年產(chǎn)30000噸聚乙烯醇精餾四塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、安徽建筑大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 專 業(yè) 高分子材料與工程 班 級(jí) 09高分子(1)班 學(xué)生姓名 朱朋明 學(xué) 號(hào) 09206020128 課 題 年產(chǎn)30000噸聚乙烯醇精餾四塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 覃忠瓊 向?qū)W毅 2013年 6 月 10 日安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生設(shè)計(jì)摘 要 目前，聚乙烯醇行業(yè)正處于產(chǎn)能急劇擴(kuò)張，技術(shù)更新?lián)Q代的時(shí)期，由此，對(duì)于聚乙烯醇生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的研究及設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本次設(shè)計(jì)，充分調(diào)查了國(guó)內(nèi)外聚乙烯醇市場(chǎng)狀況和行業(yè)發(fā)展方向，學(xué)習(xí)聚乙烯醇制造工藝，對(duì)所研究的聚乙烯醇行業(yè)有了較深認(rèn)識(shí)。通過查閱相關(guān)的資料，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了聚乙烯醇的工藝流程，其包括：乙炔發(fā)生、醋酸乙烯酯制備、精制、聚合，聚醋

2、酸乙烯酯的醇解。乙炔法制造的醋酸乙烯酯含有較多雜質(zhì)，不利于醋酸乙烯酯的聚合，必須通過精餾工序?qū)⑵涮峒兙啤１敬卧O(shè)計(jì)針對(duì)醋酸乙烯酯精制，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)醋酸乙烯酯精餾工段四塔，計(jì)算精餾塔設(shè)備相關(guān)參數(shù)并對(duì)附屬設(shè)備計(jì)算選型，繪制工藝流程圖、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。關(guān)鍵詞：聚乙烯醇、醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯酯、精餾工序，精餾塔 iabstractat present, the polyvinyl alcohol profession is being in produces can expand suddenly, the technology renewal time, from this, appears

3、 regarding the polyvinyl alcohol production correlation equipment research and the design especially importantly.this design, investigated the domestic and foreign polyvinyl alcohol market condition and the profession development direction fully, the study polyvinyl alcohol manufacture craft, to the

4、 polyvinyl alcohol profession which studies has had known deeply.through the consult related material, the system study polyvinyl alcohol technical process, it has included: the acetylene has, the vinyl acetate preparation, the purification, the polymerization, the polyvinyl acetate alcoholysis.the

5、acetylene law manufacture vinyl acetate includes many impurities, does not favor the vinyl acetate the polymerization, must through the selective evaporation working procedure its depuration purification.this design in view of vinyl acetate purification, according to actual production demand, design

6、 vinyl acetate selective evaporation construction section four towers , computation rectifying tower equipment correlation parameter and to appurtenance computation shaping, plan flow chart, equipment structure drawing.key words: polyvinyl alcohol;polyvinyl acetate; polyvinyl acetate ester;distillat

7、ion process;distillation columnsi 目錄摘 要iabstractii目錄iii第一章 聚乙烯醇的綜述11.1前言11.2聚乙烯醇的性質(zhì)及用途11.3聚乙烯醇市場(chǎng)前景11.4聚乙烯醇的生產(chǎn)工藝51.4.1生產(chǎn)方法51.4.2乙炔法生產(chǎn)原理7第二章 設(shè)計(jì)方案的確定11第三章 醋酸乙烯酯精餾四塔(t-204)14的工藝設(shè)計(jì)143.1 精餾工序的物料衡算及操作條件的確定14 3.1.2 物性數(shù)據(jù)查找計(jì)算及匯總16 3.2精餾塔汽液負(fù)荷計(jì)算21 3.3精餾四塔塔板數(shù)的確定253.4.1塔徑的初步設(shè)計(jì)283.4.2 溢流堰及降液管的設(shè)計(jì)303.4.3 弓形降液管的寬度和橫截

8、面333.4.4 降液管底隙高度343.4.5 篩孔的設(shè)計(jì)353.4.6 篩板塔的流體力學(xué)的計(jì)算363.5 塔附件的工藝設(shè)計(jì)及選型413.5.1工藝接管413.5.2法蘭433.5.3 筒體和封頭433.5.4除沫器443.5.5吊柱443.5.6裙座453.5.7人孔453.6塔總體高度設(shè)計(jì)計(jì)算463.7附屬設(shè)備的初步計(jì)算463.7.1 冷凝器(nq-204)的選型463.7.2再沸器(zf-204)的設(shè)計(jì)47第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)53參考文獻(xiàn)54附錄56i安徽建筑大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 聚乙烯醇的綜述1.1前言聚乙烯醇（簡(jiǎn)稱pva）是目前已發(fā)現(xiàn)的唯一具有水溶性且無毒的高聚物，別名為pva,p

9、oval。聚乙烯醇（簡(jiǎn)稱pva）是由德國(guó)化學(xué)家w.o.herrmann和w.whachnel博士于1924年合成的，1926年實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模生產(chǎn)，工業(yè)化生產(chǎn)源于上世紀(jì)50年代，我國(guó)上世紀(jì)60年代中期，從日本進(jìn)口引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)。聚乙烯醇的結(jié)構(gòu)式為ch2ch(oh)n，其中n表示聚合度。聚乙烯醇的物理性質(zhì)受化學(xué)結(jié)構(gòu)、醇解度、聚合度的影響。它是近三十年來發(fā)展起來的高分子化合物，由于合成技術(shù)的不斷提高和價(jià)格的不斷下降，其用途日益廣泛，發(fā)展速度很快。其性能介于橡膠和塑料之間，按用途可分為纖維和非纖維兩大用途。1.2聚乙烯醇的性質(zhì)及用途1.2.1聚乙烯醇的性質(zhì) 聚乙烯醇 (polyvinyl alcoho

10、1) ，簡(jiǎn)稱 pva ，分子式一ch c h (o h ) 一 ，為白色片狀 、絮狀或粉末狀固體 ，無味無毒 、無污染 ，可在80 90 水中溶解 ，是一種由醋酸乙烯經(jīng)醇解聚合而成的水溶性高分子聚合物 ，分纖維用和非纖維用兩種。其水溶液有很好的黏接性和成膜性，能耐油類、潤(rùn)滑劑和烴類等大多數(shù)有機(jī)溶劑，具有長(zhǎng)鏈多元醇酯化、醚化、縮醛化等化學(xué)性質(zhì)。 pva 性能由其聚合度、黏度和醇解度決定 ，隨著聚合度的提高 ，pva 溶液的黏度 、黏著性 、成膜性 、剛性都相應(yīng)增大 ，但水溶性、漿膜的柔軟性變差，溶液的流動(dòng)性、浸潤(rùn)性能也相應(yīng)降低。pva的醇解度在 88 (摩爾分?jǐn)?shù))左右，具有良好的水溶性，但醇解度

11、過高或過低，水溶性反59而降低【1-3】。1.2.2聚乙烯醇的應(yīng)用 由于pva具有獨(dú)特的強(qiáng)力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、保 護(hù)膠體性、氣體阻絕性、耐磨性以及經(jīng)特殊處理具有的耐水性，因此除了作纖維原料外，還被大量用于生產(chǎn)涂料、粘合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產(chǎn)品，應(yīng)用范圍遍及紡織、食品、醫(yī)藥、建筑、木材加工、造紙、印刷、農(nóng)業(yè)、鋼鐵、高分子化工等行業(yè)。聚乙烯醇樹脂系列產(chǎn)品系白色固體，外型分絮狀、顆粒狀、粉狀三種；無毒無味、無污染，可在8090水中溶解。主要用于紡織行業(yè)經(jīng)紗漿料、織物整理劑、維尼 綸纖維原料；建筑裝潢行業(yè)107膠、內(nèi)外墻涂料、粘合劑；化工行業(yè)用作聚合乳化劑

12、、分散劑及聚乙烯醇縮甲醛、縮乙醛、縮丁醛樹脂；造紙行業(yè)用作紙品粘合劑；農(nóng)業(yè)方面用于土壤改良劑、農(nóng)藥粘附增效劑和聚乙烯醇薄膜；還可用于日用化妝品及高頻淬火劑等方面。1.3聚乙烯醇市場(chǎng)前景1.3.1國(guó)外市場(chǎng)前景目前，全球共有20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)聚乙烯醇，裝置的總生產(chǎn)能力已達(dá)1100kta，93萬噸年約為93萬噸年。世界上聚乙烯醇生產(chǎn)能力和產(chǎn)量最大的國(guó)家依次是中國(guó)、日本、美國(guó)和朝鮮，其生產(chǎn)能力占世界聚乙烯醇總生產(chǎn)能力的85904。在消費(fèi)結(jié)構(gòu)上，各國(guó)的重點(diǎn)有所不同 圖 1-1 美國(guó) 西歐 日本 中國(guó)聚乙烯醇的消費(fèi)結(jié)構(gòu)目前日本的聚乙烯醇出口量最大，北美和西歐則是最大的進(jìn)口地區(qū)。目前世界涂料和粘合劑消耗

13、聚乙烯醇的量占聚乙烯醇總消費(fèi)量的60一70，是世界聚乙烯醇最主要的消費(fèi)市場(chǎng)。根據(jù)預(yù)測(cè)，今后幾年世界涂料市場(chǎng)的規(guī)模將逐年增長(zhǎng)，由此可見，世界聚乙烯醇的消費(fèi)形勢(shì)仍十分樂觀5。2009- -20 14 年 ，世界聚乙烯醇的消費(fèi)量將 以年均約 395的速度增長(zhǎng)，到 2014 年總消費(fèi)量將達(dá)到約 1279 萬噸。1.3.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景我國(guó)目前有電石乙烯，天然乙烯，石油乙烯三種原料路線的大約13套聚乙烯醇生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)過程采用高堿兩種堿法醇解工藝，總產(chǎn)量約為32萬噸，居世界首位。近年來，通過對(duì)原有的設(shè)備進(jìn)行了改造和擴(kuò)建，國(guó)內(nèi)聚乙烯醇總生產(chǎn)能力已達(dá)440 kta，生產(chǎn)工藝也由單一的高堿皂化法發(fā)展為高、低堿

14、皂化法并舉，產(chǎn)品由單純的維綸化纖原料發(fā)展為廣泛應(yīng)用于涂料、紡織漿料、膠粘劑、建材等20多個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)原料。目前，國(guó)內(nèi)外聚乙烯醇資源量充足，市場(chǎng)供應(yīng)壓力較大。國(guó)際方面，日本正在通過合并重組的方式提高pva的生產(chǎn)能力。東南亞近年產(chǎn)品直接覆蓋中國(guó)內(nèi)地市場(chǎng)；而國(guó)內(nèi)多家聚乙烯醇生產(chǎn)裝置已經(jīng)正在進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)能力，結(jié)果將會(huì)比原來的產(chǎn)能增加13左右，這樣在需求未能放大的情況下，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將面臨較大的供應(yīng)壓力。歐美市場(chǎng)是我國(guó)聚乙烯醇的重要出口地區(qū)，由于世界經(jīng)濟(jì)回升緩慢，其市場(chǎng)需求增長(zhǎng)不力，導(dǎo)致我國(guó)聚乙烯醇出口增長(zhǎng)難度加大。另外從近幾兩年的進(jìn)出口情況看，進(jìn)口呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。加入wto效應(yīng)在進(jìn)口方面進(jìn)一步顯現(xiàn)，進(jìn)

15、口增長(zhǎng)還將加快。近年來隨著我國(guó)展 對(duì)聚乙烯醇的需求量不斷增加。2004 年我 國(guó)聚乙烯 醇的表觀消費(fèi)量為 46.17 萬噸 ，2007 年達(dá)到51.15 萬噸 ，同比增長(zhǎng)約 2.90。2009 年表觀消費(fèi)量47.89 萬 噸，同比增長(zhǎng)約 4.45，2004- 2009 年表觀 消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率約為0.73。 圖1-2 中國(guó)近年來聚乙烯醇的表觀消費(fèi)量 有關(guān)人士認(rèn)為，聚乙烯醇在經(jīng)歷了幾年的低谷蓄勢(shì)以后，將可能步人新一輪的旺盛期6。以下幾方面的有利條件將為市場(chǎng)提供有利的支持：(1)宏觀經(jīng)濟(jì)預(yù)期良好，支持市場(chǎng)穩(wěn)步上升。(2)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展和下游市場(chǎng)的興旺，保證聚乙烯醇需求穩(wěn)定增長(zhǎng)。(3)不斷開發(fā)的新

16、產(chǎn)品，拓展了聚乙烯醇的應(yīng)用空間。(4)生產(chǎn)和設(shè)備的復(fù)雜性，決定了供應(yīng)規(guī)模的穩(wěn)定性，但是我們也要看到，一些不利因素的存在也對(duì)現(xiàn)有的聚乙烯醇帶來負(fù)面影響：聚乙烯醇資源量的進(jìn)一步增加；國(guó)際反傾銷浪潮的連帶影響；產(chǎn)品成本上升以及動(dòng)力、能源緊張對(duì)市場(chǎng)帶來的影響。聚乙烯醇市場(chǎng)雖然存在一定的不利因素，但聚乙烯醇市場(chǎng)的底部在反復(fù)的夯打之后已經(jīng)十分堅(jiān)實(shí)，在明年經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的促進(jìn)下，必然會(huì)走出一番靚麗行情。1.4聚乙烯醇的生產(chǎn)工藝1.4.1生產(chǎn)方法 按原料分有：乙烯法和乙炔法兩類，其中乙炔法又分為電石乙炔法和天然氣乙炔法。20世紀(jì)60代以前，世界各國(guó)主要采用電石乙炔法，到50年代后期才陸續(xù)采用天然氣乙炔法。70年

17、代以后，由于石油化工迅速發(fā)展，生產(chǎn)聚乙烯醇的原料路線從電石乙炔路線轉(zhuǎn)向石油乙烯路線。目前，國(guó)際上生產(chǎn)聚乙烯醇的路線以乙烯法為主導(dǎo)，其數(shù)量占總產(chǎn)能的72。美國(guó)已經(jīng)完成了乙炔法向乙烯法路線的轉(zhuǎn)變，日本乙烯法也占70以上7。 圖1-3 中國(guó)聚乙烯醇生產(chǎn)方法比例圖1.4.1.1乙烯直接合成法石油裂解乙烯直接合成法，由日本可樂麗公司(原倉(cāng)敷人造絲公司)首次開發(fā)成功并用于工業(yè)化生產(chǎn)。目前，國(guó)際上生產(chǎn)聚乙烯醇的工藝路線以乙烯法占主導(dǎo)地位，其數(shù)量約占總生產(chǎn)能力的72。美國(guó)已完成了乙炔法向乙烯法的轉(zhuǎn)變，日本的乙烯法也占70以上，而中國(guó)的生產(chǎn)企業(yè)只有兩家為乙烯法。其工藝流程包括：乙烯的獲取及醋酸乙烯(vac)合成

18、、精餾、聚合、聚醋酸乙烯(pvac)醇解、醋酸和甲醇回收五個(gè)工序。石油乙烯法的工藝特點(diǎn)：生產(chǎn)規(guī)模較乙炔法大，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)備易于維護(hù)、管理和清洗、熱利用率高，能量節(jié)約明顯，生產(chǎn)成本較乙炔法低30以上。1.4.1.2電石乙炔合成法電石乙炔合成法，最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，其工藝特點(diǎn)是操作比較簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高、副產(chǎn)物易于分離，因而國(guó)內(nèi)至今仍有1o家工廠沿用此法生產(chǎn)，且大部分應(yīng)用高堿法生產(chǎn)聚乙烯醇。但由于乙炔高堿法工藝路線產(chǎn)品能耗高、質(zhì)量差、成本高，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的雜質(zhì)污染環(huán)境亦較為嚴(yán)重，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，屬逐漸淘汰工藝。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家早于20世紀(jì)7o年代已全部用低堿法生產(chǎn)工藝。1.4.1.3天然氣乙炔合成法天然氣

19、乙炔為原料的borden法，不但技術(shù)成熟，而且生產(chǎn)的乙炔有利于綜合利用，vac的生產(chǎn)成本較電石乙炔法低5070，但天然氣乙炔法投資和技術(shù)難度都較大。在天然氣、煤和電力豐富的地區(qū)，天然氣乙炔法仍具有生命力。歐洲及朝鮮等國(guó)家以天然氣乙炔為主，我國(guó)也有套生產(chǎn)裝置采用該方法8。三種路線各有優(yōu)缺點(diǎn)其生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)比較見表9: 表1-4聚乙烯醇生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)比較原料路線石油乙烯天然氣乙炔電石乙炔反應(yīng)方式固定床氣相法固定床氣相法沸騰床氣相法溫度/150200170210170210壓力/mpa0.490.98常壓常壓空速/(lh-1)20402100250280110150原料配比（摩爾比）乙烯：醋酸：氫=

20、9:4:15乙炔：醋酸=1：（71）乙炔：醋酸=1：（31）續(xù)表：催化劑組成鈀/金zn（ac）2/活性炭zn（ac）2/活性炭催化劑壽命56個(gè)月3個(gè)月56個(gè)月單程轉(zhuǎn)化率/%152060703035空時(shí)效率/r/(m3)682.22.51.01.3優(yōu)點(diǎn)副產(chǎn)物少，設(shè)備腐蝕性小，催化劑活性高，產(chǎn)品質(zhì)量好熱能利用好，催化劑廉價(jià)易得，副反應(yīng)少技術(shù)成熟，投資少，催化劑易得缺點(diǎn)催化劑貴重乙炔成本高電石污染嚴(yán)重1.4.2乙炔法生產(chǎn)原理【10】 （1）乙炔發(fā)生 一定粒徑的電石加入乙炔發(fā)生器后，與水進(jìn)行反應(yīng)得到粗乙炔氣體。 （2）醋酸乙烯(vac)的合成 （3） 醋酸乙烯(vac)的聚合【11】以偶氮二異丁腈(a

21、ibn)為引發(fā)劑，甲醇為溶劑，vac 經(jīng)聚合生成聚醋酸乙烯(pvac) 副反應(yīng)： （4） 聚醋酸乙烯的醇解 【12】醇解過程主要發(fā)生以下3 個(gè)反應(yīng) a) 酯交換反應(yīng)(堿起到催化劑作用) b) 皂化反應(yīng)(pvac 皂化) c) 副反應(yīng)(醋酸甲酯皂化) 上述三個(gè)反應(yīng)中,反應(yīng) a 是主要反應(yīng),絕大多數(shù)的 pvac 通過反應(yīng)生成 pva。反應(yīng)b和反應(yīng)c是副反應(yīng),其中反應(yīng)b屬于水解反應(yīng),只在體系有水的情況下發(fā)生,而且隨著體系含水量的增加而加快。反應(yīng)c因反應(yīng)生成的醋酸甲酯和堿液濃度較低,反應(yīng)速度較慢,但隨體系含水率升高,反應(yīng)加快。 （5）醋酸、甲醇回收 以電石為原料在乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)生成乙炔；乙炔再與

22、醋酸合成反應(yīng)，生成的反應(yīng)液經(jīng)過精餾得到醋酸(vac)，vac在引發(fā)劑的作用下聚合生成聚醋酸乙烯(pvac)；pvac再醇解得到最終產(chǎn)品pva。這是乙炔法生產(chǎn)聚乙烯醇的原理。 圖1-5 聚乙烯醇的工藝流程圖【13】1.5小結(jié)1.經(jīng)過多年的發(fā)展，我國(guó)聚乙烯醇的生產(chǎn)基本上能夠滿足國(guó)內(nèi)實(shí)際需求。生產(chǎn)工藝技術(shù)正在向低堿醇解方向發(fā)展但是，目前我國(guó)生產(chǎn)的聚乙烯醇品種仍然比較單一大多數(shù)為普通粘度和醇解度的常規(guī)產(chǎn)品，主要用于建筑膠粘劑、低檔紡織漿料等領(lǐng)域，中、低聚合度和高聚合度的產(chǎn)品極少，低醇解度(小于80(摩爾比)及嵌段品種等高精細(xì)化和特種產(chǎn)品很少，主要依靠進(jìn)口來解決。2.隨著川維、皖維等廠正在進(jìn)行或者計(jì)劃進(jìn)

23、行新一輪的聚乙烯醇擴(kuò)產(chǎn)工程我國(guó)聚乙烯醇的生產(chǎn)能力將大大增加屆時(shí)的生產(chǎn)能力將出現(xiàn)過剩各個(gè)企業(yè)應(yīng)在考慮提高聚乙烯醇產(chǎn)能力的同時(shí)重點(diǎn)考慮如何自身增加聚乙烯醇分流消化能力在做大做強(qiáng)聚乙烯醇產(chǎn)業(yè)鏈上多下功夫3.目前，我國(guó)聚乙烯醇生產(chǎn)原料主要采用電石乙炔雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)符合我國(guó)目前的資源利用情況，原油價(jià)格走高也是必然的趨勢(shì)，電石乙炔路線在一定時(shí)期內(nèi)仍將保持一定的成本優(yōu)勢(shì)。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)、可持續(xù)發(fā)展的角度看，還是應(yīng)該在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)適當(dāng)發(fā)展天然氣乙炔路線和乙烯路線逐步實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)工藝共存。4.目前，我國(guó)聚乙烯醇及其下游產(chǎn)品的出口已有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)在擴(kuò)大聚乙烯醇的生產(chǎn)規(guī)模和開發(fā)生產(chǎn)高精細(xì)化、特種產(chǎn)品聚乙烯醇品種的項(xiàng)目

24、勢(shì)在必行5.建議產(chǎn)業(yè)界提前籌謀應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的產(chǎn)能過剩。除了積極開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域外還應(yīng)該充分利用我國(guó)聚乙烯醇產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)比較便宜的優(yōu)勢(shì)，通過技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，積極擴(kuò)大出口，以規(guī)避市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，保證聚乙烯醇行業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展 第二章 設(shè)計(jì)方案的確定 本次設(shè)計(jì)所針對(duì)的聚乙烯醇精餾塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，他所對(duì)應(yīng)的是粗醋酸乙烯酯精制流程。而精餾工序中四塔所精餾的醋酸乙烯酯是能夠達(dá)到聚合原料的純度要求，所以本設(shè)計(jì)應(yīng)確定對(duì)四塔設(shè)備的設(shè)計(jì)。 確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須

25、具體考慮如下幾點(diǎn)： (1)滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。要考慮必需裝置的儀表(如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等)及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測(cè)生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。 （2） 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾

26、過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。 降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方。（3）保證安全生產(chǎn) 例如醋酸乙烯酯屬易燃物料， 不能讓其蒸汽彌漫車間， 也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)

27、生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。 2.1塔設(shè)計(jì)原則 總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)， 使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、 經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： (1) 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量

28、的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 (2) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 (3) 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 (4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 (5) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 (6) 塔內(nèi)的滯留量要小。 實(shí)際上， 任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求， 況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某

29、些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求， 抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。 2.2 裝置流程的確定 精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器等裝備，熱量自塔底輸入，物料在塔中多次部分被汽化和冷凝進(jìn)行精餾操作，由冷凝器中冷卻介質(zhì)將熱量帶走。工業(yè)生產(chǎn)中多應(yīng)用連續(xù)蒸餾，具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，塔頂冷凝裝置采用全凝器以便準(zhǔn)確的控制回流比。在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮余熱的利用。 2.3 板型選擇 本次設(shè)計(jì)是通過對(duì)篩板塔和浮閥塔的計(jì)算和生產(chǎn)能力，塔板效率，操作效率，操作彈性，壓力降，以及操作和造價(jià)等多方面的比較，根據(jù)實(shí)際選型選擇四塔采用篩板塔。2.4 操作壓力的選擇 精餾操作有常壓，加壓和減壓

30、。本設(shè)計(jì)采用常壓操作，原因有以下幾點(diǎn)： (1) 甲醇和醋酸乙烯在常壓下呈液態(tài)，不必采用加壓裝置。 (2) 能用水將餾出物冷卻，在常壓下實(shí)現(xiàn)醋酸乙烯和聚醋酸乙烯的分離。 (3) 醋酸乙烯和聚醋酸乙烯不屬于熱敏性物料，混合液沸點(diǎn)不高，不必采用減壓蒸餾。 2.5 附屬設(shè)備的選擇 本設(shè)計(jì)選擇用冷卻水冷卻，采用冷凝器。塔釜一般采用間接蒸汽加熱，但對(duì)塔底產(chǎn)物基本是水，且在低濃度時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度較大的體系，也可采用直接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。 2.6 回流比的選擇與塔板數(shù) 實(shí)際回流比總是介于最小回流比和全回流兩種極限之間。 為了是塔設(shè)備合操作費(fèi)用實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化組合，本設(shè)計(jì)四塔 r10。2.7 工藝流程圖 見附錄。第

31、三章 醋酸乙烯酯精餾四塔(t-204)的工藝設(shè)計(jì) 3.1 精餾工序的物料衡算及操作條件的確定基準(zhǔn)：年產(chǎn)30000噸聚乙烯醇。精餾送出醋酸乙烯量： 已知皖維采用低堿法生產(chǎn)的聚乙烯醇平均純度為94%，按照年生產(chǎn)時(shí)間8000小時(shí)計(jì)算，醇解工序收率為99.5%，精餾工序的收率99.8%，聚合轉(zhuǎn)化率為50%，則30000100080000.9444=精餾送出醋酸乙烯量8699.5% 精餾送出醋酸乙烯量=6924kg/h 年產(chǎn)30000噸聚乙烯醇的聚合轉(zhuǎn)化率為50%根據(jù)三塔加料中醋酸乙烯99.8%=精餾送出醋酸乙烯量（假定收率99.8%）聚合轉(zhuǎn)化率為50% 三塔加料中醋酸乙烯的量=692499.850%=

32、13875.752kg/h物料平衡表根據(jù)進(jìn)料百分比得： 表3-1 三塔進(jìn)料序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量%）12345678醋酸乙烯（vac）醋酸甲酯（meoac）水（h2o）乙醛（aed）丙酮（me2co)甲醇（meoh）硫叉二苯胺（tda）醋酸（hac）13875.752213.25471.08542.65114.2174.2651.4220.06497.61.50.50.30.10.030.10.00045三塔餾出液中水的重量與進(jìn)料水量不變餾出液組分量 ： 71.0854.53%=1569.205kg/h 表3-2 三塔餾出液序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量%）123456醋酸乙烯（vac）醋酸甲

33、酯（meoac）水（h2o）乙醛（aed）丙酮（me2co)甲醇（meoh）1254.109177.32071.08546.60515.5354.55179.9211.34.532.970.990.29四塔的進(jìn)料為三塔的餾出液，則四塔進(jìn)料可知表3-3 四塔進(jìn)料序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量%）g/molkmol/h摩爾%1234567合計(jì)醋酸乙烯（vac）醋酸甲酯（meoac）水（h2o）乙醛（aed）丙酮（me2co)甲醇（meoh）硫叉二苯胺（tda）1254.109177.32026.12346.60515.5354.5513.9201528.16382.6311.71.722.791.00

34、.310086741844583214.5832.3961.4511.0590.2680.14219.89973.2912.047.2925.3221.3470.714100四塔餾出液中丙酮量與進(jìn)料丙酮量不變，則餾出液量 15.5357.26%=213.981kg/h餾出液組分表3-4 四塔餾出液序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量%）g/molkmol/h摩爾%123456合計(jì)醋酸乙烯（vac）醋酸甲酯（meoac）水（h2o）乙醛（aed）丙酮（me2co)甲醇（meoh）10.699136.9476.18440.22815.5354.551214.1445.064.02.8918.87.262.1

35、81008674184458320.1241.8510.3440.9140.2680.1423.6433.89850.8109.44325.0897.3573.898100釜出液組分表3-5 四塔釜出液序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量%）g/molkmol/h摩爾%1234合計(jì)醋酸乙烯（vac）醋酸甲酯（meoac）水（h2o）硫叉二苯胺（tda）1243.4140.37319.9393.9201307.64293.542.971.510086741814.4580.5451.10816.11189.7403.3836.877100表3-6尾氣序號(hào)名稱公斤/時(shí)組成（重量%）g/molkmol/h摩爾

36、%1乙醛（aed）6.377100440.1451003.1.2 物性數(shù)據(jù)查找計(jì)算及匯總 （1） 數(shù)均分子量計(jì)算（按摩爾百分比）進(jìn)料平均分子量= mvacvac%+mmeoacmeoac%+mh2oh2o%+maedaed%+mme2come2co%+mmeoh meoh%=8673.29%+7412.04%+187.292%+445.322%+581.347%+320.314%=76.475餾出平均分子量=mvacvac%+mmeoacmeoac%+mh2oh2o%+maedaed%+mme2come2co%+mmeohmeoh%=863.898%+7450.810%+189.443%+44

37、25.089%+587.357%+323.898%=59.206釜液平均分子量=mvacvac%+mmeoacmeoac%+mh2oh2o%=8689.704+743.383+186.877=81.223（2） 汽化潛熱hi（按質(zhì)量百分比）查得如下表：表3-7組分汽化潛熱表名稱vachac甲醇水醋酸甲酯乙醛丁烯醛汽化潛熱hi（kj/kg）379.76394.671129.52253410.8584.77400進(jìn)料平均汽化潛熱=hivacvac%+hi甲醇甲醇%+hi水水%+hi醋酸甲酯醋酸甲酯%+hi乙醛乙醛%=379.7682.63%+1129.50.3%+22531.72%+410.811

38、.7%+584.772.97%=421.367kj/kg餾出平均汽化潛熱=hivacvac%+himeoacmeoac%+hih2oh2o%+hiaedaed%+himeohmeoh%=379.765.0%+410.864.0%+22532.89%+584.7718.8%+1129.52.18%=481.572kj/kg釜液平均汽化潛熱=hivacvac%+himeoacmeoac%+hih2oh2o%=379.7693.54%+410.82.97%+22531.5%=401.223kj/kg （3）比熱（按質(zhì)量百分比） 查表得：表3-8組分比熱表名稱vachac甲醇水醋酸甲酯乙醛丙酮比熱c（

39、kj/kg）2.011.9762.54.182.11.402.20 進(jìn)料平均比熱=cvacvac%+cmeoacmeoac%+ch2oh2o%+caedaed%+cmeoh meoh%+cme2come2co%=2.0182.63%+2.111.7%+4.181.72%+1.402.97%+2.50.3%+2.201.0%=2.05kj/kg 餾出平均比熱=cvacvac%+cmeoacmeoac%+ch2oh2o%+caedaed%+cmeoh meoh%+cme2come2co%=2.015.0%+2.164.0%+4.182.89%+1.4018.8%+2.52.18% +2.207.2

40、6%=2.04 kj/kg 釜液平均比熱=civacvac%+cimeoacmeoac%+cih2oh2o%=2.0193.54%+2.12.97%+4.181.5% =2.01kj/kg（4）液相重度（按質(zhì)量百分比）查表得：表3-9組分密度表名稱vac甲醇水醋酸甲酯乙醛丙酮密度（kg/m3）9307921000932783784進(jìn)料平均密度=vacvac%+meoacmeoac%+h2oh2o%+aedaed%+meoh meoh%+me2come2co%=93082.63%+93211.7%+10001.72%+7832.97%+7920.3%+7841.0%=928.17kg/m3 餾出

41、平均溫度=vacvac%+meoacmeoac%+h2oh2o%+aedaed%+meoh meoh%+me2come2co%=9305.0%+93264.0%+10002.89%+78318.8%+7922.18% +7847.26%=893.27kg/m3釜液平均密度=ivacvac%+imeoacmeoac%+ih2oh2o%=93093.54%+9322.97%+10001.5%=931.11kg/m3序號(hào)項(xiàng)目單位條件1塔頂溫度502塔中溫度603塔底溫度704加料溫度305回流比r106餾出液中含醋酸乙烯%（重）107釜液中含醋酸甲酯%（重）38塔頂壓力kpa101.3259餾出液溫

42、度5 表3-10 操作條件（5） 汽相重度d 按如下公式計(jì)算，其中為數(shù)均分子質(zhì)量。p為塔頂壓力，t分別為進(jìn)料溫度、餾出溫度、塔底溫度。則進(jìn)料汽相重度餾出汽相重度釜液汽相重度物性數(shù)據(jù)見下表：表3-11 物性數(shù)據(jù)匯總表名稱單位進(jìn)料餾出釜液精餾段平均提餾段平均平均分子量g/mol76.47559.20681.22367.84178.849比熱kj/kg2.052.042.012.052.03汽化潛熱kj/kg421.367481.572401.223451.470411.295汽相重度kg/m33.0742.5942.8832.8342.979液相重度kg/m3928.17893.27931.119

43、10.72929.64表面張力dyn/cm20.5219.86粘度cp0.460.12 3.2精餾塔汽液負(fù)荷計(jì)算 因?yàn)樗蟹肿悠瘽摕岵坏?，所以不能用恒分子流的方法?jì)算氣液負(fù)荷。本方法計(jì)算用熱平衡與物料平衡聯(lián)立的方法計(jì)算氣液負(fù)荷一、通過全塔熱平衡計(jì)算再沸器的熱負(fù)荷qs圖 3-1全塔熱平衡全塔熱平衡等式qs + qf + qd =qp + qm + qw + qe進(jìn)料熱qf=進(jìn)料比熱進(jìn)料量加料溫度=2.051528.16330=93982kj/h回流熱qd=餾出比熱餾出量回流比餾出溫度 餾出熱 塔頂熱qp=餾出比熱餾出量（回流比+1）+餾出汽化潛熱餾出量（回流比+1）釜液熱qw=釜液比熱釜液量釜

44、液排出溫度qm=0 假設(shè)全塔熱損失為 qs2951774 kj/h 二、由第二塊板以下熱量衡算和物料衡算，求提餾段上升汽量和下降液體量用c代表比熱代表汽化潛熱mqm熱量平衡： (3-1)物料平衡： (3-2) (3-3) (3-4) (3-5) (3-6)將式(3-3) (3-4) (3-5) (3-6) 代入式(3-1)，得 m=0得： (3-7) (3-7) .w 釜出液總量 3、 求精餾段氣液負(fù)荷進(jìn)料熱狀況參數(shù) 進(jìn)料板以上第一塊板的氣相負(fù)荷vs1 其中，進(jìn)料流量; 釜液汽重密度;精餾段頂板氣相負(fù)荷vs21. 由于回流液溫度低，產(chǎn)生內(nèi)回流量 餾出液汽重密度精餾段平均氣相負(fù)荷 進(jìn)料板上一塊板

45、的液相負(fù)荷ls1 精餾段頂板液相負(fù)荷ls2 精餾段平均液相負(fù)荷ls 3.3精餾四塔塔板數(shù)的確定141精餾段物料衡算 相鄰兩層板間汽液兩流組成間(相遇兩流)的關(guān)系，可通過對(duì)塔頂至精餾段任意兩層板間截面所作的物料衡算導(dǎo)出。對(duì)圖10-2l中的虛線圖作總物料衡算，可得 易揮發(fā)組分的物料衡算方程為或 式中 離開n板液相中輕組分的摩爾分率； 離開n+1板氣相中輕組分的摩爾分率； 離開n板液相摩爾流率，kmol/h； 離開n+1板汽相摩爾流率，kmol/h。2恒摩爾流假定 (1)恒摩爾汽化 假定在精餾塔的精餾段內(nèi)，由每層板上升的汽相摩爾流率都相等，在提餾段也是如此。即 精餾段 提餾段 式中 精餾段每板的汽相

46、摩爾流率，kmolh； 提餾段每板的汽相摩爾流率，kmolh。 應(yīng)當(dāng)指出,精餾段和提餾段汽相摩爾流率不一定相等。(2)恒摩爾溢流 假定在精餾塔的精餾段內(nèi)，由每層板下降的液相摩爾流率都相等，在提餾段也是如此。即 式中 l精餾段內(nèi)液體的摩爾流量，kmol/h；提餾段內(nèi)液體的摩爾流量，kmol/h。 同樣，精餾段和提餾段的液相摩爾流率不一定相等。 3精餾段操作線方程在恒摩爾流假定下，式可以寫成 而 并令，則可得 進(jìn)料中輕組分的組成，摩爾分率或質(zhì)量分率； 塔頂產(chǎn)品中輕組分的組成，摩爾分率或質(zhì)量分率： 塔底產(chǎn)品中輕組分的組成，摩爾分率或質(zhì)量分率。 已知精餾塔的條件=11.6%,=64%，=2.97%，=1.3，=10相對(duì)揮發(fā)度 相平衡方程精餾段操作線方程塔釜汽相回流比得：提餾段操作線方程兩操作線交點(diǎn)橫坐標(biāo)為：（4）理論板數(shù)計(jì)算 精餾段： 提留段： 故理論塔板數(shù)為11塊 取塔板效率為0.3實(shí)際塔板數(shù):110.337精餾段5 第18塊塔板為加料板提留段為20塊塔板3.4 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)153.4.1塔徑的初步設(shè)計(jì)塔板間距ht的選定很重要。選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。對(duì)完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許。高的空塔氣速，對(duì)塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會(huì)增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座