乙醛氧化制备乙酸分离工段设计-毕业设计

乙醛氧化制备乙酸分离工段设计-毕业设计内容摘要：

其中： 醋酸锰 0. 1= 水 0. 3= 醋酸 0. 6= （ 5）保安氮用量 设保安氮为 xkg 塔顶干气量计算： 氮气： 16+0. 97x 氧气 ： +0. 03x 二氧化碳： 则 (16+)/(16++x+)= x= （其中氮气： 0. 97= 氧气： 0. 03=） 塔顶干气量 氮气 : 16+0. 97x= 氧气 : +0. 03x= 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 9 二氧化碳 : 整理以上数据，列出氧化塔物料平衡结果，见表 25 表 25氧化塔物料衡算结果 出料 醋酸 醋酸甲酯 水 亚乙基二醋酸 甲酸 乙醛 三聚乙醛 醋 酸锰 质量 (kg) 含量 % 96 % 图 21 氧化塔物料衡算图 蒸发器物料衡算 图 22 蒸发器进出物料图 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 10 已知数据： F=x （进料中醋酸锰含量） %x （完成液中醋酸锰含量） 列衡算式 ： 10 xLxF  L=  101 xxFW W= T101 物料衡算 原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量 进料平均摩尔 质量   k m o lkgM m / 5 0 5 0  塔顶平均摩尔质量 MD= 18+() 60= 塔底平均摩尔质量 Mw=() 60+18= 物料衡算 已知数据： （ 1）进料流量 （ 2）醋酸质量分数 0. 968，水的质量分数 0. 0154 （ 3）馏出液中醋酸含量 3%，釜液中醋酸的回收率为 98% （ 4）醋酸和水的摩尔质量分别为 60kg/kmol 和 18kg/kmol 进料组成 FX 60/9   进料流量 F=列衡算式： WDF  WDF WXDXFX  FDFXDX =0. 97 )1( )1(FWXF XW  =0. 98 得： D= XD= Xw= 即： D= = W= = 塔顶，进料和塔釜温度的计算 塔顶温度： 100～ 104℃ 塔底温度： 117～ 124℃ 常压精馏： P=101. 3kpa 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 11 根据表 23 可得 （ 1）求进料温度 假设泡点温度为 ℃ 对水： 0 Ap kppA  a 对醋酸： 0 Bp kppB  a 则 0  BA Bpp ppx 与 x= 十分接近，故假设 t=℃正确，故进料温度为 tF=℃ （ 2）塔顶温度计算 假设塔顶温度为 ℃ 同理： 对水： PAs= 对醋酸： PBs= 则 x=()/()= 与 XD= 十分接近，故假设塔顶温度为 tD=℃正确。 （ 3）塔釜温度计算 假设塔釜温度为 ℃ 同理： 对水： PAs= 对醋酸： PBs= 则 x=()/()= 与 XW= 十分接近，故假设塔釜温度为 tW=℃正确 平均相对挥发度的计算 塔顶： （ α AB） D=进料：（ α AB） F=塔釜：（ α AB） W=全塔平均相对挥发度： α AB= = 最小回流比的计算和适宜回流比的确定 进料为泡点进料，所以 q=1 根据公式   FDFD xxxxR 1111m in  带入已知数据，得 Rmin= 取 R== = 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 12 最小理论塔板数确定 Nmin=lg[(xD/(1xD)) ((1xW)/xW)]/lgα 1= 全塔理论塔板数 利用简捷法计算理论塔板数 ① 全回流时理论板层数 Nmin=lg[(xD/(1xD)) ((1xW)/xW)]/lgα 1= 则 (RRmin)/(R+1)=()/(26+1)= 由化工原理 P37 吉利兰图 查得 (NNmin)/N+2= 得 N= ② 精馏段理论板层数 Nmin=lg[(xD/(1xD)) ((1xF)/xF)]/lgα 1= 横坐标 R RR 385 不变，则纵坐标读数也不变 既 21 m in1 N NN N1= 即精馏段理论板数为 .，提馏段理论板数为 实际塔板数和进料位置 ① 板效率 0 .2 4 5LT )μ 9( αE  查《石油化工基础数据手册》 以进料为计算基准，得表 26 表 26 粘度数据表 醋酸 H2O ix Li s mPa s L =∑ ix Li = + = mPa s 0 .2 4 5LT )μ 9( αE  = ( )= 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 13 ② 塔内实际板数 NP=NT/ET=取实际板层数为 37 块 (不包括再沸器 ) 精馏段和提馏段实际板数的确定 NP精 =NT精 /ET=取实际精馏段塔板数为 19 块，提 馏段实际板数为 18 块，进料板的位置为由下往上数的第十九块板 馏塔 T102 的物料衡算 已知数据：（ 1）进料流量 F= （ 2）进料醋酸含量 98%， 釜残液醋酸含量 10%，成品醋酸含量 99. 8% 列衡算式： LWF   LWF 得 ： W= 醋酸回收塔物料衡算 已知数据：（ 1）进料流量 F=+= （ 2）经回收后得到粗醋酸含量 65%以上（按 65%计算） （ 3）从精馏塔出来的醋酸含量 20%，副产物中含 5%的醋酸 列衡算式： F=X+Y F0. 2=0. 05X+0. 65Y 得 ： X=北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 14 图 23醋酸回收塔进出物料图 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 15 3 精馏塔主要尺寸计算 T101 设备计算 操作压强 常压精馏： P= 操作温度 进料温度： TF=℃ 塔温 塔顶温度： TD=℃ 塔釜温度： TW=℃ 故精馏平均操作温度 Tm=(+)/2=℃ 提镏段平均操作温度 Tn=(+)/2=℃ 平均分子量 塔顶平均分子量： y1=XD= α = 由 y=α X/1+(α 1)X 得， X1= 气相平均分子量 MvD= 18+ () 60=液相平均分子量 MLD= 18+() 60=进料板平均分子量： XF= 则 yF= 气相平均分子量 MVF= 18+() 60=液相平均分子量 MLF= 18+() 60=塔釜平均分子量： XW= yW= 气相平均分子量 MVW= 18+() 60=液相平均分子量 MLW= 18+() 60=精馏段平均分子量 气相平均分子量： MVM=(+)/2= kg/mol 液相平均分子量： MLM=(+)/2= kg/mol 提馏段平均分子量 气相平均分子量： MVN=(+)/2=北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 16 液相平均分子量： MLN=(+)/2= 平均密度 （参考《化工原理上册附录图 7》）   7 表 31 密度数据表 7 温度 /℃ 醋酸 / kg/m3 H2O/ kg/m3 100 105 110 115 120 经插值计算得 表 32 插值计算后密度数据表 温度 /℃ 醋酸 / kg/m3 H2O/ kg/m3 塔顶 进料 塔釜 已知各组分在液相、气相所占的比例，根据表 22 气 液平衡关系，用插值法得，表 33所示。 表 33 醋酸 H2O 液相 气相 液相 气相 进 料 质量分数 摩尔分数 塔 顶 质量分数 摩尔分数 塔 釜 质量分数 摩尔分数 (1) 塔顶密度的计算 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 17 ① 液相平均密度： ρ L,D=1/(x 醋酸 /ρ 醋酸 +x 水 /ρ 水 ) 则 ρ L,D=1247。 (247。 +247。 )= kg/m3 ② 气相平均密度： M=M 醋酸 y 醋酸 +M 水 y 水 ρ V,D=TM/ M=60 +18 =ρ V,D= 247。 (+)= kg/m3 (2) 进料板密度的计算 ① 液相平均密度： ρ L,F=1/(x 醋酸 /ρ 醋酸 +x 水 /ρ 水 ) 则ρ L,F=1247。 (247。 +247。 )= kg/m3 ② 气相平均密度： M=M 醋酸 y 醋酸 +M 水 y 水 M=+18 = ρ V,F=TM/ ρ V,F= 247。 (+)= kg/m3 (3) 塔釜密度的计算 ① 液相平均密度： ρ L,w=1/(x 醋酸 /ρ 醋酸 +x 水 /ρ 水 ) 则ρ L,w=1247。 (247。 +247。 )= kg/m3 ② 气相平均密度： M=M 醋酸 y 醋酸 +M 水 y 水 M=60 +18 =ρ V,W=TM/ ρ V,W= (+)= kg/m3 (4)精馏段和提馏段密度的计算 精馏段： 气相平均密度： V =1／ 2 ( FV, + DV, )= 1／ 2 (+)=(kg/m3) 液相平均密度： L =1／ 2 ( FL, + DL, ) =1／ 2 (+)=(kg/m3) 提馏段： 气相平均密度： V ′ =1／ 2 ( FV, + WV, )= 1／ 2 (+)=(kg/m3) 液相平均密度： L ′ =1／ 2 ( FL, + WL, ) =1／ 2 (+)=(kg/m3) 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 18 表面张力的计算 （参考《化工原理上册附录图 7》）   7 表 34 表面张力数据表 7 温度 /℃ 醋酸 / mN/m H2O/ mN/m 100 110 120 经插值计算得 表 35 插值计算后表面张力数据表 温度 /℃ 醋酸 /mN/m H2O/ mN/m 塔顶 进料 塔釜 ς D=ς 醋酸 x 醋酸 +ς 水 x 水 = + = mN/m ς F=ς 醋酸 x 醋酸 +ς 水 x 水 = + = mN/m ς W=ς 醋酸 x 醋酸 +ς 水 x 水 = + = mN/m 精馏段： ς 精 =1/2（ ς D+ς F） =1/2 （ +） = mN/m 提镏段： ς 提 =1/2（ ς F+ς W） =1/2 （ +） = mN/m 表 36 工艺条件列表 精馏段 提馏段 平均密度 气相 (kg/m3) 液相 液体表面张力 (mN/m) 液相 T101 主要尺寸计算 流量的计算 表 37 相对分子质量数据表 平均相对分子质量 气相 液相 精馏段 提馏段 (1) 进料： 北京理工。