年产1.5万吨丙烯酸甲酯生产工艺中丙烯酸分馏工段的设计毕业设计论文.doc

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1、北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY（ 2013 ）届本科生毕业设计（论文）题目： 年产1.5万吨丙烯酸甲酯生产工艺中丙烯酸分馏工段的设计 学院： 理工学院 专业： 化学工程与工艺 学号： 090101160 姓名： 杨岚祁 指导教师： 孟献民教授 北京化工大学北方学院毕业设计诚信声明本人申明：我所呈交的本科毕业设计是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得

2、北京化工大学北方学院或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 年 月 日年产1.5万吨丙烯酸甲酯工艺流程中丙烯酸分离工段的设计杨岚祁化学工程与工艺专业 化工0906班 学号090101160指导教师 孟献民教授摘 要本人所做的毕业设计是根据北京东方化工厂丙烯酸甲酯的生产工艺流程规程所提供的相关数据，主要对丙烯酸分馏工段进行能量衡算，物料衡算及丙烯酸分馏塔及塔釜再沸器设备的选型计算。丙烯酸分馏塔设计的关键部分是对塔顶馏出液、进料液及塔釜液体在定性温度下混合液

3、体的相关物性数据的确定。本人查找了较多的计算手册并将其中比较精确的计算公式运用到毕业论文物性参数的确定上，为之后的设备计算夯实了基础。由于相关文献资料中所涉及的多组分精馏塔的设计比较少见，尤其是通过手算的方法，所以本设计是对多组分精馏塔手算法的一个比较好的补充。再者有关文献资料对再沸器的设计选型计算步骤描述的比较浅显，大多是对单一组分的物料进行加热或冷却，对发生相变的过程描述的不够详尽，不能根据其描述的方法设计出比较合适的再沸器。很难满足实际工业生产要求。所以本设计也是对加热多组分物料立式热虹吸再沸器设计的一个很好的借鉴。 关键词：混合物的物性数据 多组分精馏塔 多组分立式热虹吸再沸器The

4、Design of Fractional Distillation of Acrylic Acid Section in the Process of Annual Production of Fifteen Thousand Tons of Methyl AcrylateAbstract My related data of graduation design is according to the production process of methacrylate in Beijing eastern chemical plant,which mainly design fraction

5、ation section of acrylicon on energy balance,material balance and the equipment type selection of acrylic fractionating tower and tower kettle reboiler. It is the key part of designing for the fractionating tower of acrylic that is to confirm the relevant physical properties under the qualitative te

6、mperature about feed liquid,overhead fraction and tower bottoms. I find many handbook of chemical engineering calculation,and select some precise of calculating formulas used to establish the date of physical property,which is greatest helpful to equipment calculation. Due to the design of multicomp

7、onent distillation is rare in related literature material, especially by hand calculation method, so this design is a good supplement for multicomponent distillation. Furthermore the description of calculation steps for reboiler is relatively shallow in relevant literature, which is mostly for heati

8、ng or cooling single component material, and is not detailed about the process of phase change,and is difficult to design more appropriate reboiler according to its description method. It is not easy to meet the actual industrial production requirements. So this design is a good reference for vertic

9、al heated multicomponent materials heat siphon reboiler design .Key words: Property data of mixture Multicomponent distillation dower Multicomponent vertical thermosyphon reboiler目 录前 言1第1章 绪论21.1节 丙烯酸甲酯的简介21.2节 丙烯酸甲酯生产工艺概述31.3节 丙烯酸甲酯的合成工艺61.4节 丙烯酸甲酯的发展状况7第2章 丙烯酸分离塔T3011物料衡算和能量衡算92.1节 T3011的物料衡算92.2

10、节 T3011的能量衡算9第3章 丙烯酸分馏塔T3011的选型123.1节 T3011塔顶、进料、塔釜组成的确定123.2节 T3011塔板数的确定143.3节 T3011精馏段的操作的工艺条件及相关物性数据的计算153.4节 精馏段塔径、塔板和塔高主要工艺尺寸的计算193.5节 精馏段塞板的流体力学验证213.6节 精馏段塔板负荷性能图223.7节 T3011提馏段的操作的工艺条件及相关物性数据的计算243.8节 提馏段塔径、塔板和塔高主要工艺尺寸的计算263.9节 提馏段塞板的流体力学验证283.10节 提馏段塔板负荷性能图293.11节 精馏塔的设计计算结果汇总一览表31第4章 丙烯酸分

11、馏工段中再沸器E3311的选型33第4.1节 再沸器E3311的操作的工艺条件及相关物性数据的计算33第4.2节 冷热流体的物性参数的计算334.3节 再沸器E3311的设计38第5章 丙烯酸甲酯的影响与危害435.1节 丙烯酸甲酯对健康的影响435.2节 丙烯酸甲酯泄露的应急处理445.3节 生产防护急救措施44结 论45附 录46参考文献47致 谢48V前 言本人毕业设计的论文题目为年产1.5万吨丙烯酸甲酯工艺中丙烯酸分馏工段的设计。上世纪八十年代国内目前丙酸甲酯年总产量约4.5万吨,其中北京东方化工厂引进日本的生产装置年产量最大约为1.5万吨，吉化公司电石厂年产量约0.55万吨.然而国内

12、丙烯酸甲酯的在国内的消费需求大致为：化纤行业用作腈纶的第二单体，年消耗丙烯酸甲酯约为2万吨，约占消费量的50%；涂料行业用于与乙酸乙烯或苯乙烯共聚，生产性能优良的涂料，需丙烯酸甲酯约0.6万吨，约占消费量的6%；皮革加工饰剂消费约占6%；纺织行业作为上浆、印染、整理助剂约占6%；生产粘合剂，制造各种胶带、胶布约占4%；造纸行业用于纸张涂布加工和浸渍约占4%；其他如水处理，PVC改性，石油开采等行业约占6%。年总需求量约7万吨左右，部分尚需从国外进口弥补。近年来每年需进口2万吨左右。国内目前各行业对丙烯酸甲酯的年需求量以每年平均10%左右的速度递增，由于国内市场供应紧张，其价格也逐步上涨。199

13、4年底国内丙烯酸甲酯价格为1.2万/t，到1995年底价格已涨至1.6万/t，涨幅达33%，2000年国内丙烯酸甲酯需求量已达5.5万吨，近期若无新建装置投产，届时丙烯酸甲酯市场供求矛盾将更为突出，价格也大幅上涨。所以对我国现有的生产丙烯酸甲酯的生产工艺进行改良，以满足国内各行业的生产需求迫在眉睫。第1章 绪论1.1节 丙烯酸甲酯的简介1.1.1丙烯酸甲酯的理化性质丙烯酸甲酯：英文名Methyl Acrylate，分子式C4H6O2，相对分子量86.09，结构式CH2=CHCOOCH3，无色透明液体，有类似大蒜的气味，易燃，微溶于水，能与乙醇、乙醚混溶，易聚合，易与多种乙烯基单体共聚。沸点80

14、.3，熔点-76.5，液体密度：0.9561 克毫升(15)，爆炸极限：2.225(体积百分比)，燃烧热 5.700Kcal/g 2055KJ/mol，临界温度 262.7，闪点 -3 （密闭）。1.1.2生产丙烯酸甲酯的主要原料 丙烯酸（CAA）、甲醇、对苯二酚(HQ)、对苯二酚甲基醚(MEHQ)、高效阻聚剂（ZJ705）、强酸性阳离子交换树脂（D72）。 1.1.3 丙烯酸甲酯的主要用途丙烯酸甲酯是有机合成中间体及合成高分子的单体，由丙烯酸甲酯合成共聚橡胶具有良好的耐高温及耐油性能。与丙烯腈共聚可改变聚丙烯腈纤维的可纺性、耐塑料及染色性。与甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯或苯乙烯共聚是性能良好的涂

15、料和地板上光剂。此外，在医药制造、皮革加工、树脂合成、涤/棉、涤/腈等混纺织物经纱上浆、造纸、粘合剂制造、油漆等工业中也有其日益广泛的用途。1.1.4丙烯酸甲酯上下游产品信息下游产品 2-磷酸丁烷-1,2,4-三羧酸无纺布胶BT型改性丙烯酸树脂涂饰剂系列CSF系列改性丙烯酸树脂乳液1-甲基-4-哌啶酮盐酸盐防油、防水涂饰剂全候性系列树脂AC防霉涂饰剂桃醛十四醛三聚物丙烯酸 2-乙基己酯1-甲基-4-氯哌啶盐酸盐高效高分子酰化催化剂软1树脂4-氧四氢噻酚-3-羧酸甲酯经纱上浆剂MVACN-月桂酰基-N-羟乙基乙二胺丙酸盐N-羟乙基-N-羟烷基-氨基丙酸新型丙烯酸树脂乳液匹格列酮依普罗沙坦N-月桂

16、酰基-N-羟乙基-羧丙基乙二胺丙酸内盐柔软剂D33-甲硫基丙酸甲酯中1号树脂、丙烯酸酯类共聚物瑞芬太尼丙烯酸系氨羧基螯合树脂月桂氨基丙酸1,3-二甲基-4-哌啶酮离子交换树脂硝基磁漆异噻唑啉酮填充树脂分散棕 19丙位十二内酯1-甲基-4-哌啶酮-3-羧酸甲酯N-(2-苯乙基)-4-哌啶酮上游原料 甲醇马来酸酐环氧丙烷甘油丙烯酸卡波姆树脂丙烯酰胺蓖麻油丙烯醛苯甲酸丙二醇植物油季戊四醇聚醚乙烯酮菜籽油1.2节 丙烯酸甲酯生产工艺概述 1.2.1北京东方化工厂MA装置概况说明 MA装置是我国第一套丙烯酸甲酯生产装置，于1984年10月建成投产。该装置的生产技术和大部分装备由日本引进,设计年生产能力为

17、15000吨。丙烯酸甲酯（MA）生产装置，是以酯化级丙烯酸（CAA）和甲醇（MeOH）为原料，经过前系统的酯化和后系统的精制两部分生成丙烯酸甲酯（MA）。1.2.2生产工艺简述丙烯酸甲酯（MA）生产装置，是以酯化级丙烯酸（CAA）和甲醇（MeOH）为原料，经过前系统的酯化和后系统的精制两部分完成丙烯酸甲酯的生产。整套装置设有反应器1 台（R301），塔9 座(T3011、T3012、T302、T303、T305、T306、T307、T3621、T3622)，换热器33 台，槽17 个，泵47 台（包括蒸汽喷射泵），共107 台设备，设计年产丙烯酸甲酯1.5 万吨,100%生产负荷时。酯化单元：

18、丙烯酸的酯化及丙烯酸甲酯的粗分离前系统 R301T3011T302 流程来自V1102 的酯化级丙烯酸（CAA）， 由P311A/B 输送，经FRCQA3111控制流量来自V201 的甲醇（MeOH）由P201 A/B 输送，经FRCA3012 按进料moL 配比计算所得数据进行流量控制；来自V325 的回收醇经P325 A/B输送，由FRCA3252 控制适当流量，上述三股进料进入管道混合器（ZZ301）在此充分混合，配成醇酸摩尔比1.8：1 的混合液，来自V321 由P321 输送，经FRCA3211 控制流量的反应循环液与上述三股物料的混合液一起进入预热器E311，并用蒸汽（LLS）通过

19、TICA3111 控制温度为701，把上述物料加热到反应温度后由反应器R301 顶部进入。反应液经过强酸性阳离子交换树脂催化剂床层（70）后，丙烯酸单程转化率约为40%，反应生成液从反应器底部出口由PICA3111 控制压力0.1MPa，送至T3011 塔釜。T3011 是酸分离塔，通过塔釜再沸器E3311 供给热量，再沸器蒸汽（LLS）由FICA3311 控制流量，进料组成为酯、醇、水、酸和副产物等，酯、醇、水从塔顶蒸出，以气相送往T302，塔釜液由P3311 送出，一路由FICA3212 控制流量送至T3012 脱除反应液中的副产重组分，使反应液中的副产重组分保持在较低水平，保证树脂的催化

20、能力；另一路由LICA3011 控制液位50%送往V321。T3011 的回流液来自V222 和V326，一路由P322 A/B 输送经FICA3221 控制流量约1m3/h，另一路由P326A/B 输送经FICA3262 控制流量约0.5m3/h，两路汇合后一同进入T3011 顶部。T3012 是闪蒸塔，其作用是脱除循环液中的副产重组分。来自T3011 釜由P3311 输送的部分塔釜液与P337A/B 来的T307 釜液一起，在T3012 上部进料，含有丙烯酸、醇及丙烯酸甲酯的轻组分从顶部蒸出，经E3211、E361 冷凝后进入V321；塔釜液进入薄膜蒸发器E3312，在此用PRCA3311

21、 控制夹套蒸汽压力0.6MPa 进行高效蒸发，进一步回收丙烯酸，蒸发物进入T3012，残液进入V331，由P3312 A/B 送出，一部分由FG3311 控制作为E3312 循环液，另一部分由FG3312 控制送往V602 处理。V321 中的物料由P321 A/B 输送，一路由FRCA3211 控制流量约7.0m3/h 作为反应器的循环液，另一路经E3212 用CW水冷却后分别由FG3211 FG3212 控制流量200l/h、100l/h 作为E3211、E361的喷淋液。T3012 是真空操作塔， 由蒸汽喷射泵J361 给塔系抽真空， 由PRCA3611 控制150mmHg。T302 是

22、脱重组分塔。来自T3011 顶部的气相物料进入T302 的23#塔板，酯、醇、水由T302 顶部蒸出，经E3221、E3621 冷凝后进入顶部受槽V222；含有少量的丙烯酸（AA）及甲氧基丙酸甲酯（MPM）的釜液经P332 A/B 由LICA3021 控制T302 液位50%送往V6011 处理。T302 热源由工艺水再沸器E332提供，由TICA3021 控制温度7884，进入E332 的工艺水（PW）汽化直接进入塔釜给塔系提供热量。T302 塔内投入仪表空气（IA）由FG3721 控制4.9m3/h 用于阻聚。T302 回流液来自V222 经P322 A/B 输送，由FICA3222 控制

23、流量4.55.5m3/h，并与来自V346 经P346 A/B 输送由FICA3421 控制流量63l/h的阻聚剂一起进入塔顶。另外，E3221 内投入来自V222 由FG3222 控制300l/h的喷淋液，和来自V345 由FICA3422 控制83l/h 的阻聚剂；E3621 内投入来自V222 由FG3223 控制200l/h 的喷淋液用于阻聚。精制单元：从 V222 来的物料，在T303 中连续萃取，分离出来的甲醇经T305 回收再用于酯化反应，粗丙烯酸酯在T306 中除去少量水、甲醇及其它轻组分，最终在T307 得到到高纯度的丙烯酸酯。T303T305 、T303 T306T307

24、流程叙述T303 为萃取塔。来自V222 的料液由P322A/B 输送，经FRCA3223 控制流量4.5m3/h，进入T303 塔加料冷却器E313，用CW 水冷却到40进入T303底部；来自V333 由P333 A/B 输送的工艺水（PW）由FRCA3331 控制3.5m3/h进入T303 顶部，同时T306 塔顶受槽V326 的水相，经P3262 输送由FG3264控制流量与萃取一同进入塔顶，T3622 脱臭塔的洗涤水由P362 A/B 输送用LIC3621 控制流量从5# 塔板进入塔内， 水相和酯相在塔顶部分层， 界面LIA3031 控制为50%。经过逆向接触，甲醇被溶解到萃取水中，由

25、PICA3331控制T303 塔釜压力为0.18MPa，通过E315 与T305 塔底液被换热到70从第16# 板进入T305 进行甲醇的回收。萃余相中含少量甲醇及少量水的丙烯酸甲酯，由FRCA3161 控制2.61m3/h 送往脱轻组分塔T306。T305 为醇回收塔。从T303 塔釜来的萃取液，经T305 的加料预热器E315与T305 釜液进行热交换至70后从16# 板进入T305 塔内，甲醇、水及少量的丙烯酸甲酯经共沸从塔顶蒸出，经塔顶冷凝器E3251、尾气冷凝器E365 冷凝后，进入塔顶部受槽V325，该馏出液经P325 A/B 输送回反应器，再作酯化反应原料。塔釜液用P335 A/

26、B 输送经E315 与萃取相换热达68后进入T305塔釜冷却器E3352 进一步冷却到40后，送到V333 作为T303 的萃取水，塔釜液采出量由LICA3051 控制50%。再沸器E3351 的加热用蒸汽（LLS）由24#板的中温控制，中温TRCA3051 控制96，蒸汽由FR3351 控制。V325 的回收醇经P325 A/B 输送用FICA3251 控制向塔内回流，为了阻聚，将来自V345的含对苯二酚（HQ）阻聚剂喷淋到T305 馏出冷凝器E3251 内。阻聚剂量由FICA3451 控制，塔顶馏出液由P325 A/B 输送向E3251 和E365 顶部喷淋FG3251控制400l/h、F

27、G3252 控制200l/h。T306 为脱轻组分塔。来自T303 塔顶的萃余相经T306 进料预热器E316预热达60后从15# 板进入塔内，温度由TICA3161 控制。经蒸馏，甲醇及醋酸酯等轻组分，随少量的丙烯酸甲酯和水一起从塔顶蒸出，经冷凝器E3261 冷凝后，又经E3262 与回流液换热到40再经E3264 进一步冷却到20进入塔顶受槽V326，不凝气体经尾气冷凝器E366 进一步冷凝。T306 为负压操作塔，经J366 抽真空，PRCA3661 控制400mmHg。V326 内液体经静置分层，下部的水层由P3262 送往T303 作为萃取水由FG3264 控制67l/h. 上部酯相

28、由P3261A/B 输送，经E3262 与冷凝液换热到42后，再经E3263 与蒸汽（LLS）换热到55回流到塔内，回流量由FICA3261 控制3.0m3/h，E3263 蒸汽（LLS）由TICA3261 控制55。为了防止聚合，将来自V346 含有对苯二酚（HQ）和 ZJ的阻聚剂喷入E3261 内，由FICA3461 控制160l/h，含有阻聚剂的冷凝液作为回流进入塔内，塔底加入仪表空气（IA）由FG3761 控制4.2m3/h，再把含有阻聚剂的V326 内馏出液对塔顶和E3261、E366 顶部投入喷淋， 量值分别为FG3261 500l/h、FG3262 300l/h、FG3263 2

29、00l/h。T307 为精制高纯度的丙烯酸酯塔。脱轻组分塔T306 的塔釜液由塔釜输送泵P336 A/B 输送，经FRCA3362 控制2.5m3/h 到T307 塔，经脱色以塔顶馏出液的形式得到高纯度丙烯酸甲酯。气相甲酯从塔顶蒸出，经T307 顶部冷凝器E3271、E367 冷凝，再经P327 A/B 输送到E3272 进一步冷却到40后，进入成品中间罐V307A/B，输送量由E3271 底部液位表LICA3271 控制50%，送出量2.1t/h。冷凝液经P327 A/B 由FICA3271 控制1.1 m3/h 回流到塔内。为了防止聚合，从阻聚剂罐V347 经P3472 A/B 输送来的含

30、有对苯二酚单甲醚（Q）的阻聚剂随回流一起进入塔内，由FG3472 控制流量19l/h。另外，塔内还加喷淋FG3273 流量为700l/h，馏出液同时向E3271 顶部和E367 顶部喷淋，控制量值分别为FG3271 400l/h、FG3272 200l/h，P3471 A/B 输送含有对苯二酚单甲醚（MQ）的阻聚剂随喷淋液一起喷淋到E3271 内，由FG3473 控制流量16ll/h。塔釜加入仪表空气（IA），由FG3771 控制流量2.3 Nm3/h。图 1.1丙烯酸甲酯的生产工艺流程图1.3节 丙烯酸甲酯的合成工艺1.3.1基本原理丙烯酸和甲醇在强酸性阳离子交换树脂的催化作用下发生酯化反应

31、，生成丙烯酸甲酯和水。反应方程式：CH2=CHCOOH + CH3OH CH2=CHCOOCH3 + H2O1.3.2反应的影响因素（1）压力：压力对于液相酯化反应影响不大，但压力过高对树脂的骨架会造成损坏，压力低，MeOH 会汽化，这些都对工艺运转产生影响，所以反应器的压力控制0.1MPa。（2）反应温度：R301 内部温度控制6785。温度升高。分子内能增加，运动加剧，活化分子数量增加，增大了有效碰撞的机率，进而加快反应速度。但是，在加快了主反应速度的同时，也加快了副反应的速度，虽然提高了反应的转化率，由于副产物的增多，反而会使反应收率有所下降。所以，反应单程转化率控制在3742%之间，只

32、有转化率下降时才提高反应温度。（3）停留时间：循环量的大小决定了物料在树脂床层的停留时间，即反应时间，它对反应速度没有影响。循环量小，反应时间会随之增加，反应深度加大，转化率提高。循环量的调整，是只有在树脂活性下降时采取的措施。（4）R301 入口生成物组成：由于酯化反应为可逆反应，生成物含量的增加会使逆反应速度加大，反应转化率降低。所以，入口中生成物MA、H2O 含量对反应影响很大。另外，根据副反应方程式如MPM的生成反应：CH2=CHCOOCH3 + CH3OH = CH3OCH2CH2COOCH3其生成物中没有水，也就是说，H2O 对副反应速度没有影响，只会降低主反应速度，使副产物增多，

33、反应收率降低。因此，要脱除水和副产重组分并严格控制R301 入口物料组成，保证反应正常进行。(5) 摩尔比：摩尔比指反应物中醇的摩尔数与酸的摩尔数之比。其计算公式为：摩尔比=（醇的摩尔数+酯的摩尔数）/（酸的摩尔数+酯的摩尔数）我们控制R301 摩尔比为1.8:1。1.3.3副反应的类型及控制方法甲酯生产装置主要涉及以下副反应：丙烯酸甲酯 + 甲醇 = 甲氧基丙酸甲酯反应方程式：CH2=CHCOOCH3 + CH3OH = CH3OCH2CH2COOCH3 在实际生产中，常采用控制适当的丙烯酸单程转化率的办法，防止副反应的过度发生。 1.4节 丙烯酸甲酯的发展状况1.4.1国内丙烯酸甲酯的发展

34、状况上世纪八十年代国内丙烯酸甲酯的生产厂有10余家，年总产量约4.5万吨,其中北京东方化工厂引进日本的生产装置年产量最大约为1.5万吨，吉化公司电石厂年产量约0.55万吨.这两个厂家均采用丙烯氧化法生产.其余的生产厂还有上海高桥石化公司、上海皮革化工厂，苏州安利化工厂， 抚顺化纤厂等;除上海高桥石化公司采用丙烯氧化法生产外.其余厂家均采用生产规模小，工艺落后，成本较高的丙烯腈水解法。现已有部分装置停产或转产，仍在生产的厂家的丙烯酸甲酯产品也主要是自用。 可以看出我国丙烯酸甲酯的生产处于供不应求的状态，我国丙烯酸甲酯的生产潜能还有待继续开发，其中蕴藏着巨大的发展空间。第2章 丙烯酸分离塔T301

35、1物料衡算和能量衡算2.1节 T3011的物料衡算2.1.1T3011的进出料组成表2.1 丙烯酸分离塔的物料衡算表 AA(丙烯酸)进 出 MeOH（甲醇）进 出 MA（丙烯酸甲酯）进 出 H2O 进 出 MPM(甲基丙烯酸甲酯) 进 出 2.2节 T3011的能量衡算2.2.1各组分热熔的计算关联式 （2.1）各组分的系数列于下表表2.2 热熔公式系数表表2.3 各物质在不同温度下的热熔值2.2.2能量衡算计算公式 能量 物质的量 平均摩尔热熔 温度差（）（1）R301釜液所带的能量：（2）换热器E3011所提供的热量：（3）来自V222料液所带的能量：（4）来自V326料液所带的能量：（5

36、）T3011塔顶出料所带走的热量：（6）T3011塔釜物料所带走的热量： （7）塔顶冷凝器的热负荷：第3章 丙烯酸分馏塔T3011的选型3.1节 T3011塔顶、进料、塔釜组成的确定3.1.1塔顶、进料、塔釜料液各组分摩尔分数的计算（1）顶料液各组分摩尔分数的计算： (2) 进料各组分摩尔分数的计算(3)塔釜料液各组分摩尔分数的计算：3.1.2塔顶、进料、塔釜料液各组分饱和蒸汽压的计算（1）饱和蒸汽压与温度的关联式：表3.1 饱和蒸汽压计算公式系数表3.2 在塔顶、塔釜温度下的饱和蒸汽压数据3.1.3全塔相对挥发度的计算：（1）选择丙烯酸为重关键组分，甲酯为清关键组分则： 表3.3 各组分的相

37、对挥发度的计算3.1.4塔顶、进料、塔釜的气液相平衡数据：在已知相对挥发度的情况下，可由液相平衡计算平衡气相组成：在已知相对挥发度的情况下，可由气相平衡计算平衡液相组成：（1）塔顶液相组成计算计算如下：(2)进料板气相组成计算如下： (3)塔釜气相组成计算如下：3.2节 T3011塔板数的确定3.2.1最小回流比的确定（1）用Underwood发求解最小回流比：所用到的公式：（31）将求得的值代入式（32）即可求得最小回流比： （32）式中 进料中组分的摩尔分数 组分个数 组分相对挥发度 Underwood参数 i组分 塔顶馏出物中组分的摩尔分率（2）T3011为饱和液体进料 将以上的数据代入

38、式得，求二者的算术平均数得 将求得的值代入式的取T3011的回流比3.2.2理论塔板数的确定（1）将求得的最小回流比代入式 查吉利兰关联图可得 （33）（2）最少理论板数的确定：将求得的代入式得 （3）进料板位置的确定：将求得的代入式得3.3节 T3011精馏段的操作的工艺条件及相关物性数据的计算3.3.1精馏段气液相平均摩尔质量的计算（1）平均摩尔质量计算：塔顶气相：塔顶液相：（2）进料平均摩尔质量计算：进料气相：进料液相：（3）精馏段气相平均摩尔质量：（4）精馏段液相平均摩尔质量：3.3.2精馏段气液相平均密度的计算（1）精馏段气相平均密度的计算：规定进料板温度87，单板压降0.8KPa塔

39、顶压力101.3KPa平均温度 进料板压降 精馏段平均压降 气相平均密度 （2）塔顶（76/349.2K）温度下各组分的密度计算：饱和液体密度的计算公式如下：（34）（35）表3.4 丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲醇的物性数据如下表：将上表数据代入公式（34）和（35）求得349.2K下塔顶各组分的密度如下表：表3.5 塔顶各组分的密度水在70密度为，水在80密度为则用内插法求解349.2K下水的密为（3）塔顶液相平均密度的计算：（4）进料板（87/360.2K）温度下各组分的密度计算：用公式（34）和（35）求得360.2K下进料板各组分的密度如下表：表3.6 进料板各组分的密度水在80密度为，水在

40、90密度为则用内插法求解349.2K下水的密为（5）进料板（87/360.2K）温度下液相平均密度的计算：（6）精馏段液相平均密度：3.3.3精馏段平均表面张力的计算（S-R）法计算液相表面张力的计算公式： (36)表3.7 液相表面张力就散公式系数表MA、AA、MeOH物性数据如下表：表3.8 MA、AA、MeOH物性数据将上表的数据代入公式（36）中求得AA、MA在塔顶温度349.2K和进料板温度360.2K下的表面张力如下：塔顶各组分的表面张力：，用内插法求得水与甲醇的表面张力分别为：， 塔顶液相平均表面张力进料板各组分的表面张力:,用内插法求得水与甲醇的表面张力分别为:, 进料板液相平

41、均表面张力：精馏段液相平均表面张力： 3.3.4精馏段的气液负荷计算：汽相摩尔流率 汽相体积流量 液相回流摩尔流率 液相体积流量 3.4节 精馏段塔径、塔板和塔高主要工艺尺寸的计算3.4.1精馏段塔径的计算（1）初选塔板间距及板上液层高度，则：查Smith通用关联图得负荷因子（2）泛点气速：（3）操作气速：取（4）精馏段的塔径：圆整取塔截面积为此时的操作气速3.4.2精馏段主要工艺尺寸的计算（1）溢流装置因塔径D=1.8m，可采用单溢流型弓形降液管。溢流堰长（出口堰长）取出口堰高 E取1 弓形降液管的宽度和降液管的面积由，查图得，即：，液体在降液管内的停留时间（满足要求）降液管的底隙高度液体通

42、过降液管底隙的流速一般为0.070.25m/s，取液体通过降液管底隙的流速，则有：故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘，深度为（2）塔板布置塔板分块 因D=1800mm 故塔板分5块边缘区宽度 开孔区面积式中：则：开孔数和开孔率取筛孔的孔径，正三角形排列，筛板采用不锈钢，其厚度，且取。取孔心距。每层塔板的开孔数每层塔板的开孔率（应在515%，故满足要求）气体通过筛孔的孔速精馏段的塔高3.5节 精馏段塞板的流体力学验证（1）塔板压降气体通过干板的压降 由查图的 气体通过板上液层的压降动能因子查图得气体克服液体表面张力产生的压降气体通过筛板的压降（单板压降）和（满足工艺要求）（2）液面落差 对于

43、筛板塔，液面落差很小，且本设计的塔径和流量均不大固可忽略液面落差的影响。（3）雾沫夹带量的验 板上液层高度 验算结果表明不会产生过量的雾沫夹带（4）漏液的验算漏液点的气速筛板的稳定性系数在1.52之间（不会产生过量液漏）（5）液泛的验算为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度成立，故不会产生液泛。通过流体力学验算，可认为精馏段塔径及塔板各工艺结构尺寸合适，若要做出的设计不合理，还需重选及，重新设计。3.6节 精馏段塔板负荷性能图（1）液沫夹带线 以 式中：、则：化简得：在操作范围内任取几个值，依上式算出对应的值列于下表：0.00500.01000.01500.02005.7575.2924.9024.553依据表中数据作出雾沫夹带线 （2）液泛线 、联立化简可得 在操作范围内任取几个值，依上式算出对应的值列于下表：0.00500.01000.01500.02006.7976.4356.0015.491依据表中数据作出液泛线 （3）液相负荷上限线以作为液体再降液管中停留时间的下限 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线 （4）漏液线式中、