年產(chǎn)7.6萬(wàn)噸乙醛工藝設(shè)計(jì)裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目： 年產(chǎn)7.6萬(wàn)噸乙醛工藝設(shè)計(jì)裝置 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 前 言乙醛是有機(jī)化工產(chǎn)品的重要中間體，因其分子中具有羰基，反應(yīng)能力很強(qiáng)，容易發(fā)生氧化，縮合，環(huán)化，聚合及許多類型加成反應(yīng)。乙醛產(chǎn)量半數(shù)以上用于生產(chǎn)醋酸及其衍生物（如醋酐、醋酸脂等），也用于制備丁醇、異丁醇、季戊四醇等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)藥、塑料、化纖、染料、香料和食品等工業(yè)。工業(yè)上生產(chǎn)乙醛的原料最初采用乙炔，以后又先后發(fā)展了乙醇和乙烯路線。乙炔水化法成本高，因其催化劑汞鹽的污染難以處理等致命缺點(diǎn)，現(xiàn)以基本被淘汰。乙醇氧化或脫氫法制乙醛雖有技術(shù)成熟，不需要特殊設(shè)備，投資省，

2、上馬快等優(yōu)點(diǎn)，但成本高于乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法制乙醛。由于其原料乙烯來(lái)源豐富而價(jià)廉，加之反應(yīng)條件溫和，選擇性好，收率高，工藝流程簡(jiǎn)單及“三廢”處理容易等突出優(yōu)點(diǎn)，深受世界各國(guó)重視，發(fā)展非常迅速，現(xiàn)以成為許多國(guó)家生產(chǎn)乙醛的主要方法。本設(shè)計(jì)采用乙烯直接氧化法制乙醛,年生產(chǎn)能力6.7萬(wàn)噸，參考吉林石化分公司103廠乙醛車間，即乙烯和氧氣在催化劑的作用下一步絡(luò)合氧化生成乙醛的生產(chǎn)方法為設(shè)計(jì)依據(jù)的。對(duì)工藝流程進(jìn)行初步的探討和設(shè)計(jì)。由于本人水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，難免有不足和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)批評(píng)指正。目 錄前 言i第1章 設(shè)計(jì)說(shuō)明11.1 概述11.1.1生產(chǎn)方法11.1.2原材料和成品性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格4

3、1.2流程敘述51.2.1總反應(yīng)流程圖5總反應(yīng)流程簡(jiǎn)圖1-161.2.2反應(yīng)工段簡(jiǎn)述61.2.3精餾工段簡(jiǎn)述71.2.4再生工段簡(jiǎn)述91.2.5三廢處理91.3 設(shè)備一覽表11第2章 設(shè)計(jì)工藝計(jì)算162.1 物料衡算162.2 熱量衡算192.3 設(shè)備計(jì)算252.3.1反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算252.3.2壁厚計(jì)算與強(qiáng)度校核262.3.3純?nèi)├淠髟O(shè)備計(jì)算26致 謝28參考文獻(xiàn)29符號(hào)說(shuō)明30附 圖3118第1章 設(shè)計(jì)說(shuō)明1.1 概述本設(shè)計(jì)是以吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為指導(dǎo)思想，并參考吉林石化分公司103廠乙醛車間及生產(chǎn)技術(shù)資料為設(shè)計(jì)依據(jù)的。乙醛是無(wú)色，有刺激性氣味的液體,密度比水

4、小,沸點(diǎn)20.8o,易揮發(fā)、易燃燒,且能和水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶。乙醛是一種重要的烴類衍生物，在合成工業(yè)上是一種重要的中間體，主要用于生產(chǎn)醋酸、醋酐、醋酸乙烯、丁醇等重要的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，它們被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥、化學(xué)纖維和合成纖維、塑料、農(nóng)藥、香料等工業(yè)1。近年來(lái)，隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和乙烯均相氧化法的開(kāi)發(fā)成功，乙醛的產(chǎn)量迅速的增長(zhǎng)，然而我國(guó)目前乙醛的年產(chǎn)量還較低，遠(yuǎn)未能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品無(wú)法利用，且采用的催化劑腐蝕性較大，為此對(duì)材質(zhì)要求很高。 1.1.1生產(chǎn)方法國(guó)內(nèi)乙醛生產(chǎn)方法有四種，乙炔水化法采用汞鹽做催化劑，存在汞的工業(yè)污染問(wèn)題，乙醇氧化法雖然不存在汞

5、的污染，但原料單耗大，只有乙烯氧化法，不僅原料的單耗比乙醇法少，且合成工藝路線段，是六十年代發(fā)展起來(lái)的新方法，頗受世界各國(guó)重視，發(fā)展甚為迅速。第四種方法基本不采用。本設(shè)計(jì)采用第三種方法即乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法，它是世界上第一個(gè)采用均相配位催化劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的過(guò)程，該法以氯化鈀、氯化銅、鹽酸水組成的溶液為催化劑，使乙烯直接氧化為乙醛?？偡磻?yīng)式為： 實(shí)際反應(yīng)按下述兩步進(jìn)行： 乙烯氧化：ch2=ch2+pdcl2+h2och3cho+pd+2hcl催化劑溶液的氧化再生：pd+2cucl2pdcl2+2cucl 乙烯一步氧化法制乙醛是比較成熟的工藝，要想實(shí)行真正的節(jié)能、節(jié)材，就得對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改

6、進(jìn)，如乙醛生產(chǎn)中催化劑氯化鈀的消耗量的降低。氯化鈀在生產(chǎn)中的催化原理：乙烯在氯化鈀水溶液中氧化生成乙醛的反應(yīng)很復(fù)雜，其歷程和動(dòng)力學(xué)對(duì)氧化過(guò)程反應(yīng)條件的選擇十分重要，反應(yīng)方程式如下：c2h4+pdcl2+h2och3cho+pd+2hcl (1)2cucl2+pd2cucl+pdcl2 (2)2cucl+2hcl+1/2o22cucl2+2h2o (3)總的反應(yīng)方程式：c2h4+1/2o2h2och3cho+243.3kj (4)當(dāng)鈀離子濃度較低時(shí)(0.0050.04mol/l)，乙烯吸收速度與鈀離子濃度的一次方及與乙烯濃度的一次方成正比，與氯離子濃度的二次方及氫離子濃度的一次方成反比，其反應(yīng)速

7、度方程為：-dc2h4/dt=k1(pdcl4)c2h4clh (5)實(shí)踐證明，氯化銅氧化零價(jià)鈀反應(yīng)達(dá)到平衡的速度很快，不是整個(gè)過(guò)程的控制步驟反應(yīng)(3)在氯離子的存在下，cu+與cl-形成絡(luò)合離子cucl-，其氧化反應(yīng)的速度取決于cucl2-和氧氣的濃度。在生產(chǎn)過(guò)程中，通常稱反應(yīng)(1)為乙烯的羰基化反應(yīng)，反應(yīng)(3)為氧化反應(yīng)。要使反應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，必須使羰基化反應(yīng)和氧化反應(yīng)同步進(jìn)行，也就是說(shuō)兩個(gè)反應(yīng)速率相等時(shí)達(dá)到“恒定態(tài)”，這是由恒定的氧化度cu2+/cu所規(guī)定的。當(dāng)然，恒定氧化度位于“快速反應(yīng)區(qū)”之內(nèi)，恒定態(tài)是動(dòng)態(tài)的平衡，可以變化。乙醛裝置在反應(yīng)系統(tǒng)中除生成乙醛外，還同時(shí)生成一系列副產(chǎn)物，

8、如：氯甲烷、氯乙烷、醋酸、草酸銅及高聚物殘?jiān)取Ｆ渲幸讚]發(fā)的副產(chǎn)物隨反應(yīng)氣帶出催化劑系統(tǒng)，不易揮發(fā)的副產(chǎn)物草酸銅及高聚物殘?jiān)诜磻?yīng)器中積累，使催化劑中cu2+減少，影響pd的氧化，影響催化劑的組成和催化劑活性，因此催化劑需經(jīng)過(guò)再生處理。催化劑在再生單元經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程：在氧化管內(nèi)，cu+被鹽酸和壓縮空氣氧化成cu2+。在再生器中，經(jīng)加溫，加壓使草酸銅及高聚物分解，并加氧使cu+氧化成cu2+。cucl2+cuc2o42cucl+2co2 (6)當(dāng)再生器壓力大于0.9mpa，再生溫度達(dá)到170時(shí)，草酸銅及高聚物分解率達(dá)到92.3，經(jīng)再生，恢復(fù)催化劑溶液中的總銅含量，保持鈀離子濃度的穩(wěn)定和催化劑的活性

9、，從而不影響主反應(yīng)。從反應(yīng)速度方程式(5)可以看出，提高催化劑中鈀含量可以提高羰基化反應(yīng)速度，從而提高裝置負(fù)荷和反應(yīng)收率。但鈀含量也不宜太高，否則，由于氧化反應(yīng)速度滯后于羰基化反應(yīng)速度，會(huì)引起金屬鈀析出，從而增加氯化鈀消耗，同時(shí)使催化劑活性不穩(wěn)定，甚至可能引起停車。而且鈀是貴金屬，高鈀耗對(duì)裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利。在生產(chǎn)中須將催化劑中的鈀含量控制在較低水平，并根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)生產(chǎn)的要求。引起鈀耗的途徑有三條：一是反應(yīng)氣夾帶到蒸餾系統(tǒng)，隨廢水流失。經(jīng)測(cè)定，正常生產(chǎn)時(shí)，廢水中鈀含量為2010-6g/t左右，折算每噸乙醛鈀耗為0.12g左右，這是正常的消耗；二是由于不正常操作引起催化劑的損失；三是隨

10、催化劑沉淀、吸附在催化劑殘?jiān)透呔畚镏?。?duì)此我們提出了防止鈀損失的措施：一.防止催化劑霧沫夾帶：控制反應(yīng)器的液位在60%以內(nèi)，除沫器壓差在1500pa以下，反應(yīng)器和除沫器壓差在0.12mpa以內(nèi)，能有效防止催化劑發(fā)泡而夾帶至后系統(tǒng)。在第一冷凝器冷凝液進(jìn)入p-101泵的入口處，增設(shè)一dg25的脫鹽水管線，以滿足高負(fù)荷生產(chǎn)的需求，提高催化劑循環(huán)效果，防止形成環(huán)流。實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)器液位的儀表由于催化劑堵塞而引起偏移，因此要經(jīng)常分析第一冷凝器后冷凝液的總銅含量，作為輔助判斷的依據(jù)。二.防止催化劑跑、冒、滴、漏：及時(shí)處理再生單元液位計(jì)故障，防止再生單元跑催化劑。在旋風(fēng)分離器的吹氣式液位計(jì)的正壓側(cè)增設(shè)脫

11、鹽水沖洗管，對(duì)液位計(jì)進(jìn)行定期沖洗，提高液位計(jì)的準(zhǔn)確性。三.補(bǔ)加氯化鈀時(shí)，防止掛壁沉積：在反應(yīng)三樓增設(shè)鹽酸取料口，將補(bǔ)加氯化鈀時(shí)，氯化鈀與鹽酸的配比由原1:10調(diào)整為1:30。攪拌后靜置15min，使未溶的氯化鈀沉降，溶液部分倒入催化劑配制槽，加脫鹽水沖洗，防止催化劑掛壁沉積；對(duì)未溶解的氯化鈀，繼續(xù)加鹽酸，重復(fù)以上操作，直至完全溶解。這樣可確保進(jìn)入再生系統(tǒng)的氯化鈀以絡(luò)合離子形式存在，防止氯化鈀在過(guò)濾器中被黑色殘?jiān)雀呔畚锇绊懷a(bǔ)加氯化鈀的效果10?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)乙醛裝置反應(yīng)單元、再生單元催化劑控制參數(shù)的優(yōu)化，以及進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)改造，有效地提高了催化劑的活性，降低了貴金屬鈀的消耗，同時(shí)也降低

12、了乙醛裝置的主要物耗。1.1.2原材料和成品性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格1.原材料 表11乙烯的物理及化學(xué)性質(zhì)沸點(diǎn)（0c）103.7冰點(diǎn)（0c）-169.2臨界溫度（0c）9.9密度（d20g/cm3）0.5699 臨界壓力（mpa）5.137相對(duì)分子量28.053爆炸極限（%）上限：2.7 下限：36乙烯（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式/分子式ch2=ch2）常溫常壓下為無(wú)色、無(wú)臭、稍帶有甜味的可燃性氣體。幾乎不溶于水,溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑. 屬低毒類。麻醉作用較強(qiáng),但對(duì)呼吸影響較小。人吸入含37.5%乙烯的空氣,15min可引起明顯記憶障礙;含50%乙烯的空氣,使含氧量降至10%,引起人意識(shí)喪失。若吸入75%90%乙烯與

13、氧的混合氣體，可引起麻醉，但無(wú)明顯的興奮期，并迅速蘇醒。吸入上述混合氣體25%45%可引起痛覺(jué)消失，意識(shí)不受影響。長(zhǎng)期接觸乙烯的工人，常有頭暈、全身不適、乏力、注意力不能集中，個(gè)別與胃腸功能紊亂，體征無(wú)特殊發(fā)現(xiàn)。氧氣是空氣的組分之一，無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味。氧氣比空氣重，在標(biāo)準(zhǔn)狀況（0和大氣壓強(qiáng)101325帕）下密度為1.429克/升，能溶于水，但溶解度很小。在壓強(qiáng)為101kpa時(shí)，氧氣在約-180攝氏度時(shí)變?yōu)榈{(lán)色液體，在約-218攝氏度時(shí)變成雪花狀的淡藍(lán)色固體。表12 原材料中各組分摩爾分?jǐn)?shù)名稱氧氣氮?dú)庖蚁┮彝槟柗謹(jǐn)?shù)（）99.01.0099.70.32.成品表13 成品中各組分摩爾分?jǐn)?shù)名稱乙醛

14、水丁醛醋酸摩爾分?jǐn)?shù)（）99.00.060.020.023.吉林市的自然條件本設(shè)計(jì)的廠址選擇在吉林市，一般情況下：平均氣壓 745.66 mmhg最高溫度 36.6 最低溫度 -38.1 平均相對(duì)溫度 71 最大凍土深度 174 cm最大雪深度 420 cm平均風(fēng)速 2.7 m/s松花江水溫 15.0 最高江水溫度 25.5 4.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，選擇性是97.92。副產(chǎn)物中各組分摩爾分?jǐn)?shù)：組分 二氧化碳 氯甲烷 氯乙烷 丁醛 醋酸 高沸物摩爾分?jǐn)?shù)（） 48.02 3.53 1.54 3.74 40.09 3.08循環(huán)氣中各組分摩爾分?jǐn)?shù)：組分 水 氮

15、氣 氧氣 乙烯 乙烷 二氧化碳 氯甲烷 氯乙烷摩爾分?jǐn)?shù)（） 0.82 7.14 8.01 65.01 4.27 13.7 0.94 0.115.生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)量6.7 萬(wàn)噸。6.原料來(lái)源乙烯來(lái)自乙烯廠，氧氣和氮?dú)鈦?lái)自102廠空分車間，低壓蒸汽來(lái)自動(dòng)力廠或熱電廠。1.2 流程敘述1.2.1總反應(yīng)流程圖 總反應(yīng)流程簡(jiǎn)圖1-11.2.2反應(yīng)工段簡(jiǎn)述反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)圖1-2由吸收塔t0101來(lái)的循環(huán)氣經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)c0101a或c0101b壓縮，然后經(jīng)氣水分離，氣體由分離器頂部出來(lái)與104廠來(lái)的新鮮乙烯在管道中混合，然后進(jìn)入反應(yīng)器r0101底部。新鮮氧氣（來(lái)自102廠空分車間）單獨(dú)送入反應(yīng)器r0101下部。

16、乙烯和氧氣在反應(yīng)器r0101內(nèi)，在溫度125至130，壓力33.6bar，經(jīng)氯化鈀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r0101之間的兩根導(dǎo)管進(jìn)入除沫器x0101，在此進(jìn)行氣液分離，液相催化劑經(jīng)除沫器x0101底部的催化劑循環(huán)管返回反應(yīng)器r0101。為保持催化劑的活性穩(wěn)定，從催化劑循環(huán)管每小時(shí)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r0101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e0102被冷卻至105115，在此合成氣中的水蒸氣部分被冷凝下來(lái)，經(jīng)一冷受液槽v0

17、102催化劑再生工序尾氣洗滌塔t0301送來(lái)的吸收液混合，經(jīng)凝液輸送泵p0101a或b，從除沫器x0101上部噴淋加入除沫器x0101，為補(bǔ)充在反應(yīng)過(guò)程中催化劑損失掉的水分，在凝液輸送泵p0101a或b補(bǔ)加脫鹽水，未凝氣體進(jìn)第二冷凝器e0103，進(jìn)一步冷凝冷卻至75以下，凝液經(jīng)凝液槽v0103進(jìn)入吸收塔t0101塔釜，未凝氣體進(jìn)第三冷凝器e0104，冷凝下來(lái)的凝液進(jìn)入吸收塔t0101塔釜，未凝氣體在此冷卻至45以下進(jìn)入吸收塔t0101下部，在吸收塔上部加入每小時(shí)2.5至60立方米的工藝水吸收。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(guò)粗醛過(guò)濾器x0103，冷卻器e0104的飽和蒸汽

18、經(jīng)減壓至2.5bar，供廠房采暖和管線設(shè)備伴線使用。1.2.3精餾工段簡(jiǎn)述精餾工段流程簡(jiǎn)圖1-3用泵p0402a或b將粗乙醛從v0402抽出送至螺旋換熱器e0201，與x0201塔底排出的廢水換熱，溫度升到95后，進(jìn)入脫輕組分塔t0201，t0201塔在3bar的壓力操作下，直接蒸汽加熱，控制塔頂溫度60，塔釜為106，從塔頂蒸出氯甲烷，氯乙烷等低沸物，進(jìn)入塔頂冷凝器e0203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t0201塔釜流入純?nèi)┧0202，該塔的操作壓力1.2bar直接水蒸氣加熱，控制塔底溫度為125，通過(guò)

19、調(diào)節(jié)回流量控制塔頂溫度約43，從塔頂蒸出的純?nèi)┻M(jìn)入純?nèi)├淠鱡0204a和b送至成品罐區(qū)，塔釜排出含醛量0.1的廢水經(jīng)熱交換器e0201，冷卻器e0202冷卻至40以下流到廢水中和工序。冷凝器e0204排出的未凝氣體經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入吸收塔t0407，用冷卻至45以下，流入粗醛貯罐v0402。吸收塔t0101頂部排出的循環(huán)氣，絕大部分返回循環(huán)壓縮機(jī)c0101a或b經(jīng)壓縮后重新參加反應(yīng)，為避免惰性氣體在反應(yīng)系統(tǒng)的積聚，將少量循環(huán)氣連續(xù)經(jīng)阻火器排至火炬s0101燒掉。為防止火炬在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的黑煙，必需向火炬適當(dāng)通入消煙蒸氣，為了補(bǔ)充在反應(yīng)過(guò)程中由于生成副產(chǎn)物消耗掉的鹽酸，由鹽酸計(jì)量泵p030

20、1a或b 每小時(shí)加入鹽酸50立升左右，經(jīng)催化劑循環(huán)管補(bǔ)加鹽酸，當(dāng)反應(yīng)器r0101，除沫器x0101出現(xiàn)故障時(shí)，可將其內(nèi)催化劑放入觸媒收集坑。本崗位設(shè)有脫鹽水貯罐v0407和工藝水貯罐v0408，做為緩沖罐使用，脫鹽水經(jīng)p0401a或b送往用戶，工藝水經(jīng)p0405a或b送往用戶，進(jìn)入車間的過(guò)熱蒸汽經(jīng)減壓飽和處理，將31bar的過(guò)熱蒸汽經(jīng)減壓調(diào)節(jié)并用p002a或b泵補(bǔ)入脫鹽水后，以14bar飽和蒸汽的形式送往再生火炬，并將9bar的過(guò)熱蒸汽經(jīng)減壓調(diào)節(jié)，并用p001a或b泵補(bǔ)加脫鹽水后，以5.5bar飽和蒸汽形勢(shì)送往反應(yīng)，精餾，將5.5bar水吸收氣體中的乙醛，吸收液流入粗醛貯槽v0402，塔頂廢氣

21、送火炬。為保持t0201塔和t0202的塔壓力穩(wěn)定，可適當(dāng)調(diào)節(jié)塔內(nèi)的保壓氮?dú)獾牧髁俊Ｉa(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的不合格乙醛，則送至不合格乙醛貯槽v0404貯存，定期用泵打入粗醛槽v0402，為保持純?nèi)┵|(zhì)量，從t0202塔精餾段的第四塊塔板連續(xù)采出75.4kg/h的巴豆醛餾分，經(jīng)冷卻器e0204冷卻，進(jìn)混合罐v0201與100kg/h的工藝水混合后，流入萃取塔t0203，在t0203頂部加100kg/h工藝水，萃取巴豆醛中的乙醛，含醛水溶液從底部經(jīng)u型管流至粗醛貯罐v0402，從塔上部流出含60巴豆醛的有機(jī)相進(jìn)入巴豆醛貯槽v0405，定期用泵p0404打入槽車，送往焙燒爐燒掉。粗醛槽v0402和巴豆醛貯槽用

22、氮?dú)獗涸?.3bar，純?nèi)┵A槽v0404用氮?dú)獗涸?.81.6bar，各貯槽的放空氣體進(jìn)吸收塔t0401回收乙醛。1.2.4再生工段簡(jiǎn)述再生工段流程簡(jiǎn)圖1-4來(lái)自除沫器循環(huán)管連續(xù)采出的56/h觸媒，經(jīng)加入鹽酸和氧氣，把cu()氧化為cu（）進(jìn)入旋風(fēng)分離器v0302，在此保持液面，通入氮?dú)鈹嚢?，將溶解在觸媒中的乙醛，醋酸等吹出脫氣后的觸媒經(jīng)壓濾機(jī)x0301過(guò)濾后，用觸媒輸送泵p0302打進(jìn)再生器v0304，用直接蒸汽加熱到120，壓力控制在911bar，通入50100/h的氧氣，分解草酸銅和不溶解性殘?jiān)?，使觸媒中的殘?jiān)勘３衷?00克/升左右，再生的觸媒進(jìn)入閃蒸槽v0303，并控制壓力5b

23、ar左右，保持一定的液面，把溶解在觸媒中的氣體分離出來(lái)，合格的觸媒從底部返回反應(yīng)器r0101。為了回收尾氣中的乙醛，從旋風(fēng)分離器v0302和閃蒸罐v0303頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入冷凝器e0301冷凝，未凝氣進(jìn)入尾氣洗滌塔t0301吸收后去火炬s0101燃燒。尾氣洗滌塔t0301的吸收液，冷凝器e0301的冷凝液和p0302泵的軸密封水，用乙醛回收泵p0304打到凝液輸送泵p0101的進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。鹽酸由管道送到鹽酸貯槽v0406貯存，當(dāng)需要時(shí)v0406壓入鹽酸計(jì)量槽v0301，這兩槽的放空鹽酸氣體進(jìn)入鹽酸氣吸收塔t0302，用工藝水吸收后氣體放空，吸收液流入下水道。鹽酸計(jì)量槽v0301的鹽酸經(jīng)

24、鹽酸計(jì)量泵p0301送到觸媒氧化道或除沫器x0101觸媒循環(huán)管。1.2.5三廢處理本車間在生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢氣主要是循環(huán)氣。因循環(huán)過(guò)程中有大量的有毒有害氣體存在，為此必須放空燒掉，以達(dá)到環(huán)保要求。廢液主要是生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品巴豆醛，ch3ch=chcho學(xué)名-甲基丙烯醛。有順式和反式兩種異構(gòu)。普通商品是反式巴豆醛。無(wú)色可燃性液體。有催淚性。密度0.858。熔點(diǎn)-76.5，沸點(diǎn)104。稍溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯、甲苯和汽油?；瘜W(xué)性活潑。純巴豆醛容易樹(shù)脂化。在空氣中逐漸氧化生成巴豆酸。用異丙醇鋁還原時(shí)生成巴豆醇。用于制正丁醇、正丁醛、橡膠硫化促進(jìn)劑、酒精變性劑和鞣劑等。也用作煙道氣的警告劑。由二分

25、子乙醛縮合而成。它是一種有刺激性氣味的的黃色的粘稠狀液體，因其有毒，目前尚未發(fā)現(xiàn)有較好的利用辦法。為此側(cè)線采出之后，用槽車?yán)翉S外燒掉。精餾塔底廢水，從塔底出來(lái)的廢水溫度大約是125，與從v0402來(lái)的粗醛換熱后，再進(jìn)一步由廢水冷卻器冷卻，使其溫度降到40以下，送至污水進(jìn)行處理。還有車間泵房用的消防水，中間罐區(qū)和成品罐區(qū)用的冷卻恒溫水，因其中沒(méi)有有毒物質(zhì)，可直接排入松花江。本車間生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有廢渣，這是較好的一面。但是該車間對(duì)三廢的利用不好，副產(chǎn)品未能充分利用，這是對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益不利的。1.3 設(shè)備一覽表表13 各工段設(shè)備一覽表序號(hào)位號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注1r0101反應(yīng)器2

26、550/220021500外殼碳鋼，襯兩層，橡膠，襯兩層陶磚127800氧氣入口管為鋼，乙烯入口管為肽2x0101除沫器2800/250015600外殼碳鋼，襯兩層，橡膠，襯兩層陶磚131600不帶磚重3e0102第一冷凝器立式單程列管式8002500n=374根2.51.5f58m2管，封頭，管板為肽材，外殼為不銹鋼115004e0103第二冷凝器立式單程列管式8003000n=298根2.51.5f78 m2管，封頭，管板為肽材，外殼為不銹鋼12420 表13 各工段設(shè)備一覽表 （續(xù)表13）序號(hào)位號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注5e0104第三冷凝器臥式列管式7005575n=2

27、92根，252，f114m2不銹鋼129006e0105粗醛冷卻器板式f85.5m2不銹鋼114007v0101壓縮機(jī)氣水分離器立式10002500v2m3 6mm不銹鋼18508v0102一冷凝液受槽立式10002500v2m3 5mm不銹鋼115009v0103二冷凝液受槽立式10002500v2m3 5mm不銹鋼1180010t0101吸收塔填料浮閥塔160021100，6塊浮閥塔板，板間距是350mm，填料高4m3填料為聚乙烯 鮑爾環(huán)50501.5不銹鋼11150011p0102一冷凝液輸送泵離心式 q306m3/n 56h57 n2960轉(zhuǎn)/分軸功率8.4kw w75kg肽，機(jī)械密封

28、23 表13 各工段設(shè)備一覽表 （續(xù)表13）序號(hào)位號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注12c0102a/b水環(huán)壓縮機(jī)q設(shè)計(jì)12000nm3/nq正常96nm3/np出口6barn405kw n=11400轉(zhuǎn)/分不銹鋼填料函27400帶馬達(dá)重13x0102粗醛過(guò)濾器408850濾樞300 濾網(wǎng)孔5不銹鋼125014x0103冷凝液過(guò)濾器323650濾樞200 濾網(wǎng)孔1肽材112515e0201粗醛預(yù)熱器螺旋板f183m2不銹鋼1850016t0201脫輕組分塔110021700，20塊篩板，2層填料40002不銹鋼111500 表13 各工段設(shè)備一覽表 （續(xù)表13）吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢

29、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）序號(hào)位號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注17e0203脫輕組分塔回流冷凝器508550立式列管f64.5m2不銹鋼1172018t0202純?nèi)┧?80030200，36塊篩板不銹鋼12190019x0201壓濾機(jī)400850q 80m3/時(shí)p=100mm肽材125020e0202廢水冷卻器列管臥式f95.55m28003000n298根251.5不銹鋼1110021e0206巴豆醛冷卻器套管48.34700f0.8m2不銹鋼19042 表13 各工段設(shè)備一覽表 （續(xù)表13）序號(hào)位號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注22e0204a/b純?nèi)├淠髋P列管式1000577

30、5f325m2碳鋼襯樹(shù)脂2680023v0201回流罐16003200v63m3碳鋼1605024p0201a/b回流泵cpk-em40-250h55米q=25m3/hn=11kw n=2940根碳鋼228025e0205純?nèi)├鋮s器列管臥式f7.1m2不銹鋼1200第2章 設(shè)計(jì)工藝計(jì)算化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：產(chǎn)品產(chǎn)量，原料消耗量，公用工程的水，電，汽的消耗量，產(chǎn)品和副產(chǎn)品的數(shù)量等都是十分重要的工藝指標(biāo)，為了衡量其先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)性，合理性，就要進(jìn)行化工生產(chǎn)過(guò)程中的局部或全過(guò)程的物料衡算和熱量衡算。物料衡算是三算中最基本的，因此進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，首先要進(jìn)行物料衡算。現(xiàn)在，化工生產(chǎn)基本采用連續(xù)

31、化生產(chǎn)，其特點(diǎn)是不斷的、穩(wěn)定的向反應(yīng)系統(tǒng)或設(shè)備投入物料，同時(shí)取出相同數(shù)量的物料，設(shè)備中某一區(qū)域的反應(yīng)參數(shù)（如溫度，壓力，濃度，流量）不隨時(shí)間而變，局部反應(yīng)條件可不一致，但總條件不隨時(shí)間變化。計(jì)算基準(zhǔn)：以單位時(shí)間（小時(shí)）為佳，物料衡算式：（質(zhì)量守恒定律）。進(jìn)入系統(tǒng)的物料量流出系統(tǒng)的物料量系統(tǒng)內(nèi)累計(jì)的物料量，對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程累計(jì)0，此時(shí)進(jìn)出。衡算一般以進(jìn)，出物料的總重量為準(zhǔn)進(jìn)行，分子數(shù)在反應(yīng)過(guò)程中有變化，不可以做基準(zhǔn)。2.1 物料衡算1.反應(yīng)器實(shí)際生產(chǎn)乙醛量的計(jì)算平均生產(chǎn)時(shí)間為7440h,實(shí)際生產(chǎn)的乙醛量理論生產(chǎn)的乙醛量損失的乙醛量x 203.030 x0.72所以 x203.0300.72x 解

32、方程得：x262.496（kmol/h）2.乙烯消耗量的計(jì)算（生成目標(biāo)產(chǎn)物的乙烯消耗量） 1 1 x 204.52 x204.52（kmol/h）3.加入反應(yīng)器的乙烯量的計(jì)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10037.24204.502/x x549.146（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10097.92204.502/x x=208.846（kmol/h）副產(chǎn)物消耗的乙烯量268.846 -204.5024.344（kmol/h）5.生成目的產(chǎn)物的耗氧量 1 1/2 204.502 x x=102.251（kmol/h）6.

33、副產(chǎn)物的量及組成利用碳原子守恒計(jì)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(jì)算結(jié)果見(jiàn)表21。表21 副產(chǎn)物含量序號(hào)名稱分子式組成（）含量（kmol/h）1一氧化碳co248.022.6242氯甲烷ch3cl3.530.1933氯乙烷c2h5cl1.540.0844巴豆醛c3h5cho3.740.2045高沸物含三個(gè)c3.080.1686醋酸ch3cooh40.092.4527總量1.006.1177.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2.9341000.2290.502.4495.504（kmol/h）總耗氧量114.33+5.504119.834（kmol/

34、h） 圖21 物料衡算圖設(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(duì)n2：a1d7.14對(duì)c2h6：b0.3d4.27對(duì)c2h4：b99.7c65.01622.914對(duì)o2：a99.0c8.01119.834c8.01d8.01對(duì)以上四式聯(lián)立解得：d17.384（kmol/h）； a124.125（kmol/h）；b247.432（kmol/h）； c578.718（kmol/h）4。2.2 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。1.反應(yīng)熱選基準(zhǔn)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

35、(g) o2(g) ch3cho(l) ch3cooh(l) co2(g) h2o(l)hf(kj/mol) 52.26 0 -192.3 -484.5 -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(cè)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：=

36、24.39kj/kmol=5836.768（kcal/kmol）平均溫度（）；乙醛比熱容=26.88 kcal/（kmolk）；平均溫度（）93.16下比熱容=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(cè)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,

37、3.96atm) 25 3.96atm ch3cooh(g)(168,3.96atm)(125,3.96atm) ch3cooh(g)(168,3.96atm)平均溫度t1（25168）/296.5()，96.5溫度下乙酸比熱容=33.73kcal/（kmolk）。則33.73（16825）4823.39(kcal/kmol)。168時(shí)醋酸相變熱為=5090.6()，平均溫度t2（125168）/2146.5()，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11.69

38、kcal/（kmolk）,6.805kcal/（kmolk）。則（11.69+6.805）（12525）1849.5(kcal/kmol)。由熱量衡算方程+得：-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

39、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/（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：+337

40、540.672(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(jìn)入反應(yīng)器帶走的熱量已知新鮮氧氣的進(jìn)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?dú)狻Ｔ跊](méi)有相變熱的情況下求新鮮氧氣的比熱容。表28 新鮮氧氣比熱容表格o2(g)n2(g)xi（）991cpi（kcal/（kmolk）6.8036.976.735+0.06976.8047（kc

41、al/（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(jìn)料溫度是50，反應(yīng)溫度是125，則其平均溫度是87.5，混合氣體中各組分的含量百分比及在此溫度下比熱容見(jiàn)表29。表29 混合氣體比熱容表格o2n2h2oc2h4c2h6co2ch3clc2h5clxi0.5610.005740.050.75410.02990.095930.006580.00077cpikcal/（kmolk）0.828.6418.0312.0014.579.50210.8717.21xicpi0.3830.4230.103

42、59.4920.43560.91150.071520.01325則混合氣體平均比熱容為：11.39kcal/（kmolk），則新鮮循環(huán)氣帶走的熱量為：(247.432578.718)11.39(12550)705738.6375（kcal/h）6.塔底催化劑帶入的熱量催化劑的進(jìn)了溫度是154，同理可得催化劑平均比熱容為：1.05kcal/（kmolk），則新鮮循環(huán)氣帶走的熱量為：8.931.05(154125)1095.3297832.33（kcal/h）7.鹽酸帶走的熱量鹽酸的進(jìn)料溫度是20，平均比熱容是=0.95kcal/（kmolk），則鹽酸帶走的熱量為：62.80.95(20125)6

43、264.3（kcal/h）。8.水的汽化熱量水在125時(shí)的汽化熱分別是524.14，則鹽酸和催化劑帶入的一部分水的汽化熱量分別為：62.8（130）524.1423041.1944（kcal/h）；q6（8.938.67）1095.3524.14147263.5409（kcal/h）。9.反應(yīng)器損失的熱量在生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)器會(huì)因?yàn)椴捎貌馁|(zhì)環(huán)境溫度等原因損失一部分熱量，用以下公式進(jìn)行計(jì)算：，取反應(yīng)器的直徑為2.55m,高21.51m,反應(yīng)時(shí)平均溫差=4.5。散熱系數(shù)k=15kcal/（m2），則15（3.142.55021.5123.14（2.545/2）2）45123146.7（kcal/h）

44、10.反應(yīng)器加水量根據(jù)反應(yīng)器的熱平衡得：，將這個(gè)方程展開(kāi)可得：，則反應(yīng)器加入的水的汽化熱量為：12961059.3+297832.36264.3705738.6375123146.7287571.8961207867.73（kcal/h），鹽酸和催化劑中的水的汽化熱量：1207867.73147263.540923041.194411888002.75（kcal/h）。反應(yīng)器中加入的水首先在除沫器中達(dá)到飽和即在143時(shí)汽化，之后冷卻到125，是整個(gè)過(guò)程中水的汽化熱，水在143時(shí)的汽化熱為511.17，設(shè)加水量為m，則汽化熱量為，水的初始溫度為80，平均溫度為120.5，該溫度下的平均比熱容為1

45、.2365kcal/（kmolk），則有：（kmol/h）即反應(yīng)器的加水量為1163.9kmol/h，反應(yīng)器加水量的初值是1165.7kmol/h二者差值是1.80kmol/h，基本上是符合的。表210 反應(yīng)器熱量衡算結(jié)果表格帶入反應(yīng)器的熱量（kcal/h）帶出反應(yīng)器的熱量（kcal/h）新鮮氧氣帶入熱量12961059.30循環(huán)氣的熱量705738.63750塔底催化劑的熱量297832.330鹽酸的熱量6264.30143水的汽化熱9211.2834催化劑帶入水的汽化熱147263.5409反應(yīng)器損失的熱量123146.7反應(yīng)放出熱量12961059.3總衡算方程q02.3 設(shè)備計(jì)算2.3

46、.1反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算1.已知空塔速度為0.55m/s（1）反應(yīng)器氣體入口總流量mtkmol/h，mt124.125+578.718+247.432950.275（kmol/h）；（2）反應(yīng)器氣體出口總量mrkmol/h，mr1997.6kmol/h；（3）平均分子流量（mtmr）/2（937.7661997.6）/21473.938（kmol/h）；（4）設(shè)平均總壓為4.76atm；（5）運(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程求塔內(nèi)氣體平均總量：vnrt/p1467.6830.082（125273.15）/4.76/36002807.156（cm3/s）；（6）塔的截面積atv/u2796.298/555.104（m2）；（7）塔徑2.550m；（8）塔內(nèi)乙醛氣體體積計(jì)算：vct要求反應(yīng)器每小時(shí)生成乙醛量（kg）/（乙醛的生產(chǎn)能力）231.97344.05/134.975.66（m3/h）；（9）h。（清液層）高度計(jì)算：h。vct/at75.66/5.08414.82（m），設(shè)塔頂壓力為4atm；（10）校核平均總壓：p底p頂h。pct/1.03364+14.701095.3/1.0336/5.571(atm)，p均（p底p頂）/2（5.571+