年产18万吨醋酸生产装置初步设计(编辑修改稿)

年产18万吨醋酸生产装置初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

工业标准组成 原料乙醛 %(质量 ) 工业氧 %(质量 ) 工业氮 %(质量 ) 催化剂溶液 %(质量 ) 乙醛 氧气 98 氮气 97 醋酸 60 醋酸 氮气 2 氧气 3 醋酸锰 10 水 水 30 三聚乙醛 (1) 在 氧 化 过 程 中 的 已 知 条 件 [ 1 3 ,1 4 ] ： 18000kg/h， 乙 醛 转 化 率 为 %， 氧 的 利 用 率 为 % 业 氮 自 氧 化 塔 塔 顶 补 充 使 其 浓 度 达 到 45 %； 转 化 的 乙 醛 在 气 液 相 中 的 分 配 率 ( 体 积 % ) ：气 相 34%；液 相 66% 定 催 化 剂 中 醋 酸 锰 用 量 为 氧 化 塔 进 料 乙 醛 重 量 的 % 醛 的 总 转 化 率、主 反 应 及 各 副 反 应 的 转 化 率 分 配 ： 主反应： ① CH3CHO+21 O2 → CH 3COOH (96%) 副反应： ② 3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH 3COOH+CO2+H2O ( 4%) (2) 氧 化 塔 物 料 衡 算 图 见 图 3 – 1。 6 (3) 反应式的物料衡算 投入的乙醛 (纯 )量： 18000%=17910 kg ① CH3CHO+21 O2 → CH 3COOH 96% 计算结果见表 32。 表 32 主反应物料衡算计算 结果 反应物 生成物 乙醛 17910= kg 醋酸 4460 = 氧 4416 = ② 3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH 3COOH+CO2+H2O 4% 计算结果见表 33。 表 33 副反应物料衡算计算结果 反应物 生成物 乙醛 17910= kg 醋酸 132120 = 甲酸 13246 = 氧 4432 = 水 13218 = CO2 13244 = 根 据 反 应 式 衡 算 出 来 的 反 应 物 总 消 耗 量 以 及 生 成 物 总量 如 下 ： 反应掉的乙醛： 18000= kg 回 流 乙 醛 乙醛 工业氮 工业氧 尾气 乙醛回收塔 催化剂 图 31 氧化塔物料衡算图 氧 化 反 应 器 7 未转化的乙醛： 18000= kg (其中液相中乙醛 = kg；气相中乙醛 =) 反应掉的氧气总量： += kg 则工业用氧总量为： = kg (其中：氧气 == kg；氮气 == kg) 所以未反应掉的氧气 =－ = kg 反应生成物： 醋酸： +=；甲酸： kg； CO2： ；水： ； (4) 催化剂用量 催 化 剂 溶 液 中 醋 酸 锰 用 量 取 氧 化 塔 进 料 乙 醛 重 量 的 %，原料催化剂中醋酸锰的含量为 10%，设催化剂溶液用量为 x [ 1 5 ]， (18000+x)= 解得 x= kg 其中：醋酸锰 = kg；水 = kg；醋酸 = kg (5)氮 用 量 ： 设 保 安 氮 为 x kg 塔 顶 干 气 量 计 算 ： 氮 气 +；氧气 +；二氧化碳 kg 则   x x=45%，解得 x= kg (其中氮气： = kg；氧气： = kg) 塔顶干气量：氮气： +=。 氧气：+= kg；二氧化碳： kg 醋酸： ++18000= kg 整理以上数据，得出氧化塔物料衡算结果，见表 34。 表 34 氧化部分物料衡算 进料 出料 含量 (%) 质量 (kg) 含量 (%) 质量 (kg) 原 料 乙 醛 乙醛 醋酸 水 三聚乙醛 17910 18 54 18 氧 化 液 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸锰 18 工 业 氧 氧气 氮气 98 2 工 8 业 氮 氮气 氧气 97 3 小计 上 下 催化剂 醋酸 水 醋酸锰 60 30 10 放 空 废 气 二氧化碳 氮气 氧气 乙醛 总计 kg kg 蒸发器物料衡算 F= kg；醋酸锰含量： ％；蒸发器进出物料见图 32。 由 Fx0=Lx1 解得 L=10xFx = % 0. 09 % 59 1  = kg/h W=F (1－ x0/x1) 解得 W= kg/h 表 35 蒸发器物料衡算 进料 出料 含量 (%) 质量 (kg) 含量 (%) 质量 (kg) 氧化液 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸锰 18 A 蒸发器气相 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸锰 18 B 蒸发器液相 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸锰 总计 A= B= 图 32蒸发器进出物料图 W 蒸发器 F L 9 精馏塔物料衡算 已知： F= kg/h； 醋 酸 质 量 分数 ， 水 的 质 量 分 数。 设定： 馏 出 液 中 醋 酸 含 量 3%； 釜 液 中 成 品 醋 酸 含 量 %。 精馏塔进出物料图见图 33。 得出，进料组成， 0 27 Fx 进料平均摩尔质量 Mm=18+(1－ )60=进料流量 F= =列衡算式 F=D+W； FxF=DxD+Wxw； FDFxDx； )1( )1(  FWxF xW 解得 F= kmol/h, xF=。 D= kmol/h, xD= W= kmol/h, xW=104 于是可以得出： D=(18+60)= kg/h。 W=(18104+60104)= kg/h. 醋酸回收塔物料衡算 由前面的计算可知： (1)进料流量 F= kg/h； (2)回收后粗醋酸含量一般在 65%以上 [16] (这里按 65%计算 ) 设定：副 产 物 中 含 1 . 5 % 的 醋 酸 ， 醋 酸 回 收 塔 进 出 物 料 图见 图 34。 F 精馏塔 W D 图 33 精馏塔 1 进出物料图 10 列衡算式如下： F=X+Y 3%F=%X+65%Y 解得 X= kg/h ； Y= kg/h 整理以上数据得到总物料衡算结果：见表 36： 表 36 总物料衡算结果 进料 出料 名称 质量 (kg) 名称 质量 (kg) 乙醛 乙醛 醋酸 水 三聚乙醛 17910 18 54 18 放空 废气 二氧化碳 氮气 氧气 乙醛 工业 氧气 氧气 氮气 催化剂残液 粗醋酸 成品醋酸 工业 氮气 氮气 氧气 其它副产物产量 催化剂 醋酸 水 醋酸锰 总计 kg 回收塔 F 图 34 回收塔进出物料图 副产物 X 粗醋酸 Y 11 第四章 热量衡算 氧化塔热量衡算 设计条件为：每小时接料工业乙醛 18000kg，选择年工作时间 8000h，年产工业醋酸 18104吨。 乙醛转化率为 %， 计算基准温度为 298k(25℃ )。 氧化塔进料情况如表 41 所示。 (1)热力学数据，见表 42； (2)各物流带入热量按 q=WCΔt kJ/h计算，按表 43 (3)反应热 ΔHR0，主反应和副反应的 ΔHR0可由生成热 ΔHF， 2980或燃烧热 ΔHC，2980求得； 主反应： CH3CHO+21 O2 → CH 3COOH (96%) ΔHR，主 0=(－ )－ (－ )=－ 副反应： 3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH 3COOH+CO2+H2O (4%) ΔHR， (2)0=－ － 31 (－ )－ 32 (－ )=－ kJ/mol 乙醛 表 41 氧化 塔进料情况 (kg/h) 进料 出料 含量 (%) 质量 (kg) 含量 (%) 质量 (kg) 原 料 乙 醛 乙醛 醋酸 水 三聚乙醛 17910 18 54 18 氧 化 液 醋酸 水 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋酸锰 18 工 业 氧 氧气 氮气 98 2 工 业 氮 氮气 氧气 97 3 小计 上 下 催化剂 醋酸 水 醋酸锰 60 30 10 放 空 废 气 二氧化碳 氮气 氧气 乙醛 总计 kg kg 12 表 42 氧化塔进料情况 (mol/h) 进料 出料 体积V(%) mol质量(kmol) 体积 V(%) mol质量(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 醋酸锰 工 业 氧 氧气 氮气 工 业 氮 氮气 氧气 放 空 废 气 二氧化碳 氮气 氧气 乙醛 催化剂 醋酸 水 醋酸锰 小计 100 总计 kg kg 计算结果如表 43所示： 表 43 ΔHR0计算结果 反应 消耗乙醛 ΔHR0kJ/mol 反应热 ∑ΔHR0,kJ/h 主反应 － － 1000=－ 103 副反应 － － 1000=－ 103 共计 － 103 (4) 氧 化 塔 顶 部 排 出 的 气 体 所 带 出 的 热 量 ① 氧化塔顶部排出气体量： 组分 CO2 N2 O2 CH3CHO kmo。