【正文】 氣流量。將 的低壓過(guò)熱蒸汽，經(jīng)增濕泵 (P2020)補(bǔ)入脫鹽水使其飽和再經(jīng)減壓，以 。待觸媒溫度降到 80℃以下時(shí)，用觸媒輸送泵 (P2102)送至觸媒貯罐(V2307)或 (V2305)中。 第一冷凝器出來(lái)的氣體進(jìn)入第二冷凝器 (E2102)冷卻到 78℃以下。 由氣液分離器 (V2101)下部出來(lái)的工藝水通過(guò)循環(huán)水泵 (P2103)加壓進(jìn)入冷卻器北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 6 (E2104)冷卻到 42℃左右，一少部分在氣液分離器液面調(diào)節(jié)器 (LIC2301)控制下流入去粗醛貯槽 (V2402)的管道中，其余回水環(huán)壓縮機(jī)做為水環(huán)壓縮機(jī)的工作液用。進(jìn)入反應(yīng)的原料氣是由新鮮乙烯，新鮮氧氣和循環(huán)氣所組成，雖然氧含量高達(dá) 17％。國(guó)內(nèi)已生產(chǎn)的乙醛下游產(chǎn)品，除了醋酸系列產(chǎn)品外，還有季戊四醇、丁烯醛、丁酸、三氧乙醛等產(chǎn)品，但相對(duì)來(lái)看產(chǎn)量很少。本設(shè)計(jì)首先敘述選擇的工藝流程（包括反應(yīng)、再生、精餾三個(gè)工段），其次在給定年產(chǎn)量的條件下，對(duì)各個(gè)工段進(jìn)行物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型計(jì)算，從而對(duì)塔、換熱器、泵等設(shè)備的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)條件進(jìn)行確定。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 本人簽名： 日期： 年 月 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II II 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 年產(chǎn) 萬(wàn)噸 乙醛生產(chǎn)工藝 設(shè)計(jì) 函授站： 吉化職工大學(xué) 專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班級(jí)： 吉化升 131 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 1． 設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo) （ 1） 獨(dú)立完成 年產(chǎn)年產(chǎn) 萬(wàn)噸 乙醛生產(chǎn)工藝 設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)； （ 2） 設(shè)計(jì)布局合理； （ 3）數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確，設(shè)備選型適當(dāng)。乙醛也是一種重要的烴類衍生物，在合成工業(yè)上也是一種重要的中間體，其本身幾乎沒有直接的用途，完全取決于市場(chǎng)對(duì)它的下游產(chǎn)品的需求及下游產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)路線的選擇 ,主要用于醋酸、醋酐、醋酸乙烯等重要的基本有機(jī)化工產(chǎn)品和季戊四醇、巴豆醛等精細(xì)化工產(chǎn)品的原料。 第 節(jié) 本地區(qū)自然條件 平均氣壓： 最高溫度： +38℃ 最低溫度： 38℃ 平均相對(duì)溫度＞ 1％ 最深 凍土深度： 10cm 最大降雪量 平均風(fēng)速 松花江水溫 15℃ 最高水溫 25℃ 第 節(jié) 生產(chǎn)方法及原理 工業(yè)化乙醛的生產(chǎn)方法有四種，反應(yīng)方程式如下： (1)乙炔汞鹽水合法： 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 3 HgS04H2S04 C2H2+H20——————— →CH3CHO 80℃ (2)乙醇氧化脫氫法： Ag 催化劑 CH3CH2OH+02——————— →CH3CHO+H2 460℃ (3)乙烯絡(luò)合氧化法 PdC12CuC12 C2H4+1／ 202——————— →CH3CH0 HCl(ag) (4)丙烷 — 丁烷氣相直接氧化法 C3H8+O2——————— → CH3CHO+其他 C4H10+O2——————— → CH3CHO+其他 生產(chǎn)方法論證 乙烯水合法采用汞鹽做催化劑，存在著汞的污染問題，乙醇氧化脫氫法雖然有存在著汞的污染，但受原料乙醇來(lái)源的限制，且原料單耗比乙醇法少，且合成工藝路線短，是六十年代發(fā)展起來(lái)的新工藝，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。并用氮?dú)廪D(zhuǎn)換系統(tǒng)中氣體，將氣體排入火炬燒掉，為了確保安全裝置需配置自 動(dòng)報(bào)警聯(lián)鎖停車系統(tǒng)。在反應(yīng)器內(nèi)乙烯和氧氣通過(guò)氯化鈀 — 氯化銅 — 鹽酸水溶液催化作用，在壓力 ，溫度 125135℃條件下生成乙醛。吸收液在塔釜匯同來(lái)自 (V2104)、 (E2103)的凝液一并經(jīng)過(guò)濾器 (F2102)過(guò)濾、粗醛冷卻器 (E2105)冷卻到 45℃以下，流入粗醛貯槽 (V2402)。脫鹽水通過(guò)脫鹽水泵 (P2401)加壓后送往生產(chǎn)裝置。(C2201)塔在 的壓力下操作，直接蒸汽加熱控制塔頂溫度 60℃～ 71℃，塔底溫度 95106℃。從塔頂部流出約合 60％巴豆醛的有機(jī)相，進(jìn)入巴豆醛貯缶(V2405)定期用泵 (P2404)打入槽車，送焙燒爐燒掉。DC2H5CL=塔釜物料 : W(CH3CHO)= =W(H2O)= ++=W(C3H5CHO)=(高聚物 )=(CH3COOH)= 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 19 脫輕組份塔 T3201物料平衡表 物料名稱 進(jìn) 料 塔 頂 出 料 塔 底 出 料 kmol/h % kmol/h % kmol/h % CH3CHO C O 2 0 0 CH3CL 0 0 C2H5CI 0 0 H2O 0 0 C3H5CHO 0 0 CH3COOH 0 0 高聚物 0 0 ∑ 100 100 100 第 節(jié) 純?nèi)┧?T— 3202 物料衡算 已知： X 頂 =% X 底 =% M=7000kg/h=L=側(cè)線采出： XCH3CHO=% XH2O=% XC3H5CHO=% X 高聚物 =% 列物料平衡方程： F上冊(cè) P44P45 醋酸在 125℃時(shí)的汽化熱量為 410 kJ/h QCH3COOH（蒸發(fā)） = 60 410= 催 化劑中的水在 125℃蒸發(fā)時(shí)所需熱量 QH2O 水在 125℃蒸發(fā)時(shí)的蒸發(fā)潛熱為 2200kJ/kg QH2O（蒸發(fā)） =(+ ) 2200 = kJ/h 反應(yīng)器塔底部加入的催化劑從 154℃降到 125℃放熱量 已知： CCT=℃ WCT=6m3/h=Q CT= WCT C CTΔT=（ 154125） = kJ/h 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 26 水從 80℃加熱 到 125℃所需的熱量 CH2O=1kcal/kg℃ 設(shè)加水量 Mkol/h Q11=M CH2OΔT=M1（ 12580） = kJ/h 所加水量在 125℃汽化時(shí)所需熱量 Q12=M220018=39600M kJ/h 反應(yīng)器的熱損失 Q 損 已知環(huán)境對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù) k=15kcal/m2℃ h 反應(yīng)器和除沫器表面積 S=300 m2 反應(yīng)器外壁與空氣平均溫差Δ T=45℃ Q=kSΔT Q 損 ==1530045=846450kJ/h 計(jì)算反應(yīng)器的加水量 M 格局熱量平衡方程 Q 放 =Q 吸 Q 主 +Q 付 +Q CT+Q 損 =QF1+QF2+QF4+QHCl+QCH3CHO+QH2O+QCH3COOH+Q11 +Q12 M= 反應(yīng)器熱量平衡表 項(xiàng)目 溫度 Q吸 Q放 主反應(yīng)熱 (Q主 ) 付反應(yīng)熱 (Q付 ) 原料乙烯從 50℃加熱到 125℃所需熱量 50 原料從 O2從 20℃加熱到 125℃需熱量 20 循環(huán)氣從 50℃加熱到 125℃所需熱量 50 將 HCl從 20℃加熱到 125℃所需熱量 20 產(chǎn)物液相乙醛蒸發(fā)熱量 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 27 副產(chǎn)物液相醋酸蒸發(fā)熱 催化劑中的水蒸發(fā)熱 加入的催化劑從 154℃降到 125℃放熱量 154 水從 80℃加熱到 125℃所需的熱量 80 水量在 125℃汽化時(shí)所需熱量 125℃ 54038160 反應(yīng)器 的熱損失 Q 損 846450 ∑ 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 28 第 4 章 設(shè)備計(jì)算 第 節(jié) 反應(yīng)器 (1)已知： ρl=1095kg/m3 ρg=平均空塔線速度 uoq=(2)平均氣流量 M 均 =(M 進(jìn) +M 出 )/2=(F1+F2+F4+Fi 總 )/2 =（ +++） /2 =(3)進(jìn)塔氣體體積流量 Vq，設(shè)平均壓力 X P均 =4atm T=398k 根據(jù)公式 4 qqVD u??? V=P0V0T/T0P=1398/(2734)=Vq=M 均 103V103/3600 =103103/3600=(4)塔內(nèi)徑計(jì)算： muVDdtq 44 57 ????? ? (5)靜床高 H? 的計(jì)算： 已知催化劑的生產(chǎn)能力 H0 =VC/T（ π/4D2） =444/（ π） = (6)校正壓力 P 均 ：設(shè)塔頂壓力 P 頂 = P 底 =(P 頂 +H? P 底 ρ)Lg=+1095103/ = P 均 =(P 頂 + P 底 )/2=(+)/2= (7)鼓泡塔床層“ε度”及 HGL計(jì)算 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 29 校正系數(shù)Ω =（ 1000/1095） 1/3（ 72/80） 1/3= 氣泡的自由浮生速度 ut=[g（ ρtρg） 104/ρt2]=靜態(tài)氣含率的計(jì)算ε G εG =（ ）（ Ωuoq/+2Ωμoq） = 動(dòng)態(tài)含率“ε G1”的計(jì)算： εG1=εG（ 1uot/uoqεG1/1ΣG） εG1= 床層高度 HGL=Ho/1εG=()=24m 第 節(jié) P3101 泵的計(jì)算 已知：平均溫度為 ℃，以水為計(jì)算基準(zhǔn)，泵進(jìn)口流速 u1=u2=泵前 5 個(gè)閥，甭后 5 個(gè)，泵前 5 個(gè)彎頭，閥門為標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開彎頭為 90o，三通 3個(gè) ℃ 時(shí)， ρ 水 =體積流量 Vs 的計(jì)算： Vs=一冷凝液量 M 水 /ρ=（ 18） /（ 3600) = 泵入口及出口管徑的計(jì)算： 入口： 11 ????? uvd s? 出口： 92 22 ????? uvd s? 根據(jù) 171。選泵（ 150F56B 型號(hào)） 流量為 揚(yáng)程為 轉(zhuǎn)速為 2900r/min 汽蝕余量為 6 泵效率為 67% 功率為 29kw（軸）、 40kw（配帶功率） 第 節(jié) E3104 管板換熱器的計(jì)算 （ 1）已知條件： 進(jìn)料為壓縮機(jī)循環(huán)水，入口溫度為 60℃，出口溫度為 37℃，冷卻上水為 30℃ ，回水42℃，進(jìn)料質(zhì)量流率 W=5786kg/h 體積流量 v=6m/h， p=4bar 定性溫度：循環(huán)水 t=（ 60+37） /2=℃ 冷卻水 t=（ 30+42） /2=36℃ 由定性溫度查表 171。P64 得當(dāng)量長(zhǎng)度 le 彎頭的選取 ：選用 10 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭入泵前管路 5個(gè)， 5le=5 =，出口泵管路 5個(gè)， 5le=5 =5m 得當(dāng)量長(zhǎng)度 le 20m 和 13m 三通的選取補(bǔ)加軟水一個(gè)， AB 泵互換 2 個(gè)，其它作用 2個(gè) 5le揚(yáng)程的計(jì)算泵輸送液體的平均溫度 t=℃，查該溫度下的各種物理參數(shù)如下： μ=105MPaS 取ε =（絕對(duì)粗糙度） Re=d1u1ρ/μ= 53 103/ 105 = 105 ε / d1=l2=l1=25m ξ = Σ le 入 =5 20++7/2=113 Σ hf 進(jìn) =（λ 入 （Σ le 入 + l1） / d1+ξ） u12/2=泵出口管路阻力 b=50m Re= d2u2ρ/μ =37103105 =105 ε/ d2=查 171。X 底 F+M=D+L+W 側(cè)線采出的 平均分子量 ：已知 M 高聚物 = M 均 = 44+ 18+ 70+ = L=解得 W= D= 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 20 塔頂組分量 ： DCH3CHO= =DH2O= ()= 塔底組分量： WCH3CHO= = WCH3COOH= = W 高 = = W 水 == 側(cè)線組分量 LCH3CHO= = kmol/h LH2O= = kmol/h LC3H5CHO= = kmol/h L 高 = = kmol/h 純?nèi)┧? T— 3202 物料平衡表 物料衡算匯總表 組分 名稱 進(jìn) 料 塔頂出料 塔底出料 側(cè)線采出 Fi