年产18万吨醋酸生产装置初步规划设计.doc

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题 目： 年产18万吨醋酸生产装置初步设计

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指引教师： 教师职称： 讲 师

5月18日

摘要
醋酸是一种用途广泛基本有机产品。本设计拟采用以乙醛为原料生产醋酸(180kt/a)工艺。该工艺原料来源广泛，污染较小，工艺简朴，投资费用省，产品质量高。本设计简介了醋酸性质、用途、工业现状以及各种醋酸生产办法，对乙醛氧化工艺流程做了阐述。设计重点对氧化、精馏工段进行了详细物料衡算和热量衡算，同步对重要设备进行了计算和选型，绘制了工艺流程图和重要设备装配图。

核心词：乙醛氧化；醋酸；工艺设计；物料衡算；热量衡算

The preliminary design of annual output of 180,000 tons of acetic acid production plant

Abstract
Acetic acid is a versatile basic organic product. The project designs process of acetic acid (180kt/a) production through the oxidation of acetaldehyde. The process has the advantages of wide range of sources of raw materials，less pollution，simple equipment，low investment，higher product quality. The design described properties，application，industrial status，and manufacture methods of acetic acid，as well as process flow of acetaldehyde oxidation. The design focused on the oxidation and distillation sections to detail material balance and heat balance. The process calculation and selection of main equipments were done. Finally，process flow diagrams and assembly drawings of major equipments were drawn.

Keywords：Oxidation of acetaldehyde，Acetic acid，Process design，Material balance，Heat balance

目录

第一章 文献综述 1
1.1 醋酸简介 1
1.2 醋酸性质 1
1.3 工业现状 1
1.4. 醋酸制备 2
第二章 工艺简介 4
2.1 产品品种、规格、质量指标及拟建规模 4
第三章 物料衡算 5
3.1 氧化某些物料衡算 5
3.2蒸发器物料衡算 8
3.3精馏塔物料衡算 9
3.4 醋酸回收塔物料衡算 9
第四章 热量衡算 11
4.1 氧化塔热量衡算 11
4.2 蒸发器热量衡算 15
4.3 精馏段热量衡算 16
第五章 塔体设计 18
5.1 精馏塔设计 18
第六章 板式塔构造 27
6.1 接管 27
6.2 筒体封头和除沫器 28
6.3 人孔及裙座 28
6.4 塔板构造 29
6.5 吊柱 29
6.6 塔立体高度 29
第七章 劳动安全卫生及环保办法 30
7.1 重要污染源以及重要污染物 30
7.2 环保办法及重要解决办法 30
第八章 全厂总平面布置 31
参照文献 32
致 谢 34
附表 35
一、吉利兰图 35
二、史密斯关联图 35
三、液流收缩系数计算图 35
四、弓形降液管参数图 36
五、干筛孔流量系数图 36
六、充气系数关联图 36

第一章 文献综述
1.1 醋酸简介
醋 酸 又 称 乙 酸 或 者 冰 醋 酸 ，被 公 认 为 是 食 醋 酸 味 和 刺 激 气 味 来 源 ，在 自 然 界 中 广 泛 存 在 ， 是 一 种 环 境 友 好 有 机 酸 。在 生 活 中 ，乙 酸 稀 溶 液 常 被 用 作 除 垢 剂 。 工 业 方 面 ， 它 被 用 于 制 造 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 ， 醋 酸 纤 维 素 和聚 乙 酸 乙 烯 酯。 在 食 品 添 加 剂 列 表 E 2 6 0 中 ，乙 酸 是 规 定 一 种 酸 度 调 节 剂 。
1.2 醋酸性质
1.2..1 醋 酸 物 理 性 质 [1,2]
乙 酸 在 常 温 下 是 一 种 有 强 烈 刺 激 性 酸 味 无 色 液 体 。 熔 点 为 1 6 . 6 ℃， 沸 点1 1 7 . 9 ℃， 相 对 密 度 1 . 0 5 ， 闪 点 3 9 ℃ ， 4 % ~ 1 7 % ( 体 积 ) ， 折 光 率 1 . 3 7 1 6 。 纯 乙 酸 在1 6 . 6 ℃ 以 下 时 能 结 成 冰 状 固 体 ，所 以 常 称 为 冰 醋 酸 [ 3 ] 。 易 溶 于 水 、乙 醇 、乙 醚 和 四 氯 化 碳 。它具 有 腐 蚀 性 ， 其 蒸 汽 对 眼 和 鼻 有 刺 激 性 作 用 。
1.2..2 醋 酸 化 学 性 质
乙 酸 在 水 溶 液 中 是 一 元 弱 酸 ， 酸 度 系 数 为 4.8，pKa=4.75 (25℃)，浓 度 为 1 m o l / L 醋 酸 溶 液 （ 类 似 于 家 用 醋 浓 度 ） p H 为 2 . 4 ，也 就 是 说 仅 有 0 . 4 % 醋 酸 分 子 是 解 离 [ 4 ]。 对 于 许 多 金 属 ，乙 酸 是 有 腐 蚀 性 ， 例 如 铁 、镁 和 锌 ， 反 应 生 成氢 气 和 金 属 乙 酸 盐 。因 为 铝 在 空 气 中 表 面 会 形 成 氧 化 铝 保 护 层 ， 所 以 铝 制 容 器 能 用 来 运 输 乙 酸 。
1.3 工业现状
据 S R I 咨 询 公 司 统 计 ，2 0 0 6 年 全 球 醋 酸 总 生 产 能 力 达 到 1 1 . 0 9 9 M t / a ， 其 产 能 分 布 为 ：北 美 占 有 3 . 5 1 5 M t / a ， 南 美 占 有 1 1 2 k t / a ， 西 欧 占 有 1 . 2 2 7 M t / a ， 东 欧 占 有 4 3 0 k t / a ， 中 东 占 有 2 1 4 k t / a ， 非 洲 占 有 2 0 k t / a ， 亚 州 占 有 5 . 5 8 1 M t / a 。 近 年 来 ， 亚 洲 地 区 生 产 能 力 增 加 较 快 ， 年 均 增 长 率 为 7.2%， 高 于 世 界 3 . 8 % 年 均 增 长 率 。
世 界 两 大 醋 酸 生 产 商 C l e a n e s e 和 英 国 B P 公 司 控 制 了 全 球 醋 酸 生 产 [ 5 ] ， 两者 合 计 生 产 能 力 已 达 到 4 . 3 8 4 M t / a ， 约 占 全 球 总 生 产 能 力 4 0 % 以 上 。
2 0 0 9 年 ， 统 计 表 明 我 国 采 用 甲 醇 羰 基 合 成 法 生 产 醋 酸 占 醋 酸 总 产 量 8 2 . 6 % 。 预 计 我 国 2 0 1 0 年 醋 酸 产 能 及 需 求 将 分 别 达 到 5 4 0 万 t / a 和 3 2 5 万 t / a ， 已 出 现 产 能 远 大 于 需 求 状 况 [ 6 ] 。
1.4. 醋酸制备
醋 酸 制 备 可 以 通 过 人 工 合 成 和 细 菌 发 酵 两 种 方 法 。
1.4.1 细菌发酵
生 物 合 成 法 ，即 利 用 细 菌 发 酵 ，由 此 而 产 生 醋 酸 产 量 仅 占整 个 世 界 产 量 10%，但 是 仍 然 是 生 产 醋 酸 最 重 要 方 法 ，因 为 很 多 国 家 食 品 安 全 法 规 规 定 用 于 食 物 醋 必 须 是 由 生 物 制 备 。
　　1.4.1.1 有氧发酵
在 氧 气 充 足 情 况 下 ， 醋 酸 杆 菌 能 够 从 含 有 酒 精 食 物 中 生 产 出 乙 酸 。 这 些 细 菌 反 应 化 学 方 程 式 为 ：　　
C2H5OH + O2 →CH3COOH + H2O
　　1.4.1.2 无氧发酵
部 分 厌 氧 细 菌 ， 包 括 梭 菌 属 部 分 成 员 ， 能 够 将 糖类 直 接 转 化 为 乙 酸 而 不 需 要 乙 醇 作 为 中 间 体 [7]。
C6H12O6 →3CH3COOH
1.4.2 人工合成法
1.4.2.1 甲醇羰基化法[5]
　　 大 部 分 乙 酸 是 通 过 甲 基 羰 基 化 合 成 。 此 反 应 中 ，甲 醇 和 一 氧 化 碳 反 应 生 成 乙 酸 ， 方 程 式 如 下 ：
　　CH3OH + CO →CH3COOH
1.4.2.2 乙醇氧化法
　　由 乙 醇 在 有 催 化 剂 条 件 下 和 氧 气 发 生 氧 化 反 应 制得 。
　　C2H5OH + O2 →CH3COOH + H2O
1.4.2.3 乙醛氧化法
　 乙 醛 可 以 通 过 氧 化 丁 烷 或 轻 石 脑 油 制 得 [ 8 ]，或 者 通 过 乙 烯 水 合 后 生 成 。当丁 烷 或 轻 石 脑 油 在 空 气 中 加 热 ， 并 有 多 种 金 属 离 子 及 过 氧 根 离 子 催 化 ， 会 分 解 出 乙 酸 ：
　　2C4H10 + 5O2 →4CH3COOH + 2H2O
1.4.2.4 乙烯氧化法
由乙烯在催化剂（所用催化剂为氯化钯PdCl2、氯化铜CuCl2和乙酸锰 (CH3COO)2Mn）存在条件下，与氧气发生反映生成。
1.4.2.5 低碳烃氧化法
反映式：2C4H10+5O2 → 4CH3COOH+2H2O （催化剂：Co(Ac)2和Mn(Ac)2）
1.4.2.6 丁烷氧化法
　　丁 烷 氧 化 法 又 称 为 直 接 氧 化 法 ， 是 用 丁 烷 为 主 要 原料 ， 通 过 空 气 氧 化 而 制 得 乙 酸 一 种 方 法 。
　　2CH3CH2CH2CH3 + 5O2→4CH3COOH + 2H2O
1.4.2.7 托普索法（合成气法或者两步法）
低 压 甲 醇 羰 基 化 法 以 甲 醇 ，CO 是 由 天 然 气 或 水 煤 气 获 得 ，甲 醇 是 重要 化 工 原 料 ，其 货 源 和 价 格 波 动 较 大 [ 9 ]。 托 普 索 法 以 单 一 天 然 气 或 煤 为 原 料 。
第一步：合 成 气 在 催 化 剂 下 生 成 甲 醇 和 二 甲 醚 ；
第二步：甲醇和二甲醚和CO。

第二章 工艺简介
2.1 产品品种、规格、质量指标及拟建规模
本设计拟完毕年产18万吨醋酸生产工艺初步设计， 综 合 文 献 分 析 ， 结 合 本 地 区 特 点 [10]， 决 定 采 用 乙 醛 氧 化 法 生 产 醋 酸 工 艺 。
乙 醛 液 相 催 化 自 氧 化 合 成 醋 酸 是 一 项 强 放 热 反 应 ，总 反 应 式 为 ：
CH3CHO(aq) + 1/2O2 → CH3COOH(aq) ΔHθ298k= -294 kJ/mol
乙 醛 氧 化 时 首 先 生 成 过 氧 乙 酸 ，再 与 乙 醛 生 成 中 间 复 合 物 ，分 解 即 为 醋 酸 ：
CH3CHO + O2→CH3COOOH
CH3COOOH + CH3CHO → 中间复合物 → 2CH3COOH
乙 醛 和 催 化 剂 溶 液 自 反 应 塔 中 上 部 加 入 ， 为 了 使 乙 醛 不 被 大 量惰 性 气 体 带 走 ，工 业 上 一 般 釆 用 氧 作 催 化 剂 ， 且 氧 分 段 鼓 泡 通 入 反 应 液 中 ， 与 乙 醛 进 行 液 相 氧 化 反 应 ， 氧 化 过 程 释 放 大 量 反 应 热 通 过 外 循 环 冷 却 而 移 出 ， 出 反 应 器 反 应 尾 气 经 冷 凝 回 收 乙 醛 后 放 空 [ 1 1 ,1 2 ] ， 反 应 液 首 先 经 蒸 发 器 除 掉 醋 酸 锰 催 化 剂 ， 醋 酸 蒸 汽 经 精 馏 塔 蒸 出 未 反 应 乙 醛 、甲 酸 、醋 酸 甲 酯 、水 、三 聚 乙 醛 等 轻 组 分 ， 要 求 纯 度 ≥99% ，其 余 则 进 入 醋 酸 回 收 塔 回 收 粗 醋 酸 。
工艺流程图如图2-1所示。
回流乙醛
蒸发器
成品醋酸
副产物
催化剂残液
尾气
工 业 氧
氧 化 反 应 器
工 业 氮
乙 醛
催 化 剂
乙 醛 回 收 塔
精 馏 塔
粗醋酸
醋 酸 回 收 塔

图2-1 乙醛氧化制醋酸工艺流程图
第三章 物料衡算
醋酸年产量为18万吨，选取年开工时间：8000小时，收率按91.7%计算，
每小时醋酸产量：22500kg/h；
依照总反映方程式：CH3CHO+1/2O2→CH3COOH拟定乙醛进料量为：=17993.46kg/h。选取每小时乙醛进料量为18000kg。
3.1 氧化某些物料衡算
氧 化 塔 各 项 进 料 工 业 标 准 组 成 见 表 3 - 1。
表3-1氧化塔各项进料工业原则构成
原料乙醛%(质量)
工业氧%(质量)
工业氮%(质量)
催化剂溶液%(质量)
乙醛 99.5
氧气 98
氮气 97
醋酸 60
醋酸 0.1
氮气 2
氧气 3
醋酸锰 10
水 0.3

水 30
三聚乙醛 0.1

(1) 在 氧 化 过 程 中 已 知 条 件 [ 1 3 ,1 4 ] ：
1.乙醛进料量18000kg/h，乙 醛 转 化 率 为 99.3%， 氧 利 用 率 为 98.4%
2.工 业 氮 自 氧 化 塔 塔 顶 补 充 使 其 浓 度 达 到 %；
3.未 转 化 乙 醛 在 气 液 相 中 分 配 率 ( 体 积 % ) ：气 相 34%；液 相 66%
4.设 定 催 化 剂 中 醋 酸 锰 用 量 为 氧 化 塔 进 料 乙 醛 重 量 0.08%
5.乙 醛 总 转 化 率、主 反 应 及 各 副 反 应 转 化 率 分 配 ：
主反映：① CH3CHO+O2 → CH3COOH (96%)
副反映：②3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH3COOH+CO2+H2O ( 4%)
(2) 氧 化 塔 物 料 衡 算 图 见 图 3 – 1 。
回
流
乙
醛
乙醛
工业氮
工业氧
尾气
乙醛回收塔
催化剂
图3-1 氧化塔物料衡算图
氧
化
反
应
器

(3) 反映式物料衡算
投入乙醛(纯)量：18000×99.5%=17910 kg
① CH3CHO+O2 → CH3COOH 96%
计算成果见表3-2。
表3-2 主反映物料衡算计算成果
反映物
生成物

乙醛

17910×0.993×0.96=17073.24 kg

醋酸
17073.24×=23281.69kg

氧
17073.24×=6208.45kg

②3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH3COOH+CO2+H2O 4%
计算成果见表3-3。
表3-3 副反映物料衡算计算成果
反映物
生成物

乙醛

17910×0.993×0.04=711.39 kg

醋酸
711.39×=646.72kg

甲酸
711.39×=247.91kg

氧

711.39×=517.37kg

水
711.39×=97.01kg

CO2
711.39×=237.13kg
根 据 反 应 式 衡 算 出 来 反 应 物 总 消 耗 量 以 及 生 成 物 总量 如 下 ：
反映掉乙醛：18000×0.995×0.993=17784.63 kg
未转化乙醛：18000×0.995×0.007=125.37 kg
(其中液相中乙醛125.37×0.66=82.74 kg；气相中乙醛125.37×0.34=42.62kg)
反映掉氧气总量：6208.45+517.37=6725.82 kg
则工业用氧总量为：=6974.68 kg
(其中：氧气=6974.68×0.98=6835.18 kg；氮气=6974.68×0.02= 139.49 kg)
因此未反映掉氧气=6835.18－6725.82=109.36 kg
反映生成物：
醋酸：23281.69+646.72=23928.41kg；甲酸：247.91 kg；CO2：237.13kg；水：97.01kg；
(4) 催化剂用量
催 化 剂 溶 液 中 醋 酸 锰 用 量 取 氧 化 塔 进 料 乙 醛 重 量 0.08%，原料催化剂中醋酸锰含量为10%，设催化剂溶液用量为x [ 1 5 ]，
0.0008×(18000+x)=0.1x 解得x=145.16 kg 其中：醋酸锰145.16×0.1=14.52 kg；水145.16×0.3=43.54 kg；醋酸 145.16×0.6=87.09 kg
(5)氮 用 量 ： 设 保 安 氮 为 x kg
塔 顶 干 气 量 计 算 ： 氮 气 139.49+0.97x；氧气109.36+0.03x；二氧化碳237.13 kg
则=45%，解得x=152.31 kg
(其中氮气：152.31×0.97=147.74 kg；氧气：152.31×0.03=4.57 kg)
塔顶干气量：氮气：139.49+0.97×152.31=287.23kg;氧气：109.36+0.03×152.31=113.93 kg；二氧化碳：237.13 kg
醋酸：23928.41+87.09+18000×0.001=24033.5 kg
整顿以上数据，得出氧化塔物料衡算成果，见表3-4。
表3-4 氧化某些物料衡算
进料
出料

含量(%)
质量(kg)

含量(%)
质量(kg)
原
料
乙
醛
乙醛
醋酸
水
三聚乙醛
99.5
0.1
0.3
0.1
17910
18
54
18

氧
化
液

醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰

97.7
0.79
1.01
0.34
0.07
0.09

24033.5
194.55
247.91
82.74
18
14.52
工
业
氧

氧气
氮气

98
2

6835.18
139.49
工
业
氮

氮气
氧气

97
3

147.74
4.57
小计
上

24591.22
下

680.91

催化剂

醋酸
水
醋酸锰

60
30
10

87.09
43.54
14.52
放
空
废
气
二氧化碳
氮气
氧气
乙醛

237.13
287.23
113.93
42.62
总计

25272.13 kg

25272.13 kg
3.2蒸发器物料衡算
F=24591.22 kg；醋酸锰含量：0.09％；蒸发器进出物料见图3-2。
图3-2蒸发器进出物料图

W
蒸发器
F
L

由Fx0=Lx1 解得L===276.65 kg/h
W=F (1－x0/x1) 解得W=24314.57 kg/h
表3-5 蒸发器物料衡算
进料
出料

含量(%)
质量(kg)

含量(%)
质量(kg)

氧化液

醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰

97.7
0.79
1.01
0.34
0.07
0.09

24033.5
194.55
247.91
82.74
18
14.52
A
蒸发器气相
醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰
98.5
0.83
0.43
0.21
0.03
-
23949.85
128.60
106.95
72.47
18
-
B
蒸发器液相
醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰
0.3
23.8
64.15
3.75
-
8.0
0.83
65.95
177.47
10.27
-
22.13
总计

24591.22
A=24314.57
B=276.65
24591.22
3.3精馏塔物料衡算
已知：F=24314.57 kg/h；醋 酸 质 量 分数 0.985， 水 质 量 分 数 0.0083。
设定：馏 出 液 中 醋 酸 含 量 3%； 釜 液 中 成 品 醋 酸 含 量 99.8%。
精馏塔进出物料图见图3-3。
F
精馏塔
W
D
图3-3 精馏塔1进出物料图

得出，进料构成，
进料平均摩尔质量Mm=0.0273×18+(1－0.0273)×60=58.85kg/kmol
进料流量F==413.16kmol/h
列衡算式F=D+W；FxF=DxD+Wxw；；
解得F=413.16 kmol/h，xF=0.0273；D=11.57 kmol/h，xD=0.9456
W=401.59 kmol/h，xW=8.43×10-4
于是可以得出：D=11.57×(18×0.9456+60×0.0544)=234.70 kg/h ；
W=401.59×(18×8.43×10-4+60×9991.57×10-4)=24079.87 kg/h.
3.4 醋酸回收塔物料衡算
由前面计算可知：(1)进料流量F=234.70 kg/h；(2)回收后粗醋酸含量普通在65%以上[16] (这里按65%计算)
设定：副 产 物 中 含 1 . 5 % 醋 酸 ， 醋 酸 回 收 塔 进 出 物 料 图见 图 3-4。
回收塔
F
图3-4 回收塔进出物料图
副产物X
粗醋酸Y

列衡算式如下：F=X+Y 3%F=1.5%X+65%Y
解得 X=229.16 kg/h ；Y=5.54 kg/h
整顿以上数据得到总物料衡算成果：见表3-6：
表3-6 总物料衡算成果
进料
出料

名称
质量(kg)

名称
质量(kg)

乙醛
乙醛
醋酸
水
三聚乙醛
17910
18
54
18

放空
废气
二氧化碳
氮气
氧气
乙醛
237.13
287.23
113.93
42.62

工业
氧气

氧气
氮气

6835.18
139.49
催化剂残液
粗醋酸
成品醋酸
276.65
5.54
24079.87
工业
氮气
氮气
氧气
147.74
14.57

其他副产物产量

229.16

催化剂
醋酸
水
醋酸锰
87.09
43.54
14.52
总计
25272.13 kg
25272.13kg

第四章 热量衡算
4.1 氧化塔热量衡算
设计条件为：每小时接料工业乙醛18000kg，选取年工作时间8000h，年产工业醋酸18×104吨。乙醛转化率为99.3%，计算基准温度为298k(25℃)。
氧化塔进料状况如表4-1所示。
(1)热力学数据，见表4-2；
(2)各物流带入热量按q=W·C·Δt kJ/h计算，按表4-3
(3)反映热ΔHR0，主反映和副反映ΔHR0可由生成热ΔHF，2980或燃烧热ΔHC，2980求得；
主反映：CH3CHO+O2 → CH3COOH (96%)
ΔHR，主0=(－1165.79)－(－874.37)=－291.42kJ/mol乙醛
副反映：3CH3CHO+3O2 → HCOOH+2CH3COOH+CO2+H2O (4%)
ΔHR，(2)0=－1165.79－(－254.68)－(－874.37)=－497.99 kJ/mol乙醛
表4-1 氧化塔进料状况(kg/h)
进料
出料

含量(%)
质量(kg)

含量(%)
质量(kg)
原
料
乙
醛
乙醛
醋酸
水
三聚乙醛
99.5
0.1
0.3
0.1
17910
18
54
18

氧
化
液

醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰

97.7
0.79
1.01
0.34
0.07
0.09

24033.5
194.55
247.91
82.74
18
14.52
工
业
氧

氧气
氮气

98
2

6835.18
139.49
工
业
氮

氮气
氧气

97
3

147.74
4.57
小计
上

24591.22
下

680.91

催化剂

醋酸
水
醋酸锰

60
30
10

87.09
43.54
14.52
放
空
废
气
二氧化碳
氮气
氧气
乙醛

237.13
287.23
113.93
42.62
总计

25272.13 kg

25272.13 kg

表4-2 氧化塔进料状况(mol/h)
进料
出料

体积V(%)
mol质量(kmol)

体积
V(%)
mol质量(kmol)
原
料
乙
醛
乙醛
醋酸
水
三聚乙醛

407.05
0.3
3
0.1040

氧
化
液

醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰

400.56
10.81
5.39
1.88
0.1364
0.0839
工
业
氧

氧气
氮气

97.9
2.1

213.599
4.982
工
业
氮

氮气
氧气

97.3
2.7

5.276
0.1428
放
空
废
气
二氧化碳
氮气
氧气
乙醛
26.71
50.84
17.65
4.80
5.389
10.258
3.560
0.9686
催化剂
醋酸
水
醋酸锰

1.4515
2.419
0.0839
小计

100

20.1756
总计

25272.13 kg

25272.13 kg
计算成果如表4-3所示：

表4-3 ΔHR0计算成果
反映
消耗乙醛
ΔHR0kJ/mol
反映热∑ΔHR0,kJ/h
主反映
388.03
－291.42
－291.42×388.03×1000=－113079.703×103
副反映
16.17
－497.99
－497.99×16.17×1000=－8052.498×103
共计

－121132.201×103
(4) 氧 化 塔 顶 部 排 出 气 体 所 带 出 热 量
①氧化塔顶部排出气体量：
组分 CO2 N2 O2 CH3CHO
kmol 5.389 10.258 3.560 0.9686

表4-4 各物流代入热量[ 17 ]
工业氧O2
工业氮N2
工业乙醛Q乙醛，kJ/h
回流液Q回
催化液Q催
0
0
q乙醛=17910×2.186(293－298)=－195756.3
q水=54×4.1868(293－298)=－1130.436
q三聚乙醛=18×1.8003(293－298)=－162.027
q醋酸=18×1.996(293－298)=－119.76
0
0

小计=－197168.523

表4-5 热力学数据表
名称
CP
ΔHF，2980
ΔHC，2980

气体CP，J/mol·K
CP=a+bT+CT2或CP=a+bT+C＇T－2
kJ/mol
kJ/mol

a
b×10－3
c×10－6
c＇×10－5

O2
N2
CO2
H2O(g)
CH3CHO(g)
CH3COOH(g)
36.162
27.865
28.66
29.999
31.054
21.757
0.845
4.268
35.702
10.711
117.273
193.133

－36.577
－76.776
－4.31

0.335

－393.51
－241.81
－166.79
－432.54

－1192.48
－926.13

CH3COOH
H2O
HCOOH
CH3CHO
(CH3CHO)3
Mn(Ac)2
液体CP，J/g·K
1.9958
4.1868
2.167
2.186
1.8003
2.3027(1)

－484.30
－285.83
－424.68

－874.37(1)

－254.68
－1165.79
注：(1)按CP(固)=26.778nkJ/mol·K计算，n为分子中原子数目[ 18 ]。
②氧化塔顶部排出气体所带出热量
按ΔHi0=niCpidT+niΔHi相变 Cpi值查表，(ΔHv0)乙醛取(ΔHv，2980)乙醛=26.69kJ/mol,
塔顶排出气体温度313K。
=5.389[(28.66+35.702×10－3T)dT]=3198.80kJ/h
=10.258[(27.865+4.268×10－3T)dT]=15001.60kJ/h
=3.560[(36.162+0.845×10－3T－4.31×10－5T－2)dT]=1944.83kJ/h
=0.9686[(31.054+117.273×10－3T－36.577×10－6T－2)dT]=26774.01kJ/h
∑Qi=3198.80+15001.60+1944.83+26774.01=46919.24kJ/h
(5) 氧化液带出热量：Q液=∑CpimiΔT
氧化液构成见平衡物料表：ΔT=333－298=35K，相相应：
=1.9958×24033.5×35=1678812.08 kJ/kmol
=4.1868×194.55×35=28508.97 kJ/kmol
=2.167×247.91×35=18802.73 kJ/kmol
=2.186×82.74×35=6330.44 kJ/kmol
=1.8003×18×35=1134.19 kJ/kmol
=2.3027×14.52×35=1170.23 kJ/kmol
∑Q氧化液=1678812.08+28508.97+18802.73+6330.44+1134.19+1170.23kJ/kmol
∑Q氧化液=1734758.64 kJ/kmol
(6) 热损失按热输入1%计算，则
Q损=Q入×1%=(Q乙醛+Q回流+Q反)1%=(－197168.523+0+121132.201×103)= 1209350.32kJ/h
热量衡算成果如表4-6。
表4-6热量衡算成果
输入
输出
项目
kJ/h
项目
kJ/h
工业氧
工业氮
工业乙醛
催化液
反映热
0
0
－197168.523
0
121132.201×103
氧化液
塔顶排出气体
热损
循环液移走(差值)
48912359.36
46919.24
1209350.32
.8
总计
120935.03×103

120935.03×103
4.1.1 氧化液循环量及冷却水用量
(1) 氧化液循环量
氧化液平均热容：C=1.9958×0.977+4.1868×0.0079+2.167×0.0101+2.186×0.0034+1.8003×0.0007+2.3027×0.0009=2.01562406 kJ/kg·K取值C=2.02kJ/kg·K，循环量Wkg/h，
Δt=313－298=15K，则W==2335.52t/h
(2) 冷却用水量
设定水进口温度为298K，出口温度为318K，Δt=26K，则需用水量
Wˊ==650.087t/h
安全系数α取1.1，则水用量=Wˊ×1.1=715.0958 t/h或者715.10 m3/h
4.2 蒸发器热量衡算
表4-7 蒸发器物料衡算成果
进料
出料

含量(%)
质量(kg)

含量(%)
质量(kg)

氧化液

醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰

97.7
0.79
1.01
0.34
0.07
0.09

24033.5
194.55
247.91
82.74
18
14.52
A
蒸发器气相
醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰
98.5
0.83
0.43
0.21
0.03
-
23949.85
128.60
106.95
72.47
18
-
B
蒸发器液相
醋酸
水
甲酸
乙醛
三聚乙醛
醋酸锰
0.3
23.8
64.15
3.75
-
8.0
0.83
65.95
177.47
10.27
-
22.13
总计

24591.22
A=243