【正文】 則是富余熱量。 根據(jù)物料衡算的計(jì)算結(jié)果，再結(jié)合精餾原理，計(jì)算一塔的進(jìn)、。 一塔進(jìn)﹑出口的氣液相流量及焓值Table Discharging gas night phase flow and enthalpy in the tower one 類型流量(kmol?h)焓值(kJ?mol)塔頂出料qn，D塔釜出料qn，W回流進(jìn)料qn，L原始進(jìn)料qn，F(xiàn)=Q塔底再沸器+Q塔頂冷凝器=。 再沸器的進(jìn)口參數(shù)就是壓縮機(jī)的出口參數(shù)，再沸器的出口參數(shù)可以選擇冷凝至飽和液體的狀態(tài)參數(shù)。再沸器進(jìn)口參數(shù)包括進(jìn)口溫度、進(jìn)口壓力和進(jìn)口焓值，, 428709Pa。再沸器的出口溫度一定要高于塔釜出料的溫度()，計(jì)算飽和液體時(shí)的流體焓值:h一塔再沸器 =?mol。再計(jì)算得到再沸器給一塔提供的熱量:Q一塔再沸器 =F1h一塔再沸器=，△Q一塔=△Q一塔再沸器Q一塔=154796kJ。這部分熱量可自加熱器提供。 精餾二塔熱量 第二精餾塔的功能是把醋酸和醋酸乙烯區(qū)分開，塔頂出粗醋酸乙烯，塔底出粗醋酸,熱量衡算式子:Q[塔頂出料]+Q[塔釜出料]=Q[原始進(jìn)料]+△Q1[21]。 根據(jù)同樣的原理和數(shù)據(jù)，進(jìn)行二塔的物料衡算，得到二塔塔頂、。 二塔塔頂、塔釜出料的流量和焓值Table Tower kettle and top discharge flow and enthalpy in the tower two 類型流量(kmol?h)焓值(kJ?mol)塔頂出料塔釜出料原始進(jìn)料 二塔的輸出Q二塔輸出=(F二塔頂出h二塔頂出+F二塔釜出h二塔釜出)=460582kJ二塔的輸入能量:Q二塔輸入=F二袁進(jìn)料h二塔袁進(jìn)料= △Q二塔=Q二塔輸入Q二塔輸出=18134kJ這部分熱量可由加熱器提供。 精餾三塔的熱量衡算第三精餾塔的加料是第二精餾塔塔頂采出的粗醋酸乙烯，該塔的功能是脫輕組分，即從塔頂把丁烯醛蒸出。熱量衡算式子:Q[塔頂出料]+Q[塔釜出料]=Q[回流進(jìn)料]+Q[原始進(jìn)料]+△Q[21]。依一塔的熱量衡算，三塔進(jìn)、。、出料的氣夜相流量及焓值Table Tower kettle and top discharge flow and enthalpy in the tower three 類型流量(kmol?h)焓值(kJ?mol)塔頂出料塔釜出料回流進(jìn)料原始進(jìn)料11．72三塔必須加入的熱量:Q三塔=3782899kJ。三塔再沸器的供熱量是通過進(jìn)出口參數(shù)是來計(jì)算的，再沸器的進(jìn)口參數(shù)就是它的出口參數(shù)，出口參數(shù)可以選擇冷凝至飽和液體的狀態(tài)參數(shù)。、?mol。 三塔再沸器的出口溫度必須高于塔釜出料的溫度，計(jì)算得到飽和液體的流體焓值:h三塔再沸器=?mol。三塔再沸器的供熱量:Q三塔再沸器=F3h三塔再沸器=4151045kJ?！鱍三塔=Q三塔再沸器Q三塔=368146kJ,這部分熱量由冷凝器帶走。 假定冷凝水進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為80℃，可得冷凝器所用冷水流量kg/h。 總熱量衡算匯總 醋酸乙烯生產(chǎn)過程熱量衡算表Table Heat calculation summary名 稱符 號(hào)熱 量(kJ)反應(yīng)系統(tǒng)分離系統(tǒng)精餾系統(tǒng)Q1Q2Q3Q4Q5Q6△Q一塔△Q二塔△Q三塔15479618134368146第5章 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和選型 固定床反應(yīng)器 乙炔氣相法合成醋酸乙烯的反應(yīng)器主要有固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器，根據(jù)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性、反應(yīng)熱提供或轉(zhuǎn)移的方法、催化劑的性能和壽命等幾個(gè)方面因素選擇。固定床反應(yīng)器被廣泛應(yīng)用于流一固相催化和非催化反應(yīng)，尤其適用于要求高轉(zhuǎn)化率和高選擇性的反應(yīng)，這次化工設(shè)計(jì)采用固定床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器按催化劑床與外界是否進(jìn)行熱量交換可以分為絕熱反應(yīng)器和換熱式反應(yīng)器，工業(yè)上普遍采用換熱式反應(yīng)器，尤其是列管式換熱反應(yīng)器[22]。 (1) 體積的計(jì)算依一般經(jīng)驗(yàn)看來固定床反應(yīng)器進(jìn)口氣體的初始濃度C0=，原料氣的體積流量Vh=(+)/=，即是固定床反應(yīng)器。每小時(shí)需要處理的物料量，反應(yīng)器采用連續(xù)式操作[23]。空速(每m3催化劑每h通過的標(biāo)準(zhǔn)氣體量)U=315h1[23]。則催化劑床層理論體積Vc=Vh/U=。[23]，則Vo=Vc。則催化劑床層實(shí)際體積VP=Vc+Vo=+=。 從下面有關(guān)的固定床反應(yīng)器的尺寸設(shè)計(jì)，我們知道反應(yīng)器內(nèi)列管呈三角形排列，列管之間的間距是57mm,列管有效長度是8m，則反應(yīng)器內(nèi)列管及其空間排布所占的體積VL=8=。 固定床反應(yīng)器體積不僅包括VP，還包括原料分布體積空間和物料分離空間，這部分空問占據(jù)的體積VW=(128)+20=。那么反應(yīng)器的體積V=VL+Vw =，圓整取360m3。 (2) 尺寸的設(shè)計(jì) 反應(yīng)器列管選取φ45mm，列管有效長度8m。因反應(yīng)物料較多，采用了四臺(tái)非連續(xù)式固定床反應(yīng)器，則每臺(tái)固定床反應(yīng)器列管數(shù)安如下公式計(jì)算得：VP=π/4dt2Ln=()28N=，解得N=,取整得N=1859,即是固定床反應(yīng)器的列管數(shù)。 根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》[21]知反應(yīng)器直徑D=t(b1)+（2～3）d0,管心距t=63mm，查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》[24]知正六邊形對(duì)角線上的管數(shù)b=47，t==45=≈57 mm,代入得D=57(471)+245=2712 mm ，圓整后取D=3000mm。 筒體高度H，長徑比r (H/D)一般是1～3,固定床反應(yīng)r取2，則H=2D=6m。 設(shè)兩根列管管芯到管芯之間的間距是c(列管是按三角形排列)，1859根列管可組成7466個(gè)三角形,每個(gè)三角形的面積是c2。π/4(D2e)2 =7466c2,解得c=63mm,因c含有列管部分，所以列管距是(7145)=18mm。 封頭的高度h1占短軸之半，知標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭hi==。這個(gè)橢圓的長軸是a=D/2=，短軸b==。標(biāo)準(zhǔn)封頭曲面面積s=D2=32=。封頭及筒體的材料均為GB700標(biāo)準(zhǔn)Q235B鋼材，封頭的厚度與筒體厚度值相同，s取20mm[25]。，,。(3) 傳熱面積的計(jì)算傳熱面積的計(jì)算按公式Q=Aat△tm，at按公式式at=λf/dt() e[26]式中Q是質(zhì)量流速，λf是有效導(dǎo)熱系數(shù)，ρ是流體流速，dp是催化劑當(dāng)量，μ是流體粘度，dt是反應(yīng)器列管內(nèi)徑。已知G=()，λf=(),ρ=,μ=105kg/(m2?s)，dp=103m,dt=。代入計(jì)算得：at=(m2?h?℃)，t1=140℃,t2=185℃,T=205℃,帶入得：△tm=54℃。反應(yīng)器內(nèi)富余的熱量Q=，則反應(yīng)器的傳熱面積為A=Q/(at?△tm)=。 傳熱面積Aˊ=nπdtL,代入數(shù)據(jù)計(jì)算知AˊA，這說明能夠滿足傳熱需要。 (4) 反應(yīng)器的技術(shù)參數(shù)如下： 醋酸乙烯合成反應(yīng)器的技術(shù)參數(shù)Table Vinyl acetate synthesis reactor technology parameters名稱殼程管程設(shè)計(jì)壓力/MPa設(shè)計(jì)溫度/℃工作介質(zhì)材料腐蝕裕度/mm換熱面積/mm設(shè)備重量/kg140～225蒸汽冷凝器16MnR 90000140～225C2H2,HAc,VAc16MnR+316L復(fù)合板醋酸乙烯合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析可知，該設(shè)備由六大部件組成，即上封頭法蘭組合件、上部簡體短節(jié)組件、下部簡體組合件、下錐體組合件、中間換熱主體組合件及導(dǎo)熱油夾套組合件等。設(shè)備的設(shè)計(jì)選材較為多樣，有16MnR,20R,20,Q235A，OOCr17Ni14Mo2,1Cr18Ni9Ti,OOCr17Ni12Mo2等。 (a) 氣體分布裝置 旨在消除進(jìn)口氣體過大的初始動(dòng)能以及氣體均勻的導(dǎo)入床層截面，常在進(jìn)口管的出口端設(shè)置預(yù)分布器[27]。預(yù)分布器選擇單級(jí)擋板氣體分布器，它是由鉆有小孔的氣、體分布板和拉桿組成，板的開孔面積為180mm2，氣體穿過的壓力降小使氣體流動(dòng)分散。另外在床層頂部和底部各鋪設(shè)一層厚度為l0mm的氧化鉛惰性填料，填料粒經(jīng)為6mm，避免催化劑層表面受到氣流的直接沖擊，防止污染物帶入催化劑。 (b) 催化劑床層的選型 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，乙炔氣相法合成醋酸乙烯固定床工藝以Zn(Ac)/活性炭為催化劑，作為載體的活性炭應(yīng)具備的條件是[23]:有較為發(fā)達(dá)的中孔結(jié)構(gòu)。大部分微孔的直徑在1～3 nm?；钚蕴勘砻鎽?yīng)具有高濃度的撥基官能團(tuán)。載體應(yīng)具有一定的大于50 nm的過渡孔和大孔，比表面積在1 000m2/g以上。醋酸鋅以單分子膜狀態(tài)覆蓋在活性炭上，酷酸鋅分子所占的表面積大體上等于活性炭的表面積。%%。催化劑的堆積密度是6177。 kg/m3,空速是100～420h1，平均孔徑l0nm。 對(duì)于一定大小的顆粒催化劑，催化劑堆放的好壞將會(huì)直接影響床層阻力的均勻程度，而且與反應(yīng)結(jié)果直接相關(guān)。裝填催化劑時(shí)將催化劑預(yù)先稱量，使各根管子裝入量相當(dāng)，并且裝填到相同的寬度，保證較為一致的疏密程度口對(duì)裝填好的各管逐管測(cè)試壓降，根據(jù)偏差的大小，采用吸出少量催化劑或補(bǔ)加惰性填料的方法調(diào)整到所要求的壓差。 (c) 支承結(jié)構(gòu)選用 該反應(yīng)器的塔徑較大，故采用分塊式格柵板支承[21]，格柵的開孔面積大于70%,在催化劑與支承格柵之間放有金屬網(wǎng)篩，網(wǎng)目尺寸按最小催化劑直徑選擇，并有足夠的開孔面積，且反應(yīng)器需開有人孔(反應(yīng)器人孔Dg統(tǒng)一取450mm )，方便各部件的進(jìn)出取用。 醋酸乙烯精餾塔 精餾三塔就是醋酸乙烯精餾塔，也是整個(gè)醋酸乙烯精餾裝置的核心裝置。因此，本次設(shè)計(jì)關(guān)于精餾塔工藝設(shè)計(jì)及選型選取它作代表。從生產(chǎn)能力大、效率高、流動(dòng)阻力小、有一定操作彈性、結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低及安裝檢修方便、能滿足物系某些工藝特性六個(gè)方面考慮，本次設(shè)計(jì)選取板式精餾塔[28]。 精餾三塔的進(jìn)、進(jìn)料溫度是53℃，塔板溫度是55℃～60℃,，采用泡點(diǎn)進(jìn)料的方式進(jìn)料。流率F的進(jìn)料其組成xF=。流率D的餾出液其組成xD=。流率W的釜液其組成xw=。實(shí)際96℃、此時(shí)最小回流比是Rmin=。實(shí)際液氣比R/(R+1)=L/V=()/(+)=，則R=，R/Rmin=，(RRmin)/(R+1)=()/(+1)=。相對(duì)揮發(fā)度[29] αm =(αDαFαW)1/3=()1/3=。根據(jù)芬斯克（Fensake）法計(jì)算最少理論板數(shù)Nmin，查《化工原理》吉利蘭關(guān)聯(lián)圖[30]知：時(shí)，（NNmin）/(N+1)=。NT=，圓整得NT=27。即該塔所需理論板數(shù)為27塊。實(shí)際塔板數(shù)是Np，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算塔總板效率ET=,Np=NT/ET=36,其中精餾段17塊，提鎦段19塊，篩板的孔徑是3mm。精餾段最少理論塔板數(shù)為：，因回流比和最小回流比未變，則（N1Nmin1)/(N1+2)=，得NF=17，加料位置在從塔頂向下第16塊理論塔板處。 L=RD=∕86== V=L+D=(R+1)D==精餾段的平均摩爾質(zhì)量MVM=[ 86+()44]+[ 86+()44]=。氣相平均密度ρVM=PMVM/RTm=。液相平均密度ρlM=32+()783+932+()783=964kg/m3精餾段的氣相流體體積流速VS=VMVM/3600ρVM=()/(3600)=。LS=LMVM/3600ρVM=(）/(3600964)=。液泛速度,式中C稱為氣體負(fù)荷因子，Smith等定義了兩相流動(dòng)參數(shù)FLV來反映流動(dòng)特性對(duì)C的影響。查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》圖56Smith關(guān)聯(lián)圖[24]知HThL=，當(dāng)L/V()1/2=，C20=。由《化學(xué)化工物性手冊(cè)?有機(jī)卷》[31]查得VAc的表面張力 ，則C=C20(σL/20) =，則 m/s。，則空塔氣速U= ==。塔徑,圓整得Dm=。根據(jù)《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》[24]知Dm==。根據(jù)《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》[24]知Dm==。根據(jù)《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》[24]知精餾塔的總高度h=NPHTm+Δh（Δh即調(diào)整板間距，塔兩端空間以及裙座所占的總高度），此處忽略HTm大于600mm時(shí)進(jìn)料處調(diào)整的板間距。 塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粔K塔板到塔頂封頭的垂直距離，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)該高度H1=。塔的底部空間高度是指塔底第一塊塔板到塔底封頭之間的垂直距離，包括液所占高度和釜液面上方氣液分離高度。釜液在此停留3～5min，再根據(jù)釜液容積和塔徑，計(jì)算得到兩部分的高度之和是H2=。塔底裙座高度是指塔底封頭到基礎(chǔ)環(huán)之間的高度H3=。 精餾塔的有效高度h = （361751）+17+5+++=。 醋酸乙烯精餾塔采用篩板塔，塔徑1600mm,塔高29300mm,板間距500mm,，共36塊孔徑3mm的塔板，開孔率φ= %。設(shè)計(jì)壓力20. 4MPa，采用的材質(zhì)是316L。第6章 車間布置設(shè)計(jì) 概述 車間布置設(shè)計(jì)是完成設(shè)備工藝設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)工藝流程之后的設(shè)計(jì)內(nèi)容車間布置設(shè)計(jì)是對(duì)車間建筑物等設(shè)施配置的安排作出合理的布局，滿足生產(chǎn)和運(yùn)輸、安全和衛(wèi)生、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、施工安裝、工廠發(fā)展、豎向布置和管線布置、綠化等幾個(gè)方面的要求。車問布置設(shè)計(jì)開始，設(shè)計(jì)進(jìn)入各專業(yè)間共同協(xié)作階段，工藝專業(yè)在此階段除工藝設(shè)計(jì)本身外，還需要了解和考慮總圖、土建、設(shè)備、儀表、電氣、供排水等專業(yè)及機(jī)械、安裝、操作等各方面的要求。上述非工藝專業(yè)同時(shí)相互提出對(duì)車問布置的要求。