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正文內(nèi)容

年產(chǎn)5萬(wàn)噸聚醋酸乙烯酯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-07-03 23:56 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 :==除電石中的雜質(zhì)CaO會(huì)與水反應(yīng)外,精制乙炔時(shí),乙炔會(huì)從NaClO溶液帶走水蒸汽,含量約為=。總水量:=16%+20%+= kg/h電石灰渣量:=16%+20%= kg/h進(jìn)料出料物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)電石乙炔水電石灰渣水蒸汽合計(jì)合計(jì) 反應(yīng)工序物料衡算因醋酸乙烯的選擇性按醋酸計(jì)為97%,故3%的用于發(fā)生副反應(yīng)。++ (3)因?yàn)榇姿岬膯纬剔D(zhuǎn)化率為40%,故乙醛的生成量為:=(40%3%)100%=反應(yīng)工序所需水量為:=(40%3%)= kg/h反應(yīng)工序所生成的醋酸流量為:=(40%3%)= kg/h醋酸乙烯的剩余量為:40%97%= kg/h 2+ (4)因丁烯醛的選擇性按乙醛計(jì)為30%,故丁烯醛的流量為:=30%100%= kg/h乙醛的剩余量為:=70%= kg/h反應(yīng)(4)所生產(chǎn)的水量為:=30%=%的等其他副產(chǎn)物是由乙炔和醋酸的其他副反應(yīng)生成的,其流量為: =(++)%= kg/h,其他副產(chǎn)物所消耗的乙炔量和醋酸量分別為: kg/h和 kg/h,則,乙炔剩余量為:=(1-16%)-= kg/h醋酸剩余量為:=(1-40%)-+= kg/h副產(chǎn)物及其他雜質(zhì)的總量為:進(jìn)料出料物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)%的醋酸醋酸乙烯水水乙炔乙醛循環(huán)乙炔乙炔丁烯醛醋酸其他合計(jì)合計(jì) 分離工序物料衡算%,%,則有效氣體的流量為:==(1-%)==+-(-)=進(jìn)料出料物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)醋酸醋酸乙炔循環(huán)乙炔醋酸乙烯醋酸乙烯乙醛乙醛丁烯醛丁烯醛其他其他水合計(jì)合計(jì) 精餾工序物料衡算在粗餾裝置中,乙醛、丙醛、醋酸甲酯等作為初餾分分離,液體餾分在后續(xù)醋酸乙烯精餾裝置、醋酸精餾裝置及丁烯醛蒸餾塔和殘余物蒸餾塔中就行分離。進(jìn)料流量=-=因醋酸乙烯的收率為97%,故從醋酸乙烯提純精餾塔塔頂餾出的醋酸乙烯(%)流量為:=97%=醋酸從醋酸蒸餾塔塔頂餾出流量為:=精餾重組分從各精餾塔塔底餾出,總流量為:=--=進(jìn)料出料物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)醋酸乙烯醋酸乙烯醋酸循環(huán)醋酸乙醛乙醛丁烯醛丁烯醛其他其他合計(jì)合計(jì)進(jìn)料出料物料名稱流量(kg/h)物料名稱流量(kg/h)電石電石灰渣水醋酸乙烯乙醛醋酸丁烯醛其他合計(jì)合計(jì) 聚合工序物料衡算(1)畫出物料平衡關(guān)系示意圖 。對(duì)于物料數(shù)量和組分沒有發(fā)生變化的設(shè)備可不做物料衡算,所以在物料平衡關(guān)系圖中,沒畫出T101,P101等設(shè)備。. 聚醋酸乙烯酯乳液聚合間歇操作物料平衡關(guān)系示意圖M1軟水;M2聚乙烯醇;M3聚乙烯醇溶液;M4過濾后的聚乙烯醇溶液 M5單體醋酸乙烯酯;M6增塑劑DBP;M7PH調(diào)節(jié)劑碳酸氫鈉;M8引發(fā)劑過硫酸鉀;M9乳化劑OP10;M10聚合物;M11過濾后的聚合物;M12實(shí)際還需加的水(2) 明確物料發(fā)生的化學(xué)變化,寫出主、副反應(yīng)方程式 ① 在V101,V103中,只是物料的混合和過濾,沒有發(fā)生相變化和化學(xué)反應(yīng) ② 在聚合釜R101中,引發(fā)劑引發(fā)單體發(fā)生自由基聚合其反應(yīng)方程式如下:(3)收集數(shù)據(jù)資料 ① 生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的年產(chǎn)量(生產(chǎn)能力):50000t/a ② 生產(chǎn)時(shí)間。年工作日:300d/a間歇操作,共兩套裝置,每套裝置聚合釜R101每天2批,其它原料配制每天1批。 ③相關(guān)技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo)表項(xiàng)目?jī)?nèi)容技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目?jī)?nèi)容技術(shù)指標(biāo)過濾器過濾損失率3%(質(zhì)量)過硫酸鉀溶液濃度20%(質(zhì)量)碳酸氫鈉溶液濃度8%(質(zhì)量)聚乙烯醇溶液濃度25%引發(fā)劑效率f ④質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。原料均視為純凈物。⑤生產(chǎn)配料表組分名稱重量(份)單體醋酸乙烯酯150穩(wěn)定劑聚乙烯醇乳化劑OP10引發(fā)劑過硫酸鉀pH調(diào)節(jié)劑碳酸氫鈉介質(zhì)蒸餾水100增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)11(4)選擇計(jì)算基準(zhǔn)和計(jì)算單位因?yàn)槭情g歇操作過程,所以基準(zhǔn)為“批”,單位為Bd1。聚合釜R101的操作周期是2Bd1,而其他原料配制的操作周期是1Bd1。但引發(fā)劑向R101進(jìn)料周期仍與聚合釜的操作周期相同,所以在物料衡算時(shí),物料M8的數(shù)量仍以2 Bd1計(jì)算。在做設(shè)備工藝計(jì)算時(shí),引發(fā)劑計(jì)量槽W105的體積大小應(yīng)按1Bd1計(jì)算。(5)確定計(jì)算順序由于產(chǎn)物與原料之間的化學(xué)計(jì)量關(guān)系比較簡(jiǎn)單,且整個(gè)工藝過程比較簡(jiǎn)單,容易得到產(chǎn)量與單體原料投料之間的比例關(guān)系,所以采用順流程的計(jì)算順序。(6)計(jì)算主要原料(醋酸乙烯酯)投料數(shù)量用順流程的計(jì)算順序進(jìn)行物料衡算必須先求出主要原料(醋酸乙烯酯)每套裝置每批投料量。每套裝置年產(chǎn)量為25000t,年開工300d,每天生產(chǎn)兩批,過濾器過濾損失率為3%。①引發(fā)劑(%單體質(zhì)量)85%結(jié)合到聚合物中;②單體100%轉(zhuǎn)化成聚合物,且單體相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量相同;③。(7)順流程逐個(gè)設(shè)備展開計(jì)算①V101(溶解釜)物料衡算②V102(過濾器)物料衡算已知V102過濾器的過濾損失率3%③R101(聚合釜)物料衡算合計(jì):合計(jì):④V103(過濾器)物料衡算已知V103過濾損失率為3%(8)整理并校核計(jì)算結(jié)果對(duì)聚合工序做全物料平衡計(jì)算,進(jìn)行校核。由物料守恒定律應(yīng)有:說明整個(gè)聚合工序的物料衡算過程是正確的。 醋酸乙烯酯乳液聚合間歇操作物料平衡表組成進(jìn)料KgB1出料KgB1醋酸乙烯酯0聚乙烯醇水DBPOP—10過硫酸鉀碳酸氫鈉聚醋酸乙烯酯0總計(jì) 熱量衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1)反應(yīng)壓力為常壓,反應(yīng)器進(jìn)料溫度平均為140oC,反應(yīng)中溫度平均為185oC,反應(yīng)器物料出口溫度平均為205oC,計(jì)算基準(zhǔn)溫度=25oC。(2)計(jì)算時(shí)間基準(zhǔn)是1h。(3)各物質(zhì)的定壓熱容為=A+BT+CT2,單位,其中A、。質(zhì)量定壓比熱容=/M,單位k。平均恒壓熱容=。 各物質(zhì)摩爾定壓熱容與溫度的關(guān)系的系數(shù)表系數(shù)C2H2HAcVAcALdCrALdH2O(4)查《化工熱力學(xué)》可知各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱 各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱(單位kJ/mol)物質(zhì)C2H2HAcVAcALdCrALdH20(5)各物質(zhì)沸點(diǎn)下的蒸發(fā)焓 各物質(zhì)沸點(diǎn)下的蒸發(fā)焓(單位:kJ/mol)物質(zhì)C2H2HAcVAcALdCrALdH20沸點(diǎn)118oC℃℃104℃100℃ 反應(yīng)系統(tǒng)的熱量衡算(1)對(duì)于流動(dòng)系統(tǒng),連續(xù)反應(yīng)器其能量平衡方程式的一般形式為:ΣE1-ΣE2 式中:是系統(tǒng)內(nèi)能的積累量; ΣE1是進(jìn)料帶進(jìn)系統(tǒng)的能量; ΣE2是出料從系統(tǒng)帶走的能量(包括內(nèi)能、動(dòng)能和位能等); Q是外界傳遞給系統(tǒng)的能量; 是系統(tǒng)對(duì)外界做的膨脹功;W是外界對(duì)系統(tǒng)所做的機(jī)械功。連續(xù)系統(tǒng)處于穩(wěn)定時(shí)=0,忽略機(jī)械功,忽略動(dòng)能和位能,則可知P+HR=Q式中:HP和HR是反應(yīng)物料的物理狀態(tài)變化和化學(xué)狀態(tài)變化所引起的焓變;Q包括加熱劑或冷卻劑傳入或傳出的熱量、設(shè)備表面的熱損失和通過回流冷凝器傳遞的熱量。(2)HP的計(jì)算HP= 式中:是始態(tài)及終態(tài)時(shí)各項(xiàng)物質(zhì)的質(zhì)量,kg。 是始態(tài)及終態(tài)時(shí)各項(xiàng)物質(zhì)的溫度,K。 是計(jì)算熱焓的基準(zhǔn)溫度,一般取298K(25oC)。 是各項(xiàng)物質(zhì)在與及與的平均等壓比熱,kJkg1K1(a)平均等壓比熱容的計(jì)算以反應(yīng)物乙炔為例,與之間的平均等壓熱容====,平均等壓比熱=/M(乙炔)=kg1K1。 與之間的平均等壓熱容==[AT++/()=[+=。 平均等壓比熱 =/M(乙炔)=kg1K1。 與之間的平均等壓熱容 ====。平均等壓比熱 =/M(乙炔)=kg1K1。 這里需要注意的是反應(yīng)物的初始溫度是,生成物的初始溫度是,終溫均是。依此計(jì)算,得到各物質(zhì)在兩個(gè)不同溫度區(qū)間的平均等壓比熱容。 各物質(zhì)在兩個(gè)不同溫度區(qū)間的平均等壓比熱容(單位:kJkg1K1)C2H2HAcVAcALdCrALdH20(b)根據(jù)物料衡算中反應(yīng)器的進(jìn)口流和出口流(忽略其他副反應(yīng)),計(jì)算HPC2H2的物理狀態(tài)變化引起的焓變HP1=[(160)()]+[( )()=。HAc的物理狀態(tài)變化引起的焓變 HP2=[()( )]+[( )( )]=。H2O的物理狀態(tài)變化引起的焓變HP3=[)( )]+[( )()]=。VAc的物理狀態(tài)變化引起的焓變HP4=()( )= 。ALd的物理狀態(tài)變化引起的焓變HP5=()( )= 。CrALd的物理狀態(tài)變化引起的焓變HP6=()( )= 。綜上,HP=HP1+HP2+HP3+HP4+HP5+HP6=。(3)HR的計(jì)算HR=Hr=(a) C2H2 + CH3COOHCH3COOCH=CH2= [+( )]= kJ/mol(放熱反應(yīng)),m(VAc)=, M(VAc)=86,則== kJ。(b) CH3COOCHCH2 + H2OCH3CHO + CH3COOH =[+()][ +()]=(放熱反應(yīng)),m(ALd)=,M(ALd)=44,則==。(c) 2CH3CHOCH3CH=CHCHO + H2O=[+()][2()]=(放熱反應(yīng)),m(CrALd)=,M(CrALd)=70,則==。 (d)諸多副反應(yīng)所消耗或生成的熱量,由于情況錯(cuò)綜復(fù)雜難以計(jì)算,在此忽略不計(jì)。綜上,HR=++=(4)Q的計(jì)算Q=P+HR== 醋酸蒸發(fā)器和預(yù)熱器熱量衡算(1)反應(yīng)系統(tǒng)是封閉連續(xù)的,故而忽略設(shè)備的熱損失,Q的一部分Q1用于蒸發(fā)HAc。Q的另一部分Q2用于預(yù)熱混合氣體。HAc的沸點(diǎn)是118oC,沸點(diǎn)下的蒸發(fā)焓=,醋酸蒸發(fā)器內(nèi)提供的熱量Q1 = =,則Q2=1==。25oC的C2H2和25oC的HAc組成的混合氣體,經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至140oC。預(yù)熱C2H2所需的熱量==。預(yù)熱HAc所需的熱量==。則預(yù)熱系統(tǒng)內(nèi)蒸汽預(yù)熱器提供的熱量=+Q2= 。(2)蒸汽預(yù)熱器預(yù)熱的介質(zhì)是過熱蒸氣,通過換熱器換熱作用,吸取自分離系統(tǒng)中的冷凝水所攜帶的熱量轉(zhuǎn)移部分至過熱蒸汽。設(shè)過熱蒸汽進(jìn)口溫度205℃,出口溫度155℃,則所需過熱蒸汽流量h1== 。 冷凝器的熱量衡算HAc氣體被冷凝液化,降溫至96℃; VAc、CrALd和H2O等高沸物被冷凝液化,降溫至50℃;ALd等低沸物被冷凝液化,降溫至18℃;C2H2冷卻至0℃。(1)不同溫度區(qū)間的平均等壓比熱容的計(jì)算 依上述方法和數(shù)據(jù),求得HAc在96℃~140℃溫度區(qū)間的平均等壓熱。平均等壓比熱容=kg1K1。 依次逐次計(jì)算,算得C2H2在0℃~140℃溫度區(qū)間、VAc在50℃~140℃溫度區(qū)間、H2O在50℃~205℃溫度區(qū)間、ALd在18℃~140℃溫度區(qū)間和CrALd在50℃~140℃kg1Kkg1Kkg1Kkg1Kkg1K1。(2)各物質(zhì)溫度變化引起的焓變C2H2:1==。HAc:2==。VAc:3==。H2O:4==。ALd:5==。CrALd:6==。(3)各物質(zhì)相態(tài)變化引起的焓變HAc:7==。VAc:8==。H2O:9==。ALd:10==。CrALd:11==。釋放
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