年产7000吨醋酸酐吸收工序工艺设计课程设计可编辑.docx
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年产7000吨醋酸酐吸收工序工艺设计课程设计可编辑
年产7000吨醋酸酐吸收工序工艺设计—课程设计
制药工程课程设计任务书
一、设计题目:
年产7000吨醋酸酐吸收工序工艺设计
二、设计主要内容:
1、物料衡算;
2、热量衡算;
3、典型设备的工艺计算以及选型;
4、管道及仪表流程图PID图,1张;
5、设计说明书。
三、生产条件（包括年操作日、生产方式及其它限制性条件）
1、连续生产,四个班组三班倒;
2、年操作日为333日,8000h;
3、醋酐精制采用连续精馏,选用浮阀塔。
四、设计中主要参考资料（包括参考书、资料、规范、标准等）
1、中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册（上、下册）（第三版）.化学工业出版社,2003.
2、时钧,汪家鼎,余国琮,陈敏恒编.化学工程手册（第二版）.化学工业出版社,1996.
3、马沛生编著.石油化工基础数据手册（第一版）.化学工业出版社,1993.
4、黄路,王保国编.化工设计（第一版）.化学工业出版社,2001.
5、王志祥.制药工程学.北京:
化学工业出版社,2008
6、化工部化工工艺配管设计技术中心站.化工工艺设计施工图内容和深度统一规定
（HG20519-92）.化工部工程建设标准编辑中心,1993.
五、进度安排
序号教学内容时间分配
1讲解工艺设计内容,下达设计任务书第1日
2确定设计方案第2日
3查阅文献,收集有关数据第3日
4工艺计算第4~8日
5绘制工艺图纸第9~12日
6编制设计说明书第13日
七设计考核及评定成绩第14日
合计14日
六、本设计必须完成的任务:
1、查阅文献和搜集资料;
2、工艺流程说明及论述;
3、工艺计算;
4、撰写设计说明书;
5、绘制图纸（执行HG20519-92标准）。
七、设计时间:
4月26日到5月4日
八、备注:
本任务书一式三份,学院、教师、学生各执一份;
学生须将此任务书装订在课程设计材料中。
化学化工学院指导教师:
系（室）主任:
学院院长:
1绪论6
2物料衡算6
2.1总则7
2.2物料衡算7
2.2.1精馏工序物料衡算6
2.2.2吸收工序物料衡算9
2.3附图112
3热量衡算15
3.第二吸收塔的热量衡算16
3.2第一吸收塔的热量衡算.19
4设备的工艺计算及选型21
4.1第一吸收塔21
4.2第一吸收塔冷却23
4.3第一吸收塔吸收液输送泵25
参考文献29
致谢30
设计图31
1绪论
醋酸酐,又名乙酸酐,无色透明的液体,有强烈乙酸气味。
易溶于有机溶剂,有机合成中常用来乙酰化试剂或失水剂。
乙酐用于制造纤维素乙酸酯,乙酸塑料,不燃性电影胶片;在医药工业中用于制造合霉素,痢特灵,地巴唑,咖啡因和阿丝匹林,磺胺药物等;在染料工业中主要用于生产分散深蓝HCL,分散大红S-SWEL,分散黄棕S-2REL等;在香料工业中用于生产香豆素,乙酸龙脑酯,葵子麝香,乙酸柏木酯,乙酸松香酯,乙酸苯乙酯,乙酸香叶酯等;由乙酐制造的过氧化乙酰,是聚合反应的引发剂和漂白剂。
不过,吸入乙酸酐后对呼吸道有刺激作用,引起咳嗽、胸痛、呼吸困难。
蒸气对眼有刺激性。
眼和皮肤直接接触液体可致灼伤。
口服灼伤口腔和消化道,出现腹痛、恶心、呕吐和休克等。
慢性影响:
受该品蒸气慢性作用的工人,可有结膜炎、畏光、上呼吸道刺激等。
同时它还可引起水体污染,灼伤人的皮肤。
所以,一旦皮肤接触了乙酸酐,需要用大量流动清水冲洗至少15分钟并及时就医。
物料衡算
5.1总则
生产能力:
年产7000吨醋酸酐;
计算范围:
裂化工序、吸收工序和精馏工序（不含回收工序）;
生产方式:
连续操作
计算基准:
单位时间生产的产品质量为计算基准;
全年时间:
365×248760小时;检修时间:
31.7×24760小时;生产时间:
8760-7608000小时;
每小时产量:
7000000/8000875.000kg/h。
计算精度:
质量（kg）取小数点后三位;组成（质量,%）取到小数点后四位。
5.2精馏工序物料衡算
⑴计算依据:
①年产成品醋酸酐7000吨;
②成品醋酐一级品:
含醋酸酐98%,醋酸2%;
③精制过程中酐损失3%（以成品纯醋酐计,其中第一塔损失2.5%,第二塔损失0.5%）;
④粗醋酐组成含酐85%,酸15%;
⑤精馏塔塔顶出料组成醋酸99%,醋酐1%;
⑥残液回收中,醋酐未计入计算中。
⑵物料平衡图见图5-1:
图5-1精馏工段总物料平衡
⑶物料平衡计算:
①总物料衡算:
WinWt2+Wp2+Wb1+Wb2
②组分物料衡算:
a对醋酸衡算:
Win×15%Wt2×99%+Wp2×2%
b对醋酐衡算:
Win×85%Wt2×1%+Wp2×98%+Wb1+Wb2
c釜液衡算:
Wb1+Wb2=3%×Wp2×98%
Wb1=2.5%×Wp2×98%;Wb2=0.5%×Wp2×98%
解上述方程a、b、c最后得到结果如下:
Win1040.7354kg/h;Wt2=140.0104kg/h;;Wp2=875.000kg/h;
Wb1=21.4375kg/h;Wb24.2875kg/h。
物料平衡计算结果见表5-1。
表5-1精馏工段总物料平衡
序号名称酸含量
（质量,%）醋酸量
（kg/h）酐含量
（质量,%）醋酐量
（kg/h）总量
（kg/h）
进料1粗醋酐15156.11085884.6251040.735
合计1040.735
出
料1馏出液99138.61011.400140.010
2采出液217.50098857.500875.000
3蒸馏塔釜液0010021.437521.4375
4精馏塔釜液001004.28754.2875
合计1040.736
⑷分塔物料衡算:
粗酐蒸馏塔物料平衡见图5-2:
a.全塔物料衡算:
WinWb1+Wt1
b.对醋酸衡算:
Win×15%Wt1×αHAc
图5-2粗酐蒸馏塔物料平衡
解上述两式得:
Wt1=1019.298kg/h;αHAc=15.3155%.
物料平衡计算结果见表5-2。
表5-2粗酐物料平衡
序号名称酸含量
（质量,%）醋酸量
（kg/h）酐含量
（质量,%）醋酐量
（kg/h）总量
（kg/h）
进料1粗醋酐15156.110585884.6251040.736
合计1040.736
出
料1蒸出液15.3155138.610584.6845863.18751019.298
2蒸馏塔釜液017.510021.437521.4375
合计1040.736
醋酐蒸馏塔
物料平衡见图5-3:
图5-3醋酐精馏塔物料平衡
全塔物料衡算:
Wt1=Wt2+Wp2+Wb2
表5-3醋酐物料平衡
序号名称酸含量
（质量,%）醋酸量
（kg/h）酐含量
（质量,%）醋酐量
（kg/h）总量
（kg/h）
进料1蒸出液15.3155156.110584.684574.098941019.298
合计1019.298
出
料1馏出液99138.610510.875140.0105
2采出液217.59885.75875
3精馏塔釜液0010087.54.2875
合计1019.298
5.3吸收工序物料衡算
⑴计算依据:
吸收用醋酸为一级品,含醋酸99%,水1%;
第一吸收塔吸收乙烯酮90%,第二吸收塔吸收10%;
裂化反应乙烯酮选择性为90%,这是由于副反应生成废气所致。
每蒸发100kg原料醋酸,就有4m3标准废气产生,其组成为:
CO213.9%C2H422.7%CO46.9%CH416.5%;
裂化中醋酸转化率为80%;
裂化中用醋酸浓度为95%醋酸,5%水;
吸收过程中乙烯酮全部转化为醋酐
吸收反应方程式:
主反应:
CH3COOH+CH2COCH3CO2O
6042102
副反应:
CH3CO2O+2H2O2CH3COOH
第一吸收塔及第二吸收塔循环液体积均为35m3/h;
⑨精制过程中酐损失3%;
⑩粗酐组成含酐85%,酸15%;
成品醋酐一级品:
含酐98%,酸2%。
⑵物料平衡图见图5-4:
图5-4吸收工段总物料平衡
⑶总物料衡算
①总物料衡算式:
（Wt2、Wb1见精馏工序物料衡算）
WF+Win+Wt2=Wb1+Wg
②对醋酸衡算:
a.废气夹带醋酸量的计算:
已知条件:
第二吸收塔塔顶真空度0.08MPa;塔顶温度20℃从两个方面考虑:
一是低温时蒸气压低,醋酸损失小;二是乙烯酮吸收反应为放热反应,低温有利
20℃时,查《石油化工基础数据手册》卢焕章等编著P637
0.001510MPa
存在下列关系:
在裂化管内每小时废气产生量V废WF×4/47.88m3
设第二吸收塔吸收循环液入塔浓度为:
含醋酸:
91.4%（质%）;含醋酐:
8.6%（质%）含醋酸:
94.755%（摩尔%）;含醋酐:
5.245%（摩尔%）
X0.94755:
根据公式:
×X/P-×X=（Wg/MHAc）/V废/22.4
P0.1013-0.080.0213MPa:
V废WF×4/47.88:
代入上式后整理得:
Wg=0.01610WFkg/h
b.对醋酸列物料衡算式:
Wt2×99%+Win×99%Wb1×15%+WF×60/42+0.01610WF-Win×0.01×120/18
c.对醋酐物料衡算:
Wt2×1%+WF×102/42Wb1×85%+Win×0.01×102/18
联解上两式得:
WF=376.005kg/h;Win530.937kg/h;Wg=6.054kg/h
废气量:
V废=WF×4/47.88=31.4125m339.608kg/h废气平均分子量28.244
物料平衡计算结果见表5-4。
表5-4吸收总物料衡算
序号名称酸含量
（质量,%）醋酸量
（kg/h）酐含量
（质量,%）醋酐量
（kg/h）总量
（kg/h）
进
料1冰醋酸99525.6274水:
14.640475530.2675
2乙烯酮376.0059
3醋酐精馏塔馏出液99138.610511.4140.0105
4废气（裂化）39.60775
合计1085.892
出
料1粗醋酐15156.110585884.6251040.736
2废气（裂化）39.60775
3夹带酸6.054125
合计1086.397
⑷分塔物料衡算:
第一吸收塔物料平衡见图5-5:
a.全塔物料衡算:
WF+WRWb1+Wo;Wo10%WFWRWb1-90%WF702.3301kg/h
b.醋酐衡算:
假设第一吸收塔内没有水存在,即随冰醋酸带入的水全部在第二吸收塔内反应掉WR×αAc2OWb1×85%-0.9×WF×102/42αAc2O8.9394%
αHAc91.0606%
图5-5第一吸收塔物料平衡
物料平衡计算结果见表5-5。
表5-5第一吸收塔物料衡算
序号名称酸含量
（质量,%）醋酸量
（kg/h）酐含量
（质量,%）醋酐量
（kg/h）总量
（kg/h）
进
料1吸收液702.3301
2乙烯酮376.0059
3废气（裂化）39.60775
合计1117.944
出
料1粗醋酐15156.110585884.6251040.736
2废气（裂化）39.60775
3乙烯酮37.6005
合计1117.944
c.第一吸收塔循环吸收液的组成计算:
设第一吸收塔塔顶循环吸收液浓度为:
83.600%含醋酐,16.400%含醋酸
吸收液温度t25℃,查《石油化工基础数据手册》P636,P678得:
ρHAc1044kg/m3,ρAc2O1075kg/m3
ρmix1/αHAC/ρHAc+αAc2O/ρAc2O1046.698kg/m3
循环吸收液的计算:
吸收液流率为:
35m3/h
则:
塔顶循环液质量流率W顶35×ρmix36634.430kg/h
塔底循环液质量流率W低W顶-WR36634.430-702.330135932.1kg/h
计算塔顶循环吸收液组成:
含醋酐百分比:
WR×8.922%+W低×85%/W顶83.52%
含醋酸百分比:
WR×91.078%+W低×15%/W顶16.48%
第二吸收塔物料平衡见图5-6:
图5-6第二吸收塔物料平衡
a.全塔物料衡算:
Wo+Wt2+Win=WR+Wg
b.循环吸收液的计算:
吸收液流率为:
35m3/h,温度为25℃
查《石油化工基础数据手册》P636得
ρHAc1044kg/m3,ρAc2O1075kg/m3
αHAc=0.914,αAc2O=0.086
ρmix1/αHAC/ρHAc+αAc2O/ρAc2O1/0.914/1044+0.086/10751046.596kg/m3
质量流率:
Wρmix×351046.5963536630.860kg/hWR2W-Wt2-Win35964.063kg/h
物料平衡计算结果见表5-6。
5.4裂化工序的物料衡算
⑴计算依据:
物料流率见吸收工段物料衡算;
每吨成品醋酐消耗1.7kg磷酸三乙酯催化剂,0.6kg纯氨。
（在计算中未考虑）
主反应:
CH3COOHCH2CO+H2O
副反应:
2CH3COOHCH32CO+H2O+CO2
2CH2COC2H4+2CO
CH2COH2O+2C
CH3CO2OCH2CO+CH4
表5-6第二吸收塔物料衡算
序号名称酸含量
（质量,%）醋酸量
（kg/h）酐含量
（质量,%）醋酐量
（kg/h）总量
（kg/h）
进
料1精馏塔馏出液99138.610511.4140.0105
2乙烯酮37.6005
3废气（裂化）39.60775
4冰醋酸99525.6274水:
15.3095530.9369
合计748.1556
出
料1去一塔吸收液91.06068.9394702.3301
2废气（裂化）39.60775
3夹带酸6.054125
合计747.992
⑵物料平衡图
图7裂化工段物料平衡
⑶物料平衡计算
①总物料衡算:
W1=WF+WP+W2+Wc
②对乙烯酮作物料衡算:
W1×95%×0.80×42/60×0.9=WFW1785.309kg/h
③对醋酸作衡算:
W2=W1×0.95×1-80%+W1×5%+W1×0.95×18/60×0.80其中各项意义如下:
W1×0.95×20%-------------未反应醋酸W1×5%W1×0.95×18/60-------反应中生成水
W2=367.5245kg/h;
其中αHAcW1×95%×0.20/W240.5983%
④结碳量的计算:
Wc=W1-WF-WP-W2=2.171kg/h
物料平衡计算结果见表5-7。
表5-7裂化工段总物料衡算
序号名称酸含量
（质量,%）醋酸量
（kg/h）水含量
（质量,%）水量
（kg/h）总量
（kg/h）
进料1裂化用醋酸95746.0434539.26563785.309
合计785.3108
出
料1乙烯酮375.998
2稀醋酸溶液40.5983149.208559.4017218.316367.5245
3结碳量2.170875
4废气量39.6078
合计785.3011
6热量衡算
6.1第二吸收塔热量衡算
6.1.1计算依据
⑴热量平衡图:
热焓零点,设为0℃
图6-1第二吸收塔热量平衡
⑵由于吸收塔内温度与环境温度相差很小,设备热损失不计
热平衡式为:
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6
Q6+Q8+Q9=Q7+Q2
⑶各点温度:
t1=30℃;t2=25℃;t8=25℃;t9=20℃;t5=30℃
⑷热熔数据:
醋酸平均比热:
CpHAC=133.9357kJ/kmol?
℃2.3223kJ/kg?
℃
醋酐平均比热:
197.6588kJ/kmol?
℃1.9378kJ/kg?
℃
⑸吸收液循环量:
35m3/h
⑹反应热CH3COOH+CH2CO2CH3CO2O+62.76kJ/mol
冰醋酸带入水与酐反应放热量很小,可以忽略。
⑺物料平衡表
⑻吸收工序设备套数裂解炉台数/21台
6.1.2热量计算
⑴进料气带入热量Q1:
t30℃;w37.60kg/h+39.6078kg/h77.20kg/h
废气带入热量:
250.8035kcal/kmol=1272.2751kJ/kmol
Q0.469×874.541+0.139×1066.165+0.227×1049.836+0.165×1272.275）
×39.6078/28.2441411.5925kJ/h
乙烯酮带入热量:
176.4631kcal/kmol736.8159kJ/kmol
QCH2CO=37.60/42×736.816659.73kJ/h
Q1Q+QCH2CO1411.5925+659.732071.3225kJ/h
⑵精馏塔馏出液带入热量Q8:
t8=25℃;W8140.011kg/h99%醋酸,1%醋酐
CpHAc2.3223kJ/kg?
℃
CpAc2O197.6588/1021.9378kJ/kg?
℃
CkJ/kg?
℃
Q140.011kJ/h
⑶醋酸带入热量Q9:
Wg530.936kg/h
kJ/kg?
℃
kJ/kg?
℃
Cpmix0.99×2.322+0.01×4.1782.340kJ/kg?
℃
Q530.93624847.846kJ/h
⑷塔顶循环吸收液带入热量Q2:
t2=25℃;W236634.26kg/h91.4%酸,8.6%酐
kJ/kg?
℃
kJ/kg?
℃
kJ/kg?
℃
Q
⑸反应放出热量Q3:
WF37.60kg/h,△HR62.76kJ/mol
Q337.60×875×1/42×62.7649169.85kJ/h
带出热量的计算:
⑹塔底循环液带出热量Q6:
设t625.5℃,W635931.983kg/h
CpHAc2.322kJ/kg?
℃
CpAc2O1.938kJ/kg?
℃
Cpmix2.322×0.910606+1.938×0.0893942.288kJ/kg?
℃
Q635931.983×2.288×t6待求
⑺去第一吸收塔液带出热量Q:
W4702.330kg/h（组成:
91.078%酸,8.922%酐）
设t4=25.5℃
CpHAc2.322kJ/kg?
℃
CpAc2O1.938kJ/kg?
℃
Cpmix2.322×0.91078+1.938×0.089222.288kJ/kg?
℃
Q4702.330×2.288×t4待求
⑻废气及夹带酸带出热量:
t5=30℃
W5废气39.593kg/h+夹带酸6.055kg/h
废气带出热量:
Q1411.5925kJ/h
夹带酸带出热量:
457.3328kcal/kmol1914.7608kJ/kmol
Q6.055×（1/60）×1914.761193.23kJ/h
Q5193.23+1411.59251604.8225kJ/h
6.1.3总热量衡算:
⑴Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6即
2071.3225+2096395.70+49169.85=702.330×2.288×t4+1604.8225+35931.983×2.288×t6
t4=t6=25.60℃
得:
Q441139.51kJ/h;Q62104883.49kJ/h
⑵Q6+Q8+Q9=Q7+Q2
即2104883.49+8117.1087+24847.846-2096395.7041452.755kJ/h
6.1.4热量平衡表
表6-1第二吸收塔热量衡算表
序号名称热量（kJ/h）
带入
热量1进料气带入热量,Q12071.3225
2精馏塔馏出液带入热量,Q88117.1087
3冰醋酸带入热量,Q924847.846
4吸收反应放热,Q349169.85
合计84206.127
带出
热量1去塔吸收液带出热量,Q441139.51
2废气及夹带酸的热量,Q51604.8225
3换热器移出的热量,Q741452.755
合计84197.088
6.1.5换热器冷却水用量的计算
进:
20℃→出:
25℃,△t5℃
m55260.9755×4.1782645.331kg/h
6.2第一吸收塔热量衡算
6.2.1计算依据
⑴热量平衡图如图6-2所示
⑵热平衡式
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6
Q6+Q8=Q7+Q2
⑶已知各点温度:
t1=-5℃;t2=25℃;t8=25.84℃;t5=30℃
⑷塔顶循环吸收液流量:
35m3/h
图6-2第一吸收塔热量平衡
6.2.2热量计算
带入热量的计算:
1进料气带入热量:
t1=-5℃;W45.266kg/h
;
;
Q=-0.469×145.902+179.537×0.139+202.091×0.227+0.165×170.058×39.60/28.244-197.577kJ/h
乙烯酮带入热量:
QCH2CO-2270.989×376.06/42-20334.06kJ/h
Q1Q+QCH2CO-197.577+20334.06-20565.7kJ/h
3吸收反应放热量:
Q3m△H376.06/42×875×62.76×90%505674.2kJ/h
3吸收剂带入热量:
Q841394.55kJ/h
4塔顶循环吸收液带入热量:
t2=25℃;W236634.430kg/h（83.333%酐,16.667%酸）
CpHAc2.322kJ/kg?
℃
CpAc2O1.938kJ/kg?
℃
Cpmix2.322×0.16667+1.938×0.833332.002kJ/kg?
℃
Q2mCp△t36634.430×2.002×251833553.222kJ/h
带出热量的计算:
5废气及未反应乙烯酮带出热量:
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