【正文】 ?????? ? (3)克服液體表面張力的阻力 ?h 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 39 克服液體表面張力的阻力可近似為 03104gdh L? ????? ○ 1 精餾段： mh 0 0 1 0 1 0 3 ??? ??? ?? ○ 2 提餾段： mh 0 0 1 0 2 9 339。0 ??? 篩板塔的流體力學(xué)的計算 (1)干板壓降 ch ??????????????????LVc cuh ??20 由 ???d 查 干篩孔的流量系數(shù) 圖得 ?C 圖 38 篩孔的流量系數(shù) 圖 年產(chǎn) 30000 噸聚乙烯醇精餾四塔系統(tǒng)的設(shè)計 38 ○ 1 精餾段： mhc 2 ??????????????? ○ 2 提餾段： mhc 239。0 ? ， 則 mmhh w 0 0 1 3 39。 ????? ?? 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 35 停留時間 s5?? ，故降液管可使用。 ?E ，則 mhow 3/2339。 mA T ??? , 空塔氣速： smu / 39。39。 ? , mhL 39。如對易發(fā)泡的物系，板間距應(yīng)取大一些，以保證塔的分離效果。39。239。1 VVVVV nn ????? ??? 式中 V ──精餾段每板的汽相摩爾流率， kmol／ h； 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 27 39。1 ?? ????????? ?? 精餾段頂板液相負(fù)荷 Ls2 年產(chǎn) 30000 噸聚乙烯醇精餾四塔系統(tǒng)的設(shè)計 26 smLRS / 342 ???? ??????? ?回流比餾出量 精餾段平均液相負(fù)荷 LS smLLL SSS /104 5 7 109 2 2 334321 ??? ???????? 精餾四塔塔板數(shù)的確定 [14] 1．精餾段物料衡算 相鄰兩層板間汽液兩流組成間 (相遇兩流 )的關(guān) 系，可通過對塔頂至精餾段任意兩層板間截面所作的物料衡算導(dǎo)出。 ??? hkJWmVL /39。39。 ? ?8 .3 1 4 2 7 3 .1 5M n pD t ?? ?? 則進(jìn)料汽相重度 21 k g / )( ??? ??D 餾出汽相重度 2k g / m5 9 ) 7 35(3 1 3 2 0 12 0 2 ?????D 釜液汽相重度 23 k g / )( ??? ??D 物性數(shù)據(jù)見下表： 表 311 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/mol 比熱 kJ/kg 50%= 物料平衡表 根據(jù)進(jìn)料百分比得： 表 31 三塔進(jìn)料 序號 名稱 公斤 /時 組成（重量 %） 1 2 3 4 5 6 7 8 醋酸乙烯（ VAC） 醋酸 甲酯（ MeOAC） 水（ H2O） 乙醛（ Aed） 丙酮（ Me2CO) 甲醇（ MeOH） 硫叉二苯胺（ TDA） 醋 酸（ HAC） 三塔餾出液中水的重量與進(jìn)料水量不變 年產(chǎn) 30000 噸聚乙烯醇精餾四塔系統(tǒng)的設(shè)計 16 餾出液組分量 ： 247。 為了是塔設(shè)備合操作費用實現(xiàn)最優(yōu)化組合，本設(shè)計 四 塔 R＝ 10。 板型選擇 本次設(shè)計是通過對篩板塔和浮閥塔的計算和生產(chǎn)能力，塔板效率，操作效率， 操作彈性，壓力降，以及操作和造價等多方面的比較 ，根據(jù)實際選型選擇 四 塔采用篩板塔。 (4) 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。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 使塔受到破壞，因而需要安全裝置 。要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計、壓強計，流量計等 )及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(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。但從長遠(yuǎn)、可持續(xù)發(fā)展的角度看，還是應(yīng)該在恰當(dāng)?shù)臅r機．適當(dāng)發(fā)展天然氣乙炔路線和乙烯路線．逐步實現(xiàn)多種生產(chǎn)工藝共存。 （ 2） 醋酸乙烯 (VAc)的合成 22322 C O O C H C HCHZnC O O HCHHC ?? ?? ?? （ 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) CH 2 C HCOO C H 3C H 2 C HCOO C H 3n℃65A I B Nn主反應(yīng)： 副反應(yīng)： C H OCHC O O C HCHOHCHV A c 3333 ??? 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 9 C H OCHC O O HCHOHV A c 332 ??? （ 4） 聚醋酸乙烯的醇解 【 12】 醇解過程主要發(fā)生以下 3 個反應(yīng) a) 酯交換反應(yīng) (堿起到催化劑作用 ) C H 2 C HCOO C H 3n+ OHn C H 3 N a O H + 33 C O O C Hn C HC H 2 C HO H n b) 皂化反應(yīng) (PVAc 皂化 ) C H 2 C HCOO C H 3n+ n N a O H C H 2 C HO H n+ n C H 3 C O O N a c) 副反應(yīng) (醋酸甲酯皂化 ) C O O N aCHOHCHN a O HC O O C HCH 3333 ??? 上述三個反應(yīng)中 ,反應(yīng) a 是主要反應(yīng) ,絕大多數(shù)的 PVAc 通過反應(yīng)生成 PVA。 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。 圖 13 中國聚乙烯醇生產(chǎn)方法比例圖 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 7 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)化生產(chǎn)。 (3)不斷開發(fā)的新產(chǎn)品，拓展了聚乙烯醇的應(yīng)用空間。另外從近幾兩年的進(jìn)出口情況看，進(jìn)口呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。 2020 20 14 年 ，世界聚乙烯醇的消費量將 以年均約 3． 95％的速度增長，到 2020 年總消費量將達(dá)到約 127． 9 萬噸。 聚乙烯醇的 應(yīng)用 由于 PVA具有獨特的強力粘接性、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)。聚乙烯醇的 結(jié)構(gòu)式為－ [CH2CH(OH)]n－，其中 n表示聚合度。 乙炔法制造的醋酸乙烯酯含有較多雜質(zhì)，不利 于醋酸乙烯酯的聚合，必須通過精餾工序?qū)⑵涮峒兙啤１敬卧O(shè)計針對醋酸乙烯酯精制，根據(jù)實際生產(chǎn)需求，設(shè)計醋酸乙烯酯精餾工段 四塔 ，計算精餾塔設(shè)備相關(guān)參數(shù)并對附屬設(shè)備計算選型，繪制工藝流程圖、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。 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。 聚乙烯醇樹脂系列產(chǎn)品系白色固體，外型分絮狀、顆粒狀、粉狀三種；無毒無味、無污染，可在 80－ 90℃水中溶解。 國內(nèi)市場前景 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。加入 WTO效應(yīng)在進(jìn)口方面進(jìn)一步顯現(xiàn)，進(jìn)口增長還將加快。 (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)品成本上安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 6 升以及動力、能源緊張對市場帶來的影響。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％。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。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。 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 11 ，我國聚乙烯醇及 其下游產(chǎn)品的出口已有進(jìn)一步擴大的趨勢在擴大聚乙烯醇的生產(chǎn)規(guī)模和開發(fā)生產(chǎn)高精細(xì)化、特種產(chǎn)品聚乙烯醇品種的項目勢在必行 。 （ 2） 滿足經(jīng)濟上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費用。 以上三項原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。 (5) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 操作壓力的選擇 精餾操作有常壓，加壓和減壓。 工 藝流程 圖 見附錄。 %= 表 32 三塔餾出液 序號 名稱 公斤 /時 組成（重量 %） 1 2 3 4 5 6 醋酸乙烯（ VAC） 醋酸 甲酯（ MeOAC） 水（ H2O） 乙醛（ Aed） 丙酮（ Me2CO) 甲醇（ MeOH） 四塔的進(jìn)料為三塔的餾出液，則四塔進(jìn)料可知 表 33 四塔進(jìn)料 序號 名稱 公斤 /時 組成（重量 %） g/mol kmol/h 摩爾 % 1 2 3 4 5 6 7 合計 醋酸乙烯（ VAC） 醋酸 甲酯（ MeOAC） 水（ H2O） 乙醛（ Aed） 丙酮（ Me2CO) 甲醇（ MeOH） 硫叉二苯胺（ TDA） 100 86 74 18 44 58 32 100 四塔餾出液中丙酮量與進(jìn)料丙酮量不變，則 餾出液量 247?！? 汽化潛熱 kJ/kg 汽相重度 kg/m3 液相重度 kg/m3 年產(chǎn) 30000 噸聚乙烯醇精餾四塔系統(tǒng)的設(shè)計 22 表面張力 dyn/cm 粘度 cp 精餾塔汽液負(fù)荷計算 因為塔中分子汽化潛熱不等，所以不能用恒分子流的方法計算氣液負(fù)荷。 )( (33) TCVVHQ iV 39。39。 對圖 102l 中的虛線圖作總物料衡算，可得 DLV nn ???1 易揮發(fā)組分的物料衡算方程為 Dnnnn DxxLyV ???? 11 或 Dnnnnn xDL DxDL Ly ????? 1 式中 nx ──離開 n 板液相中輕組分的摩爾分率； 1?ny ──離開 n+1 板氣相中輕組分的摩爾分率； nL ──離開 n 板液相摩爾流率， kmol/h； 1?nV ──離開 n+1 板汽相摩爾流率， kmol/h。V ──提餾段每板的汽相摩爾流率， kmol／ h。1 LLLLL nn ????? ??? 式中 L──精餾段內(nèi)液體的摩爾流量， kmol/h； 39。 139。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實 .情況，結(jié)合經(jīng)濟權(quán)衡，反復(fù) .整，已做出最佳選。 ? ，則 mhH LT 39。39。2 ?? 溢流堰及降液管的設(shè)計 本設(shè)計選擇單溢流的弓形降液管。 ????????? ????? ? 前假設(shè) mhL 39。 降液管底隙高度 降液管底隙高度 0h 是指降液管底邊與塔板間的距離。039。 ??????????????? (2)濕板壓降 lh )( owwl hhh ?? ? 式中 ? — 塔板上液層充氣系 數(shù)，可由 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖 查出，其橫坐標(biāo)VaSVaa AVuF ?? ?? 圖 39 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖