【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 332?? ? kg/h P: 4 2 2 .1 0 .0 8 % 1 8 0 .1 730?? ? kg/h 綜上，反應(yīng)消耗水總量為 m = + + + = kg/h 生成 Ca(OH)2總量為 m = + = kg/h 炔化反應(yīng)器進(jìn)出口物料平衡表如表 10 表 10 乙 炔反應(yīng)器物料平衡表 輸入 輸出 名 稱 質(zhì)量流率kg/h 組 成 % 組 分 含 量 名 稱 質(zhì)量流率 kg/h 組 成 % 組 分 含 量 電 石 CaC2 % CaO % C % R2O3 % 其它 2% 343 乙 炔 氣 乙炔 99% 氧 % PH3 % H2S % 水 206． 1 其 它 Ca(OH)2 C R2O3 其它 合計(jì) 精餾塔物料 衡 算 據(jù)工藝要求，從合成工段反應(yīng)器輸出的溶液需經(jīng)過一系列分離除雜過程方可得到成品 [18]，故設(shè)置分離工段以得到目標(biāo)產(chǎn)物，本設(shè)計(jì)采用精餾塔對(duì)中間產(chǎn)品進(jìn)行分離，反應(yīng)器出料經(jīng)過中和作為精餾塔進(jìn)料，進(jìn)入脫輕組分塔（塔 1），甲醇 、 丁炔醇從塔頂 餾 出進(jìn)入脫甲醇塔（塔 2），經(jīng)過提純的丁炔二醇溶液從塔釜流出。進(jìn)入中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁(yè) 共 61 頁(yè) 塔 2 的組分經(jīng)過分餾，塔頂蒸出 98%的甲醇溶液，塔底廢水可直接排放。 假設(shè)物料在自反應(yīng)器出口到精餾塔的輸送及中和過程中損失率為 %，則各項(xiàng)進(jìn)料情況為： N 丁炔二醇 = % = kmol/h N 丙炔醇 = % = kmol/h N 甲醇 = % = kmol/h N 水 = % = kmol/h 對(duì)塔 1： F = D1 + W1 FXF1 = DXD1 + WXW1 基于衡摩爾流假設(shè)，當(dāng)選定回流比 R 后即可計(jì)算精餾段、提餾段的上升蒸汽和下降液體的 摩爾流率： V = (R + 1)D ； L = RD V′ = V + (q – 1)F； L′ = L+qF 對(duì)塔 2 D1 = D2 + W2 D1XD1 = D2XD2 + W2XW2 據(jù)工藝要求 XD2 = 98%。 對(duì)上式代入數(shù)據(jù)求解，結(jié)果匯總于表 11 和表 12 精餾段：上升蒸汽摩爾流率 V = kmol/h； 下降液體摩爾流率 L = kmol/h ； 提餾段：上升蒸汽摩爾流率 V′ = kmol/h； 下降液體摩爾流率 L′ = kmol/h； 表 11 精餾塔 1物料平衡表 進(jìn)料 塔頂 塔底 丙炔醇（ kmol/h） 0 丁炔二醇 水 甲 醇 質(zhì)量流率（ Kg/h） 精餾段：上升蒸汽摩爾流率 V = 15 kmol/h； 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁(yè) 共 61 頁(yè) 下降液體摩爾流率 L = kmol/h ； 提餾段：上升蒸汽摩爾流率 V′ = kmol/h； 下降液體摩爾流率 L′ = kmol/h； 表 12 精餾塔 2物料衡算表 進(jìn)料 塔頂 塔底 丙炔醇（ kmol/h） 0 水 甲 醇 質(zhì)量流率（ Kg/h） 蒸發(fā)釜物料衡算 精餾塔 1 塔底輸出的產(chǎn)品為丁炔二醇溶液，本設(shè)計(jì)擬生產(chǎn)固態(tài)丁炔二醇，故需對(duì)其進(jìn)行蒸發(fā)脫水，使用設(shè)備為蒸發(fā)釜 。 蒸發(fā)釜進(jìn)料即為塔 1 出料，組分含量見表 6，物料經(jīng)蒸發(fā)釜蒸發(fā)后，水以蒸汽形式從頂部排出，冷凝回收，丁炔二醇留在底部，輸出到包裝工序 [19]。 物料 衡 算式為 F = D + W FXF = DXD + WXW 已知 XW = % ； W = kmol/h 解得結(jié)果如表 13 表 13 蒸發(fā)釜物料 衡 算表 干燥器物料衡算和熱量衡算 組 成 流 率 組 成 流率 進(jìn) 料 丁炔二醇 丙炔醇 水 出 料 A 水 其 它 B 丁炔二醇 水 總計(jì) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁(yè) 共 61 頁(yè) 生產(chǎn)能力為 G1= 410kg/h=，若以絕對(duì)干料計(jì)，則 Gc=G1（ 13%） = )( ?? =將濕基含水量換算成干基含水量 絕水 / 31 ???X 干料 / 2 水?? 絕干料 水分蒸發(fā)量為 k g / s0 0 )0 0 3 ()( 21 ?????? XXGW C 氣消耗量 按 ,17,27 00 CtCt w ???? 可查出 H0= 水 /kg 絕氣， I0=。 設(shè)絕干空氣的消耗量為 L， kg 絕干氣 /s，則干燥系統(tǒng)的熱量衡算匯總見下表 表 14熱量衡算匯總 收入 支出 進(jìn)口空氣帶入熱 LI0 出口廢空氣帶出熱 LI2 濕物料帶入熱1θW,122 WiθCG ? 產(chǎn)品帶出熱222 θCG 干燥系統(tǒng)加入熱 Q0 裝置的散熱損失 QL 注：熱量計(jì)算時(shí)，時(shí)間經(jīng) 1s，溫度以 0OC 為基準(zhǔn)。干燥系統(tǒng)包括預(yù)熱 器和干燥器。 在熱量收支平衡時(shí)， LI0+1,122 ?? WWiCG ?+Q0=LI2+ 222 ?CG +QL 式中各項(xiàng)分別為 LI0= 122 ?CG ])1[( 22 ?????? ws CwCw 其中， C2為產(chǎn)品的比熱， CS為 丁炔二醇 的比熱，為 2 )Ckj/(kg ?? 1,?WWi=? = 222 ?CG ])[( ???????? QL常以 Q0的 倍計(jì)算，則干燥器的熱量衡算方程為 +++ Q0=LI2++ 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁(yè) 共 61 頁(yè) 即 =+ 又 I2=（ Q1+） 2+2492H2 I2=+ 又 LI2=LI0+CH（ t2t0） +2,tvWi=LI0+(Cg+CwH0)(t2t0)+2,tvWi= +(+ 5 6 50 5 )2737)(0 0 ???? 既 LI2=+ 又 ???? HHH WL 聯(lián)立求得 H2=I2=L= 絕干氣 /s Q0=180kJ 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁(yè) 共 61 頁(yè) 3 Aspen 模擬部分 本操作旨在將化工流程模擬軟件應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)過程更加快捷準(zhǔn)確，進(jìn)一步提高 Aspen plus 軟件的簡(jiǎn)單應(yīng)用能力。 反應(yīng)器模擬 （ 1）打開 Aspen 程序，建立新任務(wù)； （ 2）選擇模塊 “ Reactor”→“ Rstoic” 連接物流，并將各項(xiàng)修改名稱如下： F A N Y I N Q IJ I A Q U A NY I Q U E C H A N W U （ 3）進(jìn)入 “ setup” 界面進(jìn)行 “ Global” 全局規(guī)定，填寫如下： 規(guī)定 “ Title” 為 “ biyesheji fanyiqi yanzheng moni” （ 4）進(jìn)入 “ Components” 界面規(guī)定組分， “ Selection” 中依次輸入各相關(guān)組分：CH2O， CH4O， H2O， C2H2， O2， PH3， H2S， C4H6O2， C3H4O，并依次輸入各組分ID。 （ 5）點(diǎn)擊進(jìn)入 “ Properties” 界面，完成物性規(guī)定，選擇 物性方法為 “ PKSOAVE” ； （ 6） 進(jìn)入 “ Sream” 界面規(guī)定物流，依次輸入進(jìn)料甲醛溶液、乙炔混合氣體的進(jìn)料狀況。甲醛溶液進(jìn)料如下： 溫度： 25℃ 壓力： 1atm 總流率： Kg/h 組分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為甲醛： 甲醇： 水： 乙炔進(jìn)料狀況如下： 溫度： 25℃ 壓力： 1atm 總流率： Kmol/h 組分含量 (摩爾分率 )為 乙炔 O2 PH3 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁(yè) 共 61 頁(yè) H2S （ 7）進(jìn)入 “ Blocks” 界面規(guī)定模塊，在該界面規(guī)定操作條件為： 操作壓力： 1atm 操作溫度： 90℃ 選擇進(jìn)入 “ Reactions” 規(guī)定反應(yīng)，點(diǎn) “ NEW” 規(guī)定主反應(yīng)情況 。 據(jù)本設(shè)計(jì)要求，規(guī)定甲醛的轉(zhuǎn)化率為 點(diǎn)擊 “ N→” 規(guī)定副反應(yīng)方程式以及反應(yīng)程度，輸入如下表 規(guī)定用于副反應(yīng)的甲醛轉(zhuǎn)化率為 （ 8）輸入完畢，運(yùn)行程序，結(jié) 果如下表： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 22 頁(yè) 共 61 頁(yè) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁(yè) 共 61 頁(yè) 物料和熱量平衡如下表： 由結(jié)果可知，過程熱量變化為 Q = (+5 ) (+6 )– (+6) = KW 結(jié)果分析可知，其物料進(jìn)出情況與前物料衡算情況基本一致，故本模擬過程模塊選擇和物性方法選擇基本正確，由結(jié)果可直接得出熱量變化情況，故可省去熱量衡算的求算過程，使設(shè)計(jì)步驟變得簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。 精餾塔設(shè)計(jì)模擬 用 Aspen plus 對(duì)精餾塔進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬，可在已知進(jìn)料和收率的情況下，得出精餾塔的最佳操作條件，設(shè)計(jì)出精餾塔的 回流比，塔板數(shù)等參數(shù)，其運(yùn)行結(jié)果可用于后續(xù)設(shè)計(jì)。一般需使用兩種不同的模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，并反復(fù)修改操作參數(shù)，反復(fù)運(yùn)行，以達(dá)到最優(yōu)操作條件，使設(shè)計(jì)結(jié)果更加優(yōu)化。具體設(shè)計(jì)過程如下： 脫輕組分塔設(shè)計(jì) （ 1） 打開 Aspen 軟件，建立新任務(wù)； 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 24 頁(yè) 共 61 頁(yè) （ 2） 選擇 “ DSTWU” 模塊，連接物流并修改名稱如圖； S H E JI T AF E E DD I N GT A D I （ 3） 進(jìn)入 “ Setup”進(jìn)行全局設(shè)置，定義 “ Title”為 “ jing liu mo ni” （ 4） 進(jìn)入 “ Components”界面，在 “ Selection” 中規(guī)定組分，依次查找C3H4O,C4H6O2,H2O,CH4O； （ 5） 進(jìn)入 “ Properties”界面規(guī)定物性， “ Global” 中選擇物性方法為 “ IDEAL” ； （ 6） 點(diǎn)擊進(jìn)入 “ Stream” 界面，規(guī)定 “ FEED” 的進(jìn)料狀況，具體如下： 溫度： 70℃ 壓力： 1atm 總流率： kmol/h 組分含量為： 丙炔醇： kmol/h 丁炔二醇： kmol/h 水： kmol/h 甲醇： kmol/h （ 7） 進(jìn)入 “ Blocks” 操作界面，對(duì)模塊 “ shejita” 進(jìn)行規(guī)定，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，選擇回流比為 ，其它操作條件如下： 輕組分：甲醇；回收率： ； 重組分：丁炔二醇；回收率： ； 塔頂壓力： 110Kpa；再沸器壓力： 120Kpa 選擇冷凝器為全冷凝。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 25 頁(yè) 共 61 頁(yè) （ 8） 輸入完畢，保存并運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下 : 物料和熱量 衡 算結(jié)果如下： 物流結(jié)果匯總見下圖： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 26 頁(yè) 共 61 頁(yè) 故其熱量變化為 23 66 .4 83 ( 19 55 .9 83 36 7. 63 77 ) 33 4. 69H?