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：CH2CHOHnCH2CHOCOCH3m由多品种聚乙烯醇质量指标 (Q/OWAL001-1999) 可得，PVA的聚合度为 400 2800，本项目平均聚合度为 1700，醇解度选取 95%得：mn1700n解可得： m=85n=1615100%95%nm平均分子量：M pvc(C2 H 2O ) n(C 4 H 6 O2 ) m24416158685278372kg / km ol产品产量FPVA年产量10104103330247837

2、2330240.1611kmol / h78372所需单体量FVAC ( mn)FPVC17000.1611 273.87kmol / hWMPVCFPVC86273.87kghthVAC23552.82 /23.55 /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X 115%以乙炔计算的醋酸乙烯的选择性S1 90%醋酸转化率X 235%以醋酸计算醋酸乙烯的选择性S296.12%乙醛收率 Y10.310%6巴豆醛收率Y20.0621%摩尔收率： YS1X10.90.1513.5%则：乙炔收率质量收率： Ym YM p8613.5%44.65

3、%M Z26由方程式 ：C2H2 HACVAC乙炔进料 =WVAC23.5552.74t / hYm44.65%根据反应器入口各组分的组成可计算总进料量52.74109.42W总48.2%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W1052.7448.20醋酸W2048.6944.50醋酸乙烯W302.462.25氮气W403.453.15乙醛W501.161.06巴豆醛W600.150.14二氧化碳W700.440.40水W800.330.30丙酮W900其它0合计109.42100出口组成计算由下列方程式计算C2 H 2 +HA

4、CVAC266086xy23.552 CH 3 COOH(CH 3)2 CO CO2 H 2O12058441848.6935%-16.43 mnpC2H2 +H2OCH 3CHO1844z52.740.3106%由上述三个方程求： x=7.12t/hy=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 ： W11W10 (1X 1 )52.74 (1 15%)44.83t / h2、 CH 3COOH ： W21W20 (1X 2 )48.69(135%)31.65t / h3、 VAC ： W31W30WVAC23.552.46

5、26.01t / h4、N2：W41W403.45t / h5、 CH 3CHO : W51W10Y1W5052.740.3106%1.161.34t / h6、CH 2 CHCH 2 CHO : W61 W10Y2W6052.740.0621%0.150.18t / h7、 CO2 :W71W70n0.44 0.22 0.66t / h8、 H2O:W81W80pz0.330.0920.065 0.36t / h9、其他 :W910.65 t/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 ）乙炔44.8340.97醋酸31.6528.

6、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1.3490.7%1.22 ，液相数量为1.349.3%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。CH3CHO180OC汽液分离器50OCC3H6O、 VAC合成气100OCC4H

7、6O、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（%Wt）C2H 244.8389.37N23.456.88CH 3CHO1.222.42CO20.661.32合计50.16100表 5-4液相组成组分数量 t h组成（ %Wt）CH3 2 CO0.290.49CH 3CHO0.120.23C4H6O0.180.30VAC26.0143.88HAC31.6553.4H 2O0.360.6其他0.651.1合计59.2741005、3 清洗工段物料衡算：汽液分离器出来的

8、汽相组成清洗后， CH 3CHO 、 C2 H 2 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（%Wt）C2H 244.8397.35CH 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（%Wt）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成，所以可

9、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

10、.99t/h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

11、格勉强1乙炔含量%>982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：F17.91103304.23K mol h26同理得：二氧化碳的摩尔流率：0.0131030.30 K mol hF244氮气的摩尔流率为：0.0671032.39 K molhF328所以粗乙炔的总摩尔流率为：F总F1F2 +F3304.23+0.30+2.39307.38Kmol h0.00050.00110.00050.0011乙炔、二氧化碳、氮气的摩尔组成分别为

12、：304.23乙炔：100%98.98%0.30二氧化碳：100%0.10%307.382.39氮气 :100%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：F4F总0.05%307.38 0.05%0.15Kmol h硫化氢的摩尔流率为：F5F总0.1%307.380.10%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%） 数量 组成(kmol/h)（mol%）乙炔7.9198.80304

13、.2398.97二 氧 化 0.0130.160.300.10碳氮气00670.842.390.78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 x t h ，除去硫化氢消耗的次氯酸钠的量为 y t h 。PH34NaClOH 3 PO44NaCl34474.50.0051xH 2S 4NaClO H 2 SO44NaCl34474.50.0111 y由此

14、可得：X=0.045 t h ， y0.096t h那么消耗次氯酸钠的总量为：xy0.141t 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 h 。2Na OHCl2Na ClNa ClOH 2 O2407174.5mn0.141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 35.574.50.067t h （符合工业生产的要求）5、5 反应器热量衡算表 5-12分 子 量沸点 toM（g/m） （）ol相关物质物性参数表汽化潜热液 相 热汽相热溶v H溶L（ kcal/kg.（J/mol ）（ J/molo C

15、 ）乙炔26-84.0醋酸60118.02.3921071.38410 5醋酸乙 8672.53.1571071.92610 5烯乙醛4420.852.4831071.40010 5巴豆醛70102.23.4461071.68810 5丙酮5856.292.9561071.38810 5二氧化 44碳氮气28水181004.0810 77.55910 40.4690.350.2910.4120.400.2320.250.458循环油1560.63备注： 1KCal4.18KJ丙酮汽相热容 Cp =0.1384J KmolK导热油的密度1.02g / h根据工艺条件的选择反应器入口气体温度 14

16、0 O C , 反应温度（既出口温度） 180O C 。1、反应放出热量反应热 92.86KJ22.18KcalmolQ1 (W31W30 ) 1000 22.18/ 86(23.551032.46 103 ) 22.18 1000 / 86 5.4393 106 KCal / h2 、气体从 140o C 升到 180o C 吸热为 Q2(1)乙炔吸热量q1cwt0.469 52.74 103(180140)9.8940105 k/ hcal(2)醋酸吸热量q2cwt0.3548.69103(180140)6.8166105k/ hcal(3醋酸乙烯吸热量q3cwt0.2912.46103(

17、180140)2.8634104 k/ hcal(4)氮气吸热量q4cwt0.253.45103(180 140)3.45 104 k / hcal(5)乙醛吸热量q5cwt0.4121.16103(180140)1.9117104 k/ hcal(6)巴豆醛吸热量q6cwt0.4 0.15103(180 140) 2.4 103 k/ hcal(7二氧化碳吸热量q7cwt0.2320.44103(180140)4.0832103 k/ hcal(8)水蒸气吸热量q8cwt0.4850.33103(180140)6.0456103 k/ hcal其它吸热可以忽略8106 kcal / h所以

18、Q2qi1.7660i13、被载热油带走的热量a. 假设反应器有热损失Q4Q31 105 kcal / h （经验取值）则: Q4Q1(Q2Q3 )5.4393 106(17.658 1) 1053.5735 106 Kcal hb 假设反应器无热损失则： Q' 4Q1Q25.4393 1.76581063.6735 106 kcal / h4、反应热利用率Q21.765810 6100%32.46%Q1100%1065.4393反应器热量衡算 :相关物质的物性参数表其中丙酮Cp8.7582 104Jkmol K/.5、导热油用量W油 （ Cp0.63kcal / h, 油1.02g

19、/ h, t10 oC ）a. 反应器有热损失Q4W油10335=10 0.63 10 3.5735101561563.5735W油1088.49t / h0.63W油88.49 103V油86.75m3/ h油1.02103b反应器内无热损失Q'W油10 31030.63 10 3.6735 1064=1561563.6735W油90.96t / h0.6310W油90.96 103V油89.18m3 / h油1.02 1035、6 分离器热量衡算一段冷却：（控制温度范围： 180100oC ，一段出料温度： 100oC ,醋酸温度 5090 oC ）反应器出口混合汽的温度经汽液分离

20、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。(1)C2 H2 :Q1'44.83 103 0.469 4.187 (180 100) 7.04 106 kJ / h(2)N2 : Q2'3.45 1030.254.187(180100) 2.89105 kJ / h(3)CH 3CHO : Q3'1.341030.4124.187(180100)1.85 105 kJ / h(4)CO2 : Q4'0.661030.232 4.187 (180 100)0.5

21、13 105 kJ / h(5)CH3COCH3 : Q5 'WC pt0.291038.758104 (100 80)0.350105 kJ / hM58 103(6)VAC : Q6'4.18 W ' Cpt26.01 1030.291 4.187 (180 100)25.4105kJ / h(7)H2O:Q7'0.36 103 0.458 4.187 (180 100)0.36 1034.08 1048.71 106 kJ/ h18(8)HAC : Q8'4.18 W 'CptW 'v HW 'LtMM31.651030.3

22、54.187(180118)31.651032.3921046031.65 1031.384 102(118 100)6016.81 106 KJ h(9)C4H 6O : Q9'4.18W 'C ptW 'vHW 'LtMM0.181030.404.187(180102.22)0.181033.4461040.181031.66810 2(102.22100)70701.13105 KJh其它：按醋酸处理'1.24.18W'CptW 'vHW't(10): Q10MML0.65 1030.354.187（ 180-118 ）+

23、0.6510323.92 104 +0.651030.1384 102 （118-100 ）6060=4.11105kJ / h所以 一段总冷量10Qi '3.63 107 kJ / hQ1i 0（气体温度 100-50 oC ）醋酸温度（ 20-30 oC ）二段冷却由一段冷却来的气体经过二段冷却后温度由100oC 降到 50 oC ，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 C2 H 2 ，N2 , CO2 , CH 3CHO 通往三段冷却。(1)C2H2: Q1''4.18 W ' Cp t

24、44.83 103 0.4694.187 (100 50) 4.40 106 kJ / h(2) N2 : Q2 ''4.18 W 'Cpt3.45 1030.254.18 (10050)1.81 105 kJ / h(3)CO2 : Q3 ''4.18 W 'C pt0.66 1030.232 4.187 (100 50)3.21 104 kJ / h(4)CH 3CHO : Q4''4.18W 'C pt1.34 1030.412 4.187(100 50) 1.16 105 kJ / h(5)CH'4.18W'C pW 'v HW 'L3COCH 3 : Q5tM