【8萬噸年產(chǎn)甲醇羰基化法醋酸車間回收工藝設(shè)計(jì)11000字（論文）】

萬噸年產(chǎn)甲醇羰基化法醋酸車間回收工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u13024引言 2277431產(chǎn)品及合成方法介紹 2311161.1醋酸概述 2216901.2醋酸制備方法 4276431.3醋酸生產(chǎn)工藝比較 6227961.4國內(nèi)外醋酸生產(chǎn)現(xiàn)狀 7127492工藝設(shè)計(jì)及原理 8241542.1工業(yè)設(shè)計(jì) 8123453物料衡算 9593.1計(jì)算基準(zhǔn) 968523.2蒸發(fā)器物料衡算 10228263.3脫輕塔物料衡算 11109833.4低壓吸收塔物料衡算 12107774熱量衡算 13158004.1蒸發(fā)器熱量衡算 13173864.2脫輕塔熱量衡算 14205004.3換熱器的熱量衡算 17270125設(shè)備選型及計(jì)算 18217245.1蒸發(fā)器 18224135.2脫輕塔 22323155.3吸收塔 28182075.4再沸器E101A 2966815.5再沸器E102A 30109875.6冷卻器E104A 30253795.7泵 3188696財(cái)務(wù)預(yù)算 32294546.1設(shè)計(jì)投資估算 32160546.2原料及其他費(fèi)用估算 32102446.3年銷售收入估算 32159976.4年利潤估算 3277666.5經(jīng)濟(jì)分析 3214557三廢處理及安全防護(hù) 32104757.1三廢處理 32106397.2安全注意事項(xiàng) 33179298結(jié)論 3415199參考文獻(xiàn) 34摘要：醋酸是醫(yī)學(xué)制藥、工業(yè)、紡織業(yè)生產(chǎn)及有機(jī)物合成的重要原料，全球醋酸需求量也在不斷增加。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)8萬噸甲醇羰基化法制醋酸車間回收工段初步設(shè)計(jì)，對(duì)回收工段進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算，并對(duì)工段所涉及的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合理選型，輕重組分經(jīng)過蒸發(fā)器和塔進(jìn)行分離，回收碘甲烷返回至反應(yīng)器，為反應(yīng)提供可循環(huán)的組分。關(guān)鍵詞：甲醇羰基化；醋酸；回收設(shè)計(jì)引言醋酸的用途非常廣泛，是合成乙酸乙酯、醋酸酯及醋酸纖維等產(chǎn)品的原材料之一；噴漆所用的溶劑中關(guān)鍵成分是醋酸或多種低級(jí)脂肪醇形成的酯，醋酸跟不飽和醇反應(yīng)形成的酯，能夠聚合成高分子化合物，這些化合物可以被制成纖維；其中有些醋酸與不飽和醇反應(yīng)形成的酯為食用香料，如乙酸異戊酯，是食品生產(chǎn)中的香蕉精。醋酸也是有機(jī)合成工業(yè)中的一種重要合成原料，醋酸能生成金屬乙酸鹽，比如乙酸錳、乙酸鋁，其中乙酸鋁在衣物制作的染色環(huán)節(jié)中常被用作染劑，醋酸同樣也是染料合成的原材料之一。全球已有日本、美國等多個(gè)國家，采用以甲醇為原料，使用羰基化法制備醋酸，甲醇羰基化法合成醋酸工藝有許多優(yōu)點(diǎn)：催化劑活性高，使用時(shí)間長，原料消耗小，產(chǎn)率高；壓力相對(duì)較低容易控制，反應(yīng)過程中副產(chǎn)物較少；安全性能高；操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本較低。本設(shè)計(jì)為甲醇羰基法醋酸車間回收工段的初步設(shè)計(jì)，回收工段中各種組分經(jīng)過蒸發(fā)器和塔分離，將有催化劑重組分再次返回反應(yīng)器，回收帶有催化劑的碘甲烷，為下一個(gè)工序做鋪墊，將可燃?xì)怏w在焚燒爐焚燒，使整個(gè)工藝符合國家清潔生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，燃燒產(chǎn)生的熱量用來加熱蒸汽用來換熱，熱量利用率較高，能源使用較節(jié)約，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低，對(duì)于生產(chǎn)工藝具有十分重要的作用。1產(chǎn)品及合成方法介紹1.1醋酸概述1.1.1醋酸性質(zhì)醋酸又可以稱為冰醋酸，醋酸是一種有機(jī)單酸，同時(shí)也是短鏈飽和脂肪酸，該物質(zhì)的冰點(diǎn)為16.7℃（62℉），凝集后為無色晶體；醋酸是一種簡(jiǎn)單的弱酸，醋酸可以揮發(fā)出酸性氣味，醋酸的蒸汽具有刺激性；醋酸還有抑菌性，這種性質(zhì)是通過其未解離的部分借助細(xì)菌的細(xì)胞壁被動(dòng)擴(kuò)散來完成，并且由此引起的內(nèi)部pH值的變化，釋放質(zhì)子對(duì)細(xì)菌有抑制作用。1.1.2醋酸的作用（1）醋酸可以使用純凈水將其濃度濃縮在4%左右，然后再次加入其他的調(diào)味劑后，被制成食用醋。在氣味方面進(jìn)行比較，醋酸的味道與釀造可以食用的醋相似，但是不同的方面是醋酸可以被制作成軟性飲料、食用糖果、烘煮烹飪的食品、食用布丁、家庭調(diào)味品等；日常生活里，冰醋酸可以被算作一種酸味劑和增味劑，也可以被生產(chǎn)成為居家使用的食用醋。（2）醋酸也是一種關(guān)鍵的有機(jī)酸，能被用做生產(chǎn)各種酸酐、醋酸脂類，同樣也能夠被制作成為薄膜與粘合劑，醋酸還是合成纖維尼龍的關(guān)鍵原料之一。像醋酸這種有機(jī)酸可以使用在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療科學(xué)、染料與紡織、醫(yī)學(xué)制藥、車輛橡膠等各行業(yè)，運(yùn)用范圍十分寬廣，并且涉及行業(yè)較多；其中醋酸纖維素能夠被工人制作成人造絲制品、衣物薄膜；醋酸鹽類也是一種十分優(yōu)良的溶劑，并且在工業(yè)上應(yīng)用很多；醋酸還能夠于合成乙酸酐，能夠被用于制作解熱鎮(zhèn)痛藥類的藥物，例如阿司匹林。（3）醋酸具有防腐的作用，其1.5%具有顯而易見的抗菌性質(zhì)；并且只要在3%的范圍以內(nèi)，就絕不可能出現(xiàn)發(fā)霉引起的果肉青黑的現(xiàn)象，所以在抗菌方面可以被應(yīng)用在生活生產(chǎn)、工廠、家用消毒等各個(gè)方面。（4）醋酸纖維，俗稱醋酸布，又名雅沙，是英語醋酸的漢語諧音。醋酸酯是以醋酸加纖維素作為主要的合成原材料，制造方法經(jīng)過酯化、合成，最終得到纖維。醋酸纖維也是人造纖維的分支；醋酸纖維是擁有先進(jìn)的紡織技術(shù)；并且具有色澤鮮艷、外觀亮麗、手感光滑、光澤的特點(diǎn)，性能接近桑蠶絲；由于其醋酸材料特性，也可以用分散染料染色，著色性能良好；與其他面料相比，染色顏色更加鮮艷，色澤優(yōu)良。同時(shí)，醋酸有很強(qiáng)的延伸性，不像絲綢會(huì)收縮。醋酸纖維可以很好的保持設(shè)計(jì)風(fēng)格，使西服風(fēng)格更加立體的設(shè)計(jì)。洗滌后不會(huì)起皺、硬化、收縮，因?yàn)榇姿岵牧系乃峙蛎浡时绕渌媪系偷枚?，因此具有?yōu)良的穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性可以保證成衣的狀態(tài)始終處于完美如初，并且隨時(shí)隨地都不容易起皺，能夠始終保持衣服的外觀。1.2醋酸制備方法1.2.1輕烴液相氧化法輕烴液相氧化法的第一種是運(yùn)用正丁烷來制備醋酸，正丁烷液相氧化產(chǎn)物不只有醋酸還有甲酸、丙酸等；另一種方法的原料是石腦油，通過石腦油氧化成醋酸，被氧化產(chǎn)物經(jīng)數(shù)次精餾，再經(jīng)過分離之后才可以制成乙酮、醋酸等產(chǎn)品，但是大部分的國家在制備醋酸時(shí)，采取輕烴液相氧化方法合成醋酸的使用次數(shù)在不斷減少。正丁烷液相氧化要求必須在200℃以下和160℃以上進(jìn)行氧化，但是工藝的過程中用或者不要催化劑（比如鈷或錳）都可以；其中產(chǎn)出的主要產(chǎn)品有所不同，有醋酸、甲酮；同時(shí)還合成丁酸、丙酸、甲酸以及其他醇類有機(jī)產(chǎn)品，如甲醇、乙醇；生產(chǎn)工藝中的產(chǎn)品比例是可以根據(jù)實(shí)際工藝的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。1.2.2乙醛氧化法乙醛氧化方法有不同的兩種類型的方法，一種是谷物類產(chǎn)生食用酒精；另一種運(yùn)用乙炔所氧化產(chǎn)生的物質(zhì)，乙醛氧化合成醋酸的方法是將乙醛的鈣水化，之后再將得到的乙醛氧化為醋酸；此過程還需要硫酸汞作為催化劑，但是這種方法消耗大量的電能，才能將乙炔氧化成乙醛；所以這種乙醛氧化生產(chǎn)醋酸的過程是對(duì)環(huán)境是有著十分嚴(yán)重的污染，也不利于工廠生產(chǎn)，不符合現(xiàn)在提倡的綠色化學(xué)，所以這種氧化的方法，并不建議長期在工業(yè)生產(chǎn)中使用，這種方法在國內(nèi)外很少使用；但是在20世紀(jì)30年代和40年代，借助乙醛的氧化是一種傳統(tǒng)常用的方法，但是這種方法需要2噸谷物來生產(chǎn)1噸醋酸，所以成本很高，并且規(guī)模不大，這種方法在一些發(fā)展中國家仍在繼續(xù)使用，發(fā)達(dá)國家早已放棄采用了，這種方法最終將會(huì)被新的技術(shù)發(fā)展所取代[1]。1.2.3乙烷氧化法這種方法是利用在0.1～5.0MPa的工藝壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)條件下，乙烷、氧氣、水蒸氣等混合原料在150～450℃的溫度條件下預(yù)熱后，注入選定好的反應(yīng)器進(jìn)行氧化，使用的原材料和催化劑以及一些其他原料可以在反應(yīng)后分離并恢復(fù)。乙烷用通電轉(zhuǎn)移超過51%醋酸，能產(chǎn)生42%的二氧化碳，二氧化碳的選擇性是57%左右，是反應(yīng)過程中最重要的副產(chǎn)品之一。因此，在未來生產(chǎn)化工中，此種方法可以成為一種具競(jìng)爭(zhēng)力和改造力的醋酸生產(chǎn)方法；開發(fā)在不同的行業(yè)中此方法的重要的作用。乙烷氧化法進(jìn)一步改變了催化劑，專注于提高乙烷和催化劑的活性，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，研究發(fā)現(xiàn)在水中含量低的情況下，會(huì)增加乙烷轉(zhuǎn)變成為乙酸酶。1.2.4乙烯直接氧化法通過乙醚進(jìn)行直接氧化成乙烯，這樣就可以不使用含有乙醚反應(yīng)，將乙烯直接被氧化成醋酸，該反應(yīng)設(shè)定的溫度要大于140℃小于170℃，此種反應(yīng)是一種放熱過程在反應(yīng)器中進(jìn)行，在此種反應(yīng)器中使用的原材料是乙烯、空氣、水蒸汽、氮?dú)?。其中，蒸汽可以被用來改善醋酸的多?xiàng)選擇性。乙酰膽堿的選擇占有78%以上，乙酸和碳水化合物；氧化反應(yīng)堆中必須回收乙酰氨基酶，從而進(jìn)一步明顯的提高醋酸能的總體貢獻(xiàn)。但是相對(duì)于乙醛氧化來的方法，乙烯直接氧化法可以更少的投資資金，擁有更簡(jiǎn)單方便的進(jìn)程和更加少的污水排放的效果，并且日本昭和公司能夠生產(chǎn)設(shè)施在此種反應(yīng)條件下，乙烯的轉(zhuǎn)化率可以至8.4%，乙醛、醋酸、一氧化碳的選擇性分別為7.1%、85%、5.5%[2]。1.2.5甲醇羰基化法甲醇羰基化合成醋酸的全過程：一氧化碳?xì)饣袣饣?、預(yù)硫、壓縮、脫硫、脫碳等過程；醋酸生產(chǎn)。醋酸是用一氧化碳和甲醇合成的有兩種方式，第一種高壓，另外種是采用低壓的方法。由于大規(guī)模的資金投資和化學(xué)能源的消耗，第一種高壓反應(yīng)有著一些缺點(diǎn)，已經(jīng)被第二種方式可以取代；大多數(shù)用碘作為催化劑，在比較相對(duì)溫和的反應(yīng)條件，壓力約3.2MPa；低壓力下合成了甲醇，產(chǎn)量龐大，甲醇的選擇性超過了99.8%，生產(chǎn)成本也很低，所以該種方法可以得到很快的傳播推廣。整個(gè)醋酸生產(chǎn)路線包括:反應(yīng)工藝原料的預(yù)處理、原料合成、進(jìn)行轉(zhuǎn)化、進(jìn)行蒸發(fā)、輕重組分分離、含有水的醋酸送至脫水工序、產(chǎn)品進(jìn)行蒸餾、脫去烷基、得到成品。從20世紀(jì)70年代以來，全球大范圍內(nèi)出現(xiàn)新的設(shè)施，并且已經(jīng)開始使用低壓下甲醇與一氧化碳合成技術(shù)，提高了生產(chǎn)等級(jí)并采用了較高效率的催化劑，這一種方法的優(yōu)點(diǎn)更加顯而易見。現(xiàn)如今，甲醇羰基化生產(chǎn)醋酸已成為醋酸生產(chǎn)的主流技術(shù)之一，醋酸的產(chǎn)量已占全球生產(chǎn)醋酸產(chǎn)量的70%以上。全球早已有近10個(gè)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家，采用以甲醇和一氧化碳為原料，使用羰基化法制備醋酸。此外，很多國家的化工廠不斷改進(jìn)醋酸工藝；其中，美國跨國公司孟山都開發(fā)了銠碘催化體系，使用該催化劑體系作為甲醇羰基化制醋酸的催化劑；與高壓法相比，低壓合成法的反應(yīng)條件相對(duì)比較溫和，壓力約3.2MPa。甲醇反應(yīng)后，其中一部分原料生成醋酸，另一部分原料未完全反應(yīng)完，這種反應(yīng)在反應(yīng)容器中進(jìn)行，可循環(huán)使用甲基碘為催化劑。歐美一些大型企業(yè)生產(chǎn)醋酸的原料路線中；反應(yīng)溫度約為150℃~180℃，甲醇作為原料的所占有的比例從1970年的14%提高到2010年的94%。以一氧化碳和甲醇為原料，催化劑組成為羰基銠和碘化氫，并且這兩種催化劑可以組成的復(fù)合催化劑。低壓閃蒸器生產(chǎn)出高溫反應(yīng)液，粗醋酸就即刻會(huì)從催化劑中被分離出來，被分離的催化劑可以從閃蒸的底部循環(huán)回到反應(yīng)器，接著參加之前的一系列的化學(xué)催化反應(yīng)[3]。1.3醋酸生產(chǎn)工藝比較通過對(duì)乙烷直接氧化生成醋酸、甲醇羰基化法制備醋酸、乙烯直接氧化法合成醋酸進(jìn)行比較，得出結(jié)果甲醇羰基化法工藝是這三種方法中最節(jié)約經(jīng)濟(jì)投資、技術(shù)手段最先進(jìn)、產(chǎn)品醋酸的轉(zhuǎn)化率最高，原料簡(jiǎn)單易取的生產(chǎn)方法。甲醇羰基化這種工藝操作條件需求相對(duì)比較低，醋酸生產(chǎn)出的質(zhì)量高，在大部分的發(fā)展中國家與發(fā)達(dá)國家都得到了越來越多的應(yīng)用。此外，這種甲醇羰基化工藝有工業(yè)原料便宜，合成產(chǎn)途徑相對(duì)方便、工藝較為先進(jìn)、公用工程資金投入相對(duì)較低催化劑性能相對(duì)穩(wěn)定、化學(xué)生產(chǎn)的副反應(yīng)相對(duì)較少、催化劑的活性比較高、總預(yù)期的經(jīng)濟(jì)投資相對(duì)較低、車間的設(shè)備布置方便、工廠占地面積比較小等優(yōu)勢(shì)。乙烷直接氧化法、乙烯直接氧化法與甲醇羰基化法進(jìn)行的規(guī)模、總用投資、利潤等各個(gè)方面作比較，結(jié)果如下表1所示。表1醋酸生產(chǎn)工藝比較工藝方法乙烯直接氧化甲醇羰基化乙烷直接氧化工廠三井LyondellBasellSaudiBasicIndustries公用工程使用費(fèi)用/美元398211423總原料成本/美元/t678321557投資回收率（10%）/美元/t404099工廠生成規(guī)模/kt/a200600300總資金投資/百萬美元166135166工藝成本/美元/t6002213571.4國內(nèi)外醋酸生產(chǎn)現(xiàn)狀（1）國內(nèi)醋酸現(xiàn)狀在2000年，中國自建醋酸的裝置工程裝有自旋技術(shù)，在第二年時(shí)，設(shè)備開始運(yùn)作，目前有超過八十個(gè)醋酸生產(chǎn)設(shè)施，總生產(chǎn)量約為13450萬噸?？偵a(chǎn)能力約為每年36.8萬噸/年。目前有四座生產(chǎn)乙烷、乙烯、乙酸的大型設(shè)施，實(shí)際的生產(chǎn)能力約為434567噸/年，2000年相比1998年高12.11%。醋酸的消費(fèi)量從2004年的1361萬噸，增加至1881萬噸，國內(nèi)2007年醋酸需求量達(dá)到2111萬噸，在醋酸的各個(gè)消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，安息香酸乙酯、醋酸酐、醋酸纖維素（纖維素的醋酸酯）、氯醋酸分別占15.7%、10.3%和7.2%；化工行業(yè)占醋酸消費(fèi)總量的92%左右。其中，聚乙烯醇（PVA）占17.6%，乙酸酯類占25.2%，醋酸乙烯脂占16.6%[4]。2018年醋酸產(chǎn)量是620.44萬噸，2019年醋酸產(chǎn)量是717.42萬噸?，F(xiàn)如今，醋酸的消費(fèi)占總經(jīng)濟(jì)消費(fèi)的31.7%左右，中國醋酸主要用在醋酸酯、精對(duì)苯二甲酸和醋酸纖維等的生產(chǎn)，精對(duì)苯二甲酸的占28.1%左右、氯乙酸的占5.9%左右、醋酸乙烯酯的占26.0%左右、乙酸酐的占6.3%左右，其他方面是3.0%左右。近年來，中國醋酸需求年均增長率為20%。(2)國外醋酸現(xiàn)狀美國作為發(fā)達(dá)國家的代表，其生產(chǎn)能力為251萬噸/年，醋酸合成工廠有Eastman工廠、Celanese公司，生產(chǎn)設(shè)施最大的是德克薩斯州工廠，該工廠生產(chǎn)方法為甲醇碳基化法，工廠經(jīng)過數(shù)年的經(jīng)營，設(shè)備總占地不停擴(kuò)大，德克薩斯州工廠的生產(chǎn)規(guī)模早已達(dá)到120萬噸/年，并且從2010擴(kuò)大到1000萬噸，全球新增設(shè)備產(chǎn)能較高的地區(qū)主要集中在美國、西歐和東南亞地區(qū)[5]。東北亞為全球醋酸生產(chǎn)產(chǎn)量集中所在，生產(chǎn)量占67.8%左右，北美國家占17.9%左右，世界上生產(chǎn)醋酸量占全球比例較大，發(fā)展中國家占生產(chǎn)能力的56%左右，其次是美國等一些發(fā)達(dá)國家占17.8%左右；在使用方法中低壓甲醇羰基化制醋酸方法占68%左右、乙醛直接法合成醋酸占15.3%左右、乙烯直接合成醋酸法占6.3%左右，其他合成法占11.5%左右。2工藝設(shè)計(jì)及原理2.1工業(yè)設(shè)計(jì)2.1.1設(shè)計(jì)條件原材料為甲醇和一氧化碳，產(chǎn)物為醋酸，醋酸純度約為99%；年產(chǎn)8萬噸甲醇羰基化法生產(chǎn)醋酸；工作8000小時(shí)/年。2.1.2工藝原理反應(yīng)器得出的各種組分經(jīng)過蒸發(fā)器和塔分離，將有催化劑重組分再次返回反應(yīng)器，回收帶有催化劑的碘甲烷，再將可燃?xì)怏w按照標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行燃燒排出，把含有水的醋酸送至下一個(gè)脫水工序。2.1.3工藝參數(shù)表2工藝參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目單位工藝參數(shù)1設(shè)備塔頂部壓力MPa0.16~0.202設(shè)備塔頂部壓力MPa0.16~0.203吸收進(jìn)料量t/h8.0~12.04設(shè)備塔板溫度°C135~1565蒸發(fā)器溫度°C1256低壓吸收塔頂部壓力MPa0.1~0.1357設(shè)備塔冷凍水出口溫度°C208設(shè)備塔底部溫度°C159~1652.1.4合成路線醋酸碘甲烷、甲醇醋酸碘甲烷、甲醇甲醇、CO甲醇、CO水脫水塔蒸發(fā)器脫重塔脫輕塔反應(yīng)器水脫水塔蒸發(fā)器脫重塔脫輕塔反應(yīng)器母液母液醋酸醋酸圖1合成醋酸路線圖3物料衡算3.1計(jì)算基準(zhǔn)生產(chǎn)時(shí)間為8000h，計(jì)算基準(zhǔn)為3.1.1基本數(shù)據(jù)主反應(yīng)：CH副反應(yīng)：CH3C2CH3CH3H2表3進(jìn)料組成規(guī)格表組分名稱百分含量%HI3.089CO0.336CH3COOCH30.401CH3I5.920CH3COOH83.254CH3OH0.100H2O6.9003.2蒸發(fā)器物料衡算蒸發(fā)塔內(nèi)60%蒸發(fā)為氣體表4蒸發(fā)器頂部氣體組成規(guī)格表組分名稱質(zhì)量HI（1000+W）×60%×0.15%CO（1000+W）×60%×0.056%CH3COOCH3（1000+W）×60%×0.65%CH3I（1000+W）×60%×9.81%CH3COOH（1000+W）×60%×82.674%CH3OH（1000+W）×60%×0.12%H2O（1000+W）×60%×6.54%W表示脫輕塔塔底回流量由于（1000+W）×60%×9.81%=59.20（碘甲烷為氣體）所以W=5.78由上表得塔頂出料組成：表5出料組成單位kJ/h組分名稱質(zhì)量流量HI0.905CO3.360CH3COOCH34.00CH3I59.200CH3COOH498.911CH3OH1.000H2O39.467由于回流(1000+5.78)×40%=402.312因此，器底部母液回流計(jì)算得：mmm綜上所述整理得：表6蒸發(fā)器物料衡算表單位kJ/h物料名稱進(jìn)料塔頂出料塔底母液塔底回流HI30.900.90530.5760.581CO3.363.3600CH3COOCH34.004.0000CH3I59.2059.2000CH3COOH832.54498.911341.8448.215CH3OH1.001.0000H2O69.0039.46729.8920.3593.3脫輕塔物料衡算根據(jù)醋酸產(chǎn)量為1×104所以計(jì)算擴(kuò)大倍數(shù)得1×根據(jù)物料守恒，擴(kuò)大倍數(shù)后的蒸發(fā)器物料衡算表：表7蒸發(fā)器擴(kuò)大倍數(shù)后的物料衡算表單位kJ/h物料名稱進(jìn)口物料塔底母液塔底回流塔頂出料HI700.194692.85213.16520.5073CO76.1380076.138CH3COOCH390.640090.64CH3I1341.472001341.472CH3COOH11370.2447746.185186.15211305.323CH3OH22.660022.66H2O1563.54677.3538.135894.322擴(kuò)大倍數(shù)后的脫輕塔的物料衡算：表8脫輕塔擴(kuò)大倍數(shù)后的物料衡算表單位kJ/h組分名稱進(jìn)料塔側(cè)出料塔頂出料塔底出料HI20.50707.34213.165CO76.138076.1380CH3COOCH390.64090.640CH3I1341.47201341.4720CH3COOH11305.323441.3681117.772186.152CH3OH22.66022.660H2O894.322555.351330.8368.1353.4低壓吸收塔物料衡算YX以國家標(biāo)準(zhǔn)要求，CH3I的排放量濃度取50×YVYLLV(X表9吸收塔物料衡算表單位kJ/h物料名稱進(jìn)料出料CO76.13876.138CH3I9.9050×10-64熱量衡算4.1蒸發(fā)器熱量衡算表10物質(zhì)的汽化熱表物質(zhì)名稱HICH3COOCH3CH3ICH3COOHCH3OHH2O汽化熱kJ/kg154.46368106.6440611092023表11物質(zhì)的比熱容物質(zhì)名稱HICOCH3COOCH3CH3ICH3COOHCH3OHH2O比熱容kJ/kg0.2381.0383.421.981.982.294.31(物料進(jìn)入蒸發(fā)器的溫度為175℃，出塔時(shí)溫度125℃)qHIqH2qCHqqqQ吸=143054.57+25129.94+33355.52+1818156.63+3167.51+=6.6×106kJ/h（汽化吸熱）當(dāng)Δt=50℃

mmmmmmmQ=（2656.11+51.89+309.99+3854.53+4.88+221.32+76.14）×50=1.47×106則Q供=Q吸-Q放=5.13×106表12蒸發(fā)器熱量衡算單位kJ/h降溫放熱供熱汽化吸熱1.47×1065.13×1066.6×1064.2脫輕塔熱量衡算（1）物料出蒸發(fā)器帶進(jìn)脫輕塔的熱量，如下計(jì)算（t=125℃）mmmmmmmQ=（=3.675×10（2）D=120.097kmol/hV=（R+1）D（3）塔頂上升蒸汽溫度所產(chǎn)出的熱量，物料質(zhì)量為脫輕塔塔頂出料（t=101℃）mCH3OHmHIcHI=27.342×0.238mCOcCO=76.138×1.038mH2OcmCH3COOCmCH3COOHmQ=（=2.043×10（4）在全凝器中進(jìn)行冷凝，回流引入的熱量如下計(jì)算（回流溫度t=30℃）mCHmCH3COOCHmH2OcmHIcHI=20.507×0.238mCH3COOHmCOcCO=76.138×1.038=Q回==（3854.53+4.88+51.89+309.99+22383.9+79.03）×2×30=1.605×105kJ/h（5）塔底(塔底回流)出口，帶走的熱量（t=160℃）mCH3COOHmHIcHI=13.165×0.238mH2Q出=q=(368.58+3.13+35.06)×160=6.508×104kJ/h（6）側(cè)線出料，帶走的熱量（t=133℃）mCH3COOHmH2OcQ=(=5.228×105kJ/h（7）塔底再沸器的熱量Q再沸=8.836×105kJ/h（能量守恒）表13脫輕塔熱量衡算單位kJ/h名稱數(shù)值再沸器熱量8.836×105塔頂帶出熱量2.043×106側(cè)線帶出熱量5.228×105塔底帶出熱量6.508×104塔頂回流帶入熱量1.605×105進(jìn)塔帶入熱量3.675×1064.3換熱器的熱量衡算（1）使用冷凝水冷凝溫度至60℃（質(zhì)量為脫輕塔塔頂出料Δt=101℃-60℃=41℃）mmCH3OHmCH3COOCmH2mHIcHI=27.342×0.238mCH3mCOcCOQ=（=8.293×105kJ/h（2）然后持續(xù)冷凝至30℃（Δt=30℃）mCH3ImCH3OHmCH3COOCmH2OcmHIcHI=27.342×0.238mCH3COOHmCOcCO=76.138×1.038Q=（2656.11+51.89+309.99+1425.90+6.50+2212.19+79.03）×30×3=6.068×105kJ/h表14換熱器熱量衡算單位kJ/h冷凝器熱負(fù)荷（60℃）冷凝器熱負(fù)荷（30℃）8.293×1056.068×1055設(shè)備選型及計(jì)算5.1蒸發(fā)器K1=1920W/(m2?℃ΔtQAS=A×1.25=1.25×12.34=16m加熱管的管徑查閱規(guī)格選取фt（管心距）=50mm=0.05mnnD殼體內(nèi)徑320mm，選取HD=1.55，通常采用的高徑比為HDA（蒸發(fā)室的允許表面汽化強(qiáng)度）設(shè)計(jì)選取（1100～1700）kg/(m2·h)取1400kg/(m2·h)D=4W蒸發(fā)室分離空間的高度蒸汽密度為0.9635B（蒸發(fā)室的體積汽化的強(qiáng)度）一般選?。?.0～1.9）m3/(m3·s)B選取1.0m3/(m3·s)VS=1615.8m2·蒸發(fā)器蒸發(fā)室的氣相空間高度H溶液的密度443蒸發(fā)器的進(jìn)料量V流體的流速取0.8蒸發(fā)器料液進(jìn)出口接管內(nèi)徑d=4壁厚4mm加熱蒸汽進(jìn)口流量1712.0蒸汽的密度1.6649流體的流速取20加熱蒸汽進(jìn)口接管內(nèi)徑d=取100mm，壁厚4mm,二次蒸汽出口蒸汽流量1615.8kg?h-d=冷凝水的流量為1712.0密度363.0冷凝水出口內(nèi)徑d=壁厚4mmδd=1.75+C1+CδσδP=PδT=PT蒸發(fā)器壁厚為3.0mm加熱管管徑選取ф56×2.5mm,長為5m管數(shù)中管長用（L-0.1）mn循環(huán)管的內(nèi)徑D循環(huán)管應(yīng)選用?56×2.5mm的管子,內(nèi)徑300mm,長度5m蒸發(fā)器底部空間h裙座的高度hL=6m頂部空間的高度頂部封頭的高度加熱室的高度H取U=蒸發(fā)器的蒸汽流量WHH=V=VD=取整為D查得分離室規(guī)格?1400×8mm分離室高度H表15蒸發(fā)器計(jì)算表名稱尺寸加熱管長度/m5分離室尺寸規(guī)格/mm?1400×8循環(huán)管長度/m5分離室高度/m4.50加熱室高度/m9.3裙座高度/m1.60加熱管數(shù)/根130循環(huán)管尺寸規(guī)格/mm?56×2.5加熱管尺寸規(guī)格/mm?56×2.55.2脫輕塔參考資料[6]HT（塔板間距）=0.44m,hL（板上液層高度）=0.1mHT-hL=0.34m圖2史密斯由上圖得C20=0.026m/sσ=75.01，cuuOP=0.6umax=0.310m/s，D0=Vsπ4×uop=查資料[7]得μm=0.57Eαααα因?yàn)閝所以2.8×0.0038R通過查閱相關(guān)論文θ=0.30，RminXD=0.349，D精餾段操作線方程如下：y=y=L+qF-WW×DD提餾段操作線方程如下：y操作線方程（進(jìn)料與取料板）yN由于N已知塔板間距HT=0.44m，則所以設(shè)定在第20塊塔板的位置進(jìn)料實(shí)際板數(shù)NP=NTH塔頂空間高度H選擇t=2min=120s底部空間高度H裙座高度HH（塔體高度）=H安裝1個(gè)人孔，孔徑450mm,由化學(xué)工業(yè)出版社出書的《化工原理》的第四版本得：u氣孔孔徑d浮閥塔盤選擇參考資料取F1型N=Vsu0塔板開孔率Φ=N《化工原理》第四版得，液流收縮系數(shù)E=1.008溢流堰高h(yuǎn)w＝50mm=0.05m堰長lh=0.00284hhhc=0.051（βhh2塔板壓降h浮閥塔盤霧沫夾帶的計(jì)算系數(shù)：AT=0.785×Dhow+0.35×hhowAKε=uρC=e==0.00260kg液體/kg液相上限線hF史密斯圖得C漏液點(diǎn)孔速u=4.4×0.27×=2.00V第一點(diǎn)為（16，1876）第二點(diǎn)50u=4.4×0.27×=2.29V第二點(diǎn)坐標(biāo)為（50，2262）

Fevψ=u=0.027×=0.989uVLh=V第一點(diǎn)坐標(biāo)為（47，9030）第二點(diǎn)WFLV=ev=0.1kg液沫/kg氣ψ=按照泛點(diǎn)百分率為75%，泛點(diǎn)的關(guān)聯(lián)圖[9]得C20=0.44u=0.044×uVV第二點(diǎn)坐標(biāo)為（69，11840）uhhVh=第一點(diǎn)坐標(biāo)為（50，7727）第二點(diǎn)LVh=第二點(diǎn)坐標(biāo)為（60，9980）表16脫輕塔計(jì)算表名稱數(shù)值塔高/m18.45設(shè)計(jì)溫度/℃160人孔個(gè)數(shù)1裙座上徑/mm800塔板數(shù)35裙座高度/m1.60塔徑/mm800人孔直徑/mm450壓力/MPa0.18裙座下徑/mm8005.3吸收塔空塔氣速為0.2m/sVs=D=4VsS=傳質(zhì)單元數(shù)[10]NYYN查閱《化工原理》等書籍[11]得HH=查閱資料得一般選為0.5m，塔頂?shù)囊合嗤Ａ魰r(shí)間設(shè)為10s已知ρC塔釜的高度H=10×WL底部的空間0.40m，塔的附屬空間高度選擇為1.00m吸收塔總高度H=5.4再沸器E101A ?t1=60-10=50℃?t1+?tm'=P=tφ?t設(shè)定K=600W/m2·℃mCH3COOCmHIcHI=mCH3COOHmCHmCH3OHmCOcCO=mH2OcQ=（2656.11+51.89+309.99+1425.90+6.50+221.32+76.14）×30×3=6.068×105kJ/hA(傳熱面積)=QK由中國石化出版社《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》查找得：傳熱面積36.1m2，管長度為3mm，管子根數(shù)為158根；整臺(tái)凈重為2658kg，換熱器管子管徑25mm；公稱直徑為600mm。5.5再沸器E102A?t1=250-160=90℃，?t2?t1+P=t?tm'=系數(shù)φK（總傳熱系數(shù)）=600W/m2·℃?tQ再沸=8.836×105kJ/h（能量守恒）傳熱面積A=QKΔt由中國石化出版社《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》查找得：傳熱面積為36.1m2，管長長度為3mm，管子根數(shù)為158根；整臺(tái)凈重為2658kg；換熱器管子管徑25mm；公稱直徑600mm。5.6冷卻器E104A?t1=101-65=36℃，?t2=60-25=35℃?t1+?tm'PRφ?tmH2OcmCOcCO=76.138×1.038mCH3COOCmCH3COOHmHIcHI=27.342×0.238mCH3OHmCHQ=（2656.11+51.89+309.99+1425.90+6.50+221.32+76.14=8.293×10K（傳熱系數(shù)）=600W/m2·℃A=QKΔtm由中國石化出版社《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》查找得：傳熱面積45m2管長3mm，管子根數(shù)198根。儀器凈重2727kg,換熱管的管徑25mm。5.7泵此設(shè)計(jì)中運(yùn)輸送入的流量通過《化工原理》、《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書－塔設(shè)備》以及其他資料[12]選擇泵的規(guī)格和型號(hào)，使用的泵的一些型號(hào)以及各個(gè)使用的揚(yáng)程等參數(shù)如下表17表17泵的規(guī)格型號(hào)軸功率揚(yáng)程轉(zhuǎn)速流量效率P401A0.4120.511001.0433P402A0.512010001.7042P403A0.4020.510001.0033P404A0.208.710003.7553P405A3.354028002565P406A0.564.614002.08446財(cái)務(wù)預(yù)算6.1設(shè)計(jì)投資估算本設(shè)計(jì)投資約為36771萬元，總建設(shè)投資是32700萬元，工廠建設(shè)期間利息為1913萬元，可用的流動(dòng)資金為2157萬元[13]。6.2原料及其他費(fèi)用估算a.儀器維修費(fèi)：400萬元b.工廠電力費(fèi)用：81210萬元（循環(huán)水，即水費(fèi)忽略不計(jì)）c.人員的工資：400萬元d.原料甲醇的費(fèi)用：?jiǎn)蝺r(jià)3000元/每噸，使用甲醇費(fèi)用24000萬元c.總費(fèi)用：24880萬元6.3年銷售收入估算以6000元/每噸為醋酸市場(chǎng)的出售價(jià),得出銷售收入48000萬元/年。6.4年利潤估算預(yù)計(jì)納稅：23120×20%=4624萬元/年預(yù)計(jì)利潤：48000-24880=23120萬元/年純利潤：23120-4624=18496萬元/年6.5經(jīng)濟(jì)分析設(shè)計(jì)投資總金額為36770萬元，工廠運(yùn)行期預(yù)計(jì)2年，試運(yùn)行期后純利潤18496萬元/年。7三廢處理及安全防護(hù)7.1三廢處理7.1.1廢氣a.氮氧化物以及離酸化硫等其他酸性氣體都可以被氫氧化鈉等堿性的溶液吸收。b.少量有毒氣體要按照標(biāo)準(zhǔn)，通過特定排氣設(shè)備排出室內(nèi)去；對(duì)借助自然流通不斷的新鮮空氣不斷稀釋生產(chǎn)許多的有毒有害的氣體的實(shí)驗(yàn)。c.當(dāng)工廠中使用的有毒氣體的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須在空氣流通的場(chǎng)所進(jìn)行。e.可燃性有機(jī)廢棄性氣體可以在氧氣燃燒中徹底焚燒掉。7.1.2廢液a.有機(jī)廢液必須經(jīng)過濃縮稀釋后回收、轉(zhuǎn)化、焚燒。b.按照廢棄液體的相關(guān)的化學(xué)性質(zhì)分別進(jìn)行不同酸性廢液以及不同的堿性廢液進(jìn)行中和反應(yīng)處理，使pH值大于6還得小于9。c.各工廠實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有存放廢渣、廢液的相應(yīng)容器。d.絕不可以或盡量的減少使用含重金屬的化學(xué)試劑作實(shí)驗(yàn)原料。e.實(shí)驗(yàn)過程產(chǎn)生的污染環(huán)境的廢渣、廢液進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)別與分類，之后再按照標(biāo)準(zhǔn)要求必須倒入指定工廠的容器內(nèi)存放著。7.1.3廢棄物品a.將自然降解的有毒害的廢棄物品，必須深埋于地下。b.按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將特定的不能夠溶解在水中的一系列化學(xué)廢物必須放入指定無廢水的集中收集管道里，需要收集后再集中燃燒爐里進(jìn)行焚燒，或者用綠色化學(xué)的方法進(jìn)行無害化綠色化學(xué)處理。c.玻璃碎了和其他尖銳的有毒廢物，切口面和轉(zhuǎn)角處不應(yīng)倒入垃圾桶，而是應(yīng)在特殊材質(zhì)的廢物容器中收集和傾倒。e.合理使用自然資源以避免污染以及對(duì)自然環(huán)