[能源化工]醋酸乙酯的生产工艺设计

[能源化工]醋酸乙酯的生产工艺设计内容摘要：

/h） z=塔 Ⅱ 顶部残液量（ kg/h） x=塔 Ⅲ 顶部馏出液总三组分恒沸液量（ kg/h） y=塔 Ⅲ 顶部馏出液总双组分恒沸液量（ kg/h） w=沉降器下层（即水层）量 （ kg/h） 系统 1 的物料衡算： +w=u+z u＋ z－ w= ① 系统 1 的醋酸乙酯物料衡算： ＋ = － = ② 系统 1 的乙醇物料衡算： = ③ 系统 2 的物料总衡算： 2（ x＋ y＋ z） =w＋ x＋ y＋ x＋ y＋ 2z－ w= ④ 系统 2 的醋酸乙酯衡算： ＋ ＋ = (x＋ y＋ )＋ － － = ⑤ 由 ①～ ⑤式解方程得： x= y= z= w= u=因为 v中含有 20%醋酸乙酯，而醋酸乙酯 =，故： v=247。 20%=系统 3 的物料总衡算： R＋ =v＋ u R=v＋ u－ =＋ － =系统 3 的 H2O 衡算 ： Rw＋ =u＋ Rw=＋ － =系统 3 的乙醇衡算： RA== =将计算结果整理在各物料衡算表中，并汇总画出初步物料衡算图。 表 2 进出塔Ⅰ的物料衡算表 表 3 进出塔Ⅱ的物料衡算表 加入 支出 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 1 来自酯化器的混合液 1 塔顶馏出液 ① 醋酸乙酯 ① 醋酸乙酯 20 ② 水 ② 水 10 ③ 乙醇 ③ 乙醇 70 ④ 乙 酸 2 塔底残液 ⑤ 浓硫酸 ① 水 2 来自塔Ⅱ的塔底残液 ② 浓硫酸 ① 水 ② 乙醇 合计 合计 加入 支出 表 4 沉降器的物料衡算表 表 5 进出塔Ⅲ的物料衡算表 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 1 来自塔Ⅰ顶部馏出液 1 塔顶馏出液 ① 醋酸乙酯 20 ① 醋酸乙酯 83 ② 水 10 ② 水 8 ③ 乙醇 70 ③ 乙醇 9 2 来自沉降器下层液 2 塔底残液 ① 醋酸乙酯 8 ① 水 ② 水 88 ② 乙醇 ③ 乙醇 4 合计 合计 加入 支出 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 1 塔Ⅱ顶部馏出液 1 沉降器上层 ① 醋酸乙酯 83 ① 醋酸乙酯 94 ② 水 8 ② 水 4 ③ 乙醇 9 ③ 乙醇 2 2 塔Ⅲ顶部馏出液 2 沉降器下层 ① 三组分恒沸液 ① 醋酸乙酯 8 A 醋酸乙酯 83 ② 水 88 B 水 8 ③ 乙醇 4 C 乙醇 9 ② 双组分恒沸液 A 醋酸乙酯 94 B 水 6 3 添加水 合计 合计 加入 支出 五 . 设备设计 精馏塔Ⅱ的设计 塔Ⅱ中包含有 3 个组分 (乙醇、醋酸乙酯和水 )均为非理想液体，则需要利用实验获得 气 液相图进行逐板计算用。 (1) 计算塔板数 根据初步物料衡算的数据，必须作相应的修正，方可作为精馏塔的设计用。 ①在初步物料衡算中，塔Ⅱ顶部逸出者为纯三组分恒沸液，这样就需要无穷个塔板数来完成。 实际上含有水和乙醇各 5 摩尔百分数，连同醋酸乙酯组成 2 个组成分别为水 46%和醋酸乙酯 54%与乙醇 24%和醋酸乙酯 76%的双组分恒沸液。 于是塔Ⅱ顶部馏出液组成如下： kg/h mol% mol% 醋酸乙酯 E ＋ 5 54/46＋ 5 76/24= 水 W ＋ 5 = 乙醇 A ＋ 5 = 100 ②在初步物料衡算中，塔Ⅱ底部出料不含醋酸乙酯，这也属不可能，实际上含有 1mol%醋酸乙酯，而其它二组分的 mol%含量降低至 99%. 于是塔Ⅱ 底部馏出液组成如下： kg/h mol% mol% 醋酸乙酯 E — +1 = 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 序号 物料名称 纯度 % 数量 kg/h 1 来自沉降器上层 1 顶部馏出液 ① 醋酸乙酯 94 ① 三组分恒沸液 ② 水 4 A 醋酸乙酯 83 ③ 乙醇 2 B 水 8 C 乙醇 9 ② 双组分恒沸液 A 醋酸乙酯 94 B 水 6 2 塔底成品 合计 合计 水 W 99% = 乙醇 A 99% = 100 进料组成不变，于是进出塔Ⅱ的物料衡算如下： xE= 馏出液： xW= xA= xE= 混合进料： xW= xA= xE= 残液： xW= xA= 于是进出酯化器的物料衡算如下： 表 6 进出塔Ⅱ的物料衡算表 取 100mol进料液，其中 E 的摩尔数为 ；设 D 为馏出液摩尔数，则残液摩尔数为 (100－D) ＋ (100－ D)=5； D= 加入 支出 序号 物料名称 组成 % 数量 kg/h 序号 物料名称 组成 % 数量 kg/h 1 混合进料 1 塔顶馏出液 ① 醋酸乙酯 ① 醋酸乙酯 ② 水 ② 水 ③ 乙醇 ③ 乙醇 2 塔底残液 ① 醋酸乙酯 ② 水 ③ 乙醇 合计 合计 残液摩尔数为： 100－ D=100－ = 馏出液中 E 的摩尔数为： = 残液中 E 的摩尔数为： 5－ = 馏出液中 W 的摩尔数为： = 残液中 W 的摩尔数为： － = 馏出液中 A 的摩尔数为： = 残液中 A 的摩尔数为： － = 最小回流比的 估算 由于上述系统和理想液体比较出入很大，今采用 Colburn 方法估算最小回流比。 首先求出平均相对挥发度 (α av） 馏出液中： xE/(xE＋ xW)=(＋ )=。 xA= 由平衡图上找出： yE/(yE＋ yW)=。 yE/yW=α t=（ yE/yW） (xW/xE)=() ()= 残液中： xE/(xE＋ xW)=(＋ )=。 xA= 由平衡图上找出： yE/(yE＋ yW)=。 yE/yW=α s=（ yE/yW） (xW/xE)=() ()= α av=(α tα s)1/2=( )1/2= rf=xEf/xWf=5/= xlk=rf/(1＋ rf)=xhk=xlk/rf=(Ln/D)=1/(α－ 1) (xDlk/xlk－ xDhk/xhk)=1/(－ 1) (－ )= D= Ln= D= = Lm=Ln＋ qF。 W=F－ D 对于进料正在沸点的液体， q=1 F=100mol Lm=＋ 100=W=100－ =Lm/W=247。 = 上提浓度 轻关键组分的摩尔分数 xn=xD/[(α－ 1) (Ln/D＋ αxDhk/xhk)] =247。 [(－ 1) (＋ 247。 )] = rn=xn/xhk=247。 = 下提浓度 重关键组分的摩尔分数 α lk=(α t－α s)=(－ )= xm=α lk xW/[(α lk－ α) (Lm/W＋ α xWlk/xlk)] = 247。 [(－ ) ＋ 247。 ] = rm=xlk/xm=rm/rn=Ψ =1/[(1－ 0) (1－ 0)]=1 因此 ,rm/rnΨ ,算得的回流比太大 试以 (Ln/D)=；则 Ln= =； Lm=(Lm/W)=247。 = xn=xD/[(α－ 1) (Ln/D＋ αxDhk/xhk)] =247。 [ (＋ 247。 )]= rn=xn/xhk=247。 = xm=α lk xW/[(α lk－ α) (Lm/W＋ α xWlk/xlk)] = 247。 [(－ ) ＋ 247。 ] = rm=xlk/x=247。 = rm/rn=247。 = 因此， rm/rnΨ ,算得的回流比 太小。 试以 (Ln/D)=；则 Ln= =； Lm=(Lm/W)=247。 = xn=xD/[(α－ 1) (Ln/D＋ αxDhk/xhk)] =247。 [ (＋ 247。 )]= rn=xn/xhk=247。 = xm=α lk xW/[(α lk－ α) (Lm/W＋ α xWlk/xlk)] = 247。 [(－ ) ＋ 247。 ] = rm=xlk/x=247。 = rm/rn=247。 = rm/rn 与Ψ的数值相近 所以此方法算得的最小回流比为 . 逐板计算 气液相平衡数据可以表示成下列三种图表： (1)yE/(yE＋ yA)对 xE/(xE＋ xA)描绘， xW 视作参。