安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）

第五章 物料衡算

5.1 设计依据

醋酸生产消耗定额见表5-1

表5-1消耗定额[11]

名称 乙醛 氧气 冷却水 醋酸锰

单耗（每吨醋酸）

770kg 260m3 250m3 2kg

醋酸年产量：20万吨 选择年开工时间：8000小时

2?105?1000?25000kg/h8000则 每小时生产醋酸

100025000?kg 700x x?19250根据消耗定额得每小时乙醛进料量为：

所以，选择每小时乙醛进料量为20000kg

5.2 氧化塔物料衡算

（1）氧化塔物料衡算中的已知数据

① 每小时通入氧化塔的乙醛量为20000kg/h； ② 氧化过程中乙醛总转化率为99. 3%； ③ 氧化过程中氧的利用率为98. 4%；

④ 氧化塔塔顶补充的工业氮使其浓度达到45%；

⑤ 未转化的乙醛在气液相中的分配率（体积%） 气相：34% 液相：66%； ⑥ 原料组成见表5-2；

表5-2 原料组成[12]

原料乙醛%（质量）

乙醛 99. 5

醋酸 60

醋酸 0. 1 水 0. 3 三聚乙醛0. 1

氧气 98 氮气 2

氮气 97 氧气 3

醋酸锰 10 水 30

工业氧%（质量）

工业氮%（质量）

催化剂溶液%（质量）

催化剂中醋酸锰用量为氧化塔进料乙醛重量的0. 08% ⑦ 氧化过程中乙醛的分配率[12]

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方浩：年产20万吨醋酸工艺设计

1CH3CHO?O2?CH3COOH2主反应 96%

副反应 3CH3CHO?3O2?HCOOH?2CH3COOH?CO2?H2O 1. 4% 3CH3CHO?O2?CH3CH?OCOCH3?2?H2O 0. 25%

2CH33CHO?2O2?CH3COOCH3?CO2?H2O 2CH3CHO?5O2?4CO2?4H2O （2）氧化塔物料衡算图见图5-1

图5-1氧化塔物料衡算图

（3）反应式衡算 纯乙醛量：20000×99. 5%=19900

① 主反应 CH?13CHO2O2?CH3COOH 96%

a. 乙醛用量：19900×0. 993×0. 96=18970.28kg b. 需用氧量(x) 44:16=18970.28:x x=6898.28kg c. 生成醋酸量(y) 44:60=18970.28:y y=25868.56kg ② 副反应 3CH3CHO?3O2?HCOOH?2CH3COOH?CO2?H2O a. 乙醛用量：19900×0. 993×0. 014=276.64kg

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0. 95% 1. 4%

1. 4% 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）

b. 需用氧量(x) 132:96=276.64:x x=201.20kg c. 生成醋酸量(y) 132:120=276.64:y y=251.50kg d. 生成甲酸量(z) 132:46=276.64:z z=96.40kg e. 生成水量(w) 132:18=276.64:w w=37.72kg

f. 生成二氧化碳量(v) 132:44=276.64:v v=92.22kg ③ 副反应 3CH3CHO?O2?CH3CH?OCOC3H?2?H2O 0. 25% a. 乙醛用量：19900×0. 993×0. 0025=49.40kg b. 需用氧量(x) 132:32=49.40:x x=11.98kg

c. 生成亚乙基二醋酸量(y) 132:146=49.40:y y=98.8kg d. 生成水量(z) 132:18=49.40:z z=6.74kg

3④ 副反应 2CH3CHO?O2?CH3COOCH3?CO2?H2O 0. 95%

2 a.乙醛用量：19900×0. 993×0. 0095=187.72kg b.需用氧量(x) 88:48=187.72:x x=102.40kg

c.生成醋酸甲酯量(y) 88:74=187.72:y y=157.86kg d.生成二氧化碳量(z) 88:44=187.72:z z=93.86kg e.生成水量(w) 88:18=187.72:w w=38.40kg ⑤ 副反应 2CH3CHO?5O2?4CO2?4H2O 1. 4% a.乙醛用量：19900×0. 993×0. 014=276.64kg b.需用氧量(x) 88:160=276.64:x x=502.98kg

c.生成水量(y) 88:72=276.64:y y=226.28kg

d.生成二氧化碳量(z) 88:176=276.64:z z=553.28kg

根据反应式衡算出来的反应物总耗量及反应生成物总量如下： ① 反应掉的乙醛总量 20000×0. 995×0. 993=19760.7kg ② 未转化的乙醛量 20000×0. 995×0. 007=139.3kg （其中液相中乙醛含量139.3×0. 66=91.94 气相中乙醛含量139.3×0. 34=47.36kg) ③ 反应掉的氧气总量 6898.28+201.20+11.98+102.40+502.98=7716.84kg

7716.84?8002.36kg 则所需工业氧气量

0.98?0.984 其中： 氧气=8002.36×0. 98=7842.32kg 氮气=8002.36×0. 02=160.04kg

所以未反应的氧气=7842.32-7716.84=125.48kg ④ 反应生成物重量

醋酸：25868.56+251.50=26120.06kg 二氧化碳：92.22+93.86+553.28=739.36g 水：37.72+6.74+38.40+226.34=309.2kg 甲酸：96.40kg

亚乙基二醋酸酯：54.64kg

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方浩：年产20万吨醋酸工艺设计

醋酸甲酯：157.86kg （4）催化剂用量

已知催化剂溶液中醋酸锰用量为氧化塔进料乙醛重量的0.08%，催化剂中醋酸锰的含量为10%，设催化剂溶液用量为x

0.0008??10000?x??0.1x ?x?161.30kg 其中： 醋酸锰 161.30×0. 1=16.12kg 水 161.30×0. 3=48.40kg 醋酸 161.30×0. 6=96.78kg （5）保安氮用量 设保安氮为xkg

塔顶干气量计算： 氮气：160.04+0. 97x 氧气 ：125.48+0. 03x 二氧化碳：739.36kg

160.04?0.97x则 =45% x=579.15kg

160.04?125.48?x?739.36（其中氮气：579.15×0. 97=561.76kg 氧气：579.15×0. 03=17.38kg）

塔顶干气量 氮气: 160.04+0. 97x=721.80kg 氧气:125.48+0. 03x=142.86kg 二氧化碳: 739.36kg

整理以上数据，列出氧化塔物料平衡结果，见表5-3

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