【正文】 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 (1) － － － － (1) － － － (1) CH3COOH H2O HCOOH CH3CHO (CH3CHO)3 Mn(Ac)2 液體 CP, J/gK計(jì)算， n為分子中原子數(shù)目 [ 18 ]。 2COQ=[ ?313298(+10－ 3T)dT]=2NQ=[ ?313298(+10－ 3T)dT]=2OQ=[ ?313298(+10－ 3T－ 10－ 5T－ 2)dT]= 14 CHOCHQ3=[ ?313298(+10－ 3T－ 10－ 6T－ 2)dT]=∑Qi=+++=(5) 氧化液帶出的熱量： Q液 =∑CpimiΔT 氧化液組成見平衡物料表： ΔT=333－ 298=35K，相對應(yīng) 的： COOHCHQ 3 =35= kJ/kmol OHQ2=35= kJ/kmol HCOOHQ=35= kJ/kmol CHOCHQ3=35= kJ/kmol 33 )( CHOCHQ=1835= kJ/kmol 2)(AcMnQ=35= kJ/kmol ∑Q氧化液 =+++++∑Q氧化液 = kJ/kmol (6) 熱損失按熱輸入的 1%計(jì)算，則 Q損 =Q入 1%=(Q乙醛 +Q回流 +Q反 )1%=(－ +0+103)= 熱量衡算結(jié)果如表 46。K取值 C=K取值 C=冷卻介質(zhì)消耗量 WC=)( 12 ttc Qpc C??！?)]； t1,t2=分別為冷卻介質(zhì)在冷凝器的進(jìn)出口處的溫度 (℃ )。K 取值 C= 若近似取 ILW=ILM，且因 V`=L`W則 QB=V``(IVW ILW) +QL 加熱介質(zhì)消耗量可由下式計(jì)算 Wh=21 BBBII Q? 式中 Wh為加熱介質(zhì)的消耗量 (kg/h) IB1， IB2分別為加熱介質(zhì)進(jìn)、出再沸器的焓 (kJ/kg) 冷卻用水量 設(shè)定水的進(jìn)口溫度為 298K，出口溫度為 318K， Δt=26K， 則需用水量 Wˊ= ? = t/h Q損 =Q入 1%== kJ/h 安全系數(shù) α取 ，則 18 水用量 =Wˊ= t/h或者 m3/h 表 410 熱量衡算結(jié)果 輸入 輸出 項(xiàng) 目 kJ/h 項(xiàng)目 kJ/h 氧化液 輸入熱 釜?dú)堃杭尤? 氧化液 熱損 循環(huán)液移走 (差值 ) 總計(jì) 第五章 塔體設(shè)計(jì) 精餾塔設(shè)計(jì) 由前面的物料衡算得精餾塔的基本數(shù)據(jù)： F=， XF=， D=， XD=， W=， XW=104， 進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量 Mm=根據(jù)工藝條件確定塔內(nèi)溫度：塔頂： 100～ 103℃ ；塔底： 118～ 124℃ 。 表 51 水和醋酸的安托尼常數(shù) [ 1 8 ] 物料 A B C 水 醋酸 回流比和理論塔板數(shù) (1) 相對揮發(fā)度 設(shè)定泡點(diǎn) t=℃ ，則相對于水 lgp0A=－ ? = 解得 p0A=； 同理，相對于醋酸 lgp0B=－ ? = 解得 p0B= 則 x= 81 01000????? BA Bpp pp= 與 XF=，所以設(shè)定的泡點(diǎn)溫度 ℃ 合理有效。 塔 的有效高度 全塔效率的求算： ET=(αμL) 查得塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度μL= 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=+= 由 PV=nRT 可知 PM =ρVRT 由此得出 ρV= RTMP = ?? =(2) 氣液相 流量 氣相流量 Vs= ? ? 00 00136 00 ? ????? VV MDRMV ??=液相流量 LS= ? ???? LL MRDML ??=（ 3）塔徑的確定 塔徑 D=uVS?4；其中 u可由 uMAX=cvvl???? 解得，其中 c=c20 ?????? L? 計(jì)算，其中 σL=； c20可以在史密斯關(guān)聯(lián)圖上查得，橫坐標(biāo) 2121 ????????????????VLSSVL ?? = 取板間距 HT=，板上液層高度 hL=，則 HT－ hL= 查得 c20=則 c=c20 ?????????????? L?=，所以 uMAX= ?= 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速 u== 塔徑 D=uVS?4= ??= m 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后 ,選取 D= 塔截面積 AT= 24D? =；空塔氣速 u= =。 (1) 溢流裝置 設(shè) 定 選 用 單 溢 流 弓 形 降 液 管 ， 采 用 凹 型 受 液 盤 ， 各 項(xiàng)計(jì) 算 如 下 堰長 lW 取 lW=== 21 溢流堰高度 hW=hl－ hOW 采用平直堰，堰上液層高度 hOW= 32 ????????whlLE 計(jì)算， 其 中 由 液 流 收 縮 系 數(shù) 圖 查 得 E ， 其 橫 坐 標(biāo) 為 3 6 0 00 1 2 5 3232??????? ??????????whlL 查得 E=，則 hOW= = 設(shè)定塔板上清液層高度 hL=；于是 hW=hl－ hOW=－ = 這個(gè)結(jié)果符合范圍 － hOW≥hW≥－ hOW (2) 弓形降液管寬度 Wd和截面積 Af 由 Dlw =，查弓形降液管參數(shù)圖，得TfAA =； DWd = 故 Af===。 (3) 降液管底隙高度 h0 設(shè)定液體通過底隙的流速 μ`0=h0= 6 0 0 3 6 0 00 1 2 5 6 0 0 39。 所以，塔板壓降 hp=hc+hL=+=(液柱 ) 每層塔板的壓降 ΔPp=hpρLg== 液泛 為 防 止 塔 內(nèi) 發(fā) 生 液 泛 ， 降 液 管 內(nèi) 液 層 高 度 Hd應(yīng)服從 Hd≤φ(HT+hW) 醋酸 —水屬一般體系，取安全系數(shù) φ= φ(HT+hW)=(+)= 而 Hd=hp+hl+hd；其中， hp= 由于板上不設(shè)進(jìn)口堰，則 hd=(μ`0)2==(液柱 ) 23 所以 Hd=++=(液柱 )符合 Hd≤φ(HT+hW) 由此判定不會發(fā)生液泛現(xiàn)象 漏液 對篩板塔，取漏液點(diǎn)氣速 μ0min可由下式計(jì)算： μ0min= VLσ /ρρ) 0 5 ( hh L ?? = /1 . 8 )0 0 1 3 0 5 ( ??? =實(shí)際孔速 μ0=＞ μ0min，穩(wěn)定系數(shù)為 K=＞ 故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。 液相負(fù)荷下限線 對于平直堰，取堰上液層高度 hOW= hOW= 323600 ????????wSl LE =； LSmin= 32??????? ? =104m3/s 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 3 液相負(fù)荷上限線 以 θ=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限 θ=STfLHA =5s→L S,max= ?TfHA = 5 ? =3/s 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線 4 液泛線 不妨使 Hd=φ(HT+hW)；又因?yàn)?Hd= hp+hL+hd。 hL=βhL。 ； ( ndA 200 4?? ) ? ? ? ?? ? 32339。39。1?????????????????wwwTlEdhlchHb???? 將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得 25 0 0 2 4 3 3 6 0 40 0 0 5 2239。39。 ???????????? ?d 由此可得 3222 0 2 4 SSS LLV ??? 列表計(jì)算如下： LS/(m3/s) 0. 004 0. 010 0. 020 0. 030 VS/(m3/s) 液泛線 5 可根據(jù)上表數(shù)據(jù)算出。 0 .0 0 0 0 .0 0 5 0 .0 1 0 0 .0 1 5 0 .0 2 0 0 .0 2 5 0 .0 3 0 0 .0 3 5 0 .0 4 00246A3154 2Vs/(m3/s)Ls/( m3/s ) 圖 51 篩板塔的負(fù)荷性能圖 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn) A，連接 OA，既作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制，由圖查得 26 smVsmV SS /,/ 3m in,3m a x, ?? 故操作彈性為 0 3 in,m a x, ??SSVV 所設(shè)計(jì)的篩板塔的主要結(jié)果匯總見表 52。 本 設(shè) 計(jì) 采 用 直 管 進(jìn) 料 管 [ 1 9 , 2 0 ] 。D= ??= 查標(biāo)準(zhǔn)（進(jìn)料管尺寸）取 φ65 回流管 采 用 直 管 直 流 管 ，取 / , / 3600RRu m s V m s?? ? ??mm（查表得） 4 0 .0 0 3 4 0 2 5 3 .7 53 .1 4 1 .5D m m???? ；取 φ57 塔釜出料管 取 μW=，直管進(jìn)料， 39 6 . 5 3 1 8 0 . 0 0 4 8 6 5 /9 9 2 3 6 0 0WV m s???? 4 0 .0 0 4 8 6 5 4 1 .3 23 .1 4 1 .5D m m???? 查出料管規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)取 42 ? ? 塔頂蒸汽出料管 直管出氣，取出口氣速 μ=，則 34 1 . 7 8 3 2 0 . 0 0 4 3 4 /3 6 0 0 8 5 5 . 0 4V m s???? 28 4 0 .0 0 4 3 4 5 5 .3 33 .1 4 1 .5D m m???? 查蒸汽出料管規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)取 φ57 塔釜進(jìn)氣管 采用直管，取 /u m s? , 34 1 . 7 8 1 8 0 . 0 0 2 1 0 /3 6 0 0 9 9