年產(chǎn)500噸馬來(lái)酸二乙酯車間工藝設(shè)計(jì)-填料精餾塔設(shè)計(jì)含CAD圖,年產(chǎn),馬來(lái),酸二乙酯,車間,工藝,設(shè)計(jì),填料,精餾塔,cad 1年產(chǎn) 500 噸馬來(lái)酸二乙酯車間工藝設(shè)計(jì)——填料精餾塔的設(shè)計(jì)摘 要：馬來(lái)酸二乙酯（DEM）是高分子化合物單體，農(nóng)藥、 醫(yī) 藥 、 香 料 、 水 質(zhì) 穩(wěn) 定 劑 （ 有機(jī) 多 元 羧 酸 磷 酸 化 合 物 ） 的 中 間 體 ； 本文總述了馬來(lái)酸二乙酯的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)方法、市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì)；介紹了年產(chǎn) 500 噸馬來(lái)酸二乙酯車間工藝中馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐分離過(guò)程填料精餾塔的設(shè)計(jì)，根據(jù)物料衡算確定了填料精餾塔的工藝參數(shù)及塔體類型。關(guān)鍵詞：馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐；分離過(guò)程；填料精餾塔2The Process Design of a Plant Producing 500t/a Diethyl Maleate—The design of packing distillation column Abstract: Diethyl Maleate is a macromolecular monomer and intermediates of pesticide , medicine spices, water quality stabilizer(organic polybasic carboxylic acid phosphate compound). Its natures, uses, main production methods, the market prospect and the trend of development are mainly introduced in this paper. This paper introduces the design of packing distillation column in the annual output of 500 tons diethyl maleate process between diethyl maleate-maleic anhydride separation process , According to the material balance of the packing distillation column,the technological parameters and the tower body types were determinedKey words: diethyl maleate - maleic anhydride ; separation process; packed column.3目 錄摘 要 1關(guān)鍵 詞 11 簡(jiǎn)介 .21.1 馬來(lái)酸二乙酯的形狀及應(yīng)用 .21.1.1 馬來(lái)酸二乙酯的性狀 21.1.2 馬來(lái)酸二乙酯的危險(xiǎn)性概述 21.1.3 馬來(lái)酸二乙酯的消防措施 31.1.4 馬來(lái)酸 二乙酯的應(yīng)用及儲(chǔ)存 31.2 馬來(lái)酸二乙酯的操作注意事項(xiàng)及運(yùn)輸注意事項(xiàng) 31.3 馬來(lái)酸二乙酯的應(yīng)急處理 42 馬來(lái)酸酐合成馬來(lái)酸二乙酯的方法及工藝流程 .42.1 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)方法 .42.1.1 硫酸催化酯化法 52.1.2 離子交換法 52.2 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)工藝選擇 62.3 生產(chǎn)工藝流程 63 選擇精餾塔的原則 .74 馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐分離過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì) 74.1 設(shè)計(jì)條件 74.2 設(shè)計(jì)任務(wù) .84.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 84.3.1 精餾塔的物料衡算 .84.3.2 塔板數(shù)的確定 94.3.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 .114.3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 .144.3.5 填料層高度計(jì)算 .164.3.6 填料層壓降計(jì)算 .16結(jié) 束 語(yǔ) .17參考文獻(xiàn)及謝辭 .1941.簡(jiǎn)介1.1 馬來(lái)酸二乙酯形狀及應(yīng)用馬來(lái)酸二乙酯的性狀1. ??1~2馬來(lái)酸二乙酯又名順丁烯二酸二乙酯、失水蘋果酸二乙酯、失水蘋果酸乙酯，英 文 名 Diethyl maleate， 化 學(xué) 式 ， 分 子 量 為 172.18。 結(jié) 構(gòu) 式 8124CHO馬來(lái)酸二乙酯為無(wú)色透明液體，常溫常壓下穩(wěn)定。禁配物：氧化劑、還原劑、酸類、堿類。微溶于水，溶于醇、醚、烴等有機(jī)溶劑，在堿性溶液中易水解。30℃時(shí)在水中溶解 1.4％；水在馬來(lái)酸二乙酯中溶解 1.9％，與 88.2％的水形成共沸混合物，共沸點(diǎn) 99.65℃。熔點(diǎn)（℃）：-11.5，沸點(diǎn)（℃）：225.0，相對(duì)密度（水=1）：1.0687（20℃），相對(duì)蒸氣密度（空氣=1）：5.93，飽和蒸汽壓（kpa）：0.133（57.3℃），酸堿度（PH 值）：1，折光率：1.4415，粘度（mpa.s，25℃）：3.14，蒸發(fā)熱（kJ/mol）：52.3，蒸汽壓（kpa， 30℃）：0.30。技術(shù)指標(biāo)：含量≥98%，酸度( 一硫酸計(jì))≤0.1%。馬來(lái)酸二乙酯的危險(xiǎn)性概述1.2侵入途徑：吸入、食入、經(jīng)皮吸收。健康危害：該品粉塵和蒸氣具有刺激性。吸入后可引起咽炎、喉炎和支氣管炎，可伴有腹痛。眼和皮膚直接接觸有明顯刺激作用，并引起灼傷。慢性影響：慢性結(jié)膜炎、鼻粘膜潰瘍和炎癥。有致敏性，可引起皮疹和哮喘。對(duì)眼睛、皮膚、粘膜有一定的刺激作用。 環(huán)境危害：該物質(zhì)對(duì)環(huán)境有害，建議不要讓其進(jìn)入環(huán)境，應(yīng)特別注意對(duì)水體的污染。燃爆危險(xiǎn)：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸，有腐蝕性。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，引起燃燒或爆炸。若遇高熱，可發(fā)生聚合5反應(yīng)，放出大量熱量而引起容器破裂和爆炸事故。蒸氣比空氣重，沿地面擴(kuò)散并易積存于低洼處，遇火源會(huì)著火回燃。馬來(lái)酸二乙酯的消防措施1.3有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。 滅火方法：盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處。噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束。處在火場(chǎng)中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離。滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉、沙土滅火。滅火注意事項(xiàng)及措施：消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上風(fēng)向滅火，盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處，噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束，處在火場(chǎng)中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離；注意用火滅火無(wú)效。馬來(lái)酸二乙酯的應(yīng)用及儲(chǔ)存1.4用途：馬來(lái)酸二乙酯主要用于生產(chǎn)有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉硫磷。馬來(lái)酸二乙酯也是合成高分子化合物的單體。馬來(lái)酸二乙酯還用作醫(yī)藥、香料、水質(zhì)穩(wěn)定劑等的中間體，溶劑，殺蟲劑，高聚物單體，塑料助劑。包裝：200 公斤/鍍鋅鐵桶或 200 公斤/塑料桶。儲(chǔ)存方法：儲(chǔ)存在陰涼干燥通風(fēng)的地方，遠(yuǎn)離火種、熱源。防止陽(yáng)關(guān)直射。保持容器密封。應(yīng)與氧化劑、還原劑、酸類、堿類分開存放，切勿混儲(chǔ)。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。1.2 馬來(lái)酸二乙酯的操作注意事項(xiàng)及運(yùn)輸注意事項(xiàng)密閉操作，提供充分的局部排風(fēng)；操作人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程；建議操作人員佩戴頭罩型電動(dòng)送風(fēng)過(guò)濾式防塵呼吸器，穿膠布防毒衣，帶橡膠手套；遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備；避免產(chǎn)生粉塵。避免與氧化劑、酸類接觸；搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞；配備相應(yīng)品種數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備；倒空的容器可能殘留有害物。6運(yùn)輸前應(yīng)先檢查包裝容器是否完整、密封，運(yùn)輸過(guò)程中要確保容器不泄露、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與氧化劑、還原劑、酸類、堿類等混裝混運(yùn)。船運(yùn)時(shí)，應(yīng)與機(jī)艙、電源、火源等部位隔離。公路運(yùn)輸時(shí)要按規(guī)定路線行駛。1.3 馬來(lái)酸二乙酯的應(yīng)急處理迅速撤離泄露污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。周圍設(shè)警告標(biāo)志，建議應(yīng)急處理人員戴好防毒面具，穿化學(xué)防護(hù)服。不要直接接觸泄漏物，盡可能切斷泄漏源，防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用沙土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏，構(gòu)筑圍堤或挖坑收容，用泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處理。呼吸系統(tǒng)防護(hù)：空氣中濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該佩帶防毒口罩。眼睛防護(hù)：戴安全防護(hù)眼鏡。防護(hù)服：穿工作服（防腐材料制作）。手防護(hù)：帶橡皮手套。其他：工作后，淋浴更衣，注意個(gè)人清潔衛(wèi)生。皮膚接觸：脫去污染的衣著，立即用水沖洗至少 15 分鐘。若有灼傷，就醫(yī)治療。眼鏡接觸：立即提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗至少 15 分鐘。吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處，保持呼吸道暢通，必要時(shí)進(jìn)行人工呼吸或就醫(yī)。食入：誤食者立即漱口，給飲牛奶或蛋清或就醫(yī)。2. 馬來(lái)酸酐合成馬來(lái)酸二乙酯的方法及工藝流程2.1 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)方法馬來(lái)酸二乙酯由順丁烯二酸酐和乙醇在硫酸存在下酯化制得;也可用陽(yáng)離子交換樹脂為催化劑進(jìn)行交換轉(zhuǎn)化而得。工業(yè)品順丁烯二酸二乙酯含量≥98%，每噸產(chǎn)品消耗順丁烯二酸酐(95%)585kg，乙醇(95%)604kg。馬來(lái)酸二乙酯的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是用濃硫酸做催化劑，馬來(lái)酸酐和乙醇酯化反應(yīng)合成。7其反應(yīng)方程式為：OOO+CH3CH2OH濃H2SO4濃 OHOOOOHOOO+CH3CH2OH濃H2SO4濃 OOOO硫酸催化酯化法2.1??2本工藝分有苯正壓操作和無(wú)苯負(fù)壓操作。有苯正壓操作工藝過(guò)程為，將一定量的苯和乙醇加入酯化鍋，投入順丁烯二酸酐在攪拌的情況下，向酯化鍋滴加濃硫酸，加料后，將溫度升至75℃左右，酯化反應(yīng)產(chǎn)生的水分與苯、乙醇形成三元共沸物上升到蒸餾塔，塔頂溫度保持在65℃左右，共沸物由塔頂進(jìn)入冷凝器，被冷凝器冷卻到50℃左右流入分離器分層，分離器蛇管通入低溫水，使溫度降至25℃左右，此時(shí)上層液體含苯84.5%，水1%，乙醇 14.5%，回流入反應(yīng)鍋內(nèi)繼續(xù)酯化蒸餾帶水，使可逆的酯化反應(yīng)進(jìn)行完全。分離器下層水進(jìn)一步處理，可回收苯和乙醇。當(dāng)塔頂溫度上升至68.2℃、分離器下層水液位不再上升時(shí)，，表示反應(yīng)鍋內(nèi)水分已經(jīng)全部蒸出，酯化反應(yīng)已經(jīng)完成。此時(shí)蒸出的苯和乙醇二元共沸物，不再回流直接由分離器放入儲(chǔ)槽，經(jīng)干燥后，此苯、乙醇共沸物供酯化反應(yīng)配料使用。無(wú)苯負(fù)壓操作 這是一種重要改進(jìn)。順丁烯二酸酐和乙醇在硫酸作用下酯化。借一定的真空和溫度將乙醇和反應(yīng)生成的水呈氣態(tài)帶出，然后通過(guò)分餾塔分離出乙醇回流酯化，使反應(yīng)趨向完全。這種操作方法能縮短反應(yīng)周期，提高收率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善操作環(huán)境，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠大都采用此法。但考慮到經(jīng)濟(jì)效益，正壓比負(fù)壓更容易得到，所以采用有苯正壓操作。離子交換法2.1順丁烯二酸酐和乙醇的酯化反應(yīng)在陽(yáng)離子交換樹脂的作用下進(jìn)行。交換柱直徑 400㎜、高 4m，工作溫度為 95±2℃。此法可以避免硫酸催化法正壓有苯操作工藝中的苯污染，但對(duì)反應(yīng)原料和設(shè)備要求提高，因?yàn)榻粨Q樹脂容易與高價(jià)金屬8離子如鐵、鈣、鋁等進(jìn)行交換而失去催化活性，故反應(yīng)原料中應(yīng)不含這些金屬離子，反應(yīng)設(shè)備要求采用搪玻璃、不銹鋼材質(zhì)。用粉末型苯乙烯-二乙烯苯強(qiáng)酸性離子交換樹脂催化合成順丁烯二酸二乙酯，能取得提高產(chǎn)品質(zhì)量、簡(jiǎn)化工藝、避免游離酸腐蝕的效果。這種粉末樹脂是一種能顯示離子交換功能的高分子材料，在它交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子基體上以化學(xué)鍵結(jié)合著許多酸性或堿性基團(tuán)，能和一般低分子酸、堿一樣對(duì)某些有機(jī)化學(xué)反應(yīng)起催化作用，將苯乙烯-二乙烯苯強(qiáng)酸性離子交換樹脂經(jīng)過(guò) 10%氫氧化鈉及 10%鹽酸交換浸泡后，洗至近中性，在烘箱 110℃～120℃溫度下干燥，按順丁烯二酸酐重量的 1%～ 20%加入反應(yīng)系統(tǒng)，乙醇過(guò)量 0～5%，在 50～100℃進(jìn)行酯化反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中，不斷蒸餾出乙醇-水共沸物帶出反應(yīng)生成的水分，在催化劑用量為 10%時(shí)，完成酯化反應(yīng)所需時(shí)間為 4～6h。然后將反應(yīng)物中的催化劑粉末樹脂過(guò)濾分離，就可獲得純度較高的產(chǎn)品，粉末樹脂經(jīng)活化后繼續(xù)使用。2.2 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)工藝選擇傳統(tǒng)方法成熟，產(chǎn)率穩(wěn)定。對(duì)設(shè)備的要求比較低，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)比較高且催化劑在液相中具有良好的催化活性。所以馬來(lái)酸二乙酯生產(chǎn)工藝是用濃硫酸做催化劑，馬來(lái)酸酐和乙醇酯化反應(yīng)合成。 2.3 生產(chǎn)工藝流程 工藝流程圖如圖 1：9中和過(guò)濾精餾精餾餾反應(yīng)釜脫色冷 凝冷 凝 中 和 過(guò)濾 精 餾 精餾反 應(yīng)釜精 脫色 冷 凝 冷 凝馬 來(lái) 酸 酐 濃硫 酸乙 醇 乙 醇 、 笨活 性 炭 碳 酸 鈉 馬 來(lái) 酸 二 乙 酯 馬來(lái)酸酐濃硫酸乙醇乙醇、苯活性炭 碳酸鈉馬來(lái)酸二乙酯圖 1 生產(chǎn)馬來(lái)酸二乙酯的工藝流程圖3. 選擇精餾塔的原則混合物的分離是化工生產(chǎn)中的重要過(guò)程。蒸餾是分離液體混合物的典型單元操作。它是通過(guò)加熱造成氣液兩相物系，利用物系中各組分的揮發(fā)度不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離目的。填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓降小，填料易用耐腐蝕材料制造。過(guò)去，由于填料本體及塔內(nèi)構(gòu)件不夠完善，填料塔大多局限于處理腐蝕性介質(zhì)或不適宜安裝塔板的小直徑塔。近年來(lái)，由于填料結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和新型高效、高負(fù)荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過(guò)能力和分離效率，又保持了壓力降小及性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，填料塔已經(jīng)被推廣到許多大型氣液傳質(zhì)的操作中。精餾塔操作的基本要求是在連續(xù)定態(tài)和最經(jīng)濟(jì)的條件下處理更多的原料液，達(dá)到預(yù)定的分離要求或組分的回收率，即在允許范圍內(nèi)采用較小的回流比和比較大的再沸器傳熱量。所以在設(shè)計(jì)精餾塔的過(guò)程中，必須保持精餾定態(tài)操作的條件如：塔壓穩(wěn)定；進(jìn)、出塔系統(tǒng)的物料量平衡和穩(wěn)定；進(jìn)料組成和熱狀況穩(wěn)定；回流比恒定；再沸器和冷凝器的傳熱條件穩(wěn)定；塔系統(tǒng)與環(huán)境間散熱穩(wěn)定等。填料塔操作時(shí)，液體自塔上部進(jìn)入，通過(guò)液體分布裝置均勻淋灑于填料層上，繼而沿填料表面緩慢下流。氣體自塔下部進(jìn)入，穿過(guò)柵板沿著填料間隙上升。這樣,氣液兩相沿著塔高在填料表面與填料自由空間連續(xù)逆流接觸，進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱。 10馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐屬于難分離物系，由于馬來(lái)酸二乙酯和馬來(lái)酸酐都有雙鍵，使其對(duì)溫度很敏感，必須在減壓的條件下進(jìn)行分離，選用填料精餾塔可以達(dá)到分離要求的溫度，且不是物質(zhì)發(fā)生變質(zhì)。填料精餾塔的分離效率較高，壓降小，容易滿足生產(chǎn)要求。4. 馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐分離過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)條件采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料通過(guò)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)后送入塔中，馬來(lái)酸酐常壓下沸點(diǎn) ，馬來(lái)酸二乙酯常壓下沸點(diǎn) ，采用減壓精餾，用 循環(huán)水02C025C025C冷凝，塔頂上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余送至冷凝。因所分離的重組分為馬來(lái)酸酐，故選產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯從釜底直接獲得。4.2 設(shè)計(jì)任務(wù)①塔的物料衡算；②塔板數(shù)的確定③塔體工藝尺寸；④填料層壓降的計(jì)算⑤繪制生產(chǎn)工藝流程圖，精餾塔設(shè)計(jì)圖4.3 設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔的物料衡算 4.31①原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率馬來(lái)酸酐的摩爾質(zhì)量 98AMkgmol?馬來(lái)酸二乙酯的摩爾質(zhì)量 172B由上一步過(guò)濾及分層處理得 一進(jìn)塔物料中產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯 ，70.16kgh馬來(lái)酸酐 。經(jīng)過(guò)減壓精餾，出塔產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 w=98 %，產(chǎn)品的2.104kgh損耗為 w=3%，由此得塔頂產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯 ，馬來(lái)酸酐0.715kgh，塔底產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯 ，馬來(lái)酸酐 。 物.868. 1.389kgh料衡算如下：11??70.1640.972fw???.58.35.9DX2.1040762F??.389.346.5WX?????10.9810.572168.3/FFFMXMkgmol????????2.047.6.42/83kmolh0.4294=D+W0.4294×0.05=0.3735D+0.0346W ∴D=0.0195kmol/h W=0.4099kmol/h②原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ????10.3759810.375214.36/DADBMXMkgmol?????????4669WW4.3.2 塔板數(shù)的確定因?yàn)榫s是在減壓條件下進(jìn)行，查圖 2圖 2 減壓蒸餾時(shí)沸點(diǎn)和壓力的關(guān)系1220mmHg 下，馬來(lái)酸酐與馬來(lái)酸二乙酯的相對(duì)揮發(fā)度 α=1.4858馬來(lái)酸二乙酯 依據(jù)安托尼公式：??3P--物質(zhì)的蒸汽壓：T-- 絕對(duì)溫度（57~225），（T+273.15) lnBPACT???馬來(lái)酸酐依據(jù)安托尼公式：P--物質(zhì)的蒸汽壓，mmHg;T--絕對(duì)溫度（60~160），lg53.2/（T+273.15)馬來(lái)酸二乙酯 ??8.7195A.2318B.3069C?時(shí) P=1.5332015TC?馬來(lái)酸酐 46.725時(shí) P=2.27809402.78=1.53P??馬 來(lái) 酸 酐馬 來(lái) 酸 二 乙 酯① q=1 進(jìn)料 0.FqX???48.072511.5.qqY?????最小回流比為： min0.37.13.825DqXRY??取操作回流比為：min213.80.7??② 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 0.795.314/LRDkmolh???1209V??.3482/Fl? ?9kolh③操作線方程精餾段方程： 20.7.350.92.17111DXRY X??????13提餾段方程： 0.820.49.361.970.34582WLFYXXX? ???????④逐板計(jì)算法 ：??41.375DY??11 00.64.8.4.?????210.957269517.295YX??????20.Y300.34YX33.162X????43.952.17.2?????440.8Y5400.34YX55.91X????65.92.17.8?????660.754Y7600.95YX77.21X????87.952.1.768?????880.53Y9800.2YX99.461X????9.46.5??精餾段需 9-1=8 塊板n?0.346W19X??21.9760.345.92YX???????220.46Y?????32.6??33.180.46WXX?????14提餾段板 3-1=2 塊總理論板層數(shù)：N T=10進(jìn)料板位置： NF=9全塔效率取 ET=0.5所以 精餾段實(shí)際板層數(shù) N 精=16 塊，提餾段 N 提=4 塊精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.31. 操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力 20.6DPmHgKPa?每層塔板壓降 (填料塔約為 0.01~0.27KPa）.1a?進(jìn)料板力 .4.2F???塔底壓力 2.606Wa精餾段平均壓力 ??./3.mPKP?提餾段平均壓力 4.242. 操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法 計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中馬來(lái)酸二??5乙酯、馬來(lái)酸酐的飽和蒸氣壓由按托尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。計(jì)算結(jié)果如下：塔頂溫度 094DtC?進(jìn)料板溫度 1.23F精餾段平均溫度 ??0/1.65mt C??塔底溫度 0.9W提餾段平均溫度 012.3/.7t?3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂:由 XD=Y1=0.3735 查平衡線 ??11.2864YX??????110.375980.3751.3/VmABMYMkgmol????????上 升 蒸 汽 2640LD下 降 液 體進(jìn)料板： 0.5FX由 進(jìn) 料 得 ??1.85072514FY????????15????10.7259810.72516.35/VFmAFBMYMkgmol???????????80LX塔底：由 得0.346W??.1WXY???10.56980.561728.6/VmABY kgmol???????????343494LMXM精餾段平均摩爾質(zhì)量 ????/21.6.5/21.8/VmDVF kgol508393LL m?????提餾段平均摩爾質(zhì)量 ????/21.496.5/216.07/VmDVFMkgol838LL4.平均密度計(jì)算a 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算， 精餾段氣體平均密度 ??33.4615.980.17/827mVVPMgcmRT??????提餾段氣體平均密度 3.25/VVm?b 液相平均密度計(jì)算1/LmiPap??塔頂：由 094DtC得表 1：??7查 手 冊(cè)表 1 不同溫度下馬來(lái)酸酐和馬來(lái)酸二乙酯的密度溫度 80 100 120 1400馬來(lái)酸酐密度 1287 1263 1238 12133kgm馬來(lái)酸二乙酯 1.008 0.983 0.957 0.931c由內(nèi)插法得 31270./A??390.5/Bkgm??????780.253.1.7DAXMa? ????????16????3111049.72/0.2537.0.253.LDmAAB kgma?????????進(jìn)料板：由 由內(nèi)插法得 9.FtC46/Akgm??3/B?????.98.9110.510572AABXM? ??? 37.8/.2.46.LFmAAB kgma?????????塔底：由 由內(nèi)插法得 01.9WtC318/Akgm??396.504/B?????0.9.2.346.417AABXM? ??? 31 9.84/.21826.50LWmAAB kgma?????????精餾段液相平均密度為：????3/049.7.31./LmDLFm kg?提餾段液相平均密度為：3/21.8.2974.6/LWLF m?????精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算4.3（1）塔徑的計(jì)算A.﹑精餾段塔徑按第 1 塊板的數(shù)據(jù)近似計(jì)算液相質(zhì)量流量為： 10.39415.362.49/LLWMkgh????氣相質(zhì)量流量為： 8vV流動(dòng)參數(shù)為：62.490.173.259386VLW????查圖 4-6 得17max0.1SC?8.8?06.734.132SVLu ms????安全系數(shù) 0.6 0.674.0us??41958.133SDm????B、提餾段塔徑計(jì)算液相質(zhì)量流量： 10.826.78.LLWMkgh????氣相質(zhì)量流量： 419012VV?流動(dòng)參數(shù)為： 138.60.25.3974VL?????查圖 4-6 得max0.78SC.624??04.102.597SVLu ms????安全系數(shù) 0.6 0.6.6us??1840.4196.70.2543.2SVDmu?????比較取圓整值 m?（2）液體噴淋密度及空塔氣速核算（D 以圓整后為準(zhǔn)）精餾段液體噴淋密度為： ??32226.49103.6.90.LWUmh???????????????????空塔氣速為： 2263.84173.60Vu sD?????????提餾段液體噴淋密度為：??3222138.697450.0LWUmhD???????????????????空塔氣速： 226.18.5903Vus?????????填料層高度計(jì)算4.35采用理論板當(dāng)量高度法選 500Y 金屬孔板紋填料 ，查附錄，每米填料理論板數(shù)為 4～4.5 塊??614.5, 0.2n45=60.23mZ=1.324.4.8.508.1t tTHEPZN?????精 精提 提取 n則由精 餾 段 ，考 慮 安 全 系 數(shù) ， 故 校 正 ：提 餾 段 ，考 慮 安 全 系 數(shù) ， 故 校 正 ：設(shè)計(jì)取精餾段填料層高度為 ，提餾段填料層高度為 ，總填料4.m5.19根據(jù)式 ，取填料層的分段高度為 54???15~20hHETP?20.4.hm??故精餾段不需分段，提餾段也不需分段。填料層壓降計(jì)算.36對(duì) 500Y 金屬孔板紋查的每米填料層壓降為： 4.10PZMPam????精餾段填料層壓降為： 43.01.760MPa???????提餾段填料層壓降為： ： 4填料層總壓降為： 33.76.2.12.KPa?????結(jié) 束 語(yǔ)本文主要介紹了馬來(lái)酸二乙酯制備的工業(yè)生產(chǎn)中填料精餾塔的工藝設(shè)計(jì)和選型，這是一個(gè)工藝，具有廣闊的市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì)。但是在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中仍存在很多不足之處，由于時(shí)間倉(cāng)促，手頭查到的資料欠缺再加上經(jīng)驗(yàn)貧乏，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在物料衡算過(guò)程中，做了一些忽略了。還有計(jì)算時(shí)有的數(shù)據(jù)取的是經(jīng)驗(yàn)值和估計(jì)值，因而計(jì)算出的結(jié)果和實(shí)際有些偏差，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。20參考文獻(xiàn)[1] 章思規(guī).精細(xì)有機(jī)化學(xué)品技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京: 科學(xué)出版社,1991.543.[2] 章思規(guī),辛忠.精細(xì)有機(jī)化工制備手冊(cè)[M]. 北京: 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 1994.633.[3] 陳新志,蔡振云. 化工熱力學(xué)[M ]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011 年.[4] 姚玉英.化工原理下冊(cè)[M]. 天津: 天津大學(xué)出版社,1999.[5] 賈紹義,柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 天津: 天津大學(xué)出版社,2002.[6] 夏清,陳常貴.《化工原理（下）》,天津大學(xué)出版社,2005 年.[7] 劉光啟,馬連湘.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)有機(jī)卷[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2002 年.[8] 馬沛生.有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)物性數(shù)據(jù)手冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2006 年.21謝 辭本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師 XX 的悉心指導(dǎo)下完成的。在完成本次設(shè)計(jì)期間，我遇到了好多問(wèn)題，陳老師給了我很大的幫助。陳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)、平易近人的待人風(fēng)格，都耳濡目染著自己。盡管我們接觸的時(shí)間不算很長(zhǎng)，但陳老師在我學(xué)習(xí)上的具體指導(dǎo)對(duì)我科研技能及業(yè)務(wù)能力的提高有著深遠(yuǎn)的影響。在此，我向陳老師表示衷心的感謝！最后我的設(shè)計(jì)能完成，對(duì)所有曾經(jīng)在工作和學(xué)習(xí)過(guò)程中給我提供過(guò)幫助的老師和同學(xué)表示最真誠(chéng)的感謝！221年產(chǎn) 500 噸馬來(lái)酸二乙酯車間工藝設(shè)計(jì)——填料精餾塔的設(shè)計(jì)摘 要：馬來(lái)酸二乙酯（DEM）是高分子化合物單體，農(nóng)藥、 醫(yī) 藥 、 香 料 、 水 質(zhì) 穩(wěn) 定 劑 （ 有機(jī) 多 元 羧 酸 磷 酸 化 合 物 ） 的 中 間 體 ； 本文總述了馬來(lái)酸二乙酯的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)方法、市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì)；介紹了年產(chǎn) 500 噸馬來(lái)酸二乙酯車間工藝中馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐分離過(guò)程填料精餾塔的設(shè)計(jì)，根據(jù)物料衡算確定了填料精餾塔的工藝參數(shù)及塔體類型。關(guān)鍵詞：馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐；分離過(guò)程；填料精餾塔2The Process Design of a Plant Producing 500t/a Diethyl Maleate—The design of packing distillation column Abstract: Diethyl Maleate is a macromolecular monomer and intermediates of pesticide , medicine spices, water quality stabilizer(organic polybasic carboxylic acid phosphate compound). Its natures, uses, main production methods, the market prospect and the trend of development are mainly introduced in this paper. This paper introduces the design of packing distillation column in the annual output of 500 tons diethyl maleate process between diethyl maleate-maleic anhydride separation process , According to the material balance of the packing distillation column,the technological parameters and the tower body types were determinedKey words: diethyl maleate - maleic anhydride ; separation process; packed column.3目 錄摘 要 1關(guān)鍵 詞 11 簡(jiǎn)介 .21.1 馬來(lái)酸二乙酯的形狀及應(yīng)用 .21.1.1 馬來(lái)酸二乙酯的性狀 21.1.2 馬來(lái)酸二乙酯的危險(xiǎn)性概述 21.1.3 馬來(lái)酸二乙酯的消防措施 31.1.4 馬來(lái)酸 二乙酯的應(yīng)用及儲(chǔ)存 31.2 馬來(lái)酸二乙酯的操作注意事項(xiàng)及運(yùn)輸注意事項(xiàng) 31.3 馬來(lái)酸二乙酯的應(yīng)急處理 42 馬來(lái)酸酐合成馬來(lái)酸二乙酯的方法及工藝流程 .42.1 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)方法 .42.1.1 硫酸催化酯化法 52.1.2 離子交換法 52.2 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)工藝選擇 62.3 生產(chǎn)工藝流程 63 選擇精餾塔的原則 .74 馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐分離過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì) 74.1 設(shè)計(jì)條件 74.2 設(shè)計(jì)任務(wù) .84.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 84.3.1 精餾塔的物料衡算 .84.3.2 塔板數(shù)的確定 94.3.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 .114.3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 .144.3.5 填料層高度計(jì)算 .164.3.6 填料層壓降計(jì)算 .16結(jié) 束 語(yǔ) .17參考文獻(xiàn)及謝辭 .1941.簡(jiǎn)介1.1 馬來(lái)酸二乙酯形狀及應(yīng)用馬來(lái)酸二乙酯的性狀1. ??1~2馬來(lái)酸二乙酯又名順丁烯二酸二乙酯、失水蘋果酸二乙酯、失水蘋果酸乙酯，英 文 名 Diethyl maleate， 化 學(xué) 式 ， 分 子 量 為 172.18。 結(jié) 構(gòu) 式 8124CHO馬來(lái)酸二乙酯為無(wú)色透明液體，常溫常壓下穩(wěn)定。禁配物：氧化劑、還原劑、酸類、堿類。微溶于水，溶于醇、醚、烴等有機(jī)溶劑，在堿性溶液中易水解。30℃時(shí)在水中溶解 1.4％；水在馬來(lái)酸二乙酯中溶解 1.9％，與 88.2％的水形成共沸混合物，共沸點(diǎn) 99.65℃。熔點(diǎn)（℃）：-11.5，沸點(diǎn)（℃）：225.0，相對(duì)密度（水=1）：1.0687（20℃），相對(duì)蒸氣密度（空氣=1）：5.93，飽和蒸汽壓（kpa）：0.133（57.3℃），酸堿度（PH 值）：1，折光率：1.4415，粘度（mpa.s，25℃）：3.14，蒸發(fā)熱（kJ/mol）：52.3，蒸汽壓（kpa， 30℃）：0.30。技術(shù)指標(biāo)：含量≥98%，酸度( 一硫酸計(jì))≤0.1%。馬來(lái)酸二乙酯的危險(xiǎn)性概述1.2侵入途徑：吸入、食入、經(jīng)皮吸收。健康危害：該品粉塵和蒸氣具有刺激性。吸入后可引起咽炎、喉炎和支氣管炎，可伴有腹痛。眼和皮膚直接接觸有明顯刺激作用，并引起灼傷。慢性影響：慢性結(jié)膜炎、鼻粘膜潰瘍和炎癥。有致敏性，可引起皮疹和哮喘。對(duì)眼睛、皮膚、粘膜有一定的刺激作用。 環(huán)境危害：該物質(zhì)對(duì)環(huán)境有害，建議不要讓其進(jìn)入環(huán)境，應(yīng)特別注意對(duì)水體的污染。燃爆危險(xiǎn)：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸，有腐蝕性。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，引起燃燒或爆炸。若遇高熱，可發(fā)生聚合5反應(yīng)，放出大量熱量而引起容器破裂和爆炸事故。蒸氣比空氣重，沿地面擴(kuò)散并易積存于低洼處，遇火源會(huì)著火回燃。馬來(lái)酸二乙酯的消防措施1.3有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。 滅火方法：盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處。噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束。處在火場(chǎng)中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離。滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉、沙土滅火。滅火注意事項(xiàng)及措施：消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上風(fēng)向滅火，盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處，噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束，處在火場(chǎng)中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離；注意用火滅火無(wú)效。馬來(lái)酸二乙酯的應(yīng)用及儲(chǔ)存1.4用途：馬來(lái)酸二乙酯主要用于生產(chǎn)有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉硫磷。馬來(lái)酸二乙酯也是合成高分子化合物的單體。馬來(lái)酸二乙酯還用作醫(yī)藥、香料、水質(zhì)穩(wěn)定劑等的中間體，溶劑，殺蟲劑，高聚物單體，塑料助劑。包裝：200 公斤/鍍鋅鐵桶或 200 公斤/塑料桶。儲(chǔ)存方法：儲(chǔ)存在陰涼干燥通風(fēng)的地方，遠(yuǎn)離火種、熱源。防止陽(yáng)關(guān)直射。保持容器密封。應(yīng)與氧化劑、還原劑、酸類、堿類分開存放，切勿混儲(chǔ)。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。1.2 馬來(lái)酸二乙酯的操作注意事項(xiàng)及運(yùn)輸注意事項(xiàng)密閉操作，提供充分的局部排風(fēng)；操作人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程；建議操作人員佩戴頭罩型電動(dòng)送風(fēng)過(guò)濾式防塵呼吸器，穿膠布防毒衣，帶橡膠手套；遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備；避免產(chǎn)生粉塵。避免與氧化劑、酸類接觸；搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞；配備相應(yīng)品種數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備；倒空的容器可能殘留有害物。6運(yùn)輸前應(yīng)先檢查包裝容器是否完整、密封，運(yùn)輸過(guò)程中要確保容器不泄露、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與氧化劑、還原劑、酸類、堿類等混裝混運(yùn)。船運(yùn)時(shí)，應(yīng)與機(jī)艙、電源、火源等部位隔離。公路運(yùn)輸時(shí)要按規(guī)定路線行駛。1.3 馬來(lái)酸二乙酯的應(yīng)急處理迅速撤離泄露污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。周圍設(shè)警告標(biāo)志，建議應(yīng)急處理人員戴好防毒面具，穿化學(xué)防護(hù)服。不要直接接觸泄漏物，盡可能切斷泄漏源，防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用沙土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏，構(gòu)筑圍堤或挖坑收容，用泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處理。呼吸系統(tǒng)防護(hù)：空氣中濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該佩帶防毒口罩。眼睛防護(hù)：戴安全防護(hù)眼鏡。防護(hù)服：穿工作服（防腐材料制作）。手防護(hù)：帶橡皮手套。其他：工作后，淋浴更衣，注意個(gè)人清潔衛(wèi)生。皮膚接觸：脫去污染的衣著，立即用水沖洗至少 15 分鐘。若有灼傷，就醫(yī)治療。眼鏡接觸：立即提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗至少 15 分鐘。吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處，保持呼吸道暢通，必要時(shí)進(jìn)行人工呼吸或就醫(yī)。食入：誤食者立即漱口，給飲牛奶或蛋清或就醫(yī)。2. 馬來(lái)酸酐合成馬來(lái)酸二乙酯的方法及工藝流程2.1 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)方法馬來(lái)酸二乙酯由順丁烯二酸酐和乙醇在硫酸存在下酯化制得;也可用陽(yáng)離子交換樹脂為催化劑進(jìn)行交換轉(zhuǎn)化而得。工業(yè)品順丁烯二酸二乙酯含量≥98%，每噸產(chǎn)品消耗順丁烯二酸酐(95%)585kg，乙醇(95%)604kg。馬來(lái)酸二乙酯的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是用濃硫酸做催化劑，馬來(lái)酸酐和乙醇酯化反應(yīng)合成。7其反應(yīng)方程式為：OOO+CH3CH2OH濃H2SO4濃 OHOOOOHOOO+CH3CH2OH濃H2SO4濃 OOOO硫酸催化酯化法2.1??2本工藝分有苯正壓操作和無(wú)苯負(fù)壓操作。有苯正壓操作工藝過(guò)程為，將一定量的苯和乙醇加入酯化鍋，投入順丁烯二酸酐在攪拌的情況下，向酯化鍋滴加濃硫酸，加料后，將溫度升至75℃左右，酯化反應(yīng)產(chǎn)生的水分與苯、乙醇形成三元共沸物上升到蒸餾塔，塔頂溫度保持在65℃左右，共沸物由塔頂進(jìn)入冷凝器，被冷凝器冷卻到50℃左右流入分離器分層，分離器蛇管通入低溫水，使溫度降至25℃左右，此時(shí)上層液體含苯84.5%，水1%，乙醇 14.5%，回流入反應(yīng)鍋內(nèi)繼續(xù)酯化蒸餾帶水，使可逆的酯化反應(yīng)進(jìn)行完全。分離器下層水進(jìn)一步處理，可回收苯和乙醇。當(dāng)塔頂溫度上升至68.2℃、分離器下層水液位不再上升時(shí)，，表示反應(yīng)鍋內(nèi)水分已經(jīng)全部蒸出，酯化反應(yīng)已經(jīng)完成。此時(shí)蒸出的苯和乙醇二元共沸物，不再回流直接由分離器放入儲(chǔ)槽，經(jīng)干燥后，此苯、乙醇共沸物供酯化反應(yīng)配料使用。無(wú)苯負(fù)壓操作 這是一種重要改進(jìn)。順丁烯二酸酐和乙醇在硫酸作用下酯化。借一定的真空和溫度將乙醇和反應(yīng)生成的水呈氣態(tài)帶出，然后通過(guò)分餾塔分離出乙醇回流酯化，使反應(yīng)趨向完全。這種操作方法能縮短反應(yīng)周期，提高收率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善操作環(huán)境，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠大都采用此法。但考慮到經(jīng)濟(jì)效益，正壓比負(fù)壓更容易得到，所以采用有苯正壓操作。離子交換法2.1順丁烯二酸酐和乙醇的酯化反應(yīng)在陽(yáng)離子交換樹脂的作用下進(jìn)行。交換柱直徑 400㎜、高 4m，工作溫度為 95±2℃。此法可以避免硫酸催化法正壓有苯操作工藝中的苯污染，但對(duì)反應(yīng)原料和設(shè)備要求提高，因?yàn)榻粨Q樹脂容易與高價(jià)金屬8離子如鐵、鈣、鋁等進(jìn)行交換而失去催化活性，故反應(yīng)原料中應(yīng)不含這些金屬離子，反應(yīng)設(shè)備要求采用搪玻璃、不銹鋼材質(zhì)。用粉末型苯乙烯-二乙烯苯強(qiáng)酸性離子交換樹脂催化合成順丁烯二酸二乙酯，能取得提高產(chǎn)品質(zhì)量、簡(jiǎn)化工藝、避免游離酸腐蝕的效果。這種粉末樹脂是一種能顯示離子交換功能的高分子材料，在它交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子基體上以化學(xué)鍵結(jié)合著許多酸性或堿性基團(tuán)，能和一般低分子酸、堿一樣對(duì)某些有機(jī)化學(xué)反應(yīng)起催化作用，將苯乙烯-二乙烯苯強(qiáng)酸性離子交換樹脂經(jīng)過(guò) 10%氫氧化鈉及 10%鹽酸交換浸泡后，洗至近中性，在烘箱 110℃～120℃溫度下干燥，按順丁烯二酸酐重量的 1%～ 20%加入反應(yīng)系統(tǒng)，乙醇過(guò)量 0～5%，在 50～100℃進(jìn)行酯化反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中，不斷蒸餾出乙醇-水共沸物帶出反應(yīng)生成的水分，在催化劑用量為 10%時(shí)，完成酯化反應(yīng)所需時(shí)間為 4～6h。然后將反應(yīng)物中的催化劑粉末樹脂過(guò)濾分離，就可獲得純度較高的產(chǎn)品，粉末樹脂經(jīng)活化后繼續(xù)使用。2.2 馬來(lái)酸二乙酯的生產(chǎn)工藝選擇傳統(tǒng)方法成熟，產(chǎn)率穩(wěn)定。對(duì)設(shè)備的要求比較低，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)比較高且催化劑在液相中具有良好的催化活性。所以馬來(lái)酸二乙酯生產(chǎn)工藝是用濃硫酸做催化劑，馬來(lái)酸酐和乙醇酯化反應(yīng)合成。 2.3 生產(chǎn)工藝流程 工藝流程圖如圖 1：9中和過(guò)濾精餾精餾餾反應(yīng)釜脫色冷 凝冷 凝 中 和 過(guò)濾 精 餾 精餾反 應(yīng)釜精 脫色 冷 凝 冷 凝馬 來(lái) 酸 酐 濃硫 酸乙 醇 乙 醇 、 笨活 性 炭 碳 酸 鈉 馬 來(lái) 酸 二 乙 酯 馬來(lái)酸酐濃硫酸乙醇乙醇、苯活性炭 碳酸鈉馬來(lái)酸二乙酯圖 1 生產(chǎn)馬來(lái)酸二乙酯的工藝流程圖3. 選擇精餾塔的原則混合物的分離是化工生產(chǎn)中的重要過(guò)程。蒸餾是分離液體混合物的典型單元操作。它是通過(guò)加熱造成氣液兩相物系，利用物系中各組分的揮發(fā)度不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離目的。填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓降小，填料易用耐腐蝕材料制造。過(guò)去，由于填料本體及塔內(nèi)構(gòu)件不夠完善，填料塔大多局限于處理腐蝕性介質(zhì)或不適宜安裝塔板的小直徑塔。近年來(lái)，由于填料結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和新型高效、高負(fù)荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過(guò)能力和分離效率，又保持了壓力降小及性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，填料塔已經(jīng)被推廣到許多大型氣液傳質(zhì)的操作中。精餾塔操作的基本要求是在連續(xù)定態(tài)和最經(jīng)濟(jì)的條件下處理更多的原料液，達(dá)到預(yù)定的分離要求或組分的回收率，即在允許范圍內(nèi)采用較小的回流比和比較大的再沸器傳熱量。所以在設(shè)計(jì)精餾塔的過(guò)程中，必須保持精餾定態(tài)操作的條件如：塔壓穩(wěn)定；進(jìn)、出塔系統(tǒng)的物料量平衡和穩(wěn)定；進(jìn)料組成和熱狀況穩(wěn)定；回流比恒定；再沸器和冷凝器的傳熱條件穩(wěn)定；塔系統(tǒng)與環(huán)境間散熱穩(wěn)定等。填料塔操作時(shí)，液體自塔上部進(jìn)入，通過(guò)液體分布裝置均勻淋灑于填料層上，繼而沿填料表面緩慢下流。氣體自塔下部進(jìn)入，穿過(guò)柵板沿著填料間隙上升。這樣,氣液兩相沿著塔高在填料表面與填料自由空間連續(xù)逆流接觸，進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱。 10馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐屬于難分離物系，由于馬來(lái)酸二乙酯和馬來(lái)酸酐都有雙鍵，使其對(duì)溫度很敏感，必須在減壓的條件下進(jìn)行分離，選用填料精餾塔可以達(dá)到分離要求的溫度，且不是物質(zhì)發(fā)生變質(zhì)。填料精餾塔的分離效率較高，壓降小，容易滿足生產(chǎn)要求。4. 馬來(lái)酸二乙酯-馬來(lái)酸酐分離過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)條件采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料通過(guò)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)后送入塔中，馬來(lái)酸酐常壓下沸點(diǎn) ，馬來(lái)酸二乙酯常壓下沸點(diǎn) ，采用減壓精餾，用 循環(huán)水02C025C025C冷凝，塔頂上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余送至冷凝。因所分離的重組分為馬來(lái)酸酐，故選產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯從釜底直接獲得。4.2 設(shè)計(jì)任務(wù)①塔的物料衡算；②塔板數(shù)的確定③塔體工藝尺寸；④填料層壓降的計(jì)算⑤繪制生產(chǎn)工藝流程圖，精餾塔設(shè)計(jì)圖4.3 設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔的物料衡算 4.31①原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率馬來(lái)酸酐的摩爾質(zhì)量 98AMkgmol?馬來(lái)酸二乙酯的摩爾質(zhì)量 172B由上一步過(guò)濾及分層處理得 一進(jìn)塔物料中產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯 ，70.16kgh馬來(lái)酸酐 。經(jīng)過(guò)減壓精餾，出塔產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 w=98 %，產(chǎn)品的2.104kgh損耗為 w=3%，由此得塔頂產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯 ，馬來(lái)酸酐0.715kgh，塔底產(chǎn)品馬來(lái)酸二乙酯 ，馬來(lái)酸酐 。 物.868. 1.389kgh料衡算如下：11??70.1640.972fw???.58.35.9DX2.1040762F??.389.346.5WX?????10.9810.572168.3/FFFMXMkgmol????????2.047.6.42/83kmolh0.4294=D+W0.4294×0.05=0.3735D+0.0346W ∴D=0.0195kmol/h W=0.4099kmol/h②原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ????10.3759810.375214.36/DADBMXMkgmol?????????4669WW4.3.2 塔板數(shù)的確定因?yàn)榫s是在減壓條件下進(jìn)行，查圖 2圖 2 減壓蒸餾時(shí)沸點(diǎn)和壓力的關(guān)系1220mmHg 下，馬來(lái)酸酐與馬來(lái)酸二乙酯的相對(duì)揮發(fā)度 α=1.4858馬來(lái)酸二乙酯 依據(jù)安托尼公式：??3P--物質(zhì)的蒸汽壓：T-- 絕對(duì)溫度（57~225），（T+273.15) lnBPACT???馬來(lái)酸酐依據(jù)安托尼公式：P--物質(zhì)的蒸汽壓，mmHg;T--絕對(duì)溫度（60~160），lg53.2/（T+273.15)馬來(lái)酸二乙酯 ??8.7195A.2318B.3069C?時(shí) P=1.5332015TC?馬來(lái)酸酐 46.725時(shí) P=2.27809402.78=1.53P??馬 來(lái) 酸 酐馬 來(lái) 酸 二 乙 酯① q=1 進(jìn)料 0.FqX???48.072511.5.qqY?????最小回流比為： min0.37.13.825DqXRY??取操作回流比為：min213.80.7??② 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 0.795.314/LRDkmolh???1209V??.3482/Fl? ?9kolh③操作線方程精餾段方程： 20.7.350.92.17111DXRY X??????13提餾段方程： 0.820.49.361.970.34582WLFYXXX? ???????④逐板計(jì)算法 ：??41.375DY??11 00.64.8.4.?????210.957269517.295YX??????20.Y300.34YX33.162X????43.952.17.2?????440.8Y5400.34YX55.91X????65.92.17.8?????660.754Y7600.95YX77.21X????87.952.1.768?????880.53Y9800.2YX99.461X????9.46.5??精餾段需 9-1=8 塊板n?0.346W19X??21.9760.345.92YX???????220.46Y?????32.6??33.180.46WXX?????14提餾段板 3-1=2 塊總理論板層數(shù)：N T=10進(jìn)料板位置： NF=9全塔效率取 ET=0.5所以 精餾段實(shí)際板層數(shù) N 精=16 塊，提餾段 N 提=4 塊精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.31. 操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力 20.6DPmHgKPa?每層塔板壓降 (填料塔約為 0.01~0.27KPa）.1a?進(jìn)料板力 .4.2F???塔底壓力 2.606Wa精餾段平均壓力 ??./3.mPKP?提餾段平均壓力 4.242. 操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法 計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中馬來(lái)酸二??5乙酯、馬來(lái)酸酐的飽和蒸氣壓由按托尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。計(jì)算結(jié)果如下：塔頂溫度 094DtC?進(jìn)料板溫度 1.23F精餾段平均溫度 ??0/1.65mt C??塔底溫度 0.9W提餾段平均溫度 012.3/.7t?3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂:由 XD=Y1=0.3735 查平衡線 ??11.2864YX??????110.375980.3751.3/VmABMYMkgmol????????上 升 蒸 汽 2640LD下 降 液 體進(jìn)料板： 0.5FX由 進(jìn) 料 得 ??1.85072514FY????????15????10.7259810.72516.35/VFmAFBMYMkgmol???????????80LX塔底：由 得0.346W??.1WXY???10.56980.561728.6/VmABY kgmol???????????343494LMXM精餾段平均摩爾質(zhì)量 ????/21.6.5/21.8/VmDVF kgol508393LL m?????提餾段平均摩爾質(zhì)量 ????/21.496.5/216.07/VmDVFMkgol838LL4.平均密度計(jì)算a 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算， 精餾段氣體平均密度 ??33.4615.980.17/827mVVPMgcmRT??????提餾段氣體平均密度 3.25/VVm?b 液相平均密度計(jì)算1/LmiPap??塔頂：由 094DtC得表 1：??7查 手 冊(cè)表 1 不同溫度下馬來(lái)酸酐和馬來(lái)酸二乙酯的密度溫度 80 100 120 1400馬來(lái)酸酐密度 1287 1263 1238 12133kgm馬來(lái)酸二乙酯 1.008 0.983 0.957 0.931c由內(nèi)插法得 31270./A??390.5/Bkgm??????780.253.1.7DAXMa? ????????16????3111049.72/0.2537.0.253.LDmAAB kgma?????????進(jìn)料板：由 由內(nèi)插法得 9.FtC46/Akgm??3/B?????.98.9110.510572AABXM? ??? 37.8/.2.46.LFmAAB kgma?????????塔底：由 由內(nèi)插法得 01.9WtC318/Akgm??396.504/B?????0.9.2.346.417AABXM? ??? 31 9.84/.21826.50LWmAAB kgma?????????精餾段液相平均密度為：????3/049.7.31./LmDLFm kg?提餾段液相平均密度為：3/21.8.2974.6/LWLF m?????精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算4.3（1）塔徑的計(jì)算A.﹑精餾段塔徑按第 1 塊板的數(shù)據(jù)近似計(jì)算液相質(zhì)量流量為： 10.39415.362.49/LLWMkgh????氣相質(zhì)量流量為： 8vV流動(dòng)參數(shù)為：62.490.173.259386VLW????查圖 4-6 得17max0.1SC?8.8?06.734.132SVLu ms????安全系數(shù) 0.6 0.674.0us??41958.133SDm????B、提餾段塔徑計(jì)算液相質(zhì)量流量： 10.826.78.LLWMkgh????氣相質(zhì)量流量： 419012VV?流動(dòng)參數(shù)為： 138.60.25.3974VL?????查圖 4-6 得max0.78SC.624??04.102.597SVLu ms????安全系數(shù) 0.6 0.6.6us??1840.4196.70.2543.2SVDmu?????比較取圓整值 m?（2）液體噴淋密度及空塔氣速核算（D 以圓整后為準(zhǔn)）精餾段液體噴淋密度為： ??32226.49103.6.90.LWUmh???????????????????空塔氣速為： 2263.84173.60Vu sD?????????提餾段液體噴淋密度為：??3222138.697450.0LWUmhD???????????????????空塔氣速： 226.18.5903Vus?????????填料層高度計(jì)算4.35采用理論板當(dāng)量高度法選 500Y 金屬孔板紋填料 ，查附錄，每米填料理論板數(shù)為 4～4.5 塊??614.5, 0.2n45=60.23mZ=1.324.4.8.508.1t tTHEPZN?????精 精提 提取 n則由精 餾 段 ，考 慮 安 全 系 數(shù) ， 故 校 正 ：提 餾 段 ，考 慮 安 全 系 數(shù) ， 故 校 正 ：設(shè)計(jì)取精餾段填料層高度為 ，提餾段填料層高度為 ，總填料4.m5.19根據(jù)式 ，取填料層的分段高度為 54???15~20hHETP?20.4.hm??故精餾段不需分段，提餾段也不需分段。填料層壓降計(jì)算.36對(duì) 500Y 金屬孔板紋查的每米填料層壓降為： 4.10PZMPam????精餾段填料層壓降為： 43.01.760MPa???????提餾段填料層壓降為： ： 4填料層總壓降為： 33.76.2.12.KPa?????結(jié) 束 語(yǔ)本文主要介紹了馬來(lái)酸二乙酯制備的工業(yè)生產(chǎn)中填料精餾塔的工藝設(shè)計(jì)和選型，這是一個(gè)工藝，具有廣闊的市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì)。但是在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中仍存在很多不足之處，由于時(shí)間倉(cāng)促，手頭查到的資料欠缺再加上經(jīng)驗(yàn)貧乏，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在物料衡算過(guò)程中，做了一些忽略了。還有計(jì)算時(shí)有的數(shù)據(jù)取的是經(jīng)驗(yàn)值和估計(jì)值，因而計(jì)算出的結(jié)果和實(shí)際有些偏差，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。20參考文獻(xiàn)[1] 章思規(guī).精細(xì)有機(jī)化學(xué)品技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京: 科學(xué)出版社,1991.543.[2] 章思規(guī),辛忠.精細(xì)有機(jī)化工制備手冊(cè)[M]. 北京: 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 1994.633.[3] 陳新志,蔡振云. 化工熱力學(xué)[M ]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011 年.[4] 姚玉英.化工原理下冊(cè)[M]. 天津: 天津大學(xué)出版社,1999.[5] 賈紹義,柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 天津: 天津大學(xué)出版社,2002.[6] 夏清,陳常貴.《化工原理（下）》,天津大學(xué)出版社,2005 年.[7] 劉光啟,馬連湘.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)有機(jī)卷[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2002 年.[8] 馬沛生.有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)物性數(shù)據(jù)手冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2006 年.21謝 辭本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師 XX 的悉心指導(dǎo)下完成的。在完成本次設(shè)計(jì)期間，我遇到了好多問(wèn)題，陳老師給了我很大的幫助。陳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)、平易近人的待人風(fēng)格，都耳濡目染著自己。盡管我們接觸的時(shí)間不算很長(zhǎng)，但陳老師在我學(xué)習(xí)上的具體指導(dǎo)對(duì)我科研技能及業(yè)務(wù)能力的提高有著深遠(yuǎn)的影響。在此，我向陳老師表示衷心的感謝！最后我的設(shè)計(jì)能完成，對(duì)所有曾經(jīng)在工作和學(xué)習(xí)過(guò)程中給我提供過(guò)幫助的老師和同學(xué)表示最真誠(chéng)的感謝！22