乙醇脱氢法制备乙酸乙酯课程设计

1、 南京工业大学 化工原理专业课程设计设计题目 乙醇脱氢法制备乙酸乙酯 学生姓名 班级、学号 指导教师姓名 课程设计时间20 12年05月12日-20 12年9月10日 课程设计成绩设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力及设计过程表现，30%设计最终成绩（五级分制） 指导教师签字 目 录1 项目总论11.1项目意义11.2建设规模11.3厂区及生产概况22 市场分析32.1产品的性质与用途32.1.1物化特性32.1.2 主要用途32.2国、内外产业状况42.2.1国外生产状况及发展动向42.2.2国内生产状况及发展动向52.3产品的市场需求预测72.3.1进出口情况72

2、.3.2消费现状及发展前景93 厂址的选择及布置103.1 厂址选择原则103.2 选择原因103.2.1 原料来源方便103.2.2 地理位置优越103.2.3 交通发达113.2.4 社会经济效益113.3 厂区概况113.3.2 厂址地区的自然条件123.3.3 厂址地区的交通运输条件133.3.4 基础设施建设143.4 厂址布置153.4.1 厂区概况154 工艺设计方案164.1 概述164.1.1 生产规模164.1.2 原料164.1.3 产品规格164.2 工艺设计方案164.2.1原料路线确定的原则和依据164.3工艺方案设计及说明194.3.1流程简介194.4 物料衡算

3、204.4.1 衡算原理204.5 热量衡算254.5.1衡算原理254.6 典型设备设计及选型274.6.1换热器计算说明书274.6.2 脱氢缩合反应器参数说明314.6.3 设备一览表312 前 言乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一，具有优良的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已被广泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树脂、合成橡胶等生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中用作特殊改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最重要的香料添加剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙酯也可用作粘合剂的溶剂，油漆的稀释剂以及作为制造药物、染料等的原料。目

4、前，国内外市场需求量不断增长。在人类日益注重环保的今天，在涂料、油墨生产中采用高档溶剂是大势所趋。作为高档溶剂，乙酸乙酯在国内外的应用在持续稳定增长，建筑、汽车等行业的迅速发展，也会带动对乙酸乙酯类溶剂的需求。本项目拟采用乙醇脱氢法生产乙酸乙酯。只需要乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，简称一步法。本设计小组根据化工设计的原则，在查阅各种相关文献的基础上，对原料、厂址等进行了选择，同时对工艺路线、自动控制、管路等进行了设计，还对生产成本、环境效益等进行了分析估算。并将设计结果分列于以下各章节。这个设计工作的特点在于：（1）本项目的原料是广西贵糖集团乙醇厂用生物发酵废糖浆制得的9

5、5%乙醇，凭借该地区丰富的甘蔗资源和发达的制糖工业，乙醇来源能够得到可靠保证，运输方便，价格低廉，同时符合国家对发酵法制乙醇的相关规定，绿色环保；（2）本项目采用乙醇脱氢法工艺生产乙酸乙酯，有反应温和，各种反应条件变化弹性大，工艺简单，容易操作等特点，相对于传统工艺，基本无腐蚀和三废排放。该工艺具有良好的“环境效益”, “社会效益”,“经济效益”；（3）针对乙醇脱氢法产品中副产物成分复杂，难以分离的不足，我们采用了增加加氢反应的方案，使原料乙醇的综合利用率得到提高，减少了主要的副产物乙醛，有利于后续分离的进行，同时使其中微量的羰基化合物（主要是丙酮和丁酮）得到了还原，提高了产品的质量和应用范围

6、；（4）采用以丙三醇为萃取剂的萃取精馏分离乙酸乙酯-乙醇-水中的乙酸乙酯，自行设计了精馏流程，在分离出高纯度乙酸乙酯（99%mol）的同时，回收了绝大部分的丙三醇和大部分的乙醇。分离后剩余的乙酸乙酯和乙醇混合溶液以无苯天那（香蕉水）的形式外售，满足当地油漆产业的需要又增加了利润。（5）采用热集成技术，大大降低了能量消耗，每吨乙酸乙酯的蒸汽消耗量从文献报道的56吨节省至3吨左右（中压蒸汽按价格折成了低压蒸汽），冷却水用量也得到了大幅度的缩减。（6）生产过程中产生的废渣为锅炉煤渣和失活的金属催化剂，在环境保护方案中均得到了妥善的处理，废水主要为精馏产生的含有微量乙酸乙酯、乙醇和丙三醇的水，在自建的

7、污水处理池处理达到国家相关标准后直接排放，基本无废气。整个设计的具体结果分列于以下各章节。由于水平有限，如设计存在的不妥或遗漏之处，希望诸位前辈予以批评指正。 免责声明：文档在线网中所有的文档资料均由文档在线网会员提供,该文档资料的版权属于提供者所有。文档在线网会对会员提供的文档资料进行筛选和编辑，但是并不声明或保证其内容的合法性和正确性。 31 总 论1.1 项目总述乙酸乙酯(ethyl acetate)又称醋酸乙酯。纯净的乙酸乙酯是无色透明有芳香气味的液体，是一种用途广泛的精细化工产品，具有优异的溶解性、快干性，用途广泛，是一种非常重要的有机化工原料和极好的工业溶剂，被广泛用于醋酸纤维、乙

8、基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树酯、合成橡胶、涂料及油漆等的生产过程中。其主要用途有：作为工业溶剂，用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中；作为粘合剂，用于印刷油墨、人造珍珠的生产；作为提取剂，用于医药、有机酸等产品的生产；作为香料原料，用于菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。在一些发达国家，它作为一种无毒、无公害型溶剂正逐渐取代含苯溶剂、甲基乙基酮等对人体和环境带来极大危害的溶剂。现今乙酸乙酯的生产路线分为酯化法、乙醛缩合法、乙烯加成法和乙醇脱氢法等。乙醇脱氢法是二十世纪九十年代后期发展起来的新技术，可以将乙醇经一步脱氢转化为乙酸乙酯，

9、同时生成副产品氢气。采用这种方法生产的乙酸乙酯纯度高、含水和各种重金属等杂质低，质量超过国家质量标准。目前中国的主要生产方法是酯化法，是一种比较传统的方法。乙醇脱氢法是新技术，目前在中国有两套装置正在建设，一个是吉林燃料乙醇公司的，一套是山东海化集团的。本项目是采用乙醇一步法，将乙醇以气相形式通过高性能催化剂的固定床反应器，脱氢缩合制得含乙酸乙酯、乙醛、氢气及未反应乙醇的混合气体通入加氢反应器，将副产的乙醛等羰基化合物还原成醇类，冷凝成汽液两相,进入分离工段，用膜分离法分离随氢气带出的乙酸乙酯和乙醇等，与前一工段得到的液相相混合,采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏制得高纯度乙酸乙酯，未反应的乙醇以

10、95%乙醇的形式进行回收，萃取剂丙三醇也进行回收。环保无污染，无废气，设备腐蚀小，单位产量能耗低。1.2 项目可行性分析通过可行性研究论证后，从经济利益角度上，本项目内部收益率为20.618%。但是，其前提是能够保证国家相关优惠政策及时到位、充足的原料供应、产品的销售价格和足够的市场（包括出口）以及相关工业项目能够得到共同开发。其中，原料供应是否充足、国家各项优惠政策是否及时到位是能否盈利的主要控制因素。1.3 项目审核经过可行性分析本项目从产业规划、产业布局、发展重点、原料来源、水资源平衡、运输安全、环境保护、项目管理和风险防范等方面，基本符合国家有关对化工行业的规范和要求。1.4 厂区及生

11、产概况本项目选址于广西贵港市贵糖生态工业园，占地面积约1.35万平米。厂区分为厂前区、生产区、生产辅助区和储罐区，由工业园区配套完善的水、电、汽等动力来源，建立有变电站、机修车间、检验中心、消防系统、罐装成品仓库等完善的公用和辅助工程设施。1.5 原料来源主要原料系浓度95%的工业酒精。广西贵港生态工业示范园是我国目前规模大、进展快的生态工业园之一。贵糖集团利用甘蔗榨糖，在此基础上成功地建设了一个生态工业园的雏形。贵港生态工业园现由两条主链组成：甘蔗制糖废糖蜜制酒精酒精废液制复合肥复合肥回施甘蔗田，以及甘蔗制糖蔗渣造纸碱回收。贵糖集团目前正在建设一个年产10万吨的造纸厂，并规划生产工业用酒精和

12、其它产品，示范园区建成后。将形成30万吨糖、20万吨工业酒精的生产规模。原料供应充足，价格低廉，可大幅缩减运输成本。由于世界粮食产量下降，粮食供给出现紧张，为了保证粮食安全，避免与人争粮的情况出现，国务院通过可再生能源中长期发展规划，限制发展以粮食为原料的制取乙醇工艺。而贵糖制取乙醇是通过甘蔗渣、废糖浆制得，属于变废为宝，绿色，环保，符合国家可持续发展要求。1.6 设计工艺脱氢法该工艺采用乙醇一种原料，直接合成乙酸乙酯，不仅减少了酯合成的中间环节，能从根本上克服设备腐蚀，环境污染等传统工艺上的缺点。虽然该工艺的乙醇转化率在60%65%之间 ,乙酸乙酯的选择性在85%90%之间。但采用物料循环回

13、流的方式，并使用了高效率的非晶态铜基催化剂，使总转化率达到较高水平。该工艺路线因为对设备无腐蚀，故可以采用价格较为低廉的碳钢，从而大大减少了设备投资，延长设备使用年限。同时，建立先进的热集成系统，科学合理地充分利用各股能量，达到节能减排的效果。252 工艺设计方案2.1概述工艺设计主要说明本设计生产乙酸乙酯的具体情况，主要包括生产流程概述、工艺流程说明、工艺特色介绍以及物料衡算书、热量衡算书。2.1.1生产规模本设计拟建产量为1万吨/年的乙酸乙酯厂以满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求1万吨年乙酸乙酯工厂属于中小型化工厂，为了达到预期的经济效益和社会效益。3.1工艺设计方案3.1.1 原料

14、本设计中的原料为95%工业乙醇。3.1.2 产品规格本设计中的产品为乙酸乙酯。其规格组成如表3-1。表3.1 乙酸乙酯产品规格表指标名称指标优等品一等品合格品色度(铂-钴色号)，号 101020密度，g/cm3 0.8970.9020.8970.9020.8960.902乙酸乙酯，% 99.098.597.0水份，% 0.100.200.40酸度(以ch3cooh计)，% 0.0040.0050.010蒸发残渣，% 0.0010.0050.0103.2.1 原料路线确定的原则和依据乙酸乙酯的合成路线主要有四种，即乙醇乙酸酯化法（其中包括了乙酸乙醇直接酯化法和反应精馏法），乙醛缩合法，乙醇脱氢法

15、，乙烯和乙酸直接加成法。应当说，乙醇乙酸酯化法在乙酸乙酯的合成中依然占有相当大的比例，尤其是在美国等国家，在国内多数企业也依然采用乙酸酯化法；德国、日本等国有多套乙醛直接缩合生成乙酸乙酯的装置；乙醇脱氢法与乙烯和乙酸直接加成法在其中所占的比例较小，技术有待成熟。3.2.1.1乙醇脱氢法反应式：以乙醇为原料生产乙酸乙酯，传统工艺必须经过乙醇氧化脱氢为乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸与乙醇酯化3个工段才能完成。乙醇脱氢法则只用乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，因此，这种方法也简称一步法，以区别于传统的三工段工艺。乙醇脱氢法总反应实际上也是经过3个步骤完成的。具体的反应机理有两种，一种是

16、“脱氢歧化酯化”机理，另一种是“半缩醛”机理，即三个步骤分别为乙醇脱氢为乙醛、乙醇与乙醛反应生成半缩醛、半缩醛脱氢为乙酸乙酯。20世纪90年代初清华大学化学系首先对此工艺进行研究，开发出催化剂cu/zno/al2o3/zro2，并获得了国家专利。1996年西南化工研究院也开始进行乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的研究，目前还在进行工业试验，取得了不小的进展。英国kvaerner工程公司于20世纪90年代研究乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，同时已经在南非建成第一家工业化生产工厂。该工艺的关键问题在于催化剂，根据反应历程，产物中有中间产物乙醛与乙酸，另外还有副产物乙烯、丙酮、丁酮、2-丁醇等。由于氢气对平衡的抑制及

17、降低副反应要求，单程转化率只能控制在60%70%。该工艺反应工段，但分离设备较多，流程较复杂，主要的副产物必须分离。脱氢法反应特点是：反应温和，各种反应条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。脱氢法优点：（1）生产成本低，在没有甲醇法乙酸生产的地区，价格优势很大；（2）每吨乙酯副产氢气509m3，适用于氢气有用场合；（3）基本无腐蚀和三废排放，副产物可用于生产无苯提案那水溶剂（香蕉水）。脱氢法缺点：（1）产品质量不如酯化法，虽然可以达到国标，但若丁酮等杂质难以得到完全分离，就不宜用于食品和酒增香等行业；（2）催化剂在使用前需要还原，停车后须用氮气保护避免氧化，因此只适用于大规模连续生产，经济规模

18、在5000t/a以上；（3）技术较复杂，尚未成熟。3.2.2 工艺方案设计及说明3.2.2.1 流程简介工艺流程图详见所附文件图3.1为aspen plus中流程模拟的截图。（1）气化选用贵糖集团乙醇厂生产的95%乙醇，用泵进行加压至反应压力（0.8mpa）之后，加热气化成蒸汽，并继续加热至反应温度（240）。（2）脱氢缩合过热乙醇蒸汽进入列管式固定床反应器，乙醇在cu-zn-zr-al-o多功能催化剂表面完成脱氢生成乙醛，再与乙醇缩合生成乙酸乙酯两步反应，并有乙醛、丙酮、丁酮等副产物产生。为了便于分离产品，查阅相关文献后，我们选择了240作为反应温度，单程转化率为50%。图3.1 aspen

19、 plus流程模拟图量的羰基化合物（丙酮、丁酮等）加氢还原成醇类，降低了丙酮、丁酮等产物对产品质量的影响，并且由于减少了乙醛这个含量极大的副产物，有利于分离的进行。（3）闪蒸将反应工段出来的混合气换热冷凝，并换热至过冷液状态后，利用剩余的压力进行闪蒸，将氢气分离出去，但由于氢气量较大和乙酸乙酯的挥发性较强等原因，一部分乙酸乙酯以及乙醇和水也会进入气相。液相直接转入精馏工段。（4）萃取精馏通过闪蒸，得到了含有乙酸乙酯、乙醇、水的混合体系（其他极少量的醇类与酯类基本不影响产品的质量，故这里不再讨论），该三元混合体系有四种可能的共沸物（乙酸乙酯-乙醇，乙酸乙酯-水，乙醇-水，乙酸乙酯-乙醇-水），这

20、是所有乙酸乙酯合成方法中都会碰到的一个分离难题。我们根据相关的专利和文献，决定采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏进行产品的精制。精馏序列如下：进入主萃取精馏塔，目的是得到符合标准的产品乙酸乙酯，在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在精馏塔塔顶可以得到99%（mol）的高纯度乙酸乙酯，塔釜中得到的是乙酸乙酯、乙醇、水以及丙三醇的混合物。进入副萃取精馏塔，目的是除去辅助精馏塔塔顶产物中的水，同样在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在塔顶得到提浓后的乙酸乙酯、乙醇、水混合物，塔底是丙三醇与水的混合物。3.2 物料衡算3.3.1 衡算原理物料衡算的理论基础是质量守恒定律。物料衡算它是指进入一个装置（或设备）的主物料的

21、量（包括损失量）和系统内部积累起来的物料的量。进行物料衡算时，首先必须确定衡算的体系，对一般体系，均可表示为：输入量输出量积累量对于有化学反应的系统，可表示为：物料输入量=物料输出量生产量+物料消耗量积累量当系统处于稳定状态时为：物料输入量=物料输出量表3-2反应工段物料平衡状况in(feed)out(2)temperature c25240pressure bar1.0138.104vapor frac01mole flow kmol/hr6075.590mass flow kg/hr 2763.0202763.020volume flow cum/hr59.9056630.950entha

22、lpy mmkcal/hr-3.977-2.991mass flow kg/hr hydro-0100.022 ethan-0110.49 ethyl-0100.478 ethyl-0200.006 water261ppm0.004mole flow kmol/hrhydro-01029.980ethan-0159.96029.380ethyl-01014.990ethyl-0200.6water0.040.640mole frachydro-0100.397ethan-010.9990.388ethyl-0100.198ethyl-0200.008water667ppm0.008表3-3 分

23、离工段物料衡算in245temperature c24024058.3pressure bar8.10420.26518.239vapor frac110mole flow kmol/hr75.59045.15230mass flow kg/hr2763.0202684.9311363.287volume flow cum/hr6630.9501584.35631.102enthalpy mmkcal/hr-2.991-3.035-1.945mass frac hydro-010.02227ppm54ppmethan-010.4900.5040.980ethyl-010.4780.4900.0

24、06ethyl-020.0060.0020.004water0.0040.0040.008mole flow kmol/hrhydro-0129.9800.0360.036ethan-0129.38029.34929.031ethyl-0114.99014.9350.1ethyl-020.6 0.1930.194water0.6400.6390.639mole frachydro-010.397803ppm0.001ethan-010.3890.6500.968ethyl-010.1980.3310.003ethyl-020.0080.0040.006water0.0080.0140.021o

25、utd2d3ww2temperature c153.1-5203.8204.9pressure bar30.3988.10619.25230.397vapor frac0100mole flow kmol/hr29.61030.43715.1520.390mass flow kg/hr1341.15178.0891321.64422.137volume flow cum/hr37.2201395.25935.9110.692enthalpy mmkcal/hr-1.806-0.009-1.577-0.0272mass frac hydro-0154ppm0.7731e-354.3443e-15

26、ethan-010.9870.0190.0110.604ethyl-0166ppm0.0620.9890.396 ethyl-020.0040.1461.0505e-353.0475e-35water0.009214ppm109ppb121ppmmole flow kmol/hrhydro-010.03629.9441e-354.7706e-14ethan-0128.7210.0320.3180.290ethyl-010.0010.05514.8340.099ethyl-020.1940.4064.9491e-352.4048e-35water0.6580.0017.9663e-060.000

27、148mole frachydro-010.0360.9841e-351.2236e-13ethan-0128.7410.0010.0210.745ethyl-010.0010.0020.9790.255ethyl-020.1940.0133.2662e-356.1679e-35water0.63931ppm526ppb380ppm表3-4 总物料平衡图infeed45temperature c25240583pressure bar1.01320.26518.239vapor frac010mole flow kmol/hr6045.15230mass flow kg/hr 2763.020

28、2684.9311363.287volume flow cum/hr59.9051584.35631.102enthalpy mmkcal/hr-3.977-3.035-1.945mass frac hydro-01027ppm54ppmethan-0110.5040.981ethyl-0100.4900.006ethyl-0200.0020.004water 261ppm0.0040.008mole flow kmol/hrhydro-0100.03620.036ethan-0159.96029.34929.031ethyl-01014.9340.1ethyl-0200.1940.194wa

29、ter0.040.639 0.639mole frachydro-010803ppm0.001ethan-010.9990.6500.968ethyl-0100.3310.003ethyl-0200.0040.006water667ppm0.0140.021outd2d3ww2temperature c153.1-5203.8204.9pressure bar30.3988.10619.25230.397vapor frac0100mole flow kmol/hr29.61030.43715.1520.390mass flow kg/hr1341.15178.0891321.64422.13

30、7volume flow cum/hr37.2201395.25935.9110.692enthalpy mmkcal/hr-1.806-0.009-1.577-0.0272mass frac hydro-0154ppm0.7731e-354.3443e-15ethan-010.9870.0190.0110.604ethyl-0166ppm0.0620.9890.396 ethyl-020.0040.1461.0505e-353.0475e-35water0.009214ppm109ppb121ppmmole flow kmol/hrhydro-010.03629.9441e-354.7706

31、e-14ethan-0128.7210.0320.3180.290ethyl-010.0010.05514.8340.099ethyl-020.1940.4064.9491e-352.4048e-35water0.6580.0017.9663e-060.000148mole frachydro-010.0360.9841e-351.2236e-13ethan-0128.7410.0010.0210.745ethyl-010.0010.0020.9790.255ethyl-020.1940.0133.2662e-356.1679e-35water0.63931ppm526ppb380ppm3.4

32、 热量衡算3.4.1 衡算原理热量衡算的理论依据是热力学第一定律，以能量守衡形式表达如下：q入=q出+q损 即，输入=输出+损失式中， q入：输入设备热量总和 q出：输出设备热量总和 q损：损失热量总和对于单元设备的热量衡算，热平衡方程可以写成下面形式q1+q2+q3=q4+q5+q6式中， q1：各股物料带入设备的热量（单位：kj）q2：由加热剂或冷凝剂传递给设备和物料的热量q3：过程的各种热效应（如反应热，溶解热）q4：各股物料带出设备的热量q5：消耗在加热设备上的热量q6：设备向外界环境散失的热量两式联系：q入= q1+q2+q3q出=q4+q5q损=q63.4.2 衡算结果 表3-5

33、主反应器热量衡算inoutfeed2temperature c 25240pressure bar 1.013258.106vapor frac 01mole flow kmol/hr 6075.590mass flow kg/hr 2763.0202763.020volume flow cum/hr 59.9056630.950enthalpy mmkcal/hr -3.977-2.991-3.977-2.991heat duty mmkcal/hrcondenser:-0.7102372 reboiler: 1.76183199表3-6 分离塔热量衡算inout2d3w3temperatu

34、re c 240-5-5pressure bar 8.1068.1068.106vapor frac 110mole flow kmol/hr 75.59030.43745.152mass flow kg/hr 2763.02078.0892684.931volume flow cum/hr 6630.9501395.25951.745enthalpy mmkcal/hr-2.991-0.009-3.731-2.991-3.74heat duty mmkcal/hrcondenser: -0.7390313 reboiler: 1.85054394表3-7 主萃取塔热量衡算inout45wte

35、mperature c 24058.3203.8pressure bar 20.26518.23819.252vapor frac 100mole flow kmol/hr 45.15230.00015.152mass flow kg/hr 2684.9311363.2871321.644volume flow cum/hr 1584.35631.10235.911enthalpy mmkcal/hr -3.035-1.945-1.577-3.035-3.522heat duty mmkcal/hrcondenser: -0.7390313 reboiler: 0.68625961表3-8 副

36、萃取塔热量衡算inout5d2w2temperature c 58.3153.1204.9pressure bar 18.23830.39830.398vapor frac 000mole flow kmol/hr 30.00029.6100.390mass flow kg/hr 1363.2871341.15122.137volume flow cum/hr 31.10237.2200.692enthalpy mmkcal/hr -1.945-1.806-0.027-1.945-1.833heat duty mmkcal/hrcondenser: -0.7390313 reboiler: 0

37、.686259614备设计方案4.1 设计原则4.1.1 反应器设计原则（1）具有适宜的流体力学条件，能保证气液两相充分接触，使反应以尽可能快的速度进行，达到最大生产能力。（2）在保证最大生产能力要求的气液流量的前提下，不能发生液泛。（3）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。4.1.2 塔设备设计原则（1）具有适宜的流体力学条件，达到气液两相的良好接触；（2）结构简单，处理能力大，压降低；（3）强化质量传递和能量传递。4.2 设计标准表4.1 设计采用的专业标准规范名称标准号钢制压力容器gb150压力容器用钢板gb6654奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定hg20537.1化工装置用不锈钢

38、大口径焊接钢管技术要求hg20537.4安全阀的设置和选用hg/t20570.2爆破片的设置和选用hg/t20570.3设备进、出管口压力损失计算hg/t20570.9钢制化工容器设计基础规定hg20580钢制化工容器材料选用规定hg20581钢制化工容器强度计算规定hg20582钢制化工容器结构设计规定hg20583-钢制化工容器制造技术规定hg20584化工设备设计基础规定hg/t20643压力容器无损检测jb4730钢制压力容器焊接工艺评定jb4708钢制压力容器焊接规程jb/t4709钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验jb4744压力容器用钢锻件jb4726-4724.3典型设备设

39、计及选型4.31换热器计算说明书一设计任务：设计一换热器，将质量流量为1740.57205kg/h，气相占0.670的95%（mass）共沸乙醇用回收塔塔釜出来的甘油的热量加热至饱和气相（t=78）经aspen软件模拟之后，流量为159kmol/h即14568.989kg/h的甘油从267.09冷却到255.04二设计方案：根据乙酸乙酯生产过程中，流量大，换热介质清洁等特点，设计选用管壳式换热器。管壳式换热器主要有固定管板式换热器、u型管壳式换热器、浮头式换热器、填料函式式换热器、滑动管板式换热器等。此换热器的目的是利用从回收塔塔釜出来的甘油的热量将乙醇回收塔中蒸出95%的乙醇进行汽化，因此考

40、虑到甘油具有较大黏度，宜走壳程。三设计过程： 计算定性温度、确定物理常数表1 物性表项 目管 程壳 程物理常数（在定性温度）注：，表中物料的物性数据通过从aspenhtfs中得到；热负荷从aspen流程模拟结果中得到。 初设总传热系数 计算对数平均温差 热流体 240 204 冷流体 25-5（1） 计算所需传热面积a,确定换热器参数a= 参考化工原理（天津大学出版）确定换热器的参数：管子为正方形排列；管长，管程数，管数为 ，传热面积 ，公称直径dn=325mm。（2） 对总传热系数进行校核.计算传热膜系数 对于管程： 对壳程：取换热器列管中心距t=32mm 当量直径流体通过管间最大截面积为：

41、 假定 . 计算总传热系数k 从换热器设计手册（钱颂文 主编）查得污垢系数： 冷却管子为钢管其导热系数，而其壁厚 所以总传热系数： 所以选取的值符合设计要求。（3） 压力降的计算（参考化工工艺设计手册 第二版） 对于管程： 管程压强降： 管程流通面积为：管内流速为：设管壁的粗糙度为0.1mm,则,则查得所以 对于壳程： 管子为正方形错列,取f=0.4 取折流板间距h=0.15m 挡板数 168 所以 管程和壳程压强降均符合题设要求因此从以上计算结果可以选出换热器型号为:2 经济管径选择： 考虑原料是乙醇为腐蚀性化学产品，我们经研究采用不锈钢材料的管道，参考化工设计概论，选择最经济管径计算公式：

42、对于不锈钢管，其进料式为： d最佳=226g0.50-0.35;利用aspen模拟数据进行数据处理：因为 d最佳=226g0.50-0.35 ； = = ； m=质量 v=体积； g=质量流率 v=体积流率。将式带入式，得： d最佳=226g0.50-0.35=226g0.150.35；以此计算依据选择各个管路代号，绘制表格如下4-4：表4-4 序号123456dd2d3feedw1w2w3 管径20060020060015015015015035020015015200公称压力代号lplnnlnpllnpld最佳 mm195.24101.88182610.5139.5127.139.5139

43、.5344.1195.24146.1319.8182质量流率 g2762.4592752.4592684.4002486.4001362.6841321.7171362.6841340.65978.0592762.4591321.71722.0322684.400体积流率 v59.8916630.49451.7331584.53530.92924.25730.92937.2021349.78659.89135.9100.68951.733实际压力 atm1882018118308119308三 精馏塔 因乙醇的腐蚀性很强，对油脂、油漆、橡胶件都会有腐蚀，对金属也有腐蚀性，故塔体材料选用不锈钢（

44、0cr18ni9）,塔盘材料也为不锈钢（0cr18ni9）。裙座对材料无特殊要求故考虑经济因素采用铸铁也可增强塔整体稳定性。(1)人孔孔径r=0.4m每十块塔板开一个人孔共四个人孔 取塔板间距，开人孔的塔板间距，裙座高度板上液层高度h1=60mm=0.06m(2)溢流装置 浮阀塔采用单溢流，选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。堰长对单溢流，一般取为（0.60.8）d，取=0.6d，即=0.6出口堰高 依式知采用平直堰，堰上液层高度 且在6070mm之间，故用平直堰，单溢流。则弓形降液管高度wd和面积af查弓形降液管的宽度与面积图得： 液体在降液管中停留时间，即停留时间在3s>>5s.

45、故 降液管尺寸可用。降液管底隙高 一般降液管底隙处液体流速为0.070.25，取，则 取=0.06m(3)塔板布置与浮阀数目与排列阀孔动能因子，取, 每层塔板上的浮阀数，即 取边缘宽度，破沫区宽度。塔板上的鼓泡区面积，即 ，d>900mm,采用分块式塔板，浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距t=75mm=0.075m,则排间距 分块式塔板支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距应小于105mm, ，塔板开孔率为(4)塔板流体力学验算雾沫夹带 泛点率=板上液体流经长度板上液流面积 取物性系数 k=1.0，查得泛点负荷系数,将以上数值带入公式中，得 泛点率=又按泛点率=计

46、算，得 泛点率=对于大塔，为避免过量夹带，应控制泛点率不超过80%，由上可知泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足的要求。塔板间距与塔径的关系塔 径/d，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板间距/ht，mm200300250350300450350600400600 故塔径取r=1.2m4.3.2脱氢缩合反应器参数说明本厂主反应设备即列管式固定床反应器可分为三块，从上往下可为气体段、催化剂段、气体段。反应器内径为1.8米，反应器壁厚0.006米属低压反应器。反应器的催化剂段由606根不锈钢管组成。取不锈钢管长度为3米，列管尺寸为外径45毫米，壁厚2.5毫米，

47、反应中上层气体段与下层气体段均为0.95米。反应器总高为4.9米。反应器进、出料管外管径273毫米，壁厚10毫米。附cad图。4.3. 3设备一览表名称编号规格数量备注原料储罐v010115000x120003换热器e0101bem1200-380.6-4.5/25-21加热闪蒸罐e01022000×40001精馏塔t0101 t01022000×360002乙酸乙酯储罐v010215000x120001成品副产品储罐v010315000x120001氢气储罐v01046000 x75001机泵若干5 自动控制5.1 仪表设计说明5.1.1 生产过程控制本项目内容包括：乙醇

48、的气化、脱氢缩合、加氢还原、萃取精馏、物料回收及全厂的公用工程等装置的过程控制部分，厂区办公楼的楼宇自动化，包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等多方面的内容。在实际生产操作过程中，当某些工艺关键性参数受到外界干扰影响而偏离正常状态时，自动操纵控制系统能自动通过调节控制变量，调节参数回到设定数值范围内，保障生产连续安全地进行。为对生产过程中各种工艺参数进行测量、指示和记录，本厂设有大量检测仪表，代替了操作人员对工艺参数的不断人工观察与记录，节省了大量的人力与时间。同时，在自动检测过程中，一旦发现工艺参数超过了设定允许范围，计算机自控系统自动地发出声光报警信号，告诫操作人员注意；与此同时联锁系统立即采取应急措施，打开安全阀或切断某些管道，必要时紧急停车，以防事故的发生和扩大，最大限度的保护操作人员