應(yīng)用化學(xué)醋酸車間課程設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　化學(xué)工業(yè)在我國發(fā)展十分迅速，而醋酸又是重要的化工原料及有機產(chǎn)品。醋酸是在以氧氣作為氧化劑的情況下，由乙醛氧化生成的。本書設(shè)計的鼓泡塔反應(yīng)器是主要的氧化傳質(zhì)設(shè)備。氧化設(shè)計包括方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算——物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖等內(nèi)容。</

2、p><p>　　此設(shè)計針對乙醛氧化制醋酸的問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的氧化設(shè)計過程。通過設(shè)計計算得到了氧化塔的基本的設(shè)計尺寸、塔內(nèi)氣泡的大小、氣泡的上升速度、氣含率、以及傳質(zhì)、傳熱系數(shù)等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：醋酸；鼓泡塔；物料衡算；熱量衡算；設(shè)備計算</p><p><b>　　Abstract</b></p&

3、gt;<p>　　The chemical industry in China has developed very quickly,and acetic acid is an important chemical materials and organic products.This paper has designed a bubble column being the main equipment of the

4、mass transfer of oxidation.This design includes programme chosing, calculation of technology design of the main equipment——mass balance,heat balance,technology parameters chosing,design of the frame and the size of techn

5、ology of the equipment,the size chosen of auxiliary equipment,figure of the </p><p>　　This paper has analysised,selected,calculated,accounted, graphicsed the oxidation of acetaldehyde to acetic acid in the d

6、esign process,it is a more completed process design.By calculating the bubble column,I draw the basic size of the design,the size of bubble in the tower,the rising speed of bubble,gas holdup,and the frames of mass and he

7、at transfer and so on.</p><p>　　Key words: acetic acid；single-purpose bubblecolumn；technology design ；hydrodynamics</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b&g

8、t;</p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 醋酸生產(chǎn)概況1</p><p>　　1.1 醋酸的生產(chǎn)史1</p><p>　　1.2 醋酸的性質(zhì)與用途1</p><p>　　1.2.1醋酸的物理化學(xué)性質(zhì)1</p><p>　　1.2.2 醋酸的主要用途

9、2</p><p>　　1.3 醋酸的生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)制度3</p><p>　　1.3.1 醋酸的生產(chǎn)環(huán)境3</p><p>　　1.3.2 車間的概況與定員3</p><p>　　1.3.3 安全生產(chǎn)制度4</p><p>　　1.3.4 三廢的處理4</p><p>　　第2章

10、物料衡算5</p><p>　　2.1 設(shè)備基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1.1物料衡算的工藝條件5</p><p>　　2.2氧化塔的物料衡算7</p><p>　　2.2.1乙醛用量的計算7</p><p>　　2.2.2氧氣用量的計算11</p><p>　　2.2.3循環(huán)錳

11、的設(shè)計計算11</p><p>　　2.2.4 尾氣的設(shè)計計算12</p><p>　　2.2.5保安氮氣的計算12</p><p>　　2.2.6氧化液的計算13</p><p>　　2.2.7 氧化塔的物料衡算結(jié)果14</p><p>　　第3章 熱量衡算15</p><p>

12、　　3.1氧化塔的熱量衡算說明15</p><p>　　3.2氧化塔的熱量衡算16</p><p>　　3.2.1 氧化反應(yīng)過程中的反應(yīng)熱的計算16</p><p>　　3.2.2尾氣帶出的熱量計算17</p><p>　　3.2.3 氧化液帶出的熱量的設(shè)計計算17</p><p>　　3.2.4 各物流帶入

13、的熱量18</p><p>　　3.2.5 損失的熱量19</p><p>　　3.2.6 冷卻水用量19</p><p>　　第4章 設(shè)備計算21</p><p>　　4.1反應(yīng)器設(shè)備計算21</p><p>　　4.1.1安全系數(shù)的選取21</p><p>　　4.1.2物性參

14、數(shù)的確定21</p><p>　　4.1.3空塔氣速的計算23</p><p>　　4.1.4分布板開孔率的計算24</p><p>　　4.1.5氣含率的確定25</p><p>　　4.1.6塔徑的確定27</p><p>　　4.1.7 反應(yīng)器體積的確定27</p><p>　

15、　4.1.8 鼓泡塔反應(yīng)器高度的確定29</p><p>　　4.1.9氣體分布板的設(shè)計30</p><p><b>　　附錄131</b></p><p><b>　　附錄232</b></p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><

16、;p><b>　　參考文獻36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p>　　第1章 醋酸生產(chǎn)概況</p><p>　　1.1 醋酸的生產(chǎn)史</p><p>　　人類最早制出醋酸是在19世紀(jì)后期，人們發(fā)現(xiàn)木材干餾液中含有7%的醋酸。</p>

17、<p>　　二十世紀(jì)初，工業(yè)上已經(jīng)出現(xiàn)能用電石生產(chǎn)乙炔，人們開發(fā)了一條乙炔在汞催化劑下水合制乙醛，進而氧化制乙酸的方法。于是形成了乙炔—乙醛—醋酸的工藝路線。</p><p>　　五十年代，石油化工工業(yè)逐步興起，乙烯逐漸取代了電石，進而形成了石油化學(xué)合成法。即乙烯—乙醛—醋酸的路線。</p><p>　　六十年代，西德巴斯施公司開發(fā)了甲醇和一氧化碳直接羰化合成法。隨后美國的都孟山

18、公司又在巴斯施公司的羰化法基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新型銠—碘催化劑，從而降低了工藝條件，從70年代中期以后世界上新建的大中型廠，90%以上均采用都孟山工藝。</p><p>　　從80年代開始，甲醇羰化工藝已成為醋酸生產(chǎn)的中流砥柱，而且將持續(xù)相當(dāng)長的一段時間。</p><p>　　1.2 醋酸的性質(zhì)與用途</p><p>　　1.2.1醋酸的物理化學(xué)性質(zhì)</p>

19、<p>　　醋酸學(xué)名為乙酸，分子式CH3COOH,分子量60.05，是無色透明、有刺激性氣味的液體。是最為重要的一種有機酸，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：</p><p>　　主要物理常數(shù)如下表：</p><p>　　表1 醋酸的主要物理性質(zhì)一覽表</p><p>　　醋酸是一種典型的有機酸，與堿及多種金屬反應(yīng)生成鹽類，與有些金屬生成堿或醋酸鹽；醋酸水溶液具有很強

20、的腐蝕性。純醋酸的導(dǎo)電率很低，加入少量的硫酸后，通電分解為CO、CO2和O2;醋酸燃燒呈藍色的火焰，并生成CO2和H2O；醋酸分子中的羥基和烷基能與鹵素、氨、醇發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)；醋酸與乙炔或乙烯反應(yīng)生成醋酸乙烯；醋酸熱烈解脫水可得乙烯酮。</p><p>　　1.2.2 醋酸的主要用途</p><p><b>　　1. 制醋酸乙炔</b></p><

21、;p>　　醋酸乙炔是聚乙烯醇、纖維的主要原料；它可以作為膠乳、滌料、織物整理劑、膠粘劑的原料，生產(chǎn)醋酸乙烯是目前醋酸的最大用途之一。</p><p><b>　　2. 制醋酸纖維素</b></p><p>　　生產(chǎn)醋酸酐，自加工成醋酸纖維是醋酸的第二大用途。醋酸和醋酸纖維素被廣泛的應(yīng)用于制造塑料、人造絲、噴漆、照相底片、透明紙、染料及醫(yī)藥等。</p>

22、<p>　　3. 制醋酸酯類溶劑</p><p>　　醋酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯和戊酯被大量用于工業(yè)溶劑。多用于噴漆、增塑劑、制藥和香料等。</p><p>　　4. 制取氯醋酸和醋酸鹽</p><p>　　一氯醋酸是制造除草劑2，4—D等的原料。醋酸鈉是制除草劑、織物、染料、照相底片的中和劑和媒染劑。</p><p><

23、b>　　5. 作織物整理劑</b></p><p>　　醋酸可以作為尼龍、丙烯纖維、織物的整理劑，是生產(chǎn)染料、滌料的重要中間體。</p><p><b>　　6. 用于制藥</b></p><p>　　醋酸在醫(yī)藥工業(yè)方面可用制維生素B1煙酸、乙酰胺、阿司匹林、黃連素、甲基硫氧嘧啶、磺胺硫脲和磺胺甲基嘧啶等重要原料。</p

24、><p>　　7. 制取乙?；衔?lt;/p><p>　　醋酸可以生成乙酰氯、乙酰胺、二甲基乙酰胺和乙酰苯胺等。</p><p>　　1.3 醋酸的生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)制度</p><p>　　1.3.1 醋酸的生產(chǎn)環(huán)境</p><p>　　吉林地區(qū)的自然條件及后天條件很適合建立大型化工廠。</p><p>

25、;　　距離水源—松花江較近，原料來源比較充分，電石廠本身有從西德引進設(shè)備生產(chǎn)的乙醛，化肥廠空分車間來的氧氣、氮氣和充分的電力資源，如吉化公司的動力廠、豐滿電廠和吉林火電廠等，所以電力來源相當(dāng)豐富。</p><p><b>　　自然條件如表2表</b></p><p>　　表2 吉林市的自然條件狀況一覽表</p><p>　　1.3.2 車間的

26、概況與定員</p><p>　　醋酸車間的設(shè)計生產(chǎn)為5萬噸/年，采用連續(xù)半自動化的生產(chǎn)裝置，儀表采用目前較先進的電三型儀表，動力設(shè)備小，主要采用了液位差。兩臺泵即可以生產(chǎn)，其中氧化塔采用了鼓泡式內(nèi)冷型反應(yīng)器。</p><p>　　車間平面分為生產(chǎn)區(qū)、包裝工段、控制室及辦公生活區(qū)。</p><p>　　表3 車間定員一覽表</p><p>　

27、　醋酸車間實行連續(xù)化生產(chǎn)，四班三倒，全年工作三百天，大修三十天。</p><p>　　1.3.3 安全生產(chǎn)制度</p><p>　　1.嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，特別是氧化塔的操作，在氧化過程中生成過氧醛酸，不僅在90—100 oC時能突然分解爆炸，即便在低壓時，也會因過多的積累而引起爆炸，生產(chǎn)過程中應(yīng)經(jīng)常分析氧化液中醋酸錳的含量0.08—0.12%，當(dāng)過氧醋酸含量過高時，應(yīng)立即采取措施。同時萬一

28、儀表失靈，氣相溫度一旦超過液相溫度10oC以上或氣相溫度突然急劇上升，應(yīng)立即關(guān)閉氧氣。否則可能發(fā)生爆炸。</p><p>　　2.氧化塔所用的檢測儀表需經(jīng)常檢查，防要爆膜耐壓不超過3kg/cm2（表壓），需要做爆破預(yù)檢，爆破膜需定期更換，一般使用不能超過半年。</p><p>　　3.裝置同裝置周圍嚴(yán)禁吸煙，不準(zhǔn)穿帶釘鞋，不準(zhǔn)使用有色金屬打擊管道，避免設(shè)備產(chǎn)生火花造成爆炸。</p&g

29、t;<p>　　4.本裝置中除了生產(chǎn)需要的原料外，不準(zhǔn)堆放其他易燃易爆物品。任何情況下必須保持安全通道的暢通。</p><p>　　5.如果裝置中任何設(shè)備或管道發(fā)生泄露，應(yīng)立即報告執(zhí)班負責(zé)人，并采取相應(yīng)的措施解決。</p><p>　　6.定期檢查安全閥，不得變動規(guī)定的使用壓力。</p><p>　　7.乙醛管道避免同蒸汽管道一起鋪設(shè)，以防乙醛自燃而發(fā)

30、生火災(zāi)。</p><p>　　8.對較高設(shè)備應(yīng)考慮避雷措施，以免發(fā)生雷擊火災(zāi)，各設(shè)備管道及設(shè)備（室外）考慮接地防止靜電。</p><p>　　1.3.4 三廢的處理</p><p>　　醋酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的三廢：廢水，廢渣，廢氣。廢渣主要是粘稠的高廢物。廢氣為氧化塔廢氣。副產(chǎn)品有醋酸甲酯和稀醋酸。</p><p>　　三廢處理情況見下表：<

31、/p><p>　　表4 三廢及其處理一覽表</p><p><b>　　第2章 物料衡算</b></p><p>　　物料衡算是化工計算中最重要、最基本的內(nèi)容之一，它是進行化工設(shè)計的基礎(chǔ)，因此進行工藝設(shè)計時，首先要進行物料衡算。</p><p>　　物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，按照質(zhì)量守恒定律，物料衡算用下面的公式表

32、示：∑F-∑D=A 即 輸入-輸出=積累。上式是物料衡算的基本關(guān)系式。這個過程可以在整個生產(chǎn)過程的范圍內(nèi)應(yīng)用，也可以在一個或幾個設(shè)備的范圍內(nèi)使用，既可以針對全部參加生產(chǎn)過程的物料液可以針對一部分物料來用。</p><p>　　多數(shù)化工生產(chǎn)都是連續(xù)的，正常操作條件下的狀態(tài)，基本上都是穩(wěn)定的。系統(tǒng)內(nèi)沒有物料積累。因此物料衡算式可以簡化成∑F=∑D。</p><p><b>　　2.1

33、 設(shè)備基礎(chǔ)</b></p><p>　　2.1.1物料衡算的工藝條件</p><p>　　1.原料及產(chǎn)品的規(guī)格見下表：</p><p>　　表5 原料及產(chǎn)品規(guī)格—覽表</p><p>　　2.計算中涉及到的物質(zhì)分子量</p><p>　　氧化塔的設(shè)計計算中所涉及到物質(zhì)的分子量如下表：</p>

34、<p>　　表6 物質(zhì)分子量—覽表</p><p><b>　　3.反應(yīng)基本原理</b></p><p>　　（1）醋酸產(chǎn)量：6萬噸/年 一年按8000小時</p><p><b>　?。?）乙醛分配率：</b></p><p>　　主反應(yīng) 1

35、 96%</p><p>　　副反應(yīng) 2 0.95%</p><p>　　3 0.25%</p><p><b>　　4 1.4%</b></p><p>　　5 1.4%</p><p>　　6

36、 全部</p><p>　　4.氧化塔進料及排料簡圖</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器進行進料及排料的工藝見圖如下圖</p><p>　　圖2-1 T0104進料及排料簡圖</p><p><b>　　5.其他工藝條件 </b></p><p>　　純氧利用率：99.5%

37、 </p><p>　　乙醛損失系數(shù)：0.3%(管路損失)</p><p>　　乙醛轉(zhuǎn)化率：99.3% </p><p>　　尾氣中帶走的乙醛含量：2%</p><p>　　醋酸精制損失：3.6% </p><p>　　氧化液帶走的乙醛含量：0.3%<

38、;/p><p>　　氧化塔傳熱系數(shù)：500 </p><p>　　加入錳質(zhì)量百分比：0.1%</p><p>　　設(shè)備熱損失率按入熱5%</p><p>　　2.2氧化塔的物料衡算</p><p>　　2.2.1乙醛用量的計算</p><p>　　1.每小時醋酸的產(chǎn)量： <

39、/p><p><b>　　kg/hr</b></p><p>　　2.醋酸的純度為96.2%，則每小時純醋酸的產(chǎn)量： </p><p>　　7750×96.2%＝7734.5kg/hr</p><p>　　3.醋酸精制過程中損失3.6%，所以純醋酸的實際生產(chǎn)量：</p><p>　　即 13

40、3.8612kmol/hr</p><p>　　4.以100的工業(yè)乙醛進料為基準(zhǔn)進行氧化塔的物料衡算：</p><p>　　工業(yè)乙醛純度為99.5%，則純乙醛的量為：</p><p>　　10099.5%=99.5</p><p>　　乙醛的轉(zhuǎn)化率為99.3%，則轉(zhuǎn)化的乙醛為：</p><p>　　99.599.3%=

41、98.804</p><p>　　主反應(yīng) 1 96%</p><p><b>　　1</b></p><p>　　98.80496% x</p><p>　　則主反應(yīng)生成的醋酸：</p><p>　　x=98.80496%=94.852</p><

42、p>　　副反應(yīng) 4 1.4%</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　x</b></p><p>　　則副反應(yīng)4生成的醋酸：</p><p><b>　　x=</b></p><p>　　所以整個反應(yīng)中乙醛轉(zhuǎn)

43、化生成的醋酸為：</p><p>　　94.852+0.922=95.774</p><p>　　設(shè)實際進入氧化塔的工業(yè)乙醛量為： </p><p>　　則 </p><p>　　1.管路損失系數(shù)為0.3%，所以，乙醛加料罐中的乙醛為：</p><p>　　2.氧化

44、塔中未轉(zhuǎn)化的乙醛：（乙醛轉(zhuǎn)化率為99.3%）</p><p>　　3.實際參加反應(yīng)的乙醛：</p><p>　　各反應(yīng)中消耗的物質(zhì)的量：</p><p><b>　　以主反應(yīng)1為例：</b></p><p><b>　　96%</b></p><p><b>　　消

45、耗的乙醛量為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　消耗的氧氣量為：</b></p><p><b>　　== </b></p><p>　　同理可知各反應(yīng)中消耗的物質(zhì)的量如表3.</p><p>　　

46、表7 各反應(yīng)中消耗的物質(zhì)的量數(shù)據(jù)計算表</p><p>　　1.反應(yīng)中消耗的乙醛總量： =1+2+3+4+5+6</p><p>　　2.消耗氧氣總量： = </p><p>　　3.氧氣的純度為99.5%，則需純氧：=/99.5%</p><p><b>　　則：= </b></p><p>　

47、　4.氧氣的加入量： </p><p><b>　　5.未反應(yīng)的氧氣：</b></p><p>　　6.氧氣中夾帶的氮氣：</p><p>　　反應(yīng)中生成的各物質(zhì)的量：</p>

48、<p>　　以醋酸為例：已知實際參加反應(yīng)的乙醛量為128.6864</p><p>　　主反應(yīng) 1 96%</p><p>　　1 1</p><p>　　138.0950.96 x</p><p>　　則主反應(yīng)生成的醋酸：</p><p>　　x=1

49、38.0950.96 =132.5712</p><p>　　副反應(yīng) 4 1.4%</p><p><b>　　2</b></p><p>　　132.57120.014 x</p><p>　　則副反應(yīng)4生成的醋酸：x=</p><p><b>　　醋酸生成總量為：

50、</b></p><p><b>　　即 8028.5</b></p><p>　　表8 反應(yīng)中生成的各物質(zhì)的量數(shù)據(jù)計算表 （kmol/hr）</p><p>　　原料乙醛中各物質(zhì)的量及組成：</p><p>　　實際進入氧化塔的工業(yè)乙醛的量為139.7678kmol/hr，占原料摩爾分數(shù)的99.065%，則

51、實際進入氧化塔的原料液的摩爾數(shù)為：</p><p>　　占原料液質(zhì)量的99.5%，則實際進入氧化塔原料液為：</p><p>　　同理原料乙醛中各物質(zhì)的量及組成見表9</p><p>　　表9 原料乙醛中各物質(zhì)的量及組成數(shù)據(jù)計算表</p><p>　　2.2.2氧氣用量的計算</p><p>　　氧氣利用率為99.5%

52、，純氧為99%則工業(yè)氧氣用量：</p><p><b>　　其中需純氧的質(zhì)量：</b></p><p>　　未參加反應(yīng)的氧氣質(zhì)量：</p><p>　　氧氣中夾帶的氮氣質(zhì)量：</p><p>　　2.2.3循環(huán)錳的設(shè)計計算</p><p>　　1.設(shè)計進料中的錳離子的濃度為0.1%（wt）,

53、60;設(shè)循環(huán)錳溶液加入量為w(kg/hr),則</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　根據(jù)所給循環(huán)錳組成分別求出各量值見下表10</p><p>　　表10 循環(huán)錳中各物質(zhì)的量</p><p>　　2.溶于氧化液中的乙醛量，已知氧化液中乙醛含量0.3%（wt），則</p><

54、;p>　　即 </p><p><b>　　故尾氣中乙醛量為：</b></p><p>　　2.2.4 尾氣的設(shè)計計算</p><p>　　1.設(shè)計尾氣中乙醛體積百分率為2%，設(shè)尾氣總量 (kmol/hr)，</p><p><b>　　則 </b

55、></p><p>　　∴ =13.2 kmol/hr</p><p>　　2.氧化過程中生成的二氧化碳全部作為尾氣放空，生成的二氧化碳量為5.1655kmol/hr， 則二氧化碳的體積分率為：</p><p>　　2.2.5保安氮氣的計算</p><p>　　1.假設(shè)塔頂?shù)獨饧尤肓繛?，尾氣中乙醛體積百分率為2%</p&g

56、t;<p><b>　　則 </b></p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　2.氮氣的摩爾數(shù)：</b></p><p><b>　　即 </b></p><p>　　氮氣中含有1%的氧氣

57、即203.032</p><p><b>　　氧氣的摩爾數(shù)： </b></p><p>　　即 0.5337×28=</p><p>　　3.計算尾氣的詳細組成見下表：</p><p>　　表11 尾氣的詳細組成</p><p>　　2.2.6氧化液的計算</p>&

58、lt;p>　　氧化液中各物質(zhì)的量=未反應(yīng)的量+反應(yīng)生成的量+循環(huán)錳帶入的量</p><p>　　如：醋酸的質(zhì)量=7167.756+3439.19=9149.576</p><p>　　同理可求出其他各物質(zhì)的量，并列入下表12中</p><p>　　表12 氧化液中各物質(zhì)的量</p><p>　　2.2.7 氧化塔的物料衡算結(jié)果<

59、/p><p>　　鼓泡塔氧化器的物料結(jié)果見下表13</p><p>　　表13 氧化塔的物料衡算結(jié)果</p><p><b>　　根據(jù)質(zhì)量守恒定律：</b></p><p><b>　　∑=∑</b></p><p><b>　　經(jīng)計算：</b></p

60、><p>　　∑=11020.495</p><p>　　∑=10930.3526</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的進出物料基本一致，符合質(zhì)量守恒定律。</p><p><b>　　第3章 熱量衡算</b></p><p>　　3.1氧化塔的熱量衡算說明</p><p>　

61、　在化工生產(chǎn)中，能量的消耗是一項重要的經(jīng)濟指標(biāo)。它是衡量化工生產(chǎn)方法或操作水平是否合格，先進的重要指標(biāo)之一。如果我們能在物料衡算的基礎(chǔ)上作出熱量衡算，就能合理地設(shè)計出反應(yīng)器和其他設(shè)備。這樣既能穩(wěn)定生產(chǎn)操作，又能合理利用熱量。因此熱量衡算是化工設(shè)計中很重要的一部分。</p><p>　　1. 熱量衡算示意圖</p><p>　　圖3-1 熱量衡算示意圖</p><p&g

62、t;<b>　　2.計算說明</b></p><p>　　（1）熱量衡算的溫度基準(zhǔn)：25oC。</p><p>　?。?）計算用熱力數(shù)據(jù)列于表14和15中。</p><p>　?。?）物料量按每小時醋酸實際生產(chǎn)量計算。</p><p>　?。?）本章計算所用到的物料量均按第3章物料衡算結(jié)果，本章不再列出。</p&g

63、t;<p>　?。?）下表數(shù)字按盧煥章等編著的《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》和馬沛生等編著的《石油華工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》續(xù)編為基準(zhǔn)。</p><p>　　表14 25oC時物質(zhì)的比熱容</p><p>　　表15 25oC時物質(zhì)的汽化熱</p><p>　　3.2氧化塔的熱量衡算</p><p>　　3.2.1 氧化反應(yīng)過程中的反應(yīng)熱的計

64、算</p><p><b>　　反應(yīng)熱</b></p><p>　　主反應(yīng)1 </p><p>　　副反應(yīng)2 </p><p>　　3 </p><p><b>　　4 </b></p>

65、;<p>　　5 </p><p><b>　　6 </b></p><p>　　各個反應(yīng)熱的計算結(jié)果見表16</p><p>　　表16 各個反應(yīng)熱的計算結(jié)果 </p><p>　　3.2.2尾氣帶出的熱量計算</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器中尾氣的溫度為7

66、0oC，即343K；25 oC，即298K熱量的計算按公式計算，其中熱量的熱力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見下表：</p><p>　　表17 的熱力學(xué)參數(shù)</p><p><b>　　故按公式計算得到：</b></p><p><b>　　總計帶出的熱量</b></p><p>　　3.2.3 氧化液帶出的熱量的設(shè)

67、計計算</p><p>　　設(shè)氧化液出口溫度為70 oC，則。按公式計算，則：</p><p><b>　　醋酸：</b></p><p><b>　　乙醛：</b></p><p><b>　　乙酸甲酯：</b></p><p><b>　　

68、丁烯酸：</b></p><p><b>　　甲乙基醋酸酯：</b></p><p><b>　　水：</b></p><p><b>　　甲酸：</b></p><p><b>　　醋酸錳：</b></p><p>&

69、lt;b>　　∴放出的總熱量</b></p><p>　　故952474.695-456.056=952018.639</p><p>　　3.2.4 各物流帶入的熱量</p><p>　　(1) 由于氮氣、氧氣的進口溫度均為25，所以</p><p><b>　　氧氣帶入的熱量 </b></p&

70、gt;<p><b>　　氮氣帶入的熱量 </b></p><p>　　(2) 液體帶入的熱量按公式計算</p><p>　　1.工業(yè)乙醛帶入的熱量的計算</p><p><b>　　由得到：</b></p><p><b>　　故 </b><

71、/p><p>　　2.循環(huán)錳帶入的熱量的計算</p><p>　　循環(huán)錳的溫度為40，液體帶入的熱量按公式計算得到：</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　3.2.5 損失的熱量</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的熱量守恒為：</p><p&g

72、t;　　=（-68022.480+42402.888 103+67279.567）kJ/hr</p><p>　　3.2.6 冷卻水用量</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　=39309762.2</p><p>　　設(shè)計冷卻水的進口溫度為20，出口溫度為65</p><p&

73、gt;　　則 =65-20=45</p><p><b>　　∴由 得</b></p><p>　　冷卻水安全系數(shù)取，用水量</p><p>　　設(shè)計氧化塔從上到下每節(jié)需水量分配比為：0.4：0.3：0.15：0.1：0.05</p><p><b>　　則每節(jié)水量為：</b></p&

74、gt;<p>　　下表為氧化塔的熱量衡算結(jié)果：</p><p>　　表18 氧化塔的熱量衡算結(jié)果</p><p><b>　　根據(jù)熱量守恒定律：</b></p><p><b>　　經(jīng)計算： </b></p><p>　　42402.145 kJ/hr</p><p

75、>　　=42402.814 kJ/hr</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的進出熱量基本一致，符合熱量守恒定律。</p><p><b>　　第4章 設(shè)備計算</b></p><p>　　4.1反應(yīng)器設(shè)備計算</p><p>　　4.1.1安全系數(shù)的選取</p><p>　　乙醛氧化生成醋

76、酸是強烈的氧化放熱反應(yīng)，其反應(yīng)裝置采用單段式鼓泡氧化塔，即經(jīng)一次氣體分布裝置后，塔內(nèi)不再設(shè)置分布板，由于上升氣泡的翻動作用，液相的返混量大，尤其是塔徑較大時，能使這個反應(yīng)器中的液相物料接近于理想混合狀態(tài)，所以適于串聯(lián)反應(yīng)存在時穩(wěn)定終點產(chǎn)物的生成。而計算鼓泡氧化塔反應(yīng)器的空塔氣速，要先求出最大空塔氣速，然后根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗乘以一定的安全系數(shù)，即</p><p><b>　　[1]</b></

77、p><p>　　安全系數(shù)的選擇主要考慮反應(yīng)器的操作壓力和物系的發(fā)泡程度倆個方面的因素。設(shè)計中對于加壓操作的塔，應(yīng)取較高的安全系數(shù)；對于減壓操作的塔，應(yīng)取較低的安全系數(shù)；對于易起泡沫的物系，安全系數(shù)應(yīng)取高限值；而對于無泡沫的物系，可取較低的安全系數(shù)。</p><p>　　乙醛氧化生成醋酸是在較高的壓力下進行操作的，而且生成的泡沫不是很多，所以反應(yīng)器的安全系數(shù)選取為0.7.</p>

78、<p>　　4.1.2物性參數(shù)的確定</p><p><b>　　1.氣相的平均密度</b></p><p>　　（1）反應(yīng)器中氣相的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　進出反應(yīng)器的氣體為：工業(yè)氧氣、工業(yè)氮氣和尾氣。則氣相的平均摩爾質(zhì)量為：</p><p><b>　　=</b></p

79、><p>　　（2）氣相平均密度的計算</p><p>　　反應(yīng)器的操作壓力為,操作溫度為。由氣體狀態(tài)方程得：</p><p><b>　　2.液相的平均密度</b></p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器中的液相可近似認為是氧化液，則液相的平均密度可按氧化液的物性計算。70 oC時氧化液各物質(zhì)的密度如下表：</p>

80、<p>　　表19 70 oC時氧化液各物質(zhì)的密度</p><p>　　液相的平均密度依下式計算，即</p><p>　　故 =987.8377/kg/m3</p><p>　　3.反應(yīng)器中氣相流量</p><p>　　進出反應(yīng)器的氣體為：工業(yè)氧氣、工業(yè)氮氣和尾氣，而出塔的尾氣中有未反應(yīng)的氧氣和只用作安全生產(chǎn)的保安氮氣，

81、所以反應(yīng)器中的氣體摩爾數(shù)為：</p><p>　　=75.2212+6.6+（13.2-0.3522-7.372）</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　4.反應(yīng)器中液相流量</p><p>　　故泡塔反應(yīng)器中氧化液的質(zhì)量為,則反應(yīng)器的平均液相密度，故氧化液的體積流量為：</p>

82、<p>　　5.反應(yīng)器中液體的表面張力</p><p>　　70 oC時氧化液中各物質(zhì)的物性如下表：</p><p>　　表20 70 oC時氧化液中各物質(zhì)的表面張力</p><p>　　氧化液的表面張力可依下式計算：</p><p>　　4.1.3空塔氣速的計算</p><p>　　最大空塔氣速可依據(jù)懸浮

83、液滴沉降原理[1]導(dǎo)出，其結(jié)果為：</p><p>　　其中負荷因子C值與氣液的物性及塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)有關(guān)，為無因次比值，稱為液氣動能參數(shù)。它反映了液氣兩相的負荷與密度對負荷因子的影響，即</p><p><b>　　=</b></p><p>　　參數(shù)反映液滴沉降空間高度對負荷因子的影響，由于單段式鼓泡氧化塔就一個氣液分布板，可將反應(yīng)器看成一塊篩

84、板的塔，而反應(yīng)器頂部有一部分空間，則塔板間距和板上液層高度之差為2m，即=2m。故負荷因子可由Smith 初估塔徑圖曲線回歸方程[2]計算，則</p><p>　　將和代入上式，則 </p><p>　　由于是表面張力為20dyn/cm時系數(shù)，而系統(tǒng)的表面張力是21.837dyn/cm 所以要進行修正，即</p><p><b>　　=<

85、/b></p><p><b>　　故最大空塔氣速為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　由于安全系數(shù)為0.7，所以</p><p>　　=0.70.357=0.2499m/s</p><p>　　4.1.4分布板開孔率的計算</

86、p><p>　　1.分布板厚度的確定</p><p>　　由于分布板是可拆的塔內(nèi)件。所以取分布板的材質(zhì)為碳素鋼，其名義厚度取4.5mm，厚度負偏差=0.5mm。因為醋酸為腐蝕性溶液，所以其腐蝕裕量為=1mm。故分布板的計算公式依下式[3]計算：</p><p>　　=4.5+0.5+1=6mm</p><p>　　2.分布板流量系數(shù)的確定<

87、/p><p>　　一定的空塔氣速下，分布板的孔徑?jīng)Q定著氣泡直徑的大小、形狀和運動狀態(tài)，氣泡小則分散就好，氣液相的接觸面積大，有利于傳質(zhì)和傳熱。而反應(yīng)器中塔內(nèi)的物料要求強烈混合，需氣泡的直徑大，所以設(shè)計分布板的孔徑為 而流量系數(shù)C可按下式[2]計算：</p><p>　　==0.741807</p><p>　　3.分布板開孔率的計算</p><p&

88、gt;　　分布板開孔率的大小會直接影響反應(yīng)過程，如開孔率過大，有些孔會不出氣，反而易被堵塞或使分布不均勻。一般開孔率要求保證氣體孔速大于小孔的臨界氣速。臨界氣速可依下面關(guān)系式[4]得到，則</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　故 =452.526cm/s</p><p>　　分布板的最大開孔

89、率可可依下面關(guān)系式[4]得到，則</p><p><b>　　==5.52％</b></p><p>　　4.1.5氣含率的確定</p><p><b>　　1.氣相粘度的計算</b></p><p>　　70 oC時反應(yīng)器內(nèi)氣體的粘度見下表：</p><p>　　表21

90、70 oC時反應(yīng)器內(nèi)氣體的粘度</p><p>　　故泡塔反應(yīng)器中氣相的平均粘度為：</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　即 </p><p><b>　　2.掖相粘度的計算</b></p><p>　　70oC鼓泡塔反應(yīng)器中氧化液粘

91、度列表如下：</p><p>　　表22 70oC鼓泡塔反應(yīng)器中氧化液粘度</p><p>　　液體粘度可按下式計算：</p><p><b>　　故： 即：</b></p><p><b>　　3.氣含率的計算</b></p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的氣含率是指塔內(nèi)氣液混

92、合物中，氣體所占的平均體積分率。影響氣含率的因素很多。氣體性質(zhì)對氣含率的影響不大可以忽略，液體的表面張力，黏度等對氣含量均有影響。Mirita關(guān)系式[5]為：</p><p>　　故 </p><p>　　4.1.6塔徑的確定 </p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的塔徑依據(jù)流量公式[1]計算，即</p><p><b&

93、gt;　　=</b></p><p>　　故按標(biāo)準(zhǔn)圓整后為D=1.7m。</p><p>　　塔頂除沫分離器塔徑的系數(shù)取經(jīng)驗值為1.2。則除沫分離器塔徑為：</p><p>　　4.1.7 反應(yīng)器體積的確定</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的體積一共有四個部分組成，分別是液體體積、氣體體積、液面上除霧沫的分離空間和冷卻管的體積。&

94、lt;/p><p>　　即 =+++</p><p><b>　　1.液體體積的計算</b></p><p><b>　　2.氣體體積的計算</b></p><p>　　氣體體積可以通過氣含率的關(guān)系式[4]計算，則</p><p><b>　　=</b&g

95、t;</p><p>　　3.液面上除霧沫的分離空間的計算</p><p>　　液面上的液面上除霧沫的分離空間的高徑比和裝置的操作壓力以及起泡沫的難易程度有關(guān)，由于本裝置為加壓塔，且物系不易起泡沫，所以高徑比取0.45[6]，則液面上除霧沫的分離空間的高度為：</p><p><b>　　則</b></p><p>　　

96、由于氧氣為5股進料，則</p><p>　?。?×2.997＝14.98m3/h</p><p>　　4.冷卻管的體積的計算</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)的冷卻器為蛇形冷卻管，其入口溫度oC，而出口溫度為oC。將反應(yīng)器內(nèi)的液體溫度近似看作恒溫oC，且冷卻系統(tǒng)與反應(yīng)器中的物料呈逆流傳熱，則:</p><p><b>　

97、　oC</b></p><p><b>　　oC</b></p><p>　　蛇形冷卻管兩端外溫的對數(shù)平均值可以依下式[7]計算為:</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　由于鼓泡塔反應(yīng)器中高溫流體是有機物,而有機物的粘度大于0.5⒈×10-3,而低溫流體

98、是水，則冷凝器的污垢為0．52，所以蛇形冷卻器的總傳熱系數(shù)為2500[2]。</p><p>　　由于冷卻水帶走的熱量為，鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)的蛇形管的換熱面積為：</p><p>　　則 </p><p>　　蛇形冷卻管采用流體輸送用不銹鋼管GB/T14976-94[7]，其為冷拔鋼管規(guī)格為25×2mm，則蛇形管的橫截面周長為：&

99、lt;/p><p>　　則 故</p><p>　　蛇形冷卻管的管長為：</p><p>　　蛇形冷卻管的體積為：</p><p><b>　　故</b></p><p>　　∴鼓泡塔反應(yīng)器的總體積為：</p><p><b>　　故

100、 </b></p><p>　　4.1.8 鼓泡塔反應(yīng)器高度的確定</p><p>　　1.反應(yīng)器高度的計算</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的橫截面積為：</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的高度可依下式計算：<

101、/p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　2.封頭的確定</b></p><p>　　根據(jù)鼓泡塔反應(yīng)器的內(nèi)徑，可取橢圓形封頭TH3007-59[8]，其內(nèi)徑，凸出部分，直邊高度，表面積，容積</p><p><b>　　3.裙座的選取</b>&

102、lt;/p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器取B型圓錐形裙式支座[9]，其材質(zhì)為反應(yīng)壓力容器用鋼即；內(nèi)徑；高度包括下封頭；錐體底部截面積為318.2；錐體底部截面斷面模數(shù)為10058；排氣管的數(shù)量為4個；直徑為450的手孔2個。</p><p>　　鼓泡塔反應(yīng)器的高度為：</p><p>　　=16.558+0.415+0.035+2.5</p><p>

103、;　　故 =19.508</p><p>　　4.1.9氣體分布板的設(shè)計</p><p>　　1.小孔氣速確定氣體通過分布板上的小孔時的速度可以下式得到[5]：</p><p><b>　　2. 小孔個數(shù)確定</b></p><p>　　反應(yīng)器的氣體分布板上的小孔個數(shù)為：</p><p><

104、;b>　　個</b></p><p>　　故 n=9953個</p><p>　　則氣體分布板參數(shù)列于下表：</p><p>　　表23 氣體分布板參數(shù)</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　主要設(shè)備及其作用一覽表</p>&l

105、t;p><b>　　附錄2</b></p><p><b>　　主要數(shù)據(jù)一覽表</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計的單段式鼓泡塔反應(yīng)器是主要的氧化傳質(zhì)設(shè)備，設(shè)計生產(chǎn)能力為6.2萬噸的醋酸氧化裝置。氧氣分5股進料，以醋酸錳為催化劑。氧化設(shè)計主要包括設(shè)備

106、的工藝設(shè)計計算——物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，工藝流程圖等內(nèi)容。以下是本次設(shè)計物料衡算、熱量衡算與設(shè)備計算的結(jié)論。</p><p>　　物料衡算： =11020.495 =10930.3526</p><p><b>　　≈</b></p><p>　　則此計算結(jié)果遵守質(zhì)量守恒定律</

107、p><p>　　熱量衡算：42402.145 kJ/hr =42402.814 kJ/hr</p><p><b>　　≈</b></p><p>　　則此計算結(jié)果遵守?zé)崃渴睾愣?lt;/p><p>　　設(shè)備計算：厚度： 6mm 小孔速度：4.336m/s</p><p>　　小孔直徑：

108、4mm 小孔個數(shù)：9953個</p><p>　　開孔率：5.52% 直徑： 1.7m</p><p>　　經(jīng)過審核校對，此計算結(jié)果符合基本設(shè)備要求</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 賈紹義,柴誠敬.化工原理課程設(shè)計[M].天津：天津大學(xué)出版社：2002年8月&

109、lt;/p><p>　　[2] 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院.化工工藝設(shè)計手冊[M] 第二版 下冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社： 1996.1</p><p>　　[3] 王紹良.化工設(shè)備基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社:2002.7</p><p>　　[4] 化學(xué)工程手冊[M]，第24篇，化學(xué)反應(yīng)工程，北京：化學(xué)工業(yè)出版社：1986年11月</p><

110、p>　　[5] 左識之.精細化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計[M].上海：華東理工大學(xué)出版社：1996.11</p><p>　　[6] 陳甘棠,浙江大學(xué)、華東化工學(xué)院.北京：化學(xué)反應(yīng)工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社：1981.7</p><p>　　[7] 姚玉英,陳常貴,柴誠敬.化工原理[M] 第二版,上冊.天津：天津大學(xué)出版社:2004.3</p><p>　　

111、[8] 上?；瘜W(xué)工業(yè)設(shè)計院醫(yī)藥、農(nóng)藥工業(yè)設(shè)計建設(shè)組.化學(xué)工藝手冊[M]，第二冊.1975</p><p>　　[9] 大連理工大學(xué)，青島化工學(xué)院，南京化工學(xué)院，賀匡國.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社：1989.12</p><p>　　[10] 張成芳.氣液反應(yīng)和反應(yīng)器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社：1985.10</p><p>　　[11]

112、 陳甘棠.化學(xué)反應(yīng)工程[M] 第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社:1990.11</p><p>　　[12] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社:2001.1</p><p>　　[13] 朱有庭，曲文海，于浦義.化工設(shè)備設(shè)計手冊[M]，上卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社:2005.6</p><p><b>　　致 謝</

113、b></p><p>　　本文從開題到完成，歷時數(shù)月，在本設(shè)計完成之際，首先要向我的導(dǎo)師**老師致以誠摯的謝意。在畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計過程中，兩位老師給了我許許多多的幫助和關(guān)懷。在兩位老師的悉心指導(dǎo)中，我學(xué)到了扎實的專業(yè)知識，在此我謹向兩位老師表示衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　同時，我要感謝我們學(xué)院給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學(xué)到了專業(yè)知識，并