年产10万吨醋酸乙烯生产车间工艺设计(4)

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T21212??Cp，m=?Cp,mdT/(TBT=[AT++CT3]T-T)T0/(T2-T0)=[30.67T+20T02311-1-1?52.810?10-3T2??(-16.27)?10-6T3]458.15298.15/(458.15-298.15)=48.28J?mol?K。 23 平均等压比热 c??p，m=C??p，m/M(乙炔)=48.28/26=1.86kJ·kg-1·K-1。 T0与T3之间的平均等压热容

T3113???Cp，m=?Cp，mdT（=[AT?BT2?CT3]T/T3?T0）T0/(T3?T0)=T02311.15[30.67T??52.810?10?3T2??(?16.27)?10?6T3]478298.15/(478.15?298.18)=48.67

23J?mol-1?K-1。平均等压比热 c???p，m=C???p，m/M(乙炔)=48.67/26=1.87kJ·kg-1·K-1。

这里需要注意的是反应物的初始温度是T1，生成物的初始温度是T2，终温均

是T3。依此计算，得到各物质在两个不同温度区间的平均等压比热容。 表4-4 各物质在两个不同温度区间的平均等压比热容（单位：kJ·kg-1·K-1）

cp，m C2H2 HAc VAc ALd Cr-ALd H20 T0~T1 1.82 1.34 1.89 T0~T2 1.86 1.39 1.56 1.63 1.71 1.91 T0~T3 1.87 1.42 1.59 1.65 1.74 1.92 （b）根据物料衡算中反应器的进口流和出口流(忽略其他副反应），计算?HP

C2H2的物理状态变化引起的焓变

?HP1=[(27752.51?1.86?160)-(27752.51?1.82?115)]+[(23312.11?1.87?180)-

（23312.11?1.86?160)=-2450546.63kJ+909172.29kJ=3359718.92kJ。 HAc的物理状态变化引起的焓变

?HP2=[(25617.70?1.39?160)-(25617.70?1.34?115)]-[(15677.60?1.42?180)-

(15677.6?1.39?160)]=1749688.91kJ+520496.32kJ=2270185.23kJ。 H2O的物理状态变化引起的焓变

?HP3=[92.22?1.91?160)-(92.22?1.89?115)]-[(13.86?1.92?180)-

(13.86?1.91?160)]=8138.42kJ+554.40kJ=8692.82kJ。 VAc的物理状态变化引起的焓变

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?HP4=(14246.86?1.59?180)-(14246.86?1.56?160)=521435.08kJ。

ALd的物理状态变化引起的焓变

?HP5=(157.81?1.65?180)-(157.81?1.63?160)=5712.72kJ。

Cr-ALd的物理状态变化引起的焓变

?HP6=(53.80?1.74?180)-(53.80?1.71?160)=2130.48kJ。

综上，?HP=?HP1+?HP2+?HP3+?HP4+?HP5+?HP6=6167875.25kJ。 （3）?HR的计算 ?HR=?Hr+?HS=

1000GA[21]

?H??+H，式中?HS是反应物的状态变化热。 SrMA （a）C2H2 + CH3COOH CH3COOCH=CH2

? ?Hr1=- 357.52-[227.48+( -484.50)]=-118.50 kJ/mol（放热反应）， m（VAc）

=14246.86kg， M（VAc）=86g/mol，则

?Hr1=

1000?14246.86?（?118.50）=-19630847.79kJ。

86 （b）CH3COOCHCH2 + H2O CH3CHO + CH3COOH ?H?， r2=[-484.50+(166.19)]-[- 357.52+(-285.83)]=325.14 kJ/mol（吸热反应）

m（ALd）=225.44kg，M（ALd）=44g/mol，则

?Hr2=

1000?225.44?325.14=1665899.13kJ。

44 （c）2CH3CHO CH3CH=CHCHO + H2O

?H?， r3=[-273.30+(-285.83)]-[2?(-166.19)]=-236.75kJ/mol (放热反应）

m（Cr-ALd)=53.80kg，M（Cr-ALd)=70g/mol，则

1000?53.80=-181959.19kJ。 ?（?236.75）70 (d)75.07kg乙炔与69.32kg醋酸反应生成144.39kg其他副产物，诸多反应或消耗

?Hr3=

或生成热量，由于情况错综复杂难以计算，完全可以忽略不计。 （e）无论反应物还是生成物皆是呈气体状态，故?HS=0。 综上，?HR=?Hr1+?Hr2+?Hr3=-18146907.85kJ

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（3）Q的计算

（a） 反应释放的热量一部分被反应合成物带出在预热器中与反应气体进行换热。另一部分被反应器内载热介质蒸汽冷凝水带走用于醋酸蒸发器蒸发醋酸。 Q=?HP+?HR=6167875.25kJ-18146907.85kJ=11979032.60kJ

（b）反应系统是封闭连续的，故而忽略设备的热损失，Q的一部分Q1用于蒸发HAc。Q的另一部分Q2.用于预热混合气体。

HAc的沸点是118oC，沸点下的蒸发焓?VH=23.694kJ/mol，醋酸蒸发器内提供

1000?25617.70?23.694= 10116429.73kJ，则

60Q2.=Q-Q1=11979032.60kJ-10116429.73kJ=1862602.87kJ。 的热量Q1 =

25oC的C2H2和25oC的HAc组成的混合气体，经预热器预热至140oC。 预热C2H2所需的热量Q?=27752.51?1.82?115=5808600.34kJ。 预热HAc所需的热量Q??=25617.70?1.34?115=3947687.57kJ。 则预热系统内蒸汽预热器提供的热量Q3=Q?+Q??-Q2.=7893685.03kJ。 （c）蒸汽预热器预热的介质是过热蒸气，通过换热器换热作用，吸取自分离系统中的冷凝水所携带的热量转移部分至过热蒸汽。设过热蒸汽进口温度205℃，

出口温度155℃，则所需过热蒸汽流量h1=4.3分离系统的热量衡算

分离工段的分离塔为筛板和泡罩的混合塔板结构，全塔共22 块塔板，分为 三段。第一段，HAc气体被冷凝液化，降温至90℃，送入HAc蒸发器，释放热量Q3。第二段，VAc、Cr-ALd和H2O等高沸物被冷凝液化，降温至50~60℃,送入精馏工段，释放热量Q4。第三段，ALd等低沸物被冷凝液化，降温至-1±2℃,送入精馏工段，释放热量Q5。气体分离塔顶排出的混合气体（主要是C2H2)温度为 0℃,释放热量Q6。 （1）不同温度区间的平均等压比热容的计算

依上述方法和数据，求得HAc在90℃~205℃温度区间的平均等压热

2478.15Cp，m=[21.76T?0.0965T-0.00002543T3]363.15/(478.15-363.15)=94.58J?mol-1?K-1。

7893685.03= 36544.84kg/h。

4.32?（205?155） 平均等压比热容cp，m=94.58/60=1.58kJ·kg·K。

-1-1

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依次逐次计算，算得C2H2在0℃~205℃温度区间、VAc在55℃~205℃温度区间、

H2O在55℃~205℃温度区间、ALd在-1℃~205℃温度区间和Cr-ALd在55℃~205℃温度区间平均等压比热容分别是1.85kJ·kg-1·K-1、1.64kJ·kg-1·K-1、1.93kJ·kg-1·K-1、1.62kJ·kg-1·K-1、1.79kJ·kg-1·K-1。 （2） 各物质温度变化引起的焓变

C2H2：?H1=23237.00?1.85?205=8812632.25kJ。

HAc：?H2=15608.71?1.58?115=2836102.61kJ。

VAc：?H3=14246.86?1.64?150=3504727.56kJ。 H2O：?H4=13.80?1.93?150=3995.10kJ。 ALd：?H5=157.81?1.62?206=52664.35kJ。 Cr-ALd：?H6=53.80?1.79?150=14445.3kJ。 温度变化引起的总焓变是15224567.17kJ （3） 各物质相态变化引起的焓变

1000?15608.71?23.946=6227875.29kJ。

601000?14246.86 VAc：?H8=?25.534=4197853.87kJ。

861000?13.80 H2O：?H9=?40.656=31169.6kJ。

181000?157.81 ALd：?H10=?26.11=93645.89kJ。

441000?53.80 Cr-ALd：?H11=?26.527=20387.89kJ。

70 HAc：?H7=

相态变化引起的总焓变是10570932.54kJ。 （4） 冷凝水量的计算

设冷凝水进口温度为20℃，出口温度为80℃，可得冷凝器所用冷水流量h2=

15224567.17?10570932.54=99519.67kg/h。

4.32?(80?20)4.4精馏系统的热量衡算

整个醋酸乙烯精馏系统由八个精馏塔组成[22]，工艺流程图如图4-1。

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图4-1 醋酸乙烯精馏工艺流程图

4.4.1 精馏一塔热量衡算

反应液用泵送至第一精馏塔，目的是脱除比醋酸乙烯沸点低的轻组分－乙醛、溶解的乙炔等。热量衡算式子：Q[塔顶出料]+Q[塔釜出料]=Q[回流进料]+Q[原始进料]+?Q[23]。

式中?Q的值为正时表示该塔短缺热量，反之则是富余热量。

根据物料衡算的计算结果，再结合精馏原理，计算一塔的进、出料的气液相焓值以及流量如表4-5所示。

表4-5 一塔进、出料的气夜相流量及焓值

类型 流量（kmol/h) 焓值(kJ/mol)

塔顶出料 235.24 53.79 塔釜出料 271.19 81.78 回流进料 101.23 25.13 原始进料 405.2 62.71 据表4-5计算得到一塔必须加入的热量Q一塔=5975286kJ/h。

确定一塔再沸器提供的热量是通过进出口参数来计算的。再沸器的进口参数就是压缩机的出口参数，再沸器的出口参数可以选择冷凝至饱和液体的状态参数。再沸器进口参数包括进口温度、进口压力和进口焓值，数值分别是 408.15K、428709Pa和89.33kJ/mol。再沸器的出口温度一定要高于塔釜出料的温度（351.45K），计算饱和液体时的流体焓值：h一塔再沸器=52.09kJ/mol。

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