《45万吨每年年1,3-丙二醇车间丙烯醛吸收工段初步设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《45万吨每年年1,3-丙二醇车间丙烯醛吸收工段初步设计.docx（65页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 齐齐哈尔大学毕业设计(论文)题目 4.5万吨/年1，3-丙二醇车间丙烯醛吸收工段初步设计 学院 化学与化学工程学院 专业班级 化工113 学生姓名 贾楠 指导教师 陈朝晖 马媛媛 成绩 2015年6 月11 日摘 要此设计为年产45000吨丙烯醛车间吸收工段初步设计。本说明书阐述了丙烯醛吸收工段的流程以及设备的布置情况。并且介绍了丙烯醛的物化性质，确定了吸收方法、工艺路线和所选用的试剂。对丙烯醛的市场现状及前景作了调查，确定了本产品的市场需求量，并且对产品的用途及下游产品做了简单的介绍。以工厂的资料作为设计的经验数据。并经行了大量精密的计算，其中包括物料衡算、热量
2、衡算、设备计算以及设备的选型，从而确定了设备的具体型号和尺寸。并且用AutoCAD绘制了主要设备的装配图、车间平立面布置图以及带控制点的工艺流程图。并且完成了20 000的设计说明书。关键词：丙烯醛；精馏塔；吸收工段；初步设计AbstractThe absorption section workshop of acrolein of 45000 tons per year was preliminary designed. The production process of the acrolein and the layout of the equipment were described
3、in this paper. The physical and chemical properties of acrolein was introduced. According to the properties of the acrolein, the process route was identified. The market status and acrolein was invested in order to determined the location of the market. The use of the products and downstream product
4、s are made in simple introduction. The use in dye industry, agriculture and the pharmaceutical industry were simply introduced. According to the previous information as a production workshop was designed by empirical data. And a lot of strict calculation including mass balance, heat balance, equipme
5、nt were calculated, the size and type of key equipment were selected. The key equipment plan, the workshop layout plan and the process flow chart with control points were drawn by Auto CAD. Finally, instruction of 20 000 words was completedKeywords: Acrolein; Distillation column; Absorption section;
6、 Preliminary design目 录摘 要IAbstractII第1章 总 论11.1 概述11.1.1 意义与作用11.1.2 国内外的现状及发展前景11.1.3 产品的性质和特点21.1.4 产品的纯化方法概述21.2 设计依据21.3 厂址选择31.4 设计规模与生产制度31.4.1 设计规模31.4.2 生产规模31.4.3 生产制度41.5 原料与产品规格41.5.1 主要原料规格及技术指标4第2章 工艺设计计算52.1 工艺原理52.2 方案对比及工艺路线的选择72.3 工艺流程简述72.4 工艺参数82.5 物料衡算82.5.1 汽提塔物料衡算82.5.2 气液分离器物料
7、衡算92.5.3 闪蒸罐物料衡算112.5.4 精馏塔物料衡算122.6 热量衡算132.6.1 汽提塔热量衡算132.6.2 冷凝器热量衡算142.6.3 预热器热量衡算152.6.4 精馏塔预热器热量衡算152.6.5 精馏塔再沸器热量衡算162.6.6 精馏塔全凝器热量衡算162.7 Aspen Plus 模拟172.7.1 全流程的模拟18第3章 设备选型213.1 选型原理213.2 丙烯醛汽提塔的选型213.2.1 液相物性数据213.2.2 气相物性数据213.2.3 塔径的计算223.2.4 传质单元数的计算233.2.5 传质单元高度的计算233.2.6 总高度的计算253.
8、2.7 流体力学参数的计算253.2.8 解吸塔填料类型的选取273.2.9 解吸塔内件类型的选取273.3丙烯醛精馏塔设备工艺计算273.3.1精馏塔的工作原理和工艺流程273.3.2塔板数的确定273.3.3精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算283.3.4精馏塔塔体工艺尺寸的计算303.3.5塔板主要工艺尺寸的计算323.4其他设备的计算与选型43第4章 设备一览表48第5章 车间设备布置505.1 车间布置设计的选择505.1.1 车间设备布置原则505.1.2 车间设备平面布置原则505.1.3 车间设备立面布置的原则505.2 车间设备布置515.2.1 车间设备平面布置515.2.
9、2 车间设备立面布置52第6章 自动控制536.1 主要的控制原理536.2 自控水平与控制点53第7章 环境保护547.1 三废产生情况547.2 三废处理情况54第8章 公用工程558.1 供水558.2 供电558.3 供暖558.4 通风55结束语56参考文献57致谢58V第1章 总 论1.1 概述 1.1.1 意义与作用 丙烯醛又称烯丙醛，丙烯醛是最简单的不饱和醛，在通常情况下是无色透明有恶臭的液体，其蒸气有很强的刺激性和催泪性。是一种用途广泛的重要有机化工原料，广泛用于树脂生产和有机合成中。目前主要用于动物饲料添加剂蛋氨酸的制备，除外还用于制备甘油、戊二醛、丙烯醇、1，2，6-己三
10、醇、2，3-二溴丙醛和水处理剂，以及对某些种类聚合物的改性，在饲料工业、油气开采、造纸及水处理、医药行业等方面广泛应用1。在合成1,3-丙二醇的整个工艺工程中，首先要进行丙烯醛的合成，才能为下一个水合工艺提供必要准备，这就需要一个高纯度的丙烯醛。在氧化法制丙烯醛过程中，不可避免有许多副产物的生成，我们需要对丙烯醛进行精制。吸收分离是丙烯醛生产中最常用的方法。此系统主要实现粗气体中副产物的脱除和丙烯醛分离2。1.1.2 国内外的现状及发展前景 中国丙烯醛生产规模较小， 北京东方化工厂1984 年曾批量生产过丙烯醛，产量100 t 左右，武汉有机合成化工厂在1991年建成一套年产150 t左右的丙
11、烯醛装置，其它一些制药厂也试生产过丙烯醛，但都未真正形成一定的生产规模。本文主要介绍丙烯醛的合成方法及其下游产品开发。 在氧化法合成丙烯醛工艺中生成丙烯醛及其它副产物，同时放出大量的热。从反应器出来的气体经冷却并用大量的水骤冷，以除去酸性副产物。气体进入吸收塔溶解可溶产物丙烯醛，吸收塔出来的气体含N2、O2、CO，丙烷及未反应的丙烯，这些气体可循环使用，也可以经处理后排入大气中。含丙烯醛的水溶液经汽提精制后得到产品丙烯醛3。 在化工、石油及炼油中，由于炼油工艺和生产过程的不同以及操作条件的不同，塔设备内部结构形式和材料也不同。塔设备工艺性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及“
12、三废”处理和环境保护等各个方面，都用重大的影响。在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个艺在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个艺25.93%。塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺中占比例也较多。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工艺的发展起着十分重要的作用。此工艺流程中的吸收塔，用于吸收丙烯醛，丙烯醛被吸收后从塔底回收。丙烯醛相对丙烯酸较难吸收，采用传统的加压-冷却方法促进丙烯醛的吸收，以减少吸收剂用量4。塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，各有优点，要根据具体情况选择。1.1.3 产品的性质和特点 丙烯醛是最简单的不饱和醛，化学式为
13、C3H4O，在通常情况下是无色透明有恶臭的液体，其蒸汽有很强的刺激性和催泪性。是化工中很重要的合成中间体，广泛用于树脂生产和有机合成中5。 目前研究的丙烯醛合成方法有丙烯氧化法、甲醛乙醛气相缩合法、丙烷催化氧化法、甘油脱水法、醇醛缩合法、丙烯醚热解法和烯丙醇氧化法等。由于石油工业的发展，提供了大量的丙烯原料，工业上主要以丙烯为原料经选择性氧化制取丙烯醛。丙烯醛最大的市场应用是制备动物饲料添加剂蛋氨酸，还可合成甲基吡啶、吡啶、戊二醛、甘油和丙烯酸等重要的化工产品，此外还可作为合成1，3-PDO的重要原料。1，3-PDO是生产聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）的主要原料之一，也可用作合成增塑剂、洗涤剂、
14、防腐剂、乳化剂的原料，PTT纤维性能优异，极具市场前景，但却严重受制于1，3-PDO生产量少价高，因此1，3-PDO生产技术的研究开发已成为当前的一个热点6。1.1.4 产品的纯化方法概述经副产物脱除后的粗丙烯醛气体经压缩机加压至1MPa，温度升至230.2。经冷却器冷却至100后，进入气液分离器分离冷凝下来的部分丙烯醛水溶液。余气送往丙烯醛吸收塔进一步吸收分离其中的丙烯醛，洗液与之前的冷凝液混合后送往1，3-PDO合成工段。塔顶出来的余气经分子筛干燥后送入丙烯回收系统进行丙烯回收7。1.2 设计依据 （1）齐齐哈尔大学化学工程与工艺专业毕业设计任务书；（2）齐齐哈尔大学制图规范；（3）齐齐哈
15、尔大学毕业设计手册；（4）中华人民共和国环境保护法中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律法规；（5）GB/T17450-1998：技术制图图线 （6）GB/T17451-1998：视图（7）GB/T17452-1999：剖视图和断面图（8）GB/T16675-1996：技术制图简化表示方法1.3 厂址选择本项目以新疆中石油乌鲁木齐石化1000万吨/年炼油项目生产的丙烯为原料。本厂厂址选在新疆乌鲁木齐市米东区，以新疆乌鲁木齐石化公司为依托。新疆乌鲁木齐市米东区石油资源丰富，石化企业众多，丙烯产量较大，并且交通便利，地价低廉，远离人口密集区，适合本项目建设。中国石油天然气股份有限公司乌鲁木齐石化
16、分公司（简称乌鲁木齐石化公司）地处乌鲁木齐市米东区，位于新疆三大油田中央，占地18 平方公里，东临吐哈 油田 300 公里，南距塔里木油田480公里，西靠准格尔盆地313公里。公司始建于1975年4月（前身为乌鲁木齐石油化工总厂），是集炼油、化肥、化纤、化工、 塑料于一体的石油化工化纤生产基地，为中国石油天然气集团公司的一类企业。 乌鲁木齐石化公司目前拥有职工11637人，现有固定资产原值120 亿元。公司下设炼油厂、化肥厂等27个二级单位，工程项目管理部、营销调运部等5个直属。地质、水文情况 乌鲁木齐市位于亚欧大陆腹地，地处北天山北麓、准噶尔盆地南缘，地处东经863733-885824，北纬
17、424532-440800。全市面积按新区划调整后为14216平方千米，其中建成区面积365.88平方千米。公共设施 米东区成立于2007年8月1日，是新疆实施乌昌经济一体化的“试验田”和“启动区”，是确定规划的首府乌鲁木齐城市副中心、全疆最大的制造业基地核心区、全疆重要的化工工业城和乌鲁木齐市绿色食品基地和重要的人居生态新区。自然资源 米东区自然资源丰富，境内有丰富的煤、菱铁矿、石灰石、石油、陶土、石英沙、芒硝等矿产资源，种类达20多种，其中已探明石灰石储量15亿吨、芒硝储量260万吨、煤炭储量18亿吨，煤质优良，易于开采，年产煤能力950万吨左右，是全国100个重点产煤区（县）之一。 发展
18、趋势 米东区良好的区位优势和政策优势以及基础设施条件，吸引了全国各地的客商到米东投资发展。近年来米东区致力于打造投资洼地，把投资环境建设纳入重要工作日程，不断优化发展环境，着力打造政府服务品牌，特别对投资规模大、科技含量高、对区域经济带动力强的大项目，在用地、收费等方面给予特殊优惠。1.4 设计规模与生产制度1.4.1 设计规模 年产1，3-丙二醇4.5万吨1.4.2 生产规模 年产1，3-丙二醇4.5万吨1.4.3 生产制度 （1） 每年工作日330天，1，3-丙二醇产量5625（符合生产要求）（2） 员工按照3班倒制度，不休假，平时请假按每月4天算（不能累积）1.5 原料与产品规格1.5.
19、1 主要原料规格及技术指标表 1-1 丙烯醛产品指标项目东方化工厂Shell公司粗丙烯醛UCC公司精致丙烯醛丙烯醛含量/%95809095.5乙醛含量/%1.5310丙醛含量/%0.530.5阻聚剂200010-620010-6200010-620010-6200010-620010-6高废物含量/%12水含量/%1.52.46.02.5相对密度0.8420.84610%水溶液pH值256.0目前，丙烯氧化制丙烯醛是生产丙烯醛的最佳方法，其优点是原料价廉易得，消耗低，产品质量好，三废排放量小，设备投资也少。丙烯氧化法生产丙烯醛质量指标如表1-1所示8。第2章 工艺设计计算2.1 工艺原理本工艺
20、流程主要设备是两个塔，即汽提塔和精馏塔。汽提是化工单元操作中解吸的一种，是吸收的逆向操作。汽提是气提的一种。气提解吸也成为载气解吸，如图2-1所示。吸收液（也称富液）从解吸塔的顶端喷淋而下，载气（俗称贫气）从解吸塔底涌入，自下而上流动，气液两相逆向接触，溶质由液相转移到气相。解吸后的液体（俗称贫液）从塔底排出，作为吸收剂循环使用，解吸后的气体（俗称富气）从塔顶排出，经进一步分离可得到溶质产品9。图2-1 气提塔解吸过程示意图用水蒸气作为载气兼有加热和气提的双重作用，因此也成为汽提。精馏也是化工单元操作的一种。精馏的设备叫做精馏塔，是提供混合物气、液两相接触条件、实现传质和传热过程的设备。板式精
21、馏塔板式精馏塔如图 2-2所示。塔为一圆形筒体，塔内设多层塔板，塔板上设有气、液两相通道。塔板具有多种不同型式，分别称之为不同的板式塔，在生产中得到广泛的应用10。 混合物的气、液两相在塔内逆向流动，气相从下至上流动，液相依靠重力自上向下流动，在塔板上接触进行传质。两相在塔内各板逐级接触中，使两相的组成发生阶跃式的变化，故称板式塔为逐级接触设备。图2-2 板式精馏塔结构这类精馏塔利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，
22、称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如上图所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点11。在精馏段气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获得轻组分产品。在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品。精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论
23、板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。多组元分批精馏中各种设计参数对回流比的影响12。精馏操作涉及气、液两相间的传热和传质过程是在塔板上进行的。塔板上两相间的传热速率和传质速率不仅取决于物系的性质和操作条件，而且还与塔板结构有关，因此它们很难用简单方程加以描述。因此引入理论板的概念，可使问题简化。所谓理论板，是指在其上气、液两相都充分混合，且传热及传质过程阻力均为零的理想化塔板。因此不论进入理论板的气、液两相组成如何，离开该板时气、液两相达到平衡状态，即两相温度相
24、等，组成互成平衡。实际上，由于板上气、液两相接触面积和接触时间是有限的，因此在任何形式的塔板上，气、液两相难以达成平衡状态，即理论板是不存在的。理论板仅用作衡量实际板分离效率得依据和标准。通常，在精馏计算中，先求得理论板数，然后利用塔板效率予以修正，即求得实际板数。引入理论板概念，对精馏过程的分析和计算是十分有用的。2.2 方案对比及工艺路线的选择生产丙烯醛的传统方法是在固相催化剂上进行丙烯的氧化。该反应产生一气相混合物，其中包括丙烯醛，气体（例如氮气、氧气、一氧化碳和二氧化碳），丙烯，水和反应副产物，例如丙烯酸、乙酸、甲醛、乙醛等。丙烯醛的提纯一般是通过水吸收反应放出的气体，形成低浓度的丙烯
25、醛水溶液，其中还含有低沸点的反应副产物，例如甲醛、乙醛、丙醛等。然后对吸收而得的粗制低浓度丙烯醛水溶液进行除杂，最后对只含丙烯醛的水溶液进行精馏来制取纯度较高的丙烯醛。查阅资料，对丙烯醛的精制各有不同的方案设计。一种方案是用水吸收反应气中的酸性物质，塔底的排出液要么精制提纯丙烯酸或者乙酸，要么处理后当作废水排放。塔顶的吸收气再经处理送去丙烯醛精馏塔13。另一种方案是对吸收塔釜液进行气提以回收水中含有的少量的丙烯醛，使产物得以充分利用。本设计采用第二种方案。2.3 工艺流程简述如图2-3所示，来自废酸吸收塔釜的废酸进入汽提塔，经水蒸气汽提出丙烯醛气体后与来自废酸吸收塔顶的粗丙烯醛气体混合冷凝后进
26、入气液分离器，压力达到1MPa，分离后的液体进入闪蒸罐，去除大量不凝气。闪蒸后液体产物送入丙烯醛精馏塔制取高纯度丙烯醛。气液分离器顶和闪蒸罐顶分离出的气体送去丙烯回收装置。汽提塔釜液体去废酸处理车间。图2-3 丙烯醛吸收工艺流程图2.4 工艺参数本流程的主要设计的是汽提塔和丙烯醛精馏塔，精馏塔为最重要设备。汽提塔用常压下水蒸气进行汽提，被汽提的废酸在常压下70进料。汽提塔在常压下操作，塔顶温度85，塔底温度90。精馏塔料液在常压下63.3进料，塔顶温度52.4，压力95.2kPa；塔底温度98.5，压力108.32kPa。2.5 物料衡算2.5.1 汽提塔物料衡算计算依据a 如塔废酸中含有丙烯
27、酸摩尔分率为0.7%，要求解吸率不低于90%；b 其他轻组分（可忽略）完全被吹出；c 操作气液比为最小气液比的1.5倍，谁损失为10%。图2-4 汽提塔示意简图查表90时丙烯醛亨利系数为635.62 kPa在1 atm下，平衡系数m=635.62/101.325=6.273所以平衡关系为Y=6.273X。X2x2=0.007 X1=X2(1-A)=0.007(1-98%)=0.00014最小气液比为操作气液比为=1.50.156=0.234由得=(0.007-0.00014)/0.234=0.0293则=0.0285进料废酸流量为700 kmol/h，全塔物料衡算解得=163.89 kmol/
28、h。计算结果如下表表2-1 汽提单元物料衡算结果流股1234温度701008590压力atm1111总质量流率/(kg/h)13067.602950.033130.6312887.00水(液)/(kg/h)12436.200012499，。20汽提气/(kg/h)02950.022950.020丙烯醛/(kg/h)274.400274.400丙烯酸/(kg/h)352.8000352.80乙酸/(kg/h)42.000042.002.5.2 气液分离器物料衡算计算依据a 气液分离器进料流量和组成与混合后气体流量和组成相同；b 在气液分离器设定的温度和压力下，各物质沸点都会有所改变；c 气液分离
29、器下部出口液体中含有3.3mol%的C3H6，0.2mol%的N2，79.7mol%的H2O以及16.8mol%的C3H4O，其他不凝气从顶部输出。图2-5 气液分离器示意简图对各物质进行物料衡算，设F为摩尔流量(kmol/h)，y表示气相摩尔分率C3H6 ：20.73=0.033F7+ CO ：3.46= CO2 ：5.18=O2 ：18.14= N2 ：393.93=0.002F7+ HE ：5.18=H2O ：329.24= C3H4O ：86.65=863.89 kmol/h10个未知数10个独立方程，解得F6 =432.50 kmol/h F7 =421.20 kmol/h计算结果如
30、下表表2-2 气液分离器衡算结果流股567温度303030压力MPa111总质量流率/(kg/h)23594.5612783.8310814.73C3H6/(kg/h)870.66272.47598.19CO/(kg/h)96.76096.76CO2/(kg/h)228.07171.2756.80O2/(kg/h)580.53553.6026.93N2/(kg/h)11030.1510620.47409.68HE(kg/h)10.3610.360H2O/(kg/h)5940.1131.145908.97C3H4O/(kg/h)4837.78875.133962.652.5.3 闪蒸罐物料衡算计
31、算依据a 闪蒸罐入口气体组成和流量与气液分离器底部出口相同；b 闪蒸后液体组成中丙烯为1mol%，水93.86mol%，丙烯醛5.14mol%；c 其他不溶性气体从塔顶排出。图2-6 闪蒸罐示意简图对各物质进行物料衡算。设F为摩尔流量(kmol/h)，y表示气相摩尔分率C3H6： H2O： N2： C3H4O： 解得 F9 =82.8 kmol/h F10=338.4 kmol/h 计算结果如下表表2-3 闪蒸罐衡算结果流股8910温度555555压力atm1011总质量流率/(kg/h)10612.563812.776799.79C3H6/(kg/h)583.78424.27159.51N2
32、/(kg/h)23.5923.590H2O/(kg/h)6042.53235.485807.05C3H4O/(kg/h)3962.652967.55995.102.5.4 精馏塔物料衡算计算依据a 入塔液体组成和流量与气液分离器出口液体相同；b 塔顶丙烯醛摩尔分率为90%，塔底含水摩尔分率99.6%；c 泡点进料，采用间接蒸汽加热。图2-7 精馏塔示意简图全塔物料衡算 F=338.4 kmol/h 解得W=320.50 kmol/h D=17.90 kmol/h计算结果如下表表2-4 精馏塔物料衡算结果组分丙烯醛水塔顶产品流量/(kmol/h)16.111.7917.90组 成0.9000.1
33、001.000流量/(kg/h)902.1632.22934.38组 成0.9650.0351.000塔底产品流量/(kmol/h）1.60318.90320.50组 成0.0040.9961.000流量/(kg/h)89.605740.205829.80组 成0.0150.9851.0002.6 热量衡算2.6.1 汽提塔热量衡算计算依据a 料液进料温度为70，水蒸气在1 atm下从塔底进入；b 塔釜温度90，塔内由12%的水蒸气冷凝；c 物流升温由蒸汽的潜热和显热提供，计算塔顶温度。由汽提塔物料衡算可知，蒸汽流量为2950.03 kmol/h，塔内压强为1 atm，此压强下水沸点为100，
34、潜热为2256.4 kJ/kg。因为蒸汽在100进入塔内冷凝，故t=0，。所以塔内蒸汽以潜热的方式加热物料而冷凝下来。蒸汽提供的热量Q总=Q潜+Q显=Q潜=2950.0312%2256.4=798773.723 kJ /h设塔顶温度为t，进料的热量变化为水： C3H4O：丙烯酸：这里忽略0.1mol%的乙酸，可忽略。 由于Cp取决于t，这里两者都未知，可以通过试差法求出。已知t=85 kJ/(kgK)则所以kJ/h=所以塔顶温度为85。2.6.2 冷凝器热量衡算计算依据混合气以89进入冷凝器，出口温度30.用1 atm下-10水作为冷凝剂，水出口温度0，热损失按10%计。1 atm下，水的冷凝
35、潜热为2258.66 kJ/kg，丙烯醛的冷凝潜热为505.36 kJ/kg，饱和温度为52，则丙烯醛定性温度下比热容=2.25 kJ/（kgk）；水定性温度下比热容=4.18 kJ/(kgk)；换热器进出口气体定性温度为，此温度下各物质比热容如下C3H6: 2.97 kJ/(kgk)CO: 1.04 kJ/(kgk)CO2 0.88 kJ/(kgk)O2： 0.91 kJ/(kgk)N2: 1.05 kJ/(kgk)H2O: 4.18 kJ/(kgk)kJ/h 冷凝水热量所以kg/h K取800 W/(m2)则换热面积 A=Q/Ktm=1.57107/(80061.27)=320.30 m2
36、根据计算结果，选取换热器型号为BEM1000-0.6-332.8-4.5/19-1，换热器类型为管壳式，公称直径为1000 mm，单管程，工称压强0.60 MPa，换热面积332.8 m2。2.6.3 预热器热量衡算计算依据混合液体进口温度为30，出口温度为55。用0.1 MPa的蒸汽为加热介质，冷损失按10%计。0.1MPa下蒸汽的冷凝热为2258.66 kJ/kg，定性温度T=(30+55)/2=42.5在定性温度下，各物质比热容如下：丙烯：1.86 kJ/(kgk) 水：4.18 kJ/(kgk) 丙烯醛(液): 2.23 kJ/(kgk)Q=1.1(598.191.86+5908.97
37、4.18+3962.652.23(55-30)=9.53105 kJ/h加热蒸汽量为W=9.53105/2258.66=421.86 kg/h K取800 W/(m2)则换热面积m2根据计算结果，换热器型号为BEM450-0.6-25.0-2.0/19-1换热器类型为管壳式，公称直径450 mm，双管程，工称压强0.6 MPa，换热面积25.0 m2。2.6.4 精馏塔预热器热量衡算计算依据预热器进口温度为55，出口温度为63，用0.1 MPa的蒸汽为加热介质，冷损失按10%计。0.1 MPa下蒸汽冷凝热为2258.66 kJ/kg，定性温度T=(55+63)/2=59在60，1 atm下水的
38、比热容为4.19 kJ/(kgk），丙烯醛比热容为2.32 kJ/(kgk)Q=1.1(5807.054.19+995.102.32)(63-55)=2.34105 kJ/h加热蒸汽量W=2.34105/2258.66=103.79 kg/h K取800 W/(m2)则换热面积m2根据计算结果，换热器型号为BEM273-1.6-7.4-2.0/19-1换热器类型为管壳式，公称直径273 mm，单管程，工称压强1.6 MPa，换热面积7.4 m2。2.6.5 精馏塔再沸器热量衡算计算依据塔釜出料液温度98.5，再沸器加热到100，采用120饱和水蒸气加热，冷凝至120饱和液体。热损失按10%计。
39、定性温度T=(100+98.5)/2=99.25，此温度下丙烯醛汽化潜热Q丙=466.72 kJ/kg，Cp，丙=1.50 kJ/(kgk)；Q水=2256.40 kJ/kg，Cp，水=2.08 kJ/(kgk)；120水的冷凝潜热Q水=2202.11 kJ/kg以98.5为基准，塔釜含水99.6%，近似VV=112.68 kmol/h=2666.99 kg/h传热系数K取600 W/(m2)，则换热面积m2根据计算结果，换热器型号为BEM900-0.6-485.6-9/19-1，换热器类型为管壳式，公称直径900 mm，6管程，工称压强0.6 MPa，换热面积485.6 m2。2.6.6 精
40、馏塔全凝器热量衡算塔顶温度52.4，塔底温度98.5，进料板温度63.3丙烯醛安托因公式：lgP=A+B/T+ClgT+DT+ET2，P为mmHg，T为开尔文温度。水的安托因公式：lgP=A-B/(C+t)，P为mmHg，t为摄氏度。丙烯醛安托因常数：A=57.981 B=-3093.3 C=-19.638 D=1.1510-2 E=-2.3910-14 ，水的安托因常数：A=7.96681 B=1668.21 C=228.0由塔顶温度tD=52.4，求得PS丙=774.35 mmHg，PS水=107.15 mmHg：相对挥发度1=PS丙/ PS水=7.65；由塔底温度tW=98.5，求得PS
41、丙=2992.26 mmHg，PS水=759.98 mmHg：相对挥发度2=PS丙/ PS水=3.76；由进料板温度tF=63.3，求得PS丙=1067.82 mmHg，PS水=171.40 mmHg：相对挥发度3=PS丙/ PS水=6.23；塔顶和塔底的平均相对挥发度12=5.36；精馏段平均相对挥发度13=6.90；提馏段平均相对挥发度23=4.84。由于操作温度在50-100的范围内，故在此范围内丙烯醛的平均相对挥发度m=5.3，气液平衡方程为。泡点进料，q=1最小回流比，取操作回流比为最小回流比的1.6倍，则L=RD=6.3617.90=113.844 kmol/hV=(R+1)D=1
42、31.744 kmol/h出料液温度：53.2（饱和气）53.2（饱和液） 冷却水温度：2535。52.4下，丙烯醛潜热510.24kJ/kg；水的潜热2372.45 kJ/kg，Cp，水=4.18 kJ/(kgk)。全凝器热负荷QC=HV-HD-HL对于全凝器，上升蒸汽V中丙烯醛气相分率y=xD=0.9因为饱和液回流，所以Qc=Qv=131.7440.956510.24+131.7440.1182372.45 =3.95106 kJ/h冷凝水用量kg/h传热系数K取600 W/(m2)，则换热面积m2根据计算结果，换热器型号为BEM1000-0.6-324.1-4.5/19-1。换热器类型为
43、管壳式，公称直径1000 mm，双管程，工称压强0.6 MPa，换热面积324.1m2。2.7 Aspen Plus 模拟Aspen Plus进行的是工艺的稳态模拟，得到的是理想情况下的各种物流信息。有时候在开、停车过程中为了达到产品要求，需要不断调整工艺条件，包括具体的进料量、温度、压力等操作因素，因此在化工生产中，对于设备的控制，或者说是在控制下的设备所具有的抵抗干扰性和操作弹性是具有相当重要的作用14。2.7.1 全流程的模拟苯乙烯塔的的模拟工段主要包括乙苯/苯乙烯塔T101和苯乙烯精制塔T102两个单元模块，具体流程见下图2-3：图2-8 丙烯醛吸收全工段流程汽提塔T0101衡算结果见表2-4表2-4 T0101模拟结果流股C3H2OC3H4O
