年產(chǎn)3萬噸乙烯催化氧化生成乙醛實用工藝設(shè)計

1、實用文檔*課程設(shè)計程名稱化工工藝課設(shè)業(yè)班級 生姓名 級序號 導(dǎo)教師實用文檔目錄 TOC o 1-5 h z .綜述 1 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 產(chǎn)品性能介紹 1 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 產(chǎn)品需求 1 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 生產(chǎn)方法 2 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 乙快水化法 2 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 乙

2、醇氧化法 4 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 烷煌直接氧化法 5 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 流程敘述 7 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 反應(yīng)崗位 7 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 精微崗位 8 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 再生崗位 9 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 2設(shè)計

3、工藝計算 10 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 原材料和成品的技術(shù)規(guī)格 10 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 原材料 10 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 成品 10 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 生產(chǎn)指標(biāo) 11生產(chǎn)規(guī)模 11 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 原料來源 11 HYPERLINK l bookmark39 o Curren

4、t Document 生產(chǎn)制度 11 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 物料衡算 11 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 基礎(chǔ)計算 11 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 冷凝器的物料衡算 14 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 熱量衡算 17 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document .反應(yīng)熱 17 HYPERLINK l bookmark68 o Cu

5、rrent Document 凝器熱量衡算 18 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 設(shè)備計算 20 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 20 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 純?nèi)├淠髟O(shè)備計算 20 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 冷凝器設(shè)備CAD 21裝配圖 22附件及剖面圖 23 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 工藝流程圖 24

6、HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 參考文獻(xiàn) 25附錄 26實用文檔乙烯催化氧化生成乙醛工藝設(shè)計.綜述產(chǎn)品性能介紹乙醛（acetaldehyde ）是一種醛，又名醋醛，無色易流動液體，有刺激性氣味。 熔點121C,沸點20.8 C,相對密度小于1?？膳c水和乙醇等一些有機(jī)物質(zhì)互溶。 易燃易揮發(fā)，蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物，爆炸極限4.0%57.0% （體積）。天然存在于圓柚、梨子、蘋果、覆盆子、草莓、菠蘿、干酪、咖啡、橙汁、朗姆酒中。 具有辛辣、醴樣氣味，稀釋后具有果香、咖啡香、酒香、青香。乙醛也是一種重要的姓類衍生物， 在合成工業(yè)上也是一種重要

7、的中間體， 其本身 幾乎沒有直接的用途，完全取決于市場對它的下游產(chǎn)品的需求及下游產(chǎn)品對生產(chǎn)路線 的選擇，主要用于醋酸、醋酊、醋酸乙烯等重要的基本有機(jī)化工產(chǎn)品。但是隨著科技 的發(fā)展,原來完全以乙醛為原料的化工產(chǎn)品（如醋酸）可能會改變原料路線和生產(chǎn)方法 乙醛下游產(chǎn)品的市場也會發(fā)生變化，乙醛下游產(chǎn)品的開發(fā)會出現(xiàn)一些全新的產(chǎn)品。產(chǎn)品需求國內(nèi)乙醛生產(chǎn)方法有乙烯氧化法、 乙醇氧化法和乙烘氧化，法烷姓直接氧化四種 技術(shù)路線。生產(chǎn)的乙醛絕大多數(shù)都用于生產(chǎn)醋酸的原料， 只有少量用于生產(chǎn)季戊四醇、 醋酊、丁醇、丁酸、過氧醋酸等產(chǎn)品?？梢哉f國內(nèi)乙醛的下游產(chǎn)品在某種意義上說就 是乙醛經(jīng)醋酸而生產(chǎn)的下游產(chǎn)品。據(jù)1994

8、年出版的中國化學(xué)工業(yè)統(tǒng)計信息報道， 1993年吉化公司等12家的乙醛產(chǎn)量為26.7萬噸，估計國內(nèi)總生產(chǎn)能力可達(dá)到30多 萬噸。然而總體來說我國醋酸生產(chǎn)裝置數(shù)量多，裝置能力小，據(jù)1993年統(tǒng)計，我國醋酸的總生產(chǎn)能力為47.26萬噸，1992年產(chǎn)量為44.37萬噸，其中乙烯法約占64%, 酒精法約占33%,乙快法約占3.2%。但由于醋酸下游產(chǎn)品的需求量巨大， 有人預(yù)計 今后幾十年內(nèi)我國醋酸市場將日趨緊俏，因而改進(jìn)裝置提高乙醛生產(chǎn)能力，從而增大醋酸產(chǎn)量以成當(dāng)務(wù)之急。另外，以乙醛為原料生產(chǎn)其它產(chǎn)品的工藝在我國仍為得到較 大發(fā)展，如國內(nèi)已生產(chǎn)的乙醛下游產(chǎn)品，除了醋酸系列產(chǎn)品外，還有季戊四醇、丁烯 醛、丁

9、酸、三氧乙醛等產(chǎn)品，但相對來看產(chǎn)量很少。在我國，季戊四醇的乙醛消耗量實用文檔占第二位，但產(chǎn)量和裝置能力都較低。1992年季戊四醇的實際產(chǎn)量為13243噸，耗 乙醛約為5300噸，只占乙醛總產(chǎn)量的1.7%。但是可以預(yù)計隨著該類產(chǎn)品的走俏，作 為原料的乙醛需求量越來越大10生產(chǎn)方法乙醛的生產(chǎn)有三種，分別是乙快水化法、乙醇氧化法、乙烯絡(luò)合氧化法。乙快水化法在高汞離子或磷酸鈣存在下，乙快與水進(jìn)行加成反應(yīng)即生成乙醛。反應(yīng)式為：CH CH(g)除O(l)CHCHO(l)(1)乙快水合法生產(chǎn)乙醛是一種古老的方法，我國目前基本沒有用此法生產(chǎn)乙醛。 該法分為汞法和非汞法兩種，汞法生產(chǎn)一噸乙醛要消耗0.8公斤金屬

10、汞，汞蒸汽會逸出 會嚴(yán)重危害身體健康，污染環(huán)境。因此以前一般都用非汞法，是以可、磷酸鈣為催化 劑，并且以天然氣乙快為原料，采用多層塔式固定床反應(yīng)器，但方法的催化劑中的鎘 劇毒，且強(qiáng)度差，消耗高，生產(chǎn)成本高。乙快水合法不需要貴金屬把催化劑和制氧設(shè) 備及種耐酸材料，生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚?，在有天然氣或煤炭和水電資源的地區(qū)因地制宜 地采用乙快水合法生產(chǎn)乙醛在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上仍然站得住。.德國方法是被廣泛采用的方法，其反應(yīng)基本上是在常壓及 90100c的溫度下 進(jìn)行。在此過程中，除乙快水合生成乙醛外，不可避免地還有一些副產(chǎn)物伴生。其中特 別需要加以控制，否則將會影響乙醛產(chǎn)率的是乙醛氧化成乙酸及乙醛精合 (繼而脫水

11、) 成丁烯醛(及樹脂狀物)。這一方法存在一些缺點，主要有：(1)在反應(yīng)過程中使用大量的乙快進(jìn)行循環(huán)，一方面易使催化劑中毒，另方面有可 能增加乙快及乙醛的揖失；(2)反應(yīng)放出的熱量為乙醛、乙快及水蒸汽等移出反應(yīng)系杭而散失，在提漢晨乙醛 時又再施以大量熱能進(jìn)行精韶；(3)如果乙醛的精微于常壓下進(jìn)行，Rlj還需要冷凍冷凝；(4)流程相當(dāng)復(fù)雜。.窒素方法為克服德國方法存在的缺點，才研究成功并發(fā)展了窒素方概這一方法 乃基于下列事實：實用文檔(1)乙快水合是一劇烈的放熱反應(yīng),生成每克分子乙醛具反應(yīng)熱為 3.37千卡(2)由于乙醛一水的二元混合物的汽液祖成分布很竟，因此用蛟小的迥流此郎可 借精貂而分離之。這

12、就表明，用蛟少的熱量良p能達(dá)到乙醛提浪的目的。窒素方法的工藝流程如圖所示。7圖一窒素方法的工藝流程圖1-反應(yīng)塔；2-洗滌塔；3-閃蒸器；4-分凝塔； 5-精微塔；6-冷凝器；7-受器。將適量乙快通入盛有催化溶液的反應(yīng)塔中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為68-73C ,反應(yīng)壓力為1.41.5公斤/厘米。在此條件下，乙快基本上完全轉(zhuǎn)化。乙快中含有的少許惰 性氣體通過洗滌塔進(jìn)行洗滌后，散逸于大氣中。反應(yīng)所用的催化溶液耀洗滁塔而于反 應(yīng)塔的上部加入。含有1.52%乙醛的催化溶液，即所謂母液進(jìn)入閃蒸器，在此借真空 及母液的顯熱而急閃蒸發(fā)，逸出的蒸氣中含有70%以重量舒)的乙醛。已被分離掉60% 乙醛而溫度低于反應(yīng)溫

13、度 5c的母液，重新返回反應(yīng)塔，以便循環(huán)利用。從閃蒸器出 來的蒸氣進(jìn)入分凝塔中，部份水被冷凝，同時蒸氣的溫度降至 35Co這時蒸氣中乙醛 的含量提高到86%離開分凝塔的蒸氣經(jīng)加壓至 2.5公斤/厘米2,后進(jìn)入精儲塔。借蒸氣本身的潛 熱及壓縮產(chǎn)生的熱量作為精儲操作的熱源。由于乙醛與水易于分離，精儲時所需回流 比不大，故并不再需要外界供熱。止匕外，由于精儲系統(tǒng)在2.5公斤/厘米2的壓力下進(jìn) 行，這時，乙醛的液化溫度為 45C ,故其冷凝用普通冷卻永即能實現(xiàn)之?？偫ㄆ饋恚纤胤椒ň哂邢铝袃?yōu)點：實用文檔(1)不使用過量乙快，故取消了乙快的循環(huán)操作；(2)反應(yīng)溫度低，故副反應(yīng)少，產(chǎn)率高；(3)借真空急閃

14、蒸發(fā)及加壓精儲，使反應(yīng)熱先移出而后再利用；(4)操作中不用冷凍冷凝；(5)流程筒單，設(shè)備少，乙快不循環(huán)，故乙快的機(jī)械及操作損失小。當(dāng)然亦存在一些問題：由于溫度低，又不用過量乙快，故反應(yīng)速度較慢，為彌補(bǔ) 這一缺點，就必須設(shè)計較大的反應(yīng)裝置。乙醇氧化法該反應(yīng)是在銅一鋅一銘為催化劑，溫度為 310c下氧化制得。反應(yīng)式如下 2CH3CH 20H O2 Cu,加熱 2CH3CHO 2H 2。乙醇氧化或脫氫制乙醛工藝都是傳統(tǒng)的乙醛生產(chǎn)方法。經(jīng)典的乙醇氧化法占多數(shù)，它是采用銀催化劑，反應(yīng)溫度為 550580C,單程收率7075%選擇性95流右，乙 醇單耗為1.11.28噸/乙醛。乙醇氧化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，避免乙

15、醛在高溫下發(fā)生分解和 能量回收是目前乙醛生產(chǎn)的重要關(guān)鍵之一。從化學(xué)反應(yīng)可看出，銅一鋅一銘催化體系的乙醇脫氫制乙醛工藝，反應(yīng)溫度低 (310C以下)，乙醛不易發(fā)生熱分解，乙醛收率比氧化法高，同時付產(chǎn)有經(jīng)濟(jì)價值的 氫。A.M.Eopucom等推薦用含7886(重量率化銅和2114(重量)氧化銘組成的銘 酸銅為催化劑。反應(yīng)溫度在260320C,壓力在1.11.5大氣壓，原料體積連率39/ 時條件下脫氫。采用32毫米的脫氫反應(yīng)管，裝有120毫升銘酸銅催化劑，生產(chǎn)能 力為18002000克/升催化劑時。57x2.5毫米的脫氫反應(yīng)管總共有250根，裝有 880升催化劑，生產(chǎn)能力為465520克/升催化劑時

16、。在穩(wěn)定操作條件下，催化劑使 用了 77979049時。R.M.Moorijanl共試制了 15種負(fù)載型催化劑，并測定了它們的活性、選擇性和 壽命。所用載體分別為磁器粘土、硅膠、硅藻土、泡砂石、合成濾石、玻璃沙、原砂 等。催化劑有效成份為銅，助催化劑為鍥或銘。實用文檔烷炫直接氧化法本設(shè)計采用第三種方法即乙烯絡(luò)合氧化法，本工段選用一段法直接氧化成乙醛， 其反應(yīng)原理如下為：總反應(yīng)式為：i TOC o 1-5 h z C2H4PdCl 2, CuCl 2CH3CHO(3)事實上，該反應(yīng)是通過幾個反應(yīng)步驟進(jìn)行的：毅化反應(yīng)：C2H4 PdCl 2 H2OCH 3CHO Pd 2HCl(4)金屬氧化反應(yīng)：

17、Pd 2CuCl 2 H2O PdCl 2 2CuCl(5)1 2CuCl 2HCl O2 2CuCl2 H2O(6)2在這個反應(yīng)中，按照生成乙醛數(shù)量，氯化銅按化學(xué)當(dāng)量被還原為氯化亞銅。在較低 濃度時，氯化亞銅以二氯絡(luò)合物形式存在于溶液中，在強(qiáng)烈還原時，能使氯化亞銅沉淀，溶 液氯離子濃度低時，氯化亞銅也易沉淀。生成的氯化亞銅在酸性溶液中用空氣或氧氣容易 重新氧化為氯化銅。由于CuCl2, CuCl和PdCl2等均參與反應(yīng)，且反應(yīng)前后基本沒有 變化，所以共形成催化劑。選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件，溫度與壓力，催化劑組成和乙烯一 一氧氣混合組成等，使金屬氧化反應(yīng)速度和碳化反應(yīng)速度趨于一致，即可保證總反應(yīng)(1

18、)得以連續(xù)進(jìn)行，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目的。本反應(yīng)副產(chǎn)物很少，選擇性二股為95位右，主要副產(chǎn)品是醋酸、草酸、巴豆醛、 二氧化碳和微量的氣態(tài)氯代姓以及不溶性褐色殘渣高聚物)等2。工業(yè)上乙烯氧化是在液相催化劑水溶液中進(jìn)行的。液相反應(yīng)有下列二種方式：. 一段法特點是：染基反應(yīng)與催化劑再生反應(yīng)在同一反應(yīng)器內(nèi)同時進(jìn)行，保持催化劑的一定氧化度。(見下圖)實用文檔段法工藝流程圖再1看 JFk循環(huán)氣體與乙烯被引入充滿催化劑溶液的垂直反應(yīng)器， 純氧亦同時引入反應(yīng)器的 底部。反應(yīng)在微壓下進(jìn)行（約3大氣壓），反應(yīng)溫度為120C。反應(yīng)熱由部分水的蒸發(fā) 熱移去。被蒸發(fā)的水必須予以補(bǔ)充，以保持包量的催化劑溶液。氣體反應(yīng)混合物（蒸

19、汽、未反應(yīng)的乙烯和反應(yīng)產(chǎn)物）引入洗滌分離塔，利用水淋灑 以吸收乙醛。脫盡乙醛的氣體循環(huán)返回反應(yīng)塔。 其中一部分氣體放空，以保持其惰性 氣體含量恒定在一定范困之內(nèi)。總收率為 95% 副產(chǎn)品為 CO, CHC, C2HCI, CHC1, CHCI2, CHCICHCI, CHOHC2CI和氯代乙醛等。副產(chǎn)品中簡有少量的草酸，成為難溶的草酸銅而存在于溶液中的。.二段法（如下圖）跋基反應(yīng)與催化劑再生反應(yīng)在相串聯(lián)的各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行圖三二段法流程圖乙烯與催化劑溶液在反應(yīng)塔進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度韻為100C,反應(yīng)壓力為810大氣壓。反應(yīng)后催化劑在分離塔放壓，利用反應(yīng)熱蒸出乙醛。催化劑用循環(huán)泵打至再 生塔，在這

20、里用空氣進(jìn)行氧化。具有一定氧化度的催化劑再進(jìn)入反應(yīng)塔進(jìn)行跋基反應(yīng)。這一流程的特點在于：可使用富乙烯氣體作為原料，采用空氣作為氧化劑。分二 段反應(yīng)可以避免構(gòu)成爆炸氣體混合物的生成，且成本較一段法便宜3.3%,因此目前實用文檔世界各國均趨向于二段法的工藝流程。當(dāng)然,一段法流程亦有其優(yōu)點，例如：基本投資較二段法便宜 20%由于反應(yīng)在 同一反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行，可以避免使用耐腐蝕循環(huán)泵，簡化工藝流程。因此決定二法的優(yōu) 劣，尚需根據(jù)當(dāng)時當(dāng)?shù)鼐唧w情況而定 網(wǎng)。.直接氧化法的主要技術(shù)問題及發(fā)展前途就操作條件而言，直接氧化是在較低溫蛟低壓的緩和條件下進(jìn)行的。操作簡單， 容易掌握。收率一般在95犯上，副產(chǎn)品幾乎可以略而

21、不計，有利于工業(yè)生產(chǎn)。當(dāng)然 在工業(yè)實踐中，亦將會遇到不少困難。首先是作為催化劑粗組成之一的氯化鉗貴金屬 鹽類需要大量供應(yīng)。雖然這些鉗鹽在以后的正常運轉(zhuǎn)中， 如果沒有任何機(jī)械損耗，可 以無需添補(bǔ)，或補(bǔ)充甚微。但為建廠所需的鉗鹽的數(shù)量亦是相當(dāng)驚人。特別對鉗資源缺乏的國家會造成一定的困難。其次是反應(yīng)設(shè)備的桔構(gòu)材料問題（包括為循環(huán)催化劑溶液用的循環(huán)泵），這也是這一流程的關(guān)鍵所在。在 90130C時含水分的鹽酸氣體要 求設(shè)備材料有良好的耐腐蝕性能。同時由于有銅鹽和鉗鹽的存在，為了防止這兩種鹽 的還原，對設(shè)備材料的要求就更形嚴(yán)格。在工業(yè)上西德是采用襯鈦的反應(yīng)設(shè)備， 同時 亦提出在循環(huán)泵內(nèi)襯鈦是目前的一項迫

22、不及待的研究裸題，需要迅速解決。另外在沒備材料方面亦有考慮使用非金屬如橡膠、聚乙烯等作為襯里的。直接氧化法可以推廣為其他校高碳數(shù)的酮醛的直接制法。最引人注目的為丙烯直 接氧化制丙酮。反應(yīng)條件和流程與上述乙醛生產(chǎn)大同小異， 估計目前國外已經(jīng)完成了 小型試驗而即將投入大型生產(chǎn)。無疑地在丙酮的生產(chǎn)中它將是最經(jīng)濟(jì)合理的方法之一。與其他方法相比較，直接氧化法在原料經(jīng)濟(jì)合理性方面具有巨大的優(yōu)越性。 如果 以乙烯直接氧化法（二段法）的乙醛成本為1,則乙快液相水合為1.30,乙醇脫氫則為 1.66。隨著石油加工數(shù)量的急劇增長以及石油二級加工范圍的擴(kuò)大， 大大地提供了獲 得巨量廉價的乙烯以及其他烯姓的可能性。

23、可以預(yù)期：隨著石油工業(yè)的突飛猛進(jìn)，乙 烯道接氧化制取乙醛將獲得巨大的發(fā)展401.4流程敘述反應(yīng)崗位由吸收塔來的循環(huán)氣經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)，然后經(jīng)氣水分離，氣體由分離器頂部出來， 由與廠來的新鮮乙烯在管道中混合，然后進(jìn)入反應(yīng)器底部。實用文檔新鮮氧氣單獨送入反應(yīng)器下部。乙烯和氧氣在反應(yīng)器內(nèi)，在溫度 125c至130C,壓力3 3.5bar ,經(jīng)氯化鉗 氯化銅的鹽酸水溶液作用，進(jìn)行反應(yīng)生成氣體乙醛，含有氣體乙醛和未反應(yīng)的乙烯， 氧氣，水蒸汽等夾帶著催化劑的合成氣經(jīng)反應(yīng)器和除沫器之間的兩根導(dǎo)管進(jìn)入除沫器， 在此進(jìn)行氣液分離，液相催化劑經(jīng)除沫器底部的催化劑循環(huán)管返回反應(yīng)器。為保持催化劑的活性穩(wěn)定，從催化劑循環(huán)管

24、每小時引出5至6立方米催化劑送往 再生工序進(jìn)行氧化再生，經(jīng)氧化再生后的催化劑，從反應(yīng)器底部送回反應(yīng)系統(tǒng)。夾帶微量催化劑的合成氣進(jìn)入第一冷凝器被冷卻至105c-115C,在此合成氣中的水蒸氣部分被冷凝下來，經(jīng)一冷受液槽催化劑再生工序尾氣洗滌塔送來的吸收液 混合，經(jīng)凝液輸送泵，從除沫器上部噴淋加入除沫器，為補(bǔ)充在反應(yīng)過程中催化劑損 失掉的水分，在凝液輸送泵補(bǔ)加脫鹽水，未凝氣體進(jìn)第二冷凝器，進(jìn)一步冷凝冷卻至 75 C以下，凝液經(jīng)凝液槽進(jìn)入吸收塔塔釜，未凝氣體進(jìn)第三冷凝器，冷凝下來的凝液 進(jìn)入吸收塔塔釜，未凝氣體在此冷卻至 45 C以下進(jìn)入吸收塔下部，在吸收塔上部加 入每小時2.5至60立方米的工藝水

25、吸收。吸收液，第二冷凝器的冷凝液，第三冷凝 器的冷凝液一并經(jīng)過粗醛過濾器，冷卻器的飽和蒸汽經(jīng)減壓至2.5bar ,供廠房采暖和管線設(shè)備伴線使用。精微崗位用泵將粗乙醛從抽出送至螺旋換熱器，與塔底排出的廢水換熱，溫度升到95C后，進(jìn)入脫輕組分塔，塔在3bar的壓力操作下，直接蒸汽加熱，控制塔頂溫度60C, 塔釜為106C,從塔頂蒸出氯甲烷，氯乙烷等低沸物，進(jìn)入塔頂冷凝器冷凝，凝液回 流（回流比為68）未凝氣體去火炬燃燒，為減少隨低沸物帶走的乙醛量，在塔頂加 萃取水，脫去低沸物的粗乙醛，從塔釜流入純?nèi)┧?，該塔的操作壓?.2bar直接水蒸氣加熱，控制塔底溫度為125C,通過調(diào)節(jié)回流量控制塔頂溫度約

26、43C,從塔頂蒸 出的純?nèi)┻M(jìn)入純?nèi)├淠魉椭脸善饭迏^(qū)，塔釜排出含醛量99.099.799.0 0.060.020.02生產(chǎn)指標(biāo)乙烯單程轉(zhuǎn)化率是38.03%,乙醛的單程收率是37.24%, 表3副產(chǎn)物中各組分摩爾分?jǐn)?shù)選擇性是97.92 %。組分二氧化碳氯甲烷氯乙烷丁醛醋酸高沸物摩爾分?jǐn)?shù)（）48.023.531.543.7440.093.08表4循環(huán)氣中各組分摩爾分?jǐn)?shù)組分水氮氣氧氣.乙烯乙烷二二氧化碳氯甲烷氯乙烷摩爾分?jǐn)?shù)（）0.827.148.0165.014.2713.70.940.112.1.4生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)量3萬噸（即4.17噸/小時）。原料來源乙烯來自乙烯廠，氧氣和氮氣來自乙二醇廠空分車間，

27、 低壓蒸汽來自動力廠或熱 電廠。生產(chǎn)制度本車間的年工作時間是7200h,并采用連續(xù)操作，工人則采用四班倒制，連續(xù)三 班操作。流程中存在的問題：在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品無法利用， 且采用的催化劑腐蝕 性較大，為此對材質(zhì)要求高。物料衡算基礎(chǔ)計算（1）生產(chǎn)能力：3萬噸/年實用文檔生產(chǎn)時間：全年7200小時(3)產(chǎn)品要求：乙醛方99.9% (mol為 水 0.1 (mol% 原料規(guī)格：乙烯99.7% (含乙烷0.3%),氧氣99.00% (含氮1.00%)(5)乙烯的單位轉(zhuǎn)化率：39.5%(6)乙烯生成乙醛的單程吸收率37.00% 乙烯的選擇性：37.00%/39.5%(8)補(bǔ)加鹽酸的濃度31.00%

28、(質(zhì)量)催化劑增水量225.30kg/h(10)吸收塔底含乙醛4.46% (mol%(11)反應(yīng)部分乙醛損失0.99% (mol%(12)精微部分乙醛損失1.00% (mol%乙烯，乙醛等相關(guān)物性數(shù)據(jù)如下表：表5物性數(shù)據(jù)分子量(g/mol)熔點/ c沸點/ c乙烯28.054-169.15-103.74乙醛44.053-12320.85.反應(yīng)器實際生產(chǎn)乙醛量的計算平均生產(chǎn)時間為7200h,且及實際生產(chǎn)量 W(kmol/h)為：W=(30000X 1000)/7200/44=94.697(kmol/h)實際生產(chǎn)的乙醛量=理論生產(chǎn)的乙醛量一損失的乙醛量94.697X XX10%所以 94.697

29、=X 10% XX解方程得：X= 105.219 (kmol/h).乙烯消耗量的計算(生成目標(biāo)產(chǎn)物的乙烯消耗量)1C2H4- O2CH3CHO11X 105.219 X=105.219 (kmol/h)3.加入反應(yīng)器的乙烯量的計算收率=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的乙烯量/加入反應(yīng)器的乙烯量X 100%實用文檔37.24 %=105.219/XX=282.543 (kmol/h )4.副產(chǎn)物消耗的乙烯量選擇性=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的乙烯消耗量/反應(yīng)掉的原料量X 100%97.92 %=105.219/XX=107.454(kmol/h)副產(chǎn)物消耗的乙烯量=107.454-105.219=2.235 ( kmol/

30、h )5.生成目的產(chǎn)物的耗氧量1GH4 2QCHCHO1/205.219XX=52.609(kmol/h).副產(chǎn)物的量及組成利用碳原子守恒計算副產(chǎn)物的生成量，反應(yīng)物碳原子數(shù)目=生成物碳原子數(shù)目 計算結(jié)果見表66。表6副產(chǎn)物含量kmol/h1二氧化碳CO48.021.3502氯甲烷CHCl3.530.0993氯乙烷C2H5Cl1.540.0434巴豆醛C3H5CHO3.740.1055高沸物含三個C3.080.0866醋酸CH3COOH40.091.1277一1.002.810.總耗氧量=生成目的產(chǎn)物的耗氧量+副產(chǎn)物的耗氧量副產(chǎn)物的耗氧量=1.350 X1 + 0+0+0.105 X0.5 +0

31、+1.127 = 2.530 (kmol/h總耗氧量=52.609+2.530 =55.139 (kmol/h )實用文檔圖四物料衡算圖表7循環(huán)氣組分組分H2ONaOC2HGH6COCHClCHCl含量0.827.148.0165.014.2713.700.940.11設(shè)放空量為D,循環(huán)氣量為C,新鮮氧氣量為A,新鮮乙烯量為B,則根據(jù)以上物料衡算圖，則得方程組：對 N: AX 1% = DX 7.14%對 CH: BX 0.3%=DX 4.27%對 GH4: BX 99.7 % +CX 65.01 % = 282.543對 Q: AX 99.0 %+CX 8.01 %=55.139+CX 8.

32、01 %+DX 8.01 %對以上四式聯(lián)立解得：A= 56.334kmol/h ); B= 112.298 (kmol/h);C= 262.395 (kmol/h); D= 7.890 (kmol/h)。2.1.2冷凝器的物料衡算采用閃蒸計算實用文檔基本公式：a)、2Xi=1 b)、入 i=Zi/Ki+e (1-Ki) b)、e ：液化率Xi :液相組成Zi ：進(jìn)料組成 設(shè)：汽相是理想氣體，液相是理想溶液。1.第一冷凝器的物料衡算 已知條件：P=4bar T=110 C KCH 3CHO=21.05 K高聚物=0.160 KC 3H5CHO=0.430K= Ps/P 總利用H-B方程計算 WO

33、 CHCOO的Ps值Ln Ps=A+B/T+C LnT+D Ps/f口試差計算PsHO=1000mmHg KHO=1000/760/4=0.329 PsCHCOOH=600mmHg K3COOH=600/760/4=0.20 設(shè)：液化率=0.282Xi(H 2O)=0.5090/0.329+0.282 乂 (1-0.329)=0.9822 Xi(CH3COOH)=0.00349/0.2+0.282 乂 (1-0.2)=0.0082 Xi(CH3CHO)=0.1381/21.05+0.282 X (1-21.05)=0.0089 Xi(高聚物)=0.00035/0.16+0.282 X (1-0

34、.16)=0.0009 Xi(C 3HCHO)=0.00031/0.430+0.282 乂 (1-0.43)=0.0005 2Xi=1.0007一冷凝液量：ZX E=724.270X 0.282=204.224kmol/h 未凝氣體量：Z- Z X E=724.270-204.224=520.046mol/h 2.第二冷凝器的物料衡算已知條件：P=3.5bar T=75 C KCH aCHO=8.02 K 高聚物=0.04 KC 3HCHO=0.2根據(jù) H-B 方程：Ln Ps=A+B/T+C LnT+D Ps/f 試差計算8PsHO=289mmHgK(H 2。)=289/ (760X 3.5

35、) =0.1086實用文檔PsCHCOOH=170mmHg K(CBOOH)=170Z(760X 3.5 ) =0.0639 設(shè)：液化率=0.258Xi(H 2O)=0.3256/0.1086+0.258 X (1-0.1086)=0.9642Xi(CH3COOH)=0.0017/0.0639+0.258 乂 (1-0.0639)=0.0056Xi(高聚物)=0.0001/0.04+0.258 X (1-0.04)=0.0003Xi(CH3CHO)=0.1885/8.02+0.258 乂 (1-8.02)=0.0303Xi(C 3HsCHO)=0.0002/0.2+0.258 乂 (1-0.2

36、)=0.0005EXi=1.0009二冷凝液量為：ZX E=520.046X 0.258=134.172kmol/h未凝氣體量為：Z-ZX E=520.046-134.172=385.874kmol/h3.第三冷凝器的物料衡算已知條件：P=3bar T=45 C KCH aCHO=0.56K高聚物=0.45 KC 3HCHO=0.05K根據(jù) H-B 方程：In Ps=A+B/T+C InT+D Ps/T2試差計算PsCO =75000mmHgPsCHCI=153400mmHgPsGH=15900mmHgPsHO=70.6mmHgPsGHOH=2250mmHgPsCHCOOH=35.9mmHgK

37、CO=75000/(760 乂 3)=32.859KGH5CI=2250/(760 乂 3)=0.987KCHCI=153400/(760 X 3)=67.281314=15900/(760 X 3)=6.974KHO=70.6/(760 乂 3)=0.031KCHCOOH=35.9/(760X 3)=0.016設(shè)：液化率=0.166Xi(H 2O)=0.1032/0.031+0.166 X (1-0.031)= 0.5379實用文檔Xi(CO2)=0.0905/32.859+0.166 X (1-32.859)= 0.0033Xi(C 2HCl)=0.0008/0.987+0.166 X (

38、1-0.987)=0.0008 Xi(CH3Cl)=0.0062/67.281+0.166X (1-67.281)=0.0001Xi(C 2H4)= 0.4299/6.974+0.166X (1-6.974)=0.0718Xi(CH3COOH)=0.0004/0.016+X乂 (1-0.016)=0.0022 Xi(高聚物)=0.00007/0.45+X X (1-0.45)=0.0001 Xi(CH3CHO)=0.2432/0.56+X 乂 (1-0.56)=0.3842 Xi(C3HCHO)=0.0001/0.05+X X (1-0.05)=0.0005 EXi=1.0009 三冷凝液量為

39、：ZX E=385.874X 0.166=64.055kmol/h 未凝氣體量為：Z-Z X E=385.874-64.055=321.819kmol/h熱量衡算熱量衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量和能量守恒定律。.反應(yīng)熱選基準(zhǔn)溫度125C,即398.15K,在此溫度下反應(yīng)物及主要生成物的生成熱及熱 容如下9:C2H4(g) O 2(g) CH 3CHO(l) CH3COOHQ) CO2(g) H 2OQ)-393.5137.175.291c2H42Hq Hf8(kJ/mol) 52.26 0-192.3-484.5-285.82Cpkcal/kmol/K ) 43.56 29.3501241GH 2O

40、CHCHOH 298Hf CyCHOH192 52.26 0244.56kJ/ mol 58507.18kcal / kmol)C2H4O2CH3COOH實用文檔 TOC o 1-5 h z H2 298HI CCOOH H J%HI O,484.5 52.26 0536.76kJ/ mol128411.43cal / kmol) HYPERLINK l bookmark64 o Current Document JH43q2H2O2COH3 2982HIH2O2HICO 3HIqHIC2H42 ( 285.82) 2 ( 393.51) 3 0 52.261410.92kJ/ mol 337

41、540.67kcal / kmol)凝器熱量衡算一冷的氣體的進(jìn)口溫度是 125C,出口溫度是110C,冷凝溫度是110C,在此 溫度下幾種主要產(chǎn)物的冷凝熱見表 810 o表8 冷凝熱表格CH3CHOH2OC3H5CHOCHCOOHH (kcal/kmol )48659445.281295742平均溫度為117.5 C,冷凝器內(nèi)氣體的各組分的含量百分比及在此溫度下的比熱 容見表911。則混合氣體平均比熱容為：Cp= Xi Cp =(12.72+6.855+6.895+11.4+18.26+15.5+9.779+19.24+15.51+8.289+0+25.65)/12=10.132kcal/(k

42、mol K)氣體由125c降到110c放出熱量：Q=MCpt =724.270 X 10.132 X (125-110) = 110074.555(kcal/h),氣體冷凝放出熱量由Q=MK算，乙醛冷凝放出熱量：Q = 2.427 義 4865= 11807.355(kcal/h),水冷凝放出熱量：Q = 285.36 X 9445.2 = 2692230.603(kcal/h),醛冷凝放出熱量:實用文檔Q =0.485 X 8129= 1621.14(kcal/h),乙酸冷凝放出熱量：Q =4.835 義 5742= 11415.70(kcal/h),根據(jù)熱平衡方程Q=Qo得冷卻水吸收的熱量

43、為：%。=110074.555+11807.355+2692230.603+1621.14+11415.70=2827149.353(kcal/h)表9比熱容表格熱容平均熱容氣體放熱氣相產(chǎn)物分率分率x熱容kcal/ (kmol K)kcal/ (kmol K)(kcal/h )乙烯0.190712.722.426氧氣0.02366.8550.162氮氣0.0216.9850.147氯甲烷0.002811.40.032氯乙烷0.000418.260.007乙烷0.012615.50.19510.132303593.5849二氧化碳0.04069.7790.397乙酸0.003719.240.07

44、1乙醛0.117615.511.824水0.58648.28924.861高沸物0.000300.000丁醛0.000425.650.010取冷卻水進(jìn)口溫度為 30C,出口溫度為 42 C,在此溫度水的平均比熱容 Cp=18.02 kcal/kmol/K 。由qh o=mC|：a t得每小時需要加入的冷卻水量為：2827149.353M=-=12944.823(kmol/h)= 233.277 (t/h )(42-30)*18即一冷每小時應(yīng)加入233.277立方米的冷卻水才能達(dá)到要求實用文檔設(shè)備計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)乙醛的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：分子量 44.05操作壓力2.3bar操作溫度43 C液體密度750kg

45、/m 3蒸汽密度3.62kg/m 3液體表面張力 17.625aty/cm液體最大流量16000kg/h氣體最大流量25999.84kg/h純?nèi)├淠髟O(shè)備計算從精儲塔頂出來的乙醛氣體直接去純?nèi)├淠骼淠?，一部分用回流泵打回塔頂進(jìn) 行回流。純?nèi)┧鰜淼囊胰怏w是 43 C,經(jīng)純?nèi)├淠骼淠秊?3c的液體，冷卻水的進(jìn) 口溫度是30 C,出口溫度38C,求得平均溫度為7.6 C。.計算熱負(fù)荷和冷卻水量本設(shè)計設(shè)兩個純?nèi)├淠?，為此熱量各一半，則有熱負(fù)荷：0= 1/2 義 1490068.152 = 745034.076kcal/h ;冷卻水量： W 6546.268kmol/h ,設(shè)傳熱系數(shù)：K= 750 (kcal/ (M h C)貝1由 0=底tA= Q/ (Aat) = 745034.076/750/7.6 =130.71 (m2)。.冷凝器選型：管程數(shù)4,殼程數(shù)1,管長6m管徑19X 2mm公稱換熱面積130m。計算換熱面 積 130m。管數(shù) N= 130/3.14/0.019/6 =364,每程管數(shù) n = 91。換熱管采用正三角排列，層數(shù)為10層對角線上的管數(shù)b=21,管間距為a=25mm則管徑D=a(b-1)+2l,其中l(wèi)取2d。，即管徑為：D=25X (21-1)+2 X19mm=538m皿整為 600mm.設(shè)備長度計