始尋求板式塔的新突破。歐美各國(guó)，尤其是美國(guó)的各大塔器生產(chǎn)商，研制、開(kāi)發(fā)出大批新型塔板。這些新型塔板既克服了以前的一些缺點(diǎn)，同時(shí)又保留了以往普通塔板的優(yōu)點(diǎn)，以更好適應(yīng)現(xiàn)在對(duì)于大直徑蒸餾設(shè)備大通量、高效率的要求達(dá)到相際間傳質(zhì)與傳熱的

7、目的。當(dāng)用這些新型高效塔板改造現(xiàn)有的篩板塔或浮閥塔時(shí)，無(wú)論是從操作性能，還是從改造費(fèi)用上都顯示出廣泛的應(yīng)用前景。因此我們可以從塔板的性能：塔板效率、處理能力、操作彈性、壓降及抗堵性等幾方面來(lái)研究來(lái)提高精餾塔的性能，從而優(yōu)化塔設(shè)備，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。1.1.1 乙酸的工業(yè)現(xiàn)狀近年來(lái)，世界乙酸需求年平均增長(zhǎng)率為6.9%，而我國(guó)年均增長(zhǎng)率達(dá)到10%左右。目前我國(guó)乙酸生產(chǎn)企業(yè)有300多家，2008年生產(chǎn)能力約達(dá)250萬(wàn)t/a。乙酸工業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前乙酸工業(yè)生產(chǎn)方法主要有乙醛氧化法，甲醇羰基氧化法，丁烷（輕油）液相氧化法，乙烯直接氧化法。 甲醇低壓液相碳化法由于原料低廉，操作條件緩和，乙酸產(chǎn)率

8、高，質(zhì)量好且工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展最快的方法，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前利用該工藝生產(chǎn)的裝置占世界總產(chǎn)能的60%以上，其次乙烯乙醛法約占20%，輕烴氧化法約占10%，其它方法約占10%。1.2 工藝技術(shù)的比較與選擇按原料路線(xiàn)，乙醛氧化法分為乙醇-乙醛氧化法，乙炔-乙醛氧化法，乙烯-乙醛氧化法。乙醇-乙醛氧化法屬傳統(tǒng)方法，用該法生產(chǎn)1t乙酸耗糧食2t，成本高，規(guī)模小，該工藝生產(chǎn)路線(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)被淘汰，在發(fā)展中國(guó)家仍有應(yīng)用，但最終隨著乙酸工藝技術(shù)的發(fā)展而取代。乙炔-乙醛氧化法因?yàn)樾枰褂昧蛩峁鳛榇呋瘎嬖趪?yán)重的汞污染，故該法在國(guó)外已經(jīng)被淘汰，國(guó)內(nèi)尚有2.5萬(wàn)t/a裝置能力，已處于半停產(chǎn)狀態(tài)，不久也將

9、會(huì)被淘汰。乙烯-乙醛氧化法在20世紀(jì)60年代發(fā)展迅速，但因?yàn)樵摲ㄋ玫淖匀毁Y源限于石油，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不及用甲醇碳化工藝，國(guó)外利用該工藝建成的生產(chǎn)裝置已全部停產(chǎn)，但在我國(guó)仍在應(yīng)用，因此該方法沒(méi)有得到更大發(fā)展。甲醇羰基化工藝，當(dāng)裝置規(guī)模向超大型發(fā)展時(shí)能顯示其突出的經(jīng)濟(jì)性，一旦建廠(chǎng)，產(chǎn)量對(duì)市場(chǎng)的沖擊性很大，在市場(chǎng)需求十分巨大的地區(qū)，甲醇羰基化工藝是首選目標(biāo)。該工藝有高壓法和低壓法兩種技術(shù)。本設(shè)計(jì)采用低壓法甲醇羰基化工藝，該工藝以碘化銠為催化劑，工藝反應(yīng)條件溫和，收率高，生產(chǎn)成本低。本設(shè)計(jì)引用乙醛氧化法生產(chǎn)工藝。乙醛氧化法在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。盡管不能與甲基羰基化相

10、比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。1.3 原料及產(chǎn)品規(guī)格原料：乙醛 乙醛含量99.5wt% 水含量0.5wt%產(chǎn)品規(guī)格：乙酸含量% 99wt%1.4 三廢處理1.4.1 廢氣處理 廢氣中主要成分為一氧化碳，可直接焚燒或通過(guò)變壓吸附裝置回收一氧化碳后焚燒。經(jīng)處理后的廢氣符合國(guó)家現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。1.4.2 廢水處理 間歇排放的少量廢水，這是設(shè)備、管道檢修時(shí)的沖洗液及地面沖洗水，這些含醋酸的廢水經(jīng)一級(jí)中和處理后，送廢水處理站，經(jīng)生化處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 廢液量也很少，廢液中含有有機(jī)組分，主要含醋酸、丙酸，可送去綜合利用或送焚燒站焚燒。1.5 確定方案1.5.1 設(shè)計(jì)依據(jù)醋酸生產(chǎn)消耗定額見(jiàn)表1-1

11、表1-1消耗定額名稱(chēng)單耗（每噸醋酸）乙醛氧氣冷卻水醋酸錳770kg260m3250m32kg本設(shè)計(jì)依據(jù)教科書(shū)實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)在乙酸工業(yè)實(shí)際，提出設(shè)計(jì)要求，對(duì)通過(guò)分析做出理論計(jì)算，為工業(yè)設(shè)計(jì)人員提供理論上的設(shè)計(jì)依據(jù)。1.5.2 設(shè)計(jì)方法本設(shè)計(jì)在給定的已知條件下采用簡(jiǎn)捷計(jì)算法，設(shè)計(jì)出符合要求的篩板式連續(xù)精餾塔。1.5.3 設(shè)計(jì)流程本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾，氧化液連續(xù)流入蒸發(fā)器1，在120度到125度氣化，醋酸錳和焦油狀高沸物雜質(zhì)則留存器底，定期清除。蒸發(fā)器1蒸出乙酸蒸汽，連續(xù)進(jìn)入脫低沸物塔2，該塔塔板數(shù)約50塊，在塔內(nèi)主要是將氧化液中低沸物如乙醛，甲酸，乙酸甲酯和水蒸出。塔頂裝有回流冷凝器3，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凝器

12、的水量。未冷凝的氣體進(jìn)入乙酸回收系統(tǒng)。塔底的乙酸含有少量的高沸物和微量的低沸物。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)后，以穩(wěn)定的流量連續(xù)地進(jìn)入脫高沸物塔。其塔頂也裝有回流冷凝器3，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水的水量，以控制溫度。冷凝的乙酸，部分回流入塔，部分作為產(chǎn)品送往貯槽。該塔塔底脫出高沸點(diǎn)物。 圖1-1 本設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易流程示意圖1.6 操作條件的確定1.6.1 塔板類(lèi)型的選取由于粗醋酸的腐蝕性較強(qiáng)，板式塔塔板更易被腐蝕，但隨著化學(xué)工業(yè)不斷發(fā)展，新的耐腐蝕材料不斷研制成功，在醋酸生產(chǎn)中有的采用了板式塔。板式塔的生產(chǎn)能力高，在高壓下，板式塔的分離效率優(yōu)于填料塔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于操作。塔板的類(lèi)型一般有泡罩塔，篩板塔，浮閥塔，斜孔塔

13、等，本設(shè)計(jì)選取篩孔塔板，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。但其也有不足的地方，篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦和粘度大的物料。1.6.2 進(jìn)料狀態(tài)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅對(duì)穩(wěn)定塔操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾流假定，精餾段和提鎦段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提鎦段塔徑相等，制造上較為方便。1.6.3 加熱方式的選擇間接蒸汽加熱是通過(guò)加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與回流下來(lái)的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是使釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，以減少理論塔板數(shù)。但其缺點(diǎn)只是增加了加熱裝置。本設(shè)計(jì)采用間接蒸汽

14、加熱。2 精餾塔的工藝計(jì)算2.1 物性數(shù)據(jù)2.1.1 粗醋酸中各組分的物理性質(zhì) 表2-1 粗醋酸各組分的物理常數(shù) 物品名稱(chēng) 分 子 式 分子量 沸點(diǎn)， 臨界溫度， 臨界壓強(qiáng)，Mpa 醋 酸 CH3COOH 60 118.1 321 5.786 甲 酸 HCOOH 46 100.8 乙 醛 CH3CHO 44 20.8 188 5.573 醋酸錳 Mn(CH3COO)2 172.94 水 H2O 18 100 374.3 22.048 醋酸甲酯 CH3COOCH3 74 57.1 233.8 4.691 三聚乙醛 (CH3CHO)3 132 124.4 亞乙基二醋酸酯 CH3CH(OCOCH3)

15、2 146 10.8 2.1.2醋酸水溶液氣-液平衡關(guān)系表 表2-2醋酸水溶液氣-液平衡關(guān)系表醋酸，分子%溫度t/醋酸，分子%溫度t/液相氣相液相氣相05.010.020.030.040.050.003.77.013.620.528.437.4100100.3100.6101.3102.1103.2104.460.070.080.090.095.010047.057.569.888.889.0100105.8 107.5110.1118.8115.4118.12.1.3水和醋酸的安托尼常數(shù) 表2-3 水和醋酸的安托尼常數(shù)常數(shù)ABC水醋酸7. 074066. 424521657. 461479.

16、 02227. 02216. 822.2 物料平衡 年產(chǎn)2.0萬(wàn)噸/年乙酸，工作日330天。一年相當(dāng)于7920小時(shí)。則每小時(shí)生產(chǎn)乙酸20000×1000kg/7920=2525.253kg/h根據(jù)消耗定額得每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為：1000/770=2525.253/m乙醛則m乙醛=1944.445kg/h所以選擇乙醛每小時(shí)進(jìn)料量為2000kg/h2.3氧化塔物料衡算（1）氧化塔物料衡算中的已知數(shù)據(jù) 每小時(shí)通入氧化塔的乙醛量為10000kg/h 氧化過(guò)程中乙醛總轉(zhuǎn)化率為99. 3% 氧化過(guò)程中氧的利用率為98. 4% 氧化塔塔頂補(bǔ)充的工業(yè)氮使其濃度達(dá)到45% 未轉(zhuǎn)化的乙醛在氣液相中的分配率

17、（體積%） 氣相：34% 液相：66% 原料組成見(jiàn)表2-4 表2-4 原料組成原料乙醛%（質(zhì)量）工業(yè)氧%（質(zhì)量）工業(yè)氮%（質(zhì)量）催化劑溶液%（質(zhì)量）乙醛 99. 5醋酸 0. 1水 0. 3三聚乙醛0. 1氧氣 98氮?dú)?2氮?dú)?97氧氣 3醋酸 60醋酸錳 10水 30催化劑中醋酸錳用量為氧化塔進(jìn)料乙醛重量的0. 08%氧化過(guò)程中乙醛的分配率 主反應(yīng) 96% 副反應(yīng) 1. 4% 0. 25% 0. 95% 1. 4%（2）反應(yīng)式衡算 純乙醛量：2000×99. 5%=1990kg 主反應(yīng) 96% a. 乙醛用量： 1990×0. 993×0. 96=1897.0

18、3kg b. 需用氧量(x) 44:16=1897.03:x x=689.83kg c. 生成醋酸量(y) 44:60=1897.03:y y=2586.86kg 副反應(yīng) 1. 4% a. 乙醛用量：1990×0. 993×0. 014=27.66kg b. 需用氧量(x) 132:96=27.66:x x=20.12kg c. 生成醋酸量(y) 132:120=27.66:y y=25.15kg d. 生成甲酸量(z) 132:46=27.66:z z=9.64kg e. 生成水量(w) 132:18=27.66:w w=3.77kg f. 生成二氧化碳量(v) 132:

19、44=27.66:v v=9.22kg 副反應(yīng) 0. 25% a. 乙醛用量：1990×0. 993×0. 0025=4.94kg b. 需用氧量(x) 132:32=4.94:x x=1.20kg c. 生成亞乙基二醋酸量(y) 132:146=4.94:y y=5.46kg d. 生成水量(z) 132:18=4.94:z z=0.67kg 副反應(yīng) 0. 95% a.乙醛用量：1990×0. 993×0. 0095=18.77kg b.需用氧量(x) 88:48=18.77:x x=10.24kg c.生成醋酸甲酯量(y) 88:74=18.77:y

20、 y=15.78kg d.生成二氧化碳量(z) 88:44=18.77:z z=9.39kg e.生成水量(w) 88:18=18.77:w w=3.84kg 副反應(yīng) 1. 4% a.乙醛用量：1990×0. 993×0. 014=27.66kg b.需用氧量(x) 88:160=27.66:x x=50.29kg c.生成水量(y) 88:72=27.66:y y=22.63kg d.生成二氧化碳量(z) 88:176=27.66:z z=55.32kg 根據(jù)反應(yīng)式衡算出來(lái)的反應(yīng)物總耗量及反應(yīng)生成物總量如下： 反應(yīng)掉的乙醛總量 2000×0. 995×

21、0. 993=1976.07kg 未轉(zhuǎn)化的乙醛量 2000×0. 995×0. 007=13.93kg （其中液相中乙醛含量13.93×0. 66=9.19kg 氣相中乙醛含量13.93×0. 34=4.74kg） 反應(yīng)掉的氧氣總量 689.83+20.12+1.20+10.24+50.29=771.64kg 則所需工業(yè)氧氣量 771.64/（0.98*0.984）=800.19kg 其中： 氧氣=800.19×0. 98=784.19kg 氮?dú)?800.19×0. 02=16.00kg 所以未反應(yīng)的氧氣=784.19-771.64=

22、12.55kg 反應(yīng)生成物重量 醋酸：2586.86+25.15=2612.01kg 二氧化碳：9.22+9.39+55.32=73.93kg 水：3.77+0.67+3.84+22.63=30.91kg 甲酸：9.64kg 亞乙基二醋酸酯：5.46kg 醋酸甲酯：15.78kg（4）催化劑用量 已知催化劑溶液中醋酸錳用量為氧化塔進(jìn)料乙醛重量的0.08%，催化劑中醋酸錳的含量為10%，設(shè)催化劑溶液用量為x0.0008×(2000+x)=0.1x x=16.13kg 其中： 醋酸錳 16.13×0. 1=1.61kg 水 16.13×0. 3=4.84kg 醋酸 1

23、6.13×0. 6=9.68kg（5）保安氮用量 設(shè)保安氮為xkg 塔頂干氣量計(jì)算： 氮?dú)猓?6+0. 97x 氧氣 ：12.55+0. 03x 二氧化碳：73.93kg 則 (16+0.97x)/(16+12.55+x+73.93)=0.45 x=57.93kg（其中氮?dú)猓?7.93×0. 97=56.19kg 氧氣：57.93×0. 03=1.74kg） 塔頂干氣量 氮?dú)? 16+0. 97x=72.1kg 氧氣: 12.55+0. 03x=14.29kg 二氧化碳: 73.93kg整理以上數(shù)據(jù)，列出氧化塔物料平衡結(jié)果，見(jiàn)表2-5表2-5氧化塔物料衡算結(jié)果出料

24、 醋酸 醋酸甲酯 水 亞乙基二醋酸 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳質(zhì)量(kg) 2612.01 15.78 30.91 5.46 9.64 9.19 2.00 1.61含量% 96 0.8% 1.5 0.68 0.39 0.38 0.18 0.07圖2-1 氧化塔物料衡算圖 2.4 蒸發(fā)器物料衡算 圖2-2 蒸發(fā)器進(jìn)出物料圖已知數(shù)據(jù)： F=2672.52kg/h （進(jìn)料中醋酸錳含量） （完成液中醋酸錳含量）列衡算式： L=23.38kg/h W=2649.14kg/h2.5精餾塔T101物料衡算2.5.1原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量塔頂平均摩爾質(zhì)量MD=0.7194

25、15;18+(1-0.7194) ×60=29.79塔底平均摩爾質(zhì)量Mw=(1-0.0016) ×60+0.0016×18=59.932.5.2物料衡算已知數(shù)據(jù)： （1）進(jìn)料流量2649.14kg/h （2）醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 968，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 0154 （3）餾出液中醋酸含量3%，釜液中醋酸的回收率為98% （4）醋酸和水的摩爾質(zhì)量分別為60kg/kmol和18kg/kmol進(jìn)料組成 進(jìn)料流量F=2649.14/57.88=45.77kmol/h列衡算式： =0. 97 =0. 98得： D=3.11kmol/h W=42.66kmol/h XD=0.71

26、94 Xw=0.0016即： D=3.11×29.79=92.65kg/h W=42.66×59.93=2556.61kg/h2.5.3塔頂，進(jìn)料和塔釜溫度的計(jì)算塔頂溫度：100104 塔底溫度：117124 常壓精餾：P=101. 3kpa根據(jù)表2-3可得（1）求進(jìn)料溫度假設(shè)泡點(diǎn)溫度為116.5對(duì)水： a對(duì)醋酸： a則 與x=0.0504十分接近，故假設(shè)t=116.5正確，故進(jìn)料溫度為tF=116.5（2）塔頂溫度計(jì)算假設(shè)塔頂溫度為103.725同理：對(duì)水： PAs=115.5580kpa 對(duì)醋酸： PBs=64.6249kpa則x=(101.3-64.6249)/(11

27、5.5580-64.6249)=0.7201與XD=0.7194十分接近，故假設(shè)塔頂溫度為tD=103.725正確。（3）塔釜溫度計(jì)算假設(shè)塔釜溫度為117.85同理：對(duì)水： PAs=185.3532kpa 對(duì)醋酸： PBs=101.2045kpa則x=(101.3-101.2045)/(185.3532-101.2045)=0.0012與XW=0.0016十分接近，故假設(shè)塔釜溫度為tW=117.85正確2.5.4平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算塔頂：（AB）D=115.5580/6406249=1.7881進(jìn)料：（AB）F=177.46/97.12=1.8272塔釜：（AB）W=185.3532/101.

28、2045=1.8315全塔平均相對(duì)揮發(fā)度：AB= =1.81552.5.5最小回流比的計(jì)算和適宜回流比的確定進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1 根據(jù)公式 帶入已知數(shù)據(jù)，得Rmin=16.86 取 R=1.5Rmin=1.5×16.86=25.292.5.6最小理論塔板數(shù)確定Nmin=lg(xD/(1-xD) ×(1-xW)/xW)/lg-1=11.372.5.7全塔理論塔板數(shù)利用簡(jiǎn)捷法計(jì)算理論塔板數(shù) 全回流時(shí)理論板層數(shù) Nmin=lg(xD/(1-xD) ×(1-xW)/xW)/lg-1=11.37 則 (R-Rmin)/(R+1)=(26-16.86)/(26+1)=0

29、.3385 由化工原理P37吉利蘭圖 查得 (N-Nmin)/N+2=0.38 得N=19.56 精餾段理論板層數(shù) Nmin=lg(xD/(1-xD) ×(1-xF)/xF)/lg-1=5.5 橫坐標(biāo) 385不變，則縱坐標(biāo)讀數(shù)也不變 既 N1=10.09 即精餾段理論板數(shù)為10.09.，提餾段理論板數(shù)為9.912.5.8實(shí)際塔板數(shù)和進(jìn)料位置 板效率查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)以進(jìn)料為計(jì)算基準(zhǔn)，得表2-6表2-6 粘度數(shù)據(jù)表醋酸H2O0.95240.05040.39mPa·s0.208 mPa·s=0.9521×0.39+0.0504×0.208=0.

30、3818 mPa·s= 0.49×(1.8155×0.3818)-0.245=0.54塔內(nèi)實(shí)際板數(shù)NP=NT/ET=19.56/0.54=36.22取實(shí)際板層數(shù)為37塊(不包括再沸器)精餾段和提餾段實(shí)際板數(shù)的確定NP精=NT精/ET=10.09/0.54=18.69取實(shí)際精餾段塔板數(shù)為19塊，提餾段實(shí)際板數(shù)為18塊，進(jìn)料板的位置為由下往上數(shù)的第十九塊板2.6精餾塔T102的物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=2556.61kg/h （2）進(jìn)料醋酸含量98%，釜?dú)堃捍姿岷?0%，成品醋酸含量99. 8% 列衡算式： 得： W=2281.86kg/h L=274.7

31、5kg/h2.7 醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=92.65+274.75=367.4kg/h （2）經(jīng)回收后得到粗醋酸含量65%以上（按65%計(jì)算） （3）從精餾塔出來(lái)的醋酸含量20%，副產(chǎn)物中含5%的醋酸列衡算式： F=X+Y F×0. 2=0. 05X+0. 65Y得： X=236.19kg/h Y=131.21kg/h圖2-3醋酸回收塔進(jìn)出物料圖3 精餾塔主要尺寸計(jì)算3.1精餾塔T101設(shè)備計(jì)算3.1.1操作壓強(qiáng)常壓精餾：P=101.3kpa3.1.2操作溫度 進(jìn)料溫度：TF=116.5塔溫 塔頂溫度：TD=103.725 塔釜溫度：TW=117.85故精餾平均

32、操作溫度Tm=(116.5+103.725)/2=110.113 提鎦段平均操作溫度Tn=(116.5+117.85)/2=117.1753.1.3平均分子量塔頂平均分子量：y1=XD=0.7194 =1.8155由y=X/1+(-1)X得，X1=0.5854氣相平均分子量 MvD=0.7194×18+ (1-0.7194) ×60=29.79kg/kmol液相平均分子量 MLD=0.5854×18+(1-0.5854) ×60=35.41kg/kmol進(jìn)料板平均分子量：XF=0.0504 則yF=0.0879氣相平均分子量 MVF=0.087

33、9×18+(1-0.0879) ×60=56.31kg/kmol液相平均分子量 MLF=0.0504×18+(1-0.0504) ×60=57.88kg/kmol塔釜平均分子量：XW=0.0016 yW=0.0029氣相平均分子量MVW=0.0029×18+(1-0.0029) ×60=59.88kg/kmol液相平均分子量MLW=0.0016×18+(1-0.0016) ×60=59.93kg/mol精餾段平均分子量氣相平均分子量：MVM=(29.79+56.31)/2=43.05 kg/mol液相平均分子量：M

34、LM=(35.41+57.88)/2=46.65 kg/mol提餾段平均分子量氣相平均分子量：MVN=(56.31+59.88)/2=58.095kg/kmol液相平均分子量：MLN=(57.88+59.93)/2=58.91kg/kmol3.1.4平均密度（參考化工原理上冊(cè)附錄圖7）表3-1 密度數(shù)據(jù)表溫度/醋酸/ kg/m3H2O/ kg/m3100105110115959.5952.5944.5939.5958.36954.5951.0946.5120930.5943.1經(jīng)插值計(jì)算得表3-2 插值計(jì)算后密度數(shù)據(jù)表溫度/醋酸/ kg/m3H2O/ kg/m3塔頂103.725954.285

35、955.48進(jìn)料116.5936.8945.48塔釜117.85934.37944.56 已知各組分在液相、氣相所占的比例，根據(jù)表2-2氣-液平衡關(guān)系，用插值法得，表3-3所示。 表3-3醋酸H2O液相氣相液相氣相進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.9680.18860.01540.8114摩爾分?jǐn)?shù)0.94960.06520.05040.9348塔頂質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.65760.80690.34230.1931摩爾分?jǐn)?shù)0.41460.55620.71940.4438塔釜質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.99950.03320.00050.9668摩爾分?jǐn)?shù)0.99840.01020.00160.9898(1) 塔頂密度的計(jì)算 液相平均密度：L

36、,D=1/(x醋酸/醋酸+x水/水)則L,D=1÷(0.6576÷954.285+0.3423÷955.48)=954.789 kg/m3氣相平均密度：M=M醋酸y醋酸+M水y水 V,D=TM/22.4TDM=60×0.8069+18×0.1931=51.89kg/kmolV,D=273.15×51.89÷22.4×(103.75+273.15)=1.679 kg/m3(2) 進(jìn)料板密度的計(jì)算液相平均密度：L,F=1/(x醋酸/醋酸+x水/水)則L,F=1÷(0.968÷936.8+0.0154

37、÷945.48)=952.75 kg/m3 氣相平均密度：M=M醋酸y醋酸+M水y水 M=600.1886+18×0.8114=25.92 V,F=TM/22.4TFV,F=273.15×25.92÷22.4×(116.5+273.15)=0.8112 kg/m3(3) 塔釜密度的計(jì)算液相平均密度：L,w=1/(x醋酸/醋酸+x水/水)則L,w=1÷(0.9995÷934.37+0.0005÷944.56)=934.375 kg/m3氣相平均密度：M=M醋酸y醋酸+M水y水 M=60×0.0332+18&

38、#215;0.9668=19.39kg/kmolV,W=TM/22.4TWV,W=273.15×19.39/22.4×(273.15+117.85)=0.6047 kg/m3(4)精餾段和提餾段密度的計(jì)算精餾段：氣相平均密度：=12×(+)= 12×(0.8112+1.679)=1.2451(kg/m3)液相平均密度：=12×( + ) =12×(952.75+954.789)=953.7695(kg/m3)提餾段：氣相平均密度：=12×(+)= 12×(0.8112+0.6047)=0.70795(kg/m3)液

39、相平均密度：=12×( + ) =12×(952.75+934.375)=943.5625(kg/m3)3.1.5表面張力的計(jì)算（參考化工原理上冊(cè)附錄圖7）表3-4 表面張力數(shù)據(jù)表溫度/醋酸/ mN/mH2O/ mN/m10011019.9019.258.859.9012017.954.80經(jīng)插值計(jì)算得表3-5 插值計(jì)算后表面張力數(shù)據(jù)表溫度/醋酸/mN/mH2O/ mN/m塔頂103.72519.6459.17進(jìn)料116.518.3656.56塔釜117.8518.1855.90D=醋酸x醋酸+水x水=19.64×0.4146+59.17×0.7194=

40、50.83 mN/mF=醋酸x醋酸+水x水=18.36×0.9496+56.56×0.0504=20.29 mN/mW=醋酸x醋酸+水x水=18.18×0.9984+55.90×0.0016=18.24 mN/m精餾段：精=1/2（D+F）=1/2×（50.83+20.29）=35.56 mN/m提鎦段：提=1/2（F+W）=1/2×（20.29+18.24）=19.27 mN/m 表3-6 工藝條件列表精餾段提餾段平均密度氣相1.24510.70795(kg/m3)液相953.7695943.5625液體表面張力(mN/m)液相35

41、.5619.273.2精餾塔T101主要尺寸計(jì)算3.2.1流量的計(jì)算表3-7 相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)據(jù)表平均相對(duì)分子質(zhì)量氣相液相精餾段43.0546.65提餾段58.09558.91(1) 進(jìn)料：醋酸：Fx醋酸=2649.14×0.968=2564.3675(kg/h)=0.7123(kg/s)H2O：FxH2O=2649.14×0.0504=133.5167 (kg/h)=0.0371(kg/s)(2) 精餾段：氣相流量：V=(R+1) D=(25.29+1) ×3.11=81.7619 (kmol/h)=0.0227(kmol/s)=3519.8498(kg/h)=0

42、.9772(kg/s)VS=VMV/v=0.0227×43.05/1.2451=0.7849 m3/sVh=2825.64 m3/h液相流量：L=RD=25.29×3.11=78.6519(kmol/h)=0.0218(kmol/s)=3669.1111(kg/h)=1.017(kg/s)Ls=LML/L=0.0218×46.65÷953.7695=0.0011 m3/sLh=3.96 m3/h(3) 提餾段：氣相流量：V=V=81.7619(kmol/h)=0.0227(kmol/s)=3519.8498(kg/h)=0.9772(kg/s)VS=0.

43、7849 m3/sVh=2825.64 m3/h液相流量：L=L+F=78.6519+2649.14=2727.7919(kmol/h)=0.7877(kmol/s)=1.6069×105(kg/h)=46.4034(kg/s)LS=0.7877×58.91÷943.5625=0.04918 m3/sLh=177.048(m3/h)3.2.2塔徑的計(jì)算（1）計(jì)算公式D：塔徑（m）：塔內(nèi)氣體流量u：空塔內(nèi)氣速m/su=安全系數(shù)×：極限空塔氣速m/sC：負(fù)荷系數(shù)（可由史密.斯關(guān)聯(lián)圖查出）：分別為塔內(nèi)氣液兩相密度=（2）精餾段計(jì)算：Ls/Vs*(L/v)0.5

44、=0.0011÷0.7849×(953.7695÷1.2451)0.5=0.03879取板間距HT=0.45m，取板上液層高度hL=0.05m則HT-hL=0.45-0.05=0.4m根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由化工原理下冊(cè)p158圖37史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：C20=0.08 其中精=35.56 mN/m則C=C20(精/20)0.2=0.08（35.56/20）0.2=0.08976所以u(píng)max=0.08976×(L-v)/ v0.5=0.08976×(953.7695-1.2451)/1.24510.5=2.4827m/s取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速 u

45、=0.7umax=1.7379m/s所以塔徑 D=（4Vs/u）0.5=（4×0.7849÷3.14×1.7379）0.5=0.7585m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，取 D=0.8m塔截面積：AT=D2/4=3.14×0.82÷4=0.5024m2空塔氣速：u=VS/AT=0.7849÷0.5024=1.5623 m/s（3）提餾段計(jì)算：LS/ VS×(L/v)0.5=0.04918/0.7849×（943.5625÷0.70795）0.5=2.2875取板間距HT=0.6m，取板上液層高度hL=0.08m則HT-

46、 hL=0.6-0.08=0.52(m)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由化工原理下冊(cè)p158圖37史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：C20=0.012由于物系表面張力為19.27mN/m，校正：C=C20(提÷20)0.2=0.012（19.27÷20）0.2=0.0119umax= C×(L-v)/ v0.5=0.0119×(943.5625-0.70795) ÷0.707950.5=0.4343m/s取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速 u=0.6umax=0.2606m/s所以塔徑 D=（4Vs/u）0.5=（4×0.7849÷3.14×0.26

47、06）0.5=1.9587m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，取 D=2m塔截面積：AT=D2/4=3.14×22÷4=3.14m2空塔氣速：u=VS/AT=0.7849÷3.14=0.2499m/s3.2.3塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(一) 精餾段板間距HT=0.45m,取板上液層高度hL=0.05m塔徑D=0.8m 根據(jù)塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，塔板采用單溢流和分塊式組裝。(1) 溢流裝置堰長(zhǎng)lW取堰長(zhǎng)lW=0.8D,即lW=0.8×0.8=0.64(m)堰上液層高度hOWhOW =，取E1hOW =2.84/1000×1×（3.96 /

48、0.64）2/3=0.0096hOW>0.006m，符合要求。一般how不應(yīng)小于6mm,以免液體在堰上分布不均。出口堰高h(yuǎn)WhL=hW+hOW，即hW= hL- hOW=0.05-0.0096=0.0404m 降液管底隙高度 hoho=hw-0.006=0.0404-0.006= 0.0344(m) 弓形降液管寬度Wd和面積AfLw/D=0.8查化工原理下冊(cè)，圖3-12得Af/AT=0.15, AT=0.5024m2所以Af=0.0754 m2 Wd/D=0.2 D=0.8m所以Wd=0.2×0.8=0.16m 液體在液管中停留時(shí)間 = AfHT/ Ls=0.0754×

49、;0.45÷0.0011=30.8s停留時(shí)間>5s，故降液管尺寸可用。(2) 塔板布置及篩孔數(shù)目與排列因?yàn)镈小于1.5m，所以取WS=0.06m WC=0.05m本設(shè)計(jì)中所處理的物系有腐蝕性，可選用的不銹鋼塔板，篩孔直徑 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 篩孔數(shù)目 其中 X=0.8/2-（0.16+0.06）=0.18 r=0.8/2-0.05=0.35則 Aa=0.2403 m2所以 n=1.55×0.2403÷0.0152=1655.4開(kāi)孔率: (二) 提餾段板間距HT=0.6m,取板上液層高度hL=0.08m塔徑D=2m 根據(jù)塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，塔板采用單溢流和分塊式組裝。(3) 溢流裝置堰長(zhǎng)lW取堰長(zhǎng)lW=0.8D,即lW=0.8×2=1.6(m)堰上液層高度hOWhOW =，取E1hOW =2.84/1000*1（177.0442 ÷1.6）2/3=0