年產(chǎn)25萬噸丁醇生產(chǎn)實用工藝

1、1. 前言 丁醇是重要的有機化工原料，廣泛用于醫(yī)藥、印染、塑料、有機等領(lǐng)域。丁醇是 生產(chǎn)丁酸、 丁胺、醋酸丁酯和丙烯酸丁酯等多種有機化合物的原料。 丁醇分為兩 類：正丁醇和異丁醇。正丁醇主要用來生產(chǎn)鄰苯二甲酸二丁酯、丙烯酸丁酯等。 可直接作為合成塑料、涂料、助劑等的原料，也是良好的溶劑之一，大部分正丁 醇是用來合成酯類，產(chǎn)品有丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、乙醇醚、增塑劑DBP等。丁醇在許多化工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在 2000 年之前，全球丁醇生產(chǎn)主要集中 在美國、歐洲、日本等地，這些地區(qū)丁醇市場趨于成熟，生產(chǎn)能力過剩，需求增 長趨緩，而亞洲等其他地區(qū)，由于缺口較大，需求增長較快。在中國，特別是改 革開

2、放以來， 隨著石化工業(yè)的快速發(fā)展， 對丁醇的需求越來越大， 因而引進了國 外先進技術(shù)， 相繼建成了一批大型乙烯生產(chǎn)裝置， 其中有的配套了代表國際先進 水平的羰基合成丁醇生產(chǎn)裝置， 如齊魯石化公司、化纖工業(yè)公司及石油化工總廠、 化工四廠、揚子巴斯夫公司，總產(chǎn)能為 145kt/ 年，由于下游需求的快速增長， 盡管這幾套裝置都在加大負(fù)荷生產(chǎn)， 丁醇的產(chǎn)量有很大提高， 但一直不能滿足下 游實際生產(chǎn)的需求 , 因而對這幾套裝置進行擴能改造、 或新建生產(chǎn)裝置勢在必行。2. 設(shè)計基礎(chǔ)條件2.1 原料簡介 丙烯(propylene,CH2=CHCH3)常溫下為無色、稍帶有甜味的氣體。 分子量 42.08 ，

3、密度 0.5139g/cm3(20/4 ) ，冰點-185.3 ，沸點-47.4 。易燃，爆炸極限為 2%11%。不溶于水，溶于有機溶劑，是一種屬低毒類物質(zhì)。丙烯是三大合成材 料的基本原料，主要用于生產(chǎn)丙烯腈、異丙烯、丙酮和環(huán)氧丙烷等。2.2 產(chǎn)品簡介本項目產(chǎn)品為正丁醇和異丁醇， 均為重要的有機化工原料， 在醫(yī)藥工業(yè)、 塑 料工業(yè)、有機工業(yè)、印染等方面具有廣泛用途。2.2.1 正丁醇正丁醇是優(yōu)良的有機溶劑， 也可轉(zhuǎn)化為丁醇衍生物作特種溶劑； 可用于生產(chǎn) 多種增塑劑，如鄰苯二甲酸二丁酯( DBP)、鄰苯二甲酸丁芐酯( BBP)、鄰苯二甲 酸丁辛酯、己二酸二丁酯等；也可用于生產(chǎn)乙酸丁酯、丙烯丁酯、

4、甲基丙烯酸丁 酯等化工產(chǎn)品，其主要衍生物系及用途見圖 1-1 。文檔圖 1-1 正丁醇主要衍生物系及其用途2.2.2 異丁醇異丁醇可用于合成異丁胺、醋酸異丁酯等，也可用作硝基纖維素、乙基纖 維素、聚乙烯醇縮丁醛、多種天然樹脂、橡膠的溶劑，以及用作石油添加劑、抗 氧劑、增塑劑等合成原料以及鉭鋰鹽的提純用試劑等， 其主要衍生物系及其用途 見圖 1-2 。圖 1-2 異丁醇主要衍生物系及其用途文檔2.3 生產(chǎn)規(guī)模本項目年生產(chǎn)丁醇 23.5 萬噸，其中正丁醇 21.8 萬噸，異丁醇 1.7 萬噸。2.4 環(huán)境要求2.4.1 廢氣處理在建廠施工期間，工程及運輸車輛排放的尾氣及揚塵，主要污染物有CO、CO

5、2氮氧化合物及煙塵。在正常生產(chǎn)期間產(chǎn)生的主要廢氣包括： 來自鍋爐房的燃燒產(chǎn)生的廢氣、 煙氣 的排放以及工廠管道的泄露。治理措施在于預(yù)防為主， 對設(shè)備定期的檢修， 工廠種植凈化效果好的樹木植 被等；治理為輔，應(yīng)回收或綜合利用，如不能回收或綜合利用時，應(yīng)采取措施使 其符合排放標(biāo)準(zhǔn)。 在選擇廢氣治理方法時應(yīng)避免產(chǎn)生二次污染。 廢氣治理的方法 有：除塵法、冷凝法、吸收法和直接燃燒法。車間空氣中有害物質(zhì)的最高允許濃 度及大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)為 GB16297-1996。2.4.2 廢液處理本廠的廢液主要來源如下：1、反應(yīng)釜底部三苯基膦銠催化劑液相循環(huán)久了會使催化劑活性降低，一部 分為廢催化劑，故需排出

6、處理后才能繼續(xù)使用。2、丁醇重組分蒸餾塔塔底的廢水，含有一定量的雜醇、縮醇醛、高碳醇和 丁酸丁酯，且廢液量大， 需要處理才能回用， 水洗塔塔底的廢水中含有部分烴類 和醇類，需處理才能回用或排放；3、生活污水，廠區(qū)工人們生活污水。廢水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水量、 水溫、 污染物的性質(zhì)和含量， 以及廢水和污染物被回 收利用或處理的方法合理劃分做到清污分流，采用循環(huán)利用或重復(fù)利用。另外， 選擇先進的生產(chǎn)工藝可以不產(chǎn)生或少產(chǎn)生廢棄物及其它不良影響。 改革工藝、 提 高產(chǎn)品得率、降低原料的消耗、 減少排污量是廢水處理的根本途徑。 廢水治理基 本方法有：隔油法、氣浮法、沉淀法、耗氧生物處理，厭氧生物處理。在施工場地建

7、設(shè)臨時導(dǎo)流溝， 并在排放口前設(shè)置雨水緩沖池， 將暴雨徑流引 至緩沖池充分沉淀后再排放至排水管道。 采取上述施工后， 加強施工期環(huán)境管理， 可以有效地做好施工污水地防治， 減輕對水環(huán)境的影響。 在施工場地設(shè)置循環(huán)水 池，將設(shè)備冷卻水降溫后循環(huán)使用，以節(jié)約用水。設(shè)置沉淀池，將設(shè)備、車輛洗 滌水簡單處理后循環(huán)使用。文檔2.4.3 廢渣處理本集成工廠的廢渣主要來自固定床列管式反應(yīng)器的廢催化劑， 另外廢渣還包 括生活垃圾。 廢渣處理一般采取焚燒或者填埋， 本廠的廢渣送至本廠的三廢處理 處。生活垃圾排至城市廢渣處理，多數(shù)采取焚燒或者填埋方案。2.5 公用工程 石化經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)配備了整套齊全的基礎(chǔ)設(shè)施，

8、為園企業(yè)正常運行提供了 重要保障?；^(qū)配套設(shè)施見下表。項目 容園區(qū)電力由中國華東電網(wǎng)供應(yīng)， 建有 35/110/220KV 變電站， 可實現(xiàn)不間 斷雙回路供電，保證區(qū)企業(yè)的安全運行。園區(qū)目前建成 110KV 變電站 2 座（澥浦、南洪）， 220KV變電站 1 座（殿跟）。規(guī)劃新建 110KV變電 站 4 座， 220KV變電站 2 座供水 工業(yè)用水一期 80,000t/d, 二期 300,000t/d 。生活用水 10000t/d園區(qū)愛普環(huán)保目前的工業(yè)污水處理能力為 10,000 噸/ 天，擴建后總處理 工業(yè) 能力 50,000 噸/ 天。北區(qū)污水處理一期城市污水處理能力為 100,000

9、 噸/ 廢水 天，2007 年底已投入運行，未來處理能力可達到 400,000 噸/ 天；另有 處理 日處理工業(yè)污水能力為 60,000 噸/ 天（一期 30000 噸/ 天）的污水處理廠 在建一期形成 3 130t/h 次高壓循環(huán)流化床鍋爐、 125MW抽凝式汽輪發(fā)電 機組、112MW背壓式發(fā)電機組等三爐二機 （已運行） ，可供 1.3-4.1Mpa 供熱蒸汽。二期形成 6130t/h 次高壓循環(huán)流化床鍋爐、 225MW抽凝式汽 輪發(fā)電機組、 2 12MW背壓式發(fā)電機組等六爐四機。工業(yè)氣體可供氮氣、氧氣、氫氣、二氧化碳、重整氫、一氧化碳等雨污分流目前處理能力：10000t/d ，擴建后總處理

10、能力 50000t/d消防 配備搶險救援車，重型水罐車，進口泡沫車，大型水罐車（ 21 噸），泡設(shè)施 沫、干粉聯(lián)用車，洗消車， 高噴車，后勤指揮車等應(yīng)急指揮中心監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋化工區(qū)倉儲區(qū)、管廊和大企業(yè)的自備罐區(qū)等。承擔(dān)公安、消防、環(huán)保、搶救、防汛防臺和危險源監(jiān)控等方面的協(xié)調(diào)管理工作倉儲液體灌區(qū)正在建設(shè)中，低溫乙烯儲罐： 20,000 立方米 2，低溫丙烯儲 罐：30,000 立方米 1，覆土式壓力儲槽： 3,300 立方米 11，低溫液氨 儲罐： 20,000 立方米 1。鎮(zhèn)海液體化學(xué)品碼頭建有液化品罐區(qū)。油品 罐容 400,000 立方米，液體化學(xué)品罐容 208,000 立方米工業(yè)管廊輸送化工

11、原料的管廊已經(jīng)建成通訊采用地下光纜，擁有程控，因特網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施危險廢物處理日焚燒處理化工廢渣 10噸的高溫焚燒爐 ;日處理 10 噸廢有機溶劑文檔天然氣園區(qū)部建有天然氣調(diào)壓站，可為企業(yè)提供天然氣3. 工作容及要求3.1 項目可行性論證3.1.1 建設(shè)意義1、符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策 本項目符合有關(guān)的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展總體規(guī)劃， 符合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目錄中鼓勵 類第九項中的第二十條； 采用先進工藝技術(shù)的大型基本有機化工原料生產(chǎn)； 第二 十七條：生產(chǎn)醇、醚燃料。2、進一步繁榮經(jīng)濟、帶隊地方經(jīng)濟的發(fā)展 由于該項目生產(chǎn)的基礎(chǔ)化工原料關(guān)聯(lián)度高， 對下游產(chǎn)業(yè)具有很大的帶動作用。 該 項目的建設(shè)對園區(qū)及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展

12、起到強有用的帶動作用， 帶動當(dāng)?shù)厥I(yè) 的復(fù)蘇，拉長石化產(chǎn)業(yè)鏈，促進地方經(jīng)濟均衡發(fā)展。文檔3.1.2 建設(shè)規(guī)模本項目年生產(chǎn)丁醇 23.5 萬噸，其中正丁醇 21.8萬噸，異丁醇 1.7 萬噸。3.1.3 技術(shù)方案丙烯制丁醇流程首先是將丙烯和合成氣在攪拌式反應(yīng)釜中生成混合丁醛， 然 后送至固定床反應(yīng)器氣相加氫生產(chǎn)正 （異）丁醇， 最后在精餾塔中將正丁醇和異 丁醇分離。丙烯制丁醇流程如圖 2-1 所示。圖 2-1 丙烯制丁醇流程示意圖3.1.4 廠址選擇本廠選擇建設(shè)在石化經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)。 石化經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)位于灣南岸，鎮(zhèn)海區(qū)西北側(cè)遼闊的海涂上，規(guī)劃面積 56.22平方公里。區(qū)地勢平坦，依江臨海，

13、水源充沛，環(huán)境容量大，自然條件優(yōu) 越，同時園區(qū)提供“九通一平” ，配套設(shè)施齊全。及周邊地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展和 灣大橋的建設(shè)給園區(qū)帶來了無限商機和發(fā)展機會， 具有發(fā)展石油化學(xué)工業(yè)得天獨 厚的優(yōu)勢。園區(qū)水陸交通便捷、 四通八達，區(qū)域優(yōu)勢明顯。 園區(qū)距市區(qū)僅 14公里， 距東方深水良港北侖港僅 24公里，緊鄰中國最大的液體化工碼頭。 園區(qū)總規(guī)劃面 積56.22平方公里，化工區(qū)將本著 外向型、高起點、跨世紀(jì) 和持續(xù)、快速、安 全、健康 的發(fā)展理念，按照建設(shè)現(xiàn)代化工園區(qū)的要求和化工行業(yè)的特點，努力 營造一個高科技產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)相對集聚、 以大煉油和大乙烯項目為支撐、 生產(chǎn) 與生態(tài)均衡協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的世界

14、一流的國家級石化產(chǎn)業(yè)基地。3.1.5 社會及經(jīng)濟效益分析1）經(jīng)濟效益分析23.5 萬噸/ 年丁醇總投資約需 21.03 億元，其中建設(shè)投資約需 16.80 億元。 資金籌措采取自籌和銀行貸款相結(jié)合的方法， 其中自籌 6.53 億元，銀行貸款 14.5 億元。丙烯價格按 9500元/ 噸，正丁醇價格按 12500元/ 噸，異丁醇價格按 11500 元/ 噸。投產(chǎn)后年均銷售收入約 29.20 億元，年均利稅約 8.92 億元。 2）社會效益分析本項目用 NMP法抽提丁二烯， NMP溶劑不僅無毒無刺激氣味，其揮發(fā)量小， 減少了經(jīng)濟損失，而且對設(shè)備無腐蝕性，降低了設(shè)備成本， NMP工藝的能源消耗文檔較

15、其他工藝都小，使得項目具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。 生產(chǎn)過程中“三廢” 少，并且都采取了綜合治理的相應(yīng)的處理措施，因此裝置對周邊環(huán)境影響較小， 有利于環(huán)境保護。本項目的建立可提供部分就業(yè)機會，從而緩解了企業(yè)和社會的負(fù)擔(dān)。堅持走新型工業(yè)化道路，大力推進石油化工產(chǎn)業(yè)化進程，為我國的C4 的綜合利用可持續(xù)發(fā)展做出新的貢獻。3.2 工藝流程設(shè)計3.2.1 工藝方案選擇及論證 所謂工藝技術(shù)路線，就是把原料加工成為產(chǎn)品的方法，包括工藝流程、生產(chǎn) 方法、工藝設(shè)備和技術(shù)方案等。 工藝技術(shù)路線的選擇就是要在各種可能的工藝技 術(shù)路線中，經(jīng)過比較確定一條效果最好的工藝技術(shù)路線為擬建項目采用。工藝技術(shù)路線影響到項目

16、的投資、產(chǎn)品的成本、產(chǎn)品的質(zhì)量、勞動條件、環(huán) 境保護等各個方面， 因而決定了項目投資后的經(jīng)濟效益和社會效益。 項目投資后 的效益如何，其實是工藝技術(shù)路線選擇的必然結(jié)果， 能否選到好的工藝技術(shù)路線， 是項目能否成功的關(guān)鍵， 所以，工藝技術(shù)路線的選擇是項目可行性研究工作的核 心。工藝技術(shù)方案的比較1、UCC/Daw/Johnson Mattey 低壓羰基合成工藝美國 UCC和英國 Davy及 Johnson Mattey 3家公司共同開發(fā)的銠催化劑低壓 羰基合成技術(shù)，簡稱 UCC/Davy法或 U.D.J 法，于 1976 年工業(yè)化裝置投入生產(chǎn)， 目前世界約 60%左右的丁醇裝置采用該技術(shù)。該工藝

17、依據(jù)羰基合成催化劑循環(huán)方式的不同又分為氣相循環(huán)工藝和液相循 環(huán)工藝。液相循環(huán)工藝于 1984 年投入工業(yè)化應(yīng)用。與氣相循環(huán)工藝相比，液相 循環(huán)工藝將兩臺并聯(lián)反應(yīng)器操作改為兩臺串聯(lián)操作， 不僅增大了反應(yīng)器的容積利 用率，而且加快了反應(yīng)速率，可使同樣大小反應(yīng)器的能力提高50% 80%。采用液相循環(huán)工藝已在世界建成若干套生產(chǎn)裝置。 UCC/Davy 低壓羰基合成工藝原料 消耗低、產(chǎn)物正異構(gòu)比較高，反應(yīng)壓力低、操作容易，物料對設(shè)備腐蝕低，流程 短，設(shè)備較少，投資低。液相循環(huán)工藝問世后，生產(chǎn)效率進一步提高。該工藝是 羰基合成最先進的技術(shù)之一。2、三菱化成低壓羰基合成工藝 該工藝采用銠絡(luò)合物催化劑，反應(yīng)壓

18、力和反應(yīng)溫度低，產(chǎn)物正異構(gòu)比較高， 物料對設(shè)備腐蝕低。雖然省去了閃蒸和蒸發(fā)過程， 但設(shè)置了醛塔專門分離催化劑， 且催化劑回收系統(tǒng)復(fù)雜，并需連續(xù)向反應(yīng)器補加新鮮催化劑，流程長、設(shè)備多， 總投資較大。3、巴斯夫低壓羰基合成工藝文檔該工藝于 1982 年實現(xiàn)工業(yè)化，羰基合成采用銠的絡(luò)合物為催化劑，以三苯 基膦為配位體，用丁醛和高沸物配制成催化劑溶液。催化劑采用液相循環(huán)工藝， 每年抽出約 10%15%催化劑送工廠再生，同時補充新鮮催化劑。4、美國伊士曼公司羰基合成工藝該技術(shù)過去未商業(yè)轉(zhuǎn)讓， 目前僅在美國和新加坡各有 1 套裝置運行。 該技術(shù) 的主要特點是產(chǎn)品方案靈活，其烯 - 丙烯共進料工藝技術(shù)可同時

19、生產(chǎn)丁醛和丙醛 及相關(guān)的醇類產(chǎn)品，以適應(yīng)市場需求。工藝技術(shù)方案見表 2-1 。表 2-1 工藝技術(shù)方案對比表方案指標(biāo)單位羰基合成低壓液相循環(huán)法巴斯夫伊士曼戴維產(chǎn)品純度99.59799.5原料t/t 產(chǎn)丙烯0.610.610.602單耗品100 合成Nm3/t719690715計氣產(chǎn)品溶劑正異構(gòu)丁醛無鐵丁醛三苯基膦羰基銠三苯基膦羰催化劑銠基催化劑催化劑基銠催化劑蒸發(fā)分離、蒸發(fā)分離、蒸發(fā)分離、液相循環(huán)氣相循環(huán)液相循環(huán)溫度10012590110壓力MPa2251.51.9主要技 正/術(shù)參數(shù) 異比89/1310/1425/1轉(zhuǎn)化 率96919193反應(yīng)器形式塔式裝若干個降膜蒸 發(fā)器的攪拌器帶攪拌槳釜

20、式反應(yīng)器原料來源廣泛；原料來源廣泛；原料來源廣 泛；技術(shù)先進性、應(yīng)用的廣泛性和可靠性催化劑活性好；催化劑活性好；催化劑活性 高；消耗定額低，操作消耗定額低，操消耗定額較溫度、壓力較高；作溫度、壓力較高；文檔高；流程短；流程短；操作溫度、壓力低； 正/ 異比較設(shè)備較少；設(shè)備較少；高；操作維修量較??；操作維修量較不需要特殊少；材質(zhì)；本項目建議采用低壓羰基合成工藝，現(xiàn)在國引進的主要為Davy-UCC技術(shù)該工藝特點 : 投資少; 工藝簡單 , 反應(yīng)溫度較低 , 單程操作 ; 操作費用低 ; 丙烯和合成氣幾乎全部轉(zhuǎn)化 , 損失少 , 醛重組分產(chǎn)率低 ; 銠用量少。3.2.2 工藝流程設(shè)計丁醇工藝方塊流程

21、圖丙烯制丁醇流程首先是將丙烯和合成氣在攪拌式反應(yīng)釜中生成混合丁醛， 然 后送至固定床反應(yīng)器氣相加氫生產(chǎn)正 （異）丁醇， 最后在精餾塔中將正丁醇和異 丁醇分離。丙烯制丁醇流程如下圖所示。工藝流程簡述1、丁醛生產(chǎn)由總廠提供的原料合成氣經(jīng)多級凈化脫除氧、 硫、氯等雜質(zhì)， 以防止銠催化 劑中毒。丙烯經(jīng)多級凈化系統(tǒng)將其中的硫化物、 氯化物、 氧等雜質(zhì)脫除后與凈化 合成氣一并送入羰基合成反應(yīng)器。該反應(yīng)器是帶攪拌的釜式反應(yīng)器， 有冷卻盤管和進料氣體分配器。 在銠催化劑，氣體分配器以及攪拌器的作用下， 原料氣體以小氣泡的形式擴散在催化劑溶 液中，并于 105、1.6MPa條件下， 通過低壓羰基合成反應(yīng)生產(chǎn)出混

22、合丁醛。 OXO反應(yīng)是放熱反應(yīng)， 反應(yīng)熱通過產(chǎn)品丁醛的蒸發(fā)脫除一部分， 通過調(diào)溫水換熱脫除一部分混有混合 氣體和丙 烯、丙烷文檔的混合丁醛液體在 V-111 緩沖罐中穩(wěn)定， 氣體通過壓縮機循環(huán)至反應(yīng)器反應(yīng)， 混 有丙烯丙烷的混合丁醛液體通過離心泵運送至 T-106 氣提塔中脫除其中的丙烯、 丙烷。2、丁醇生產(chǎn) 脫除重組分后的混合丁醛進入蒸發(fā)器汽化后， 進入加氫反應(yīng)器中， 在催化劑 的作用下。在 0.4MPa和 130條件下。生產(chǎn)粗混合丁醇。粗品經(jīng)預(yù)精餾塔和精 餾塔脫除輕、 重組分后， 進入異構(gòu)物塔分離， 在塔頂?shù)玫郊兌?99.8 的異丁醇 產(chǎn)品，塔底得到純度 99.5 的正丁醇產(chǎn)品。3.2.3

23、 物料衡算 本項目涉及的化工單元操作較多， 如合成、加熱、冷卻、換熱、吸收和精餾。因此將整個流程分為羰基合成反應(yīng)和丁醛加氫反應(yīng)兩個工段進行物料衡算。1）羰基合成反應(yīng)工段物料衡算下圖是由 Aspen Plus 軟件模擬得出的羰基合成反應(yīng)工段物料衡算圖， 見圖 3-1。圖 3-1 羰基合成反應(yīng)工段物料衡算圖羰基合成反應(yīng)工段物料衡算如下表 3-1 所示表 3-1 羰基合成反應(yīng)工段物料衡算表H2-COC3H6OUTC3H8C4H8O溫度/40.0040.0020.00-47106.60壓力/bar26.0026.003.0022.60-1摩爾流量 /kmol hr -11100.00490.00203

24、.8519.8442.75-1質(zhì)量流量 /kg hr -116228.51 20619.51 3897.00 1025.55 31925.47體積流量 /cum hr -11101.5343.031656.211.46443.478各物質(zhì)的質(zhì)量流量 /kg hr -1C3H800239.53192.810C3H6020619.51592.36388.170H21130.900190.100CO15097.6102298.091.7250C4H8O（正丁醛）00517.28334.6529548.17YIDINGQ（異丁醛）0059.64108.182377.29進口質(zhì)量流量36848.03出口

25、質(zhì)量流量36848.03文檔羰基合成反映的化學(xué)反應(yīng)方程式，如下式 1-1 、1-2 和 1-3。主： CH3CH=C2H + CO+H2CH3CH2CH2CHO（1-1）CH 3CH=C2H+CO +H2 （CH3）2CHCHO（1-2 ）副： CH3CH=C2H+H2 CH3CH2CH3（1-3 ）由表 3-1 可知，進料的 C3H6 和 CO-H2的混合氣的總質(zhì)量流量為 36848.03Kg/Hr ，在羰基合成反應(yīng)器中反應(yīng)生成了正異丁醛和副產(chǎn)物丙烷，然后 通過穩(wěn)定塔將丙烷以及未反應(yīng)完全的丙烯去除， 在出口處得到了正異丁醇， 出口 處的總質(zhì)量流量為 36848.03Kg/Hr ，因此可以得出

26、該過程物料是守恒的。2）丁醛加氫反應(yīng)工段物料衡算丁醛加氫反應(yīng)工段流程圖，如下圖 3-2 所示圖 3-2 丁醛加氫反應(yīng)工段物料衡算圖 丁醛加氫反應(yīng)工段物料情況如下表 3-2 所示。表 3-2 丁醛加氫反應(yīng)工段物料衡算表H2QUAN OUT QING ZHONG C4H8OYDC文檔溫度/40.00106.7000.5099.0089.70壓力 /bar26.004.003.003.001.000.500.50-1摩爾流量 /kmol hr500.00450.2557.246.4990.092409.6333.25質(zhì)量流量 /kg hr -11007.9432466.57167.33468.676

27、1030363.502465.00-1Mass Flow/kg hrH21007.940113.890.003000C4H8O030017.1648.06395.335000.12C4H10O000.1227.453.1130362.400.40YIDINGC000.1214.4301.092464.46YIDINGQ02449.415.0631.128000H2O000.070.322000C8H14O00002.7500C8H16O200001.3500DSDZ（丁酸丁酯）00002.220.010YDSD（Z 異丁酸丁酯）00000.5500進口質(zhì)量流量33474.51出口質(zhì)量流量334

28、74.51丁醛加氫反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，見式（1-4 ）至式（ 1-7）其主反應(yīng)為： CH3CH2CH2CHOH2CH3CH2CH2CH2OH（1-4）CH 32 CH 2CHO H 2CH3 2 CH 2CH 2OH（1-5）副反應(yīng)為：2C4H 8OC8H16 O 2（1-6）CH 3CH 2CH 2CHOH2CH3CH 2CH 2CH 2OH（1-7）由表 3-2 可知，該工段進料為混合醛和 H2，質(zhì)量流量分別為 1007.94kg/hr 和 32466.57kg/hr ，總進料質(zhì)量流量為 33474.51kg/hr ，在丁醛加氫反應(yīng)器中， 進行化學(xué)反應(yīng)，生成正異丁醇，以及丁酸丁酯、異丁酸

29、丁酯、辛醇等副產(chǎn)物。再 經(jīng)過脫輕組分塔時，部分輕組分雜志除去，排出。在脫重組分塔中，重的雜質(zhì)被 去除，排出。然后通過正異丁醇分離塔將正異丁醇分離，得到合格的產(chǎn)品。而排 出的輕組分和重組分以及分離的正丁醇和異丁醇總的質(zhì)量流量為 33474.51kg/hr ，因此，在丁醛加氫工段物料是守恒的。文檔3）全流程物料衡算 丙烯制正異丁醇的整個工藝流程如圖 3-3 所示。圖 3-3 全流程工段物料衡算圖丙烯制正異丁醇的整個流程的物料狀況如下表 3-3 所示表 3-3 全流程物料衡算表C3H6H2-COH2OUT1OUT2C3H8QINGZHONG C4H10OYDC溫度/404040200-4701349

30、990壓力 /bar2626263323111摩爾流量 /kmol hr -1490101050010457226041033質(zhì)量流 /kg hr -1206201490110082037167101746910303632465體積流量 /cum hr -1431011501845433210413-1Mass Flow/kg hrC3H800016602670000C3H6206200042305540000H20103810089711400000CO01386201061020000C4H8O00026148128395000C4H10O000000273303620YIDINGC00

31、000014012464YIDINGQ0003056631000文檔H2OC8H18OC8H14OC8H16O2DSDZYDSDZ異丁酸丁酯）進口質(zhì)量流量C3H6+CO-H2+H2）出口質(zhì)量流量0000000000000000000000000003000000000100000000020000000001003652836528由表 3-3 可得進口物料的總質(zhì)量流量為 36528 kg/hr ，出口物料的總質(zhì)量流 量為 36828 kg/hr ，因此可以看出，全流程的物料是守恒的。3.2.4 熱量衡算根據(jù)能量守恒定律，進出系統(tǒng)的能量衡算式為Q過程的換熱之和，包括與環(huán)境的換熱和與加熱劑或冷卻

32、劑的換熱。 W輸入系統(tǒng)的總的機械能。 Hout離開設(shè)備的各物料焓之和。Hin進入設(shè)備的各物料焓之和。根據(jù)上式，對各主要設(shè)備進行能量衡算。Q W HHoutHin1）羰基合成反應(yīng)能量衡算丙烯羰基合成工段熱量衡算見圖 3-4文檔圖 3-4 羥基合成反應(yīng)工段熱量衡算圖丙烯羰基合成反應(yīng)工段流股焓變具體見表 3-4 。表 3-4 羰基合成工段流股焓變計算表H2-COC3H6OUTC4H8OC3H8Temperature/ 404020106.6-47Pressure/bar262632.62Vapor Frac10100-1Mole Flow/kmol hr1100490203.85442.7519.8

33、-1Mass Flow/kg hr16228.5120619.513897.0031925.471025.55-1Volume Flow/cum hr1101.53743.1656.2143.4781.46-1Enthalpy/Gcal hr -1-14.1150.931-2.641-24.-0.51H in/Gcal hr -1-13.18H out/Gcal hr -1-27.20 H out- H in （Gcal/hr ）-14.02丙烯羰基合成反應(yīng)工段具體輸入功與熱負(fù)荷見表 3-5表 3-5 羥基合成反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷計算表項目數(shù)據(jù)E-1 熱負(fù)荷 /Gcal hr -12.456

34、539R-1 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-16.044E-2 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-0.81646V-1 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-1.16609P-1功耗/Gcal hr-10文檔T-1 塔頂冷凝器熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-0.31521T-1 塔底再沸器熱負(fù)荷 /Gcal hr -11.861684-1Q/Gcal hr-14.0235丙烯羰基合成反應(yīng)工段熱量衡算具體見表 3-6 。表 3-6 羰基合成反應(yīng)工段熱量衡算計算表項目數(shù)據(jù)-1H out- H in/Gcal hr -1-14.-1Q/Gcalhr -1-14.0235error0.00052) 丁醛加氫

35、反應(yīng)能量衡算丁醛加氫反應(yīng)工段熱量衡算見圖 3-5圖 3-5 丁醛加氫反應(yīng)工段工段熱量衡算圖丁醛加氫反應(yīng)工段流股焓變計算見表 3-7表 3-7 丁醛加氫反應(yīng)工段流股焓變計算表QUANH2OUT QING ZHONG YDCC4H10O文檔Temperature/ 106.704000.589.799Pressure/bar4263310.50.5Vapor Frac0110000-1Mole Flow/kmol hr450.2550057.246.490.09233.25409.63-1Mass Flow/kg hr32466.51007.94167.33468.61024630363.50-1

36、Volume Flow/cum hr44.22500.699433.320.540.0133.3441.23-1Enthalpy/Gcal hr -1-24.450.052-0.04-0.39-0.008-2.53-30.43H in/Gcal hr -1-24.40-1H out/Gcal hr -1-33.42H out- H in/Gcal hr -1-9.01丁醛加氫反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷見表3-8 。熱量衡算見表3-9。表 3-8 丁醛加氫反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷計算表項目數(shù)據(jù)-1E-3 熱負(fù)荷 /Gcal hr -13.72663813R-2 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-6.22

37、17924E-4 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-1.5969692T-2 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-7.2806119T-2 熱負(fù)荷 /Gcal hr -13.97945305E-5 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-0.0613105T-3 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-8.9763539T-3 熱負(fù)荷 /Gcal hr -17.96858324E-6 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-0.1798272T-4 熱負(fù)荷 /Gcal hr -1-10.148135T-4 熱負(fù)荷 /Gcal hr -19.7725505Q-9.01777518表 3-9 丁醛加氫反應(yīng)工段熱量衡算計算表項目

38、數(shù)據(jù)-1H out- H in/Gcal hr -1-9.017-1 Q/Gcal hr -1-9.01777518error0.00073.2.5 繪制物料流程圖和帶控制點工藝流程圖文檔圖 3-6 羰基合成工段物料流程圖圖 3-7 丁醇合成工段物料流程圖文檔圖 3-8 羰基合成工段帶控制點工藝流程圖圖 3-9 丁醇合成工段帶控制點工藝流程圖3.3 設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計文檔3.3.1 主要設(shè)備的設(shè)計及選型 正異丁醇分離精餾塔的設(shè)計塔板的選擇 : 正異丁醇分離過程生產(chǎn)較為穩(wěn)定，負(fù)荷變化不大，對操作彈性的要 求不高。綜合考慮塔板的效率、分離效果和設(shè)備的成本、維修等，我們初步選擇 篩板。由 asp

39、en 模擬得到的數(shù)據(jù)計算得1、氣相平均流量和液相平均流量VS 9.413m3 / sLS 0.0309m3 /s2、氣相平均密度和液相平均密度0.0178N / mL 787.184kg / m3、液相平均表面力和粘度0.0178N / m4.2.2.3 塔體的工藝尺寸計算最大空塔氣速依據(jù)式（ 4-1 ）計算0.548mpa.s（4-1 ）式中負(fù)荷因子 C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖 （ 見圖 4-1） 查出。其橫坐標(biāo)數(shù)值為無因次 比值，稱為氣液動能參數(shù)。橫坐標(biāo)數(shù)值為HT-h L=0.6-0.06=0.54mLSVS)1/2 0.03099.41( 737.184( 1.2121/2)1/2 =0.081

40、0取板間距 HT=0.6m，對于常壓塔 hL 的取值 是 0.050.08m, 取hL=0.06m,則文檔圖 4-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖17.8查圖可知 C 20 =0.112 ，則 C=C2（0 L）0.2=0.112（17.8）0.2=0.109 則u max =C L- v =0.109 737.18240-1.2122 =2.6962 （0m/s） 取安全系數(shù)為 v0.7 （安全系數(shù)圍為1.2102.60.8 ）。D= 4Vs = 4 9.413 =3.12 （m） u 3.14 1.887u=0.7umax =0.7 2.696=1.887 （m/s） 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后取 D=3.2m橫截

41、面積 A T =0.785 D 2 =0.785 3.22 =8.04 m2空塔氣速： u= VS = 9.413 =1.171 m/sAT 8.041、塔徑的初步核算降液管主要有弓形、圓形和矩形三種。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡單，特 別適合于塔徑較大的場合，所以我們選擇弓形降液管。液體在塔板上的流動路徑是由降液管的布置方式?jīng)Q定的。 常用的布置方式有 以下幾種形式： U型流、單溢流、雙溢流、多溢流。溢流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表 4-1 。表 4-1 液體負(fù)荷與溢流類型的關(guān)系塔徑液體流量 (cum/h)文檔(mm)單溢流雙溢流四溢流20009090-160-3000110110-2

42、00200-3004000110110-230230-3505000110110-250250-4006000110110-250250-450因塔徑為 3.2m，正異丁醇分離精餾塔液相負(fù)荷為111.283 m3/h, 故選擇雙溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。2、溢流裝置的計算1 ）堰長由于 lW （ 0.6 0.8 ） D ，則 lW 0.7 D=0.7 3.2=2.24 （ m）2 ）溢流堰高度 選用平直堰，堰上層高度 how 由下式（ 4-2 ）計算，即： （4-2）近似取 E2=.81，4 則 how= 2.841000 取 故h2111.283 32.24=0.038(4 m)Lh1

43、20.0804? E上層清液層高度 hL =60mmm）文檔AfHT故降Ls0.723 0.600.30914.05 8s 液管設(shè)計是合理的3、1）流體力學(xué)計算與校核塔板壓降干板阻力計算 :由d0/ 12/3 4，2 查得 C0=0.7 ，所以21 Vu01.212 32.562 2hc? V ? 00.051 ?c 2g L C0737.184氣體通過液L 層的0阻力Vs9.413uas =1.287( m/ s)a AT Af 8.04-0.723 1/2F0 ua v 1.287 1.212=1.417 kg1/2 / 查圖得 =0.600.7s m1/20.181（m液柱）故 h1=

44、hL 0.60 0.06 0.0036 m液柱 液體表面力的阻力h L 0.0008(m)氣h 體通過Lgd每o層7塔3板7.1的84液柱9.高81度0.012 0.0008(m)4 L 4 17.8 10 3hp hc h1 h 0.181 0.0036 0.0008 0.1854（m液柱 ） 所以氣體通過每層塔板的壓降為2）PP hp Lg 0.1854 737.184.39 9.81 1.341kPa 50kPa（設(shè)計允許值） 霧沫夾帶3）故在本設(shè)計中霧沫夾帶量 eV 在允許圍 漏液對篩板塔，漏液點氣速0，min 4.4CO 0.0056 0.13hL h L / V4.4 0.7 0.

45、0056 0.13 0.06 0.0008 737.184/1.212 8.527(m/s)實際孔速 0 32.562 m/s0，min66eV5.710 ( ua )3.2 5.710 3 ( 1.287 )3.2 0.0092k4g(液/ kg氣)0.1k( g液/ kg氣) LHT 2.5hL17.8103 0.6 2.5 0.06穩(wěn)定系數(shù)為 K 0 32.562 3.8 1.5 故在本設(shè)計中無明顯0，漏min液。8.5274）液泛 為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度 H dHT hw取 =0.7 ，則 HT hw =0.7 0.6+0.0216 =0.435 降液管中清液層

46、高度依式（ 4-4 ）文檔H d hp hl hd（4-4 ）22而hd 0.153 0 2 0.153 0.20 2 0.00612（m液柱 ） Hd 0.185 0.06 0.00612 0.251（5 m液柱）H dH T hw ，故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。4、塔高的確定1）塔板數(shù)由 aspen 模擬得塔板數(shù)NT 902）塔頂空間高度塔頂空間高度計算見式 4-5 。HD 1.5 2.0 HT（4-5）取 H D 1.5HT =1.5 0.6=0.9 m3）塔底空間高度假定塔底空間依儲存液量停留 3 分鐘， 那么塔底液高V Ls 3 60 0.0309 3 60h s 0.69 mAT

47、AT8.04取塔底T 液面距最T 下面一層板留 1 米，故塔底空間 HB 0.69 1 1.69 m4）裙座高度H2=2.0+1.5D/2=4.4m5）封頭高度根據(jù)精餾塔直徑 D=3.2m，查表得 封頭高度 H 1=0.8m6）開人孔處增加的高度對于 D1000mm的板式塔，為安裝、 檢修的需要， 一般每隔 68塊板設(shè)一人 孔。人孔直徑一般為 450mm600m。m本設(shè)計的精餾塔直徑 D=3200m，m每隔 7 塊板設(shè)一人孔，則開 13個人孔。人 孔直徑 450mm。7）塔高 塔高按式（ 4-6 ）計算。H （nnFnp1）HTnFHFnpHPHDHBH1 H 2（4-6）式中 H 塔高， m

48、;n 實際塔板數(shù)；nF 進料板數(shù)；H F進料板處板間距， m；np 人孔數(shù)；文檔HB塔底空間高度， m；HP設(shè)人孔出的板間距，HD 塔頂空間高度，m；H 1 封頭高度， m；H2裙座高度， mH (90 1 13 1) 0.6 1 0.6 13 0.45 0.9 1.69 0.8 4.4=59.24m5、正異丁醇分離精餾塔工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總的正異丁醇分離精餾塔計算結(jié)果見表 4-2 。表 4-2 正異丁醇分離精餾塔 T-201C 的設(shè)計結(jié)果項目名稱數(shù)值氣相負(fù)荷 V9.413m3/s液相負(fù)荷 L0.0309m3/s已知條件氣相密度 v1.212kg/cum液相密度 l737.184kg/cum液相表面力 17.8mN/m液體粘度 0.548mpa s塔型篩板塔塔徑 D3.2m塔板間距 HT0.6m溢流型式雙溢流型空塔速度1.171m/s堰型平直堰堰長 lw2.24m溢流堰高度 hw0.0216m設(shè)計結(jié)果板上清液層高度 hL0.06