聚乙烯醇精餾項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案.doc

1、聚乙烯醇精餾項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案第一章聚乙烯醇的綜述1.1 前言聚乙烯醇（簡(jiǎn)稱PVA）是目前已發(fā)現(xiàn)的唯一具有水溶性且無毒的高聚物，別名為 PVA,Poval 。 聚乙烯醇（簡(jiǎn)稱PVA）是由德國化學(xué)家W.O.Herrmann和W.WHachnel博士于 1924年合成的， 1926年實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模生產(chǎn)， 工業(yè)化生產(chǎn)源于上世紀(jì) 50年代，我國上世紀(jì) 60年代中期，從日本進(jìn)口引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)。聚乙烯醇的結(jié)構(gòu)式為 CH2CH(OH)n，其中 n表示聚合度。聚乙烯醇的物理性質(zhì)受化學(xué)結(jié)構(gòu)、醇解度、聚合度的影響。它是近三十年來發(fā)展起來的高分子化合物，由于合成技術(shù)的不斷提高和價(jià)格的不斷下降，其用途日益廣泛， 發(fā)展速度很

2、快。 其性能介于橡膠和塑料之間，按用途可分為纖維和非纖維兩大用途。1.2 聚乙烯醇的性質(zhì)及用途1.2.1 聚乙烯醇的性質(zhì)聚乙烯醇 (polyvinyl alcoho1) ，簡(jiǎn)稱 PVA ，分子式一 CH C H (O H ) 一 ，為白色片狀 、絮狀或粉末狀固體 ，無味無毒 、無污染 ，可在 80 90 水中溶解 ，是一種由醋酸乙烯經(jīng)醇解聚合而成的水溶性高分子聚合物 ，分纖維用和非纖維用兩種。 其水溶液有很好的黏接性和成膜性，能耐油類、潤(rùn)滑劑和烴類等大多數(shù)有機(jī)溶劑，具有長(zhǎng)鏈多元醇酯化、醚化、縮醛化等化學(xué)性質(zhì)。PVA 性能由其聚合度、黏度和醇解度決定 ，隨著聚合度的提高 ， PVA 溶液的黏度

3、、黏著性 、成膜性 、剛性都相應(yīng)增大 ，但水溶性、漿膜的柔軟性變差，溶液的流動(dòng)性、浸潤(rùn)性能也相應(yīng)降低。PVA的醇解度在88 ( 摩爾分?jǐn)?shù) ) 左右，具有良好的水溶性，但醇解度過高或過低，水溶性反而降低【 1-3 】。1.2.2 聚乙烯醇的應(yīng)用由于 PVA具有獨(dú)特的強(qiáng)力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、 保 護(hù)膠體性、 氣體阻絕性、 耐磨性以及經(jīng)特殊處理具有的耐水性，因此除了作纖維原料外，還被大量用于生產(chǎn)涂料、粘合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產(chǎn)品，應(yīng)用范圍遍及紡織、食品、醫(yī)藥、建筑、木材加工、造紙、印刷、農(nóng)業(yè)、鋼鐵、高分子化工等行業(yè)。聚乙烯醇樹脂系列產(chǎn)品系白色固體，外型分絮

4、狀、顆粒狀、粉狀三種；無毒無味、無污染，可在80 90 水中溶解。主要用于紡織行業(yè)經(jīng)紗漿料、織物整理劑、維尼綸纖維原料；建筑裝潢行業(yè)107膠、內(nèi)外墻涂料、粘合劑；化工行業(yè)用作聚合乳化劑、分散劑及聚乙烯醇縮甲醛、縮乙醛、縮丁醛樹脂；造紙行業(yè)用作紙品粘合劑；農(nóng)業(yè)方面用于土壤改良劑、農(nóng)藥粘附增效劑和聚乙烯醇薄膜；還可用于日用化妝品及高頻淬火劑等方面。1.3 聚乙烯醇市場(chǎng)前景1.3.1國外市場(chǎng)前景目前，全球共有20多個(gè)國家和地區(qū)生產(chǎn)聚乙烯醇，裝置的總生產(chǎn)能力已達(dá) 1100kt a， 93萬噸年約為93 萬噸年。世界上聚乙烯醇生產(chǎn)能力和產(chǎn)量最大的國家依次是中國、日本、美國和朝鮮，其生產(chǎn)能力占世界聚乙烯醇

5、總生產(chǎn)能力的 85 90 4 。在消費(fèi)結(jié)構(gòu)上，各國的重點(diǎn)有所不同圖 1-1美國 西歐 日本 中國聚乙烯醇的消費(fèi)結(jié)構(gòu)目前日本的聚乙烯醇出口量最大，北美和西歐則是最大的進(jìn)口地區(qū)。目前世界涂料和粘合劑消耗聚乙烯醇的量占聚乙烯醇總消費(fèi)量的60 一70，是世界聚乙烯醇最主要的消費(fèi)市場(chǎng)。根據(jù)預(yù)測(cè)，今后幾年世界涂料市場(chǎng)的規(guī)模將逐年增長(zhǎng)， 由此可見，世界聚乙烯醇的消費(fèi)形勢(shì)仍十分樂觀5 。2009- -20 14年 ，世界聚乙烯醇的消費(fèi)量將以年均約 3 95的速度增長(zhǎng)，到 2014年總消費(fèi)量將達(dá)到約 127 9萬噸。1.3.2 國內(nèi)市場(chǎng)前景我國目前有電石乙烯，天然乙烯，石油乙烯三種原料路線的大約13套聚乙烯醇生

6、產(chǎn)裝置，生產(chǎn)過程采用高堿兩種堿法醇解工藝，總產(chǎn)量約為32萬噸，居世界首位。近年來，通過對(duì)原有的設(shè)備進(jìn)行了改造和擴(kuò)建，國內(nèi)聚乙烯醇總生產(chǎn)能力已達(dá)440 kt a，生產(chǎn)工藝也由單一的高堿皂化法發(fā)展為高、低堿皂化法并舉，產(chǎn)品由單純的維綸化纖原料發(fā)展為廣泛應(yīng)用于涂料、紡織漿料、膠粘劑、建材等20多個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)原料。目前，國內(nèi)外聚乙烯醇資源量充足，市場(chǎng)供應(yīng)壓力較大。國際方面，日本正在通過合并重組的方式提高 PVA 的生產(chǎn)能力。東南亞近年產(chǎn)品直接覆蓋中國內(nèi)地市場(chǎng)；而國內(nèi)多家聚乙烯醇生產(chǎn)裝置已經(jīng)正在進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)能力，結(jié)果將會(huì)比原來的產(chǎn)能增加 1 3左右，這樣在需求未能放大的情況下，國內(nèi)市場(chǎng)將面臨較大的供應(yīng)壓

7、力。歐美市場(chǎng)是我國聚乙烯醇的重要出口地區(qū)，由于世界經(jīng)濟(jì)回升緩慢，其市場(chǎng)需求增長(zhǎng)不力，導(dǎo)致我國聚乙烯醇出口增長(zhǎng)難度加大。另外從近幾兩年的進(jìn)出口情況看，進(jìn)口呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。加入WTO效應(yīng)在進(jìn)口方面進(jìn)一步顯現(xiàn)，進(jìn)口增長(zhǎng)還將加快。近年來隨著我國展對(duì)聚乙烯醇的需求量不斷增加。2004 年我 國聚乙烯醇的表觀消費(fèi)量為46.17萬噸， 2007 年達(dá)到 51.15萬噸，同比增長(zhǎng)約2.90 。 2009 年表觀消費(fèi)量 47.89萬 噸，同比增長(zhǎng)約4.45 ， 2004- 2009年表觀消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率約為0.73 。圖 1-2 中國近年來聚乙烯醇的表觀消費(fèi)量有關(guān)人士認(rèn)為，聚乙烯醇在經(jīng)歷了幾年的低谷蓄勢(shì)以

8、后，將可能步人新一輪的旺盛期6 。以下幾方面的有利條件將為市場(chǎng)提供有利的支持：(1)宏觀經(jīng)濟(jì)預(yù)期良好，支持市場(chǎng)穩(wěn)步上升。(2) 相關(guān)行業(yè)的發(fā)展和下游市場(chǎng)的興旺，保證聚乙烯醇需求穩(wěn)定增長(zhǎng)。(3) 不斷開發(fā)的新產(chǎn)品，拓展了聚乙烯醇的應(yīng)用空間。(4) 生產(chǎn)和設(shè)備的復(fù)雜性，決定了供應(yīng)規(guī)模的穩(wěn)定性，但是我們也要看到，一些不利因素的存在也對(duì)現(xiàn)有的聚乙烯醇帶來負(fù)面影響：聚乙烯醇資源量的進(jìn)一步增加；國際反傾銷浪潮的連帶影響；產(chǎn)品成本上升以及動(dòng)力、能源緊張對(duì)市場(chǎng)帶來的影響。聚乙烯醇市場(chǎng)雖然存在一定的不利因素，但聚乙烯醇市場(chǎng)的底部在反復(fù)的夯打之后已經(jīng)十分堅(jiān)實(shí)，在明年經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的促進(jìn)下，必然會(huì)走出一番靚麗行情。1

9、.4 聚乙烯醇的生產(chǎn)工藝1.4.1 生產(chǎn)方法按原料分有：乙烯法和乙炔法兩類，其中乙炔法又分為電石乙炔法和天然氣乙炔法。20世紀(jì) 60代以前，世界各國主要采用電石乙炔法，到50 年代后期才陸續(xù)采用天然氣乙炔法。70 年代以后，由于石油化工迅速發(fā)展，生產(chǎn)聚乙烯醇的原料路線從電石乙炔路線轉(zhuǎn)向石油乙烯路線。目前，國際上生產(chǎn)聚乙烯醇的路線以乙烯法為主導(dǎo)，其數(shù)量占總產(chǎn)能的72。美國已經(jīng)完成了乙炔法向乙烯法路線的轉(zhuǎn)變，日本乙烯法也占70以上 7 。圖 1-3 中國聚乙烯醇生產(chǎn)方法比例圖1.4.1.1乙烯直接合成法石油裂解乙烯直接合成法， 由日本可樂麗公司 ( 原倉敷人造絲公司 ) 首次開發(fā)成功并用于工業(yè)化生

10、產(chǎn)。 目前，國際上生產(chǎn)聚乙烯醇的工藝路線以乙烯法占主導(dǎo)地位，其數(shù)量約占總生產(chǎn)能力的72。美國已完成了乙炔法向乙烯法的轉(zhuǎn)變，日本的乙烯法也占70以上，而中國的生產(chǎn)企業(yè)只有兩家為乙烯法。其工藝流程包括：乙烯的獲取及醋酸乙烯(VAc) 合成、精餾、聚合、聚醋酸乙烯(PVAc)醇解、醋酸和甲醇回收五個(gè)工序。石油乙烯法的工藝特點(diǎn)：生產(chǎn)規(guī)模較乙炔法大，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)備易于維護(hù)、管理和清洗、熱利用率高，能量節(jié)約明顯，生產(chǎn)成本較乙炔法低 30以上。1.4.1.2電石乙炔合成法電石乙炔合成法， 最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)， 其工藝特點(diǎn)是操作比較簡(jiǎn)單、 產(chǎn)率高、副產(chǎn)物易于分離，因而國內(nèi)至今仍有 1O 家工廠沿用此法生產(chǎn)，

11、且大部分應(yīng)用高堿法生產(chǎn)聚乙烯醇。 但由于乙炔高堿法工藝路線產(chǎn)品能耗高、 質(zhì)量差、成本高，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的雜質(zhì)污染環(huán)境亦較為嚴(yán)重， 缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力， 屬逐漸淘汰工藝。國外先進(jìn)國家早于 20 世紀(jì) 7O年代已全部用低堿法生產(chǎn)工藝。1.4.1.3天然氣乙炔合成法天然氣乙炔為原料的Borden 法，不但技術(shù)成熟，而且生產(chǎn)的乙炔有利于綜合利用，VAc的生產(chǎn)成本較電石乙炔法低50 70，但天然氣乙炔法投資和技術(shù)難度都較大。在天然氣、煤和電力豐富的地區(qū)，天然氣乙炔法仍具有生命力。歐洲及朝鮮等國家以天然氣乙炔為主，我國也有套生產(chǎn)裝置采用該方法8 。三種路線各有優(yōu)缺點(diǎn)其生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)比較見表9:表 1-4 聚乙烯

12、醇生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)比較原料路線石油乙烯天然氣乙炔電石乙炔反應(yīng)方式固定床氣相法固定床氣相法沸騰床氣相法溫度/ 150200170 210170 210壓力 /Mpa0.49 0.98常壓常壓空速 /(L h-1 )2040 2100250 280110 150原料配比乙烯：醋酸：氫 =9:4:15乙炔：醋酸 =1：（ 7 1） 乙炔：醋酸 =1：（31）（摩爾比）續(xù)表：催化劑組成鈀/ 金Zn（Ac） 2/ 活性炭Zn（Ac）2 / 活性炭催化劑壽命56 個(gè)月3 個(gè)月56 個(gè)月單程轉(zhuǎn)化率 /%152060703035空時(shí)效率6 82.2 2.51.0 1.3/r/(m 3 )優(yōu)點(diǎn)副產(chǎn)物少，設(shè)備腐蝕性

13、熱能利用好，催化劑廉技術(shù)成熟，投資少，催小，催化劑活性高， 產(chǎn)價(jià)易得，副反應(yīng)少化劑易得品質(zhì)量好缺點(diǎn)催化劑貴重乙炔成本高電石污染嚴(yán)重1.4.2乙炔法生產(chǎn)原理【 10】（ 1）乙炔發(fā)生CaC22H 2OC 2H 2Ca(OH) 2一定粒徑的電石加入乙炔發(fā)生器后，與水進(jìn)行反應(yīng)得到粗乙炔氣體。（ 2）醋酸乙烯 (VAc) 的合成C 2H 2 CH 3COOHZnCH 2 COOCHCH 2（ 3） 醋酸乙烯 (VAc) 的聚合 【11】以偶氮二異丁腈 (AIBN) 為引發(fā)劑，甲醇為溶劑， VAc 經(jīng)聚合生成聚醋酸乙烯(PVAc)n H2C CHAIBNCH2 CH65主反應(yīng)：nO CCH3O CCH3

14、OO副反應(yīng)： VAcCH 3OHCH 3COOCH 3CH 3CHOVAcH 2OCH 3 COOHCH 3 CHO（ 4） 聚醋酸乙烯的醇解【 12】醇解過程主要發(fā)生以下 3 個(gè)反應(yīng)a) 酯交換反應(yīng) ( 堿起到催化劑作用 )CH2 CH+ nCH 3OHNaOHCH 2 CH+ nCH3COOCH3nnO CCH3OHOb) 皂化反應(yīng) (PVAc 皂化 )CH2 CH+ nNaOHCH 2 CH+ nCH3COONanOH nO CCH3Oc) 副反應(yīng) ( 醋酸甲酯皂化 )CH 3 COOCH 3NaOHCH 3OHCH 3 COONa上述三個(gè)反應(yīng)中 , 反應(yīng) a 是主要反應(yīng) , 絕大多數(shù)的

15、 PVAc 通過反應(yīng)生成PVA。反應(yīng) b 和反應(yīng) c 是副反應(yīng) , 其中反應(yīng) b 屬于水解反應(yīng) , 只在體系有水的情況下發(fā)生 , 而且隨著體系含水量的增加而加快。反應(yīng) c 因反應(yīng)生成的醋酸甲酯和堿液濃度較低 , 反應(yīng)速度較慢 , 但隨體系含水率升高 , 反應(yīng)加快。（5）醋酸、甲醇回收CH 3COOH陰離子樹脂CH 3 COOHCH 3OH2CH 3COONa H 2SO 4CH 3 COOHNa 2SO4以電石為原料 在乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)生成乙炔；乙炔再與醋酸合成反應(yīng)，生成的反應(yīng)液經(jīng)過精餾得到醋酸(VAc) ，VAc 在引發(fā)劑的作用下聚合生成聚醋酸乙烯 (PVAc)；PVAc再醇解得到最終產(chǎn)

16、品PVA。這是乙炔法生產(chǎn)聚乙烯醇的原理。水電石乙炔醋酸粗醋酸精餾催化劑醋酸乙烯酯乙烯酯AIBN聚醋酸乙烯酯甲醇NaOH甲醇溶液聚乙烯醇醇解【13 】圖 1-5聚乙烯醇的工藝流程圖1.5 小結(jié)1. 經(jīng)過多年的發(fā)展， 我國聚乙烯醇的生產(chǎn)基本上能夠滿足國內(nèi)實(shí)際需求。 生產(chǎn)工藝技術(shù)正在向低堿醇解方向發(fā)展但是，目前我國生產(chǎn)的聚乙烯醇品種仍然比較單一大多數(shù)為普通粘度和醇解度的常規(guī)產(chǎn)品，主要用于建筑膠粘劑、 低檔紡織漿料等領(lǐng)域，中、低聚合度和高聚合度的產(chǎn)品極少，低醇解度 ( 小于 80 ( 摩爾比 ) 及嵌段品種等高精細(xì)化和特種產(chǎn)品很少，主要依靠進(jìn)口來解決。2. 隨著川維、皖維等廠正在進(jìn)行或者計(jì)劃進(jìn)行新一輪

17、的聚乙烯醇擴(kuò)產(chǎn)工程我國聚乙烯醇的生產(chǎn)能力將大大增加 屆時(shí)的生產(chǎn)能力將出現(xiàn)過剩各個(gè)企業(yè)應(yīng)在考慮提高聚乙烯醇產(chǎn)能力的同時(shí) 重點(diǎn)考慮如何自身增加聚乙烯醇分流消化能力在做大做強(qiáng)聚乙烯醇產(chǎn)業(yè)鏈上多下功夫3. 目前，我國聚乙烯醇生產(chǎn)原料主要采用電石乙炔 雖然具有許多優(yōu)點(diǎn) 符合我國目前的資源利用情況， 原油價(jià)格走高也是必然的趨勢(shì)， 電石乙炔路線在一定時(shí)期內(nèi)仍將保持一定的成本優(yōu)勢(shì)。 但從長(zhǎng)遠(yuǎn)、可持續(xù)發(fā)展的角度看， 還是應(yīng)該在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī) 適當(dāng)發(fā)展天然氣乙炔路線和乙烯路線 逐步實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)工藝共存。4. 目前，我國聚乙烯醇及其下游產(chǎn)品的出口已有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)在擴(kuò)大聚乙烯醇的生產(chǎn)規(guī)模和開發(fā)生產(chǎn)高精細(xì)化、 特種產(chǎn)品

18、聚乙烯醇品種的項(xiàng)目勢(shì)在必行5. 建議產(chǎn)業(yè)界提前籌謀應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的產(chǎn)能過剩。 除了積極開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域外還應(yīng)該充分利用我國聚乙烯醇產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)比較便宜的優(yōu)勢(shì)， 通過技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，積極擴(kuò)大出口，以規(guī)避市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，保證聚乙烯醇行業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展第二章設(shè)計(jì)方案的確定本次設(shè)計(jì)所針對(duì)的聚乙烯醇精餾塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 他所對(duì)應(yīng)的是粗醋酸乙烯酯精制流程。而精餾工序中四塔所精餾的醋酸乙烯酯是能夠達(dá)到聚合原料的純度要求，所以本設(shè)計(jì)應(yīng)確定對(duì)四塔設(shè)備的設(shè)計(jì)。確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗

19、的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)：(1) 滿足工藝和操作的要求所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備， 首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求， 而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定， 入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定， 從而需要采取相應(yīng)的措施。 其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性， 各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。 因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。要考慮必需裝置的儀表 ( 如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等 ) 及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測(cè)生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。（2） 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗

20、， 減少設(shè)備及基建費(fèi)用。 如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟敗?塔底的廢熱， 就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水， 也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低， 一方面影響到冷卻水用量， 另方面也影響到所需傳熱面積的大小， 即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。 同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)， 因此在設(shè)計(jì)時(shí)， 是否合理利用熱能， 采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方。（ 3）保證安全生產(chǎn)例如醋酸乙烯酯屬易燃物料， 不能讓其蒸汽彌漫車間， 也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)

21、備。又如，塔是指定在常壓下操作的， 塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中， 對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮， 對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。2.1 塔設(shè)計(jì)原則總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，精餾所進(jìn)行的是氣( 汽) 、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣( 汽) 、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣( 汽) 、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基

22、本要求：(1) 氣 ( 汽 ) 、液處理量大， 即生產(chǎn)能力大時(shí)， 仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。(2) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣 ( 汽) 、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。(3) 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。 對(duì)于減壓精餾操作， 過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。(4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。(5) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。(6) 塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上， 任何塔設(shè)

23、備都難以滿足上述所有要求， 況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。2.2裝置流程的確定精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器等裝備，熱量自塔底輸入，物料在塔中多次部分被汽化和冷凝進(jìn)行精餾操作， 由冷凝器中冷卻介質(zhì)將熱量帶走。工業(yè)生產(chǎn)中多應(yīng)用連續(xù)蒸餾，具有生產(chǎn)能力大， 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)， 塔頂冷凝裝置采用全凝器以便準(zhǔn)確的控制回流比。在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮余熱的利用。2.3板型選擇本次設(shè)計(jì)是通過對(duì)篩板塔和浮閥塔的計(jì)算和生產(chǎn)能力，塔板效率，操作效率，操作彈性，壓力降，以及操作和造價(jià)等多方面的比較，根據(jù)實(shí)際選型

24、選擇四塔采用篩板塔。2.4操作壓力的選擇精餾操作有常壓，加壓和減壓。本設(shè)計(jì)采用常壓操作，原因有以下幾點(diǎn)：(1) 甲醇和醋酸乙烯在常壓下呈液態(tài)，不必采用加壓裝置。(2) 能用水將餾出物冷卻，在常壓下實(shí)現(xiàn)醋酸乙烯和聚醋酸乙烯的分離。(3) 醋酸乙烯和聚醋酸乙烯不屬于熱敏性物料， 混合液沸點(diǎn)不高， 不必采用減壓蒸餾。2.5附屬設(shè)備的選擇本設(shè)計(jì)選擇用冷卻水冷卻， 采用冷凝器。 塔釜一般采用間接蒸汽加熱， 但對(duì)塔底產(chǎn)物基本是水，且在低濃度時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度較大的體系， 也可采用直接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。2.6回流比的選擇與塔板數(shù)實(shí)際回流比總是介于最小回流比和全回流兩種極限之間。為了是塔設(shè)備合操作費(fèi)用實(shí)現(xiàn)最優(yōu)

25、化組合，本設(shè)計(jì)四塔R10。2.7工藝流程圖見附錄。第三章醋酸乙烯酯精餾四塔(T-204)的工藝設(shè)計(jì)3.1精餾工序的物料衡算及操作條件的確定基準(zhǔn)：年產(chǎn) 30000 噸聚乙烯醇。精餾送出醋酸乙烯量：已知皖維采用低堿法生產(chǎn)的聚乙烯醇平均純度為94%，按照年生產(chǎn)時(shí)間8000小時(shí)計(jì)算，醇解工序收率為99.5%，精餾工序的收率99.8%，聚合轉(zhuǎn)化率為 50%，則 30000 100080000.94 44=精餾送出醋酸乙烯量 8699.5%精餾送出醋酸乙烯量 =6924kg/h年產(chǎn) 30000 噸聚乙烯醇的聚合轉(zhuǎn)化率為 50%根據(jù)三塔加料中醋酸乙烯 99.8%=精餾送出醋酸乙烯量（假定收率99.8%）聚合

26、轉(zhuǎn)化率為 50%三塔加料中醋酸乙烯的量=6924 99.8 50%=13875.752kg/h物料平衡表根據(jù)進(jìn)料百分比得：表 3-1三塔進(jìn)料序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量 %）1醋酸乙烯（ VAC）13875.75297.62醋酸甲酯（ MeOAC）213.2541.53水（ HO）71.0850.524乙醛（ Aed）42.6510.35丙酮（ Me2CO)14.2170.16甲醇（ MeOH）4.2650.037硫叉二苯胺（ TDA）1.4220.18醋酸（ HAC）0.0640.00045三塔餾出液中水的重量與進(jìn)料水量不變餾出液組分量： 71.085 4.53%=1569.205kg/h表

27、3-2三塔餾出液序號(hào)名稱公斤 /時(shí)組成（重量 %）1醋酸乙烯（ VAC）1254.10979.922醋酸甲酯（ MeOAC）177.32011.33水（ HO）71.0854.5324乙醛（ Aed）46.6052.975丙酮（ Me2CO)15.5350.996甲醇（ MeOH）4.5510.29四塔的進(jìn)料為三塔的餾出液，則四塔進(jìn)料可知表 3-3四塔進(jìn)料序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成g/molkmol/h摩爾 %（重量 %）1醋酸乙烯（ VAC）1254.10982.638614.58373.292醋酸甲酯（ MeOAC）177.32011.7742.39612.043水（ H2O）26.1231.7

28、2181.4517.2924乙醛（ Aed）46.6052.79441.0595.3225丙酮（ Me2CO)15.5351.0580.2681.3476甲醇（ MeOH）4.5510.3320.1420.7147硫叉二苯胺（ TDA）3.920合計(jì)1528.16310019.899100四塔餾出液中丙酮量與進(jìn)料丙酮量不變，則餾出液量15.5357.26%=213.981kg/h餾出液組分表 3-4四塔餾出液序號(hào)名稱公斤 /時(shí)組成（重g/molkmol/h摩爾 %量 %）1醋酸乙烯（ VAC）10.6995.0860.1243.8982醋酸甲酯（ MeOAC）136.94764.0741.85

29、150.8103水（ HO）6.1842.89180.3449.44324乙醛（ Aed）40.22818.8440.91425.0895丙酮（ Me2CO)15.5357.26580.2687.3576甲醇（ MeOH）4.5512.18320.1423.898合計(jì)214.1441003.643100釜出液組分表 3-5四塔釜出液序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成g/molkmol/h摩爾 %（重量 %）1醋酸乙烯（ VAC）1243.4193.548614.45889.7402醋酸甲酯（ MeOAC）40.3732.97740.5453.3833水（HO）19.9391.5181.1086.87724硫

30、叉二苯胺（ TDA）3.920合計(jì)1307.64210016.111100表 3-6 尾氣序號(hào)名稱公斤 / 時(shí)組成（重g/molkmol/h摩爾 %量 %）1乙醛（ Aed）6.377100440.1451003.1.2物性數(shù)據(jù)查找計(jì)算及匯總（ 1） 數(shù)均分子量計(jì)算（按摩爾百分比）進(jìn)料平均分子量 =MVAcVAc%+MMeOACMeOAC%+MH2H2O%+MAedAed%+MMe2COMe2CO%+MMeOH MeOH%=8673.29%+7412.04%+18 7.292%+445.322%+581.347%+320. 314%=76.475餾出平均分子量=MVACVAc%+MMeOACM

31、eOAC%+MH2OH2O%+MAedAed%+MMe2COMe2CO%+MMeOHMeOH%=863.898%+74 50.810%+189.443%+44 25.089%+587.357%+32 3.898%=59.206釜液平均分子量=MVACVAC%+MMeOACMeOAC%+MH2OH2O%=8689.704+743.383+18 6.877=81.223（ 2） 汽化潛熱 Hi （按質(zhì)量百分比）查得如下表：表 3-7 組分汽化潛熱表名稱VAcHAc甲醇水醋 酸 甲乙醛丁烯醛酯汽 化 潛 熱 H 379.76 394.67 1129.5 2253 410.8584.77 400i（

32、kJ/kg ）進(jìn)料平均汽化潛熱 =HiVAcVAc%+Hi甲醇 甲醇 %+Hi水水 %+Hi醋酸甲酯 醋酸甲酯 %+Hi乙醛 乙醛 %=379.76 82.63%+1129.50.3%+22531.72%+410.8 11.7%+584.772.97%=421.367kJ/kg餾出平均汽化潛熱 =HiVACVAc%+HiMeOACMeOAC%+HiH2O H2O%+HiAed Aed%+HiMeOH MeOH%=379.76 5.0%+410.864.0%+22532.89%+584.7718.8%+1129.52.18%=481.572kJ/kg釜液平均汽化潛熱 =HiVAC VAC%+Hi

33、MeOACMeOAC%+HiH2O H2O%=379.76 93.54%+410.82.97%+22531.5%=401.223kJ/kg（3）比熱（按質(zhì)量百分比）查表得：表 3-8 組分比熱表名稱VAcHAc甲醇水醋 酸 甲乙醛丙酮酯比熱c2.011.9762.54.182.11.402.20（ kJ/kg ）進(jìn)料平均比熱 =CVAcVAc%+CMeOACMeOAC%+CH2H2O%+CAedAed%+CMeOHMeOH%+CMe2COMe2CO%=2.01 82.63%+2.1 11.7%+4.18 1.72%+1.40 2.97%+2.5 0.3%+2.201.0%=2.05 kJ/kg

34、 餾出平均比熱 =CVAcVAc%+CMeOACMeOAC%+CH2H2O%+CAedAed%+CMeOHMeOH%+CMe2COMe2CO%=2.01 5.0%+2.164.0%+4.182.89%+1.4018.8%+2.52.18%+2.20 7.26%=2.04 kJ/kg 釜液平均比熱 =CiVAC VAC%+CiMeOACMeOAC%+CiH2O H2O%=2.01 93.54%+2.1 2.97%+4.18 1.5%=2.01kJ /kg （ 4）液相重度 （按質(zhì)量百分比）查表得：名稱VAc表 3-9甲醇組分密度表水醋酸甲乙醛丙酮酯密度 （ kg/m3）9307921000932

35、783784進(jìn)料平均密度 = VAcVAc%+MeOACMeOAC%+H2OH2O%+Aed Aed%+MeOHMeOH%+Me2COMe2CO%=93082.63%+93211.7%+10001.72%+7832.97%+7920.3%+7841.0% =928.17kg/m 3餾出平均溫度 = VAcVAc%+MeOACMeOAC%+H2OH2O%+Aed Aed%+MeOHMeOH%+Me2COMe2CO%=9305.0%+93264.0%+1000 2.89%+78318.8%+7922.18% +7847.26% =893.27kg/m 3釜液平均密度 = iVACVAC%+iMeO

36、ACMeOAC%+iH2O H2O%=93093.54%+9322.97%+10001.5%=931.11kg/m 3表 3-10 操作條件序號(hào)項(xiàng)目單位條件1塔頂溫度502塔中溫度603塔底溫度704加料溫度305回流比 R106餾出液中含醋酸乙烯%（重） 107釜液中含醋酸甲酯%（重） 38塔頂壓力kpa101.3259餾出液溫度5（ 5） 汽相重度 D按如下公式計(jì)算，其中Mn 為數(shù)均分子質(zhì)量。 p 為塔頂壓力， t 分別為進(jìn)料溫度、餾出溫度、塔底溫度。MnpD8.314t273.15則進(jìn)料汽相重度D176.475 101.3253.074kg/m 28.314(30273.15)餾出汽相重

37、度D259.206 101.3252.594kg/m 28.314(5273.15)釜液汽相重度81.223 101.3252D32.883kg/m物性數(shù)據(jù)見下表：表 3-11 物性數(shù)據(jù)匯總表名稱單位進(jìn)料餾出釜液精餾段平均提餾段平均平均分子量g/mol76.47559.20681.22367.84178.849比熱kJ/kg 2.052.042.012.052.03汽化潛熱kJ/kg421.36481.57401.22451.470411.295723汽相重度kg/m33.0742.5942.8832.8342.979液相重度kg/m3928.17893.27931.11910.72929.6

38、4表面張力dyn/cm20.5219.86粘度cp0.460.123.2精餾塔汽液負(fù)荷計(jì)算因?yàn)樗蟹肿悠瘽摕岵坏?，所以不能用恒分子流的方法?jì)算氣液負(fù)荷。本方法計(jì)算用熱平衡與物料平衡聯(lián)立的方法計(jì)算氣液負(fù)荷一、通過全塔熱平衡計(jì)算再沸器的熱負(fù)荷 Qs圖 3-1 全塔熱平衡全塔熱平衡等式QS+QF+QD=QP+QM+QW+QE進(jìn)料熱 QF=進(jìn)料比熱進(jìn)料量加料溫度=2.05 1528.163 30=93982kJ/h回流熱 QD=餾出比熱餾出量回流比餾出溫度QD2.04 214.144 5 1021870kJ / h餾 出熱 QR 餾出比熱餾出量 餾出溫度 2.04 214.144 5 2184.26

39、9kj / h塔頂熱 QP=餾出比熱餾出量 （回流比 +1）+餾出汽化潛熱餾出量 （回流比+1）QP214.144481.572(110)2.04214.144(110)1139188 kJ / h釜液熱 QW=釜液比熱釜液量釜液排出溫度Qw1307.6422.0170183985kJ / h QM=0假設(shè)全塔熱損失為QE0.03QSQSQp QW +QM - QF +QD1-0.03 QS2951774 kJ/h二、由第二塊板以下熱量衡算和物料衡算，求提餾段上升汽量Vs 和下降液體量Ls用 C 代表比熱 kJ / kg H i 代表汽化潛熱 kJ / kgQmm熱量平衡： QSQLQVQmQ

40、w(3-1)物料平衡： LV mW(3-2)QLCLTC(V mW TCV TCmTCWT(3-3)QVVH iCV T(3-4)QWCWT(3-5)QmmH iCmT0(3-6)將式 (3-3) (3-4)(3-5) (3-6)代入式 (3-1) ，得V TCmTCWTQSVH iCV TCWTmH iCmTm=0得：QSV H i V QS(3-7)H iVQS29517747357 kj / h(3-7)H i401.223VS73570.709m3 / s36002.883LV mW7357 0 1307.624 8664.624kJ / h .W釜出液總量 LS8664.6242.6

41、43 10 3 m3 / s3600910.72三、求精餾段氣液負(fù)荷進(jìn)料熱狀況參數(shù)進(jìn)料比熱 （塔中溫度加料溫度）進(jìn)料汽化潛熱2.05 （6030） 421.367進(jìn)料汽化潛熱1.146421.367進(jìn)料板以上第一塊板的氣相負(fù)荷VS1 VS VS1 F ( 1) 3600 FVS1 VS F (1)0.7091528.163(1.146 1)0.688m3 / s3600F36002.883其中， F 進(jìn)料流量 ; kg/hr F釜液汽重密度 ; kg/m3精餾段頂板氣相負(fù)荷 VS21. 由于回流液溫度低，產(chǎn)生內(nèi)回流量餾出量回流比餾出液比熱（塔頂溫度- 餾出液溫度）塔頂汽化潛熱214.144102.04(505)481.572408.214kJ / hVS 2餾出量（ R1）214.144 (101) 408.2140.296m3 / s3600P36002.594餾出液汽重密度精餾段平均氣相負(fù)荷VS1 VS 2