年产10万吨醋酸乙烯生产车间工艺设计

1、-作者xxxx-日期xxxx年产10万吨醋酸乙烯生产车间工艺设计【精品文档】1 绪论1.1 概述醋酸乙烯（Vinyl acetate，简称VAc），全称为醋酸乙烯酯，分子式C4H6O2,结构式是CH3COOH=CH2,分子量。在常温下醋酸乙烯是一种无色透明液体，易挥发、稍有毒性、带有特殊的气味，对人的眼睛和皮肤有刺激作用。它的蒸汽为湿麻醉剂，能刺激皮肤及呼吸器官。醋酸乙烯能与水部分互溶，与甲醇、乙醇等形成共沸物，能与苯、水形成三元恒沸物1，沸点，相对密度，折射率，闪点-1，爆炸极限2.613.4 (V%)，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有机溶剂，不溶于水2。醋酸乙烯是不饱和的羧酸酯，

2、由于分子内存在不饱和双键及羧基，化学性质活泼，能够发生聚合反应、加成反应、水解反应、乙烯基转移反应、氧化反应等化学反应2。醋酸乙烯是一种重要的有机化工原料，在实际应用中，它通过自身聚合或与其它单体共聚，可以生成聚乙烯醇（PVA）、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE）或共聚树酯（EVA）、聚醋酸乙烯（PVAc）、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物（EVC）、聚乙烯醇缩甲醛、乙烯-乙烯醇（EVOH）、氯醋共聚物（VC/VAc）和聚丙烯腈变性体等衍生物3。 加拿大人F.Klatte在1912年首次发现VAc，后来这一发现发展成乙炔液相法技术。1921年德国Consortium fur Electrochemisch

3、e Industrie公司开始工业化生产VAc，即用乙炔气相法技术4，这拉开了VAc工业生产的序幕。VAc工业历经近百年发展，技术已经非常成熟，尤其是第二次世界大战后各国对VAc的需求大幅度上升促进了VAc的生产得到快速的发展。世界VAc的产地主要集中在北美、西欧和亚洲，这三个地区的产能和产量均占世界的80%以上。据ICIS统计，2008年全球VAc生产能力达681万吨/年，占17.2；其他地区仅占3.15。 2008年全球主要醋酸乙烯生产企业及产能见表1-16。表1-1 2008年国外主要醋酸乙烯生产企业及产能 生产企业 生产地区 生产能力（10kt/a） 生产方法 塞拉尼斯 法国和德国等地

4、 172.0 乙烯气相法 莱昂德尔化学公司 美国 38.0 乙烯气相法 陶氏化学公司 美国 36.5 乙烯气相法 杜邦公司 美国 33.5 乙烯气相法 沙特国家石油公司 沙特 27.5 乙烯气相法 英力士公司 英国 25.0 乙烯气相法 瓦克公司 德国 20.0 乙烯气相法 日本合成化学工业公司 日本 18.0 乙烯气相法 日本昭和电工 日本 17.5 乙烯气相法 亚洲乙胜公司 韩国 17.0 乙烯气相法 日本可乐丽公司 日本 15.0 乙烯气相法 日本VAM&POVAL公司 日本 12.0 乙烯气相法我国自1964年从日本可乐丽公司引进2万吨/年电石乙炔法VAc/年，分别占亚太和全球

5、产能的43.3和21.55，目前还有几套万吨级的VAc正在生产装置正在投建，如大庆石油化工集团有限公司和大连化工集团有限公司。另外，我国台湾地区也有两套乙烯气相法VAc/年。2008年我国醋酸乙烯主要生产企业情况见表1-26。 表1-2 我国醋酸乙烯主要生产企业情况 生产企业 生产能力( 10kt/a) 生产方法 塞拉尼斯（南京）化工有限公司 30.0 乙烯气相法 四川维尼纶厂 20.0 天然气乙炔法 北京有机化工厂 13.0 乙烯气相法 安徽皖维股份有限公司 12.0 电石乙炔法 上海石化股份有限公司 12.0 乙烯气相法 江西化纤化工有限责任公司 10.1 电石乙炔法 云南云维股份有限公司

6、 8.5 电石乙炔法 山西三维集团股份有限公司 8.0 电石乙炔法 湖南省湘维有限公司 8.0 电石乙炔法 广西维尼纶集团有限责任公司 6.5 电石乙炔法 福建纺织化纤集团有限公司 5.5 电石乙炔法 兰州维尼纶集团 5.0 电石乙炔法 贵州水晶有机化工(集团)有限公司 3.5 电石乙炔法 石家庄化工化纤有限公司 2.5 电石乙炔法 牡丹江东北化工有限公司 1.5 电石乙炔法2009年全球醋酸乙烯产能可以充分满足市场需求，醋酸乙烯行业发展基本是健康的，供应增长和需求增加大致保持平衡。在本轮经济危机到来之前，业内预测醋酸乙烯行业在未来几年内的需求量将保持45的年增长率，到2012年需求总量将接近

7、600万吨。目前，醋酸乙烯市场正经历重要变革，随着世界经济形势的不断变化，预计未来全球醋酸乙烯市场会出现如下特点，全球醋酸乙烯行业垄断情况加剧，醋酸乙烯生产全球化进程加速，醋酸乙烯价格下滑将促进下游产品消费，延长产业链6。7，对我国的醋酸乙烯工业而言是一个难得的发展壮大的契机。我国醋酸乙烯工业工艺落后，装置规模小，对此进行分析，VAc生产企业应考虑与国外醋酸乙烯生产巨头合作，整体建设醋酸产业一体化项目，即建设醋酸、醋酸乙烯、醋酐、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液等在同一产业链条上的上下游项目，不断开拓应用领域形成产品链，以规避和减少市场风险8。 课题要求及意义1.4.1 课题的要求课题要求查阅与该课题所

8、相关的一些资料，对醋酸乙烯的性质和用途、国内外的市场情况和发展趋势、目前主要的工业生产原理和路线，以及工业生产中的生产做一个充分的了解。然后根据所查到的资料和一些前沿科技知识以及自己所拥有的知识体系做根据，通过老师的指导，优选工艺，设计醋酸乙烯的生产工艺流程和生产车间配置。设计过程中要对该工艺进行物料衡算和热量衡算；进行主体设备的工艺设计和选型、辅助设备的工艺设计与选型，并绘制主体设备图；进行车间布置设计，包括绘制车间平面和立体布置图、带控制点的生产工艺流程图；进行技术经济分析与评价。从而对该物质的特性和工业设计有一个更加全面和深入的了解。1.4.2 课题的意义醋酸乙烯是一种重要的有机化工原料

9、，是世界上产量最大的50种有机化工原料之一。通过自身聚合或与其它单体共聚，可以牛成多种衍生物。这些衍生物的用途十分广泛，可用于纸张或织物的上胶剂、粘接剂、涂料、墨水、皮革加工、一纤维加工、乳化剂、水溶性膜、土壤改良剂等方面。随着科学技术的进步，新的应用领域还在不断拓展。醋酸乙烯生产经过几十年的发展，目前全球有40多套醋酸乙烯装置。亚洲是世界最大的醋酸乙烯生产地区和消费地区。近年来，我固醋酸乙烯生产有较大幅度增长。但随着对其应用领域的不断丌拓以及国家经济发展速度的加快，尤其是建筑、造纸、印刷、汽车、卷烟、食品等行业的快速发展，使醋酸乙烯的需求量逐年上升，市场供需矛盾同渐突出。根据查阅的有关醋酸乙

10、烯生产情况及进出口情况，我们知道国内产量不能满足需求，市场对进口的依存度逐年上升。因此，发展醋酸乙烯工业具有广阔的市场前景，这次设计非常具有可行性。2 本课题要解决的问题和采用的研究手段2.1 醋酸乙烯的生产工艺概述 乙炔液相法 Shawinigan公司在F.Klatte的研究基础上发展起来的最早生产方法，液相法选择性低、副产品多，现在该法已被淘汰。乙炔液相法工艺的反应过程大致如下：在搅拌槽型反应器或鼓泡塔型反应器内加入一定量的醋酸，在常压、30-70条件连续送入乙炔，乙炔以鼓泡形式通过反应液层。反应所使用的催化剂为硫酸汞或磷酸汞，浓度控制在2.5%左右2。随着醋酸乙烯生产规模的扩大，乙炔液相

11、法逐渐被乙炔气相法取代。 该法主要以Wacker和Borden流程为代表，在电石及天然气资源丰富的地区，乙炔气相法工艺的使用比较普遍。 （1）Wacker法工艺 1928年，德国Wacker化学公司采用固定床列管式反应器建立了第一套乙炔气相法VAc工业装置。该法是电石乙炔法的典型工艺。1965年，日本可乐丽公司首先使用了流化床反应器，随后美国DuPont公司、日本合成化学公司也相继采用。到20世纪60年代后期，固定床工艺大多转换为流化床工艺3。 （2） Borden法工艺 Borden法工艺是20世纪60年代初美国Borden公司和Blawknox公司合作开发成功的。该法以天然气部分氧化制取乙

12、炔，用副产的合成气制取醋酸，然后两者合成制取VAc。该法的主要工艺过程和设备与Wacker法相似。当时这种新的生产方法在天然气丰富的国家和地区得到了广泛的应用3。该工艺的反应机理和使用的催化剂大体上和乙烯氧生产乙醛的过程相同，也使用氯化钯-氯化铜催化剂，钯含量控制在L，催化剂溶液中还添加一定量的碱金属醋酸盐9。乙醛氧化制成醋酸可为本工艺提供原料，这是乙烯液相法的特点之一。但该工艺的主要设备及连接管道都存在严重的腐蚀问题，装置只能运转2-3年，若解决腐蚀问题则在经济上不合算，目前该法已被淘汰。 乙烯气相法工艺是使乙烯、氧气和醋酸蒸汽在钯（Pd）、金（Au）或铂（Pt）/SiO2（或Al2O3）贵

13、金属负载形催化剂的作用下，在100200、0.61.1MPa条件下发生气相氧化而合成醋酸乙烯10，反应方程式如下： CH3COOH + CH2=CH2+ 1/2O2 CH3COOHCH=CH2+ H2O 乙烯气相法醋酸乙烯生产分为合成和回收精制两部分，工业上有两种十分相似但拥有各自专利权的工艺，Bayer法和USI法，除USI公司外，世界上应用USI工艺的装置不多，目前工业上大部分采用Bayer法。2.1.5 哈尔康法及其他合成法 （1）哈尔康法。以煤为原料制合成气即一氧化碳和氢气，合成气羰基合成甲醇，甲醇与合成气羰基合成醋酸，醋酸与甲醇酯化得到醋酸甲酯,醋酸甲酯通过羰基化反应生成亚乙基二乙酸

14、酯(EDA)，再经热裂解生成VAc和醋酸。该法不用乙烯和醋酸作原料，实现了以煤为单一原料生产VAc3。哈尔康法技术上可行，但目前经济上尚缺乏竞争力。 （2）2000年，Eastman开发出二条合成气生产VAc但不必回收醋酸的新路线。 第1条 路线是由醋酸经过中间产物乙烯酮制取醋酸乙烯，先是乙烯酮氢化得到乙醛，然后乙醛与乙烯酮反应生成醋酸乙烯。第二条路线是由乙醚羰基化合成醋酐，然后醋酐与乙醛在反应精馏塔中反应生成醋酸乙烯和醋酸，副产物醋酸被还原为反应精馏中所需的乙醛。该工艺的投资成本比与醋酸进行一体化生产的乙烯气相法工艺高约15%，生产成本高出7%，目前尚没有该工艺工业化的报道。 目前还有二醋酸

15、乙二醇酯热解法、醋酐还原脱水法、甲醇法等生产工艺11，技术上如同哈尔康法可行，但未运用于实际生产，主要是因经济成本较乙烯气相法高。 综上所述，目前工业生产醋酸乙烯主要采用的技术是乙炔气相法和乙烯气相法,乙烯比乙炔相对价廉，因此世界上乙烯法占主要地位。但是在电石或者天然气资源丰富而价格相对低廉的地区，乙炔气相法还有一定的竞争力。2.2.1 乙炔气相法和乙烯气相法的比较 乙烯法流程较短，而乙炔法流程较长，工艺过程较为复杂。与乙烯法相比，电石乙炔法最大的缺点是存在环保问题和能耗问题，因此该法在欧美国家已经逐渐被淘汰。近几年随着原油价格的节节攀升，特别是电石乙炔法在“三废”的综合利用方面取得了突破性的

16、进展，乙炔法重新获得了生机。乙炔气相法也很大优势，其工艺特点有：(a)由于是连续反应，长期稳定的运行便于工艺控制自动化；(b)催化剂由廉价的锌制得；(c)逐步副反应受控制，EDA等副产物量少；(d)醋酸乙烯选择性大幅度提高，单体质量好。在我国，虽然石油乙烯工业高速发展，但我国天然气和电石资源丰富，我国境内乙炔气相法仍被广泛采用，这具有三大优势：（a）相比较于原料乙烯而言，电石法乙炔合成醋酸乙烯的原料来源稳定，不受全球油价的影响，相对便于进行远距离运输，成本低廉。（b）醋酸乙烯进口价比国内出厂价略低，再加上运输和销售成本，两者价格基本相当，但如果考虑乙烯价格持续走高，以及原料乙烯现货供应非常紧缺

17、的影响，在市场需求旺盛、销售通畅的情况下，国内乙炔法还是有竞争优势的。（c）乙炔气相法已在国内应用了数十年，技术成熟2。综上所述可知在石油严重依赖进口的我国发展乙炔法合成醋酸乙烯仍将有重要的意义。我国乙炔法合成VAC原料来源稳定，工艺成熟可靠，生产成本经济，在原材料供应环境、产品售价、国内催化剂效能等方面，存在和国内外乙烯法市场抗衡优势。因此，这次设计采用乙炔气相法工艺路线。2.2.2 乙炔气相法Wacker流程和Borden流程的比较Wacker流程是以电石乙炔为原料的典型工艺，该法以脱硫、脱磷化氢的电石乙炔与醋酸为原料，催化剂采用醋酸锌一活性炭体系，并添加次碳酸铋为助催化剂，反应温度为17

18、0200摄氏度，压力为常压12。Borden流程是以天然气乙炔为原料，以醋酸为吸收剂回收反应产物，代替了低温冷却分离产物的方法，提高了乙炔净化和回收效率，操作费用比当时一般的乙炔法降低30左右。Borden流程投资大，技术难度大。Wacker流程技术简单，在相同规模下投资比Borden流程要少得多，但Wacker流程能耗较高、污染较大，生产成本较高。我国主要采用的是Wacker流程技术，技术成熟，可行性高，尤其现在国内许多以电石乙炔为原料的产家在Wacker流程中融合了Borden流程的先进之处，醋酸乙烯的产量提高很多13。因此，这次设计采用电石乙炔气相法技术,即Wacker流程。 电石乙炔法

19、合成醋酸乙烯主要包括乙炔气发生及净化、醋酸乙烯的合成及精制等四个部分。在我国主要采用此法生产醋酸乙烯,生产原理如下。11： (1)电石制乙炔气体：CaC2+ 2H2O C2H2 + Ca(OH)2(2)乙炔气体与醋酸蒸汽在一定温度下通过醋酸锌·活性炭催化剂的作用合成醋酸乙烯4，反应方程式：C2H2 + CH3COOH CH3COOCH=CH2 2.3.2.主要的副反应方程式9： （1）乙醛的生成。 醋酸乙烯水解：CH3COOCHCH2 + H2O CH3CHO + CH3COOH （2）巴豆醛(丁烯醛)的生成。 a.由乙醛生成：2CH3CHO CH3CH=CHCHO + H2O b.

20、乙炔与乙醛作用：CHCH + CH3CHO CH3CH=CHCHO 电石经电磁振动加料器连续加入乙炔发生器，电石与水发生化学反应生成的乙炔从发生器顶部逸出进入乙炔净化装置中净化，再进入反应器中与醋酸蒸汽反应合成醋酸乙烯，反应器出料混合物转移至分离工段进行初步分离再进入精馏工段中进行精馏，制得纯度99.5%的醋酸乙烯目的生成物14,该工艺生产醋酸乙烯的工艺流程见图2-115。醋酸蒸发器 电石 水 醋酸乙烯 醋酸 循环醋酸 精馏工段分离工段床式反应器乙炔净化器乙炔发生器 乙炔 循环乙炔 电石灰渣 精馏组分 图2-1 电石乙炔气相法合成醋酸乙烯工艺流程图3. 物料衡算 按各个反应的选择性来说，床式反

21、应器内主要发生这三个主要反应。 合成乙炔：CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2 主反应：C2H2 + CH3COOH CH3COOCH=CH2 （A） 副反应：CH3COOCHCH2 + H2O CH3CHO + CH3COOH （B） 副反应：2CH3CHO CH3CH=CHCHO + H2O （C）M4M2M3 R2M1 R1 M6M5M9M11M8 T4 T3M10M7 M1：电石 M2：水 M3：乙炔气体 M4：醋酸蒸汽 M5：电石灰渣 M6：合成气 M7：乙炔等混合气 M8：冷凝液 M9： HAC M10：产品VAc M11：精馏重组分 R1：乙炔发生器 R2：固定床

22、反应器 T3： 分离塔 T4：精馏塔 图3-1 物料平衡关系图3.3基础数据3.3.1装置的工艺数据 1、生产规模：VAc生产能力是100kt/a。 2、生产时间：年工作日300d，每天24h，总共7200h。 3、产品为一级品：醋酸乙烯的含量不低于99.5%。 4、乙炔和醋酸的摩尔比为。 5、乙炔的单程转化率为16%，醋酸的单程转化率为40%，醋酸乙烯的选择性 和总收率按醋酸计均为97%。丁烯醛的选择性按乙醛计为30%。 6、除乙醛和丁烯醛，反应器内约莫生成其它副产物的质量分数是0.27%。 3.3.2小时生产能力 按年工作日300d，按每年7200h计算，醋酸乙烯的小时生产能力为： L=k

23、g/h 其中纯醋酸乙烯的量为99.5%=5kg/h3.3.3计算基础 此过程属于连续操作过程，发生化学反应，选kg/h作为计算单位。 电石（纯度80%，杂志氧化钙约占20%），醋酸为一等品（乙酸含量99.8%， 水分，甲酸含量，乙醛含量，蒸发残渣）。3.4 各工序的物料衡算16 （1） 醋酸的单程转化率为40%，醋酸乙烯的选择性和总收率按醋酸计均为97%，则HAc产率,则HAc用量kg/h。乙炔与醋酸的摩尔比为2.5，设乙炔的流量为M3，则，解得M3g/h。乙炔的单程转化率为16%，参与主反应的乙炔流量为kg/h。 已知乙炔用量，则根据反应CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2计

24、算80%纯度的电石用量、所需的水量和电石灰渣的量。M1=kg/h。电石的杂质是CaO，它会与H2kg/h。 M2=（20%kg/hkg/h M5=（20%g/h。（2）乙炔工序的进出料情况17kg/h。 进料二：水量kg/h。 出料一：精乙炔g/h及其夹带的水蒸气kg/h。 出料二：电石灰渣等g/h。 （1） 醋酸乙烯的选择性按醋酸计为97%，则40%的醋酸生成的醋酸乙烯有3%用于发生副反应（B）和副反应（C）。乙醛（ALd）和丁烯醛（Cr-ALd或巴豆醛)的总收率均按100%计算。 反应（B）生成ALd的量kg/h。 反应（B）所需的水量X=kg/h。 反应（B）生成的HAc流量kg/h。

25、已知Cr-ALd的选择性按乙醛计是30%，则生成Cr-ALd的流量 kg/h，剩余kg/h。 （2） 分离工段第一段是利用循环液洗涤掉气体中含有的催化剂粉末和并除去大部分HAc；第二段是冷凝大部分的VAc、Cr-ALd和H20等高沸物；第三段是分离出不凝气乙炔（含有N2、O2、ALd、HAc、CO2等）。进口气体中75%的乙炔、0.2%的CO2、3%的N2和O2等空气被完全排除（实际上还有ALd和HAc也被排除，但随着乙炔进入了反应器循环，可以不考虑在内）。 （3）分离塔进口气体中0.2%的CO2和0.07%的其他副产物是有乙炔和醋酸反应的副反应生成的，流量q=（27752.51+25617.

26、70+92.22） kg/h。按乙炔和醋酸的摩尔比可知消耗乙炔kg/h，醋酸kg/h。g/h，反应消耗量kg/h。HAc用量 kg/h，消耗量g/h。M6主要包括反应物g/h，连带生成副产物kg/h、kg/h及其他副产物kg/h，还有未反应完全的乙炔气体和醋酸蒸汽。此外，随乙炔和醋酸蒸汽进入反应器内的还有空气(不影响反应，不列入物料衡算）。 （5） 反应工段进出料情况g/h及其夹带的水蒸气kg/h，合格醋酸kg/h。 进料二：循环乙炔kg/h，循环醋酸15608.71 kg/h。 kg/h，乙醛kg/h，kg/h，kg/h，醋酸15608.71 kg/h，其它g/h。 逸出的气体中的乙炔占95

27、.9%，逸出的空气占3.84%，逸出有效气体 M7=kg/h，激冷塔底部流出液体混合物M8，其中醋酸乙烯流量为kg/h，醋酸流量为15608.71 kg/h，ALd流量为g/h，g/h，g/h。 在粗镏装置中，乙醛、丙酮、醋酸甲酯等作为初馏分分离。液体馏分在后续醋酸乙烯精馏装置、醋酸精馏装置及丁烯醛蒸馏塔和残余物蒸馏塔中进行分离。进料量M8=kg/hg/hkg/h-kg/hkg/h。99.5%的VAc产品从醋酸乙烯提纯蒸馏塔塔顶镏出，M10=kg/h。醋酸从醋酸蒸馏塔塔顶镏出，M9=g/h。精馏重组分从各精馏塔塔底镏出，M11=M8M9M10kg/h。3.5 醋酸乙烯生产过程物料衡算汇总18

28、表3-1 醋酸乙烯生产过程物料衡算表 流入 流出 序 物料 成 流量 序 物料 成 流量 号 名称 分 (kg/h) 号 名称 分 (kg/h) M1 电石 CaC2 85392.34 M5 电 石灰 渣 Ca(OH)2 M10 VAc CH3COOCHCH2 M9 醋酸 CH3 M2 水 H20 44008.28 M8 精馏 ALd M4 醋酸 CH3COOH M7 不凝气 C2H2 合计 155018.32 合计 155018.32 4热量衡算 （1）反应压力为常压，反应器进料温度平均为140oC，反应中温平均为185oC，反应器物料出口温度平均为205oC，计算基准温度=25oC。 （2

29、）计算时间基准是1h。 （3）查阅基础物理化学19可知各物质为=A+BT+CT2，单位,其中A、B和C系数如表4-1。质量定压比热容=/M，单位k。平均恒压热容=。 表4-1 各物质摩尔定压热容与温度的关系的系数表 系数 C2H2 VAc 24.67 328.23 -98.41 ALd 31.05 121.46 -36.58 H2 （4）查化学工程手册20可知各物质（气态）的标准生成热 。 表4-2 各物质（气态）的标准生成热（单位kJ/mol） 物质 C2H2 HAc VAc ALd Cr-ALd H20 227.48 -484.50 - 357.52 -166.19 -273.30 -28

30、5.83 （5）查化学工程手册20可知各物质沸点下的蒸发焓 表4-3 各物质沸点下的蒸发焓（单位：kJ/mol） 物质 C2H2 HAc VAc ALd Cr-ALd H20 沸点 118oC 72.5 104 100 （1）对于流动系统连续反应器其能量平衡方程式的一般形式为：E1E221。 式中：是系统内能的积累量； E1是进料带进系统的能量； E2是出料从系统带走的能量（包括内能、动能和位能等）； Q是外界传递给系统的能量； 是系统对外界做的膨胀功；W是外界对系统所做的机械功。连续系统处于稳定时=0，忽略机械功，忽略动能和位能，则可知P+HR=Q式中：HP和HR是反应物料的物理状态变化和化

31、学状态变化所引起的焓变； Q包括加热剂或冷却剂传入或传出的热量、设备表面的热损失和通过 回流冷凝器传递的热量。 （2）HP的计算 HP=-21。 式中：是始态及终态时各项物质的质量，kg。 是始态及终态时各项物质的温度，K。 是计算热焓的基准温度，一般取298K（25oC)。 是各项物质在与及与的平均等压比热，kJ·kg-1·K-1 （a）平均等压比热容的计算 以反应物乙炔为例，与之间的平均等压热容=，平均等压比热=/MkJ·kg-1·K-1。 与之间的平均等压热容=AT+/()=30.67T+。 平均等压比热 =/MkJ·kg-1·

32、K-1。 与之间的平均等压热容 =。平均等压比热 =/MkJ·kg-1·K-1。 这里需要注意的是反应物的初始温度是，生成物的初始温度是，终温均是。依此计算，得到各物质在两个不同温度区间的平均等压比热容。 表4-4 各物质在两个不同温度区间的平均等压比热容（单位：kJ·kg-1·K-1） C2H2 HAc VAc ALd Cr-ALd H20 （b）根据物料衡算中反应器的进口流和出口流(忽略其他副反应），计算HP C2H2的物理状态变化引起的焓变HP1180)- 160)=-2450546.63kJ+909172.29kJ=3359718.92kJ。 H

33、Ac的物理状态变化引起的焓变 HP2180)-160)=1749688.91kJ+520496.32kJ=2270185.23kJ。 H2O的物理状态变化引起的焓变HP3180)-160)=8138.42kJ+554.40kJ=8692.82kJ。 VAc的物理状态变化引起的焓变HP4160)=521435.08kJ。 ALd的物理状态变化引起的焓变HP5160)=5712.72kJ。 Cr-ALd的物理状态变化引起的焓变HP6160)=2130.48kJ。 综上，HP=HP1+HP2+HP3+HP4+HP5+HP6=6167875.25kJ。 （3）HR的计算 HR=Hr+HS=+HS21，

34、式中HS是反应物的状态变化热。 （a）C2H2 + CH3COOH CH3COOCH=CH2 =- 357.52-227.48+( -484.50)=-118.50 kJ/mol（放热反应）， m（VAc）=g， M（VAc）=86，则=-19630847.79kJ。 （b）CH3COOCHCH2 + H2O CH3CHO + CH3COOH =-484.50+(166.19)- 357.52+(-285.83)=325.14 kJ/mol（吸热反应）， m（ALd）=kg，M（ALd）=44，则=1665899.13kJ。 （c）2CH3CHO CH3CH=CHCHO + H2O =-273

35、.30+(-285.83)-2kJ/mol (放热反应），kg，M（Cr-ALd)=70，则=-181959.19kJ。 (d)7kg乙炔与kg醋酸反应生成kg其他副产物，诸多反应或消耗或生成热量，由于情况错综复杂难以计算，完全可以忽略不计。 （e）无论反应物还是生成物皆是呈气体状态，故HS=0。 综上，HR=+ （3）Q的计算 （a） 反应释放的热量一部分被反应合成物带出在预热器中与反应气体进行换热。另一部分被反应器内载热介质蒸汽冷凝水带走用于醋酸蒸发器蒸发醋酸。Q=P+HR （b）反应系统是封闭连续的，故而忽略设备的热损失，Q的一部分Q1用于蒸发HAc。Q的另一部分Q2.用于预热混合气体。

36、HAc的沸点是118oC，沸点下的蒸发焓=23.694kJ/mol，醋酸蒸发器内提供的热量Q1 = = 10116429.73kJ，则Q2.=Q-Q1=10116429.73kJ=1862602.87kJ。25oC的C2H2和25oC的HAc组成的混合气体，经预热器预热至140oC。预热C2H2所需的热量115=5808600.34kJ。预热HAc所需的热量115=3947687.57kJ。则预热系统内蒸汽预热器提供的热量=+-Q2.=7893685.03kJ。（c）蒸汽预热器预热的介质是过热蒸气，通过换热器换热作用，吸取自分离系统中的冷凝水所携带的热量转移部分至过热蒸汽。设过热蒸汽进口温度2

37、05，出口温度155，则所需过热蒸汽流量h1= 36544.84kg/h。 分离工段的分离塔为筛板和泡罩的混合塔板结构，全塔共22 块塔板，分为三段。第一段，HAc气体被冷凝液化，降温至90，送入HAc蒸发器，释放热量Q3。第二段，VAc、Cr-ALd和H2O等高沸物被冷凝液化，降温至5060,送入精馏工段，释放热量Q4。第三段，ALd等低沸物被冷凝液化，降温至-1±2,送入精馏工段，释放热量Q5。气体分离塔顶排出的混合气体（主要是C2H2)温度为 0,释放热量Q6。 （1）不同温度区间的平均等压比热容的计算 依上述方法和数据，求得HAc在90205温度区间的平均等压热=。 平均等压

38、比热容kJ·kg-1·K-1。 依次逐次计算，算得C2H2在0205温度区间、VAc在55205温度区间、H2O在55205温度区间、ALd在-1205温度区间和Cr-ALd在55205温度区间平均kJ·kg-1·K-1kJ·kg-1·K-1kJ·kg-1·K-1kJ·kg-1·K-1kJ·kg-1·K-1。 （2） 各物质温度变化引起的焓变 C2H2：1=205=8812632.25kJ。 HAc：2115=2836102.61kJ。 VAc：3150=3504727.56

39、kJ。 H2O：4150=3995.10kJ。 ALd：5206=52664.35kJ。 Cr-ALd：6150=14445.3kJ。 （3） 各物质相态变化引起的焓变 HAc：7=6227875.29kJ。 VAc：8=。 H2O：9=31169.6kJ。 ALd：10=93645.89kJ。 Cr-ALd：11=20387.89kJ。 相态变化引起的总焓变是10570932.54kJ。 （4） 冷凝水量的计算 设冷凝水进口温度为20，出口温度为80，可得冷凝器所用冷水流量h2=99519.67kg/h。 整个醋酸乙烯精馏系统由八个精馏塔组成22，工艺流程图如图4-1。 图4-1 醋酸乙烯精

40、馏工艺流程图 4.4.1 精馏一塔热量衡算 反应液用泵送至第一精馏塔，目的是脱除比醋酸乙烯沸点低的轻组分乙醛、溶解的乙炔等。热量衡算式子：Q塔顶出料+Q塔釜出料=Q回流进料+Q原始进料+Q23。 式中Q的值为正时表示该塔短缺热量，反之则是富余热量。 根据物料衡算的计算结果，再结合精馏原理，计算一塔的进、出料的气液相焓值以及流量如表4-5所示。 表4-5 一塔进、出料的气夜相流量及焓值 类型 流量（kmol/h) 焓值(kJ/mol) 据表4-5计算得到一塔必须加入的热量=5975286kJ/h。确定一塔再沸器提供的热量是通过进出口参数来计算的。再沸器的进口参数就是压缩机的出口参数，再沸器的出口

41、参数可以选择冷凝至饱和液体的状态参数。再沸器进口参数包括进口温度、进口压力和进口焓值，数值分别是 408.15K、428709Pa和89.33kJ/mol。再沸器的出口温度一定要高于塔釜出料的温度（351.45K），计算饱和液体时的流体焓值：=52.09kJ/mol。再计算得到再沸器给一塔提供的热量： =5665693kJ/h，=- =-309592kJ/h，这部分热量可自加热器提供。 4.4.2 精馏二塔热量衡算 第二精馏塔的功能是把醋酸和醋酸乙烯区分开，塔顶出粗醋酸乙烯，塔底出粗醋酸，热量衡算式子：Q塔顶出料+Q塔釜出料=+Q原始进料+Q23。 根据同样的原理和数据，进行二塔的物料衡算，得

42、到二塔塔顶、塔釜出料的各个状态参数如表4-6所示。 表4-6 二塔塔顶、塔釜出料的流量和焓值 类型 流量（kmol/h) 焓值(kJ/mol) 二塔的输出热量： =921164kJ/h。 二塔的输入能量：=558483kJ/h。=-36268kJ/h，这部分热量可由加热器提供。 4.4.3 精馏三塔的热量衡算 第三精馏塔的加料是第二精馏塔塔顶采出的粗醋酸乙烯，该塔的功能是脱轻组分，即从塔顶把乙醛蒸出。热量衡算式子：Q塔顶出料+Q塔釜出料=Q回流进料+Q原始进料+Q23。 依一塔的热量衡算，三塔进、出料气液相焓值以及流量如表4-7所示。 表4-7 一塔进、出料的气夜相流量及焓值 类型 流量（km

43、ol/h) 焓值(kJ/mol) 三塔必须加入的热量：=7565798kJ/h。 三塔再沸器的供热量是通过进出口参数是来计算的，再沸器的进口参数就是它的出口参数，出口参数可以选择冷凝至饱和液体的状态参数。三塔再沸器的各个参数进口温度408.15K、进口压力321041Pa和进口焓值77.56kJ/mol。 三塔再沸器的出口温度必须高于塔釜出料的温度，三塔塔釜出料的温度是373.03K,计算得到饱和液体的流体焓值：=23.17kJ/mol。 三塔再沸器的供热量：=8302090kJ/h。=- =736292kJ/h，这部分热量由冷凝器带走。 假定冷凝水进口温度为20，出口温度为80，可得冷凝器所

44、用冷水流量h3=2840.63kg/h。 依上述方法，通过计算得到其它几塔的热量衡算结果，见表4-8 表4-8 四八塔的热量衡算结果 塔号 四 五 六 七 八 (kJ/h) 550872 150752 -299476 105824 -250682 精馏四、五、七塔所短缺的热量由加热器提供。精馏六、八塔所富余的热量由冷凝器带走，假定冷凝水进口温度为20，出口温度为80，计算所需冷凝水用量分别是h4kg/h，h5kg/h。5. 主要设备的工艺设计和选型乙炔气相法合成醋酸乙烯的反应器主要有固定床反应器和流化床反应器，根据反应的转化率、选择性、反应热提供或转移的方法、催化剂的性能和寿命等几个方面因素选

45、择。固定床反应器被广泛应用于流固相催化和非催化反应，尤其适用于要求高转化率和高选择性的反应，这次化工设计采用固定床反应器。固定床反应器按催化剂床与外界是否进行热量交换可以分为绝热反应器和换热式反应器，工业上普遍采用换热式反应器，尤其是列管式换热反应器24。 （1）体积的计算依一般经验看来固定床反应器进口气体的初始浓度3，原料气的体积流量，即是固定床反应器每小时需要处理的物料量，反应器采用连续式操作。空速（每m3催化剂每h通过的标准气体量）U=315h-125，则催化剂床层理论体积3。 25，则3，则催化剂床层实际体积=Vc+V0m3。从下面有关的固定床反应器的尺寸设计，我们知道反应器内列管呈三角形排列，列管之间的间距是63mm，列管有效长度是8m，则反应器内列管及其空间排布所占的体积VL33。 固定床反应器体积不仅包括，还包括原料分布体积空间和物料分离空间，这部分空