2019年醋酸乙烯合成的物料衡算

1、第五章 醋酸乙烯合成的物料衡算5、1反应器的物料衡算设计要求：年产11万吨聚乙烯醇，产品平均聚合度为1795,生成产时间为 每年330天。产品分子式为：CH CHOk IdCHOCOCHm由多品种聚乙烯醇质量指标(Q/OWAL001-1999)可得，PVA的聚合 度为4002800,本项目平均聚合度为1700,醇解度选取95%得"m + n = 1700解可得：m=85 n=1615100% =95%屮+m平均分子量：M pvc = (C2 H 2O) n (C4H 6°2)m ' 2=44 1615 86 85 2二 78372kg/ kmol产品产量FpVA年产

2、量330 24 7837210 104 103330 24 78372二 0.1611kmol / h所需单体量Fvac =(m - n)FpVC =1700 0.1611 =273.87kmol / hWac =Mpvc 汗咖=86273.87 = 23552.82kg / h =23.55t/h工艺条件假设(数据参考马延贵.聚乙烯醇生产技术.纺织 工业出版社.1988 ):乙炔单程转化率 X1 =15%以乙炔计算的醋酸乙烯的选择性S =90%醋酸转化率X2 -35%以醋酸计算醋酸乙烯的选择性S2 =96.12%乙醛收率 Y, =0.3106%巴豆醛收率Y2 =0.0621%则：乙炔收率十曰

3、心*M p86质量收率： Ym =Y =13.5% 汇一 = 44.65%MZ26由方程式：乙炔进料=叫竺Ym23.5544.65%= 52.74t/hC2H2 HAC > VAC根据反应器入口各组分的组成可计算总进料量52 74W总109.4248.2%依次计算其他组分进料数量如表5-1表5-1反应器的进料表进料组成数量（t/h）组成（%Wt乙炔52.7448.20醋酸48.6944.50醋酸乙烯2.462.25氮气3.453.15乙醛1.161.06巴豆醛0.150.14二氧化碳0.440.40水0.330.30丙酮0其它0合计109.42100出口组成计算由下列方程式计算C2H2+

4、HA AC26 60 86xy23.552CH3COOH（ch3）2co co2 h2o12058 44 18C2H2 + H2O ch3cho1844z52.740.3106%由上述三个方程求：x=7.12t/h y=16.43t/h z=0.065 m=0.29n=0.22 p=0.092所以出口流量如下：1、 C2H 2 :Wil =Wi0(1 Xi) =52.74 (1 15%) =44.83t/h2、 CH3COOH : W21 =W20(1 _X2) = 48.69 (1 35%) =31.65t/h3、 VAC : W31 =W30 Wvac =23.55 2.46 = 26.0

5、1t/h4、 N2 :W41 = W40 = 3.45t / h5、 CH3CHO : W51 二W10 驚 W50 =52.74 0.3106% 1.16=1.34t/h6CH2 =CHCH 2CHO ： W61 訥10 丫2 W60 =52.74 0.0621% 0.15=0.18t/h7、 CO2:W71 =W70 n =0.44 0.22 =0.66t/h8、 H2O :W81 =W80 p_z =0.33 0.092 0.065 = 0.36t/h9、 其他：W91 "65t/h因此可得反应器的出料表，见表 5-2.表5-2反应器的出料表进料组成数量（t/h）组成（% W）

6、乙炔44.8340.97醋酸31.6528.93醋酸乙烯26.0123.77氮3.453.15乙醛1.341.22巴豆醛0.180.16二氧化碳0.660.60水0.360.33丙酮0.290.27其它0.650.60合计109.421005、2分离器出口物料组成的衡算：由实验得分离器出口乙醛的汽相组成为90.7%,液相组成为9.3%那么乙醛汽相数量为 1.34 90.7% =1.22，液相数量为1.34 9.3% =0.12 , 其它组分数量为反应器出口数量。汽液分离器出的汽相组分部分放空，以保证N2不积累，其余大部分返回反应器与反应器进口的精乙炔混合循环使用。50°C CH3CH

7、O汽液分离器 C3H6O、VAC180°C合成气100°C * C4H6O、HAC、H2O图5-1分离器物料衡算图 由反应器的出口物料通过汽液分离器的计算，得表5-3汽相组程与表5-4液相组成。表5-3汽相组成组分数量t h组成（%W）c2h244.8389.37N23.456.88CH 3CHO1.222.42CO20.661.32合计50.16100表5-4液相组成组分数量t h组成（%W）CH3 2CO0.290.49CH 3CHO0.120.23C4H6O0.180.30VAC26.0143.88HAC31.6553.4h2o0.360.6其他0.651.1合计59

8、.2741005、3清洗工段物料衡算：汽液分离器出来的汽相组成清洗后，CH3CHO、C2H2被解析。所 以可得解析塔出口汽相组成表 5-5。表5-5解析塔出口汽相组成组分数量t h组成（%W）c2h244.8397.35CH 3CHO1.222.65合计46.05100汽液分离器出来的汽相组成清洗后，N2、CO2被吸收。所以可得吸收塔出口汽相组成表5-6。表5-6吸收塔出口汽相组成组分数量t h组成（%W）N23.4583.94CO20.6616.06合计4.111005、4乙炔净化工段物料衡算：5、4、1循环气物料平衡乙炔与醋酸为循环物料，由反应器的出口物料组成，可以得到乙 炔与醋酸的物料组

9、成，所以可到循环气物料平衡表5-7。表5-7循环气物料平衡表名称循环（t/'h）进料（t/h）补充（t/h）乙炔44.8352.747.91醋酸31.6548.6917.045、4、2精乙炔物料组成的计算由出口参考资料聚乙烯醇生产技术 33页可得，精乙炔的技术规格：表5-8精乙炔的技术规格序号项目单位指标1纯度%992磷化氢%0.00373硫化氢%0.00394比活性度s<30汽液分离器汽相组分部分放空以保证氮气不累积， 其余部分返回反应器进口与精乙炔混合使用。设循环气与放空气质量比为X,根据精乙炔技术规格要求表5-8， 计算精乙炔组成：精乙炔量=7.91/99%=7.99t/h

10、由循环气物料平衡表见表5-7与气液分离器出口汽相组成表5-3，可得：(0.66-0.66x+3.45-3.45x)=7.99-7.91 x=0.9805二氧化碳的量为：0.66-0.660.9805=0.013氮气的量为：3.45-3.450.9805=0.067由此得，精乙炔组成如表5-9 :表5-9 所以精乙炔的组成见下表组分数量t/h组成 (W%乙炔7.9199.00二氧化碳0.0130.16氮气0.0670.84总计7.991005、4、3粗乙炔组成的计算由参考资料聚乙烯醇生产技术 32页可得粗乙炔的技术规格: 表5-10粗乙炔的技术规格序号项目单位指标合格勉强1乙炔含量%>98

11、2磷化氢%<0.05<0.103硫化氢%<0.10<0.154压力（表压）mm水柱>1505温度<30由表5-10得，根据乙炔的质量流率计算乙炔的摩尔流率:Fi = 7.91 10304.23Kmolh26同理得：二氧化碳的摩尔流率:30.013 10 F244= 0.30K mol., h氮气的摩尔流率为:F30.067 10328= 2.39Kmol. h所以粗乙炔的总摩尔流率为:F F2+F31 -0.0005 -0.001304.23+0.30+2.391 -0.0005 -0.001= 307.38 KmoL h乙炔、二氧化碳、氮气的摩尔组成分别为

12、:304.23 乙炔：100% =98.98%307.38二氧化碳： -0型100% =0.10%307.38氮气：2.39100% =0.78%307.38由粗乙炔的技术规格表5-10知：磷化氢的摩尔组成取为0.05%,硫化氢的摩尔组成为0.1%,由此计算得到磷化氢的摩尔流率为：F4 =F总 0.05% =307.38 0.05% =0.15Kmol； h硫化氢的摩尔流率为：卩5十总0.1% =307.38 0.10% =0.31Kmol. h由以上数据计算得到，粗乙炔各组分的质量流率与组成，见表5-11 :表5-11粗乙炔组成见下表组成数量(t/h)组成(Wt%数(kmol/h)量组成(m

13、ol%乙炔7.9198.80304.2398.97二氧化0.0130.160.300.10碳氮气0. 0670.842.390.78磷化氢0.00510.060.150.05硫化氢0.0110.140.310.10总计8.006100307.38100清净剂次氯酸钠用料的计算：次氯酸钠是由氯气和氢氧化钠反应生成， 是一种强氧化剂，能分解放出氧原子，将乙炔中的杂质磷化氢、硫化氢净化。设除去磷化氢消耗的次氯酸钠的量为Xt h，除去硫化氢消耗的次氯酸钠的量为yth。PH3 4NaClO > H3PO4 4NaCl344 74.50.0051 xH2S 4NaClO > H2SC4 4Na

14、Cl344 74.50.0111 y由此可得：X=0.045t h，y= 0.096t h那么消耗次氯酸钠的总量为：x 0.1411 h氢氧化钠与氯气用量的计算：设氢氧化钠用量为：m t h，氯气用量为n t h2NaOH Cl2； NaCI NaCIO H 2O2 407174.5m n 0.141由此可得：m=0.15t h , n=0.134 t h次氯酸钠中有效氯的成分为 0.141 35574.5 =0.067t. h （符合工业 生产的要求）5、5反应器热量衡算表5-12相关物质物性参数表分子量M（ g/m）ol沸点toC）汽化潜热vH(J/mol )液相热溶L(J/mol)汽相热

15、溶(kcal/kg.°C )乙炔26-84.00.469醋酸60118.02.392 1071.384 1050.35醋酸乙8672.53.157 1071.926 1050.291烯乙醛4420.852.483 1071.400 1050.412巴豆醛70102.23.446 10751.688 100.40丙酮5856.292.956 1071.388 105二氧化440.232碳氮气280.25水181004.08 1077.559 1040.458循环油1560.63备注：1KCal =4.18KJ丙酮汽相热容Cp = 0.1384 JKmolK导热油的密度=1.02g/h根

16、据工艺条件的选择反应器入口气体温度140OC,反应温度（既出 口温度）180 OC。1、反应放出热量 反应热92.86KJ 22.18Kcal molQ1 =(W31 -W30) 1000 22.18/86= (23.55 103 -2.46 103) 22.18 1000/86 = 5.4393 106 KCal /h气体从140oC升到180oC吸热为Q2(1)执八、qi=cw=t(2)q2q3=CWLt(3=CWLtq4q5二 cw t(5)=cW4q6(6)=cw=tq7q8(7=cw t(8)=cw t35=0.469 52.74 10(180 -140)= 9.8940 10 k醋

17、酸吸35= 0.35 48.69 10(180 -140)=6.8166 10 k醋 酸 乙 烯= 0.291 2.46 103 (180 -140)=2.8634 104k氮气吸34= 0.25 3.45 10(180 -140)=3.45 10 k乙醛吸= 0.412 1.16 103 (180 -140)= 1.9117 104k巴豆醛= 0.4 0.15 103(180 -140)=2.4 103k碳氧=0.232 0.44 103(180 -140)水蒸= 0.485 0.33 103(180 -140)/h/h吸/h/h/h=4.0832 103k气吸= 6.0456 103k/h

18、/h/hc执八、c执八、c执八、c执八、c执八、a执八、执八、乙炔吸其它吸热可以忽略8所以 Q2 二 ' qi =1.7660 106kcal /h3、被载热油带走的热量Q4a.假设反应器有热损失Q =1 105kcal/h (经验取值)贝y : Q4 =Q1 -(Q2 - Q3)=5.4393 10(17.658 1) 105 =3.5735 106 KcaL h b假设反应器无热损失则:Q，4 g -Q2 二 5.4393-1.7658 106 =3.6735 106kcal/h64、反应热利用率=豈10。=54393磊100%=32-46%反应器热量衡算：相关物质的物性参数表其中

19、丙酮 Cp =8.7582 104J/kmol.K5、导热油用量 W由(Cp =0.63kcal/h，心由=1.02g/h. 4 = 10oC) a.反应器有热损失Q4=M 10103 0.63 10 = 3.5735 105156156 3.57350.63 10= 88.49t/hW油88.49 1031.02 103-86.75m3/hb.反应器内无热损失Q'4=W油 10 103 0.63 10 =3.6735 106 156W 油=35=90.96t/h0.63 10=W油炉96叭89.伽3小'油1.02 1035、6分离器热量衡算一段冷却：(控制温度范围：180 1

20、00oC，一段出料温度：100oC, 醋酸温度50 90oC )反应器出口混合汽的温度经汽液分离器一段冷却后，温度由180oC降到100oC ,在此过程中大部分重组分醋酸冷凝下来，同时水,巴豆醛也几乎全部冷凝下来，余下的组分通往二段继续冷却。'36(1) C2H2 :Q1 =44.83 100.469 4.187 (180-100)= 7.04 10 kJ / h'35(2) N2:Q2=3.45 100.25 4.187 (180 -100)=2.89 10 kJ / h'35(3) CH3CHO :Q3 =1.34 100.412 4.187 (180 -100)=

21、1.85 10 kJ / h'35(4) CO2:Q4 -0.66 100.232 4.187 (180-100)=0.513 10 kJ / h(6)VAC: Q''35b =4.18 W Cp ：t =26.01 100.291 4.187 (180-100)=25.4 10 kJ/h3'30.3&1046(7)H2O:Q =0.310 x0.4584.187(18000汉4.0810 =8.7110 kJ/h18(5)CH3COCH3Q'=W CpM0.29 103358 108.758 104 (100-80) = 0.350 105kJ

22、/hWW(8)HAC :Q8 =4.18 W CpvHLMM31 65工103= 31.65 1 03 0.35 4.187 (180-118)2.392 1 046060= 16.81 106KJ.h31.65 101.384 102 (118 100)0.18 103703.446 1040.18 103701.668 1 02(102.22-100)(9240:(» =4.18 W' Cp：t W . vH W L ：tpMM-0.18 103 0.40 4.187 (180-102.22)= 1.13 105 KJh(10)其它：按醋酸处理:Q10 -1.2 4.18

23、 W' Cp4 W ：vH W L 丄 tMM3= 0.65 100.35 4.187 ( 180-118 )3+ 0.65 1036023.92 104+30.65 103600.1384102(118-100 )=4.11105kJ /h所以一段总冷量10Qy Q； =3.63 107kJ /hi =Q二段冷却(气体温度100-50 °C)醋酸温度(20-30 oC )由一段冷却来的气体经过二段冷却后温度由100°C降到50°C，在此过程中相对重的组分 VAC(即产品)几乎全部冷凝下来，同时几 乎所有的丙酮也冷凝下来，余下的组分含有C2H2，N2, C

24、O2.CH3CHO通 往三段冷却。(1) C2H2 :Q1" 4.18 w' Cp=44.83 103 0.469 4.187 (100-50) = 4.40 106kJ/h(2) N2：Q2'' =4.18 W' Cp 3.45 103 0.25 4.18 (100-50) = 1.81 105kJ/h(3) CO2:Q" =4.18 W' Cp .：t=0.66 103 0.232 4.187 (100-50) = 3.21 104kJ/h(4) CH3CHO :Q4" =4.18 W' Cp 4 1.34 103 0.412 4.187 (1