醋酸工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計(jì)第一章概述醋酸是一種有機(jī)化合物，又叫乙酸（ethanoicacid）別名：醋酸(aceticacid)、冰醋酸(glacialaceticacid)。分子式：C2H4O2（常簡(jiǎn)寫為HAc）或CH3COOH。是典型的脂肪酸。被公認(rèn)為食醋內(nèi)酸味及刺激性氣味的來源。純的無水乙酸（冰醋酸）是無色的吸濕性液體，凝固點(diǎn)為16.7°C(62°F)，凝固后為無色晶體。盡管根據(jù)乙酸在水溶液中的離解能力它是一個(gè)弱酸，但是乙酸是具有腐蝕性的，其蒸汽對(duì)眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一種簡(jiǎn)單的羧酸，是一個(gè)重要的化學(xué)試劑。乙酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纖維和織物。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢劑。食品工業(yè)方面，在食品添加劑列表E260中，乙酸是規(guī)定的一種酸度調(diào)節(jié)劑.醋酸是一種用途廣泛的基本有機(jī)產(chǎn)品,也是化工、醫(yī)藥、紡織、輕工、食品等行業(yè)不可缺少的重要原料。隨著醋酸衍生產(chǎn)品的不斷發(fā)展,以醋酸為基礎(chǔ)的工業(yè)不僅直接關(guān)系到化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,而且與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)息息相關(guān),醋酸生產(chǎn)與消費(fèi)正引起世界各國(guó)的普遍重視,醋酸生產(chǎn)工藝及相關(guān)問題的研究開發(fā)正在日益加深和發(fā)展。從最初的糧食發(fā)酵,木材干餾生產(chǎn)醋酸開始,合成醋酸的工藝路線主要有乙醛氧化法、乙炔電石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法和羰基合成法等。這些方法都各有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在選擇合成醋酸的路線時(shí)，應(yīng)與當(dāng)?shù)氐脑腺Y源情況密切聯(lián)系起來，因地制宜，按醋酸用量的大小，工業(yè)技術(shù)條件等作綜合的平衡.本設(shè)計(jì)采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸.首先確定乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝流程，其次對(duì)整個(gè)工藝過程進(jìn)行物料和能量衡算，然后對(duì)其中的單元設(shè)備——精餾塔進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)，最后對(duì)此進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析.1.1醋酸生產(chǎn)的歷史沿革早在公元前三千年，人類已經(jīng)能夠用酒經(jīng)過各種醋酸菌氧化發(fā)酵制醋。[1]十九世紀(jì)后期，人們發(fā)現(xiàn)從木材干餾制木炭的副產(chǎn)餾出液中可以回收醋酸，成為醋酸的另一重要來源.但這兩種方法原料來源有限，都需要脫除大量水分和許多雜質(zhì)，濃縮提純費(fèi)用甚高，因此，隨著20世紀(jì)有機(jī)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，誕生了化學(xué)合成醋酸的工業(yè).乙醛易氧化生成醋酸，收率甚高，成為最早的合成醋酸的有效方法.1911年，德國(guó)建成了第一套乙醛氧化合成醋酸的工業(yè)裝置并迅速推廣到其它國(guó)家.[2]早期的乙醛來自糧食、糖蜜發(fā)酵生成的乙醇的氧化，1928年德國(guó)以電石乙炔進(jìn)行水合反應(yīng)生成乙醛，是改用礦物原料生成醋酸的開始.二次大戰(zhàn)后石油化工興起發(fā)展了烴直接氧化生產(chǎn)醋酸的新路線，但氧化產(chǎn)物組分復(fù)雜，分離費(fèi)用昂貴.因此1957～1959年德國(guó)Wacher-chemie和Hoechst兩公司聯(lián)合開發(fā)了乙烯直接氧化制乙醛法后，乙烯—乙醛—醋酸路線迅速發(fā)展為主要的醋酸生產(chǎn)方法.70年代石油價(jià)格上升，以廉價(jià)易得、原料資源不受限制的甲醇為原料的羰基化路線開始與乙烯路線競(jìng)爭(zhēng)。甲醇羰基化制醋酸雖開始研究于20年代，60年代已有BASF公司的高壓法工業(yè)裝置，但直到1971年美國(guó)Monsanto公司的甲醇低壓羰基化制醋酸工廠投產(chǎn)成功，證明經(jīng)濟(jì)上有壓倒優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已取代乙烯路線而占領(lǐng)先地位。1989年世界醋酸總生產(chǎn)能力為480kt，一套甲醇低壓羰基化裝置的生產(chǎn)能力總計(jì)2000kt/a以上，除個(gè)別廠外，都已建成投產(chǎn)。中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)合成醋酸同樣從發(fā)酵法、乙醇—乙醛氧化法及電石乙炔—乙醛氧化路線開始，60年代末全國(guó)已形成60kt/a的生產(chǎn)能力.70年代開始發(fā)展乙烯路線，引進(jìn)了每套年產(chǎn)約7萬噸大型裝置.輕油氧化制醋酸，天然氣制甲醇，低壓羰基化制醋酸的工藝路線正積極研究?？梢钥隙ㄟ@些將會(huì)使我國(guó)的醋酸生產(chǎn)出現(xiàn)一個(gè)飛躍。1.2醋酸的物理性質(zhì)醋酸的主要物性數(shù)據(jù)列于表1-1名稱數(shù)值熔點(diǎn)，℃沸點(diǎn)，℃比熱容CP，J/(g﹒k)蒸汽液體溶解熱，J/g汽化熱，J/g黏度，mPa.s20℃25℃40℃介電常數(shù)液體固體折射率nD20生成熱△Ho，kJ/mol液體（25℃）氣體（25℃）燃燒熱△Hc，kJ/mol液體標(biāo)準(zhǔn)熵So，J/(mol.k)液體（25℃）氣體（25℃）閃點(diǎn)(閉杯)℃離解常數(shù)0℃25℃50℃臨界壓力Pc，Mpa16.66118.0（101.3kp）1.110(25℃)2.043(19.4℃)19.5394.5（沸點(diǎn)時(shí)）11.8310.978.186.170（20℃）2.665（-10℃）1.3719-484.50-432.25-874.8159.8282.5434.784.754.795.786表1-1純醋酸的物理性質(zhì)[3]1.3醋酸的化學(xué)性質(zhì)1.3.1酸性\o"羧酸"羧酸中，例如乙酸，的羧基\o"氫"氫\o"原子"原子能夠部分電離變?yōu)闅鋅o"離子"離子（\o"質(zhì)子"質(zhì)子）而釋放出來，導(dǎo)致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，\o"酸度系數(shù)"酸度系數(shù)為4.8，pKa=4.75（25℃），濃度為1mol/L的醋酸溶液（類似于家用醋的濃度）的pH為2.4，也就是說僅有0.4%的醋酸\o"分子"分子是解離的。乙酸的酸性促使它還可以與\o"碳酸鈉"碳酸鈉、\o"氫氧化銅"氫氧化銅、\o"苯酚鈉"苯酚鈉等物質(zhì)反應(yīng)。2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2+H2O2CH3COOH+Cu(OH)2→(CH3COO)2Cu+2H2OCH3COOH+C6H5ONa→C6H5OH(\o"苯酚"苯酚）+CH3COONa1.3.2乙酸的二聚體,虛線表示氫鍵乙酸的\o"晶體結(jié)構(gòu)"晶體結(jié)構(gòu)顯，分子間通過\o"氫鍵"氫鍵結(jié)合為\o"二聚體"二聚體（亦稱二締結(jié)物），二聚體也存在于120℃的\o"水蒸汽"蒸汽狀態(tài)。二聚體有較高的穩(wěn)定性，現(xiàn)在已經(jīng)通過冰點(diǎn)降低測(cè)定分子量法以及X光衍射證明了分子量較小的羧酸如\o"甲酸"甲酸、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以二聚體形式存在。當(dāng)乙酸與水溶和的時(shí)候，二聚體間的氫鍵會(huì)很快的斷裂。其它的羧酸也有類似的二聚現(xiàn)象。1.3.3溶劑液態(tài)乙酸是一個(gè)\o"親水"親水（\o"極性"極性）\o"質(zhì)子化溶劑"質(zhì)子化溶劑，與\o"乙醇"乙醇和\o"水"水類似。因?yàn)閈o"介電常數(shù)"介電常數(shù)為6.2，它不僅能溶解極性化合物，比如\o"無機(jī)鹽"無機(jī)鹽和\o"糖"糖，也能夠溶解非極性化合物，比如\o"油"油類或一些\o"元素"元素的\o"分子"分子，比如\o"硫"硫和\o"碘"碘。它也能與許多極性或非極性溶劑混合，比如水，\o"氯仿"氯仿，\o"己烷"己烷。乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運(yùn)用的化學(xué)品。1.3.4化學(xué)反應(yīng)對(duì)于許多\o"金屬"金屬，乙酸是有\(zhòng)o"腐蝕"腐蝕性的，例如\o"鐵"鐵、\o"鎂"鎂和\o"鋅"鋅，反應(yīng)生成\o"氫"氫氣和金屬乙酸鹽。因?yàn)閈o"鋁"鋁在\o"空氣"空氣中表明會(huì)形成\o"氧化鋁"氧化鋁保護(hù)層，所以鋁制容器能用來運(yùn)輸乙酸。金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應(yīng)的\o"堿"堿性物質(zhì)反應(yīng),比如最著名的例子：\o"碳酸氫鈉"小蘇打與\o"醋"醋的反應(yīng)。除了醋酸\o"鉻"鉻（II），幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。\o"鎂"Mg(\o"固體"s)+2CH3COOH(\o"溶液"aq)→(CH3COO)2Mg(aq)+\o"氫"H2(\o"氣體"g)\o"碳酸氫鈉"NaHCO3(s)+CH3COOH(aq)→\o"乙酸鈉"CH3COONa(aq)+\o"二氧化碳"CO2(g)+\o"水"H2O(\o"液體"l)乙酸能發(fā)生普通羧酸的典型化學(xué)反應(yīng)，特別注意的是，可以還原生成\o"乙醇"乙醇，通過\o"親核性取代反應(yīng)"親核取代機(jī)理生成乙酰氯，也可以雙分子脫水生成\o"酸酐"酸酐。同樣，乙酸也可以成\o"酯"酯或氨基化合物。440℃的高溫下，乙酸分解生成\o"甲烷"甲烷和\o"二氧化碳"二氧化碳或\o"乙烯酮"乙烯酮和\o"水"水。1.3.5鑒別乙酸可以通過其氣味進(jìn)行鑒別。若加入\o"氯化鐵"氯化鐵（III），生成產(chǎn)物為深紅色并且會(huì)在酸化后消失，通過此顏色反應(yīng)也能鑒別乙酸。乙酸與\o"三氧化砷"三氧化砷反應(yīng)生成\o"氧化二甲砷"氧化二甲砷，通過產(chǎn)物的惡臭可以鑒別乙酸。1.4醋酸的生產(chǎn)方法評(píng)述1.4.1甲醇羰基化大部分乙酸是通過甲基羰基化合成的。此反應(yīng)中，\o"甲醇"甲醇和\o"一氧化碳"一氧化碳反應(yīng)生成乙酸，方程式如下\o"甲醇"CH3OH+\o"一氧化碳"CO→CH3COOH這個(gè)過程是以碘代甲烷為中間體，分三個(gè)步驟完成，并且需要一個(gè)一般由多種金屬構(gòu)成的催化劑（第二部中）(1)CH3OH+\o"碘化氫"HI→\o"碘代甲烷"CH3I+H2O(2)CH3I+\o"一氧化碳"CO→CH3COI(3)CH3COI+H2O→CH3COOH+HI通過控制反應(yīng)條件，也可以通過同樣的反應(yīng)生成\o"乙酸酐"乙酸酐。因?yàn)橐谎趸己图状季浅Ｓ玫幕ぴ?，所以甲基羰基化一直以來備受青睞。[4]早在1925年，英國(guó)塞拉尼斯公司的HenryDrefyus已經(jīng)開發(fā)出第一個(gè)甲基羰基化制乙酸的試點(diǎn)裝置。然而，由于缺少能耐高壓（200\o"Atm"atm或更高）和耐腐蝕的容器，此法一度受到抑制。直到1963年，德國(guó)\o"巴斯夫"巴斯夫化學(xué)公司用\o"鈷"鈷作催化劑，開發(fā)出第一個(gè)適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法。到了1968年，以\o"銠"銠為基礎(chǔ)的催化劑的(cis?[Rh(CO)2I2]?)被發(fā)現(xiàn)，使得反映所需壓力減到一個(gè)較低的水平并且?guī)缀鯖]有副產(chǎn)物。1970年，美國(guó)\o"孟山都"孟山都公司建造了首個(gè)使用此催化劑的設(shè)備，此后，銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的方法（孟山都法）。[5]90年代后期，\o"BP化學(xué)"BP化學(xué)成功的將\o"Cativa"Cativa催化法商業(yè)化，此法是基于\o"釕"釕，使用([Ir(CO)2I2]?)它比孟山都法更加綠色也有更高的效率，很大程度上排擠了孟山都法。1.4.2乙醇氧化法由\o"乙醇"乙醇在有\(zhòng)o"催化劑"催化劑的條件下和\o"氧氣"氧氣發(fā)生\o"氧化"氧化反應(yīng)制得。工藝陳舊,生產(chǎn)規(guī)模小,原料和動(dòng)力消耗高,應(yīng)嚴(yán)格控制,杜絕新建小規(guī)模生產(chǎn)裝置。1.4.3乙烯氧化法由乙烯在催化劑(所用催化劑為\o"氯化鈀"氯化鈀:PdCl2、\o"氯化銅"氯化銅：CuCl2和\o"乙酸錳"乙酸錳：(CH3COO)2Mn）存在的條件下,與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成.此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化成乙醛，再通過乙醛氧化法制得。乙烯法醋酸雖然比乙炔法和酒精法先進(jìn),但與低壓甲醇羰基合成法相比,原料和動(dòng)力消耗高,技術(shù)經(jīng)濟(jì)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)性,不宜再用該技術(shù)新建裝置。原有裝置可借鑒乙烯直接氧化法進(jìn)行改造。1.4.4丁烷氧化法丁烷氧化法又稱為直接氧化法，這是用\o"丁烷"丁烷為主要原料，通過\o"空氣"空氣氧化而制得乙酸的一種方法，也是主要的乙酸合成方法。1.4.5巴斯夫高壓法巴斯夫高壓法盡管已工業(yè)化多年,與其它原料路線相比,具有一定的競(jìng)爭(zhēng)性;但與低壓法相比,相應(yīng)壓力高,原料消耗定額高,副反應(yīng)多,工藝復(fù)雜。[6]因此,不提倡發(fā)展高壓法。1.4.6UOP/千代田工藝UOP/千代田工藝技術(shù)先進(jìn),在某些方面比BP技術(shù)更有吸引力,但還沒有工業(yè)化生產(chǎn)裝置,引進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)大。[7]周修和.國(guó)外合成醋酸概括[J].石油化工，1993，2(3):251～263.如果在對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行充分論證的情況下,可積極引進(jìn)。1.4.7乙醛氧化法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\o"乙醛"乙醛\o"氧化"氧化制得。[8]盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過氧化\o"丁烷"丁烷或輕\o"石腦油"石腦油制得，也可以通過\o"乙烯"乙烯水合后生成。當(dāng)丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種\o"金屬"金屬\o"離子"離子包括\o"鎂"鎂，\o"鈷"鈷，\o"鉻"鉻以及過氧根離子催化，會(huì)分解出乙酸?；瘜W(xué)方程式如下：2\o"丁烷"C4H10+5\o"氧氣"O2→4CH3COOH+2\o"水"H2O此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進(jìn)行，一般的反應(yīng)條件是150℃和55\o"氣壓"

atm。副產(chǎn)物包括\o"丁酮"丁酮，\o"乙酸乙酯"乙酸乙酯，\o"甲酸"甲酸和\o"丙酸"丙酸。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)的成本增加。在類似條件下，使用上述催化劑，乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸2\o"乙醛"CH3CHO+\o"氧氣"O2→2CH3COOH使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%以上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為\o"乙酸乙酯"乙酸乙酯，\o"甲酸"甲酸和\o"甲醛"甲醛。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的\o"沸點(diǎn)"沸點(diǎn)都比乙酸低，所以很容易通過\o"蒸餾"蒸餾除去。第二章工藝流程設(shè)計(jì)綜合文獻(xiàn)分析，結(jié)合本地區(qū)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝。乙醛液相催化自氧化合成醋酸是一強(qiáng)放熱反應(yīng)，總反應(yīng)式為：乙醛氧化時(shí)先生成過氧醋酸，再與乙醛合成AMP[9]分解即為醋酸：乙醛和催化劑溶液自反應(yīng)塔中上部加入，為了使乙醛不被大量惰性氣體帶走，工業(yè)上一般采用氧作催化劑，且氧分段鼓泡通入反應(yīng)液中，與乙醛進(jìn)行液相氧化反應(yīng)，氧化過程釋放的大量反應(yīng)熱通過外循環(huán)冷卻而移出，出反應(yīng)器的反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝回收乙醛后放空，反應(yīng)液首先經(jīng)蒸發(fā)器除掉醋酸錳催化劑，醋酸蒸汽則先經(jīng)精餾塔1蒸出未反應(yīng)的乙醛、甲酸、醋酸甲酯、水、三聚乙醛等輕組分，然后經(jīng)精餾塔2脫除高沸點(diǎn)副產(chǎn)物后得成品醋酸，要求純度＞99%，其余的則進(jìn)入醋酸回收塔回收粗醋酸.工藝流程圖如圖2-1：圖2-1工藝流程圖第三章物料衡算3.1設(shè)計(jì)依據(jù)醋酸生產(chǎn)消耗定額見表3-1表3-1消耗定額[10]名稱單耗（每噸醋酸）乙醛氧氣冷卻水醋酸錳770kg260m3250m32kg醋酸年產(chǎn)量：10萬噸選擇年開工時(shí)間：8000小時(shí)則每小時(shí)生產(chǎn)醋酸根據(jù)消耗定額得每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為：所以，選擇每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為10000kg3.2氧化塔物料衡算（1）氧化塔物料衡算中的已知數(shù)據(jù)①每小時(shí)通入氧化塔的乙醛量為10000kg/h②氧化過程中乙醛總轉(zhuǎn)化率為99.3%③氧化過程中氧的利用率為98.4%④氧化塔塔頂補(bǔ)充的工業(yè)氮使其濃度達(dá)到45%⑤未轉(zhuǎn)化的乙醛在氣液相中的分配率（體積%）氣相：34%液相：66%⑥原料組成見表3-2表3-2原料組成[11]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)?氮?dú)?7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%⑦氧化過程中乙醛的分配率[12]主反應(yīng)96%副反應(yīng)1.4%0.25%0.95%1.4%（2）氧化塔物料衡算圖見圖3-1圖3-1氧化塔物料衡算圖（3）反應(yīng)式衡算純乙醛量：10000×99.5%=9950①主反應(yīng)96%a.乙醛用量：9950×0.993×0.96=9485.14kgb.需用氧量(x)44:16=9485.14:xx=3449.14kgc.生成醋酸量(y)44:60=9485.14:yy=12934.28kg②副反應(yīng)1.4%a.乙醛用量：9950×0.993×0.014=138.32kgb.需用氧量(x)132:96=138.32:xx=100.60kgc.生成醋酸量(y)132:120=138.32:yy=125.75kgd.生成甲酸量(z)132:46=138.32:zz=48.20kge.生成水量(w)132:18=138.32:ww=18.86kgf.生成二氧化碳量(v)132:44=138.32:vv=46.11kg③副反應(yīng)0.25%a.乙醛用量：9950×0.993×0.0025=24.70kgb.需用氧量(x)132:32=24.70:xx=5.99kgc.生成亞乙基二醋酸量(y)132:146=24.70:yy=27.32kgd.生成水量(z)132:18=24.70:zz=3.37kg④副反應(yīng)0.95%a.乙醛用量：9950×0.993×0.0095=93.86kgb.需用氧量(x)88:48=93.86:xx=51.20kgc.生成醋酸甲酯量(y)88:74=93.86:yy=78.93kgd.生成二氧化碳量(z)88:44=93.86:zz=46.93kge.生成水量(w)88:18=93.86:ww=19.20kg⑤副反應(yīng)1.4%a.乙醛用量：9950×0.993×0.014=138.32kgb.需用氧量(x)88:160=138.32:xx=251.49kgc.生成水量(y)88:72=138.32:yy=113.17kgd.生成二氧化碳量(z)88:176=138.32:zz=276.64kg根據(jù)反應(yīng)式衡算出來的反應(yīng)物總耗量及反應(yīng)生成物總量如下：①反應(yīng)掉的乙醛總量10000×0.995×0.993=9880.35kg②未轉(zhuǎn)化的乙醛量10000×0.995×0.007=69.65kg（其中液相中乙醛含量69.65×0.66=45.97氣相中乙醛含量69.65×0.34=23.68kg)③反應(yīng)掉的氧氣總量3449.14+100.60+5.99+51.20+251.49=3858.42kg則所需工業(yè)氧氣量其中：氧氣=40014.8×0.98=3921.16kg氮?dú)?4001.18×0.02=80.02kg所以未反應(yīng)的氧氣=3921.16-3858.42=62.74kg④反應(yīng)生成物重量醋酸：12934.28+125.75=13060.03kg二氧化碳：46.11+46.93+276.64=369.68kg水：18.86+3.37+19.20+113.17=154.60kg甲酸：48.20kg亞乙基二醋酸酯：27.32kg醋酸甲酯：78.93kg（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x其中：醋酸錳80.65×0.1=8.06kg水80.65×0.3=24.20kg醋酸80.65×0.6=48.39kg（5）保安氮用量設(shè)保安氮為xkg塔頂干氣量計(jì)算：氮?dú)猓?0.02+0.97x氧氣：62.74+0.03x二氧化碳：369.68kg則=45%x=289.57kg（其中氮?dú)猓?89.57×0.97=280.88kg氧氣：289.57×0.03=8.69kg）塔頂干氣量氮?dú)?80.02+0.97x=360.90kg氧氣:62.74+0.03x=71.43kg二氧化碳:369.68kg整理以上數(shù)據(jù)，列出氧化塔物料平衡結(jié)果，見表3-3表3-3氧化塔物料衡算結(jié)果進(jìn)料出料含量(%)質(zhì)量（kg）含量（%）質(zhì)量（kg）原料乙醛乙醛醋酸水三聚乙醛99.50.10.30.19950103010氧化液醋酸醋酸甲酯水亞乙基二醋酸甲酸乙醛三聚乙醛醋酸錳96.00.801.500.680.390.380.180.0713118.4278.93208.8027.3248.2045.9710.008.06工業(yè)氧氧氣氮?dú)?823921.1680.02工業(yè)氮氮?dú)庋鯕?73280.888.69催化劑醋酸水醋酸錳60301048.3924.208.06放空廢氣二氧化碳氮?dú)庋鯕庖胰?69.68360.9071.4323.68總計(jì)14371.40kg14371.40kg3.2蒸發(fā)器物料衡算已知數(shù)據(jù)：（進(jìn)料中醋酸錳含量）（完成液中醋酸錳含量）蒸發(fā)器進(jìn)出物料圖見圖3-2圖3-2蒸發(fā)器進(jìn)出物料圖列衡算式：3.3精餾塔物料衡算3.3.1精餾塔1物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量13245.68kg/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精餾塔1進(jìn)出物料圖見圖3-3圖3-3精餾塔1進(jìn)出物料圖則：進(jìn)料組成進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料流量列衡算式：=0.97=0.98得：即：3.3.2精餾塔Ⅱ物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=12825.92kg/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%精餾塔2進(jìn)出物料圖見圖3-4圖3-4精餾塔2進(jìn)出物料圖列衡算式：得：3.4醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進(jìn)料流量F=419.76+257.09=676.85kg/h（2）經(jīng)回收后得到粗醋酸含量65%以上（按65%計(jì)算）（3）從精餾塔出來的醋酸含量20%，副產(chǎn)物中含5%的醋酸醋酸回收塔進(jìn)出物料圖見圖3-5圖3-5醋酸回收塔進(jìn)出物料圖列衡算式：F=X+YF×0.2=0.05X+0.65Y得：X=507.64kg/hY=169.21kg/h整理以上數(shù)據(jù)，得總物料衡算結(jié)果，見表3-4表3-4總物料衡算結(jié)果進(jìn)料出料名稱質(zhì)量（kg）名稱質(zhì)量（kg）乙醛乙醛醋酸水三聚乙醛9950103010放空廢氣二氧化碳氮?dú)庋鯕庖胰?69.68360.9071.4323.68工業(yè)氧氣氧氣氮?dú)?921.1680.02催化劑殘液成品醋酸粗醋酸其它副產(chǎn)物量116.9212568.83169.21690.74工業(yè)氮?dú)獾獨(dú)庋鯕?80.888.69催化劑醋酸水醋酸錳48.3924.208.06總計(jì)14371.40kg14371.40kg第四章精餾塔的設(shè)計(jì)4精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)已知數(shù)據(jù)：（1）由前面物料衡算，得（2）塔頂溫度[13]：100～103℃塔底溫度：118～124℃（3）常壓精餾：P=101.3kp（4）水和醋酸的安托尼常數(shù)見表5-1表5-1水和醋酸的安托尼常數(shù)[14]常數(shù)ABC水醋酸7.074066.424521657.461479.02227.02216.82設(shè)備設(shè)計(jì)過程：4.1回流比和理論塔板數(shù)的計(jì)算（1）相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算假設(shè)泡點(diǎn)t=116.5℃對(duì)水：對(duì)醋酸：則與十分接近，故假設(shè)t=116.5℃(泡點(diǎn))正確則相對(duì)揮發(fā)度（2）回流比R的計(jì)算設(shè)進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料根據(jù)公式[18]帶入已知數(shù)據(jù)，得?。?）理論塔板數(shù)的計(jì)算利用簡(jiǎn)潔法計(jì)算理論塔板數(shù)①全回流時(shí)理論板層數(shù)[18]則由附錄一吉利蘭圖查得②精餾段理論板層數(shù)橫坐標(biāo)不變，則縱坐標(biāo)讀數(shù)也不變既所以加料板為從塔頂往下數(shù)第12層4.2塔的有效高度計(jì)算（1）全塔效率[15]其中：—相對(duì)揮發(fā)度—塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度查得：則（2）塔的有效高度其中：—塔內(nèi)所需理論板層數(shù)—塔板間距m(取)則取上層塔板與塔頂蓋之間的距離為1.0m，取下層塔板和塔底之間的距離為2.0m所以精餾塔總高度為4.3塔徑的計(jì)算（1）氣液相密度①液相密度②氣相密度（以進(jìn)料狀態(tài)計(jì)算）由（2）氣液相流量①氣相流量②液相流量（3）塔徑的確定塔徑u由得到，式中c由計(jì)算，其中由附錄二史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，其橫坐標(biāo)為取板間距，板上液層高度，則查圖，得則所以取安全系數(shù)為0.65，則空塔氣速所以塔徑按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，取塔截面積空塔氣速4.4塔板設(shè)計(jì)從塔板的生產(chǎn)能力、板面利用率、結(jié)構(gòu)、造價(jià)等方面考慮進(jìn)行比較后，選擇篩板塔.（1）溢流裝置計(jì)算根據(jù)塔徑及液體流量與溢流類型的關(guān)系，可選用單溢流弓形降液管，采用凹型受液盤，各項(xiàng)計(jì)算如下①堰長(zhǎng)?、谝缌餮吒叨扔蛇x用平直堰，堰上液層高度由計(jì)算，其中E由附錄三液流收縮系數(shù)圖可查，其橫坐標(biāo)為查得E=1.00，則故其符合范圍③弓形降液管寬度和截面積由，查附錄四弓形降液管參數(shù)圖，得故檢驗(yàn)液體在降液管中停留時(shí)間即＞5s故降液管設(shè)計(jì)合理④降液管底隙高度取液體通過底隙時(shí)的流速故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理，選用凹型受液盤，深度（2）塔板布置因D＞1.5m，?。?）篩孔計(jì)算及其排列本設(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)目其中則所以開孔率4.5流體力學(xué)驗(yàn)算（1）塔板壓降氣體通過一層塔板的壓降為①干板壓降其中為氣體通過篩孔的速度由故②氣體通過充氣液層的壓降則氣相動(dòng)能因子查附錄六充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得故③液體表面張力所產(chǎn)生的壓降計(jì)算表明，液體表面張力所產(chǎn)生的壓降很小，可忽略不計(jì)所以，塔板壓降每層塔板的壓降（2）液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從醋酸—水屬一般體系，取安全系數(shù)則而其中，由于板上不設(shè)進(jìn)口堰，則所以符合故不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象（3）漏液對(duì)篩板塔，取漏液量10%時(shí)的氣相動(dòng)能因子為則實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)符合，故不發(fā)生漏液現(xiàn)象（4）液沫夾帶其中則故液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)4.6塔板負(fù)荷性能圖（1）漏液線前已求得故據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的水平漏液線1（2）液沫夾帶線以為限，求關(guān)系如下:故所以整理，得列表計(jì)算如下：LS/(m3/s)0.0050.0100.0200.030VS/(m3/s)4.9984.9804.8504.790由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2（3）液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由得據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3（4）液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限由得據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4（5）液泛線令由聯(lián)系，得忽略的關(guān)系式帶入上式，并整理，得其中，（）將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得故列表計(jì)算如下：LS/(m3/s)0.0040.0100.0200.030VS/(m3/s)4.4504.1703.6003.001由以上數(shù)據(jù)即可作出液泛線5根據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，見圖5-1圖5-1篩板塔的負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，既作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制，由圖查得故操作彈性為所設(shè)計(jì)的篩板塔的主要結(jié)果匯總見表5-2表5-2篩板塔設(shè)計(jì)結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值123456789101112精餾塔高度H/m塔徑D/m板間距HT/m溢流型式降液管型式堰長(zhǎng)lw/m堰高h(yuǎn)w/m板上液層高度hl/m堰上液層高度how/m降液管底隙高度ho/m篩孔直徑d0/m篩孔數(shù)目221.800.50單溢流弓形1.440.050.070.020.0420.0057135131415161718192021222324孔心距t/m安定區(qū)寬度WS/m邊緣區(qū)寬度WC/m鼓泡區(qū)面積Aa/m2開孔率空塔氣速u/(m/s)篩孔氣速u0/(m/s)穩(wěn)定系數(shù)K每層塔板壓降Pp/pa汽相負(fù)荷上限VS，max/(m3/s)汽相負(fù)荷下限VS，max/(m3/s)操作彈性0.0150.10.071.39101.42022.032.471077.874.201.044.038結(jié)論乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝是最能適應(yīng)市場(chǎng)的生產(chǎn)方法，尤其在山西、陜西、內(nèi)蒙寧夏等地區(qū)。地理、資源優(yōu)勢(shì)還有成熟的生產(chǎn)工藝讓其成為比較有競(jìng)爭(zhēng)力的方法。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中涉及的資料文獻(xiàn)來源于寧夏大學(xué)圖書館和網(wǎng)上。計(jì)算過程中涉及的問題基本可以靠以前學(xué)過的專業(yè)課知識(shí)可以解決。因此，掌握好基本的專業(yè)知識(shí)是設(shè)計(jì)成功的基本條件。在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中我完成了基本的物料衡算、能量衡算、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、精餾塔的設(shè)計(jì)和基本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析得出投資回收期。過程的設(shè)計(jì)雖然比較粗糙，但是過程還算完整，起到了鍛煉自己的作用，達(dá)到了鞏固知識(shí)和綜合利用知識(shí)的目的。同時(shí)還鍛煉了自己的各方面的能力。參考文獻(xiàn)[1]張愛娟.醋酸生產(chǎn)綜述[J].乙醛醋酸及其衍生物.2001，14(2):22～24.[2]李方偉，遲克棚，王桂芝等.醋酸生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].應(yīng)用化工，2001，30(4):3～6.[3]《化工百科全書》編輯委員會(huì).化工百科全書[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1996.[4]楊松清.醋酸生產(chǎn)技術(shù)綜述[J].江蘇化工，2001，30(1):14～1.[5]周修和.國(guó)外合成醋酸概括[J].石油化工，1993，2(3):251～263.[6]佟項(xiàng)軍.乙醛氧化法合成醋酸[M].吉林:吉林化工出版社，1990.[7]王富平.國(guó)外合成醋酸綜述[J].石油化工，1993，3(2):45～47.[8]宗言恭.UOP/Chiyoda醋酸生產(chǎn)新工藝[J].化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，1998，16(3):14～15.7.[9]吳指南.基本有機(jī)化工工藝學(xué)[M].修訂版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1990年.282～286.[10]《化工百科全書》編輯委員會(huì).化工百科全書[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1996.[11]時(shí)均，王家鼎.等.化學(xué)工程手冊(cè)[M].第二版.上冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社1996.[12]倪進(jìn)方.化工設(shè)計(jì)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社.1994，52-170.[13]吳俊生，邵會(huì)鶴.等.精餾設(shè)計(jì)和操作控制[M].北京:中國(guó)石化出版社，1997.[14]潘國(guó)昌，郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社.1997.[15]賈紹義.柴誠(chéng)敬等.化工原理.下冊(cè)[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社.2001.致謝在本次設(shè)計(jì)過程中，感謝田永華老師在設(shè)計(jì)過程中給予的細(xì)心指導(dǎo)和幫助，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作用，感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，嚴(yán)格要求我完成每一步的設(shè)計(jì)和計(jì)算，并不惜花費(fèi)自己寶貴的時(shí)間對(duì)我的設(shè)計(jì)做了精心的修改。在此，我表示最誠(chéng)摯的感謝和崇高的敬意！最后感謝大學(xué)四年期間所有教我做人、授我學(xué)業(yè)的老師們，我會(huì)永遠(yuǎn)記住各位老師的教誨，祝您們身體健康、工作順利、事事順心！附錄一、吉利蘭圖二、史密斯關(guān)聯(lián)圖三、液流收縮系數(shù)計(jì)算圖四、弓形降液管參數(shù)圖五、干篩孔流量系數(shù)圖六、充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖

附錄資料：不需要的可以自行刪除常用工藝術(shù)語1工藝基本概念

1.1一般概念

1.1.1數(shù)控加工：numericalcontrolmachining

根據(jù)被加工零件圖樣和工藝要求，編制成以數(shù)碼表示的程序輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置或控制計(jì)算機(jī)中，以控制工件和工具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使之加工出合格零件的方法。

1.2生產(chǎn)對(duì)象

1.2.1原材料：rawmaterial

投入生產(chǎn)過程以創(chuàng)新產(chǎn)品的物質(zhì)。

1.2.2主要材料：primarymaterial;directmaterial

構(gòu)成產(chǎn)品實(shí)體的材料。

1.2.3輔助材料：auxiliarymaterial;indirectmaterial

在生產(chǎn)中起輔助作用而不構(gòu)成產(chǎn)品實(shí)體的材料。

1.2.4代用材料：substituent

在使用功能上能夠代替原設(shè)計(jì)要求的材料。它具有被代替材料所具備的全部或主要性能。

1.2.5易損材料：quick-wearmaterial

在正常使用條件下，容易損壞或失效的材料。

1.2.6廢料：wastematerial

在制造某種產(chǎn)品過程中，剩下的而對(duì)本生產(chǎn)對(duì)象不再有用的材料。

1.2.7型材：section

金屬或非金屬材料通過拉制、軋制或壓制等方法所獲得的具有特定幾何形狀截面的材料。

1.2.8板材：plate

金屬或非金屬材料通過軋制或壓制等方法而獲得的各種不同厚度的板狀材料。

1.2.9棒材：barstock

金屬或非金屬材料通過拉延、軋制工藝獲得的圓、方、六角形截面的材料。

1.2.10鑄件：casting

將熔融金屬澆入鑄型，凝固后所得到的金屬制件或毛坯。

1.2.11鍛件：forgings

金屬材料經(jīng)過鍛造變形而得到的工件或毛坯。

1.2.12焊接件：weldment

用焊接方法而得到的結(jié)合件。

1.2.13模壓件：moldedparts

利用模具壓制的工件。

1.2.14沖壓件：stamping

用沖壓的方法制成的工件或毛坯。

1.2.15合格品：acceptedproduct;;conformingarticle

通過檢驗(yàn)質(zhì)量特性符合標(biāo)準(zhǔn)要求的制品。

1.2.16不合格品：defectiveunit;nonconformingarticle

通過檢驗(yàn),質(zhì)量特性不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的制品。

1.2.17廢品：discard

不能修復(fù)又不能降級(jí)使用的制品。

1.2.18返修品：rewotkingparts

通過修復(fù)或重行加工，質(zhì)量特性符合標(biāo)準(zhǔn)要求的制品。

1.2.19樣品：specimen;sample

用于材料試驗(yàn)分析，產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)照及商品宣傳的單個(gè)或多個(gè)物品。

1.2.20工件：workpiece

加工過程中的生產(chǎn)對(duì)象