【正文】 ??????? ????? ?? 所以 3 6 0 30 1 5 2 ???n取值 n=13604 個(gè) 22 開孔率 %100 1 0 0 0 0 220 ??????????????? td? 流體力學(xué)驗(yàn)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 ??2000 5 式中 0u 為氣體通過篩孔的速度 smndVu s / 3 6 0 40 0 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 ??? fT s AA V= 則氣相動(dòng)能因子 F0= ???????? ???? 2121 / 0 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(gè) 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(jì) 。 19 相對(duì)揮發(fā)度 α= = (2) 回流比 設(shè)定為泡點(diǎn)進(jìn)料， Rmin= ? ??????? ???? FDFD xxxx 1111 ??= ? ??????? ? ??? 0 5 5 9 4 5 5 5 9 4 5 1 解得 Rmin=；取 R===； (3) 理論塔板數(shù) (簡(jiǎn)捷法 ) 全回流時(shí)： Nmin= ?lg11lg ?????? ???????? ?????????? W WDD xxxx－ 1= 108 . 4 3108 . 4 319 4 5 9 4 5 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= 0 2 7 0 2 7 9 4 5 9 4 5 ?????? ?????? ???????? － 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。 式中： WC=冷卻介質(zhì)消耗量 (kg/h)； cpc=冷卻介質(zhì)的比熱容 [kJ/(kg 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。 氧化塔進(jìn)料情況如表 41 所示。 由 Fx0=Lx1 解得 L=10xFx = % % ? = kg/h W=F (1－ x0/x1) 解得 W= kg/h 表 35 蒸發(fā)器物料衡算 進(jìn)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(jì) A= B= 圖 32蒸發(fā)器進(jìn)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?jǐn)?shù) ， 水 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 。選擇每小時(shí)乙醛進(jìn)料量為 18000kg。 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 。 . 醋酸的制備 醋 酸 的 制 備 可 以 通 過 人 工 合 成 和 細(xì) 菌 發(fā) 酵 兩 種 方 法 。 ..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(shuō) 僅 有 0 . 4 % 的 醋 酸 分 子 是 解 離 的 [ 4 ]。在 生 活 中 ，乙 酸 的 稀 溶 液 常 被 用 作 除 垢 劑 。本設(shè)計(jì)擬采用以乙醛為原料生產(chǎn)醋酸 (180kt/a)的工藝。 醋酸性質(zhì) ..1 醋 酸 的 物 理 性 質(zhì) [1,2] 乙 酸 在 常 溫 下 是 一 種 有 強(qiáng) 烈 刺 激 性 酸 味 的 無(wú) 色 液 體 。 工業(yè)現(xiàn)狀 據(jù) S R I 咨 詢 公 司 統(tǒng) 計(jì) ， 2 0 0 6 年 全 球 醋 酸 總 生 產(chǎn) 能 力 達(dá) 到 1 1 . 0 9 9 M t / a ， 其 產(chǎn) 能 分 布 為 ：北 美 占 有 3 . 5 1 5 M t / a ， 南 美 占 有 1 1 2 k t / a ， 西 歐 占 有 1 . 2 2 7 M t / a ， 東 歐 占 有 4 3 0 k t / a ， 中 東 占 有 2 1 4 k t / a ， 非 洲 占 有 2 0 k t / a ， 亞 州 占 有 5 . 5 8 1 M t / a 。 這 些 細(xì) 菌 反 應(yīng) 的 化 學(xué) 方 程 式 為 ： C2H5OH + O2 →CH 3COOH + H2O 無(wú)氧發(fā)酵 部 分 厭 氧 細(xì) 菌 ， 包 括 梭 菌 屬 的 部 分 成 員 ， 能 夠 將 糖類 直 接 轉(zhuǎn) 化 為 乙 酸 而 不 需 要 乙 醇 作 為 中 間 體 [7]。 第一步： 合 成 氣 在 催 化 劑 下 生 成 甲 醇 和 二 甲 醚 ； 第二步：甲醇和二甲醚 （兩者不需提純） 和 CO羰基化生成醋酸 。 6 (3) 反應(yīng)式的物料衡算 投入的乙醛 (純 )量： 18000%=17910 kg ① CH3CHO+21 O2 → CH 3COOH 96% 計(jì)算結(jié)果見表 32。 得出，進(jìn)料組成， 0 2 7 ???Fx 進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量 Mm=18+(1－ )60=進(jìn)料流量 F= =列衡算式 F=D+W； FxF=DxD+Wxw； ?FDFxDx； )1( )1( ??? FWxF xW 解得 F= kmol/h, xF=。Δt kJ/h計(jì)算，按表 43 (3)反應(yīng)熱 ΔHR0，主反應(yīng)和副反應(yīng)的 ΔHR0可由生成熱 ΔHF， 2980或燃燒熱 ΔHC，2980求得； 主反應(yīng)： CH3CHO+21 O2 → CH 3COOH (96%) ΔHR，主 0=(－ )－ (－ )=－ 副反應(yīng)： 3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH 3COOH+CO2+H2O (4%) ΔHR， (2)0=－ － 31 (－ )－ 32 (－ )=－ kJ/mol 乙醛 表 41 氧化 塔進(jìn)料情況 (kg/h) 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 17910 18 54 18 氧 化 液 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 18 工 業(yè) 氧 氧氣 氮?dú)? 98 2 工 業(yè) 氮 氮?dú)? 氧氣 97 3 小計(jì) 上 下 催化劑 醋酸 水 醋酸錳 60 30 10 放 空 廢 氣 二氧化碳 氮?dú)? 氧氣 乙醛 總計(jì) kg kg 12 表 42 氧化塔進(jìn)料情況 (mol/h) 進(jìn)料 出料 體積V(%) mol質(zhì)量(kmol) 體積 V(%) mol質(zhì)量(kmol) 原 料 乙 醛 乙醛 醋酸 水 三聚乙醛 3 氧 化 液 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸錳 工 業(yè) 氧 氧氣 氮?dú)? 工 業(yè) 氮 氮?dú)? 氧氣 放 空 廢 氣 二氧化碳 氮?dú)? 氧氣 乙醛 催化劑 醋酸 水 醋酸錳 小計(jì) 100 總計(jì) kg kg 計(jì)算結(jié)果如表 43所示： 表 43 ΔHR0計(jì)算結(jié)果 反應(yīng) 消耗乙醛 ΔHR0kJ/mol 反應(yīng)熱 ∑ΔHR0,kJ/h 主反應(yīng) － － 1000=－ 103 副反應(yīng) － － 1000=－ 103 共計(jì) － 103 (4) 氧 化 塔 頂 部 排 出 的 氣 體 所 帶 出 的 熱 量 ① 氧化塔頂部排出氣體量： 組分 CO2 N2 O2 CH3CHO kmol 表 44 各物流代入熱量 [ 17 ] 工業(yè)氧 O2 工業(yè)氮 N2 工業(yè)乙醛 Q 乙醛 ， kJ/h 回流液 Q 回 催化液 Q 催 0 0 q 乙醛 =17910(293－ 298)=－ q 水 =54(293－ 298)=－ q 三聚乙醛 =18(293－ 298)=－ q 醋酸 =18(293－ 298)=－ 0 0 小計(jì) =－ 13 表 45 熱力學(xué)數(shù)據(jù)表 名稱 CP ΔHF， 2980 ΔHC， 2980 氣體 CP， J/molK取值 C=K 取值 C= 設(shè) 定 上 層 塔 板 與 塔 頂 蓋 之 間 的 距 離 為 ， 下 層 塔 板 和 塔 底 之 間 的 距 離 為 20 所以精餾塔總高度為 H=Z++=25m 塔徑的計(jì)算 (1) 兩相密度 液相密度 ρL= 氣相密度 (以進(jìn)料狀態(tài)計(jì)算 )T=