【正文】 可除去乙醛(堿能催化乙醛發(fā)生縮合反應(yīng),生成高沸點(diǎn)縮醛)。 w(乙醇)=95%乙醇已可作商品出售,供應(yīng)量約占乙醇總量的60%以上。此外,為了減少帶出酸量,反應(yīng)器下部裝填高1 m的純載體層(沒(méi)有浸漬H３PO４)。直接噴酒法是在反應(yīng)器中設(shè)置一噴頭,磷酸以細(xì)霧狀噴灑出來(lái)均勻分布于水合器的橫截面上。在工業(yè)生產(chǎn)中數(shù)量雖少，但影響乙醇的產(chǎn)品質(zhì)量。放空氣體量本設(shè)計(jì)采用釋放氣回收，故用公式 ()其中，x——排出系統(tǒng)的乙烯 kmol/h， A——化學(xué)反應(yīng)消耗的乙烯kmol/h, B——原料氣中乙烯濃度%（體積）， C——轉(zhuǎn)化成乙烷的乙烯占化學(xué)反應(yīng)消耗乙烯量的百分?jǐn)?shù)， D——循環(huán)氣中的乙烯濃度%（體積）。則活性炭吸附器物料衡算表為： 活性炭吸附器物料衡算表物料名稱吸附器入口吸附器出口t/hkmol/hWt%mol%t/hkmol/hWt%mol%乙醇乙醚乙醛聚合物————水合計(jì)100100100100（1） 用精餾塔塔釜來(lái)的工藝水作為萃取劑，萃取乙醚和乙醛，因?yàn)檩腿÷蔬_(dá)90%，故為了計(jì)算方便，將視其為完全萃取。[6]分子篩再生：分子篩脫水，系指分子篩顆粒在高壓下（），從含水乙醇中吸附水分的過(guò)程。 主副反應(yīng)cp對(duì)于溫度的函數(shù)式：【9】 主反應(yīng)： C2H4 cp=+106T2 H2O cp=+106T2 反應(yīng)物： cp=+106T2 生成物： C2H5OH cp=+106T2 而 cp=cp（生成物）cp（反應(yīng)物） =+106T2 又 H298=10940kcal/kmol 故 285℃時(shí)的反應(yīng)熱為： H（273+285）=H298+（+106T2）dT == 對(duì)于副反應(yīng)，只考慮生成乙醛和乙醚的兩個(gè)反應(yīng)： 對(duì)于生成乙醚的副反應(yīng)： 2C2H4+H2O=(C2H5)2O+32200kcal/kmol 反應(yīng)物的cp為： C2H4： cp=2（+106T2） H2O（汽）：cp=+106T2 反應(yīng)物 cp=+106T2 生成物 (C2H5)2O（汽）cp=+106T2 故 cp=+106T2 故285℃時(shí)的反應(yīng)熱為 H558=H298+（+106T2）dT ==對(duì)于生成乙醛和乙烷的副反應(yīng)：反應(yīng)物的cp為：cp=+106T2生成物的cp為：CH3CHO(氣)cp=+106T2 C2H6(氣)cp=+106T2 cp=+106T2故285℃時(shí)的反應(yīng)熱為： H558=H298+(+106T2)dT ==(3)水合器中的化學(xué)反應(yīng)放出的熱量： 主反應(yīng)放出的熱量： =106kcal/h=107 kJ/h 副反應(yīng)放出的熱量：生成乙醚：103/74=104kcal/h=105kJ/h故285℃時(shí)化學(xué)反應(yīng)放出的總熱量為：Q熱=107+105+105=107kJ/h由計(jì)算可知，溫度對(duì)于生成乙醚的副反應(yīng)的反應(yīng)器影響較大，但對(duì)于生成乙醛和乙烷的副反應(yīng)影響卻較小，壓力對(duì)主副反應(yīng)的熱效應(yīng)影響較小，故上面計(jì)算中不考慮壓力對(duì)熱效應(yīng)的影響。各物質(zhì)的理想氣體熱容由下列各式計(jì)算：【9】乙烯：cp=+106T2H2O: cp=+106T2乙醚：cp=+106T2乙醇：cp=+106T2乙烷：cp=+106T2乙醛：cp=+106T2各物質(zhì)的臨界壓力和臨界文帝為：【9】 各物質(zhì)的臨界壓力和臨界溫度臨界值物料乙醇乙醚乙醛乙烯水乙烷Tc（℃）188Pc（atm）以乙烯為例：Cp=+103T1065432=()對(duì)比溫度 Tr=T/Tc==對(duì)比壓力 Pr=P/Pc==由【10】中可查的在Tr===()則乙烯熱容為【11】cp=cp+cp=+=（）同理，在543K下，各物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)為： 各物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)物性數(shù)據(jù)物料乙烯水乙醚乙烷Cp（cal/（））TrPrcp（J/（））3385Cp（J/（））入水合器的物料的平均熱容為：PM=%+%+%+% =（）=（）則入水合器帶入熱為：Q1=G1PMt=（2700）=108kj/h（4） 出水合器物料的熱量 方法同上，即入水合器物料熱量的計(jì)算： 在300℃（573K）下，計(jì)算結(jié)果如下表： 各物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)物性數(shù)據(jù)據(jù)乙烯水乙醚乙烷乙醇乙醛Cp（cal/（））TrPrcp（J/（））3265144220Cp（J/（））出水合器的物料的平均熱容為：m=%+%+%+%+ %+%=（）混合物帶出熱為：Q2=G2mt=（3000）=108KJ/h（5） 系統(tǒng)熱量損失為： 系統(tǒng)熱量損失率為：==% 如圖所示，以虛線部分工作熱量衡算，有QB+QF+QR=QV+QW+QC ()其中， QB——加熱蒸汽帶入熱，KJ/h QF ——進(jìn)塔物料帶入熱，KJ/h QR ——回流液帶入熱，KJ/h QV——塔釜液帶出熱，KJ/h QW——塔頂上升蒸汽帶出熱，KJ/h QC——熱損失，KJ/h QV QR 1 2 QC QLQF QB QW 精餾塔熱量衡算圖 (1)計(jì)算依據(jù) 乙醇在進(jìn)塔物料中，塔頂，, 計(jì)算基準(zhǔn)：0℃液體 ①進(jìn)塔物料帶入熱QF 進(jìn)塔物料為105℃飽和液體，0~105℃的C2H5OH和H2O的平均比熱容分別[10](kg/K), KJ/(kg/K),故進(jìn)料混合液在0~105℃的平均比熱容為： m=+（）= KJ/(kg/K) 故QF=GFmt=103（1050）=107KJ/h ②塔底物料帶出熱QW 塔底產(chǎn)品的溫度為103℃，C2H3OH與H2O在0~103℃的平均比熱容近似使用0~105℃的數(shù)據(jù)，混合液的平均比熱容為： =+（）= KJ/(kg/K) 故QW=GWmt=103（1030）=107KJ/h ③回流液帶入熱，回流液為78℃液體，C2H5OH與H2O在0~78℃的平均比熱容近似用0~105℃的數(shù)據(jù)，回流液的平均比熱容為： m=+（）=(kg/K) 回流液量=RD=103=104kg/h 故QR=104（780）=107 ④塔頂上升蒸汽帶出熱QV 按照本題所取的基準(zhǔn)，QV等于80℃的塔頂上升蒸汽與0℃的同組成液體的焓差H，為了方便，假設(shè)如下的熱力學(xué)途徑計(jì)算H。 KB=105ep（8280/RT）=105ep（8280/285）=； KR=102ep（6250/285）=； =108ep(11300/285)106 ； KP=107ep(104800/285)107； PA=7106=106Pa； PB=7106=106Pa； PR=7106=106Pa； A=1012； D=106106=1013； 代入數(shù)據(jù)得= 在水合器入口溫度270℃，轉(zhuǎn)化率為零時(shí)的體積流率為： F= V0=F0RT/P=（273+270）/103=反應(yīng)器有效容積：VR’=V0=2=反應(yīng)器總體積：取反應(yīng)器裝填系數(shù)為=，則 VR=VR’/=故反應(yīng)器主體高度為：h==485/=11m根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取反應(yīng)器分離空間高度，、則反應(yīng)器總高度： H=11++= 進(jìn)料乙醇含量：xF= 原料液溫度：105℃ 塔頂乙醇：xD= 塔底乙醇：xW≤ 塔型選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模和生產(chǎn)制度，年操作時(shí)間為7800h，即325天，每天工作三班8小時(shí)， ，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過(guò)程中壓降和塔板頁(yè)面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用浮閥塔。去回流管尺寸為，實(shí)際流速為：uf=（3） 釜液出口管 103kg/h，釜液密度為：則釜液體積流率VW=取管內(nèi)流速uw=1m/s則釜液出口管直徑 dW=同上，取釜液出口管尺寸為，則實(shí)際流速為：uW=（4）塔頂蒸汽管 塔頂蒸汽體積流率VT=，并取管內(nèi)蒸汽流速uT=25m/s，則塔頂蒸汽管直徑為： 同上，取管尺寸為，則管內(nèi)。 ④全塔效率的計(jì)算： 全塔平均溫度為T=（80+103）/2=℃，查【12】液體黏度共線圖得 μc2H5OH=，μH2O= 則 μav= 則總塔板效率為：E’=+（lgαμav）2 = 故浮閥塔總板效率為E=’= 實(shí)際總板數(shù)為：Ne=N/E= N1= 由上知總板數(shù)為21，精餾段13，提餾段8，進(jìn)料位置為第14塊板。 催化劑體積 V= () 其中，G——生產(chǎn)能力，kg/h； V——催化劑的體積，m3； ——乙烯的單程轉(zhuǎn)化率，%； S——乙烯的空間速度，h1. 當(dāng)=%,S=2000h1,G=12821kg/h, V== ≈74m3 催化劑床層高度的確定 國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果及實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，催化劑床層高度大約在7~13m的范圍內(nèi)比較合適，故本設(shè)計(jì)選取催化劑床層高度h=10m，則由催化劑體積可計(jì)算出水合器的直徑D： D===，圓整為D=。已知入水合器的物料溫度為270℃，先求出270℃時(shí)乙烯、H2O、乙醚、乙烷的比熱容，再求出各個(gè)物質(zhì)的對(duì)比壓力與對(duì)比溫度，據(jù)此查氣體的比熱容等溫壓強(qiáng)校正圖可得cp，根據(jù)公式：PM=cpixi （）來(lái)計(jì)算。物料衡算表為： 分子篩塔物料平衡表物料名稱分子篩塔入口分子篩塔出口t/hkmol/hWt%mol%塔底產(chǎn)品塔頂物料t/hkmol/hWt%mol%t/hkmol/hWt%mol%乙醇95水5合計(jì)100100100100100100分子篩塔B分子篩塔A 含水乙醇蒸汽 部分無(wú)水乙醇蒸汽 交替循環(huán)連續(xù)運(yùn)行的兩個(gè)分子篩塔工作示意圖 熱量衡算 水合器的熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)1　 混合器入水合器的溫度為270℃；2　 混合物出水合器的溫度為300℃；3　 水合器內(nèi)反應(yīng)壓力為70atm。（3）萃取精餾塔物料平衡表： 萃取精餾塔物料平衡圖物料名稱萃取精餾塔入口萃取精餾塔出口t/hkmol/hWt%mol%氣相出口液相出口t/hkmol/hWt%mol%t/hkmol/hWt%mol%乙醇水————乙醚————乙醛————合計(jì)100100