年产7000吨醋酸酐吸收工序工艺设计课程设计可编辑.docx

1、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,8000 h;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

2、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,20086、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(HG 20519-92).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

3、计算 第48日5 绘制工艺图纸 第912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HG 20519-92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 62 物料衡算 62.1总则 72.2 物料衡算 72.2.1 精馏工序物料衡算 62.2.2 吸收工序物料衡算 92.3

4、附图1 123 热量衡算 153.第二吸收塔的热量衡算 163.2第一吸收塔的热量衡算.194 设备的工艺计算及选型 214.1 第一吸收塔 214.2 第一吸收塔冷却 234.3 第一吸收塔吸收液输送泵 25参考文献 29致 谢 30设计图 311 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

5、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

6、: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:365248760小时;检修时间:31.724760 小时;生产时间:8760-7608000小时; 每小时产量:7000000 / 8000 875.000 kg/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 计算依据: 年产成品醋酸酐7000吨; 成品醋酐一级品:含醋酸酐98%,醋酸2%;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%); 粗醋酐组成含酐85%,酸15%; 精馏塔塔顶出料组成醋酸99%,醋酐1%; 残液回收中,醋酐未

7、计入计算中。 物料平衡图见图5-1:图5-1 精馏工段总物料平衡 物料平衡计算:总物料衡算: Win Wt2 +Wp2 + Wb1 + Wb2 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:Win 1040.7354 kg/h;Wt2=140.0104kg/h;Wp2 =875.000 kg/h;Wb1= 21.4375 kg

8、/h;Wb2 4.2875kg/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 15 156.110 85 884.625 1040.735合计 1040.735出料 1 馏出液 99 138.610 1 1.400 140.0102 采出液 2 17.500 98 857.500 875.0003 蒸馏塔釜液 0 0 100 21.4375 21.43754 精馏塔釜液 0 0 100 4.2875 4.2875合计 1040.736 分塔物料衡算:粗酐蒸

9、馏塔 物料平衡见图5-2: a.全塔物料衡算:Win Wb1 + Wt1 b.对醋酸衡算:Win 15% Wt1HAc 图5-2 粗酐蒸馏塔物料平衡 解上述两式得:Wt1 =1019.298kg/h;HAc=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 15 156.1105 85 884.625 1040.736合计 1040.736出料 1 蒸出液 15.3155 138.6105 84.6845 863.1875 1019.2982 蒸馏塔釜

10、液 0 17.5 100 21.4375 21.4375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 15.3155 156.1105 84.6845 74.09894 1019.298合计 1019.298出料 1 馏出液 99 138.6105 1 0.875 140.01052 采出液 2 17.5 98 85.75 8753 精馏塔釜液 0 0 100

11、 87.5 4.2875合计 1019.2985.3吸收工序物料衡算计算依据: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: CO2 13.9% 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+CH2CO CH3 CO2O 6042 102 副反应:CH3 CO2O+2 H2O 2CH3COO

12、H第一吸收塔及第二吸收塔循环液体积均为35 m3 /h; 精制过程中酐损失3%; 粗酐组成含酐85%,酸15%; 成品醋酐一级品:含酐98%,酸2%。物料平衡图见图5-4:图5-4 吸收工段总物料平衡总物料衡算总物料衡算式:( Wt2、Wb1见精馏工序物料衡算) WF +Win +Wt2 =Wb1 +Wg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P6370.001510MPa 存在下列关系: 在裂化管内每小时废气产

13、生量V废WF4/47.88m3 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 /22.4P 0.1013-0.080.0213MPa: V废 WF4/47.88:代入上式后整理得:Wg=0.01610 WF kg/hb.对醋酸列物料衡算式:Wt299%+ Win99% Wb115%+ WF60/42+ 0.01610 WF-Win0.01120/18c.对醋酐物料衡算:Wt21%+ WF102/42 Wb185%+

14、Win0.01102/18联解上两式得:WF =376.005kg/h ;Win 530.937kg/h; Wg=6.054kg/h废气量:V废=WF4/47.88=31.4125m3 39.608kg/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 99 525.6274 水:1 4.640475 530.26752 乙烯酮 376.00593 醋酐精馏塔馏出液 99 138.6105 1 1.4 140.01054 废气(裂化) 3

15、9.60775合计 1085.892出料 1 粗醋酐 15 156.1105 85 884.625 1040.7362 废气(裂化) 39.607753 夹带酸 6.054125合计 1086.397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+WR Wb1+Wo ;Wo 10%WF WR Wb1-90%WF 702.3301kg/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 WRAc2O Wb185%-0.9WF102/42 Ac2O 8.9394% HAc 91.0606% 图5-5 第一吸收塔物料平衡物料平衡计算结果

16、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 702.33012 乙烯酮 376.00593 废气(裂化) 39.60775合计 1117.944出料 1 粗醋酐 15 156.1105 85 884.625 1040.7362 废气(裂化) 39.607753 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,P6

17、78得: HAc1044kg/m3,Ac2O1075kg/ m3 mix 1/HAC /HAc +Ac2O /Ac2O 1046.698kg/ 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 35mix 36634.430kg/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:WR8.922%+W低85%/W顶83.52%含醋酸百分比:WR91.078%+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

18、+Wgb.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 HAc1044 kg/m3,Ac2O 1075 kg/ m3 HAc=0.914, Ac2O=0.086 mix 1/HAC /HAc +Ac2O /Ac2O 1/0.914/1044+0.086/10751046.596kg/ m3 质量流率: Wmix351046.5963536630.860kg/hWR2 W-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 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.

19、6kg纯氨。(在计算中未考虑)主反应: CH3COOH CH2CO+H2O副反应: 2CH3COOH CH32CO+H2O+CO2 2CH2CO C2H4+2CO CH2CO H2O+2C CH3 CO2O CH2CO+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 99 138.6105 1 1.4 140.01052 乙烯酮 37.60053 废气(裂化) 39.607754 冰醋酸 99 525.6274 水:1 5.3095 530.9369合计 748.1556出料

20、1 去一塔吸收液 91.06068.9394702.33012 废气(裂化) 39.607753 夹带酸 6.054125合计 747.992物料平衡图 图7 裂化工段物料平衡物料平衡计算 总物料衡算:W1=WF +WP+W2+Wc 对乙烯酮作物料衡算:W195%0.8042/600.9=WF W1785.309kg/h 对醋酸作衡算:W2=W10.951-80%+ W15%+ W10.9518/600.80 其中各项意义如下: W10.9520%-未反应醋酸W15%W10.9518/60 -反应中生成水 W2=367.5245kg/h; 其中 HAc W195%0.20/ W240.5983

21、% 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 95 746.0434 5 39.26563 785.309合计 785.3108出料 1 乙烯酮 375.9982 稀醋酸溶液 40.5983 149.2085 59.4017 218.316 367.52453 结碳量 2.1708754 废气量 39.6078合计 785.30116 热量衡算6.1 第二吸收塔热量衡算6.1.1计算依据 热量

22、平衡图:热焓零点,设为0 图6-1 第二吸收塔热量平衡 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 各点温度:t1=30; t2=25;t8=25;t9=20;t5=30 热熔数据: 醋酸平均比热:CpHAC=133.9357kJ/kmol?2.3223kJ/kg? 醋酐平均比热:197.6588 kJ/kmol?1.9378 kJ/kg? 吸收液循环量:35 m3/h 反应热 CH3COOH+CH2CO 2CH3 CO2O + 62.76kJ/mol冰醋酸带入水与酐反应放热量很小,可以忽略。 物料平衡表

23、吸收工序设备套数裂解炉台数/21台6.1.2 热量计算 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=1272.2751 kJ/kmolQ0.469874.541+0.1391066.165+0.2271049.836+0.1651272.275) 39.6078/28.2441411.5925kJ/h乙烯酮带入热量: 176.4631kcal/kmol736.8159kJ/kmolQCH2CO=37.60/42736.816659.73kJ/hQ1 Q+QCH2CO1411.5925+659.732

24、071.3225kJ/h 精馏塔馏出液带入热量Q8:t8=25;W8140.011kg/h99%醋酸,1%醋酐 CpHAc2.3223 kJ/kg? CpAc2O197.6588/1021.9378 kJ/kg?C kJ/kg?Q140.011kJ/h 醋酸带入热量Q9: Wg530.936kg/h kJ/kg? kJ/kg?Cpmix0.992.322+0.014.1782.340 kJ/kg?Q530.93624847.846kJ/h 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 反应放出热量Q3:W

25、F37.60kg/h,HR62.76kJ/molQ337.608751/4262.7649169.85kJ/h带出热量的计算: 塔底循环液带出热量Q6:设t625.5,W635931.983kg/h CpHAc2.322 kJ/kg? CpAc2O1.938 kJ/kg? Cpmix2.3220.910606+1.9380.0893942.288kJ/kg?Q635931.9832.288t6 待求 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 CpHAc2.322 kJ/kg? CpAc2O1.938 kJ/kg? Cpmix

26、2.3220.91078+1.9380.089222.288kJ/kg?Q4702.3302.288t4 待求 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/kmol1914.7608 kJ/kmolQ6.055(1/60)1914.761193.23kJ/hQ5193.23+1411.59251604.8225kJ/h6.1.3 总热量衡算: Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 即2071.3225+2096395.70+49169.85=702.3302.28

27、8t4+1604.8225+35931.9832.288t6t4=t6=25.60得:Q441139.51 kJ/h ;Q62104883.49kJ/h Q6+Q8+Q9=Q7+Q2即 2104883.49+8117.1087+24847.846-2096395.7041452.755 kJ/h6.1.4 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,Q1 2071.32252 精馏塔馏出液带入热量,Q8 8117.10873 冰醋酸带入热量,Q9 24847.8464 吸收反应放热,Q3 49169.85合计 84206.127带出热量 1

28、 去塔吸收液带出热量,Q4 41139.512 废气及夹带酸的热量,Q5 1604.82253 换热器移出的热量,Q7 41452.755合计 84197.0886.1.5 换热器冷却水用量的计算 进:20出:25,t5 m55260.97554.1782645.331kg/h6.2 第一吸收塔热量衡算6.2.1计算依据 热量平衡图如图6-2所示 热平衡式 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 Q6+Q8=Q7+Q2 已知各点温度:t1=-5; t2=25;t8=25.84;t5=30 塔顶循环吸收液流量:35 m3/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

29、带入热量:t1=-5;W45.266kg/h ; ; Q=-0.469145.902+179.5370.139+202.0910.227+0.165170.058 39.60/28.244-197.577kJ/h乙烯酮带入热量: QCH2CO-2270.989376.06/42-20334.06kJ/h Q1 Q + QCH2CO-197.577+20334.06-20565.7kJ/h3吸收反应放热量:Q3mH376.06/4287562.7690%505674.2kJ/h3吸收剂带入热量:Q841394.55kJ/h4 塔顶循环吸收液带入热量:t2=25;W236634.430kg/h(83.333%酐,16.667%酸) CpHAc2.322 kJ/kg? CpAc2O1.938 kJ/kg? Cpmix2.3220.16667+1.9380.833332.002kJ/kg? Q2mCpt36634.4302.002251833553.222kJ/h带出热量的计算:5 废气及未反应乙烯酮带出热量: