直接水合法制備乙醇

1、化工設(shè)計(jì)：×t/a合成乙醇工藝設(shè)計(jì)班級：化學(xué)一班組長：分工：流程設(shè)計(jì)及廠址選擇：馬瑞雪2013437033陳斯 2013437031物料衡算及能量衡算：李夢瑩 2013437025孫巖 2013437029陳丹丹 2013437039韓愛英2013437041賈玉婷 2013437043PID圖，PFD圖設(shè)計(jì)：邱雨涵2013437035 陳冠友2013437023 劉冠豪 2013437045張琳 2013437037 ×t/a合成乙醇工藝設(shè)計(jì)1.工藝方案的選擇乙醇是重要的有機(jī)溶劑，又是醫(yī)藥、染料、涂料、香料、合成橡膠、洗滌劑等有機(jī)產(chǎn)品的基本原料或中間體。在化學(xué)工業(yè)中主要用

2、于制造乙醚，乙醛，醋酸，乙二醇醚、乙胺等。本實(shí)驗(yàn)采取乙烯氣相直接水合法來合成乙醇。乙烯氣相直接水合法制取乙醇的工藝流程敘述如下。實(shí)驗(yàn)分為合成、精制和脫水三部分。反應(yīng)器的操作條件:反應(yīng)溫度325,反應(yīng)壓力6.9MPa,催化劑是磷酸-硅藻土催化劑。轉(zhuǎn)化率4%5%,選擇性95%97%。因反應(yīng)液中含有磷酸,所以在工藝流程中設(shè)臵一個(gè)洗滌塔(又稱中和塔)用堿水溶液或含堿稀乙醇溶液中和。這一工序一定要放在換熱器后,因高溫易使磷酸因高溫易使磷酸鹽在換熱器表面結(jié)垢,甚至?xí)氯艿?。含乙?0%15%的粗乙醇水溶液,分別由洗滌塔和分離塔底進(jìn)入乙醇精制部分。精制部分的工序有:a.萃取分離出乙醚和乙醛,萃取劑為水(可

3、增大乙醚和乙醛與乙醇的相對揮發(fā) 度),兩塔串聯(lián),第二萃取塔塔頂出乙醚、乙醛和水(萃取率達(dá)90%以上),經(jīng)冷卻冷凝分出油相(有機(jī)相)和水相,有機(jī)相中主要為乙醚,返回反應(yīng)器,水相經(jīng)蒸餾,塔頂?shù)靡胰?乙醚共沸物,另行處理,塔釜為含乙醚的水,返回反應(yīng)系統(tǒng);b.乙醇的提濃和精制。由萃取塔來的乙醇水溶液含少量乙醛,在精餾時(shí)加氫氧化鈉溶液,可除去乙醛(堿能催化乙醛發(fā)生縮合反應(yīng),生成高沸點(diǎn)縮醛)。精餾塔頂部出料乙醇中仍含有少量輕組分,返回萃取部分。由塔上部引出乙醇流股,即為成品乙醇(95%),乙醛含量小于2040 ppm。乙醇精餾乙醚乙醇分離未反應(yīng)乙烯分離乙烯、水進(jìn)料 2.流程方塊圖水合反應(yīng)器3.廠址選擇 廠

4、址選擇在山東省東營墾利雙河鎮(zhèn)集賢村，占地200畝。產(chǎn)品生產(chǎn)需要較多的電，產(chǎn)品面向全國，重點(diǎn)是中東部各省，需要良好的交通設(shè)施，以方便產(chǎn)品和原料的買入。所以，東營墾利網(wǎng)，交通網(wǎng)四面發(fā)達(dá)，且擁有大型電力企業(yè)，適合建廠。原料需要乙烯，東營和渤海有石油，中石油、中石化在這都有煉油廠供乙烯，同時(shí)中石化中石油也是買家，用乙醇造汽油醇。用電量大，附近有勝利大唐華泰等較大型發(fā)電廠，水源充足，離黃河較近。工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 1 . 物料恒算1.設(shè)計(jì)條件按照選定的工藝流程，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和條件。已知：催化劑磷酸-硅藻土催化劑，乙烯和水為反應(yīng)物，直接水和法，年開工8000h。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：水烯比 ：0.7單耗C2H4/95%

5、C2H5OH 0.578產(chǎn)物中：乙醇 C2H5OH 94.5% 乙醛CH3CHO 2% 乙醚 C2H5OC2H5 2%2.物料流程簡圖直接水和法制乙醇的物料流程圖如圖1。圖1 直接水和法制乙醇的物料流程圖3. 乙烯 、乙醇物料恒算（均按每小時(shí)計(jì)）（1）乙烯水合法制乙醇的化學(xué)反應(yīng)方程式：主反應(yīng)： C2H4 H2OC2H5OH （1）副反應(yīng)： 2 C2H5OHC2H5OC2H5 （2） C2H5OH =CH3CHO+H2 （3）（2）產(chǎn)品產(chǎn)量及其組成 50000/8000=6250 (Kg) 其中： C2H5OH 6250×94.5%=5906.25 kg=128.4 kmol CH3C

6、HO 6250×2%=125 kg = 2.84 kmol C2H5OC2H5 6250×2.5%=156.25 kg = 2.11 kmol H2 6250×2%=125 kg = 2.84 kmol 總摩爾數(shù)=128.4+2.84 + 2.11+2.84 =136.19 kmol(3) 乙烯投入量：6250×0.578=3612.5 （kg）(4) 數(shù)據(jù)校核 根據(jù)反應(yīng)式消耗乙烯量：128.4+2.84 + 2.11=133.35 kmol=3386.5kg 與投入量基本符合，與設(shè)計(jì)要求基本一致。(5) 各主要單元設(shè)備的物料衡算表（每小時(shí)計(jì)）見表16表

7、1 水合反應(yīng)器物料衡算表進(jìn) 料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯101150 3612.5乙烯 91029.123251.04水42669.9 2370.55水40269.62237.2乙醇5906.4128.4_乙醚156.142.11_乙醛124.962.84_氫氣5.682.84合計(jì)5983.05143819.9_137491.95624.43表2 分離器物料衡算表進(jìn) 料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯1011503612.5乙烯91029.12325.104水 42669.9 2370.55水

8、40269.62237.2乙醇 5906.4 128.4乙醇5906.4128.4乙醚 156.14 2.11乙醚156.142.11乙醛124.962.84乙醛124.962.84氫氣5.68 2.84氫氣5.682.84合計(jì)150013.086119.25137491.92698.494表3 萃取器1物料衡算表進(jìn) 料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯91029.12325.104乙烯水 40269.62237.2水 40269.62237.2乙醇 5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醚 156.142.11乙醚1.56140.02

9、11乙醛124.962.84乙醛12.4960.284氫氣5.682.84氫氣合計(jì)137491.92698.49446190.0572365.9051表4 萃取器2物料衡算表進(jìn) 料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯 乙烯水 40269.62237.2水 4026.96233.72乙醇5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醚 1.56140.0211乙醚1.56140.0211乙醛12.4960.284乙醛12.4960.0284氫氣氫氣合計(jì)46190.0572365.90519947.417362.4251 表5 精餾塔物料衡算表進(jìn) 料

10、出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯乙烯水4026.96233.72水5798.88322.16乙醇5906.4128.4乙醇271687.55906.25乙醚 1.56140.0211乙醚乙醛12.4960.0284乙醛氫氣氫氣合計(jì)9947.417362.4251277486.386228.41表6 脫水器物料衡算表進(jìn) 料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol水5798.88322.16水乙醇271687.55906.25乙醇271687.55906.25合計(jì)277486.386228.41271687.559

11、06.25 2.能量恒算（均按每小時(shí)計(jì)）1. 換熱器 在換熱器中沒有化學(xué)變化，只有顯熱。設(shè)進(jìn)去換熱器是溫度為25，蒸發(fā)溫度為100。表7 原料乙烯和水帶入的熱量物料名稱物質(zhì)的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T,K熱量/kJ乙烯3386.543.562984.40×107水2370.5575.2915.32×107合計(jì)9.72×107 0.1MPa 水的汽化熱為 2257.2kJ/kg 水的相變熱為 2257.2×2370.55×18=9.63×107kJ表8 原料氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T

12、,K熱量/kJ乙烯3386.571.5559814.5×107水2370.5536.325.15×107合計(jì)19.65×107 則需要補(bǔ)充熱量 9.63×107+19.65×1079.72×107=19.56×107 固定管板式列管換熱器 傳熱系數(shù) 30506100kJ/(m2·h·K） 傳熱面積 40164 M2/m32. 水合反應(yīng)器（1） 氣體進(jìn)入反應(yīng)器帶入熱量 19.65×107kJ（2） 表9 反應(yīng)熱（反應(yīng)溫度為325）反應(yīng)物質(zhì)的量kmol反應(yīng)熱kJ/kmol熱量/kJC2H4 H2OC

13、2H5OH132.62-4×104-5.30×106C2H5OH =CH3CHO+H22.84-1.66×105-4.71×1052 C2H5OHC2H5OC2H54.221.55×1056.37×105合計(jì)-5.14×106即反應(yīng)放出總熱量為5.14×106 kJ3. 冷卻器設(shè)轉(zhuǎn)化氣為理想氣體 100%冷卻 冷卻至70表10 冷卻器的熱量變化物料名稱物質(zhì)的量kmol相變熱 kJ/mol熱量/kJ乙醇132.62-41.5×1035.50×106乙醚4.22-25.104×1031.0

14、6×106水2237.2-125.4×1032.81×107合計(jì)3.36×107表11 轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量 70物料名稱物質(zhì)的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T,K熱量/kJ乙烯3251.0443.722934.88×107乙醛2.8454.855.34×104乙醚2.11112.978.18×104氫氣2.8428.852.81×104合計(jì)5.04×1074. 冷卻器氫氣帶走的熱量 2.84×28.85×303=2.48×104kJ 325.104×43.72

15、×303=4.31×106kJ乙醚的相變熱 2.11×25.104×103=5.30×104kJ5. 吸收塔（萃取1、2，精餾塔）轉(zhuǎn)化氣帶入的能量 5.04×107-2.48×104+5.30×104=5.06×107kJ表12 物料名稱物質(zhì)的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T,K熱量/kJ乙醇128.4111.463034.34×106乙醛 0.028454.8547200乙醚 0.0211112.97722.3水223.7275.2915.10×106合計(jì)9.44×106吸收2段吸收能量 5.06×107-9.44×106=4.16×107kJ6. 尾氣125 乙醛 Cp，m=54.64kJ/(