【正文】 子濃度的情況下，反應(yīng)速度增大數(shù)倍，產(chǎn)品選擇性好，改進(jìn)了催化劑的流失問(wèn)題，催化劑較穩(wěn)定、可循環(huán)使用、壽命長(zhǎng)、無(wú)公害。缺點(diǎn)：該法水烯比大，導(dǎo)致粗產(chǎn)品中含大量水，蒸餾熱量消耗量大，反應(yīng)壓力過(guò)高，設(shè)備投資高。該法采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑，要求丙烯純度在92%以上、反應(yīng)溫度135～160℃、～、n（丙烯）:n（水）=1:15。由于反應(yīng)采用了中壓、低溫的有利于化學(xué)平衡的工藝條件，故能得到較高的丙烯轉(zhuǎn)化率，丙烯的單程轉(zhuǎn)化率70%左右，異丙醇選擇性大于96%。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需高純度丙烯及大量未反應(yīng)的丙烯循環(huán)。反應(yīng)條件相對(duì)緩和，溫度、壓力以及水烯比適中，丙烯轉(zhuǎn)化率高，能耗低。缺點(diǎn)：樹(shù)脂催化劑不耐高溫，溫度不能超過(guò)175℃，且樹(shù)脂催化劑存在流失問(wèn)題，壽命較短。對(duì)于丙烯直接水合反應(yīng)過(guò)程，在低溫、高壓的條件下，丙烯的平衡轉(zhuǎn)化率高。然而，溫度較低時(shí)反應(yīng)速率太慢；提高反應(yīng)溫度，雖可以加快反應(yīng)速度，但會(huì)對(duì)反應(yīng)帶來(lái)不利影響：① 丙烯轉(zhuǎn)化率低；② 異丙醇選擇性降低。提高壓力，可以提高丙烯轉(zhuǎn)化率，原因是只有溶解于水中的丙烯才能在催化劑表面起反應(yīng)，壓力增高會(huì)增加丙烯在水中的溶解度，但壓力過(guò)高會(huì)增加設(shè)備投資和操作費(fèi)用。因此，在上述已經(jīng)工業(yè)化的丙烯直接水合生產(chǎn)技術(shù)中，以氣液混相法生產(chǎn)技術(shù)反應(yīng)條件緩和、丙烯轉(zhuǎn)化率高，異丙醇時(shí)空產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛注意和使用。 工藝介紹通過(guò)對(duì)三種丙烯直接水合生產(chǎn)工藝的各自特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出無(wú)論是從收率、生產(chǎn)成本、裝置投資，還是從安全操作、環(huán)保的角度看，氣液混相法更為理想。所以本次我們所采用的工藝就是氣液相直接水合法。該工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）采用新型催化劑，提高了低碳烯烴的選擇性。（2）生產(chǎn)過(guò)程能耗低，充分利用能量，進(jìn)行循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。（3）對(duì)三廢進(jìn)行綜合處理，采用新型處理方式，污染大大降低，對(duì)環(huán)境友好。催化研究表明，不同類(lèi)型的沸石上丙烯水合反應(yīng)的性能有很大的差別，目前研究所用的沸石包括：β、L、超穩(wěn)Y、絲光、ZSMZSM一ZSM3ZSM50等，其中對(duì)β沸石的研究比較集中。對(duì)丙烯水合動(dòng)力學(xué)研究表明，β沸石催化劑的反應(yīng)活性在0．1MPa、140℃與0．3MPa、160℃時(shí)達(dá)到最大，但在更高反應(yīng)溫度以上，由于平衡轉(zhuǎn)化率下降而活性降低，反應(yīng)溫度在140℃以下時(shí)，異丙醇有高選擇性，但隨溫度上升而單調(diào)下降。在丙烯水合反應(yīng)中，沸石分子篩的水吸附量越小，活性越高，即越是采用疏水性催化劑，對(duì)烯烴水合反應(yīng)越有利。其原因是由于在疏水性沸石催化劑中抑制了水的凝結(jié)，而對(duì)酸中心吸附烯烴分子的影響變小，或者說(shuō)疏水性沸石避免了吸附水所造成的酸強(qiáng)度下降。 以改性β沸石為基礎(chǔ)，選用適當(dāng)?shù)恼{(diào)變方法，合理調(diào)整其酸量和酸強(qiáng)度，通過(guò)離子交換制成含金屬離子的改性β沸石丙烯水合催化劑。在反應(yīng)溫度140～160℃、壓力8．0MPa、n(水)：n(丙烯)=20：丙烯液態(tài)空速大的條件下，丙烯單程轉(zhuǎn)化率≥50％、異丙醇選擇性≥98％，產(chǎn)品時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到600kg異丙醇／t催化劑h，高于目前國(guó)內(nèi)外各種工藝的技術(shù)水平。該催化劑還通過(guò)了2000h水熱穩(wěn)定性試驗(yàn)、再生性能優(yōu)良，并配套開(kāi)發(fā)出中壓丙烯水合全流程工藝。水合反應(yīng)在滴流床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，整個(gè)工藝過(guò)程采用了分段進(jìn)料、無(wú)氧水技術(shù)、催化劑活化和新開(kāi)工工藝等多項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)。DICP中壓丙烯水合工藝技術(shù)環(huán)境友好、無(wú)三廢排放、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。有學(xué)者指出對(duì)催化劑進(jìn)行預(yù)處理可以提高活性，利用極性含氧脂肪族碳水化合物，最好是水合反應(yīng)的產(chǎn)物醇或者醚，浸漬β沸石催化劑，可以提高催化劑的催化活性。 工藝流程設(shè)計(jì)本工藝生產(chǎn)烯烴可分為如下單元：反應(yīng)段、產(chǎn)品分離段。 工藝流程圖圖31 氣液混相直接水合法制異丙醇工藝流程圖 原料丙烯通過(guò)壓縮機(jī)壓縮并換熱達(dá)到120℃，8MP，將工業(yè)用水通過(guò)壓縮機(jī)并換熱達(dá)到94℃，8MP，然后將丙烯蒸汽與工業(yè)用水進(jìn)入反應(yīng)器與催化劑充分接觸，在反應(yīng)器內(nèi)充分反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物混合后反應(yīng)后經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)入脫丙烯塔，將反應(yīng)后混合物中的丙烯全部脫去，丙烯重新加熱壓縮進(jìn)入反應(yīng)器?；旌衔镞M(jìn)入干燥塔脫去混合物中的大部分水，水也可以進(jìn)行回收利用。剩下的混合物進(jìn)行間歇精餾脫去混合物中的正丙醇，正丙醇可以回收用作燃料。最后兩個(gè)精餾塔是共沸精餾，第三種組分是乙二醇，使它們共沸從第一個(gè)塔的塔頂脫去異丙醚和少部分的水。最后的一個(gè)塔是乙二醇回收塔，回收混合液中的乙二醇重新進(jìn)行共沸精餾。最終得到98%的異丙醇。第四章 物料衡算 概論物料衡算是推導(dǎo)描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型的直接而簡(jiǎn)便的方法。所謂物料衡算是指在質(zhì)量守恒基礎(chǔ)上，對(duì)任一過(guò)程單元按單位時(shí)間內(nèi)，體系所含物料總質(zhì)量必等于進(jìn)入體系的總質(zhì)量減去從體系流出的總質(zhì)量所進(jìn)行的運(yùn)算。簡(jiǎn)言之，即質(zhì)量守恒原理在一個(gè)過(guò)程單元中的應(yīng)用。物料衡算可得到一組代數(shù)方程或微分方程。對(duì)于體系內(nèi)任一點(diǎn)的參數(shù)完全不隨時(shí)間而變化，且只含一個(gè)因變量的連續(xù)穩(wěn)定過(guò)程，所得代數(shù)方程就是該過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。物料衡算可對(duì)一個(gè)工廠(chǎng)生產(chǎn)的全過(guò)程，一個(gè)工序或一臺(tái)裝置做出。對(duì)于現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程。物料衡算提供表示生產(chǎn)運(yùn)作正常與否、問(wèn)題所在和改進(jìn)途徑的參考數(shù)據(jù)；對(duì)于新建裝置和生產(chǎn)過(guò)程，則可為設(shè)備設(shè)計(jì)、過(guò)程優(yōu)化、過(guò)程控制和經(jīng)濟(jì)評(píng)估等提供必要數(shù)據(jù)。 衡算方法物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用某進(jìn)出化工過(guò)程中某些已知物流的流量和組成，通過(guò)建立有關(guān)物料的平衡式和約束式，求出其他未知物流的流量和組成的過(guò)程。系統(tǒng)中物料衡算一般表達(dá)式為：系統(tǒng)中的積累＝輸入－輸出＋生成－消耗式中，生成或消耗項(xiàng)是由于化學(xué)反應(yīng)而生成或消耗的量；積累量可以是正值，也可以是負(fù)值，當(dāng)系統(tǒng)中積累量不為零時(shí)稱(chēng)為非穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程；積累量為零時(shí)，稱(chēng)為穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程。穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程時(shí)，可以簡(jiǎn)化為：輸入＝輸出－生成＋消耗對(duì)無(wú)化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定過(guò)程，又可表示為：輸入＝輸出 全廠(chǎng)物料衡算我公司異丙醇工藝，其工藝流程分為反應(yīng)段、產(chǎn)品分離段。以下計(jì)算使用ASPEN PLUS處理原始數(shù)據(jù)。 反應(yīng)段物料衡算表41 反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)項(xiàng)物料H2O1H2O2C3H61C3H62C3H63MIX1MIX2Mass Flow kg/hr PROPY01002300023000110401104011040 WATER82000820000007692976929 ISOPR0100000 1PRO0100000 DIISO0100000 ETHYL010000000Mass Frac PROPY0100 WATER000 ISOPR0100000 1PRO0100000 DIISO0100000 ETHYL010000000Total Flow kmol/hrTotal Flow kg/hr8200082000230002300011040+5+5Total Flow l/minTemperature C259425120100150100Pressure MPa8888888 產(chǎn)品分離段物料衡算表42 分離精餾塔物料衡算數(shù)據(jù)項(xiàng)物料H2O3C3H7O1C3H7O2C6H14OMIX3MIX4MIX5MIX6Mass Flow kg/hrPROPY0100000000WATER76929ISOPR010001PRO01000000DIISO010000ETHYL010000000500Mass FracPROPY0100000000WATER0ISOPR01001PRO01000000DIISO010000ETHYL010000000Total Flow kmol/hrTotal Flow kg/hrTotal Flow l/minTemperature C100100100Pressure MPa88888888第五章 設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計(jì) 反應(yīng)器設(shè)計(jì) 概述流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過(guò)顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過(guò)程或液固相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱(chēng)沸騰床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器在現(xiàn)代工業(yè)中的早期應(yīng)用為20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的粉煤氣化的溫克勒爐；但現(xiàn)代流化反應(yīng)技術(shù)的開(kāi)拓，是以40年代石油催化裂化為代表的。目前，流化床反應(yīng)器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。 結(jié)構(gòu)形式流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)有兩種形式：①有固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料裝置，用于固相加工過(guò)程或催化劑迅速失活的流體相加工過(guò)程。例如催化裂化過(guò)程，催化劑在幾分鐘內(nèi)即顯著失活，須用上述裝置不斷予以分離后進(jìn)行再生。②無(wú)固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料裝置，用于固體顆粒性狀在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間（如半年或一年）內(nèi)，不發(fā)生明顯變化的反應(yīng)過(guò)程。 流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì) 操作工藝參數(shù)反應(yīng)溫度為：150℃反應(yīng)壓力為：8MPa丙烯操作空速為：1～5h1改性β沸石催化劑粒徑范圍為：30～140μm丙烯原料中水含量為8%，丙烯處理量23000kg/h，其空速WHSV=。（1）根據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)量為10萬(wàn)噸每年，甲醇的進(jìn)料流量：V=；反應(yīng)器的有效體積VR=m3=，假設(shè)反應(yīng)器的有效體積為實(shí)際體積的75%，則反應(yīng)器的實(shí)際體積V0=m3=。(2) 反應(yīng)器直徑、高度和封頭的確定設(shè)反應(yīng)器的直徑為D，反應(yīng)器高度H，則長(zhǎng)徑比r=H/D，其值一般為13，綜合考慮單位體積內(nèi)的傳質(zhì)面積、反應(yīng)停留時(shí)間、加工難度以及設(shè)備費(fèi)用等因素，選定r=3。對(duì)于氣體參加的反應(yīng)可獲得較大的傳熱面積，停