年產(chǎn)8萬噸乙醛工廠設(shè)計

1、寧波工程學(xué)院化工設(shè)計項目名稱： 年產(chǎn)8萬噸乙醛工廠設(shè)計 學(xué)院名稱： 專 業(yè)： 指導(dǎo)老師： 班 級： 組 員： 完成時間： 目 錄前言4總論5項目概述5項目名稱5項目性質(zhì)5編制原則5建設(shè)的意義6第1章 物料性質(zhì)71.1產(chǎn)品性質(zhì)71.1.1乙醛物理性質(zhì)71.1.2乙醛化學(xué)性質(zhì)7第2章 產(chǎn)品應(yīng)用82.1產(chǎn)品應(yīng)用82.1.1應(yīng)用于巴豆醛和山梨酸市場82.1.2應(yīng)用與吡啶以及其衍生物9第3章 工藝的選擇103.1原料選擇：103.2原料來源：103.3反應(yīng)：103.4機理:113.4.1.含鹽酸水溶液中113.5工藝路線123.5.1.乙炔水合法：123.5.2.乙醇氧化或脫氫法：123.5.3.烴類氧

2、化法：123.5.4.乙烯直接氧化法：13 3.6工藝路線的選擇133.6.1 wacker法反應(yīng)歷程143.6.2 wacker法的優(yōu)點143.7工藝條件153.7.1.原料純度：153.7.2.原料氣配比：153.7.3.反應(yīng)溫度及壓力15第4章 物料衡算164.1已知參數(shù)164.2.反應(yīng)器的物料計算164.3冷凝器的物料衡算194.4吸收塔的物料衡算214.5脫輕組分塔的物料衡算224.6精餾塔的物料衡算23第5章 熱量衡算245.1反應(yīng)器的熱量衡算245.2第一冷凝器熱量衡算29第6章 廠址選擇316.1吉林市數(shù)據(jù)參數(shù)316.2廠址選擇原則 32 6.3吉林化工園區(qū)32 6.3.1基礎(chǔ)

3、建設(shè)優(yōu)勢33 6.3.2原料供應(yīng)優(yōu)勢33 6.3.3人才優(yōu)勢34第7章 換熱器的設(shè)計347.1換熱器的設(shè)計347.1.1.計算熱負荷和冷卻水量347.1.2冷凝器選型：347.2.校核傳熱面積40第8章 aspen核算40第9章 設(shè)備選型43前言乙醛是無色，有刺激性氣味的液體,密度比水小,沸點20.8o,易揮發(fā)、易燃燒,且能和水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶。乙醛也是一種重要的烴類衍生物，在合成工業(yè)上也是一種重要的中間體，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、醋酐、醋酸乙烯等重要的基本有機化工產(chǎn)品。但是隨著科技的發(fā)展,原來完全以乙醛為原

4、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。國內(nèi)乙醛生產(chǎn)方法有乙烯氧化法、乙醇氧化法和乙炔氧化法三種技術(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、醋酐、丁醇、丁酸、過氧醋酸等產(chǎn)品。可以說國內(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，19

5、92年產(chǎn)量為44.37萬噸，其中乙烯法約占64。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，因而改進裝置提高乙醛生產(chǎn)能力，從而增大醋酸產(chǎn)量以成當務(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總論 項目概述 項目名稱年產(chǎn)8

6、萬噸乙醛的工廠設(shè)計 項目性質(zhì)本項目是為了設(shè)計一個年產(chǎn)量為8萬噸的乙醛工廠的設(shè)計，新的生產(chǎn)方法是將乙烯在氯化銅-氯化鈀的催化下用空氣直接氧化。主要用于生產(chǎn)乙酸、乙酸乙酯和乙酸酐，也用于制備季戊四醇、巴豆醛、巴豆酸和水合三氯乙醛。使單位生產(chǎn)能力的投資和成本大幅降低，有利于提高下游產(chǎn)品的經(jīng)濟競爭力。1 中石化2005 154號石油化工項目可行性研究報告編制規(guī)定；2 國家地區(qū)建設(shè)、稅收等有關(guān)法律、法規(guī)；3 中石化協(xié)產(chǎn)發(fā)2006 76號化工投資項目可行性研究報告編制辦法；4 中華人民共和國環(huán)境保護法、中華人民共和國勞動安全法等相關(guān)的國家法律、法規(guī)；5 化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定（hgt20688-

7、2000）； 編制原則（1）認真貫徹執(zhí)行國家基本建設(shè)的各項方針、政策和有關(guān)規(guī)定，執(zhí)行國家及各部委頒發(fā)的現(xiàn)行標準和規(guī)范。（2）結(jié)合我國國情，選擇技術(shù)先進、工藝成熟、切合實際的設(shè)計方案，著重考慮先進性、可靠性、合理性三項原則。（3）為了降低工程投資，本項目催化劑及工藝技術(shù)全部立足國內(nèi)，采用國內(nèi)先進成熟可靠的催化劑及工藝技術(shù)。（4）設(shè)計中盡一切努力節(jié)能降耗，節(jié)約用料，提高利用率，增加產(chǎn)量。選用清潔生產(chǎn)工藝，注重環(huán)境保護，在生產(chǎn)過程中減少“三廢”排放，同時采用行之有效的“三廢”治理措施，貫徹執(zhí)行“三廢”治理、“三同時”的原則。（5）注重勞動安全和衛(wèi)生，設(shè)計文件應(yīng)符合國家有關(guān)勞動安全、勞動衛(wèi)生及消防等標

8、準和規(guī)范要求。貫徹化工生產(chǎn)裝置布置的“五化”原則，即一體化、露天化、輕型化、大型化和國產(chǎn)化，以達到節(jié)省投資和減少占地的目的。（6）做好勞動保護和工業(yè)衛(wèi)生，減輕勞動強度，保護職工身體健康。 建設(shè)的意義 乙醛本身幾乎沒有直接的用途，是一種重要的有機合成中間體，我國市場現(xiàn)在對于乙醛下游產(chǎn)品是需求量日益加大的，所以反過來對于乙醛而言的需求量也是日益增多的，所以我國對于乙醛工業(yè)的重視程度一直是保持不變的，由于原來的乙醛的工業(yè)制法對于環(huán)境的破壞程度比較高，近幾年，有了新的催化劑的出現(xiàn)，使得乙醛工業(yè)又有了新的一次飛躍。第1章 物料性質(zhì)1.1產(chǎn)品性質(zhì) 1.1.1乙醛物理性質(zhì)表1-1 乙醛的物理性質(zhì)分子式相對分

9、子質(zhì)量顏色沸點相對密度44.05無色210.804-0.811表1-1 乙醛的物理性質(zhì)熔點閃點溶解性燃燒熱引燃溫度-121-39能跟水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶。279.0 kcal/mol140 1.1.2乙醛化學(xué)性質(zhì)乙醛具有毒性：ld501930mg/kg（大鼠經(jīng)口）；lc5037000mg/m3，1/2小時（大鼠吸入），此濃度使動物出現(xiàn)明顯的興奮癥狀；15min后即出現(xiàn)麻醉；存活者迅速恢復(fù)。動物尸檢主要發(fā)現(xiàn)為肺水腫。貓接觸2g/m3時則出現(xiàn)嚴重刺激癥狀，20g/m3濃度時，經(jīng)12h，因呼吸麻痹而死亡。乙醛為乙醇在體內(nèi)代謝的一種產(chǎn)物，可引起臉潮紅、心悸及血壓下降等不適癥狀。這些作用可由于同時

10、接觸二硫代秋蘭姆（又稱“antabuse”，可作戒酒劑及橡膠抗氧化劑）、氰酰胺和二甲酰甲酰胺而加劇，乙醛為香煙霧中的成分之一，具有纖毛毒性，可減少肺巨噬細胞數(shù)。低濃度引起眼、鼻及上呼吸道刺激癥狀及支氣管炎。高濃度吸入尚有麻醉作用。表現(xiàn)有頭痛、嗜睡、神志不清及支氣管炎、肺水腫、腹瀉、蛋白尿肝和心肌脂肪性變?？芍滤?。誤服出現(xiàn)胃腸道刺激癥狀、麻醉作用及心、肝、腎損害。對皮膚有致敏性。反復(fù)接觸蒸氣引起皮炎、結(jié)膜炎。第2章 產(chǎn)品應(yīng)用2.1產(chǎn)品應(yīng)用乙醛本身幾乎沒有直接的用途，是一種重要的有機合成中間體，可用于生產(chǎn)許多產(chǎn)品，包括醋酸醋酸酯、乙二醛、巴豆醛、三氯乙醛 、季戊四醇、醋酸。 2.1.1應(yīng)用于巴豆醛

11、和山梨酸市場巴豆醛，也稱丁烯醛，是重要的有機合成中問體。巴豆醛與乙烯酮反應(yīng)生成的山梨酸是目前國際 上應(yīng)用最廣泛的高效無毒食品防腐劑。巴豆醛氧化可制得巴豆酸，其共聚物可廣泛應(yīng)用于造紙、醫(yī)藥及紡織工業(yè)中的黏結(jié)劑。 山梨酸( 鉀) 則是目前全世界公認的最為安全的食品防腐劑，它與丙酸( 鹽) 、 雙乙酸鈉將成為未來主 要食品防腐劑。山梨酸( 鉀) 可參與人體的新陳代謝，在人體內(nèi)不會積累，最后分解為二氧化碳和水，其毒性僅為苯甲酸( 鈉) 的14，是食鹽的 12 。山梨酸(鉀)的防腐效果優(yōu)良，且不影響食品的原有風(fēng)味， 已得到世界公認，被全球所有國家和地區(qū)接受和使用。山梨酸(鉀) 取代苯甲酸納作食品防腐劑已

12、是大勢所趨。巴豆醛的最大市場消費領(lǐng)域是與乙烯酮合成食品防腐劑山梨酸(鉀)，我國山梨酸(鉀)的生產(chǎn)技術(shù)研究始于2 0世紀 7 0年代，現(xiàn)已形成多套千噸級以上的生產(chǎn)裝置， 2 0 1 1 年我國山梨酸(鉀)的總產(chǎn)能已超過7萬fa 。 國際上巴豆醛的主要生產(chǎn)廠家有 日本大賽璐 、 伊斯曼、 沙索和塞拉尼斯。2 0 0 0年以前我國的巴豆 醛生產(chǎn)很少，主要集中在吉化公司，年產(chǎn)量數(shù)千噸， 遠遠不能滿足國內(nèi)的市場需求。而山梨酸(鉀)生產(chǎn)企業(yè)主要集中在江蘇，近年來， 華東地區(qū)紛紛新建生產(chǎn)裝置，2 0 1 1 年國內(nèi)巴豆醛的產(chǎn)能已達到 l 0萬 t ，。巴豆醛在我國有良好的市場發(fā)展空間，經(jīng)濟效益亦佳。 隨著食

13、品工業(yè)的不斷發(fā)展以及食品結(jié)構(gòu)的不斷 調(diào)整， 山梨酸(鉀)作為國內(nèi)外一致公認的最好、無毒食品防腐劑，將逐步取代毒性較大的苯甲酸鈉， 其市場前景被業(yè)內(nèi)外人士普遍看好。我國人口眾多，將成為山梨酸及其鹽類的生產(chǎn)大國和消費大國，市場消 費潛力巨大，山梨酸及其鹽類的市場將進入高速發(fā) 展期， 尤其近年來食品安全已引起廣泛的重視， 我國對山梨酸的市場需求量將有較大的增長。當前我國的山梨酸技術(shù)已日趨完善，產(chǎn)品質(zhì)量與國外先進技 術(shù)不相上下， 出口前景看好， 隨著山梨酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 壯大，也必將帶動需求增長， 2 0 1 1 年巴豆醛的市場 需求增長率已達到 5 ，主要收益于下游山梨酸(鉀)需求的增長。 2.1.2應(yīng)

14、用與吡啶以及其衍生物吡啶，又名氮雜苯，是乙醛的重要衍生物。吡啶、烷基吡啶及其衍生物是重要的精細化工原料，廣泛應(yīng)用于制備農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品添加劑、飼料添加劑、 染 料、 日用化學(xué)品和高分子化合物，也是制備有機化合物的催化劑和溶劑。近年來， 由于雜環(huán)類農(nóng)藥的開發(fā)應(yīng)用，使現(xiàn)代農(nóng)藥達到了超高效、低公害甚至無公害 的新階段。近年開發(fā)的新農(nóng)藥品種中有80是含雜環(huán)的化合物，其中又以含氮雜環(huán)化合物為主，吡啶衍生物是這類農(nóng)藥中的重中之重。美國農(nóng)用化學(xué)品消 費毗啶約占總消費量的7377。吡啶化合物在農(nóng)藥生產(chǎn)上的應(yīng)用，主要用于生產(chǎn)除草劑、敵草快等，殺蟲劑主要是毒死蜱及甲基毒死蜱等，此外吡啶也用于胺菊酯的原料，另外吡啶

15、還用于生產(chǎn)丙炔菊酯及植物生長調(diào)節(jié)劑助壯素等。 3一甲基吡啶可用于 生產(chǎn)氟禾草靈、吡氟氯禾草靈等旱田除草劑、 硫代氨基甲酸酯類水田除草劑哌草丹。 3一甲基吡啶也是殺 蟲劑吡蟲啉的原料，吡蟲啉是目前市場上競爭異常 激烈的農(nóng)藥新品種。 2011 年，世界吡啶產(chǎn)能約為 20.5萬 t ，預(yù)計到 2015年將達到 24萬 t 。國外在今后相當長的一個時期內(nèi)吡啶產(chǎn)能將呈現(xiàn)出過剩態(tài)勢。吡啶的市場需求 將很大程度上依賴農(nóng)藥的需求 ，百草枯 、敵草快、毒死蜱等農(nóng)藥的市場需求預(yù)計在亞洲( 主要是中國) 和 中南美等有較大的增長。目前 ，全球范圍內(nèi)吡啶的生 產(chǎn)和消費基本上處于平衡狀態(tài)， 預(yù)計未來幾年美國、歐洲 、日

16、本等國家和地區(qū)的吡啶市場消費量不會明 顯增長，吡啶的主要下游產(chǎn)品百草枯 、 敵草快 、 毒死蜱等的市場已基本趨于飽和。雖然有一批含吡啶環(huán) 的農(nóng)藥新品種不斷面世，但由于這些新品種均為高 效品種， 生產(chǎn)裝置能力小 ， 實際消費吡啶數(shù)量有限， 不會對市場消費形成很明顯的拉動作用。 2011 年 ，我國吡啶生產(chǎn)企業(yè)僅 5家，總產(chǎn)能約 為 634萬t ，開工率為 5 0 。其中，紅太陽集團有限 公司的吡啶產(chǎn)能已達到 3.7萬 t ，居世界第四位， 也是我國唯一擁有 自主知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)模化吡啶生產(chǎn)企 業(yè)。 預(yù)計到 2 014年我國吡啶的產(chǎn)能將達到約 9 萬 t 。2009年我國吡啶堿的市場消費量約4 8 7

17、萬 t ，消費結(jié)構(gòu)為：農(nóng)用化學(xué)品 518 、食品和飼料添加劑 228、s b v吡啶膠乳42、其他 21.2 。2011 年吡啶行業(yè)受下游最大用量的新型農(nóng)藥百草枯進口貨沖擊，市場需求減少，市場消費量為4.57萬t 。吡啶化合物的市場銷量也在一定程度上影響乙醛的市場銷量。 第3章 工藝的選擇 3.1原料選擇：乙烯，空氣。（原料乙烯和空氣來源豐富而價格低廉。） 3.2原料來源： 乙烯來自乙烯廠，空氣來自大氣，低壓蒸汽來自動力廠或熱電廠。 3.3反應(yīng)： 3.4機理: 3.4.1.含鹽酸水溶液中 1)溶解并形成絡(luò)合平衡:2.絡(luò)合物重排: 絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為絡(luò)合物 3.不穩(wěn)定的絡(luò)合物進一步重排得到產(chǎn)物: 3.

18、5工藝路線 3.5.1.乙炔水合法：乙炔在硫酸汞催化劑作用下，液相水合生產(chǎn)乙醛。特點：a.乙醛產(chǎn)率高、純度高 b.乙炔來自電石時，需要消耗大量電力c.催化劑中含有硫酸，催化劑再生時需用硝酸，設(shè)備腐蝕嚴重d.催化劑中含有汞，在生產(chǎn)過程中易揮發(fā)，嚴重影響工人身體健康目前石油和天然氣制乙炔技術(shù)得到了很大的發(fā)展，乙炔水合法仍是重要的一種工業(yè)生產(chǎn)路線。(采用非汞催化劑，乙炔氣相水合工藝) 3.5.2.乙醇氧化或脫氫法：乙醇氧化法：用銀或銅作催化劑，在550左右的溫度下進行反應(yīng)。特點：乙醛的轉(zhuǎn)化率為35%左右，產(chǎn)率達90-95%，在此反應(yīng)中易生成一些深度的氧化產(chǎn)物而消耗一部分乙醇。乙醇脫氫法：用銅或以鉻活

19、化的銅作催化劑，在260-290的溫度下進行反應(yīng)。特點：反應(yīng)溫度較低，不易生成深度氧化物，所生成的乙醛也不易分解，并副產(chǎn)高純度氫氣。乙醇脫氫法比乙醇氧化法更優(yōu)越。 3.5.3.烴類氧化法：以丙烷或丁烷等飽和烴類為原料，催化或非催化氣相氧化，能制得含有甲醛、醛、醇、酸、酮、酯等復(fù)雜有機含氧化合物。特點：由于各種產(chǎn)物的生成量均較大，它們的沸點較接近，分離困難，回收不易，還有較大的設(shè)備腐蝕問題，所以該法采用不多。 3.5.4.乙烯直接氧化法：優(yōu)點：原料便宜，成本低及乙醛收率高，副反應(yīng)少，是目前被認為生產(chǎn)乙醛最經(jīng)濟的方法，世界上約有70%的乙醛采用此法進行生產(chǎn)。缺點：氯化鈀、氯化銅的鹽酸溶液作催化劑，

20、對設(shè)備的腐蝕極為嚴重，要用貴金屬鈦等特殊材料。 3.6工藝路線的選擇我們小組選擇的是烯烴氧化法，即wacker法，其利用pdcl2、cucl2作催化劑，使空氣和乙烯與水反應(yīng)生成乙醛。用空氣作為催化劑，對未轉(zhuǎn)化的乙烯進行循環(huán)再利用，這就減少了操作和投資費用。是一個比較經(jīng)濟的工藝方法。圖3-1工藝流程圖3.6.1 wacker法反應(yīng)歷程 在本工藝中乙烯和氧在不同的反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)。在第一個反應(yīng)器中，乙烯被轉(zhuǎn)化，而這種轉(zhuǎn)化是幾乎完全的，沒有可回收的乙烯產(chǎn)生。在第二反應(yīng)器中，催化劑發(fā)生再氧化（cu+cu2+）。空氣可以用來代替純氧，由于從反應(yīng)器出來的氣相僅含有可被排放的惰性組分（n2），在一步法工藝中

21、這些惰性組分將會在循環(huán)物料流中積累。 在工藝流程圖中，乙烯的反應(yīng)和催化劑氧化在兩個獨立的泡罩塔反應(yīng)器中進行，乙烯和催化劑進入乙烯氧化反應(yīng)器中。在上方的閃蒸器中有乙醛和水的蒸汽，乙醛在粗醛塔中被濃縮，而輕化合物和重化合物通過精餾被除去。 從粗醛塔底部被放出來的水一部分循環(huán)到閃蒸器中，用來維持催化劑濃度的恒定，另一部分水用來洗滌從催化劑氧化反應(yīng)器和乙烯氧化反應(yīng)器放出尾氣中的乙醛。 催化劑溶液離開閃蒸器作為底部產(chǎn)品，并進入催化劑氧化反應(yīng)器中，使cu+被空氣氧化。氧氣的轉(zhuǎn)化幾乎是完全的，催化劑溶液在分離器底部離開并循環(huán)進入第一反應(yīng)器中，一小部分的催化劑被送入再生器中。 3.6.2 wacker法的優(yōu)點

22、1.以廉價的空氣代替純氧，可以大大降低工廠的原料成本。2.乙烯和氧在兩個反應(yīng)器中反應(yīng)，避免了混合爆炸的形成，使得工作環(huán)境更加的安全。3.將兩種催化劑分開進行充能和加入反應(yīng)，使得整個反應(yīng)更加有效率。 3.7工藝條件 3.7.1.原料純度：乙烯純度99.5 氧的純度99.5% 乙炔含量30ppm l硫化物含量3ppm乙炔含量與硫化物含量超標會導(dǎo)致催化劑中毒(a.乙炔與亞銅離子生成乙炔銅，與鈀鹽作用生成鈀炔化合物等難溶物質(zhì)使催化活性下降，引起發(fā)泡b.硫化氫與氯化鈀生成穩(wěn)定的硫化鈀沉淀使催化劑活性下降)3.7.2.原料氣配比：乙烯與氧的摩爾比是2:1，正好處在乙烯與氧氣的爆炸范圍之內(nèi)，工業(yè)上乙烯循環(huán)使

23、用并大量過量，使混合物的組成在爆炸范圍之外，乙烯的轉(zhuǎn)化率為30%-35%?？刂蒲h(huán)乙烯氣中氧含量在8%左右，乙烯含量在65%左右，若氧含量達到9%或乙烯含量降至60%時，就必須立即停車，并用氮氣置換系統(tǒng)中的氣體，排入火炬燒掉。 3.7.3.反應(yīng)溫度及壓力熱力學(xué)：乙烯液相氧化生產(chǎn)乙醛在熱力學(xué)上是很有利的，溫度因素主要影響反應(yīng)速度和選擇性。溫度t升高，k增加，反應(yīng)速度增加；溫度t升高，k降低，乙烯溶解度減小，反應(yīng)速度減小。金屬鈀氧化：溫度升高，可以提高pdcl4-的平衡濃度，使催化劑溶液中pd2+濃度增加，有利于加速羰化反應(yīng)速度。氯化銅的氧化：溫度升高，可以增大反應(yīng)速度常數(shù)，但氧的溶解度卻隨之降低

24、。綜合兩者分析，溫度對反應(yīng)速度產(chǎn)生的影響，需要視兩個相反效應(yīng)哪個占優(yōu)勢而言。工業(yè)上一般控制在120-130攝氏度。乙烯氧化是個熱效應(yīng)很大的放熱反應(yīng)，降低溫度，對反應(yīng)平衡有利。熱量移除靠產(chǎn)物乙醛和催化劑溶液中水的蒸發(fā)，所以催化劑溶液是處于沸騰狀態(tài)操作的。反應(yīng)器出口壓力(絕壓)為0.3-0.4mpa時，反應(yīng)溫度為399-403k,壓力增加，乙烯和氧的溶解度增大，反應(yīng)溫度提高，但是總的效果不一定youli.kaol能量消耗、設(shè)備防腐材料的耐熱性能和副產(chǎn)物的生成等因素，反應(yīng)壓力一般控制在300-350kpa.第4章 物料衡算 4.1已知參數(shù) (1）生產(chǎn)能力：8萬噸/年(2）生產(chǎn)時間：全年310天，每天

25、24小時，共計7440小時(3）產(chǎn)品要求：乙醛99.9%（mol%） 水0.1（mol%）(4）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%(7）乙烯的選擇性：37.00%/39.5%(8)補加鹽酸的濃度31.00%(質(zhì)量)(9）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）精餾部分乙醛損失1.00%（mol%） 4.2.反應(yīng)器的物料計算 1.反應(yīng)器實際生產(chǎn)乙醛量的計算平均生產(chǎn)時間為7440h,且實際生產(chǎn)

26、的乙醛量理論生產(chǎn)的乙醛量損失的乙醛量x 244.102 x0.72所以 x244.1020.72x 解方程得：x245.872（kmol/h） 2.乙烯消耗量的計算（生成目標產(chǎn)物的乙烯消耗量） 1 1 x 245.872 x245.872（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10037.24245.872/x x660.237（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10097.92245.872/x x=251.095（kmol/h）副產(chǎn)物消耗的乙烯量251.095-245.872=5.223

27、（kmol/h） 5.生成目的產(chǎn)物的耗氧量 1 1/2 245.872 x x=122.936（kmol/h） 6.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21。表41 副產(chǎn)物含量序號名稱分子式組成（）含量（kmol/h）1一氧化碳co248.025.0162氯甲烷ch3cl3.530.3693氯乙烷c2h5cl1.540.1614丁醛c3h5cho3.740.3915高沸物含三個c3.080.3226醋酸ch3cooh40.094.1887總量1.0010.4467.總耗氧量生成目的產(chǎn)物的的耗氧量副產(chǎn)物的耗氧量副產(chǎn)物的耗氧量5.0161

28、000.3910.504.11819.3295（kmol/h）總耗氧量122.936+9.3295132.2655（kmol/h） 圖42 物料衡算圖 表43 副產(chǎn)物含量組分h2on2o2c2h4c2h6co2ch3clc2h5cl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n2：a1d7.14對c2h6：b0.3d4.27對c2h4：b99.7c65.01660.237對o2：a99.0c8.01132.2655c8.01d8.01對以上四式聯(lián)立解得（matlab程序見

29、附錄2）：d18.926（kmol/h）； a135.133（kmol/h）；b269.382（kmol/h）； c602.465（kmol/h）4。4.3冷凝器的物料衡算1.第一冷凝器的物料衡算采用閃蒸計算基本公式:a)、xi=1 b)、i=zi/ki+e（1-ki）5a)、e：液化率 xi：液相組成 zi：進料組成設(shè)：汽相是理想氣體，液相是理想溶液。已知條件：e-310/物料衡算p=4bar t=110 kch3cho=21.05 k 高聚物=0.160 kc3h5cho=0.430k= ps/p總利用h-b方程計算h2o、ch3cooh的ps值ln ps=a+b/t+c lnt+d ps

30、/t26試差計算psh2o=1000mmhg kh2o=1000/760/4=0.329psch3cooh=600mmhg kch3cooh=600/760/4=0.20設(shè)：液化率=0.282xi（h2o）=0.5090/0.329+0.282（1-0.329）=0.9822xi（ch3cooh）=0.00349/0.2+0.282（1-0.2）=0.0082xi(ch3cho)=0.1381/21.05+0.282(1-21.05)=0.0089xi(高聚物)=0.00035/0.16+0.282(1-0.16)=0.0009xi(c3h5cho)=0.00031/0.430+0.282(1

31、-0.43)=0.0005xi=1.0007一冷凝液量：ze=1709.470.282=482.07 kmol/h未凝氣體量：z- ze=1709.47482.07=1227.40kmol/h2.第二冷凝器的物料衡算e-3102物料衡算：已知條件：p=3.5bar t=75 kch3cho=8.02 k高聚物=0.04 kc3h5cho=0.2根據(jù)h-b方程：ln ps=a+b/t+c lnt+d ps/t2 試差計算psh2o=289mmhg k(h2o)289/（7603.5）0.1086psch3cooh=170mmhg k(ch3cooh)=170/（7603.5）=0.0639設(shè)：液

32、化率=0.258xi(h2o)=0.3256/0.1086+0.258(1-0.1086)=0.9642xi（ch3cooh）=0.0017/0.0639+0.258(1-0.0639)=0.0056xi(高聚物)=0.0001/0.04+0.258(1-0.04)=0.0003xi(ch3cho)=0.1885/8.02+0.258(1-8.02)=0.0303xi(c3h5cho)=0.0002/0.2+0.258(1-0.2)=0.0005xi=1.0009二冷凝液量為：ze=1227.40.258=316.67 kmol/h未凝氣體量為：z-ze=1227.4-316.67=910.7

33、3kmol/h3.第三冷凝器的物料衡算 e-3103物料衡算：已知條件：p=3bar t=45 kch3cho=0.56k高聚物=0.45 kc3h5cho=0.05k根據(jù)h-b方程：ln ps=a+b/t+c lnt+d ps/t2試差計算psco2 =75000mmhgpsch3cl=153400mmhgpsc2h4=15900mmhgpsh2o=70.6mmhgpsc2h5oh=2250mmhgpsch3cooh=35.9mmhgkco2=75000/(7603)=32.859kc2h5cl=2250/(7603)=0.987kch3cl=153400/(7603)=67.281kc2h

34、4=15900/(7603)=6.974kh2o=70.6/(7603)=0.031kch3cooh=35.9/(7603)=0.016設(shè)：液化率=0.166xi(h2o)=0.1032/0.031+0.166(1-0.031)= 0.5379xi(co2)=0.0905/32.859+0.166(1-32.859)= 0.0033xi(c2h5cl)=0.0008/0.987+0.166(1-0.987)=0.0008xi(ch3cl)=0.0062/67.281+0.166(1-67.281)=0.0001xi(c2h4)= 0.4299/6.974+0.166(1-6.974)=0.07

35、18xi（ch3cooh）=0.0004/0.016+x(1-0.016)=0.0022xi(高聚物)=0.00007/0.45+x(1-0.45)=0.0001xi(ch3cho)=0.2432/0.56+x(1-0.56)=0.3842xi(c3h5cho)=0.0001/0.05+x(1-0.05)=0.0005xi=1.0009三冷凝液量為：ze=910.730.166=151.18kmol/h未凝氣體量為：z-ze=910.73-151.18=759.55kmol/h4.4吸收塔的物料衡算1.總吸收量塔底進氣量塔頂出氣量脫鹽水量吸收塔的操作壓力是2.7bar，溫度為44，乙醛的飽和蒸

36、汽壓為1709.56mmhg7；乙醛的平衡常數(shù)ki3.9674；在最小氣液下塔板數(shù)無限多，則有aaccacc1；（l/v）min=aacckacc13.96743.9674，（l/v）1.7（l/v）min1.73.96746.745，v均（771.16587.97）/2679.565（kmol/h），l均（l。l。被吸收量）/2l。183.19/2，又因為l均v均（l/v）6.745679.5654583.666（kmol/h），所以求得l。4492.076（kmol/h）。則吸收塔頂加的工藝水量是4492.076kmol/h。2.吸收后塔釜出來的液體量及組成乙醛量二冷凝液量三冷凝液量水的吸

37、收量。氮氣，氧氣，乙烯，乙烷未被吸收，則釜液中沒有；乙醛，丁醛，醋酸，高沸物都被全吸收；部分吸收的有氯甲烷，氯乙烷，二氧化碳，水；吸收量及塔釜出來的液體量及組成見表23。表44吸收塔計算結(jié)果組分進氣量（kmol/h）出氣量（kmol/h）吸收量（kmol/h）進氣分率出氣分率（）出液量（kmol/h）組成乙烯380.712380.7120.0000.49565.010.2250.000043氧氣47.10247.1020.0000.0618.010.0000.000000氮氣41.98641.9860.0000.0557.140.0000.000000氯甲烷5.5705.5050.0650.0

38、070.940.0770.000015氯乙烷0.6980.6440.0540.0010.110.0780.000015乙烷25.10925.1090.0000.0334.270.0000.000000二氧化碳80.58680.2300.3560.10513.70.5610.000108乙酸0.0620.0000.0620.00002.4520.000471乙醛169.5990.000169.5990.2200228.9200.043956水17.7154.80212.9130.0230.824975.2240.955313高沸物0.0010.0000.0010.00000.1880.00003

39、6丁醛0.0300.0000.0300.00000.2290.000044總量769.171586.090183.0811.0001005207.9531.0000004.5脫輕組分塔的物料衡算因尾氣中乙醛的含量為0.35，則有acc量0.35d，尾氣中組分有乙烯，二氧化碳，氯甲烷，氯乙烷，總量為0.2250.5610.0770.0780.941，所以由方程0.35d/（0.35d+0.941）=0.35,解得尾氣中乙醛的含量為0.506，由6萬噸加入脫鹽水量為1000kg/h,則8萬噸的加水量為:m8/610001333kg/h73.99（kmol/h）塔釜加入蒸汽量為：m1000/18.0

40、255.49（kmol/h）本設(shè)計把從吸收塔出來的粗乙醛進入v0402，再從v0402出來進脫輕塔的量不變，則脫輕塔的進料f5180.16。由脫輕塔的物料衡算列出物料衡算式：fl1l2dw所以w5180.16+73.99+55.49-1.4385308.202（kmol/h）。脫輕組分時，丁醛，醋酸，高沸物，全部進入塔釜，則t0201塔釜液的量及組成見表24。表45脫輕塔計算結(jié)果乙醛水丁醛醋酸高沸物各組分量（kmol/h）228.4145104.7040.3914.1880.3225338.019組成0.0430.9570.0000.0000.0001.0004.6精餾塔的物料衡算1.指標要求

41、：水的回收率是99.96，假定釜液中水含量必須要過99.93，塔頂沒有高沸物，釜液中的丁醛是0，醋酸在側(cè)采中為0，高沸物也是0。塔頂乙醛99.9，水0.06，醋酸0.02，丁醛0.02。則塔頂乙醛出料計算：8000010000.999/（800044.05）226.788（kmol/h），同理算出塔頂丁醛出料為0.0454kmol/h，水出料為0.1362kmol/h。2.水的回收率0.9996y/（5077.189333/18.02）y5620.38（kmol/h）；又釜液中純?nèi)┑暮渴?.02，則有x/（x5620.382.40660.188）0.02x1.125，wx5592.862.4

42、0660.1885624.099（koml/h），塔釜乙醛摩爾分數(shù)1.12482/5624.0990.02，同理算出塔釜水摩爾分數(shù)為99.93，醋酸摩爾分數(shù)為0.04。同理亦可算出側(cè)采各組分含量及摩爾組成。精餾塔物料衡算結(jié)果見表25。表46 精餾塔物料衡算結(jié)果組分進料（kmol/h）出料(塔頂)（kmol/h）組成釜液（kmol/h）組成側(cè)采（kmol/h）組成乙醛228.414226.78770.9991.124820.00020.50140.1793水5104.7040.13620.00065620.380.99932.11230.7551丁醛0.3910.04540.00020.3456

43、0.00000.18360.0656醋酸4.1880.04540.00024.14260.00040.00000.0000高沸物0.322000.3220.00000.00000.0000總合5338.019227.014815626.31512.79741.0000第5章 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。5.1反應(yīng)器的熱量衡算1.反應(yīng)熱選基準溫度125，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： c2h4(g) o2(g) ch3cho(l) ch3cooh(l) co2(g) h2o(l)hf(kj/mol) 52.26 0 -192.3 -484.

44、5 -393.51 -285.82cp（kcal/kmol/k）43.56 29.35 0 124 37.1 75.291 查石油化工數(shù)據(jù)手冊可知，在3bar表壓下，主反應(yīng)的相變溫度是61.32。 ch3cho(l)(25,1atm) ch3cho(l) (61.32,3atm) 25 1atm ch3cho(g) (61.32,3atm)(125,3.96atm ) ch3cho(g)(125,3.96atm)查得61.32下乙醛的相變熱為：=24.39kj/kmol=5836.768（kcal/kmol）平均溫度（）；乙醛比熱容=26.88 kcal/（kmolk）；平均溫度（）下比熱容=

45、14.83kcal/（kmolk），則；平均溫度下比熱容：=11.69kcal/（kmolk）,=6.805kcal/（kmolk）；則；由熱量衡算方程+=+得：=-58507+976.282+5836.768+944.37-1849.5=-52599.26(kcal/kmol)。 2.副產(chǎn)物放熱量查石油化工數(shù)據(jù)手冊可知，在3bar表壓下，下列副反應(yīng)相變溫度是168。 ch3cooh(l)(25,1atm) ch3cooh(l)(168,3.96atm) 25 3.96atm ch3cooh(g)(168,3.96atm)(125,3.96atm) ch3cooh(g)(168,3.96atm

46、)平均溫度t1（25168）/296.5()，該溫度下乙酸比熱容=33.73kcal/（kmolk）。則33.73（16825）4823.39(kcal/kmol)。168時醋酸相變熱為=5090.6()，平均溫度t2（125168）/2146.5()，且該溫度下乙酸比熱容20.185kcal/（kmolk），則20.185（125168）867.955(kcal/kmol)；平均溫度t3（12525）/275()，該溫度下11.69kcal/（kmolk）,6.805kcal/（kmolk）。則（11.69+6.805）（12525）1849.5(kcal/kmol)。由熱量衡算方程+得：-

47、128411.48+4823.39+5090.6-867.955-1849.5-121214.945(kcal/kmol)3.水的放熱量(25,1atm) (l)(143.67,3.96atm) 25 3.96atm (g)(143.67,3.96atm)(125,3.96atm) (125,3atm)平均溫度t1（12525）/275()，該溫度下co2的比熱容=9.462kcal/（kmolk），則，c2h4和o2反應(yīng)生成h2o的相變溫度是143.67，其相變熱為：=9210.05kcal/kmol；t2（25143.67）/284.335()，該溫度下h2o的比熱容=18.09kcal/

48、（kmolk），則18.09（143.6725）2146.74（kcal/kmol）；t3（125143.67）/2134.335，該溫度下h2o的比熱容=8.1kcal/（kmolk），8.1（125143.67）151.227（kcal/kmol），平均溫度，該溫度下11.69kcal/（kmolk）,6.805kcal/kmol。則（11.696.805）（12525）1849.5（kcal/kmol）；由熱量衡算方程：+337540.672(2146.749210.05151.227946.2)1849.5315086.644（kcal/kmol）總的反應(yīng)熱為： 231.973(52599.26)2.452(121214.945)2.934/2(315086.644) -12961059.3（kcal/kmol）4.新鮮氧氣進入反應(yīng)器帶走的熱量已知新鮮氧氣的進料溫度是20，反應(yīng)溫度是125，平均溫度為72.5，其中含有少量氮氣。在沒有相變熱的情況下求新鮮氧氣的比熱容。表51新鮮氧氣比熱容表格o2(g)n2(g)xi（）991cpi（kcal/（kmolk）6.8036.976.735+0.06976.8047（kcal/（kmolk）,則新鮮氧氣帶入的熱量為：124.1256.8047(20125)87571.89(/h)5.循環(huán)氣帶走的熱量已知循環(huán)氣和乙烯混合后的進料