【導(dǎo)讀】體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)。人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法。律結(jié)果由本人承擔(dān)。

　　

【正文】 ? 3CHCHO ＋ 3CH COOH (3) 因?yàn)榇姿岬膯纬剔D(zhuǎn)化率為 40%，故乙醛的生成量為： q乙 醛 ＝ (q醋 酸 40%MM醋 酸 乙 烯醋 酸3%) MM 乙 醛醋 酸 乙 烯100%＝ 反應(yīng)工序所需水量為： q1水 ＝ (q醋 酸 40%MM醋 酸 乙 烯醋 酸3%) MM 水醋 酸 乙 烯＝ kg/h 反應(yīng)工序所生成的醋酸流量為： q 1醋 酸 ＝ (q醋 酸 40%MM醋 酸 乙 烯醋 酸3%) MM 醋 酸醋 酸 乙 烯＝ kg/h 醋酸乙烯的剩余量為： q醋 酸 40%97%MM醋 酸 乙 烯醋 酸＝ kg/h 2 3CHCHO ??? 3CH CHCHCHO＋ 2HO （ 4） 因丁烯醛的選擇性按乙醛計(jì)為 30%，故丁烯醛的流量為： q丁 烯 醛 ＝ q乙 醛 30% 2MM丁 烯 醛乙 醛100%＝ kg/h 16 乙醛的剩余量為： q1乙 醛＝ q乙 醛 70%＝ kg/h 反應(yīng)（ 4）所生產(chǎn)的水量為：2q水＝ q乙 醛 30%2MM 水乙 醛＝ 分離塔進(jìn)口氣體中 %的 2CO 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 : q副 產(chǎn) 物 ＝（ q乙 炔 ＋ %的 醋 酸 ＋ q水 蒸 汽 ） %＝ kg/h 由乙炔和醋酸的摩爾比為 可知，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： q2乙 炔＝ q乙 炔 （ 1－ 16%）－ ＝ kg/h 醋酸剩余量為： q2醋 酸＝ q醋 酸 （ 1－ 40%）－ ＋ q1醋 酸＝ kg/h 副產(chǎn)物及其他雜質(zhì)的總量為： = 1 0 1 .3 8 k g / hq q q??其 他 雜 質(zhì)副 產(chǎn) 物 表 反應(yīng)工序物料衡算匯總表 進(jìn)料 出料 物料名稱(chēng) 流量（ kg/h） 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 物料名稱(chēng) 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 17 出料口氣體中乙炔占 %，空氣占 %，則有效氣體的流量為： q有 效 氣 體 ＝ q循 環(huán) 乙 炔 ＝ %q 2乙 炔 （ 1－ %）＝ q 1其 他 ＝ 2q水 ＋ q其 他 －（ q循 環(huán) 乙 炔 － q 2乙 炔 ）＝ 表 分離工序物料衡算匯總 表 進(jìn)料 出料 物料名稱(chēng) 流量（ kg/h） 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 物料名稱(chēng) 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 q進(jìn) 料 ＝ － q循 環(huán) 乙 炔 ＝ 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（純度為 %）流量為： % 醋 酸 乙 烯 ＝ %醋 酸 乙 烯 97%＝ 醋酸從醋酸蒸餾塔塔頂餾出流量為： q循 環(huán) 醋 酸 ＝ 精餾重組分從各精餾塔塔底餾出，總流量為： q重 組 分 ＝ q進(jìn) 料 － % 醋 酸 乙 烯 － q循 環(huán) 醋 酸 ＝ 18 表 精餾工序物料衡算匯總 表 進(jìn)料 出料 物料名稱(chēng) 流量（ kg/h） 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 物料名稱(chēng) 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) 表 醋酸乙烯生產(chǎn)過(guò)程物料衡算匯總表 進(jìn)料 出料 物料名稱(chēng) 流量（ kg/h） 物料名稱(chēng) 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(huà)出物料平衡關(guān)系示意圖 圖 為聚醋酸乙烯酯乳液聚合間歇操作物料平衡關(guān)系示意圖。 對(duì)于物料數(shù)量和組分沒(méi)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(méi) 畫(huà)出 T101， P101 等設(shè)備。 19 V 101M1W 101M2M6V 102R 101M 4W 102 W 103 W 104M5 M7M8V 103M 10M 11W 105M3M9M 12 圖 . 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(guò)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(guò)硫酸鉀；M9乳化劑 OP10； M10聚合物； M11過(guò)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(xiě)出主、副反應(yīng)方程式 ① 在 V101， V103 中，只是物料的混合和過(guò)濾，沒(méi)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： H 2 CHCO O C C H 3 n * CH 2C HO O C C H 3* n過(guò) 硫 酸 鉀 ， D O P ， O P 1 0聚 乙 烯 醇 ， 碳 酸 氫 鈉 （ 3）收集數(shù)據(jù)資料 ① 生產(chǎn)規(guī)模 。 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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) 表 技術(shù)指標(biāo) 表 20 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(guò)濾器過(guò)濾損失率 3%（質(zhì)量） 過(guò)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 表 生產(chǎn)配料表 組分 名稱(chēng) 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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)工 300d，每天生產(chǎn)兩批，過(guò)濾器過(guò)濾損失率為 3%。 3 12 5 0 0 0 1 0= = 4 2 9 5 5 . 3 3 k g3 0 0 2 0 . 9 7 B ?? ???每 批 生 產(chǎn) 聚 合 物 的 數(shù) 量。 21 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； ③ 142 95 5. 33 = 42 88 2. 43 kg1 + 0. 00 2 0. 85 B ???醋 酸 乙 烯 酯 的 投 料 量 為。 （ 7）順流程逐個(gè)設(shè)備展開(kāi)計(jì)算 ① V101（溶解釜）物料衡算 12 5 .8M = 4 2 8 8 2 .4 3 = 1 6 5 8 .1 2 k g150 B ???（ 聚 乙 烯 醇 ） 11 5 .8M = 4 2 8 8 2 .4 3 3 = 4 9 7 4 .3 6 k g150 B ?? ? ?（ 軟 水 ） 13M = 4 9 7 4 .3 6 + 1 6 5 8 .1 2 = 6 6 3 2 .4 8 k g B ??聚 乙 烯 醇 溶 液（ ） ② V102（過(guò)濾器）物料衡算 已知 V102 過(guò)濾器的過(guò)濾損失率 3% 13M = 6 6 3 2 . 4 8 k g B ??聚 乙 烯 醇 溶 液（ ） 13M = 6 6 3 2 . 4 8 = k g B ???聚 乙 烯 醇 溶 液過(guò) 濾 后 的（ ） （ ） ③ R101（聚合 釜）物料衡算 13M = k g B ??聚 乙 烯 醇 溶 液過(guò) 濾 后 的（ ） 15M = 4 2 8 8 2 . 4 3 k g B ??單 體 醋 酸 乙 烯 酯（ ） 16 11M = 4 2 8 8 2 .4 3 = 3 1 4 4 .7 1 k g150 B ???（ 鄰 苯 二 甲 酸 二 丁 酯 ） 7M（ 碳 酸 氫 鈉 溶 液 ） 10 .4= 4 2 8 8 2 .4 3 = 1 4 4 .3 5 k g150m B ???碳 酸 氫 鈉 192= 1 4 4 .3 5 = 1 3 1 5 .0 3 k g8m B ???水 合計(jì)： 17M = 1 4 4 .3 5 + 1 3 1 5 .0 3 = 1 4 2 9 .3 8 k g B ?? 8M（ 引 發(fā) 劑 過(guò) 硫 酸 鉀 溶 液 ） 1= 4 2 8 8 3 .4 2 = 8 5 .7 7 k g0. 3m 150 B ???過(guò) 硫 酸 鉀 18 5 .7 7 4 = 3 4 3 .0 8 k gm= B ???水 22 合計(jì)： 18 8 5 .7 7 + 3 4 3 .0 8 = 4 2 8 .8 5 k g= BM ?? 19M = 428 83. 42 = 343 .06 kg1. 2150 B ???（ 乳 化 劑 OP10 ） 112 3 4 3 .0 8 = 2 1 9 5 5 .8 2 k g100= 42 88 2 49 74 .3 6 13 15 .0 3150 BM ???（ 還 要 加 的 水 ） 11 0 4 5 6 7 8 9 1 2= M + M + M + M + M + M + M = 7 6 6 1 7 . 7 6 k gMB ??聚 合 物（ ） ④ V103（過(guò)濾器）物料衡算 已知 V103 過(guò)濾損失率為 3% 110 = 7 6 6 1 7 . 7 6 k gMB ??聚 合 物（ ） 111 = 7 6 6 1 7 .7 6 = 7 4 3 1 9 .2 3 k g ???過(guò) 濾 后 的 聚 合 物（ ） （ ） （ 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： 1 2 4 5 6 7 8 9 1 2 1 0( 1 0 . 0 3 ) ( M + M ) + M + M + M + M + M + M + M = M = 7 6 6 1 7 . 7 6?（ ） (+)++3144. 71++++ 說(shuō)明整個(gè)聚合工序的物料衡算過(guò)程是正確的。 表 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 DBP OP—10 過(guò)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 1T 平均為 140oC，反應(yīng)中溫 度 2T 平均為 23 185oC，反應(yīng)器物料出口溫度 3T 平均為 205oC，計(jì)算基準(zhǔn)溫度 0T =25oC。 （ 2）計(jì)算時(shí)間基準(zhǔn)是 1h。 （ 3） 各物質(zhì) 的定壓熱容 為 mpC， =A+BT+CT2， 單位 11 KmolJ ?? ,其中 A、 B 和 C 系數(shù)見(jiàn) 表 。質(zhì)量定壓比熱容 pc = PC /M，單位 k 11 KkgJ ?? 。平均恒壓熱容pC = )TdT/(TC 12TT p21?。 表 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) 11 KmolJ A ?? ?? 213 KmolJ B10?? ?? 316 KmolJ C10??? C2H2 HAc VAc ALd Cr