1、吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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，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。由于其原料乙烯來源豐富

2、而價廉，加之反應(yīng)條件溫和，選擇性好，收率高，工藝流程簡單及“三廢”處理容易等突出優(yōu)點(diǎn)，深受世界各國重視，發(fā)展非常迅速，現(xiàn)以成為許多國家生產(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，難免有不足和錯誤之處，懇請批評指正。2007年6月目 錄前 言I第1章 設(shè)計(jì)說明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41.2流程敘述51.2.1總反應(yīng)流程圖5總反應(yīng)流程簡圖1-161.2.

3、2反應(yīng)工段簡述61.2.3精餾工段簡述71.2.4再生工段簡述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符號說明30附 圖3114第1章 設(shè)計(jì)說明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。乙醛是無色，有刺激性氣味的液體,密度比水小,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。

4、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，隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和乙烯均相氧化法的開發(fā)成功，乙醛的產(chǎn)量迅速的增長，然而我國目前乙醛的年產(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)要求很高。 1.1.1生產(chǎn)方法國內(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)污染問題，乙醇氧化法雖然不存在汞的污染，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

5、工藝路線段，是六十年代發(fā)展起來的新方法，頗受世界各國重視，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，它是世界上第一個采用均相配位催化劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的過程，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。總反應(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，就得對現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(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：

6、乙烯在氯化鈀水溶液中氧化生成乙醛的反應(yīng)很復(fù)雜，其歷程和動力學(xué)對氧化過程反應(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(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)速度方程為：-dC2H4/dt=k1(PdCl4)C2H4ClH (5)

7、實(shí)踐證明，氯化銅氧化零價鈀反應(yīng)達(dá)到平衡的速度很快，不是整個過程的控制步驟反應(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，也就是說兩個反應(yīng)速率相等時達(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，還同時生成一系列副產(chǎn)物，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

8、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)過再生處理。催化劑在再生單元經(jīng)過兩個過程：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，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，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

9、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，會引起金屬鈀析出，從而增加氯化鈀消耗，同時使催化劑活性不穩(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)測定，正常生產(chǎn)時，廢水中鈀含量為20×10-6g/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；三是隨催化劑沉淀、吸附在催化劑殘?jiān)透呔畚镏小Υ宋覀兲岢隽朔乐?/p>

10、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)脫鹽水沖洗管，對液位計(jì)進(jìn)行定期沖洗，提高液位計(jì)的準(zhǔn)確性。三.

11、補(bǔ)加氯化鈀時，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，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，防止氯化鈀在過濾器中被黑色殘?jiān)雀呔畚锇绊懷a(bǔ)加氯化鈀的效果10。總的來說，通過對乙醛裝置反應(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，同時也降低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

12、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相對分子量28.053爆炸極限（%）上限：2.7 下限：36乙烯（結(jié)構(gòu)簡式/分子式CH2=CH2）常溫常壓下為無色、無臭、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%,引起人意識喪失。若吸入75%90%乙烯與氧的混合氣體，可引起麻醉，但無明顯的興奮期，并迅速蘇醒。吸

13、入上述混合氣體25%45%可引起痛覺消失，意識不受影響。長期接觸乙烯的工人，常有頭暈、全身不適、乏力、注意力不能集中，個別與胃腸功能紊亂，體征無特殊發(fā)現(xiàn)。氧氣是空氣的組分之一，無色、無臭、無味。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，氧氣在約-180攝氏度時變?yōu)榈{(lán)色液體，在約-218攝氏度時變成雪花狀的淡藍(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)名稱乙醛水丁醛醋酸摩爾分?jǐn)?shù)（）99.00.060.020.023.

14、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?dú)?氧氣 乙烯 乙烷 二氧化碳 氯甲烷 氯乙烷摩爾分?jǐn)?shù)（）

15、 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 萬噸。6.原料來源乙烯來自乙烯廠，氧氣和氮?dú)鈦碜?02廠空分車間，低壓蒸汽來自動力廠或熱電廠。1.2 流程敘述1.2.1總反應(yīng)流程圖 總反應(yīng)流程簡圖1-11.2.2反應(yīng)工段簡述反應(yīng)工段流程簡圖1-2由吸收塔T0101來的循環(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與104廠來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（來自102廠空分車間）單獨(dú)送入反應(yīng)器R0101下部。乙烯和氧氣在反應(yīng)器R0101內(nèi)，在溫度125至130，壓力

16、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，經(jīng)一冷受液槽V0102催化劑再生工序尾氣洗滌塔T0301送來的吸收液混合，

17、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)過粗醛過濾器X0103，冷卻器E0104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。1.2

18、.3精餾工段簡述精餾工段流程簡圖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?/p>

19、器E0204A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)過程中由于生成副產(chǎn)物消耗掉的鹽酸，由鹽酸計(jì)量泵P0301A或B 每小時加入鹽酸50立升左右，經(jīng)催化劑循環(huán)

20、管補(bǔ)加鹽酸，當(dāng)反應(yīng)器R0101，除沫器X0101出現(xiàn)故障時，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)入車間的過熱蒸汽經(jīng)減壓飽和處理，將31bar的過熱蒸汽經(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，塔頂廢氣送火炬。為保持T0201塔和T0202的塔壓力穩(wěn)定

21、，可適當(dāng)調(diào)節(jié)塔內(nèi)的保壓氮?dú)獾牧髁俊Ｉa(chǎn)過程中產(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和巴豆醛貯槽用氮?dú)獗涸?.3bar，純?nèi)┵A槽V0404用氮?dú)獗?/p>

22、壓在0.81.6bar，各貯槽的放空氣體進(jìn)吸收塔T0401回收乙醛。1.2.4再生工段簡述再生工段流程簡圖1-4來自除沫器循環(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)鈹嚢瑁瑢⑷芙庠谟|媒中的乙醛，醋酸等吹出脫氣后的觸媒經(jīng)壓濾機(jī)X0301過濾后，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)褂|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5bar左右，保持一定的液面，把溶解在觸媒中的氣體分離

23、出來，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)鹽酸計(jì)量泵P0301送到觸媒氧化道或除沫器X010

24、1觸媒循環(huán)管。1.2.5三廢處理本車間在生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣主要是循環(huán)氣。因循環(huán)過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。化學(xué)性活潑。純巴豆醛容易樹脂化。在空氣中逐漸氧化生成巴豆酸。用異丙醇鋁還原時生成巴豆醇。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。由二分子乙醛縮合而成。它是一種有刺激性氣味的的黃色的粘稠

25、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，從塔底出來的廢水溫度大約是125，與從V0402來的粗醛換熱后，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，因其中沒有有毒物質(zhì)，可直接排入松花江。本車間生產(chǎn)過程沒有廢渣，這是較好的一面。但是該車間對三廢的利用不好，副產(chǎn)品未能充分利用，這是對提高經(jīng)濟(jì)效益不利的。1.3 設(shè)備一覽表表13 各工段設(shè)備一覽表序號位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注1R0101反應(yīng)器2550/2200×21500外殼碳鋼，襯

26、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2800/2500×15600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800×2500n=374根2.5×1.5F58m2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800×3000n=298根2.5×1.5F78 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）序號位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注5E0104第三冷凝器臥式列管

27、式700×5575n=292根，25×2，F(xiàn)114m2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1000×2500V2m3 6mm不銹鋼18508V0102一冷凝液受槽立式1000×2500V2m3 5mm不銹鋼115009V0103二冷凝液受槽立式1000×2500V2m3 5mm不銹鋼1180010T0101吸收塔填料浮閥塔1600×21100，6塊浮閥塔板，板間距是350mm，填料高4m×3填料為聚乙烯 鮑爾環(huán)50×50×1.5不銹鋼11

28、150011P0102一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23 表13 各工段設(shè)備一覽表 （續(xù)表13）序號位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(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粗醛過濾器408×850濾樞300 濾網(wǎng)孔5不銹鋼125014X0103冷凝液過濾器323×650濾樞200 濾網(wǎng)孔1肽材112515E0201粗醛預(yù)熱器螺旋板F183m2不銹鋼185001

29、6T0201脫輕組分塔1100×21700，20塊篩板，2層填料4000×2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 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）序號位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注17E0203脫輕組分塔回流冷凝器508×550立式列管F64.5m2不銹鋼1172018T0202純?nèi)┧?800×30200，36塊篩板不銹鋼12190019X0201壓濾機(jī)400×850Q 80m3/時P=100mm肽材125020E0202廢水冷卻器列管臥式F95.55m2800×3000N298根25×

30、;1.5不銹鋼1110021E0206巴豆醛冷卻器套管48.3×4700F0.8m2不銹鋼19031 表13 各工段設(shè)備一覽表 （續(xù)表13）序號位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注22E0204A/B純?nèi)├淠髋P列管式1000×5775F325m2碳鋼襯樹脂2680023V0201回流罐1600×3200V63m3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)過程的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：產(chǎn)品產(chǎn)

31、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)過程中的局部或全過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，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)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）不隨時間而變，局部反應(yīng)條件可不一致，但總條件不隨時間變化。計(jì)算基準(zhǔn)：以單位時間（小時）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，對于連續(xù)生產(chǎn)過程累計(jì)

32、0，此時進(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 X×0.72所以 X203.0300.72×X 解方程得：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

33、.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.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)果見表21。表21 副產(chǎn)物含量序號名稱分子式組成（）含量（kmol/h）1一氧化碳CO248.022.6242氯甲烷CH3Cl3.530.1933氯乙烷C2H5Cl1.540.0844巴豆

34、醛C3H5CHO3.740.2045高沸物含三個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2.934×1000.229×0.502.4495.504（kmol/h）總耗氧量114.33+5.504119.834（kmol/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N2：A×1D×7.14對C2H6：B×0.3D×4.27對C2H4：B×99.7C

35、×65.01622.914對O2：A×99.0C×8.01119.834C×8.01D×8.01對以上四式聯(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(g) O2(g) CH3CHO(l) CH3COOH(l) CO2(g) H2O(l)Hf(kJ/mol) 52.26 0 -192

36、.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/（kmol·

37、K）；平均溫度（）93.16下比熱容=14.83kcal/（kmol·K），則；平均溫度下比熱容：=11.69kcal/（kmol·K）,=6.805kcal/（kmol·K）；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)

38、(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/（kmol·K）。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()，該溫度下乙酸比熱容20.185kcal/（kmol·K），則20.185×（125168）867.955(kcal/kmol)；平均溫度T3（12525）/275()，該溫度下11.69kcal/（kmol·K）,

39、6.805kcal/（kmol·K）。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/（kmol·K），則，C2H4和O2反應(yīng)生

40、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/（kmol·K），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/（kmol·K），8.1×（125143.67）151.227（kcal/kmol），平均溫度，該溫度下11.69kcal/（kmol·K）,6.805kcal/kmol。則（11.696.805）&#

41、215;（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(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]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

42、表格O2(g)N2(g)Xi（）991Cpi（kcal/（kmol·K）6.8036.976.735+0.06976.8047（kcal/（kmol·K）,則新鮮氧氣帶入的熱量為：124.125×6.8047×(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表29。表29 混合氣體比熱容表格O2N2H2OC2H4C2H6CO2CH3ClC2H5ClXi0.5610.005740.050.75410.02990.095

43、930.006580.00077Cpikcal/（kmol·K）0.828.6418.0312.0014.579.50210.8717.21XiCpi0.3830.4230.10359.4920.43560.91150.071520.01325則混合氣體平均比熱容為：11.39kcal/（kmol·K），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/（kmol·K），則新鮮

44、循環(huán)氣帶走的熱量為：8.93×1.05×(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/（kmol·K），則鹽酸帶走的熱量為：62.8×0.95×(20125)6264.3（kcal/h）。8.水的汽化熱量水在125時的汽化熱分別是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）×1095.3×524.

45、14147263.5409（kcal/h）。9.反應(yīng)器損失的熱量在生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器會因?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)時平均溫差=4.5。散熱系數(shù)K=15kcal/（m2·），則15×（3.14×2.550×21.512×3.14×（2.545/2）2）×45123146.7（kcal/h）10.反應(yīng)器加水量根據(jù)反應(yīng)器的熱平衡得：，將這個方程展開可得：，則反應(yīng)器加入的水的汽化熱量為：12961059.3+297832.36264.3705738.

46、6375123146.7×287571.8961207867.73（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時汽化，之后冷卻到125，是整個過程中水的汽化熱，水在143時的汽化熱為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1.2365kcal/（kmol·K），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1165.7

47、kmol/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2.3.1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+24

48、7.432950.275（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/P1467.683×0.082××（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

49、應(yīng)器每小時生成乙醛量（kg）/（乙醛的生產(chǎn)能力）231.973×44.05/134.975.66（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+14.70×1095.3/1.0336/5.571(atm)，P均（P底P頂）/2（5.571+4）/24.785(atm)。2.鼓泡塔床層高度HGL的計(jì)算已知OG0.4801，求G。因?yàn)镚 OG×1uOL×G/uOG/(1G)0.4801×（10.43×G/0.55/（1G），解方程G=0.311；又因?yàn)镚 （HGLH。）/HGL0.311（HGL14.82）/HGLHGL21.51m,由此可知，我們用于生產(chǎn)的R2101是塔徑為2.550m,高度為21.51m的鼓泡