11萬噸/年乙酸乙烯酯裝置工藝設計目錄第1章總論 教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況□優□良□中□及格□不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況□優□良□中□及格□不及格3、學生答辯過程中的精神狀態□優□良□中□及格□不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？□優□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□優□良□中□及格□不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□優□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？□優□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平□優□良□中□及格□不及格評定成績：□優□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內畫“√”）教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年月日教學系意見：系主任：（簽名）年月日

第1章總論1.1項目概況醋酸乙烯是一種重要的有機化工中間體，主要原料為工業冰醋酸和電石，是世界產量最大50種化工原料之一。廣泛應用于纖維、粘接劑、涂料、乳化劑、紡織品上漿及整理劑、制鞋、薄膜、安全玻璃、水溶性膜、土壤改良劑等方面；還用于建筑、機械、汽車、造紙、包裝、紡織、印染、卷煙、家具、印刷等行業。隨著科學技術的進步，新的應用領域還在不斷拓展盡管國內醋酸乙烯產業近幾年發展雖然較快，但隨著對其應用領域的不斷開拓以及國家經濟發展速度的加快，使醋酸乙烯的需求量逐年上升，市場供需矛盾仍然存在，每年仍有較大的進口量。2004年全國產能已達97萬噸，生產裝置約15套，每年仍需10萬噸以上的進口量，且仍不能滿足國內的需要，國內的需求量每年以5%的速度增長，2010年消費量達到142萬噸，仍然存在一定的市場缺口。加之下游用途越來越廣泛，市場需求量繼續擴大。目前，世界醋酸乙烯生產能力為485萬噸/年，2002年產量為408萬噸。預計到2010年，世界醋酸乙烯需求量將達到650萬噸。目前我國現有醋酸乙烯生產廠16家，生產能力為106萬噸/年，產量為96萬噸。我國自1965年北京有機化工廠從日本引進電石乙炔法生產醋酸乙烯技術以來,依靠自己的力量先后建設了10套萬噸級維綸廠。1972年上海石油化工二廠又引進了乙烯法醋酸乙烯裝置,1977年四川維尼綸廠引進天然氣乙炔法醋酸乙烯裝置,13套裝置原設計能力為376kt/a醋酸乙烯,全是為維綸纖維配套。近幾年,由于醋酸乙烯需求量大幅上升,各廠都將原有生產裝置進行改擴建擴能,但醋酸乙烯在我國缺口仍然很大。國內醋酸乙烯價格基本在左右,但各地區差異較大。我國有醋酸乙烯生產裝置16套,其中乙烯法僅有2套,年產22萬噸,占總生產能力的25.161%;天然氣乙炔法一套,年產12萬t,占13.197%;電石乙炔工藝12套,年產51.190萬噸,占總生產能力的60.142%。由于我國醋酸乙烯裝置大部分建成于20世紀60年代和70年代,其技術水平僅相當于國外20世紀70年代初水平,雖然近年努力改造,醋酸乙烯產量有所增長,但仍落后于世界先進水平。其次我國醋酸乙烯裝置規模偏小,國外一般都在10萬t/a以上,加拿大1985年己建成了36萬t/a的裝置,差距很大。1.2設計依據（1）化工工程設計相關規定。（2）國家經濟、建筑、環保等相關政策。（3）本章內容主要包括廠址概況，總平面布置，豎向設計，工廠運輸等，設計依據如下：《化工企業總圖管理規定》原化工部文件《化工企業總圖運輸設計規范》GB50489-2009《建筑設計防火規范》GB50016-87(2006)《廠礦道路設計規范》GBJ22—87《工業企業總平面設計規范》GB50187—93《壓縮機廠房建筑設計規定》HG/T2067389《化工管道設計規范》HG/T20695—87《化工設備管道外防腐設計規定》HG/T20679—90《化工工廠總圖運輸施工設計文件編制深度規定》HG/T20561—941.3設計原則以節能減排為目標，減少尾氣、污水等對環境的污染，并盡可能優化流程，減少設備和管道的使用，減少投資。采用最合適的設備類型，提高產品的收率和純度，增大經濟效益。1.3.1反應器設計原則（1）具有適宜的流體力學條件，流動性能好，有利于熱量傳遞和質量傳遞；（2）合理的結構，能有效的加速反應和水的脫除；（3）保證壓力和溫度符合操作條件；（4）操作穩定，調節方便，能適應各種操作條件的變化。1.3.2塔設備設計原則（1）具有適宜的流體力學條件，達到氣液兩相的良好接觸；（2）結構簡單，處理能力大，壓降低；（3）強化質量傳遞和能量傳遞。1.4建設規模及產品方案化工廠設計是一種創造性的活動，它包括工藝設計和非工藝設計。工藝設計是化工廠設計的核心，決定了整個化工設計的概貌。非工藝設計時以工藝設計為依據，按照各專業的要求進行的設計，它包括總圖運輸、公用工程、土建、儀表及其控制等。具體設計內容如下：1.查閱文獻，完成設計課題的文獻綜述；2.對ASPENPLUS模擬作業的計算結果進行分析說明，有條件的話繼續優化；3.對主要設備及全裝置的物料衡算和熱量衡算（包括熱負荷及傳熱劑用量的計算）結果進行總結整理，列出物料平衡表、熱量平衡表等表格；4.繪制工藝原則流程圖、PFD；5.對主要設備進行工藝計算與選型，列出各類設備規格表及設備一覽表；6.確定自控方案，繪制工藝管道及儀表流程圖（PID）；7.進行車間及設備布置設計，繪制車間平面布置圖及設備平、立面布置圖；8.進行管道布置設計，繪制部分管道平、立面布置圖；9.設計總結，編寫初步設計說明書。1.5建設規模及產品方案1.5.1產品及其規格表1-1產品及規格表成分質量分率%乙酸乙烯酯≥99.8年操作時間：333天（8000小時）/年；原料：二氧化碳，氧氣，乙酸，乙烯；主產品：乙酸乙烯酯。1.5.2建設規模生產規模：11萬噸/年乙酸乙烯酯整套生產裝置，包括廠前區、生產區和生產輔助區。公用工程：（1）熱劑用蒸汽：根據生產需要選用不同壓力級別的蒸汽。（2）冷劑用循環冷卻水：上水溫度可取25℃。1.5.3產品方案聚乙烯醇自20世紀60年代實現大規模工業化生產以來，都是由醋酸乙烯經聚合成聚醋酸乙烯再醇解而制得的。本設計工藝是石油乙烯法。以石油裂解聯產的乙烯為原料，采用多管型固定床反應器氣相氧化合成醋酸乙烯的拜耳乙烯法，是由德國拜耳公司開發成功，日本可樂麗公司首先實現工業化生產。目前，國內的上海石化和北京有機化工廠采用了拜耳乙烯法合成醋酸乙烯原料路線。主要反應方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OΔH=-146KJ/mol副反應：C2H4+3O2→2CO2+2H2OΔH=-1340KJ/mol主要副產物使CO2，其它副產物很少。由于反應放熱，少量的CO2存在，有利于反應的排出，同時可抑制乙烯的氧化深度，故生成的CO2留在循環氣中不斷的循環。但不斷循環后CO2將逐步積累，使其含量過高。所以工藝上必須連續抽取部分循環氣，經脫除CO2后再循環回反應器使用，以防止CO2在循環氣中積累過高。1.6廠址選擇廠址條件選擇是項目建設條件分析的核心內容，不僅關系到工業布局的落實、投資的地區分配、經濟結構、生態平衡等具有全局性、長遠性的重要問題，還將直接或間接地決定著項目投產后的生產經營和經濟效益。廠址的選擇一般遵循以下原則：廠址的地區布局應符合區域經濟發展規劃、國土開發管理的相關規定；廠區的自然條件要符合建設要求；廠址選擇應按照指向原理，根據材料、市場、能源、技術、勞動力等生產要素的限度區位來綜合分析確定；廠址選擇要考慮交通運輸和通訊設施條件；便于利用現有生活福利社設施、衛生醫療設施、文化教育和商業網點等設施；要注意保護環境和生態平衡。乙酸乙烯酯對眼睛、皮膚、粘膜和上呼吸道有刺激性。長時間接觸有麻醉作用，微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿。乙酸乙烯酯易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑能發生強烈反應。極易受熱、光或微量的過氧化物作用而聚合，含有抑制劑的商品與過氧化物接觸也能猛烈聚合。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。因此甲醇生產廠址遠離居民區的郊區，并且選擇在下風口和河流的下游，以防使居民中毒，危害居民的身體健康。交通運輸要方便，這樣原料供應便捷，節省運輸費用。1.7能量利用及環境保護1.7.1節能措施（1）本項目工藝設計中充分選用了國內外現有的先進技術和工藝，同時采取相應措施使能量得到了充分利用。此外，氣化、合成等化學反應過程都要放出大量的熱，從各個熱量等級分級利用余熱進行原料預熱。重復利用冷凝水，減少熱損失成為節能的主要任務。按不同的保溫要求，選用保溫性能好的材料。（2）采用部分補充水軟化措施提高濃縮倍數。將通過離子交換樹脂去除硬度的軟化水，與新鮮水配比補入循環水系統，濃縮倍數提高，大大地降低了循環水補水量、排污量、藥劑消耗量，提高了水的重復利用率。（3）加快高效水穩劑的研制及應用。針對不同水質、不同工藝運行條件，采用耐高鈣硬度、高堿度、高含鹽量、高有機物的水穩劑和高效殺菌劑，為降低循環冷卻水的消耗提供了強有力的技術支持。（4）項目設計時選用低損耗節能型變壓器、電動機，工藝選用Y型節能電動機，主廠房照明采用高效長壽命氣體放電燈，二次回路控制設備采用節能型元件，對負荷變動大的風機、水泵應盡量采用變頻控制，將變電所布置靠近用電負荷的中心。（5）凡用熱、用冷設備及其管道，全部采用新型保溫材料，精心設計、施工。（6）加強生產管理，減少原材料和動力消耗。1.7.2主要污染物本項目涉及到的主要污染源及主要污染物見表1-2：表1-2主要污染物匯總表序號污染源名稱組成溫度，℃壓力，kpa狀態備注1工藝廢水H2O~45~1.1液態處理后循環使用2催化劑催化劑反應溫度--粉塵送回廠家再生3加熱爐排放煙氣CO2、N2等~60~1.2氣體送煙氣處理4生活污水H2O常溫常壓液體送城市污水管網5壓縮機、泵噪聲相應的防護措施1.7.3環保措施廢氣（1）精餾塔頂含乙酸、二氧化碳等不凝氣體送總廠分離處置，其后續環保措施依托總廠設施，由于此塔為加壓工況，不存在其它廢氣逸散污染；（2）對非正常工況如檢修期間的吹掃廢氣最終均集中匯集至總廠廢氣凈化系統；（3）對于物料泄漏及火災、爆炸等突發性事故下的廢氣污染應急處理措施，則嚴格按照突發性污染應急預案及時安全處置。正常生產期間，主要的排放氣來精餾塔塔頂放出的乙酸以及工廠管道的泄露。乙酸送至總廠處理，對于管道泄漏，治理措施在于預防為主，對設備定期的檢修。總體上來看，本廠的廢氣排放極少。廢水（1）本項目正常工況下不產生工藝廢水；（2）初期雨水：罐區和裝置區的初期雨水通過相應區域的圍堰和收集閘門收集至裝置和罐區附近建設的收集池收集后泵送總廠廢水處理站處理；（3）檢修期間設施清洗廢水則同樣依托初期雨水收集池匯集；（4）本項目建設同時將建設應急廢水池，具體池容及相關要求將根據項目環境影響評價文件及批復要求實施，突發性事故時的消防廢水則匯集至該池，最終通過泵送總廠污水處理設施達標處理。廢渣本項目基本無釜殘發生，失效的廢催化劑則經廠內安全暫存設施暫存，暫存庫的建設嚴格執行環評及批復要求，暫存措施滿足《危險廢物貯存污染控制標準》（GB18597-2001），轉移處置嚴格執行相應的法律法規及控制標準噪聲控制具體聲環境保護對策措施有：（1）設計時，在設備選型方面要考慮選用低噪聲的設備。（2）噪聲較大的壓縮機，風機等設備的進出口配有消音器。（3）工藝裝置、壓力氣體的放空選用適用于該種氣體特性的放空消音器.（4）管道設計與調節閥的選型考慮防止振動和噪聲，避免截面突變；管道與強烈振動的設備連接處選用柔性接頭；對輻射強、有噪聲的管道，應采取隔聲，消聲措施。詳見安全專篇中的噪音控制設計。車間綠化植物具有美化環境，吸收二氧化碳和有毒氣體，吸收和屏蔽噪音的作用；植物微妙而準確地反映著我們周圍環境的特性和變化，供給人類許多有用的信息和物質。搞好綠化是現代企業清潔生產的標志。車間的綠化設計根據車間的總圖布置、生產特點、消防安全、環境特征，以及當地的土壤情況、氣候條件、植物習性等因素綜合考慮，合理布置和選擇綠化植物。車間的平面布置應預留有綠化地，綠化布置不應妨礙工藝裝置、儲運設施等散發的有害氣體的擴散，保證道路的行車安全，保證生產操作、設備檢修、消防作業和物料輸送；充分利用通道，零星空地及預留地。廠區綠化植物的選擇根據生產特點、污染狀況和環保要求，選擇相應的抗污、凈化、減噪或滯塵力強的植物；根據防火、防爆和衛生要求，選擇有利于安全生產和職業衛生的植物；根據美化環境的要求，選擇觀賞性植物；選擇易成活、維護成本低的植物。綠化面積不低于12%并配置必要的綠化技術人員。1.8存在問題及建議在醋酸氧化法生產乙酸乙烯酯的過程中，由于乙烯具有較高的活性在反應過程中，應該注意原料和其他管道中乙烯的濃度。另外在生成產品中，產品乙酸乙烯中具有雙鍵很容易聚合，所以在生產過程中要嚴格控制溫度和壓力以防止乙酸乙烯酯聚合而堵塞管道，影響生產。，因此生產過程中對催化劑的合理充分利用顯得十分重要，必須十分注意避免催化劑中毒，或者因為其它原因造成催化劑的浪費，提高生產的高效性、經濟性。參考文獻[1]錢伯章，上海期刊，醋酸乙烯的生產技術與國內外市場，2010,35(3)[2]顏藝倩廣州科技2010.2總第231期

第2章工藝流程設計2.1生產方案選擇2.1.1產品性質及規格標準1.乙酸乙烯酯的性質乙酸乙烯又稱乙酸乙烯酯，在常溫下是一種無色液體，分子量86.09g/mol，凝固點為-93℃，沸點是71.8℃，相對密度(水=1)為0.93，溶于苯，乙醇，四氯化碳。在427℃時自燃，爆炸極限為2.6-13.4％。\o"化學式"化學式為CH3COOCH=CH2（VAM），具有甜的醚味；微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿。乙酸乙烯酯易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑能發生強烈反應。極易受熱、光或微量的過氧化物作用而聚合，含有抑制劑的商品與過氧化物接觸也能猛烈聚合。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。其單能共聚可生產多種用途粘合劑；還能與氯乙烯、丙烯晴、丁烯酸、丙烯酸、乙烯單能共聚接枝、嵌段等制成不同性能的高分子合成材料。2.產品規格標準對本設計產品具體要求見表2-1。表2-1本廠乙酸乙烯酯控制指標組分乙酸乙烯酯水摩爾分率/%>0.998<0.0012.1.2原料路線確定原則和依據選擇生產方法和工藝流程時應該著重考慮以下三項原則：(1)先進性。先進性的評價包括基建投資、生產成本、消耗定額以及勞動生產率等方面。實際生產過程中，選擇的生產方法應達到物料損耗較小、物料循環量較少并且易于回收利用、能量消耗較少和有利于環境保護等要求。(2)可靠性。應當堅持一切經過試驗的原則，不允許把未來的生產工廠當做試驗工廠來進行設計。另外，還要考慮原料的可靠性。(3)合理性。在工藝流程設計中，應從以下著重考慮：=1\*GB3①國內人民的消費水平以及各種化工產品的消費趨勢。=2\*GB3②國內化工生產所用的化工原料及設備制造所需要的各種材料的供應情況。=3\*GB3③國內化工機械設備、電氣儀表與自控設備的技術水平和制造能力。=4\*GB3④國家環境保護、清潔生產的有關規定和化工生產中“三廢”排放情況。=5\*GB3⑤勞動就業與化工生產自動化水平的關系。=6\*GB3⑥資金籌措和外匯儲備情況。2.1.3工藝技術方案比較和選擇依據（1）石油乙烯法以石油裂解聯產的乙烯為原料，采用多管型固定床反應器氣相氧化合成醋酸乙烯的拜耳乙烯法，是由德國拜耳公司開發成功，日本可樂麗公司首先實現工業化生產。目前，國內的上海石化和北京有機化工廠采用了拜耳乙烯法合成醋酸乙烯原料路線。主要反應方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2O副反應：C2H4+3O2→2CO2+2H2O（2）天然氣乙炔法以天然氣為原料，部分氧化裂解制得乙炔，采用固定床反應器氣相催化合成醋酸乙烯的天然氣乙炔法，是由法國羅納·普朗克公司開發成功，并實現工業化生產。國內四川川維引進有生產裝置。反應方程式HC≡CH+CH3COOH→H2C=CH-O-(CO)CH3ΔH=?118KJ/mol反應條件：氣相170-250℃,在Zn(OAc)2催化劑作用下反應，乙炔的轉化率為60-70％，乙炔的選擇性為93%，醋酸的得選擇性為99%。但因為該反應的生產成本太高和安全問題，使該反應現在很少使用。（3）電石乙炔法用水與電石發生乙炔，采用沸騰床反應器氣相催化合成醋酸乙烯的電石乙炔法是最早實現工業化的一種生產方法。國內有10家聚乙烯醇生產廠采用電石乙炔法原料路線。該反應分為兩個部分：第一部分在120-140℃，FeCl3為催化劑下反應；反應方程式為：CH3CHO+(CH3CO)2O→CH3CH(OCOCH3)2第二步是分解反應，在120℃，酸的催化下反應：反應方程式為：CH3CH(OCOCH3)2→H2C=CH-O-(CO)CH3+CH3COOH三種不同的原料路線都能生產出質量優良的聚乙烯醇產品，原料路線對產品品質不構成影響或影響甚微。目前世界上2/3的聚乙烯醇生產裝置采用石油乙烯法原料路線，占據聚乙烯醇生產技術的主導地位。歐美和日本則全部采用石油乙烯法原料路線。固定床反應器與沸騰床反應器相比：優點是克分子比大、空速高、醋酸轉化率高、空時收率高、觸媒消耗低、反應液質量好，反應氣中不帶碳粉，這對反應液的分離有利。缺點是產量周期性波動大、反應器內溫度不均勻、生產周期短、更換觸媒時間長、勞動強度大。沸騰床反應器的特點是技術成熟，操作安全穩定。從以上對比可以看出：固定床反應器比沸騰床反應器具有一定的優勢，但需掌握高效催化劑配制的關鍵技術，而目前這項技術國內只有川維一家掌握，不具普遍性，因此本文以國內聚乙烯醇生產企業普遍采用的沸騰床反應器工藝技術進行論述。由于以上理由，本裝置合成乙酸乙烯酯采用石油乙烯法原料路線，采用固定床列管式反應器。2.1.4操作條件的確定1.反應方程式主要反應方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OΔH=-146KJ/mol副反應：C2H4+3O2→2CO2+2H2OΔH=-1340KJ/mol主要副產物使CO2，其它副產物很少。由于反應放熱，少量的CO2存在，有利于反應的排出，同時可抑制乙烯的氧化深度，故生成的CO2留在循環氣中不斷的循環。但不斷循環后CO2將逐步積累，使其含量過高。所以工藝上必須連續抽取部分循環氣，經脫除CO2后再循環回反應器使用，以防止CO2在循環氣中積累過高。2.主要影響因素由圖2-1可以看出反應溫度對產物生成的影響。溫度升高，反應的速率增加，但反應的選擇性下降，收率也會下降，權衡以上兩方面，控制反應溫度為150℃圖2-1乙酸乙烯酯生產溫度對選擇性和時空收率的影響由圖2-2可以看出反應壓力對產物生成的影響，有反應方程式可以看出，壓力增加，反應速率會增大，選擇性和收率都會增加，但是壓力過大，能耗大，對設備要求高，安全系數也會下降。一般來說壓力一般去1.0MPa。圖2-2乙酸乙烯酯生產壓力對選擇性和時空收率的影響2.2工藝流程設計2.2.1反應原理該工藝流程中的主要反應如下：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OΔH=-146KJ/molC2H4+3O2→2CO2+2H2OΔH=-1340KJ/mol2.2.2裝置工藝原則流程圖裝置工藝原則流程圖見圖2-3。圖2-3裝置工藝原則流程示意圖2.2.3工藝流程簡述模擬圖中兩個換熱器都采用33℃,900KPa.由于從反應來的混合物流中含有大量的C2H4，O2，CO2，采用閃蒸塔的主要原因是分離其中氣體，再將它們分離出來，再返回反應器來循環使用，這樣可以降低后面塔的負荷和增大處理量。這樣從脫氧罐部出來的物料進入脫乙酸塔，在精餾過程中主要脫除混合物中的乙酸，然后從脫乙酸塔頂出料進入脫水塔，在精餾過程中脫除混合物中的水，再由塔頂出料進入乙酸乙烯酯精制塔，在此精餾過程中主要出去混合物中的乙烯和少量的二氧化碳，而最終在塔底得到純度為99.8%的乙酸乙烯酯參考文獻[1]錢伯章.上海期刊，醋酸乙烯的生產技術與國內外市場，2010,35(3)[2]顏藝倩.廣州科技2010.2總第231期[3]陳聲宗．化工設計(第二版)．北京：化學工業出版社[4]顏藝倩.合成醋酸乙烯的工藝技術探討.學界.研究天地.

第3章物料衡算3.1物料衡算及全流程模擬概述化學工程的物料衡算是利用物理與化學的基本定律，對化工過程單元及化工過程單元系統的物料平衡的計算。通過計算，從中找出主副產品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗與定額，確定各物流的流量、組成和狀態，確定每一設備內物質轉換與能量傳遞的速度。從而為確定操作方式、設備選型以及設備尺寸的確定、管路設施與公共工程的設計提供依據。本裝置以氧氣、二氧化碳、乙烯、乙酸為原料生產年產量11萬噸的乙酸乙烯酯。通過對整個裝置和個單元設備的物料衡算，確定各物流的進出流率，最終確定產品的產率和各物質的利用率，綜合考慮各項經濟技術指標，定量地評述所選工藝路線、生產方法及工藝流程在經濟技術上是否合理，為后續的計算提供依據。3.2主要設備的物料衡算3.2.1反應器R0101的物料衡算反應器的物料衡算如表3-1a、3-1b所示。圖3-1反應器R0101的物流圖表3-1a反應器R0101的物料衡算表組分分子量g/mol進料kmol/hmol%kg/hm%C2H42814500.5216406780.3813C2H4O2606000.215836031.50.054CO2445500.197824205.40.2269O2321800.06475759.80.3378C4H6O2620000H2O180000總計24427801106674.71表3-1b反應器R0101的物料衡算表組分分子量g/mol出料kmol/hmol%kg/hm%C2H4281222.10.456934285.30.32C2H4O260389.80.145725757.60.22CO244585.30.218823406.20.24O232220.0082703.20.01C4H6O262210.20.078618099.50.17H2O18245.50.09184422.90.04總計2442674.91106674.713.2.2脫氧罐V0201的物料衡算圖3-2脫氧罐（V0201）的物流圖表3-2a脫氧罐（V0201）的物料衡算表組分分子量g/mol進料（7）kmol/hmol%kg/hm%C2H4281222.130.4634285.220.32O26021.970.01703.140.01C2H4O244389.760.1523406.160.22C4H6O232210.240.0818099.550.17H2O62245.510.094422.930.04CO218585.270.2225757.660.24總計2442674.881.00106674.661.00表3-2b脫氧罐（V0201）的物料衡算表組分分子量g/mol出料8kmol/hmol%kg/hm%C2H4281194.580.6533512.560.54續表3-2b組分分子量g/mol出料8kmol/hmol%kg/hm%O26021.940.01701.910.01C2H4O2442.770166.590C4H6O23228.860.022484.150.04H2O625.670102.170CO218570.350.3125100.830.4總計2441824.17162068.221總進料kmol/h2674.88表3-2c脫氧罐（V0201）的物料衡算表組分分子量g/mol出料9kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.03772.660.02O2600.0401.230C2H4O244386.990.4523239.570.52C4H6O232181.380.2115615.40.35H2O62239.840.284320.750.1CO21814.920.02656.840.01總計244850.71144606.441總出料,kg/hr106674.663.2.3脫乙酸塔T0201的物料衡算圖3-3脫乙酸塔T0201的物流圖表3-3a脫乙酸塔T0201的物料衡算表組分分子量g/mol進料（9）kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.0324772.660.0173O2320.0401.230C2H4O260386.990.454923239.590.521C4H6O262181.380.213215615.370.3501H2O18239.840.28194320.720.0969CO24414.920.0175656.830.0147總計244850.71144606.41表3-3b脫乙酸塔T0201的物料衡算表組分塔頂（11）塔底（10）kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%C2H427.540.0732772.660.0390000O20.040.00011.230.00010000C2H4O21.030.002761.670.0031385.960.813423177.920.9356C4H6O2181.380.482215615.370.78730000H2O151.280.40212725.260.137488.560.18661595.460.0644CO214.920.0397656.830.03310000總計376.19119833.021474.52124773.381總進料kmol/h總出料,kg/hr850.714460脫水塔T0301的物料衡算圖3-4脫水塔T0301的物流圖表3-4a脫水塔T0301的物料衡算表組分分子量g/mol進料（13）kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.07772.660.04O2320.040.001.230.00C2H4O2601.030.0061.680.00C4H6O262181.380.4815615.400.79H2O18151.280.402725.320.14CO24414.920.04656.840.03總計244376.191.0019833.111.00表3-4b脫水塔T0301的物料衡算表組分分子量g/mol塔頂（15）塔底（14）kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.12772.660.050.000.000.000.00O2320.040.001.230.000.000.000.000.00C2H4O2600.000.000.000.001.030.0161.680.02C4H6O262179.510.8115454.140.921.870.01161.250.05H2O180.180.003.210.00151.100.982722.110.92CO24414.920.07656.840.040.000.000.000.00總計244222.191.0016888.081.00154.001.002945.031.00總進料kmol/h總出料,kg/hr376.19198乙酸乙烯酯精制塔T0401的物料衡算圖3-5乙酸乙烯酯精制塔物流圖表3-5a乙酸乙烯酯精制塔物料衡算表組分分子量g/mol進料（16）kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.12772.660.05O2320.040.001.230.00C2H4O2600.000.000.000.00C4H6O262179.510.8115454.140.92H2O180.180.003.210.00CO24414.920.07656.840.04總計244222.191.0016888.081.00表3-5b乙酸乙烯酯精制塔物料衡算表組分分子量g/mol塔頂（18）塔底（17）kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%C2H42827.540.48772.660.290.000.000.000.00O2320.040.001.230.000.000.000.000.00C2H4O2600.000.000.000.000.000.000.000.00C4H6O26214.490.251247.840.47165.021.0014206.301.00H2O180.000.000.000.000.180.003.210.00CO24414.920.26656.840.250.000.000.000.00總計24457.001.002678.571.00165.191.0014209.511.00總進料kmol/h總出料,kg/hr222.1916888.083.3全裝置的物料衡算圖3-6全裝置物流圖表3-6a全裝置物料衡算表進料物流物流C2H4O2ACTICCO2小計各物質質量流率kg/hrC2H44067800040678O205759.8005759.8C2H4O20036031.5036031.5C4H6O200000H2O00000CO200024205.424205.4小計406785759.836031.524205.4106674.7各物質摩爾流量kmol/hr小計C2H414500001450O2018000180C2H4O2006000600C4H6O200000H2O00000CO2000550550小計14501806005502780表3-6b全裝置物料衡算表出料物流物流57101314小計各物質質量流率kg/hrC2H433512.600772.7034285.3O2702001.20703.2C2H4O2166.623177.961.70023406.2續表3-6b出料物流物流57101314小計各物質質量流率kg/hrC4H6O22484.10161.51247.91420618099.5H2O102.21595.52722.103.24422.9CO225100.800656.8025757.6小計62068.324773.42945.22678.614209.2106674.7各物質摩爾流量kmol/hr小計C2H41194.580027.5401222.13O221.94000.04021.98C2H4O22.77385.961.0300389.76C4H6O228.8601.8814.49165.01210.24H2O5.6788.56151.100.18245.51CO2570.350014.920585.27小計1824.17474.5215457165.192674.883.4操作條件匯總表3-7壓縮機操作條件表設備序號設備名稱壓力Kpa效率機械效率C0101原料氣壓縮進料出料0.80.91001000表3-8換熱器操作條件表設備序號設備名稱溫度/℃壓力（絕壓）/KPa進口出口E0101乙酸加熱器25108.21000108.21501000續表3-8設備序號設備名稱溫度/℃壓力（絕壓）/KPa進口出口E0102原料氣加熱器237.31501000E0103產品冷卻器14510200E0201脫乙酸塔塔頂冷凝器84-10138E0202脫乙酸塔塔底再沸器111123118E0301脫水塔塔頂冷凝器-10-24400E0302脫水塔塔底再沸器125143628E0401乙酸乙烯酯精制塔頂冷凝器120-261500E0402乙酸乙烯酯精制塔底再沸器1641841600表3-9塔設備操作條件表項目壓力/Kpa溫度/℃塔板數進料位置回流比反應器R101150145脫氧罐C10120010脫乙酸塔T0201200102385.65脫水塔T03011000-9.320834乙酸乙烯酯精制塔T04011600-23.54010153.5全裝置工藝物料平衡圖設計及繪制（附錄4-7）3.6物料衡算結果及小結本章是物料平衡的計算，正確的物料衡算結果為正確的設備熱量衡算和設備工藝設計提供可靠的保證，在整個設備設計過程中具有重要的意義。物料衡算主要是通過ASPENPLUS查出各個主要設備的溫度、壓力、汽化分率、質量流率、摩爾流率、摩爾分率、質量分率等數據，將之列在物料衡算表格中，并計算設備的進出物料的總質量流率，以此證明物料平衡。在全裝置物料衡算中，系統輸入量和系統輸出量有微小的誤差。經分析，可能的原因有：（1）在模擬導出數據過程中，出現約分導致誤差。（2）Aspen進行流程模擬時，由于版本的不同，可能會導致物流量發生微小的變化，產生誤差。(3)進行理論計算時與模擬實際進料量不一樣，是由于模擬的過程中打回流，實際進料和理論進料不相等。參考文獻[1]姚玉英主編.化工原理(上冊)[M].天津:天津大學出版社,1999,4-5[2]陳聲宗.化工設計第二版，北京：化學工業出版社，2008[3]劉躍進.反應器能量平衡的焓算法與熱量衡算法[J].化工設計通訊,1995,21(3):5-7

第4章熱量衡算4.1熱量衡算概述化學工程的物料衡算是利用物理與化學的基本定律，對化工過程單元及化工過程單元系統的熱量平衡的計算。通過計算，可以找出反應與分離設備所需的能量供應，確定加熱劑和冷卻劑的用量。同時計算設備傳遞的熱量，為設備設計提供依據。其中一個主要依據是能量平衡方程：∑Qin=∑Qout+∑Q1(4-1)其中∑Qin——表示輸入設備熱量的總和∑Qout——表示輸出設備熱量的總和∑Q1——表示損失熱量的總對于連續系統：Q+W=∑Hout-∑Hin(4-2)其中Q——設備的熱負荷W——輸入系統的機械能∑Hout——離開設備的各物料焓之和∑Hin——進入設備的各物料焓之和在進行全廠熱量衡算時，是以單元設備為基本單位，考慮由機械能轉換、化學反應釋放和單純的物理變化帶來的熱量變化。最終對全工藝段進行系統級的熱量平衡計算，進而用于指導節能降耗設計工作。在進行全裝置的熱量衡算中，主要通過定量計算完成下述基本任務：確定工藝單元中物料輸送機械（如泵）所需要的功率，以便于進行設備的設計和選型；確定換熱單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率，計算換熱設備的尺寸，確定加熱劑和冷卻劑的消耗量，為后續設計中比如供汽、供冷、供水等專業提供設備條件；提高熱量內部集成度，充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗；最終計算出總需求能量和能量的費用，并由此確定工藝過程在經濟上的可行性。4.2主要設備的熱量衡算4.2.1反應器R0101能量衡算反應器的能量衡算如表4-1所示。圖4-1反應器R0101物流示意圖表4-1反應器R0101能量衡算表物流輸入（2）輸出（3）差值熱負荷質量流率kg/hr1.07x1051.07x10500熱焓kJ/kg-3.58x103-4.15x103-5.71x102-5.71x102熱量kJ/hr-3.82x108-4.43x108-6.09x107-6.09x1074.2.2脫氧罐V0201能量衡算圖4-2脫氧罐物V0201流示意圖表4-2脫氧罐V0201能量衡算表格項目C101輸入物流輸出物流789溫度C10101010能量KJ/hr-10000-4.88x108-1.75x108-3.14x108合計KJ/hr凈負荷輸出-輸入-10000-100004.2.3脫乙酸塔T0201能量衡算圖4-3脫乙酸塔T0201物流示意圖圖4-3脫乙酸塔T0201能量衡算表項目質量流率kg/hr物料溫度℃熱焓KJ/kg熱量kJ/hrQ%進塔熱量進料(9)QF14.46x10410-7.04x1033.14x10874.21再沸器QB11.80x105123.366.07x1021.09x10825.79小計2.24x105133.36-6.43x1034.23x108100出塔熱量冷凝器QC11.32x105-9.97-8.07x102-1.06x10825.47塔頂(11)QD11.98x104-9.97-5.70x103-1.13x10827.06塔底(10)QW12.48x104123.36-8.00x103-1.98x10847.47小計1.76x105123.36-1.45x104-4.18x108100熱量損失=（進塔-出塔）/進塔*100%=1.28%注：之所以會有1.28%的損失，可能是因為在計算過程的一些誤差，和在采集數據是由于有效數據而導致的誤差。4.2.4脫水塔T0301能量衡算圖4-4脫水塔T0301物流示意圖表4-4脫水塔T0301能量衡算表項目質量流率kg/hr物料溫度℃熱焓KJ/kg熱量kJ/hrQ%進塔熱量進料(13)QF11.98x104-9.315.70x1031.13x10824.47再沸器QB12.95x103143.491.88x1053.49x10875.53小計2.28x104134.191.84x1054.62x108100.00出塔熱量冷凝器QC15.74x105-24.66-6.05x102-3.48x10875.65塔頂(15)QD11.69x104-24.66-4.09x103-6.90x10715.03塔底(14)QW12.95x103143.49-1.45x104-4.28x1079.32小計5.94x105143.49-1.92x104-4.59x108100.00熱量損失=（進塔-出塔）/進塔*100%=0.65%注：之所以會有0.65%的損失，可能是因為在計算過程的一些誤差，和在采集數據是由于有效數據而導致的誤差。4.2.5乙酸乙烯酯精制塔T0401能量衡算圖4-5乙酸乙烯酯精制塔T0401物流示意圖表4-5乙酸乙烯酯精制塔T0401能量衡算表項目質量流率kg/hr物料溫度℃熱焓KJ/kg熱量kJ/hrQ%進塔熱量進料(17)QF11.69x104-23.484.09x1036.90x10769.80再沸器QB11.20x104184.132.49x1032.99x10730.20小計2.89x104160.651.02x1049.89x107100.00出塔熱量冷凝器QC14.02x104-25.97-6.58x102-2.64x10726.97塔頂(18)QD12.68x103-25.97-6.77x103-1.81x10718.49塔底(17)QW11.42x104184.13-3.76x103-5.35x10754.54小計5.71x104184.13-1.12x104-9.80x107100.00熱量損失=(進塔-出塔）/進塔*100%=0.91%注：之所以會有0.91%的損失，可能是因為在計算過程的一些誤差，和在采集數據是由于有效數據而導致的誤差。4.2.6壓縮機C0101能量衡算圖4-6原料氣壓縮機C0101物流示意圖表4-6原料氣壓縮機C0101能量衡算表項目C0101輸入物流輸出物流23溫度C45.42237.26能量KJ/hr2.06x108-1.38x108-1.18x108合計KJ/hr凈負荷輸出-輸入2.06x1082.06x1084.3全裝置的能量衡算表4-7全裝置的能量衡算表設備能量KJ/hr設備能量KJ/hr輸入物流能量KJ/hr輸出物流能量KJ/hrE01015.13x106T02012.71x106ETHENE7.61x1075-1.75x108E0102-1.01x107T03011.09x106OXYGEN-6.71x1077-1.98x108E0103-4.54x107T04016.46x106CO2-2.15x10810-4.28x107續表4-7設備能量KJ/hr設備能量KJ/hr輸入物流能量KJ/hr輸出物流能量KJ/hrR0101-4.65x107ACETIC-2.74x10813-1.01x10714-5.25x107小計-6.59x107-4.12x108-4.78x108合計凈負荷輸出-輸入-6.59x107-6.59x1074.4熱量合理利用方案及換熱網絡優化為了充分利用該工藝過程的能量，降低公用工程消耗，需進行用能的綜合分析。工藝流程中有多處需要加熱、冷卻以及涉及到相變過程，其中包括原料的預熱、壓縮后氣體的冷卻、產品的冷卻、精餾塔塔頂回流及塔底再沸所需的換熱等等，我們借助AspenEnergyAnalyzer軟件設計，并優化了換熱網絡。同時結合實際生產工藝，最大限度的降低成本。采用夾點技術進行換熱網絡的設計時，除了通過物流的信息計算相關的物理參數從而滿足換熱匹配要求外，還需求得最小換熱單元數，最小換熱面積和最小公用工程；同時換熱網絡的設計還需要考慮到設備布置。因此在具體設計換熱網絡時候，可以從兩方面出發：一是物流信息的確定，求出整個系統的所有涉及到加熱冷凝的物流信息；二是考慮到具體物流的熱集成能力以及其他性質情況（包括位置等因素），在滿足換熱匹配的要求上進行換熱設計。4.5各換熱器熱負荷及介質用量匯總表4-8各換熱器熱負荷表換熱器熱負荷/(KJ/hr)項目熱負荷/(KJ/hr)E0101-1.01x107T0201冷凝器-1.06x108E01025.13x106再沸器1.09x108E01035.13x106T0301冷凝器-3.48x108再沸器3.49x108T0401冷凝器-2.34x107再沸器2.99x107備注：各換熱器的換熱介質及其用量請見本書第六章。4.6全裝置熱量平衡圖設計及繪制（附圖1-2）4.7熱量衡算匯總及小結由于AspenPlus的應用，使得熱量衡算變得簡單易行，省去了大量繁重的計算，本次列表主要列了一些主要的設備的熱量衡算和整體熱量衡算。換熱網絡的優化使能量能得到最大的利用，節省資金，同時也保護了環境。參考文獻[1]顏藝倩.合成醋酸乙烯的工藝技術探討.學界.研究天地.[2]曾禮箐，乙烯法合成乙酸乙烯酯固定床列管式反應器的設計[3]陳聲宗，化工設計第二版，北京：化學工業出版社，2008

第5章設備選型5.1設備工藝設計概述一般情況下,化工設備從總體上考慮可以大體分為兩類,一類通常是被稱標準設或定型設備,這些都是成批成系列生產的設備,可以到經銷商那里購買；另外一類則被稱為非標準設備或非定型設備，很多這些都是化工過程中必需要專門設計的特殊設備,不僅生產較少,而且設計業較復雜。標準設備一般情況下都會有關于產品的目錄或樣本手冊，以及各種規格牌號，還有不同生產廠家。工藝設計的任務是根據工藝要求，計算并選擇某種規格型號的設備，以便訂貨。非標準設備也是化工生產中大量存在的設備，它甚至是化工生產的一種特色。非標準設備工藝設計師根據工藝條件，通過工藝計算，提出類型、材料、尺寸和其他一些要求。再由化工設備專業人員進行機械設計，由有關工廠制造。在設計非標準設備時，應盡量采用已經標準化的圖紙。選型和工藝設計的原則如下：（1）合理性即設備必須滿足工藝要求，設備與工藝流程、生產規模、工藝操作條件、工藝控制水平相適應，又能充分發揮設備的能力。（2）先進性要求設備的運轉可靠性、自控水平、生產能力、轉化率、收率、效率要盡可能達到先進水平。（3）安全性要求安全可靠、操作穩定、彈性好、無事故隱患。對工藝和建筑、地基、廠房等無苛刻要求；工人在操作時，勞動強度小，盡量避免高溫高壓高空作業，盡量不用有毒有害的設備、附件、附料。（4）經濟性設備投資節省，設備易于加工、維修、更新，沒有特殊的維護要求，運行費用少。引進先進設備，亦應反復對比報價，考察設備性能，并易于被國內消化吸收改進利用，避免盲目性。（5）系統性化工生產過程是一個完整的系統，我們在考慮化工設備的設計的時候一定不能僅僅關注其中某些單一設備，這樣可以避免因個別設備妨礙整個系統優化；注重經濟性的同時，還應銅盤考慮，保留適當裕量，以免在日后擴產和工藝調整時成為系統“瓶頸”。總之，要綜合考慮合理性、先進性、安全性、經濟性、和系統性的原則，審慎研究，認真設計。5.2反應器的設計5.2.1概述本反應熱效應較大，反應轉化率受熱力學平衡限制，但對于預反應器而言，轉化率已達工藝要求，則考慮到結構復雜性、操作控制穩定性等因素，選擇固定床列管反應器，流體沿軸向自上而下流經床層。反應器選擇RPlug反應器，即平推流反應器。對于RPlug模塊來說必須提供反應的動力學信息，RPlug可以嚴格模擬活塞流反應器，反應器周圍的冷物流是可選的用RPlug，也可以模擬具有并流和逆流冷卻劑物流的反應器，RPlug只模擬基于速度的動力學反應。由文獻數據[1]反應器設計為4900個導管，長度為4m，直徑37mm，反應器的溫度145℃，入口處設置壓力為9bar，反應后壓力降為0.93bar。反應器中反應如下，動力學數據見表5-1.主要反應方程式為：C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2O副反應：C2H4+3O2→2CO2+2H2O表5-1在Pd/Au/SiO2催化劑作用下，合成VAM動力學數據表反應能量指數動力學常數C2H4+CH3COOH+0.5O2→C2H3OOCCH3+H2OC2H4O2E(KJ/mol)A0.360.2150002.73C2H4+3O2→2CO2+2H2O-0.310.82210007.73在此工段結束后產物的分布情況如表5-2計算得到在此情況下，乙烯轉化為乙酸乙烯酯的選擇性為92.2%。表5-2進出反應器物料表組分進料（kmol/hr）出料(kmol/hr)選擇性C2H414501222.13O218021.98C2H4O2600389.76C4H6O20210.2492.2%H2O0245.51CO2550585.275.2.2主體設備的設計由于aspen選型中使用平推流反應器，在實際工業實施使用固定床列管式反應器，這樣與原先模擬得到的數據最接近。提取AspenPlus數據得進入反應器的體積流量為V=16315m3/h，由aspen讀取停留時間:t=0.00229hr則空速為：sv=1/t=436.68h-1(1)反應器體積Vcat=V/sv=16315/436.68=37.4m3（2）反應器內徑的確定計算公式：D——管束內徑，mm——管間距，mmb——對角線排列的數目L——最外層管子的中心到殼體壁邊緣的距離,mm，由前面敘述可知:a=32mm,b=150,d=25mm最外層管子的中心到殼體壁邊緣的距離，取L=2*d=50mm內徑的計算公式：D=a*(b-1)+2*L=4868mm,往上圓整為5000mm反應器厚度的設計：反應器圓筒的計算壁厚公式：δ=QUOTE其中壓力PC=1MPa，焊接接頭系數QUOTE（單面焊的對接接頭，局部無損檢測），查《化工設備機械基礎》附錄《鋼板、鋼管、鍛件和螺栓的許用用力》可知：在150QUOTE，QUOTE=163MPa，由以上公式計算鋼板的厚度：δ==19.24mm厚度的附加量C=C1+C2,由GB6654-1996《壓力容器用鋼板》和GB3531-1996《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》，的負偏差C1=0.25mm；對于不銹鋼當介質腐蝕性極微時，可取C2=0。所以：QUOTE+C1+C2=19.24+0.25+0=19.49mm查鋼板的常用厚度（GB/T709-2001），將19.49mm，圓整后獲得鋼板的常用厚度為20mm。選擇標準橢圓封頭，封頭高為690mm，取其形狀系數K=1,則D0/2hi=2.外徑D0為5000mm，則其圓邊高度hi=D0/（2*2）=5000/4=1250mm。壁厚δ為反應器的厚度20mm，則這邊高度為ho=150mm。橢圓封頭外徑5000mm，壁厚20mm，圓邊高度1250mm，直邊高度50mm。其他設計：反應列管：Φ32x3.5反應器內徑：5000mm壁厚：20mm（3）反應器管束數的確定根據計算公式：——反應器的體積，m3/h——催化劑填料高度，md——管壁厚度，m計算得到反應器管數n=5030，與aspen有反應器管束為4900相差不大，可以認為計算是正確的。（4）反應器高度的選擇計算公式：代入相關數據有h=6.902m元整得到反應器高度為7.0m綜上：反應器的高為7.0m，反應器的直徑為5.0m表5-3反應器設計規格一覽表：項目內容項目內容高度/mm7000內徑/mm5000厚度/mm20列管/mmΦ32x3.5設計壓力/MPa1鋼板標準GB6654類型固定床列管反應器鋼號16MmR列管數5030數量15.3精餾塔的設計5.3.1概述本項目主要涉及塔設備有3個，包括反應精餾塔、脫水塔、乙酸乙烯酯精制塔，完成了對全廠塔設備的工藝參數設計、基本參數設計，并選取其中最有代表性的反應精餾塔T0401給出了詳細的計算和選型說明。其它塔設備的設計結果見本章結尾處表格。5.3.3乙酸乙烯酯精制塔的設計本塔主要是精制中混合溶液中的乙酸乙烯酯，本塔T0401選用板式塔。浮閥塔是在泡罩塔的基礎上發展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設有浮動的浮閥，浮閥可根據氣體流量上下浮動，自行調節，使氣縫速度穩定在某一數值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產能力以及設備造價等方面比泡罩塔優越。所以本塔選用，浮閥塔。5.3.4主要工藝尺寸的設計T-0101主要工藝尺寸設計過程及項目如下：（1）塔經D根據AspenPlus塔板設計結果及Cup-tower校核結果，塔經D為2200mm。圖5-1T0401塔設計結果（2）塔間距HT塔徑為2200mm時，根據經驗及Cup-tower校核結果，選定塔間距為600mm。（3）塔板開孔率根據經驗數據及Cup-tower校核結果，開孔率選用11%。（4）溢流裝置設計溢流堰選用平口堰，降液管選用斜式降液管。輸入信息如圖5-2、5-3、5-4所示。圖5-2浮閥結構類型輸入信息圖5-3氣液相流體輸入信息圖5-4塔板信息輸入信息檢驗工藝條件，輸入數據，進行軟件校核，得到塔板的結構參數和塔板的工藝參數等數據，并生成塔板負荷性能圖，最終獲得數據結果，見表5-1，圖5-5，圖5-6，圖5-7。圖5-5塔板的結構參數圖5-6塔板的工藝參數圖5-7塔的操作負荷曲線從塔板的負荷性能圖和操作點可以看出，塔盤的設計是比較合理的。操作點、操作上限點、操作下限點均處于液相上限線、液相下線線、漏液線和液泛線之間比較合適的位置，塔設備的操作彈性較大。表5-4乙酸乙烯酯精制塔結構數據塔板編號(實際)T0401塔板層數1塔內徑，m2.2板間距，mm600液流程數1Ａd/Ａt,%9.99開孔率,%13.堰長，mm1598堰高，mm50底隙/側隙，mm50降液管寬，mm344受液盤寬，mm394受液盤深，mm50堰型平堰塔板形式圓形浮閥表5-5乙酸乙烯酯精制塔校核結果表塔板編號T0401溢流強度，m3/h42.94停留時間，s11.95降液管液泛，%18.00閥孔動能因子，(m/s)(kg/m3)5.54單位塔板壓降，Pa326.87降液管內線速度,m/s0.05降液管底隙速度,m/s0.24表5-6脫乙酸塔工藝參數一覽表塔板編號T0401氣相工況100%120%80%液相工況100%120%80%結構參數負荷性能圖塔徑[mm]2200板間距[mm]600降液管面積[%]9.99塔板開孔率[%]13出口堰長[mm]1598.1出口堰高[mm]50降液板底隙[mm]50溢流程數1氣液負荷氣相負荷[m3/h]1732.0992078.5181662.815氣相密度[kg/m3]32.3732.3732.37液相負荷[m3/h]68.62282.34654.897液相密度[kg/m3]778.03778.03778.03塔板水力學計算結果續表5-6液流強度[m3/m*h]42.9451.5334.35空塔氣速[m/s]閥孔動能因子[m/s(kg/m3)^0.5]5.546.654.43塔板壓降[pa]326.87350.33301.09霧沫夾帶[%]00.020漏液率[%]操作/下限孔速1.111.330.89降液管停留時間[s]11.959.9614.94降液管清液高度[mm]86.497.8175.07降液管液泛率[%]1820.3815.64降液管底隙流速[m/s]0.240.2塔高的計算（1）塔頂空間高度HD:取HD=1.4m（2）塔底空間高度HB：一般取塔底產品停留時間為QUOTE=12min，由以上計算可知塔徑D=2.2m，塔底液相負荷LS=21.31m3/h則塔底空間高度HB:HB=+2=+2=3.12m（3）進料空間高度HF:因為是液相進料，一般取HF=1.0m（4）塔的總高H；H=HD+HB+HF+QUOTE=1.4+3.4+1.0+0.6*38=28.6m5.3.5塔附屬設備的設計（1）筒體由Cup-tower設計校核結果，得到精餾塔的塔徑D=2.2m，操作壓力P=1.5MPa=15kg/cm3。查《化工原理課程設計》表3-1，精餾塔塔體選用鋼Q235F,筒體壁厚18mm。（2）封頭的設計本精餾塔選用標準橢圓封頭，查《化工原理課程設計》表3-2，由于本塔的公稱直徑Dg=2200mm，則由表格可以查的曲邊高度h1=550mm，直邊高度h2=40mm，封頭厚度S=18mm。（3）人孔和手孔的選擇由于本塔的直徑大于800mm，故采用人孔。每隔7塊塔板設一個人孔，另外塔頂和塔底各設一個人孔，總共5個人孔。人孔采用圓形人孔Dg450，即480X6mm.表5-7人孔具體安裝位置見下表：表5-7人孔位置表人孔編號1234567人孔位置塔頂7-8塔板14-15塔板21-22塔板28-29塔板35-36塔板塔底（4）裙座塔的高徑比H/D=6<30，所以圓筒形裙座。塔徑大于2000mm，需要開6個排氣孔和2個Dg450的人孔，裙座的高度取3m。5.3.6乙酸乙烯酯精制精餾塔接管的設計(1)塔頂蒸汽出口管徑dv(5-1)參考《化工原理課程設計》表3-5蒸氣導管中的常用蒸汽速度，取蒸汽流速為35m/s，塔頂蒸汽量為1732m3/h，考慮到生產中操作回流比的變動，Vs取值較大些，為470m3/h，由公式(5-1)得dv=QUOTE4*17323.14*35*36004*17323.14*35*3600=0.132m查表3-8取接管的標準系列，接管參數如下：公稱直徑Dg=150mm,接管外徑厚度δ=159×6接管伸出長度200mm，補強圈外徑(D)300mm，補強圈內徑（d）163mm。(2)回流管管徑dR回流液用泵輸送，取回流流速uR=2m/s，考慮操作回流比的波動，取回流液流量LS=68.6m3/h，由公式(5-1)得dR=QUOTE4*68.63.14*2*36004*68.63.14*2*3600=0.110m查表3-8取接管的標準系列，接管參數如下：公稱直徑Dg=125mm，接管外徑厚度δ=133×6，接管伸出長度H=200mm，補強圈外徑(D)250mm，補強圈內徑（d）137mm。(3)進料管管徑dF液相進料um為18.02m3/h，用泵輸送料液，取進料速度為2m/s.由公式(5-4)得dF=QUOTE4*18.023.14*2*36004*18.023.14*2*3600=0.0565m查表3-8取接管的標準系列，接管參數如下：公稱直徑Dg=65mm，接管外徑厚度δ=73×6，接管伸出長度H=150mm，無補強圈。(4)塔底出料管徑dw取塔底出料管流速uw=1.0m/s，塔底出料的體積流量Lw=21.31m3/h，由公式(5-1)得dW=QUOTE4*21.313.14*2*36004*21.313.14*2*3600=0.0614m查表3-8取接管的標準系列，接管參數如下：公稱直徑Dg=65mm，接管外徑厚度δ=73×6，接管伸出長度H=150mm，補強圈：外徑D=160mm，內徑d=80mm。(5)塔底至重沸器連接管管徑dL取接管內流速uw=1.2m/s，連接管的液相流量Lw=315m3/h。由公式(5-1)得dL=QUOTE4*3153.14*2*36004*3153.14*2*3600=0.236m查表3-8取接管的標準系列，接管參數如下：公稱直徑Dg=300mm,接管外徑厚度δ=325×10，接管伸出長度H=200mm，補強圈：外徑D=550mm，內徑d=329mm，補強圈的厚度與被補強的封頭等厚。(6)重沸器返塔聯接管管徑db罐式重沸器返塔是蒸汽部分，其流量為提餾段蒸汽負荷，即Lb=3429m3/h，取管內氣相流速為45m/s。由公式(5-1)得db=QUOTE4*34293.14*35*36004*34293.14*35*3600=0.164m查表3-8取接管的標準系列，接管參數如下：公稱直徑Dg=200mm，接管外徑厚度δ=219×8，接管伸出長度H=200mm，補強圈：外徑D=400mm，內徑d=223mm，補強圈的厚度與被補強的封頭等厚。綜合以上結果，列出各接管匯總表，如下：表5-8乙酸乙烯酯精制塔接管設計一覽表公稱/Dg/mm外徑×厚度接管伸出長H/mm補強圈外徑D/mm補強圈內徑d/mmdv150159×6200300163dR125136×6200250137dF6573×615016080dw6573×615016080dL300325×10200550329db200219×8200400223由以上計算方法計算其他兩個塔設備，得到如下塔設備一覽表：表5-9其他兩塔設備一覽表序號流程編號名稱塔類型操作溫度QUOTE塔頂壓力（絕壓）/kPa回流比氣體負荷/(m3/h)塔頂塔底1T0201脫乙酸塔精餾塔-101231385.65575552T0301脫水塔精餾塔-2414340034952423T0401乙酸乙烯酯精制塔精餾塔-261841500151732序號流程編號名稱液體負荷/(kg/h)空塔線速/m/s塔徑/mm塔板數塔高/m計算實際1T0201脫乙酸塔43.74.02213122002318.42T0301脫水塔122.713.16145216002014.83T0401乙酸乙烯酯精制塔6813.6204922004028.65.4脫水塔（T0301）計算和校核5.4.1精餾塔設計類型：規整填料塔（設計需要）類型：規整填料塔。填料類型：M250Y填料。5.4.2脫水塔塔的校核通過cuptower對該塔進行了校核，主要結果如下：表5-10T0301校核表工藝設計條件頂部底部氣相條件1質量流量kg/h6912.706021113.53002密度kg/m30.63963.01163體積流量m3/h10808.12007010.66504粘度cP0.01260.0117液相條件5質量流量kg/h4114.931027563.06006密度kg/m3918.2874899.53977體積流量m3/h4.481130.64138粘度cP0.28210.26709表面張力mN/m57.235717.5618工藝計算結果1液泛分率%38.172.12氣體動能因子Pa0.51.612.263液體噴淋密度m3/m2.h3.0020.504單位填料層壓降mbar/m0.631.855空塔氣速m/s2.00821.30276泛點氣速m/s5.27691.80697氣體負荷因子m/s0.0530.07558流動參數/0.01570.07559填料層總壓降mbar2.61床層特性1填料名稱/M250Y6塔徑m1.382材質/不銹鋼7填料層高度m2.103比表面積m2/m3250.00008持液量%2.904空隙率%98.80009每米理論級數/2.505傾斜角°45.000010經濟F范圍Pa^0.50.3-2.5圖5-8填料塔的操作曲線5.4.3精餾塔塔高的計算結果表明，該塔通過核算。液體分布器槽式孔流型液體分布器。除沫器選用旋流板式除沫器。塔徑：1.452m。（由AspenPlus模擬得到）由AspenPlus模擬得到該塔的理論塔板數為20，進料位置為第8塊塔板。已知填料M250Y一米相當于2.5塊理論塔板，所以可以得到該塔的填料層高度為8m。填料塔高度H：，，由aspen可得塔底液相流量為24.8m3/h,取停留時間為10min。5.5換熱器的計算及選型5.5.1概述由aspen對整個裝置進行換熱網絡優化，