【正文】 酸 。本設(shè)計擬采用以乙醛為原料生產(chǎn)醋酸 (180kt/a)的工藝。該工藝原料來源廣泛，污染較小，工藝 簡單 ，投資費用 省 ，產(chǎn)品質(zhì) 量高。在 生 活 中 ，乙 酸 的 稀 溶 液 常 被 用 作 除 垢 劑 。 熔 點 為 1 6 . 6 ℃ ， 沸 點1 1 7 . 9 ℃ ， 相 對 密 度 1 . 0 5 ， 閃 點 3 9 ℃ ， 4 % ~ 1 7 % ( 體 積 ) ， 折 光 率 1 . 3 7 1 6 。 ..2 醋 酸 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 乙 酸 在 水 溶 液 中 是 一 元 弱 酸 ， 酸 度 系 數(shù) 為 ， pKa= (25℃ )，濃 度 為 1 m o l / L 的 醋 酸 溶 液 （ 類 似 于 家 用 醋 的 濃 度 ）的 p H 為 2 . 4 ，也 就 是 說 僅 有 0 . 4 % 的 醋 酸 分 子 是 解 離 的 [ 4 ]。 近 年 來 ， 亞 洲 地 區(qū) 生 產(chǎn) 能 力 增 加 較 快 ， 年 均 增 長 率 為 %， 高 于 世 界 3 . 8 % 的 年 均 增 長 率 。 . 醋酸的制備 醋 酸 的 制 備 可 以 通 過 人 工 合 成 和 細 菌 發(fā) 酵 兩 種 方 法 。 C6H12O6 →3CH 3COOH 人工合成法 甲醇羰 基化法 [5] 大 部 分 乙 酸 是 通 過 甲 基 羰 基 化 合 成 的 。 低碳烴氧化法 反應(yīng)式： 2C4H10+5O2 → 4CH3COOH+2H2O （催化劑： Co(Ac)2和 Mn(Ac)2） 丁烷氧化法 丁 烷 氧 化 法 又 稱 為 直 接 氧 化 法 ， 是 用 丁 烷 為 主 要 原料 ， 通 過 空 氣 氧 化 而 制 得 乙 酸 的 一 種 方 法 。 4 第二章 工藝簡介 產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標及擬建規(guī)模 本設(shè)計擬完成 年產(chǎn) 18 萬噸醋酸 生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計 ， 綜 合 文 獻 分 析 ， 結(jié) 合 本 地 區(qū) 特 點 [10]， 決 定 采 用 乙 醛 氧 化 法 生 產(chǎn) 醋 酸 工 藝 。選擇每小時乙醛進料量為 18000kg。 表 32 主反應(yīng)物料衡算計算 結(jié)果 反應(yīng)物 生成物 乙醛 17910= kg 醋酸 4460 = 氧 4416 = ② 3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH 3COOH+CO2+H2O 4% 計算結(jié)果見表 33。 由 Fx0=Lx1 解得 L=10xFx = % 0. 09 % 59 1 ? = kg/h W=F (1－ x0/x1) 解得 W= kg/h 表 35 蒸發(fā)器物料衡算 進料 出料 含量 (%) 質(zhì)量 (kg) 含量 (%) 質(zhì)量 (kg) 氧化液 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 18 A 蒸發(fā)器氣相 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 18 B 蒸發(fā)器液相 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 總計 A= B= 圖 32蒸發(fā)器進出物料圖 W 蒸發(fā)器 F L 9 精餾塔物料衡算 已知： F= kg/h； 醋 酸 質(zhì) 量 分數(shù) ， 水 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 。 D= kmol/h, xD= W= kmol/h, xW=104 于是可以得出： D=(18+60)= kg/h 。 氧化塔進料情況如表 41 所示。K CP=a+bT+CT2或 CP=a+bT+C＇ T－ 2 kJ/mol kJ/mol a b10－ 3 c10－ 6 c＇ 10－ 5 O2 N2 CO2 H2O(g) CH3CHO(g) CH3COOH(g) － － － － － － － － － CH3COOH H2O HCOOH CH3CHO (CH3CHO)3 Mn(Ac)2 液體 CP, J/g ② 氧化塔頂部排出氣體所帶出的熱量 按 ΔHi0=ni?21TTCpidT+niΔHi 相變 Cpi值查表， (ΔHv0)乙醛 取 (ΔHv， 2980)乙醛 =, 塔頂排出氣體溫度 313K。K，循環(huán)量 Wkg/h， Δt=313－ 298=15K，則 W= 3?? =(2) 冷卻用水量 設(shè)定水的進口溫度為 298K，出口溫度為 318K， Δt=26K，則需用水量 Wˊ= 3?? =安全系數(shù) α取 ，則水用量 =Wˊ= t/h或者 m3/h 蒸發(fā)器熱量衡算 表 47 蒸發(fā)器物料衡算結(jié)果 進料 出料 含量 (%) 質(zhì)量 (kg) 含量 (%) 質(zhì)量 (kg) 氧化液 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 18 A 蒸發(fā)器氣相 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 18 B 蒸發(fā)器液相 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 總計 A= B= C=+++++27= kJ/kg 式中： WC=冷卻介質(zhì)消耗量 (kg/h)； cpc=冷卻介質(zhì)的比熱容 [kJ/(kgK，循環(huán)量 Wkg/h， Δt=313－ 298=15K，則 W= ? =； Q釜 == kJ/ h 再沸器的熱負荷 以單位時間為基準，則 QB=V``IVW+WILWL`ILM+QL 式中 QB=再沸器的熱負荷 (kJ/h)； QL=再沸器的熱損失 (kJ/h)； IVW =再沸器中上升蒸汽的焓 (kJ/kmol)； ILW=釜殘液的焓 (kJ/kmol)； ILM=提餾段底層塔板下降液體的焓 (kJ/kmol)。 19 相對揮發(fā)度 α== (2) 回流比 設(shè)定為泡點進料， Rmin= ? ??????? ????FDFD xxxx 1111 ?? = ? ??????? ? ??? 05 94 94 1 解得 Rmin=；取 R===； (3) 理論塔板數(shù) (簡捷法 ) 全回流時： Nmin= ?lg11lg ?????? ???????? ?????????? W WDD xxxx－ 1= 44?????? ???????? ? ???????? ? － 1 解得 Nmin= 那么 1min??RRR = ?? =，從吉利蘭圖上查得2min??NNN = ??NN = 解得 N=，取值 N=27 精餾段 Nmin= ?lg11lg ?????? ???????? ?????????? F FDD xxxx－ 1= ?????? ?????? ???????? － 1= 那么 1min??RRR = ?? =，從吉利蘭圖上查得21 min1 ??N NN= ??NN= 解得 N1=；由此確定從塔頂往下數(shù)第 12 層板為加料板。 塔板設(shè)計 根 據(jù) 塔 板 的 產(chǎn) 能 、 結(jié) 構(gòu) 、 造 價 等 實 際 情 況 進 行 比 較 ， 選 擇 采 用 篩 板 塔 。0 ?? ??ulL wh= hW－ h0=－ =＞ 所以降液管底隙高度設(shè)計合理，選用凹型受液盤，深度 hW`=50mm (4) 塔板布置：因 D＞ ，取 WS=； WC= (5) 篩孔： 本 設(shè) 計 中 所 處 理 的 物 系 有 腐 蝕 性 ，擬 采用 δ=，篩孔直徑 d0=2δ=5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距 t=3d0=15mm 篩孔數(shù)目 n= Aa式中 ???????? ??? ? rxrxrxA a 1222 s in1 8 02 ? ? ? ? ?mWDrmWWDxcsd???????????? 則 21222 in180 mA a ????????? ????? ?? 所以 2 ???n取值 n=13604 個 22 開孔率 %10 220 ??????????????? td? 流體力學(xué)驗算 塔板壓降 氣體通過第一層塔板的壓降 hp=hc+hl+hσ (1) 干板壓降 ?????????????????LVc cuh ??20 式中 0u 為氣體通過篩孔的速度 smndVu s / 3 42200 ?????? ?? 由 ??d =2，由干篩孔流量系數(shù)圖可知 c0= 于是 ????????????? 2ch=(液柱 ) 氣體通過充氣液層的壓降 hL=βhl μa=6 7 ??? fT s AA V= 則氣相動能因子 F0= ???????? ???? 2121 / mskguVa ? 由充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得 β= 故 hL=βhl==(液柱 ) 液體表面張力所產(chǎn)生的壓降 30 ?????? ?gdhLL? ?? =(液柱 ) 這 個 結(jié) 果 表 明 ， 由 液 體 表 面 張 力 所 產(chǎn) 生 的 壓 降 很 小 ， 可 忽 略 不 計 。 hp=hc+hL+hσ。2039。 ????????????? ???? ?a ? ?? ? 239。 篩板塔的負荷性能圖 根據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的負荷性能圖，見圖 51。 管 徑 計 算 如 下 ： FsuVD ?4? ，取 μF=， ρF=3 VF=VS= ? =。 表 52 篩板塔設(shè)計結(jié)果 序號 項 目 數(shù)值 序號 項 目 數(shù)值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 lw/m 堰高 hw/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 25 0. 50 單溢流 弓形 1. 92 0. 05 0. 07 0. 02 0. 041 0. 005 13604 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 孔心距 t/mm 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 汽相負荷上限 VS， max/(m3/s) 汽相負荷下限 V