醋酸乙烯合成的物料衡算doc.docx
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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：
CH2─CHOHnCH2─CHOCOCH3m
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：
解可得：
m=85n=1615
平均分子量：
产品产量
所需单体量
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）：
乙炔单程转化率以乙炔计算的醋酸乙烯的选择性
醋酸转化率以醋酸计算醋酸乙烯的选择性乙醛收率巴豆醛收率
则：
乙炔收率
由方程式：
乙炔进料=
根据反应器入口各组分的组成可计算总进料量
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
52.74
48.20
醋酸
48.69
44.50
醋酸乙烯
2.46
2.25
氮气
3.45
3.15
乙醛
1.16
1.06
巴豆醛
0.15
0.14
二氧化碳
0.44
0.40
水
0.33
0.30
丙酮
0
其它
0
合计
109.42
100
出口组成计算由下列方程式计算
+HACVAC
266086
xy23.55
2
120584418
48.6935%-16.43mnp
+
1844
z52.740.3106%
由上述三个方程求：
x=7.12t/hy=16.43t/hz=0.065m=0.29n=0.22p=0.092
所以出口流量如下:
1、：
2、：
3、：
4、：
5、:
6、:
7、:
8、:
9、其他:
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（%，）
乙炔
44.83
40.97
醋酸
31.65
28.93
醋酸乙烯
26.01
23.77
氮
3.45
3.15
乙醛
1.34
1.22
巴豆醛
0.18
0.16
二氧化碳
0.66
0.60
水
0.36
0.33
丙酮
0.29
0.27
其它
0.65
0.60
合计
109.42
100
5、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，液相数量为，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。
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
组成（%Wt）
44.83
89.37
3.45
6.88
1.22
2.42
0.66
1.32
合计
50.16
100
表5-4液相组成
组分
数量
组成（%Wt）
0.29
0.49
0.12
0.23
0.18
0.30
VAC
26.01
43.88
HAC
31.65
53.4
0.36
0.6
其他
0.65
1.1
合计
59.274
100
5、3清洗工段物料衡算：
汽液分离器出来的汽相组成清洗后，、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
组成（%Wt）
44.83
97.35
1.22
2.65
合计
46.05
100
汽液分离器出来的汽相组成清洗后，、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
组成（%Wt）
3.45
83.94
0.66
16.06
合计
4.11
100
5、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（）
进料（）
补充（）
乙炔
44.83
52.74
7.91
醋酸
31.65
48.69
17.04
5、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
%
99
2
磷化氢
%
0.0037
3
硫化氢
%
0.0039
4
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
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）=7.99-7.91x=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
7.91
99.00
二氧化碳
0.013
0.16
氮气
0.067
0.84
总计
7.99
100
5、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
2
磷化氢
%
<0.05
<0.10
3
硫化氢
%
<0.10
<0.15
4
压力（表压）
mm水柱
>150
5
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：
同理得：
二氧化碳的摩尔流率：
氮气的摩尔流率为：
所以粗乙炔的总摩尔流率为：
乙炔、二氧化碳、氮气的摩尔组成分别为：
乙炔：
二氧化碳：
氮气:
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：
硫化氢的摩尔流率为：
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（kmol/h）
组成（mol%）
乙炔
7.91
98.80
304.23
98.97
二氧化碳
0.013
0.16
0.30
0.10
氮气
0．067
0.84
2.39
0.78
磷化氢
0.0051
0.06
0.15
0.05
硫化氢
0.011
0.14
0.31
0.10
总计
8.006
100
307.38
100
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，除去硫化氢消耗的次氯酸钠的量为y。
3474.5
0.0051x
3474.5
0.0111y
由此可得：
X=0.045，
那么消耗次氯酸钠的总量为：
氢氧化钠与氯气用量的计算：
设氢氧化钠用量为：
m，氯气用量为n。
7174.5
mn0.141
由此可得：
m=0.15，n=0.134
次氯酸钠中有效氯的成分为（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
（℃）
汽化潜热（J/mol）
液相热溶L（J/mol）
汽相热溶
（kcal/kg.）
乙炔
26
-84.0
0.469
醋酸
60
118.0
0.35
醋酸乙烯
86
72.5
0.291
乙醛
44
20.85
0.412
巴豆醛
70
102.2
0.40
丙酮
58
56.29
二氧化碳
44
0.232
氮气
28
0.25
水
18
100
0.458
循环油
156
0.63
备注：
丙酮汽相热容=
导热油的密度
根据工艺条件的选择反应器入口气体温度,反应温度（既出口温度）180。
1、反应放出热量
2、气体从140升到180吸热为
（1）乙炔吸热量
（2）醋酸吸热量
（3醋酸乙烯吸热量
（4）氮气吸热量
（5）乙醛吸热量
（6）巴豆醛吸热量
（7二氧化碳吸热量
（8）水蒸气吸热量
其它吸热可以忽略
所以
3、被载热油带走的热量
a.假设反应器有热损失（经验取值）
则:
b假设反应器无热损失
则：
4、反应热利用率
反应器热量衡算:
相关物质的物性参数表
其中丙酮
5、导热油用量（）
a.反应器有热损失
b．反应器内无热损失
5、6分离器热量衡算
一段冷却：
（控制温度范围：
180—100，一段出料温度：
100,醋酸温度50—90）
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180降到100，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。
所以一段总冷量
二段冷却（气体温度100-50）醋酸温度（20-30）
由一段冷却来的气体经过二段冷却后温度由100降到50，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，,通往三段冷却。
三段冷却：
（气体温度50—0℃），盐水冷却
由二段冷却来的气体经过三段冷却后温度由50℃降到0℃，根据经验在此过程中只有9.3%冷却下来，余下的大量汽相与，,混合气1%左右放空，以防惰性气体累积，其余做循环气。
（乙醛近似认为全部在汽相）
综上气体分离器所需要的冷量为
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