年产45万吨乙酸乙酯计算热量和设备计算Word下载.docx

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则蒸发器总共需外界提供的热量Q=（Q1+Q2+Q3+Q4）/0.99=13033873.08kJ/h

为单效蒸发器提供热量的是100摄氏度的饱和水蒸气，且出口为100摄氏度的液态水，一直水的汽化热为2262.78kJ/h。

则单位时间内需要饱和水蒸气的质量为：

。

4．5冷凝器的热量衡算

进入脱乙醛塔的温度为20.8摄氏度，所以个股物料在冷凝器中的温度要从90摄氏度降至20.8摄氏度。

乙酸乙酯从90摄氏度降至20.8摄氏度放出的热量Q1为：

乙醛从90摄氏度降至20.8摄氏度放出的热量Q2为：

乙醇从90摄氏度降至20.8摄氏度放出的热量Q3为：

乙缩醛从90摄氏度降至20.8摄氏度放出的热量Q4为：

则冷凝总共放出热量为：

该冷凝器仍采用冷却盐水，将一釜和二釜的出口盐水用于该冷凝器的进口冷却盐水。

则进口温度五5摄氏度，并用该冷凝器中出口盐水的温度控制在10摄氏度。

则需要冰盐水的量为：

4．6　脱乙醛塔的热量衡算

在设备衡算中确定了脱乙醛塔的最小回流比为

取

则上升蒸汽流量为

4．6．1　再沸器的热负荷

（1）塔顶上升混合气带出的热量

在塔顶回流液温度为20.8℃，与进料的温度相同，则塔顶上升气带出的热量为：

=

（2）塔釜残液带出的热量：

则再沸器的热负荷为：

加热介质采用饱和水蒸气。

即为，进口为100摄氏度水蒸气，出口为100摄氏度的液态水，则需水蒸气的量为：

4．6．2　冷凝器的冷凝量

该冷凝器采用进口温度为了-5℃，出口温度为5℃的冷冻盐水，则需冰冻盐水的质量为：

4．7　脱乙醇塔的热量衡算

由以上对精馏一塔物料衡算得：

F=4185．75kg/h，D=420．43kg/h

用解析法计算最小回流比：

代入数据求得：

，取

则上升蒸气的质量流量为：

V=（R+1）D=1276.43kg/h

4．7．1再沸器的热负荷

在塔顶回流液温度为77.2℃，与进料的温度相同，则塔顶上升气带出的热量为：

（2）塔釜残液带出的热量

脱乙醇塔承受的热负荷为：

再沸器采用100℃的饱和水蒸气进行加热。

则需饱和水蒸气的质量为：

4．7．2脱乙醇塔冷凝器热量衡算

脱乙醇塔顶冷凝器需要的冷凝量

用10℃下的盐水进行冷却，冷凝器冷却水的进口温度为10℃，出口温度为20℃，则单位时间内需10℃盐水的质量为：

4．8脱组分精馏塔的热量衡算

F=3767．44kg/h，D=3666．38kg/h

，

，取

则V=（R+1）D=7002.79kg/h

4．8．1再沸器的热负荷

（2）塔釜残液带出的热量

再沸器需要100℃的饱和水蒸气加热，单位时间内需饱和水蒸气的质量为：

4．8．2脱重组分的冷凝器的热量衡算

则冷凝器的冷凝量为

冷凝器采用10℃的盐水，盐水的出口温度定为50℃，则单位时间内需10℃的盐水为：

第五章　　主要设备的设计与辅助设备的选型

5．1一步缩合反应釜的设计

5．1．1缩合釜釜体的设计

（1）缩合釜中混合物的平均密度

则混合物的体积为：

m

查得，装料系数为0.8。

则反应釜的体积为：

（2）确定筒体与封头型式以及连接方式

由本设计的聚合条件以及该设备的工艺性质，可以知道其属于带搅拌的低压反应釜类型。

根据惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头。

查化工设计手册得，对对密封要求较高时，采用焊接连接。

（3）确定筒体与封头的直径

查《化工设备机械基础》得，取1.3[23]。

则反应釜直径估算如下：

m

（式中，D——反应釜筒体内径；

H——筒体高度。

）

经查，符合筒体公称直径的标准，取D＝2000mm。

封头取相同的内径。

（4）确定筒体高度

查《化工设备机械基础》得，当公称直径DN＝2000mm时，标准椭圆形封头的容积V＝1.1257，筒体每一米高的容积V＝3.142/m。

则筒体高度为：

（5-1）

其中——每个釜的容积，单位为m。

由的值与1．3近似相等，则可得：

解得＝7．11m，取H＝1．3D＝2m。

（5）标准椭圆封头的封头高度与直边高度

查化工设计手册得，标准椭圆封头的封头高度直边高度为500mm。

（6）确定夹套直径

查《化工设备机械基础》得，夹套直径为：

D＝D＋100＝2100mm

夹套封头也采用椭圆形，并与夹套筒体取相同直径。

（7）确定夹套高度

夹套筒体的高度估算如下：

m，取H为1．8m。

（8）传热面积F

查《化工设备机械基础》得，封头内表面积Fh＝4.493m，筒体一米高内表面积F1＝5.66m。

则传热面积为：

F＝Fh＋1.1×

F1＝9.8795m

（9）夹套筒体与封头厚度

夹套筒体与内筒的环焊缝，因检测困难，故取焊缝系数＝0.6，从安全计夹套上所有焊缝均取＝0.6，封头采用由钢板拼制的标准椭圆形封头[22]，材料均为Q235-B钢。

查《化工设备机械基础》得，夹套厚度为：

夹套封头厚度为：

式中，p——设计压力，0.1MPa；

C——腐蚀裕量，2mm；

——在设计温度下Q235-B钢的许用压力，113MPa．

圆整至钢板规格厚度，查《化工设备机械基础》，取夹套筒体与封头厚度均为 

：

＝8mm。

（10）内筒筒体厚度与封头厚度

查《化工设备机械基础》，经过计算可得：

内筒筒体厚度与封头厚度均取10mm。

5．1．2搅拌装置设计

（1）搅拌器的型式与主要参数

考虑其工艺条件和搅拌容量，查《化工设备设计基础》和《化工设备机械基础》得，本设计采用桨式直叶搅拌器。

其主要结构参数：

D＝0.51DN＝0.51×

2000＝1020mm则b＝0.20D＝0.20×

2000＝400mm；

H＝0.50D＝0.50×

2000＝1000mm；

Z＝2。

（2）搅拌轴直径

经查《化工设备设计基础》得，搅拌轴材料选用45钢[24]。

搅拌功率为20kW；

转速为80r/min。

则d≥365

式中，d——搅拌轴直径，mm；

P——搅拌功率，kW；

n——搅拌轴转速，r/min；

——材料许用压力，MPa。

查45号钢得，取为30MPa。

则

表5-1　　缩合釜设计结果一览表

设计项目

设计结果

反应釜体积V/m3

7．11

筒体与封头连接方式

焊接

筒体和封头的直径D/mm

2000

筒体高度H/mm

夹套直径Dj/mm

2100

封头高度h/mm

50

夹套高度Hi/mm

1800

传热面积F/m2

9．8795

内筒筒体厚度/mm

10

5．2单效蒸发器的设计与选型

5．2．1蒸发器的选择理由

为了达到蒸发出绝大部分的粗乙酯混合物目的，本设计中必须引用一种蒸发器，在蒸发器的选择过程中，首先考虑到要蒸发物质的特性以及工程成本等诸多因素。

其次，工程上以往常用的蒸发设备具有耗能大，效率低等缺点，所以综合以上两个因素，本设计中的蒸发器将选用中央强制循环蒸发器。

5．2．2蒸发器计算与设计

由蒸发过程的热量衡算可知，降膜蒸发器需要提供的热量为：

Q=2．147×

106kJ/h=

（1）传热面积：

A=

其中Q为单位时间的热量，K约为1500，

Δt为换热面上的平均温差

平均温差：

℃

则可求得单效蒸发器的换热面积：

将A=10.91作为设计结果。

（2）加热管的选择与管数的设计

因为有易结垢的物质，蒸发器的加热管选用[25]，加热管的长度选为1.4m。

则加热管的管子数

取管子数为48。

（3）循环管的选择

中央循环管式蒸发器的循环管的管截面积可取加热管的总截面积的0.4-1.0：

求得循环管的内径为 

经圆整得，选用热轧无缝钢管：

（4）加热室直径

该加热器中加热管的排列方式为正三角形。

则加热室直径：

（5）分离室的直径和高度

分离室的体积为：

取，则分离室高度为H=1.8m，分离室直径为：

D=2.7m。

表5-2　　单效蒸发器设计结果一览表

蒸发器传热面积A/m2

10．91

加热管的管数n

48

循环管的内径D1/mm

273

加热室直径D/mm

380

分离室直径H/mm

2700

分离室高度D/mm

5．3脱乙醛塔的设计与计算

5．3．1脱乙醛塔的基础数据

已知：

气相流量：

Vs=0.10316m3/s，气相密度：

=4.0677kg/m3

液相流量：

Ls=0.00144m3，液相密度：

=841.7539kg/m3

液体表面张力：

σ=0.0206N/m，液体黏度：

μ=0.25×

10-3Pa·

s

5．3．2塔径的确定

初估塔径

取塔板间距HT=0.3m取hl=0.07m

查史密斯关联图得：

，uop=0.8uf=0.275m/s

确定实际塔径，对计算值进行圆整，取=0.8m。

5．3．3塔板结构设计

（1）选管

选用单流程弓形降液管

（2）堰的计算

堰长lw=0.71D=0.5m选堰高hw=0.06m

L/lw2．5=3600×

0.0014/0.52．5=10.37

查表得E=1.2，how=0.00284×

1.2×

（3600×

0.00144/0.5）2/3=0.01622m

hl=hw+how=0.06622，ho=hw-0.015=0.045m

（3）液面梯度

b=（Lw+D）/2=0.6，lw/D=0.7差图得Wd=0.098m

Z=D-2Wd=0.504m，可以算出很小忽略。

（4）塔板布置

取筛孔直径d0=0.004m，t/d0=3.0，所以t=0.012m。

由于操作点离漏液线比较近，所以将开孔率降低选0.06

取安定区宽度Ws=0.05m，边缘区Wc=0.04m。

X=D/2-（Wd+Ws）=0.20m

r=D/2-Wc=0.31m，x/r=0.645

Aa=0.229m2，AT=0.385，Aa/AT=0.595

筛孔总面积：

A0=Aa×

=0.229*0.06=0.014m2。

筛孔数：

N=A0/a0=0.014/（3.14/4）0.0042=1115个。

5．3．4对设计塔板进行校核

（1）板压降

取板厚=3mm查表得c0